(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下であり、駆動キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．００５〜０．０５μｍである極細線用スリップ型伸線機。
【請求項２】
案内キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．００１〜０．０５μｍである請求項１に記載の極細線用スリップ型伸線機。
【請求項３】
案内キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以下である請求項１に記載の極細線用スリップ型伸線機。
【請求項４】
案内キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．００１〜０．０１μｍである請求項２に記載の極細線用スリップ型伸線機。
【請求項５】
案内キャプスタンは、材質がセラミックスである請求項１〜４のいずれかに記載の極細線用スリップ型伸線機。
【請求項６】
駆動キャプスタンは、材質がセラミックスである請求項１〜５のいずれかに記載の極細線用スリップ型伸線機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の電気的接続に用いられるボンディングワイヤなどの軟質極細線用のスリップ型伸線機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボンディングワイヤには、直径が２０〜１００μｍ程度のものが一般的に用いられている。このようなボンディングワイヤは、通常、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属や、これらの金属を主要元素とし他の元素を微量添加した合金からなる鋳塊を溝ロールなどにより素線にし、スリップ型伸線機を用いて所望の線径まで伸線加工した後、焼鈍することにより製造する。
【０００３】
なお、スリップ型伸線機には、伸線加工中のワイヤの断面積が減少する（細線になる）につれて伸線速度が速くなるのに合わせて、案内キャプスタンおよび駆動キャプスタン（これらのキャプスタンを含める場合は、以下単に「キャプスタン」という）の径を大きくしていくコーン型と、キャプスタンの径が一定であるロール型の二種類がある。コーン型およびロール型にはそれぞれ長所と短所とがあり、用途に応じて使い分けられている。また、ボンディング作業では、製造したボンディングワイヤを所定の長さにスプールに巻いたものを用いる。
【０００４】
図１は、従来のコーン型キャプスタンを有するスリップ型伸線機の概略構成図である。図１において、伸線機は、複数次に亘って伸線する複数の伸線ダイス１と、伸線ダイス１の上流側に位置して伸線ダイス１にワイヤ２を複数次に亘って送り出す案内キャプスタン３と、伸線ダイス１の下流側に位置して伸線ダイス１から出るワイヤ２を複数次に亘って引張る駆動キャプスタン４とからなる。素線は第１次案内キャプスタン３・１から送られ第１次伸線ダイス１・１を通過した後、第１次駆動キャプスタン４・１に巻きつけられて第２次案内キャプスタン３・２に送られる。第２次案内キャプスタン３・２に送られたワイヤ２は第２次案内キャプスタン３・２から第２次伸線ダイス１・２を通過した後、第２次駆動キャプスタン４・２に巻きつけられて第３次案内キャプスタン３・３に送られる。
【０００５】
こうした動作を順次繰り返すことにより、第ｎ次案内キャプスタン３・ｎに送られたワイヤ２は第ｎ次案内キャプスタン３・ｎから第ｎ次伸線ダイス１・ｎを通過して所定の細い線径に伸線加工された後、第ｎ次駆動キャプスタン４・ｎに巻きつけられて第（ｎ＋１）次案内キャプスタン３・（ｎ＋１）に送られる。ここで、ｎは１以上の整数である。そして、第（ｎ＋１）次案内キャプスタン３・（ｎ＋１）からスプール５に巻き取られる。このような伸線では、案内キャプスタン３および駆動キャプスタン４の周速をワイヤの送り速度より僅かに速くして、ワイヤ２と案内キャプスタン３および駆動キャプスタン４と間でスリップを起こさせている。
【０００６】
ところで、最近の半導体素子の高集積化や半導体組み立てコストの削減のために、従来より細い線径（例えば１０〜２０μｍ）の極細線が求められるようになってきている。しかし、ワイヤは、線径が細くなるにつれ抗張力が激減して小さくなる上に軟質であるため、極細線を製造しようとすると、キャプスタンに巻き込まれて断線する現象が多発するという問題点があった。
【０００７】
この巻き込みを防止するには、用いる潤滑材の粘度を低くする方法や、ワイヤの送り速度とキャプスタンの周速とをできるだけ一致させる方法が考えられる。しかし、潤滑材の粘度を低くする方法では、ワイヤの潤滑性が低下するため引抜き力が増大して、キズなどの伸線欠陥や断線が誘発される。ボンディングワイヤ表面の加工欠陥は、製品不良の一種であり、厳しく管理される。また、送り速度と周速とを一致させる方法では、引抜き加工のための十分な駆動力が得られず、伸線加工に支障をきたす。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況に鑑み、従来通りに潤滑材の粘度を特に低くすることなく、またワイヤとキャプスタンとの間でスリップを起こさせたまま、そしてキズなどの伸線欠陥や断線を発生させることなく、極細線が製造できるスリップ型伸線機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の極細線用スリップ型伸線機は、案内キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）（以下「案内Ｒａ」という）が０．０５μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ以下であり、通常０．００１μｍ以上である。かつ、駆動キャプスタンのワイヤとの接触面の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）（以下「駆動Ｒａ」という）が０．００５〜０．０５μｍである。キャプスタンは、材質がセラミックスであるのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の極細線用スリップ型伸線機は、案内Ｒａおよび駆動Ｒａを可能な限り低く抑えたものである。これにより、ワイヤとそれに接触するキャプスタンとの摩擦係数が低減するので、ダイス方向にかかる摩擦力が減少し、ワイヤ張力が増加する。そのため、ワイヤは弛まず、キャプスタン回転に巻き込まれて断線することがなくなる。また、キャプスタンのワイヤと接触する表面が滑らかであるため、キャプスタンによるボンディングワイヤ表面欠陥の発生が抑えられる。従って、案内Ｒａおよび駆動Ｒａは小さい方がよく、０．０５μｍ以下とする必要がある。特に、案内Ｒａを０．０１μｍ以下とすると、案内キャプスタンへのワイヤの巻き込みが皆無となる。しかし、送り出しに必要な最少の摩擦力を維持しなければならない。通常、案内Ｒａは０．００１μｍ程度まで低くすることができる。
【００１１】
ただし、駆動Ｒａは小さい方がよいが、０．００５μｍ以上とする必要がある。何故なら、駆動キャプスタンはワイヤとの摩擦力によりダイス引抜きの駆動力が付加されるので、摩擦力が極度に低下すると該駆動力の不足を招く。ダイス引抜きの駆動力が不足すると、ワイヤの張力が増加する。それと同時に、線径が細くなってワイヤの抗張力が低くなるために、巻き込みによらないで断線するからである。
【００１２】
キャプスタンの材質は、研磨精度、耐磨耗性、防錆性などの観点からセラミックスとするのが望ましい。セラミックスの具体例に、アルミナ、ジルコニア、イットリア、炭化珪素、窒化珪素などを挙げることができる。
【００１３】
本発明のスリップ型伸線機は、コーン型でも、ロール型でもよい。特に、ロール型は、従来、線径がまだ太い最初のダイス付近では、ワイヤ速度とキャプスタンの周速との差が非常に大きい（キャプスタンの周速が圧倒的に大きい）ために、ワイヤがキャプスタンに巻き込まれやすかった。従って、案内Ｒａおよび駆動Ｒａを低減させたロール型の本発明スリップ型伸線機は、巻き込み防止に非常に効果的である。
【００１４】
【実施例】
以下実施例および比較例により本発明をさらに説明する。
【００１５】
［実施例１〜５、比較例１〜５］
純度９９．９９９重量％のＡｕにＣａを１０重量ｐｐｍ添加した合金鋳塊を作製し、溝ロールにて圧延した後、伸線加工を繰り返して、線径が３８．０μｍの素線を得た。
【００１６】
コーン型のスリップ型伸線機にて、線径が２０．０μｍになるまで上記素線を伸線した。なお、伸線条件は次の通りである。
【００１７】
（１）案内Ｒａおよび駆動Ｒａ：
キャプスタンの最終研磨で遊離砥粒仕上げをすることにより、案内Ｒａおよび駆動Ｒａを種々の値に調整した（表１参照）。なお、これら案内Ｒａおよび駆動Ｒａの値は、表面粗さ測定装置（東京精密（株）製ｓｕｒｆｃｏｍ４７５Ａ型）を用いて得た。
【００１８】
（２）使用したダイスの個数：１３個。
【００１９】
（３）使用したダイスの平均断面積減少率：９．４％。
【００２０】
（４）用いた潤滑剤：
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを主成分とした水溶性潤滑剤を容量にて２０倍（実施例１〜５、比較例１、２、３、５）および１００倍（比較例４）に希釈したもの（表１参照）。
【００２１】
（５）伸線速度：３００ｍ／ｍｉｎ。
【００２２】
（６）スリップ率（計算式は下記（Ａ）式）：
１０％（実施例１〜５、比較例１〜４）および３％（比較例５）（表１参照）。
【００２３】
ｓ＝１００×（ｃ−ｄ）／ｄ          （Ａ）
（ここで、ｓ：スリップ率（％）、ｃ：キャプスタンの周速（キャプスタンの径および回転速度から求める）、ｄ：伸線速度）
（７）総伸線長：５００ｋｍ。
【００２４】
伸線中に発生した断線回数を測定し、伸線上がりのボンディングワイヤの表面欠陥を観察した。これらの方法は次の通りである。
【００２５】
（１）断線回数の測定方法：
ワイヤがキャプスタンに巻き込まれたことによる断線の回数と、それ以外の箇所で断線した回数とを区別して集計した。
【００２６】
（２）表面欠陥の観察方法：
伸線上がりのボンディングワイヤの表面を無作為に２０視野採取し、４０倍の実体顕微鏡で欠陥の有無・多少を観察した。
【００２７】
得られた結果を表２に示す。なお、比較例３および比較例５において巻き込み以外によって起こった断線（８回（比較例３）、７回（比較例５））の大部分は最終線径である２０．０μｍのダイスの直後で起きた。また、伸線上がりのボンディングワイヤ（線径２０．０μｍ）の抗張力は１５０ｍＮであった。
【００２８】
【表１】
0003767339.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003767339.tif 000003
【００３０】
以上の実施例および比較例から次のことが分かる。
【００３１】
（１）実施例１〜５では、案内Ｒａおよび駆動Ｒａを所定範囲に制御したために、巻き込みによる断線回数が大幅に減少し、かつボンディングワイヤ表面欠陥の発生がない。また、巻き込みによらない断線回数も少ない。
【００３２】
（２）比較例１では、案内Ｒａを大きくしたために、巻き込みによる断線が多発しそれが大部分を占め、また駆動Ｒａを大きくしたために、ボンディングワイヤの一部に表面欠陥が見られた。
【００３３】
（３）比較例２では、案内Ｒａを小さくしたために、巻き込みによる断線回数が減少している。しかし、駆動Ｒａを大きくしたために、ボンディングワイヤの一部に表面欠陥が見られた。
【００３４】
（４）比較例３では、案内Ｒａをさらに小さくしたために、巻き込みによる断線が起きていない。また、案内Ｒａおよび駆動Ｒａが小さいために、ボンディングワイヤ表面欠陥の発生がない。しかし、駆動Ｒａを小さくしすぎたために、巻き込みによらない断線回数が増大している。これは、駆動キャプスタンによる駆動力が低下したためワイヤの張力が増加し、最も抗張力の低い最終ダイス通過後に断線したものと考えられる。
【００３５】
（５）比較例４では、巻き込みによる断線を防止するために、潤滑剤成分の濃度を下げて潤滑剤の粘度を低下させた。その結果、巻き込みによる断線回数が大幅に減少しているが、ボンディングワイヤ表面欠陥は逆に悪化している（比較例１参照）。これは、潤滑剤の潤滑性が乏しくなったためと考えられる。
【００３６】
（６）比較例５では、巻き込みによる断線を防止するために、スリップ率を低くして、ワイヤの送り速度とキャプスタンの周速との差を小さくした。その結果、巻き込みによる断線回数が大幅に減少しているが、巻き込みによらない断線回数が増大している（比較例１参照）。これは、駆動キャプスタンでの駆動力低下が影響しているためと考えられる。なお、案内Ｒａおよび駆動Ｒａは大きくしたままなので、比較例１と同様にボンディングワイヤの一部に表面欠陥が観察されている。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のスリップ型伸線機によれば、従来通りに潤滑材の粘度を特に低くすることなく、またワイヤとキャプスタンとの間でスリップを起こさせたまま、そしてキズなどの伸線欠陥や断線を発生させることなく、極細線が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のコーン型キャプスタンを有するスリップ型伸線機の概略構成図である。
【符号の説明】
１          伸線ダイス
１・１      第１次伸線ダイス
１・２      第２次伸線ダイス
１・ｎ      第ｎ次伸線ダイス
２          ワイヤ
３          案内キャプスタン
３・１      第１次案内キャプスタン
３・２      第２次案内キャプスタン
３・３      第３次案内キャプスタン
３・ｎ      第ｎ次案内キャプスタン
３・(n+1)   第（ｎ＋１）次案内キャプスタン
４          駆動キャプスタン
４・１      第１次駆動キャプスタン
４・２      第２次駆動キャプスタン
４・ｎ      第ｎ次駆動キャプスタン
５          スプール
【図１】
0003767339.tif 000004