KR20140031111A - 본딩 어플리케이션용 은 합금 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 표면을 가진 코어를 포함하는 본딩 와이어로서, 상기 코어는 주성분으로서의 은과, 금, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 니켈, 구리 및 이리듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하고, 다음 성질 중 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어에 관한 것이다:
i) 상기 코어의 결정 그레인의 평균 크기가 0.8㎛ 내지 3㎛임,
ii) 상기 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양이 10∼20%의 범위임,
ⅲ) 상기 와이어의 단면에서 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양이 5∼15%의 범위임, 및
iv) 상기 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인과 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 총량이 15∼40%의 범위임.

Description

본딩 어플리케이션용 은 합금 와이어 {SILVER ALLOY WIRE FOR BONDING APPLICATIONS}

본 발명은, 표면을 구비한 코어를 포함하는 본딩 와이어로서, 상기 코어는 주성분으로서의 은과, 금, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 니켈, 구리 및 이리듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는, 본딩 와이어에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 와이어를 구비하는 마이크로일렉트로닉 부품, 및 본 발명에 따른 와이어를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본딩 와이어는, 반도체 장치 제조시 집적 회로와 인쇄 회로 기판을 전기적으로 접속시키기 위해 반도체 장치의 제조 공정에서 사용된다. 또한, 본딩 와이어는 파워 일렉트로닉 어플리케이션에서 트랜지스터, 다이오드 등을 하우징의 패드 또는 핀과 전기적으로 접속시키기 위해 사용된다. 초기에는 본딩 와이어가 금으로 제조되었지만, 오늘날에는 은과 같은 저렴한 물질이 사용된다. 은 와이어가 매우 양호한 전기 전도도 및 열 전도도를 제공하기는 하지만, 은 와이어의 본딩은 그 자체의 문제점을 가진다.

본 발명에 있어서, 본딩 와이어라는 용어는, 모든 단면 형상과 모든 통상적 와이어 직경을 포괄하지만, 단면이 원형이고 직경이 가느다란 본딩 와이어가 바람직하다.

최근의 몇 가지 연구개발은, 은의 가격이 금에 비해 저렴하기 때문에, 주성분으로서 은을 기재로 하는 코어 물질을 가지는 본딩 와이어를 목표로 하고 있다. 그럼에도 불구하고, 본딩 와이어 자체와 본딩 공정에 관해 본딩 와이어 기술을 더 향상시켜야 하는 필요성이 상존한다.

따라서, 본 발명의 목적은 개선된 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 양호한 가공성을 가지고, 상호접속시 특별한 어려움이 없으며, 따라서 비용을 절감시키는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 우수한 전기 전도도와 열 전도도를 가지는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 향상된 신뢰성을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 우수한 본딩성(bondability)을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제2 본딩 또는 웨지 본딩(wedge bonding)에 관해 향상된 본딩성을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 높은 스티치 풀(stitch pull) 값을 가지며 아울러 상기 스티치 풀 값의 표준 편차가 낮은 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 높은 볼 전단(ball shear) 값을 가지며 아울러 상기 볼 전단 값의 표준 편차가 낮은 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 낮은 전기적 비저항(resistivity)을 가지는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전자 장치와 패키지의 기판 사이에 비용 효율적이고 신뢰성 있는 접속을 제공하는, 마이크로일렉트로닉 부품 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공지된 방법에 비해 기본적으로 제조비의 증가를 나타내지 않는, 본 발명의 본딩 와이어의 제조 방법을 제공하는 것이다.

놀랍게도, 본 발명의 와이어는 전술한 목적 중 하나 이상을 해결하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이러한 와이어의 제조 방법은 와이어 제조의 과제 중 하나 이상을 극복하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명의 와이어를 포함하는 시스템은, 본 발명에 따른 와이어와 다른 전기적 엘리먼트 사이의 계면에서 더욱 신뢰할만한 것으로 밝혀졌다.

상기 본 발명의 목적 중 하나 이상의 해법에 대한 기여는, 독립 청구항의 주제에 의해 제공되는데, 상기 독립 청구항의 종속항은 본 발명의 바람직한 측면을 나타내며, 그러한 종속항의 주제도 마찬가지로 전술한 목적 중 하나 이상을 해결하는 데 기여한다.

본 발명의 제1 측면은 본딩 와이어로서,

표면을 가진 코어를 포함하고, 상기 코어는 주성분으로서의 은과, 금, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 니켈, 구리 및 이리듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하고, 상기 본딩 와이어는 다음 성질 중 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 한다:

i) 상기 코어의 결정 그레인(grain)의 평균 크기가 0.8㎛ 내지 3㎛임,

ii) 상기 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양이 10∼20%의 범위임,

ⅲ) 상기 와이어의 단면에서 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양이 5∼15%의 범위임, 및

iv) 상기 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인과 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 총량이 15∼40%의 범위임.

여기서, 성분들의 모든 함량 또는 점유율(share)은 중량 기준 점유율로서 주어진다. 특히, 퍼센트 단위로 주어진 성분 점유율은 중량%임을 의미하고, ppm(parts per million) 단위로 주어진 성분 점유율은 중량-ppm임을 의미한다. 특정한 크기 및/또는 배향의 결정 그레인과 관련된 퍼센트 값의 경우에, 그 값은 총 입자수의 점유율이다.

그레인 크기 및/또는 그레인 배향을 판정하기 위해, 와이어 샘플을 제조하고, 전자 현미경, 특히 EBSD(=Electron Backscatter Diffraction)을 사용하여 측정하고 평가했다. 본 발명의 특허청구된 특징의 정확한 정의에 관해, 이하에서 본 발명의 예시적 구현예의 설명을 참조하기로 한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 와이어는 코어의 표면을 커버하는 코팅층을 가지고 있지 않다. 이로 인해 와이어가 간단하게, 저렵한 비용으로 제조될 수 있다. 이것은 특정 어플리케이션에 있어서, 본 발명의 와이어의 코어의 표면 상에 코팅층이 제공될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.

어느 성분의 점유율이 기준 물질의 모든 다른 성분들보다 많다면, 그 성분은 "주성분"이다. 바람직하게는, 주성분은 물질의 총중량의 50% 이상을 포함한다.

바람직한 구현예에 있어서, 코어는 주성분으로서의 은과, 금, 팔라듐 및 백금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함한다.

바람직한 구체적 구현예에 있어서, 코어는 80∼95중량%의 은, 5∼12중량%의 금, 1.5∼5중량%의 팔라듐, 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함한다. 이러한 구현예에 있어서, 금의 함량은 보다 바람직하게는 5∼12%의 범위이고, 가장 바람직하게는 6∼10%의 범위이다. 팔라듐의 양은 보다 바람직하게는 2∼5%의 범위이고, 가장 바람직하게는 2∼4%의 범위이다.

다른 구현예에 있어서, 코어는 90∼99.7중량%의 은, 0.3∼10중량%의 금 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함한다.

또 다른 구현예에 있어서, 코어는 90∼99.7중량%의 은, 0.3∼10중량%의 팔라듐 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함한다.

또 다른 구현예에 있어서, 코어는 80∼99중량%의 은, 0∼10중량%의 금, 1∼20중량%의 팔라듐 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함한다.

본 발명의 특히 바람직한 구현예에 있어서, 코어의 결정 그레인의 평균 크기는 1.0㎛ 내지 1.6㎛이다. 결정 그레인의 그러한 크기는 특별히 균질하고, 와이어 성질의 양호한 재현성에 기여한다.

가장 유리한 구현예에 있어서, 결정 그레인의 크기의 표준 편차는 0㎛ 내지 0.5㎛이다. 보다 바람직하게는, 결정 그레인의 크기의 표준 편차는 0㎛ 내지 0.4㎛, 또는 심지어 0㎛ 내지 0.25㎛이다. 놀랍게도, 와이어의 품질과 그 재현성은, 결정 그레인이 크기에 있어서 특히 균질한 경우에, 현저히 증강되는 것으로 밝혀졌다.

일반적으로, 그레인 크기 및 배향과 같은 그레인의 추가적 구조는, 공지의 제조 파라미터를 적절히 선택함으로써 조절될 수 있다. 그것은, 어닐링 온도 및 노출 시간과 같은 어닐링 파라미터를 비롯하여, 풀링(pulling) 단계의 수, 각각의 직경 감소 등과 같은 다른 파라미터들이다.

본 발명의 가장 바람직한 구현예에 있어서, 와이어는 최종 풀링 단계 이전에 중간 어닐링 단계에 노출되었다. 중간 어닐링이란, 와이어의 마이크로구조에 영향을 주는 추가의 단계 또는 조치 이전에 상기 어닐링이 실행된다는 것을 의미한다. 그러한 단계는, 예를 들면, 중간 어닐링 후 와이어의 풀링 공정이다.

본딩 공정에서 와이어를 사용하기 전에 와이어를 어닐링 단계에 노출시키는 것은, 일반적으로 그러한 중간 어닐링 단계, 또는 최종적 어닐링 단계로 이해될 수 있다. 그러한 최종적 어닐링 단계는, 와이어 마이크로구조에 영향을 주는 와이어 제조 공정의 마지막 단계로 이해된다. 그러한 최종적 어닐링 단계의 파라미터는 해당 기술 분야에 잘 알려져 있다.

와이어를 최종적 어닐링 단계에 노출시키는 경우에, 가장 바람직하게는 사전에 중간 어닐링 단계가 실행되는 것인데, 이는 와이어의 제조 공정에 있어서 두 가지 이상의 상이한 어닐링 단계가 실행되는 것을 의미한다. 풀링 단계와 같이, 와이어의 마이크로구조에 영향을 주는 작업이 중간 어닐링과 최종적 어닐링 사이에 실행될 수 있다. 이것은 특히 본 발명의 와이어의 결정 구조를 최적화할 수 있게 한다.

바람직한 구현예에 있어서, 코어 전구체는 중간 어닐링 단계에 노출되었을 때 0.5mm 이상의 직경을 가진다. 보다 바람직하게는, 상기 직경은 1mm 이상이다. 한편, 중간 어닐링시 코어의 직경은 10mm를 초과하지 않아야 하고, 보다 바람직하게는 5mm를 초과하지 않아야 한다. 풀링이나 다른 성형 방법에 의해 그러한 코어 전구체로부터 본딩 와이어, 특히 가느다란 본딩 와이어를 성형할 때, 성형 단계 이전에 중간 어닐링은 유리한 결정 구조를 얻는 데 크게 도움을 준다. 코어 전구체는 최종적 와이어 코어의 임의의 프리-폼(pre-form)으로 정의되지만, 코어 전구체는 롤링, 풀링, 가열 등과 같은 제조 단계에 의해 가공된다.

일반적으로 바람직하게는, 성형 단계, 특히 풀링 단계에 의해 얻어진, 최종적 와이어 직경과 중간 어닐링된 코어 사이의 직경 감소비는 0.1∼0.002, 보다 바람직하게는 0.05∼0.005의 범위에서 선택된다.

와이어를 더욱 최적화하는 방법은 여러 번의 중간 어닐링을 포함할 수 있지만, 제조의 효율성을 위해서는 한 번의 중간 어닐링 단계가 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 중간 어닐링 단계는 와이어를 350℃ 이상의 어닐링 온도에 5분 이상의 노출 시간 동안 노출시키는 단계를 포함한다.

보다 바람직한 어닐링 온도는 400℃ 내지 600℃의 범위, 가장 바람직하게는 450℃ 내지 550℃의 범위이다.

중간 어닐링 시간은, 보다 바람직하게는 30분보다 길고, 특히 30분 내지 120분의 범위이다.

본 발명의 특히 바람직한 구현예는, 중간 어닐링의 보다 바람직한 어닐링 온도와 보다 바람직한 노출 시간을 결부시킨다. 이 구현예에 있어서, 450℃ 내지 550℃의 어닐링 온도가 30분 내지 120분의 노출 시간과 결부된다.

본 발명의 또 다른 구체적 구현예는, 중간 어닐링에 있어서 어닐링 온도에 노출시킨 후 냉각 단계에 노출시키는 단계를 포함하고, 여기서 냉각 단계의 지속시간은 5분 이상이다.

냉각 단계는, 어닐링 온도로부터 더 낮은 온도로 하향하여 기울어지는 온도라고 이해해야 한다. 이러한 낮은 온도는 실온, 또는 와이어의 구조에서 더 이상의 유의적 변화가 일어나지 않는 임의의 온도일 수 있다. 특히, 낮은 온도는 와이어의 정상적 가동 온도일 수 있고, 따라서 가동 온도는 결정 구조에 대해 별다른 영향이 없을 것으로 예상되는 범위로 선택된다. 예를 들어, 통상적 LED 어플리케이션의 경우에 전형적인 가동 온도의 예는 70℃ 정도이다.

냉각 단계의 시작부터 완료까지 온도 대비 시간 도표의 형태는, 필수적인 것은 아니지만, 직선형인 것이 바람직하다.

결정 구조에 대해 특히 유리하게 영향을 미치는 것은, 냉각 단계의 지속시간이 중간 어닐링에서 노출되는 지속시간의 절반 이상인 경우이다. 더욱 바람직하게는, 냉각 단계의 지속시간은, 중간 어닐링 단계의 지속시간과 거의 동일하다. 놀랍게도, 냉각 공정을 더 느리게, 제어 방식으로 실행하는 것이 결정 구조의 균질성을 현저히 향상시키는 것으로 밝혀졌다.

본 발명은 특히 가느다란 본딩 와이어에 관한 것이다. 관찰된 효과는, 가느다란 와이어에 대해, 특히 그레인 크기와 그레인 배향의 컨트롤에 관해 유익하다. 이 경우에, "가느다란 와이어"라는 용어는 8㎛ 내지 80㎛ 범위의 직경을 가지는 와이어로 정의된다. 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 가느다란 와이어는 30㎛ 미만의 직경을 가진다. 그러한 가느다란 와이어에 있어서, 본 발명의 조성물 및 어닐링 공정은 유익한 성질을 얻는 데 특히 도움을 준다.

그러한 가느다란 와이어는, 필수적이지는 않지만, 대부분 본질적으로 원형 형상의 단면도를 가진다. 본 발명의 문맥에 있어서, "단면도"라는 용어는 와이어의 절단면을 의미하고, 그 절단면은 와이어의 길이방향 연장선에 대해 수직이다. 단면도는 와이어의 길이방향 연장선 상의 임의의 위치에서 알 수 있다. 단면에서 와이어를 통한 "최장 경로(path)"는 단면도의 평면 내에 와이어의 단면을 통해 놓여질 수 있는 가장 긴 코드(chord)이다. 단면에서 와이어를 통한 "최단 경로"는, 위에 정의된 단면도의 평면 내의 최장 경로에 대해 수직인 가장 긴 코드이다. 와이어가 진원(perfect circular) 단면을 가진다면, 최장 경로와 최단 경로는 구별할 수 없게 되고, 동일한 값을 공유한다. "직경"이라는 용어는 임의의 평면 및 임의의 방향에서의 모든 기하학적 직경의 산술 평균이고, 여기서 모든 평면은 와이어의 길이 방향 연장선에 대해 수직이다.

본 발명의 또 다른 측면은, 본 발명에 따른 본딩 와이어에 의해 서로 접속되어 있는, 전자 장치와 기재를 포함하는 마이크로일렉트로닉 부품이다.

부품 패키지의 바람직한 구체적 구현예에 있어서, 전자 장치는 발광 다이오드이다. 본 발명에 따른 와이어는 LED 장치와 같은 본딩용으로 매우 적합한 것으로 나타났을 뿐만 아니라, 와이어 물질의 반사율(reflectivity)이 이러한 특정 어플리케이션에 있어서 양호한 결과를 제공하는 것으로 나타났다.

본 발명의 또 다른 측면은, 본 발명에 따른 본딩 와이어의 제조 방법으로서,

a. 와이어 코어 전구체를 제공하는 단계;

b. 와이어 코어의 최종적 직경이 도달될 때까지 상기 전구체를 풀링하는 단계;

c. 상기 풀링된 와이어를 최소의 어닐링 시간 동안 최소의 어닐링 온도에서 어닐링하는 단계

를 포함하는, 본딩 와이어의 제조 방법이다.

상기 전구체의 풀링은 여러 단계로 수행될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 와이어 코어 전구체는 본 발명의 조성을 가지는 것으로 이해된다. 그러한 전구체는, 한정된 양의 은을 용융시키고, 한정된 양의 추가적 성분을 첨가하고, 균질한 혼합물을 형성함으로써 간단히 얻어질 수 있다. 와이어 코어 전구체는 이어서, 용융된 합금 또는 응고된 합금으로부터 임의의 공지된 방식으로 캐스팅 또는 성형될 수 있다.

본 발명의 가장 바람직한 구현예에 있어서, 상기 방법은, d. 상기 단계 b 이전에 상기 와이어 코어 전구체를 중간 어닐링하는 단계를 포함한다.

이러한 추가적 중간 어닐링 단계는, 와이어의 풀링 등의 단계에서 강한 기계적 변형이 일어나기 전에 결정 구조의 최적화를 가져온다. 중간 어닐링은 와이어의 마이크로구조를 최종적으로 얻는 데 유익한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 중간 어닐링 단계는 최종 생산물에 있어서 그레인 크기의 편차를 감소시키고, 그레인의 배향을 향상시키는 데에 도움을 줄 수 있다. 중간 어닐링의 파라미터는, 요구되는 와이어 파라미터에 맞추어 조정될 수 있다.

바람직하게는, 최소의 중간 어닐링 온도는 350℃이고, 최소의 중간 어닐링 시간은 5분이다.

유리하게는, 상기 방법은 중간 어닐링 후에 상기 와이어를 상기 중간 어닐링 온도로부터 통상적 가동 온도 이하의 온도로 냉각시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 냉각 단계는 5분 이상의 지속시간을 가진다.

와이어를 제조하는 방법의 보다 바람직한 구체적 구현예에 관해서, 특히 최적화된 어닐링 파라미터와 관련하여, 본 발명의 와이어에 대한 상기 설명을 참조한다.

본 발명에 의하면, 양호한 가공성을 가지고, 상호접속시 특별한 필요성을 갖지 않으며, 제조 비용이 절감되는 본딩 와이어가 제공된다. 또한, 우수한 전기 전도도와 열 전도도를 가지며, 향상된 신뢰성을 나타내는 본딩 와이어가 제공된다.

본 발명의 주제가 도면에 예시되어 있다. 그러나, 도면은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 와이어의 단면 제조에 대한 스캔을 나타내는 도면으로서, 결정 그레인 경계를 볼 수 있다.
도 2는 중간 어닐링이 배제된 와이어와 비교한 본 발명의 와이어의 그레인 크기 평가에 대한 도표이다.
도 3은 여러 가지 배향이 표시되고 평가된 결정 그레인을 가진, 도 1로부터의 와이어를 나타낸다.
도 4는 도 1로부터의 와이어의 그레인 크기를 평가하는 도표이다.
도 5는 실시예와 비교예에서 제조된 세 가지 와이어의 비저항을 비교하는 도표이다.

실시예

본 발명은 실시예에 의해 보다 구체적으로 예시된다. 이 실시예는 본 발명의 예시적 설명을 제공하며, 본 발명 또는 특허청구의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

소정량의 순수한 은을 용융시키고, 소정량의 순수한 금과 팔라듐을 첨가하여, 아래와 같은 잘 혼합된 조성물(단위: 중량%)을 얻음으로써 합금이 제조되었다:

은: 89%, 금: 8%, 팔라듐: 3%.

용융된 혼합물을 성형체로 캐스팅하고, 냉각시켜 와이어 코어 전구체를 얻었다. 상기 와이어 전구체의 직경은 2mm였다.

이어서, 직경 2mm의 와이어 코어 전구체를 중간 어닐링(annealing) 단계에서 어닐링했다. 이 단계에서, 코어 전구체를 500℃의 온도로 예열된 어닐링 오븐에 삽입했다. 이어서, 코어 전구체를 90분의 노출 시간 동안 500℃의 일정한 온도에서 오븐 내에 유지시켰다.

상기 중간 어닐링 단계에 연속하여, 다음과 같은 파라미터로 냉각 단계를 수행했다: 오븐 온도를 500℃로부터 실온까지 90분 동안에 직선적으로 저하시켰다.

중간 어닐링된 코어 전구체는 이어서, 여러 번의 연신 단계를 거쳐 최종 직경 18㎛의 가느다란 와이어로 연신되었다.

얻어진 18㎛ 와이어는 이어서, 통상적 어닐링 파라미터의 최종적 어닐링 단계에서 어닐링되었다.

본 발명에 따라 얻어지는 와이어를 사용하여 여러 가지 테스트를 행했다.

먼저, 상기 와이어를 본 발명의 와이어와 유사한 은 합금을 기재로 하는 2개의 표준 와이어와 비교했다. 비교 측정치는 와이어의 비저항에 대한 데이터, 스티치 풀 거동에 대한 데이터 및 볼 전단 거동에 대한 데이터를 포함한다. 와이어의 이러한 성질에 대해, 와이어 본딩 분야에서 표준인 테스트 공정이 사용되었다.

도 5는 세 가지 와이어를 비교하는 도표를 나타낸다. 본 발명에 따른 와이어를 W1이라 하고, 두 가지 비교 와이어를 C1 및 C2라 한다. 와이어의 비저항은 다음과 같은 값을 가진다:

	W1	C1	C2
비저항[μΩ×cm]	4.66	4.80	5.10

본 발명의 와이어 샘플 W1은 가장 낮은 비저항을 가지는데(4.7μΩ×cm 미만), 이것은 일반적으로 본딩 와이어의 매우 유리한 특징이다.

스티치 풀 거동을 비교하면, 높은 스티치 풀 값만이 유리한 것이 아니고, 그 값의 편차가 낮을수록 유리한데, 편차가 낮은 것이 제조 공정에 있어서 높은 제어 특성과 신뢰성을 제공하기 때문이다.

세 가지 와이어에 대한 결과를 하기 표 2에 나타낸다:

스티치 풀[g]	W1	C1	C2
최소	2.0	2.2	2.0
최대	2.8	3.9	2.6
평균	2.4	2.9	2.2
표준편차, σ	0.2	0.5	0.2

상기 데이터는, 본 발명의 와이어가 와이어 C1에 비해 현저히 양호한 편차를 가지기 때문에 유리하다는 것을 나타낸다. 와이어 C2와 비교할 때, 본 발명의 와이어는 동일한 편차라고 해도 평균값이 더 높기 때문에 동일한 수준 이상이다.

볼 전단 성질을 비교하면, 높은 풀 값만이 유리한 것이 아니고, 값의 편차가 낮을수록 유리한데, 편차가 낮은 것이 제조 공정에 있어서 높은 제어 특성과 신뢰성을 제공하기 때문이다. 세 가지 와이어에 대한 결과를 하기 표 3에 나타낸다:

볼 전단[g]	W1	C1	C2
최소	11.1	10.6	10.3
최대	14.5	13.6	13.2
평균	12.6	12.0	12.0
표준편차, σ	0.2	0.5	0.2

볼 전단 성질에 대한 데이터는, 본 발명의 와이어가 가장 낮은 편차와 함께 가장 높은 평균값을 가지기 때문에 두 가지 비교 와이어보다 유리하다는 것을 나타낸다.

이하에서, 본 발명의 와이어를 특정 성질에 관해 상세히 설명한다.

도 1은 샘플로 제조된 본 발명의 와이어의 측정치를 나타낸다. 샘플 제조는 다음과 같은 여러 개의 단계로 실행되었다:

- 소정 길이의 와이어를 단면이 직사각형인 강철 지지체 상에 감았다.

- 감긴 와이어와 강철 지지체를 몰딩에 의해 수지 중에 매립했다.

- 매립된 와이어를 가로질러 단면을 절단했다.

- 와이어의 단면적을 0.04㎛의 최종적 폴리싱(polishing) 그레인 크기로 여러 단계로 폴리싱했다.

- 폴리싱된 표면을 세정한 다음, 이온 밀링(ion milling)으로 처리했다.

와이어의 마이크로텍스쳐(microtexture)에 대해 여러 가지 측정을 행했는데, 특히 전자 후방산란 회절법(electron backscattering diffractometry; EBSD)을 이용하여 측정했다. 사용된 분석 장치는 FE-SEM Hitachi S-4300E였다. 측정 및 데이터 평가에 사용된 소프트웨어 패키지는 TSL이라는 것으로, 미국 Edax Inc.사(www.edax.com)로부터 상업적으로 입수가능하다.

이러한 측정에 의해, 와이어의 결정 그레인의 크기와 분포뿐만 아니라 결정 배향이 판정되었다. 본 실시예에서, 결정 그레인의 측정과 평가가 EBSD에 의해 실행되기 때문에, 그레인 경계를 판정하기 위해 공차각(tolerance angle)이 5°로 설정되었음을 이해해야 한다.

도 1의 이미지는 직경 18㎛인 본 발명의 와이어의 단면에 대한 스캔을 나타내는 것으로, 와이어 물질의 결정 그레인은 그레인 경계선으로 표시된다. 단결정 그레인 전부를 그 크기와 결정 배향에 관해 평가했다.

이 평가에 있어서, 보다 심도있는 이해를 위해, 단면의 세 가지 상이한 영역이 정의되었다. 그 영역은 본질적으로 원형인 단면의 중심으로부터 방사상 거리에 따라, "표면", "중간(intermediate)" 및 "중심"으로 명명된다. 상기 세 영역 각각은 전체 단면적에서 거의 동일한 점유율을 가진다.

도 2에서, 중간 어닐링과 냉각 단계가 실행되지 않은 와이어(하측 곡선)와, 중간 어닐링과 냉각 단계가 전술한 바와 같이 실행된 와이어(상측 곡선)에 있어서 각각의 영역에 대해, 결정 그레인의 평균 크기가 표시되어 있다. 그레인 크기의 표준 편차는 각각의 도표점에서 수직 막대로 표시되어 있다.

총평균 그레인 크기는 중간 어닐링된 와이어의 경우에 약 1.2㎛이고, 여러 가지 영역에 대해 평균한 표준 편차는 0.13㎛ 미만이다. 여러 가지 영역에 있어서, 평균 그레인 크기는 모두 1㎛ 이상이고, 표준 편차는 모두 0.15㎛ 이하이다.

배향은 와이어 샘플의 길이 방향을 따라 설정되었고, <001> 배향으로 정의되었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 도 1의 와이어의 결정 그레인은 와이어 축에 대한 배향에 관해 평가되었다. 도 3의 우측 상단에서, 삼각형은 통상적 표시 방법으로서 상이한 배향을 나타낸다. 세 가지 기본적, 또는 주된 배향인 <001>, <101> 및 <111>은 삼각형의 각 모서리에 속한다.

이 평가에 있어서, 측정된 결정 그레인의 배향이 <001> 배향(또는 각각 <111> 배향)에 대해 공차각 15° 이내이면, <001> 배향(또는 각각 <111> 배향)에 속하는 것으로 정의된다. 삼각형에 있어서, 이러한 공차각이 <001> 배향 및 <111> 배향의 경우에 채워진 면적으로서 나타나 있고, 두 배향에 대해 2개의 상이한 회색 음영(shade)으로서 나타나 있다. 이러한 배향의 각각의 그레인은 와이어 단면에 있어서 회색 음영의 동일한 색으로 표시된다. 흰색의 다른 그레인은 <001> 또는 <111> 배향에 속하지 않는다.

카운팅된 그레인의 평가는 그레인 총수의 11.7%가 <001> 배향에 속하고, 그레인 총수의 6.9%가 <111> 배향에 속하는 것을 나타낸다.

비교 와이어 C1 및 C2와 비교 결과를 아래 표에 나타낸다:

그레인의 점유 수 [%], 공차각 15°	W1	C1	C2
<001> 배향	11.7	8.2	27.0
<111> 배향	6.9	3.4	20.3
<001> 배향과 <111> 배향의 합	18.6	11.6	47.3

이러한 결과와, 추가적 평가에 따르면, 본 발명의 와이어 샘플은 다음과 같은 성질을 가진 특정 배향의 입자의 분포를 가지는 것으로 확인된다:

a. 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양은 10∼20%의 범위이다.

b. 와이어의 단면에서 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양은 5∼15%의 범위이다.

c. 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인과 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 총량은 15∼40%의 범위이다.

d. 코어의 결정 그레인의 평균 크기는 0.8㎛∼3㎛의 범위이다.

이러한 성질 중 하나 이상을 가지는 본 발명의 와이어는 전술한 바와 같은 본딩 공정에서 양호한 특성을 나타내는 것으로 나타났다. 더욱 유리하게는, 상기 특징 a∼d 중 두 가지 이상이 동시에 존재한다.

Claims (20)

1. 표면을 가진 코어를 포함하는 본딩 와이어로서,
   상기 코어는 주성분으로서의 은과, 금, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 니켈, 구리 및 이리듐으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하고,
   다음 성질 중 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어:
   i) 상기 코어의 결정 그레인의 평균 크기가 0.8㎛ 내지 3㎛임,
   ii) 상기 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양이 10∼20%의 범위임,
   ⅲ) 상기 와이어의 단면에서 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 양이 5∼15%의 범위임, 및
   iv) 상기 와이어의 단면에서 <001> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인과 <111> 방향으로 배향을 가지는 결정 그레인의 총량이 15∼40%의 범위임.
2. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 주성분으로서의 은과, 금, 팔라듐 및 백금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
3. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 80∼95중량%의 은, 5∼12중량%의 금, 1.5∼5중량%의 팔라듐 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 90∼99.7중량%의 은, 0.3∼10중량%의 금 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
5. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 90∼99.7중량%의 은, 0.3∼10중량%의 팔라듐 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
6. 제1항에 있어서,
   상기 코어는 80∼99중량%의 은, 0∼10중량%의 금, 1∼20중량%의 팔라듐 및 0.01중량% 이하의 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
7. 제1항에 있어서,
   상기 코어의 결정 그레인의 평균 크기가 1.0㎛ 내지 1.6㎛인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
8. 제1항에 있어서,
   상기 결정 그레인의 크기의 표준 편차가 0㎛ 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
9. 제1항에 있어서,
   상기 결정 그레인의 크기의 표준 편차가 0㎛ 내지 0.4㎛인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
10. 제1항에 있어서,
    상기 와이어가, 상기 와이어의 최종적 풀링 단계 이전에 중간 어닐링 단계에 노출된 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
11. 제10항에 있어서,
    상기 코어 전구체가 상기 중간 어닐링 단계에 노출되었을 때, 0.5mm 이상의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 중간 어닐링 단계가, 350℃ 이상의 어닐링 온도에서 5분 이상의 노출 시간 동안 상기 와이어를 노출시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어는상기 어닐링 온도에 노출된 후 냉각 단계에 노출되고, 상기 냉각 단계의 지속시간은 5분 이상인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 단계의 지속시간이 상기 노출 시간의 지속시간의 절반 이상인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어의 직경이 10∼30㎛의 범위인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 본딩 와이어에 의해 서로 접속되어 있는, 전자 장치 및 기판을 포함하는 마이크로일렉트로닉 부품 패키지.
17. a. 와이어 코어 전구체를 제공하는 단계;
    b. 와이어 코어의 최종적 직경이 도달될 때까지 상기 전구체를 풀링하는 단계;
    c. 상기 풀링된 와이어를, 최소의 어닐링 온도에서 최소의 어닐링 시간 동안 어닐링하는 단계
    를 포함하는, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 본딩 와이어의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서,
    d. 상기 단계 b 이전에 상기 와이어 코어 전구체를 중간 어닐링하는 단계를 포함하는, 본딩 와이어의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 최소의 중간 어닐링 온도가 350℃이고, 상기 최소의 중간 어닐링 시간이 5분인, 본딩 와이어의 제조 방법.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    e. 중간 어닐링 후에 상기 와이어를 상기 중간 어닐링 온도로부터 통상적 가동 온도 이하의 온도로 냉각시키는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 냉각 단계는 5분 이상의 지속시간을 가지는, 본딩 와이어의 제조 방법.

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