(57)【要約】【課題】細くても曲げおよび破損に対する強度の向上したワイヤーを提供する。【解決手段】電流を導電することができるワイヤーは、ポリマーコアとコアを取り囲むコーティング層とを有する。コーティング層は、たとえば金または銅であってもよく、電流を導き、コアは曲げおよび破損に耐えうるような強度を備える。とりわけ、ポリマー・コア・ワイヤーは、集積回路をリードフレームや基板に接続する場合に有用である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性コアと、
前記非導電性コアの表面に形成されて電流を導電するコーティング層と
を備える、電流を導電するワイヤー。
【請求項２】
前記非導電性コアはポリマーを備える、請求項１に記載のワイヤー。
【請求項３】
前記ポリマーはジビニルベンゼンを備える、請求項２に記載のワイヤー。
【請求項４】
前記非導電性コアは毛髪を備える、請求項１に記載のワイヤー。
【請求項５】
前記非導電性コアはカーボンナノチューブを備える、請求項１に記載のワイヤー。
【請求項６】
前記コーティング層は前記非導電性コアの表面にめっきされた導電性金属を備える、請求項１に記載のワイヤー。
【請求項７】
前記導電性金属は金、銅、アルミニウム、またははんだを備える、請求項６に記載のワイヤー。
【請求項８】
前記非導電性コアは導電性金属で下地めっきされ、前記下地めっき金属は前記非導電性コアと前記コーティング層との間に配置される、請求項６に記載のワイヤー。
【請求項９】
前記下地めっき金属はニッケルまたはパラジウムを備える、請求項８に記載のワイヤー。
【請求項１０】
電流を導電するワイヤーであって、
非導電性コアと、
前記コアの表面に下地めっきされた第１の金属層と、
前記下地めっき層の表面にめっきされた第２の金属層と
を備え、前記第１および第２の金属層が電流を導電する、ワイヤー。
【請求項１１】
前記ワイヤーは約３０μｍ〜２７５μｍの厚みを有する、請求項１０に記載のワイヤー。
【請求項１２】
電流を導電することができるワイヤーの製造方法であって、
長い非導電性材料を提供するステップと、
前記非導電性材料の表面に第１の導電性金属をめっきするステップと
を備える方法。
【請求項１３】
前記めっきするステップを実施する前に、前記非導電性材料を第２の導電性材料で下地めっきするステップをさらに備える、請求項１２に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項１４】
前記第２の導電性材料はニッケルおよびパラジウムの一方を備える、請求項１３に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の導電性金属は、金、銅、アルミニウム、およびはんだの何れか一つからなる、請求項１４に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項１６】
前記非導電性材料はポリマーを備える、請求項１２に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項１７】
前記非導電性材料は毛髪を備える、請求項１２に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項１８】
前記非導電性材料はカーボンナノチューブを備える、請求項１２に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項１９】
前記めっきするステップは前記非導電性材料の表面に銅の無電解めっきおよび電解めっきの一方を備える、請求項１２に記載のワイヤーの製造方法。
【請求項２０】
前記めっきされた非導電性材料をスプールに巻くステップと、
前記めっきされた非導電性材料を巻き戻して焼なましするステップと
をさらに備える、請求項１２に記載のワイヤーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電流を導電するワイヤーに関し、具体的には電流を導電するポリマー・コア・ワイヤー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号、電源、およびグランド等の電流を導電するワイヤーは周知である。半導体産業では、半導体ダイ上のボンドパッドをリードフレームのリードフィンガーに接続するために、典型的に銅製または金製のワイヤーが使用される。これらの金属は高価であり、それゆえに、ワイヤーのコストはパッケージングプロセスのコストをかなり増大させる。
【０００３】
さらに、半導体のサイズが小さくなるにつれて処理機能が増加するにもかかわらず、より多くの入力および出力が集積回路との通信に必要である。それゆえ、ボンドパッドは互いに近づけて配置され（ピッチ）、したがって、より細いワイヤーが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５９１２４３６号明細書
【特許文献２】米国特許第７４６２９４０号明細書
【特許文献３】米国特許第７７０５２４２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／００１４２６６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／０１８７９７７号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００４／０２４５３２０号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００７／０２９８２７６号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／００５０２６７号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９／００７２３９９号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００９／０２１１７８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような細いワイヤーは、カプセル封入中にモールド化合物がワイヤー表面に流れるとき等の、外力によって生じる曲げおよび破損に耐える強度も有していなければならない。モールド化合物によってワイヤーに加えられる力がワイヤーを互いに接触させるおそれがあることは周知である。これはワイヤースイープとして知られる。また、モールド化合物は、脆弱なワイヤーや脆弱なボンドを破損するおそれがある。
【０００６】
それゆえ、非常に細いにもかかわらず強靭なワイヤーを有することが有利であろう。さらに、ワイヤーを形成するために必要な銅や金等の金属の量という観点から比較的安価であるワイヤーを有することも有利であろう。
【０００７】
本発明の目的は、細くても曲げおよび破損に対する強度の向上したワイヤーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電流を導電するワイヤーは、非導電性コアと、非導電性コアの表面に形成されて電流を導電するコーティング層とを備える。
非導電性コアはポリマーを備える。
【０００９】
ポリマーはジビニルベンゼンを備える。
非導電性コアは毛髪を備える。
非導電性コアはカーボンナノチューブを備える。
【００１０】
コーティング層は非導電性コアの表面にめっきされた導電性金属を備える。
導電性金属は金、銅、アルミニウム、またははんだを備える。
非導電性コアは導電性金属で下地めっきされ、下地めっき金属は非導電性コアとコーティング層との間に配置される。
【００１１】
下地めっき金属はニッケルまたはパラジウムを備える。
電流を導電するワイヤーは、非導電性コアと、コアの表面に下地めっきされた第１の金属層と、下地めっき層の表面にめっきされた第２の金属層とを備え、第１および第２の金属層が電流を導電する。
【００１２】
ワイヤーは約３０μｍ〜２７５μｍの厚みを有する。
電流を導電することができるワイヤーの製造方法は、長い非導電性材料を提供するステップと、非導電性材料の表面に第１の導電性金属をめっきするステップとを備える。
【００１３】
製造方法は、めっきするステップを実施する前に、非導電性材料を第２の導電性材料で下地めっきするステップをさらに備える。
第２の導電性材料はニッケルおよびパラジウムの一方を備える。
【００１４】
第１の導電性金属は、金、銅、アルミニウム、およびはんだの何れか一つを含む。
非導電性材料はポリマーを備える。
非導電性材料は毛髪を備える。
【００１５】
非導電性材料はカーボンナノチューブを備える。
めっきするステップは非導電性材料の表面に銅の無電解めっきおよび電解めっきの一方を備える。
【００１６】
製造方法は、めっきされた非導電性材料をスプールに巻くステップと、めっきされた非導電性材料を巻き戻して焼なましするステップとをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に従ってワイヤー断面を端部としてワイヤーを大きく拡大した透視図である。
【図２】本発明の別の実施形態に従ってワイヤー断面を端部としてワイヤーを大きく拡大した透視図である。
【図３】本発明のある実施形態に従ってワイヤーを形成するステップを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、その目的および優位性とともに、現在の好ましい実施形態についての以下の説明を添付図面とともに参照することによって最もよく理解されるであろう。図面では、全体を通じて、同様の要素に対して同様の参照符号が使用される。
【００１９】
図における要素は簡単かつ明瞭にするために示されており必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを当業者は理解するであろう。たとえば、本発明の実施形態を理解しやすくするために、図における要素の一部の寸法は他の要素に比べて誇張されている場合がある。
【００２０】
本発明は、例として示されており、添付図によって限定されるものではなく、添付図では、同様の参照符号が同様の要素を示す。
一実施形態では、本発明は、非導電性コアと非導電性コアの表面に形成されたコーティング層とを含む電流を導電するワイヤーを提供する。コーティング層は、銅、金、アルミニウム、またははんだ等、電流を導電する材料で形成される。非導電性コアは、形状が細長く、場合によってはコーティング層で覆われる材料を備える。本発明の好ましい実施形態では、コアは、ポリマー、カーボンナノチューブ、または毛髪を備える。
【００２１】
別の実施形態では、本発明は、長い非導電性材料を提供するステップと非導電性材料の表面に導電性金属をめっきするステップとを含む、ワイヤーの製造方法を提供する。一実施形態では、めっきするステップを実施する前に、下地めっき金属が非導電性材料の表面にめっきされてもよい。下地めっき材料は好ましくはニッケルまたはパラジウムであるが、導電性金属めっき材料は金、銅、アルミニウム、またははんだの何れか一つである。
【００２２】
ここで、図１を参照すると、本発明の実施形態に従ったワイヤー１０が透視図で示されており、ワイヤー１０はその断面が見えるように一端が切断されている。ワイヤー１０は、非導電性コア１２と非導電性コア１２の表面に形成されたコーティング層１４とを含む。非導電性コア１２はワイヤー１０に対する物理的強度を備える一方、コーティング層１４は電流を導電する。
【００２３】
ワイヤー１０は、集積回路と集積回路の外部接続端子との間で信号を導電するのに特に適している。たとえば、ワイヤー１０の一端は集積回路のボンディングパッドに接合されてもよく、ワイヤー１０の他端はリードフレームのリードフィンガーまたは基板のボンドパッドに接合されてもよい。このような使用法の場合、ワイヤー１０は、市販のワイヤーボンディング装置を用いて集積回路のボンディングパッドとリードフレームまたは基板とに接続される。ワイヤーボンダーからの熱と炎は、場合によって、コーティング層がＩＣボンドパッド、リードフィンガー、または基板コンタクトパッドのいずれかに接合されるようにコーティング層を溶かす。
【００２４】
本発明の実施形態に従って、非導電性コア１２は、ジビニルベンゼン架橋共重合体、またはその他の非導電性材料等のポリマーを備える。本発明の別の実施形態では、非導電性コア１２は、カーボンナノチューブ、毛髪、または人口毛等の強靭にして可撓性のある材料を備えており、これらの材料は細いながらもワイヤー１０に強度を持たせるには十分に強靭である。
【００２５】
カーボンナノチューブは、炭素原子から作られた極めて細い中空の円筒である。カーボンナノチューブはおよそ数ｎｍの直径を有する場合があり、これは人間の毛髪の１０，０００分の１よりも細い。しかしながら、これらは極めて強靭である。材料の剛性は、加えられた歪みに対する応力の変化率であるそのヤング率を単位として測定される。ナノチューブのヤング率は、鋼よりもおよそ５倍高い１０００ＧＰａの大きさにもなる。ナノチューブの引張強度または破断歪みは、鋼よりもおよそ５０倍高い６３ＧＰａにも達する。これらの特性は、その軽量性と相まって非導電性コア１２にとって優れた選択肢となる。さらに、ナノチューブは、これらが非導電性であるように作られてもよい。現在、カーボンナノチューブは、約１８ｃｍの長さのものまでしか生産されていない。しかしながら、要求（用途および経済性）と科学の発展に伴って、さらに長いナノチューブの生産が経済的に実現可能になればナノチューブがポリマー材料に置き換わるように、この長さが徐々に増加することが期待される。
【００２６】
以上のように、コア１２は実質的に均一な環状構造を有する。コア１２の具体的な直径は、コアを構成する材料に応じて変化するが、約１０μｍ〜２５０μｍの範囲の直径を有する場合もある。コーティング層１４は約１０μｍの厚さを有しており、コアが金属化または下地めっきされる場合、下地めっき金属は約１μｍの厚さを有し、ワイヤーの全径が約２１μｍ〜２６１μｍとなる。
【００２７】
コーティング層１４は、ワイヤーが接続される集積回路のボンドパッドに、あるいはこのボンドパッドから電気信号（データ、電源、グランド）が伝送されるように導電性材料を備える。信号を導電するために現在使用されており、しかも本発明に適用される金属として、金、銅、アルミニウム、およびはんだ（はんだの場合は無鉛はんだが好ましい）が挙げられるが、これらに限定されない。これらの金属は非導電性コア１２の表面にめっきされる。
【００２８】
ここで、図２を参照すると、本発明に従ってワイヤー２０の別の実施形態が示される。ワイヤー２０は、非導電性コア１２およびコーティング層１４を含む。しかしながら、コーティング層１４の導電性金属でコア１２をコーティングする前に、コア１２は導電性金属２２で下地めっきされる。下地めっき金属２２は、非導電性コア１２とコーティング層１４との間に配置され、コーティング層１４とコア１２との間の界面接着を改善するために、および電子移動を防止するために提供される。下地めっき金属２２は、好ましくは、ニッケルまたはパラジウム等の導電性材料で形成される。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態では、ワイヤー１０はボンドワイヤーであり、これはリードフレームのリードフィンガーまたは基板（プリント回路基板）のボンドパッドで半導体集積回路のボンドパッドを接続するために使用される類のワイヤーである。典型的に、このようなワイヤーは、信号を集積回路にそして集積回路から伝送するために使用される。このような信号は、データ信号であってもよく、あるいは電源およびグランドであってもよい。このような信号の電圧レベルは、比較的低く、たとえば、０Ｖ〜５Ｖである。しかしながら、当技術分野で周知のように、現在製造されている集積回路の電圧は比較的低いので電圧レベルはかなり低くてよい。
【００３０】
ここで図３を参照すると、ワイヤー２０を製造するプロセスが示される。第１のステップ３０では、コア１２を形成する長い非導電性材料が提供される。前述のように、コア１２は、ポリマー、毛髪、カーボンナノチューブ等を備えていてもよい。本発明の一実施形態では、ステップ３２において、コア１２が水溶液３６の容器３４内に設置され、無電界めっきプロセスによって導電性金属で金属化される。たとえば、コア１２は、無電解下地めっきプロセスによってニッケルまたはパラジウムの層でコーティングされてもよい。コア１２がカーボンナノチューブを備える場合、無電解下地めっきの代わりに、薄膜蒸着を採用してカーボンナノチューブを薄い金属層でコーティングしてもよい。コア１２は、次のステップでコア１２に適用される導電性金属１４の接着を向上させるために下地めっき金属でコーティングされる。
【００３１】
つぎに、導電性金属１４は、コア１２（あるいは、場合によっては金属化コア）の表面にめっきされる。コア１２は、３８で示される無電解めっきプロセスまたは４０で示される電解めっきプロセスのいずれかを用いて、導電性金属１４でコーティングされてもよい。無電解めっきプロセスでは、金属化コア１２は、水溶液４４の第２のタンク４２内に設置され、銅等の導電性金属１４でめっきされる。電解めっきプロセス４０では、金属の薄膜がコア１２（または金属化コア）の表面に蒸着される。具体的には、コア１２（または金属化コア）は、電解液５０（たとえば、硫酸銅）で満たされたタンク４６内に設置され、めっきされる金属１４（この例では銅）が陽極として使用される。他の実施形態では、金属化コアは、金、アルミニウム、またははんだ等の別の導電性金属でめっきされる。ここでめっきされた金属化コアは、ワイヤー２０を備える。
【００３２】
コア１２が導電性金属１４でめっきされた後、ステップ５２において、ワイヤー２０はスプール５４に巻かれる。ステップ５６において、アニールプロセスが実施されて、ワイヤー２０が加熱された後、ワイヤー２０の強度と硬度を高めるために冷却される。当業者によって周知のように、コーティング層１４が銅を備える場合、冷却は空気中でゆっくり行われてもよく、液体中でワイヤー２０を焼入れすることによって素早く行われてもよい。
【００３３】
ステップ５８において、焼なましされたワイヤー２０は、スプールから巻き戻された後、ステップ６０において、ワイヤー２０のスプールは欠陥がないか検査されてもよい。この時点で、ワイヤー２０は、市販のワイヤー・ボンディング・マシンをすぐに使える状態になる。
【００３４】
上記のプロセスステップは、一般に、周知のステップであり、それゆえ、ワイヤー１０の適切な製造方法を当業者に伝えるうえで必要と考えられる以上に詳しく説明していない。こうして、本発明の実施形態を分かりやすく説明・図示してきたが、本発明の範囲に現存する設計または構造物の詳細については多くの変更または修正がなされてもよいことは当業者によって理解されよう。また、本発明を実施する手段は、ほとんどの場合、本発明に従って装置を製造するために使用される回路、パッケージ構造、および構成と同様に周知であるので、本発明の基本的概念を理解・認識して本発明の教示を曖昧にしたり本発明の教示から注意をそらしたりしないよう、詳細について本発明を説明するために必要と考えられる範囲を超えた説明はしない。
【００３５】
前述の明細では、特定の実施形態を参照して本発明を説明してきた。しかしながら、以下の特許請求の範囲に記述されるような本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正および変更がなされることを当業者は理解するであろう。たとえば、本発明はボンドワイヤーとして特によく適しているが、本明細書に記載される原理は比較的大きい電流が流れる比較的大きい径のワイヤーに適用されてもよいことは当業者によって理解されよう。したがって、明細および図は、限定的意味よりもむしろ実例的意味として考えられるべきであり、このようなすべての修正は本発明の範囲内に含まれるものとする。
【００３６】
さらに、明細書および特許請求の範囲に「前」、「後」、「最上部」、「最下部」、「真上」、および「真下」等の相対語がある場合、これらは便宜的に使用されており、必ずしも永久的な相対位置を表すために使用されるものではない。このように使用される用語は、本明細書に記載される本発明の実施形態が、たとえば、図示された方位以外の方位、あるいは本明細書に記載される方位と異なる方位で動作するように、適切な状況下で互換性があることが理解される。本明細書で使用される「備える」、「備えている」という用語、またはこれらの他の変形は、非排他的包含を含むことを意図しており、したがって、要素の一覧を備えるプロセス、方法、品目、または装置は、これらの要素のみを備えるのではなく、明示的に記載されていない、あるいはこのようなプロセス、方法、品目、または装置に固有でない他の要素を備えていてもよい。本明細書で使用される「複数の」という用語は、２つまたはそれ以上と定義される。本明細書で使用される「別の」という用語は、少なくとも２番目またはそれ以上と定義される。
【００３７】
特定の実施形態に関する利益、他の優位性、および諸問題に対する解決策を既に説明してきた。しかしながら、利益、優位性、諸問題に対する解決策、ならびに何らかの利益、優位性、または解決策をもたらしたり顕著ならしめたりする可能性のある要素を、請求項の一部または全部の決定的に重要な、必須の、または本質的な特徴あるいは要素と解釈すべきでない。
【符号の説明】
【００３８】
１２…非導電性コア、１４…導電性金属、１０，２０…ワイヤー、２２…導電性金属。
【図１】
2012069512.tif 000003
【図２】
2012069512.tif 000004
【図３】
2012069512.tif 000005