KR940008885B1 - 자기 저항 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Description

자기 저항 소자 및 그의 제조방법

제1도는 종래 기술에 따른 자기 저항 소자의 전극 단자부를 나타내는 단면도.

제2도는 내지 제2(f)도는 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 전극 단자부 제조 방법 및 그에 따른 본딩을 나타내는 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 전극 단자부 본딩을 나타내는 평면도.

[산업상의 이용 분야]

본 발명은 자기 저항 소자(magneto resistive device)에 관한 것으로, 특히 절연층 위에 자성막이 형성되어 있어 자기 저항 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

[종래기술 및 문제점]

자기 저항 소자는 자계의 변화에 따라 저항값이 가변되는 소자로서, 좀더 상세히 언급하면 자화각도에 따라서 달라지는 저항값을 이용한 소자라 할 수 있다.

상기 소자의 대표적인 자성막 재료로는 NiCo, NiFe를 들 수 있으며 일반적으로 모타의 회전속도를 검출하는데 사용되어지며, 일종의 센서 역할을 한다.

이러한 자기 저항 소자는 일반적으로 4개의 센서 즉, 제1 내지 제4센서를 구비하고 있고, 서로 직렬로 접속된 제1센서 및 제3센서와, 제2센서 및 제4센서가 서로 병렬로 접속되고, 제1센서 및 제2센서의 접속점에 제1전극이 형성되고, 제2센서 및 제4센서의 접속점에 제2전극이 형성되며, 제4센서 및 제3센서의 접속점에 제3전극이 형성되어 있다.

그리고 제1∼제4센서는 순차적으로 90°의 자계 위상차를 갖고 있다. 이와 같은 구성을 가진 자기 저항 소자는, 제1센서 및 제3센서와, 제2센서 및 제4센서가 각기 180°의 자계 위상차를 유지함과 아울러 합성 저항값이 항상 일정하게 유지되고 있다.

상술한 바와 같은 원리로 자기 저항 소자는 반드시 3개 이상의 전극을 구비해야 하고, 또한 3개의 전극이면 그 기능을 충분히 발휘할 수 있어 통상적으로 3개의 전극을 구비한 자기 저항 소자를 많이 사용하고 있다.

이러한 자기 저항 소자를 하나의 웨이퍼에 다수개 형성하고, 다이싱(Dicing) 공정에서 다이싱하여 하나의 자기 저항 소자로 분리시키게 되는데, 이와 같은 일련의 제조공정을 거쳐 제조된 칩은 웨이퍼에서 날개로 절단된 것중 양호한 것만 선택되어 본딩 작업이 이루어진다.

본딩 작업은 칩과 리드프레임의 리드를 전기적으로 연결하는 작업인데, 이것은 IC 기술중에서 가장 중요한 것의 하나로 IC나 트랜지스터가 열화하는 원인이 대부분 이 본딩 부분에 있게 되고 또한 리드와 리드 사이의 간격이 미세하기 때문에 본딩 위치는 정확도를 갖추어야 한다.

특히 40개 이상의 리드를 갖는 리드 프레임은 패드에 인접하는 리드의 선단부 간격들이 좁기 때문에 그 위치가 틀려지면 양호한 본딩이 이루어지지 않아 에지 본딩 또는 심한 경우 미스본딩이 일어나 제품의 수율을 저하시키게 된다.

이러한 종래 자기 저항 소자의 전극 단자부 본딩 처리는 솔더링 본딩(Soldering bonding)이 주류를 이루어 왔고, 와이어 본딩(Wire Bonding)인 경우에도 전극 단자부가 기판을 포함하여 3개층 이상으로 이루어져 있는 것이 많이 사용되어 왔다.

우선, 종래 전극 단자부의 웨이퍼(Wafer) 가공 공정과 이에 따른 솔더링 본딩(Soldering Bonding) 처링 관하여 설명한다.

먼저 기판(1)위에 자성막(2)을 도포하고 난 후, 상기 자성막(2) 위에 포토 레지스터(Photo Resist ; 이하 PR이라 한다)를 도포하고, 그 후 소정 모양의 마스크를 이용하여 노광 및 현상하여 빛을 쪼인 부분의 PR을 제거하는 사진 식각 공정(Photo Lithography)을 실시한다.

상기 제거된 PR부분, 즉 자성막(2)이 소정의 폭으로 들어난 부분에 전극 단자부를 형성하기 위하여 니켈(Ni)(3)을 PR과 동일 높이로 도금시킨 후 상기 니켈(3) 좌·우에 있는 PR을 스트리핑(Stripping ; PR을 제거하는 공정) 처리한다.

상기 공정에 의해 형성된 패턴상에 다시 PR을 도포시킨 뒤, 소정 모양의 마스크를 이용하여 노광 및 현상을 한 후 빛을 쪼인 부분의 PR을 제거시키고, 제거된 PR의 하부에 형성되었던 자성막을 현상액을 사용하여 식각시킨다.

그후, 니켈(3)이 형성되어 있고, 니켈(3) 하단에 형성된 자성층의 우측이 소정의 폭으로 식각되어 있는 상기 패턴상의 전면에 제1보호층인 SiO₂층(4)을 도포한 뒤, 상기 자성막이 식각된 부위의 윗부분에 도포된 PR을 스트리핑 시킨다.

상술한 바와 같이 SiO₂가 형성된 상기 패턴상에 다시 사진 식각 공정을 실시하여 니켈(3) 상부에 형성된 제1보호층 SiO₂층(4)을 제거한 다음 그후 PR을 스트리핑 한다.

계속해서, 상기 니켈(3) 위에만 전극 단자부를 형성하기 위하여 Sn-Pb(5)를 니켈의 상부에만 도포시키고, 상기 Sn-Pb 패턴이 형성된 층에 다시 제2보호층인 Epoxy(6)를 도포시켜 전극 단자부를 형성한 뒤 제1도와 같이 형성된 상기 자기 저항 소자의 전극부에 솔더(Solder ; 납과 주석의 합금 또는 땜납)를 이용하여 전극을 도금시킨다.

그후, 상기 전극이 도금된 소자(10)의 조합 공정으로서 상기 전극(10)과 리드프레임간(8)에 본딩을 실시한다.

이와 같이 형성된 자기 저항 소자의 전극 단자부(10)는 제1도에 도시된 바와 같이 기판(1), 자성막(2), Ni(3) 및 Sn-Pb(4)로 이루어짐을 알 수 있다.

일반적으로 솔더링(Soldering)이란, 주석 40∼60%와 납의 합금으로 되어 있으며 융점을 210∼250℃의 것이 많이 사용된다.

이러한 납땜은 보통 한군데의 해나가지만, 인쇄 배선의 경우에는 납을 녹인 용기속에 부품을 꽃을 기판을 담궈서 일시에 납땜을 완료시키는 경우도 있다.

즉, 상술한 바와 같이 종래의 자기 저항 소자의 전극 단자부 형성방법 및 그에 따른 솔더링 본딩에서는 그 전극부 구조가 기판(1)-자성막(2)-니켈(3)-Sn-Pb(5)층의 4층 구조로 형성되어 두께가 두껍게 될 뿐만 아니라 니켈 도금, Sn-Pb 도금 등의 중간층이 웨이퍼 가공 공정상에 도입되고, 또한 이를 위한 사진 식각 공정 처리가 필요하게 되어 공정이 복잡하게 된다.

그 결과, 제조비용이 높게 되고, 납의 접착이 약하거나 깨끗하지 않아서 고장이 새기는 경우가 잦아 제품의 신뢰성에도 문제가 따르게 된다.

한편, 종래 솔더링 본딩이 아닌 와이어 본딩(Wire bonding)을 사용한 경우, 전극 단자부의 웨이퍼 가공 공정에 대하여 간략하게 설명한다.

통상적으로, 트랜지스터나 IC를 제조할때 외부로 끌어내는 리이드와 칩사이는 열압착이나 초음파에 의한 와이어 본딩으로 접속하는데, 보통 IC의 칩(본딩 패드라고 불리는 알루미늄 배선의 끝부분)과 용기를 가는 와이어로 접속하는 것을 말한다. IC 기술중에서 가장 중요한 것의 하나로 IC나 트랜지스터와 열화하는 원인은 대부분 이 본딩 부분에 있다.

와이어 본딩에는 열압착법, 초음파법, 납땜법 등이 있는데, 실용의 중심이 되고 있는 것은 Au 또는 Al선의 열압착법과 초음파법이다.

그중, 열압착법은 적당한 압력과 온도하에서 금속이 융점 이하의 온도로 확산되는 것을 이용하는 방법으로 소성변형에 의해서 산화막이 파괴점이 없이 결합한다. 이 확산은 합금화의 성질, 표면상태, 확산계수 등에 의해서 영향을 받는데, 두 금속의 재결정 온도는 낮은 것이 바람직하다.

종래 와이어 본딩의 경우, 웨이퍼 가공 공정에 따른 전극단자부 형성은 기판위에 자성막을 형성한 후, 상기 자성막 상에 니켈(Ni)이나 알루미늄(Al)등을 도금이나 진공 증착 처리하여 형성함으로써, 기판-자성막-전극층의 3층 구조를 갖게 되어 공정에 따른 제조비용이 높게 된다.

[발명의 목적]

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로 자성막이 형성되어 있는 자기 저항 소자의 전극 단자부를 2층 구조로 형성한 뒤 와이어 본딩 함으로써, 공정 간략화에 따른 비용 절감 및 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자기 저항 소자 및 그의 제조방법을 그 목적이 있다.

[발명의 구성]

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 제조방법은 기판에 소정의 두께로 전극 재료를 도포하는 제1공정과 ; 전극 재료가 도포된 상기 기판 전면에 자성막을 도포하는 제2공정과 ; 상기 자성막 상부에 포토레지스트를 도포한 뒤, 노광 현상하여 상기 전극재료의 우측에 위치한 자성막이 소정의 폭을 갖도록 식각하는 제3공정과 ; 상기 제3공정에 의하여 형성된 패턴의 상부에 있는 포토레지스트를 스트립하는 제4공정과 ; 포토 레지스트가 스트리핑된 상기 때문에 상기 패턴에 전면적으로 제1보호층을 도포하는 제5공정과 ; 상기 제1보호층 상부에 포토레제스트를 도포한 뒤, 노광, 현상하여 상기 전극 재료위에 형성되어 있는 상기 보호층 및 자성막을 식각하는 제6공정과 ; 상기 제6공정에서 형성된 상기 패턴상에 제2보호막을 인쇄법을 도포한 뒤, 자기 저항 소자를 한개씩 자르는 제7공정과 ; 제7공정에 의해 형성된 자기 저항 소자의 전극부에 조립 공정으로서 상기 전극과 리드프레임 간에 본딩을 실시하는 제8공정 ; 및 상기 본딩 공정후 본딩부위를 수지로 덮어주고, 패키지화 하기 위해서 트랜스퍼 몰딩을 실시하는 제9공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 절연기판상에 전극이 형성된 자기 저항 소자를 제조하는 공정, 리드 프레임에 상기 자기 저항 소자를 와이어 본딩하는 공정, 및 리드프레임에 와이어 본딩된 자기 저항 소자의 와이어 본딩부만을 수지로 트랜스퍼 몰딩하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자가 제공된다.

또 다른 본 발명에 따르면 절연기판상에 전극이 형성된 자기 저항 소자와, 상기 전극과 도전성 와이어에 의해 상호 접속되는 리드프레임과, 상기 자기 저항 소자의 전극과 리드프레임과를 상호 연결하는 도전성 와이어 주변을 둘러싸는 수지 몰드로 구성되는 것을 특징으로 하는 수지 몰드 성형된 자기 저항 소자가 제공된다.

[작 용]

본 발명은 상술한 수단에 의해 전극 단자부의 구조가 절연체 기판 및 Au 전극층의 2층 구조가 되게 형성시킴으로써, 웨이퍼 가공 공정의 수가 줄어들게 되어 공정의 단순화에 기여할 수 있게 될 뿐 아니라 전극과 리드프레임간을 와이어 본딩 처리 함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

[실시예]

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 제2(a)도 내지 제2(f)도는 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 전극 단자부 제조방법 및 이에 따른 본딩법을 나타내는 도면이며, 제3도는 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 트랜스퍼 몰딩에 의한 패키지 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 실시예에 대해 좀더 상세히 언급하면, 제1공정으로서, 제2(a)도에 도시된 바와 같이 먼저 유리와 같은 절연 기판(1)위에 소정의 두께로 전극 재료인 Au 전극층을 도포한뒤 전극을 형성하도록 패터닝한다. 이때 유리기판의 경우는 곧바로 전극처리를 행할 수 있으나 웨이퍼 가공공정에서 알루미나(Alumina) 기판을 사용할 경우는 알루미나 자체가 소결품이기 때문에 박막 형성에 필요한 평탄도가 나오지 않게 된다. 따라서유리 성분으로 된 페이스트(paste)를 알루미나 표면에 도포하여 베이킹(Baking)한 후 연마에 의하여 평탄도를 갖는 연마된 알루미나를 사용하게 된다.

제2공정으로서, 제2(b)도는 제1공정에서 형성된 Au 전극층(2) 및 노출된 기판 전면(1)에 자성막(3)이 도포된 것을 나타낸다.

그후, 제3공정으로서 상기 제2공정에서 형성된 패턴상에 PR(4)을 도포하고, 소정 모양의 마스크를 이용하여 노광 및 현상한 후 빛을 쪼인 상기 Au 전극층의 우측 부분에 있는 PR을 제거한 뒤 상기 PR층이 제거되어 드러난 하단에 형성된 자성막(3)의 부분을 현상액으로 식각시켜 제2(c)도와 같이 패터닝시킨다.

제4공정으로서, 패터닝후 잔유한 제3공정에서의 PR층(4)을 제2(d)도와 같이 스트리핑 처리한다.

제5공정으로서, 제2(e)도는 상기 제4공정에서 형성된 패턴의 전면에 제1보호층인 SiO₂층(5)을 도포시킨 것을 나타낸다.

계속해서 제6공정으로서, 와이어 본딩을 위해 금속전극이 노출되도록 사진 식각 공정을 다음과 같이 실시한다. 즉, SiO₂(5)가 형성된 상기 기판 전면에 PR을 도포시킨 뒤, 소정모양의 마스크를 이용하여 노광 및 현상하여 먼저, Au 전극층(2)이 형성된 부분의 상부에 위치한 PR을 제거시킨다. 그후, 제거된 PR하단 즉, Au 전극층 윗부분에 형성된 SiO₂보호막 및 자성막을 식각시킨다.

다음 제7공정으로서, 제6공정에 의해 형성된 상기 패턴상에 제2보호층(6)으로 사용되는 에폭시계 물질을 인쇄법으로 도포하고, 이후 자기 저항 소자를 한개씩 자름으로써 웨이퍼 공정의 전극부 패턴(20)을 완료하게 된다.

계속해서 완성된 전극부 패턴의 조립 공정인 제8공정으로서, 상기 Au 전극층(2)과 리드프레임(8)간에 와이어 본딩을 실시한다.

상기 와이어 본딩의 종류는 예컨데, 열압착법, 초음파법, 전자비임법 등이 있는데 본 발명에서는 열압착법을 사용한다.

여기서 열압착법이란, 적당한 압력과 온도하에서 금속이 융점 이하의 온도로 확산되는 것을 이용하는 방법으로 소성 변형에 의해서 산화막이 파괴됨이 없이 결합하는 것으로 뜻한다.

즉, 웨이퍼 가공 공정에서 얻은 자기 저항 소자의 전극부 패턴은 제3도에 도시된 바와 같이 리드 프레임(Lead Frame)에 안착후, Ag나 Au로 도금된 리드프레임과 와이어 본딩을 실시한다.

상기 본딩 공정후 제9공정으로서, 전극부 와이어 본딩 부위를 적당한 물질(일반적으로 에폭시계 물질)로 덮어주고 패키지(Package)화 시켜주어 하나의 완성된 MR소자 제품을 형성하기 위하여 반도체 IC 패키지 방식인 트랜스퍼 몰딩(Transfer Molding)을 실시하여 전극부 시일딩(Shielding) 처리를 완료하게 된다.

[발명의 효과]

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전극 단자부의 구조가 절연체 기판 및 Au 전극층의 2층 구조가 되게 함으로써, 웨이퍼 가공 공정의 수가 줄어들게 되어 공정의 단순화에 기여하게 되고, 또한 조립공정에서 전극과 리드프레임을 와이어 본딩 처리함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (14)

1. 절연기판에 형성되는 자기 저항 소자의 전극부를 형성하는 방법에 있어서, 상기판에 소정의 두께로 전극 재료를 도포하여 전극 패드를 형성하도록 패터닝하는 제1공정, 상기 전극 재료가 형성된 상기 기판 전면에 자성막을 도포하는 제2공정, 상기 전극과 이격된 위치에서 상기 자성막의 일부를 제거하여 기판이 노출되도록 식각하는 제3공정, 상기 제3공정에 의하여 형성된 패턴의 상부에 있는 포토레지스트를 스트리핑하는 제4공정, 포토레지스터가 스트리핑된 상기 기판에 전면적으로 제1보호층을 도포하는 제5공정, 상기 제1보호층 상부에 포토레지스트를 도포한 뒤, 노광 현상하여 상기 전극재료 위에 형성되어 있는 상기 보호층 및 자성막을 식각하는 제6공정, 제6공정에서 형성된 상기 패턴상에 제2보호막을 인쇄법으로 도포한 뒤 자기 저항 소자를 한개씩 자르는 제7공정과, 리드 프레임 간에 본딩을 실시하는 제8공정, 상기 본딩 공정후 본딩 부위를 수지로 덮어주고, 패키지화 하기 위해서 트랜스퍼 몰딩을 실시하는 제9공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극재료는 Al, Au 또는 W로 형성됨을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 보호층은 상기 제1보호층 및 제2보호층으로 형성되고 각각은 SiO₂및 에폭시계 물질로 형성됨을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 전극과 리드프레임간의 본딩은 와이어 본딩으로 이루어짐을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 본딩 부위의 보호 및 패키지화를 위한 수지는 에폭시계 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 전극 단자부는 2층 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 전극단자부는 절연체 기판 및 전극재료로 이루어짐을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
8. 절연기판상에 전극이 형성된 자기 저항 소자를 제조하는 공정, 리드 프레임에 상기 자기 저항 소자를 와이어 본딩하는 공정, 및 리드 프레임에 와이어 본딩된 자기 저항 소자의 와이어 본딩부만을 수지로 트랜스퍼 몰딩하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 자기 저항 소자 전극 단자부 제조공정은 절연기판에 소정 형상의 전극을 형성하는 공정, 상기 전극위에 자성막을 도포하는 공정, 상기 자성막을 소정 형상으로 패턴닝하는 공정, 상기 자성막위에 제1보호층을 형성하는 공정, 상기 전극에 대한 콘택창을 형성하는 공정, 및 상기 패턴위에 제2보호막을 도포하는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 전극은 Al,W,Au중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 자기 저항 소자의 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2보호층을 각각 SiO₂및 에폭시계 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자의 제조방법.
12. 절연기판상에 전극이 형성된 자기 저항 소자와, 상기 전극와 도전성 와이어에 의해 상호 접속되는 리드프레임과, 상기 자기 저항 소자의 전극과 리드프레임과를 상호 연결하는 도전성 와이어 주변을 둘러싸는 수지 몰드로 구성되는 것을 특징으로 하는 수지 몰드 성형된 자기 저항 소자.
13. 제12항에 있어서, 상기 저항소자는, 절연기판의 일측에 형성된 다수의 전극과, 상기전극과 접촉하며 동일 평면상에 소정 형상을 갖는 자기 저항 패턴과, 상기 자기 저항 패턴을 보호하기 위해 상기 자기 저항 패턴위에 형성된 보호막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수지몰드 성형된 자기 저항 소자.
14. 제13항에 있어서, 상기 절연기판은 유리기판 또는 알루미나 판 위에 SiO₂층을 갖는 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지몰드 성형된 자기 저항 소자.