JP2000323517A - ワイヤボンダの電気トーチ - Google Patents

ワイヤボンダの電気トーチ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 キャピラリ７の先端部から繰り出された
ワイヤ６を放電エネルギにより溶融切断する電気トーチ
１を、プラチナを用いて円柱形に形成された導電体２
と、酸化ジルコニウムを用いてチューブ形に形成され、
導電体２を収容被覆する非導電体３と、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。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
部に放電位置制御孔４を形成して放電方向を規制するの
で、電気トーチ１の表面いずれからでも放電が発生する
ということがない。よって、ワイヤ６の溶融切断位置を
安定させてばらつきを抑制防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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(ele
ctric 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】請求項１記載の発明にお
いては、上記課題を達成するため、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、上記電気トーチは、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んでなることを特徴と
している。
【０００８】なお、上記電気トーチの導電体と上記非導
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。また、上記非導電体の先端部に、開口
面積が０．０５〜０．２mm2の上記放電位置制御孔を設
けることが望ましい。
【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１
０．６×１０-6Ωcm)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０〜０．１
mm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】請求項１記載の発明によれば、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。
【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１０８
３℃、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。
【００１４】さらに、請求項３記載の発明によれば、放
電位置制御孔の面積が０．０５mm2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０．２mm2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。
【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〜２０
００Ｖ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０．０５〜０．２mm
2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２０００
Ｖ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３．０
mm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２００
０Ｖ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２０００
Ｖ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】以上のように請求項１記載の発明によれ
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。
【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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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、 上記電気トーチは、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
    孔とを含んでなることを特徴とするワイヤボンダの電気
    トーチ。
  2. 【請求項２】 上記電気トーチの導電体と上記非導電体
    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。
  3. 【請求項３】 上記非導電体の先端部に、開口面積が
    ０．０５〜０．２mm2の上記放電位置制御孔を設けた請
    求項１又は２記載のワイヤボンダの電気トーチ。
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