(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質基材表面にダイヤモンドライクカーボン及び超硬質合金成分を含有する、硬度が９００〜１３００Ｈｖの膜が被覆されていることを特徴とする半導体素子用ボンディングワイヤの巻替ガイド。
【請求項２】
超硬質合金成分がＷＣ，ＴｉＣのうち何れか１種であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子用ボンディングワイヤの巻替ガイド。
【請求項３】
伸線工程後に巻戻機から繰り出されたボンディングワイヤを巻替ガイドで案内して巻取機で巻取るボンディングワイヤの巻替方法において、該巻替ガイドが硬質基材表面に超硬質合金成分を含有したダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されていることを特徴とする半導体素子用ボンディングワイヤの巻替方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子用ボンディングワイヤの製造時の巻替工程に用いる巻替ガイド及びそれを用いた巻替方法に関し、詳しくはガイドの寿命が長く且つワイヤの直進性に優れた巻替ガイド及びそれを用いた巻替方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体装置の実装において、半導体素子の電極と外部リードや基板を接続する方法として、半導体素子用ボンディングワイヤ（以下「本ワイヤ」とも略称する）を用いてボールボンディング法により配線する方法、本ワイヤを用いてバンプを形成し、該バンプを介して接続する方法が用いられている。
【０００３】
前述の本ワイヤは、伸線工程で巻き取られた後、巻き替えて、半導体素子用に用いて好適な巻線形態としてスプールに巻取って使用されている。ここで好適な巻線形態としては、スプールに本ワイヤを整列巻きにしたり、スプールに本ワイヤを往復してクロス状に重ねていくクロス多層巻きにして巻き取られている。
該巻き替えを行うに当たっては、従来から往復運動が可能な軸先端に回転可能なローラを取り付け、回転ローラを巻替ガイドとしてスプールに巻取って所定の巻線形態としている。例えば特開平４−２０４６０号には整列巻き、特開平４−３５１２２２号にはクロス多層巻きの巻線形態を得る為の回転ローラをガイドとした巻替方法が開示されている。図３に特開平４−３５１２２２号に記載されている巻取り装置の例を示す。巻取り装置本体２１の回転駆動軸２２に取りつけた巻取りスプール２３に対して、ワイヤ２４を往復動可能な軸２５の先端の回転ローラ２６を介して供給し、巻取りスプール２３を回転駆動軸２２で回転させてワイヤ２４を引き出しつつ、軸２５を往復動させることにより、図に示すようにワイヤ２４を巻取りスプール２３にクロス多層巻きすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方回転ローラを巻替ガイドとした巻き替え方法では、狭い空間で大きなスペースをとることに加えて、構造が複雑になるという問題を有している。この為、本出願人は巻替ガイドとして石英ガラス製非回転式のガイドを用いて巻替えをしたところ、本ワイヤにキズ不良が発生する迄のガイドの寿命が短くなりこれの交換の為生産性が低下すると共に、巻き取った本ワイヤにキズ不良が発生していない場合でも、直進性が悪くなるという欠点が生じてきた。該直進性は半導体装置が高密度化してくるに伴い、隣接した配線同士が短絡事故を生じることを防止するために本ワイヤに要求される特性である。
【０００５】
この為本出願人等は先に巻替ガイドとして硬質基材表面にダイヤモンドライクカーボン膜を被覆して用いることにより、非回転式巻替ガイドで案内して巻取機で巻き取る本ワイヤの巻替方法を特願平１１−１６００２２号明細書で提案した。しかしながら、生産性の向上の為に更なる巻替ガイドの寿命の向上が要求されている。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みなされたものでありその目的とするところは、巻戻機から繰り出された本ワイヤを巻替ガイドで案内して巻取機で巻き取っても本ワイヤにキズ不良が発生する迄のガイドの寿命が長くなると共に直進性を向上出来る本ワイヤの巻替ガイド及びそれを用いた巻替方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、下記を提供する。
（１）硬質基材表面に炭素及び超硬質合金成分を含有する膜が被覆されていることを特徴とする半導体素子用ボンディングワイヤの巻替ガイド。
（２）超硬質合金成分がＷＣ，ＴｉＣのうち何れか１種であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子用ボンディングワイヤの巻替ガイド。
【０００８】
（３）伸線工程後に巻戻機から繰り出されたボンディングワイヤを巻替ガイドで案内して巻取機で巻取るボンディングワイヤの巻替方法において、該巻替ガイドが硬質基材表面に超硬質合金成分を含有したダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されていることを特徴とする半導体素子用ボンディングワイヤの巻替方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（１）半導体素子用ボンディングワイヤ
▲１▼  このボンディングワイヤはボールボンディング法などによる配線用ワイヤのほか、バンプ形成用ワイヤも含むものである。
▲２▼  ワイヤとしては、例えばＡｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｔ等をベース金属としてＣａ，Ｂｅ，Ｎｉ等を必要に応じて添加元素として含有させたものが用いられるが、本発明では特に限定するものではない。この中でも金線（金合金線）が最も好ましく用いられる。
【００１０】
▲３▼  ワイヤの線径は１０〜１００μｍが好ましく用いられる。この中でも直径２０〜５０μｍが最も好ましく用いられる。
▲４▼  本発明の半導体素子用ボンディングワイヤは、伸線工程後のワイヤを対象とし、本発明の巻取りは伸線工程に於ける巻取を含まない。但し伸線加工後のアニール等は終了したもの、していないものの何れでも良い。
【００１１】
▲５▼  また、本発明の巻取り工程のために、ワイヤ表面には潤滑剤を被覆してワイヤ同士の表面付着力を減じさせてワイヤを巻線形態からほどき易くする効果を付与したものが好ましい。このような潤滑剤としては、有機系、無機系の潤滑剤が例示出来るが界面活性剤を主成分とするものが好ましい。その平均膜厚は１〜５００Åが好ましい。
（２）巻替工程
▲１▼  本発明の半導体素子用ボンディングワイヤは、伸線工程後のワイヤを対象にしている。伸線工程においても、伸線加工されたワイヤは巻き取られるが、本発明の巻取方法はこの伸線工程中の巻取は含まない。本発明の巻取は、巻取後の巻出しの作業性（解きほぐれ性）に優れまた巻出されるワイヤの直進性に優れることを特徴とし、主として半導体素子のボンディング作業に用いる為にスプールに所定の巻線長さ及び巻線形態に巻取り、出荷される巻取り（巻替え）工程を対象としている。本発明の巻取は、限定するわけではないが、伸線工程中における巻取りとは、一般的に、目的が異なり、また巻取りの際のワイヤ張力や、巻線長さ及び巻線形態とりわけその要求精度が異なる。本発明で用いる巻替ガイドは、伸線工程の巻取りにも適用可能であるが、本発明は伸線工程後にむけられている。
【００１２】
▲２▼  半導体素子用ボンディングワイヤは、所定の線径に伸線加工される伸線工程の後、アニール工程、潤滑剤被覆工程等の伸線後の処理が必要に応じて施される。本発明の巻取工程は、伸線加工の後にスプールに巻き取られる工程であれば、途中でアニール工程、潤滑剤被覆工程等の伸線後の処理を同時に行うものであっても良い。あるいは、アニール工程、潤滑剤被覆工程等は、別工程で行ってもよい。
【００１３】
▲３▼  上記のように、本発明は半導体素子のボンディング作業用に出荷するための最終巻取り（巻替え）工程を主として対象としているが、伸線工程後であれば、後の処理工程における巻取りや、出荷されたワイヤの再度の巻替え等の巻取工程も含まれる。これらの場合にも、本発明の精密な巻取り性、ワイヤの直進性、ガイド寿命の利点は得られる。
（３）巻線長さ及び巻線形態
出荷用スプールへの巻線長さは、一般に、１００〜５０００ｍのものが好ましく用いられ、さらに長くなる傾向である。
【００１４】
巻線形態は、限定されず、整列巻きも可能であるが、長尺となり多層巻きにする場合は、クロス多層巻きとすることが好ましく、解きほどき性に適した、交差角、ピッチ長さを適宜選定することが望ましい。一般的には、例えば、交差角としては１度２０分〜５度１５分、ピッチとしては２〜８mmが好ましい。
（４）巻替ガイド形状
本発明の巻替ガイドの形状に特に制限はないが、図１に図示するように、２本の棒状ガイド６の間で案内するようにした巻替えガイド５とすることが好ましい。このようにして２本の棒状ガイドの間で案内することにより、ワイヤを精密に案内出来、精密な巻線形態とすることが出来る。また、本発明の巻替ガイドの形状を他の形状の非回転式の形状としてもよいし、必要に応じて回転式のロール状にして用いることも出来る。
（５）巻替ガイド基材
本発明に用いる巻替ガイドは、巻替ガイド基材としての硬質基材表面に炭素及び超硬質合金成分を含有する膜を被覆したものである。
【００１５】
ここで硬質基材とは超硬合金、セラミックス、ガラス等が例示できる。超硬合金は炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル、コバルト等を主成分とする超硬合金が例示出来、セラミックスは、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス、炭化珪素質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミ質セラミックスが例示出来、ガラスはケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス等が例示出来る。
【００１６】
この中でも硬質の超硬合金又はセラミックスを用いることが好ましい。
（６）被膜成分
本発明になる被膜成分としては、炭素及び超硬質合金成分を含有する膜であることが必要である。
ここで超硬質合金成分とは周期表第IV，Ｖ，VI族の金属又は合金及びその炭化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物をいう。この中でもＷＣ，ＴｉＣ，ＴｉＮが好ましく用いられる。
【００１７】
本発明の被膜成分としての炭素は非晶質炭素ないしダイヤモンドライクカーボン（以下「ＤＬＣ」ともいう）であるが、ＤＬＣが好ましい。
ここでＤＬＣはＣＶＤやＰＶＤで形成されるダイヤモンド様被膜を主成分とする硬質皮膜である。本発明のＤＬＣ被膜はＰＶＤ処理において、１００〜２００℃の低温で生成されるアモルファス炭素を主成分とすることが好ましい。本発明被膜ではさらに超硬質合金成分を含有させるようにしたものである。ＤＬＣ（あるいは炭素）と超硬質合金成分とは、混合物の状態で存在してもよいが、原子サイズの厚みで層状に繰り返し配列させて両方を含有することがＤＬＣの物性をより良く維持しながら超硬質合金成分による改質をすることができるので好ましい。しかし、この混合（超格子的積層）によってＤＬＣがある程度非晶質化してもよい。
【００１８】
前記ＤＬＣ単独被膜ではＨｖが３０００〜５０００の高硬度の被膜が得られ、これに超硬質合金成分を含有させると硬度はＨｖが９００〜１３００に低下するものの、本発明の課題である巻替ガイドの寿命が向上するようになる。
（７）被膜の特性
被膜厚さは０．１〜１０μｍとして用いることが好ましく、更に好ましくは、１〜５μｍである。硬度はカーボン膜生成温度及び超硬質合金成分の種類と量を調整して、Ｈｖが９００〜１３００として用いることが好ましく、更に好ましくはＨｖが１０００〜１２００である。
（８）被膜形成方法
本発明になる炭素及び超硬質合金成分を含有する被膜は、その形成方法自体は公知の方法によることができるが、巻替ガイドの硬質基材表面に真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等ＰＶＤにより形成する方法が好ましく用いられる。前記炭素皮膜は１００〜２００℃の低温で生成するようにすると非晶質（アモルファス）炭素が主成分の被膜ができる。又本発明の被膜は、炭素及び超硬質合金成分を含有しており、非晶質炭素と超硬質合金成分が原子サイズの厚みで相互に配列されていると考えられている。この為、ＤＬＣ単独膜と対比して硬度は低下するものの、密着力が向上して本発明の課題に対して効果的に作用するものと考えられる。
【００１９】
この中で、真空蒸着法はセラミックスを蒸発させ、基材に付着、析出させる方法である。この方法には、レーザー等高エネルギーを蒸発源としてセラミックスを直接溶融し、蒸着させる方法と反応性のガス中で金属を蒸発させ、気相中で反応させながら基材上に析出させる方法がある。又イオンプレーティング法は真空蒸着法にプラズマ反応によるイオン化機構を付加した方法である。又スパッタリング法は高真空にした後反応性ガスを封入し、金属に高エネルギーの原子、分子、イオン等を衝突させ、原子を放出させて生成したセラミックスを基材に析出させる方法である。
（９）被膜中間層
本発明に用いる巻替ガイドの被膜構造は基材表面と本発明被膜の間に中間層を設けることが出来る。該中間層としては密着性向上の為に基材面にＣｒやＴｉ膜を形成したり、本発明被膜に弾性をもたせる為にＷＣやＴｉＣ膜を形成すること等が例示出来る。
（１０）巻替方法の例
図１を用いて巻替ガイド及び該ガイドを用いた巻替え工程の一例を説明する。
【００２０】
ワイヤ供給機構（詳細は図示せず、全体を１で示す。）の供給スプールに、前工程である伸線工程において伸線加工されたワイヤが巻き込まれている。
ワイヤ供給機構において供給スプールは着脱自在に取り付けられている。供給スプールからのワイヤ２は、ガイドローラから巻取機構へ順次誘導する。ワイヤ２は巻取機構の駆動力によって供給スプールから引き出すことが出来る。
【００２１】
巻取機構は、水平方向へ往復動させるトラバース機構（図示せず）により駆動される回転軸３に着脱自在に取り付けされる巻取スプール４により構成される。ワイヤ２が巻取スプール４により巻取りされる直前の位置に巻替ガイド５を設置する。ワイヤ２の通過位置は巻替ガイド５で規定されて、往復動する巻取スプール４にクロス多層巻きされる。巻取スプール４が回転軸３に着脱自在に取り付けされ、ワイヤ２は矢印方向に巻替ガイド５で案内されてスプール４に巻き取られる。この巻替ガイド５は、２本の棒状ガイド６で構成され、ワイヤ２はその間隔によって案内される。上記では巻取スプールがトラバース機構により水平方向へ往復動するように駆動されるが、巻取スプール４の水平方向を固定し、巻替ガイド５を往復動させて巻き取ってもよい。
（１１）発明の効果
本発明になる巻替ガイド及びそれを用いた巻替方法によれば、巻替ガイドが硬質基材に炭素及び超硬質合金成分を含有する被膜を被覆した為、ワイヤにキズ不良が発生する迄のガイドの寿命が長くなると共に巻き取ったワイヤの直進性を向上することが可能になる。
【００２２】
巻替ガイド表面のキズが最初はワイヤの直進性に影響を与え、キズの進行に伴いワイヤキズに進展していくものと推定出来る。
【００２３】
【実施例】
以下実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示す巻替ガイド５を次の方法で作成した。
直径が２．５mmで長さが４５mmと５１mmの２本の超硬合金製のガイド基材の表面をラップ仕上げによりＲｍａｘ０．２μｍまで研磨し、脱脂処理及び洗浄を行った。
【００２４】
次いでこの超硬合金製ガイド基材表面にイオンプレーティング法により、炭素及びＴｉＣを含有する膜を１００〜２００℃で生成し、非晶質カーボンとＴｉＣが混在するようにして厚さ３μｍの被膜を被覆したガイド６を得た。得られた長さ４５mmのガイドと長さ５１mmのガイドを１本ずつ、図１に示すようにガイド受け７に装着して非回転式巻替ガイド５を組み立てた。
【００２５】
次いで、高純度金に１０重量ppm のＣａと４０重量ppm のＧｅを含有させ、直径２５μｍに伸線加工した後、アニール処理、潤滑剤塗布して仕上げた金合金線を巻替用供給ワイヤとして準備した。
ワイヤ供給機構１へこのワイヤを装着し、巻取機構の駆動力によってワイヤ２を供給スプールから引き出して巻取機構で巻き取らせた。ワイヤ２の通過速度は３５ｍ／分とした。巻取機構には上記の非回転式巻替ガイド５を図１のように取り付けて用いた。巻取機構の回転軸３を水平方向へ往復動させることにより長さ２０００ｍのワイヤをクロス多層巻きに巻き替えて、得られた巻替製品を試料Ａとした。
（実施例２）
超硬合金製ガイド基材表面に生成する膜を炭素及びＷＣとすること以外は実施例１と同様にして、巻き替え試験を行い、得られた巻取製品を試料Ｂとした。
（参考例）
超硬合金製ガイド基材表面に生成する膜をＣＶＤで厚さ１μｍのＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を形成したこと以外は実施例１と同様にして巻き替え試験を行い、得られた巻取製品を試料Ｃとした。
（比較例）
石英ガラスを用いたこと以外は実施例１と同様にして巻き替え試験を行い、得られた巻取製品を試料Ｄとした。
（測定方法）
▲１▼  ガイド寿命
ワイヤを各巻取ガイドを用いて巻替えて、ワイヤにキズ不良が発生するまでの処理長さを計測した。試料Ｄの処理長さを基準として各試料の処理長さを指数にして表１に示した。
▲２▼  直進性測定
本出願人が特願平９−３６０９９４号明細書に開示した直進性測定装置を用いて直進性を測定した。図２にその斜視図を示す。
【００２６】
図２の装置において、１１は風防容器であり、１２は正面扉である。少なくとも該正面部の下方は透明性材質である。１３はワイヤを巻き回したスプール、１４は繰り出しモータ、１５はコントローラ、１６は正面部下方に設けた平面鏡、１７はワイヤ、１８は正面扉１２の外側で平面鏡高さに設けた透明性目盛り部である。この装置の上方の繰り出しモータ１４の回転軸に連結したスプール装着部にワイヤを巻き回したスプール１３を装着し、該装着部下方に平面鏡１６を配置し、その全面に目盛り部１８を配置している。
【００２７】
スプールから繰り出されるワイヤ１７は、平面鏡１６の前方を落下するが、図２の装置では正面扉１２を閉じると、透明な正面扉１２に形成された目盛り部１８が間にワイヤ１７を置いて平面鏡１６と平行になる。そこで、透明な目盛り部１８を通してワイヤ１７をみながら、平面鏡１６に写るワイヤの像がワイヤ１７と一致する位置から観察し、目盛り部１８を利用して以下に説明するワイヤの直進性を測定する。
【００２８】
ワイヤのネジレの測定は、平面鏡や目盛り部は不要であり、スプールから繰り出され、スプールから落下するワイヤの先端部の回転角を測定するだけで良い。
装置内上部のモータ１４の回転軸に装着したワイヤ１７をモータの回転に伴い下方に落下させて、次の通りネジレ及び蛇行幅を測定して直進性を評価した。
ａ）ネジレ
ワイヤ先端をＬ字型に曲げて１ｍストローク当たりの回転数を測定した。各試料毎にワイヤを切断しながら１０回測定し、その回転数の平均値をネジレとした。試料Ｄのネジレを基準として試料Ａ〜Ｄのネジレを指数として表１に示した。
ｂ）蛇行幅
ネジレ測定を終えたワイヤ１７を更に落下させて、モータを停止し、垂直長さ２０cm当たりの蛇行幅を図２に示す目盛り１８を用いて測定した。
【００２９】
ネジレ測定と同様に１０回測定し、その平均値を蛇行幅とした。試料Ｄの蛇行幅を基準として試料Ａ〜Ｄの蛇行幅を指数として表１に示した。
【００３０】
【表１】
0004540212.tif 000002
【００３１】
（測定結果）
本発明方法により得られた試料Ａ，Ｂのワイヤは試料Ｄのワイヤと対比してガイド寿命で１７０〜１９０倍、直進性に於いても２０〜２５倍の高品質のものと出来ることが判る。又ＤＬＣ被膜を有する巻替ガイドを用いて巻き替えて得られた試料Ｃのワイヤは、試料Ｄのワイヤと対比してガイド寿命で７０倍であり、本発明になる巻替ガイドの方が優れていることが判る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の方法に従い、伸線工程後に硬質基材表面に炭素及び超硬質合金成分を含有する膜を被覆した巻替ガイドを用いて、半導体素子用ワイヤの巻取を行った場合、ワイヤにキズ不良が発生するまでのガイド寿命が長くなると共に直進性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体素子用ボンディングワイヤの巻取り装置の例を示す。
【図２】巻き取った半導体素子用ボンディングワイヤの直進性の試験装置を示す。
【図３】従来の半導体素子用ボンディングワイヤの巻取り装置の例を示す。
【符号の説明】
１…ワイヤ供給機構
２…ワイヤ
３…回転軸
４…巻取りスプール
５…非回転式巻替えガイド
６…棒状ガイド
７…ガイド受け
１１…風防用容器
１２…正面扉
１３…ワイヤを巻き回したスプール
１４…繰り出しモータ
１５…コントローラ
１６…平面鏡
１７…ワイヤ
１８…透明性目盛り部
２１…巻取り装置本体
２２…回転駆動軸
２３…巻取りスプール
２４…ワイヤ
２５…往復動可能な軸
２６…回転ローラ
【図１】
0004540212.tif 000003
【図２】
0004540212.tif 000004
【図３】
0004540212.tif 000005