KR20070107818A - 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 갖는 반도체 패키지및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20070107818A
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wire
semiconductor chip
polymer
coated
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오주석
김의덕
박기석
신승환
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한화석유화학 주식회사
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Abstract

본 발명은 신뢰성 및 전기적 특성이 열화되지 않아 우수한 특성들을 유지하면서 고분자 막으로 코팅된 구리 또는 구리합금 와이어를 갖는 반도체 패키지에 관한 것으로, 반도체 칩 패드와, 단자 및 코팅된 와이어를 포함하며, 코팅된 와이어는 반도체 칩 패드 및 단자와 연결되며, 표면에 고분자 막이 코팅된 구리 또는 구리합금 와이어인 것을 특징으로 한다. 구리 와이어가 고분자 막으로 코팅되어 신뢰성 및 전기적 특성이 저하되지 않는 구리 또는 구리합금 와이어와 이의 제조방법 및 이를 이용한 반도체 패키지 제품에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 고분자 막으로 코팅된 구리 또는 구리합금 와이어는 고분자 물질로 코팅되어 있어 종래의 구리 와이어보다 장기 보관 후에도 접속 시 신뢰성이 증가하고 전기적 특성이 저하되지 않아 우수한 통전 특성 및 산화 방지 특성을 나타낸다.
구리 와이어, 고분자 막, 코팅

Description

고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 갖는 반도체 패키지 및 그 제조 방법{Semiconductor package having polymer coated copper wire and method for manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 따른 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 갖는 반도체 패키지를 나타내 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 패키지의 구리 와이어를 부분 절단하여 나타내 보인 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 골드 와이어와 구리 와이어가 반도체 칩의 금속 전극 패드에 본딩된 형상들을 나타내 보인 단면도들이다.
도 4는 도 1의 반도체 패키지를 제조하는 과정 중에서 와이어 본딩 공정을 수행하는 단계를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 리드 프레임 패드 120, 310 : 반도체 칩
130 : 에폭시 수지 122, 320, 340 : 알루미늄 전극 패드
124 : 보호막 140 : 리드 프레임의 이너리드
150 : 고분자 막이 코팅된 구리 와이어
152, 350 : 구리 와이어 154 : 고분자 코팅막
155 : 구리 볼 330 : 골드 와이어
410 : 와이어 스풀 420 : 와이어 저장 용기 덮개
431,432 : 롤러 440 : 지지대
450 : 커필러리 460 : 가스노즐
본 발명은 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서 특히 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어와 이를 이용한 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
통상 반도체 칩의 집적회로에 필요한 신호를 외부와 입출력하기 위해서는 반도체 칩 위에 다수의 신호 입출력용 패드(Pad)를 구비하고 본딩 와이어(Bonding Wire)를 사용하여 상기 패드와 리드 프레임(Lead Frame)을 각각 전기적으로 연결한다.
상기 반도체 칩은 유리와 같은 결정체로써 기계적인 외부 충격에 약하고 신호 입출력용 패드의 크기(Size)가 매우 작으므로 다른 외부 회로(Circuit)와 직접 배선되어 신호를 전송할 수 없는 문제가 있어 리드 프레임(Lead Frame)을 이용하여 신호 입출력용 단자로 사용한다.
상기 반도체 칩의 패드(Pad)와 리드 프레임의 신호 전달을 위한 배선 재료는 주로 전기 저항이 매우 작은 금(Au)으로 이루어진 본딩 와이어(Bonding Wire)를 사용하고 상기와 같은 반도체 칩과 리드 프레임 그리고 본딩 와이어를 외부의 기계적 충격 및 이물질 등으로부터 보호하고 차단하기 위하여 수지 또는 세라믹 등과 같은 재질로써 밀봉시켜 패키지(Package)화 한다.
상기의 반도체 패키지도 계속되는 경박단소화의 추세에 의하여 점차 소형화 및 얇게(Thin) 되고 따라서 반도체 칩은 더욱 작아지며 칩과 리드 프레임 사이의 거리 간격도 더욱 조밀하게 되고 상기의 조밀한 간격에 의한 패드와 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 다수의 본딩 와이어는 서로 쇼트(Short) 또는 개방(Open)되지 않는 상태에서 최단 거리의 루프(Loop)를 유지하여야 하며 주변온도의 변화에도 형성된 루프의 형태를 유지하여야 한다.
일반적인 반도체 패키지에서 리드 프레임의 다이 패드에 부착되는 반도체 칩의 칩 패드와 외부 단자 예컨대 리드 프레임의 내부 리드는 와이어를 통하여 전기적으로 상호 연결된다. 상기 와이어로는 골드(Au) 와이어를 주로 사용한다. 그러나 골드 와이어는 잘 알려진 바와 같이 고가이며 특히 고온에서의 신뢰성이 현저히 떨어지는 특성을 나타낸다. 또한 골드 와이어는 연질이므로 외부의 힘에 의해 쉽게 형태가 변형될 수 있다는 단점을 갖는다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 개선시킨 종래 기술에 의한 본딩 와이어는 고순도의 금(Au)에 베릴륨(Be: Beryllium)과 칼슘(Ca: Calcium)등의 금속류를 중량비의 ppm 단위로 첨가 또는 도판트(Dopant) 하여 합금 제조되었으나 금의 성질을 완벽하게 변환시켜 개선된 성능을 보이지는 못하였다.
따라서, 고속, 저 전력 소모 및 저 비용의 반도체 패키지를 요구하는 최근의 추세에 따라 골드 와이어보다 더 좋은 특성을 갖는 구리(Cu) 와이어에 대한 연구가 활발하게 진행하고 있다. 구리 와이어는 골드 와이어보다 낮은 전기적 저항을 가지므로 반도체 패키지의 동작 속도와 같은 전기적인 특성을 향상시킬 수 있고 가격도 또한 더 저렴하다. 그리고, 구리 와이어는 골드 와이어보다 더 높은 열 전도율(thermal conductivity)을 가지므로 열 방출이 보다 용이하게 할 수 있다는 이점들을 제공한다.
그러나, 상술한 많은 장점들을 갖고 있는 반면에 구리 와이어는 와이어 본딩 공정 중과 같이 외부 환경에 노출되는 경우 표면이 산화되어 신뢰성 및 전기적인 특성이 열악해진다는 문제가 있다. 즉 구리 와이어의 표면이 산화되는 경우 저항값이 증가하여 전기적인 특성이 열악해지고 접합 강도가 약화되어 신뢰성이 열악해진다. 특히 와이어 본딩 공정 중에 커필러리 단부에서의 볼 형성 부분이 산화되면 커필러리 단부에서의 방전이 발생하지 않을 수 있으며 이에 따라 볼이 원형으로 형성되지 않을 수 있다. 또한 원형 볼이 형성되더라도 와이어 본딩 공정 후에 부착력이 크게 감소된다.
이러한 단점을 보완하고자 구리 와이어의 표면을 고분자 막으로 코팅하는 방법이 일본 특개 제2000-195892호에 개시되어 있다. 그러나 이는 고분자 올리고머를 표면에 코팅한 후 자외선이나 기타 조사법에 의하여 경화시키는 방법을 사용하고 있어, 공정상 유기 용매를 사용하여야 하며 경화시키는 방법도 특별한 장치가 필요 하여 제조방법이 경제적이지 못할 뿐만 아니라 안전에도 문제가 있고 또한 고분자막을 얇고 균일하게 코팅하기 어려운 단점을 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 특성들을 유지하면서 산화를 억제하여 신뢰성 및 전기적 특성이 열악해지지 않도록 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 갖는 반도체 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 반도체 패키지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 표면에 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 제공하며, 표면에 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지를 제공한다. 상기 고분자 코팅막은 고분자 에멀젼으로부터 제공되는 것이 바람직하며 이 경우 상기 고분자 에멀젼은 폴리스티렌 계 및 폴리아크릴 계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼인 것이 바람직하다. 상기 고분자 코팅막은 10~500nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 구리 와이어 대신에 구리합금 와이어를 사용할 수도 있으며 구리 합금와이어는 은 및 골드를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 구리와 혼합된 구리 합금 와이어인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 패키지는 반도체 칩 패드, 단자 및 상기 반도체 칩 패드 및 단자와 연결되며 표면에 고분자 막이 코팅된 구리 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 코팅막은 고분자 재질을 포함하는 것이 바람직하며 이 경우 상기 고분자 재질은 폴리스티렌계 및 폴리아크릴계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼인 것이 바람직하다. 상기 고분자 코팅막은 10~500nm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 반도체 패키지는 상기 반도체 칩 패드를 갖는 반도체 칩, 상기 반도체 칩이 부착되는 리드 프레임 패드 및 상기 반도체 칩, 리드 프레임 패드의 일부 및 상기 리드의 일부를 완전히 감싸는 몰딩재를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 패키지의 제조 방법은, 반도체 칩 패드 및 단자를 제공하는 단계; 및 표면에 고분자 막이 코팅된 구리 또는 구리합금 와이어를 포함하는 코팅된 와이어의 한쪽 끝부분은 상기 반도체 칩 패드에 본딩시키고 다른 끝부분은 상기 단자에 본딩하여 상기 코팅된 와이어가 상기 반도체 칩 패드와 상기 단자를 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 코팅막은 10~500nm의 두께를 가지며 그 재질은 폴리스티렌계 및 폴리아크릴계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구리 합금 와이어는 은 및 골드를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 구리와 혼합된 구리 합금 와이어인 것이 바람직하다.
본 발명의 표면에 고분자 막이 코팅된 구리 또는 구리합금 와이어에 있어서, 고분자 코팅 물질로서는 폴리스티렌 계 및 폴리아크릴 계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼을 사용하게 된다. 이 고분자 에멀젼은 분자량이 10만~100만 정도이며 고분자 에멀젼 입자의 직경이 10~200nm 정도인 물질로서, 용매는 물을 사용하게 된다. 용매로써 물을 사용함으로써 유기용매를 사용하는 기존의 코팅 공정에 비해 비용과 안전성 면에서 월등히 개선되었으며, 기존의 자외선이나 기타 조사법에 의한 경화 공정을 거치지 않고도 일반적인 건조 공정에서 코팅이 완료됨으로써 간단히 고분자 막을 형성하는 것이 가능하다. 또한 수계 에멀젼 중합시에 에멀젼 입자의 직경을 원하는 크기로 제어하는 것이 가능하기 때문에 코팅 두께를 미세하게 제어하는 것이 가능한 장점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 고분자 에멀젼의 제조방법은 하기의 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
a) 스티렌계, (메타)아크릴산 또는 (메타)아크릴레이트계 단량체로부터 선택되는 어느 하나 이상을 중합하는 단계;
b) a)단계에서 제조된 중합체를 수분산시켜 수분산된 중합체 용액을 제조하는 단계; 및
c) 상기 수분산된 중합체 용액에 스티렌계, (메타)아크릴산 또는 (메타)아크 릴레이트계 단량체로부터 선택되는 어느 하나 이상을 적가하여 유화 중합하는 단계.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 갖는 반도체 패키지를 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 반도체 패키지의 구리 와이어를 부분 절단하여 나타내 보인 사시도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 반도체 칩(120)이 에폭시 수지(epoxy resin)(130)와 같은 접착 수단에 의해 리드 프레임 패드(110) 위에 부착된다. 반도체 칩(120) 표면 위에는 알루미늄(Al) 전극 패드(122)가 제공된다. 알루미늄 전극 패드(122)가 없는 반도체 칩(120) 표면 위에는 보호막(124)이 형성된다. 알루미늄 전극 패드(122)와 리드 프레임의 이너 리드(inner lead)(140)는 고분자 막으로 코팅된 구리(Cu) 와이어(150)에 의해 전기적으로 연결된다. 도면에 도시되지는 않았지만 상기 리드 프레임 패드(110)의 상부, 반도체 칩(120), 리드 프레임의 이너 리드(140) 및 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어(150)는 에폭시 몰딩 화합물(EMC; Epoxy Molding Compound)에 의해 덮인다.
도 2를 참조하면 상기 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어(150)는 내부에 구리 와이어(152)가 존재하고 구리 와이어(152) 둘레를 고분자 코팅막(154)이 감싸는 구조로 이루어진다. 여기서 구리 와이어(152) 대신 구리와 다른 물질이 함께 융해 되어 있는 구리 합금 와이어를 사용할 수도 있다. 예컨대 구리와 은이 혼합된 구리 합금(Copper alloy) 와이어를 사용할 수 있고, 또는 구리와 골드(gold)가 혼합된 구리 합금 와이어를 사용할 수 있으며 경우에 따라서는 구리, 은 및 골드가 모두 혼합된 구리 합금 와이어를 사용할 수도 있다. 따라서 이하에서의 모든 구리 와이어에 대한 설명은 구리 합금 와이어에 대해서도 동일하게 적용한다. 고분자 코팅막(154)은 폴리스티렌계 및 폴리아크릴계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼으로 이루어진다. 고분자 코팅막(154)의 두께(d1)는 10~500nm인 것이 바람직하다. 이는 상기 두께가 10nm보다 작을 경우 외부 환경에 의해 표면이 산화될 수 있어서 바람직하지 못하고, 상기 두께가 500nm보다 두꺼울 경우 산화방지 성능은 더 이상 증가하지 않아 경제적이지 못할 뿐만 아니라 본딩 형성시 고분자 막의 두께가 지나치게 두꺼울 경우 커필러리 단부에서 방전에 의한 볼 형성이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 10 내지 500nm로 고분자 코팅막을 형성하는 것이 바람직하며 80 내지 300nm로 코팅막을 형성하는 것이 보다 바람직하다
본딩 상태에서 외력에 의해 형태가 변경될 수 있는 견고함(stiffness)의 척도가 되는 영스 모듈러스(Young's modulus)도 8.8×1010N/㎡인 골드 와이어에 비하여 구리 와이어는 13.6×1010N/㎡로 더 크다. 또한 가격 면에서도 구리 와이어(152)는 골드 와이어의 40-50%이고, 고분자 막이 코팅된 구리 와이어(150)도 골드 와이어의 대략 50-60%이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 골드 와이어와 구리 와이어가 반도체 칩의 금속 전극 패드에 본딩된 형상들을 나타내 보인 단면도들이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 실리콘으로 이루어진 반도체 칩(310) 위의 알루미늄 전극 패드(320)에 골드 와이어(330)를 본딩시키면 알루미늄(Al)과 골드(Au) 사이의 금속간 성장(intermetallic growth) 현상이 발생하여 알루미늄 전극 패드(320)의 알루미늄이 골드 와이어(330) 내부로 성장되게 된다. 따라서 알루미늄 전극 패드(320)의 일부(도면에서 "A"로 나타낸 부분)가 골드 와이어(330) 내부로 함몰되어 알루미늄 전극 패드(320)와 골드 와이어(330) 사이의 접촉 면적이 증가하게 된다. 이와 같이 접촉 면적이 증가하게 되면 알루미늄 전극 패드(320)와 골드 와이어(330) 사이의 접촉 저항이 증가하게 되어 패키지의 전기적인 특성이 열화된다. 특히 알루미늄 전극 패드(320)가 함몰되는 두께(d2)는 온도가 높을수록 증가하며 그 증가율 또한 온도가 일정 온도 이상일 경우에는 급격하게 증가한다.
다음에 도 3b를 참조하면, 실리콘으로 이루어진 반도체 칩(310) 위의 알루미늄 전극 패드(340)에 구리 와이어(350)를 본딩시키면 구리(Cu)와 알루미늄 사이의 금속간 성장 현상이 골드와 알루미늄 사이보다 덜 발생하므로, 알루미늄 전극 패드(340)의 상부가 구리 와이어(350) 내부로 함몰되는 현상이 거의 발생하지 않는다. 따라서 알루미늄 전극 패드(340)와 구리 와이어(350) 사이의 접촉 면적이 비정상적으로 증가하는 현상이 거의 억제된다.
골드 와이어를 사용하는 경우보다 구리 와이어를 사용하는 경우 저항값이 작게 나타나는 현상은 크게 두 가지 원인에 의한 것이다. 첫 번째로 골드 와이어를 사용하는 경우보다 구리 와이어를 사용하는 경우, 구리와 알루미늄 또는 구리와 구리 및 실리콘을 함유한 알루미늄 사이의 금속간 성장 현상이 적게 발생한다는 점과, 그리고 두 번째로 구리의 비저항은 20℃의 온도에서의 측정값이 대략 1.67μΩ㎝인 반면에 골드의 비저항은 20℃의 온도에서의 측정값이 대략 2.4μΩ㎝인 점이다.
도 4는 도 1의 반도체 패키지를 제조하는 과정 중에서 와이어 본딩 공정을 수행하는 단계를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 고분자 막(도 2의 154)이 코팅된 구리 와이어(150)는 와이어 저장 용기 내의 덮개(420)에 의해 한정되는 내부 공간에서 와이어 스풀(wire spool)(410)에 감겨져 있다. 와이어 스풀(410)은 회전 가능하다. 기존의 와이어 저장 용기 구성에서는 덮개(420)에 덮개(420)를 관통하여 덮개(420) 내부의 구리 와이어(150)가 존재하는 공간에 산화 억제를 위한 질소(N2) 가스가 공급되도록 질소 가스 주입구가 배치되어야 한다. 그러나 본 발명에서는 이미 구리 와이어 둘레가 고분자 코팅막으로 둘러싸여 있으므로 그와 같은 질소 가스 주입구가 불필요하다. 또한 덮개(420)의 일부는 개방되어 고분자 막이 코팅된 구리 와이어(150)가 외부로 공급될 수 있도록 한다. 와이어 저장 용기로부터 공급되는 고분자 막이 코팅된 구리 와이어(150)는 제1 롤러(431) 및 제2 롤러(432)를 거치고 지지대(440)를 통해 커필러리(capillary)(450)로 공급된다. 커필러리(450)로 공급된 고분자 막이 코팅된 구리 와이어(150)는 커필러리(450) 밖에서 강한 방전에 의해 볼(ball)(155) 이 형성된다. 볼(155)이 형성된 고분자 막이 코팅된 구리 와이어(150)는 통상의 방법에 따라 반도체 칩(120) 위의 알루미늄 전극 패드(122) 표면 위에 본딩된다. 한편 커필러리(450) 단부에서 방전되면서 구리와 고분자 코팅막 재질이 녹으면서 일부가 산화될 수 있는데 이 산화 과정을 억제하기 위하여 별도의 가스 노즐(460)이 필요하다.
이하, 본 발명을 제조예 및 실시예를 들어 보다 상세히 설명하나, 하기 제조예 및 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
스티렌(10.0g), 아크릴산(10.0g), 알파-메틸 스티렌(10.0g)의 혼합물에 t-부틸퍼옥시벤조에이트(1.2g), 디프로필렌글리콜 메틸 에테르(3.0g), 2-히드록시에틸아크릴레이트(HEA)(10.0g), 2-히드록시에틸메타아크릴레이트(10.0g)의 혼합물을 교반기가 부착된 100-㎖ 고압반응기에 넣은 후 반응물의 온도가 200℃에 이르기까지 가열하였다. 이 온도에서 반응물을 20분간 교반한 다음 상온으로 식혀 반응 결과물을 얻은 다음 진공오븐에서 건조하여 반응 결과물을 제조하였다.
상기 반응 결과물 15g을 80g의 물-암모니아수 혼합물에 녹였다. 이때 필요한 경우 약 90℃까지 가열하고 암모니아수의 양을 조절하여 pH를 9.0 정도로 하였다. 이 용액에 칼륨 퍼설페이트(1.5g)을 넣은 후 용액의 온도를 80℃로 맞춘 후 내용물을 교반하면서 스티렌(20g)과 2-에틸헥실아크릴레이트(20g)의 혼합용액을 2시간에 걸쳐 서서히 첨가하였다. 단량체 혼합물의 적가가 완료된 후 같은 온도에서 1시간을 더 교반하여 반응을 완결하여 직경 약 70 나노미터의 입자가 분산된 고분자 코팅용 고분자 수지 에멀젼을 얻었다.
[제조예 2]
메타크릴산(5.0g), 아크릴산(5.0g), 에틸 아크릴레이트(20.0g), 아크릴로 니트릴(3.0g)의 혼합물에 암모늄 퍼설페이트(1.0g)를 첨가하고, 교반기가 부착된 100-㎖ 고압반응기에 넣은 후 나트륨 도데실벤젠설포네이트를 0.3g첨가하여 반응물의 온도가 80℃에 이르기까지 가열하였다. 이 온도에서 반응물을 2시간 교반한 다음 상온으로 식혀 반응결과물을 얻었다.
상기 반응결과물을 암모니아수의 양을 조절하여 pH를 9.0 정도로 하였다. 이 용액에 암모늄 퍼설페이트(1.0g)을 넣은 후 용액의 온도를 80℃로 맞춘 후 내용물을 교반하면서 스티렌(50g)과 메타크릴산(20g)의 혼합용액에 노닐페닐에테르를 6g 첨가하여 1시간에 걸쳐 서서히 첨가하였다. 단량체 혼합물의 적가가 완료된 후 같은 온도에서 1시간을 더 교반하여 반응을 완결하여 직경 약 50 나노미터의 입자가 분산된 고분자 코팅용 고분자 수지 에멀젼을 얻었다.
[실시예 1]
직경 50㎛의 구리 와이어에, 상기 제조예 1에서 얻은 고분자 막 코팅용 수지 에멀젼 수용액을 피복시킴으로써, 고분자 수지로 이루어지는 고분자 막으로 코팅된 구리 와이어를 얻었다. 피복공정은 다음과 같다.
인발 가공하여 직경이 50㎛로 제조된 구리 와이어에 고분자 막 코팅용 수지 에멀젼을 물로 희석하여 20%의 고형분을 가진 고분자 막 코팅용 수지 에멀젼을 얻었다. 이 고분자 막 코팅용 수지 에멀젼을 60℃로 유지되게 만든 탱크에 직경이 50㎛로 제조된 구리 와이어를 1초에 약 100m 정도의 속도로 통과시켰다. 다음 고분자 막이 코팅된 구리 와이어를 상온에서 1초에 약 100m의 속도로 물로 1회, 물-에탄올 혼합액으로 1회 세척하여 구리 와이어 표면에 부착되지 않은 수지 입자를 씻어내었다.
이와 같이 고분자 막이 코팅된 구리 와이어를 감긴 채로 40℃의 온도에서 건조하였다. 얻어진 고분자 막이 코팅된 구리 와이어의 코팅 두께를 측정한 결과 149nm를 나타내었고, 같은 조건으로 반복 실험한 결과 119nm를 나타내었다.
[실시예 2]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 수지량을 1kg 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 진행하였으며, 코팅막의 평균 두께는 88nm를 나타내었고, 같은 조건으로 반복 실험한 결과 84nm를 나타내었다.
[실시예 3 ]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 수지량 및 고분자막 코팅 수지의 종류를 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 진행하였으며, 코팅막의 평균 두께는 228nm를 나타내었다.
[표 1]
Figure 112006031555144-PAT00001
[시험예]
이상의 실시예에서 얻어진 고분자 막으로 코팅 처리된 구리 와이어 5종과 비교예로써 고분자 막 코팅처리를 하지 않은 직경 50㎛의 구리 와이어 9종에 대하여 절연저항, 통전 저항 및 변색 시험을 진행하였다.
1) 절연 저항 시험
마이크로-컴프레션 테스트(Micro-compression test) 장치를 사용하여 1mN의 약한 압력으로 실시예 1내지 3 및 비교예 1 내지 9의 구리 와이어를 누른 후 각각의 절연 저항값을 측정하여 얻어진 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
랭크 : 판정기준
○ : 100회 접촉하여 측정된 저항치가 108Ω 이상인 경우
△ : 100회 접촉하여 측정된 저항치가 104Ω을 초과하여 108Ω 미만인 경우
× : 100회 접촉하여 측정된 저항치가 104Ω 미만인 경우
[표 2] 구리 와이어의 절연저항 평가
Figure 112006031555144-PAT00002
2) 통전 저항 시험
실시예 1내지 3 및 비교예 1 내지 9의 구리 와이어를 85℃, 85% 상대습도를 가지는 챔버에 1개월간 방치한 뒤, 다시 건조하여 측정 샘플을 취하고 마이크로-컴프레션 테스트(Micro-compression test) 를 사용하여 수지로 된 고분자 막 코팅이 충분히 벗겨질 수 있도록 15mN의 강한 압력으로 누른 후 각각의 저항값을 측정하여 얻어진 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
랭크 : 판정기준
○ : 100회 접촉하여 측정된 저항치가 5Ω 이하인 경우
△ : 100회 접촉하여 측정된 저항치가 5Ω을 초과하여 10Ω 미만인 경우
× : 100회 접촉하여 측정된 저항치가 10Ω을 초과하는 경우
[표 3] 구리 와이어의 통전저항 평가
Figure 112006031555144-PAT00003
3) 변색 시험
실시예 1내지 3 및 비교예 1 내지 9의 구리 와이어를 85℃, 85% 상대습도를 가지는 챔버에 1개월간 방치한 뒤, 다시 건조하여 측정 샘플을 취하고 산화로 인한 변색을 관찰하여 얻어진 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
랭크 : 판정기준
○ : 변색이 관찰되지 않은 경우
△ : 약간의 변색이 관찰된 경우
× : 현저한 변색이 관찰된 경우
[표 4] 구리 와이어의 변색 측정
Figure 112006031555144-PAT00004
표 1~4의 결과, 특히, 실시예 1~3의 결과로부터 고분자 막이 코팅된 구리 와이어가 그렇지 않은 구리 와이어보다 코팅층에 의해 절연 능력이 있으면서 장기 보관 시에도 산화방지 능력이 우수하여 통전저항의 증가가 관찰되지 않고 변색 또한 관찰되지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1~3과 비교예 1~9의 결과로부터 고분자 막 코팅층의 두께가 10nm 이상, 좀 더 바람직하게는 80nm 이상이 되면 절연특성이 양호하다는 것을 확인하였다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 다른 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 따르면 다음과 같은 이점들이 제공된다.
첫째로, 골드 와이어를 사용하는 경우보다 낮은 전기적 저항과 구조적 견고함, 낮은 비용, 높은 주위 온도에서의 증가된 수명, 높은 열 전도성 및 낮은 열 발 생과 같은 효과를 제공한다.
둘째로, 구리 와이어가 제공하는 장점들을 유지하면서 구리 와이어만을 사용하는 경우보다 산화 억제로 인한 전기적 특성 향상 및 접착 강도 증가에 의한 신뢰도 향상과 같은 효과를 제공한다.
셋째로, 고분자 에멀젼을 사용하여 구리 와이어에 고분자 막을 코팅하는 방법은 경제적이고 안전성이 높은 제조방법일 뿐만 아니라, 고분자 에멀젼 제조시 에멀젼 입자의 제어를 통해 고분자 코팅막의 두께를 미세하게 제어할 수 있는 장점을 가지고 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (9)

  1. 반도체 칩 패드 및 단자와 연결되며, 표면에 폴리스티렌계 및 폴리아크릴계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼으로 코팅된 구리 와이어 또는 구리합금 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 에멀젼으로 코팅된 층의 두께는 10~500nm인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 칩 패드를 갖는 반도체 칩, 상기 반도체 칩이 부착되는 리드 프레임 패드 및 상기 반도체 칩, 리드 프레임 패드의 일부 및 상기 리드의 일부를 완전히 감싸는 몰딩재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구리 합금 와이어는 은 및 골드를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어 도 하나의 물질이 구리와 혼합된 구리 합금 와이어인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  5. 제1항 내지 제4항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 에멀젼은 a) 스티렌계, (메타)아크릴산 또는 (메타)아크릴레이트계 단량체로부터 선택되는 어느 하나 이상을 중합하는 단계;
    b) a)단계에서 제조된 중합체를 수분산시켜 수분산된 중합체 용액을 제조하는 단계;
    c) 상기 수분산된 중합체 용액에 스티렌계, (메타)아크릴산 또는 (메타)아크릴레이트계 단량체로부터 선택되는 어느 하나 이상을 적가하여 유화 중합하는 단계;
    를 포함하는 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  6. 반도체 칩 패드 및 단자를 제공하는 단계 및 표면에 폴리스티렌계 및 폴리아크릴계로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 고분자 에멀젼으로 코팅된 구리 또는 구리 합금 와이어를 포함하는 코팅된 와이어의 일 단부는 상기 반도체 칩 패드에 본딩시키고 다른 단부는 상기 단자에 본딩하여 상기 코팅된 와이어가 상기 반도체 칩 패드와 상기 단자를 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키 지의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고분자 에멀젼으로 코팅된 층의 두께는 10~500nm인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구리 합금 와이어는 은 및 골드를 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 구리와 혼합된 구리 합금 와이어인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 에멀젼은 a) 스티렌계, (메타)아크릴산 또는 (메타)아크릴레이트계 단량체로부터 선택되는 어느 하나 이상을 중합하는 단계;
    b) a)단계에서 제조된 중합체를 수분산시켜 수분산된 중합체 용액을 제조하는 단계;
    c) 상기 수분산된 중합체 용액에 스티렌계, (메타)아크릴산 또는 (메타)아크 릴레이트계 단량체로부터 선택되는 어느 하나 이상을 적가하여 유화 중합하는 단계;
    를 포함하는 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조방법.
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