KR20160088414A - 본딩용 코팅 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면(15)을 갖고 구리와 은으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어 주성분을 포함하는 코어(2)와; 코어(2)의 표면(15)에 적어도 부분적으로 겹쳐있고, 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하며, 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해함으로써 상기 코어의 표면에 도포되는 코팅층(3)을 포함하는 본딩 와이어에 관한 것이다.

Description

본딩용 코팅 와이어{COATED WIRE FOR BONDING APPLICATIONS}

본 발명은 표면을 갖고 구리와 은으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어 주성분을 포함하는 코어와; 상기 코어의 표면에 적어도 부분적으로 겹쳐있고, 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하며, 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해함으로써 상기 코어의 표면에 도포되는 코팅층을 포함하는 본딩 와이어에 관한 것이다.

본 발명은 또한 전자 소자를 본딩하기 위한 시스템으로서 제1 본딩 패드, 제2 본딩 패드와 웨지 본딩(wedge-bonding)에 의해 상기 본딩 패드 중 적어도 하나에 연결되어 있는 본 발명에 따른 와이어를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 또한 본딩 와이어를 제조하기 위한 방법으로서,

a. 와이어의 코어 전구체에 코어 주성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;

b. 상기 코어 전구체 상에 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하는 재료를 증착하여 층을 형성하는 단계를 포함하되,

단계 b를 상기 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착함으로써 수행하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제작시 집적회로와 인쇄회로기판을 전기적으로 상호연결하기 위해 본딩 와이어를 사용하고 있다. 또한 전력 전자 분야에서 트랜지스터, 다이오드 등을 하우징의 패드 또는 핀과 전기적으로 연결하기 위해 본딩 와이어를 사용하고 있다. 처음에는 본딩 와이어를 금으로 제조하였지만, 요즘에는 구리와 같이 덜 비싼 재료를 사용하고 있다. 구리 와이어는 매우 좋은 전기 및 열전도성을 제공하는 반면에 구리 와이어의 웨지 본딩에는 해결해야 할 과제가 있다. 게다가 구리 와이어는 와이어의 산화에 취약하다.

본딩 와이어는 볼 본딩 및/또는 웨지 본딩 머신에서 이들의 사용 적합성에 의해 정의되는 특정 물품으로 이해된다. 이것은 보통 일반적인 와이어에 해당되는 것은 아니다. 한편, 본딩 와이어는 일반적인 와이어의 표준 목적으로는 잘 사용할 수 있다.

와이어 기하구조와 관련하여 원형 단면의 본딩 와이어와 거의 장방형인 단면을 가진 본딩 리본이 가장 보편적이다. 이러한 두 가지 유형의 와이어 기하구조는 특정 용도에 유용하게 만들 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라 이들 두 가지 유형의 기하구조는 시장에서 일정 점유율을 갖고 있다. 예를 들면 본딩 리본은 주어진 단면적에 비해 더 큰 접촉면적을 갖고 있다. 그러나 리본은 굴곡이 제한적이고 리본과 피본딩 부재 간 허용 가능한 전기접촉에 이르기 위해서는 본딩시 리본의 배향을 관찰하여야 한다. 한편 본딩 와이어는 굴곡에 대해 신축성이 더 크다. 그러나 본딩은 본딩 공정에서 와이어의 납땜이나 더 큰 변형을 수반하게 되어 본딩 패드와 여기에 본딩되는 부재의 하부 전기 구조체를 손상시키거나 심지어 파괴할 수도 있다.

본 발명의 경우에 용어 본딩 와이어는 모든 형상의 단면과 모든 통상적인 와이어 직경을 포함하지만, 원형의 단면과 작은 직경을 가진 본딩 와이어가 바람직하다.

최근에 구리 코어와 보호 코팅층을 가진 본딩 와이어에 대한 몇 가지 발전이 있었다. 코어 재료로서 구리가 높은 전기전도도 때문에 선택된다. 코팅층과 관련하여 가능한 선택 중 하나는 팔라듐이다. 이들 코팅된 본딩 와이어는 구리 와이어의 장점과 산화에 대한 취약성이 덜하다는 점을 결합한 것이다. 그럼에도, 본딩 와이어 자체와 본딩 공정에 대한 본딩 와이어 기술을 더욱 개선하기 위한 요구가 지속적으로 있어왔다.

따라서 본 발명의 과제는 개량된 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

이에 따라 본 발명의 또 다른 과제는 가공 특성이 양호하고 배선시 특별한 요구 조건이 없어 비용을 절감할 수 있는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 과제는 전기 및 열전도성이 우수한 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 향상된 신뢰성을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 특히 볼 본딩 과정 중에 프리 에어볼(free air ball)(FAB) 형성과 관련하여 우수한 본딩성을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 웨지 본딩 및/또는 제2 본딩과 관련하여 양호한 본딩성을 나타내는 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 부식 및/또는 산화에 대한 내성이 향상된 본딩 와이어를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 사용하고자 하는 전자 소자를 표준 칩과 본딩 기술을 이용하여 본딩하기 위한 시스템으로서 적어도 제1 본딩과 관련하여 감소된 불량율을 나타내는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 본 발명의 본딩 와이어를 제조하기 위한 방법으로서 공지 방법에 비해 기본적으로 제조비용 증가를 나타내지 않는 방법을 제공하는 것이다.

놀랍게도 본 발명의 와이어가 위에서 언급한 과제 중 적어도 하나를 해결하는 것으로 밝혀졌다. 또한 이들 와이어를 제조하기 위한 여러 선택적인 방법이 와이어를 제조하는 해결과제 중 적어도 하나를 극복하는 것으로 밝혀졌다. 또한 본 발명의 와이어를 포함하는 시스템은 본 발명에 따른 와이어와 예를 들면 인쇄회로기판, 패드/핀 등의 다른 전기 부재 사이의 경계에서 신뢰성이 더 큰 것으로 밝혀졌다.

카테고리를 형성하는 청구항의 요지는 상기 과제 중 적어도 하나를 해결하는데 기여하는 것으로, 이에 따라 카테고리 형성 독립항의 하위 종속항은 본 발명의 바람직한 측면을 나타내고 이들의 요지도 마찬가지로 위에서 언급한 과제 중 적어도 하나를 해결하는데 기여하는 것이다.

본 발명의 첫 번째 측면은 표면을 갖고 구리와 은으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어 주성분을 포함하는 코어와; 상기 코어의 표면에 적어도 부분적으로 겹쳐있고, 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하며, 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해함으로써 상기 코어의 표면에 도포되는 코팅층을 포함하는 본딩 와이어이다.

보다 바람직한 구현예는 다음과 같은 코어 주성분과 코팅 성분의 조합 중 하나를 갖는다:

코어 주성분 코팅 성분

Cu Pd

Cu Pt

Ag Au

Ag Pd

Ag Pt

본 발명에 따른 이러한 와이어는 제조비용 효과와 관련하여 최적화된 코팅층을 갖고 있다. 놀랍게도 상기 코팅층이 순수한 코팅 성분으로 이루어져 있지 않고 코어 주성분이 차지하는 비율이 큰 경우에 내식성이나 기타 특성의 관련 단점이 없다는 것이 밝혀졌다.

달리 구체적으로 정의되어 있지 않는 한, 본 명세서에서 성분들의 모든 함량 또는 비율은 몰% 단위의 비율로서 제공된다. 특히 퍼센트로 제공되는 비율은 몰%로서 이해되고 ppm(백만분율)로 제공되는 비율은 몰 ppm으로서 이해된다.

본 발명의 경우에는 상기 코팅층의 조성을 정의하는 방법으로서 오제 깊이 분석법(Auger Depth Profiling)을 선택한다. 이 방법에서는 와이어의 각각의 표면에 대한 원소 조성을 오제 분석법으로 측정한다. 상기 코팅층의 표면에 대해 서로 다른 깊이에서 코팅층의 조성은 스퍼터 깊이 분석법에 의해 측정한다. 상기 코팅층을 소정 속도의 이온빔에 의해 스퍼터링하는 동안 오제 분석법과 함께 조성을 측정한다.

상기 코어 주성분 및/또는 코팅층 내 코팅 성분의 양은 다른 규격이 제공되지지 않는 한 코팅층의 전체 부피에 대해 평균한 것으로 이해된다.

층상 구조의 모든 실제 계에서와 같이 통상적으로 상기 코팅층과 와이어 코어의 계면 영역이 존재한다. 이러한 계면 영역은 와이어 제조방법과 추가 파라미터에 따라 다소 좁을 수 있다. 이하 명료하게 나타내기 위해서 상기 코팅층 및/또는 와이어 코어의 경계는 통상적으로 깊이 분석 측정에 있어서 성분 신호의 소정 퍼센트 감소로 정의한다.

본 발명의 내용에서 용어 "겹쳐있고(superimposed)"는 제2 물품, 예를 들면 코팅층에 대한 제1 물품, 예를 들면 구리 코어의 상대적 위치를 기술하기 위해 사용된다. 경우에 따라 상기 제1 및 제2 물품 사이에는 중간층과 같은 추가 물품이 배치될 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 물품은 제1 물품에 적어도 부분적으로, 예를 들면 제1 물품의 전체 표면에 대해 적어도 30%, 50%, 70% 또는 적어도 90% 만큼 겹쳐있다. 가장 바람직하게는 상기 제2 물품이 제1 물품에 완전히 겹쳐있다. 일반적으로 상기 코팅층은 본딩 와이어의 최외층인 것이 바람직하다. 다른 구현예에 있어서, 상기 코팅층은 추가 층에 의해 겹쳐있을 수 있다.

상기 와이어는 특히 초소형 전자기기의 본딩용 본딩 와이어이다. 상기 와이어는 바람직하게는 일체형 물체이다.

기준 재료의 어떤 성분이 비율에 있어 다른 모든 성분들보다 높은 경우에 "주성분"이라 한다. 바람직하게는 주성분은 재료의 총 중량의 적어도 50%를 포함한다.

상기 와이어의 코어는 바람직하게는 구리 또는 은을 각각 적어도 90%, 보다 바람직하게는 적어도 95%의 양으로 포함한다. 다른 구현예에 있어서, 구리와 은이 동시에 존재할 수 있되 이들 2개의 원소 중 하나가 코어 주성분으로 제공된다. 본 발명의 가장 바람직한 구현예에 있어서, 상기 와이어 코어는 순수한 구리로 이루어지되 구리 이외 성분들의 합은 0.1% 미만이다.

본 발명의 또 다른 유리한 구현예의 경우에 상기 코어 주성분은 구리이고 소량, 특히 5% 미만의 팔라듐을 일 성분으로서 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 코어 내 팔라듐의 양은 0.5% 내지 2%이고, 가장 바람직하게는 1.1% 내지 1.8%이다. 이러한 경우에 구리와 팔라듐 이외의 다른 성분들의 합은 바람직하게는 0.1% 미만이다.

일반적으로 상기 코팅층이 0.5 ㎛ 미만의 두께를 갖는 구현예가 바람직하다. 상기 코팅층이 충분히 얇으면, 본딩 공정에서 코팅층의 가능한 효과들이 줄어든다. 본 발명의 내용에서 용어 "두께"는 와이어 코어의 종축에 수직인 방향으로 와이어 코어의 표면에 적어도 부분적으로 겹치는 층의 크기를 정의하기 위해 사용된다.

본 발명은 특히 얇은 본딩 와이어와 관련이 있다. 관찰된 효과는 특별히 얇은 와이어에 유익한데, 예를 들면 이러한 와이어는 산화에 취약하기 때문이다. 본 경우에, 용어 "얇은 와이어"는 8 ㎛ 내지 80 ㎛ 범위의 직경을 가진 와이어로서 정의된다. 가장 바람직하게는 본 발명에 따른 얇은 본딩 와이어는 12 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위의 두께를 갖는다.

이러한 얇은 와이어는 반드시 그런 것은 아니지만 대부분 실질적으로 원 형상의 단면도를 갖는다. 본 발명의 내용에서 용어 "단면도"는 와이어를 절단해 낸 부분의 도면으로, 절단면은 와이어의 종방향 연장부에 수직이다. 상기 단면도는 와이어의 종방향 연장부의 어느 위치에서도 볼 수 있다. 단면에서 상기 와이어를 통과하는 "최장 경로"는 단면도의 면내에서 와이어의 단면을 통해 그을 수 있는 가장 긴 현이다. 단면에서 상기 와이어를 통과하는 "최단 경로"는 위에서 정의한 단면도의 면내 최장 경로에 수직인 최장 현이다. 상기 와이어가 완전한 원형의 단면을 가지면 최장 경로와 최단 경로를 구별할 수 없게 되고 공통으로 동일한 값을 갖는다. 용어 "직경"은 임의의 면과 임의의 방향으로 모든 기하학적 직경의 산술평균으로서 이때 모든 면은 와이어의 종방향 연장부에 수직이다.

일반적으로 상기 코팅층의 두께는 와이어 직경에 따라 적어도 소정 범위 내에서 대략적으로 크기가 변하는 것이 바람직하다. 적어도 얇은 와이어의 경우에 상기 코팅층의 총 두께는 바람직하게는 와이어 직경의 약 0.3% 내지 0.6%이다.

특별한 구현예에 있어서 다량의 상기 코어 주성분이 코팅층의 외면까지 연장될 수도 있지만, 다른 구현예에 따르면 코팅층의 가장 최외곽부는 주로 탄소 또는 산소와 같은 추가 물질을 함유할 수 있다.

또 다른 구현예에 있어서, 상기 코팅층의 최외곽 표면은 금 또는 백금과 같은 귀금속의 몇 개의 단층이나 나아가 귀금속의 혼합물로 덮여질 수 있다. 본 발명의 구체적으로 바람직한 구현예에 있어서, 상기 코팅층은 두께 1 nm 내지 100 nm의 최상층으로 덮여져 있다. 바람직하게는 상기 최상층의 두께는 1 nm 내지 50 nm이고 가장 바람직하게는 1 nm 내지 25 nm이다. 이러한 최상층은 바람직하게는 귀금속 또는 하나 이상의 귀금속의 합금 등으로 이루어진다. 바람직한 귀금속은 금, 은과 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된다.

일반적으로 상기 코팅층의 바깥 표면 영역은 주성분으로서 탄소를 함유하는 것이 유리하다. 탄소는 원소 탄소 또는 유기 물질로서 존재할 수 있다. 일반적으로 이러한 바깥 표면 영역은 매우 적은 수의 단층, 특히 5 nm 미만의 두께를 갖는다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 액체의 필름은 와이어 코어를 최종 직경으로 연신한 후에 도포한다. 이는 증착 재료가 원래의 입자 구조를 유지하고 특히 등방성이 큰 입자가 되는 것을 가능하게 한다. 이러한 입상 구조는 프리 에어볼가 잘 형성하는데 일조할 수 있다. 나아가 상기 증착층은 연신 다이들(drawing dies)의 마모 증가와 같이 연신 과정에 대한 부정적 효과를 가질 수 없다.

일반적으로 상기 액체의 필름은 와이어 연신 과정에서 새로이 생성되는 표면에 도포되는 것이 바람직하다. 새로운 표면의 생성은 표면이 반응성 환경(공기, 산소 등)에 1분이 넘는, 특히 1초 미만의 시간 동안 노출되지 않은 것을 의미한다. 이러한 새로운 표면 생성은 연신 다이를 통한 와이어 연신과 같이 기계적 수단에 의해 이루어질 수 있다. 이와 다르게, 예를 들면 화학적 에칭과 같은 다른 수단에 의해 새로운 표면을 생성할 수 있다. 연신 다이를 통해 와이어를 연신하는 도중 또는 직후에 액체를 와이어에 도포함으로써 산화물 형성 및/또는 오염물 흡착을 효과적으로 방지한다.

본 발명의 가장 바람직한 구현예에 있어서, 상기 액체의 필름은 연신 다이의 위치에서 도포된다. 이러한 구현예에 있어서, 상기 연신 다이의 개구부의 주변은 충분한 흐름의 액체로 습윤화할 수 있거나 상기 연신 다이는 액체가 채워진 저장조에 침지시킬 수 있다.

최종 코팅층의 두께를 조정하기 위해서 증착 필름의 두께는 영향을 받을 수 있다. 이는 코팅 성분 전구체의 농도를 조절함으로써 달성할 수 있다. 추가 대책으로서 상기 액체의 점도를 조정할 수 있다.

바람직하게는 상기 액체는 20℃에서 0.4 mPa*s가 넘는 동적 점도를 갖도록 선택 및/또는 조정된다. 상기 점도가 1.0 mPa*s보다 높은 것이 더 바람직하고 2.0 mPa*s를 넘는 것이 가장 바람직하다.

상기 액체의 점도에 영향을 주는 첨가제를 사용하는 것이 가능한 하나의 방법이다. 이러한 첨가제는 예를 들면 글리세린 또는 점도가 높은 어느 적합한 물질일 수 있다.

선택적으로 또는 추가로, 상기 코팅 성분 전구체의 용매는 요구 점도를 갖도록 선택할 수 있다. 예를 들면, 상온에서 2.0 mPa*s(밀리파스칼-초)를 초과하는 점도를 가진 이소프로필알코올을 극성 용매로서 선택할 수 있다. 요구에 따라 상기 용매의 선택을 첨가제 사용과 추가로 조합할 수 있다.

또한 선택적으로 또는 추가로, 상기 용매의 증착을 높고/또는 소정의 점도를 제공하기 위해서 제어된 저온, 특히 10℃ 미만에서 수행할 수 있다.

일반적으로 바람직한 구현예에 있어서, 상기 코팅 성분 전구체는 표준 조건(20℃, 대기압)에서 수지 또는 왁스 또는 오일로서 나타나는 물질이다. 수지 또는 왁스로서 나타나는 것이 가장 바람직하다. 놀랍게도 이러한 물질은 분해를 위해 가열할 때 코팅 성분과 결정을 형성하는 경향이 없는 것으로 밝혀졌다. 이것은 균질하고 성능이 좋은 코팅층을 형성하는데 유리하다.

일반적으로 상기 코팅 성분은 적합한 용매, 특히 유기 용매에 용해될 수 있다. 이는 상기 액체의 점도와 같은 특성을 용이하게 조정할 수 있게 한다. 용매는 액체 가열시 대부분 증발될 것이 예상되고 코팅 와이어 상부 또는 내부에 있는 탄소 함유 잔류물에 첨가되지 않는 상기 액체의 휘발분으로서 간주된다.

상기 코팅 성분 전구체가 수지, 왁스 또는 오일로서 나타나는 물질인 경우에는 상기 액체가 전구체와 용매 또는 용매 혼합물만을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이것은 상기 와이어 상에 비휘발성 첨가제의 원치 않는 잔류를 방지한다.

본 발명의 일반적으로 바람직한 구현예에 있어서, 상기 코팅 성분 전구체는 분지형 카르복실산의 염을 포함한다. 상기 카르복실산의 분지는 염의 비결정 특성을 돕고 코팅층의 특성을 향상시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 분지형 카르복실산의 염은 높은 점도를 나타내는 경향이 있고/또는 용매 첨가에 의해 요구 점도를 쉽게 조정할 수 있다.

상기 코팅 성분 전구체가

2차 카르복실산의 염 또는

3차 카르복실산의 염을 포함하는 것이 훨씬 더 바람직하다.

이는 작용기의 첫 번째 위치의 탄소 원자에서 분지가 시작하므로 전체 C 원자의 수가 적을 필요가 있더라도 요구 특성이 가능함을 의미한다.

이러한 카르복실산은 때로는 "코흐(Koch) 산" 또는 "코흐 반응"에 의해 제조되는 산이라고도 한다.

상기 카르복실산은 산화에 대한 양호한 안정성을 고려하여 포화산인 것이 훨씬 더 바람직하다.

특히 바람직한 구현예에 있어서, 상기 카르복실산은

a. 디메틸프로피온산(피발산),

b. 디메틸부티르산 및

c. 디메틸펜탄산으로 이루어진 군으로부터 선택되거나 또는 이들 중 적어도 2개이다.

이들 특정 산들은 위에서 언급한 의미에서 특히 유리한 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 상기 코팅 성분 전구체의 유기 부분은 이들 산 중 하나 이상을 적어도 30% 함유하는 것이 특히 바람직하다. 가장 바람직한 선택은 피발산이다. 상기 코팅 성분 전구체의 유기 부분이 피발산을 적어도 30% 함유하는 것이 바람직하다.

상기 와이어 내 잔류 탄소의 양을 낮게 유지하기 위해서 카르복실산의 탄소원자의 수는 4 내지 15개이다. 상기 수가 4 내지 10개인 것이 더 바람직하고 5 내지 10개인 것이 가장 바람직하다. 상기 카르복실산의 분자량은 바람직하게는 220 돌턴 미만, 특히 180 돌턴 미만이다.

임의의 추가 원소, 특히 질소는 코팅 특성과 특히 상기 와이어의 볼 본딩과 웨지 본딩 거동에 부정적인 효과를 나타낼 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서 일반적으로 상기 카르복실산은 질소 원자를 전혀 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상기 코팅 성분 전구체는 코팅 성분, 탄소, 산소와 수소 이외의 원소를 함유하지 않는 것이 훨씬 더 바람직하다.

일반적으로 상기 와이어의 직경은 5 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이 바람직하다. 훨씬 더 바람직하게는 본 발명은 위에서 언급한 대로 얇은 본딩 와이어에 관한 것이 다.

놀랍게도 상기 코팅층 내 코팅 성분의 낮은 농도에 의해서도 산화와 노화로부터 와이어를 잘 보호한다는 것이 밝혀졌다. 따라서 상기 코팅층 내 코팅 성분의 총량은 바람직하게는 30% 미만이다. 더 바람직하게는 20% 미만이고, 가장 바람직하게는 10% 미만이다.

추가로 또는 선택적으로, 상기 코팅층 내 코팅 성분의 양은 국소적으로 30% 미만이고 이때 상기 코팅층 내 코어 주성분의 양은 60% 내지 95%이다.

상기 성분의 양은 오제 깊이 분석법에 의해 측정한다. 상기 총량은 와이어의 전체 깊이에 걸쳐 적산한 양으로서 이해된다. 코팅 성분 신호가 그의 최대 신호의 10% 미만으로 떨어지는 것을 상기 와이어 코어의 벌크 재료의 시작에 대한 정의로서 사용할 있다. 예를 들어 상기 코팅 성분을 첨가제로서 사용하기 때문에 와이어 코어의 벌크 재료에서 코팅 성분의 일정한 신호가 있는 경우에는 상기 일정한 신호를 감산하여 코팅층 경계를 각각 정의한다. 다른 목적, 특히 계면 깊이를 정의하기 위해 코팅 성분 신호의 50%의 값을 사용하는데 이 값에 관하여 서로 다른 샘플들이 더 뚜렷하게 정의되고 더 잘 비교될 수 있기 때문이다.

본 발명의 또 다른 측면은

a. 와이어의 코어 전구체에 코어 주성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;

b. 상기 코어 전구체 상에 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하는 재료를 증착하여 층을 형성하는 단계를 포함하되,

단계 b를 상기 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착함으로써 수행하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해하는, 본딩 와이어를 제조하기 위한 방법이다.

일반적으로, 이러한 코팅 성분 전구체는 금속 이온으로서 코팅 성분을 함유하는 적절한 유기 화합물일 수 있다. 구체적인 일례는 코팅 성분의 유기염, 예를 들면 아세테이트일 수 있다.

다른 표면에 팔라듐을 직접 증착하기 위한 방법들이 알려져 있다. 예를 들면 문헌 WO 98/38351(출원인: The Whitaker Corporation, 출원일: 1998년 2월24일)은 금속 표면에 팔라듐을 증착하는 방법을 기재하고 있다. 상기 금속 팔라듐의 증착을 위해 전류를 사용하지 않는다는 것을 명심해야 한다. 문헌 WO 98/38351과 상기 문헌에 기재된 증착방법의 상세 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다. WO 98/38351에는 메탄올 또는 DMSO가 특정 용매에 대한 예로서 제공되어 있다. 예를 들면 DMSO와 같이 황을 포함하는 용매는 황이 본딩과 이와 관련된 구조체에 영향을 줄 수 있기 때문에 본딩 와이어를 코팅할 목적으로는 일반적으로 바람직하지 않다. 상기 액체에 함유되어 있는 원소는 코어 주성분(구리 또는 은), 코팅 성분(예. 팔라듐 등), 귀금속, C, H, O와 N에 한정되는 것이 바람직하다. 다른 원소들은 오염 수준 1% 미만, 바람직하게는 0.1% 미만으로 함유되어야 한다.

또한 상기 액체에는 질소가 원소로서 함유되지 않고/또는 상기 오염 수준 미만인 것이 가장 바람직하다.

더 바람직한 구체예는 위에서 명시한 대로 분지형 카르복실산과 그로부터 특별히 선택되는 것을 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 있어서, 상기 방법을 이용하여 구리 와이어 상에 구리뿐 아니라 팔라듐을 포함하는 코팅층을 제공한다. 놀랍게도 상기 액체가 구리 화합물을 함유하지 않더라도 최종 코팅층은 거의 전체 깊이에 걸쳐 상당량의 구리를 포함한다는 것이 밝혀졌다. 이 놀라운 효과를 설명하기 위한 하나의 시도는 구리 코어의 표면에 통상적으로 존재하는 구리 산화물이 증착된 액체 필름에 구리 또는 구리 화합물이 용해되도록 할 수 있다는 점이다. 본 발명에 따르면, 상기 증착 방법은 위에서 열거한 대로 코팅 성분을 코어 주성분과 추가 조합하기 위해 적용되기도 한다.

양호한 코팅 두께와 안정한 공정조건을 얻기 위해서 상기 액체는 바람직하게는 20℃에서 0.4 mPa*s가 넘는 동적 점도를 갖는다. 상기 점도가 1.0 mPa*s보다 높은 것이 바람직하고 2.0 mPa*s보다 더 높은 것이 가장 바람직하다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 증착된 필름을 150℃가 넘는 온도, 특히 150℃ 내지 350℃의 온도에서 가열한다. 이에 따르면 팔라듐이 빠르고 효과적으로 증착된다. 200℃ 초과, 특히 200℃ 내지 300℃에서 가열하는 것이 훨씬 더 바람직하다. 상기 필름은 가열이 시작할 때 여전히 액상인 것이 바람직하다.

상기 증착 및/또는 가열은 바람직하게는 이동 중인 와이어에 대해 동적으로 수행한다.

상기 와이어의 최종 연신 단계 이후에 필름을 증착하는 것이 본딩 와이어를 제조하는 가장 세련되고 효과적인 방법이다.

상기 본딩 와이어가 본 발명에 따른 와이어인 것이 본딩 와이어를 제조하는 구체적으로 바람직한 방법이다. 그러므로 본 발명의 본딩 와이어의 모든 특징을 본딩 와이어를 제조하는 본 발명의 방법에 적용할 수 있다.

일반적으로 본 발명의 와이어는 바람직하게는 적어도 370℃의 온도로 어닐링 단계에서 처리할 수 있다. 상이 어닐링 단계의 온도는 적어도 430℃인 것이 훨씬 더 바람직한바, 어닐링 온도가 높을수록 와이어의 신율값에 대해 더 높은 값을 제공할 수 있다.

어닐링에 대한 추가 파라미터와 관련하여, 특히 얇은 와이어는 오랫동안 어닐링 온도에 노출시킬 필요가 없다. 대부분의 경우에 상기 와이어를 소정의 온도 변화형태를 가진 소정 길이의 어닐링 오븐을 통해 소정의 속도로 인상함으로써 어닐링한다. 상기 어닐링 온도에 얇은 와이어를 노출시키는 시간 범위는 전형적으로 0.1초 내지 10초이다.

와이어 제조 방법에 따라 위에서 언급한 어닐링 단계를 코팅층의 증착 전 또는 후에 수행할 수 있다는 점에 명심해야 한다. 일부의 경우에 코팅층에 대한 높은 어닐링 온도의 영향을 피하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 위에서 언급한 방법들이 최종 제조단계로서 층의 증착을 가능하게 하므로 바람직하다.

본 발명의 다른 측면은 전자 소자를 본딩하기 위한 시스템으로서 제1 본딩 패드, 제2 본딩 패드와 볼 본딩에 의해 상기 본딩 패드 중 적어도 하나에 연결되어 있는 본 발명에 따른 와이어를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 시스템에서 본 발명에 따른 와이어의 이러한 조합은 상기 와이어가 볼 본딩과 관련하여 특히 유익한 특성을 갖는다는 사실로 인해 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면은 전자 소자를 연결하기 위한 방법으로서,

a. 본 발명에 따른 와이어를 제공하는 단계;

b. 상기 와이어를 볼 본딩 또는 웨지 본딩에 의해 소자의 제1 본딩 패드에 본딩하는 단계; 및

c. 상기 와이어를 웨지 본딩에 의해 소자의 제2 본딩 패드에 연결하는 단계를 포함하되, 단계 b와 c를 성형 가스를 사용하지 않고 수행하는 방법이다.

본 발명에 따른 와이어는 산화 효과와 관련하여 우수한 특성을 나타낸다. 이것은 구체적으로 코팅층에 의한 구리 코어의 완전한 봉지가 이루어지는 경우에 해당된다. 얻어진 특성에 의해 성형 가스를 사용하지 않고 가공할 수 있으므로 비용을 크게 절감하고 위험이 예방된다.

성형 가스는 본 기술분야에서 질소와 같은 불활성 가스와 수소의 혼합물로서 알려져 있는바, 수소 함량은 산화된 와이어 재료의 환원반응을 위해 제공될 수 있다. 본 발명의 내용에서 성형 가스를 생략한다는 것은 수소와 같은 반응성 화합물을 사용하지 않는다는 것을 의미한다. 그럼에도 질소와 같은 불활성 가스를 사용하는 것이 여전히 유리할 수 있다.

도면에는 본 발명의 요지가 예시되어 있다. 그러나 도면은 본 발명의 범위 또는 청구범위를 결코 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1에는 와이어(1)가 도시되어 있다.
도 2는 와이어(1)의 단면도를 도시하고 있다. 상기 단면도에서 구리 코어(2)가 단면도의 중앙에 있다. 구리 코어(2)는 코팅층(3)에 의해 둘러싸여 있다. 구리 코어(2)의 경계에는 구리 코어의 표면(15)이 위치되어 있다. 와이어(1)의 중심(23)을 통과하는 선(L)에는 선(L)과 표면(15)의 교차점 사이 말단간 거리로서 구리 코어(2)의 직경이 도시되어 있다. 와이어(1)의 직경은 중심(23)을 통과하는 선(L)과 와이어(1)의 외부 경계의 교차점 사이 말단간 거리이다. 또한 코팅층(3)의 두께도 도시되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어를 제조하기 위한 방법을 보여주고 있다.
도 4는 2개의 부재(11)와 와이어(1)를 포함하는 전기 소자(10)를 도시하고 있다. 와이어(1)는 2개의 부재(11)를 전기적으로 연결하고 있다. 파선은 부재(11)를 둘러싸고 있는 패키징 소자의 외부 배선과 부재(11)를 연결하는 추가 연결부 또는 회로를 의미한다. 부재(11)는 본딩 패드, 집적회로, LED 등을 포함할 수 있다.
도 5는 와이어 코팅 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 와이어(1)는 제1 릴(30)로부터 권출되고, 증착 장치(31)와 오븐(32)을 통해 동적으로 인상되며, 최종적으로는 제2 릴(33)에 권취된다. 증착 장치(31)는 액체(35)를 함유한 저장조(34)를 포함하고 상기 액체는 저장조(34)에 연결되어 있는 분배기(36)에 의해 와이어(1)에 분배된다. 분배기(36)는 이동 중인 와이어(1) 등과 접촉하는 브러시를 포함할 수 있다.
도 6은 "실시예"란에서 후술하고 있는 본 발명의 제1 와이어의 오제 깊이 분석 결과를 보여주고 있다.
도 7은 "실시예"란에서 후술하고 있는 본 발명의 제2 와이어의 오제 깊이 분석 결과를 보여주고 있다.

시험법

T=20℃와 상대습도 50%에서 모든 시험과 측정을 실시하였다. 시험용으로 사용되는 와이어는 코팅된 순수 구리 코어(4n-구리)를 구비한 본 발명에 따른 얇은 와이어이다. 시험 와이어의 직경은 20 ㎛(=0.8 mil)이다.

층 두께

코팅층의 두께, 중간층의 두께와 코어의 직경을 측정하기 위해서 최대로 늘린 와이어에 수직으로 와이어를 절단하였다. 연질 재료의 오염을 피하기 위해서 상기 절단물을 조심스럽게 분쇄 및 연마하였다. 주사전자현미경(SEM)을 통해 사진을 촬영하되 와이어의 전체 단면이 나타나도록 배율을 선택한다.

이 과정을 적어도 15회 반복하였다. 모든 값은 적어도 15회 측정값의 산술평균으로서 제공한다.

입도

특히 전자 후방 산란 회절법(EBSD)에 의해 상기 와이어 표면의 미세 조직을 수회 측정하였다. 사용한 분석 도구는 FE-SEM Hitachi S-4300E이었다. 측정과 데이터 평가를 위해 TSL이라고 소프트웨어 패키지를 Edax Inc., US(www.edax.com)로부터 구입하여 사용한다. 이들 측정에 의해 와이어의 코팅층의 결정입자의 크기와 분포뿐 아니라 결정 배향을 결정하였다. 이때 결정 입자의 측정과 평가를 EBSD 측정에 의해 수행하기 때문에 결정립계의 측정을 위해 5°의 허용각을 설정하였음을 이해해야 한다. 코팅층의 미처리 표면에 대해서는 직접 EBSD 측정하였다.

볼-웨지 본딩 - 파라미터 정의

금으로 도금한 기판의 금 표면에 와이어를 20℃에서 본딩하였다. 상기 소자 접합 패드는 > 0.3 ㎛ 금으로 덮인 1 ㎛ 두께의 Al-1%Si-0.5%Cu이었다. 제1 볼 접합부를 상기 와이어와 기판 사이의 각도 45°로 형성한 후, 상기 와이어를 기판에 와이어의 제2 단부를 사용하여 웨지하였다. 상기 와이어의 2개의 단부 간 접합부의 거리는 5 내지 20 mm 범위이었다. 이 거리는 와이어와 기판 사이 45°각도를 확보하기 위해 선택한 것이었다. 웨지 본딩 중에 주파수 범위 60-120 kHz의 초음파를 40 내지 500 밀리초 동안 본드툴(bondtool)에 인가하였다.

사용한 볼 본더 장치는 Copper Kit를 구비한 K&S iConn(S/W 8-88-4-43A-1)이었다. 사용한 시험 기기는 K&S QFP 2×2 시험기이었다.

오제 깊이 분석법

도 6의 깊이 분석 결과는 일정한 스퍼터 전류밀도에서 타깃 표면을 스퍼터링하는 동안 각각의 화학물종(예를 들면 Cu, Pd, C)의 오제 신호에 따라 측정한 것이다. 사용 기기는 PHI 5800 ESCA이다.

스퍼터 파라미터는 다음과 같다:

스퍼터 이온: 크세논

스퍼터 각도: 90°

스퍼터 에너지: 4 keV

상기 깊이 분석 결과는 공지의 표준 샘플과 비교하여 보정한다. 이때 사용한 표준 샘플은 Ta2O5 층이다. 따라서 상기 샘플과 표준 샘플의 궁극적인 스퍼터 속도 차이가 보정된다. 이를 통해 도 6의 분석 결과에서는 8.0 nm/분의 스퍼터 속도가 얻어진다. 스퍼터 시간을 측정하고 스퍼터 전류밀도를 일정하게 유지하기 때문에 상기 분석 결과의 시간 스케일은 스퍼터 속도와 곱함으로써 깊이 스케일로 쉽게 변환된다.

실시예

실시예를 들어 본 발명을 더 설명하기로 한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위해 제공되는 것으로 본 발명의 범위 또는 청구범위를 결코 한정하고자 하는 것은 아니다.

아래의 구체적인 실시예는 본 발명의 의미에서 코어 주성분으로서 구리와 코어 성분으로서 팔라듐으로 이루어진 계에 관한 것이다. 다른 구현예들에서 이들 성분은 본 발명에 따른 각각의 다른 바람직한 성분에 의해 대체될 수 있는 것으로 일반적으로 이해된다. 특히 이것은 코어 주성분의 경우에 구리 대신 은일 수 있고 코팅 성분에 경우에는 팔라듐 대신 Pt, Au, Rh, Ru, Os와 Ir로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

적어도 99.99% 순도의 구리 재료("4N-copper")의 소정량을 도가니에서 용융시킨다. 다음, 상기 용융물로부터 5 mm 직경의 와이어 코어 전구체를 주조한다.

먼저, 와이어 코어 전구체를 직경 1 mm 미만의 코어 전구체가 추가로 얻어질 때까지 압출 프레스에 의해 압출한다. 다음, 이 와이어 코어 전구체를 여러 연신 단계에서 연신하여 20 ㎛ 직경을 가진 와이어 코어(2)를 형성한다. 와이어 코어(2)의 단면은 실질적으로 원형인 형상을 갖는다. 와이어 직경은 단면 형상, 코팅층의 두께 등의 변동으로 인해 매우 정확한 수치로 간주되지는 않는 것으로 이해하여야 한다. 이때 와이어가 예를 들면 20 ㎛의 직경을 갖는 것으로 정의한다면 직경은 19.5 내지 20.5 ㎛ 범위에 있는 것으로 이해된다.

본 발명의 제1 실시예:

본 발명에 따른 와이어의 제1 실시예에서, 상기 와이어 코어를 제1 릴(30)에 권취한다. 제1 릴(30)은 도 5에 도시되어 있는 장치의 일부이다. 다음, 와이어(1)를 제1 릴(31)로부터 권출하고 제2 릴(33)에 권취하는데 이때 와이어는 제2 릴(33)을 회전시키거나 또 다른 이송 드라이브(미도시)에 의해 직접 인상할 수 있다.

릴(31, 33) 사이의 거리를 따라 진행하는 중에 먼저 와이어를 증착 장치(31)에 통과시킨다. 저장조(34)는 액체(35)를 함유하고 있고 상기 액체는 분배기(36)에 의해 와이어(1)에 도포된다. 액체(35)는 이소프로필알코올을 용매로서 포함하고 있다. 이 용매에 팔라듐 아세테이트(CH3COO)₂Pd를 포화 수준에 가깝게 용해시킨다. 액체(35)의 동적 점도를 약 2.5 mPa*s의 값으로 조정한다.

액체를 이동 중인 와이어(1)에 분배한 후, 액체는 와이어 코어의 표면에 균질한 두께의 필름을 형성한다. 다음, 이렇게 덮인 와이어 코어를 오븐(32)에 넣어 250℃로 가열한다. 와이어가 약 5초간 고온에 노출되도록 오븐의 길이와 와이어의 이송 속도를 조정한다. 이렇게 열에 노출함으로써 필름이 건조되고 팔라듐 함유 물질이 금속 팔라듐으로 환원된다. 와이어 코어(1)에는 금속 팔라듐이 증착되고 형성되는 코팅층(3)에 포함된다. 상기 코팅층의 추가 성분들로는 구리와 탄소 또는 탄소 화합물이 있고, 탄소 또는 탄소 화합물은 전형적으로 코팅층의 외측 표면 영역에 모인다.

제1 릴(30)로부터 와이어(1)를 제공하는 대안으로서 증착 장치(31)와 오븐(32)을 바람직하게는 마지막 연신 다이 후방에 있는 와이어 연신 장치에 직접 제공할 수 있다. 본 발명의 의미에서 이러한 직접적인 장치를 선택하거나 코팅 단계를 위해 와이어를 중간 릴(30)로부터 제공하는 것에는 차이가 없는 것으로 이해하여야 한다.

본 실시예에서는 상술한 코팅 과정 전 어닐링 단계에서 와이어를 어닐링한다. 이러한 어닐링은 신율, 경도, 결정구조 등과 같은 파라미터를 추가 조정하기 위해서 공지의 방법으로 수행한다. 와이어를 소정의 길이와 온도의 어닐링 오븐을 통해 소정의 속도로 진행시킴으로써 동적으로 어닐링한다. 오븐에서 꺼낸 후, 미코팅 와이어는 제1 릴(30)에 감는다. 대부분의 용도에서는 예를 들면 와이어의 신율값 조정을 위한 이러한 어닐링 단계에서의 온도는 코팅층 증착을 위해 필요한 온도보다 훨씬 더 높은(전형적으로 370℃보다 높은) 것으로 이해된다. 따라서 상기 코팅을 마지막 단계로서 수행하는 경우에는 통상적으로 와이어 코어의 미세 구조에 크게 영향을 미치지 않는다.

본 발명의 다른 구현예에 있어서, 단일 가열 단계에서 층 증착과 와이어 코어 어닐링을 병행할 수 있다. 이러한 배치구조에서는 특수 오븐 장치에 의해 조정할 수 있는 소정의 가열 분석 결과를 이용할 수 있다.

본 구현예에서 얻어진 와이어는 매우 대칭적인 입자와 좁은 입도 분포를 가진 표면을 나타내었다. 이 데이터는 EBSD 측정에 의해 취합하였다.

입도 둘레방향[nm]	최대	최소	평균
본 발명의 와이어	700	100	320
종래 와이어	300	90	180

상기 표 1은 본 발명의 와이어와 종래 와이어의 입도를 비교하고 있다. 종래 와이어의 경우에 코어는 순수한 팔라듐으로 전기도금되었고 그 후 여러 연신 단계를 거쳤다.

본 발명의 와이어에 대한 평균 입도는 종방향으로 300 nm이므로 종방향 대 둘레방향 평균 입도의 비에 대해 0.94의 값이 얻어진다.

또한 상술한 바와 같이 SEM에 의해 층 두께를 측정하기 위해서 와이어의 샘플을 절단하였다. 서로 다른 위치에서 측정한 층 두께의 평균은 92.6 nm로 계산되었다.

도 6에는 상기 샘플 와이어의 오제 분석 결과가 나타나 있다. 이온 빔에 의해 소정 영역 내 와이어 표면으로부터 재료를 균질하게 스퍼터링하였다. 스퍼터 시간에 따라 서로 다른 원소로부터 여러 오제 신호(탄소는 C, 구리는 Cu와 팔라듐은 Pd로 표시함)가 수반되었다. 스퍼터 속도를 공지의 Ta2O5 샘플에 의해 보정하였더니 분당 약 8 nm의 스퍼터 속도가 얻어졌다. Pd 신호가 최대치로부터 50% 감소한 것으로서 코팅층과 코어의 계면을 정의하였다. 이를 통해 코팅층의 두께가 약 84 nm인 것으로 추정되는데, SEM에 의해 측정한 평균 층 두께와 잘 일치하였다.

와이어가 20 ㎛의 직경을 갖고 코팅층이 92.6 nm의 두께를 갖고 있기 때문에 직경의 0%에 해당하는 깊이에서 와이어 직경의 0.48%에 해당하는 깊이까지 코팅층이 연장되어 있다.

도 6의 깊이 분석 결과는 상기 층의 반경방향 바깥쪽 표면에서 시작하여 외측 영역에서는 탄소가 주성분임을 보여주고 있다. 첫 번째 몇 개의 단층 내에서 탄소 신호는 급격히 떨어지는 반면에 팔라듐과 구리 신호는 증가한다. 최외곽 표면에서는 팔라듐 신호가 거의 없지만, 스퍼터링이 시작하는 즉시 신호가 증가한다는 점이 주목된다.

다음, 팔라듐 신호 또는 농도는 약 3 nm의 깊이에서 탄소 신호를 넘는데, 이를 표면의 주성분의 제1 변화로 표시한다.

상기 구리 신호는 약 8 nm의 깊이에서 국소적으로 최대치에 도달한다. 팔라듐과 구리 신호는 깊이 10 nm 내지 60 nm 범위에 걸쳐 거의 일정한 값을 보이는바, 이에 따르면 팔라듐은 55% 내지 60%의 수준에서 구리는 40% 내지 45%의 수준에서 일정하다. 이 영역에서는 다른 어떠한 원소도 유의미한 양으로 존재하지 않는다.

다음, 팔라듐 신호는 떨어지기 시작하고 구리는 약 65 nm의 깊이에서 주성분이 되는데, 이를 코팅층 내 주성분의 제2 변화로 표시한다.

본 발명과 관련하여 이해되는 바와 같이 상기 코팅층의 평균 두께는 SEM에 의해 측정되는 평균 두께이다.

상술한 바와 같이 오제 깊이 분석법은 코팅층 조성과 층 내 단일 성분들의 분포를 정의하기 위해 이용된다.

상기 코팅층의 외측 영역은 0.1% 와이어 직경(=20 nm)으로부터 0.25% 와이어 직경(=약 50 nm)에 이르는 영역으로 정의된다. 이 영역에서 구리는 30%가 넘는 양으로 존재하고 있다는 것이 명백하다. 또한 팔라듐은 외측 영역 내에서 두께가 증가할수록 더 낮은 값으로 감소하기 시작한다. 그럼에도 이 영역 내에서 팔라듐 농도는 단 몇 퍼센트만 감소한다.

SEM에 의해 측정한 평균 층 두께와 잘 일치한다고 확인한 바대로 오제 분석 결과에서 제공된 깊이 스케일은 충분히 정확하다는 점을 주목해야 한다.

볼 본딩과 웨지 본딩(제2 본딩)을 위해 상술한 시험 과정으로 와이어 샘플을 시험하였다. 통상적인 시험과정으로서 인상 시험과 볼 전단 시험을 수행하였다. 그 결과 본 발명에 따른 샘플 와이어는 재현성 좋게 매우 대칭적인 프리 에어볼을 생성한다는 것을 알 수 있었다. 또한 제2 접합부는 제2 본딩 범위와 관련하여 어떠한 단점도 보이지 않았다.

본 발명의 제2 실시예:

본 발명에 따른 와이어의 더 바람직한 제2 실시예에서는 상술한 바와 같이 구리 와이어를 제조한다.

상술한 제1 실시예와는 달리 코팅 성분 전구체로서 피발산의 팔라듐염인 팔라듐 피발레이트 Pd((H3C)3C-COO)2를 선택한다.

코팅 성분 전구체로서 팔라듐 피발레이트의 합성:

Pd-아세테이트(48.35% Pd) 22.01g를 피발산 20.4g과 혼합하고 얻어진 아세트산이 완전히 증발될 때까지 126℃에서 가열 및 교반한다. 이는 약 35분 후에 완료된다. 얻어진 전구체는 치자색의 수지형 물질이다.

이 전구체를 테트랄린(테트라히드로나프탈렌)에 1:5의 비로 용해하여 와이어 코어에 증착시킬 액체를 얻는다.

제1 실시예와는 다르게, 와이어의 최종 연신 단계 직후에 액체를 이용하여 와이어를 코팅한다. 이는 연신 다이의 마찰에 의해 와이어 코어의 새로운 금속 표면이 생성되고 동시에 상기 새로운 표면에 액체가 증착되는 장점이 있다.

이를 위해 직경이 최종 와이어 직경(20 ㎛) 보다 약간 더 큰 직경(40 ㎛)을 가진 종래의 연신 다이(이하, 분배기 다이라고 함)를 선택한다. 이 연신 다이를 바닥의 중앙에 다이 개구부를 가진 컵 모양의 액체 저장조로 변형시켰다. 상기 와이어를 수직으로 배향시키고 이 분배기 다이를 통해 하방으로 진행시킨다.

이러한 배치구조에서 최종 연신 단계의 연신 다이는 분배기 다이 바로 앞에 위치하는 것으로 이해된다. 다른 구현예에 있어서, 상기 액체도 역시 최종 연신 단계의 연신 다이에서 직접 분배될 수 있다.

상기 액체로부터 용매를 건조 제거하기 위해서 적외선 가열 램프를 연신 다이 바로 뒤에 배치한다. 이 건조 단계는 유기결합을 크게 분해시키지 않는 온도에서 수행한다. 전형적인 온도는 150℃ 미만이다.

이 건조 단계 후에 어닐링 오븐에 와이어를 넣는다. 상기 오븐 온도를 약 400℃로 조정한다. 이 오븐에서 결정 구조와 기계적 특성(예. 신율) 조정을 위한 와이어 코어의 어닐링과 동시에 코팅 성분 전구체의 분해가 이루어진다. 오븐의 길이는 0.54 m이다. 와이어는 47 m/s의 속도로 연속적으로 감는다.

오븐에서 빼낸 와이어는 은으로 마무리되어 있고 50 nm 직경으로 권취한다.

이 와이어는 여러 번 본딩 시험을 거쳤다. 또한 85℃와 85% 습도에서 7일간 인공기후실에서 증착하였다. 이 처리 후에 와이어의 본딩과 기타 특성의 저하는 전혀 나타나지 않은 것으로 밝혀졌다.

ICP 측정에 의한 시험을 통해 와이어의 총 팔라듐 비율은 400 ppm으로 이론적으로 순수한 팔라듐의 11개 단층과 동등한 것임을 알 수 있었다.

도 7은 제2 실시예의 와이어의 오제 깊이 분석 결과를 보여주고 있다. 표면으로부터 시작해서 탄소와 구리는 존재하지만 팔라듐은 존재하지 않는다. 팔라듐 신호는 약 30 nm의 깊이에서 나타나기 시작한다. 이후, 팔라듐은 50 nm가 넘는 깊이에 걸쳐 거의 가우시안 곡선으로 분포되어 있다. Pd 신호의 50% 감소로 정의한 코팅층의 총 두께는 대략 90 nm이다.

코팅층 내 팔라듐의 양은 다소 적다는 것은 분명하다. 코팅층 전체에 걸쳐 팔라듐 신호를 적분한 결과 층 재료 전체의 약 3%이다. 국소적 세기를 고려한 팔라듐의 최대 신호는 불과 10%에 이를 뿐이다. 구리 신호가 약 90%까지 증가하는 영역에서 이 팔라듐 피크 세기에 이르게 된다.

얻어진 양호한 결과에 의하면 Pd 함유 층은 구리의 산화를 방지하는 효과적인 산소 차단층으로서 작용할 것으로 예상된다. Pd 층 위의 코팅층 내 상당량의 산화물이 나타나 있지만 이 산화물 양은 무해하고 나아가 웨지 본딩 거동을 개선시키는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 제3 실시예:

제3 실시예에서는 와이어 코어 전구체로서 17 ㎛ 직경의 순수한 은 본딩 와이어를 사용한다. 상기 제2 실시예에서와 동일한 코팅 전구체와 코팅 방법을 이용한다. 약간 작은 와이어 직경에 따라 더 작은 35 ㎛의 오리피스를 가진 분배기 다이를 선택한다. 다른 모든 파라미터를 변화시키지 않고 유지한다.

Pd 코팅된 은 와이어를 시험하였고 우수한 본딩 거동을 보였다.

전기 접촉부와 접속부에 대해 일반적인 표준 시험인 120시간 동안 75% 습도, 25℃에서 1 ppm H2S의 부식 분위기에 와이어를 노출시켰다. 이 처리에 의해 코팅 와이어는 변색되지 않는다. 상기 코팅 와이어는 우수한 결과로 본딩될 수 있다.

오제 깊이 분석법에 의한 측정은 제2 실시예에서와 같이 유사하게 낮은 Pd 농도를 나타낸다.

사용한 카르복실산에 관련하여 추가 시험 및 비교하였다. 피발산 외에도 다른 분지형 카르복실산을 사용하여 시험하였다. 탄소수가 더 적은 산, 특히 디메틸부티르산과 디메틸펜탄산을 사용하였을 때의 결과가 특히 양호한 것으로 밝혀졌다. 대략적으로 액체 내 Pd의 양을 5 중량% 내지 10 중량%의 값으로 조정하였다.

베르사트산(10)의 경우에 더 낮은 와이어 이송 속도에 대한 결과가 적정하다는 것이 밝혀졌다. 이송 속도가 더 높은 경우에 얻어지는 와이어는 더 이상 충분한 본딩 특성을 보이지 않았다. 베르사트산(10)은 네오데칸산으로도 알려져 있는 산으로 10개의 탄소원자를 포함하고 약 175의 분자량을 갖고 있다.

테트랄린 이외의 다른 용매들을 추가로 또는 선택적으로 사용할 수 있다. 가능한 하나의 다른 용매는 부타논(메틸 에틸 케톤, MEK)이다.

상기 실시예에서 코팅 성분 전구체는 각각 Pd 염인 것으로 이해된다. 코팅 성분으로서 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐과 같은 다른 금속들을 희망하는 경우에는 이들 금속 중 하나 이상으로 팔라듐을 전체 또는 일부 치환할 수 있다.

- 도면 번역 -

도 2에서

diameter of 1 → 1의 직경

diameter of 2 → 2의 직경

thickness of 3 → 3의 두께

도 6에서

Sputter rate: 8.0 nm/min → 스퍼터 속도: 8.0 nm/분

Atomic Concentration (%) → 원자농도 (%)

Sputter Time (min) → 스퍼터 시간 (분)

Interface: 계면

도 7에서

Sputter rate: 8.0 nm/min → 스퍼터 속도: 8.0 nm/분

Atomic Concentration (%) → 원자농도 (%)

Sputter Time (min) → 스퍼터 시간 (분)

Claims (21)

1. 표면(15)을 갖고 구리와 은으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어 주성분을 포함하는 코어(2)와; 코어(2)의 표면(15)에 적어도 부분적으로 겹쳐있고, 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하는 코팅층(3)을 포함하되, 코팅층(3)이 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해함으로써 상기 코어의 표면(15)에 도포되는 것을 특징으로 하는 본딩 와이어.
2. 제1항에 있어서, 상기 액체의 필름이 와이어 코어를 최종 직경으로 연신한 후에 도포되는 본딩 와이어.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체의 필름이 와이어 연신 과정에 새로이 생성되는 표면에 도포되는 본딩 와이어.
4. 제3항에 있어서, 상기 액체의 필름이 연신 다이의 위치에서 도포되는 본딩 와이어.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체가 20℃에서 0.4 mPa*s가 넘는 동적 점도를 갖는 본딩 와이어.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 성분 전구체가 분지형 카르복실산의 염을 포함하는 본딩 와이어.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 성분 전구체가
   2차 카르복실산의 염 또는
   3차 카르복실산의 염을 포함하는 본딩 와이어.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 카르복실산이 포화산인 본딩 와이어.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카르복실산이
   a. 디메틸프로피온산(피발산),
   b. 디메틸부티르산 및
   c. 디메틸펜탄산으로 이루어진 군으로부터 선택되거나 또는 이들 중 적어도 2개인 본딩 와이어.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카르복실산의 탄소 원자 수가 4 내지 15개인 본딩 와이어.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카르복실산이 질소 원자를 전혀 포함하지 않는 본딩 와이어.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어의 직경이 5 ㎛ 내지 20 ㎛인 본딩 와이어.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층 내 코팅 성분의 총량이 30% 미만인 본딩 와이어.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층 내 코팅 성분의 양이 국소적으로 30% 미만이고 상기 코팅층 내 코어 주성분의 양이 60% 내지 95%인 본딩 와이어.
15. 본딩 와이어를 제조하기 위한 방법으로서,
    a. 와이어의 코어 전구체(2)에 코어 주성분으로서 구리 또는 은을 제공하는 단계;
    b. 상기 코어 전구체 상에 팔라듐, 백금, 금, 로듐, 루테늄, 오스뮴과 이리듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 성분을 포함하는 재료를 증착하여 층(3)을 형성하는 단계를 포함하되,
    단계 b를 상기 와이어 코어 전구체 위에 코팅 성분 전구체를 함유하는 액체의 필름을 증착함으로써 수행하고 상기 증착된 필름을 가열하여 코팅 성분 전구체를 금속상으로 분해하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 액체가 20℃에서 0.4 mPa*s를 넘는 동적 점도를 갖는 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 증착된 필름을 150℃보다 높은 온도에서 가열하는 방법.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름을 와이어의 최종 연신 단계 이후에 증착하는 방법.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본딩 와이어가 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 와이어인 방법.
20. 전자 소자를 본딩하기 위한 시스템으로서, 제1 본딩 패드(11), 제2 본딩 패드(11)와 볼 본딩에 의해 상기 본딩 패드(11) 중 적어도 하나에 연결되어 있는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 와이어(1)를 포함하는 시스템.
21. 전자 소자를 연결하기 위한 방법으로서,
    a. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 와이어(1)를 제공하는 단계;
    b. 와이어(1)를 볼 본딩 또는 웨지 본딩에 의해 소자의 제1 본딩 패드에 본딩하는 단계; 및
    c. 상기 와이어를 웨지 본딩에 의해 소자의 제2 본딩 패드에 연결하는 단계를 포함하되, 단계 b와 c를 성형 가스를 사용하지 않고 수행하는 방법.

Images