KR940008555B1 - 수지 피복 본딩 와이어, 이의 제법 및 반도체 장치 - Google Patents

수지 피복 본딩 와이어, 이의 제법 및 반도체 장치 Download PDF

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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
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    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
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    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/485—Material
    • H01L2224/48505—Material at the bonding interface
    • H01L2224/48599—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au)
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
수지 피복 본딩 와이어, 이의 제법 및 반도체 장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따른 본딩 와이어의 단면도이고,
제2도는 본 발명에 따른 본딩 와이어를 사용하여 초음파 접합을 수행하는 상태를 나타내는 부분 단면도이고,
제3도는 본 발명에 따른 본딩 와이어를 사용하여 볼 접합을 수행하는 상태를 나타내는 부분 단면도이고,
제4도는 본 발명을 구체화하는 장치의 일예를 나타내는 개략도이며,
제5도는 본 발명에 따른 본딩 와이어를 사용하여 와어어 접합을 수행하는 반도체 장치의 일예를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 본딩 와이어 2 : 금속 코어 와이어
3 : 절연 필름 4 : 와이어 접합 표면
5 : 팩키지 베이스 6 : 캐버티
7 : 반도체 펠렛 8 : 리드 프레임
9 : 저융점 글래스 10 : 캡
11 : 본딩 와이어 12 : 공급 스풀
13 : 장력조절단위 14 : 세정단위
15 : 수지피복단위 16 : 권취 스풀
17,17' : 건조로 18 : 가이드롤러
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 본딩 와이어(bonding wire), 이외 제법 및 본딩 와이어를 사용하는 반도체 장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
종래에, 반도체 장치의 제조과정에서 사용되는 본딩 와이어는 예를 들면, 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 도전성 금속 코어 와이어 재료를 나선(bare wire)의 형태로 이용하여 왔다.
따라서, 이러한 와이어를 사용하여 반도체 펠렛의 본딩 패드가 리드 프레임의 내부 리드와 같은 외부 출력 단자의 도전부에 접합되는 경우, 본딩 불량, 수지 몰드형 팩키지에서의 수지 유동등과 같은 원인으로 인하여 와이어가 다른 와이어, 내부 리드, 탭등과 접촉되는 경우에 회로 단락의 문제가 발생한다.
특히, 대규모 직접회로(LSI)에서 핀의 수가 증가함에 따라 펠렛과 내부 리드사이의 거리가 증가하기 때문에, 와이어 스판의 길이는 증가하여야 한다. 하지만, 이 경우에 와이어가 꼬이고, 인접 와이어에 접촉됨에 의하여 회로 단락, 칩모서리 결함 및 장착 접촉 등의 발생이 용이하게 된다.
따라서, 본딩 와이어를 단열 필름으로 피복하는 것이 제안되어 왔다. 예를 들면, 미합중국 특허원 제4,488,674호는 단열성을 가지며, 200 내지 300℃에서 열 분해되고, 휘발하는 중합체 수지 재료로 본딩 와이어를 피복하여 회로 단락 등을 방지하는 방안에 대하여 제안하고 있다. 하지만, 상기 특성을 갖는 수지를 수득하는 것은 난점이 있으며, 또한 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 경우에는, 제2본딩부를 접촉 본딩시키는 경우, 이는 비교적 취성인 결정성 물질이기 때문에 야기되는 와이어 파손으로 인하여 연속 본딩은 수행될 수 없으며, 폴리카르보네이트의 경우에는, 필름으로 피복시킨 후에 수득되는 본딩 와이어는 자연적으로 꼬이기 때문에 이를 고속 본딩기로 처리하기 어려우며, 고속으로 처리하는 경우 이의 정확한 위치를 유지하기 어렵다. 따라서, 현재는, 본딩 와이어의 작업 능력을 악화시키는 결점으로 인하여 이러한 재료가 실제 사용되지 않고 있다.
또한, 본딩 와이어를 피복하기 위하여 사용되는 수가지의 중합체 수지재료가 본딩 와이어와 리드 프레임 또는 반도체 펠렛의 본딩 패드 사이에 잔류하게 되거나, 또는 본딩이 수행되는 경우에 생성되는 충격에 의하여 파열되는 피복 수지의 조각이 금등으로 된 본딩 와이어를 절단하거나 이를 손상시켜 와이어 절단을 야기시키는 새로운 문제점이 실제 사용시에 야기된다.
통상적으로, 내열성 절연 피복 재료에는 엔지니어링 플라스틱이라고 불리우는 수지가 포함되며, 이들 중에서 방향족 폴리에스테르의 특성이 우수하다는 것이 발견되었다[예를들면, 일본국 특허 공개 공보 제54-138056호 및 소 58-137905호].
그럼에도 불구하고, 통상적으로 알려진 방향족 폴리에스테르 수지는 내열성, 내마모성, 난연성, 인장 강도 등과 같은 기계 특성, 내충격성, 및 절연성 등과 같은 전기 특성이 우수하지만, 압출처리 특성이 불량하기 때문에, 압출기를 사용하는 전선 피복법에 의하여 본딩 와이어의 주선상에 균일한 두께의 얇은 절연 필름을 형성하는 것은 매우 어려웠다. 또한, 압출처리 특성을 개량시킨 방향족 폴리에스테르 수지는 불량한 내열성 및 내마모성을 갖는 문제점을 가지고 있다.
또한, 수지 재료를 적절한 용매중에 용해시키고, 피복하여 본딩 와이어의 주선상에 균일한 두께의 절연 필름을 형성한다. 하지만 높은 기계 강도 및 내열성을 갖는 방향족 폴리에스테르 수지는 높은 화학 내성을 갖기 때문에, 이에 대한 적절한 용매는 시판되지 않고 있으며, 따라서 본딩 와이어상에 얇은 피복 필름을 균일하게 형성하는 것이 어려웠다.
또한, 방향족 수지가 개량 등에 의하여 용매중에 용이하게 용해되게 하였을 경우, 이들은 통상적으로 내기후성, 내열성 등이 악화된다. 따라서, 피복층으로서 방향족 폴리에스테르를 사용하는 절연 본딩 와이어를 제조하기가 매우 어려웠다.
또한, 내열성 열 경화성 수지를 사용하는 경우, 이들 수지의 카바이드 등이 이들이 형성된 후에도 볼의 하부에 잔류하거나 수지가 리도 프레임과 본딩 와이어의 접합 공정에서 금속으로부터 적절하게 분리되지 않기 때문에 이의 접합 강도가 매우 저하되는 결점이 있다.
일본국 특허 공개 공보 소 60-224255호 및 소 62-30359호에는 본딩 와이어로서 산화물 절연 피복 필름을 갖는 구리 와이어에 대하여 기술되어 있을 지라도, 아직 실제 사용되지 않고 있는데, 이는 와이어의 접합 공정 및 연속접합에서 산화물 피복 필름의 제거가 어렵기 때문이다.
또한, 본딩 와이어의 표면을 다른 재료로 피복 시키려는 시도가 행하여 졌는데, 예를 들면 일본국 특허 공개 공보 소 62-97360호는 구리전극-박 와이어상에 값비싸거나 내부식성인 금속을 형성하는 것에 대하여 기술하고 있다. 하지만, 이러한 것의 목적은 표면 산화를 방지하기 위한 것이며, 상기 문제점을 해결하기 위한 것은 아니다.
또한, 이러한 수지- 피복 절연 본딩 와이어가 제조되는 경우, 절연성이 통상적으로 우수한 중합체 재료는 또한 내열성, 내마모성, 난연성, 인장 강도 등과 같은 기계 특성, 내충격성, 및 절연성 등과 같은 전기 특성이 우수하지만, 압출처리 특성에서 불량하다. 따라서, 압출기를 사용하는 전선 피복법에 의하여 본딩 와이어의 주선상에 균일한 두께의 얇은 절연 필름을 형성하는 것은 매우 어렵다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 접합을 수행하는 동안에 절연 피복 필름을 형성하는 장치가 있는데, 이의 일예로서 일본국 특허 공개 정보 소 52-79657호에 기술되어 있는 바와 같이 모관의 가이드부를 통하여 점착성의 액체 절연제를 공급하는 방법이 있다.
하지만, 이 방법은 절연제를 유연하게 공급하는 것이 어려우며, 또한 일본국 특허 공개 공고 소 61-269319호에 기술되어 있는 바와 같이, 스트레칭시킨 후에 본딩 와이어상에 절연 물질을 분무시켜 절연 피복필름을 형성하는 방법 등은 균일한 피복 필름은 형성할 수 없다. 따라서, 이들 방법은 본딩 와이어상에 균일한 얇은 절연 피복 필름의 형성시에 사용되지 않는다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은 이러한 선행 기술의 문제점을 해결하는 것이며, 본딩 와이어가 상호 접촉되거나 또는 본딩 와이어가 다른 도전체 부품과 접촉되는 경우에 야기되는 회로 단락을 방지할 수 있는 수지 피복된 본딩 와이어, 이 본딩 와이어의 제조방법 및 이를 사용하는 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 중합체 재료의 절연 필름으로 피복한 도전성 금속 코어 와이어로 이루어진 본딩 와이어, 이의 제법에 관한 것인데, 여기에서 중합체 재료는 낙하 추를 사용하여 1cm·g의 충격력을 가할 경우 절연 필름에 어떠한 균열도 발생하지 않는 특성을 갖는다. 본 발명에 따른 본딩 와이어가 접합성에서 우수할 뿐 아니라 소정 강도로 갖기 때문에, 이는 절단됨이 없이 연속적으로 접합될 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 펠렛의 본딩 피드가 접합되고, 상기 본딩 와이어를 사용하여 외부 출력 터미널에 대한 도전체에 전기적으로 연결되는 반도체 장치에 관한 것이다.
[본 발명을 수행하는 최량의 형태]
수지 피복된 본딩 와이어가 절단되거나 불량하게 접합되는 원인의 광범위한 연구의 결과로서 본 발명자들은 수지가 본딩 와이어와 리드 프레임간에, 및 이들이 접합되는 경우 본딩 패드간에 잔류하기 때문에 와이어가 불량하게 접합되고, 충격이 적용되어 중합체 재료의 피복 필름이 균열되거나 파손되는 경우 금 등과 같은 금속 코어 와이어를 중합체 재료가 손상시키기 때문에 와이어가 절단됨을 밝혀내었다.
따라서, 본 발명자들은 피복 필름으로서 사용되는 중합체 재료에 요구되는 충격 특성은 통상적으로 중합체 재료용 충격 시험으로서 사용되는 아이조드 충격 시험(JIS K 7110-1977), 샤피 충격 시험(JIS K 7111-1977), 필름 파손 충격 시험[Matsumoto, plastics, 30, 11, 59(1979)] 등의 결과로 결정되지 않고, 전선, 케이블 등의 외부 피복용의 전형적인 충격 시험법인 REA 법(REA PE22, PE23)의 결과에 의하여 결정되는데, 이는 실온에서 낙하 추에 의하여 1cm·g의 충격력을 본딩 와이어에 적용시켜 수득하는 REA법의 결과가 연속 접합 시험의 결과에 최상으로 상응하기 때문임을 밝혀내었다.
상기한 것을 기본으로하여 수행된 각종 연구의 결과로서, 본 발명의 본딩 와이어는 낙하 추에 의하여 1cm·g의 충격력이 적용되는 경우 절연 필름에 어떠한 균열도 발생시키지 않거나 와이어가 절단되지도 않도록 만족시킬 필요가 있음을 밝혀 내었으며, 이로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기 절단은 가시적인 관측에 의하여 측정될 수 있지만, 균열은 반드시 가시적인 관측에 의하여 용이하게 측정되는 것이 아니므로, 가능하다면 수백배의 배율을 갖는 주사 전자 현미경이나 광학 현미경을 사용하여 관측하는 것이 바람직하다.
절연 필름의 두께가 증가함에 따라, 이의 강도도 자연적으로 증가한다. 하지만, 10㎛ 이상의 필름 두께는 본딩 와이어에 사용하기 위한 절연 필름의 목적의 관점에서 적합하지 않으며, 따라서 낙하 추를 사용하여 강도 시험을 수행하는 경우에 적용되는 1cm·g의 충격력에 의하여 통상적으로 균열되지 않도록 하기 위해서는 0.01㎛ 내지 10㎛ 범위 내의 절연 필름이 필요하다.
또한, 절연 필름으로 피복한 본딩 와이어가 반도체 장치에 적용되는 경우, 절연 필름은 약 300 내지 400℃의 고온에 견디어야 하는데, 이는 반도체 장치의 작동시에 상기 온도를 견디어 내는 내열성을 갖는 것이 필요하기 때문이다. 한편, 본딩 와이어가 150 내지 250℃의 온도에 접합되기 때문에, 절연 필름은 상기 온도에서 와이어의 금속 부위에서 용이하게 분리되도록 비혼화성인 특성을 갖는 것이 필요하다.
상기 조건을 만족할 수 있는 수지의 각종 연구의 결과로서, 내열성이 우수하고 내충격성과 같은 기계 강도가 균형잡힌 방향족 폴리에스테르(폴리아릴레이트), 폴리이미드, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 액정 중합체 및 이의 혼합물이 바람직하다는 것을 밝혀내었다.
본 발명에 따른 방향족 폴리에스테르 수지는 방향족 디히드록시 화합물 잔류기 및 방향족 디카르복실산 화합물 잔류기로 이루어지며, 방향족 디히드록시 화합물을 방향족 디카르복실산과 반응시켜 수득한 측쇄화될 수 있는 열가소성 방향족 폴리에스테르이다.
방향족 디히드록시 화합물의 예에는 2,2-비스(4-히드록시페닐) 프로판(=비스페놀 A), 테트라메틸비스 페놀 A, 테트라브로모비스 페놀 A, 비스(4-히도록시페닐)-p-디이소프로필벤젠, 히드로퀴논, 레소르시놀, 4,4'-디히드록시페닐 등이 있는데, 비스페놀 A가 특히 바람직하다.
측쇄화된 방향족 폴리에스테르 수지는 치환체로서 폴리히드록시 화합물을 사용하여 수득될 수 있는데, 예를 들면 플로로글루신, 4,6-디메틸-2,4,6-트리(히드록시페닐)헵탄-2,4,6-디메틸-2,4,6-트리(4-히드록시페닐)헵탄, 2,6-디메틸-2,4,6-트리(4-히드록시페닐)헵탄-3,4,6-디메틸-2,4,6-트리(4-히드록시페닐)헵탄, 1,3,5-트리(4-히드록시페닐)벤젠 및 1,1,1-트리(4-히드록시페닐)에탄, 및 3,3-비스(4-히드록시아릴)옥시인돌(=이사씬 비스페놀), 5-클로로이사틴, 5-브로모이사틴 등과 같은 폴리히드록시 화합물과 같은 상기 디히드록시 화합물의 0.1 내지 2몰%를 사용한다.
또한, m- 및 p-메틸 페놀, m- 및 p-프로필 페놀, p-브로모페놀, p-3차-부틸페놀 등은 분자량을 조절하기에 적절한 모노 방향족 히드록시 화합물로서 바람직하다.
대표적인 방향족 폴리에스테르 수지에는 비스(4-히드록시페닐) 알칸 디히드록시 화합물, 특히 비스페놀 A로 주로 이루어진 폴리에스테르, 및 두 종류 이상의 방향족 디히드록시 화합물을 함께 사용하여 수득한 폴리에스테르 공중합체 및 소량의 트리페놀 화합물을 함께 사용하여 수득한 측쇄화 폴리에스테르가 있다. 또한, 두 종류 이상의 방향족 폴리에스테르 수지의 혼합물이 사용될 수도 있다.
방향족 디카르복실산의 예에는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 디 카르복실산, 디페닐디카르복실산, 메틸테레프탈산, 메틸이소프탈산, 디페닐에테르 디카르복실산, 디페닐술폰디카르복실산, 디페녹시에탄 디카르복실산 등이 있다. 상기한 유기 디카르복실산 이외에 저급알킬에스테르, 이들의 산 할라이드 등이 포함되는 것이 바람직하다. 이들의 일부(예 : 30몰% 이하)가 숙신산, 아디프산, 세바스산 등과 같은 지방족 디카르복실산 및 시클로헥산 디카르복실산과 같은 환식 지방족 디카르복실산 등으로 치환될 수 있다.
이들 중에서, 비스페놀 A와 (이소)테레프탈산으로부터 합성되며, 하기 골격 구조를 갖는 방향족 폴리에스테르는 용매 용해도 및 내열성의 관점에서 볼 때 가장 바람직하다.
특히, 상기한 것 중에서 용융 지수가 1.0 내지 100g/10분(온도 : 300℃, 하중 2,160kg)인 방향족 폴리에스테르가 가장 적합한데, 이는 ASTM-D 1238에 따라 시험한다.
용융 지수가 상기 범위내인 방향족 폴리에스테르가 절연필름으로서 가장 적절한 이유는 명백하지 않을지라도 이는 본 발명에서 사용되는 방향족 폴리에스테르로 형성되는 피복 필름은 비정질의 고차 구조를 갖는 반면에, 엔지니어링 플라스틱으로서 통상적으로 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 결정질이기 때문인 것으로 생각된다.
상기 방향족 폴리에스테르의 용융 지수가 1.0g/10분 미만인 경우, 이의 점도는 너무 높기 때문에 균일한 두께의 피복 필름층은 본딩 와이어상에 형성될 수 없다. 본딩 와이어가 실질적으로 균일한 두께의 필름으로 부분 피복될지라도, 와이어는 불량한 연속 접합성을 가지며, 신뢰도가 떨어진다.
방향족 폴리에스테르의 용융지수가 100g/10분을 초과하는 경우, 이의 점도는 너무 낮으며, 따라서 본딩 와이어와의 친밀한 접합성은 악화되며, 폴리에스테르는 박리되기 쉽다. 이 경우에, 연속 접합성에 어떠한 문제점도 야기되지 않을 지라도, 절연성은 잃게된다. 결과적으로 상기의 두가지 경우는 실질적으로 적용 가능한 피복 필름층을 제공할 수 없다.
본 발명에 따른 절연 필름 피복된 본딩 와이어에서 사용되는 보다 두꺼운 절연 필름은 절연성에서 훨씬 우수하지만, 동시에 접합성에서 훨씬 불량하다. 또한, 보다 얇은 절연 필름은 접합성에서 훨씬 우수하지만, 절연 성능은 불량하며, 절연 필름의 두께가 0.01㎛ 이하인 경우, 이는 불량한 내 전압성을 가진다.
따라서, 절연 필름의 적절한 두께로는 바람직하게는 0.01㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 2㎛, 가장 바람직하게는 0.02 내지 1.0㎛이다.
또한, 통상적으로 이러한 형태의 수지 재료용으로 사용해온 산화 방지제, 난연제, 충진제, 전압 안정화제, 윤활제, 보조처리제, UV 흡수제 등과 같은 각종 첨가제는 상기 중합체 수지 재료에 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 피복된 본딩 와이어는 바람직하게는 공급 스풀상에 장착된 본딩 와이어를 상기 중합체 수지 재료가 용해되는 피복액중으로 연속적으로 공급되어, 상기 피복액을 통과하도록 하며, 수직 방향에서 연속적으로 공급되어, 상기 피복액을 통과하도록하며, 수직 방향에서 상방향으로 연신시켜 용매를 제거하여, 절연 수지로 균일하게 피복시킨 본딩 와이어를 형성한 후, 수득되는 피복 본딩 와이어를 권취 스풀에 권취시키는 방법으로 제조된다.
피복 필름을 형성하는 방법에는 상기 침지 피복법 이외에 압출 피복법, 정전기력 피복법, 분무 피복법, 전극 피복법 등이 포함될지라도, 바람직하게는 침지 피복법이 본 발명에서와 같은 균일 두께의 매우 얇은 절연 필름으로 와이어를 피복하기 위하여 사용된다.
본 발명에 따른 본딩 와이어의 제조방법은 이하에서 상세하게 기술될 것이다.
절연 피복 필름이 본딩 와이어의 표면상에 형성되는 경우, 도전성 본딩 와이어를 충분하게 세정한 후, 공급 스풀상에 장착하고, 연속적으로 공급한다. 또한, 필요한 경우, 예비 처리조에서 트리클로로에틸렌, 클로로포름 등과 같은 용매를 사용하여 세정하거나, 본딩 와이어의 접착성 등을 향상시키지 위하여 수지로 표면 처리한 후, 필요에 따라 이의 표면을 건조 시키기 위하여 건조로를 통과시킨다.
이어서, 상기 본딩 와이어를 수지를 용해시켜 제조한 피복액을 통과시키고, 이를 여과시켜 이물질을 제거한 후, 수직 방향에서 상방향으로 연신 시키고, 필요에 따라 건조로를 통과시켜 용매를 제거하므로써, 절연수지로 균일 피복된 본딩 와이어를 형성한 후, 수득되는 피복 본딩 와이어를 권취 스풀에 권취시켜, 수지 피복된 절연 본딩 와이어를 연속적으로, 효율적으로 제조한다.
건조로는 다단 형태일 수 있으며, 이의 건조 온도는 바람직한 표면 특성을 갖는 얇은 절연 피복 필름이 형성될 수 있도록 조절된다. 바람직하게는 수지 피복된 본딩 와이어를 초음파 세정 처리하여 이의 표면을 세정하고, 이온화 공기등을 사용하는 샤워 세정과 같은 정전하 방지 처리를 행한 후, 소정의 스풀에 의하여 원하는 길이로 재 권취시킨다.
또한, 본딩 와이어는 바람직하게는 여기에 적용되는 장력을 모니터링하면서 필름으로 피복시키고, 본딩 와이어의 절단은 역장력 콘트롤러에 의하여 필름으로 피복되는 와이어에 소정의 장력을 적용하여 검색될 수 있다.
또한, 와이어에 적용되는 과잉 장력에 의하여 팽창되거나 와이어를 필름으로 피복하면서 여기에 적용되는 극소의 장력으로 인한 가이드 롤러의 이탈로부터 와이어를 보호하는 것도 가능하다. 와이어는 바람직하게는 가능한한 수직 방향에서 상방향으로 연신되며, 와이어를 큰 각도로 수직방향에서 편향된 상태로 건조하는 경우, 피복 필름은 균일한 두께로 본딩 와이어의 주선상에 형성되는 것이 어렵게 된다.
본 발명에서 사용되는 기본 부재로서의 본딩 와이어는 주로 양호한 전기 전도도를 갖는 금, 구리 및 알루미늄으로 이루어진다.
또한, 본 발명에서 사용되는 절연 수지에는 상기 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르 에테르 케톤 등 및 이들의 유도체 및 배합물이 있다.
절연 피복 필름의 두께는 바람직하게는 0.01내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 2㎛, 가장 바람직하게는 0.02 내지 1.0㎛이다. 두께가 10㎛를 초과하는 경우, 필름의 절연성이 우수하지만 접합성은 불량하며, 따라서, 본딩 와이어는 연속적으로 접합될 수 없거나 이의 접합 강도는 더욱 더 작아진다. 또한, 두께가 0.01㎛ 미만인 경우, 필름의 접합성은 우수하지만, 절연성은 불량하며, 따라서 실제 사용시에 문제점이 발생하게 된다.
피복액의 수지 농도가 이의 점도, 피복층의 두께 등에 따라 임의로 선정될 수 있을 지라도, 통상적으로 균일한 피복 필름을 형성하기 위하여 바람직하게는 20중% 이하, 더욱 바람직하게는 10중량%이다.
피복층은 수지가 용해된 피복액을 갖춘 피복 장치를 다 단계로 배치하여 다층으로 제조될 수 있다. 이 경우에, 피복층의 두께는 바람직하게는 상기 범위 내이다.
또한, 본 발명에 다른 피복 장치가 와이어 연신 공정의 일부분으로서 배치되는 경우, 와이어 연신 및 피복은 용이하게 연속적으로 수행될 수 있다.
수지를 용해시키기 위하여 사용되는 용매는 사용되는 수지에 대하여 소위 양호한 용매이기만 하면 특정하지 않으며, 예를 들면, 방향족 폴리에스테르가 사용되는 경우, 클로로포름, 트리클로로에틸렌 등이 사용될 수 있으며, 폴리아미드가 사용되는 경우, 포름산, m-크레졸 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 도면에 의하여 이하에서 상술된 것이다. 제1도는 본 발명에 따른 본딩 와이어의 단면도이다. 제1도에서의 본딩 와이어(1)은 이의 중심에서 환상 단면을 갖는 도전성 금속 코어 와이어(2)를 가진다. 금속 코어 와이어(2)는 예를 들면 금, 구리, 알루미늄, 이의 합금 등으로 이루어진 공지의 도전성 재료로 제조되고, 예를 들면 규소(Si), 마그네슘(Mg) 또는 망간(Mn)이 알루미늄에 가해진다.
금속 코어 와이어(2)의 주선은 중합체 재료로 이루어진 전기 절연 필름(3)으로 피복된다. 절연 필름(3)은 다른 인접 본딩 와이어, 내부 리드 및 탭과 접촉되며, 접합된 후에 회로 단락되는 것으로부터 본딩 와이어를 보호키 위하여 제공된다.
절연 필름(3)은 본 발명에 따른 방향족 폴리에스테르, 폴리이미드 등으로 이루어진 전기 절연 중합체 재료로 이루어진다. 이 경우에, 절연필름(3)은, 금속 코어 와이어를 용매 중에 중합체 재료를 용해시켜 제조한 용액에 통과시킨 후, 용매를 휘발시키고 금속 코어 와이어를 가열시켜 제조한 용융된 중합체 재료에 통과시킨 후 냉각 시키거나, 중합체 재료를 금속 코어 재료 또는 단량체 등의 표면상에 분무하고, 금속 코어재료의 표면상에 침착시킨 후, 이들을 광화학 중합 시키거나 가열하여 중합하는 방법으로, 형성될 수 있다.
한편, 절연 필름은 바람직하게는 와이어 펠렛의 본딩 패드, 리드 프레임의 내부 리드, 또는 세라믹 등으로 이루어진 팩키지의 금속 표면과 같은 와이어 접합면에 접합되는 경우에, 오직 접합 위치에 위치한 절연 필름만이 분해되거나 금속 코어 와이어의 표면으로부터 용융되고 밀어제침에 의하여 제거되도록 하기 위하여 유동화 되기 쉬운 재료이다.
박리시켜 제거되는 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리스티렌과 같은 비교적 취성인 중합체 재료는 와이어 파손을 야기 시키기 때문에 적합하지 않다.
제2도는 본딩 와이어(1)을 리드 프레임(8)에 접합시킨 상태를 나타내는데, 여기에서 어떠한 절연 필름(3)도 접합면에 잔류하지 않는데, 이는 표면에서 용융되고, 다른 부위로 밀어 제치거나 분해시켜 제거하기 때문인데, 이로써 접합이 치밀하게 수행될 수 있다.
또한, 제3도에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 금으로 이루어진 금속 코어 와이어를 갖는 본딩 와이어를 볼 접합시키는 경우, 금속 코어 와이어(2)의 볼(2a)가 형성되는 경우에 용융되거나 분해되어, 다른 부위로 밀어 제쳐서 절연필름(3)을 제거하는 방법으로, 와이어 접합 표면(4)에의 접합으로부터 절연 필름 피복된 와이어(1)의 볼을 보호함이 없이 접합은 치밀하게 수행될 수 있다.
이는 접합이 불활성 가스 대기에서 알루미늄의 볼을 형성시켜 수행되는 경우와 유사하게 적용 가능하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 와이어의 표면을 피복하는 절연 필름은 와이어 본딩을 수행한 후에 인접한 리드 프레임의 탭 또는 내부 리드와 와이어가 접촉되거나 인접한 본딩 와이어가 상호 접촉될지라도 회로 단락의 발생을 방지할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 본딩 와이어는 멀티-핀용으로 사용되는 긴스판 와이어로서 효율적으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 와이어는 펠렛에 앞서 리드 프레임에 와이어를 접합시킴으로써, 팩키지 캡이 금속으로 구성될 수 있게 하여 소위 역 접합을 수행할 수 있다.
제5도는 본 발명에 따른 와이어를 사용하여 와이어 본딩을 수행하는 반도체 장치의 일예의 단면도이다.
제5도에서는, 상기한 바와 같이, 세라믹 팩키지의 베이스(5)의 캐버티(6)에 장착되는 반도체 펠렛(7)의 본딩 패드가 본딩 와이어에 의하여 리드 프레임(8)의 내부 리드에 접합되고, 거기에 전기적으로 연결된다. 또한, 베이스(5)는 저융점 글래스(9)에 의하여 캡(10)으로부터 밀봉된다.
이 반도체 장치에서, 리드 프레임의 인접 내부 리드 등과 접촉되는 본딩 와이어 또는 상호 접촉되는 본딩 와이어에 의하여 야기되는 회로 단락은 본딩 와이어(1)의 금속 코어 와이어(2)의 표면을 피복하는 중합체 재료의 절연 필름(3)에 의하여 방지될 수 있기 때문에, 본딩 와이어의 스판은 충분히 길게 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 장치는 본 발명에 의하여 수득되는 본딩 와이어를 사용하는 통상의 방법에 의한 각각의 요소를 접합시켜 수득될 수 있다.
[실시예]
본 발명은 하기 실시예에 의하여 예시되지만, 이로써 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
먼저, 하기 실시예에서 사용되는 시험 방법을 기술하고자 한다.
a. 낙하충격 시험 및 이의 결과를 평가
전기선 및 케이블의 피복물에 대한 대표적인 시험 방법인 REA 법을 사용하여 실온에서 낙하 추에 의하여 1cm·g의 충격력을 가하고, 표면 수지 상에 균열이 발생하였는지 여부를 주사형 전자 현미경(SEM)(배율 : 700)으로 확인한다. 균열이 발생하지 않는 실시예에는 ○표를 하고, 균열이 발생한 실시예에는 ×표를 한다.
b. 용융지수
ASTM-D 1238에 따라서 하중 2,160kg의 압출 온도 300℃에서 압출을 수행한다.
c. 본딩 와이어 및 절연 필름의 연속 접합성의 평가
리드 프레임을 사용하는 본딩 와이어의 연속 접합성에 대하여, 2000회 이상 연속 접속한 와이어는 ○표를 하고, 2000회를 연속 접합 하기전에 절단한 와이어는 ×표를 한다. 절연 필름의 품질을 약 1000배의 배율로 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관측하고, 균일한 품질을 갖는 단열 필름은 ○표를 하고, 불규칙한 두께를 갖거나 박리가 발생하는 절연 필름은 ×표를 한다.
[실시예 1∼3]
절연 필름을 형성하는 방법으로서, 외경이 30㎛인 고순도의 금으로 이루어진 금속 코어 와이어로서 본딩 와이어는 상기 기본 골격을 갖는 방향족 폴리에스테르 수지를 클로로포름에서 용해시켜 제조된 용액에 통과되어, 수직방향으로 들어 올린 후에, 이로부터 용매를 제거하여 절연 방향족 폴리에스테르 수지로 피복한 본딩 와이어를 제조한다.
방향족 폴리에스테르 수지의 중합체 수지 재료로서, 소정의 용융지수값을 갖는 비스페놀-A와 디카르복실산(테레프탈산과 이소프탈산의 혼합비 : 1 : 1)의 공중합체로 이루어진 방향족 폴리에스테르를 각각 동상의 계면 중축합법[Shin Jiken Kagaku Koza Vol. 19, polymer Chemistry(1), p. 149, Japan Chemical Association]에 따라 합성하고, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 사용한다.
피복 필름의 두께는 용융 지수뿐만 아니라 피복속도 및 용액의 농도 및 점도에 따라 좌우되기 때문에, 용액의 농도 및 피복 속도는 사용되는 방향족 폴리에스테르 수지의 용융지수에 따라 조정하여 각각의 피복 필름의 두께가 약 0.3㎛가 되게 한다.
용융 지수가 각각 3.5, 13, 55g/10분인 방향족 폴리에스테르 수지의 클로로포름 용액을 사용하여 본딩와이어상에 피복 필름을 형성하여 피복 필름 두께 0.3㎛인 절연 본딩 와이어를 제조한다.
표1은 피복 본딩 와이어를 사용하여 수행하는 낙하 충격 시험 및 연속 접합 시험의 결과를 나타낸다. 이들은 SEM에 의하여 관측되며, 이들 모두는 양호하게 피복되었음이 확인되었다.
[비교예 1]
용융 지수가 0.8g/10분인 방향족 폴리에스테르 수지의 클로로포름 용액으로 본딩 와이어를 피복시키려고 할지라도, 균일한 두께를 갖는 피복층은 형성될 수 없다.
이들은 SEM을 사용하여 관측하는 경우, 본딩 와이어의 종 방향에서 피복층의 두께는 큰 두께의 약 2배의 분포를 가짐이 관측된다. 또한, 이렇게 제조되는 피복 본딩 와이어로부터 수득한 0.3㎛의 비교적 균일한 피복 두께를 갖는 극소수의 절연 본딩 와이어를 리드 프레임에 접합하려고 하지만, 리드 프레임과 이의 접합성은 표 1에 나타낸 바와 같이 매우 불량하므로, 이들은 실제 사용을 위하여 부적합하다.
[비교예 2]
용융 지수가 120g/10분인 방향족 폴리에스테르 수지의 클로로포름 용액을 사용하여 본딩 와이어에 피복 필름을 형성시켜, 이의 두께가 0.3㎛가 되게한다. 이렇게 제조되는 피복 본딩 와이어를 SEM으로 관측한 결과, 수지가 와이어의 표면으로부터 용이하게 박리되며, 와이어는 확실하게 절연되지 않음이 관측되었는데, 따라서 어떠한 문제점도 접합시에 야기되지 않을지라도 이들은 사용에 부적합하다.
용융지수가 너무 클 경우, 즉 분자량이 너무 작은 경우에는, 아미도 피복 필름의 와이어에 불량하게 접합되고, 박리되기 쉬울 것이라고 여겨진다.
[표 1]
표 1로부터 명백한 바와 같이, 용융 지수가 너무 큰 경우, 균일한 두께의 피복층의 형성은 어려우며, 만일 이것이 형성될지라도, 본딩 와이어는 리드 프레임에 불량하게 접합되고, 용융지수가 너무 작은 경우, 피복 필름은 와이어에 불량하게 접합되고, 박리될 수 있기 때문에 상기한 두가지 경우 모두 실제 사용에 부적합하다.
[실시예 4∼12 및 비교예 3∼6]
중합체 수지 재료에 대해서는, 폴리아릴레이트(방향족 폴리에스테르)로서는 U폴리머 100(Unitica사 제품), 폴리이미드로서는 ULTEN(Mitsui Toatsu Kagaku사 제품), 폴리에테르 에테르 케톤으로서는 VICTREX(Sumitomo Kagaku사 제품), 폴리아마드로서는 NOVAMID(Mitsubishi Kasei사 제품), 폴리술폰으로서는 폴리에스테르 술폰(VICTREX, ICI Japan사 제품), 액정 중합체로서는 폴리에스테르 카르보네이트(Shin Nihon Seitetsu사 제품) ; 및 비교 수지 재료에 대해서는, 폴리스티렌으로서는 Estyrene G15(Shin Nihon Seitetus Kagaku사 제품)를 용매중에 용해시킨다. 이어서, 이들을 조정하여 두께가 0.5㎛인 피복 필름을 실시예 1∼3과 동일하게 처리하여 피복시킨 본딩 와이어를 제공한다. 와이어에 대하여 접합성 시험 등을 시험한다. 이들 시험의 결과를 표 2 및 3에 나타내었다.
[표 2]
[표 3]
실시예 4∼8 및 비교예 3 및 4로부터 명백한 바와 같이, 낙하 추 시험에서 어떠한 균열도 발생하지 않는 예는 연속적으로 접합될 수 있는 반면에, 낙하 추 시험에서 균열이 발생하는 예는 절단되므로 연속적으로 접합될 수 없다.
또한, 절연 피복 필름의 두께에 의하여 야기되는 효과를 시험 하기 위하여, 클로로포름 용액의 농도, 권취 속도등을 변화시켜 상이한 두께를 갖는 절연 필름 피복 와이어를 사용하여 연속 접합성 및 절연성을 시험하는데, 이 때 피복 필름은 실시예 4에서 사용된 U폴리머 100(Unitica사 제품)을 사용하여 제조된다.
JIS C 3005-1986, 항목 1에 의하여 절연 시험을 수행하는데, 15V 이상의 전압이 적용되는 경우 실온에서 공기중에서 절연되는 실시예에는 ○표를 하고, 상기 이외의 실시예에는 ×표를 한다. 이들 실시예 및 비교예의 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4]
[실시예 13]
제4도는 본 발명을 구체화시키는 장치의 일예를 나타내는 것인데, 여기에서 (11)은 본딩 와이어를 나타내고, (12)는 본딩 와이어를 공급하기 위한 공급 스풀을 나타내고, (13)은 본딩 와이어에 적용되는 장력을 검출하며, 공급 속도를 조절하기 위한 역 장력 콘트롤러를 나타내고, (14)는 세정을 수행하기도 하는 예비처리조를 나타내고, (15)는 수지 피복 단위를 나타내고, (16)은 권취 스풀을 나타내고, (17) 및 (17')는 건조로를 나타내며, (18)은 본딩 와이어를 안내하는 가이드 롤러를 나타낸다.
본 발명의 일예로서, 만족스러운 특성을 갖는 수지 필름-피복 절연 본딩 와이어는 하기 방법에 의하여 제조될 수 있다.
충분히 세정한 후, 본딩 와이어(11)를 공급 스풀(12)에 장착하고, 권취 스풀(16)을 회전시켜 이로 부터 연속적으로 공급하며, 예비 처리조(14)에서 클로로포름으로 추가로 세정하고, 건조로(17)을 통과시켜 용매를 제거한다.
상기한 예비 처리된 본딩 와이어(11)은, 수지를 용해시키고, 0.2㎛ 메쉬의 필터를 통과시켜 여과한 후, 수직 방향에서 상방향으로 연신 시키고, 이의 용매를 본딩 와이어(11)를 건조로(17')에 통과시키면서 제거시키는 방법으로 제조되는 피복 용액을 함유하는 피복 단위(15)를 통과시켜, 절연 수지로 피복한 본딩 와이어를 형성하고, 권취 스풀(16)로 권취시킨다.
우선 저온(30 내지 45℃)에서 본딩 와이어(11)를 점차적으로 건조하고, 이어서 클로로포롬의 대략적인 비등 온도(55 내지 65℃)에서 건조하는 2단계 건조로가 건조로(17')로서 사용되는 경우, 바람직한 표면 특성을 갖는 절연 필름이 수득될 수 있다.
수지 필름-피복 본딩 와이어의 표면을 이온화 공기 샤워에 의하여 대전 방지 처리한 후, 지정 길이까지 지정 스풀에 의하여 다시 감는다. 역 장력 콘트롤러는 와이어를 필름으로 피복시키면서 와이어가 절단되었는지 여부를 검사하기 위하여 와이어 본딩에 소정 장력(약 3g)을 적용하고, 여기에 적용되는 과잉 장력에 의하여 팽창되거나 여기에 적용되는 장력이 너무 작기 때문에 가이드를 롤러 부터 나오는 것을 방지한다.
본딩 와이어로서는 직격이 약 30㎛인 금으로된 본딩 와이어를 사용한다. 수지로서 사용되는 것은 Unitica사의 등급 U 100인 U 폴리머인데, 이는 클로로포름에 용해되고, 0.2㎛ 메쉬의 필터를 통과하여 여과된다.
수지 용액의 농도를 5중량%로 조정하고 필름을 3.5m/분의 속도로 감아서, 절연 수지 필름의 두께가 0.5㎛가 되게 한다.
이렇게 제조되는 본딩 와이어의 필름 두께가 0.5㎛인 절연 필름 피복된 와이어가 반도체 장치를 배선하기 위하여 사용하는 경우, 어떠한 회로 단락도 야기되지 않으며, 양호한 연속 접합성이 수득된다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 따르면, 특정의 중합체 수지 재료를 사용하고, 균일하고 특정 두께를 갖는 절연층으로 피복시켜 수득한 중합체 수지 필름-피복된 절연 본딩 와이어는 절연성, 연속 접합성, 내열성 등에서 우수하므로, 바람직하게는 반도체 장치에서 사용된다.
또한, 본 발명에 따른 본딩 와이어를 사용하는 반도체 장치는 매우 신뢰성이 크며, 연속적으로 제조될 수 있는 잇점을 가지고 있다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 수지 필름-피복 본딩 와이어는 연속적이고, 효율적으로 제조될 수 있는데, 이때 본딩 와이어는 반도체 장치를 배선하기 위하여 사용되며, 인접 본딩 와이어가 상호 접촉되거나 본딩와이어가 인접 리드 프레임, 탭 또는 다른 도전체와 접촉되는 경우에 야기되는 회로 단락을 야기시킬 가능성이 없다.
또한, 본 발명에 따른 피복 장치가 와이어 연신 공정의 일부로서 배치되는 경우, 와이어 연신 및 피복은 용이하게 연속적으로 수행될 수 있다.
또한, 피복조는 본딩 와이어의 종 방향으로 피복 장치를 다단계로 배열하여 다층으로 제조될 수도 있다.

Claims (6)

  1. 방향족 디히드록시 화합물을 디카르복실산과 반응시켜 제조되고, 기본 골격으로서 하기 구조식을 갖는 방향족 폴리에스테르, 폴리에테르-에테르 케톤, 폴리아미드, 폴리아미드, 폴리술폰 및 액정 중합체로 이루어진 군중에서 선택되면서, 용융 지수가 1.0 내지 100g/10분인 하나 이상의 중합체 수지 재료로 이루어진 절연필름으로 주선을 피복한 도전성 금속 코어 와이어를 포함하는 절연 필름-피복된 본딩 와이어에서, 낙하 추에 의하여 1cm·g의 충격이 상기 피복된 와이어에 적용되는 경우에 어떠한 균열도 상기 절연 필름에 발생하지 않는 절연 필름-피복된 본딩 와이어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체 수지 재료로 이루어진 절연 필름의 두께가 0.01 내지 10㎛인 절연 필름-피복된 본딩 와이어.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중합체 수지 재료로 이루어진 절연 필름의 두께가 0.01 내지 2㎛인 절연 필름-피복된 본딩 와이어.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합체 수지 재료로 이루어진 절연 필름의 두께가 0.02 내지 1㎛인 절연 필름-피복된 본딩 와이어.
  5. 본딩 와이어를 공급 스풀에 장착시켜 연속적으로 공급하고, 중합체 수지 재료를 용해시킨 피복 용액중에 상기 본딩 와이어를 통과시키고, 상기 본딩 와이어를 수직 방향에서 상방향으로 연신시켜 용매를 제거하고, 상기 수지로 균일하게 피복한 상기 본딩 와이어를 형성하며, 상기 본딩 와이어를 권취 스풀로 권취시킴을 특징으로 하는 수지 필름-피복된 절연 본딩 와이어의 제조방법.
  6. 제1항, 2항, 3항 또는 4항에 따른 본딩 와이어를 사용하여 수행되는 외부 출력 터미널에 대한 도전체에 접합에 의하여 전기적으로 연결한 본딩 패드를 갖는 반도체 펠릿을 포함하는 반도체 장치.
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