KR20160025394A - 본딩 와이어 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본딩 와이어 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하고, (a)/(b)의 비율이 3 내지 5인 것인 본딩 와이어를 제공한다.
상기 (a)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서 <100> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미한다.

Description

본딩 와이어 및 이의 제조 방법{WIRE FOR BONDING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 일 구현예는 개선된 특성의 본딩 와이어에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 본 발명의 일 구현예에 따른 본딩 와이어를 구비하는 마이크로일렉트로닉 부품, 및/또는 본 발명의 일 구현예에 따른 본딩 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 본딩성(bondability)을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 개선된 루프(looping) 특성을 가지는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 와이어간 접착문제(sticky)가 개선된 본딩 와이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하고, (a)/(b)의 비율이 3 내지 5인 것인 본딩 와이어를 제공한다.
상기 (a)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서 <100> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미한다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 도펀트는 칼슘(Ca)일 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 칼슘의 함량은 10 내지 100 ppm일 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 본딩 와이어는 트윈 그레인 바운더리의 양이 4 내지 14%일 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 본딩 와이어는 (b)/(c)의 비율이 1.5 내지 8일 수 있다.
상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (c)는 테일러 인자(Taylor factor)를 의미한다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 길이 방향(longitudinal direction)의 결정 그레인의 평균 크기는 0.8 내지 1.2 ㎛일 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 와이어는, 상기 와이어의 최종적 연신(drawing) 단계 이전에 중간 어닐링 단계에 노출될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 중간 어닐링 단계는 1 내지 3회 이내에서 실시될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 중간 어닐링 단계는, 배치 형태의 제1 중간 어닐링 단계; 연속식 형태의 제2 중간 어닐링 단계; 및/또는 연속식 형태의 제3 중간 어닐링 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제1 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 50 내지 150 분 동안 수행되고, 이후 50 내지 150 분 동안 냉각되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제2 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제3 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 와이어는 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계에 노출되며, 상기 수직 연속 주조 방법은 1150 내지 1350℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 수직 연속 주조 방법은 4 내지 9 cm/min의 캐스팅 속도(casting speed)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에 따른 본딩 와이어에 의해 서로 접속되어 있는, 전자 장치 및 기판을 포함하는 마이크로일렉트로닉 부품 패키지를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 와이어 원료물질을 제공하는 단계;상기 와이어 원료물질을 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계; 상기 주조된 와이어를 최종적 직경이 도달될 때까지 순차적으로 연신(drawing)하는 단계; 및 상기 연신된 와이어를 어닐링하는 단계;를 포함하고, 상기 와이어의 최종적 연신 단계 이전에 중간 어닐링 단계를 1 내지 3회 이내로 거치고, 상기 와이어 원료물질은, 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하는 것인 본딩 와이어의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 도펀트는 칼슘이고, 칼슘의 함량은 10 내지 100 ppm일 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 중간 어닐링 단계는, 배치 형태의 제1 중간 어닐링 단계; 연속식 형태의 제2 중간 어닐링 단계; 및/또는 연속식 형태의 제3 중간 어닐링 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제1 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 50 내지 150 분 동안 수행되고, 이후 50 내지 150 분 동안 냉각되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제2 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제3 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 제2 중간 어닐링 단계 및 제3 중간 어닐링 단계의 공정 조건이 동일할 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 와이어 원료물질을 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계;에서, 상기 수직 연속 주조 방법은 1150 내지 1350℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 수직 연속 주조 방법은 4 내지 9 cm/min의 캐스팅 속도(casting speed)를 가질 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는, (a)/(b)의 비율이 3 내지 5일 수 있다.
상기 (a)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서 <100> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미한다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는 트윈 그레인 바운더리의 양이 4 내지 14%일 수 있다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는 (b)/(c)의 비율이 1.5 내지 8일 수 있다.
상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (c)는 테일러 인자(Taylor factor)를 의미한다.
본 발명의 전술한 일 구현예 중 어느 하나의 구현예에서, 상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는 길이 방향(longitudinal direction)의 결정 그레인의 평균 크기는 0.8 내지 1.2 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 양호한 가공성을 가지고, 상호접속시 특별한 필요성을 갖지 않으며, 제조 비용이 절감되는 본딩 와이어가 제공된다.
또한, 개선된 본딩 특성을 가지는 본딩 와이어가 제공된다.
또한, 개선된 루프(looping) 특성을 가지는 본딩 와이어가 제공된다.
본 발명의 또 다른 목적은, 와이어간 접착문제가(sticky) 개선된 본딩 와이어를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 루프 특성을 평가한 데이터이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 본딩 특성을 평가한 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 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 일 구현예의 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 일 구현예에서는, 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하고, (a)/(b)의 비율이 3 내지 5인 것인 본딩 와이어를 제공한다.
상기 (a)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서 <100> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미한다.
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, EBSD(=Electron Backscatter Diffraction)을 사용하여 측정하고 평가했다. 본 발명의 특허청구된 특징의 정확한 정의에 관해, 이하에서 본 발명의 예시적 구현예의 설명을 참조하기로 한다.
어느 성분의 점유율이 기준 물질의 모든 다른 성분들보다 많다면, 그 성분은 "주성분"이다. 바람직하게는, 주성분은 물질의 총중량의 50 내지 100%을 포함한다.
바람직한 구현예에 있어서, 와이어는 주성분으로서의 은을 포함한다.
상기 (a)/(b)의 비율이 3 내지 5인 경우, 일정한 그레인(grain)의 양이 많아 본딩와이어의 기계적, 전기적, 및 제품에 따른 특성의 변동을 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 도펀트는 칼슘(Ca)일 수 있다.
상기 칼슘의 함량은 10 내지 100 ppm일 수 있다. 칼슘 도펀트를 이용하여 와이어의 스웨이(sway) 및/또는 스네이크(snake) 현상을 제어할 수 있다. 상기 범위에 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 요구되는 특성에 따라 적절한 함량이 선택될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 본딩 와이어는 (b)/(c)의 비율이 1.5 내지 8일 수 있다.
상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고, 상기 (c)는 테일러 인자(Taylor factor)를 의미한다.
상기 테일러 인자는 각 그레인의 변형거동과 그레인의 방향 사이의 관계를 설명하는 인자이며, 상기 (b)/(c) 비율 범위를 만족하는 경우, 본딩 특성이 개선될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 본딩 와이어는 트윈 그레인 바운더리의 양이 4 내지 14%일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 경우, 트윈 그레인 바운더리 양에 영향을 받는 전기적인 특성 저하를 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 길이 방향(longitudinal direction)의 결정 그레인의 평균 크기는 0.8 내지 1.2 ㎛일 수 있다.
상기 결정 그레인의 그러한 크기는 특별히 균질하고, 와이어 성질의 양호한 재현성에 기여한다.
가장 유리한 구현예에 있어서, 결정 그레인의 크기의 표준 편차는 0.1 내지 0.5㎛이다. 보다 바람직하게는, 결정 그레인의 크기의 표준 편차는 0.1내지 0.4㎛, 또는 심지어 0.1㎛ 내지 0.25㎛이다. 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, 연신(drawing) 단계의 수, 각각의 직경 감소 등과 같은 다른 파라미터들이다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 있어서, 와이어는 최종적 연신(drawing) 단계 이전에 중간 어닐링 단계에 노출될 수 있다. 중간 어닐링이란, 와이어의 마이크로구조에 영향을 주는 단계 이전에 상기 어닐링이 실행된다는 것을 의미한다.
상기 중간 어닐링 단계는 1 내지 3회 이내에서 실시될 수 있다. 이를 통해 와이어의 스티키(sticky) 특성을 개선할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 중간 어닐링 단계는, 배치 형태의 제1 중간 어닐링 단계; 연속식 형태의 제2 중간 어닐링 단계; 및/또는 연속식 형태의 제3 중간 어닐링 단계를 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 제1 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 50 내지 150 분 동안 수행되고, 이후 50 내지 150 분 동안 냉각되는 단계를 포함할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 제2 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
또한, 구체적인 예를 들어, 상기 제3 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행될 수 있다.
상기 중간 어닐링 단계의 공정 조건 등은 다수의 반복 실험 속에 얻어낸 결과로, 본딩 와이어의 특성에 영향을 미칠 수 있다.
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. 연신 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.
상기 와이어는 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계에 노출되며, 상기 수직 연속 주조 방법은 1150 내지 1350℃에서 수행될 수 있다.
수직 연속 주조 방법은 와이어 원료물질을 1차적으로 주조하는 방법으로 당업계에 널리 알려져 있다. 이러한 단계에서 주조 온도 범위를 1150 내지 1350℃로 제어할 수 있다. 이러한 경우, 본딩 와이어의 펩(FAB) 형성 시 문제될 수 있는 애플 바이트 볼(apple bite ball) 및 스네이크 스킨(snake skin)을 줄일 수 있다. 또한, 와이어의 본딩 특성 중 OCB(Off centered ball) 발생율을 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 수직 연속 주조 방법은 4 내지 9 cm/min의 캐스팅 속도(casting speed)를 가질 수 있다. 이러한 경우, 기존 주조조직에 비해 더 조밀한 덴드라이트 조직을 얻을 수 있으며, 이러한 균일하고, 조밀한 조직은 본딩특성을 개선할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 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 14 내지 25㎛의 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 일 구현예는, 본 발명의 일 구현예에 따른 본딩 와이어에 의해 서로 접속되어 있는, 전자 장치와 기재를 포함하는 마이크로일렉트로닉 부품이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 본딩 와이어는 다양한 부품 패키지에 적용이 가능하며, 요구되는 부품의 특성에 따라 와이어의 특성을 일부 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 와이어 원료물질을 제공하는 단계; 상기 와이어 원료물질을 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계; 상기 주조된 와이어를 최종적 직경이 도달될 때까지 순차적으로 연신(drawing)하는 단계; 및 상기 연신된 와이어를, 최소의 어닐링 온도에서 최소의 어닐링 시간 동안 어닐링하는 단계;를 포함하고, 상기 와이어의 최종적 연신 단계 이전에 중간 어닐링 단계를 1 내지 3회 이내로 거치고, 상기 와이어 원료물질은, 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하는 것인 본딩 와이어의 제조 방법을 제공한다.
상기 원료물질의 연신(drawing)은 여러 단계로 수행될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 와이어 원료물질은 본 발명의 일 구현예에 따른 와이어의 조성을 가지는 것으로 이해된다. 그러한 원료물질은, 한정된 양의 은을 용융시키고, 한정된 양의 추가적 성분을 첨가하고, 균질한 혼합물을 형성함으로써 간단히 얻어질 수 있다. 와이어 원료물질은 이어서, 용융된 합금 또는 응고된 합금으로부터 임의의 공지된 방식으로 주조(casting) 또는 성형될 수 있다.
와이어 원료물질의 도펀트에 대한 설명은 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 와이어에서 이미 언급하였기에 생략하기로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 있어서, 상기 방법은 상기 와이어의 최종적 연신 단계 이전에 중간 어닐링 단계를 1 내지 3회 이내로 거칠 수 있다.
이러한 추가적 중간 어닐링 단계는, 와이어의 연신(drawing) 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.
중간 어닐링에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
또한, 수직 연속 주조 방법에 대한 설명도 전술한 바와 같다.
상기 와이어를 제조하는 방법의 보다 바람직한 구체적 구현예에 관해서, 특히 최적화된 어닐링 파라미터와 관련하여, 본 발명의 와이어에 대한 상기 설명을 참조한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
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 금, 팔라듐과 칼슘을 첨가하여, 아래와 같은 잘 혼합된 조성물(단위: 중량%)을 얻음으로써 합금이 제조되었다:
은: (94 또는 그 이상 bal.)%, 금: (0.2-2)%, 팔라듐: (1-5)%, 칼슘 (0.001-0.01)%
용융된 혼합물을 성형체로 캐스팅하고, 냉각시켜 와이어 원료물질을 얻었다. 상기 와이어 원료물질의 직경은 6-10mm였다. 이때, 캐스팅 조건은 1200℃, 캐스팅 속도 7㎝/min, 냉각 온도 20℃ 이다.
이후 수차례의 연신 및 3단계의 중간 어닐링 단계를 거쳐 최종 어닐링을 수행하였다.
먼저, 첫 번째 연신 단계에 의해 직경 6mm인 와이어를 연신하여 직경 2mm인 와이어를 수득하였다. 이때, 연신 속도는 10 MPM이며, 이 과정은 약 17회 정도 수행되었다.
이후, 제1 중간 어닐링 단계를 수행하였다. 배치 형태로 수행되었으며, 400 ℃에서 60분 동안 어닐링 후 90분 동안 냉각하였다. Ar 조건에서 수행하였다.
이후, 추가적인 연신 단계를 통해 직경이 2mm에서 0.4mm으로 감소한 와이어를 수득하였다. 이때 연신 속도는 30MPM이였다.
이후 추가적인 연신 단계를 통해 직경이 0.4 mm에서 0.1 mm로 감소한 와이어를 수득하였다. 이때 연신 속도는 100MPM이었다.
다음으로, 추가적인 연신 단계를 통해 직경이 0.1mm에서 0.05mm로 감소한 와이어를 수득하였다. 이때 연신 속도는 250 MPM이었다.
이후 제2 중간 어닐링 단계를 수행하였다. 500℃에서, 200rpm으로 연속식 형태로 수행하였다.
제2 중간 어닐링 단계 이후, 추가적인 연신 단계를 통해, 직경이 0.05mm 에서 0.03mm로 감소한 와이어를 수득하였다. 이때 연신 속도는 250 MPM이었다.
이후 제3 중간 어닐링 단계를 수행하였다. 500℃에서, 200rpm으로 연속식 형태로 수행하였다.
이후 마이크로 연신 단계를 통해, 직경이 0.7mil인 와이어를 수득하였다. 이때 연신 속도는 300 MPM이었다.
이후 최종적으로 최종 어닐링을 수행하였다.
실험예 : 제조된 와이어의 고유 특성 확인
상기 실기예에서 제조된 와이어를 이용하여 배향을 확인하였다.
확인 방법은 EBSD 장비를 이용하였다. <100>/<111>의 비율이 3.3인 것으로 나타났다.
제조된 실시예의 트윈 바운더리의 양은 9%로 나타났다.
제조된 실시예의 테일러 인자는 2.8로 나타났으며, 상기 <111> 배향의 양과의 비율인 <111>/테일러 인자 값은 1.67으로 나타났다.
제조된 실시예의 그레인 사이즈는 1.0 ㎛으로 나타났다.
실험예 : 제조된 와이어의 성능 특성 확인
본 발명의 일 실시예에 따라 얻어지는 와이어를 사용하여 여러 가지 테스트를 행했다.
먼저, 상기 와이어를 본 발명의 일 실시예의 와이어와 유사한 은 합금을 기재로 하는 기존 와이어와 비교했다.
기존 나노 와이어는 헤라우스 사의 AgUltra 제품을 이용하였다.
비교 측정치는 본딩 특성, 루프 특성, 디스풀링 테스트(De-spooling)에 대한 데이터를 포함한다. 와이어의 이러한 성질에 대해, 와이어 본딩 분야에서 표준인 테스트 공정이 사용되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 루프 특성을 평가한 데이터이다. 기존 제품에 비해 본 발명의 실시예가 스네이크, 스웨이, 쇼트 등의 결함 측면에서 상당히 개선된 것을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 본딩 특성을 평가한 사진이다.
와이어의 펩(FAB, Free air ball)을 만들어 본딩 패드(pad)에 볼 본딩 할 시, 본딩된 볼 모양에서 본드 직경(Bond dia.)은 패드의 중간에 위치하여야 하며, 또한 본드 다이아(Bond dia.)내에서 각 사이드의 본드링(Bond ring)의 길이는 일정하게 같아야 한다.
하기 표 1은 상기 도 2의 측정 데이터이다. A는 A grade로서 본딩 패드 중심에 본드직경이 위치하며, 또한 각 위치에서 본드 링의 길이는 일정하게 같은 것을 의미하며, 기존 제품과의 횟수를 비교하여 볼 때, 본 발명의 의해 A grade의 결과물이 많은 것을 볼 수 있다.
Type A B C
Old 58.8% 40% 1.2%
New 94.17% 5.83% 0%
하기 표 2는 디스풀링 테스트 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 50 내지 70cm 거리로 와이어를 자유 낙하시키며 디스풀링되는 특성을 평가하였으며, 디스풀링 중 와이어의 풀림이 멈추었을 때 약간의 터치로 다시 와이어가 풀리면 정지 횟수를 카운트하고, 그렇지 않고 와이어의 변형을 주어야 한다면 킹크(kink)를 카운트하였다. 하기 표 3은 7일 동안의 평가 결과이며, 본 발명의 실시예는 킹크가 10 내지 1,000 ppm 이하로 스트레이트 특성 및 스티키 특성이 개선된 것을 알 수 있다.
비교예 실시예
Over 1,000ppm Below 1,000ppm
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (28)

  1. 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하고,
    (a)/(b)의 비율이 3 내지 5인 것인 본딩 와이어:
    상기 (a)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서 <100> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고,
    상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도펀트는 칼슘(Ca)인 것인 본딩 와이어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 칼슘의 함량은 10 내지 100 ppm인 것인 본딩 와이어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본딩 와이어는 트윈 그레인 바운더리의 양이 4 내지 14%인 것인 본딩 와이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본딩 와이어는 (b)/(c)의 비율이 1.5 내지 8인 것인 본딩 와이어:
    상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고,
    상기 (c)는 테일러 인자(Taylor factor)를 의미한다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 길이 방향(longitudinal direction)의 결정 그레인의 평균 크기는 0.8 내지 1.2 ㎛인 것인 본딩 와이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는, 상기 와이어의 최종적 연신(drawing) 단계 이전에 중간 어닐링 단계에 노출된 것인 본딩 와이어.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 중간 어닐링 단계는 1 내지 3회 이내에서 실시되는 것인 본딩 와이어.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중간 어닐링 단계는, 배치 형태의 제1 중간 어닐링 단계; 연속식 형태의 제2 중간 어닐링 단계; 및/또는 연속식 형태의 제3 중간 어닐링 단계를 포함하는 것인 본딩 와이어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 50 내지 150 분 동안 수행되고, 이후 50 내지 150 분 동안 냉각되는 단계를 포함하는 것인 본딩 와이어.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행되는 것인 본딩 와이어.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제3 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행되는 것인 본딩 와이어.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계에 노출되며,
    상기 수직 연속 주조 방법은 1150 내지 1350℃에서 수행되는 것인 본딩 와이어.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수직 연속 주조 방법은 4 내지 9 cm/min의 캐스팅 속도(casting speed)를 가지는 것인 본딩 와이어.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 본딩 와이어에 의해 서로 접속되어 있는, 전자 장치 및 기판을 포함하는 마이크로일렉트로닉 부품 패키지.
  16. 와이어 원료물질을 제공하는 단계;
    상기 와이어 원료물질을 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계;
    상기 주조된 와이어를 최종적 직경이 도달될 때까지 순차적으로 연신(drawing)하는 단계; 및
    상기 연신된 와이어를 어닐링하는 단계;를 포함하고,
    상기 와이어의 최종적 연신 단계 이전에 중간 어닐링 단계를 1 내지 3회 이내로 거치고,
    상기 와이어 원료물질은, 90.0 내지 99.0 중량%의 은(Ag); 0.2 내지 2.0 중량%의 금(Au); 0.2 내지 4.0 중량%의, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 또는 이들의 조합; 10 내지 1000 ppm의 도펀트; 및 불가피한 불순물;을 포함하는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 도펀트는 칼슘이고, 칼슘의 함량은 10 내지 100 ppm인 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 중간 어닐링 단계는, 배치 형태의 제1 중간 어닐링 단계; 연속식 형태의 제2 중간 어닐링 단계; 및/또는 연속식 형태의 제3 중간 어닐링 단계를 포함하는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 50 내지 150 분 동안 수행되고, 이후 50 내지 150 분 동안 냉각되는 단계를 포함하는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행되는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제3 중간 어닐링 단계는, 400 내지 800℃ 에서, 100 내지 300 rpm의 속도로 수행되는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 제2 중간 어닐링 단계 및 제3 중간 어닐링 단계의 공정 조건이 동일한 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 와이어 원료물질을 수직 연속 주조 방법(vertical continuous casting)에 의한 주조 단계;에서,
    상기 수직 연속 주조 방법은 1150 내지 1350℃에서 수행되는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 수직 연속 주조 방법은 4 내지 9 cm/min의 캐스팅 속도(casting speed)를 가지는 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는,
    (a)/(b)의 비율이 3 내지 5인 것인 본딩 와이어의 제조 방법:
    상기 (a)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서 <100> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고,
    상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미한다.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는 트윈 그레인 바운더리의 양이 4 내지 14%인 것인 본딩 와이어의 제조 방법.
  27. 제16항에 있어서,
    상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는 (b)/(c)의 비율이 1.5 내지 8인 것인 본딩 와이어의 제조 방법:
    상기 (b)는, 길이 방향의 결정 방위 <hkl> 중에서, <111> 배향을 가지는 결정 그레인의 양을 의미하고,
    상기 (c)는 테일러 인자(Taylor factor)를 의미한다.
  28. 제16항에 있어서,
    상기 방법에 의해 제조된 본딩 와이어는 길이 방향(longitudinal direction)의 결정 그레인의 평균 크기는 0.8 내지 1.2 ㎛인 것인 본딩 와이어의 제조 방법.

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