KR20210074899A - Copper alloy bonding wires and method of manufacturing the same - Google Patents

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김태훈
박주현
홍길수
김용희
조동철
이상훈
정상교
박철수
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Abstract

The present invention relates to a copper alloy bonding wire. As an embodiment, the present invention provides a bonding wire for a semiconductor package, a copper alloy bonding wire comprises: a core material containing 0.5% to 1% by weight of at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium and the balance of copper and other unavoidable impurities; a first coating layer formed on the core material and made of palladium; and a second covering layer formed on the first covering layer and made of gold. It is possible to provide a copper alloy bonding wire with improved reliability and lifespan.

Description

구리 합금 본딩 와이어 및 그의 제조 방법{Copper alloy bonding wires and method of manufacturing the same}Copper alloy bonding wires and method of manufacturing the same

본 발명은 구리 합금 본딩 와이어에 관한 것으로서 상세하게는 차량에 사용하는 반도체와 기판을 연결하기 위해 사용하는 구리 합금 본딩 와이어 및 그의 제조방법과 관련된다.The present invention relates to a copper alloy bonding wire, and more particularly, to a copper alloy bonding wire used to connect a semiconductor and a substrate used in a vehicle, and a manufacturing method thereof.

차량용 반도체에 사용되는 본딩 와이어는 고순도의 금속으로 만들어져 반도체 다이와 기판을 연결하는 얇은 선을 말한다.The bonding wire used in automotive semiconductors is made of high-purity metal and refers to a thin wire connecting a semiconductor die and a substrate.

본딩 와이어는 반도체 패키지의 종류, 물리적, 기계적 특징 및 사용자의 요구에 의해 다양하게 제조될 수 있고, 높은 화학적 안정성과 전기전도도 때문에 금(Au)을 주로 사용하여 왔다.The bonding wire can be manufactured in various ways according to the type of semiconductor package, physical and mechanical characteristics, and user needs, and gold (Au) has been mainly used because of its high chemical stability and electrical conductivity.

한편 금 가격이 상승함에 따라 대체 소재로 구리 와이어가 고려되고 있다. 고순도의 구리 와이어(≥99.99%)는 알루미늄(Al) 기판에 본딩하면 IMC(Intermetallic Compound)가 성장하게 된다.Meanwhile, as gold prices rise, copper wire is being considered as an alternative material. When high-purity copper wire (≥99.99%) is bonded to an aluminum (Al) substrate, an intermetallic compound (IMC) grows.

성장되는 IMC는 Cu9Al4 구조로 되어 있는데, 이러한 구조는 염소(Cl)에 취약하다. 염소는 본딩 접합면에 크랙(Crack)을 발생시켜 차량용 반도체의 수명과 신뢰성에 문제가 발생한다. 반도체 패키지를 차량용 반도체로 사용할 때 고온에서 패키징 소재인 수지로부터 염소가 나올 수 있으므로 이러한 문제에 대한 대비가 필요하다.The grown IMC has a Cu 9 Al 4 structure, which is vulnerable to chlorine (Cl). Chlorine causes cracks in the bonding surface, causing problems in the lifespan and reliability of semiconductors for vehicles. When a semiconductor package is used as a semiconductor for a vehicle, chlorine may come out from the resin, a packaging material, at high temperatures, so it is necessary to prepare for this problem.

대한민국 공개특허 제10-2012-0031005호 (2012.03.29)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0031005 (2012.03.29)

본 발명은 고순도 구리에 도펀트로 은, 백금, 팔라듐, 니켈 중 적어도 하나의 원소를 합금하고 팔라듐과 금을 순차적으로 적층하여 본딩와이어를 제조함으로써 알루미늄 기판과의 본딩 계면에 성장되는 IMC인 Cu9Al4의 성장을 억제하여 신뢰성과 수명 향상에 좋은 2N 구리 합금 본딩 와이어를 제시한다. 또한 이러한 구리 합금 본딩 와이어를 제조하는 방법을 제시한다.The present invention is an IMC grown on the bonding interface with an aluminum substrate by alloying at least one element of silver, platinum, palladium, and nickel as a dopant to high-purity copper and sequentially stacking palladium and gold to prepare a bonding wire, Cu 9 Al We present a 2N copper alloy bonding wire that is good for improving reliability and life by suppressing the growth of 4 . It also presents a method for manufacturing such a copper alloy bonding wire.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other detailed objects of the present invention will be clearly grasped and understood by experts or researchers in the art through the detailed contents described below.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 반도체 패키지용 본딩 와이어로서, 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소 0.5 중량% 내지 1중량% 및 잔부가 구리와 기타 불가피 불순물을 포함하는 심재, 상기 심재 위에 형성되고 팔라듐으로 이루어진 제1피복층 및 상기 제1피복층 위에 형성되고 금으로 이루어진 제2피복층을 포함하는 구리 합금 본딩 와이어를 제시한다.In order to solve the above problem, the present invention is an embodiment, as a bonding wire for a semiconductor package, 0.5 wt% to 1 wt% of at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium, and the balance includes copper and other unavoidable impurities It provides a copper alloy bonding wire comprising a core material, a first covering layer formed on the core material and made of palladium, and a second covering layer formed on the first covering layer and made of gold.

상기 심재에는, 금, 백금, 니켈, 팔라듐의 4가지 원소가 모두 포함될 수 있다.The core material may include all four elements of gold, platinum, nickel, and palladium.

한편 위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 반도체 패키지용 본딩 와이어를 제조하는 방법으로서, 순도가 5N 이상의 고순도 구리를 준비하는 제1단계, 상기 제1단계의 구리에 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소를 첨가하는 제2단계, 상기 제2단계를 거친 소재를 용융 및 고체화하여 직경 7~9mm의 구리 합금 와이어로 제작하는 제3단계, 상기 제3단계에서 제작된 구리 합금 와이어를 1차 신선하여 직경 0.5mm~1.5mm로 하는 제4단계, 상기 제4단계에서 신선된 구리 합금 와이어에 1차 열처리를 실시하는 제5단계, 상기 제5단계에서 열처리가 완료된 구리 합금 와이어를 2차 신선하여 직경 60~100㎛로 하는 제6단계, 상기 제6단계에서 신선된 구리 합금 와이어의 외측에 팔라듐층을 형성하는 제7단계, 상기 제7단계에서 형성된 팔라듐층 위에 금층을 형성하는 제8단계 및 상기 제8단계에서 금층이 형성된 구리 합금 와이어에 2차 열처리를 실시하는 제9단계를 포함하는 구리 합금 본딩 와이어 제조 방법을 제시한다.On the other hand, in order to solve the above problem, the present invention is an embodiment, as a method of manufacturing a bonding wire for a semiconductor package, a first step of preparing high-purity copper having a purity of 5N or more, gold, platinum, nickel in the copper of the first step , a second step of adding at least one or more elements of palladium, a third step of melting and solidifying the material that has passed through the second step to produce a copper alloy wire having a diameter of 7 to 9 mm, the copper produced in the third step A fourth step of first drawing an alloy wire to have a diameter of 0.5 mm to 1.5 mm, a fifth step of performing a primary heat treatment on the copper alloy wire drawn in the fourth step, a copper alloy of which the heat treatment is completed in the fifth step A sixth step of secondary drawing the wire to have a diameter of 60 to 100 μm, a seventh step of forming a palladium layer on the outside of the copper alloy wire drawn in the sixth step, a gold layer on the palladium layer formed in the seventh step Presents a copper alloy bonding wire manufacturing method comprising an eighth step of forming and a ninth step of performing a secondary heat treatment on the copper alloy wire on which the gold layer is formed in the eighth step.

여기에서 상기 제3단계는, 상기 제2단계를 거친 소재를 진공 용해로를 이용하여 1200℃ 이상의 온도에서 용해하는 단계, 용해된 소재를 연속 주조하는 단계, 연속 주조를 마친 소재를 냉각 구간을 통과시키며 고체화하여 직경 7~9mm 형태의 구리 합금 와이어로 제작하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the third step is a step of melting the material that has undergone the second step at a temperature of 1200° C. or higher using a vacuum melting furnace, continuously casting the melted material, passing the material after continuous casting through a cooling section, It may include the step of solidifying and manufacturing a copper alloy wire having a diameter of 7 to 9 mm.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어는, 고순도 구리에 도펀트로 은, 백금, 팔라듐, 니켈 중 적어도 하나의 원소를 합금하고 팔라듐과 금을 순차적으로 적층하여 본딩와이어를 제조함으로써 알루미늄 기판과의 본딩 계면에 성장되는 IMC인 Cu9Al4의 성장을 억제하여 신뢰성과 수명 향상에 좋은 효과가 있다.The copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention alloys at least one element of silver, platinum, palladium, and nickel as a dopant to high-purity copper, and sequentially stacks palladium and gold to manufacture a bonding wire with an aluminum substrate. By suppressing the growth of Cu 9 Al 4 , which is IMC grown on the bonding interface, it has a good effect on reliability and lifespan improvement.

특히 차량에 사용되는 반도체는 산업용 반도체에 비해 강한 진동, 높은 온도 등의 까다로운 환경조건을 고려해야 하는데 본 발명에 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어는 신뢰성이 높고 수명이 길어 산업용 반도체보다 가혹한 환경 조건에서 사용해야 하는 차량용 반도체에 우수한 효과를 보인다.In particular, semiconductors used in vehicles have to consider difficult environmental conditions such as strong vibration and high temperature compared to industrial semiconductors. The copper alloy bonding wire according to the embodiment of the present invention has high reliability and long lifespan, so it should be used in harsher environmental conditions than industrial semiconductors. It shows an excellent effect in automotive semiconductors.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other effects of the present invention will be clearly understood and understood by an expert or researcher in the art through the specific details described below, or during the course of carrying out the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어를 제조하는 방법을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어를 반도체 칩에 본딩한 후 HTS 시험을 수행한 상태를 나타내는 도면.
도 4는 비교예에 따른 구리 와이어를 반도체 칩에 본딩한 후 HTS 시험을 수행한 상태를 나타내는 도면.1 is a cross-sectional view of a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing a method of manufacturing a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a state in which an HTS test is performed after bonding a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention to a semiconductor chip.
4 is a view showing a state in which an HTS test is performed after bonding a copper wire according to a comparative example to a semiconductor chip.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어 및 그의 제조방법에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, a copper alloy bonding wire and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same and similar reference numerals are assigned to the same and similar components even in different embodiments, and the description is replaced with the first description.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어(100)는, 반도체 패키지용 본딩 와이어로서, 심재(10)와 제1피복층(20) 및 제2피복층(30)을 포함한다.The copper alloy bonding wire 100 according to an embodiment of the present invention is a bonding wire for a semiconductor package, and includes a core 10 and a first covering layer 20 and a second covering layer 30 .

심재(10)는 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소 0.5 중량% 내지 1중량% 및 잔부가 구리와 기타 불가피 불순물을 포함하여 이루어지고, 팔라듐으로 이루어진 제1피복층(20)이 심재(10) 위에 형성되며, 금으로 이루어진 제2피복층(30)이 제1피복층(20) 위에 형성된다.The core 10 is made of 0.5 wt% to 1 wt% of at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium and the balance includes copper and other unavoidable impurities, and the first coating layer 20 made of palladium is the core material. Formed on (10), the second covering layer 30 made of gold is formed on the first covering layer (20).

이와 같이 이루어진 구리 합금 본딩 와이어는, 경제성을 가지는 것은 물론 알루미늄 기판과의 본딩 계면에 Cu9Al4가 성장되는 것을 억제하며 접합부의 신뢰성이 높고 수명이 향상된다.The copper alloy bonding wire made in this way is economical as well as suppresses the growth of Cu 9 Al 4 at the bonding interface with the aluminum substrate, and the reliability of the joint is high and the lifetime is improved.

이하 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어의 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, each configuration of the copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

심재(10)는 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소가 0.5 중량% 내지 1중량% 포함되고 잔부는 구리와 기타 불가피 불순물이 포함되는 조성을 가진다.The core material 10 has a composition in which at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium are included in 0.5 wt% to 1 wt%, and the balance includes copper and other unavoidable impurities.

구리는 전기 및 열 전도성이 우수하고 비교적 무르며, 연성과 전성이 매우 크다. 구리는 화학 반응성이 제법 큰 편으로, 건조한 공기에서는 거의 산화되지 않으나 습한 공기 중에서는 산화될 수 있다. 또한 구리 본딩 와이어는 알루미늄 기판과의 본딩 계면에 Cu9Al4가 성장될 수 있다. 따라서 이러한 구리의 성질을 보완하기 위하여 본 발명에서는 구리를 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소와 합금하였다.Copper has excellent electrical and thermal conductivity, is relatively soft, and has great ductility and malleability. Copper is quite chemically reactive and is rarely oxidized in dry air, but can be oxidized in moist air. In addition, Cu 9 Al 4 may be grown on the bonding interface of the copper bonding wire with the aluminum substrate. Accordingly, in the present invention, copper is alloyed with at least one element selected from among gold, platinum, nickel, and palladium in order to supplement the properties of copper.

금은 화학 반응성이 가장 작은 고체 원소 중의 하나로서 공기나 물에 의해 부식되지 않고 원래의 상태를 유지한다. 또한 구리와 마찬가지로 연성과 전성이 매우 크기 때문에 얇은 박이나 선으로 용이하게 가공될 수 있다. 전기전도도는 구리에 비하여 다소 낮은 편이지만 공기 중에서 부식되지 않기 때문에 구리에 합금하여 전기전도도를 유지하면서 부식을 방지한다.Gold, as one of the least chemically reactive solid elements, is not corroded by air or water and maintains its original state. Also, as with copper, it has very high ductility and malleability, so it can be easily processed into thin foil or wire. The electrical conductivity is somewhat lower than that of copper, but since it does not corrode in air, it is alloyed with copper to prevent corrosion while maintaining electrical conductivity.

한편 백금, 니켈, 팔라듐은 백금족 원소로서 공기나 수분 등에는 매우 안정하여 고온으로 가열해도 변하지 않고, 산·알칼리에 강하여 내식성이 큰 원소이다. 이들은 구리와 합금되어 구리의 내식성을 보완해 준다.On the other hand, platinum, nickel, and palladium are elements of the platinum group, which are very stable in air and moisture, do not change even when heated at high temperatures, and are strong in acid and alkali and have high corrosion resistance. They are alloyed with copper to complement the corrosion resistance of copper.

또한 금, 백금, 니켈, 팔라듐은 구리와 동일하게 FCC 구조를 가지고 있고, 원자의 크기도 큰 차이가 없어 구리와의 합금이 용이하고 합금된 상태에서 전체적인 구조가 유지된다.In addition, gold, platinum, nickel, and palladium have the same FCC structure as copper, and since there is no significant difference in the size of atoms, alloying with copper is easy and the overall structure is maintained in the alloyed state.

한편 상술한 바와 같이 금, 백금, 니켈, 팔라듐은 0.5 중량% 내지 1중량%의 도펀트(dopant) 수준으로 함유가 된다. 한편 심재(10)에는, 금, 백금, 니켈, 팔라듐의 4가지 원소가 모두 포함될 수 있고 심재(10)의 직경은 본딩 와이어의 기능을 수행할 수 있도록 60~100㎛임이 바람직하다.Meanwhile, as described above, gold, platinum, nickel, and palladium are contained at a dopant level of 0.5 wt% to 1 wt%. Meanwhile, the core 10 may contain all four elements of gold, platinum, nickel, and palladium, and the diameter of the core 10 is preferably 60 to 100 μm so as to function as a bonding wire.

제1피복층(20)은 심재(10) 위에 형성되고 팔라듐으로 이루어진다. 팔라듐은 내산화성이 우수한 성분으로서 구리를 팔라듐으로 피복함으로써 구리의 산화를 방지하고 접합성을 우수하게 하며 고온 다습한 환경에서도 성능을 유지할 수 있게 한다.The first coating layer 20 is formed on the core material 10 and is made of palladium. Palladium is a component with excellent oxidation resistance, and by coating copper with palladium, it prevents oxidation of copper, improves bonding properties, and maintains performance even in high temperature and high humidity environments.

특히 팔라듐이 제1피복층(20)으로 형성됨으로써 본딩시 구리의 겉표면에 팔라듐이 분포하게 되므로 본딩 와이어의 수명이 향상될 수 있다. 또한 Cu9Al4의 성장을 억제하여 본딩 와이어의 신뢰성과 수명 향상에 기여한다.In particular, since palladium is formed as the first covering layer 20, palladium is distributed on the outer surface of copper during bonding, so that the lifetime of the bonding wire can be improved. In addition , it suppresses the growth of Cu 9 Al 4 and contributes to the improvement of reliability and lifespan of the bonding wire.

제2피복층(30)은 제1피복층(20) 위에 형성되고 금으로 이루어진다. 금은 반도체 패키지의 종류, 물리적, 기계적 특징 및 사용자의 요구에 의해 다양하게 제조될 수 있고, 높은 화학적 안정성과 전기전도도를 갖는다. 팔라듐층 위에 금층을 형성함으로써 안정성과 전도성을 우수하게 유지할 수 있다. The second covering layer 30 is formed on the first covering layer 20 and made of gold. Gold can be manufactured in various ways according to the type of semiconductor package, physical and mechanical characteristics, and user needs, and has high chemical stability and electrical conductivity. By forming a gold layer on the palladium layer, excellent stability and conductivity can be maintained.

제1피복층(20)을 이루는 팔라듐은 구리보다 단단한 특성을 가진다. 이에 따라 본딩시 기판의 알루미늄 패드에 손상이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 본딩 와이어 가장 외측에 금층이 형성됨으로써 본딩시 알루미늄 패드의 손상을 방지할 수 있으며 본딩 와이어의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Palladium constituting the first coating layer 20 has a harder property than copper. Accordingly, damage may occur to the aluminum pad of the substrate during bonding. In the present invention, since the gold layer is formed on the outermost side of the bonding wire, damage to the aluminum pad can be prevented during bonding and the bonding reliability of the bonding wire can be improved.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어의 제조방법은, 반도체 패키지용 본딩 와이어를 제조하는 방법으로서, 고순도 구리를 준비하는 제1단계, 구리에 원소를 첨가하는 제2단계, 구리 합금 와이어를 제작하는 제3단계, 1차 신선하는 제4단계, 1차 열처리하는 제5단계, 2차 신선하는 제6단계, 팔라듐층을 형성하는 제7단계, 금층을 형성하는 제8단계 및 2차 열처리하는 제8단계를 포함한다.A method of manufacturing a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a bonding wire for a semiconductor package, a first step of preparing high-purity copper, a second step of adding an element to copper, a copper alloy wire 3rd step of manufacturing, 4th step of primary drawing, 5th step of primary heat treatment, 6th step of secondary drawing, 7th step of forming a palladium layer, 8th step of forming a gold layer, and secondary heat treatment including the eighth step of

제1단계에서는 순도가 5N(99.999%) 이상의 고순도 구리를 준비하고, 제2단계에서는 제1단계의 구리에 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소를 첨가한다. 고순도 구리는 99.0~99.5중량%이고, 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소는 0.5~1.0중량%가 함유되도록 한다. In the first step, high-purity copper having a purity of 5N (99.999%) or more is prepared, and in the second step, at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium are added to the copper of the first step. The high purity copper is 99.0 to 99.5 wt%, and at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium are contained in an amount of 0.5 to 1.0 wt%.

제3단계에서는 제2단계를 거친 소재를 용융 및 고체화하여 직경 7~9mm의 구리 합금 와이어로 제작한다. 구체적으로는 먼저 제2단계를 거친 소재를 진공 용해로를 이용하여 1200℃ 이상의 온도에서 용해한다. 다음으로 용해된 소재를 연속 주조한다. 이어서 연속 주조를 마친 소재를 냉각 구간을 통과시키며 고체화하여 직경 7~9mm 형태의 구리 합금 와이어로 제작할 수 있다.In the third step, the material passed through the second step is melted and solidified to produce a copper alloy wire with a diameter of 7 to 9 mm. Specifically, the material that has undergone the second step is first melted at a temperature of 1200° C. or higher using a vacuum melting furnace. Next, the molten material is continuously cast. Then, the material after continuous casting is passed through a cooling section and solidified to produce a copper alloy wire with a diameter of 7 to 9 mm.

한편 이 과정이 종료된 후 산세정 및 수세정을 통해 와이어 표면을 세정하고 건조 과정을 수행할 수 있다. 구리 합금 중의 미량 원소의 분석은 ICP (Inductively Coupled Plasma)를 이용하여 수행할 수 있다.Meanwhile, after this process is completed, the surface of the wire may be cleaned through acid washing and water washing and a drying process may be performed. The analysis of trace elements in the copper alloy can be performed using ICP (Inductively Coupled Plasma).

제4단계에서는 제3단계에서 제작된 구리 합금 와이어를 1차 신선하여 직경 0.5mm~1.5mm로 하고, 제5단계에서는 제4단계에서 신선된 구리 합금 와이어에 1차 열처리를 실시한다. 열처리 온도는 500 ~ 800℃로 하는 것이 바람직하고 산화를 방지하기 위해 불활성 가스 분위기에서 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.In the fourth step, the copper alloy wire produced in the third step is first drawn to have a diameter of 0.5 mm to 1.5 mm, and in the fifth step, a primary heat treatment is performed on the copper alloy wire drawn in the fourth step. The heat treatment temperature is preferably set to 500 to 800° C., and heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere in order to prevent oxidation.

제6단계에서는 제5단계에서 열처리가 완료된 구리 합금 와이어를 2차 신선하여 직경 60~100㎛로 한다. 이와 같은 과정을 통해 심재(10)로 사용되는 구리 합금 와이어를 제작할 수 있다.In the sixth step, the copper alloy wire that has been heat-treated in the fifth step is secondarily drawn to have a diameter of 60-100 μm. Through this process, a copper alloy wire used as the core material 10 may be manufactured.

제7단계에서는 제6단계에서 신선된 구리 합금 와이어의 외측에 팔라듐층을 형성한다. 팔라듐층을 형성하는 방법은 도금법을 사용할 수 있고 이외에 선재를 코팅하기 위해 알려진 방법들을 사용할 수 있다. 특히 습식의 전해도금법을 이용하는 것이 바람직하다. 전해도금 공정은 와이어의 표면을 세정하고 건조한 다음 도금하고 열처리를 하는 순서로 진행할 수 있다. 이 과정을 통해 심재(10)에 제1피복층(20)이 형성된다.In the seventh step, a palladium layer is formed on the outside of the copper alloy wire drawn in the sixth step. A method of forming the palladium layer may use a plating method, and other known methods for coating the wire rod may be used. In particular, it is preferable to use a wet electrolytic plating method. The electroplating process may proceed in the order of cleaning and drying the surface of the wire, then plating and heat treatment. Through this process, the first covering layer 20 is formed on the core material 10 .

제8단계에서는 제7단계에서 형성된 팔라듐층 위에 금층을 형성한다. 팔라듐층에 금층을 형성하는 방법은 마찬가지로 도금법을 사용할 수 있고 습식의 전해도금법을 이용하는 것이 바람직하다.In the eighth step, a gold layer is formed on the palladium layer formed in the seventh step. As a method of forming the gold layer on the palladium layer, a plating method can be used similarly, and it is preferable to use a wet electrolytic plating method.

제9단계에서는 제8단계에서 금층이 형성된 구리 합금 와이어에 2차 열처리를 실시한다. 열처리 온도는 500 ~ 800℃로 하는 것이 바람직하다. 이러한 과정을 통해 구리 합금 본딩 와이어(100)를 제조할 수 있다.In the ninth step, secondary heat treatment is performed on the copper alloy wire on which the gold layer is formed in the eighth step. The heat treatment temperature is preferably 500 to 800°C. Through this process, the copper alloy bonding wire 100 may be manufactured.

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어에 대하여 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Next, a copper alloy bonding wire according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The following examples are merely illustrative of one aspect of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example

본 발명의 효과를 알아보기 위해 순도 99.999% 이상의 구리와 첨가 원소로서 순도 99.99% 이상의 금, 백금, 니켈, 팔라듐을 준비하고 진공 용해로에 장전한 후 1200℃ 이상의 온도에서 용해하고 연속 주조하였다. 이때 금은 0.1중량%, 백금은 0.1중량%, 니켈은 0.2중량%, 팔라듐은 0.15중량%가 되도록 조절하였다. 용해된 합금을 냉각 구간을 통과시키며 고체화 하여 직경 7mm의 와이어로 제작하고 와이어 표면을 세정하였다. 이후 와이어를 직경 1mm까지 1차 신선하고 불활성 가스 분위기에서 600℃의 온도로 1차 열처리를 하였다. 열처리가 완료된 와이어를 직경 70㎛ 로 2차 신선하여 심재(10)를 제작하였다. 습식 전해도금법으로 심재(10)에 팔라듐층을 형성한 다음 팔라듐층 위에 습식 전해도금법으로 금층을 다시 형성한 후 2차 열처리하여 구리 합금 본딩 와이어(100)를 제작하였다.In order to examine the effect of the present invention, copper with a purity of 99.999% or more and gold, platinum, nickel, and palladium with a purity of 99.99% or more as an additive element were prepared, loaded in a vacuum melting furnace, melted at a temperature of 1200°C or more, and continuously cast. At this time, gold was adjusted to 0.1% by weight, platinum 0.1% by weight, nickel 0.2% by weight, and palladium 0.15% by weight. The molten alloy was passed through a cooling section and solidified to produce a wire with a diameter of 7 mm, and the surface of the wire was cleaned. After that, the wire was first drawn up to a diameter of 1 mm and subjected to a primary heat treatment at a temperature of 600° C. A core material 10 was manufactured by secondly drawing the heat-treated wire to a diameter of 70 μm. A copper alloy bonding wire 100 was manufactured by forming a palladium layer on the core material 10 by a wet electroplating method, then forming a gold layer on the palladium layer again by a wet electrolytic plating method, and performing secondary heat treatment.

비교예comparative example

고순도의 구리 본딩 와이어(≥99.99%)를 준비하였다.A high-purity copper bonding wire (≥99.99%) was prepared.

상술한 실시예의 방법으로 제조한 구리 합금 본딩 와이어(100)를 반도체 칩에 본딩하고 EMC(Epoxy Molding Compound)로 밀봉한 후 HTS(High Temperature Storage Test) 평가를 진행하고 TEM을 통해 알루미늄과의 본딩 계면에 성장한 IMC의 구조 및 두께에 대해 확인하였다. HTS 평가는 175℃에서 500시간 동안 진행하였고, 실시예에 따른 TEM 사진과 비교예에 따른 TEM 사진을 각각 도 3과 도 4에 나타내었다.The copper alloy bonding wire 100 manufactured by the method of the above-described embodiment is bonded to a semiconductor chip, sealed with EMC (Epoxy Molding Compound), and then HTS (High Temperature Storage Test) evaluation is performed, and bonding interface with aluminum through TEM The structure and thickness of the grown IMC were confirmed. HTS evaluation was performed at 175° C. for 500 hours, and TEM photographs according to Examples and TEM photographs according to Comparative Examples are shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

도면을 참조하면 5N의 구리 본딩 와이어에서는 Cu9Al4이 성장된 것을 확인하였으나 본 발명의 실시예에 따른 구리 합금 본딩 와이어의 경우 Cu9Al4의 성장이 발견되지 않음을 확인하였고 이에 따라 본딩 와이어로 사용시 신뢰성이 높고 수명이 향상되는 것을 기대할 수 있다. Referring to the drawings, it was confirmed that Cu 9 Al 4 was grown in the copper bonding wire of 5N, but in the case of the copper alloy bonding wire according to the embodiment of the present invention, it was confirmed that the growth of Cu 9 Al 4 was not found, and thus the bonding wire It can be expected that the reliability is high and the lifespan is improved when using it.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art will have the spirit of the present invention described in the claims to be described later. And it will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the technical scope.

10 : 심재 20 : 제1피복층 30 : 제2피복층
100 : 구리 합금 본딩 와이어10: core 20: first coating layer 30: second coating layer
100: copper alloy bonding wire

Claims (4)

반도체 패키지용 본딩 와이어로서,
금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소 0.5 중량% 내지 1중량% 및 잔부가 구리와 기타 불가피 불순물을 포함하는 심재,
상기 심재 위에 형성되고 팔라듐으로 이루어진 제1피복층 및
상기 제1피복층 위에 형성되고 금으로 이루어진 제2피복층
을 포함하는 구리 합금 본딩 와이어.A bonding wire for a semiconductor package, comprising:
A core material containing 0.5 wt% to 1 wt% of at least one or more elements of gold, platinum, nickel, and palladium, the balance being copper and other unavoidable impurities;
a first coating layer formed on the core material and made of palladium; and
A second covering layer formed on the first covering layer and made of gold
A copper alloy bonding wire comprising a. 제1항에 있어서,
상기 심재에는, 금, 백금, 니켈, 팔라듐의 4가지 원소가 모두 포함되는 구리 합금 본딩 와이어.According to claim 1,
A copper alloy bonding wire in which all four elements of gold, platinum, nickel, and palladium are included in the core material. 반도체 패키지용 본딩 와이어를 제조하는 방법으로서,
순도가 5N 이상의 고순도 구리를 준비하는 제1단계,
상기 제1단계의 구리에 금, 백금, 니켈, 팔라듐 중 적어도 1종 이상의 원소를 첨가하는 제2단계,
상기 제2단계를 거친 소재를 용융 및 고체화하여 직경 7~9mm의 구리 합금 와이어로 제작하는 제3단계,
상기 제3단계에서 제작된 구리 합금 와이어를 1차 신선하여 직경 0.5mm~1.5mm로 하는 제4단계,
상기 제4단계에서 신선된 구리 합금 와이어에 1차 열처리를 실시하는 제5단계,
상기 제5단계에서 열처리가 완료된 구리 합금 와이어를 2차 신선하여 직경 60~100㎛로 하는 제6단계,
상기 제6단계에서 신선된 구리 합금 와이어의 외측에 팔라듐층을 형성하는 제7단계,
상기 제7단계에서 형성된 팔라듐층 위에 금층을 형성하는 제8단계 및
상기 제8단계에서 금층이 형성된 구리 합금 와이어에 2차 열처리를 실시하는 제9단계,
를 포함하는 구리 합금 본딩 와이어 제조 방법.A method of manufacturing a bonding wire for a semiconductor package, comprising:
A first step of preparing high-purity copper having a purity of 5N or more,
a second step of adding at least one element of gold, platinum, nickel, and palladium to the copper of the first step;
A third step of melting and solidifying the material that has undergone the second step to produce a copper alloy wire having a diameter of 7 to 9 mm;
A fourth step of first drawing the copper alloy wire produced in the third step to have a diameter of 0.5 mm to 1.5 mm;
A fifth step of performing a primary heat treatment on the copper alloy wire drawn in the fourth step,
A sixth step of secondary drawing of the copper alloy wire that has been heat treated in the fifth step to have a diameter of 60 to 100 μm;
A seventh step of forming a palladium layer on the outside of the copper alloy wire drawn in the sixth step,
an eighth step of forming a gold layer on the palladium layer formed in the seventh step; and
A ninth step of performing secondary heat treatment on the copper alloy wire on which the gold layer is formed in the eighth step;
A copper alloy bonding wire manufacturing method comprising a. 제3항에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 제2단계를 거친 소재를 진공 용해로를 이용하여 1200℃ 이상의 온도에서 용해하는 단계,
용해된 소재를 연속 주조하는 단계 및
연속 주조를 마친 소재를 냉각 구간을 통과시키며 고체화하여 직경 7~9mm 형태의 구리 합금 와이어로 제작하는 단계,
를 포함하는 구리 합금 본딩 와이어 제조 방법.4. The method of claim 3,
The third step is
Dissolving the material that has passed through the second step at a temperature of 1200° C. or higher using a vacuum melting furnace;
continuous casting of the molten material; and
A step of solidifying the material after continuous casting through a cooling section to produce a copper alloy wire with a diameter of 7 to 9 mm;
A copper alloy bonding wire manufacturing method comprising a.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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