JPH039331Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈概要〉 ICやLSIの集積度向上に伴つてワイヤボンデイ
ング作業は近年ますます細いワイヤを高速でボン
デイングする要求が強い。一方要求を満たすため
には小さくすれば構造強度の問題が出て来る。本
願ではチツプ部の形状で電流密度の分配を考えて
構造強度と熱時定数の改善の両立を図つた。

〈産業上の利用分野〉 本考案はLSIや、LSIを実装するプリント板と
の間の配線接続を行なうワイヤボンデイング装置
に係り、特に構造強度と熱応答性の改善を両立さ
せた加熱素子の構造に関する。

〈従来技術〉 いわゆるワイヤボンダ、（ワイヤボンデイング
装置）は要は半田あるいは線材を加熱して融着さ
せることによつて所要部分に配線を行なうもので
あり、高密度プリント板や、LSI等のこまが配線
接続を行なうため発熱部分が小さくなりまた発熱
部に直接通電して加熱を行うためきわめて低い電
圧で大電流を流すものである。第３図に従来こう
した目的で製造された加熱素子を示すが、Ｕ字の
平行なたて棒部を形成する一対の導電部は通常電
気銅で出来ておりＵ字の底のチツプ部はモリブデ
ン、ステンレス、タングステン系超硬合金等の導
電部を構成する部材より電気抵抗が大きく、耐表
面酸化強度が高く、機械的にも高温強度の高い耐
熱性抵抗材で作られており、Ｕ字型の底の先端に
ワイヤ当接部（当接先端）を有している。

そしてこの部分をワイヤに当接して通電加熱す
ることによりボンデイング（接合）を行うもので
ある。

〈問題点〉 こうした構成の加熱素子でボンデイングを行う
場合対象となる作業がこまかくなり、ワイヤも細
くなつてくると今まで問題にしてなかつた要件が
ボンデイングの仕上り具合や、分止りに関連して
来る。

その一つは先端での発生熱の放射に係る隣への
影響であり、もう一つは配線パターンや、ワイヤ
からの伝熱による影響である。

これらはともに原理的には発熱部分を小さくす
れば良くなる性質のものではあるが、小さくしよ
うとすると機械的強度が弱くなる。

〈解決手段〉 本願では上記のかんがみチツプ部の形状、ある
いはチツプ部が接合面を介して導電部と接合され
る接合面を含めた発熱素子の構成形状を工夫する
ことにより機械的強度を低下させることなく解決
しようとする。

その手段として本考案においては導電部と接合
されたチツプ部の形状をチツプ内部の電流密度の
電流路方向における分布に着目して電流路と交る
ワイヤ当接部の断面積をしぼつて、導電部と接合
する部分におけるそれよりも小さくすること、ま
た好ましくはこれに加えて前記断面積内の電流密
度分布を考えて導電部から導電部へＵの凹み側近
くを流れる電流に対する経路抵抗と、同じくＵの
凸側近く（ワイヤ当接部側）を流れる電流に対す
る経路抵抗と不均一を極力均一化するために、チ
ツプ部の導電部と接合する接合面のりんかくを長
方形の一部あるいは円の一部となる様にして経路
長を均一化することにより解決している。

〈作用〉 こうした構成を取ると、接合部での発熱量が
おさえられる。断面積がしぼられたワイヤ当接
部の断面のあたりで最も発熱率が大きくなる。
該断面のあたりにおいてワイヤ当接部に近い側も
発熱率が大きい。と云うきわめて小さな発熱部分
よりもきわめて短い経路でワイヤ当接部に伝熱す
るため、発生させた発熱量の利用効率が上るし、
上記伝熱路が短くなることとチツプ部の構造体積
に比して必要な部分しか発熱していないため等価
的な熱容量が小さくなることによつて応答時定数
が早くなるし、併せて無理に小型にする必要がな
いので構造上の強度も確保出来る。

また接合面の温度が下げられ接合面の強度を保
ちやすくなる。

〈実施例〉 第１図は本考案の原理図を兼ねる一実施例の説
明図、第２図は別の実施例の説明図、第３図は従
来例の説明図、第４図ａ，ｂ，ｃは従来例と実施
例を対比した通電条件とワイヤ当接部の温度応答
の説明図である。

図の１０，２０，３０は抵抗体としてのチツ
プ、１０ａ，２０ａ，３０ａはワイヤ当接部、１
０ｂ，２０ｂ，３０ｂと１０ｃ，２０ｃ，３０ｃ
は夫々接合面を示し、１１，２１，３１と１２，
２２，３２は夫々導電部を示す４はワイヤ、５は
半田メツキされたプリント板パターンの一つを示
し、６はプリント基板を示す。

図より明らかな様に従来例と実施例はチツプ部
の形状が異るだけで構成としては導体部に接合さ
れたチツプ部を持ち、例えば、半田メツキされた
パターン５にワイヤ４をワイヤ当接部でおさえて
通電加熱することによりボンデイングを行うもの
であることまで共通である。

ただ大きく異るのはチツプ部内を流れる電流の
分布、すなわち電流路方向で見た密度分布と電流
路と交る断面で見た密度分布であり、結果として
の温度分布と、最も時間当りの発熱量の多い（発
熱率と称す）部分、（結果として最高温度に昇温
する部分と大体同じ）の分布であり、また発熱率
の高い部分からワイヤ当接部までの距離である。
そして上記の差を支配しているのがチツプ部の電
流路に沿つた断面積の分布と電流路と交わる断面
で見たチツプ部内を流れる電流路の長さの分布で
あり、上記を実現しているのがチツプ部１０、又
は２０の形状である。

第１図のチツプ部は導体部との接合面のりんか
くが長方形の一部を成しており、発熱素子として
製造するのには例えば導体部の材料となる銅板に
チツプ部となる長方形の素材が嵌合する長方形の
孔を明け、該素子を挿入して銀ロー付けしたあと
不要部を除いて図の形に形成するのであるが、全
体でＵ字型をしている発熱素子の先端すなわちＵ
の底の部分のワイヤ当接部１０ｂ側（下側と称
す）がワイヤをとらえるため凹められているのみ
ならず反対側の曲率負の側（上側又は凹み側と称
す）においてもチツプ部１０が削られているこ
と、またチツプ部１０の導体部２０，３０との接
合面と接する接合面１０ｂと１０ｃは長方形のり
んかくの一部を成しており上部の端面の外に平行
に対向する一対の端面で接合されていることであ
る。

これにより電流路に沿つて見た場合電流の通る
断面がワイヤ当接部近くの断面が最も小さくなる
様にくびれていることと、対向する導体の接合面
から接合面に至るチツプ部材の中の電流路の長さ
が電流路と交る断面の中で見て上側でも下側でも
（まん中当りでも）ほぼ同じ長さになる様構成さ
れている。

第２図はチツプ部材の導体部との接合面が円弧
の一部である例であるが断面積の分布も電流路上
の分布も、したがつてそれを実現すべく上側でも
削り込むことも同じ考えのもとに行つて形状を決
めているがやや作りやすい反面断面内の電流分布
を操作することは第１図の例よりやや不自由であ
る。

なお本来きわめて小さいものであるから複雑な
形状にしずらい面はあるがチツプ部の下側で電流
路を短くすればさらに下側への電流集中は良くな
る。

効果については二つの注目すべき面がありその
一つはワイヤ当接部で200℃程度の融点をもつ半
田をとかすために昇温するチツプ部の最高温度点
の温度が低くなることで、第３図の例と第１図の
例では第３図ではチツプ部３０の両側のネツク部
と上側の方で600℃程度になるのに対し、第１図
の例では中央のネツク断面の中央近くで400℃と、
かなり低くなり耐熱寿命と、強度を確保しやすく
なる。

またもう一つの面は第４図のａ，ｂ，ｃに示す
様な応答性の面で、チツプ部そのものの大きさと
しては大して変わりがないのに時定数もタイムラ
グもともに小さくなつて通電波形を変えることに
よつて100msから数百msのボンデイングのため
の加熱時間の中でワイヤ当接部に近い部分の温度
を、急激にかつあまり高くない温度の中にかなり
きめこまかく制御することが可能となつた。

また上記二つの結果、ワイヤやパターン上の伝
熱による熱影響、例えばワイヤのポリウレタン被
膜の損傷も、放射熱により隣接するワイヤの被膜
の損傷もかなりの程度に防止できる様になつた。

なお、この場合まわりに対する影響以外にはあ
まり気にしていないが、当然熱エネルギの利用率
も上つているものと思う。

〈効果〉 以上説明した如く本考案によれば、チツプ部の
形状を選ぶことにより主たる発熱部分を限定する
とともに該主たる発熱部分を加熱する部分のごく
近くに形成することが出来るため、チツプ部の温
度をあまり上げなくても正常なボンデイングが行
え、加熱する部分への熱伝達が早くかつスムース
になるのでボンデイング条件の管理がきわめてや
りやすく、きめこまかい作業が出来るが、構造的
には特に小さくしたわけではないので強度面も確
保出来、かつ寿命ものびると云う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の原理図を兼ねる一実施例の説
明図、第２図は本考案の別の実施例の説明図、第
３図は従来例の説明図、第４図ａ，ｂ，ｃは本考
案の作用の説明図を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 全体でＵ字型の電流路を形成して成り、導電と
   保持を兼ねる一対の導電部と、Ｕ字型の底部にお
   いて接合される発熱チツプ部を有する加熱素子に
   おいて、 前記チツプ部のワイヤをおさえる部分の電流路
   と交わる断面積を、前記導電部と接合する部分の
   断面積より小さくするとともに、 チツプ部の電流線方向で見た長さを前記Ｕ字型
   の底部における上側と下側であまり変えない様に
   両導電部と接合される接合部のチツプ部側を構成
   するチツプ部のりんかくを４辺形の一部又は円の
   一部を成す様に形成して成ることを特長とするワ
   イヤボンデイング用は発熱チツプ。