JP2013146738A - 金属細線の伸線方法及びこれを用いたボンディングワイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断線率低減の効果は維持しつつダイス総数を削減して製造コストを低減でき、更に高速化を達成することができる金属細線の伸線方法及びこれを用いたボンディングワイヤの製造方法並びに伸線機を提供することを。
【解決手段】金属細線１０を複数のダイス４０〜４７に挿通させ、段階的に伸線加工して前記金属細線の線径を縮径する金属細線の伸線方法において、前記複数のダイスを、前記金属細線を挿通させる順に第１、第２、第３及び第４グループＧ１〜Ｇ４にグループ分けするとともに、前記第４グループに属するダイス４５〜４７のリダクション率を２．５〜６．０％に設定し、前記第２グループに属するダイス４１、４２の平均リダクション率を前記第４グループに属するダイスの平均リダクション率の２倍以上に設定し、前記第３グループに属するダイス４３、４４のリダクション率を、前記金属細線が縮径するにつれて漸減するように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属細線の伸線方法及びこれを用いたボンディングワイヤの製造方法に関し、特に、金属細線を複数のダイスに挿通させ、段階的に伸線加工して前記金属細線の線径を縮径する金属細線の伸線方法及びこれを用いたボンディングワイヤの製造方法に関する。

従来から、半導体素子上の電極パッドをリードフレーム及び樹脂基板等と電気的に接続するために、直径１５〜５０μｍ、主として直径１５〜２５μｍのボンディングワイヤを用いることは、広く一般的に行われている。ボンディングワイヤに用いる材料に要求される特性は、展延性に富み、電気抵抗が比較的低いことである。このため、ボンディングワイヤには、銅、銀、金等の貴金属が使用されている。

ボンディングワイヤの製造工程を簡単に説明すると、以下のようになる。まず、高純度の原料へ必要に応じて微量な他元素を添加して溶解鋳造する。次に、粗加工後の母線を伸線機にて所定の線径まで細くする。所定の線径に細くする工程では、伸線機内で複数のダイス（以下、１回の伸線工程に用いる複数のダイスを「ダイスセット」という。）と呼ばれる冶具の中にワイヤ通して引き抜くことで、ワイヤ径を細くしている。最後に加工歪を取り除くために熱処理を施し、所定のスプールに巻いて出荷する。

しかしながら、ボンディングワイヤは１５〜２５μｍの極細線であるため、特に所定の最終線径となる伸線工程において断線し易く、生産性を悪化させる問題点がある。伸線工程における断線の発生には、伸線加工で形成される加工組織の状態、混入した異物の有無、加工中における表面欠陥の発生の有無、スプールに巻かれた母材の巻きほぐれ性、伸線用潤滑剤の特性、伸線機や使用するダイスなどの様々な要因が影響している。

断線回数を低減させるために、母線の結晶組織を柱状晶組織とする方法や（例えば、特許文献１参照）、ダイスでの引き抜き及びボビンへの巻取り張力の最適化を図る方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。また、伸線機及びダイスからの観点では、ダイスセットを適切な範囲に設定することで断線を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平９−１０８９８号公報 特開２００２−２８２９２９号公報 特開２００６−７２９９号公報

しかしながら、特許文献３で開示された技術は、ダイスセットの先頭ダイス及び最終ダイスに焦点を当てたものであり、断線率低減には効果があるが、製造コストに直結するダイス総数に対する考慮は不十分であった。また生産性を高めるためには伸線加工を高速化することが有効であるが、この面に対しても十分は検討がなされているとは言い難かった。

そこで、本発明は、断線率低減の効果は維持しつつダイス総数を削減して製造コストを低減でき、更に高速化を達成することができる金属細線の伸線方法及びこれを用いたボンディングワイヤの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る金属細線の伸線方法は、金属細線を複数のダイスに挿通させ、段階的に伸線加工して前記金属細線の線径を縮径する金属細線の伸線方法において、
前記複数のダイスを、前記金属細線を挿通させる順に第１、第２、第３及び第４グループにグループ分けするとともに、
前記第４グループに属するダイスのリダクション率を２．５〜６．０％に設定し、
前記第２グループに属するダイスの平均リダクション率を前記第４グループに属するダイスの平均リダクション率の２倍以上に設定し、
前記第３グループに属するダイスのリダクション率を、前記金属細線が縮径するにつれて漸減するように設定したことを特徴とする。

また、前記第４グループに属するダイスの数は３枚以上であるとともに、前記複数のダイスの総枚数の３０％以下であることとしてもよい。

また、前記第１グループに属するダイスのリダクション率は、前記第２グループに属するダイスの平均リダクション率の２０〜９５％であることとしてもよい。

ここで、前記第１乃至第３グループに属するダイスに対応する部分のキャプスタンには円筒形のキャプスタンを用い、
前記第４グループに属するダイスの少なくとも１枚に対応する部分のキャプスタンには段付きキャプスタンを用いることが好ましい。

なお、前記第１グループに属するダイスは、先頭ダイスのみからなってもよい。

本発明の他の態様に係るボンディングワイヤの製造方法は、半導体実装に用いられるボンディングワイヤの製造方法であって、
金属材料を溶解鋳造し、金属母線を生成する鋳造工程と、
該金属母線をダイスに挿通させ、伸線加工して所定の線径を有する金属細線を形成する粗伸線工程と、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属細線の伸線方法を用いて、前記金属細線を前記ボンディングワイヤの線径まで伸線加工する伸線工程と、
前記ボンディグワイヤの線径まで伸線加工された前記金属細線を熱処理する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、断線率低減と製造コスト低減を両立できるとともに、高速で伸線加工を行うことができる。

本発明の実施形態に係る金属細線の伸線方法及び伸線機の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の金属母線生成工程の一例を示した図である。図２（Ａ）は、金属母線の材料となる金属材料の一例を示した図である。図２（Ｂ）は、溶解鋳造工程の一例を示した図である。図２（Ｃ）は、生成された金属母線の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の第１の粗伸線工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の第２の粗伸線工程の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の熱処理工程の一例を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施形態に係る金属細線の伸線方法に用いる伸線機の一例を示した図である。図１において、本発明の実施形態に係る金属細線の伸線方法に用いる伸線機は、スプール２０、２１と、駆動キャプスタン３０と、案内キャプスタン３１と、ダイス４０〜４７とを備える。また、図１において、伸線機の伸線加工対象となる金属細線１０が示されている。

図１に示すように、通常、伸線加工に用いられる伸線機は、一対の駆動キャプスタン３０と案内キャプスタン３１を有し、その間に複数のダイス４０〜４７を配した構造としている。金属細線１０は、ダイス４０〜４７を通過後、駆動キャプスタン３０により引抜く力が付与されるとともに、折り返されて案内キャプスタン３１に向けて誘導され、案内キャプスタン３１により折り返された後ダイス４０〜４７に導入されることを繰り返して、連続的に伸線加工が行われる。

略円筒形の駆動キャプスタン３０と案内キャプスタン３１とは、略平行に配置され、金属細線１０は、スプール２０に巻回された状態で伸線機に供給される。また、伸線加工された金属細線１０は、スプール２１に巻き取られるようになっている。駆動キャプスタン３０と案内キャプスタン３１との間には、ダイス４０〜４７が設けられている。ダイス４０〜４７は、複数設けられ、図１においては、８個のダイス４０〜４７が設置されている。金属細線１０は、略平行に配置された駆動キャプスタン３０と案内キャプスタン３１との間を跨ぐように交互に巻き回され、駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１の軸方向に間隔を空けて奧側から手前側に徐々に位置を移動するようにして巻回されている。そして、先頭ダイス４０を最初として、案内キャプスタン３１から駆動キャプスタン３０に跨る度にダイス４０〜４７のうちの１つを順に通過し、最終的に、総てのダイス４０〜４７を通過するように構成されている。そして、最終ダイス４７を通過し、伸線加工が終了した金属細線１０が、スプール２１に巻き取られるように構成されている。

金属細線１０は、伸線加工の対象となる金属細線であり、半導体実装用のボンディングワイヤとして用いられる材料の金属から構成される。例えば、金からなる金属細線１０や、銅を主成分とする芯材をパラジウムで被覆した金属細線１０等が用いられる。金属細線１０は、例えば、金属材料を溶解鋳造して金属母線を生成した後、金属母線を伸線加工して所定の線径とすることにより形成されるが、この点の詳細については後述する。

スプール２０、２１は、金属細線１０、１１を巻き取って収容するための部材であり、金属細線１０、１１を巻回するための円筒形状を有して構成される。また、スプール２０、２１は、必要に応じて、円筒形状部分から金属細線１０、１１が外れないように、円筒形状部分よりも径が大きい円形平板部分を両端に有して構成される。

駆動キャプスタン３０は、軸周りに回転し、スプール２０から金属細線１０を引き込み、金属細線１０を前に送り出して順次ダイス４０〜４７を通過するように回転駆動する部材である。駆動キャプスタン３０は、例えば、モータにより回転駆動され、金属細線１０を巻き込んで移動させる。

案内キャプスタン３１は、駆動キャプスタン３０により移動される金属細線１０をガイドするための部材であり、駆動キャプスタン３０と同様に、円筒形状に構成される。案内キャプスタン３１は、駆動キャプスタン３０の駆動により移動する金属配線１０の進行に応じて例えばモータにより回転し、金属配線１０を前に送り出す。

駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１の形状には、大きく分けて円筒型のストレートキャプスタンと、ダイス４０〜４７のリダクション率に対応して細線側ほどキャプスタン径を太くした段付キャプスタンの２種類が主として用いられている。両者にはそれぞれ長所と短所があり、ストレートキャプスタンは、構造が単純なために製造が容易であること、ダイスセット４０〜４７のリダクション率には左右されない自由度が高いことが長所である。

しかし、ストレートキャプスタンは、キャプスタン径が一定のためキャプスタン周速は一定であるが、金属細線１０は、伸線機内では線径が太いほど線速は遅くなるので、キャプスタン周速との速度差は大きくなり、またキャプスタン３０、３１のほうが金属細線１０よりも速いため、この速度差は、金属細線１０をキャプスタン３０、３１に絡みつかせる方向に働く。線径が太い場合は引抜力及び張力が高いために絡みつくことに対抗する力も大きいが、線径が細くなるに従い対抗力も小さくなるので、絡みつきによる断線は、伸線機内で線径が最も細いダイス数枚の領域で起きることがほとんどである。この絡みつきの発生発端は、伸線中の金属細線１０の振動が突発的に大きくなったためと考えられ、振動は伸線速度とキャプスタン周速と金属細線１０の速度差に依存するため、ストレートキャプスタンでは高速化が難しいのが短所となる。

逆に、段付キャプスタンは、ダイスのリダクション率に応じてキャプスタン径を変えるため、キャプスタン周速と線材の速度差は線径によらず一定に保つことが可能であり、高速化か可能となる反面、キャプスタン構造が複雑で製造コストが高いことや、ダイスリダクション率とキャプスタン直径が合致していないと金属細線１０にかかる張力が増大して断線に至ることがあるため、ダイスセット４０〜４７の自由度が低い短所を持つ。以上より、様々な線径を伸線しなければならない場合は、速度を犠牲としてストレートキャプスタンを選択する場合がある。

本実施形態に係る金属細線の伸線方法に用いる伸線機は、ストレートキャプスタンと段付きキャプスタンを組み合わせた構成を有する。図１においては、ダイス４０〜４５に対応する駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１をストレートキャプスタンとし、ダイス４６、４７に対応する駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１を段付きキャプスタンとして構成している。このように、本実施形態に係る伸線機では、駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１について、線径が太い最初の段階ではストレートキャプスタンを用い、線径が細い最終段階では段付きキャプスタンを用いるが、何番目のダイス４０〜４７でストレートキャプスタンから段付きキャプスタンに切り替えるかは、用途に応じて種々の構成としてよい。なお、この点の詳細については後述する。

ダイス４０〜４７は、内径が徐々に細くなる円筒形状又は環状の加工治具であり、金属配線１０が挿通されることにより、金属配線１０の線径を縮径する。ダイス４０〜４７は、複数設けられ、用途に応じて適切な数のダイス４０〜４７を設けることができるが、図１においては、８つのダイス４０〜４７が設けられている。本実施形態においては、供給された金属細線１０が通過する順にダイス４０〜４７と呼び、先頭ダイス４０、第２のダイス４１、第３のダイス４２、第４のダイス４３、第５のダイス４４，第６のダイス４５、第７のダイス４６及び最終ダイス４７と呼ぶこととする。ダイス４０〜４７を通過する度に金属配線１０は伸線加工されて縮径するので、金属配線１０を供給する奧側のスプール２０の位置から、駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１上を手前側に移動するにつれて、金属細線１０の線径は小さくなってゆくことになる。

本実施形態に係る金属細線の伸線方法及び伸線装置においては、８つのダイス４０〜４７を、金属細線１０が通過する順に、４グループに分類する。つまり、線径の太い金属細線１０を加工する順に、第１グループＧ１、第２グループＧ２、第３グループＧ３及び第４グループＧ４と分類する。図１においては、第１グループＧ１に属するのはダイス４０の１つ、第２グループＧ２に属するのはダイス４１、４２の２つ、第３グループＧ３に属するのはダイス４３、４４の２つ、第４グループＧ４に属するのはダイス４５、４６、４７の３つとなっている。つまり、第１グループＧ１は先頭ダイス４０のみにて構成されるが、以降第２グループＧ２〜第４グループＧ４は、複数のダイス４１〜４７から構成されている。

なお、本実施形態に係る金属細線の伸線方法及び伸線装置においては、第１グループＧ１に属するダイスは先頭ダイス４０の１つのみである例を挙げて説明するが、第１グループＧ１に属するダイスも、先頭ダイス４０を含む複数のダイスであってもよい。

このように４つのグループＧ１〜Ｇ４に分けたのは、伸線加工による断線は線径が細くなるほど発生し易くなる傾向があることから、加工対象となる金属細線１０の線径の近似したダイス４０〜４７同士でグループＧ１〜Ｇ４を作り、これを効果的に防止するためである。この点について、各グループＧ１〜Ｇ４の分類の基準について触れながら説明する。

第４グループＧ４は、最も線径が細い部分に相当し、断線が起きやすい箇所であるため、リダクション率を低く設定して断線を回避する。第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７のリダクション率は、６．０％以下に設定することが好ましく、更に５．０％以下に設定するのがより好ましい。

しかしながら、徒にリダクション率を低く設定すると、伸線加工中の引抜き力が低下して無用な振動が発生し、キズの発生や微小な加工むらによる不規則模様が発生することがあるため、リダクション率は２．５％以上に設定し、好ましくは３．０％以上に設定する。従って、第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７のリダクション率は、２．５％〜６．０％、より好ましくは３．０％〜５．０％に設定する。

ここで、リダクション率とは、減面率と称することもあるが、ダイスにより伸線加工される前と後の断面積比を表したものであり、下記（１）式で表される。

なお、第４グループＧ４に属する個々のダイス４５〜４７のリダクション率は、上述の範囲を満たしていれば、線径が細くなるに従ってリダクション率が漸減するように設定しても、線径に関らず一定のリダクション率に設定してもどちらでもよい。

一方、第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７は、断線回避を重視してリダクション率を低く設定するため、ダイスセット総数に対する第４グループＧ４に属するダイス総数の比率を高くすると、ダイスコストの面では不利になる。よって、第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７の総数は制限する必要がある。しかしながら、第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７の総数が少なすぎれば、断線を回避する効果が発揮できなくなるので、少なくとも３枚は必要である。また、第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７の最大数（上限）は、ダイスセット総枚数の３０％以下と設定すればよい。なお、図１においては、最低の枚数である３枚のダイス４５〜４７を用いた数が示されているが、３枚以上ダイスセット総数の３０％以下の個数であれば、用途に応じて種々の個数とすることができる。

第２グループＧ２の属するダイス４１、４２は、線径が比較的太い金属細線１０を伸線加工する領域であり断線は第４グループＧ４のダイス４５〜４７よりも発生し難いため、リダクション率は高く設定することが可能である。第２グループＧ２のダイス４１、４２の平均リダクション率は、第４グループＧ４のダイス４５〜４７の平均リダクション率の２倍以上とする。第２グループＧ２に属するダイス４１、４２のリダクション率は、線径、線の素材によるダイス加工時の引抜力と線材の破断荷重にも依存するが、概ね１２％〜１７％の範囲内とすることが好ましい。

なお、第２グループＧ２に属する個々のダイス４１、４２のリダクション率も、線径が細くなるに従ってリダクション率が漸減するように設定しても、線径に関らず一定のリダクション率に設定してもどちらでもよい。

第３グループＧ３に属するダイス４３、４４は、第２グループＧ２に属するダイス４１、４２から第４グループＧ４のダイス４５〜４７へのリダクション率の急激な変化を緩和するために、線径が細くなるに従いダイス４３、４４のリダクションを漸減させるようにする。なお、第２グループＧ２又は第４グループＧ４に属するダイスセット４１、４２、４５〜４７のリダクション率が漸減するように設定した時の第３グループＧ３のダイス４３、４４との区切りは、第３グループＧ３のリダクション率変化率を第２グループＧ２又は第４グループＧ４よりも高くして、変化率が異なる境界をグループ間の区切りとすればよい。

前工程で伸線加工された金属母線がスプールに巻かれる時に食い込み等があると、突発的に金属細線１０にかかる張力が増大して断線することがある。従って、第１グループＧ１に属するダイス４０のリダクション率は、第２グループＧ２に属するダイス４１、４２の平均リダクション率よりも低く設定することが必要であり、その設定は第２グループＧ２に属するダイス４１、４２の平均リダクション率の２０％〜９５％とするのが好ましい。なぜなら、２０％未満では、ダイス４１、４２による引抜力が小さいために、金属細線１０にかかる張力が低くなり、キャプスタン３０、３１に絡みつくことがあるからである。一方、９５％を超えると、食い込み等による突発的な張力増大による金属細線１０の断線を回避することが難しいからである。

本実施形態に係るダイスセット４０〜４７を使えば、例えば、第４グループＧ４のダイスセット４５〜４７のリダクション率を固定として、第１グループＧ１から第３グループＧ３のダイスセット４０〜４４を調整すれば、種々の線径に対応したダイスセット４０〜４７を用意することが可能となる。また、最も断線が起きやすい領域に該当する第４グループＧ４に属するダイス４５〜４７のリダクション率を低く設定するため、断線を回避することが可能である。更に、このダイスセット４０〜４７を用いた本実施形態に係る伸線機において、第１グループＧ１から第３グループＧ３までのダイス４０〜４５に対応する部分の駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１はストレートキャプスタン、第４グループＧ４のダイス４６、４７に対応する部分の駆動キャプスタン３０及び案内キャプスタン３１を段付キャプスタンとすれば、ダイスセット４０〜４７中のリダクション率が固定されない部分はストレートキャプスタンの長所が発揮でき、ダイスセット４０〜４７のリダクション率を固定した第４グループＧ４の部分は段付キャプスタンにより金属細線１０の速度とキャプスタン周速の速度差を一定とできるため、金属細線１０の振動が低減され、断線を起こすことなく高速化が可能となる。当然、第４グループＧ４に属する線径が太い方の金属細線１０を加工する最初のダイス４５の位置から金属細線通過後の位置のキャプスタンを全て段付キャプスタンにすれば、最もこの効果を発揮できるが、少なくとも、相対するキャプスタン３０、３１間にあるダイスセット４０〜４７の最後のダイス４７を通過後の案内キャプスタンのみ段付キャプスタンとしても、効果が見られる。なお、この効果を左右する要因は金属細線１０の速度とキャプスタン周速との速度差であるため、伸線速度を決める巻取りスプール２１の回転数とキャプスタン３０、３１の回転数を金属細線１０の最終線径、素材に応じて適切に設定することが必要であるのは言うまでもない。

このように、何番目のダイス４０〜４７から段付きキャプスタンにするかは、用途に応じて種々定めることができる。

次に、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法について説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の金属母線生成工程の一例を示した図である。図２（Ａ）は、金属母線の材料となる金属材料の一例を示した図であり、図２（Ｂ）は、溶解鋳造工程の一例を示した図であり、図２（Ｃ）は、生成された金属母線の一例を示した図である。

図２（Ａ）に示すように、金属母線の材料となる金属材料８は、板状の金属板として供給される。なお、添加物が必要な場合には、添加物の金属板も同様に用意する。

図２（Ｂ）に示すように、金属母線の生成は、連続鋳造装置５０を用いて行われる。連続鋳造装置５０は、チャンバ５１と、タンディッシュ５２と、鋳型５３と、ウォータージャケット５４と、ローラ５５とを備える。連続鋳造装置において、チャンバ５１内に収容されたタンディッシュ５２内で金属材料８が溶解され、溶解した金属材料８がウォータージャケット５４を有する鋳型５３を通り、ローラ５５により引き出されて金属母線９が生成される。なお、チャンバ５１内は、例えば、窒素ガスで満たされてよい。また、金属材料８の他、添加物もタンディッシュ５２内で溶解供給されてよい。なお、タンディッシュ５２に溶解した金属材料８を供給する取鍋や、複数の役割を有するローラ５５も、必要に応じて設けられてよい。

図２（Ｃ）は、生成された金属母線９の一例を示しているが、金属母線９は、金属細線１０よりも遙かに太い線径を有しており、例えば、数ｍｍの線径を有する。

図３は、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の第１の粗伸線工程の一例を示した図である。第１の粗伸線工程においては、金属母線９の伸線加工が行われ、金属母線９が縮径される。図３に示すように、第１の粗伸線工程においては、一対のキャプスタン３２、３３と、１つのダイス６０を用いて、金属母線９の伸線が行われる。金属母線９は数ｍｍの太さを有し、ダイス６０を挿通させるために要する力も大きいので、１つのダイス６０のみで、十分な力を与えて伸線加工を行う。なお、第１の粗伸線工程は、必要に応じて複数回繰り返され、金属母線９を所定の線径にするまで行われる。例えば、第１の粗伸線工程で、金属母線９は、１ｍｍ程度の線径とされてもよい。

図４は、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の第２の粗伸線工程の一例を示した図である。第２の粗伸線工程においては、図１で説明した伸線工程と同様に、一対のキャプスタン３４、３５と、複数のダイス６１〜６５を用いて伸線加工が行われる。第２の粗伸線工程では、複数のダイス６１〜６５を用いることにより、効率よく伸線加工を行うことができる。第２の粗伸線工程により、金属母線９は、数１００μｍレベルの金属細線１０に加工される。

なお、第２の粗伸線工程においても、複数のダイス６１〜６５を用いているので、図１で説明した本実施形態に係る伸線方法を適用することができる。図４においては、ダイス６１〜６５が５つしか備えられていないが、ダイス６１〜６５の数を増やし、第１〜第４のグループＧ１〜Ｇ４に分けることができるようにし、更に図１において説明したダイスの条件を満たすようにすれば、第２の粗伸線工程においても、本実施形態に係る伸線方法及び伸線機を実現することができる。

第２の粗伸線工程の後は、図１において説明した伸線方法を、伸線工程として行う。かかる伸線工程により、金属細線１０は、ボンディングワイヤとして出荷される最終線径まで伸線される。なお、伸線工程の具体的な内容は、図１を用いて既に説明済みであるので省略する。最終伸線工程に、本実施形態に係る伸線方法を適用することにより、ダイス４０〜４７の総数を低減させ、低コストでボンディングワイヤ製造中の断線を低減させることができるともに、高速で伸線工程を実施することができ、生産性を高めることができる。

図５は、本発明の実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法の熱処理工程の一例を示した図である。熱処理工程においては、伸線加工後の金属細線１０について、熱処理を施し、加工歪みを除去する。この処理により、ボンィングワイヤが完成する。

熱処理終了後は、出荷用のスプールに熱処理後の金属細線、つまりボンディングワイヤの完成品が巻回され、出荷される。

このように、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法によれば、製造コストの低減と断線発生の低減を両立できるとともに、高速で伸線加工を行い、ボンディングワイヤ製造の生産性を高めることができる。

なお、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法においては、比較的簡素の工程の例を説明したが、必要に応じて熱処理の回数を追加する等、用途に応じて必要な工程を追加するようにしてもよい。また、例えば、金属細線１０がパラジウム被覆銅線等の被覆金属細線の場合には、被覆を行うためのめっき工程等を追加してもよい。

このように、本実施形態に係るボンディングワイヤの製造方法は、伸線工程を適切に行う限り、用途に応じて種々の工程を追加することができる。

〔実施例１、２〕
以下、本発明の実施例１、２に係る金属細線の伸線方法について、比較例１、２と比較して具体的に説明する。

実施例１、２及び比較例１、２とも、高純度の金にカルシウムを１０質量ｐｐｍ、ベリリウムを５質量ｐｐｍ添加して連続鋳造機で溶解後、粗伸線工程、伸線工程、熱処理工程を経て最終線径として２０μｍの線材を作製した。

表１は、実施例１、２及び比較例１、２の最終の２０μｍまでの伸線を行うダイスセットの各ダイスのダイス径（μｍ）を示している。

表１において、カッコ内の値は各ダイスにおけるリダクション率（％）を示したものである。伸線工程において、母線は先頭ダイス、ダイス２，ダイス３，・・・，最終ダイスの順に通過し、所定の線径にまで線径が絞られる。

実施例１では、第２グループに属するダイスのリダクション率を１４％、第４グループに属するダイスを４％になるように設定してある。実施例２では、第２グループ、第３グループ、第４グループのそれぞれのダイスが、線径が細くなるほどリダクション率が漸減し、かつ第３グループのリダクション率の減少率が第２グループ及び第４グループの減少率よりも高く設定してある。

比較例１では、先頭ダイス及び最終ダイスを除いてリダクション率が８．５％になるように設定してあり、この設定は特許文献３に開示された技術に属するものである。比較例２では、第２グループに属するダイスのリダクション率を１４％、第４グループに属するダイスを２％になるように設定してあり、第４グループのリダクション率が本発明の範囲外となる。なお個々のダイスのリダクション率は線径表示の有効数字の関係から、設計値から多少のずれはある。

次に、実施例１，２及び比較例１，２の各ダイスセットの評価方法について説明する。各ダイスセットをそれぞれ用いて、伸線後の線材の長さが１，０００，０００ｍになるまで伸線を行い、断線回数を測定するとともに伸線工程終了後の線材の外観を観察した。外観の観察では不規則な模様が発生していないかどうかという観点から観察を行った。なお本伸線に用いた伸線機はストレートキャプスタンを装着してあり、伸線速度は１５０ｍ／ｍｉｎ．とした。

表２に実施例１，２及び比較例１，２の各ダイスセットを用いた場合の断線回数の測定結果および外観観察の結果を示す。

表２に示すように、実施例１、２及び比較例１では断線は発生せず、伸線工程後の線材の外観も良好であった。しかしながら、比較例１に対し実施例１、２はセットダイス中のダイス枚数は２枚少なく、製造コストが低減できていることが分かる。比較例２は、断線の発生はなかったが伸線工程後の線材の外観に異常が見られた。

このように、実施例１、２に係る伸線方法及び伸線装置によれば、断線の発生し易い最も線径が細い部分のダイスのリダクション率を低減させ、伸線加工時の断線を低コストで低減できるとともに、ダイスの総数を低減させ、製造コストの低減を図ることができる。

〔実施例３〕
次に、本発明の実施例３に係る金属細線の伸線方法及び伸線装置について、比較例３と比較しつつ説明する。

実施例３においては、実施例１と同様のダイスセットを用いて、実施例３及び比較例３に係る伸線機により伸線を行った。実施例３に係る伸線機は、図１で示した伸線機の相対する一対のキャプスタン３０、３１において、３９．８μｍから２０．９μｍのダイスに対応する部分はストレートキャプスタン、２０．４μｍ及び２０．０μｍのダイスに対応する部分は段付キャプスタンとしてある。

一方、比較例３に係る伸線機は、図１で示した伸線機の相対する一対のキャプスタン３０、３１において、総ての領域でストレートキャプスタンを使用している。評価は伸線速度１５０ｍ／ｍｉｎ．と３００ｍ／ｍｉｎ．の条件で実施し、評価項目は実施例１、２及び比較例１、２で行った評価と同じとした。

表３は、実施例３及び比較例３に係る金属細線の伸線方法及び伸線装置の評価結果を示している。

表３より、第４グループに属するダイスのうち一部を段付キャプスタンとした実施例３は、伸線速度を３００ｍ／ｍｉｎ．にしても断線することはなく、伸線上がりの外観も特に異常は見られない。これに対し、ストレートキャプスタンにて伸線した比較例３は、伸線速度を３００ｍ／ｍｉｎ．にすると断線している。

このように、実施例３に係る金属細線の伸線方法及び伸線装置によれば、キャプスタンの形状を、加工対象となる金属細線の線径に対応させて変えることにより、伸線加工時の断線を低減させるとともに、伸線加工の高速化を図ることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、所定線径の金属細線を用いる装置全般に利用することができ、例えば、半導体実装に用いられるボンディングワイヤに利用することができる。

８ 金属材料
９ 金属母線
１０ 金属細線
２０、２１ スプール
３０〜３５ キャプスタン
４０〜４７、６０〜６５ ダイス
５０ 連続鋳造装置
５１ チャンバ
５２ タンディッシュ
５３ 鋳型
５４ ウォータージャケット
５５ ローラ

Claims (6)

1. 金属細線を複数のダイスに挿通させ、段階的に伸線加工して前記金属細線の線径を縮径する金属細線の伸線方法において、
   前記複数のダイスを、前記金属細線を挿通させる順に第１、第２、第３及び第４グループにグループ分けするとともに、
   前記第４グループに属するダイスのリダクション率を２．５〜６．０％に設定し、
   前記第２グループに属するダイスの平均リダクション率を前記第４グループに属するダイスの平均リダクション率の２倍以上に設定し、
   前記第３グループに属するダイスのリダクション率を、前記金属細線が縮径するにつれて漸減するように設定したことを特徴とする金属細線の伸線方法。
2. 前記第４グループに属するダイスの数は３枚以上であるとともに、前記複数のダイスの総枚数の３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属細線の伸線方法。
3. 前記第１グループに属するダイスのリダクション率は、前記第２グループに属するダイスの平均リダクション率の２０〜９５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属細線の伸線方法。
4. 前記第１乃至第３グループに属するダイスに対応する部分のキャプスタンには円筒形のキャプスタンを用い、
   前記第４グループに属するダイスの少なくとも１枚に対応する部分のキャプスタンには段付きキャプスタンを用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の金属細線の伸線方法。
5. 前記第１グループに属するダイスは、先頭ダイスのみからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の金属細線の伸線方法。
6. 半導体実装に用いられるボンディングワイヤの製造方法であって、
   金属材料を溶解鋳造し、金属母線を生成する金属母線生成工程と、
   該金属母線をダイスに挿通させ、伸線加工して所定の線径を有する金属細線を形成する粗伸線工程と、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属細線の伸線方法を用いて、前記金属細線を前記ボンディングワイヤの線径まで伸線加工する伸線工程と、
   前記ボンディグワイヤの線径まで伸線加工された前記金属細線を熱処理する熱処理工程と、を有することを特徴とするボンディングワイヤの製造方法。

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