JPH0523771A - 金属細線の切断方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体チップとＴＡＢテープとの接合で使用
される球形バンプは、微細ワイヤーを一定長さに切断し
た後融点以上まで加熱して、表面張力によって丸くする
ことによって得られる。ところが素材の微細ワイヤーは
軟質で曲がりやすいため、既存の自動切断器は使用する
ことができなかった。本発明の目的は、この種の極細軟
質ワイヤーを、一定長さで精度良く自動的に切断できる
方法と装置を提供することである。 【構成】 ステップモーターで駆動されるフィードロー
ルにワイヤーテンションツールを組み合わせた金属細線
供給部と、同じくステップモーターで駆動される剪断式
切断部、および前記金属細線供給部と剪断式切断部に対
する制御部によって構成することにより、安定した動作
で精度良く能率的に切断できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣチップの電極とＴ
ＡＢテープのリード等との間の接合に使用されるバンプ
を作るために、バンプの素材となる金属細線を、一定の
長さに切断するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの電極と外部リードとの接続
には多様な方法が採用されている。配線用の金属細線
（ボンディングワイヤー）を用いて接続する方法もある
が、チップの電極とリードとの間にバンプと呼ばれる金
属突起を挟んで熱圧着する方法も広く行われるようにな
っている。

【０００３】ＴＡＢ（Tape Automated Bonding) 法は後
者の代表として注目されている技術である。この方法
は、予めＩＣチップの電極部か、もしくはＴＡＢテープ
上のリード先端部のいずれかにバンプを形成しておき、
次にＩＣチップ電極部とリードを有するＴＡＢテープと
が、バンプを介して重ね合わさるようにして両者を接合
するものである。またＴＡＢ法以外にフリップチップ法
においても、バンプが使用されている。

【０００４】このような用途に提供されるバンプのこれ
までの作り方は、メッキによる方法が主体であった。す
なわちＩＣチップの電極部にバンプとなる金属を直接メ
ッキして形成するか、または一旦ガラス基盤上等にメッ
キによって形成したバンプをＴＡＢテープ側のリード先
端部に転写する方法が主流となっている。しかしなが
ら、メッキによる方法は設備が大きくなる上に、バンプ
として使用する金属の組成にも制約を受けるという欠点
がある。また、特にＩＣチップの電極部に直接メッキし
てバンプを形成しようとすれば、チップそのものがメッ
キ工程を通過することになって、チップの歩留まりを悪
化させるということも問題とされていた。

【０００５】これらの欠点を解消する方法として、メッ
キによらないバンプ形成方法も考えられるようになって
きた。本願発明者らは先に、バンプ用の素材となる金属
を細線に加工した後、この金属線を定尺切断した後、互
いの間隔を隔てた状態で溶融・凝固させ、表面張力を利
用して球形状のバンプを得る方法を提案した（特願平１
−３２０２９６号）。作られた球形のバンプは、リード
先端部等に熱圧着して使用される（特願平２−１９９４
９４号）。このようなバンプとして使用される金属は、
これまでは高純度の金が最も普通であった。金は確かに
バンプとして有効な金属であるが、バンプをメッキで形
成するというプロセス上の制約があったために、他の金
属が対象として取り上げられにくかったという側面もあ
ったと思われる。

【０００６】これに対してメッキに頼ることなく、任意
の金属線片を溶融してバンプとする新しい方法によれ
ば、接合用部材としてふさわしい特性を持った任意の金
属をバンプとして使用する可能性が大きく広がったこと
になる。またこれまでと同じように金を使う場合でも、
メッキでバンプを形成する場合には、純金に近い高純度
の金にならざるを得なかったが、線片を溶融する方法に
よれば、線引きの可能な限り任意の組成を有するバンプ
を作り上げることが可能である。金の他に銅や銀、並び
にそれらをベースとする各種の合金を、容易にバンプと
して形成することができるようになった訳である。

【０００７】金属線片を溶融してバンプを作製する場
合、サイズの均一なバンプを得るためには、金属線の切
断長さを厳密に一定にするということが必要である。長
さの切断精度を上げるためには出来るだけ線径の細い素
材を使用して、切断長さを長めにする方が有利であるこ
とは言うまでもない。それでもバンプのサイズは一般に
直径１００μｍを下回る小さなものであるから、使用す
る素材金属線を細くしても、切断長さは０．５ｍｍ以下
から長くても２ｍｍ程度の短いものとならざるを得な
い。しかも一般的にバンプ用に供されるのは軟質金属が
主体であるため、これを加工した金属線は、自重で曲が
るなど極めて取扱いのしにくいものとなる。とくに切断
長さの精度を高めるためには、曲がりやすい金属線を一
定長さだけ精度良く送り出すことが必要であるが、軟質
な金属で作られた直径数十μｍから細いものでは１０μ
ｍ程度の単一の細線を、曲がらぬように、しかも精度良
く送り出すには大変に困難がある。したがって、このよ
うなバンプ素材用金属細線を一定ピッチでの送り機構を
有する既在の切断機で精度良く切断しようとする場合に
は、複数の金属細線を束ねるかテープ上に平行に配置し
て固定するかして、送りに支障の無いように処置した後
に切断することが効果的である。先の特願平１−３２０
２９６号の方法は、このような考え方に基づいていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、バンプ製造等のために８０μｍ以下程度の細径
に線引きされている金等の軟質の素材金属線を、不純物
として接着剤や配列用材料の混入する余地の無いような
手段によって、能率良くしかも高い切断精度で多量に目
的とする長さの線片に切断できる方法と装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、直径８０μｍ以下の金属細線を、ローラ
ーと空圧式のワイヤーテンションツールを組み合わせた
送り装置によって一定長さずつ切断部に送り込み、剪断
式切断部で切断することを特徴とするものである。

【００１０】また、上記の目的を達成するための本発明
はステップモーターで駆動されるローラーと空圧式のワ
イヤーテンションツールを組み合わせてなる金属細線供
給部と、固定刃と可動刃との間の剪断を利用した切断部
と、前記金属細線供給部と前記切断部の動作をコントロ
ールする制御部とから構成され、直径８０μｍ以下の金
属細線を切断するものである。

【００１１】金属細線を太さを８０μｍ以下に限定した
のは、バンプ等に供する軟質金属の切断が必要となるの
はこの程度以下の線径の場合がほとんどで、なおかつ、
これより太径の金属線であれば既存の切断法が利用でき
るからである。本発明で対象とする金属細線のより好ま
しい太さは５０μｍ以下である。

【００１２】本発明の金属細線を定尺切断する方法およ
び装置の係わる工程は、球形のバンプを製造するための
重要な一工程である。したがって、切断された金属細線
は次に溶融工程におくられて、その金属の融点以上の温
度に加熱されることによって球形状のバンプができあが
ることになる。この一連の工程の中での切断工程の果た
すべき役割を考えると、まず切断精度の良いことが第一
であるが、同時に、切断時に不純物との接触を極力避け
ること、切断された微細線片が絡み合わずにバラバラの
状態で取り出し易いこと、が必要である。長さが一定で
ないとバンプとして使えるような均一なサイズの球にな
らないし、切断中に不純物が接触していると後の溶融工
程で素材金属中に混入してバンプとしての性能を劣化さ
せる。また、切断された金属細線片は互いに間隔を隔て
た状態で溶融されないと、溶融によって複数の線片が合
成された大きな球が形成されてしまって均一なバンプ用
の金属球が得られなくなってしまう。

【００１３】以上のようなことから、本発明の極細金属
線の切断は、第一に不純物が混入せず、第二には切断し
た後の金属細線片が絡まり合わず、できれば切断されて
受器に落ちる金属線片１本１本の間隔までもコントロー
ルしやすいような、切断長さ精度の良い方法の実現を狙
いとした。これらの狙いを満足するためには、むき出し
の金属細線を単線のままで１ケ所ずつ切断することによ
って、切断された線片を１本ずつ処理できるようにする
ことが必要である。

【００１４】通常の直径の金属線を一定長さに切断する
場合であれば、ステップモーターで回転するフィードロ
ール等によって一定長さずつ断続的に金属線を送りだ
し、ステップごとに切断刃物を作動させて切断すれば、
長さの揃った多数の金属線片を容易に得ることができ
る。ところが、本発明の対象となるような、軟質でかつ
直径が８０μｍ以下の金属細線の場合には、フィードロ
ールで送ろうとすると曲がってしまい、精度の良い送り
そのものが容易に実現できないという問題があった。こ
の点を解決するためには、ワイヤーテンションツールと
フィードロールを組み合わせた送り機構からなる金属細
線供給部と、このワイヤー供給部から送られてくる金属
細線を、固定刃と可動刃とを組み合わせた剪断式の切断
部で切断することが効果的であった。

【００１５】まず金属細線供給部についてであるが、フ
ィードロールの回転によって切断部に金属細線を送り込
む単純な方式では、ロールと切断部との間隔をゼロにす
ることが不可能であるから、送られてきた金属細線が切
断部の入り口で横に張り出すなどして詰まり易く、安定
な切断は実現できないことがわかった。一方、空気圧の
作用によって非接触で金属細線にテンションを与えるこ
とのできるワイヤーテンションツールという仕掛けがあ
る。これを利用すると、フィードロールを使わなくて
も、金属細線を一定の方向に繰り出すことができる。こ
の仕掛けの利点は、金属細線がノズル状の出口から吐出
されるので、その出口先端に密着させて切断部をセット
することができる点である。このためロール式の場合の
ように、切断部との間で金属細線がたわむ心配が無い。
しかし一方欠点としては、繰り出し長さを一定にコント
ロールするのが非常に難しい。ワイヤーテンションツー
ルはもともと金属細線にバックテンションを付加するた
めのものであるため当然ではあるが、金属線の引出し抵
抗のばらつきに応じて繰り出し長さがばらついてしまう
から、切断長さ精度を確保できるように金属細線の供給
を行わせることは不可能であった。

【００１６】そこで、ステップモーターによって駆動さ
れるフィードロールとワイヤーテンションツールを組み
合わせた金属細線の供給機構を検討した。最も安定な金
属細線の供給が実現できたのは、図２に示すように、前
段にフィードロール５，６、後段（切断部側）にワイヤ
ーテンションツール８を組み合わせた場合であった。図
２はこの基本動作を説明するための図である。図２で、
８がワイヤーテンションツールの本体であるが、９が金
属細線供給側のノズル、１０は金属細線取り出し側のノ
ズル、また１１は外部から空気を吹き込むための口であ
る。標準的なワイヤーテンションツールの場合は、入り
側出側のノズルとも１ｍｍ以下程度しか外部に露出して
いないが、本発明に使用するに当たってフィードロール
との組み合わせに好都合なように、入り側ノズルの外部
に露出している部分の長さを４ｍｍ程に長くしたものを
使用した。またこれらのノズルの内径も０．５ｍｍ程度
の太いものが普通であるが、本発明に使用するものは、
特に出側のノズルの内径は切断する金属細線の外径に若
干の余裕を見た程度の、細目のものを使用した方が良い
結果を得られる。

【００１７】単体のワイヤーテンションツールの空気吹
き込み口１１から空気を送り込むと、セットされた金属
細線は図の上方または下方への動きが与えられ、その向
きと動きの強さとは、図中１２で示されたレバーの調整
によって自由に変化させることができる。いま、図２で
一対のフィードロールをワイヤーテンションツールに組
み合わせた金属細線供給機構において、レバー１２を金
属細線が図の下方に引き出されるようにセットしたもの
とすると、ワイヤーテンションツールは常に金属細線を
下方に引き出そうとする方向にテンションを与え続け
る。しかし、停止中のフィードロールは表面の摩擦力で
金属細線を拘束し、ワイヤーテンションツールが金属細
線を引き出そうとする力に耐えて、繰り出しを抑えてい
るように調整されている。ここでステップモーターＭ１
に制御器Ｒを経由して一定角度の回転を指令すると、こ
の回転はステップモーターに連結されたフィードロール
に伝わって、金属細線は初めてワイヤーテンションツー
ル内を通過して、フィードロールの回転角度に応じた一
定の長さだけ出側ノズル１０の先端から送り出される。

【００１８】このため繰り出し長さについてはフィード
ロール方式の精度で確保しながら、切断部への結合はワ
イヤーテンションツールの出側によってなされるため
に、金属細線供給部と切断部とを密着させてセットする
ことができるわけである。

【００１９】次に、切断部であるが、固定刃と可動刃と
の間の剪断によって切断する方式とした。基本的には電
気剃刀と同じ方式であるため、検討は各種の電気剃刀を
用いて行った。その結果、可動刃の形状については、傘
型でもウォームギヤ型でもバイブレーション式であって
も、いずれでも支障は無かった。実際に電気剃刀そのも
ので十分に金属細線を切断することが可能であった。し
たがって、耐久性のある量産用としてはもちろん専用の
切断刃を製作して使用するのが望ましいが、金属細線が
軟質材料で、しかもさほど長期間の連続使用を行うもの
でない限りは、市販の電気剃刀をそのまま切断部として
組み込んで使用することが十分に可能である。本発明は
上記の金属細線供給部と切断部とを組み合わせることに
よって成立したものである。

【００２０】

【作用】ステップモーターで駆動されるフィードロール
にワイヤーテンションツールを組み合わせた金属細線供
給部では、ワイヤーテンションツールは常に金属細線を
切断部に送り込む方向に引張り続けているが、フィード
ロールが回転しない間は、ロール面の摩擦によって金属
細線が切断部に供給されるのを防止している。制御部か
らステップモーターに予め設定した角度だけの回転指令
が出て初めて、金属細線は指示に応じた一定長さずつ切
断部へと供給されていく。

【００２１】切断部は固定刃と可動刃との間の剪断によ
って切断するものであるが、その動作は金属細線供給部
と連動するように、制御器によってコントロールされて
いる。基本的な動作は次のようになる。 金属細線がフィードロールの間を通ってワイヤーテ
ンションツールの入り側に導かれ、その出口ノズルから
出た金属細線が切断部に入るようにセットする。 ワイヤーテンションツールに空気を送り込む。 切断部の可動刃が一動作するように制御器から指令
を出し、金属細線先端を切断する。 制御器から、フィードロールに一定角度の回転を与
えるよう指令を出し、切断長さに相当する分だけの金属
細線を切断部に送り込む。 切断部の可動刃が一動作するように制御器から指令
を出し、金属細線を切断する。 以下はとを交互に自動的に行わせることによって、
一定長さの金属細線切断を大量に行うことができるもの
である。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 図１が本発明による金属細線切断装置の概略図である。
Ｍ１が金属細線供給部のフィードロールを回転させるた
めのステップモーター、Ｍ２は切断部の可動刃を動作さ
せるためのステップモーターで、両者のコントローラー
は合わせて制御器Ｒの中に収容されている。

【００２３】金属細線供給部のステップモーターＭ１の
回転軸にはフィードロール５が連結されている。フィー
ドロール５は外径が１０ｍｍのテフロン製で、相手側の
ロール６は外径は同じ１０ｍｍであるが、ボールベアリ
ング構造で軽く回転するように作られたステンレス製の
ロールである。ここではロールを一方側だけの回転です
ませているが、ステップモーターをもう一台使って両側
のフィードロールを共に回転させるようにできればさら
に良い。８はワイヤーテンションツールであるが、出側
ノズルの内径が０．１ｍｍのものを使用した。

【００２４】２０は切断部の固定刃、２１は可動刃であ
る。本実施例では、固定刃にはワイヤーを導入するため
に直径０．３ｍｍの穴をあけ、一方の可動刃としては回
転刃を使用した。１が切断する金属細線で、直径２５μ
ｍの純金の細線を使用した。この金属細線はキャピラリ
ー７を通してフィードロールに供給するように構成し
た。この装置によって、軟質な純金製の細線を、たわみ
等の生じない状態で長さ０．３ｍｍ以上の任意の一定長
さに切断することができた。切断された金属細線は切断
部の下方に受器を配して補集するようにしたが、切断す
る長さが短い場合には、可動刃の保持具上に付着したま
ま受器に落ちないものも多かった。

【００２５】そこで、このような場合の切断した金属細
線の回収には、可動刃部分を取り出しアルコール中に浸
して洗い落とした上、アルコールを濾紙を使って濾すこ
とによって切断された金属細線を取り出すようにした。
これらを受器に受けたものと一緒にして、１本ずつがバ
ラバラになるようにルツボ上に配列した上で溶融させ、
球形バンプを得ることができた。

【００２６】なお、さらに切断能率を高めるためには、
１つの切断部に対して複数の金属細線供給部を組み合わ
せることが有効である。この場合には、固定刃の金属細
線導入用の穴を複数形成し、その穴に合わせて複数の金
属細線供給部をセットするだけで目的が達成される。

【００２７】実施例２ 実施例１と同様の金属細線と切断装置を用い、さらに、
切断された金属細線をいったん受器に受けることなく、
次工程で溶融するときに使用するルツボ上に直接配列し
ていくように装置を構成した。切断部の可動刃の保持具
上に切断された金属細線が載ってしまうのを避けるた
め、可動刃の保持具を小さくして切断された金属細線が
下に落ちるようにした。

【００２８】切断された金属細線の落ちてくる部分に平
板状の炭素製ルツボを配置し、このルツボにＸＹ二軸可
動のステップモーターによる送り機構を組み込んで、切
断部で金属細線が一切する毎にルツボの位置を動かすよ
うにして、切断されて落下してきた金属細線が同じ場所
に重なり合わないように配列されるようにした。これに
よって受器に受けた切断金属細線を再度１本ずつルツボ
に並べる手間が省けることになり、バンプの生産性が著
しく向上した。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属細線を不純物に接触させずに精度良く能率的に切断す
ることができる。しかも、切断された線片は１本１本を
バラバラの状態で取り出しやすいので、後の溶融工程へ
の供給も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における金属細線切断装置の一実施例を
示す概略図である。

【図２】その金属細線供給部の構成と動作を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 金属細線 ２ 切断された後の金属細線 ５，６ フィードロール保持部 ７ キャピラリー ８ ワイヤーテンションツール ９ ワイヤーテンションツールの入り側ノズル １０ ワイヤーテンションツールの出側ノズル １１ ワイヤーテンションツールの空気吹き込み口 １２ ワイヤーテンションツールの方向およびテンシ
ョン調整用レバー Ｍ１ フィードロール回転用ステップモーター Ｍ２ 切断部の可動刃駆動用ステップモーター Ｒ ステップモーターの制御器

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【手続補正書】

【提出日】平成３年９月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】金属細線の太さを８０μｍ以下に限定した
のは、バンプ等に供する軟質金属の切断が必要となるの
はこの程度以下の線径の場合がほとんどで、なおかつ、
これより太径の金属線であれば既存の切断法が利用でき
るからである。本発明で対象とする金属細線のより好ま
しい太さは５０μｍ以下である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直径８０μｍ以下の金属細線を、ローラ
   ーと空圧式のワイヤーテンションツールを組み合わせた
   送り装置によって一定長さずつ切断部に送り込み、剪断
   式切断部で切断することを特徴とする金属細線の切断方
   法。
2. 【請求項２】 ステップモーターで駆動されるローラー
   と空圧式のワイヤーテンションツールを組み合わせてな
   る金属細線供給部と、固定刃と可動刃との間の剪断を利
   用した切断部と、前記金属細線供給部と前記切断部の動
   作をコントロールする制御部とから構成された直径８０
   μｍ以下の金属細線の切断装置。