KR20230090411A - 반도체 패키징용 본딩 와이어 도금층 보이드 최소화 도금 기술 - Google Patents

반도체 패키징용 본딩 와이어 도금층 보이드 최소화 도금 기술 Download PDF

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Abstract

금속와이어의 도금품질을 향상시켜 반도체 패키징 시 접합부의 접합강도 및 접합신뢰성을 향상시킬 수 있는 금속와이어 도금장치 및 금속와이어 도금방법이 제안된다. 본 금속와이어 도금장치는 도금액을 포함하고, 금속와이어가 수평방향으로 투입되는 도금부; 및 도금부 내부에 위치하며, 수평으로 투입된 금속와이어의 방향을 수직방향으로 변경하기 위하여, 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극 및 음전극을 포함하는 전극부;를 포함한다.

Description

반도체 패키징용 본딩 와이어 도금층 보이드 최소화 도금 기술{Bonding wire plating layer void minimization plating technology for semiconductor packaging}
본 발명은 금속와이어 도금장치 및 금속와이어 도금방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속와이어의 도금품질을 향상시켜 반도체 패키징 시 접합부의 접합강도 및 접합신뢰성을 향상시킬 수 있는 금속와이어 도금장치 및 금속와이어 도금방법에 관한 것이다.
반도체 부품은 기판에 반도체칩을 실장하고, 반도체칩과 기판을 연결하기 위하여 본딩 와이어(Bonding wire)를 초음파 본딩하여 제조된다. 종래에는 본딩 와이어는 금(Au) 100% 소재로 제작하였으나, 최근 원자재 가격 상승에 따라 은(Ag) 또는 구리(Cu)와 같은 금속와이어에 금을 코팅하거나 도금하고자 시도가 증가하고 있다.
금속와이어에 금을 도금하여 사용하는 경우, 재료비용을 절감할 수 있으나 접합부의 접합강도 또는 접합 신뢰성이 저하되는 문제가 제기되었다. 본딩 와이어 접합력 저하의 원인 중 하나로는 금속 와이어에 Au를 도금할 때 Au-금속 계면에 발생되는 마이크로 보이드(Micro void)가 지적된다.
도 1은 종래방식으로 제조된 금속와이어의 광학이미지이고, 도 2는 도 1의 금속와이어의 도금층의 확대도이며, 도 3은 도 1의 금속와이어의 도금층 내부의 미세조직 모식도이다. 도 1에는 표면에 금이 도금된 은와이어의 말단이 나타나 있다.
금속 와이어에 Au를 도금할 때, 도금부에 주입되는 금속 와이어는 수평상태로 주입된다. 이러한 과정에서 형성되는 도금층의 미세조직은 일반적으로 도 3과 같은 기둥모양(Columnar structrue)의 미세조직을 가지고 있다. 기둥모양의 미세조직을 갖는 도금층 및 금속와이어의 계면에는 마이크로 보이드가 형성되는데(도 2), 마이크로 보이드는 도금층의 접합강도 및 접합신뢰성 저하에 주요역할을 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 금속와이어의 도금품질을 향상시켜 반도체 패키징 시 접합부의 접합강도 및 접합신뢰성을 향상시킬 수 있는 금속와이어 도금장치 및 금속와이어 도금방법을 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 금속와이어 도금장치는 도금액을 포함하고, 금속와이어가 수평방향으로 투입되는 도금부; 및 도금부 내부에 위치하며, 수평으로 투입된 금속와이어의 방향을 수직방향으로 변경하기 위하여, 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극 및 음전극을 포함하는 전극부;를 포함한다.
금속와이어는 은(Ag)와이어 또는 구리(Cu)와이어일 수 있다.
금속와이어는 금(Au)으로 도금될 수 있다.
전극부는 수평방향구간의 금속와이어에는 전류를 인가하지 않고, 수직방향 금속와이어에는 전류를 인가할 수 있다.
전극부는 2이상의 양전극-음전극 쌍을 포함할 수 있다.
금속와이어 상의 도금층은 등축정 입자(Equi-axied grain)구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 금속와이어 도금장치는 도금액 내의 H2+이온을 제거하기 위한 버블 인젝션부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도금부에 금속와이어를 수평방향으로 투입하는 단계; 및 수평방향으로 투입된 금속와이어는 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극 및 음전극 사이로 진행하여 수직방향구간을 가져, 수직방향구간에서만 전류가 인가되어 도금되는 단계;를 포함하는 금속와이어 도금방법이 제공된다.
본 발명에 따른 금속와이어 도금장치는 금속와이어가 수평방향상태로 주입되어도 도금부 내부에서 수직방향으로 진행할 수 있고, 수직방향상태에서만 전류가 인가되도록 하여 등축정 입자 구조의 도금층을 갖는 본딩와이어를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 수평방향 도금장치에서 수직방향 도금을 수행하여 금속와이어 및 도금층 계면에서의 보이드결함을 최소화하여 반도체 패키징 시 접합강도 향상 및 접합신뢰성 향상이 가능한 효과가 있다.
아울러, 도금 중 발생되는 수소이온을 쉽고 빠르게 배출할 수 있어서, 금속와이어 및 도금층 계면에서의 보이드결함을 최소화하여 반도체 패키징 공정에서의 본딩특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래방식으로 제조된 금속와이어의 광학이미지이다.
도 2는 도 1의 금속와이어의 도금층의 확대도이다.
도 3은 도 1의 금속와이어의 도금층 내부의 미세조직 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금속와이어 도금장치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 금속와이어 도금장치의 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 금속와이어의 도금층 내부의 미세조직 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 금속와이어 도금장치의 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 금속와이어 도금장치의 이미지이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 금속와이어의 도금층 내부의 미세조직 모식도이다.
본 실시예의 금속와이어 도금장치(100)는 도금액을 포함하고, 금속와이어(210)가 수평방향으로 투입되는 도금부(110); 및 도금부(110) 내부에 위치하며, 수평으로 투입된 금속와이어(210)의 방향을 수직방향으로 변경하기 위하여, 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극(121) 및 음전극(122)을 포함하는 전극부;를 포함한다.
금속와이어(210)는 반도체 패키징용 본딩와이어로서 표면에 도금층이 형성된다. 금속와이어(210)는 은(Ag)와이어 또는 구리(Cu)와이어일 수 있고, 금속와이어(210)는 금(Au)으로 도금될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도금부(110)에 금속와이어(210)가 주입될 때, 수평방향상태로 주입된다. 도 5를 같이 참조하면, 금속와이어 도금장치(100)는 금속와이어(210)가 공급되는 해선기(300) 및 도금금속와이어(200)를 권선하는 권선기(400) 사이에 위치하고 있다. 금속와이어 도금장치(100)에는 금속와이어(210)의 공급방향에 따라 금속와이어(210)가 수평방향상태로 주입된다.
수평방향상태로 주입된 금속와이어는 진행방향이 변경되지 않으면 형성된 도금층의 미세조직이 기둥모양(Columnar structrue)이고, 이에 따라 금속와이어 및 도금층의 계면에 마이크로 보이드가 형성된다.
다시 도 4를 참조하면, 도금부(110)의 내부에는 양전극(121) 및 음전극(122)이 쌍으로 위치하여 금속와이어(210)에 전류를 인가한다. 양전극(121) 및 음전극(122)은 금속와이어(210)가 주입된 방향인 수평방향으로 서로 대향하도록 위치한다. 즉, 금속와이어(210)가 주입된 방향을 수평방향이라고 하면, 양전극(121) 및 음전극(122)이 서로 대향하고 있는 방향도 수평방향이다.
만약, 도금부(110)에서 양전극이 위치하고, 음전극이 양전극에 대하여 상부 또는 하부에 위치하면, 양전극과 음전극은 서로 수직방향으로 대향하게 되고, 양전극 및 음전극 사이를 통과하는 금속와이어는 주입된 수평방향 그대로 도금부(110)를 통과하게 되어 미세조직이 기둥모양이 된다.
이러한 양전극(121) 및 음전극(122)의 위치에 따라 전극부는 수평방향구간의 금속와이어에는 전류를 인가하지 않고, 수직방향 금속와이어에서만 전류를 인가할 수 있다. 전극부는 2이상의 양전극(121)-음전극(122) 쌍을 포함할 수 있다.
금속와이어(210)가 주입된 수평방향이 아닌 수직방향상태로 도금되면, 금속와이어(210)에 형성되는 도금층(220)은 등축정 입자(Equi-axied grain)구조를 가질 수 있다(도 6). 도금층이 기둥모양의 미세조직을 갖는 경우, 마이크로 보이드가 형성되어 도금금속와이어(200)의 접합성능에 불리하나, 도금층이 등축정 입자 미세구조를 갖느 경우 마이크로 보이드가 형성되지 않아 접합신뢰성이 향상된다.
본 발명에서는 도 4와 같이 금속와이어 도금장치(100)에서 금속와이어(210)가 수직방향상태에 놓이는 경우에만 전극으로부터 전류가 인가되도록 배치함으로써, 연속도금공정에서 수평과 수직 도금이 혼용되지 않도록 구성하면, 도금이 완료된 도금금속와이어(200)의 품질향상을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따른 금속와이어 도금장치는 도금액 내의 H2+이온을 제거하기 위한 버블 인젝션부;를 더 포함할 수 있다. 금속와이어(210)가 주입된 수평방향상태로 도금되는 경우, 도금 중 발생되는 H2 ↔ H2+ + 2e- 와 같은 수소의 전기분해 과정에서 발생된 H2+이온이 도금액에 잔존하게 된다. H2+의 배출이 용이하지 않아, 형성된 도금금속와이어(200)에는 마이크로 보이드가 잔존할 수 있다.
본 실시예에 따른 금속와이어 도금장치(100)에는 금속와이어(210)를 도금할 때 금속와이어(210)-도금층(220)계면에 발생되는 마이크로 보이드를 최소화하기 위해 버블 인젝션부(미도시)를 구비하여 H2+이온을 쉽고 빠르게 제거할 수 있다. 이때 버블 인젝션부의 형상은 원형의 파이프 형태를 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도금부에 금속와이어를 수평방향으로 투입하는 단계; 및 수평방향으로 투입된 금속와이어는 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극 및 음전극 사이로 진행하여 수직방향구간을 가져, 수직방향구간에서만 전류가 인가되어 도금되는 단계;를 포함하는 금속와이어 도금방법이 제공된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 금속와이어 도금장치
110: 도금부
121: 양전극
122: 음전극
200: 도금금속와이어
210: 금속와이어
220: 도금층
300: 해선기
400: 권선기

Claims (8)

  1. 도금액을 포함하고, 금속와이어가 수평방향으로 투입되는 도금부; 및
    도금부 내부에 위치하며, 수평으로 투입된 금속와이어의 방향을 수직방향으로 변경하기 위하여, 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극 및 음전극을 포함하는 전극부;를 포함하는 금속와이어 도금장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    금속와이어는 은(Ag)와이어 또는 구리(Cu)와이어인 것을 특징으로 하는 금속와이어 도금장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    금속와이어는 금(Au)으로 도금되는 것을 특징으로 하는 금속와이어 도금장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    전극부는 수평방향구간의 금속와이어에는 전류를 인가하지 않고, 수직방향 금속와이어에는 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 금속와이어 도금장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    전극부는 2이상의 양전극-음전극 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속와이어 도금장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    금속와이어 상의 도금층은 등축정 입자(Equi-axied grain)구조를 갖는 것을 특징으로 하는 금속와이어 도금장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    도금액 내의 H2+이온을 제거하기 위한 버블 인젝션부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속와이어 도금장치.
  8. 도금부에 금속와이어를 수평방향으로 투입하는 단계; 및
    수평방향으로 투입된 금속와이어는 수평방향으로 서로 대향하도록 위치하는 양전극 및 음전극 사이로 진행하여 수직방향구간을 가져, 수직방향구간에서만 전류가 인가되어 도금되는 단계;를 포함하는 금속와이어 도금방법.
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