(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価すべき、半導体装置ボンディング用金属細線を巻装したスプールをその軸線を鉛直方向にして回転不動に固定し、該金属細線に張力を加えて、該金属細線を該スプールからガイドを介して基準面まで任意に落下させ、該金属細線のほどきに異常が生じて手直しした回数を検査することにより、該金属細線のほどき性能を評価することを特徴とする半導体装置ボンディング用金属細線のほどき性能評価方法。
【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用金属細線のほどき性能の評価方法に関する。
【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、該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】
上記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に導入され、次いで該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、前記ツールのキャピラリを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】
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、そうした要求性能の中で、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。
この要求に対応するため、従来から金属細線とキャピラリーとの接触抵抗を小さくして対応する事が試みられている。例えば特開平５−２６４３７７や特開平８−２２７９０９には前記接触抵抗の測定装置等が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のループ形状に影響を与える因子として、本発明者らが検討したところ、金属細線の物理的特性、機械的特性、キャピラリーとの接触抵抗の他、金属細線がスプールに巻装された状態によってスプールからのほどき性能が悪くなり、これが重要な要因であることがわかってきた。このほどき性能とは金属細線がスプールに巻装された状態で食い込みやくっつき等の為にスムーズにほどけないことを対象とした性能である。
【０００６】
このほどき性能が悪いと、ループ形状が安定せず隣接したループと接触したり、高さにばらつきが生じたりするようになる。
一方、半導体装置ボンディング用に用いる金属細線は直径２０〜５０μｍのものを５００〜５０００ｍ単位にスプールに巻装して使用されており、これのほどき性能を客観的に評価する方法がない状況にある。
【０００７】
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、スプールに巻装された金属細線のほどき性能を評価するに当たり、ほどき性能を簡便であってしかも客観的に評価出来る評価方法を提供することにある。
【０００８】
【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、評価すべき、半導体装置ボンディング用金属細線を巻装したスプールをその軸線を鉛直方向にして回転不動に固定し、該金属細線に張力を加えて、該金属細線を該スプールからガイドを介して基準面まで任意に落下させ、該金属細線のほどきに異常が生じて手直しした回数を検査することにより、該金属細線のほどき性能を評価することを特徴とする半導体装置ボンディング用金属細線のほどき性能評価方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（１）スプールに巻装された金属細線
［金属細線］
本発明に於いて評価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５００〜５０００ｍ単位にスプールに巻装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Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ及びそれらを主成分とする合金が用いられる。
【００１０】
このように細い径の金属細線は、一般に、スプールからほどくと、自重だけで塑性変形によりスプールから直線になって落下する性質を有する点で、巻装された変形を実質的に保持している金属線とは異なる。
［スプール］
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、その表面にアルマイト加工を施して用いられているが、特に限定されない。本発明はこのようなスプールに巻装された金属細線のほどき性能を、簡便であってしかも客観的に評価することを目的としている。
［スプールへの金属細線の巻装形態］
スプールへの金属細線の巻装形態としては、所定のピッチと交差角を有して、多層状に巻装して用いられる。一例として特開昭５６−１３６７６４に開示されている様に、往復各側のｎ回目の巻線と（ｎ−１）回目の巻線の間に０．１〜（ピッチ−０．１mm）の間隔を介在させ、ピッチが２〜８mm、往側巻線と復側巻線との交差角が１度２０分〜５度１５分を用いることが好ましい。
（２）本発明の原理
現在スプールに巻装された金属細線を使用して、自動ボンダを用いたワイヤボンディング法として２種類のスプールからの金属細線の取り出し方式が用いられている。
(i) 第１の方式はスプールの軸芯が縦方向となるようにスプールを固定して載置し、金属細線を取り出していく方式である。
(ii) 第２の方式はスプールの軸芯が横方向となるようにスプールを置き、スプールをモーターで回転させて、金属細線を取り出していく方式である。
【００１１】
本発明の評価方法は前述のワイヤボンディング法のうち、第１の方式に用いられるスプールに巻装された金属細線の評価方法として好適である。
本発明では、金属細線を巻装したスプールを該スプールの軸芯が鉛直方向となるように基準面の上方に回転不動に固定し、前記巻装された金属細線に張力を加えて基準面に落下させてほどいてゆき、そのほどきの状態を検査して金属細線のほどき性能を評価する。ほどき状態の具体的検査方法は後述する。
【００１２】
本発明は、このような方法で金属細線のほどき性能を評価すると、その評価結果がボンディングワイヤのループ形状の安定性とほぼ対応していることを見い出して、完成されたものである。
なお、本発明で評価される金属細線のほどき性能は金属細線の組成、直径、製法と共に、スプールの形態とスプールへの巻装の態様などに依存すると考えられるが、その依存関係も本発明により評価できる。
（３）具体的実施形態
▲１▼  第１の例
図１（１）（２）を参照すると、１はスプール胴部、２はスプールフランジ部、３はスプール、４は巻装された金属細線、５は巻装状態からほどかれた金属細線、６は円形ガイド、７は円形ガイド支持棒、８はストッパー、９はスプール載置具。スプールを矢印方向に移動してスプール載置具９に装着する。
【００１３】
図１（２）において、１０はほどき試験台（１）であり、Ａは金属細線５が落下する基準面である。
図１（１）に示す様に、評価対象として、金属細線４をスプール３に巻装したものを、スプール載置具９に装着する。
次いで図１（２）に示す様に、ほどき試験台１０の上部に設けた切り欠き部にストッパー８を懸ける事により金属細線を巻装したスプールを該スプールの軸芯が鉛直縦方向となるように基準面Ａの上方に回転させることなく載置することが出来る。
【００１４】
次に巻装された金属細線４から金属細線５を引き出し、金属細線５の自重による張力を加えて基準面Ａに落下させる。基準面Ａまでの金属細線の落下高さは、一般的には、２０〜１００cmが好適である。
前述の様にして金属細線５の下方への微細な張力により、金属細線４は巻装状態をほどかれ、金属細線５は円形ガイド６に接触しつつ該ガイドの周囲を旋回しながら落下していく。ほどきが停止すると異常と判断して、手直しの後、更に測定を継続する。以下、本評価方法を「つりさげほどき試験」という。
▲２▼  第２の例
図２（１）（２）において、図１と同じ部分３〜６、Ａは同じ記号を用いている。１０′はほどき試験台（２）、１１は円筒ガイドであり上部に漏斗状線挿入口を有している。
【００１５】
図２に示すように、円筒ガイド１１を円形ガイド６の内孔部に挿入し更に金属細線４を巻装したスプール３の内孔部に挿入する。この状態でほどき試験台１０′上部に設けたガイド孔を通して、円筒ガイド１１の先端を挿通して図２（２）に示す様に前記上部に金属細線４を巻装したスプール３を該スプールの軸芯が鉛直方向となるように基準面Ａの上方に回転させることなく載置する。
【００１６】
次いで巻装した金属細線４から金属細線５を引き出して、円筒ガイド１１の上方から下方に引き出し、金属細線５の自重による張力を加えて基準面Ａに落下させる。この時円形ガイド６の上面から円筒ガイド１１の上面までの高さは１０〜５０mmとすることが好ましい。円筒ガイド１１の外径テーパと円形ガイド６の内孔部内径により調整することが出来る。また、円筒ガイド１１の上面から基準面Ａまでの金属細線の落下高さは２０〜１００cmが好ましい。
【００１７】
前述の様にして金属細線５の下方への微細な張力により、金属細線４は巻装状態をほどかれ、金属細線５は円形ガイド６に接触しつつ円形ガイド６の周囲を旋回しながら、一旦上昇し円筒ガイド１１の上方から下方に落下していく。ほどきが停止すると異常と判断して、手直しの後、更に測定を継続する。以下、本評価方法を「上置きスピニング落下ほどき試験」という。
【００１８】
上記の何れの場合も張力を加える方法として金属細線５にエアーを吹き付けても良い。図３（１）は吹きつけ式エアーテンションを付加する状況を示し、１２はエアー吹きつけ装置である。図３（２）はノズル式エアーテンションを付加する状況を示し、１３はエアーノズルである。何れもエアーの力で金属細線５に張力を加えるものである。
【００１９】
又上記何れの場合も金属細線５は円形ガイド６に接触しながら落下していくため、円形ガイド６は接触抵抗を小さくすることが好ましい。材質として接触抵抗の小さな金属やガラス等を用い、金属細線５との接触部は曲面形状とすることが例示出来る。更に第２の例で用いる円筒ガイド１１も金属細線５と接触するため、同様に材質として接触抵抗の小さな金属やガラス等を用いたり、上部の漏斗状部の金属細線５との接触部は曲面形状としたりすることが好ましい。
【００２０】
又前記何れの場合も円形ガイド６は高さ１〜１０mm、外径はスプールフランジ２の（外径）＋（０．５〜１５mm）とすることが例示出来る。
又装置全体は風防容器で囲い風の影響を除去することが好ましい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、スプールに巻装された金属細線のほどき性能を客観的に試験する方法が提供され、その評価結果は半導体装置のボンディングワイヤのループ特性を評価することに利用できる。
【００２２】
【実施例】
直径３０μｍ、９９．９９重量％純度の金線の機械的性質を同一とし、ほどき性能に差異をもたせるように巻装形態をかえスプールに多層巻きした試料４種類（巻装形態Ａ〜Ｄ）を作成し、次の実験例１〜３に供した。各試料共５００ｍ巻きとした。
（実験例１）ループ形成試験
前記４種類の試料（巻装形態Ａ〜Ｄ）を自動ボンディングマシン（新川製  ＵＴＣ−１０型）を用いて、ＩＣチップと外部リードのボンディングを行った。本装置はスプールを固定させて用いる自動ボンダである。
【００２３】
ループ長さ２．０mm、ループ高さ２００μｍで５０，０００個のループを形成し、測定顕微鏡を用いてループ形状を測定した。図４にループ形状の概略図を示す。（１）は側面図、（２）は平面図である。何れも２０はファースト側接合点、２１はセカンド側接合点、２２は配線された金線、２３は２０，２１を結ぶ仮想直線、Ｈはループ高さ、Ｌは金線２２と仮想直線２１との平面乖離量である。
【００２４】
ループ高さは、ループ高さ２００μｍに対して高さ方向に３０μｍ以上の乖離を生じたものを不良とした。
ループの平面乖離量Ｌは仮想直線２３を真上から観察して測定し３０μｍ以上の乖離を生じたものを不良とした。
ループ５０，０００個中のループ不良個数をループ形状不良率（％）で表示して表１に示した。
（実験例２）直接落下ほどき試験
図１に示す装置を用いて、金線を巻装したスプールを載置して金線を自重で３０cmの落差を直接落下させてほどき試験を行った。
【００２５】
前記４種類の試料（巻装形態Ａ〜Ｄ）を各々５００ｍ長さについてほどき試験を行い、くっつき等ほどきに異常が生じて手直しした回数を測定し、その結果を直接落下ほどき試験異常回数として表１に示した。
（実験例３）上昇後落下ほどき試験
図２に示す装置を用いて金線を巻装したスプールを載置して金線を上昇後自重で３０cmの落差を落下させてほどき試験を行った。
【００２６】
実験例２と同様に４種類の試料（巻装形態Ａ〜Ｄ）を各々５００ｍ長さについてほどき試験を行い、くっつき等ほどきに異常が生じて手直しした回数を測定し、その結果を上昇後落下ほどき試験異常回数として表１に示した。
【００２７】
【表１】
0003874534.tif 000002
【００２８】
（試験結果）
金線の機械的性質を同一とし、巻装形態をかえ、ほどき性能を変更してスプールに多層巻きした５００ｍ巻き試料４種類（巻装形態Ａ〜Ｄ）を作成した。
本発明のほどき性能評価方法を用いることにより、ループ形状不良率と対応させて、ほどき性能を効果的に評価することが出来る。この為、金属細線の巻装条件等に対応したループ形状不良率（％）を評価する際に、ループ形成の為のボンディング試験をすることなしに、ほどき性能を簡便であってしかも客観的に評価を行うことが出来る。本評価方法は特にはスプールを固定させて用いる自動ホンダに用いて好適である。
【００２９】
また、この実験では同じ金線について評価したが、巻装形態を同じにし、金線の種類（組成や製法など）を変えたものについても、ほどき性能を評価し、ループ形状不良率の評価に利用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施態様の金属細線を巻装したスプールと、そのほどき評価方法を示す。
【図２】第２の実施態様の金属細線を巻装したスプールと、そのほどき評価方法を示す。
【図３】第１の実施態様の変形例を示す。
【図４】ワイヤボンディングのループ特性の評価方法を示す。
【符号の説明】
１…スプール胴部
２…スプールフランジ部
３…スプール
４，５…金属細線
６…円形ガイド
７…円形ガイド支持棒
８…ストッパー
９…スプール載置具
１０…試験台
１１…円筒ガイド
１２…エア吹きつけ装置
１３…エアーノズル
２０…ファースト側接点
２１…セカンド側接合点
２２…金線
【図１】
0003874534.tif 000003
【図２】
0003874534.tif 000004
【図３】
0003874534.tif 000005
【図４】
0003874534.tif 000006