KR910009479B1 - 본딩 와이어 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

본딩 와이어

본 발명은 반도체 디바이스용, 특히 반도체 소자와 외부 리이드 사이의 접속을 위한 본딩 와이어(bonding wire)에 관한 것이다.

반도체 소자와 외부 리이드를 전기적으로 접속하기 위한 하나의 방법으로서, 금이나 알루미늄등의 직경이 수㎛－수십 ㎛인 극히 가는 선을 사용하여 결선하는 와이어 본딩 방법이 널리 행하여 졌었다.

특히, 금은 우수한 내식성, 인장성과 와이어 본딩성능을 갖기 때문에, 순도 99.99% 정도의 순금 와이어가 가장 일반적으로 사용되었다. 금 와이어를 사용하는와이어 본딩 방법은 통상 열압착 본딩 공정을 사용하였었다. 이 열압착 본딩 공정에서는 금 와이어를 전기적으로 절단하거나, 수소 화염으로 녹여 앞 끝에 볼형태를 형성하고, 이 볼 형태를 반도체 소자의 전극에 가열압착하여 접합하고, 다음에 외부 리이드에 금 화이어의 다른쪽 끝을 가열 가압하여 접합한다. 이러한 전체 공정은 200∼300℃의 고온 하에서 행하여 진다.

최근에는, 본딩 공정의 자동화 고속화가 시도되고 있다. 그러나, 종래의 순금 와이어를 고속 본딩 공정에서 사용하는 경우, 공정중 와이어가 끊어지거나 열에 의해 연하게 되어 사용할 수가 없었다.

따라서, 보다 신뢰성이 높은 다음의 특성을 갖는 본딩 와이어가 요구되었다.

(1) 본딩 공정 중의 와이어 절단 방지를 위해 기계적 강도, 특히 고온하에서 인장 강도가 보다 강할 것.

(2) 열에 의한 연화에 의해 반도체 소자의 전극과 외부 리이드를 연결하는 본딩 와이어 루프의 늘어짐이 없을 것.

(3) 수지 몰딩(molding)시에도 연화에 의해 변형하지 않을 것.

(4) 본딩 강도의 차이가 최소로 되도록 와이어를 끝에서 형성되는 볼의 형상의 거의 완벽한 구형에 가깝고 크기가 균일할 것.

상술한 4가지의 특성을 갖도록 개선하기 위해 고순도 금 와이어에 각종의 원소를 첨가하는 많은 시도가 있었다. 예를들면, 일본국 특허공보 소화 57－34659호나 소화 58－26662호에는 칼슘이나 베릴륨의 미량 첨가에 의해 강도가 개선되었다는 것이 설명 되었다. 또한, 그 이외에 백금, 팔라듐, 은, 티타늄, 마그네슘등 많은 첨가 원소가 제안되었다.

본 발명의 목적은 상술한 4개의 특성의 개선에 효과가 있는 원소를 발견하고 그것에 의해 새로운 조성을 갖는 본딩 와이어, 특히 고속 본딩에 적합한 고 인장 강도를 갖는 금 본딩 와이어를 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은 각종의 원소를 검토한 결과, 금에 바륨을 첨가하면 우수한 효과가 나타난다는 것을 발견하였다. 또, 금에 바륨 이외에 알루미늄, 칼슘, 은, 팔라듐 중 하나 이상의 원소를 함께 첨가하면 상승 효과가 얻어지고 바륨의 양을 감소시킬 수 있다는 것이 발견되었다.

즉 본 발명에 의해서 실질적으로 0.0003∼0.01중량%의 바륨과 나머지 부분의 금으로 되어 금 순도가 99.99% 이상인 반도체 디바이스용 본딩 와이어가 제공된다.

본 발명의 본딩 와이어는 또 알루미늄 0.0005∼0.005중량%, 칼슘 0.0001∼0.003중량%, 은 0.0005∼0.005중량%, 팔라듐 0.0005∼0.005중량%중에서 적어도 1종 이상의 원소를 더 포함하여도 좋다. 이 경우에는 얻어진 본딩 와이어의 금 순도가 적어도 99.99%이 되도록 바륨과 그밖의 원소 합계량이 0.01중량% 이하로 되지 않으면 안된다.

바륨을 첨가한 본 발명의 금 본딩 와이어는 바륨을 첨가하지 않는 종래의 순금 와이어에 비해서 실온 및 고온에 있어서 기계적 강도가 크고 와이어의 루프와 볼도 균일하고 요구되는 형상으로 형성되는 극히 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 본딩 와이어는 반도체 소자의 와이어 본딩에 신뢰성있게 사용될 수 있으며 높은 생산성을 발휘한다. 이러한 특성을 갖는 와이어는 특히 고속 본딩에도 적합하다.

본 발명에 의한 바륨을 첨가한 금 와이어의 절단, 본딩 와이어 루프의 늘어짐, 연화에 기이한 변형이 생기지 않게 고속 본더(bonder)에 의해서 연결될 부분들에 성공적으로 본딩될 수 있다. 본 발명의 금 와이어의 끝에 형성된 강도가 강하므로 와이어 제조공정에 있어서 와이어의 인발작업중의 절단이 최소화되고, 가공성이 양호하다. 이 바륨을 첨가한 금 본딩 와이어에, 다시 상기 다른 첨가의 원소를 포함시켜도, 소량의 바륨으로서 동등한 특성이 얻어졌다.

특히, 알루미늄이나 칼슘을 바륨과 조합시켰을 때는 바륨과의 상승 효과에 의해서 불순물으로서의 첨가원소의 총량을 감소시킬 수가 있었다.

본 발명에 따라서, 본딩 와이어 중의 바륨 함유량은 0.0003∼0.01중량%이다. 바륨의 함유량이 0.0003중량%보다 적으면, 상기한 개선 효과가 거의 얻어지지 않는다. 한편, 0.01중량% 이상을 초과하면 저항값이 증가함과 동시에 볼 형상이 구형으로되지 않아 바람직하지 않다. 바륨이 다른 첨가 원소와 함께 첨가된 때에는 바륨과 첨가원소의 총합계량은 0.01중량% 상한을 초과하지 않도록 제어되어야만 한다. 알루미늄의 함유량이 0.005중량%을 초과하면 와이어의 끝에서 볼이 구형으로 형성되기가 어렵고 또 와이어 인발 특성이 악화된다. 칼슘, 은 및 팔라듐의 함유량이 각각 0.003중량%, 0.005중량%, 0.005중량%인 상한치를 초과하면, 와이어 인발 특성이 악화되므로 바람직하지 않는다.

또, 본 발명의 금 본딩 와이어는 신뢰성이 관점에서 최종적인 금 순도가 99.99% 이상인 것이 필요하다.

즉, 본딩 와이어 중의 금 함유량은 적어도 99.99%이어야 한다. 금 본딩 와이어에서 일정 품질을 유지하기 위해서는 원료로서 99.999% 이상의 순도까지 정제된 금을 사용하고, 이것을 바륨 또 필요하다면 다른 첨가원소를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 본딩 와이어를 제조할 때는 공지의 여하한 방법으로도 좋다.

후, 인발하여 직경이 수 ㎛∼수십 ㎛인 와이어를 제조할 수가 있다.

본 발명을 다음의 실시예 및 비교예에 따라서 좀 더 자세히 상술한다.

[실시예 1]

99.999% 이상의 순도에 금에 바륨을 금과의 합계양으로서 0.0005중량% 첨가하여 용해한다. 용해된 금속을 주조한 후, 단조하고, 인발 가공하여 직경 25㎛의 본딩 와이어를 제조했다.

얻어진 와이어에 대해서 실온에서의 파단여신율이 4%가 되도록 열처리를 행한 후 실온에서의 인장 강도와 250℃에서 25초간 유지한 후의 인장 강도를 측정하였다. 이 측정 결과를 연신율과 함께 표 1에 표시하였다.

[실시예 2∼4]

바륨 첨가량을 금과의 합계량으로서 각각 0.002중량%, 0.006중량%, 0.01중량%로 한 것이외는 실시예 1과 마찬가지 방법으로 본딩 와이어를 제조하였다. 실시예 1에서 기술한 방법과 마찬가지로 이러한 본딩 와이어를 실온과 고온(250℃)에서 인장 강도를 측정하여, 연신율과 함께 표 1에 표시하였다.

[실시예 5∼13]

바륨과 또 다른 첨가 원소를 표 1에 표시한 양으로 첨가하고 그 밖에는 실시예 1과 마찬가지 방법으로 본딩 와이어를 제조하고 실시예 1과 같이 인장 강도 측정을 행하였다. 그 결과를 연신율과 함께 표 1에 표시하였다. 첨가양은 모두 금과 첨가원소의 합계양으로 나타내었다.

[비교예 1]

비교의 목적으로, 바륨을 첨가하지 않는 순도 99.99% 이상의 직경 25㎛인 종래의 순금 와이어에 대하여 마찬가지로 인장 강도를 측정하여 그 결과를 표 1에 표시하였다.

본딩 와이어의 금 순도도 표 1에 표시하였다.

[표 1]

표 1로부터, 본 발명 실시예의 본딩 와이어는 실온 및 고온에 있어서 적당한 연신율을 유지하면서 기계적 강도가 크게 개선되었다는 것이 명확하다.

본 발명의 바륨을 첨가한 금 본딩 와이어는 실온 및 고온에서 특성이 우수하고, 특히 기계적 강도가 크고, 볼 형상이나 루프 형상도 양호하게 안정되어 있는 등 본딩 성능이 극히 우수하고, 반도체의 와이어 본딩용으로서 신뢰성이 높은 것이다. 또 본딩 작업시의 생산성이 좋고, 생산 원가가 절감되며, 특히 고속 본딩용으로 적합하다.

Claims (2)

1. 0.0005∼0.01중량%의 바륨과 나머지 부분의 금으로 구성되고, 상기 금순도가 99.99% 이상인 반도체 디바이스용 본딩 와이어.
2. 제1항에 있어서, 알루미늄 0.0009∼0.002중량%, 칼슘 0.0003∼0.001중량%, 은 0.002∼0.005중량%, 팔라듐 0.002∼0.005중량%중에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함하고, 바륨과 상기 원소의 합계 함유량이 0.1중량% 이하인 반도체 디바이스용 본딩 와이어.