KR20000002129A - 반도체 소자용 본딩 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자용 본딩 와이어에 관한 것으로서, 이 반도체 소자용 본딩 와이어는 소정직경을 갖도록 순도 99.99% 이상의 고순도 구리(Cu)로 형성되는 내측와이어와; 5 내지 95중량%가 되도록 순도 99.99 이상의 금(Au)으로 형성되어 상기 내측와이어의 외주면을 소정두께로 감싸는 피복부로 구성되어 있다.

Description

반도체 소자용 본딩 와이어
본 발명은 반도체 소자용 본딩 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 소자의 전극과 외부리드를 전기가 통하도록 연결하기 위해 사용하는 반도체 소자용 본딩 와이어에 관한 것이다.
일반적으로, 종래에는 반도체 소자의 전극과 외부리드단자인 리드 프레임 또는 금(Au) 등으로 코팅(Coating)된 접속부와의 사이를 전기적으로 접속하기 위해서 순도 99.99% 이상의 Au에 미량의 Be, Ca, Ge, Cu 등을 첨가하여 만들어진 금 본딩 와이어(Au Bonding Wire)를 수소 토치(Touch) 또는 전기적 스파크(spark)로 Au 볼(Ball)을 만든 후 열압착 하였다.
한편 최근에는 IC가 점차 소형화되면서 실리콘 칩(Silicon chip)의 패드 크기(Pad size)의 소형화 및 패드 피치(Pad pitch)의 미세화가 되지 않으면 안되기 때문에 IC제조회사 들은 원가 경쟁력을 확보하기 위해 칩 크기를 더욱더 작게 하여 극세선의 본딩 와이어(Bonding Wire)의 사용을 추구하고 있다.
이러한 구성을 지닌 종래의 본딩 와이어는 본딩 특성은 우수하나 본딩시의 고온에서의 기계적 특성, 특히 파단강도가 불충분하고, 고속본딩 작업중 와이어의 단선, 쳐짐 및 쏠림 등의 문제로 인하여 와이어끼리의 쇼트(shot)가 발생될 뿐만 아니라 고가인 금의 사용량이 많아 제조단가가 매우 높다는 문제점이 있으며, 금 자체의 인장강도가 약하여 초 극세선으로 가공하기가 매우 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 본 발명은 고온에서의 기계적 특성이 우수하고, 고속본딩시 쇼트의 발생을 확실히 방지함은 물론 초 극세선의 가공이 용이하면서도 금의 소비를 최소화함으로써 제조단가를 현저히 낮출 수 있는 반도체 소자용 본딩 와이어를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 본딩 와이어의 구조를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 본딩 와이어의 끝단에 볼을 형성시켰을 때의 볼구조를 도시하는 단면도.
♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣
10: 반도체 소자용 본딩 와이어 11: 내측 와이어
12: 외측 피복부
상술한 본 발명의 목적은 반도체 소자용 본딩 와이어에 있어서, 소정직경을 갖도록 순도 99.99% 이상의 고순도 구리(Cu)로 형성되는 내측와이어와; 5 내지 95중량%가 되도록 순도 99.99 이상의 금(Au)으로 형성되어 상기 내측와이어의 외주면을 소정두께로 감싸는 외측 피복부로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 본딩 와이어에 의해 달성된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자용 본딩 와이어에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 본딩 와이어의 구조를 도시하는 단면도이며, 도 2는 도 1의 본딩 와이어의 끝단에 볼을 형성시켰을 때의 볼구조를 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 소자용 본딩 와이어(10)는 내측 와이어(11)와 외측 피복부(12)로 구성된다.
상기 내측 와이어(11)는 소정직경을 갖는 환봉형상으로써 순도 99.99%인 고순도 구리(Cu)로 형성되며, 상기 외측 피복부(12)는 상기 내측 와이어(11)의 외주면을 감싸는 소정두께의 환형상의 단면을 갖는 관상으로써 순도 99.99% 이상의 고순도 금(Au)으로 형성된다.
상기 외측 와이어(12)는 전체제품에 대비하여 5% 내지 95%비율의 금으로 제작된다.
상기와 같이 형성되는 본 발명에 따른 본딩 와이어(10)는 고순도 Cu에 고순도 Au를 감싸는 구조를 갖고 있기 때문에 순수한 Cu로만 본딩 와이어를 제조하여 본딩하였을 때 Cu가 Au 보다 경도 및 강도가 높아 실리콘 칩의 패드에 과도한 충격을 주어 칩 패드에 균열(crack)이 발생될 뿐만 아니라 Cu의 특성상 반도체 PKG 몰딩 후 Cu가 쉽게 산화되어 신뢰성이 떨어지는 결점을 보완할 수 있는 것이다.
즉, Cu는 Au보다 인장강도가 높기 때문에 종래의 Au 와이어보다 높은 인장강도를 얻을 수 있어 초극세선으로 가공하기가 매우 용이할 뿐만 아니라 본딩시 본딩 와이어(10)의 끝단에 볼을 형성하였을 때 Au가 Cu의 외표면을 도 2와 같이 감싸게 됨으로 종래의 Au와 같은 경도를 갖게되어 과도한 충격이 발생되지 않아 칩 패드가 깨지지 않고 본딩이 실시될 수 있을 뿐만 아니라 Cu가 Au에 의해 감싸여진 상태임으로 Cu가 산화되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
즉, Au는 Cu보다 비중이 2배 이상 크기 때문에 전체제품의 5중량% 정도의 Au만으로도 볼 형성시 Cu를 충분히 감쌀 수 있으며, Au를 전체제품의 95중량%로 Cu를 감싸주게되면 더욱 우수한 특성을 갖게 된다.
그러나, 만약 Au가 5중량% 미만을 경우에는 볼 형성시 Cu가 볼 부분의 Au 표면으로 석출되어 볼의 경도를 높게 하기 때문에 실리콘 패드에 과도한 충격을 주어 균열을 발생시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 본딩 와이어(10)는 Cu를 감싸는 Au가 전체제품의 5중량% 내지 95중량%가 되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예로써 상기와 제작된 본딩 와이어(10)에 Be, Ca, Ce, La, Ge, Ba 및 Pd중 적어도 1종을 99.99% 이상의 순동 또는 99.99%의 순금에 0.0003 내지 0.06%를 함유시키는 것이다.
상기와 같이 Be, Ca, Ce, La, Ge, Ba 및 Pd중 적어도 1종을 함유시키는 것은 TR, IC, LST 등의 반도체조립공정시 와이어 본딩이 필수적으로 행해져야 하는데 이러한 반도체 본딩 후에 와이어의 인장강도가 조립공정의 특성상 점차 약화되어 반도체의 신뢰성이 저하시키기 때문에 고순도 Cu에 고순도 Au를 감싼 본딩 와이어를 실리콘 칩의 패드에 접합한 후에 내열성을 높이고, 인장강도를 보다 더 향상시키기 위한 것이다.
즉, 상기 원소와 Cu 및 Au와의 원자간 상호작용에 의해 인장강도가 향상된다.
특히, Be, Ca, Ce, La, Ge, Ba 및 Pd중 적어도 1종의 총함량을 0.0003% 내지 0.06%로 하는 것은 함량이 0.0003% 미만일 경우 인장강도의 향상에 별영향을 주지 못하고, 0.06% 이상을 경우에는 Cu에 Au를 감싼 와이어(10)가 강도가 높아져서 인발 자체가 불가능 해지거나 실리콘 칩 패드를 깨져버리게 하여 특성이 불충분해진다. 따라서, 상기 원소의 함량은 0.0003 내지 0.06%로 하는 것이 바람직하다.
하기 표1은 본 발명에 따른 제조된 반도체 소자용 본딩 와이어의 예와 종래예를 비교한 실험치로서, 본 발명에 따른 예1 내지 예9의 25μØ의 본딩 와이어 들과 종래에 따른 예1 내지 예3의 본딩 와이어의 기계적성질(인장강도, 연신율), 반도체 조립의 본딩 후에 본딩 루프의 인장강도 및 실리콘 칩 패드의 균열 유무를 비교한 것이다.
재료구성 및 함량(%) 루프파단강도(gr) 패드균열
Cu Au Be Ca Ce La Ge Ba Pd 인장강도(gr) 연신율(%)
본 발명 1 잔량 4 18 7 13 유
2 잔량 5 .0005 18 7 13 무
3 잔량 10 .0005 18 7 12 무
4 잔량 20 .0005 .002 16 7 10 무
5 잔량 40 .0005 .0003 .0005 4 15 7 10 무
6 잔량 60 .0005 .002 1 15 7 10 무
7 잔량 80 .0005 .001 .0015 4 14 7 9 무
8 잔량 95 .0005 .003 1 13 7 9 무
9 잔량 96 1 13 7 8 무
종래 1 - 잔량 .0005 8 7 5 무
2 - 잔량 .0005 .003 11 7 6 무
3 - 잔량 .0003 .002 10 7 6 무
이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 고온에서의 기계적 특성(인장강도 및 연신율)이 우수하고, 고속본딩시 쇼트의 발생을 확실히 방지함은 물론 초 극세선의 가공이 용이하면서도 금의 소비를 최소화함으로써 제조단가를 현저히 낮출 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (2)

  1. 반도체 소자용 본딩 와이어에 있어서, 소정직경을 갖도록 순도 99.99% 이상의 고순도 구리(Cu)로 형성되는 내측와이어(11)와; 5 내지 95중량%가 되도록 순도 99.99 이상의 금(Au)으로 형성되어 상기 내측 와이어의 외주면을 소정두께로 감싸는 외측 피복부(12)로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 본딩 와이어.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 본딩 와이어(10)는 Be, Ca, Ce, La, Ge, Ba 및 Pd중 적어도 1종을 99.99% 이상의 순동 또는 99.99%의 순금에 0.0003 내지 0.06%가 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자용 본딩 와이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100514312B1 (ko) * 2003-02-14 2005-09-13 헤라우스오리엔탈하이텍 주식회사 반도체 소자용 본딩 와이어

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