KR100230456B1 - 캐필러리의 표면처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐필러리의 표면처리 방법에 관한 것이다. 반도체 칩의 와이어 본딩용으로 사용되는 캐필러리의 표면처리 방법에 있어서, 상기 캐필러리에에 함유되어 있는 유리 성분의 유리전이 온도보다 높은 온도에서 상기 캐필러리의 팁부분을 열처리하여 식각하는 본 발명의 표면처리 방법을 이용하면, 알루미나 세라믹 입계에 존재하는 유리 성분만을 선택적으로 식각해낸다. 따라서, 본 발명에 따르면, 캐필러리의 팁부분에 대한 과도록 식각을 방지하여 식각면의 요철 정도가 와이어 본딩에 적합한 캐필러리를 제조할 수 있다.

Description

캐필러리의 표면처리 방법

본 발명은 반도체 와이어 본딩용 캐필러리의 표면처리 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 알루미나 세라믹 입계에 존재하는 유리 성분만을 선택적으로 식각하여 화학적 식각에 따른 과도한 식각의 문제점을 해결한 캐필러리의 표면처리 방법에 관한 것이다.

캐필러리(capillary)는 반도체 칩을 리드 프레임과 접속하기 위해 사용되는 초정밀 기구이다. 도 1은 표준형 캐필러리에 대한 개략적인 단면도로서, 몸체 (1) 내에 길이 방향으로 형성되어 있는 관통공 (2)이 있다. 관통공 (2)은 와이어가 지나가는 통로 역할을 한다. 몸체 (1)는 알루미나 세라믹 재질로 이루어져 있다.

캐필러리를 이용하여 와이어 본딩시, 단자간을 연결하는 이음재로 골드 와이어 (gold wire)가 사용되는 것이 일반적이다. 골드 와이어는 270℃ 정도로 가해지는 열에의해 용융되며, 캐필러리의 압축 응력에 의해 용융 와이어를 본딩 및 절단하게 된다. 이러한 본딩 공정을 통하여, 반도체 칩과 리드 프레임은 전기적으로 상호 연결되게 되므로 정확한 본딩이 요구된다. 전기적으로 접속이 되지 않았거나 접속이 불량하여 떨어진다면, 완제품의 신뢰도에 결정적인 역할을 하게 된다. 예를 들면, 컴퓨터 중앙처리장치의 경우에는 작동시 온도가 250℃ 정도까지 올라가는데, 접속이 불량하다면 장시간 사용할 때 접속부가 떨어질 가능이 크다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 캐필러리의 팁 (3)에는 요철을 형성시킨다. 본딩 공정에서 캐필러리가 미끄러져 압착 불량을 일으킬 가능성이 있기 때문이다. 현재 캐필러리 팁에 요철을 형성시키는 방법으로는 화학적 식각 방법이 일반적으로 이용되고 있다. 화학적 식각은 200 내지 400℃에서 유지되는 수산화칼륨 수용액에 캐필러리 팁 부분을 일정시간 담그는 방법으로서, 이를 통하여 세라믹 입계(grain boundary)에 존재하는 유리 성분을 부식시켜 요철이 형성된다. 알루미나 세라믹 입계에는 유리 성분이 일정 정도 존재하게 되는데, 이러한 유리 성분을 부식시킴으로써 요철을 형성하는 것이다. 그러나, 이러한 화학 부식 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 200℃ 이상이 되는 고온의 화학 약품에 세라믹 제품을 투입하면 열충격에 의해 미세 크랙이 발생하며, 이로 인해 제품이 깨지는 문제점이 발생할 수 있다.

둘째, 화학적 식각에 사용되는 수산화칼륨은 인체에 유해한 약품이므로 별도의 후드 시설이 필요하다.

셋째, 화학적 식각은 화학 약품이 담긴 제한된 크기의 챔버 내에서 실시되어야 한다. 이로 인해, 1회 생산되는 양이 제한되어 양산성이 떨어진다.

넷째, 화학 식각법의 가장 큰 문제점으로서, 부식된 표면의 질이 불량하다는 것이다. 화학 식각법을 이용하면, 수산화칼륨의 부식력이 너무 강해서 유리 성분은 물론 알루미나 세라믹 입자까지도 식각시켜, 팁 표면이 너무 거칠어진다. 캐필러리는 초정밀 가공에 사용되는 도구이므로 정확한 치수 조절이 요구된다. 그러나, 팁 표면이 너무 거칠면 본딩 부위의 치수에 변화가 발생할 수 있는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 알루미나 세라믹 입계에 존재하는 유리 성분만을 선택적으로 식각함으로써, 과도한 식각으로 인하여 형상이 변형되지 않도록 캐필러리를 표면처리하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 표준형 캐필러리에 대한 개략적인 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 몸체 2. 관통공

3. 팁

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 반도체 칩의 와이어 본딩용으로 사용되는 캐필러리의 표면처리 방법에 있어서, 상기 캐필러리에에 함유되어 있는 유리 성분의 유리전이 온도보다 높은 온도에서 상기 캐필러리의 팁부분을 열처리하여 식각하는 것을 특징으로 하는 캐필러리의 표면처리 방법이 제공된다.

특히, 열처리 온도는 1200 내지 1600℃ 범위 내에 유지되는 것이 바람직하고, 열처리 시간은 1 내지 2시간이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 액체의 화학 약품을 이용하는 식각법을 이용하지 않고도, 간단한 열처리를 통해서만 캐필러리를 표면처리한다. 고온에서 캐필러리를 열처리하면, 알루미나 세라믹 입계에 존재하는 유리 성분만을 선택적으로 식각해냄으로써, 화학적 식각법에 따른 과도한 식각의 문제점이 해결되는 것이다. 종래의 방법에서 처럼, 연마된 캐필러리의 팁을 화학 약품 속에 담그면 일정 정도의 알루미나 입자가 식각되는 것은 불가피하다. 그러나, 본 발명에 따라, 캐필러리의 팁부분을 고온으로 가열하면 유리 성분만이 휘산되면서 표면에 요철이 형성되므로, 캐필러리의 과도한 식각을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 본딩의 품질에 결정적인 역할을 하는 팁부분에서 유리성분만이 선택적으로 제거되고, 주성분인 알루미나 입자는 잔존하므로, 연마된 팁부분의 형상이 그대로 유지될 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 표면처리 공정에 대하여 설명하기로 한다.

우선, 표면처리될 캐필리러의 팁부분을 연마하여 매끄럽게 한다. 연마 공정은 팁 표면의 요철을 조절하기 위하여 필요한 공정으로서, 연마시 팁 부분이 결손되지 않도록 주의해야 한다. 연마 공정 후, 세정 공정을 거쳐 팁 표면에 잔류하는 미립자를 제거한다. 연마 공정 중에 떨어져나온 연마제 입자 또는 팁에서 연마된 가루가, 캐필러리의 팁표면이나 기타 부위에 잔존하기 때문이다. 세정 공정은 초음파를 이용하면 효율적으로 이루어질 수 있다.

세정 공정을 거친 캐필러리는 건조된 후, 열처리 공정을 거쳐 표면이 식각된다. 열처리중에는, 팁부분이 열원에 직접적으로 접촉되지 않도록 해야 한다. 고온의 열원에 직접 접촉하면 급격한 온도 차이로 인해 세라믹 재질에 균열이 생기거나 깨질수 있기 때문이다. 열처리는 세라믹을 소결처리하는 방법에 따라 일반적인 산화분위기에서 이루어질 수 있다.

열처리 온도는 유리 성분의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 이루어져야 한다. 유리 성분은 임계 온도 이상이되면 휘산되는 성질을 가지고 있으며, 본 발명은 이러한 성질을 이용한 것이기 때문이다. 바람직한 열처리 온도는 1200℃ 이상이다. 한편, 열처리 온도가 너무 높으면 알루미나 세라믹이 용융 또는 변형될 수 있다. 알루미나는 2050℃ 정도에서 용융되므로, 열처리 온도를 2050℃ 이하로 유지해야 한다. 특히, 유리 성분이 휘산되어 필요한 정도의 요철이 형성되기 위하여, 열처리 온도를 1600℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 온도 조건에서 일정 시간 동안 열처리 하면, 알루미나 입자의 입계에 존재하는 유리 성분이 제거되면서 팁 표면에 요철이 형성된다. 바람직한 열처리 시간은 1 내지 2시간이다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 표면처리 방법을 이용하면 다음과 같은 잇점이 있다.

첫째, 1회의 적용에 의해 생산되는 단위 생산량이 화학적 부식법을 이용하는 방법에 비해 훨씬 많다.

둘째, 동일한 조건하에서 식각 공정이 이루어지므로 동일한 조직의 식각 표면을 얻을 수 있다. 화학 부식법의 경우에는 화학 반응에 의해 시간의 경과등에 따라 식각 공정이 균일하기 어렵다.

셋째, 열처리가 진행되는 동안에 별도의 인원이 불필요하다.

넷째, 온도 및 열처리 시간의 변화만을 통해서도, 요구되는 식각 조직의 구현이 비교적 용이하다.

다섯째, 표면처리를 위해 소요되는 설비 및 치구의 수가 비교적 적다.

Claims (3)

1. 반도체 칩의 와이어 본딩용으로 사용되는 캐필러리의 표면처리 방법에 있어서,

   상기 캐필러리에에 함유되어 있는 유리 성분의 유리전이 온도보다 높은 온도에서 상기 캐필러리의 팁부분을 열처리하여 식각하는 것을 특징으로 하는 캐필러리의 표면처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열처리 온도는 1200 내지 1600℃인 것을 특징으로 하는 캐필러리의 표면 처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 1시간 내지 2시간 동안 이루어지는 것을 특징으로하는 캐필러리의 표면 처리 방법.

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