JPH07161753A - 放電トーチ電極、これを用いたワイヤボンディング装置およびパッド形成装置 - Google Patents

放電トーチ電極、これを用いたワイヤボンディング装置およびパッド形成装置

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JPH07161753A
JPH07161753A JP5305049A JP30504993A JPH07161753A JP H07161753 A JPH07161753 A JP H07161753A JP 5305049 A JP5305049 A JP 5305049A JP 30504993 A JP30504993 A JP 30504993A JP H07161753 A JPH07161753 A JP H07161753A
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torch electrode
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discharge torch
electrode
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Mitsuo Kawai
光雄 河合
Chuichi Senda
忠一 千田
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高電圧スパークに対しても耐摩耗性が良好で
あり、かつ優れた放電特性を有する放電トーチ電極，お
よびこれを用いたワイヤボンディング装置およびパッド
形成装置を得ることを目的とする。 【構成】 本発明の第１の発明の放電トーチ電極は、貴
金属と、金属炭化物，金属硅化物，金属窒化物および金
属硼化物のいずれか１種または２種以上よりなる複合材
料で形成されたことを特徴とし、第２の発明の放電トー
チ電極は、金と、モリブデンまたはタングステンのいず
れか１種または２種の金属よりなる複合材料で形成され
たことを特徴とし、さらに本発明のワイヤボンディング
装置およびパッド形成装置は前記放電トーチ電極を用い
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放電トーチ電極、これ
を用いたワイヤボンディング装置およびパッド形成装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣあるいはＬＳＩなどの半導体装置に
おける半導体チップとリードフレームをボンディングワ
イヤによって接続するためのワイヤボンディング装置
は、放電トーチ電極によりボンディングワイヤの先端部
を球状化させた後、半導体チップ面にボンディングワイ
ヤを超音波あるいは加熱圧着により接続を行うものであ
る。
【０００３】例えば、図１に示す構造のワイヤボンディ
ング装置がある。１１は図示しない装置本体に一端を固
定したアーム部、１は放電トーチ電極、８はアーム部１
１の先端部のヒンジ部７に固定された揺動部材、９は揺
動部材８を左右に揺動させるためのソレノイド９、３は
ボンディングワイヤ、２はボンディングワイヤ３をリー
ドフレーム４上に載置された半導体チップ５に導出する
キャピラリ、６はボンディングワイヤ３のクランプ部材
である。
【０００４】上記ワイヤボンディング装置の動作は下記
の通りである。まず、ソレノイド９が作動することによ
り放電トーチ電極１はヒンジ部７を中心に左右に揺動
し、その放電トーチ電極１の先端部１ａはキャピラリ７
から導出されたボンディングワイヤ３の下端部の下方に
移動する。そして、放電トーチ電極１に数ｋＶ程度の高
電圧が印加されることにより、この先端部１ａのワイヤ
３の下端部との間に高電圧スパークが発生し、ワイヤ下
端部に溶融ボール１０が形成される。
【０００５】さらに、ソレノイド９が逆方向に作動する
ことにより、放電トーチ電極１はキャピラリ２の側方に
移動し、次いでキャピラリ２は下降して、キャピラリ２
で超音波あるいは加熱圧着により溶融ボール１０を半導
体チップ５の上面電極部にボンディングする。ここで、
半導体チップ５の電極部あるいはリードフレーム４のボ
ンディングワイヤ３との接続部にはパッド（図示しな
い）を形成し、このパッドによりボンディング性を向上
させる場合もある。
【０００６】また、接続部のパッドは上記ボンディング
工程とは別の前工程において形成される。このパッド形
成は、パッド形成装置を用いて、例えばパッド用ワイヤ
ーを上記とは別の放電トーチ電極により同様に溶融ボー
ルを形成し、その後その溶融ボールを半導体チップ５の
電極部あるいはリードフレーム４のボンディングワイヤ
３との接続部にあらかじめ形成しておくのである。
【０００７】上記のようなワイヤボンディング装置ある
いはパッド形成装置における、ワイヤと放電トーチ電極
との放電が行われる雰囲気は、例えば（Ａｒ）などの不
活性ガスを噴射しつつ行われている。
【０００８】従来、上記ワイヤボンディング装置あるい
はパッド形成装置に用いられる放電トーチ電極として
は、高融点であることから純タングステン（Ｗ）材また
はトリウム（Ｔｈ）を含有したタングステン（ＴｈＯ2
−Ｗ）材が使用されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】放電トーチ電極の先端
部とボンディングワイヤあるいはパッド用ワイヤ（以下
総称して「ワイヤ」という）の下端部との間で、高電圧
スパークが繰返し生じる。その結果、放電トーチ電極の
先端部には重たいイオンの衝撃によるスパッタリングが
生じるので、その消耗などにより寿命が短くなると共
に、ボンディング用トーチ電極の消耗などによるいたみ
や汚れは放電現象に大きな影響を与え、ワイヤのボール
の形成が不十分となるなどの問題が発生し、装置そのも
のの性能を低下させるという問題が発生しており、放電
トーチ電極の材質の改良が要求されている。
【００１０】放電トーチ電極として要求される特性とし
ては、第１にワイヤと放電トーチ電極との間での放電が
容易に行われ、かつ安定した放電が得られること、第２
に放電トーチ電極の放電部が酸化，付着物の付着も含め
て汚染されないこと、第３に放電トーチ電極の放電部、
とくに電極の端部のエッジ部においてアーク摩耗，酸化
摩耗が少ないこと、換言すれば長寿命化できること、で
ある。
【００１１】しかし、従来の放電トーチ電極として用い
られているＷあるいはＴｈ−Ｗ材は、酸化され易く、ま
た耐摩耗性および放電特性の点で十分満足のいくもので
はなかった。
【００１２】本発明は、上記事情に鑑み、高電圧スパー
クに対しても耐摩耗性が良好であり、かつ優れた放電特
性を有する放電トーチ電極，およびこれを用いたワイヤ
ボンディング装置およびパッド形成装置を得ることを目
的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の第１の発
明の放電トーチ電極は、貴金属と、金属炭化物，金属硅
化物，金属窒化物および金属硼化物のいずれか１種また
は２種以上よりなる複合材料で形成されたことを特徴と
する。
【００１４】また、本発明の第２の発明の放電トーチ電
極は、金と、モリブデンまたはタングステンのいずれか
１種または２種の金属よりなる複合材料で形成されたこ
とを特徴とする。
【００１５】また、本発明の第３の発明のワイヤボンデ
ィング装置は、上記第１の発明および第２の発明の放電
トーチ電極を用いてなることを特徴とする。また、本発
明の第４の発明のパッド形成装置は、上記第１の発明お
よび第２の発明の放電トーチ電極を用いてなることを特
徴とする。
【００１６】以下に、まず第１の発明に対して説明する
第１の発明における形態としては、貴金属と、金属炭化
物，金属硅化物，金属窒化物および金属硼化物のいずれ
か１種または２種以上よりなる複合材料であれば何ら限
定されるものではないが、金属炭化物，金属硅化物，金
属窒化物および金属硼化物のいずれか１種または２種以
上よりなる基地中に貴金属を分散、より具体的には金属
炭化物，金属硅化物，金属窒化物および金属硼化物のい
ずれか１種または２種以上よりなる多孔質体に貴金属を
含浸させたものである。
【００１７】ここで、第１の発明における金属として
は、単体においても比較的融点の高く、炭化物，硅化
物，窒化物および硼化物とすることよりさらに融点を向
上することが可能な、ＩＶａ族元素，Ｖａ族元素および
ＶＩａ族元素のいずれか１種または２種以上が好まし
い。
【００１８】また貴金属は、比較的良導電体であり、電
極の電気付加を低下させ放電特性を良好にし、しかも貴
金属であるため、酸化，付着物の付着を含めた汚染が発
生しにくく、その結果放電トーチ電極としての電極部の
汚染も低減することが可能となり、安定した放電特性を
得ることができるために使用されるものである。
【００１９】ここで、本発明でいう貴金属として金（Ａ
ｕ），銀（Ａｇ），白金族元素などが使用される。これ
らの貴金属の中で、特にＡｕおよびＰｔが汚染をうけに
くく、耐アーク損耗に対して良好な特性を得ることがで
きる。
【００２０】すなわち、半導体素子の高密度化に伴う入
出力ピンの多ピン化などにより、製造の際のワイヤボン
ディングにおけるワイヤのボール径などボール形状のバ
ラツキをより少なくする必要がある場合、その表面部の
汚染、あるいはアーク損耗などが問題となるが、この表
面酸化などに対してはＡｕやＰｔは大気中での酸化され
ずボンディング特性が安定し好ましいと共に、放電トー
チ電極表面に黒いスス状の付着物の付着も防止でき、さ
らに前記付着物などが原因となる高電圧スパークが飛ば
ないというスパークミスも防止できるため、本発明にお
いてはＡｕおよびＰｔが好ましいとした。さらにこの中
でも、ＰｔはＡｕに比較し極めて汚染をうけにくく、耐
アーク損耗に対してさらに良好な特性を有しており好ま
しいものである。
【００２１】また、使用されるワイヤと同一の材料を使
用することにより、溶融ボール中への放電による他の元
素の混入を減少することができ、この結果接続部さらに
はワイヤの硬度の上昇を抑えることが可能となり、接合
時の断線などを減少することが可能となる。
【００２２】本発明においては、上記第１の発明におけ
る金属炭化物中にコバルト（Ｃｏ）を５重量％以下含有
させることにより、金属炭化物粒子の結合性が良好とな
り、焼結性が向上し、より優れた特性を得ることが可能
となる。ここで、Ｃｏの量があまり多いと逆に焼結性が
低下すると共に、基地そのもの導電性をも低下させるた
め、そのＣｏの量は５重量％以下とした。好ましくは４
重量％以下、さらに好ましくは２〜４重量％である。
【００２３】次に、本発明の第２の発明に対して説明す
る。第２の発明における形態として、上記第１の発明と
同様にＡｕと、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン
（Ｗ）のいずれか１種または２種よりなる複合材料であ
れば何ら限定されるものではないが、ＭｏおよびＷのい
ずれか１種または２種よりなる基地中にＡｕを分散、よ
り具体的にはＭｏおよびＷのいずれか１種または２種よ
りなる多孔質体にＡｕを含浸させたものである。
【００２４】まず第２の発明において、ＭｏおよびＷ
は、融点が高く、適度な導電性を有しているため使用さ
れるものである。これらの元素を使用することにより、
耐アーク性および耐酸化性を改善することが可能とな
り、その結果、アーク摩耗，酸化摩耗が極めて少ない放
電トーチ電極が得られる。
【００２５】またＡｕは、良導電体であり、電極の電気
付加を低下させ放電特性を良好にし、しかも貴金属であ
るため、酸化，付着物の付着を含めた汚染が発生しにく
く、その結果放電トーチ電極としての電極部の汚染も低
減することが可能となり、安定した放電特性を得ること
ができるために使用されるものである。
【００２６】上記第１の発明および第２の発明のいずれ
の発明においても、その貴金属（第２の発明においては
Ａｕ）の比率は容量％で１０〜４５％が好ましい。これ
はこの貴金属の量があまり少ないと意図する特性が得ら
れず、逆にあまりその量が多いと金属炭化物，金属硅化
物，金属窒化物および金属硼化物、あるいはＭｏ，Ｗに
比較し低融点であり、かつ高電圧スパークに対する耐性
が低いために、上記範囲が好ましい。より好ましくは２
０〜４０容量％である。
【００２７】そして、放電トーチ電極の表面は異常放電
を防止するために平滑であることが好ましい。この表面
を平滑化する手段としては研磨など、常法の手段をさい
よう採用することができる。
【００２８】また、金属炭化物，金属硅化物，金属窒化
物および金属硼化物あるいはＭｏ，Ｗの少なくとも高電
圧スパーク発生部における結晶粒径は０．３〜３μｍで
あることが特性発揮の上で好ましい。
【００２９】なお、本発明の放電トーチ電極は、放電ト
ーチ電極そのものを上記組成の複合材料で製造すること
も可能であるが、これに限らず、先端部のワイヤとの高
電圧スパーク発生部のみで良いことは容易に理解できる
ことである。
【００３０】本発明の放電トーチ電極の製造方法とし
て、例えば下記の２つの製造方法がある。まず第１の製
造方法は、金属炭化物，金属硅化物，金属窒化物および
金属硼化物あるいはＭｏ，Ｗの各粉末、またはＣｏを含
有する場合はＣｏ粉末を前記粉末と共にアセトンなどを
使用して湿式混合した粉末に、さらに貴金属粉末を加え
て湿式混合する。これを乾燥し、所定の比率でパラフィ
ン系樹脂などをバインダーとして加えた後、所定の圧力
でプレス成形し成形体を得る。得られた成形体を水素中
などの還元性雰囲気中で焼結を行うことにより、樹脂は
飛散し、貴金属が分散した焼結体よりなる複合材料を得
る。その後、得られた焼結体に不足分の貴金属を接触配
置した後、炉中で加熱溶融して溶浸する。そして、切削
などの機械加工を施し、所定形状の放電トーチ電極を得
る。
【００３１】第２の製造方法は、金属炭化物，金属硅化
物，金属窒化物および金属硼化物あるいはＭｏ，Ｗの各
粉末、あるいはＣｏを含有する場合はＣｏ粉末を前記粉
末と共にアセトンなどを使用して湿式混合した粉末を湿
式混合する。これを乾燥し、所定の比率でパラフィン系
樹脂などをバインダーとして加えた後、所定の圧力でプ
レス成形し成形体を得る。得られた成形体を水素中など
の還元性雰囲気中で焼結を行うことにより、樹脂は飛散
し、多孔質の焼結体を得る。その後、得られた焼結体に
貴金属を接触配置した後、炉中で加熱溶融して溶浸す
る。そして、切削などの機械加工を施し、所定形状の放
電トーチ電極を得る。
【００３２】本願発明の製造方法は、上記第１あるいは
第２の製造方法に限らず、例えば、上記製造方法におけ
る焼結体への貴金属の溶浸は焼結体への接触配置後の加
熱溶融により行ったが、この方法に限らず溶融状態の貴
金属浴中への焼結体の浸漬による溶浸でも良く、適宜そ
の製造方法は選択される。
【００３３】上記放電トーチ電極を用いたワイヤボンデ
ィング装置またはパッド形成装置のの構成としては、特
に限定されるものではなく、本発明の放電トーチ電極を
使用可能な種々の装置に適用することが可能である。
【００３４】
【実施例】実施例１ 本発明の放電トーチ電極として、表１に示す各種組成の
ボンディング用トーチ電極を製造し、それらのボンディ
ングトーチ電極をワイヤボンディング装置に実際に組込
んで、現在のワイヤボンディング時の条件での実機試験
を行なった。
【００３５】ここで、メンテナンスまでの放電回数と
は、電極先端部の消耗部を研削により形状修正が必要と
なるまでの放電回数であり、電極の清掃頻度とは、電極
先端部の汚染に対する清浄化までの間隔を評価した。ま
た比較として、従来のボンディング用トーチ電極（Ｗ，
Ｗ−ＴｈＯ2 ）も評価した。その結果も併せて表１に示
す。
【００３６】
【表１】
【００３７】上記表１より明らかなように、本発明の放
電トーチ電極を用いたボンディング用トーチ電極は従来
の電極に比較し寿命が長く、ボンディング用トーチ電極
表面に黒いスス状の付着物の付着も防止でき電極の清掃
頻度も減少することができる。さらに前記付着物などが
原因となる高電圧スパークが飛ばないというスパークミ
スも防止できると共に、そのボンディングワイヤ切れも
減少する。
【００３８】この寿命の向上あるいは清掃頻度の減少
は、例えば電極交換には約４０〜５０分／個、また電極
清掃には１５〜２５分／個の時間を要することから、そ
の工業的価値は大きい。
【００３９】実施例２ 本発明の放電トーチ電極として、表２に示す各種組成の
ボンディング用トーチ電極を製造し、それらのボンディ
ングトーチ電極をワイヤボンディング装置に実際に組込
んで、現在のワイヤボンディング時の条件での実機試験
を行なった。
【００４０】ここで、メンテナンスまでの放電回数と
は、電極先端部の消耗部を研削により形状修正が必要と
なるまでの放電回数であり、電極の清掃頻度とは、電極
先端部の汚染に対する清浄化までの間隔を評価した。ま
た比較として、従来のボンディング用トーチ電極（Ｗ，
Ｗ−ＴｈＯ2 ）も評価した。その結果も併せて表２に示
す。
【００４１】
【表２】
【００４２】上記表２より明らかなように、本発明の放
電トーチ電極を用いたボンディング用トーチ電極は従来
の電極に比較し寿命が長く、ボンディング用トーチ電極
表面に黒いスス状の付着物の付着も防止でき電極の清掃
頻度も減少することができる。さらに前記付着物などが
原因となる高電圧スパークが飛ばないというスパークミ
スも防止できると共に、そのボンディングワイヤ切れも
減少する。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、高電圧スパークに対し
ても耐摩耗性が良好であり、かつ優れた放電特性を有す
る放電トーチ電極、およびこれを用いたワイヤボンディ
ング装置およびパッド形成装置を得ることをができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なワイヤボンディング装置の概略図であ
る。
【符号の説明】
１ ボンディング用トーチ電極 ３ ボンディングワイヤー ５ 半導体チップ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 貴金属と、金属炭化物，金属硅化物，金
    属窒化物および金属硼化物のいずれか１種または２種以
    上よりなる複合材料で形成されたことを特徴とする放電
    トーチ電極。
  2. 【請求項２】 金属炭化物，金属硅化物，金属窒化物お
    よび金属硼化物は、ＩＶａ族元素，Ｖａ族元素およびＶ
    Ｉａ族元素のいずれか１種または２種以上の金属との炭
    化物，硅化物，窒化物または硼化物である請求項１に記
    載の放電トーチ電極。
  3. 【請求項３】 金と、モリブデンまたはタングステンの
    いずれか１種または２種の金属よりなる複合材料で形成
    されたことを特徴とする放電トーチ電極。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の放電トーチを用
    いてなることを特徴とするワイヤボンディング装置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項３の放電トーチを用
    いてなることを特徴とするパッド形成装置。
JP5305049A 1993-12-06 1993-12-06 放電トーチ電極、これを用いたワイヤボンディング装置およびパッド形成装置 Pending JPH07161753A (ja)

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