(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能にスプールを装着するスプール装着部と、該スプール装着部の下方に鉛直に配置した平面鏡と、該平面鏡の前方に配置した透明な目盛とを有し、前記スプール装置部に金属細線を巻いたスプールを装置し、該スプールより金属細線を巻き出し、金属細線の所定箇所を前記平面鏡前方に垂れ下げさせ、その箇所の金属細線の直線性を前記目盛および前記平面鏡を利用して測定することを特徴とする金属細線の直線性測定装置。
【請求項２】
前記スプール装置部および前記平面鏡を風防用容器で覆い、該風防用容器の少なくとも前記平面鏡の前方の部分を透明とし、当該平面鏡の前方の透明部分に前記目盛を形成し、かつ、前記スプール装着部をモータ駆動する請求項１記載の金線細線の直線性測定装置。
【請求項３】
スプールに巻かれた金属細線をスプールを回転させて順次落下させて金属細線の測定箇所を目盛部に位置せしめ、前記目盛部として平面鏡と透明目盛を用い、平面鏡に写る金属細線の像が金属細線と一致して見える位置で金属細線の所定箇所の直線性を測定することを特徴とするスプールに巻かれた金属細線の直線性測定方法。
【請求項４】
スプールに巻かれた金属細線の先端をＬ型に曲げ、スプールを回転させて金属細線のＬ型先端を落下させ、所定ストローク当りの先端の回転角を測定することを特徴とするスプールに巻かれた金属細線のねじれ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の実装に際して、ＩＣチップ電極と外部リードを接続するボンディングワイヤとして用いられる金属細線の直線性を評価する測定装置及びこれを用いた測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体装置の実装に於いて、ＩＣチップ上の電極と外部リードを接続する方法としてワイヤボンディング法が普及しており、この方法の中には熱圧着式または超音波併用熱圧着式ボンダーを用いたボールボンディング法やボールを形成する事なく圧着するウエッジボンディング法が一般的である。
【０００３】
これらの何れの方式に於いても、繰り出された金属細線はボンディングツールのキャピラリに導入され、次いでそのツール出口側に導出された金属細線の先端にボールを形成した後ボールを押圧したり、又は直接金属細線先端をＩＣチップ電極上に押圧し、キャピラリをＸＹＺ方向（前後、左右、上下方向）に移動させて所定のループ形状を形成し、外部リードにボンディングした後、金属細線を切断してワイヤボンディングする方法がとられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方最近の半導体装置の小型化、薄肉化に伴い狭ピッチ、長ループのボンディング方法に対応する為に、金属細線に要求される性能も高まっており、これらの要求性能の中で、所定のループ形状を安定して形成する事が重要なボンディング特性の一つとなっている。
【０００５】
ループ形状に影響を与える因子としては、金属細線の物理的特性、機械的特性等があるがとりわけ重要な因子は、ワイヤボンディング法に用いる金属細線の直線性である。該直線性が悪いと、ループ形状が安定せず隣接したループや周辺部材と接触し短絡事故を生じる危険性がある。
しかしながらワイヤボンディング法に用いる金属細線は直径２０〜５０μｍのものを５００〜２０００ｍ単位にスプールに巻き回して使用されており、これの直線性を客観的に評価する方法がない状況にある。
【０００６】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スプールに巻き回された金属細線の直線性を測定するに当たり、直線性を簡便であってしかも定量的、客観的に評価出来る測定装置及び測定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】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、安定したループ形成を阻害する金属細線の形状として、そのねじれ、大曲がり、小曲がりの３つの内容がある事に着目し、これらの内容を簡便に、しかも定量的、客観的に評価出来る測定装置及び測定方法を検討し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は下記を提供する。
（１）回転可能にスプールを装着するスプール装着部と、該スプール装着部の下方に鉛直に配置した平面鏡と、該平面鏡の前方に配置した透明な目盛とを有し、前記スプール装置部に金属細線を巻いたスプールを装置し、該スプールより金属細線を巻き出し、金属細線の所定箇所を前記平面鏡前方に垂れ下げさせ、その箇所の金属細線の直線性を前記目盛および前記平面鏡を利用して測定することを特徴とする金属細線の直線性測定装置。
【０００９】
（２）前記スプール装置部および前記平面鏡を風防用容器で覆い、該風防用容器の少なくとも前記平面鏡の前方の部分を透明とし、当該平面鏡の前方の透明部分に前記目盛を形成し、かつ、前記スプロール装着部をモータ駆動する上記（１）記載の金線細線の直線性測定装置。
（３）スプールに巻かれた金属細線をスプールを回転させて順次落下させて金属細線の測定箇所を目盛部に位置せしめ、前記目盛部として平面鏡と透明目盛を用い、平面鏡に写る金属細線の像が金属細線と一致して見える位置で金属細線の所定箇所の直線性を測定することを特徴とするスプールに巻かれた金属細線の直線性測定方法。
【００１０】
（４）スプールに巻かれた金属細線の先端をＬ型に曲げ、スプールを回転させて金属細線のＬ型先端を落下させ、所定ストローク当りの先端の回転角を測定することを特徴とするスプールに巻かれた金属細線のねじれ測定方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（金属細線）
本発明において測定の対象となる金属細線は、主として、ボンディングワイヤとして用いられる直径１０〜１００μｍのものを５００〜２０００ｍ単位にスプールに巻き回して使用されているものであるが、これは更に長尺になっていく傾向にある。組成としては一般にＡｕ，Ａｌ，Ｃｕ及びそれらを主成分とする合金が用いられる。
【００１２】
スプールは、一般に、胴部及びその片側又は両端にフランジを有する、胴部外径５０mm程度、胴部長さ２５〜５０mm程度のアルミ製スプールが用いられているが、特に限定されない。
本発明は、このようなスプールに巻かれた金線細線の直線性を客観的にかつ効率的に測定することを目的としている。本発明で測定の対象とする金属細線は、基本的にスプールから巻き出されると、自重で垂下して塑性変形して直線になる性質を有するものである。そこで、金属細線をスプールから巻き出して、適当な箇所の直線性を測定し、その測定値の平均及び総合により、スプールに巻かれた金属細線の直線性を測定することを企図している。
【００１３】
（測定装置）
図面を参照して、本発明に従う金属細線の直線性を測定する装置及び測定方法を説明する。
図１に１例の装置を示す。１は風防用容器であり、２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。３は金属細線を巻き回したスプール、４は繰り出しモータ、５はコントローラ、６は正面部下方に設けた平面鏡、７は金属細線、８は正面扉２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４の回転軸に連結したスプール装着部に金属細線を巻き回したスプール３を装着し、該装着部下方に平面鏡６を配置し、その前面に透明性目盛り部８を配置している。
【００１４】
金属細線を巻いたスプールは、スプール装着部に回転可能に装着する。スプール装着部は回転可能でかつスプールを固定できる軸体であればよいが、好適にはモータ駆動式とし、簡単にはモータ４の回転軸に直接にスプール３を装着するようにしてもよい。コントローラ５を用いてモータ４を駆動し、スプール３を回転させると、スプール３から金属細線７が繰り出される。
【００１５】
スプールに巻かれた金属細線は全長が例えば１０ｍのように長く、そのうち例えば１０箇所程度において直線性を測定するので、測定箇所が繰り出されるまでの金属細線を下方で別のスプールによって巻きとるようにしてもよい。またその場合、モータ駆動を上方スプールでなく下方スプールについて行なってもよい。
スプールから繰り出される金属細線７は、平面鏡６の前方を落下するが、図１の装置では正面扉２を閉じると、透明な正面扉２に形成された目盛部８が間に金属細線７を置いて平面鏡６と平行になる。そこで、透明な目盛部８を通して金属細線７を見ながら、図２を参照すると、平面鏡６に写る金属細線の像９が金属細線７と一致する位置から観察し、目盛部８を利用して以下に説明する金属細線の直線性を測定する。
【００１６】
金属細線のねじれの測定は、平面鏡や目盛部は不要であり、スプールから繰り出され、スプールから落下する金属細線の先端部の回転角を測定するだけでよいが、金属細線の曲がりの測定は平面鏡と目盛部を用いて行なう。そのため、スプール装着部の鉛直下方に平面鏡と目盛部を配置するが、スプールから金属細線の所定位置を繰り出した後、金属細線を所定長だけ切り出して、その切り出した金属細線を平面鏡と目盛部の間に垂れ下がるようにして、金属細線の直線性を測定することも可能である。
【００１７】
また、金属細線の直線性を測定するには平面鏡と透明目盛部を用いることが簡単かつ正確な測定ができるので最適であるが、直線性の測定自体は、例えば不透明な目盛部の前方に金属細線を垂れ下げただけで測定することも可能である。
透明性目盛部は透明性材質のものに目盛をつけて使用することができる。測定精度を上げる為には目盛部を平板状として、上下、左右、傾斜の移動が出来る構造とすることが好ましい。一例として方眼紙目盛りを透明性薄板に複写して平板状として使用することが例示出来る。平板状目盛部の移動にはマジックテープ、接着テープを利用しても良いし、ねじを利用した圧着による構造としても良い。
【００１８】
本発明の測定装置は、測定対象が軽量な金属細線であるため、人の移動や空調等の風の影響を防止出来る風防用容器で覆って用いることが好ましい。
その形状は図１に示す様に全体を直方体として、前面に扉を設けた構造のものが、簡易に製作出来て好ましい。この他下部のみが開放された容器を上部からつりおろして風防用容器としても良いし、装置の小型化等の必要に応じて他の形状としてもよい。又容器の材質は少なくとも透明性目盛り部を有する箇所が透明性材質で形成されていることが必要であるが、容器全体を透明性材質で形成することは簡易に製作出来ると共に内部が視認出来て測定作業の面で好ましい。
【００１９】
図３には目盛部に基準線１０，１１，１２を記入した状態を示している。１０，１１は基準長さＬ１を決めてこの範囲での曲がりを測定するものである。１１，１２は基準長さ１１，１２を決めるものであり、金属細線７の下端をはさみを用いて切断し、該位置が１２の位置になる様にする。このようにすることにより、基準長さＬ２位置での金属細線が下方に引っ張られる力を小さく且つ一定にすると共にＬ２位置での金属細線端部のはね幅を自重の影響を受けることなく測定出来る。
【００２０】
１０，１１間の基準長さＬ１は１０〜５０cm程度、１１，１２間の基準長さＬ２は１〜２０cm程度の中から選択して設定することが好ましい。
（測定項目）
本発明では前述のループ形状を安定させるための金属細線の直線性評価として少なくとも次の測定項目の中から選択して評価することが出来る。
【００２１】
▲１▼ねじれ  ▲２▼−１金属細線の曲がりの大きさ（以下「蛇行幅」という）  ▲２▼−２金属細線の曲がりの回数（以下「蛇行回数」という）  ▲２▼−３金属細線端部の曲がり量（以下「はね幅」という）
下記の曲がり測定の中で蛇行幅は主として大曲がりの状況がわかり、蛇行回数は大曲がりがない場合も小曲がりの状況がわかり、はね幅は自重の影響を全く受けない曲がり状況が把握出来る。この為特定の測定項目に異常がある場合曲がり防止の処置が取りやすいという利点がある。
【００２２】
（測定方法）
図１を用いて本発明の測定方法を説明する。
金属細線７を巻き回したスプール３をモータ回転軸に連結したスプール装着部に取付け、コントローラ５を操作してモータ４を駆動して、金属細線を下方に繰り出していく。
【００２３】
▲１▼  ねじれ測定方法
前述の金属細線７を下方に繰り出していくに先立ち、金属細線の先端をＬ型に形成しておき、Ｌ型の動きを目視観察し、所定ストローク当たりの先端回転数及び角度を測定する。
▲２▼  曲がり測定方法
前記スプール３の下方に平面鏡６を配置して、その前面に金属細線７を繰り出して落下させ、任意位置でモータを停止させ、前記平面鏡の下部位置で金属細線７を切断する。更に前記平面鏡の前面に透明性目盛部８を配置する。図１に示す風防用容器を使用する場合、正面扉２を閉じることにより、透明性目盛部８が前述の様に配置される。該目盛り部を平板状として正面扉２の外側に移動可能に配置することが好ましい。
【００２４】
次いで、透明性目盛部の位置を調整して図３に示す様に、金属細線７の下端位置が基準線１２となるようにすると共に、金属細線７の推定中心線と目盛部縦線が一致する様にする。
次に測定の際の目線位置を説明する。図２は金属細線７が平面鏡６にその像９として写った状態を示している。７と９が一致する位置に測定者の目の位置を固定して測定することにより、測定精度を安定させることが出来る。
【００２５】
スプールに巻き回された金属細線の試料準備を前述の通り行って測定した後、更に所定長さ繰り出して同様の測定を行う。測定精度向上の為、少なくとも５〜１０回測定することが好ましい。
▲２▼−１  蛇行幅の測定
図３に示す基準線１０，１１の間である基準長さＬ１内での最大幅Ｗを目盛りから読みとり蛇行幅とする。
【００２６】
▲２▼−２  蛇行回数の測定
所定の測定回数のうち蛇行幅１mm以上の回数を蛇行回数とする。
▲２▼−３  はね幅の測定
図３に示す基準線１１，１２の間である基準長さＬ２内での端部の変位量をはね幅とする。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の装置及び寸法によりスプールに巻かれた金属細線の直線性を簡易にかつ客観的、定量的に評価することが可能になる。従って、ＬＳＩのワイヤボンディングにおけるループ曲がりを実効的に制御し、ひいてＬＳＩの実装密度を高くすることができる。
【００２８】
本発明により直線性を評価された金属細線は単純に選別するのみならず、評価が客観化、定量化されるので、金属細線の組成や製造方法・条件を改良・変更して直線性を改良した金属細線を提供することに対しても有効である。
【００２９】
【実施例】
（金属細線の作製）
金属細線の直線性に影響を及ぼす工程を調整してＡ〜Ｄの５種類の９９．９９重量％Ａｕ線について、各々直径３０μｍに伸線加工して、４％伸び率になるようにアニールし、その表面に潤滑剤を塗布した後アルミ製スプールに１０００ｍ巻取った試料を２組製造した。
【００３０】
（直線性の測定）
１組のＡ〜Ｄの５種類のスプールに巻き回した試料について、図３に示す目盛り部を有する図１に示す測定装置を用いて金属細線のねじれ及び曲がりを前述の方法で測定した。
スプール巻き線１０００ｍの内先端５０ｍを切断して第１回目のねじれ測定、引き続き曲がり測定を行い、以後８０ｍおきに測定を繰り返し合計１０回測定した。
【００３１】
ねじれ測定は０．５ｍ長さでの回転数を測定し平均値を表１に示した。
曲がり測定は図３に示す蛇行幅基準長さＬ１（１０，１１間長さ）を３０cm、はね幅基準長さ（１１，１２間長さ）Ｌ２を１０cmとして測定し、蛇行幅、はね幅は平均値を、蛇行数は蛇行幅１mm以上の回数を表１に示した。
（ワイヤボンディングのループ曲がり量の測定）
更に他の１組のＡ〜Ｅの５種類の金属細線試料を用いてループ曲がり測定を行った。まず金属細線を巻き回したスプールを装着した新川（株）製ＵＴＣ２００型ボンディングマシンを用いてＩＣチップ電極と外部リードをボールボンディング法により配線をして、ワイヤボンディング試料を作成した。この時ループ長さ５mm、ループ高さ２００μｍとして４方向９６本の配線をしてボンディング試料とした。該試料は１０００ｍの金属細線中、線曲がり測定と同様に先端５０ｍを切断して以後８０ｍおきの箇所を使用して１種類に付き合計１０個ワイヤボンディング試料を作成した。
【００３２】
次にループ曲がり測定は測長顕微鏡を用いて配線をしたボンディング試料を真上から観察してループ曲がり量を測定した。この状況を図４を用いて説明する。１３はＩＣチップ電極上のボールボンディング部、１４は外部リード上のボンディング部、１５は金属細線を用いて形成されたループであり、真上から観察した状況を示している。１３と１４の中心線１６から曲がりを生じた金属細線の中心軸迄の距離Ｗ３をループ曲がり量とした。前記９６ピンワイヤボンディング試料のうち、コーナー４カ所を測定し、１種類に付き４０個の平均値をループ曲がりとして表１に示した。
【００３３】
【表１】
0003976384.tif 000002
【００３４】
（測定結果）
製造工程中、線の曲がりに影響する工程を変更して曲がり量が順次大きくなるようにＡ〜Ｅ迄５種類の金線を製造した。
線の曲がり量が直接影響するループ曲がりを基準に対比すると、ねじれ及び蛇行幅は良く一致していることが判る。蛇行回数及びはね幅は定性的に同じ傾向を示すといえる。
【００３５】
本発明の測定装置及び測定方法を用いることにより、線曲がりについての多くの情報を得ることが可能になり、効果的に線曲がりの評価を行うことが出来る。
この為、製造工程の異常の発見及び品質保証を行う際、効果的に利用出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属細線の直線性測定装置の実施例を示す。
【図２】金属細線と平面鏡との関係を示す。
【図３】金属細線の測定用の基準線を記入した目盛部の例を示す。
【図４】ボンディングワイヤのループ曲がり量を説明する図である。
【符号の説明】
１…風防用容器
２…扉
３…スプール
４…モータ
５…コントローラ
６…平面鏡
７…金属細線
８…目盛部
【図１】
0003976384.tif 000003
【図２】
0003976384.tif 000004
【図３】
0003976384.tif 000005
【図４】
0003976384.tif 000006