KR20090107292A - 반도체칩 본딩용 와이어 - Google Patents

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Abstract

제조 단가를 낮추면서 본딩용 와이어에 대해 요구되는 특성을 유지할 수 있는 반도체칩 본딩용 와이어가 개시된다. 본 발명은 반도체 칩의 본딩용 와이어는, 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금으로 제조되는 와이어 코어, 및 와이어 코어의 외표면에 형성되는 고순도 금(Au) 재질의 피복층을 포함하여 구성되며, 이에 의해, 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금에 고순도 금(Au)을 감싸는 구조를 갖는 본딩용 와이어(100)를 형성함으로써, 기존에 금(Au)만으로 본딩용 와이어를 구성하는 것에 비해 제조 단가를 현저하게 낮출 수 있으면서 기존 금(Au)만으로 구성된 본딩용 와이어와 같은 내식성, 연성, 탄성, 및 전도성이 우수한 특성을 유지할 수 있다.
반도체, 칩, 본딩, 와이어, 코어, 금(Au), 은(Ag), 도금

Description

반도체칩 본딩용 와이어{Wire for bonding of Semiconductor Chip}
본 발명은 반도체칩 소자의 본딩(Bonding)용 와이어(Wire)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체 칩 소자의 패키징시 반도체 칩의 칩 패드와 리드 프레임 또는 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정에서 이용되는 와이어에 관한 것이다.
본딩용 와이어는 반도체 리드 프레임 또는 인쇄회로기판과 반도체칩을 연결해 전기적 신호를 전달하는 부품으로 반도체칩 패키징의 핵심 재료이다. 이러한 본딩용 와이어는 보통 25[㎛] 내외의 직경을 가진 금(Au) 재질의 와이어 형태로 제작된다. 와이어 본딩 공정은 이러한 본딩용 와이어를 와이어 본딩 장치에 끼우고 와이어를 뽑아가면서 반도체칩 패드와 리드 프레임 또는 인쇄회로기판에 와이어를 붙이는 본딩을 수행하는 공정을 말한다.
이러한 반도체칩의 와이어 본딩 공정을 통해 반도체칩의 전극과 외부리드단자인 리드 프레임 또는 금(Au) 등으로 코팅(Coating)된 기판 접속부와의 사이를 전 기적으로 접속하기 위해서 사용되는 재료는, 순도 99.99[%] 이상의 순금, 또는 순금에 미량의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 게르마늄(Ge), 구리(Cu) 등을 첨가하여 만들어진 금 합금이 이용된다.
그런데, 종래의 본딩용 와이어는 금(Au)을 이용함에 따라 내식성 및 전도성이 우수한 특성을 가지나, 고가인 금(Au)의 사용량이 많아 제조단가가 매우 높다는 문제점이 있다.
이러한 제조 단가의 문제점을 극복하기 위해 금(Au) 외에 타 물질을 보다 많이 첨가하여 사용되는 금(Au)의 양을 줄여서 본딩용 와이어를 제작하는 방안을 고려해볼 수 있다. 그러나, 본딩용 와이어를 제작하기 위한 금(Au) 합금 제작 시, 각각의 중량, 융점 및 전자적 특성이 상이함에 따라 금(Au)과 타 물질을 균일하게 혼합하여 와이어를 제작하기가 곤란하다. 예를 들어, 금(Au)-은(Ag) 20%에 금(Au)과 은(Ag) 합금 본딩 와이어(Bonding Wire)를 만들어 평가한 결과, 은(Ag)이 금(Au)의 내부 격자를 왜곡(은이 금에 침입형 고용체로 작용함에 따라)시켜 저항이 증가하였다. 또한, 제조 단가를 낮추기 위해 금(Au)에 대한 타 물질의 혼합 비율을 높여서 금(Au) 합금의 본딩용 와이어를 제작하는 경우, 금(Au)과 같이 본딩용 와이어에 필요한 전도성과 연성 및 내식성 등의 특성을 만족시키지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기존에 비해 제조단가를 현저히 낮출 수 있으면서도 금(Au)이 갖는 우수한 내식성, 전기 전도성, 탄성, 및 연성을 유지하여 본딩용 와이어에 대해 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 반도체칩 소자의 본딩용 와이어를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 칩의 본딩용 와이어는, 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금으로 제조되는 와이어 코어; 및 상기 와이어 코어의 외표면에 형성되는 금(Au) 재질의 피복층을 포함하여 구성된다.
상기 금(Au)의 순도는 적어도 99.99[%] 이상을 갖는다. 본 실시예에서 상기 피복층의 두께는 0.01 내지 5[㎛]내의 값으로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 와이어 코어를 구성하는 상기 은(Ag) 합금의 융점은 상기 피복층의 융점보다 낮게 구성된다. 또한, 상기 피복층의 경도는 80 내지 120 [Hv] 범위 내에 포함되는 소프트 골드(Soft Gold)로 구성하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 상기 은(Ag) 합금의 탄성도는 상기 피복층의 탄성도와 10%의 오차 범위 내에서 동일한 값으로 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 상기 피복층은 전기도금, 화학도금, 및 증착도금 중 어느 하나에 의해 형성된다.
본 발명에 따르면, 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금에 고순도 금(Au)을 감싸는 구조를 갖는 본딩용 와이어(100)를 형성함으로써, 기존에 금(Au)만으로 본딩용 와이어를 구성하는 경우와 같이 와이어의 외표면에 대해 동일한 경도 및 강도를 유지할 수 있어, 본딩 공정시 금(Au)으로 제작된 본딩용 와이어와 같이 칩 패드 및 기판에 충격을 주어도 칩 패드 및 기판에 손상을 주지 않고 공정이 가능하고, 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금이 고순도 금(Au)에 의해 감싸여진 형상으로 인해 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 본딩용 와이어(100)는 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금에 고순도 금(Au)을 감싸는 구조로 형성함으로써, 기존 금(Au)만으로 구성된 본딩용 와이어와 같은 내식성, 연성, 탄성, 및 전도성이 우수한 특성을 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 본딩용 와이어(100)는 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금의 외표면만을 고순도 금(Au)을 감싸는 구조로 형성되기 때문에, 기존에 금(Au)만으로 구성된 본딩용 와이어에 비해 제조 단가를 현저하게 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체칩 본딩용 와이어를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 반도체칩 본딩용 와이어의 A-A에 대한 단면도이며, 도 3은 도 1의 반도체칩 본딩용 와이어의 B-B에 대한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 반도체칩 소자의 본딩용 와이어(100)는 내측 와이어 코어(120)와 외측 피복층(140)으로 구성된다.
내측 와이어 코어(120)는 소정직경을 갖는 환봉형상으로 구성되고, 그 재질은 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금으로 제조된다.
외측 피복층(140)은 내측 와이어 코어(120)의 외표면을 감싸는 소정두께의 환형상의 단면을 갖는 관상으로 구성되며, 그 재질은 순도 99.99[%] 이상의 고순도 금(Au)으로 형성된다.
이와 같이, 본딩용 와이어(100)는 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금에 고순도 금(Au)을 감싸는 구조로 형성되기 때문에, 기존에 금(Au)만으로 본딩용 와이어를 구성하는 경우와 같이 와이어의 외표면에 대해 동일한 경도 및 강도를 유지할 수 있는 특성을 갖는다. 이에 따라, 본딩 공정시 금(Au)으로 제작된 본딩용 와이어와 같이 칩 패드 및 기판에 충격을 주어도 칩 패드 및 기판에 손상을 주지 않고 공정이 가능하고, 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금이 고순도 금(Au)에 의해 감싸여진 형상으로 인해 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 본딩용 와이어(100)는 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금에 고순도 금(Au)을 감싸는 구조로 형성되기 때문에, 기존 금(Au)만으로 구성된 본딩용 와이어와 같은 내식성, 연성, 탄성, 및 전도성이 우수한 특성을 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 본딩용 와이어(100)는 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금의 외표면만을 고순도 금(Au)을 감싸는 구조로 형성되기 때문에, 기존에 금(Au)만으로 구성된 본딩용 와이어에 비해 제조 단가를 현저하게 낮출 수 있다.
한편, 본 발명의 본딩용 와이어(100)에서 내측 와이어 코어(120)를 은(Ag) 합금으로 구성하는 경우, 은(Ag) 합금의 융점은 외측 피복층(140)을 구성하는 금(Au)의 융점보다 낮게 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 은(Ag) 합금의 융점이 금(Au)의 융점보다 높은 경우, 와이어 본딩 공정 시 용융되지 않은 은(Ag) 합금에 의해 칩 패드 및 기판이 손상되거나 본딩 자체가 불완전하게 이루어질 수 있기 때문이다.
또한, 은(Ag) 합금의 탄성도가 외측 피복층(140)을 구성하는 금(Au)의 탄성도와 상이한 값을 갖는 경우, 와이어 본딩 공정 시 와이어가 칩 패드 및 기판에 충격될 때 내측 와이어 코어(120)와 외측 피복층(140) 간에 균열이 발생할 수 있다. 또한 와이어 본딩 공정 시 본딩용 와이어(100)가 반도체칩의 패드와 기판 간에 연결될 때 일정한 형상의 루프(loop)를 형성해야한다.
따라서, 은(Ag) 합금의 탄성도는 외측 피복층(140)을 구성하는 금(Au)의 탄성도와 10%의 오차 범위 내에서 동일한 값으로 구성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 본딩용 와이어가 본딩될 때 각 접합 지점 간에 루프(Loop)를 형성하게 되는데, 이를 위해 은(Ag) 합금과 금(Au)의 공통되는 범위의 탄성도가 필요하기 때문이다. 이때, 금(Au)의 탄성은 78 [kg/㎟]이고, 은(Ag)의 탄성은 76 내지 83 [kg/㎟]이다. 즉, 은(Ag) 합금의 탄성은 78 [kg/㎟] 값을 포함하는 범위를 갖는 탄성값으로 구성되는 것이 바람직하다.
통상적으로 경도 80~120 [Hv]의 금(Au)을 소프트 골드(Soft Gold)라 하며, 경도 250 [Hv]이상의 금(Au)을 하드 골드(Hard Gold)라고 한다. 본 발명에서 금(Au)으로 구성되는 외측 피복층(140)은 80 내지 120 [Hv] 범위 내에 포함되는 경도를 갖는 소프트 골드(Soft Gold)로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 외측 피복층(140)의 강도는 도금시 도금 방법에 따라 가변적으로 조절할 수 있다. 본 실시예에서 금(Au)으로 구성되는 외측 피복층(140)의 경도를 80 내지 120 [Hv] 범위 내에 포함되도록 구성하는 이유는, 금(Au)으로 구성되는 외측 피복층(140)의 경도가 120 [Hv]를 초과하는 경우 와이어 본딩 공정 중 와이어를 기판에 붙이는 스티치 본딩(stitch bonding)이 일어나지 않는다. 즉, 스티치 본딩은 와이어에 파워(Power), 포스(Force), 온도를 가하여 기판에 짓이겨서 붙이는 형태(Mechanical Alloying)이기 때문에, 와이어가 연성이 없으면 접합자체가 일어나지 않는다.
본 실시예에서 외측 피복층(140)의 두께(L2)는 0.01 내지 5[㎛] 내의 값으로 구성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 외측 피복층(140)의 두께(L2)가 0.01[㎛] 미만인 경우, 극소량의 금(Au)으로 내측 와이어 코어(120)의 외표면을 균일하게 도금시키는 것이 어려울 뿐만 아니라 금(Au)이 전도성과 연성 및 내식성과 같은 특성에 불만족할 수 없다. 반면, 외측 피복층(140)의 두께(L2)가 5[㎛]를 초과하는 경우, 본딩용 와이어(100)의 제조 단가를 현저하게 낮추기 위한 효과가 떨어질 수 있다.
일반적으로, 본딩용 와이어(100)는 그 직경(D)이 20[㎛], 25[㎛], 및 30[㎛]를 갖는 것이 널이 통용되고 있다. 이에 따라, 본 실시예에서 본딩용 와이어(100) 의 직경(D)이 25[㎛]인 경우, 외측 피복층(140)의 두께(L2)를 0.01 내지 5[㎛] 내의 값으로 구성하고 내측 와이어 코어(120)의 직경(L1)을 15 내지 24.98[㎛] 내의 값으로 구성할 수 있다.
본 실시예에서 은(Ag) 또는 은(Ag) 합금의 외표면에 고순도 금(Au)으로 구성된 피복층(140)을 형성하는 방법은, 전기 도금, 화학 도금, 또는 증착 도금을 이용할 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체칩 본딩용 와이어를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 반도체칩 본딩용 와이어의 A-A에 대한 단면도, 그리고
도 3은 도 1의 반도체칩 본딩용 와이어의 B-B에 대한 단면도이다.

Claims (7)

  1. 반도체 칩의 본딩용 와이어에 있어서,
    은(Ag) 또는 은(Ag) 합금으로 제조되는 와이어 코어; 및
    상기 와이어 코어의 외표면에 형성되는 금(Au) 재질의 피복층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금(Au)의 순도는 적어도 99.9[%] 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 피복층의 두께는 0.01 내지 5[㎛]로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 은(Ag) 합금의 융점은 상기 피복층의 융점보다 낮게 구성되는 것을 특 징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 피복층의 경도는 80 내지 120 [Hv] 범위 내에 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 은(Ag) 합금의 탄성도는 상기 피복층의 탄성도와 10%의 오차 범위 내에서 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 피복층은 전기도금, 화학도금, 및 증착도금 중 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 본딩용 와이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020218969A1 (en) * 2019-04-26 2020-10-29 Heraeus Materials Singapore Pte. Ltd. Coated wire

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