JP3973319B2 - ワイヤボンダの電気トーチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンダの電気トーチに関し、より詳しくは、異方性弾性導電シートからなる電気コネクタ等の製造に好適な電気トーチの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体の実装組立には様々な装置が使用されるが、その一つとして低温接合が可能な超音波併用熱圧着ワイヤボンダ(thermosonic wire bonder)がある。この超音波併用熱圧着ワイヤボンダは、キャピラリ7の先端部から繰り出されたワイヤ6を電気トーチ(electric flame off)1の放電エネルギにより溶融してボールを形成し、半導体チップ上の電極にワイヤ6のボールを圧力、熱、超音波振動を利用して第一ボンドする。そして、図4(a)、(b)に示すように、パッケージの外部引き出し用端子にワイヤ6を圧力、熱、超音波振動を利用して第二ボンドし、その後、ワイヤ6を電気トーチ1で溶融切断して再度ボールを形成している。
【0003】
ところで、超音波併用熱圧着ワイヤボンダは、近年、半導体の実装組立だけではなく、配線基板5とBGA等の半導体パッケージとを接続する異方性弾性導電シートからなる電気コネクタの製造にも使用される(図5参照)。この電気コネクタを製造する場合、キャピラリ7の先端部から出たワイヤ6を電気トーチ1の放電エネルギにより溶融して先端部にボールを形成し、配線基板5上の電極にワイヤ6のボールを圧力、熱、超音波振動を利用して第一ボンドし、第二ボンドすることなく、ワイヤ6を切断する。
【0004】
このように電気コネクタの製造に際しては、ワイヤ6を切断しなくてはならないので、ワイヤ6の切断手段が必要不可欠となる。このワイヤ6の切断手段としては、ワイヤ6を物理的に切断するブレードと、ワイヤ6を溶融切断する電気トーチ1とがあげられるが、ブレードによる物理的な切断では切断位置を安定させることがきわめて困難である。そこでこの点に鑑み、電気トーチ1による非接触の溶融切断が検討されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来におけるワイヤボンダの電気トーチは、以上のように電気トーチ1がボール形成用の専用品として導電体のみから構成され、高電圧を印加して放電を単に起こさせるだけなので、電気トーチ1の表面いずれからでも放電が発生することとなる(図5の矢印参照)。したがって、ワイヤ6と電気トーチ1とのスパークギャップを一定に維持しても、配線基板5からのワイヤ6の高さ、換言すれば、溶融切断位置が不安定化してばらつくので、高精度の溶融切断位置を到底得ることができないという問題がある。特に、この溶融切断位置の不安定化は、高精度が要求される電気コネクタの製造時に大きな問題となる。
【0006】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、電気トーチの放電発生箇所を特定してワイヤの溶融切断位置を安定化させることのできるワイヤボンダの電気トーチを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記課題を解決するため、キャピラリの先端部から出たワイヤを電気トーチの放電エネルギにより溶融切断するものであって、
電気トーチは、導電体と、この導電体を収容被覆する非導電体と、この非導電体に設けられる放電位置制御孔とを含み、非導電体の先端部に、開口面積が0.05〜0.2 mm 2 の放電位置制御孔を設けたことを特徴としている。
【0008】
なお、電気トーチの導電体と非導電体とをそれぞれ融点1200℃以上の材料で構成することが好ましい。
【0009】
ここで、特許請求の範囲におけるワイヤとしては、金、銅、又はアルミニウム線等を適宜使用することができる。このワイヤは、細線でも良いし、太線でも良い。導電体は、良導電性能を有することが必要であるが、比抵抗1.0×10-7Ωcm程度であれば、実用上問題ない。この導電体は、良導電性であるプラチナ、鋼、鉄、ニッケル、タングステン、又は鉄とニッケルとの合金であるステンレス等を使用して円柱体(例えば、直径0.5mm、長さ2mm)や角柱体等に構成することができる。但し、高電圧の印加時に発生する熱量に耐えられるよう、1774℃と融点が高いプラチナ(比抵抗10.6×10-6Ωcm)の使用が好ましい。導電体は、金の融点が1063℃、銅の融点が1083℃、アルミニウムの融点が660℃であることを考慮すると、金等の溶融切断時には少なくとも金よりも高い融点を有する材料で構成される必要がある。
【0010】
非導電体としては、酸化ジルコニウム、石英ガラス、酸化アルミニウム、又はホウケイ酸ガラス等を用いることができる。これらの材料以外でも、融点が1200℃以上の材料であれば、非導電体に使用することができる。酸化ジルコニウムを選択したのは、融点が2677℃なので、導電体から瞬間的に発生する放電熱量約1200℃に耐えることができるからである。非導電体は、チューブ形(例えば、直径1.0mm、内径0.5mm、長さ2mm)や箱形等に適宜形成することが可能である。但し、必ずしもこれらに限定されるものではなく、導電体の全外周を被覆するよう非導電体を設け、その後、非導電体に放電位置制御孔を炭酸ガスレーザ等で開けても良い。
【0011】
非導電体と導電体とは、少なくとも非導電体の先端部と導電体の先端部とが同一の位置、好ましくは、非導電体の先端部から導電体の先端部が0〜0.1mm程度末端部側に位置する関係であることが望ましい。さらに、放電位置制御孔の形は、円形、矩形、又は多角形等に適宜形成することが可能である。さらにまた、電気トーチは、ワイヤの溶融切断の他、ボールの形成にも使用することができる。
【0012】
本発明によれば、キャピラリの先端部から出たワイヤと放電電極である電気トーチとの間に高電圧が加えられると、ワイヤと導電体との間に放電が放電位置制御孔を介して生じ、この放電エネルギによりワイヤの高さ方向における任意の箇所が加熱されて溶け、ワイヤが切断される。この際、導電体は、その周面を覆う非導電体と放電位置制御孔とにより、放電の発生箇所や方向が制御される。また、放電位置制御孔の面積が0.05 mm 2 よりも大きいので、導電体から非導電体の放電位置制御孔を介して外部に放電させることが可能となる。したがって、エネルギーが蓄積され、このエネルギーが高電圧発生用の電源回路に逆流し、この電源回路にダメージを与えて破壊を招くのを抑制あるいは防止することができる。また、放電位置制御孔の面積が0.2 mm 2 よりも小さいので、導電体から発生する放電がワイヤのどの箇所に向かうのかを制御することができる。よって、放電後のワイヤ溶融切断の位置のばらつくことがない。
【0013】
また、請求項2記載の発明によれば、ワイヤを構成する金の融点が1063℃、銅の融点が1083℃、アルミニウムの融点が660℃であること、そして放電時に瞬間的に発生する温度が約1200℃程度であること等を考慮し、融点が1200℃以上の材料で導電体を構成しているので、導電体や非導電体が溶けるのを抑制あるいは防止することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではない。
本実施形態におけるワイヤボンダの電気トーチは、図1に示すように、電気コネクタを成形製造する超音波併用熱圧着ワイヤボンダの電気トーチ1を、電極となる導電体2と、この導電体2を挿入状態で収容被覆する非導電体3と、この非導電体3の先端部に開口面積0.05〜0.2mm2で形成された円形の放電位置制御孔4とから構成するようにしている。
【0016】
導電体2は、展延性等に優れるプラチナを用いて円柱形に形成されている。この導電体2は、先端部が非導電体3の放電位置制御孔4よりも末端部方向に少々後退して位置し、露出防止と放電路の制御とが確保されている。導電体2の被覆されない末端部(図1の左側)には高電圧発生用の電源回路(図示せず)がステンレス端子を介して接続され、この電源回路から導電体2に定電流が給電される。また、非導電体3は、機械的性質や耐食性等に優れる酸化ジルコニウムを用いてチューブ形、換言すれば、円筒形に形成され、導電体2の先端部と末端部以外の全周面を被覆している。
【0017】
上記構成において、配線基板5上の電極に第一ボンドしたワイヤ6を溶融切断するには、キャピラリ7の先端部の細孔から繰り出されたワイヤ6と矢印方向に移動可能な電気トーチ1との間に1000V〜2000Vの高電圧を印加すれば良い。すると、ワイヤ6と導電体2の先端部のみとの間に放電現象が放電位置制御孔4を介して発生し、放電エネルギによりワイヤ6の高さ方向における任意の必要箇所が溶融切断される。なお、図示しないが、溶融切断された2本のワイヤ6の両先端部には、ワイヤ線径の約1.5倍〜3.5倍のボールがそれぞれ形成される。
【0018】
上記構成によれば、導電体2の全周面を耐熱性の非導電体3で被覆し、この非導電体3の先端部を放電位置制御孔4として放電箇所や方向を規制しているので、電気トーチ1の表面いずれからでも放電が発生するということが全くない。したがって、簡易な構成で溶融切断位置を著しく安定させてばらつきを抑制防止することができ、高精度の溶融切断位置をきわめて容易に得ることができる。具体的には、配線基板5にボンディングして切断されたワイヤ6の高さが±200μm程度ばらつくという弊害を解消することができる。また、ワイヤ6の高さを実に的確に制御することができるので、高精度・高品質の電気コネクタを製造することが可能になる。
【0019】
また、物理的なブレードカット方式においては、ブレードの耐久性に問題があるので、5000カットから10000カット程度しか連続製造することができず、しかも、ブレードを比較的頻繁に交換しなければならない。これに対し、本実施形態の非接触の電気トーチ方式では、導電体2の消耗度が著しく減少し、2桁以上の耐久性を確保することが可能となる。さらに、ブレードカットと比較し、カットに要する時間を大幅に短縮することができ、サイクルタイムの著しい向上が大いに期待できる。
【0020】
次に、図2は本発明の第2の実施形態を示すもので、この場合には、電気トーチ1を構成する非導電体3の先端部を基本的には閉塞するとともに、この先端部の中心に小さな放電位置制御孔4を円形に穿設し、この放電位置制御孔4の開口面積を0.05〜0.2mm2とするようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、放電位置制御孔4を小さくして指向性を高めているので、溶融切断位置を著しく安定させてばらつきを抑制防止することができ、高精度の溶融切断位置をきわめて容易に得ることができる。さらに、第1の実施形態を実施できない場合に有意義である。
【0021】
次に、図3は本発明の第3の実施形態を示すもので、この場合には、電気トーチ1を構成する非導電体3の先端部を中空の略円錐台形、換言すれば、略ペン形に形成してその中心には小さな放電位置制御孔4を円形に穿設するとともに、この放電位置制御孔4の開口面積を0.05〜0.2mm2とし、導電体2の先端部を放電位置制御孔4よりも末端部方向に少々後退させ、導電体2の露出防止と放電路の制御とをさらに向上させるようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0022】
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、非導電体3の先端部を先細りに形成して指向性をさらに高めているので、溶融切断位置を著しく安定させてばらつきを抑制防止することが可能となる。さらに、第1、第2の実施形態を実施できない場合にきわめて有意義である。
【0023】
【実施例】
実施例1
融点1774℃、比抵抗10.6×10-6Ωcmであるプラチナを直径0.5mm、長さ4.5mmで円柱形の導電体2に構成した。また、融点2677℃であるジルコニアを内径0.5mm、外径1.0mm、長さ2.8mmでチューブ形の非導電体3に構成した。こうして導電体2と非導電体3とをそれぞれ構成したら、非導電体3中に導電体2を挿入し、非導電体3の先端部から0.3mm内側の点に導電体2の先端部を位置させ、電気トーチ1を構成した。
次いで、非導電体3から導電体2が500gの力で引っ張っても抜けないことを確認し、高電圧を発生させる電源回路に非導電体3で被覆されていない導電体2の末端部を接続した。
そして、ワイヤボンダに電気トーチ1を装着し、ワイヤ6と電気トーチ1との間に2000V印加したところ、50μmの金ワイヤ6を溶融切断することができた。
【0024】
実施例2
融点3282℃、比抵抗5.64×10-6Ωcmであるタングステンを直径0.4mm、長さ5.5mmで円柱形の導電体2に構成した。また、融点2050℃である酸化アルミニウムを内径0.4mm、外径1.0mm、長さ3.0mmでチューブ形の非導電体3に構成した。導電体2と非導電体3とをそれぞれ構成したら、非導電体3中に導電体2を挿入し、非導電体3の先端部から0.5mm内側の点に導電体2の先端部を位置させ、電気トーチ1を構成した。
次いで、非導電体3から導電体2が500gの力で引っ張っても抜けないことを確認し、高電圧を発生させる電源回路に非導電体3で被覆されていない導電体2の末端部を接続した。
そして、ワイヤボンダに電気トーチ1を装着し、ワイヤ6と電気トーチ1との間に2000V印加したところ、38μmのアルミニウムワイヤ6を溶融切断することができた。
【0025】
実施例3
融点1455℃、比抵抗6.9×10-6Ωcmであるニッケルを直径0.5mm、長さ10.0mmで円柱形の導電体2に構成した。また、融点1800℃である石英ガラスを内径0.5mm、外径1.2mm、長さ6.0mmでチューブ形の非導電体3に構成した。こうして導電体2と非導電体3とをそれぞれ構成したら、非導電体3中に導電体2を挿入し、非導電体3の先端部から1.0mm内側の点に導電体2の先端部を位置させ、電気トーチ1を構成した。
次いで、非導電体3から導電体2が500gの力で引っ張っても抜けないことを確認し、高電圧を発生させる電源回路に非導電体3で被覆されていない導電体2の末端部を接続した。
そして、ワイヤボンダに電気トーチ1を装着し、ワイヤ6と電気トーチ1との間に2000V印加したところ、30μmの金ワイヤ6を溶融切断することができた。
【0026】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電気トーチの放電発生箇所を特定し、ワイヤの溶融切断位置を安定させることができるという効果がある。また、放電位置制御孔を小さくして指向性を高めているので、溶融切断位置を安定させてばらつきを抑制することができ、高精度の溶融切断位置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るワイヤボンダの電気トーチの実施形態を示す部分断面説明図である。
【図2】本発明に係るワイヤボンダの電気トーチの第2の実施形態を示す部分断面説明図である。
【図3】本発明に係るワイヤボンダの電気トーチの第3の実施形態を示す断面説明図である。
【図4】従来におけるワイヤボンダのボールボンディング状態を示す説明図で、(a)図は第二ボンドの状態を示す部分断面説明図、(b)図はワイヤを電気トーチで溶融切断した状態を示す部分断面説明図ある。
【図5】電気コネクタのワイヤを電気トーチで溶融切断する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電気トーチ
2 導電体
3 非導電体
4 放電位置制御孔
5 配線基板
6 ワイヤ
7 キャピラリ
Claims (2)
- キャピラリの先端部から出たワイヤを電気トーチの放電エネルギにより溶融切断するワイヤボンダの電気トーチであって、
電気トーチは、導電体と、この導電体を収容被覆する非導電体と、この非導電体に設けられる放電位置制御孔とを含み、非導電体の先端部に、開口面積が0.05〜0.2 mm 2 の放電位置制御孔を設けたことを特徴とするワイヤボンダの電気トーチ。 - 電気トーチの導電体と非導電体とをそれぞれ融点1200℃以上の材料で構成した請求項1記載のワイヤボンダの電気トーチ。
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- 1999-05-13 JP JP13275699A patent/JP3973319B2/ja not_active Expired - Fee Related
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