KR101323246B1 - 반도체 소자용 본딩 와이어, 그 제조방법, 반도체 소자용 본딩 와이어를 포함하는 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자용 본딩 와이어 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어는 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn), 주석(Sn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나, 및 나머지는 은(Ag) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

Description

반도체 소자용 본딩 와이어, 그 제조방법, 반도체 소자용 본딩 와이어를 포함하는 발광다이오드 패키지{BONDING WIRE FOR SEMICONDUCTOR DEVICES, AND THE MANUFACTURING METHOD, AND LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE INCLUDING THE BONDING WIRE FOR SEMICONDUCTOR DEVICES}
본 발명은 본딩 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은(Ag)을 주 성분으로 하는 반도체 소자용 본딩 와이어, 그 제조방법 및 반도체 소자용 본딩 와이어를 포함한 발광다이오드(LED) 패키지에 관한 것이다.
본딩 와이어는 IC칩 또는 LED 칩과 리드프레임을 전기적으로 연결하는 금속선으로 현재 대부분의 본딩 와이어에는 금이 사용되고 있다.
최근에 전 세계적인 금값의 폭등으로 인하여 본딩 와이어 제조시 원가절감을 위하여 구리 와이어와 팔라듐이 코팅된 구리 와이어로 전환이 시도되고 있으며 일부에서는 양산까지 하고 있으나 그 특성이 금 와이어에는 미치지 못하여 금 와이어를 기본으로 한 합금 와이어에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 상황이다.
금을 기본으로 한 합금 와이어로 금-은 합금 와이어가 연구되고 있으며 금-은 합금 와이어는 합금 원소인 은(Ag)의 우수한 전기전도도와 금(Au)과의 전율 고용체(complete solid solution)를 형성함에 의해 원가절감 효과를 기할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 금-은 합금 와이어의 경우에도 금이 상당량 함유되기 때문에 원가절감에는 한계가 있는 상황이다.
또한, LED 패키지의 경우에는 구리 와이어와 팔라듐이 코팅된 구리 와이어를 사용할 경우, 발광다이오드의 기능상 가장 중요한 반사율(Reflectivity) 특성의 취약한 문제로 인해 사용할 수가 없는 상황이다.
이에 원가절감 효과을 기대하면서도, 신뢰성 및 반사율 특성이 우수한 새로운 재질의 본딩 와이어 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 종래의 금 합금 본딩 와이어를 대체할 수 있으며 신뢰성있는 은 합금 본딩 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 은 합금 와이어가 가지고 있는 변색특성을 방지할 수 있고, 제조시 높은 단선율을 방지할 수 있는 은 합금 본딩와이어가 적용된 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어는 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn), 주석(Sn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나, 및 나머지는 은(Ag) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 본딩 와이어는 0.03wt% 내지 10wt%의 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본딩 와이어는 3×10-6wt% 내지 5wt%의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩, 상기 발광다이오드 칩에 전원을 인가하기 위한 리드프레임, 및 상기 발광다이오드 칩과 상기 리드프레임을 연결시키는 본딩 와이어를 포함하며, 상기 본딩 와이어는 상기 반도체 소자용 본딩 와이어인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법은 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn), 주석(Sn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나, 및 나머지는 은(Ag) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 은합금을 주형에 장입한 후 용융시키는 단계, 상기 용융된 은합금을 연속주조 하는 단계, 및 상기 연속주조된 은합금을 인발하는 단계를 포함한다.
상기 반도체 소자용 본딩 와이어 제조방법에서 상기 은합금은, 0.03wt% 내지 10wt%의 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자용 본딩 와이어 제조방법에서 상기 은합금은, 3×10-6wt% 내지 5wt%의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자용 본딩 와이어 제조방법은 상기 인발된 은합금을 연화 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 반도체 소자용 본딩 와이어에 따르면 금에 비하여 저가인 은을 주성분으로 하고 은에 합금원자를 첨가하여 높은 생산성, 변색방지, 신뢰성 및 기계적 특성이 우수한 은 합금 본딩 와이어를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 은 합금 본딩와이어를 적용한 발광다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어는 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn), 주석(Sn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나, 및 나머지는 은(Ag) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
또한, 상기 반도체용 본딩 와이어는 0.03wt% 내지 10wt%의 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체용 본딩 와이어는 3×10-6wt% 내지 5wt%의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 은(Ag)는 본 발명에 의한 본딩 와이어를 구성하는 기본 물질로 순도가 99.99 질량 퍼센트(four-nine) 이상의 은이 사용될 수 있다.
상기 은은 전기전도도가 우수하고 면심입방(Face Centered Cubic: FCC)구조를 가지며 종래에 본딩 와이어에 주로 사용되는 금을 대체할 수 있어 본딩 와이어 제조시 원가절감 효과를 가져올 수 있다.
본 발명에 의한 은(Ag)을 주성분으로 하는 본딩 와이어의 합금원자들의 합금비율 및 해당 원자들에 대한 특징은 아래와 같다.
제 1 그룹 원자들
제 1 그룹의 원자들은 아연(Zn), 주석(Sn) 및 니켈(Ni)로 이루어진다. 반도체 소자에 있어서 은 및 은합금 본딩 와이어는 반도체 칩의 패드와 연결이 되는데 본딩 시, 외부 환경의 영향으로 인해 은 및 은 합금 본딩와이어가 쉽게 변색될 수 있다. 본 발명에 따른 제 1그룹의 원자들은 이러한 변색특성을 방지하는 기능을 형성한다. 다양한 실험 결과을 바탕으로 1 그룹 원자들은
5×10-6wt% 미만으로 함유하는 경우에는 변색특성, drawability 및 신뢰성이 우수한 특성이 나타나지 않았고, 0.01 내지 10wt% 이내에서는 변색 특성 및 drawability, 신뢰성이 우수한 특성이 나타났다. 따라서 제 1원소의 적정 함유량은 5×10-6wt% 내지 10wt% 이다.
제 2 그룹 원자들
2그룹 원자들은 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd) 으로 이루어진다.
2그룹 원자들은 상온 및 고온 인장강도를 상승시키는 역할을 하며, 루프가 형성된 후의 처짐 또는 쏠림과 같은 루프 형상의 굴곡 또는 변형을 억제하는 작용을 한다. 또한, 인발 특성을 좋아지게 하여 생산성을 향상시키는 작용을 한다.
초 저루프 형성 시, 볼 네크 부위의 항복강도를 상승시켜 인성을 증가시키므로 볼 네크 부위의 손상을 감소하거나 제거하는 데에 효과가 있다. 특히, 본딩 와이어의 직경이 작아도 볼 네크의 취성 파단을 억제할 수 있다.
상기 구리(Cu)는 은과 동일한 면심입방(FCC) 결정구조를 가지며 상온 및 고온강도를 향상시키고, 특히 전단강도를 향상시키며 재결정 조직의 미세화 효과가 크다.
또한, 상기 구리(Cu)는 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd) 보다 고온다습 신뢰성 향상에 효과가 있으며 적은 양으로도 로듐 및 팔라듐의 효과를 대신할 수 있으나 다량 첨가될 경우, 산화 문제를 발생시키며 와이어가 강해져 패드 데미지를 유발시킨다.
상기 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd)은 제조된 본딩 와이어의 신뢰성 및 MTBA 향상을 위하여 첨가된다. 로듐 및 팔라듐은 너무 많은 양이 첨가될 경우 저항이 급격하게 증가하고 와이어가 강해져 패드 데미지 유발 및 MTBA를 단축을 야기할 수 있다.
상기 백금은 은과 전율고용체를 형성하며, 압착 볼과 알루미늄 패드의 접합강도의 열화를 억제시킬 수 있다.
2그룹 원자들을 0.03wt% 미만으로 함유하는 경우에는 첨가 효과가 없으며, 10wt%를 초과하여 함유할 경우, 프리 에어 볼 형성시, 딤플(dimple) 현상이 유발되어 진구 형성을 어렵게 한다. 따라서, 2군 원자들의 적정한 함유량은 0.03wt% 내지 10wt% 이다.
제 3 그룹 원자들
3그룹 원자들은 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진다.
3그룹 원자들은 은에 균일하게 분산 고용되어 은 격자에 응력장을 발생시켜 상온에서의 강도를 향상시킨다. 따라서, 3그룹 원자들은 본딩 와이어의 인성 향상에 유효할 뿐만 아니라, 루프 형상을 안정화하고 루프 높이의 편차를 감소시키는 데에도 탁월한 효과가 있다.
상기 베릴륨, 칼슘은 고용강화에 의해 은 결정격자에 변형을 주어 본딩 와이어의 기계적 강도를 증대시키고, 본딩 와이어의 재결정 온도를 낮추어 루프 높이를 높일 수 있다.
3그룹 원자들을 3×10-6wt% 미만으로 함유하는 경우에는 이러한 효과를 얻기 어려우며, 5wt%를 초과하여 함유할 경우에는 인성을 감소시키므로서 볼 네크 부위의 취성 파단 발생의 위험이 있다.
따라서, 3군 원자들의 적정한 함유량은 3×10-6wt% 내지 5wt% 이다.
본 발명에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어는 상기 은 및 합금원소들 이외에 불가피 불순물을 포함할 수 있으나 이러한 불순물은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 발광다이오드(light emitting diode; LED) 패키지는 상술한 제1 그룹 내지 제3 그룹 원자를 포함하는 본딩 와이어에 의해 제조할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 발광다이오드 패키지(100)는 발광다이오드 칩(10), 상기 발광다이오드 칩에 전원을 인가하기 위한 리드프레임(20), 및 상기 발광다이오드 칩(10)과 상기 리드프레임(20)을 연결시키는 본딩 와이어(50)를 포함한다.
보다 상세하게, 도 1을 참조하면, 본원발명에 의한 발광다이오드 패키지(100)는 리드프레임(20), 리드프레임(20)에 형성된 캐비티(30)(cavity)의 저면에 실장된 발광다이오드 칩(10)을 포함하고, 상기 발광다이오드 칩(10)의 상면의 전극패드와 전극(40)을 본딩 와이어(50)로 본딩하고, 상기 캐비티(30) 내부에 형광체(60)를 도포하여 경화시켜 발광다이오드 패키지(100)가 제조된다.
상기 본딩 와이어(50)는 본원발명에 의한 은을 주성분으로 하는 은 합금 본딩 와이어가 사용된다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법은 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn), 주석(Sn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나, 및 나머지는 은(Ag) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 은합금을 주형에 장입한 후 용융시키는 단계, 상기 용융된 은합금을 연속주조 하는 단계, 및 상기 연속주조된 은합금을 인발하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 은합금은, 0.03wt% 내지 10wt%의 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함한다.
상기 은합금은, 3×10-6wt% 내지 5wt%의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함한다.
상기 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법은 상기 인발된 은합금을 연화 열처리하는 단계를 더 포함한다.
이하, 본 발명에 의해 제조된 본딩 와이어의 제조방법 및 제조된 본딩 와이어의 물성평가 결과를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
<은합금 본딩 와이어의 제조방법>
1그룹 원자인 아연 0.01wt%, 2그룹 원자인 금 0.5wt%, 팔라듐 0.5wt%, 3그룹 원자인 칼슘 0.005wt%, 나머지는 은 및 기타 불가피 불순물을 포함하는 은 합금을 주형에 장입 후 용융시켰다.
상기 용융된 은 합금을 연속주조에 한 후 인발시키고 인발에 의해 경화된 본딩 와이어를 연화시키기 위하여 연화 열처리를 수행하였다.
본 발명에서 본딩 와이어의 신뢰성 평가를 위해 사용한 압력솥 시험은 챔버의 조건은 온도가 85℃, 압력은 2 기압, 상대습도 85%, 5V 에서 504 hr 이상 유지 하였다.
상기 조건들에서 본딩 와이어 소재를 보관 후 BPT(Ball Pull Test)를 실시하여 평가하였다. Bal Pull Test시 lift의 판단기준은 ball neck에서 끊어지지 않고 ball 접합부위가 패드로부터 lift된 경우로 하였다.
시험결과, Ball lift rate이 0% 이면 우수, 0% 초과 2% 이하이면 양호, 2% 초과 5% 이하이면 평균, 5% 초과인 경우는 불량으로 평가하였다.
표 1은 본 발명에 의한 본딩 와이어의 성분함량을 나타낸다.
아래 표 1에서 1번부터 71번까지는 본 발명에 의해 제조된 본딩 와이어의 실험예를 나타내며 각 본딩 와이어에 대한 성분함량을 표에 나타내었다. 각 성분함량들의 단위는 중량퍼센트(wt%)를 의미하며, 은(Ag)의 함량은 나머지 잔부(balance, bal)를 의미한다.
No Ag Zn Sn Ni Cu Pt Rh Os Au Pd Be Ca Mg Ba La Ce Y
1 Bal . 0.001 -　 -　 - 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
2 Bal . 0.01 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
3 Bal . 0.05 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
4 Bal . 0.10 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
5 Bal . 0.50 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
6 Bal . 1.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
7 Bal . 5.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
8 Bal . 10.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
9 Bal . 　 0.001 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
10 Bal . 　 0.01 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
11 Bal . 　 0.05 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
12 Bal . 　 0.10 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
13 Bal . 　 0.50 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
14 Bal . 　 1.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
15 Bal . 　 5.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
16 Bal . 　 10.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
17 Bal . 　 　 0.001 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
18 Bal . 　 　 0.01 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
19 Bal . 　 　 0.05 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
20 Bal . 　 　 0.10 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
21 Bal . 　 　 0.50 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
22 Bal . 　 　 1.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
23 Bal . 　 　 5.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
24 Bal . 　 　 10.00 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
25 Bal . 　 　 　 0.03 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
26 Bal . 　 　 　 0.05 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
27 Bal . 　 　 　 0.1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
28 Bal . 　 　 　 0.5 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
29 Bal . 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
30 Bal . 　 　 　 5 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
31 Bal . 　 　 　 10 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
32 Bal . 　 　 　 　 0.1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
33 Bal . 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
34 Bal . 　 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
35 Bal . 　 　 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　 　
36 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 0.5 　 　 　 　 　 　 　 　
37 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　
38 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 5 　 　 　 　 　 　 　 　
39 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 0.01 　 　 　 　 　 　 　
40 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 0.05 　 　 　 　 　 　 　
41 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 0.1 　 　 　 　 　 　 　
42 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 0.5 　 　 　 　 　 　 　
43 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　
44 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 5 　 　 　 　 　 　 　
45 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 10 　 　 　 　 　 　 　
46 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001 　 　 　 　 　 　
47 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001 　 　 　 　 　
48 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.005 　 　 　 　 　
49 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.01 　 　 　 　 　
50 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.05 　 　 　 　 　
51 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001 　 　 　 　
52 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001 　 　 　
53 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001 　 　
54 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001 　
55 Bal . 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0.001
56 Bal . 0.01 　 　 0.03 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
57 Bal . 0.05 　 　 0.05 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
58 Bal . 0.10 　 　 0.1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
59 Bal . 0.50 　 　 0.5 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
60 Bal . 1.00 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
61 Bal . 　 0.05 　 　 　 　 　 0.5 　 　 　 　 　 　 　 　
62 Bal . 　 0.10 　 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　 　
63 Bal . 　 0.50 　 　 　 　 　 5 　 　 　 　 　 　 　 　
64 Bal . 　 1.00 　 　 　 　 　 10 　 　 　 　 　 　 　 　
65 Bal . 　 　 0.05 　 　 　 　 　 0.05 　 　 　 　 　 　 　
66 Bal . 　 　 0.10 　 　 　 　 　 0.1 　 　 　 　 　 　 　
67 Bal . 　 　 0.50 　 　 　 　 　 0.5 　 　 　 　 　 　 　
68 Bal . 　 　 1.00 　 　 　 　 　 1 　 　 　 　 　 　 　
69 Bal . 0.01 　 　 　 　 　 　 0.5 0.5 　 0.005 　 　 　 　 　
70 Bal . 　 　 0.01 　 　 　 　 5 1 　 　 　 　 　 　 0.01
71 Bal . 　 0.1 　 0.03 　 　 　 0.5 0.5 　 　 　 　 　 0.01 　
표 1에서 실험예 1 내지 8은 1그룹의 원자인 아연의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어어, 실험예 9 내지 16은 1그룹의 원자인 주석의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 17 내지 24는 니켈의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어를 나타낸다.
또한, 실험예 25 내지 31은 2그룹의 원자인 구리의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 32, 33은 2그룹의 원자인 백금의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 34, 35은 각각 2그룹의 원자인 로듐, 오스뮴을 첨가하여 제조한 본딩 와이어, 실험예 36 내지 38은 2그룹의 원자인 금의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 39 내지 45는 2그룹의 원자인 팔라듐의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어를 나타낸다.
또한, 실험예 46은 3그룹의 원자인 베릴륨을 첨가하여 제조한 본딩 와이어, 실험예 47 내지 50은 3그룹의 원자인 칼슘의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 51 내지 55는 각각 3그룹의 원자인 마그네슘, 바륨, 란탄, 세륨, 이트륨을 첨가하여 제조한 본딩 와이어를 나타낸다.
실험예 56 내지 60은 1그룹 원자인 아연과 2그룹 원자인 구리의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 61 내지 64는 1그룹 원자인 주석과 2그룹 원자인 금의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어, 실험예 65 내지 68은 1그룹 원자인 니켈과 2그룹 원자인 팔라듐의 함량을 변화시켜 제조한 본딩 와이어를 나타낸다.
실험예 69는 1그룹 원자인 아연, 2그룹 원자인 금, 팔라듐, 3그룹 원자인 칼슘의 함량을 포함하는 본딩 와이어, 실험예 70은 1그룹 원자인 니켈, 2그룹 원자인 금, 팔라듐, 3그룹 원자인 이트륨을 포함하는 본딩 와이어, 실험예 71은 1그룹 원자인 주석, 2그룹 원자인 구리, 금, 팔라듐, 3그룹 원자인 세륨을 포함하는 본딩 와이어를 나타낸다.
아래 표 2는 상기 표 1에 나타낸 본원 발명에 의한 본딩 와이어를 물리적 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
No Surface
discoloration		 FAB
shape		 Ball pull test Tensile strength
(g)		 Resistivity
(μΩ㎝)		 Drawability Hardness
(Hv)		 Shelf life
(day)
PCT 전 PCT 후 Reliability
1 △ △ 7.5 1.8 × 13.5 1.7 1.6 63 32
2 ◎ △ 9 2 × 13.8 1.7 0.06 64 256
3 ◎ △ 9.5 8.4 ◎ 14 1.7 0.06 64 256
4 ◎ △ 9.6 9.2 ◎ 14.5 1.8 0.05 65 256
5 ◎ △ 9.7 9.4 ◎ 15.7 2.2 0.05 65 256
6 ◎ △ 10.2 9.5 ◎ 18 2.8 0.05 66 256
7 △ × 12.5 8.4 △ 23 4.7 1.6 80 32
8 △ × 12.9 8.3 △ 28 5 1.6 90 32
9 △ △ 7 1.5 × 12 1.7 1.6 63 32
10 ◎ △ 8.2 1.9 × 12.5 1.7 0.06 64 256
11 ◎ △ 9.2 8.2 ◎ 13 1.7 0.06 64 256
12 ◎ △ 10 9.1 ◎ 14 1.8 0.05 65 256
13 ◎ △ 10.3 9.3 ◎ 15 2.2 0.05 65 256
14 ◎ △ 10.6 9.4 ◎ 17 2.8 0.05 66 256
15 △ × 11.1 8.5 △ 21 4.7 1.6 74 32
16 △ × 11.6 8.2 △ 26 5 1.6 74 32
17 △ △ 8 2 × 14.3 1.7 1.32 63 32
18 ◎ △ 9.5 2.1 × 14.5 1.7 0.25 64 256
19 ◎ △ 10 8.5 ◎ 15 1.7 0.25 64 256
20 ◎ △ 11.3 9.5 ◎ 17.2 1.8 0.25 64 256
21 ◎ △ 11.7 9.5 ◎ 17.5 2.2 0.3 64 256
22 ◎ △ 12.3 9.6 ◎ 18 2.8 0.3 64 256
23 △ × 13.4 8.5 △ 26 4.7 1.32 66 256
24 △ × 14.8 8.4 △ 30 5 1.6 74 256
25 ◎ △ 10.3 1.4 × 14 1.7 2 63 32
26 ◎ △ 10.5 1.5 × 14.3 1.7 1.68 63 32
27 ◎ △ 11.2 2.6 × 15.3 1.7 0.03 65 128
28 ◎ △ 11.2 2.6 × 15.3 1.7 0.03 66 128
29 × × 11.3 2.6 × 15.5 1.7 0.03 66 128
30 × × 12.1 2.4 △ 21 4.3 0.04 67 128
31 × × 13.5 2.4 △ 27 10.5 0.06 74 128
32 ◎ △ 11.4 2.8 ◎ 15 1.7 1.1 65 32
33 ◎ △ 12 2.7 ◎ 16 2.5 0.9 66 32
34 ◎ △ 10.9 2.4 ◎ 14 2.5 1.5 66 32
35 ◎ △ 10.5 2.3 ◎ 15 2.5 1.5 67 32
36 ◎ △ 10.3 9.3 ◎ 14 1.7 1.9 64 32
37 ◎ △ 11 9.8 ◎ 15 1.7 1.9 65 256
38 ◎ △ 11.9 10.7 ◎ 17 3 2 67 256
39 ◎ △ 10.5 1.5 × 14.3 1.7 1.51 63 32
40 ◎ △ 10.7 9.5 ◎ 16.2 1.8 0.13 64 128
41 ◎ △ 10.8 9.8 ◎ 17 1.8 0.1 64 256
42 ◎ △ 11 10 ◎ 17.3 2 0.1 64 256
43 ○ △ 11.2 10.2 ◎ 17.5 2.9 0.09 65 256
44 ○ △ 12 10.9 ◎ 21 4.5 0.1 66 256
45 △ △ 12.4 6.3 ○ 27.5 10.8 1.56 70 256
46 ◎ △ 8 1.4 ◎ 13 1.7 2.2 63 32
47 ◎ △ 12.4 2.2 × 16 1.7 0.04 64 32
48 ◎ △ 12.6 2.1 × 17.8 1.7 0.04 65 128
49 ◎ △ 12.9 1.9 × 18.1 1.7 0.07 66 128
50 ◎ △ 12.9 1.5 × 18.2 1.8 1.74 71 128
51 ◎ △ 9 1.5 × 15 1.7 2 63 32
52 ◎ △ 8.2 1.3 × 13 1.7 3 63 32
53 ◎ △ 10 1.6 × 14 1.7 1.7 63 32
54 ◎ △ 8.8 1.5 × 15 1.7 2.4 63 32
55 ◎ △ 8.5 1.4 × 16 1.7 1 63 32
56 ◎ △ 10.3 1.3 × 14 1.7 2 63 32
57 ◎ △ 10.5 1.6 × 14.3 1.7 1.68 63 128
58 ◎ △ 11.2 2.7 × 15.3 1.7 0.03 65 128
59 ◎ △ 11.2 2.7 × 15.3 1.7 0.03 66 128
60 ○ △ 11.3 2.7 × 15.5 1.9 0.03 66 128
61 ◎ △ 10.3 9.3 ◎ 14 1.7 1.9 65 32
62 ◎ △ 11 9.8 ◎ 15 1.7 1.9 66 256
63 ◎ △ 11.9 10.7 ◎ 17 3 2 68 256
64 ◎ △ 13 12 ◎ 21 4.7 3 72 256
65 ◎ △ 10.9 9.6 ◎ 16.7 1.7 0.12 64 128
66 ◎ △ 11 9.9 ◎ 17.2 1.7 0.17 64 256
67 ◎ △ 11.3 10.2 ◎ 17.8 2 0.19 67 256
68 ○ △ 11.6 10.5 ◎ 18.5 2.9 0.2 69 256
69 ◎ △ 10.7 9.6 ◎ 15.2 1.8 2.3 65 128
70 ◎ △ 11.2 10.2 ◎ 15.9 3 1.9 67 256
71 ◎ △ 10.8 9.8 ◎ 15.4 1.8 2.2 66 128
상기 표 2에서 변색특성(surface discoloration)은 와이어의 반사율로 측정한 결과로서 ◎는 매우 양호한 상태, ○는 양호한 상태, △는 보통상태, ×는 나쁜상태를 표시한 것이다.
FAB는 Free Air Ball의 약자로서, 2nd bonding 후 capillary tip 끝의 wire tail에 EFO 방전으로 ball bonding을 하기 위한 원형의 FAB를 만들 수 있으며, 이때 만들어진 FAB shape은 진구 모양이 매우 양호한 상태이며, 진구 모양이지만 wire 중심에서 약간 벗어난 경우를 양호한 상태, 진구 모양과 중심에서도 약간 벗어난 경우를 보통상태, tilted ball(wire 중심에서 심하게 벗어난 FAB) 및 bonding이 가능하지 않은 상태를 나쁜 상태로 표시한 것이다.
FAB shape특성 또한 변색 특성의 마크와 동일한 의미로 표시되었다.
고습 신뢰성은 PCT(Pressure Cooker Test)에서 접합 강도(BPT 값)로 표시되었다.
은합금 와이어는 30㎛ 직경을 가지며, PCT는 121℃에서 약 96시간동안 진행되었다.
접합강도의 신뢰성에서 ◎는 매우 양호한 상태, ○는 양호한 상태, △는 보통상태, ×는 나쁜상태를 표시한 것이다.
가공성은 은합금 와이어 1km 당 단선 회수로 측정되었고, 값이 낮을수록 우수한 특성을 나타낸다.
쉘프 수명(shelf lift)시험은 은합금 와이어에 산화막이 100㎚ 두께 형성될 까지의 소요시간을 날짜로 표시하였고, 클수록 우수한 특성을 나타낸다.
표1 내지 표 2를 참조하면, 실험예 1 내지 24에서는, 제 1첨가 성분인 아연(Zn), 주석(Sn), 니켈(Ni)의 함유량이 은합금 와이어의 변색특성에 미치는 영향을 알 수 있다.
아연(Zn), 주석(Sn), 니켈(Ni)의 함유량이 0.01 내지 10wt%인 실험예 1 내지 24에서, 은합금 와이어의 변색특성 및 drawability, 신뢰성이 우수하였고, 아연, 주석, 니켈의 함량이 5wt% 이상에서 FAB shape 특성에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
실험예 25 내지 31에서는, 제 2 그룹 성분인 구리의 함량이 은합금와이어의 변색특성에 미치는 영향을 알 수 있다. 구리의 함량이 1% 미만인 경우, 은합금 와이어의 변색특성이 우수한 특성을 보이며, 가공성은 0.1%이상에서 우수한 특성을 보이기 시작한다.
반면, 은합금 와이어의 신뢰성과 FAB shape에는 나쁜영향을 미치는 것을 알 수 있다.
실험예 36 내지 45에서는, 제 2 그룹 성분인 금과 팔라듐의 함량이 은합금 와이어의 신뢰성과 변색특성에 우수한 영향을 미치는 것을 알 수 있으며, 가공성 측면에서는 팔라듐 함량이 더 좋은 특성을 나타냄을 알 수 있다.
실험예 51 내지 55에서는, 제 3 그룹 성분인 마그네슘, 바륨, 란탄, 세륨, 이트륨의 함량이 은합금 와이어의 접합강도 및 인발특성을 알 수 있다.
실험예 56 내지 60에서는, 아연, 구리가 함유된 합금의 특성을 알수 있다. 아연, 구리의 함량이 증가할수록 접합강도가 증가하며, 인발특성이 좋아지는 것을 알 수 있다.
실험예 61 내지 64에서는, 주석, 금이 함유된 합금의 특성을 알 수있다. 주석, 금의 함유량이 적을수록 인발특성은 우수하며, 함유량이 증가할수록 접합강도 및 shelf life time이 증가하는 것을 알 수 있었다.
실험예 65 내지 68에서는, 니켈, 팔라듐이 함유된 합금의 특성을 알 수 있다. 니켈, 팔라듐의 함유량이 증가할수록 강도 향상을 알 수 있으며, 팔라듐의 인발특성 및 강도 향상 효과를 알 수 있다.
실험예 69 내지 71에서는, 금, 팔라듐이 포함된 삼원합금 이상의 은합금 와이어 특성을 알 수있다. 금, 팔라듐의 함량이 증가하면, 접합강도와 인발특성이 우수해지며, 전기적인 특성은 감소하는 경향이 있다. 금, 팔라듐의 함유는 신뢰성에서 우수한 특성을 나타내며, shelf life time이 증가하는 우수한 특성을 보인다.
이상 본 발명의 실시예를 기초로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 발광다이오드 칩 20 : 리드프레임
30 : 캐비티 40 : 전극
50 : 본딩 와이어 60 : 형광체
100 : 발광다이오드 패키지

Claims (8)

  1. 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분, 0.01wt% 이상이며 0.05wt% 미만의 범위 내의 성분 함량을 갖는 니켈(Ni), 및
    나머지는 은(Ag)을 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    0.03wt% 내지 10wt%의 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어.
  3. 제 2 항에 있어서,
    3×10-6wt% 내지 5wt%의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어.
  4. 발광다이오드 칩, 상기 발광다이오드 칩에 전원을 인가하기 위한 리드프레임, 및 상기 발광다이오드 칩과 상기 리드프레임을 연결시키는 본딩 와이어를 포함하는 발광다이오드 패키지에 있어서,
    상기 본딩 와이어는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 의한 반도체 소자용 본딩 와이어인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 5×10-6wt% 내지 10wt%의 아연(Zn) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분, 0.01wt% 이상이며 0.05wt% 미만의 범위 내의 성분 함량을 갖는 니켈(Ni), 및 나머지는 은(Ag)을 포함하는 은합금을 주형에 장입한 후 용융시키는 단계;
    상기 용융된 은합금을 연속주조 하는 단계; 및
    상기 연속주조된 은합금을 인발하는 단계를 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 은합금은,
    0.03wt% 내지 10wt%의 구리(Cu), 백금(Pt), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 금(Au) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함하는 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 은합금은,
    3×10-6wt% 내지 5wt%의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce) 및 이트륨(Y)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인발된 은합금을 연화 열처리하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자용 본딩 와이어의 제조방법.
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