JP3727622B2 - ワイヤボンディング装置用放電電極 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置用放電電極に係り、特に、表面に絶縁膜を有するワイヤボンディング装置用放電電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンディング装置は、例えば、ＬＳＩ等のダイに設けられたボンディングパッドと、回路基板のボンディングリードとの間を例えば細い金ワイヤで接続する技術を用いた装置である。金ワイヤをボンディングパッド上に最初にボンディングするにあたっては、キャピラリに挿通された金ワイヤの先端がボール状に形成される。この金ワイヤの先端に形成されたボール状のものはイニシャルボールと呼ばれる。
【０００３】
図４は、従来技術におけるイニシャルボール形成の様子を示す図である。放電電極１０は、先端が曲げられ、キャピラリ１２に挿通されたワイヤ１４の先端と対向する位置にセットされる。放電電極１０とワイヤ１４との間に、高電圧発生器１６により、放電電極側を負極性とした高電圧が印加されると、対向している放電電極１０の先端とワイヤ１４との間で空中放電が起こり、ワイヤ１４の先端が溶融し、イニシャルボールが形成される。このように、イニシャルボールは、放電電極１０とワイヤ１４先端との間の放電１８により形成される。
【０００４】
放電電極における放電個所を限定し、安定な放電を得てイニシャルボールの安定した形状を得るため、放電電極の放電面以外に絶縁膜を被覆することが行われる。絶縁膜としては４弗化エチレン膜、アルミナ皮膜、フッ素樹脂皮膜、酸化珪素、酸化アルミナ（例えば特許文献１，２）等さまざまな膜が用いられる。また、図４に示すように放電電極を曲げて、放電距離の差を明確につけて安定な放電を得ることも行われる（なお、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２７９１４０号公報
【特許文献２】
特開平４−２６３４４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように放電電極のコーティング膜としてさまざまな膜が用いられているのは、絶縁膜の耐熱性、絶縁性、放電電極の外形の凹凸に対する被覆性等でそれぞれ一長一短があるためである。例えば樹脂皮膜は耐久性に難があり、材料によっては放電時の高熱によりガスを発生し、ワイヤボンディング装置の光学系を曇らせ、あるいはそのガスが固化してボンディングヘッドに付着する等、システムを構成する要素に劣化を与えることがある。
【０００７】
また、アルミナ膜は、安定した物理特性、化学特性を有し、放電時に高熱を生ずる放電電極と相性がよい絶縁膜と考えられているが、そのポーラス構造のため、接触抵抗としては十分な電気抵抗値を有するのに対し、放電に対する抵抗は低い。すなわち、ポーラス構造の膜の薄い部分から低い電圧で放電がおこり、連続放電が起こると、その周辺の膜が破壊される欠点を有する。なお、ポーラス構造を封孔する技術は成膜技術を中心にいくつか知られているが、いずれも絶縁膜としての特性評価が中心で、放電に対する抵抗等には触れられていない。例えば、片岡他２名、「レーザＰＶＤ法により封孔処理したアルミナ溶射皮膜の電気絶縁性」、[ｏｎｌｉｎｅ]、１９９４年、愛知県工業技術センター報告、[平成１４年８月２８日検索]、インターネット、＜ＵＲＬ：
HYPERLINK "http://www.airi.aichi-iic.or.jp/reports/1994/original.html" http://www.airi.aichi-iic.or.jp/reports/1994/original.html＞
においては、溶射被膜にＰＶＤ膜を被覆し、その絶縁抵抗を評価しているが、放電に対する抵抗についての評価は示されていない。
【０００８】
このように、従来技術によれば、放電電極のコーティング膜には、放電によって好ましくないガスが発生し、あるいは放電に対する抵抗が低い等の問題があり、放電耐性が十分でなく、安定した放電を確保できず、イニシャルボールについても安定した形状が確保できない。
【０００９】
十分でない放電耐性をカバーするため、放電電極の先を曲げて放電個所を限定する方法は、放電によりイニシャルボールを形成するためにその曲がり分だけ余分にキャピラリを上昇させることが必要となり、ワイヤボンディングの処理速度が低下し、さらに、キャピラリを含めたボンディングヘッド周りの可動範囲に制約を与えることにもなる。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決し、安定した放電を確保できるワイヤボンディング装置用放電電極を提供することである。他の目的は、放電に対する抵抗を向上させることができるワイヤボンディング装置用放電電極を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るワイヤボンディング装置用放電電極は、ワイヤボンディング用ワイヤの先端との間に高電圧を印加して前記ワイヤとの間に放電を生じさせるワイヤボンディング装置用放電電極であって、導電性の電極芯材を備え、前記電極芯材の表面に形成されたポーラス構造の絶縁膜について前記ポーラス構造を封孔処理してなる絶縁層で前記電極芯材が覆われ、前記ワイヤの先端に対向する放電部位の部分においては前記電極芯材が露出する露出面を有することを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、ワイヤの先端に対向する放電部位の部分を除いて、ポーラス構造が封孔された絶縁膜で電極芯材が覆われる。ポーラス構造の絶縁膜は放電に対する抵抗が低いが、ポーラス構造が封孔処理されると、放電に対する抵抗が向上する。したがって、放電は放電部位の露出面に限定して生じ、安定した放電が確保できる。
【００１３】
また、前記ポーラス構造の絶縁膜は、陽極酸化法またはプラズマ溶射法で形成されたポーラスなアルミナ膜であることが好ましい。また、前記封孔処理してなる絶縁層は、前記ポーラス構造の絶縁膜の上に、レーザＰＶＤ法により、無機系材料膜を堆積させてなる絶縁層であることが好ましい。上記構成により、ポーラス構造の絶縁膜を無機系材料膜で封孔する。したがって、放電時に高熱を生ずる放電電極にポーラス構造の絶縁膜を用いることができる。
【００１４】
また、前記封孔処理してなる絶縁層は、前記ポーラス構造の絶縁膜に樹脂を含浸させてなる絶縁層であることが好ましい。上記構成により、ポーラス構造のアルミナ膜を樹脂で封孔する。ポーラス構造を埋める樹脂は、アウトガスの少ない材料を選ぶことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下の説明において、図４と共通の要素には同一の符号を付す。図１は、実施の形態の放電電極２０をホルダ２２に取り付けた状態の図である。放電電極２０は、一部断面図で示してある。放電電極２０は、先端が半球状に丸められた直棒状をなし、電極芯材２４の表面を封孔処理されたアルミナ膜２６が覆い、その先端には、直棒の中心軸から偏在した位置に、電極芯材２４が露出する露出面２８が設けられる。電極芯材２４は、導電性金属の丸棒、例えば直径が約０．６ｍｍのＰｔ材を用いることができる。封孔処理されたアルミナ膜の厚みは、例えば５−７μｍを用いることができる。
【００１６】
封孔処理されたアルミナ膜２６は、大別して２段階の工程により形成することができる。第１の工程は、電極芯材２４の表面にポーラス構造のアルミナ膜を形成する工程で、第２の工程は、ポーラス構造を封孔処理する工程である。なお、これらの工程において、放電電極２０がホルダ２２に取り付けられる部分には、ポーラス構造のアルミナ膜も封孔処理による膜も形成されないようにマスキングを行うことが望ましい。もちろんこれらの膜を全面に形成後、ホルダに取り付けられる部分の膜を除去することもできる。
【００１７】
第１のポーラス構造アルミナ膜形成工程は、例えば直径が約０．６ｍｍのＰｔ材に、プラズマ溶射法により約６μｍの厚みのアルミナ膜を形成する。プラズマ溶射法に代えて、陽極酸化法により電極芯材の表面に約６μｍの厚みのアルミナ膜を形成することもできる。
【００１８】
第２の封孔処理は、無機系の材料でもって封孔するときは、ポーラス構造のアルミナ膜の上に、レーザＰＶＤ法を用いて例えばアルミナ膜を付着させる。膜形成において、レーザをターゲットに照射する入熱量を制御することで、付着するアルミナ膜をポーラス構造の気孔内に浸入させることができる。
【００１９】
樹脂でもって封孔処理するときは、ポーラス構造のアルミナ膜を有する放電電極を、例えばエポキシ樹脂を塗布あるいはエポキシ樹脂に浸して、減圧下で含浸させる。エポキシ樹脂に代えてアクリル樹脂、シリコン樹脂を用いることもできる。図２は、陽極酸化法によるポーラス構造のアルミナ膜２６ａにおいて、その気孔の中に樹脂２６ｂを含浸させた様子を模式的に示す図である。このように、ポーラス構造の絶縁膜と樹脂の含浸とを併用するときは、ポーラス構造の気泡部分を埋めるに足りる樹脂量で、放電に対する十分な絶縁性能を得ることができる。したがって、電極芯材の表面の全面に樹脂を塗布する場合に比してかなり少ない量の樹脂量で封孔処理を行えるので、従来の樹脂コーティングによる絶縁膜形成法に比し、例えば、アウトガスの量が大幅に少なくなり、使用可能な樹脂の選択の幅が拡大する。
【００２０】
このようにして電極芯材の表面に封孔処理されたアルミナ膜を形成した後、直棒状の先端で、直棒の中心軸から偏在した位置の部分を、工具を用いて封孔処理したアルミナ膜を除去して電極芯材２４が露出する露出面２８を設ける。露出面２８を直棒の中心軸から偏在させるのは、放電の相手側であるワイヤの先端に対向して放電方向を限定させるためである。
【００２１】
放電電極２０の先端に露出面２８を設けるために用いる工具は、専用の削り取り工具、やすり等を用いることができる。また、ポーラスアルミナ膜形成工程及び封孔処理工程において、所望の露出面に対応する部分をマスキング処理し、封孔処理されたアルミナ膜が付着しないようにすることもできる。また、マスクにレジストを用いてリフトオフ等により所望の部分の封孔処理されたアルミナ膜を除去することもできる。また、封孔処理されたアルミナ膜が形成された電極芯材に、所望の露出面の位置に至近距離から強制的に放電させて封孔処理されたアルミナ膜を除去することもできる。
【００２２】
次に、電極芯材の表面に封孔処理されたアルミナ膜を有し、先端に露出面を有する放電電極の放電耐性の評価について説明する。放電電極の放電耐性は、高電圧の放電電圧を放電電極とワイヤとの間に印加したときに、放電により生ずる高熱により好ましくないガスが発生するか否か、高圧の放電電圧により露出面以外の絶縁層で被覆した部分から放電が生ずるか否か等の観点から行われる。例えば、樹脂について一般的なアウトガスの規格が定められているものがあるが、それらの規格の基準は必ずしもワイヤボンディング装置の要素、例えばレンズに曇りを与えるか否かの観点で定められてはいない。また、絶縁膜の絶縁性も、上記のように、一般にはいわゆる接触抵抗における絶縁性の評価であって、放電に対する抵抗の観点では評価が行われていない。したがって、放電電極については、実際の放電環境における放電耐性の評価が必要となる。
【００２３】
図３は、ワイヤボンディング装置３０において、放電電極２０をホルダ２２に取り付け、その放電耐性を評価する様子を説明する図である。放電電極２０はホルダ２２を介して高電圧発生器１６の負極性側に接続され、ワイヤ１４は高電圧発生器１６の接地側に接続される。放電電極２０の先端における露出面２８とワイヤの先端の距離は例えば１０ｍｍにセットされる。
【００２４】
この状態で、高電圧発生器１６を用いて、放電電極２０とワイヤ１４との間に例えば−２４００から−３０００Ｖの高電圧を所定の時間印加して放電を発生させ、その後、放電電極２０を取り外し、外観を観察する。放電電極２０の他の表面からの部外放電３２が生じているときには、表面に例えば黒い放電痕が観察される。特に、局部的に連続放電が起こると、顕著に放電痕を検知できる。
【００２５】
このようにして、封孔処理されたアルミナ膜の放電に対する抵抗を評価することができる。例えば、レーザＰＶＤ法を用いて封孔のためのアルミナ膜を付着させるときは、レーザのターゲットを照射する入熱量等により封孔性が制御できるので、これらの封孔性制御パラメータと放電に対する抵抗とを対応付けることで、所望の放電に対する抵抗性能を満たす製造条件を選定できる。
【００２６】
また、樹脂を用いて封孔処理を行う場合は、放電電極２０からのアウトガス３４の評価を行う。上記のように高電圧を所定の時間印加した後、ワイヤボンディング装置の光学部品、例えばレンズ等の表面の曇りを観察する。また、放電電極２０に近接するキャピラリ１２等のボンディングヘッドの表面にアウトガスの結晶化した成分の付着について観察する。このばあい、放電１８を連続的に行う等の加速試験を行うこともできる。
【００２７】
このようにして、放電の際の高熱によるアウトガスの影響を評価することができる。アウトガスの発生は、含浸樹脂の成分によるので、樹脂成分とアウトガスの影響評価とを対応付けることで、ワイヤボンディング装置の要素に影響を与えるアウトガスの少ない樹脂を選定することができる。
【００２８】
上記説明では、電極芯材を丸棒としたが、他の断面形状、例えば楕円、矩形等の断面形状であってもよい。その断面の大きさも０．６ｍｍ直径に限られない。また、電極芯材は単純な直棒としたが、設計の範囲で必要な曲げ等を用いても本発明が実施できる。また、ポーラス構造膜としてアルミナ膜を用いたが、他の材料のポーラス膜、例えば他の材料の陽極酸化膜等であってもよい。膜厚も５−７μｍに限られない。
【００２９】
また、封孔処理として、無機系材料としてのアルミナの堆積と、樹脂含浸とを説明したが、ポーラス材料の表面を改質して封孔する方法を用いてもよい。例えば、０．３−０．６ａｔｍの加圧水蒸気を用いてポーラス材料との間の水和反応を利用する水蒸気封孔処理、沸騰水に浸漬してポーラス材料との間の水和反応を利用する沸騰水封孔処理を用いることができる。また、これらの封孔液に、有機化合物、無機化合物等の添加物を加えることもできる。添加物には、例えば酢酸ニッケル塩、ほう酸、重クロム酸カリウム、重クロム酸ナトリウム等を用いることができる。これらの改質法による封孔処理においても、上記放電耐性評価と対応付けることで、所望の放電耐性を満たす製造条件を選定できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るワイヤボンディング装置用放電電極によれば、安定した放電を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施の形態における放電電極をホルダに取り付けた状態で、放電電極を一部断面図で示した図である。
【図２】 本発明に係る実施の形態において、ポーラス構造のアルミナ膜の気孔の中に樹脂を含浸させた様子を模式的に示す図である。
【図３】 本発明に係る実施の形態において、ワイヤボンディング装置のホルダに放電電極を取り付け、その放電耐性を評価する様子を説明する図である。
【図４】 従来技術におけるイニシャルボール形成の様子を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０ 放電電極
１２ キャピラリ
１４ ワイヤ
１６ 高電圧発生器
２２ ホルダ
２４ 電極芯材
２６ 封孔処理されたアルミナ膜
２６ａ ポーラス構造のアルミナ膜
２６ｂ 樹脂
２８ 露出面
３２ 部外放電
３４ アウトガス

Claims (4)

  1. ワイヤボンディング用ワイヤの先端との間に高電圧を印加して前記ワイヤとの間に放電を生じさせるワイヤボンディング装置用放電電極であって、
    導電性の電極芯材を備え、
    前記電極芯材の表面に形成されたポーラス構造の絶縁膜について前記ポーラス構造を封孔処理してなる絶縁層で前記電極芯材が覆われ、前記ワイヤの先端に対向する放電部位の部分においては前記電極芯材が露出する露出面を有することを特徴とするワイヤボンディング装置用放電電極。
  2. 請求項１に記載のワイヤボンディング装置用放電電極において、
    前記ポーラス構造の絶縁膜は、陽極酸化法またはプラズマ溶射法で形成されたポーラスなアルミナ膜であることを特徴とするワイヤボンディング装置用放電電極。
  3. 請求項１または請求項２に記載のワイヤボンディング装置用放電電極において、
    前記封孔処理してなる絶縁層は、前記ポーラス構造の絶縁膜の上に、レーザＰＶＤ法により、無機系材料膜を堆積させてなる絶縁層であることを特徴とするワイヤボンディング装置用放電電極。
  4. 請求項１または請求項２に記載のワイヤボンディング装置用放電電極において、
    前記封孔処理してなる絶縁層は、前記ポーラス構造の絶縁膜に樹脂を含浸させてなる絶縁層であることを特徴とするワイヤボンディング装置用放電電極。
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