(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＬＢ値が１０〜２０、平均分子量が３５０〜２０，０００である非イオン性界面活性剤を有する水溶液からなることを特徴とする半導体素子接続用ボンディングワイヤの伸線加工用水溶性潤滑剤。
【請求項２】
ＨＬＢ値が１０〜２０、平均分子量が３５０〜２０，０００である非イオン性界面活性剤を主成分として、さらに有機酸、高級アルコール、金属せっけん、アミン、アミドおよびエステルからなる群より選ばれる１種または２種以上を、溶質に対する質量比で５％以上５０％未満含有する水溶液からなることを特徴とする半導体素子接続用ボンディングワイヤの伸線加工用水溶性潤滑剤。
【請求項３】
前記非イオン性界面活性剤が、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルおよびポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれた１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子接続用ボンディングワイヤの伸線加工用水溶性潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸線加工用水溶性潤滑剤に関し、特に、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ等を主成分とする軟質貴金属線材、例えば半導体素子接続用ボンディングワイヤの伸線加工に用いる水溶性潤滑剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子接続用のボンディングワイヤは、溶解鋳造後、潤滑剤を用いて線引き加工を行うことにより、所定の線径に成型したのち、調質のために焼鈍を行い、所定のスプールに巻き取ってボンディング作業に供される。このボンディングワイヤの表面には潤滑剤に起因する有機物が付着している。
【０００３】
ボンディング作業とは、ワイヤボンダーを用い、ワイヤをキャピラリーに挿通させ、まず第１ボンディング点において、スパーク放電によりボールを形成して半導体素子上の電極パットに圧着し、その後、第２ボンディング点に移動して、当該点においてワイヤを圧着せしめ、電気的接続を行う作業である。ワイヤは、円滑なボンディング作業を行うために、キャピラリーとの間に一定の摩擦力でワイヤが挿通できること、およびワイヤに付着した有機物がキャピラリー内に堆積しないことが、要求される。
【０００４】
従って、ワイヤ表面に付着する有機物の量は一定範囲内にあることが求められ、例えば特許第２８３６６９２号公報には、アニール工程を経た金属細線の表面に潤滑防錆剤を塗布し、平均膜厚３〜３０Åの被膜を形成することが記載されている。このように、ワイヤに付着している有機物の量の調整のために、熱処理後の被覆処理等が広く行われている。
【０００５】
しかし、ワイヤに付着する有機物の量は、伸線後に残留する潤滑剤の量にも左右されることは言うまでもない。すなわち、残留した潤滑剤は熱処理により、加熱、分解されて、有機物としての残留量が減少しても、潤滑剤の種類によっては、残留量が多すぎて、有機物量の適正な範囲から外れることがある。その場合、伸線後の残留量を減らすため熱処理前に残留した潤滑剤を洗浄するが、この洗浄処理は生産性を低下させ、コスト高を招くという難点がある。また、潤滑剤の種類によっては、洗浄により部分的に多量の潤滑剤が残ったり、逆に部分的に極端に潤滑剤が除去されるなど、ワイヤ長手方向の潤滑剤残留がばらつく。この結果、熱処理後の被覆処理を行っても、長手方向のばらつきが収まらず、ボンディング作業中に不具合を起こすこともある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軟質線であるボンディングワイヤの製造において、伸線加工後のワイヤに残留する潤滑剤に起因する上記の問題点を解消するためになされたものである。
【０００７】
本発明の目的は、伸線加工時の潤滑性を充分に保持しつつ、洗浄を施さなくても伸線後に有機物量が適正範囲内にあり、ワイヤ長手方向の潤滑剤残留量のばらつきが無視できるほど小さくなることを可能とする伸線加工用水溶性潤滑剤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、半導体素子接続用ボンディングワイヤの伸線加工の際に用いられる水溶性潤滑剤に係り、該水溶性潤滑剤は、ＨＬＢ値が１０〜２０、平均分子量が３５０〜２０，０００である非イオン性界面活性剤を主成分として有する。
【０００９】
具体的には、ＨＬＢ値が１０〜２０、平均分子量が３５０〜２０，０００である非イオン性界面活性剤を主成分として、さらに有機酸、高級アルコール、金属せっけん、アミン、アミドおよびエステルからなる群より選ばれる１種または２種以上を、溶質に対する質量比で５％以上５０％未満含有するとよい。なお、前記エステルは、前記非イオン性界面活性剤に含まれないものである。
【００１０】
前記非イオン性界面活性剤は、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステルおよびポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルからなる群より選ばれた１種または２種以上からなることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
非イオン性界面活性剤
本発明の水溶性潤滑剤の主構成物である前記非イオン性界面活性剤は、一般的に広く用いられている水溶性潤滑剤中に含まれる油性剤や極圧添加剤と比較すると潤滑性には乏しいが、軟質貴金属の伸線加工には十分な潤滑性を有している。また、これらの非イオン性界面活性剤は、伸線後の潤滑剤残留量が少なく、ワイヤ長手方向の潤滑剤残留量のばらつきが極めて小さいという特徴がある。
【００１２】
ＨＬＢ値
ＨＬＢ値とは、Hydrophlic-Lipophile Balanceの略称で、界面活性剤の乳化作用をみるための指標である。ＨＬＢ値と水に対する溶解性とには密接な関係があることが知られている。非イオン性界面活性剤のＨＬＢ値が１０未満であると、液状は溶質がコロイド状に分散し、不透明となる。この状態では、静止させると溶質と水に分離してくるので、伸線後のワイヤへの残留量にばらつきを生じやすくなる。これを防ぐためには液を常に攪拌する必要があるが、それはコスト高を招くことは言うまでもない。ＨＬＢ値は大きいほど、分子中の疎水基の比率が小さくなり、２０を超えると潤滑性が低下する。
【００１３】
平均分子量
非イオン性界面活性剤の平均分子量が３５０より小さいと、疎水基の分子量も小さくなり、潤滑性が低下する。また平均分子量が２０，０００より大きくなると、伸線後のワイヤへの残留量にばらつきが起きやすくなる傾向がある。このワイヤへの残留量のばらつきは、ボンディング作業中のワイヤとキャピラリーとの間の摩擦力の変動につながり、ワイヤ曲がり、ショート、ワイヤのたれなどの不具合を引き起こす。なお、平均分子量の有機物の増大により、伸線後のワイヤへの有機物残留量にばらつきを起こしやすくなる傾向が見られるのは、詳細は不明であるが、分子自体の大きさが影響しているものと推察できる。
【００１４】
油性剤
上記非イオン性界面活性剤に、有機酸、高級アルコール、金属せっけん、アミン、アミドおよびエステルからなる群より選ばれる１種または２種以上を、溶質に対する質量比で５質量％以上５０質量％未満含有すると、より潤滑性が向上するので望ましい。ただし、その添加量が溶質の質量比で５質量％未満であると、潤滑性の向上効果がみられず、５０質量％以上であると、伸線後にワイヤに残留する潤滑剤量が増大して、洗浄をしないと、キャピラリー内に有機物が堆積して、良好なボンディング作業を阻害してしまう。
【００１５】
ここで、有機酸には、脂肪酸や二塩基酸が用いられる。
【００１６】
高級アルコールには、炭素数６以上のアルコールが用いられる。
【００１７】
金属せっけんには、脂肪酸せっけんが用いられる。
【００１８】
アミンには、脂肪酸アミンやそのエチレンオキサイド付加物やアルカノールアミンが用いられる。
【００１９】
アミドには、脂肪酸アミドやそのエチレンオキサイド付加物やＮ−アシルアミノ酸およびその塩やＮ−アシルＮ−メチルタウリン塩が用いられる。
【００２０】
エステルには、エステル系やエーテルエステル系の非イオン性界面活性剤で、ＨＬＢ値が１０未満のものや硫酸エステルおよびその塩やリン酸エステルおよびその塩等が含まれる。
【００２１】
ただし、これらの油性剤を添加する場合、主成分の非イオン性界面活性剤は、水への溶解性を考慮してＨＬＢ値を調整するのが望ましい。
【００２２】
他の添加剤
さらにこれらの水溶性潤滑剤に、防腐剤、防錆剤、消泡剤などを添加してもかまわない。
【００２３】
希釈濃度
常温水にて希釈するが、溶質濃度は、０．５％〜２０％の範囲が望ましい。
【００２４】
以下に本発明の実施例と比較例を説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
高純度ＡｕにＣａを１０質量ｐｐｍ添加して、１ｋｇの鋳塊を作製後、溝ロール圧延を経て、中間素線を得た。該中間素線を適宜焼鈍を行いながら、ＨＬＢ値が１４、平均分子量が７００のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ１）の３質量％水溶液を潤滑剤として、２５μｍまで全量伸線した。
【００２６】
伸線時の断線回数および伸線後のワイヤの表面傷や、焼付けの有無から、潤滑剤の潤滑性を評価した。
【００２７】
その後、伸線したワイヤの一部を、伸びが４％となるように熱処理し、所定のスプールに巻き取って、ボンディング評価に供した。
【００２８】
ボンディング評価は、ワイヤボンダー（新川製ＵＴＣ−３００型）を用いて、５０，０００ボンド終了後のキャピラリー内の有機物堆積の有無と、ボンディングしたワイヤの曲がり、ショート、たれの有無から評価した。評価結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例２）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１２、平均分子量が１０９０のポリグリセリン脂肪酸エステル（ＮＳ２）の３質量％水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例３）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１７、平均分子量が１２３０のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（ＮＳ３）の３質量％水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３１】
（実施例４）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１２、平均分子量が１５，０００のポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール（ＮＳ４）の３質量％水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３２】
（実施例５）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１４、平均分子量が７００のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ１）と、ＨＬＢ値が１７、平均分子量が１２３０のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル（ＮＳ３）とを、質量比で５０：５０とし、全溶質の濃度が３質量％である水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３３】
（実施例６）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１４、平均分子量が７００のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ１）、脂肪酸（ＦＡ）、ポリオキシエチレン脂肪酸アミン（ＮＳ５）を、それぞれ質量比で７０：１０：２０とし、全溶質の濃度が３質量％である水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例１）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が８、平均分子量が３６０のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ６）の３質量％水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例２）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が２０、平均分子量が３００のポリエチレングリコール（ＮＳ７）の３質量％水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例３）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１２、平均分子量が２５，０００のポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール（ＮＳ８）の３質量％水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例４）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１４、平均分子量が７００のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ１）、脂肪酸（ＦＡ）、ポリオキシエチレン脂肪酸アミン（ＮＳ５）を、それぞれ質量比で４０：２０：４０とし、全溶質の濃度が３質量％である水溶液を用いた以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例５）
潤滑剤として、ＨＬＢ値が１４、平均分子量が７００のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ１）、脂肪酸（ＦＡ）、ポリオキシエチレン脂肪酸アミン（ＮＳ５）を、それぞれ質量比で４０：２０：４０とし、全溶質の濃度が３質量％である水溶液を用いて、伸線後４０℃の純水で超音波洗浄した以外は実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３９】
ＨＬＢ値が、１０〜２０、平均分子量が３５０〜２０，０００の範囲内にある非イオン性界面活性剤を用いて伸線した実施例１〜６では、ワイヤ表面にキズ、焼付きがなく、また断線の問題もなく、良好な潤滑性を示し、かつボンディング時もキャピラリー内に有機物の堆積がなく、ワイヤ曲がり、ショート、たれ等の不具合も発生しないなど良好であった。
【００４０】
一方、ＨＬＢ値が８である比較例１は、溶質の溶解度が小さいため、液が白濁し、伸線後のワイヤへの潤滑剤残留量が長手方向にばらついていたため、ボンディング時にワイヤとキャピラリー間の摩擦力に変動が生じて、ワイヤ曲がりが発生した。
【００４１】
平均分子量が３００である比較例２は、潤滑性に乏しく、伸線時、ワイヤ表面にキズが発生した。
【００４２】
平均分子量が２５，０００である比較例３は、潤滑剤の分子量が大きすぎるため、伸線後のワイヤへの潤滑剤残留量にばらつきが生じ、ボンディング不良を起こした。
【００４３】
油性剤である脂肪酸とポリオキシエチレン脂肪酸アミンを合計で質量比６０％添加した比較例４は、伸線後の潤滑剤残留量が多く、ボンディング時にキャピラリー内に有機物が堆積して不具合を起こした。
【００４４】
比較例４で伸線後に洗浄を行った比較例５は、伸線後の潤滑剤残留量が確実に減少し、ボンディング不良は起こさなかったが、洗浄作業を追加するので生産性が劣り、コスト高につながる。
【００４５】
（実施例７）
純度９９．９９質量％のＰｄで１ｋｇの鋳塊を作製後、溝ロール圧延を経て中間素線を得た。その中間素線を適宜焼鈍を行いながら、ＨＬＢ値が１４、平均分子量が７００のポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＮＳ１）の３質量％水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に試料を作製し、評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００４６】
ＰｄワイヤもＡｕと同様に、ＨＬＢ値が１０〜２０、平均分子量が３５０〜２０，０００の範囲内にある非イオン性界面活性剤が良好な潤滑性を示し、伸線したワイヤは良好なボンディング結果を示した。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の水溶性潤滑剤は、良好な潤滑性を示し、洗浄を施さなくても、伸線後に潤滑剤が多量に残留することはなく、また、ワイヤの長手方向の潤滑剤残留量のばらつきは無視できるほど小さい。本発明の水溶性潤滑剤を使用して伸線加工を行ったのち、熱処理を施したワイヤは、良好なボンディング性を発揮することができた。