KR20130023110A

KR20130023110A - 박형 니켈-팔라듐-금 도금층, 와이어로 연결된 상기 도금층의 어셈블리 구조 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130023110A
Application number: KR1020120092167A
Authority: KR
Inventors: 유쳉 유안; 시앙추안 첸; 쿠안쳉 리우; 잉치엔 리; 중위 오
Original assignee: 타이완 우에무라 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-03-07
Also published as: TW201309843A; CN102956604A

Abstract

본 발명은 본딩 패드 상에 형성된 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제공하며, 상기 박형 Ni-Pd-Au 도금층은 본딩 패드 상에 형성된 Ni 층, Ni 층 상에 형성된 Pd 층, 및 Pd 층 상에 형성된 Au 층을 포함하고, 상기 Ni 층은 종래에 알려진 것보다 얇은 두께를 가지고, 예를 들어, Ni 층은 3.5 ㎛ 보다 작은 두께를 가진다. 나아가, 상기 Au 층 상에 와이어를 이용하여 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 본딩한 어셈블리 구조를 제공한다. 본 발명은, 또한 박형 Ni-Pd-Au 도금층과 어셈블리 구조를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명은 보다 얇은 Ni 층을 적용함으로써, 용접된 본딩 패드 사이의 거리를 감소시키고, 그에 따라 상대적으로 미세한 패턴을 얻을 수 있다. 더불어, 보다 얇은 Ni 층은 또한, 그에 가해지는 응력을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 전체 Ni-Pd-Au 도금층의 응력을 줄이게 되고, 증가된 온도에서의 공정 동안 상대적으로 낮은 응력이 가해지는 장점이 있다.

Description

박형 니켈-팔라듐-금 도금층, 와이어로 연결된 상기 도금층의 어셈블리 구조 및 그 제조 방법{Thin nickel-palladium-gold plated layers, assembled structure of the plated layers bonded with a wire and process for preparing the same}

본 발명은 박형 니켈-팔라듐-금 (thin Ni-Pd-Au) 도금층에 관한 것으로, 여기서 Ni 층은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 경우보다 얇은 두께를 가지며 이를 통해 미세 패턴을 얻을 수 있고, 승온 공정 동안 상대적으로 낮은 응력이 가해지는 장점이 있다. 나아가, 본 발명은 또한 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제조하는 방법, 도전성 와이어로 연결된 도금층의 어셈블리 구조 및 상기 어셈블리 구조를 제조하는 방법에 관한 것이다.

웨이퍼, 액정 디스플레이(LCD) 기판, 세라믹 기판, 알루미늄 기판, IC 기판 및 인쇄 회로 기판 등과 같은 전자 부품들을 조립하는 과정에서, 전기적으로 연결하는, 본딩 패드의 표면에 무전해성의 도금 Ni-Au 층을 형성하는 것이 필요하며, 이를 통해 부식에 대한 저항성 뿐만 아니라 용접을 통한 전도성 와이어와 본딩 패드 사이의 접합성을 향상시킨다. 본딩 패드 상에 Ni 층을 형성한 후 Au-도금을 통해 Au 층을 형성시, Ni 금속이 Au 이온에 의해 치환되고 Ni 그레인이 분리되어 나온 Ni 층의 그레인 경계에서 입자를 형성하는 반응이 일어나 선택적인 어택을 단절시킬 수 있고 그렇게 함으로써 Au 층 아래에 부식 공극의 형성을 유도하고, 그에 따라 Ni 층은 상대적으로 불안정해진다. 결과적으로 차후의 용접 공정으로는 충분한 접합 강도를 얻을 수 없다.

이후, 무전해성 Ni-Pd-Au 도금 공정은 Pd 층을 통한 Au에 의한 Ni 층에 대한 심각한 공격을 제거하기 위한 것이다. 앞서 언급한 무전해성 도금 공정을 통해 상기 문제를 해결할 수 있으나, 도금층의 전체 두께가 증가되고, 차례로 패턴의 미세성이 제한된다.

향후 기술의 발전에 따라, 회로를 상대적으로 컴팩트하고 미세하게 제작하는 것이 새로운 트렌드가 되고 있다. 이러한 목적을 위해서, 종래의 무전해 Ni-Pd-Au 도금 공정에 의해 형성된 Ni 층의 두께를 줄이는 것이 필요하며, 이를 통해 전체 도금층의 총 두께를 감소시키고, 본딩 패드들 간의 거리를 줄여서 상대적으로 미세한 패턴을 얻게 된다. 더불어, 무전해 Ni-Pd-Au 도금층의 응력은 대부분 무전해 Ni 층에 의해 야기되며, 따라서 Ni 층의 두께 감소는 Ni 층의 응력을 감소시킬 수 있고, 그 결과 전체 도금층의 응력을 줄이게 되고, 그를 통해 증가된 온도에서의 공정 동안 상대적으로 낮은 응력이 가해지는 장점을 얻을 수 있다.

앞서 언급한 목적에 도달하기 위해서, 본 발명은 신규한 박형 Ni-Pd-Au 도금층, 이를 제조하는 방법, 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 층의 어셈블리 구조, 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 주요 목적 중 하나는 박형 Ni-Pd-Au 도금층과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명은 본딩 패드 상의 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제공하고, 여기서 상기 박형 Ni-Pd-Au 도금층은 본딩 패드 상에 형성된 Ni 층, Ni 층 상에 형성된 Pd 층, 및 상기 Pd 층 상에 형성된 Au 층을 포함하고, 여기서 상기 Ni 층은 종래에 알려진 것 보다 작은 두께를 가진다. 예를 들어, 상기 두께는 3.5 ㎛ 보다 작고, 구체적으로는 1.0 내지 2.5 ㎛, 또는 0.65 내지 2.0 ㎛, 또는 2.0 내지 3.5 ㎛이다.

본 발명은 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제조하는 방법을 제공하며, 본딩 패드를 제공하는 공정, 본딩 패드 상에 Ni 층을 형성하는 공정, Ni 층 상에 Pd 층을 형성하는 공정, 및 Pd 층 상에 Au 층을 형성하는 공정을 포함하고, 여기서 Ni 층은 종래에 알려진 것 보다 작은 두께를 가지도록 조절된다. 예를 들어, 상기 두께는 3.5 ㎛ 보다 작고, 구체적으로는 1.0 내지 2.5 ㎛, 또는 0.65 내지 2.0 ㎛, 또는 2.0 내지 3.5 ㎛이다. 본 발명에 따른 Ni 층, Pd 층, 및 Au 층을 형성하는 단계는 당해 기술분야에서 알려진 방법에 따라 수행될 수 있으며, 예를 들어, 치환 형태, 환원 형태, 또는 반-치환-반-환원 형태(이하, “혼합형”으로 약칭함) 반응의 무전해 도금일 수 있다. 또한, 본 발명은 앞서 언급한 방법으로 제한되지 않으며, 희망하는 Ni 층, Pd 층, 및 Au 층이 형성될 수 있다면 어떠한 방법도 적용될 수 있다.

본 발명은 또한 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조를 제공하며, 본딩 패드; 본딩 패드 상에 형성된 Ni 층; Ni 층 상에 형성된 Pd 층; Pd 층 상에 형성된 Au 층; 및 Au 층 상에 형성된 와이어를 포함한다.

본 발명은 또한 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조를 제조하는 방법을 제공하며, 본딩 패드를 제공하는 공정; 본딩 패드 상에 Ni 층을 형성하는 공정; Ni 층 상에 Pd 층을 형성하는 공정; 및 Pd 층 상에 Au 층을 형성하는 단계; 및 Au 층 상에 와이어를 본딩하는 공정을 포함한다. 본 발명에서 와이어를 본딩하는 단계는 당해 기술 분야에서 알려진 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 용접 방법 또는 와이어-본딩 방법일 수 있다. 본 발명은 그러한 방법으로 제한되지 않으며, 와이어를 본딩하는 목적이 성취될 수 있다면 어떠한 방법도 적용될 수 있다.

본 발명의 주요 목적 중 하나는 박형 Ni-Pd-Au 도금층과 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 도금층과 그 제조방법은 보다 얇은 Ni층을 사용하는 것을 포함하고, 이를 통해 와이어와 본딩 패드 간의 접합성에 대한 손상 없이, 상대적으로 미세한 패턴에 대한 요구와 전체 도금층에 대한 감소된 응력을 달성하게 된다. 결과적으로 제조단가는 낮아질 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조와 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 어셈블리 구조와 그 제조방법은 상대적으로 얇은 Ni 층을 사용하는 것을 포함하며, 이를 통해 와이어와 본딩 패드 간의 접합성을 증가시키고, 또한 제조 단가를 낮추게 된다.

도 1은 종래의 Ni-Pd-Au 도금층을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 생산하기 위한 바람직한 공정을 수행 단계별로 나타낸 플로우 차트이다.
도 4는 와이어로 연결된 본 발명에 따른 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본딩 패드와 주석 합금 볼을 가열 및 리플로우시켜 IMC를 형성하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 용접된 구조로부터 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 전단 응력, Ni 층의 두께, 및 용접된 구조의 리플로우 횟수 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 전단 응력에 의한 파면의 조직, Ni 층의 두께, 및 용접된 구조의 리플로우 횟수 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 용접된 구조로부터 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 인장 응력, Ni 층의 두께, 및 용접된 구조의 리플로우 횟수 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 인장 응력에 의한 파면의 조직, Ni 층의 두께, 및 용접된 구조의 리플로우 횟수 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은, 고속에서, 용접된 구조의 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 전단 응력, Ni 층의 두께, 및 용접된 구조의 리플로우 횟수 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 11은 고속 전단 응력에 의한 파면의 조직, Ni 층의 두께, 및 용접된 구조의 리플로우 횟수 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 12는 와이어-본딩된 구조의 Au 와이어를 제거하기 위해 요구되는 인장 응력과 Ni 층의 두께 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 목적, 기술적 사상과 형태 및 효과는 아래의 구체예들과 실시예들의 기술을 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 구체예들과 실시예들에 설명된 사항으로 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서, 달리 기재되어 있지 않다면, 양, 퍼센트, 분율 및 비율을 포함하는 모든 함량은 “약”, “대략”으로 수정될 수 있으며, 함량은 특정 숫자를 지칭하기 위한 것은 아니다.

달리 기재되어 있지 않다면, “어느”, “그” 및 “상기”의 문구는 “하나 이상”을 의미하고, 용어 “포함”과 “포함하는”은 일반적으로 제한을 두지 않는 의미이고, 부가적인, 언급되지 않은 성분 또는 요소를 배제하는 것은 아니다.

본 발명은 박형 Ni-Pd-Au 도금층과 그 제조방법을 개시한다. 구체적으로, 본 발명은, 와이어를 이용한 어셈블리 공정에 사용하기 위해서 본딩 패드를 표면 처리하는 것을 수반하며, Ni 층, Pd 층 및 Au 층이 본딩 패드의 표면에 순차적으로 형성된다. 본 발명에 따르면, 와이어와 본딩 패드 간의 접합성의 저하 없이도, 전체 도금층에 대한 감소된 응력 뿐만 아니라 상대적인 미세 패턴에 대한 요건을 충족할 수 있다. 결과적으로, 제조단가는 감소될 수 있다.

상기 도금층과 그 제조방법에 있어서, 구리(Cu)로 이루어진 본딩 패드; 환원 반응을 통해 형성되고, 순수 Ni 및 Ni-P(인) 합금으로부터 선택되는 물질로 이루어지며, 두께가 3.5 ㎛ 보다 작고, 구체적으로는 1.0 내지 2.5 ㎛, 또는 0.65 내지 2.0 ㎛, 또는 2.0 내지 3.5 ㎛인 Ni 층; 치환 반응, 치환 및 환원의 2 단계 반응, 또는 동시에 치환 반응과 환원 반응의 효과를 낼 수 있는 단일 용액을 이용한 반응을 통해 형성되고, 순수 Pd 및 Pd-P 합금으로부터 선택되는 물질로 이루어진 Pd 층; 및 치환-, 환원- 또는 “혼합형” 반응을 통해 형성된 Au 층을 사용하는 것이 바람직하다.

도면을 참조하면, 도 1은 종래의 Ni-Pd-Au 도금층을 나타내고; 도 2는 본 발명의 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 나타낸다. 도 1 및 2에 있어서, 양 도금층은 순차적으로, 본딩 패드(10), Ni 층(12), Pd 층(14) 및 Au 층(16)을 포함한다. “D”는 인접한 본딩 패드 간의 거리를 나타내고, “d”는 Ni-Pd-Au 도금층 형성결과 인접한 Au 층의 표면간 거리를 나타낸다. 상대적으로 얇은 Ni 층을 적용한 본 발명에 의하면, 인접하는 본딩 패드 간의 거리(D)와 도금층 형성 결과 인접하는 Au 층의 표면간 거리(d) 양자 모두 감소되었고, 그에 따른 향상된 효과로서, 상대적인 미세 패턴을 얻을 수 있음이 명백한 것으로 보인다.

본 발명의 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제조하는 구체적인 방법을 도 3에 나타내었으며, 이는 본딩 패드 10를 제공하는 단계(단계 S1), 환원 반응을 통해서 본딩 패드 10 표면상에 Ni 층 12을 형성하는 단계(단계 S2), 치환-, 환원- 또는 혼합형 반응을 통해서 Pd 층 14을 형성하는 단계(단계 S3), 및 마지막으로, 치환-, 환원- 또는 혼합형 반응을 통해서 Pd 층 14를 덮는 Au 층 16을 형성하는 단계(단계 S4)를 포함한다. 도 2에 도시된 박형 Ni-Pd-Au 도금층은 이러한 과정을 통해서 형성되었다.

본 발명에 따르면, Ni 층 12은 3.5 ㎛ 보다 작고, 구체적으로 1.0 내지 2.5 ㎛, 또는 0.65 내지 2.0 ㎛, 또는 2.0 내지 3.5 ㎛의 두께를 가지고; Pd 층 14은 0.03 내지 0.2 ㎛, 또는 0.03 내지 0.07 ㎛, 구체적으로 0.06 내지 0.12 ㎛, 또는 구체적으로는 0.09 내지 0.2 ㎛의 두께를 가지고; Au 층 16은 0.03 내지 0.2 ㎛, 또는 0.03 내지 0.07 ㎛, 구체적으로 0.06 내지 0.12 ㎛, 또는 구체적으로 0.09 내지 0.2 ㎛의 두께를 가진다.

본 발명에 따르면, 단계 S2, S3 및 S4 각각은 약 25℃ 내지 약 95℃의 온도 범위, 그리고 약 4 내지 약 9의 pH 범위에서 수행될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조를 나타낸다. 도면을 나타난 바와 같이, 본 발명의 어셈블리 구조 30는 본딩 패드 10; 본딩 패드 10 상에 그리고 가까이 인접한 Ni 층 12; Ni 층 12 상에 그리고 가까이 인접한 Pd 층 14; Pd 층 14 상에 그리고 가까이 인접한 Au 층 16; 및 Au 층 16에 연결되고 본딩 패드 10과 전기적으로 연결되는 와이어 32를 포함한다.

와이어 32와 Au 층 16 사이의 연결(bonding)은 와이어 본딩 또는 용접 방법을 통해서 수행될 수 있다. 와이어 32는 Au-, Cu- 또는 Pd-Cu 와이어일 수 있다.

본 발명의 박형 Ni-Pd-Au 도금층은 상대적으로 얇은 Ni 층을 채용함으로써, 와이어와 본딩 패드 사이의 접합성을 손상시키지 않으면서, 전체 도금층에 가해지는 응력을 감소시키게 된다. 제조방법과 물성 실험은 아래에서 구체적으로 설명한다.

실시예 1: 테스트 샘플의 제조

아래의 단계 1 내지 8에 따라, 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 테스트 샘플을 제조하였다.

단계 1. 탈지 용액에 5 분 동안 담근 후, 1 분 동안 뜨거운 물로 헹궜다: 이번 단계는 본딩 패드의 Cu 표면으로부터 그리스를 제거하고, 상기 표면을 이후 단계에서 사용되는 반응 용액에 보다 접촉이 용이하도록 하여 원하는 효과를 달성하기 위한 것이다.

단계 2. 마이크로-에칭 용액에 1 분 동안 담근 후, 1 분 동안 물로 헹궜다: 이번 단계는 Ni 층과 Cu 층 사이의 마찰력을 제공하기 위한 거칠기를 갖도록 Cu 표면을 에칭함으로써, 그들 사이에 보다 우수한 결합을 얻기 위한 것이다.

단계 3. 산(acid)으로 1 분 동안 헹군 후, 1 분 동안 물로 헹궜다: 이번 단계는 Cu 표면의 산화물을 씻어내고 Cu 표면을 깨끗하게 유지하기 위한 것이다.

단계 4. 1 분 동안 선-침지하였다: 이번 단계도 Cu 표면의 산화물을 세척하고, 또한 이후 활성화 단계에서 사용되는 용액의 pH를 유지하기 위한 것이다.

단계 5. 1 분 동안 활성화 과정을 거친 후, 물로 1 분 동안 헹궜다: 이번 단계는 Cu 표면 상의 Ni를 환원하기 위한 촉매를 증착시키기 위한 것으로, 이후 단계에서 무전해성의 도금된 Ni 층의 증착 속도를 강화하게 된다.

단계 6. 원하는 두께에 따라, 시간을 달리하여 무전해성 Ni 도금을 수행하고, 물로 1 분 동안 헹궜다: 이번 단계는 Ni 이온을 환원시키고, 하이포아인산염을 포함하는 환원제를 이용하여 Cu 금속 상에 증착하기 위한 것으로, Ni-P 합금층을 형성하게 된다.

단계 7. 종래의 무전해 도금을 이용하여 Pd 도금층 (0.1 ㎛)을 형성한다.

단계 8. 종래의 무전해 도금을 이용하여 Au 도금층 (0.1 ㎛)을 형성한다.

실시예 2: 와이어 용접 및 테스트

주석 합금 볼(Sn:96.5 Ag:3 Cu:0.5)을 본딩 패드 상에 위치시키고, 주석 합금 볼과 함께 본딩 패드를 260℃ 용광로로 보내어 가열 및 리플로우시켰다. 그 때, 상기 주석 합금 볼은 용해되고, 본딩 패드와 반응하여 도 5에 나타낸 바와 같이 금속간 화합물(IMC)를 형성하게 되고, 이를 통해 우수한 접착 강도를 얻게 된다. 도 5에 있어서, 용어 “OSP”는 “유기땜납보존제(Organic Solderability Preservative)”를 지칭하고, 표면 처리를 위해 Cu 표면에 적용된 시약 중 하나에 해당한다.

그러한 용접 기술에 의한 접합 강도(bonding strength)는 아래의 평가 1 내지 4에 의해 평가하였다.

평가 1. 볼 전단 테스트(170 ㎛/s→의 횡단 속도에서)

용접용 주석 합금 볼과 본딩 패드 사이의 결합을 형성한 후, 파단 하중을 횡단 방향에서 증가시킬 수 있으며, 그 결과, 이번 평가는 상기 주석 합금 볼에 횡단 방향으로 미는 힘이 가해지고, 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 미는 힘(전단 응력)을 측정함으로써, 횡단 방향에서 결합 강도를 평가하는 시뮬레이션에 관한 것이다.

평가 2. 볼 풀 테스트(5000 ㎛/s↑의 종단 속도에서)

용접용 주석 합금 볼과 본딩 패드 사이의 결합을 형성한 후, 파단 하중을 종단 방향으로 증가시킬 수 있으며, 따라서, 이번 평가는 상기 주석 합금 볼에 종단 방향으로 당기는 힘이 가해지고, 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 당기는 힘(인장 응력)을 측정함으로써, 종단 방향에서 결합 강도를 평가하는 시뮬레이션에 관한 것이다.

평가 3. 고속 전단(HSS) 테스트(2000 mm/s→의 횡단 속도에서)

보다 낮은 속도에서 테스트된 평가 1과 비교하여, 이번 평가는 고속 전단 테스트이다. 주석 합금 볼을 미는 스피트가 빨라질 때, 축적된 변형은 주석 합금 볼을 통해 분산될 수 없으며, 상기 미는 힘은 결합된 부위의 가장 약한 부분에 바로 가해진다. 이를 통해, 고속 낙하에서 결합된 부위의 기계적 강도를 측정한다.

평가 4. 페일 모드(Failure mode)

주석 합금 볼의 순수 주석 부분에서 결합이 파괴되는 케이스에서, 힘에 의해 야기된 변형은, 전체적으로 주석 합금 볼에 의해 흡수되고, 주석 합금 볼과 본딩 패드 사이에 형성된 IMC로 분산되지 않는다. 상기 결합이, 주석 합금 볼과 본딩 패드 사이에 형성된 IMC에서 파단되는 경우에 있어서, IMC는 약한 포인트를 가지는 것을 의미하고, 이는 열악한 결과로서 희망하지 않는 경우이다.

실시예 3: 와이어 - 본딩 ( Au 와이어 이용) 및 테스트

본딩 패드를 Au 와이어 (1 mil)로 와이어-결합하고, 상기 Au 와이어를 빼내기 위해 요구되는 당기는 힘(인장 응력)을 측정함으로써, Au 와이어와 본딩 패드 사이의 결합 강도를 평가하였다.

실시예 4: 집속 이온 빔( FIB )

본딩 패드로 결합된 주석 합금 볼을 이온 빔을 이용하여 종단 방향으로 절단하였다. 종단면(단면)을 관찰하였고, 그 결과 주석으로 된 상단 부분, IMC로 된 중단 부분 및 본딩 패드인 하단 부분이 나타났다. 계면에서 성분 변화가 관찰되었다.

테스트 결과

결과 1. 볼 전단 테스트(170㎛/s→의 횡단 속도에서)

평가 1에 따르면, Ni 층의 두께를 달리한 경우 (0.5~5 ㎛)와 리플로우 횟수를 달리한 경우(3, 5, 및 10 회)의 용접된 구조에서 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 미는 힘(전단 응력)을 측정하고, 그 결과는 도 6에 나타내었다. 도 6에서, 기호 “■”는 (mean(평균) + SD(표준 편차)); 기호 “◆”는 (mean); 그리고 기호 “▲”는 (maen - SD)를 나타낸다.

추가로, 금속 현미경(metallurgical microscope)으로 관찰한 파면(fracture surface)에 대한 평가 결과를 도 7에 나타내었다. 도 6 및 7에 나타난 결과를 종합하면, 0.5 내지 5 ㎛ 두께로 형성된 Ni 층을 가진 샘들들 사이의 볼 전단 테스트(Ball Shear Test)로부터 얻어진 전단 응력의 차이가 현저하지 않은 것으로 확인되며, 그 결과 모든 샘플들은 일반적인 요구 조건을 충족하는 것을 알 수 있다.

따라서, 감소된 두께의 Ni 층을 사용하는 것은, 제조 단가를 낮추고, 보다 미세한 라인을 형성하는 목적을 달성할 수 있다. 이러한 결과들로부터, 0.5 내지 5 ㎛ 범위에서 Ni 층의 두께를 달리하는 것은 물성에 특별한 영향을 미치지 않으며, 따라서 Ni 층의 두께 감소는 요구 조건을 충족할 수 있다.

결과 2. 볼 풀 테스트(5000 ㎛/s↑의 종단 속도에서)

평가 2에 따르면, Ni 층의 두께를 달리한 경우 (0.5~5 ㎛)와 리플로우 횟수를 달리한 경우(3, 5, 및 10 회)의 용접된 구조에서 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 당기는 힘(인장 응력)을 측정하고, 그 결과는 도 8에 나타내었다.

추가로, 금속 현미경(metallurgical microscope)으로 관찰한 파면(fracture surface)에 대한 평가 결과를 도 9에 나타내었다. 도 8 및 9에 나타난 결과를 종합하면, 볼 풀 테스트(Ball Pull Test)로부터 얻어진 데이터는 Ni 층의 두께에 따라 현저하게 달라지지 않으며, 즉, 모든 샘플들은 일반적인 요구 조건을 충족하는 것을 알 수 있다. 따라서, 제조단가는 낮아지고, 보다 미세한 라인을 형성하는 목적은 달성될 수 있다. 그러나, 파면 분석 결과, 0.5 ㎛ 두께의 Ni 층을 갖고, 10 회의 리플로우 과정을 거친 샘플에 대해서, 파면의 100%는 IMC인 것으로 드러났다. 비록 이러한 샘플은 인장 응력에 대한 요구 조건은 통과하였지만, 안전한 결과를 위해서 1 ㎛ 이상의 두께를 갖는 Ni 층을 사용하는 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 1 ㎛ 이상의 두께를 갖는 Ni 층은, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 5 ㎛ 두께에 비해서, 여전히 80% 감소된 두께이며, 다시 말해, 제조단가가 감소되고 미세 라인을 형성하는 목적을 달성할 수 있다.

결과 3. 고속 전단( HSS ) 테스트(2000 mm /s →의 횡단 속도에서)

평가 3에 따르면, Ni 층의 두께를 달리한 경우 (0.5~5 ㎛)와 리플로우 횟수를 달리한 경우(3, 5, 및 10 회)의 용접된 구조에서 주석 합금 볼을 제거하기 위해 요구되는 미는 힘(전단 응력)을 측정하고, 그 결과는 도 10에 나타내었다.

추가로, 금속 현미경(metallurgical microscope)으로 관찰한 파면(fracture surface)에 대한 평가 결과를 도 11에 나타내었다. 앞서 지적한 바와 같이, 용접 부위의 가장 약한 부분의 결합 강도는 HSS 테스트로 바로 평가할 수 있다. 도 10 및 11에 나타난 결과를 종합하면, 0.5 ㎛ 두께로 형성된 Ni 층을 가지고, 리플로우 횟수를 달리한 샘들들로부터 얻어진 전단 응력이, 다른 두께의 Ni 층을 가진 경우와 비교하여, 현저히 감소되었다. 그러나, Ni 층이 1 ㎛ 이상의 두께에 도달할 때, 측정된 전단 응력은 거의 동일하였다. 파면 분석을 통해 유사한 결과가 도출되었다. 또한, 리플로우를 10회 이상 수행하였을 때, 1.0 ㎛ 두께의 Ni 층을 가진 샘플은, 1.5 ㎛ 두께의 Ni 층을 가진 샘플과 비교할 때, 보다 낮은 전단 응력과 더 높은 퍼센트의 파단이 IMC 표면에서 나타났다.

따라서, 장차 어셈블링과 리플로잉을 반복하는 경향에 대처하고 HSS 요건을 만족하기 위해서, 1.5 ㎛ 이상의 두께를 갖는 Ni 층을 사용하는 것이 바람직하다.

결과 4. Au 와이어를 이용한 와이어 - 본딩

Au 와이어로 와이어-본딩된 본딩 패드(0.5~5 ㎛ 두께인 Ni 층 사용)로부터 Au 와이어(1 mil)를 제거하기 위해 요구되는 당기는 힘(인장 응력)을 측정하고, 그 결과는 도 12에 나타내었다. 그 결과로부터 알 수 있듯이, Ni 층의 두께를 달리하는 것은 Au 와이어를 제거하기 위해 요구되는 인장 응력에 현저한 영향을 미치지 않는다. 결과적으로, Au 와이어로 와이어-본딩하는 과점에서, Ni 층의 두께 감소는 실현 가능한 것이다.

결과 5. FIB

3 회 리플로우되고 0.5 ㎛ 두께의 Ni 층을 형성한 샘플과 10 회 리플로우되고 1 ㎛ 두께의 Ni 층을 형성한 샘플의 단면에 대한 현미경 사진은, 전자빔을 이용하여 종단 방향으로 절단하여 얻었으며, 이는 당초 검었던 Ni 층 아래에 IMC의 형성을 보여준다. 또한, 1.5 ㎛ 이상의 두께인 Ni 층이 형성된 샘플들에 관한 한, 본딩 패드의 Cu 아래는 손상되지 않았다. Ni 층 아래의 IMC 형성은 용접 강도를 감소시키고 이는 응력의 누적으로 인한 것이다. 결과적으로, FIB 결과로부터, 1.5 ㎛ 이상의 두께를 가진 Ni 층을 사용하는 것이 바람직하다.

결론

기술이 빠르게 진보하는 현대 시대에서, 전자 제품이 휴대성을 위해서 보다 편리해질 것이 요구된다. 이로 이유로 인해, 전자 제품의 개발은 보다 정교하고 보다 다목적의 기능을 갖추는 방향으로 향하고 있다. 따라서, 공간-절약이 가능한 제안들이 논의되고 있다. 본 발명에 따르면, 본딩 패드 상에 표면 처리를 통해 두께를 감소시킴으로써, 상대적으로 미세한 회로를 얻을 수 있다. 구체적으로, 앞서 언급된 테스트 결과들에서 나타난 바와 같이, 본 발명자들은 다음과 같은 결론에 도달하였다: Ni-Pd-Au 표면 처리 공정에 있어서, Ni 층이 0.5 ㎛ 두께를 가지도록 조절되고 리플로우가 3 회 수행될 때, 전체 물성은 악화되는 경향이 있으며, 이는 테스트 결과에서도 나타났다. 통상적으로 사용되는 5 ㎛ 두께를 가진 Ni 층과 비교하면, 본 발명의 Ni 층은 3.5 ㎛ 이하로 감소된 두께를 가지며, 이는 상대적으로 정교한 회로를 제조할 수 있고 제조단가를 낮추게 하며, 또한 어셈블리 구조의 기계적 물성과 용접 강도 등에 대한 악영향을 미치지 않았다.

앞서 언급된 바람직한 실시예 및 구체예 등은 본 발명의 설명을 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나는 경우가 아니라면, 균등, 변형 및 개선된 형태들은 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이다.

10: 본딩 패드
12: Ni 층
14: Pd 층
16: Au 층
30: 어셈블리 구조
32: 와이어

Claims

본딩 패드 상에 형성된 박형 Ni-Pd-Au 도금층으로,
여기서 상기 박형 Ni-Pd-Au 도금층은,
본딩 패드 상에 형성되고, 두께가 3.5 ㎛ 보다 작은 Ni 층,
Ni 층 상에 형성된 Pd 층, 및
Pd 층 상에 형성된 Au 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
제 1 항에 있어서,
본딩 패드는 Cu 물질인 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
제 1 항에 있어서,
Ni 층은 순수 Ni 또는 Ni-P 합금 물질인 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
제 1 항에 있어서,
Pd 층은 순수 Pd 또는 Pd-P 합금 물질인 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
제 1 항에 있어서,
Ni 층의 두께가 1.0 내지 2.5 ㎛인 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
제 1 항에 있어서,
Ni 층의 두께가 0.65 내지 2.0 ㎛인 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
제 1 항에 있어서,
Ni 층의 두께가 2.0 내지 3.5 ㎛인 박형 Ni-Pd-Au 도금층.
본딩 패드를 제공하는 공정,
환원 반응을 통해 본딩 패드 상에 형성되고, 3.5 ㎛ 보다 작은 두께를 가진 Ni 층을 형성하는 공정,
치환-, 환원- 또는 혼합형 반응을 통해 Ni 층 상에 Pd 층을 형성하는 공정, 및
치환-, 환원- 또는 혼합형 반응을 통해 Pd 층 상에 Au 층을 형성하는 공정
을 포함하는 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제조하는 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 공정들의 각 단계는 25℃ 내지 95℃의 온도, 및 4 내지 9의 pH에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박형 Ni-Pd-Au 도금층을 제조하는 방법.
본딩 패드,
3.5 ㎛ 보다 작은 두께를 가지고, 본딩 패드 상에 형성된 Ni 층,
Ni 층 상에 형성된 Pd 층,
Pd 층 상에 형성된 Au 층, 및
Au 층에 연결된 와이어
를 포함하는 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조.
제 10 항에 있어서,
와이어는 Au-, Cu- 또는 Pd-Cu 와이어인 어셈블리 구조.
제 10 항에 있어서,
Ni 층의 두께는 1.0 ㎛ 내지 2.5 ㎛인 어셈블리 구조.
본딩 패드를 제공하는 공정,
환원 반응을 통해 본딩 패드 상에 형성되고, 3.5 ㎛ 보다 작은 두께를 가진 Ni 층을 형성하는 공정,
치환-, 환원- 또는 혼합형 반응을 통해 Ni 층 상에 Pd 층을 형성하는 공정,
치환-, 환원- 또는 혼합형 반응을 통해 Pd 층 상에 Au 층을 형성하는 공정, 및
Au 층 상에 와이어를 본딩하는 공정
을 포함하는 와이어로 연결된 박형 Ni-Pd-Au 도금층의 어셈블리 구조를 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,
Ni 층, Pd 층 및 Au 층을 형성하는 공정들의 각 단계는 25℃ 내지 95℃의 온도, 및 4 내지 9의 pH에서 수행되는 것을 특징으로 하는 어셈블리 구조를 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,
본딩하는 공정은, 와이어-본딩 방법 또는 용접 방법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 어셈블리 구조를 제조하는 방법.