KR20150109424A - 접합 적용을 위한 코팅된 와이어 - Google Patents

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KR20150109424A
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KR
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wire
core
component
coating
layer
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KR1020157022362A
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오이겐 밀케
위르겐 샤르프
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헤레우스 도이칠란트 게엠베하 운트 코. 카게
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    • H01L2224/45663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45664—Palladium (Pd) as principal constituent
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    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45599—Material
    • H01L2224/456—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45669—Platinum (Pt) as principal constituent
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    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/45599—Material
    • H01L2224/456—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45673—Rhodium (Rh) as principal constituent
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    • H01L2224/45599—Material
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    • H01L2224/45663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45676—Ruthenium (Ru) as principal constituent
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    • H01L2224/4554—Coating
    • H01L2224/45599—Material
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    • H01L2224/45663—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/45678—Iridium (Ir) as principal constituent
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/4809—Loop shape
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    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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Abstract

본 발명은 표면을 갖는 코어로서, 구리 및 은으로 구성되는 그룹에서 선택된 코어 주요 성분을 포함하는, 상기 코어; 및 적어도 부분적으로 상기 코어의 표면 위로 중첩되는 코팅층으로서, 적어도 10%의 양의 성분으로서 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐의 그룹으로부터 선택된 코팅 성분을 포함하는, 상기 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 적어도 10%의 양의 성분으로서 상기 코어의 주요 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 와이어에 관한 것이다.

Description

접합 적용을 위한 코팅된 와이어{COATED WIRE FOR BONDING APPLICATIONS}
본 발명은 접합 와이어에 관한 것으로서, 상기 접합 와이어는 표면을 갖는 코어로서, 구리 및 은으로 구성되는 그룹에서 선택된 코어 주요 성분을 포함하는, 상기 코어; 및 적어도 부분적으로 상기 코어의 표면 위로 중첩되는 코팅층으로서, 적어도 10%의 양의 성분으로서 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐의 그룹으로부터 선택된 코팅 성분을 포함하는, 상기 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 적어도 10%의 양의 성분으로서 상기 코어의 주요 성분을 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 와이어, 제 1 접합 패드 및 제 2 접합 패드를 포함하는 전자 장치의 접합 시스템에 관한 것으로서, 독창적인 와이어는 쐐기 접합에 의해서 상기 접합 패드들 중 적어도 하나에 연결된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 와이어의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제작 중에 집적회로와 인쇄회로기판을 상호 전기접속하기 위해 반도체 장치들의 제조 시에 접합 와이어들이 사용된다. 또한, 접합 와이어들은 트랜지스터, 다이오드 등을 하우징의 핀들 또는 패드들에 전기 접속하기 위한 전력 전자 적용분야에서 사용된다. 접합 와이어들은 초기에 금으로 제조되었지만, 현재는 구리와 같은 저렴한 재료들이 사용된다. 구리 와이어들은 매우 우수한 전기 및 열적 전도성을 제공하지만, 구리 와이어의 쐐기 접합은 도전과제를 가진다. 더우기, 구리 와이어들은 와이어의 산화에 민감하다.
와이어의 기하학적 형태에 대해서, 가장 공통사항은 다소의 직사각형 단면을 갖는 접합 리본과 원형 단면의 접합 와이어들이다. 와이어 기하학적 형태의 양자 유형 모두는 특정 적용에 대해서 유용하게 하는 장점을 가진다. 따라서, 기하학적 형태의 양자 유형 모두는 시장을 공유하고 있다. 예를 들어, 접합 리본은 주어진 단면 영역에 대해서 큰 접촉 영역을 가진다. 그러나, 리본들의 굽힘은 제한되고 접합될 요소와 리본 사이에 허용가능한 전기 접촉에 도달하기 위하여 접합될 때 리본의 배향을 관측해야 한다. 접합 와이어들에 있어서, 이들은 굽혀지기에 더욱 가요성이 있다. 그러나, 접합은 접합 프로세스에서 와이어의 납땜 또는 큰 변형을 포함하고, 이는 접합되는 요소의 하부 전기 구조물과 접합 패드를 유해하게 하거나 또는 파괴할 수 있다.
본 발명에 대해서, 용어 접합 와이어는 모든 형상의 단면과 모든 일반적인 와이어 직경을 포함하지만, 원형 단면을 갖는 접합 와이어들과 얇은 직경이 선호된다.
일부 최신의 발전은 구리 코어와 보호 코팅층을 갖는 접합 와이어들에 관한 것이다. 코어 재료로서, 구리는 높은 전기 전도성으로 인하여 선택된다. 코팅층에 관하여, 팔라듐은 가능한 선택사항들중 하나이다. 이러한 코팅 접합 와이어들은 구리 와이어의 장점과 산화에 대한 낮은 민감성을 조합한다. 그럼에도 불구하고, 접합 와이어 자체와 접합 프로세스에 관한 접합 와이어 기술을 더욱 개선하기 위한 필요성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 접합 와이어들을 제공하는 것이다.
그러므로, 본 발명의 다른 목적은 상호 접속할 때 특정 필요성이 없어서 비용을 절감하고 우수한 처리 특성을 갖는 접합 와이어를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 우수한 전기 및 열적 전도성을 갖는 접합 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 개선된 신뢰성을 나타내는 접합 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 특히 볼 접합 절차에서 자유 에어 볼(free air ball; FAB)의 형성에 관한 우수한 접합성을 나타내는 접합 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 쐐기 접합 및/또는 제 2 접합에 대한 우수한 접합성을 나타내는 접합 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 내부식성 및/또는 내산화성을 개선한 접합 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 표준규격 칩 및 접합 기술과 함께 사용될 전자 장치를 접합하기 위한 시스템을 제공하는 것이며, 상기 시스템은 적어도 제 1 접합에 대해서 고장 비율의 감소를 나타낸다.
본 발명의 또다른 목적은 독창적 접합 와이어를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 상기 방법은 기본적으로 공지된 방법과 비교할 때 제조 비용이 증가하지 않는다.
놀랍게도, 본 발명의 와이어들은 상술한 목적들 중 적어도 하나를 해결하는 것으로 확인되었다. 또한, 와이어들을 제조하는 도전과제들 중 적어도 하나를 극복하는, 상기 와이어들을 제조하기 위한 여러개의 대안 프로세스들을 발견하였다. 또한, 본 발명의 와이어들을 포함하는 시스템들은 본 발명에 따른 와이어들과 다른 전기 요소들, 예를 들어 인쇄 회로 기판, 패드/핀 등 사이의 계면에서 더욱 신뢰성이 있는 것으로 확인되었다.
상술한 목적들 중 적어도 하나의 해결방안에 대한 기여는 카테고리 형성 청구항들의 요지들에 의해서 제공되고, 상기 카테고리 형성 청구항들의 종속 청구항들은 본 발명의 양호한 형태를 나타내고, 그 요지는 상술한 목적들 중 적어도 하나를 해결하는데 기여한다.
본 발명의 제 1 형태는 표면을 갖는 코어로서, 구리 및 은으로 구성되는 그룹에서 선택된 코어 주요 성분을 포함하는, 상기 코어; 및 적어도 부분적으로 상기 코어의 표면 위로 중첩되는 코팅층으로서, 적어도 10%의 양의 성분으로서 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐의 그룹으로부터 선택된 코팅 성분을 포함하는, 상기 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 적어도 10%의 양의 성분으로서 상기 코어의 주요 성분을 포함하는 접합 와이어이다.
더욱 양호한 실시예들은 다음과 같이 코어 주요 성분과 코팅 성분의 조합들 중 하나를 가진다:
코어 주요 성분 코팅 성분
Cu Pd
Cu Pt
Ag Au
Ag Pd
Ag Pt
더욱 양호한 실시예에서, 상기 코어 주요 성분 및 코팅 성분은 각각 적어도 20%의 양으로 제공되고, 가장 양호한 실시예에서는, 각각 적어도 25%의 양으로 제공된다.
본 발명에 따른 이러한 와이어는 제조 비용 및 유효성에 대해서 최적의 코팅층을 가진다. 놀랍게도, 코팅층이 순수 코팅 성분으로 구성되지 않고 코어 주요 성분과 상당한 공유량을 갖는다면, 내부식성 또는 다른 특성들의 적절하지 않은 결점이 있는 것으로 판명되었다.
다른 특정 규정이 제공되지 않으면, 성분들의 모든 함량 또는 공유량은 현재 몰-%의 공유량으로 주어진다. 특히, 퍼센트로 주어진 공유량은 몰-%로 이해되고 ppm(parts per million)으로 주어진 공유량은 몰-ppm으로 이해된다.
본 발명의 경우에, 코팅층의 조성물을 형성하는 방법으로서 아우거 뎁쓰 프로파일링(Auger Depth Profiling)이 채택된다. 이 방법에서, 기본 조성물은 와이어의 각각의 표면 상의 아우거 분석에 의해서 측정된다. 코팅층의 표면에 대한 다른 깊이의 코팅층의 조성물은 스퍼터 깊이 프로파일링에 의해서 측정된다. 코팅층이 규정된 속도로 이온 비임에 의해서 스퍼터되는 동안, 조성 이후에는 동반된 아우거 분석이 따른다.
코팅층의 코어 주요 성분 및/또는 코팅 성분의 양은 다른 명시가 주어지지 않는다면 코팅층의 전체 용적에 걸친 평균으로서 이해된다.
와이어 코어와 코팅층의 계면 영역은 대체로 적층 구조물의 모든 실제 시스템과 같이 제공된다. 이러한 계면 영역은 와이어 제조 방법 및 다른 파라미터에 따라서 다소 좁을 수 있다. 이하 명확성의 목적을 위하여, 코팅층 및/또는 와이어 코어의 경계부는 대체로 뎁쓰 프로파일링 측정에서 성분 신호의 주어진 비율 하강으로서 규정된다.
본 발명의 문맥에서 용어 "중첩"은 제 2 항목, 예를 들어 코팅층에 대한 제 1 항목, 예를 들어 구리 코어의 상대 위치를 기술하는데 사용된다. 가능하게는, 중간층과 같은 추가 항목들은 제 1 항목 및 제 2 항목 사이에 배열될 수 있다. 양호하게는, 제 2 항목은 제 1 항목의 전체 표면에 대해서 적어도 부분적으로 예를 들어, 적어도 30%, 50%, 70% 또는 적어도 90% 만큼 제 1 항목 위에 중첩된다. 가장 양호하게는, 제 2 항목은 제 1 항목 위에 완전히 중첩된다. 일반적으로 양호하게는, 상기 코팅층은 접합 와이어의 최외층이다. 다른 실시예에서, 코팅층은 다른 층에 의해서 중첩될 수 있다.
상기 와이어는 특히 마이크로전자의 접합을 위한 접합 와이어이다. 상기 와이어는 양호하게는 단일 부재 대상물이다.
성분은 상기 성분의 공유량이 기준 재료의 모든 다른 성분들을 초과한다면 "주요 성분"이다. 양호하게는, 주요 성분은 재료의 전체 중량의 적어도 50%를 포함한다.
상기 와이어의 코어는 양호하게는 구리 또는 은을 적어도 90%의 양, 더욱 양호하게는 적어도 95%의 양 만큼 각각 포함한다. 다른 실시예에서, 구리 및 은은 동시에 제공될 수 있고, 2개의 원소들 중 하나는 코어 주요 성분에 대해서 제공된다. 본 발명의 가장 양호한 실시예에서, 와이어 코어는 순수 구리로 구성되고, 구리 이외의 다른 성분들의 총합은 0.1% 미만이다.
본 발명의 대안 유리한 실시예의 경우에, 상기 코어 주요 성분은 구리이고 특히 5% 미만의 소량의 팔라듐을 포함할 수 있다. 더욱 양호하게는, 코어의 팔라듐의 양은 0.5% 내지 2%, 가장 양호하게는 1.1 % 내지 1.8%이다. 이러한 경우에, 구리 및 팔라듐의 다른 성분들의 총합은 양호하게는 0.1% 미만이다.
일반적으로 양호한 실시예에서, 코팅층은 0.5㎛ 미만의 두께를 가진다. 코팅층이 충분히 얇다면, 접합 프로세스에서 코팅층의 가능한 효과는 감소된다. 본 발명의 문맥에서 용어 "두께"는 와이어 코어의 길이방향 축에 직각인 방향으로 층의 크기를 형성하는데 사용되고, 상기 층은 적어도 부분적으로 와이어 코어의 표면 위에 중첩된다.
본 발명은 특히 얇은 접합 와이어에 관한 것이다. 예를 들어, 이러한 와이어의 산화에 대한 민감성으로 인하여, 관측된 효과는 구체적으로 얇은 와이어에 유리하다. 본 경우에, 용어 "얇은 와이어"는 8㎛ 내지 80㎛의 범위의 직경을 갖는 와이어로서 규정된다. 가장 양호하게는, 본 발명에 따른 얇은 접합 와이어는 12㎛ 내지 50㎛의 범위의 두께를 가진다.
이러한 얇은 와이어들은 본질적으로 원의 형상의 단면도를 대부분 갖지만, 반드시 갖는 것은 아니다. 본 문맥에서 용어 "단면도"는 와이어에 따른 단면도를 지칭하고, 절취 평면은 와이어의 길이방향 연장부에 직각이다. 단면도는 와이어의 길이방향 연장부 상의 임의의 위치에서 확인될 수 있다. 단면에서 와이어를 따른 "최장 경로"는 단면도의 평면 내에서 와이어의 단면을 통해 놓여질 수 있는 최장 코드(longest chord)이다. 단면에서 와이어를 통한 "최단 경로"는 상술한 단면도의 평면 내에서 최장 경로에 직각인 최장 코드이다. 만약 와이어가 완벽한 원형 단면을 갖는다면, 그 다음 최장 경로 및 최단 경로는 구분할 수 없고 동일값을 공유한다. 용어 "직경"은 임의의 평면 및 임의의 방향의 모든 기하학적 직경들의 산술적 의미이고, 모든 평면들은 와이어의 길이방향 연장부에 직각이다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 코팅층의 외부 범위는 와이어 직경의 0.1%의 깊이에서 와이어 직경의 0.25%의 깊이로 연장되고, 코어 주요 성분의 양과 코팅 성분의 양은 외부 범위 내에서 제공된다. 코어 주요 성분의 양이 코팅층의 외부 부분에 제공되면 자유 에어 볼의 형성이 구체적으로 우수하다는 것을 실험을 통해서 입증하였다. 더욱 양호하게는, 외부 범위는 직경의 0.05%의 깊이에서 개시된다.
일반적으로 양호한, 코팅층의 두께는 적어도 임의의 범위들 내에 있는 와이어 직경으로 대략 축척된다. 적어도 얇은 와이어들의 경우에서, 코팅층의 전체 두께는 양호하게는 와이어 직경의 약 0.3% 내지 0.6%이다.
특정 실시예에서, 다량의 코어 주요 성분은 또한 코팅층의 외면으로 연장될 수 있지만, 다른 실시예들은 코팅층의 바로 최외측 부분들은 주로 탄소 또는 산소와 같은 추가 물질들을 함유한다.
또다른 실시예들에서, 코팅층의 최외측 표면은 금 또는 백금과 같은 귀금속 또는 귀금속들의 혼합물의 몇개의 단일층들로 덮혀질 수 있다. 본 발명의 구체적으로 양호한 실시예에서, 코팅층은 1 nm 내지 100nm 두께의 상단층으로 덮혀진다. 양호하게는, 상기 상단층의 두께는 1 nm 내지 50 nm이고, 가장 양호하게는 1 nm 내지 25 nm이다. 이러한 상단층은 양호하게는 귀금속 또는 하나 이상의 귀금속 등의 합금으로 구성된다. 양호한 귀금속들은 금, 은 및 그 합금들의 그룹에서 선택된다.
양호한 전개상황에서, 코어 주요 성분의 양은 외부 범위에서 30% 내지 70%이고, 더욱 양호하게는 40% 내지 60%이다. 추가로 유리하게는, 상기 외부 범위의 나머지는 5% 미만의 양의 첨가물 또는 오염물과는 별개의 코팅 성분으로 이루어진다.
또다른 전개상황에서, 코팅 성분의 양은 외부 범위 내에서 와이어의 내부를 향하여 감소된다. 구체적으로 양호한, 외부 범위의 방사상 내부 경계부에서의 코팅 성분의 양과 외부 범위의 방사상 외부 경계부에서의 코팅 성분의 양의 차이는 30%이하이다. 와이어 내부를 향하는 상기 코팅 성분의 이러한 감소 구배는 자유 에어 볼의 품질에 부가되는 것으로 간주된다.
본 발명의 가능한 실시예의 경우에, 와이어의 주요 성분은 와이어의 외측으로부터 와이어의 직경의 0.25%의 깊이까지 적어도 2배 변화된다.
여기서, 상기 와이어의 "주요 성분"은 임의의 깊이에서 작은 영역의 최고의 원소 성분으로서 이해된다. 와이어는 그 중심축에서 회전 대칭으로 조성되는 것으로 추정된다. 이러한 이상적인 와이어에서, 임의의 깊이에서 작은 영역은 와이어 축을 동심으로 둘러싸는 극소 두께의 실린더 벽으로서 이해될 수 있다. 이 영역의 깊이는 와이어 직경과 실린더 직경의 차이의 절반이다.
주요 성분의 교체는 3개 이상의 성분들에서 발생할 수 있는데, 예를 들어, 탄소에서 시작하여, 첫번째는 팔라듐으로 교체되고 그 다음 두번째는 주요 성분으로서 구리로 교체된다. 예를 들어, 코팅층의 다층 구조가 코팅층의 제조 방식에 의해서 채택되면, 역시 2개보다 많이 교체될 수 있다.
양호한 실시예에서, 주요 성분의 교체 수는 탄소가 와이어의 성분으로서 계수되지 않는다면, 적어도 2개이다. 탄소는 와이어의 성분으로서 계수되면, 주요 성분의 양호한 최소 교체 수는 적어도 3개이다.
일반적으로 유리하게는, 코팅층의 외부 표면 범위는 주요 성분으로서 탄소를 수용한다. 탄소는 원소 탄소 또는 유기 물질로서 제공될 수 있다. 일반적으로, 이러한 외부 표면 범위는 단지 몇개의 단일층의 두께, 특히 5 nm 미만의 두께를 가진다.
특정 양호한 실시예에서, 와이어의 길이방향으로 와이어 표면에서 측정된 코팅층의 평균 입자 크기는 50 nm 내지 1000 nm이다. 더욱 양호하게는, 상기 입자 크기는 200 nm 내지 800 nm이고, 가장 양호하게는 300 nm 내지 700 nm이다.
입자 크기들의 결정을 위하여, 와이어 샘플들이 준비, 측정 및 전자현미경 측정을 사용하여, 특히 EBSD (= 전자 반사 회절 기술;Electron Backscatter Diffraction)를 사용하여 평가되었다. 입자 경계부의 규정을 위하여, 5°의 허용 오차각도가 설정되었다. EBSD 측정은 에칭 등과 같은 임의의 추가 준비 단계 없이 접합 와이어의 본 표면에서 실행된다. 주어진 방향으로 측정된 각각의 입자의 크기는 명시된 방향의 입자의 최대 직경이다.
유리한 실시예의 경우에 있어서, 와이어의 길이방향으로 와이어 표면에서 측정된 코팅층의 평균 입자 크기 a, 와이어의 원주방향으로의 와이어 표면에서 측정된 코팅층의 평균 입자 크기 b의 비는 0.1 내지 10이다. 더욱 양호하게는, 상기 비는 0.3 내지 3이고, 가장 양호하게는 상기 비는 0.5 내지 2이다. 더욱 근접한 비는 1이고, 더욱 큰 등방석은 코팅층의 결정 입자이다. 코팅층의 등방성 결정 구조는 FAB의 품질을 증가시키는 것을 보조한다.
본 발명의 추가 형태는 본 발명에 따른 와이어의 제조 방법이며, 상기 방법은:
a. 상기 와이어의 코어 전구체에 주요 성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;
b. 상기 코어 전구체에 제 1 보조층을 증착시키는 단계로서, 상기 제 1 층은 주요 성분으로서 상기 코어 주요 성분과 상기 코팅 성분의 그룹 중 하나를 포함하는, 상기 제 1 보조층의 증착 단계;
c. 상기 제 1 보조층 상에 제 2 보조층을 증착시키는 단계로서, 상기 제 2 층은 주요 성분으로서 상기 코어 주요 성분과 상기 코팅 성분의 그룹 중 각각의 다른 것을 포함하는, 상기 제 2 보조층의 증착 단계;
d. 적어도 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 안으로 에너지를 도입하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 층들의 재료는 상기 에너지의 도입에 의해서 적어도 부분적으로 서로 혼합되는, 상기 에너지 도입 단계를 포함한다.
본 발명의 의미에서 보조층은 최종 와이어가 제공되기 전에 적어도 부분적으로 조성 또는 구조적 변화를 겪는 임의의 층이다. 영향을 받는 층들은 본 발명의 의미에서 코팅층의 최종 부분이다.
본 발명의 단계 d에 따라서, 여기에서 서로에 대한 층들의 적어도 부분적인 혼합이 제공된다.
제 1 및 제 2 보조층들 안으로 에너지의 도입은 임의의 공지된 방식, 예를 들어 코팅층에 기계적으로 작업하고, 임의의 적당한 수단 등에 의해서 열을 도입함으로써 실행될 수 있다.
상기 보조층들을 증착시키는 방식에 관한, 다른 가능성들이 선호될 수 있다.
제 1 선택사항으로서, 단계 b 또는 단계 c는 보조층 재료로 구성되는 포일에 의해서 코어 전구체를 기계적으로 피복함으로써 실행된다. 이러한 포일들은 코어 주요 성분 또는 코팅 성분으로 구성된다. 대안으로, 상기 포일들은 코어 주요 성분과 코팅 성분의 합금으로 구성될 수 있고, 다른 포일들은 다른 합금 조성물을 가질 수 있다. 포일 재료의 임의의 선택은 결과적 코팅층의 요구에 따라서 제조될 수 있다.
이러한 포일들은 대체로 와이어의 코어가 전구체 상태에 있을 때의 스테이지에서 적용되고 예를 들어 50 mm의 범위에 있는 상당한 직경을 가진다. 80nm 범위에 있는 코팅층의 총 두께를 갖는 예를 들어 20 ㎛의 최종 와이어 직경을 목표로 할 때, 이는 200 ㎛의 범위에 있는 포일들의 초기 전체 두께를 의미한다. 통상적으로, 팔라듐 또는 구리 포일들은 약 20 ㎛의 두께까지 낮추어서 이용할 수 있다. 이러한 포일들은 본 발명에 따라서 다른 코팅 성분 및 코어 주요 성분들에 대해서 이용할 수 있다. 이는 통상적으로 2 내지 10개의 보조층의 포일들을 코어 전구체 상으로 적층하는 것을 허용한다.
상기 코어 전구체를 포일들로 덮은 후에, 전구체는 양호하게는 압출된다. 하나 이상의 압출 단계 후에, 전구체는 와이어의 최종 직경에 도달할 때까지 여러 인발 단계를 겪을 수 있다. 도달될 와이어의 두께에 따라서, 하나 이상의 중간 어닐링 단계들이 제공될 수 있다.
대안으로, 단계 b 또는 단계 c는 전기도금에 의해서 실행될 수 있다. 전기도금은 대체로 중간 두께의 와이어 코어 전구체에서 실행된다. 이는 얇은 접합 와이어 상의 직접적인 전기도금은 대체로 시간 및 비용소모적이라는 사실에 기인한다. 따라서, 두꺼운 중간 와이어를 그에 따른 두꺼운 보조층으로 피복하는 것이 양호하고, 최종 와이어는 여러개의 추가 인발 단계들에 의해서 달성된다.
또한 대안으로, 단계 b 또는 단계 c는 증기 증착에 의해서 실행된다. 증기 증착은 물리적(PVD) 또는 화학적(CVD) 증기 증착을 포함하지만, PVD는 간편성의 이유로 선호된다. 증기 증착은 특정 요구 및 비용에 따라서 원칙적으로 최종 와이어 두께 또는 중간 두께로 실행될 수 있다.
본 발명의 추가 형태는 본 발명에 따른 와이어의 대안 제조 방법이고, 상기 방법은:
a. 상기 와이어의 코어 전구체에 코어 주요 성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;
b. 상기 코어 전구체 상에 층을 형성하도록 재료를 증착시키는 단계로서, 상기 증착 재료는 상기 코어 주요 성분의 적어도 10%와 상기 코팅 성분의 적어도 10%를 포함하는, 상기 재료 증착 단계를 포함한다.
특히, 상기 코팅층 또는 상기 코팅층의 전구체는 이러한 방법에 의해서 완전하게 증착될 수 있다.
이러한 방법의 대안 특정 실시예들에서, 단계 b는
- 상기 층 재료로 구성되는 포일에 의해서 상기 코어 전구체를 기계적으로 피복하는 단계;
- 상기 재료를 전기 도금하는 단계; 또는
- 상기 재료를 증기 증착하는 단계의 그룹 중 하나에 의해서 실행된다.
상기 방법들중 임의의 방법은 여러 보조층들의 제공없이 코팅층 또는 그 전구체를 증착하기에 적합하다.
상기 층을 피복하는 대안으로서, 요구에 따른 코어 주요 성분 및 코팅 성분의 합금, 예를 들어 구리-팔라듐 합금으로 구성되는 상술한 포일들이 사용될 수 있다.
전기도금의 대안으로서, 코팅 성분의 양이온, 예를 들어 Pd-양이온 뿐 아니라 코어 주요 성분의 양이온, 예를 들어 Cu-양이온을 제공하는 물질들의 혼합물은 전기도금 욕조에서 사용될 수 있고, 규정된 합금, 예를 들어 Cu-Pd-합금의 전기도금 증착은 프로세스 파라미터의 제어에 의해서 제공된다. 상기 파라미터들을 제어하여, 요구에 따른 층 조성물의 규정된 변화를 제공할 수 있다.
증기 증착의 대안으로서, 역시 와이어 코어 또는 코어 전구체 상에 코팅 성분 및 코어 주요 성분의 합금을 직접 증착시킬 수 있다. 전기도금의 방법과 유사한, 상기 층의 깊이에 따른 층 조성물의 변화는 요구될 때 조정될 수 있다.
가장 양호한 실시예의 경우에, 단계 b는 와이어 코어 전구체 상으로 액체 막을 증착함으로써 실행되고, 상기 액체는 코팅 성분 전구체를 수용하고, 상기 증착된 막은 코팅 성분 전구체를 코팅 성분의 금속 위상으로 분해하기 위하여 가열된다.
일반적으로, 이러한 코팅 성분 전구체는 금속 이온으로서 코팅 성분을 수용하는 적당한 유기 화학물일 수 있다. 하나의 특정 예는 유기 염류, 예를 들어, 코팅 성분의 아세테이트일 수 있다.
다른 표면들 상에 팔라듐을 직접 증착하기 위한 방법은 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌 WO 98/38351호(출원인: The Whitaker Corporation, 출원일: 1998년 2월 24일)는 금속표면 상에 팔라듐을 증착시키는 방법을 기술한다. 금속 팔라듐의 증착을 위하여 전류가 사용되지 않는다는 것이 지시된다. 이 문헌 WO 98/38351호와 상기 증착 방법의 기술된 상세설명은 본원에 참고로 합체되어 있다.
본 발명의 특정 실시예에 있어서, 상기 방법은 구리 와이어 상에 코팅층을 제공하기 위해서 사용되고, 상기 코팅층은 팔라듐 뿐 아니라 구리를 포함한다. 놀랍게도, 액체가 임의의 구리 화합물을 수용하지 않을지라도, 최종 코팅층은 거의 전체 깊이에 걸쳐 상당량의 구리를 포함하는 것으로 판명되었다. 이러한 놀라운 효과를 설명하기 위한 하나의 시도는 대체로 구리 코어의 표면 상에 제공되는 구리 산화물이 증착된 액체 막에서 구리 또는 구리 화합물의 용해를 허용할 수 있다는 것이다. 본 발명에 따른, 증착 방법은 또한 상술한 코어 주요 성분을 갖는 코팅 성분의 다른 조합물에 대해서도 적용된다.
최종 코팅층의 두께를 조정하기 위하여, 증착 막의 두께는 영향을 받을 수 있다. 이는 코팅 성분 전구체의 농도를 조정함으로써 달성될 수 있다. 추가 측정으로서, 액체의 점도는 조정될 수 있다.
하나의 가능한 방식은 액체의 점도에 영향을 미치는 첨가제를 사용하는 것이다. 이러한 첨가제는 예를 들어 글리세린 또는 고점도를 갖는 임의의 적당한 물질일 수 있다.
대안으로 또는 추가로, 용매는 요구된 점도를 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이소프로필 알콜은 실온에서 2.0 mPa*s(millipascal-second) 초과의 점도를 갖는 극성 용매로서 선택될 수 있다. 용매의 선택은 추가로 요구에 따른 첨가제의 사용과 조합될 수 있다.
또한 대안으로 또는 추가로, 용매의 증착은 높은 및/또는 규정된 점도를 제공하기 위하여 제어된 낮은 온도, 특히 10℃ 미만에서 실행될 수 있다.
양호하게는, 액체는 20℃에서 0.4 mPa*s 초과의 동적 점도를 갖는 방식으로 선택되거나 및/또는 조정된다. 더욱 양호하게는, 점도는 1.0 mPa*s 초과이고, 가장 양호하게는 2.0 mPa*s초과이다.
특정 용매에 대한 예들은 WO 98/38351 호에서 메탄올 또는 DMSO로서 주어진다. 접합 와이어들의 코팅 목적을 위하여, 예를 들어 DMSO와 같이 황을 함유하는 용매들은 일반적으로 황이 접합 및 관련 구조물에서 영향을 미치기 때문에 양호하지 않다. 액체에 수용된 원소들은 코어 주요 성분(구리 또는 은), 코팅 성분(예를 들어, 팔라듐 등), 귀금속, C, H, O, 및 N의 그룹으로 제한되는 것이 바람직하다. 다른 원소들은 1%의 미만, 양호하게는 0.1% 미만의 오염 수준으로 함유되어야 한다.
양호한 실시예에서, 증착 막의 가열은 150℃ 초과, 특히 150℃ 내지 350℃의 온도에서 실행된다. 이는 팔라듐의 신속하고 효과적인 증착을 제공한다. 더욱 양호하게는, 가열은 200℃ 초과, 특히 200℃ 내지 300℃의 온도에서 실행된다. 양호하게는, 상기 막은 가열이 개시될 때 여전히 액체 상태이다.
상기 증착 및/또는 상기 가열은 양호하게는 이동 와이어에서 동적으로 실행된다.
본 발명의 일반적으로 양호한 실시예에서, 상기 막의 증착은 와이어의 최종 인발 단계 이후에 실행된다. 이는 증착 재료가 본래 입자 구조를 유지하고 특히 높은 등방성 입자를 허용한다는 것을 보장한다. 이러한 입자 구조는 우수한 자유 에어 볼 형성을 보조할 수 있다.
일반적으로, 독창적인 와이어는 양호하게는 적어도 370℃의 온도를 갖는 어닐링 단계에서 처리될 수 있다. 더욱 양호하게는, 어닐링 단계의 온도는 적어도 430℃이고, 높은 어닐링 온도는 와이어의 연신 값에 대해서 높은 값을 제공할 수 있다.
어닐링을 위한 추가 파라미터들에 관하여, 특히 얇은 와이어들을 오랫동안 어닐링 온도에 노출시킬 필요가 없다. 대부분의 경우에, 어닐링은 주어진 속도에서 규정된 온도 프로파일과 주어진 길이의 어닐링 오븐을 통하여 와이어를 당김으로써 행해진다. 어닐링 온도에 대한 얇은 와이어의 노출 시간은 통상적으로 0.1초 내지 10초의 범위에 있다.
상술한 어닐링 단계들은 와이어의 제조 방식에 따라서 코팅층의 증착 이전 또는 이후에 실행될 수 있다는 것이 주목된다. 일부 경우에, 높은 어닐링 온도에 의해서 코팅층에 영향을 미치는 것을 회피하는 것이 양호하다. 이러한 경우에, 최종 제조 단계들로서 층의 증착을 허용하는 상술한 방법들이 양호하다.
본 발명의 추가 형태는 본 발명에 따른 와이어, 제 1 접합 패드 및 제 2 접합 패드를 포함하는 전자 장치의 접합 시스템이며, 상기 접합 시스템에서 상기 와이어는 볼 접합에 의해서 상기 접합 패드들 중 적어도 하나에 연결된다. 상기 시스템에서 독창적 와이어의 이러한 조합은 상기 와이어가 특히 볼 접합에 대한 유익한 특성을 갖는 사실 때문에 양호하다.
본 발명의 또다른 추가 형태는 전자 장치의 접속 방법이며, 상기 접속 방법은:
a. 본 발명에 따른 와이어를 제공하는 단계;
b. 볼 접합 또는 쐐기 접합에 의해서 상기 장치의 제 1 접합 패드에 상기 와이어를 접합시키는 단계; 그리고
c. 쐐기 접합에 의해서 상기 장치의 제 2 접합 패드에 상기 와이어를 접합시키는 단계를 포함하고,
단계들 b 및 c는 형성 가스의 사용 없이 실행된다.
본 발명에 따른 와이어는 산화 효과에 대한 우수한 특성들을 나타낸다. 이는 코팅층을 갖는 구리 코어의 완벽한 캡슐화가 제공되는 경우에 특히 적용된다. 결과적 특성들은 형성 가스를 사용하지 않고 처리될 수 있게 하고 따라서 비용을 상당히 절감하고 위험 예방조치를 할 수 있게 한다.
형성 가스는 당분야에서 질소와 같은 불활성 가스와 수소의 혼합물로서 공지되어 있고, 수소 함량은 산화된 와이어 재료의 환원 반응을 제공할 수 있다. 본 발명의 의미에서, 형성 가스를 생략한다는 것은 수소와 같은 반응 화합물이 사용되지 않는다는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 질소와 같은 불활성 가스의 사용이 유리할 것이다.
본 발명의 요지는 도면에 예시되어 있다. 그러나, 도면은 본 발명의 범주 또는 청구범위를 임의의 방식으로 제한하려고 의도된 것은 아니다.
도 1은 와이어(1)를 도시한다.
도 2는 와이어(1)의 단면도를 도시한다. 단면도에서, 구리 코어(2)는 단면도의 중간부에 있다. 구리 코어(2)는 코팅층(3)에 의해서 둘러싸인다. 구리 코어(2)의 제한부에서, 구리 코어의 표면(15)이 위치한다. 와이어(1)의 중심부(23)를 통한 라인(L)에서, 구리 코어(2)의 직경은 라인(L)과 표면(15)의 교차부들 사이에서 단부 대 단부 거리로서 도시된다. 와이어(1)의 직경은 와이어(1)의 외부 제한부와 중심부(23)를 통한 라인(L)의 교차부들 사이의 단부 대 단부 거리이다. 더우기, 코팅층(3)의 두께가 도시되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어의 제조 프로세스를 도시한다.
도 4는 2개의 요소(11)들과 와이어(1)를 포함하는 전자 장치(10)를 도시한다. 와이어(1)는 2개의 요소(11)들을 전기적으로 접속한다. 파선은 요소(11)를 둘러싸는 패키지 장치의 외부 배선과 요소(11)를 접속하는 추가 접속부 또는 회로류를 의미한다. 요소(11)들은 접합 패드, 집적회로, LED 등을 포함할 수 있다.
도 5는 와이어 코팅 설비의 개략도를 도시한다. 와이어(1)는 증착 장치(31)와 오븐(32)을 통해서 동적으로 당겨지는 제 1 릴(30)로부터 풀어져서, 마지막으로 제 2 릴(33) 상으로 감겨진다. 증착 장치(31)는 액체(35)를 수용하는 저장소(34)를 포함하고, 상기 액체는 저장소(34)에 연결된 분배기(36)에 의해서 와이어(1) 상으로 분배된다. 분배기(36)는 이동 와이어(1) 등과 접촉하는 브러쉬를 포함할 수 있다.
도 6은 "예들"에 의해서 기술된 독창적 와이어의 아우거 뎁쓰 프로파일을 도시한다.
시험 방법들
모든 시험 및 측정들은 T = 20℃와 50%의 상대 습도에서 실행되었다. 시험을 위해 사용된 와이어는 본 발명에 따른 코팅을 갖는 순수 구리 코어(4n-copper)를 갖는 얇은 와이어이다. 시험 와이어의 직경은 20㎛ (=0.8 mil)이다.
층 두께
코팅층의 두께, 중간층의 두께 및 코어의 직경을 결정하기 위하여, 상기 와이어는 와이어의 최대 연신부에 직각으로 절취되었다. 절취부는 연질 재료들의 번짐현상(smearing)을 피하기 위하여 주의깊게 연마 및 연삭되었다. 주사 전자 현미경(SEM)을 통해서 영상이 기록되고, 와이어의 전체 단면이 보여지도록 확대가 선택된다.
이러한 절차는 적어도 15번 반복되었다. 모든 값들은 적어도 15 측정의 연산 수단으로서 제공된다.
입자 크기
특히, 전자 반사 회절 기술(EBSD)에 의해서, 와이어 표면의 미세구조 상의 수차례 측정들이 이루어졌다. 사용된 분석 도구는 FE-SEM Hitachi S-4300E이다. 측정 및 데이터 평가를 위해 사용된 소프트웨어 패키지는 TSL로 칭해지고 미국 Edax Inc.로부터 상업적으로 구매가능하다(www.edax.com). 이러한 측정들에 의해서, 와이어의 코팅층의 결정 입자의 크기 및 분포 뿐 아니라 결정 배향이 결정되었다. 결정 입자의 측정 및 평가는 EBSD 측정에 의해서 실행되기 때문에, 5°의 허용오차 각도가 입자 경계부들의 결정을 위해 설정되었다는 것을 이해해야 한다. EBSD 측정들은 코팅층의 비처리 표면 상에서 직접 실행되었다.
볼-쐐기 접합 - 파라미터 규정(BALL-WEDGE BONDING - PARAMETER DEFINITION)
금으로 도금된 기판에 대한 와이어의 접합은 20℃에서 실행되었고, 접합은 금 표면에 인가되었다. 장치 접합 패드는 > 0.3 ㎛ 금으로 피복된 1 ㎛ 두께의 Al-1%Si-0.5%Cu이다. 상기 와이어와 기판 사이에 45°의 각도를 갖는 제 1 볼 접합부를 형성한 후에, 상기 와이어는 기판에 대해서 제 2 단부에 의해서 쐐기결합된다. 상기 와이어의 2개의 단부들 사이의 접합부들의 거리는 5 내지 20 mm의 범위에 있다. 상기 거리는 상기 와이어와 상기 기판 사이에서 45°의 각도를 보장하기 위해서 선택되었다. 쐐기 접합 중에, 60 내지 120 kHz의 범위에 있는 초음파 주파수가 40 내지 500 밀리초 동안 접합 도구에 인가되었다.
사용된 볼 접합기 설비는 Copper Kit(S/W 8-88-4-43A-1)를 갖는 K&S iConn이다. 사용된 시험 장치는 K&S QFP 2x2 시험 장치이다.
아우거 뎁쓰 프로파일링
도 6의 깊이 프로파일은 일정한 스퍼터 전류 밀도에서 타겟면을 스퍼터링하는 동안 각각의 종들(예를 들어, Cu, Pd, C)의 다음 아우거 신호들(Auger-signals)에 의해서 측정되었다.
스퍼터 파라미터들은 다음과 같다:
스퍼터 이온: 제논(Xenon )
스퍼터 각도: 90°
스퍼터 에너지: 3.3 keV
스퍼터 영역: 2 mm X 2 mm
깊이 프로파일은 공지된 표준 샘플과 비교함으로써 눈금보정된다. 샘플과 표준 샘플의 스퍼터 비율의 최종 차이는 그에 따라서 보정된다. 이는 결과적으로 도 6의 프로파일에서 8.0 nm/min의 스퍼터 비율에 도달한다. 스퍼터 기간이 측정되고 스퍼터 전류 밀도가 일정하게 유지될 때, 프로파일의 시간 등급은 스퍼터 비율과의 곱셈에 의해서 깊이 등급으로 쉽게 변환된다.
예들
본 발명은 예들에 의해서 추가로 예시된다. 이러한 예들은 본 발명의 예시적인 설명의 역할을 하며 본 발명의 범주 또는 청구범위를 임의의 방식으로 제한하도록 의도된 것이 아니다.
하기의 특정 예들은 본 발명의 의미에서 코어 주요 성분으로서의 구리와 코팅 성분으로서의 팔라듐의 시스템에 관한 것이다. 일반적으로 다른 실시예들에서 상기 성분들은 본 발명에 따른 각각의 다른 양호한 성분들로 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 특히, 이는 코어 주요 성분에 대한 구리 대신에 은일 수 있고 코팅 성분에 대한 팔라듐 대신에 Pt, Au, Rh, Ru, Os 및 Ir의 그룹의 하나 이상일 수 있다.
적어도 99.99 % 순도의 구리 재료("4N-copper")의 양이 도가니에서 용융된다. 그 다음 5mm 직경의 와이어 코어 전구체는 용융물로부터 주조된다.
먼저, 와이어 코어 전구체는 1mm 미만의 직경의 다른 코어 전구체가 얻어질 때까지 압출 프레스에 의해서 압출된다. 이러한 와이어 코어 전구체는 그 다음 20 ㎛의 직경을 갖는 와이어 코어(2)를 형성하기 위하여 여러 인발 단계에서 인발된다. 와이어 코어(2)의 단면은 본질적으로 원형이다. 와이어 직경은 단면 형상, 코팅층의 두께 등의 변동으로 인하여 매우 정확한 값으로 고려되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 와이어가 예를 들어 20 ㎛의 직경을 갖도록 규정되면, 상기 직경은 19.5 내지 20.5 ㎛의 범위에 있는 것으로 이해된다.
상기 와이어 코어는 제 1 릴(30) 상에 감겨진다. 제 1 릴(30)은 도 5에 도시된 장치의 일부이다. 와이어(1)는 그 다음 제 1 릴(30)로부터 풀려지고 제 2 릴(33) 상으로 감겨지며, 상기 와이어는 제 2 릴(33)을 선회함으로써 또는 다른 수송 구동부(미도시)에 의해서 직접 당겨질 수 있다.
릴들(30,33) 사이의 거리에 따른 경로에서, 상기 와이어는 먼저 증착 장치(31)를 통과한다. 저장소(34)는 액체(35)를 수용하고, 상기 액체는 분배기(36)에 의해서 와이어(1) 상에 도포된다. 액체(35)는 용매로서 이소프로필 알콜을 포함한다. 팔라듐 아세테이트(CH3COO)2Pd는 용매에서 포화 수준에 근접하게 용해된다. 액체(35)의 동적 점도는 약 2.5 mPa*s의 값으로 조정된다.
액체를 이동 와이어(1) 상으로 분배한 후에, 액체는 와이어 코어의 표면 상에 균일한 막 두께를 형성한다. 이러한 피복된 와이어 코어는 그 다음 오븐(32)으로 들어가고, 상기 와이어 코어는 250℃로 가열된다. 상기 오븐의 길이와 상기 와이어의 운송 속도는 상기 와이어가 약 5초 동안 고온에 노출되도록 조정된다. 열에 대한 이러한 노출에 의해서, 상기 막은 건조되고 물질을 함유하는 팔라듐은 금속 팔라듐으로 환원된다. 금속 팔라듐은 와이어 코어(1) 상에 증착되고 코팅층(3)을 형성하도록 부가된다. 상기 코팅층의 다른 성분은 구리 및 탄소 또는 탄소 화합물들이고, 탄소 화합물은 통상적으로 코팅층의 외면 영역에 모아진다.
제 1 릴(30)로부터 와이어(1)를 제공하는 대안으로서, 증착 장치(31)와 오븐(32)은 와이어의 인발 장치에, 양호하게는 최종 인발 다이 아래에 직접 제공될 수 있다. 본 발명의 의미에서, 이러한 직접적인 장치가 선택되거나 또는 와이어가 코팅 단계들을 위하여 중간 릴(30)로부터 제공되는 경우에는 차이가 없다는 것을 이해해야 한다.
본 예에서, 상기 와이어는 상술한 코팅 구조체 이전에 어닐링 단계에서 어닐링된다. 이러한 어닐링은 연신, 경도, 결정 구조 등과 같은 파라미터를 추가로 조정하기 위하여 공지된 방식으로 실행된다. 상기 어닐링은 규정된 속도와 함께 규정된 길이 및 온도를 갖는 어닐링 오븐을 통해서 와이어를 이동시킴으로써 동적으로 실행된다. 오븐을 떠난 후에, 비코팅 와이어는 제 1 릴(30) 상에 감겨진다. 대부분의 적용에 대해서, 예를 들어 와이어의 연신 값의 조정을 위한 이러한 어닐링 단계에서의 온도는 상기 코팅 증착을 위하여 필요한 온도보다 훨씬 높다(통상적으로 370℃보다 높음)는 것을 이해해야 한다. 따라서, 코팅이 최종 단계에서 실행되면 대체로 중요한 방식에서 와이어 코어의 미세구조에 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 층 증착과 와이어 코어 어닐링은 단일 가열 단계에서 조합될 수 있다. 이러한 구성에서, 특정 오븐 셋업에 의해서 조정될 수 있는 규정된 가열 프로파일이 사용될 수 있다.
본 실시예의 결과적 와이어는 매우 대칭 입자들과 좁은 입자 크기 분포를 갖는 표면을 나타내었다. 이러한 데이터는 EBSD 측정에 의해서 수집되었다.
원주방향의 입자 크기[nm] 최대 최소 평균
독창적 와이어 700 100 320
종래 와이어 300 90 180
상술한 표 1은 독창적 와이어와 종래 와이어의 입자 크기들의 비교를 나타낸다. 종래 와이어의 경우에 있어서, 상기 코어는 순수 팔라듐으로 전기도금되고 그후 몇차례의 인발 단계들을 진행하였다.
길이방향으로, 독창적 와이어에 대한 평균 입자 크기는 300 nm이고, 결과적으로 길이방향 대 원주방향 평균 입자 크기의 비에 대해서 0.94의 값에 도달한다.
또한, 와이어의 샘플은 상술한 바와 같이 SEM에 의해서 층 두께의 결정을 위하여 절취되었다. 다른 위치들에서 측정된 층 두께의 평균은 92.6 nm로 계산되었다.
도 6에는, 샘플 와이어의 아우거 프로파일이 표시된다. 재료는 이온 비임에 의해서 규정된 영역에서 와이어 표면으로부터 균질하게 스퍼터된다. 다른 요소들(표시됨; 탄소 C, 구리 Cu 및 팔라듐 Pd)로부터의 아우거 신호들은 스퍼터 시간에 따라서 이어진다. 스퍼터 비율은 공지된 Ta205-샘플에 의해서 눈금보정되어서, 분당 약 8nm의 스퍼터 비율을 제공한다. 코팅층과 코어의 계면은 최대값으로부터 Pd-신호의 50% 하강으로서 규정되었다. 이는 SEM에 의해서 측정된 평균 층 두께와 우수한 상관관계에 있는 약 84nm의 코팅층의 평가 두께를 제공한다.
와이어가 20 ㎛의 직경을 갖고 코팅층이 92.6 nm을 두께를 가질 때, 상기 코팅층은 와이어 직경의 0%의 깊이에서 와이어 직경의 0.48%의 깊이까지 연장된다.
도 6으로부터의 깊이 프로파일은 층의 방사상 외면으로부터 개시되는 외부 영역에서 탄소가 주요 성분이라는 것을 나타낸다. 수개의 제 1 단일층들 내에서, 탄소 신호는 급격하게 하강하고, 팔라듐 및 구리 신호들은 증가한다. 신호는 스퍼터링의 개시와 함께 즉시 증가하지만, 최외측 표면 상에는 팔라듐 신호가 거의 없다는 것을 주의해야 한다.
다음, 팔라듐 신호 또는 농도는 약 3nm의 깊이에서 탄소 신호를 초과하여 표면의 주요 성분의 제 1 변화를 표시한다.
구리 신호는 약 8nm의 깊이에서 국부적 최대값에 도달한다. 팔라듐 및 구리 신호는 10 nm 내지 60 nm의 깊이 범위에 걸쳐 항상 일정한 값을 나타내고, 팔라듐은 55% 내지 60%의 수준에 있고 구리는 그에 따라서 40% 내지 45%의 수준에 있다. 다른 요소들은 상기 영역에서 상당량 만큼 제공되지 않는다.
그 다음 팔라듐 신호는 하강을 시작하고, 구리는 약 65nm의 깊이에서 주요 성분이 되어서 코팅층 내의 주요 성분의 제 2 변화를 표시한다.
본 발명에 대해서 이해되는 바와 같이 코팅층의 평균 두께는 SEM에 의해 측정된 평균 두께이다.
상술한 아우거 뎁쓰 프로파일링은 코팅층 조성물의 규정 및 층에서 단일 성분들의 분배를 위하여 사용된다.
상기 코팅층의 외부 범위는 0.1 % 와이어 직경(=20 nm)에서 0.25% 와이어 직경(= about 50 nm)으로 연장되는 것으로 규정된다. 이 범위에서, 구리는 30% 초과의 양으로 제공되는 것이 명확하다. 또한, 팔라듐은 외부 범위 내에서 깊이를 증가시키는 것과 함께 값들을 낮추도록 하강을 개시한다. 그럼에도 불구하고, 팔라듐 농도는 상기 범위 내에서 단지 몇% 만큼 하강한다.
아우거 프로파일의 주어진 깊이 등급은 SEM 확인에 의해서 측정된 평균 층 두께와 우수한 상관관계에 있는 것과 같은 충분히 정확하다는 것을 주목해야 한다.
와이어 샘플은 볼 접합 및 쐐기 접합(제 2 접합)을 위하여 상술한 시험 절차에서 시험되었다. 당김 시험 및 볼 전단 시험들은 일반적인 시험 절차들로서 실행되었다. 상기 결과들은 본 발명에 따른 샘플 와이어는 우수한 재생성을 갖는 매우 대칭적인 자유 에어 볼로 전개된다는 것을 나타낸다. 또한, 제 2 접합은 제 2 접합 윈도우에 대해서 어떠한 단점을 나타내지 않는다.

Claims (21)

  1. 표면(15)을 갖는 코어(2)로서, 구리 및 은으로 구성되는 그룹에서 선택된 코어 주요 성분을 포함하는, 상기 코어(2); 및
    적어도 부분적으로 상기 코어(2)의 표면(15) 위로 중첩되는 코팅층(3)으로서, 적어도 10%의 양의 성분으로서 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐의 그룹으로부터 선택된 코팅 성분을 포함하는, 상기 코팅층(3)을 포함하는, 접합 와이어에 있어서,
    상기 코팅층(3)은 적어도 10%의 양의 성분으로서 상기 코어의 주요 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층(3)의 외부 범위는 와이어 직경의 0.1%의 깊이에서 상기 와이어 직경의 0.25%의 깊이로 연장되고, 상기 코어 주요 성분의 양과 상기 코팅 성분의 양은 상기 외부 범위 내에서 제공되는, 접합 와이어.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코어 주요 성분의 양은 상기 외부 범위에서 30% 내지 70%인, 접합 와이어.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 코팅 성분의 양은 상기 외부 범위 내에서 상기 와이어의 내부를 향하여 감소하는, 접합 와이어.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 범위의 방사상 내부 경계부에서의 상기 코팅 성분의 양과 상기 외부 범위의 방사상 외부 경계부에서의 상기 코팅 성분의 양의 차이는 30% 이하인, 접합 와이어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어의 주요 성분은 상기 와이어의 외측으로부터 개시하여 상기 와이어의 직경의 0.25%의 깊이까지 적어도 2배 변화되는, 접합 와이어.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅층(3)의 외면 범위는 주요 성분으로서 탄소를 함유하는, 접합 와이어.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어의 길이방향으로 상기 와이어 표면에서 측정된, 상기 코팅층(3)의 평균 입자 크기는 50 nm 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 접합 와이어.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어의 길이방향으로 상기 와이어 표면에서 측정된 상기 코팅층(3)의 평균 입자 크기 a와 상기 와이어의 원주 방향으로 상기 와이어 표면에서 측정된 상기 코팅층(3)의 평균 입자 크기 b의 비(a/b)는 0.1 내지 10인 것을 특징으로 하는 접합 와이어.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 와이어의 제조 방법에 있어서,
    a. 상기 와이어의 코어 전구체에 주요 성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;
    b. 상기 코어 전구체에 제 1 보조층을 증착시키는 단계로서, 상기 제 1 층은 주요 성분으로서 코어 주요 성분과 코팅 성분의 그룹 중 하나를 포함하는, 상기 제 1 보조층의 증착 단계;
    c. 상기 제 1 보조층 상에 제 2 보조층을 증착시키는 단계로서, 상기 제 2 층은 주요 성분으로서 상기 코어 주요 성분과 상기 코팅 성분의 그룹 중 각각의 다른 성분을 포함하는, 상기 제 2 보조층의 증착 단계;
    d. 적어도 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 안으로 에너지를 도입하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 층들의 재료는 상기 에너지의 도입에 의해서 적어도 부분적으로 서로 혼합되는, 상기 에너지 도입 단계를 포함하는, 와이어의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 단계 b 또는 단계 c는 상기 보조층 재료로 구성되는 포일에 의해서 상기 코어 전구체를 기계적으로 피복(cladding)함으로써 실행되는, 와이어의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    단계 b 또는 단계 c는 전기 도금에 의해서 실행되는, 와이어의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    단계 b 또는 단계 c는 증기 증착에 의해서 실행되는, 와이어의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 와이어의 제조 방법에 있어서,
    a. 상기 와이어의 코어 전구체에 코어 주요 성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;
    b. 상기 코어 전구체 상에 층을 형성하도록 재료를 증착시키는 단계로서, 증착된 재료는 상기 코어 주요 성분의 적어도 10%와 코팅 성분의 적어도 10%를 포함하는, 상기 재료 증착 단계를 포함하는, 와이어의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 단계 b는
    - 상기 층 재료로 구성되는 포일에 의해서 상기 코어 전구체를 기계적으로 피복하는 단계;
    - 상기 재료를 전기 도금하는 단계; 또는
    - 상기 재료를 증기 증착하는 단계의 그룹 중 하나에 의해서 실행되는, 와이어의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 단계 b는 상기 와이어 코어 전구체 상으로 액체 막을 증착함으로써 실행되고, 상기 액체는 코팅 성분 전구체를 함유하고, 상기 증착 막은 상기 코팅 성분 전구체를 금속성 위상(metallic phase)으로 분해하기 위하여 가열되는, 와이어의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 액체는 20℃에서 0.4 mPa*s 초과의 동적 점도를 갖는, 와이어의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 증착 막의 가열은 150℃ 초과의 온도에서 실행되는, 와이어의 제조 방법.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막의 증착은 상기 와이어의 최종 인발(drawing) 단계 이후에 실행되는, 와이어의 제조 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 와이어(1), 제 1 접합 패드(11) 및 제 2 접합 패드(11)를 포함하는 전자 장치의 접합 시스템에 있어서,
    상기 와이어(1)는 볼 접합에 의해서 상기 접합 패드들(11) 중 적어도 하나에 연결되는, 전자 장치의 접합 시스템.
  21. 전자 장치의 접속 방법에 있어서,
    a. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 와이어(1)를 제공하는 단계;
    b. 볼 접합 또는 쐐기 접합에 의해서 상기 장치의 제 1 접합 패드에 상기 와이어(1)를 접합시키는 단계; 그리고
    c. 쐐기 접합에 의해서 상기 장치의 제 2 접합 패드에 상기 와이어를 접합시키는 단계를 포함하고,
    단계들 b 및 c는 형성 가스(forming gas)의 사용 없이 실행되는, 전자 장치의 접속 방법.
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