KR101057271B1

KR101057271B1 - 반도체 장치용 본딩 와이어

Info

Publication number: KR101057271B1
Application number: KR1020097026933A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 우노; 게이치 기무라; 다카시 야마다
Original assignee: 가부시키가이샤 닛데쓰 마이크로 메탈; 신닛테츠 마테리알즈 가부시키가이샤
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2011-08-16
Also published as: CN101802994A; JPWO2009093554A1; EP2239766A1; TWI342809B; MY147995A; EP2239766A4; CN101802994B; EP2239766B1; WO2009093554A1; KR20100023893A; US7952028B2; US20100282495A1; TW200944319A; JP4554724B2

Abstract

본 발명은 볼 직상부의 와이어 무너짐(리닝) 및 스프링 불량을 억제할 수 있고, 루프의 직선성, 루프 높이의 안정성 등에도 우수하여, 적층 칩 접속, 세선화, 협피치 실장 등의 반도체 실장 기술에도 적응하는 고기능의 본딩 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다. 도전성 금속으로 이루어지는 심재와, 이 심재 위에 심재와는 다른 금속을 주성분으로 하는 표피층을 가진 본딩 와이어로서, 이 표피층의 표면에 있어서의 결정립의 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축의 수직 단면에 있어서의 이 심재의 결정립의 평균 사이즈 b와의 관계에 대하여, a≤0.7인 반도체 장치용 본딩 와이어이다.

본딩 와이어, 리닝, 스프링 불량, 루프의 직진성

Description

반도체 장치용 본딩 와이어 {BONDING WIRE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자 위의 전극과 회로 배선 기판(리드 프레임, 기판, 테이프 등)의 배선을 접속하기 위하여 이용되는 반도체 장치용 본딩 와이어에 관한 것이다.

현재, 반도체 소자 위의 전극과 외부 단자 사이를 접합하는 본딩 와이어로서 선 직경 20 내지 50 ㎛ 정도의 세선(본딩 와이어)이 주로 사용되고 있다. 본딩 와이어의 접합에는 초음파 병용 열압착 방식이 일반적인데, 범용 본딩 장치, 본딩 와이어를 그 내부에 통과시켜 접속에 사용하는 캐필러리 지그 등이 사용된다. 본딩 와이어의 와이어 선단을 아크 입열로 가열 용융하고, 표면 장력에 의하여 볼을 형성시킨 후에, 150 내지 300℃의 범위 내에서 가열한 반도체 소자의 전극 위에, 이 볼부를 압착 접합시키고, 그 후에 직접 본딩 와이어를 외부 리드 측에 초음파 압착에 의하여 접합시킨다.

최근, 반도체 실장의 구조·재료·접속 기술 등은 급속히 다양화하고 있고, 예를 들면, 실장 구조에서는 현행의 리드 프레임을 사용한 QFP(Quad Flat Packaging)에 추가하여, 기판, 폴리이미드 테이프 등을 사용하는 BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Scale Packaging) 등의 새로운 형태가 실용화되어, 루프성, 접합 성, 양산 사용성 등을 더 향상시킨 본딩 와이어가 요구되고 있다.

인접하는 본딩 와이어의 간격이 좁아지는 협피치화가 진행되고 있다. 이것에 대응하는 본딩 와이어에 대한 요구로서 세선화, 고강도화, 루프 제어, 접합성의 향상 등이 요구된다. 반도체 실장의 고밀도화에 의하여 루프 형상은 복잡화하고 있다. 루프 형상의 분류로서 루프 높이, 본딩 와이어의 와이어 길이(스팬)가 지표가 된다. 최신의 반도체에서는 하나의 패키지 내부에, 고루프와 저루프, 단(短)스팬과 장(長)스팬 등, 상반되는 루프 형성을 혼재시키는 경우가 증가하고 있다. 그것을 한 종류의 본딩 와이어로 실현하려면, 치밀한 본딩 와이어의 재료 설계가 필요하다.

본딩 와이어의 소재로는 지금까지 고순도 4 N계(순도>99.99 질량%)의 금이 주로 사용되고 있다. 고강도화, 고접합 등의 특성을 향상시키기 위하여, 미량의 합금 원소를 조정하고 있다. 최근에는 접합부의 신뢰성을 향상시킬 목적 등으로, 첨가 원소 농도를 1 질량% 이하까지 증가시킨 순도 2N(순도＞99 질량%) 금 합금 와이어도 실용화되어 있다. 금에 첨가하는 합금 원소의 종류, 농도를 조정함으로써, 고강도화, 신뢰성의 제어 등이 가능하다. 한편, 합금화에 의하여 접합성이 저하하거나, 전기 저항이 증가하는 등의 폐해가 생기는 경우도 있어서, 본딩 와이어에 요구되는 다양한 특성을 종합적으로 만족하기는 어렵다.

또한, 금은 고가이기 때문에, 재료비가 저렴한 다른 종류의 금속이 요망되고 있는데, 재료비가 저렴하고, 전기 전도성이 우수한, 구리를 소재로 하는 본딩 와이어가 개발되어 있다. 그러나, 구리의 본딩 와이어에서는 와이어 표면의 산화에 의 하여 접합 강도가 저하하는 것이나, 수지 밀봉되었을 때의 와이어 표면의 부식 등이 일어나기 쉬운 것이 문제가 된다. 이것이 구리의 본딩 와이어의 실용화가 진행되지 않는 원인이 되기도 한다.

지금까지 실용화된 본딩 와이어는 모두 단층 구조인 것을 특징으로 한다. 소재가 금, 구리 등 변하여도, 내부에 합금 원소를 균일하게 함유하고 있고, 본딩 와이어의 와이어 단면에서 보면 와이어 단층 구조이었다. 본딩 와이어의 와이어 표면에 얇은 자연 산화막, 표면 보호를 위한 유기막 등이 형성되어 있는 경우도 있지만, 이들도 최표면의 극히 얇은 영역(∼수개의 원자층 레벨)에 한정된다.

본딩 와이어에 요구되는 다양한 니즈에 부응하기 위하여, 와이어 표면에 다른 금속을 피복한 다층 구조의 본딩 와이어가 제안되어 있다.

구리 본딩 와이어의 표면 산화를 막는 방법으로서, 특허 문헌 1에는 금, 은, 백금, 팔라듐, 니켈, 코발트, 크롬, 티타늄 등의 귀금속이나 내식성 금속으로 구리를 피복한 본딩 와이어가 제안되어 있다. 또한, 볼 형성성, 도금액의 열화 방지 등의 점에서, 특허 문헌 2에는 구리를 주성분으로 하는 심재, 이 심재 위에 형성된 구리 이외의 금속으로 이루어지는 타종 금속층 및 이 타종 금속층 위에 형성되고, 구리보다 고융점의 내산화성 금속으로 이루어지는 피복층의 구조를 한 본딩 와이어가 제안되어 있다. 특허 문헌 3에는 구리를 주성분으로 하는 심재와, 이 심재 위에 심재와 성분 또는 조성의 하나 또는 두 가지가 모두 다른 금속과 구리를 함유하는 외피층을 가지고, 그 외 피층의 두께가 0.001 내지 0.02 ㎛의 박막인 본딩 와이어가 제안되어 있다.

또한, 금 본딩 와이어에서도, 다층 구조가 많이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 4에는 고순도 Au 또는 Au 합금으로 이루어지는 심선의 외주면에 고순도 Pd 또는 Pd 합금으로 이루어지는 피복재를 피복한 본딩 와이어가 제안되어 있다. 특허 문헌 5에는 고순도 Au 또는 Au 합금으로 이루어지는 심선의 외주면에 고순도 Pt 또는 Pt 합금으로 이루어지는 피복재를 피복한 본딩 와이어가 제안되어 있다. 특허 문헌 6에는 고순도 Au 또는 Au 합금으로 이루어지는 심선의 외주면에 고순도 Ag 또는 Ag 합금으로 이루어지는 피복재를 피복한 본딩 와이어가 제안되어 있다.

이와 같은 반도체용 다층 구조의 본딩 와이어는 실용화에 대한 기대가 크기는 하지만, 지금까지 실용화되어 있지는 않다. 다층 구조에 의한 표면 개질, 고부가가치 등이 기대되는 한편으로, 와이어 제조의 생산성, 품질, 또한 본딩 공정에서의 수율, 성능 안정성, 그리고 반도체 사용시의 장기 신뢰성 등이 종합적으로 만족되어야 한다.

양산(量産)에서 사용되는 와이어 특성으로서 본딩 공정에 있어서의 루프 제어가 안정적이고, 접합성도 향상되며, 수지 밀봉 공정에서 와이어 변형을 억제하고, 접속부의 장기 신뢰성 등의 종합적인 특성을 만족함으로써, 최첨단의 협피치 접속, 적층 칩 접속 등의 고밀도 실장에 대응할 수 있는 것이 좋다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 소62-97360호

특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 제2004-64033호

특허 문헌 3: 일본 공개 특허 공보 제2007-12776호

특허 문헌 4: 일본 공개 특허 공보 평4-79236호

특허 문헌 5: 일본 공개 특허 공보 평4-79240호

특허 문헌 6: 일본 공개 특허 공보 평4-79242호

종래의 단층 구조의 본딩 와이어(이하, 단층 와이어라고 한다)에서는 인장 강도, 접합부의 강도, 신뢰성 등을 개선하기 위하여, 합금화 원소의 첨가가 유효하지만, 특성 향상에는 한계가 있는 것이 염려되었다. 다층 구조를 한 본딩 와이어(이하, 복층 와이어라고 한다)에서는 단층 와이어보다 더 특성을 향상시켜 부가가치를 높일 것이 기대된다. 고기능화를 이루는 복층 와이어로서, 예를 들면, 구리 본딩 와이어의 표면 산화를 막기 위하여, 와이어 표면에 귀금속이나 내산화성의 금속을 피복하는 것이 가능하다. 금 본딩 와이어에서도, 와이어 표면에 강도가 높은 금속 또는 합금을 피복함으로써, 수지 흐름을 저감하는 효과가 기대된다.

그러나, 반도체 실장의 고밀도화, 소형화, 박형화 등의 니즈를 고려하여, 본 발명자들이 평가한 바, 복층 와이어에서는 후술하는 실용상의 문제가 많이 남아 있는 것이 판명되었다.

다핀·협피치화에 의하여, 하나의 IC 내에 와이어 길이, 루프 높이가 다른 와이어 접속이 혼재하여 이루어지고 있다. 종래에는 알려지지 않았던 문제가 발생하는 경우도 많다. 대표적인 예로서 볼 직립부의 리닝 불량은 협피치화에 의하여 인식된 새로운 과제이다. 리닝 불량이란, 볼 접합 근방의 와이어 직립부가 무너져, 인접 와이어의 간격이 접근하는 현상이다. 리닝 불량을 개선할 와이어 재료가 요구된다.

볼 직립부의 리닝 불량에 대한 대책으로서, 본딩 와이어를 단순히 고강도화·고탄성율화하거나, 반대로 저강도화하더라도 개선은 곤란하다. 또한, 파단 연신, 탄성율 등 기계적 특성만을 증감하여도 리닝을 안정적으로 저감하는 것은 곤란하다. 볼 직립부에서는 볼 용융시의 열 영향, 루프 형성시의 변형 등을 받고 있어 단순한 와이어 모선(母線)의 기계적 특성, 또는 원소 첨가에 의한 합금 설계 등에 기초한, 종래 재료의 연장으로는 한계가 있다. 본딩 와이어의 와이어가 무너져 발생하는 리닝 불량을 억제하는 것이 협피치 접속의 양산 단계에서의 중요 과제의 하나가 되었다. 복층 와이어에서는 심재와 표피층의 각각을 나누어 재료 설계, 조직 제어를 실시할 필요가 있기 때문에, 리닝 문제의 개선은 곤란한 것으로 여겨지고 있고, 그 지배 요인 등도 명확하지 않았다.

다음으로, 적층 칩 접속에서 문제가 되는 스프링 불량에 대하여 설명한다. 적층 칩의 와이어 접속에서는 통상의 와이어 본딩과는 접합위치가 역전하는 역 본딩이라 불리는 접속이 많이 이용된다. 제1 단계에서는, 칩 위의 전극에 스터드 범프을 형성하고, 제2 단계에서는 기판의 전극 위에 볼부를 접합하며, 상기 스터드 범프의 위에 본딩 와이어를 웨지 접합하는 수법이다. 이 역 본딩에 의하여, 루프 높이를 낮게 억제하거나, 칩 적층 수가 증가하여 단차가 상당히 높은 경우에도 안정적인 루프 제어가 가능하게 된다. 한편, 이 역 본딩에서는 본딩 와이어가 굴곡하는 스프링 불량이 발생하는 것이 염려된다. 메모리 IC에서는 적층 칩이 주류가 되고 있어서, 이 스프링 불량의 저감이 기대되고 있다.

스프링 불량을 저감하는 수법으로서 본딩 와이어의 파단 강도를 저하시키는 수법이 이용되고 있다. 그러나, 와이어 강도의 저하에 의하여 세선화에는 한계가 있고, 루프 형상이 불안정하게 되는 것 등이 염려되고 있다. 스프링 불량의 저감과 루프 형상의 안정화를 양립하는 것은 곤란하였다. 복층 와이어에서는 심재와 표피층의 각각을 나누어 소재 선정, 합금화, 조직 제어를 실시할 필요가 있기 때문에, 스프링 불량과 루프 형상은 분리하여 개선이 검토되었다고 하더라도, 양 특성을 동시에 만족시키는 것은 곤란하다고 생각된다.

본 발명에서는 전술한 종래 기술의 문제를 해결하는 복층 와이어로서, 특히 리닝 불량과 스프링 불량을 저감시킬 수 있는 반도체 장치용 본딩 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들이 상기 본딩 와이어의 리닝 불량, 스프링 불량 등의 문제를 해결하기 위하여 복층 구조의 본딩 와이어를 검토한 결과, 상기 표피층의 결정립 조직과 심재의 결정립 조직을 제어하는 것이 유효한 것을 밝혀내었다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하의 구성을 요지로 한다.

본 발명의 청구항 1에 관한 본딩 와이어는 도전성 금속으로 이루어지는 심재(3)와, 상기 심재 위에 심재와는 다른 금속을 주성분으로 하는 표피층(2)을 가진 반도체 장치용 본딩 와이어로서, 와이어 표면에 있어서의 상기 표피층(2) 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축에 수직 방향의 단면인 수직 단면에 있어서의 상기 심재(3) 결정립의 평균 사이즈 b의 관계에 대하여, a/b≤0.7인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 2에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1에 있어서, 상기 평균 사이즈 a가 1.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 3에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 평균 사이즈 b가 2 ㎛ 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 4에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 3의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 와이어 표면에 있어서의 상기 표피층(2) 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 c와, 와이어 축을 포함하여 길이 방향의 단면인 축 단면에 있어서의 상기 심재(3) 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 d와의 관계에 대하여, d/c≥1.2인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 5에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 4의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표피층(2)의 표면에 있어서의 경도 SH와, 상기 심재(3)의 단면에 있어서의 경도 CH와의 관계에 대하여, SH/CH≥1.3인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 6에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 5의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표피층(2)의 두께가 0.005 내지 0.3 ㎛인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 7에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 6의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표피층(2)을 구성하는 주성분이 Pd, Pt, Ru 및 Ag 중 적어도 1종인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 8에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 7의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 심재(3)를 구성하는 주성분이 Cu 및 Au 중 적어도 1종인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 9에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 8의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표피층(2)과 상기 심재(3)의 사이에, 상기 표피층 및 상기 심재를 구성하는 주성분과는 다른 성분으로 이루어지는 중간 금속층을 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 10에 관한 본딩 와이어는, 청구항 1 내지 9의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 표피층(2)과 상기 심재(3)와의 사이에 농도 구배를 가진 확산층을 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 11에 관한 본딩 와이어는, 청구항 7 내지 10의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 심재(3)를 구성하는 주성분이 Cu이고, In, Ca, B, Pd, Bi, Zr, Ag 및 P 중 적어도 1종을 5 내지 300 ppm의 범위에서 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 12에 관한 본딩 와이어는, 청구항 7 내지 11의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 심재(3)를 구성하는 주성분이 Cu이고, Pd를 5 내지 10000 ppm의 범위에서 함유하고, 상기 표피층(2)을 구성하는 주성분이 Pd 또는 Ag인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 13에 관한 본딩 와이어는, 청구항 7 내지 10의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 심재(3)를 구성하는 주성분이 Au이고, Be, Ca, Ni, Pd, 및 Pt 중 적어도 1종을 5 내지 9500 ppm의 범위에서 함유하는 것을 특징으로 한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

반도체 장치용 본딩 와이어(이하, 본딩 와이어라고 한다)에 대하여, 도전성 금속으로 이루어지는 심재와, 이 심재 위에 심재와는 다른 면심 입방 금속을 주성분으로 하는 표피층으로 구성된 것을 검토한 결과, 상기 표피층의 결정립 조직과 심재의 결정립 조직을 특정의 관계로 제어하는 것이, 웨지 접합 강도의 향상에 추가하여, 볼 직상부의 와이어 무너짐(리닝 불량)을 개선하거나 역 본딩에 있어서의 스프링 불량을 억제하기 위하여 유효한 것을 밝혀내었다.

구체적으로는, 협피치 접속, 3차원 접속 등의 새로운 니즈 등에 대응할 수 있는 복층 구조의 본딩 와이어를 검토한 결과, 표피층과 심재의 조직을 서로 제어하는 것이 유효한 것을 밝혀내었다. 특히, 표피층의 표면의 결정립 사이즈와 심재의 단면에 있어서의 결정립 사이즈와의 관계가 와이어 본딩의 사용 성능에 미치는 영향에 착안하여, 루프 제어성, 접합성 등의 종합적인 개선이 가능한 것을 처음으로 확인하였다. 더 효과적으로는 표피층과 심재의 재질, 두께 등의 조합을 제어하는 것이 유효한 것도 밝혀내었다.

즉, 도전성 금속으로 이루어지는 심재(3)와, 상기 심재 위에 심재와는 다른 금속을 주성분으로 하는 표피층(2)을 가진 본딩 와이어로서, 상기 본딩 와이어의 표면에 있어서의 상기 표피층(2) 결정립의 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축에 수직 방향의 단면인 수직 단면에 있어서의 상기 심재(3) 결정립의 평균 사이즈 b와의 관계에 대하여, a/b≤0.7인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어다. 이 복층 와이어이면 리닝 불량을 개선할 수 있다.

리닝을 제어하는 인자는 지금까지 밝혀지지 않았고, 새로운 지표에 기초한 와이어 재료 개발이 필요하다. 리닝 현상(불량)이란, 볼 접합 근방의 직립부에 있어서의 와이어 무너짐이다. 따라서, 리닝 현상은 볼 접합의 직상부 근방 또는 볼 접합시에 열의 영향을 받는 부위(열 영향부)에 있어서의 국소 영역의 와이어 직선성이라고도 할 수 있다. 이 부위의 직선성을 유지하여 루프 형상을 제어하려면, 본딩 와이어의 표면과 중심부와의 조직을 개별적으로 제어하는 것이 유효하다. 복층 와이어에서는 표피층(2)과 심재(3)를 개별적으로 제어하는 것이 비교적 용이하므로, 이 점에서는 유리하다.

복층 와이어의 표피층(2)의 결정립 사이즈를 작게 하는 것, 반대로, 심재(3)의 결정립 사이즈를 크게 하는 것을 동시에 제어하는 것이, 리닝의 개선(리닝 불량의 억제, 열 영향부 등의 와이어 직선성)에는 유효한 것을 밝혀내었다. 심재(3)의 결정립 사이즈가 커지면, 복잡한 루프 제어에 있어서의 변형 저항을 저감시켜, 루프를 안정화시키는 효과가 기대된다. 또한, 표피층의 결정립 사이즈를 작게 함으로써, 열 영향부의 표면 조직을 미세화시켜 직선성을 유지하는 효과가 기대된다. 볼 근방의 본딩 와이어가 열 영향을 받고, 심부가 재결정에 의하여 결정립이 조대화하여도, 표피층은 미세한 조직을 어느 정도까지 유지할 수 있다. 이것이, 만곡, 절곡 등에 의한 상당한 변형이 발생하여도, 횡 방향으로의 무너짐을 억제하는데 유효하게 작용하고 있다고 생각된다. 표피층의 미세화 또는 심재의 조대화 중 어느 하나만을 실시하면, 리닝을 개선하는 효과는 적은 것이 확인되었다.

구체적으로는, 와이어 표면에 있어서의 표피층(2) 결정립의 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축에 수직 방향의 단면인 수직 단면에 있어서의 이 심재(3)의 결정립의 평균 사이즈 b를 이용하여, 그 비율 a/b가 리닝 현상과의 상관이 가장 높은 것이 판명되었다. 본딩 와이어가 옆으로 무너지는 리닝 현상에서는 와이어 축의 원주 방향 및 수직 단면의 조직이 더 지배적인 것, 얇은 표피층에서는 표면으로부터 관찰하는 것이 조직을 정확하게 판정할 수 있는 것 등을 종합적으로 고려하고 있다. 이 때, 표피층(2)과 심재(3)의 결정립 평균 사이즈의 비율인 a/b가 0.7 이하인 이유는 리닝 불량을 억제하는 효과를 높일 수 있기 때문이다. 좋기로는 이 비율 a/b가 0.3 이하이면, 루프 높이가 400 ㎛ 이상인 고루프 접속으로도 리닝 불량을 저감하는 높은 효과를 얻을 수 있다. 리닝 불량은 와이어 무너짐과 깊게 관계가 있기 때문에, 일반적으로 루프 높이가 높을수록 불량율이 증가하는 경향이 있다. 루프 높이가 400 ㎛ 이상이어도 리닝성을 향상시킴으로써 다단 배선 등에 유리하게 된다. 더 좋기로는 이 비율 a/b가 0.1 이하이면, 선 직경 20 ㎛ 이하의 세선에서의 리닝 불량을 억제하는 효과를 높일 수 있기 때문에, 40 ㎛ 이하의 협피치 접속에 매우 적합하다. 또한, a/b가 리닝 불량의 억제에는 유리한 경향이 있지만, 와이어 제조의 생산성, 조작성, 품질 보증 등의 점까지 고려하면, 현실적으로는 하한값은 0.001인 것이 좋다.

심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어이고, 상기 결정립 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하며, 더 좋기로는 전술한 표피층(2)의 결정립 평균 사이즈 a가 1.5 ㎛ 이하이다. 이에 의하여, 지금까지 대응이 곤란하였던, 역 단차 본딩시의 리닝을 개선함으로써, 적층 칩 접속의 양산의 실용화를 촉진할 수 있다.

역단차 본딩에서는 통상은 웨지 접합부가 볼 접합부보다 높은 위치에 있기 때문에, 통상의 본딩과 비교하여 볼 접합 근방의 와이어 직립부의 길이가 수배 길고, 소성 변형의 부위도 다르다. 이것이 역 단차 본딩에 있어서의 와이어 무너짐, 휨 등의 불량 발생 빈도를 높이는 요인이기도 하였다. 불량의 원인은 전술한 리닝 현상과 유사하고, 더 엄격한 평가가 된다.

여기서 표피층(2)의 원주 방향의 결정립 평균 사이즈 a가 1.5 ㎛ 이하인 이유는 1.5 ㎛ 초과이면, 넥부의 직선성이 더 현저하게 반영되기 쉬운 역 단차 본딩에서는 리닝 불량을 저감하는 것이 어려운 경우가 있기 때문이다. 더 좋기로는 이 결정립의 평균 사이즈 a가 1 ㎛ 이하이고, 상기 범위 내이면, 선 직경 20 ㎛ 이하의 세선에 의한 역 단차 본딩에 있어서, 리닝 불량을 억제하는 것보다 높은 효과를 얻을 수 있다. 표피층(2)의 결정립 평균 사이즈는 상기와 같이 작은 것이 바람직하지만, 현재의 기술에서의 제조상의 한계로 인하여, 그 하한은 0.001 ㎛ 이상이 현실적이다.

심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어로서, 상기 결정립 평균 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 더 좋기로는 전술한 심재의 결정립 평균 사이즈 b가 2 ㎛ 이상이다. 이에 의하여, 넥부의 손상을 저감함으로써, 저루프화에 유리하게 된다. 저루프 접속에서는 본딩 와이어를 강제적으로 당기는 조작을 실시하기 때문에, 열의 영향에 의하여 강도가 약한 넥부에 있어서, 크랙이나, 개구 형상 등의 손상을 받기 쉽다. 심재(3)의 결정립 평균 사이즈 b를 크게 하면 결정립계를 줄일 수도 있어서, 결과적으로 개개의 결정립의 연성의 향상, 또는 잔류 변형의 저감 등에 의하여, 넥부의 손상을 억제하고 있다고 생각된다. 심재의 결정립 평균 사이즈는 상기와 같이 큰 것이 바람직하지만, 그 상한은 심재 지름 이하이며, 또한, 제조 과정에 있어서의 입 성장시키는 경제적인 시간을 생각할 때 15 ㎛ 이하가 좋다.

이때, 심재(3)의 단면의 결정립 평균 사이즈 b가 2 ㎛ 이상인 이유는 2 ㎛ 미만이면, 저루프에서의 넥 손상을 저감하는 충분한 효과를 얻을 수 없는 경우가 있기 때문이다. 더 좋기로는 이 결정립 평균 사이즈 b가 4 ㎛ 이상이다. 상기 범위 내이면, 루프 높이가 70 ㎛ 이하의 초저루프에서의 넥 손상을 억제하는, 더 높은 효과를 얻을 수 있다.

심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어로서, 상기 결정립 평균 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 더 좋기로는 와이어 표면에 있어서의 표피층(2) 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 c와, 와이어 축을 포함하여 길이 방향의 단면인 축 단면에 있어서의 상기 심재(3) 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 d와의 관계에 대하여, d/c≥1.2이다. 이것에 의하여, 리닝 불량의 억제와 루프 형상의 직선성을 향상(루프 형상의 안정화)시킬 수 있는 동시에, 또한, 스프링 불량이 저감되고, 스프링 불량의 저감과 루프 형상의 안정화를 양립함으로써 적층 칩 접속에 유리하게 된다. 상기 평균 사이즈 c, d의 영향에 대하여, 양자가 복잡하게(복합적으로) 관계하고 있으나, 각각의 주요 효과를 나누어 추정하면, 심재(3) 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 d를 증가시킴으로써, 웨지 접합 후의 테일 컷에 있어서의 와이어 파단 연신을 상승시켜서, 스프링 불량을 저감시키는 작용이 있고, 한편, 표피층(2) 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 c를 저감시킴으로써, 테일 컷의 파단 형상을 안정화시켜 스프링성을 저감하는 효과에 추가하여, 루프 형상의 직선성을 향상시키는 작용도 하고 있는 것으로 생각된다. 이들 종합적인 효과를 정리하는데 있어서, 표피층 결정립과 심재 결정립의 와이어 축 방향의 결정립 평균 사이즈의 비율인 d/c가 가장 유효하였다.

여기서, 이 비율 d/c가 1.2 이상인 이유는 1.2 미만이면 스프링 불량의 저감과 루프 형상의 직선성을 동시에 향상하는 충분한 효과를 얻을 수 없는 경우가 있기 때문이다. 더 좋기로는 이 비율 d/c가 2 이상이면, 선 직경 20 ㎛ 이하의 세선을 이용하여도 스프링 불량을 억제하는 높은 효과를 얻을 수 있다.

심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어로서, 상기 결정립 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 더 좋기로는 표피층(2)의 표면에 있어서의 경도 SH와, 상기 심재(3)의 단면에 있어서의 경도 CH와의 관계에 대하여, SH/CH≥1.3이다. 이것에 의하여, 리닝 불량의 억제와 루프 높이의 편차의 저감(루프 형상의 안정성)을 이루는 동시에, 웨지 접합성을 향상시킬 수 있다, 즉, 웨지 접합성과 루프 형상의 안정성을 양립할 수 있다.

지금까지 복층 와이어에서는 웨지 접합성과 루프 안정성은 트레이드 오프의 관계가 되는 경우가 많아서, 양립시키는 것은 곤란한 경우가 많았다. 경도비 SH/CH라고 하는 새로운 지표를 이용함으로써, 상반되는 웨지 접합성과 루프 안정성을 동시에 향상시키는 복층 와이어의 설계가 가능하게 된다. 상기 경도 SH, CH의 영향에 대하여, 양자가 복잡하게 관계하고 있으나, 각각의 주요 효과를 나누어 추정한다. 심재(3)의 경도 CH가 낮을수록 연질이 되고, 웨지 접합으로의 접합 면적을 증가시켜 접합성을 높이는 작용이 있고, 또한, 표피층(2)의 표면 경도 SH가 높아서, 접합 상대를 변형시키면서 표면의 산화막, 오염층 등을 파괴함으로써 접합 강도를 높이는 작용이 있다고 생각된다. 또한, 루프 형상에 관하여, SH가 높을수록 표면이 경질이 되고, CH가 낮을수록 심재(3)는 연질이 되어 루프 형성시의 변형 저항이 감소하는 경향에 있기 때문에, 경도비 SH/CH가 상승함으로써, 고속으로 복잡한 루프 제어를 조작하는데 유리하게 된다.

더 좋기로는 이 비율 SH/CH이 2 이상이면, 웨지 접합성과 루프 높이의 불균형의 저감을 양립시키는 높은 효과를 얻을 수 있고, 특히 선 직경 20 ㎛ 이하의 세선에서는 양 특성을 개선하는, 더 높은 효과를 얻을 수 있다. 경도비 SH/CH의 상한값은 사용 성능에서는 특히 설정하지 않지만, 와이어 제조 공정을 고려하면 50 이하인 것이 현실적이다. 측정법으로는 미소 비커스 경도 또는 나노 인덴터 장치를 사용한 미소 영역의 경도 측정법을 이용할 수 있다. 측정 부위, 재질 등에 의하여 경도 측정법을 구사할 수 있고, 예를 들면, 심재(3)에서는 단면의 미소 비커스 경도 측정, 표피층(2)에서는 와이어 표면의 나노 인덴터 경도 측정이 유효하다. 미소 비커스 경도의 측정에서는 경도에 맞추어, 하중을 0.09807 내지 9.807N으로 조정한다. 나노 인덴터 경도 측정에서는 하중을 0 mN 내지 20 mN 정도까지 가하여 하중과 깊이의 함수를 측정하여 경도를 구한다.

표피층(2)의 주성분이 되는 도전성 금속은 심재(3)의 주성분인 도전성 금속과는 다른 금속이고, 본딩 와이어의 접합성의 개선에 효과가 있으며, 본딩 와이어의 산화 방지에도 유효한 금속인 것이 좋다. 구체적으로는, Pd, Pt, Ru, Rh 또는 Ag가 후보가 되고, 또한, 실용성, 비용 대비 효과 등을 중시하면, Pd, Pt, Ru 및 Ag의 적어도 1종의 금속인 것이 더 좋다. 여기서의 주성분이란 농도가 50 mol% 이상인 원소이다. Pd는 밀봉 수지와의 밀착성, 전극에의 접합성도 충분하고, 품질 관리도 용이한 등의 이점이 있다. Pt는 볼 형상을 안정화시키는 것이 비교적 용이하다. Ru는 경질이고 조밀한 막을 형성하기 쉬우며, 재료비도 비교적 염가이다. Rh는 내산화성 등 성능은 양호하지만, 재료비가 고가이기 때문에, 박막화 등 향후의 검토가 기대된다. Ag는 연질이기 때문에 표피층이 형성된 와이어를 신선 가공하였을 경우, 비교적 용이하게 스크래치를 억제할 수 있고, 재료비도 염가이기 때문에, 비용이 중시되는 반도체 등에 유용하다.

즉, 표피층(2)은 Pd, Pt, Ru 및 Ag 중 적어도 1종을 주성분으로 하는 순금속, 또는 상기 도전성 금속을 주성분으로 하는 합금인 것이 좋다. 순금속이면 내산화성, 접합성의 향상 등이 용이한 이점이 있고, 합금이면 인장 강도, 탄성율의 상승에 의하여 수지 밀봉시의 와이어 변형을 억제하는 이점이 있다. 여기서의 상기 순금속이란, 표피층(2)의 일부에 99 mol% 이상의 농도를 가지는 층이 포함되거나, 또는 확산층을 제외하는 표피층(2)의 평균 농도가 80 mol% 이상인 것에 상당한다. 상기 합금이란, Pd, Pt, Ru 및 Ag의 적어도 1종의 금속을 50 mol% 이상 함유하는 것이다.

심재(3)를 구성하는 도전성 금속은 Cu, Au, Ag가 후보가 되는데, 실용성을 중시하면, Cu 및 Au 중 적어도 1종을 주성분으로 하는 것이 좋다. Cu는 재료비가 싸고, 전기 전도성이 높으며, 볼 형성시에 쉴드 가스를 분사하면, 양호한 볼 형성도 용이한 등 조작성도 비교적 양호하다. Au는 내산화성이 강하고, 볼 형성시에 쉴드 가스 등이 불필요하며, 접합시의 변형도 양호하고, 접합성을 확보하기 쉬운 등의 이점이 있다. Ag는 도전성이 우수하지만, 신선 가공에 약간 어려움이 있어서, 제조 기술을 적정화할 필요가 있다. 한편, Cu, Au는 단층 본딩 와이어용 소재로서의 사용 실적이 많은 것은 이점이기도 하다.

심재(3)는 이 도전성 금속을 주성분으로 하는 합금이면, 와이어 강도의 증가에 의한 세선화 또는 접합 신뢰성의 향상 등에 유리한 경우도 있다. Cu 합금의 경우에는 In, Ca, B, Pd, Bi, Zr, Ag 및 P의 적어도 1종을 5 내지 300 ppm의 범위에서 함유함으로써, 본딩 와이어의 인장 강도, 탄성율의 증가 등에 의하여, 스팬 5 mm 정도까지의 롱 스팬으로의 직선성을 향상하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 개선 효과로서 소형 패키지에 필요한 접속 기술인, 스팬 0.5 mm 이하의 단스팬이고 저루프에서도 직선성을 향상시키는 높은 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 상기 첨가 작용을 높이려면, Cu의 단층 와이어로는 충분하지 않은 반면, 심재(3)의 주성분이 Cu인 복층 와이어에 적용하는 것이 높은 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 즉, 심재(3)가 In, Ca, B, Pd, Bi, Zr, Ag 및 P의 적어도 1종을 5 내지 300 ppm의 범위에서 함유하는 Cu 합금이고, 표피층(2)이 Pd, Pt, 또는 Ru를 주성분으로 하는 심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어이며, 상기 결정립 평균 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계인 것에 의하여, 단스팬 저루프에서의 직선성을 향상하는 효과를 한층 높일 수 있다. 그 이유로서 결정 방위을 제어한 표피층(2)과 합금 원소를 함유하는 심재(3)와의 상승 효과에 의하여 직선성이 향상된다고 생각할 수 있다.

심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어로서, 상기 결정립 평균 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 더 좋기로는 표피층(2)을 구성하는 주성분이 Pd 또는 Ag, 심재(3)를 구성하는 주성분이 Cu이며, 심재(3) 중에 Pd를 5 내지 10000 ppm의 범위에서 함유하는 복층 구조의 본딩 와이어이면, 와이어의 역접속 방식에 있어서 스프링 불량의 저감과 스터드 범프 높이의 안정화에 유효하고, 또한 볼 접합부의 장착 높이의 안정화도 가능하다. 역접속 방식의 생산성을 저하시키는 요인으로는 불안정한 스터드 범프 높이와, 루프가 굴곡 변형되는 스프링 불량이 있다. 특히, 적층 칩 구조 중에서도 어려운 접합성이 요구되는 오버행형의 경우에, 심재(3) 중의 Pd 첨가는 스프링 불량의 저감과 스터드 범프 높이의 안정화를 양립시키는 상기 효과가 더 현저하게 된다. 오버행형 적층 칩에서는 칩 바로 아래의 일부가 고정되지 않는 구조이기 때문에, 칩의 휨·파괴를 회피하기 위하여, 이 칩 위의 전극에 형성된 범프 위에 웨지 접합할 경우에 하중, 초음파 등을 낮게 하는 약(弱) 접합이 요구된다. 따라서, 테일 컷의 파단 강도가 높아지기 때문에, 스프링 불량의 발생 빈도가 통상의 접속 형태보다 증가하는 것이 문제가 된다. 심재(3) 중에 Pd 첨가한 상기 와이어이면, 와이어 제조에서의 열처리 공정에 있어서, 심재/표피층의 계면 근방에서, 심재(3) 중의 Pd와 표피층 중의 Pd 또는 Ag가 서로 확산할 경우에, Pd 농도의 변화를 균일화하고 완만하게 시키는 상승 작용에 의하여, 스프링 불량을 억제한다고 생각할 수 있다. 또한, 전술한 Pd 첨가에 의한 루프의 직선성을 향상시키는 효과가 스프링 불량의 억제에 영향을 주는 것도 기대된다. 이와 같은 와이어 내부의 Pd 농도 변화는 와이어 전체뿐만 아니라, 볼 용융의 열 영향을 받는 넥부에 한층 더 유효하게 작용하므로, 스터드 범프 높이의 안정화에도 유효하다. 이와 같이 스터드 범프 높이를 안정시킬 수 있는 것은 넥부의 재결정 입경의 분포를 와이어 중심부와 표면 근방에서 균일화시킴으로써, 스터드 범프 형성시의 파단 길이를 안정화시키는 작용이 있다고 생각된다. 또한, Cu의 심재와 Pd의 표피층의 조합에서는 볼이 용융할 경우에 Cu와 Pd, Ag의 혼합이 불균일하게 되고, 볼 형상의 이형이 발생하는 경우가 있으나, 심재에 Pd를 함유시킴으로써, 초기 볼의 사이즈를 안정화시키고, 볼부의 압착 높이를 안정화시키는 효과를 높일 수 있다. 이 때, 심재에 포함되는 Pd 농도에 관하여, 5 ppm 이상이면 상기 효과가 확인되고, 좋기로는 200 ppm 이상이면, 오버행형 적층에서의 스터드 범프 높이를 안정화시키는 효과를 더 높일 수 있다. 이 Pd 농도의 상한에 관하여, 10000 ppm 이하이면 볼의 경화에 의한 칩 손상을 억제할 수 있고, 좋기로는 8000 ppm 이하이면 칩 손상을 억제하는 효과를 더 높일 수 있어서, 협피치 접속에도 유리하게 된다.

Au 합금의 경우에는 Be, Ca, Ni, Pd, Pt의 적어도 1종을 5 내지 9500 ppm의 범위에서 함유하는 것이면, 동일한 효과가 있고, 양호한 직선성을 확보하는 것이 용이하게 된다. 또한, 상기 개선 효과로서 소형 패키지에 필요한 접속 기술인, 스팬 0.5 mm 이하의 단스팬 저루프에서도 직선성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 즉, 심재가 Be, Ca, Ni, Pd 또는 Pt의 적어도 1종을 5 내지 9500 ppm의 범위에서 함유하는 Au 합금이고, 표피층이 Pd, Pt, Ru 또는 Ag를 주성분으로서 심재와 표피층의 복층 구조의 본딩 와이어이며, 상기 결정립 평균 사이즈 비율이 a/b≤0.7의 관계를 만족하는 것이 좋다.

복층 구조의 본딩 와이어의 구성에서는 표피층(2)과 상기 심재(3)의 사이에, 상기 표피층(2) 및 상기 심재(3)를 구성하는 주성분과는 다른 성분으로 이루어지는 중간 금속층을 가진 것으로, 전술한 표피층의 입경 사이즈 등의 조직을 제어하기에도 유리하게 된다. 표피층의 형성에서는 하지 조직의 영향을 받는 경우가 있는데, 심재 위에 형성한 중간 금속층의 조성, 입자 지름, 막 두께 등을 제어하는 것이 비교적 용이하기 때문이다.

즉, 상기 표피층(2)과 상기 심재(3)와의 사이에, 상기 표피층(2) 및 상기 심재(3)를 구성하는 주성분과는 다른 성분으로 이루어지는 중간 금속층을 가진 것을 특징으로 하는 복층 구조의 본딩 와이어가 좋다. 중간 금속층을 추가하는 효과로서 표피층과 심재의 밀착성의 향상 등에 의하여, 웨지 접합부의 접합 강도의 지표의 하나인 필 강도를 높일 수 있다. 이 때, 필 강도의 측정에는 웨지 접합 근방에서의 풀 강도를 측정하는 간편한 방법으로 대용할 수 있다. 따라서, 중간 금속의 삽입에 의하여 필 강도가 증가할 수 있다. 이 때, 중간 금속층의 성분은 표피층 및 심재의 성분과의 조합으로 선정하여야 할 것이다. 예를 들면, Au, Pd, Pt, Rh, Ag 등을 들 수 있고, 특히, Au, Pd, Pt가 더 좋다. 더 좋기로는 표피층/심재의 주성분의 조합이 Pd/Cu인 경우, 중간 금속층의 주성분이 Au이면, 전술한 표피층과 심재의 조직을 동시에 제어하는 것에 유리하고, 또한 표피층/중간 금속층/심재의 각각의 계면에서의 밀착성도 비교적 양호하다. 또한, 표피층/심재의 주성분의 조합이 Pd/Au인 경우, 중간 금속층의 주성분이 Pt이면, 표피층의 조직, 조성, 막 두께 등의 안정화에 유리하다.

표피층의 두께가 0.005 내지 0.3 ㎛의 범위이면, 전술한 리닝 불량이나 스프링 불량의 개선에 추가하여, 접합성이나, 루프 제어 등의 요구 특성도 종합적으로 만족하는 것이 용이하게 된다. 두께가 0.005 ㎛ 이상이면, 표면 조직을 제어한 표피층의 충분한 효과를 얻을 수 있고, 0.3 ㎛를 넘으면, 볼부의 합금화에 의한 경화가 현저하게 되어, 접합시에 칩에 크랙 등의 손상을 주는 것이 문제가 되는 경우가 있다.

좋기로는 표피층의 두께가 0.01 내지 0.25 ㎛의 범위이면, 복잡한 루프 제어에서도 속도를 떨어뜨리지 않고, 소망하는 루프 형상을 안정적으로 형성할 수 있다. 더 좋기로는 0.02 내지 0.2 ㎛의 범위이면, 본딩 와이어의 사용 성능을 유지하면서, 막 형성 공정의 처리 효율을 높일 수 있는 등 안정적인 막질을 얻는 것이 용이하다.

중간 금속층의 두께가 0.003 내지 0.2 ㎛의 범위이면, 또한, 심재와의 계면의 밀착성을 향상하여, 복잡한 루프 제어에도 대응할 수 있다. 좋기로는 0.007 내지 0.1 ㎛의 범위이면, 막 두께의 균일성, 재현성을 확보하는 것이 용이해진다.

이 때, 표피층과 심재와의 경계는 표피층을 구성하는 도전성 금속의 검출 농도의 총계가 50 mol%인 부위로 한다. 따라서, 본 발명에서 말하는 표피층이란, 표피층을 구성하는 도전성 금속의 검출 농도의 총계가 50 mol%의 부위로부터의 표면이고, 즉, 표피층을 구성하는 도전성 금속의 검출 농도의 총계가 50 mol% 이상인 부위이다.

전술한 표피층 결정립의 사이즈, 와이어 축에 수직 방향의 단면인 수직 단면에 있어서의 심재 결정립의 사이즈 및 와이어 축을 포함하여 길이 방향의 단면인 축 단면에 있어서의 심재 결정립의 사이즈는 각각의 결정립계(결정립끼리의 경계)를 다음과 같이 특정하고, 결정립의 형상을 명확하게 하여 측정한다. 화학적 에칭법 또는 CP(Cross-section Polishing) 법에 의하여 결정립계를 직접 관찰하는 수법, 또는 후방 전자 산란도형(Electron Back Scattering Pattern, 이하 EBSP) 법에 의하여 결정립계를 분석하는 수법에 의하여, 상기 결정립계를 특정한다. 화학 에칭에서는 표피층 또는 심재의 소재, 구조 등에 적절한 약액, 에칭 조건을 선정함으로써, 간편하게 결정립 등의 조직을 관찰할 수 있다. 상기 약액으로서는, 예를 들면 염산, 질산, 황산, 초산 등의 산성 수용액이다. 상기 산 농도(pH)와 온도나 시간 등의 에칭 조건을 선정하고, 입계를 선택적으로 용해하거나, 또는 특정의 결정면을 선택적으로 용해시킴으로써, 결정립계를 확정하고, 결정립의 형상을 관찰한다. CP법에서는, 예를 들면 2 내지 6 kV의 가속 전압의 아르곤 이온의 브로드한 빔을 사용하여 시료 단면을 형성하고, 결정립계를 명확하게 하여, 결정립의 형상을 관찰한다.

EBSP법에서는 각 결정립의 방위를 측정할 수 있기 때문에 결정립계를 확정할 수 있다. 본 발명에서는 인접하는 결정립의 방위 차가 15˚이상의 것을 결정립계로 한다.

EBSP법에 따른 조직 관찰에서는 통상, 시료의 요철, 곡면이 큰 경우는 결정 방위을 고정밀도로 측정하는 것이 어렵다. 즉, 표피층을 관찰하는 경우에는 곡면이 문제가 된다. 그러나, 측정 조건을 적정화하면 고정밀도의 측정, 분석이 가능하다. 구체적으로는, 표피층을 관찰하는 경우, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본딩 와이어(1)를 평면에 직선 형태로 고정하고, 그 본딩 와이어(1)의 중심 근방의 평탄부(8)를 EBSP법으로 측정한다. 측정 영역에 대하여, 원주 방향의 사이즈는 와이어 길이 방향의 중심을 축으로 하여 선 직경의 5O% 이하이고, 길이 방향의 사이즈는 10O ㎛ 이하이면, 정밀도에 추가하여 측정 효율을 높일 수 있다. 좋기로는 원주 방향의 사이즈는 선 직경의 40% 이하, 길이 방향의 사이즈는 4O ㎛ 이하이면, 측정 시간 단축을 위하여 측정 효율을 한층 더 높일 수 있다.

EBSP법으로 고정밀도의 측정을 실시하려면, 1회에 측정할 수 있는 영역은 한정되기 때문에, 3 부분 이상의 측정을 실시하고, 편차를 고려한 평균 정보를 얻는 것이 좋다. 측정 장소는 근접하지 않게, 원주 방향에 다른 영역을 관찰할 수 있도록, 측정 장소를 선정하는 것이 좋다.

예를 들면, 선 직경 25 ㎛의 본딩 와이어의 측정에서는 평판 위에 와이어 방향을 가능한 한 바꾸도록 고정한 본딩 와이어를 사용하고, 그 와이어 축을 중심으로 원주 방향으로 8 ㎛, 길이 방향으로는 30 ㎛의 사이즈를 1회의 측정 영역으로 하고, 1 mm 이상 떨어진 3 부분의 측정을 함으로써, 본딩 와이어의 표면 조직의 평균적 정보를 입수하는 것이 가능하다. 다만, 측정의 영역, 장소의 선정은 이에 한정되는 것은 아니며, 측정 장치, 와이어 상태 등을 고려하여 적정화하는 것이 좋다.

또한, 심재(3)의 조직(결정립)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 와이어 축에 수직 방향인 단면(수직 단면)(6), 또는 와이어 축을 포함하여 길이 방향의 단면(축 단면)(7)을 측정한다. 심재(3)의 수직 단면의 결정립 사이즈(b)의 측정에는 수직 단면을 직접 관찰하고, 심재(3)의 와이어 축 방향의 평균 사이즈(d)의 측정에는 축 단면을 직접 관찰한다. 기계적 연마에 의하여 단면을 제작하였을 때는 연마면의 잔류변형을 경감하기 위하여 에칭에 의하여 표층을 제거하는 것이 좋다.

EBSP법에 따른 측정 결과의 해석에서는, 장치에 장비되어 있는 해석 소프트를 이용함으로써, 결정립의 사이즈에 관하여서도 길이 방향(축 방향)과 원주 방향에서의 평균 사이즈 등을 계산할 수 있다.

상기 각 결정립의 평균 사이즈는 수 평균으로 산출하는 것이다. 적어도 5개 이상의 결정립의 사이즈를 평균한다. 또한, 본 발명에서는 상기 모든 분석 수법으로 얻을 수 있는 결정립 평균 사이즈가 본 발명의 규정 범위를 만족할 필요는 없고, 1개의 분석 수법으로 얻을 수 있는 결정립 평균 사이즈가 본 발명의 규정 범위를 만족하면 그 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명의 본딩 와이어를 제조함에 있어서, 심재(3)의 표면에 표피층(2)을 형성하는 공정과, 표피층, 확산층, 심재 등의 구조를 제어하는 가공·열처리 공정이 필요하다.

표피층을 심재의 표면에 형성하는 방법에는 도금법, 증착법, 용융법 등이 있다. 도금법으로는 전해 도금, 무전해 도금법은 구분하여 사용하는 것이 가능하다. 전해 도금에서는 도금 속도가 빠르고, 하지와의 밀착성도 양호하다. 전해 도금은 1회의 도금 처리를 하여도 되지만, 플래쉬 도금이라 불리는 박부 도금과 그 후에 막을 성장시키는 본 도금으로 구분할 수 있고, 이들 복수의 공정으로 나누어 실시함으로써, 막질의 안정화에 더 유리하다. 무전해 도금에 사용하는 용액은 치환형과 환원형으로 분류되고 막이 얇은 경우에는 치환형 도금만으로도 충분하지만, 두꺼운 막을 형성하는 경우에는 치환형 도금의 뒤에 환원형 도금을 단계적으로 실시하는 것이 유효하다. 무전해법은 장치 등이 간편하며, 용이하지만, 전해법보다 시간을 요한다.

증착법으로는 스패터법, 이온 도금법, 진공증착 등의 물리 흡착과 플라즈마 CVD 등의 화학 흡착을 이용할 수 있다. 모두 건식이며, 막 형성 후의 세정이 불필요하고, 세정시의 표면 오염 등의 걱정이 없다.

도금 또는 증착을 실시하는 단계에 있어서, 목적으로 하는 선 직경으로 도전성 금속의 막을 형성하는 수법과, 태경의 심재에 막을 형성하고 나서, 목적으로 하는 선 직경까지 복수 회 신선하는 수법이 모두 유효하다. 전자의 최종 지름으로 막을 형성하는 경우, 제조, 품질 관리 등이 간편하고, 후자의 막 형성과 신선과의 조합에서는 막과 심재(3)의 밀착성을 향상시키는데 유리하다. 각각의 형성법의 구체적인 예로서 목적으로 하는 선 직경의 세선에 전해 도금 용액 중에 와이어를 연속적으로 왕복시키면서 막을 형성하는 수법, 또는 전해 또는 무전해의 도금 욕 중에 태선(太線)을 침지하여 막을 형성한 후에, 와이어를 신선하여 최종 지름에 도달하는 수법 등이 가능하다.

이때, 전술한 최종 선 직경으로 표피층을 형성하는 최종 도금법으로는 성막 후에는 열처리 공정뿐이다. 또한, 태경(太徑)의 심재에 막을 형성하는 태경 도금법으로는 목적으로 하는 선 직경까지의 가공 공정과 열처리 공정을 조합하는 것이 필요하다.

표피층을 형성한 후의 가공 공정에서는 롤 압연, 스웨이징, 다이스 신선 등을 목적에 의하여 선택, 구분하여 사용한다. 가공 속도, 압하율 또는 다이스 감면율 등에 의하여, 가공 조직, 전위, 결정립계의 결함 등을 제어하는 것은 표피층의 조직, 밀착성 등에도 영향을 미친다.

단순히 와이어를 성막, 가공 및 가열한 것만으로는 표피층의 표면 및 내부에서의 결정립 사이즈를 제어할 수 없다. 통상의 와이어 제조에 이용되는 최종 선 직경에서의 가공 변형 제거 소둔을 그대로 적용하더라도, 표피층과 심재와의 밀착성의 저하에 의하여 루프 제어가 불안정하게 되거나, 와이어 길이 방향의 표피층의 균질성, 와이어 단면에서의 표피층, 확산층 등의 분포를 제어하는 것은 곤란하다.

표피층의 결정립 사이즈와 심재의 결정립 사이즈를 각각 제어하려면, 합금 소재, 제조 기술을 적정화하는 것이 좋다.

표피층의 결정립 사이즈를 우선적으로 미세화하려면, 가공 변형이 와이어 표면 근방에 집중하도록, 예를 들면, 1회의 가공에 있어서의 압하율 또는 신선 다이스의 감면율을 저감시키는 것이 유효하다. 또한, 표피층 결정립의 와이어 원주 방향의 사이즈와 와이어 축 방향의 사이즈는 가공도를 크게 할수록 와이어 축 방향의 사이즈가 커지므로, 결정립를 미세화하기 위하여 압하율 또는 감면율을 저감한 중에도, 압하율 또는 감면율의 대소에 의하여 정하여진다.

심재의 결정립 사이즈를 크게 하려면, 표피층의 형성 이전의 심재를 열처리하여 재결정립을 조대화하는 것이 유효하다. 또한, 예를 들면, 심재 결정립의 수직 단면과 축 단면의 사이즈는 표피층 형성 이전의 심재의 재결정과 가공의 조합으로 설계할 수 있다. 또한, 표피층과 심재의 재질이 다른 것을 이용하여, 열처리 온도의 제어에 의하여, 표피층과 심재와의 재결정 진행도를 변경하는 것도 유효하다. 예를 들면, 표피층을 형성하고 가공도 실시한 와이어를 사용하고, 가공 도중 또는 최종 선 직경에 있어서의 열처리에 관하여, 표피층 재료의 재결정 온도보다 낮고, 또한, 심재의 재료의 재결정 온도보다 높은 온도로 열처리함으로써, 표피층과 심재의 결정립 사이즈의 비율 a/b를 낮게 억제하는 것이 용이하게 된다. 이 때, 표피층 및 심재의 재결정 온도는 소재, 합금화, 가공도에 의하여 증감시키는 것은 가능하다.

열처리 공정에서는 열처리를 1회 또는 복수 회 실시하는 것이 유효하다. 열처리 공정은 막 형성 직후의 소둔과, 가공 도중의 소둔과, 최종 지름의 마무리 소둔으로 분류되고, 이들을 선택, 구분하여 사용하는 것이 중요하다. 어느 가공 단계에서 열처리를 실시하는 지에 따라, 최종의 표피층, 표피층과 심재와의 계면에서의 확산 거동 등이 변화한다. 일례로는 도금 처리 후의 가공 도중에 중간 소둔을 실시하고, 와이어를 신선하고, 최종 지름으로 마무리 소둔을 실시하는 공정으로 제작함으로써, 중간 소둔을 실시하지 않는 공정과 비교하여, 표피층/심재의 계면에 확산층을 형성하고 밀착성을 향상하는데 유리하다.

열처리법으로서 와이어를 연속적으로 왕복시키면서 열처리를 하고, 또한, 일반적인 열처리인 로 내 온도를 일정하게 하지 않고, 로 내에서 온도 경사를 둠으로써, 본 발명이 특징으로 하는 표피층 및 심재를 가진 본딩 와이어를 양산하는 것이 용이하게 된다. 구체적인 사례로는 국소적으로 온도 경사를 도입하는 방법이나, 온도를 로 내에서 변화시키는 방법 등이 있다. 본딩 와이어의 표면 산화를 억제하는 경우에는 N₂나 Ar 등의 비활성 가스를 로 내에 흘려보내면서 가열하는 것도 유효하다.

용융법은 표피층 또는 심재의 어느 하나를 용융시켜 주입(鑄入)하는 수법으로, 10 내지 100 mm 정도의 큰 직경으로 표피층과 심재를 접속한 후에 신선함으로써 생산성이 우수하고, 도금, 증착법에 비하여 표피층의 합금 성분 설계가 용이하며, 강도, 접합성 등의 특성 개선도 용이한 등의 이점이 있다. 구체적인 공정으로는 미리 제작한 심선의 주위에, 용융한 도전성 금속을 주입하여 표피층을 형성하는 방법, 미리 제작한 도전성 금속의 중공 원주를 이용하여 그 중앙부에 용융 금속을 주입함으로써 심선을 형성하는 방법으로 나눌 수 있다. 좋기로는 후자인 중공 원주의 내부에 심재를 주입하는 것이 표피층 내에 심재의 주성분의 농도 구배 등을 안정적으로 형성하는 데 용이하다. 이 때, 미리 제작한 표피층 내에 심재 성분(예를 들면, 구리)을 소량 함유시키면, 표피층의 표면에서의 심재 성분 농도의 제어가 용이하게 된다. 또한, 용융법에서는 표피층에 심재 성분을 확산시키기 위한 열처리 작업을 생략하는 것도 가능하지만, 표피층 내의 심재 성분의 분포를 조정하기 위하여, 열처리를 함으로써 한층 더 특성 개선도 할 수 있다.

또한, 이와 같은 용융 금속을 이용하는 경우, 심선 및 표피층 중 적어도 어느 하나를 연속 주조로 제조하는 것도 가능하다. 이 연속 주조법에 의하여, 상기 주입하는 방법과 비교하여 공정이 간략화되고, 또한 선 직경을 가늘게 하여 생산성을 향상시키는 것도 가능하게 된다.

심재의 주성분이 구리인 복층 구리 와이어를 사용하여 본딩할 때에는 볼을 형성할 때의 쉴드 가스가 필요하고, 1 내지 10%의 범위에서 H₂를 함유하는 N₂ 혼합 가스 또는 순N₂ 가스를 사용한다. 종래의 단층의 구리 와이어에서는 5%H₂+N₂로 대표되는 혼합 가스가 권장되었다. 한편, 복층 구리 와이어에서는 염가의 순N₂ 가스를 사용하여도 양호한 접합성이 얻을 수 있기 때문에, 표준 가스인 5%H₂+N₂ 가스보다 러닝 코스트를 저감할 수 있다. N₂ 가스의 순도는 99.95% 이상인 것이 좋다. 즉, 순도가 99.95% 이상의 N₂ 가스를 와이어 선단 또는 그 주위에 분사면서 아크 방전을 일으키게 하여 볼부를 형성하고, 이 볼부를 접합하는 본딩 방법인 것이 좋다.

또한, 표피층(2)과 심재(3)와의 사이에 확산층을 형성함으로써 밀착성을 향상시킬 수 있다. 확산층이란 심재와 표피층의 주성분이 상호 확산함으로써 형성된 영역으로서, 이 주성분의 농도 구배를 가진다. 확산층의 형성에 의하여 심재(3)와 표피층(2)의 밀착성을 향상하기 위하여, 와이어 제조 공정에 있어서의 신선시의 단선, 열처리시의 곡선 등의 불량을 저감하고, 제조품의 비율 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 농도 구배를 가짐으로써, 도전성 금속은 표피층 전체가 균일한 농도인 경우보다, 고속으로 신선 가공하였을 때의 단선을 저감하여 생산성을 높이는 효과를 높일 수 있다. 즉, 심재(3)와 표피층(2)의 복층 구조의 본딩 와이어에 있어서, 상기 결정립 평균 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 더 좋기로는 농도 구배를 가진 확산층을 둠으로써, 와이어 생산성의 향상에 유리하다. 좋기로는 상기 결정립 평균 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계와, 상기 경도비 SH/CH≥1.3의 관계를 동시에 만족하고, 더 좋기로는 농도 구배를 가진 확산층을 가짐으로써, 선 직경 20 ㎛ 이하의 세선에서의 제조 수율의 향상과 최종 제품의 기계적 특성의 안정화 등에 유효하다는 것이 확인되었다. 경도비 SH/CH의 증가에 의하여, 표피층은 딱딱하고, 심재(3)는 부드러워지기 때문에 극세선의 신선시의 단선을 저감하는 높은 효과를 얻을 수 있다. 확산층 내의 농도 구배는 깊이 방향으로의 농도 변화의 정도가 1 ㎛당 10 mol% 이상인 것이 좋다. 좋기로는 0.1 ㎛당 5 mol% 이상이면, 표피층(2)과 심재(3)가 다른 물성을 해치지 않고, 서로 이용하는 높은 효과를 기대할 수 있다. 확산층의 두께는 0.002 내지 0.3 ㎛의 범위인 것이 좋다. 이것은 확산층의 두께가 0.002 ㎛ 미만이면 효과가 작고, 분석으로 식별하는 것도 어렵고, 0.3 ㎛를 넘으면, 표피층의 조직에 영향을 미치기 때문에, 전술한 결정 방위을 안정적으로 형성하는 것이 어렵기 때문이다. 심재(3)와 표피층(2)의 사이에 중간 금속층을 가진 경우에는 표피층과 중간 금속층과의 사이의 확산층, 또는 심재와 중간 금속층과의 사이의 확산층이 형성되어 있으면, 상기 확산층의 개선 효과와 같다는 것이 확인되었다. 이 확산층을 제어하기 위하여, 열처리를 이용하는 것이 유효하다. 전술한 바와 같이, 열처리와 가공을 조합하여 확산의 진행도를 제어함으로써, 와이어의 원주 방향 또는 길이 방향으로 소망하는 확산층을 균일하게 형성하는 것이 가능하게 된다.

본원의 확산층의 정의에서는 밀착성, 강도, 루핑성, 접합성 등의 성능 또는 생산성 등의 관점에서 판단하여, Pd의 검출 농도가 10 내지 70 mol%인 영역으로 한다. 이 농도 영역의 확산층이면, Pd 농도가 낮고, 표피층과 심재의 양자와는 다른 역할을 완수하기 때문이다. 표피층이란, 전술한 바와 같이 Pd의 검출 농도가 50 mol% 이상인 고농도의 부위이며, 즉, 50 mol%의 부위로부터 표면까지의 부위에 상당한다. 이때, Pd 농도가 50 내지 70 mol%인 영역은 표피층과 확산층의 양자의 두께에 포함되어 있고, 이것은 이 농도 영역은 표피층과 확산층의 어느 쪽에도 공통되는 와이어 본딩의 기능을 가지고 있기 때문이다. 여기서의 표피층, 확산층에서의 농도에 대하여, 표피층과 심재를 구성하는 금속 원소를 총계한 농도 비율을 이용하고 있으며, 표면 근방의 C, O, N, H, Cl, S 등 가스 성분, 비금속 원소 등은 제외하고 계산한 농도 값을 사용하고 있다.

표피층, 심재 등의 농도 분석은 전자선 마이크로 분석법(EDPA), 에너지 분산형 X선 분석법(EDX), 오제 분광 분석법(AES), 투과형 전자 현미경(TEM) 등을 이용할 수 있다. 특히, AES법은 공간 분해 능력이 높기 때문에, 최표면의 얇은 영역의 농도 분석에 유효하다. 또한, 평균적인 조성의 조사 등에는 표면부로부터 단계적으로 산 등에 용해되고, 그 용액 중에 포함되는 농도로부터 용해 부위의 조성을 구하는 것 등도 가능하다. 본 발명에서는 상기 모든 분석 수법에서 얻을 수 있는 농도 값이 본 발명의 규정 범위를 만족할 필요는 없고, 1개의 분석 수법으로 얻을 수 있는 농도 값이 소망하는 조건을 만족하면 좋다.

도 1은 와이어 표면의 관찰 영역이다.

도 2는 와이어의 구조 및 단면으로, 도 2a는 와이어 구조, 도 2b는 와이어 축에 수직 방향인 단면(수직 단면), 도 2c는 와이어 길이 방향의 단면(축 단면)이다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

본딩 와이어의 원재료로서 심재에 사용하는 Cu, Au, Ag는 순도가 약 99.99 질량% 이상인 고순도의 소재를 사용하고, 표피층 또는 중간 금속층에 사용되는 Au, Pt, Pd, Ru, Rh의 소재로는 순도 99.9 질량% 이상의 원료를 준비하였다.

소정의 선 직경까지 가늘게 한 와이어를 심재로 하고, 그 와이어 표면에 다른 금속의 층을 형성하려면, 전해 도금법, 무전해 도금법, 증착법, 용융법 등을 실시하고, 열처리를 하였다. 전해 도금액, 무전해 도금액은 반도체 용도로 시판되고 있는 도금액을 사용하고, 증착은 스패터법을 사용하였다, 직경이 약 25 내지 1500 ㎛인 와이어를 미리 준비하고, 그 와이어 표면에 증착, 도금 등에 의하여 피복하며, 최종 지름의 13 내지 25 ㎛까지 신선하고, 마지막으로 가공 변형 제거하여 연신값이 5 내지 15%의 범위가 되도록 열처리를 하였다. 필요에 따라서, 선 직경 25 내지 200 ㎛까지 다이스 신선한 후에, 확산 열처리를 하고 나서, 추가로 신선 가공을 하였다. 신선용 다이스의 감면율은 1개의 다이스 당 5 내지 15%의 범위에서 준비하고, 그 다이스들의 조합에 의하여, 와이어 표면의 가공 변형의 도입 등을 조정하였다. 신선 속도는 20 내지 500 m/min의 사이에서 적정화하였다.

용융법을 이용하는 경우에는 미리 제작한 심선의 주위에 용융한 금속을 주입하는 방법을 채용하였다. 그 후, 단조, 롤 압연, 다이스 신선 등의 가공과 열처리를 실시하여, 와이어를 제조하였다.

본 발명예의 와이어의 열처리에 대하여, 와이어를 연속적으로 왕복시키면서 가열하였다. 국소적으로 온도 경사를 도입하는 방식, 온도를 로 내에서 변화시키는 방식 등을 이용하였다. 예를 들면, 로 내 온도를 3 분할하여 제어할 수 있도록 개조한 열처리로를 이용하였다. 온도 분포의 일례로는 와이어의 삽입구에서 출구를 향하여, 고온→중온→저온, 또는 중온→고온→저온의 분포를 얻고, 각각의 가열 길이도 관리하였다. 온도 분포와 함께, 와이어 왕복 속도 등도 적정화하였다. 열처리의 분위기에서는 산화를 억제할 목적으로 N₂, Ar 등의 비활성 가스도 이용하였다. 가스 유량은 0.0002 내지 0.004 ㎥/min의 범위에서 조정하고, 로 내의 온도 제어에도 이용하였다. 열처리를 하는 타이밍으로서, 신선 후의 와이어에 열처리를 하고나서 표피층을 형성하는 경우와 열처리를 가공 전, 가공 도중, 또는 표피층을 형성한 직후 등 중에서 2회 이상 실시하는 경우 등으로 분류할 수 있다.

표피층의 결정립 사이즈와 심재의 결정립 사이즈를 각각 제어하려면, 전술한 바와 같이, 소재, 합금화, 가공도를 적정화하는 것이 유효하다. 1회의 가공에 있어서의 압하율 또는 신선 다이스의 감면율을 저감함으로써 표피층의 결정립 사이즈의 미세화를 촉진시켰다. 상기 저감한 압하율 또는 감면율의 대소(大小)로 본딩 와이어의 원주 방향과 축 방향의 표피층 결정립 사이즈를 제어하였다. 표피층의 형성 이전의 심재에 열처리를 하거나, 가공도를 저감함으로써 심재의 결정립 사이즈의 증가를 촉진시켰다. 또한 심재의 수직 단면과 축단면의 결정립 사이즈는 열처리 온도(온도와 시간)과 가공도의 조합으로 조정하였다. 또한, 최종 선 직경에 있어서의 열처리 온도를 표피층의 재료의 재결정 온도보다 낮고, 또한 심재의 재료의 재결정 온도보다 높은 온도로 가열할 수 있도록, 열처리 전의 가공 프로세스, 열처리 온도 등을 적정화하였다.

표피층을 형성한 후의 압연, 신선에 의한 가공 레벨에 대하여, 성막시의 와이어와 최종 선 직경과의 면적 비율로 산출하는 누적 가공율로 정리할 수 있다. 이 가공율(%)이 30% 미만인 경우에는 R1, 30% 이상 70% 미만에서는 R2, 70% 이상 95% 미만에서는 R3, 95% 이상에서는 R4로 표기하였다.

와이어 표면의 조직 관찰에 대하여, 본딩 와이어의 표층에 있어서의 표면의 어느 영역에 있어서, EBSP법에 의하여 결정립의 형상을 측정하였다. 측정 시료의 준비에서는 3 내지 5개의 본딩 와이어를 평판 위에 서로 와이어 방향을 가능한 한 바꾸도록 고정하였다. 관찰 영역은 와이어 축을 포함하는 사각형의 영역으로서, 결정립 사이즈는 원주 방향으로 5 내지 10 ㎛, 길이 방향으로 10 내지 50 ㎛를 1회의 측정 영역으로 하였다. 측정 부분은 3 내지 10개의 부분으로 하고, 서로 0.5 mm 이상 떨어지게 선정하였다. 측정 부분의 간격은 0.01 내지 0.2 ㎛의 간격으로 실시하였다. 선 직경 25 ㎛ 이하의 본딩 와이어를 사용하여 EBSP 측정한 결과로 비교하였다. 선 직경이 더 가는 경우에도, 동일한 경향이 인정되는 것이 확인되었다.

심재의 조직 관찰에서는 본딩 와이어의 단면을 연마하고, 화학 에칭에 의하여 표면의 가공 변형을 저감한 시료를 사용하고, EBSP법에 의하여 결정 방위을 측정하였다. 단면은 와이어 축에 수직 방향인 수직 단면과 와이어 축을 포함하여 길이 방향의 단면인 축 단면을 측정하였다.

EBSP 측정 데이터의 해석에는 전용 소프트(TSL제 OIM ana1ysis 등)를 이용하였다. 측정 영역에서의 결정립의 형상을 해석하고, 결정립의 사이즈를 구하였다. 상기 방법으로, 표피층(2) 결정립 및 심재(3) 결정립의 각각의 방향으로 각 사이즈를 측정하고, 각각 10개의 결정립의 사이즈를 평균하여 평균 사이즈로 하였다.

표피층의 경도 측정에서는 와이어 표면에 수직 방향으로 나노 인덴터 경도 측정을 실시하고, 5개소의 평균값을 구하였다. 표피층의 두께, 경도 등에 의하여, 하중을 1 mN 내지 20 mN의 범위에서 선정하였다. 심재의 경도 측정에서는 와이어 길이 방향의 단면인 축 단면에 있어서, 미소 비커스 경도를 5개소에서 측정하고, 그 평균값을 구하였다. 경도에 맞추어, 하중을 0.09807 내지 9.807 N으로 조제하였다. 측정법의 차이에 의한 경도의 보정을 실시하기 위하여, 여러 종류의 와이어 시료의 축 단면에 있어서, 미소 비커스 경도 측정과 나노 인덴터 경도 측정을 하고, 이 두 가지 방법의 경도 값으로부터 환산 식을 구함으로써 보정을 하였다.

와이어의 가공성에 대하여, 선 직경 500 ㎛의 태선으로부터 최종 선 직경이 25 ㎛ 또는 17 ㎛까지 신선 가공하는 공정에서의 단선 회수로 평가하였다(신선 가공성). 시료 길이는 선 직경 500 ㎛의 시점에서 5000 m를 신선하였다. 엄격한 불량 가속 평가로서 통상의 신선 속도의 2 내지 3배의 고속으로 신선하였다. 단선 회수가 0회이면 매우 높은 생산성이 기대되기 때문에 ◎표, 1 내지 2회이면 통상의 생산성은 양호하다고 판단하여 ○표, 3 내지 6회의 범위이면 신선 조건의 약간의 변경은 필요하기 때문에 △표, 7회 이상이면 생산성의 저하가 염려되기 때문에 ×표로 표시하였다.

와이어 표면의 표피층이나 중간 금속층의 막 두께 측정에는 AES에 의한 깊이 분석을 사용하고, 원소 분포의 관찰에는 AES, EPMA 등에 의한 면 분석, 선 분석을 실시하였다. AES에 의한 깊이 분석에서는 Ar 이온으로 스패터하면서 깊이 방향으로 측정하고, 깊이의 단위에는 SiO₂ 환산으로 표시하였다. 와이어 중의 도전성 금속 농도는 ICP 분석, ICP 질량 분석 등에 의하여 측정하였다.

AES에 의한 깊이 분석에 있어서, 표피층과 심재의 사이에 농도 구배를 가진 확산층이 확인되고, 그 확산층의 두께가 0.002 내지 0.2 ㎛의 범위인 경우에는 표 1중의 "확산층"의 란에 ○표로 표기하였다.

본딩 와이어의 접속에는 시판되는 자동 와이어 본더를 사용하고, 볼/웨지 접합을 실시한다. 아크 방전에 의하여 와이어 선단에 볼을 제작하고, 그것을 실리콘 기판 위의 전극 막에 접합하고, 와이어 타단을 리드 단자 위에 웨지 접합하였다. 볼 형성시의 산화를 억제하기 위하여 이용하는 쉴드 가스는 주로 순N₂ 가스를 사용하였다. 가스 유량은 0.001 내지 0.01㎥/min의 범위에서 조정하였다.

접합 상대는 실리콘 기판 위의 전극 막의 재료인, 두께 1 ㎛의 Al 합금 막(Al-1%Si-0.5%Cu 막, Al-0.5%Cu 막)을 사용하였다. 한편, 웨지 접합의 상대에게는 표면에 Ag 도금(두께: 2 내지 4 ㎛)하거나 리드 프레임을 사용하였다. 또한, BGA 기판 위의 Au/Ni/Cu의 전극에 대한 접합성에 대하여도, 일부의 와이어 시료를 사용하여, 상기 리드 프레임과 같은 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.

볼 접합 근방의 와이어 직립부가 넘어지는 현상인 리닝 불량(리닝성)에 대하여는 칩 수평 방향으로부터 와이어 직립부를 관찰하고, 볼 접합부의 중심을 통과하 는 수선(垂線)과 와이어 직립부와의 간격이 최대일 때의 간격(리닝 간격)으로 평가하였다. 와이어 길이는 4 mm, 시료 수는 50개로 한다. 루프의 최고 높이는 통상의 약 200 ㎛, 리닝 평가에는 더 엄격한 고루프인 약 350 ㎛의 2 종류로 조사하였다. 상기 리닝 간격이 와이어 지름보다 작은 경우에는 리닝은 양호, 큰 경우에는 직립부가 경사되어 있기 때문에 리닝은 불량이라고 판단하였다. 리닝의 불량 발생 빈도에 의하여 분류하고, 불량이 3개 이상인 경우에는 △표, 0개인 경우에는 ◎표, 그 중간에서는 ○표로 표시하였다.

적층 칩 접속에의 적응성에 대하여, 역단차 본딩 시의 와이어 휨을 평가하였다(역 단차 본딩의 휨성). 볼 접합부가 웨지 접합부보다 낮은 위치가 되도록, 전술한 전극 위에 스터드 범프을 형성하고, 그 위에 웨지 접합을 실시하였다. 높이 450 ㎛의 고단차 칩을 사용하고, 볼 접합 근방의 와이어 직립부가 350 ㎛ 정도가 되도록 본딩을 실시하였다. 본딩된 본딩 와이어 200개를 위쪽으로부터 관찰하고, 직립부의 최대 무너진 양이 선 직경의 4배 이상인 것이 1개라도 있으면, 불량이라고 판단하여 △표로 나타내고, 모든 본딩 와이어의 최대 휨량이 선 직경의 2배보다 작은 경우에는 양호하다고 판단하여 ◎표로 나타내고, 그 중간인 경우에는 굴곡은 약간 발생하였으나, 일반적인 사용에서는 문제가 되지 않는다고 판단하여 ○표로 표시하였다.

오버행형 적층 칩에의 적응성에 대하여, 역본딩시의 와이어 휨과 범프 높이의 안정성을 평가하였다(오버행 적층 역본딩의 휨성). 3단의 칩를 적층하고, 오버행량은 약 0.4 mm로 하였다. 높이 450 ㎛의 고단차 칩을 사용하고, 볼 접합 근방의 와이어 직립부가 350 ㎛ 정도가 되도록 본딩을 실시하였다. 본딩된 본딩 와이어 200개를 위쪽으로부터 관찰하고, 직립부의 최대 넘어짐 양이 선 직경의 4배 이상의 것이 1개라도 있으면 불량이라고 판단하여 △표로 나타내고, 모든 본딩 와이어의 최대 휨량이 선 직경의 2배보다 작은 경우에는 양호하다고 판단하여 ◎표로 나타내며, 그 중간인 경우에는 굴곡은 조금 발생하고 있으나, 일반적인 사용에서는 문제가 되지 않는다고 판단하여 ○표로 표시하였다.

오버행형 적층 칩의 범프 높이의 안정성을 평가하였다(오버행 적층 역본딩의 범프 높이). 상기 오버행형 적층 칩을 사용하여, 범프를 형성하지만 그 위에 웨지 접합하지 않는 상태로 시료를 제작하고, 범프 높이를 광학 현미경으로 50개를 측정하였다. 범프 높이의 평균에 대한 표준 편차의 비율이 8% 초과인 경우에는 편차가 크기 때문에 ×표, 2% 초과 8% 미만의 범위이면 편차는 약간 크고, 개선이 필요한 경우도 있기 때문에 △표, 0.8% 초과 2% 미만의 범위이면 실용상 문제가 없기 때문에 ○표, 0.8% 이하이면 범프 높이가 안정되어 있고, 생산 관리가 용이하기 때문에 ◎표로 표시하였다.

넥 손상에 대하여, 본딩된 본딩 와이어의 넥부를 SEM 관찰하여 평가하였다(저루프의 넥 손상). 그 중에서도, 넥부에서 손상을 받기 쉬운 부위로서 웨지 접합과 반대 방향의 넥부의 외측을 주의를 기울여 관찰하였다. 손상 형태로는 미소 균열, 사이즈가 큰 크랙, 주름 모양의 피로 등을 조사하였다. 선 직경은 25 ㎛, 와이어 길이는 2 내지 4 mm의 범위로 하고, 루프 높이가 일반적인 90 ㎛, 저루프인 70 ㎛의 2종으로 시료를 제작하였다. 루프 높이가 낮아지는 경우에 넥 손상의 발생율 이 증가하기 때문에 더 엄격한 평가가 된다. 와이어 수는 300개를 관찰하였다. 넥 손상이 10개 이상이면 불량이라고 판단하여 ×표로 나타내고, 넥 손상이 5 내지 9개의 범위이면, 통상은 문제가 없는 레벨이지만 개선이 필요하다고 판단하여 △표로 나타내며, 넥 손상이 1 내지 4개의 범위이면 문제가 없다고 판단하여 ○표로 나타내고, 넥 손상이 관찰되지 않는 경우는 안정적으로 양호하다고 판단하여 ◎표로 나타내었다.

본딩 공정의 루프 형상 안정성에 대하여는 루프의 직선성과 루프 높이의 편차의 2 방법으로 평가하였다(루핑 안정성).

본딩된 루프의 직선성을 평가하기 위하여, 와이어 간격(스팬)이 5 mm인 롱 스팬으로 본딩을 하였다(직선성). 선 직경은 25 ㎛로 한다. 30개의 본딩 와이어를 투영기에 의하여 위쪽으로부터 관찰하고, 볼측과 웨지측의 접합부를 잇는 직선에 대하여, 본딩 와이어가 가장 떨어져 있는 부위의 차이를 휨량으로서 측정하였다. 그 휨량의 평균이 선 직경의 1개 미만이면 양호하다고 판단하여 ◎표로 표시하고, 2개 이상이면 불량이기 때문에 △표, 그 중간이면 통상은 문제가 되지 않기 때문에 ○표로 표시하였다.

루프 높이의 불균형에 대하여는 와이어마다 3부분의 루프 높이를 측정하고, 그 루프 높이의 표준편차에 의하여 평가하였다(높이 편차). 안정적인 루프 형상을 얻기가 더 곤란한 협피치, 롱 스팬에의 실용성을 평가하기 위하여, 와이어 길이는 5 mm 길이, 루프 형상은 사다리꼴, 루프 높이는 약 350 ㎛로 본딩을 하였다. 루프를 50개씩 선정하고, 측정에는 광학 현미경을 사용하였다. 측정 부분에는 루프 높 이의 편차가 발생하기 쉬운 부위로서 볼 직상부, 최고 도달부, 와이어 길이의 중심부의 3부분으로 하였다. 이 루프 높이의 표준편차가 와이어 지름의 1/2 이하이면, 편차가 크다고 판단하고, 1/2 미만이면 편차는 작고 양호하다고 판단하였다. 그 기준을 기초로 판단하여, 3 부분 모두 불균형이 작은 경우에는 루프 형상이 안정되어 있다고 판단하여 ◎표로 표시하고, 불균형이 큰 곳이 1 부분인 경우에는 비교적 양호하기 때문에 ○표, 2 부분인 경우에는 △표, 3 부분 모두 불균형이 큰 경우에는 ×표로 표시하였다.

단스팬, 저루프 접속된 루프의 직선성을 평가하기 위하여, 와이어 간격(스팬)이 0.5 mm의 단 스팬이고, 루프 높이 80 ㎛를 목적으로 하는 본딩을 실시하였다(단스팬·저루프의 직선성). 선 직경은 25 ㎛로 한다. 40개의 본딩 와이어를 투영기에 의하여 위쪽으로부터 관찰하고, 볼 측과 웨지 측의 접합부를 잇는 직선에 대하여, 본딩 와이어가 가장 떨어져 있는 부위의 차이를 휨량으로서 측정하였다. 그 휨량의 평균이 선 직경의 1개 미만이면 양호하다고 판단하여 ◎표로 표시하고, 2개 이상이면 불량이기 때문에 △표, 그 중간이면, 통상은 문제가 되지 않기 때문에 ○표로 표시하였다.

스프링 특성의 평가를 위하여, 전극 위에 형성된 스터드 범프 위에 본딩 와이어의 웨지 접합을 실시하는 접속 방법인 역 본딩을 실시하고, 본딩 와이어가 굴곡하는 스프링 불량을 관찰하였다. 선 직경은 20 ㎛, 길이는 3 mm로 하고, 1000개의 본딩 와이어 접속을 실시하였다. 그 접속된 본딩 와이어를 칩 위쪽으로부터 관찰하여, 스프링 불량의 발생 수를 조사하였다. 스프링 불량의 수가 8개 이상이면 불량이라고 판단하여 ×표, 7 내지 4개이면 개선이 바람직하기 때문에 △표, 1 내지 3개이면 통상의 사용 조건에서는 문제가 없다고 판단하여 ○표, 0개이면 스프링성은 매우 양호하기 때문에 ◎표로 나타내었다.

웨지 접합성의 평가에서는 박리 불량이 증가하는 저하중, 저온에서의 접속에 의하여 가속 평가를 실시하였다. 접속 온도는 160℃로 하고, 접합 상대는 Ag 도금된 Cu 리드 프레임을 사용하였다. 선 직경 20 ㎛의 본딩 와이어로 1000개의 연속 본딩을 실시하고, 웨지 접합부에서의 박리가 일어나는 불량 발생 빈도에 의하여 분류하였다. 박리 수가 6개 이상이면 불량이라고 판단하여 ×표, 5 내지 3개이면 개선이 바람직하기 때문에 △표, 1 또는 2개이면 통상의 사용 조건에서는 문제 없다고 판단하여 ○표, 0개이면 웨지 접합성은 양호하기 때문에 ◎표로 나타내었다.

필 접합 강도의 평가에는 웨지 접합부의 풀 시험을 이용하였다. 선 직경은 25 ㎛, 스팬은 2 mm로 한다. 이것은 와이어 길이의 3/4보다 웨지 접합부에 가까운 위치에서, 루프에 건 훅을 위쪽에 이동시켜, 본딩 와이어의 파단 강도를 측정하였다. 풀 강도는 본딩 와이어의 선 직경, 루프 형상, 접합 조건 등에도 좌우되기 때문에 절대값이 아니고, 풀 강도/와이어 인장 강도의 상대 비율(Rp)을 이용하였다. Rp가 20% 이상이면 웨지 접합성은 양호하기 때문에 ◎표, 15% 이상 20% 미만이면 문제가 없다고 판단하여 ○표, 10% 이상 15% 미만이면 문제가 발생하는 경우가 있다고 판단하여 △표, 10% 이상이면 양산 공정에서의 문제가 있기 때문에 ×표로 나타내었다.

칩에서의 손상의 평가에는 볼부를 전극 막 위에 접합한 후, 전극 막을 에칭 제거하고, 절연 막 또는 실리콘 칩에의 손상을 SEM으로 관찰하였다(칩 손상). 전극 수는 400 개소를 관찰하였다. 손상이 인정되지 않은 경우에는 ◎표, 5 ㎛ 미만의 크랙이 2개 이하인 경우에는 문제 없는 레벨이라고 판단하여 ○표, 5 ㎛ 이상 20 ㎛ 미만의 크랙이 2개 이상인 경우에는 염려되는 레벨이라고 판단하여 △표, 20 ㎛ 이상의 크랙 또는 크레이터 파괴 등이 1개 이상인 경우에는 염려되는 레벨이라고 판단하여 ×표로 표시하였다.

표 1, 2에는 본 발명에 관한 선 직경 25 ㎛의 본딩 와이어의 실시예와 비교예를 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

제1 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 40이며, 제2 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 8, 11 내지 15, 17, 19 내지 21, 23 내지 26, 28, 29, 32, 34, 36 내지 40, 제3 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 11, 13, 14, 16 내지 20, 22 내지 27, 30 내지 40, 제4 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 2 내지 9, 11, 13 내지 21, 23 내지 25, 27 내지 36, 38, 40, 제5 청구항에 관 한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 9, 11, 13 내지 20, 22 내지 36, 38 내지 40, 제6 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 5, 7 내지 14, 16 내지 40, 제7 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 17, 19 내지 23, 25 내지 40, 제8 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 23, 25 내지 40, 제9 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 25 내지 30, 37, 제10 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 1 내지 14, 16 내지 21, 23 내지 40, 제11 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 2, 8, 9, 25, 27, 34 내지 36, 제12 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 12, 36 내지 40, 제13 청구항에 관한 본딩 와이어는 실시예 19, 20, 22, 30 내지 32에 상당한다. 비교예 1 내지 6에서는 제1 청구항을 만족하지 않는 경우의 결과를 나타낸다.

각각의 청구항의 대표예에 대하여, 평가 결과의 일부를 설명한다.

실시예 1 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 표피층의 표면에 있어서의 결정립의 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축의 수직 단면에 있어서의 심재의 결정립의 평균 사이즈 b와의 관계가 a/b≤0.7인 복층 구조의 본딩 와이어인 것에 의하여, 선 직경 25 ㎛에 있어서의 리닝성이 양호하다는 것이 확인되었다. 한편, 이 비율 a/b가 0.7 초과인 복층 와이어에 관한 비교예 1 내지 6에서는 리닝 불량이 다발하고 있는 것이 확인되었다. 바람직한 사례로서 a/b≤0.3의 관계를 만족하는 실시예 3 내지 8, 13, 15, 17, 20, 23 내지 26, 29, 31, 32, 35 내지 40에서는 선 직경 25 ㎛에 있어서의 리닝성이 한층 더 향상되어 있는 것이 확인되었다.

실시예 1 내지 8, 11 내지 15, 17, 19 내지 21, 23 내지 26, 28, 29, 32, 34, 36 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 심재와 표피층의 결정립 사이즈 a, b에 관하여, a/b≤0.7, 그리고 a≤1.5 ㎛의 관계를 동시에 만족함으로써, 선 직경 25 ㎛에서의 역단차 본딩시의 와이어 휨성이 양호하다는 것이 확인되었다.

실시예 1 내지 11, 13, 14, 16 내지 20, 22 내지 27, 30 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 심재와 표피층의 결정립 사이즈 a, b에 관하여, a/b≤0.7, 그리고, b≥2 ㎛의 관계를 동시에 만족함으로써, 루프 높이가 약 90 ㎛인 저루프에 있어서 넥 손상이 억제되어 있는 것이 확인되었다. 좋기로는 상기 관계가 b≥4 ㎛인 실시예 4 내지 10, 18, 20, 22, 23, 25 내지 27, 30, 31, 35 내지 38, 40에서는 루프 높이 약 70 ㎛인 초저 루프에서도 넥 손상이 억제되어 있고, 우수한 저루프 성능을 가진 것이 확인되었다.

실시예 2 내지 9, 11, 13 내지 21, 23 내지 25, 27 내지 36, 38, 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 전술한 결정립 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 또한, 표피층의 표면에 있어서의 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 c와, 심재의 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 d와의 관계가 d/c≥1.2인 것에 의하여, 스프링 불량을 저감하고, 또한 루프 형상의 직선성도 향상할 수 있는 것을 확인하였다. 좋기로는, 상기 관계가 d/c≥2인 실시예 2 내지 8, 11, 14, 15, 17, 18, 20, 21, 23, 25, 27, 28, 30, 31, 34 내지 36, 40에서는 스프링 불량의 저감과 루프 형상의 직선성이 모두 더 향상되고, 적층 칩 접속이 우수한 특성이 얻어지는 것을 확인하였다.

실시예 1 내지 9, 11, 13 내지 20, 22 내지 36, 38 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는, 본 발명의 전술한 결정립 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 또한, 표피층의 표면에 있어서의 경도 SH와, 상기 심재의 단면에 있어서의 경도 CH와의 관계가 SH/CH≥1.3인 것에 의하여, 웨지 접합성을 향상시키는 효과와, 루프 높이의 불균형을 저감하는 효과를 양립할 수 있는 것을 확인하였다. 좋기로는 SH/CH≥2.0인 실시예 3 내지 8, 13 내지 17, 20, 23, 25 내지 29, 31, 35, 36, 40에서는 웨지 접합성과 루프 높이의 불균형 억제라는 양자에 있어서, 한층 더 우수한 특성이 얻어지고 있는 것을 확인하였다.

실시예 25 내지 30, 37의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 전술한 결정립 사이즈 비율 a/b≤0.7의 관계를 만족하고, 또한, 표피층과 심재의 사이에 중간 금속층을 가진 것으로, 웨지 접합부로의 필 강도를 높일 수 있는 것을 확인하였다.

실시예 1 내지 5, 7 내지 14, 16 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 표피층의 두께가 0.005 내지 0.3 ㎛의 범위인 것에 의하여, 리닝 불량이나 스프링 불량의 개선에 추가하여, 그리고 접합성이나, 루프 제어 등의 요구 특성도 종합적으로 만족하는 것이 용이하고, 칩 손상을 더욱 저감하여 양호하였다. 비교로서 실시예 6에서는 표피층의 두께가 0.3 ㎛를 넘기 때문에 칩 손상이 증가하고, 실시예 15에서는 표피층의 두께가 0.005 ㎛ 미만이기 때문에 스프링 불량이나 웨지 접합성에 개선의 여지가 있는 것이 확인되었다.

실시예 1 내지 14, 16 내지 21, 23 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 표피층과 심재의 사이에 농도 구배를 가진 확산층이 있기 때문에, 선 직경 25 ㎛까지의 신선 가공성이 양호하다는 것이 확인되었다. 바람직한 사례인, 실시예 1 내지 9, 11, 1 3, 14, 16 내지 20, 23 내지 36, 38 내지 40에서는 확산층을 가진 한편 SH/CH≥1.3인 것에 의하여, 더 가는 선 직경 17 ㎛까지의 신선 가공성이 양호하다는 것이 확인되었다.

실시예 2, 8, 9, 25, 27, 34 내지 36의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 심재를 구성하는 주성분이 Cu이고, In, Ca, B, Pd, Bi, Zr, Ag 또는 P의 1종 이상을 5 내지 300 ppm의 범위에서 함유함으로써, 단스팬·저루프의 직선성이 향상하는 것이 확인되었다. 마찬가지로 실시예 19, 20, 22, 30 내지 32는 본 발명의 심재를 구성하는 주성분이 Au이고, Be, Ca, Ni, Pd, 또는 Pt 중 적어도 1종을 5 내지 9500 ppm의 범위에서 함유함으로써, 단스팬·저루프의 직선성이 향상하는 것이 확인되었다.

실시예 12, 36 내지 40의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명에 관한 상기 심재를 구성하는 주성분이 Cu, 표피층의 주성분이 Pd 또는 Ag로, Pd를 5 내지 10000 ppm의 범위에서 함유함으로써, 오버행 적층 역 본딩의 휨성이 향상되는 것이 확인되었다. 좋기로는 실시예 12, 37 내지 40에서는 Pd 농도가 200 내지 10000 ppm의 범위이기 때문에, 오버행 적층 역 본딩의 범프 높이를 개선하는 것보다 높은 효과가 확인되었다. 또한, 실시예 12, 36 내지 38, 40에서는 Pd 함유량이 5 내지 8000 ppm의 범위이기 때문에 칩 손상이 억제되고 있는 데 대하여, 실시예 39에서는 Pd 함유량이 8000 ppm를 넘기 때문에 칩 손상이 증가하는 것이 확인되었다.

표 3의 실시예 41 내지 80에는 본 발명의 선 직경 20 ㎛ 이하의 본딩 와이어 의 실시예를 나타낸다. 본딩 와이어의 사용 성능 중에서 리닝성, 역 단차 본딩시의 와이어 휨성에 대하여 평가 결과를 나타내고 있으나, 그 이외의 사용 성능에 대하여도 실용할 수 있는 양호한 특성을 얻을 수 있는 것을 확인하였다.

실시예 41 내지 51, 53 내지 60, 62 내지 80의 복층 구조의 본딩 와이어는 본 발명의 표피층의 표면에 있어서의 결정립의 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축의 수직 단면에 있어서의 심재의 결정립의 평균 사이즈 b와의 관계가 a/b≤0.7인 복층 구조의 본딩 와이어인 것으로, 리닝성이 양호하다는 것이 확인되었다. 더 바람직한 사례인 a/b≤0.1의 관계를 만족하는 실시예 46 내지 48, 57, 63, 66, 78 내지 80의 복층 본딩 와이어에서는 선 직경 20 ㎛ 이하에서의 리닝성이 더 향상되어 있고, 우수한 성능이 확인되었다.

실시예 43 내지 48, 53 내지 55, 57, 60, 63 내지 66, 68, 69, 72, 77 내지 80의 복층 구조의 본딩 와이어, 본 발명의 심재와 표피층의 결정립 사이즈 a, b에 관하여, a/b≤0.7, 그리고, a≤1 ㎛의 관계를 동시에 만족함으로써, 선 직경 20 ㎛ 이하에서의 역단차 본딩 시의 와이어 휨성이 양호하다는 것이 확인되었다.

[표 3]

본 발명의 반도체 장치용 본딩 와이어에 의하여, 볼 직상부의 와이어 무너 짐(리닝 불량)를 개선할 수 있다. 또한, 적층 칩 접속 등에서 문제가 되는 스프링 불량을 억제할 수 있다. 또한, 루프의 직선성, 루프 높이의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본딩 와이어의 접합 형상의 안정화를 촉진할 수 있다. 그 결과, 세선화, 협피치화, 롱 스팬화, 삼차원 실장 등 최신의 반도체 실장 기술에도 적응하는 고기능의 본딩 와이어를 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims

농도의 50mol% 이상이 Cu, Au 및 Ag 중 적어도 1종으로 이루어지는 심재와, 상기 심재 위에 심재와는 다른 금속으로 Pd, Pt, Ru, Rh 및 Ag 중 적어도 1종을 농도의 50mol% 이상으로 하는 표피층을 가진 반도체 장치용 본딩 와이어로서, 와이어 표면에 있어서의 상기 표피층 결정립의 와이어 원주 방향의 평균 사이즈 a와, 와이어 축에 수직 방향의 단면인 수직 단면에 있어서의 상기 심재 결정립의 평균 사이즈 b와의 관계에 대하여, a/b≤0.7인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 평균 사이즈 a가 1.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 평균 사이즈 b가 2 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 와이어 표면에 있어서의 상기 표피층 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 c와, 와이어 축을 포함하는 길이 방향의 단면인 축 단면에 있어서의 상기 심재 결정립의 와이어 축 방향의 평균 사이즈 d와의 관계에 대하여, d/c≥1.2인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 표피층의 표면에 있어서의 경도 SH와, 상기 심재의 단면에 있어서의 경도 CH와의 관계에 대하여, SH/CH≥1.3인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 표피층의 두께가 0.005 내지 0.3 ㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 표피층과 상기 심재와의 사이에, 상기 표피층 및 상기 심재를 구성하는 농도 50 mol% 이상인 성분과는 다른 성분으로 이루어지는 중간 금속층을 가진 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 표피층과 상기 심재와의 사이에 농도 변화의 정도가 1 ㎛당 10 mol% 이상인 농도 구배를 가진 확산층을 가진 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 심재의 농도의 50mol% 이상이 Cu이고, In, Ca, B, Pd, Bi, Zr, Ag 및 P 중 적어도 1종을 5 내지 300 ppm의 범위에서 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 심재의 농도의 50mol% 이상이 Cu이고, Pd를 5 내지 10000 ppm의 범위에서 함유하며, 상기 표피층의 농도의 50mol% 이상이 Pd 또는 Ag인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
제1항에 있어서, 상기 심재의 농도의 50mol% 이상이 Au이고, 상기 심재는 Be, Ca, Ni, Pd 및 Pt 중 적어도 1종을 5 내지 9500 ppm의 범위에서 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 본딩 와이어.
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