(57)【要約】【課題】金ボンディングワイヤを焼鈍する際において、従来と同一炉長で均熱帯を延長させることにより炉内でのワイヤの焼鈍時間を延長させ、ワイヤの強度を安定させる熱処理炉を提供する。【解決手段】炉内のワイヤ通過経路２に長尺の金ボンディングワイヤ３を走行させながら熱処理を行う熱処理炉であって、ワイヤ通過経路２を取り囲む加熱装置５を有し、加熱装置５は炉の長手方向に２以上の領域に分割され、各領域毎に各別に付加熱量２２を調整することが可能であることを特徴とする金ボンディングワイヤ用熱処理炉。炉内には分割された各領域に対応する温度測定装置７を有し、各領域毎の加熱装置５は各領域に対応する温度測定装置７で測定された温度２１を所定の温度に保持するように付加熱量２２を調整する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内のワイヤ通過経路に長尺の金ボンディングワイヤを走行させながら熱処理を行う熱処理炉であって、ワイヤ通過経路を取り囲む加熱装置を有し、加熱装置は炉の長手方向に２以上の領域に分割され、各領域毎に各別に付加熱量を調整することが可能であることを特徴とする金ボンディングワイヤ用熱処理炉。
【請求項２】
炉内には前記分割された各領域に対応する温度測定装置を有し、前記各領域毎の加熱装置は各領域に対応する温度測定装置で測定された温度を所定の温度に保持するように付加熱量を調整することを特徴とする請求項１に記載の金ボンディングワイヤ用熱処理炉。
【請求項３】
前記各領域毎の加熱装置の付加熱量は共通付加熱量に基づいて定められ、各領域毎の付加熱量と共通付加熱量との間の関係は変更可能であり、炉内には少なくとも１の温度測定装置を有し、該温度測定装置で測定された温度を所定の温度に保持するように共通付加熱量を調整することを特徴とする請求項１に記載の金ボンディングワイヤ用熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置用の金ボンディングワイヤの熱処理に用いる熱処理炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の半導体チップ電極と外部リードとの間の接続に、金ボンディングワイヤが用いられる。金ボンディングワイヤは、高純度金に所定の元素を添加したインゴットを製造し、ダイスを用いた伸線加工によって直径１０〜２００μｍに伸線することによって製造される。伸線後のワイヤは加工硬化によって機械的特性が変化し、このままではボンディングワイヤとして使用することができないので、伸線後のワイヤを熱処理炉で加熱することによって焼鈍を行ない、ワイヤの機械的特性の改善を図っている。ワイヤの焼鈍は、直線状に伸ばしたワイヤを加熱した熱処理炉の中に導き、該熱処理炉内を連続的に通過させることによって行なう。
【０００３】
熱処理炉へのワイヤの供給は、伸線したワイヤを一度スプールに巻き取り、再度スプールから巻きほどしつつ連続的に供給する方法を採用することができる。あるいは、伸線加工を行なった後のワイヤ、もしくは伸線中のワイヤを、巻き取らずにそのまま連続的に熱処理炉に供給することもできる。
【０００４】
熱処理炉は、炉内に長尺の金ボンディングワイヤを走行させながら熱処理を行うワイヤ通過経路を有し、ワイヤ通過経路を取り囲むように加熱装置を有する。加熱装置５は、図６に示すように、ワイヤ通過経路２を形成する炉芯管４を取り囲んで外周に螺旋状に巻いた電熱線６によって構成される。ワイヤ通過経路の両端からは外部への熱の放散が避けられないので、ワイヤ通過経路両端の温度は中央部の温度に比較して低下することとなりやすい。そのため、電熱線６の巻きピッチを調整し、ワイヤ通過経路の両端付近の巻きピッチを中央付近の巻きピッチに比較して狭くすることにより、両端付近の入熱量を増加し、ワイヤ通過経路の炉長方向均熱長さを確保するようにしている。
【０００５】
炉内の温度を一定に保持するための制御手段としては、炉長方向中央付近におけるワイヤ通過経路の周囲に温度測定装置７として温度計を配置し、温度制御装置８において温度計の測温結果を所定の目標温度に一致させるように電熱線に付加する電流を調整し、これによって炉内の温度を一定に保持している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−１４８５５０号公報（第２ページ、図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
金ボンディングワイヤは熱処理炉のワイヤ通過経路内に伸張され、走行する。ワイヤ通過経路の長さが長すぎると、伸張したワイヤのテンションがハンチングを起こすので、熱処理炉の炉長は所定以上に長くすることができない。そして、この所定炉長内において炉内に温度がほぼ一定の均熱帯が形成される。均熱帯の均熱長さ及び金ボンディングワイヤの走行速度に対応し、走行する金ボンディングワイヤを焼鈍するための所要焼鈍温度が定まるが、現状の熱処理炉では、この均熱帯長さが短く、安定して熱処理することが出来ずワイヤの強度を安定させることが困難であった。熱処理炉の温度を上げることで対応することも可能であるが、金ボンディングワイヤ用熱処理炉に一般的に用いられる温度測定用の熱電対が、ＳＵＳ３１６製のシースを使用しているＫ熱電対である為、この熱電対の耐熱温度７００℃以上の温度での、熱処理は困難である。
【０００８】
本発明は、従来の炉長でありながら均熱帯の長さを拡張することで、ワイヤの熱処理時間を延長しワイヤの強度を安定させる熱処理炉を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）炉内のワイヤ通過経路２に長尺の金ボンディングワイヤ３を走行させながら熱処理を行う熱処理炉であって、ワイヤ通過経路２を取り囲む加熱装置５を有し、加熱装置５は炉の長手方向に２以上の領域に分割され、各領域毎に各別に付加熱量を調整することが可能であることを特徴とする金ボンディングワイヤ用熱処理炉。
（２）炉内には前記分割された各領域に対応する温度測定装置７を有し、前記各領域毎の加熱装置５は各領域に対応する温度測定装置７で測定された温度を所定の温度に保持するように付加熱量を調整することを特徴とする上記（１）に記載の金ボンディングワイヤ用熱処理炉。
（３）前記各領域毎の加熱装置５の付加熱量２２は共通付加熱量２３に基づいて定められ、各領域毎の付加熱量２２と共通付加熱量２３との間の関係は変更可能であり、炉内には少なくとも１の温度測定装置７を有し、温度測定装置７で測定された温度を所定の温度に保持するように共通付加熱量２３を調整することを特徴とする上記（１）に記載の金ボンディングワイヤ用熱処理炉。
【００１０】
従来、炉内の均熱帯の長さを確保するため、加熱装置である電熱線６の巻きピッチを調整し、ワイヤ通過経路の両端付近の巻きピッチを中央付近の巻きピッチに比較して狭くしていた。しかし、このような対応を行ってもワイヤ通過経路両端付近における温度降下は避けられなかった。本発明においては、加熱装置５は炉の長手方向に２以上の領域に分割し、各領域毎に各別に付加熱量２２を調整することにより、同一の炉長において、従来に比較して均熱帯１２の長さを長くできることを見いだした。均熱帯１２の長さが長くなるので、同一速度で炉内を走行しても、従来炉に比べ、十分な焼鈍が得られ、ワイヤの強度を安定させる熱処理炉を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
金ボンディングワイヤ用熱処理炉においては、ワイヤ通過経路２を構成する炉芯管４が配置され、炉芯管４を取り囲むように螺旋状に巻いた電熱線６によって加熱装置５を構成する。本発明においては、加熱装置５は炉の長手方向に２以上の領域に分割する。好ましくは、３以上の領域に分割すると良い。電熱線６に流す電流は、各領域毎に個別に定めることができ、これによって各領域毎に加熱装置５による付加熱量２２を個別に定めることができる。
【００１２】
熱処理中における炉内の温度制御は、炉内に設置した温度測定装置７の測温結果に基づいて行うと好ましい。温度測定装置７として、炉芯管４の外周部に熱電対を配置すると良い。温度測定装置７は炉芯管４の内部に配置することもできる。炉芯管４の内部に温度測定装置７を配置すれば、ワイヤ通過経路３の温度を直接測定することとなるので、より正確に金ボンディングワイヤの熱処理温度を制御することが可能になる。
【００１３】
温度測定装置７は、図３に示すように炉長方向に１ヶ所のみ配置する場合（例えば炉長方向中央部に配置する。）と、図１、２に示すように２以上の領域に分割した各加熱装置毎に対応して２ヶ所以上に配置する場合とがある。まず、分割した各加熱装置毎に対応して温度測定装置を配置する場合について図１に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示す熱処理炉は、分割された３つの加熱装置（５ａ、５ｂ、５ｃ）を有する。分割された各加熱装置はそれぞれが対応する温度測定装置（７ａ、７ｂ、７ｃ）と温度制御装置（８ａ、８ｂ、８ｃ）を有する。温度制御装置８は、温度測定装置７で測定した温度測定値２１が目標温度となるように付加熱量２２を算出し、この値に基づいて電力供給装置９が加熱装置５に対する付加電力を調整する。
【００１５】
熱処理炉の運転に先立って、炉芯管内のワイヤ通過経路２における温度を目標温度とするための調整を行う。図４に示すように、炉芯管４の内部に温度較正用熱電対１１を挿入する。この温度較正用熱電対１１により、炉内における炉長方向の温度分布を測定する。図４に示す例では、１本の熱電対１１を挿入し、この熱電対１１を炉長方向に移動させることによって炉長方向温度分布を測定する。また、２本以上の熱電対１１を挿入すれば、短い移動距離で熱電対１１を移動させることによって測定を完了することが可能である。
【００１６】
分割した各加熱装置５に対応する各温度測定装置７の温度を種々変更し、炉内の温度分布が極力目標温度に一致し、かつ均熱帯１２の長さが長くとれる加熱パターンを見つける。最適な加熱パターンが見つかったら、そのときの各温度測定装置７での温度測定値２１を目標温度として定める。
【００１７】
熱処理炉の運転に際しては、分割した各加熱装置５の温度制御装置８において、各加熱装置５に対応する温度測定装置７での温度測定値２１を目標温度に一致させるように温度制御を行う。これにより、金ボンディングワイヤの熱処理中においてワイヤ通過経路２における均熱帯１２の温度を常に所定の目標温度に保持することができる。
【００１８】
加熱装置の分割数を図１に示すような３分割からさらに５分割に増やせば、炉内の炉長方向温度分布制御精度はより向上し、均熱帯１２の長さをより長くすることが可能である。
【００１９】
熱処理炉は、炉長方向においてワイヤ入側と出側とは対称の形状を形成している。そのため、炉長方向両端からの熱放散状況も入側出側で対称である。このような炉の特性に着目し、加熱装置の分割の態様として図２に示す形態を採用することができる。図２において、熱処理炉の炉長方向に３つの領域に区分し、ワイヤ入側領域（５ａ−１）と出側領域（５ａ−２）の２つの領域を結合して１つの加熱装置５ａとすることができる。この場合、上記統合した外側領域を構成する外側加熱装置５ａと、外側領域に囲まれた中央領域の中央部加熱装置５ｂとに２分割されたこととなる。外側領域については、この領域に対応する温度測定装置７ａを少なくとも１ヶ所に配置することとなる。例えば、ワイヤ入側領域に温度測定装置７ａを配置すればよい。外側加熱装置５ａにおいては、ワイヤ入側領域と出側領域の付加熱量を独立に制御することはできない。
【００２０】
まず、炉芯管内のワイヤ通過経路２における温度を目標温度とするための調整として、炉芯管内に温度較正用熱電対１１を挿入し、外側加熱装置５ａと中央部加熱装置５ｂそれぞれに対応する温度測定装置７の温度を種々変更し、炉内の温度分布が極力目標温度に一致し、かつ均熱範囲が長くとれる加熱パターンを見つける。最適な加熱パターンが見つかったら、そのときの各温度測定装置７の温度を目標温度として定める。加熱装置を外側領域と中央領域とに２分割した結果として、従来に比較して広い均熱帯の長さを実現することができる。
【００２１】
以上に述べた実施の形態では、温度測定装置７を各加熱装置５に対応して加熱装置５と同じ数だけ配置した。図３に則って以下に述べる実施の形態では、温度測定装置７は、炉長方向に１ヶ所（例えば炉長方向中央部）のみに配置する。加熱装置の付加熱量を制御する温度制御装置８は、この温度測定装置７の測定結果に基づいて、共通付加熱量２３を算出し、温度制御装置７の温度が目標温度となるように共通付加熱量２３を調整する制御を行うことができる。
【００２２】
分割された各加熱装置毎に付加熱量演算器１０を有し、付加熱量演算器１０は共通付加熱量２３に基づいて各加熱装置毎の付加熱量２２を演算する。各加熱装置毎の付加熱量２２は、共通付加熱量２３の一次関数のような形で演算を行えばよい。分割した加熱装置のうちの１台、例えば中央部の加熱装置については、付加熱量演算器１０を持たずに、共通付加熱量２３に基づいて付加熱量を定めても良い。以下、図３（ｂ）に示すような中央部の加熱装置が付加熱量演算器を有しない場合を例にとって説明する。
【００２３】
まず、炉芯管内のワイヤ通過経路における温度を目標温度とするための調整として、炉芯管内に温度較正用熱電対を挿入し、炉内の温度分布が極力目標温度に一致し、かつ均熱範囲が長くとれる加熱パターンを見つける。ここにおいて、まず炉長方向中央部に設置した温度測定装置７の温度を種々変更する。温度制御装置８は温度測定装置７における温度が目標温度となるように共通付加熱量２３を算出し、主に中央部の加熱装置５ｂによる加熱が寄与して中央部の温度状況が定まる。次に、ワイヤ入側と出側の加熱装置（５ａ、５ｂ）に接続された付加熱量演算器（１０ａ、１０ｂ）の係数を調整し、各領域毎の付加熱量２２と共通付加熱量２３との間の関係を修正する。この修正により、各領域毎の付加熱量２２が修正されるので、均熱範囲が最も長くとれるように付加熱量演算器１０の係数を定める。このような調整を行った結果として、均熱帯１２の長さを従来よりも長い範囲として確保することができる。
【００２４】
熱処理炉の運転に際しては、炉長方向中央部に配置した温度測定装置７の温度を目標温度に一致させるように共通付加熱量２３を調整し、温度制御を行う。図３（ａ）に示す形態においては、各加熱装置（５ａ、５ｂ、５ｃ）は、共通付加熱量２３に基づいて付加熱量演算器（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）で演算して付加熱量（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を算出する。図３（ｂ）に示すような中央部の加熱装置５ｂが付加熱量演算器を有しない場合は、中央部の加熱装置５ｂについては共通付加熱量２３に基づいて加熱を行う。これにより、金ボンディングワイヤの熱処理中においてワイヤ通過経路２における均熱帯１２の温度を常に所定の目標温度に保持することができ、かつ均熱帯１２の長さを従来よりも長い範囲として確保することができる。
【００２５】
前述の通り、金ボンディングワイヤの熱処理炉においては、極細線の金ボンディングワイヤを伸長させてその間に熱処理炉を配置する必要があるため、熱処理炉の長さが制限される。従来の熱処理炉においては、図５（ｂ）に示すように、この制限された炉長の中で均熱帯１２の長さをせいぜい炉長の３０％しか確保することができなかった。
【００２６】
加熱装置を炉長方向に２以上に分割する本発明により、図５（ａ）に示すように均熱帯１２の長さを炉長６０％程度まで長くすることができる。このように均熱帯の長さが長くできた結果として、焼鈍時におけるワイヤの均熱帯滞在時間が長くなるので、焼鈍時間を延長することが可能になり、従来炉と比べ同一速度で、ワイヤ強度のバラツキが減少した。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、半導体装置用の金ボンディングワイヤの熱処理に用いる熱処理炉において、ワイヤ通過経路を取り囲む加熱装置を炉の長手方向に２以上の領域に分割し、各領域毎に各別に付加熱量を調整することにより、同一の炉長において、ワイヤ通過経路における均熱帯の長さを長くすることができる。これにより、炉内を走行する金ボンディングワイヤの焼鈍を行うための時間を延長することが可能となり、ワイヤの焼鈍のバラツキが減少し強度が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱処理炉を示す概略図である。
【図２】本発明の熱処理炉を示す概略図である。
【図３】本発明の熱処理炉を示す概略図である。
【図４】熱処理炉の温度較正を行う状況を示す概略断面図である。
【図５】炉内の均熱状況を示す図であり、（ａ）は本発明例、（ｂ）は従来例である。
【図６】従来の熱処理炉を示す概略図である。
【符号の説明】
２  ワイヤ通過経路
３  金ボンディングワイヤ
４  炉芯管
５  加熱装置
６  電熱線
７  温度測定装置
８  温度制御装置
９  電力供給装置
１０  付加熱量演算器
１１  温度較正用熱電対
１２  均熱帯
２１  温度測定値
２２  付加熱量
２３  共通付加熱量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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