JP4605093B2 - 極細線伸線方法および極細線伸線装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子上の電極と外部電極を接続するボンディングワイヤ等の金属細線、特に金属極細線を円滑に製造するために用いる金属細線用伸線方法および金属細線用伸線機に関するものである。

ＩＣやＬＳＩなどの半導体素子の電極と外部電極を接続する際には金属からなる極細線ボンディングワイヤが用いられている。このようなボンディングワイヤの金属極細線、特に線径が10μｍφ〜20μｍφ程度の金属極細線を製造する場合には、前工程にて5ｍｍφ〜10ｍｍφ程度の太径の素材線を単釜伸線機などで100μｍφ〜300μｍφ程度に細線化し、次いで金属細線用伸線機により更に細線化して所定線径の極細線を得ている。
図１は従来の金属細線用伸線機の一例を示すもので、伸線槽１内部に駆動キャプスタンローラー２と案内キャプスタンローラー３が設置されこれらのキャプスタンローラーの間に口径を順に小さくした複数の伸線ダイス７を配置している。特許文献１には、このような従来の伸線技術が開示されている。
供給ボビン５から繰り出された金属細線は駆動キャプスタンローラー２の回転や案内キャプスタンローラー３の回転により走行し、複数の伸線ダイス７を通過することにより順次細線化され、最後に仕上がりダイス８を通過して所定の径に形成された後、回転する巻取りボビン９に巻き取られる構成である。
特開平９−３１５６８５

前記伸線機は、伸線加工によって生じる抵抗力に抗して、金属細線の走行に必要な張力を、駆動キャプスタンローラーおよび案内キャプスタンローラーと金属細線との間の摩擦力により得ている。駆動キャプスタンローラーと案内キャプスタンローラーは通常、同一寸法の円筒状のものを、同一回転速度で使用している。すなわち、伸線加工の各段階で、ローラーの周速度は一定である。
一方、ローラーで駆動される金属細線は、多段階に設置された伸線ダイスを通るごとに断面積の減少に伴い軸方向に伸びるので、走行速度は段階的に増加して行く。
必然的に、ローラーの周速度と金属細線の走行速度は、ほとんどの段階で一致せず、ローラーの周速度は金属細線の最終伸線後の走行速度すなわち最も高い走行速度以上に設定されている。そのため、加工の初期段階では金属細線の走行速度は遅く、ローラーとは潤滑液を介してスリップさせながら駆動している。ここで、スリップを次式１によりスリップ率として定量化している。
スリップ率＝（ローラーの周速度−金属細線の走行速度）÷ローラーの周速度 （式１）
このような従来装置においては、伸線加工の各段階において、駆動キャプスタンローラーの手前に伸線ダイスがあり、さらにその手前に案内キャプスタンローラーが配置されている。金属細線を駆動するのは駆動キャプスタンローラーと案内キャプスタンローラーであり、伸線ダイスはそこで発生する加工抵抗が駆動の負荷となる。以下に次の３つの区間について説明する。
１） 伸線ダイスから駆動キャプスタンローラーまでの区間
２） 駆動キャプスタンローラーから案内キャプスタンローラーまでの区間
３） 案内キャプスタンローラーから伸線ダイスまでの区間
１）伸線ダイスを出た後、駆動キャプスタンローラーに達するまでの区間では、金属細線には、上記加工抵抗を主とする張力が負荷される。この張力に対し、駆動キャプスタンローラーは摩擦力を発生して金属細線を伸線ダイスから引き出す。駆動キャプスタンローラーの摩擦力で十分でない場合は、その後に設置されている案内キャプスタンローラーの摩擦力を合わせて引き出しがされる。
２）駆動キャプスタンローラーから案内キャプスタンローラーまでの区間については、同一駆動条件で回転する両ローラー間を定常状態で走行する金属細線には、少なくとも駆動キャプスタンローラーの送り出し量を案内キャプスタンローラーの引き取り量が下回るような状態、すなわちこの間の経路に弛緩が生じる状態は起こりづらい。
特に、両ローラーが負荷の駆動力を分担する場合は、２）駆動キャプスタンローラーから案内キャプスタンローラーまでの間の金属細線には案内キャプスタンローラーが発生する駆動力がかかるので、定常の走行状態でもこれらの間には張力が働き、緊張状態が維持される。
３）案内キャプスタンローラーから伸線ダイスに至る区間の金属細線には、案内キャプスタンローラーの駆動力と、伸線ダイスを通して伝わる次の加工段階の駆動キャプスタンローラーの駆動力とが働く。条件によっては、案内キャプスタンローラーの駆動力が、伸線ダイスを通して伝わる次の加工段階の駆動キャプスタンローラーの駆動力を上回る場合も考えられ、案内キャプスタンローラーから伸線ダイスの間の金属細線にほとんど張力が付与されない場合、経路が弛緩した状態で送り出し量と伸線ダイスへの引き込み量が均衡する場合等が考えられる。
すなわち、３）の区間は他の区間と異なり、金属細線の走行経路に弛緩が生じる場合がある。ここで弛緩が生じると、金属細線は案内キャプスタンローラーとの摩擦力および潤滑液の粘性によって、案内キャプスタンローラー表面に付着したまま回転し、経路の前方に設置された伸線ダイスから金属細線を後方に引き戻すことにより、この部分で断線に至るという問題があった。
特に金属細線が細い場合は案内キャプスタンローラーの出口でローラーへの付着力が金属細線の伸線ダイスとの張力に較べて大きくなり易い。また、ローラーの回転速度が高い場合は、巻き付きが早く、経路が復元することなく金属細線の断線に至り易い。

この発明は、上記従来の極細線の製造における問題点を解決するために行われたもので、案内キャプスタンローラーによって生じる、金属細線伸線時の張力低下に際する巻き込みによる断線その他の不具合を生じることなく伸線速度を向上させることが出来る極細線用伸線方法および装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明は、一対の駆動キャプスタンローラー及び案内キャプスタンローラーの間に配置した伸線ダイス群と、伸線ダイス群を通過させて伸線した極細金属細線を巻き取りボビンを備えた金属細線伸線機において、案内キャプスタンローラーの表面における周速度を、最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くすることを特徴とする極細線伸線方法および極細線伸線装置である。また、特に、２０μｍφ以下の線径の金属細線を１００ｍ／min以上の伸線速度で伸線する場合に、案内キャプスタンローラーの表面における周速度を、最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くすることを特徴とする極細線伸線方法および極細線伸線装置である。

本発明の伸線機によれば、案内キャプスタンローラーの表面における周速度をその部分の金属細線の走行速度よりも遅くすることにより金属細線の案内キャプスタンローラー出口における張力が上昇し、弛みや巻き込み等による断線の不具合を生じることなく高速で伸線することが可能となる。特に従来技術において、金属細線の線径が２０μｍφ以下であり、かつ、伸線速度が１００ｍ／min以上の場合に多発する金属細線の断線には効果が高い。断線発生の解消により、継続的な操業を行うことが出来るので著しく生産性の向上を図ることが出来る。

本発明においては、駆動キャプスタンローラーと案内キャプスタンローラーの駆動系統を独立させる。駆動キャプスタンローラーは伸線のどの段階においてもその部分を通る金属細線の走行速度を上回る範囲で任意の設定が行えるようにする一方で、案内キャプスタンローラーは伸線の任意の段階でその部分を通る金属細線の走行速度を下回る範囲まで任意の設定が行える装置とする。
このように構成した装置において、準備作業として、金属細線を供給プーリーから駆動キャプスタンローラー、案内キャプスタンローラー、伸線ダイスを所定段数通し、仕上りダイスと巻取りボビンまで通す。また、駆動キャプスタンローラーと案内キャプスタンローラーを従来技術での回転速度で回転させ、案内キャプスタンローラー出口での金属細線の振動状態を観察しながら、案内キャプスタンローラーのみ回転数を下げる。各段階での振動状態が安定している範囲の中央付近を案内キャプスタンローラーの回転数として設定する。このようにして、案内キャプスタンローラーの駆動条件を設定した伸線装置を操業にて使用する。
スリップ率で案内キャプスタンローラーの駆動条件を表現する場合、伸線の各段階で案内キャプスタンローラーの周速度は一定であるのに対し、この上を走行する金属細線の走行速度は加工の段階が進むと共に増加してゆく。したがって、前記のスリップ率を定義する（式１）では、伸線段階ごとにスリップ率が異なり、1つの案内キャプスタンローラーの駆動条件に対し、複数のスリップ率が存在し、これらを用いて駆動条件を表現するのは煩雑である。そこで、各段の金属細線の走行速度に代えて、最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度を用いたスリップ率で表わすこととした。金属細線は案内キャプスタンローラーと伸線加工の各段階で接触する。金属細線は加工の最終段階に近づくにしたがって、線径が細く、走行速度が速く、断線が最も生じ易いので、加工の最終段階以降の金属細線の走行速度を代表値として用いたスリップ率を採用することは、目的に即していると考える。課題解決手段や特許請求の範囲で案内キャプスタンローラーの周速度を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度と比較したのはこのためである。
本発明は、金属細線を駆動する伸線装置において、案内キャプスタンローラーが駆動の負荷となるものである。すなわち、伸線ダイスによる加工抵抗と、案内キャプスタンローラーが金属細線を走行させる上での負荷となり、駆動キャプスタンローラーのみが駆動源となる。従来技術では、上記の２）駆動キャプスタンローラーから案内キャプスタンローラーの範囲において、定常状態では金属細線には張力がかかり、経路は緊張するのが通常であったが、本発明においては、この間が駆動キャプスタンローラー上の金属細線のスリップ率が少ない場合は、経路に弛緩が生じる可能性がある。
駆動キャプスタンローラーを中心に見ると、その後方に伸線ダイスがあり、さらにその後方に案内キャプスタンローラーがあり、駆動キャプスタンローラーのみが金属細線を駆動している。伸線ダイスと案内キャプスタンローラーはいずれも金属細線の走行に抵抗となる。したがって、３）案内キャプスタンローラーから伸線ダイスの区間の金属細線には張力が働き、従来問題であった案内キャプスタンローラー出口での走行経路の弛緩、金属細線の案内キャプスタンローラーへの絡みつきは解消する。
すなわち、従来３）の区間にあった経路の弛緩が本発明では２）の区間に移ったわけである。それでは、２）の区間において、駆動キャプスタンローラー出口で経路が弛緩して金属細線が駆動キャプスタンローラーに絡むことはないかが問題となる。
２）の区間は、３）の区間の約２倍の長さがあり、弛緩した経路が蛇行あるいは屈曲する程度が３）の区間に較べて小さいといえる。言い換えれば、弛緩した経路を吸収する余地が２）の区間では３）の区間に較べて大である。
操業における生産品種交換時等の伸線機の稼動条件の設定に際しては、各伸線ダイスでの加工率の設定、駆動キャプスタンローラーの周速度の設定が優先され、案内キャプスタンローラーの周速度は、各加工段階において、駆動キャプスタンローラーの負荷が過大となり、金属細線が破断しないこと、駆動キャプスタンローラーから案内キャプスタンローラーに向かう経路上で経路の弛緩が過大となり、金属細線が駆動キャプスタンローラーに絡みついて断線しないこと、を必須条件として、上記準備作業に記述した調整を行う。案内キャプスタンローラーの表面における周速度を、最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くする範囲はスリップ率で８０％以上１００％未満が好ましい。８０％未満では、案内キャプスタンが金属細線を駆動する駆動キャプスタンに対し、過大な負荷となるばかりでなく、駆動キャプスタンから案内キャプスタンまでの経路において、金属細線のたわみが過大となるからである。また、１００％を超えるものは、従来技術の範囲となり、上記した従来技術の有する問題を解決できないためである。

従来の伸線機にて案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の９０％になる様に設定し、最終線径１８μｍφまで伸線を行った。駆動キャプスタンローラーの周速は最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の１１０％になる様に設定してある。この時、伸線速度２００ｍ／ｍｉｎにて断線等の不具合が発生することなく約１万ｍ程伸線が行えた。
最も張力が低くなる箇所の張力を測定した所、案内キャプスタンローラーの周速が最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも早い場合よりも約１０ｍＮ高くなっていることが分かった。

案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の８０％になるように設定し、最終線径１８μｍφまで伸線を試みた。駆動キャプスタンローラーの周速は最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の１１０％になる様に設定してある。伸線速度２００ｍ／ｍｉｎにて断線等の不具合が発生することなく約１万ｍ程伸線が行えた。

案内キャプスタンローラーと駆動キャプスタンローラーを１つのモーターで制御するタイプの伸線機において、案内キャプスタンローラーと駆動キャプスタンローラーの周速を実施例２の状態に一旦設定した上で、駆動キャプスタンローラーと案内キャプスタンローラーをスリップ率にて同時に変更し、最終的に案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の９０％に、駆動キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の１２５％になる様に設定し、最終線径１８μｍφまで伸線を行った。この時も、伸線速度２００ｍ／ｍｉｎにて断線等の不具合が発生することなく約１万ｍ程伸線が行えた。

比較例

比較例では案内キャプスタンローラーの周速を、最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の１１０％に、駆動キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度の１１０％になる様に設定した。案内キャプスタンローラーの周速が最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度を上回っているために、伸線速度２００ｍ／ｍｉｎにおいては１万ｍの伸線が終了する前に断線が発生した。以下表１に、
実施例１〜３と比較例の各キャプスタンローラー周速度の設定値と２００ｍ／minの伸線速度における断線等、連続生産性の評価結果を示す。

伸線機の概略図 伸線機の縦断正面図

符号の説明

１ 伸線槽
２ 駆動キャプスタンローラー
３ 案内キャプスタンローラー
４ 潤滑液シャワーノズル
５ 供給ボビン
６ ガイド部材
７ 伸線ダイス
８ 仕上がりダイス
９ 巻取りボビン

Claims (4)

1. 一対の駆動キャプスタンローラー及び案内キャプスタンローラーの間に配置した伸線ダイス群と、伸線ダイス群を通過させて伸線した極細金属線を巻き取るための巻き取りボビンを備えた細線伸線機において案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くしたことを特徴とする極細線伸線方法。
2. 極細線製造時、特に20μｍφ以下の線径を伸線速度100m/min以上の高速度で伸線を行う場合に、前記の様に案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くすることを特徴とする請求項１記載の極細線伸線方法。
3. 一対の駆動キャプスタンローラー及び案内キャプスタンローラーの間に配置した伸線ダイス群と、伸線ダイス群を通過させて伸線した極細金属線を巻き取るための巻き取りボビンを備えた細線伸線機において案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くしたことを特徴とする極細線伸線装置。
4. 極細線製造時、特に20μｍφ以下の線径を伸線速度100m/min以上の高速度で伸線を行う場合に、前記の様に案内キャプスタンローラーの周速を最後に案内キャプスタン上を通過する極細金属線の線速度よりも遅くすることを特徴とする請求項３記載の極細線伸線装置。
   

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