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KR20160007663A - 와이어 본딩 및 그 제조 방법 - Google Patents

와이어 본딩 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20160007663A
KR20160007663A KR1020157036378A KR20157036378A KR20160007663A KR 20160007663 A KR20160007663 A KR 20160007663A KR 1020157036378 A KR1020157036378 A KR 1020157036378A KR 20157036378 A KR20157036378 A KR 20157036378A KR 20160007663 A KR20160007663 A KR 20160007663A
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bonding
bonding wire
wire
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츠요시 하세가와
유지 구로사키
Original Assignee
다츠다 덴센 가부시키가이샤
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Abstract

표면의 변색 및 접합시의 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있고 연속 본딩성이 뛰어나며, 또한 생산성도 뛰어난, 심재에 Ag를 함유하는 본딩 와이어가 제공된다. Ag를 75중량% 이상 함유하는 심재, 및 이 심재의 외주면 위에 형성된 변색 방지층(14)을 가지는 본딩 와이어로서, 변색 방지층이 적어도 1개의 티올기를 가지는 탄소수 8~18의 지방족 유기 화합물 적어도 1종과, 계면활성제 적어도 1종을 함유하는 수용액을 심재의 외주면에 도포함으로써 형성된다.

Description

와이어 본딩 및 그 제조 방법{WIRE BONDING AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 반도체 소자의 전극과, 기판의 전극을 접속하는 본딩 와이어, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, Ag를 주성분으로 하는 심재와, 그 외주면 위에 형성된 변색 방지층을 구비한 본딩 와이어, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 위의 전극과, 기판의 전극의 결선에 이용되는 본딩 와이어는 매우 가늘다. 그 때문에, 도전성이 양호하고, 또한 가공성이 뛰어난 금속 재료가 본딩 와이어의 제조에 요구된다. 특히, 화학적인 안정성, 및 대기 중에서의 취급 용이성 때문에, 종래 Au제의 본딩 와이어가 이용되고 있다. 그러나, Au제의 본딩 와이어는 중량의 99% 이상을 Au가 차지한다. 그 때문에, Au제의 본딩 와이어는 매우 고가이다. 따라서, 보다 저렴한 재료로 제조되는 본딩 와이어를 희망하고 있다.
Ag제의 본딩 와이어는 Au제의 본딩 와이어보다 저렴하다. 또, Ag의 광반사율은 Au의 광반사율 보다도 높다. 그 때문에 Ag제의 본딩 와이어는 LED 등의 발광 효율의 향상에 유효하다.
그렇지만, Ag제의 본딩 와이어의 표면은 황화에 의해 변색하기 쉽다. 변색한 표면을 가지는 Ag제의 본딩 와이어에서는 전극에 대한 접합 불량이 발생하기 쉬워진다. 또, 광반사율이 저하됨으로써 발광 효율이 악화되는 것이 문제가 된다.
이것에 대해서, Ag 표면의 변색을 억제하기 위해, Ag의 심재의 외주면에 Au, Pd, 및 In 등을 포함하는 피복층이 형성된 Ag제의 본딩 와이어가 제안되어 있다(예를 들면, 하기 일본 특개 소51-85669호 공보, 일본 특개 소56-26459호 공보 및 일본 특개 2012-49198호 공보 참조).
일본 특개 소51-85669호 공보 일본 특개 소56-26459호 공보 일본 특개 2012-49198호 공보
그렇지만, 상기 3개의 특허문헌에 개시되어 있는 본딩 와이어에서는 전해법 및 도금법 등에 의해서, Ag의 심재의 외주면에 피복층이 형성된다. 그 때문에, 피복층의 형성에 장시간을 필요로 한다. 그 때문에, 본딩 와이어의 생산성이 큰폭으로 악화되는 것이 문제이다. 나아가서는 Ag 표면에 Ag 이외의 금속 피복층이 형성되면, Ag 본딩 와이어의 특징인 높은 광반사율이 저하된다. 그 때문에, LED 등의 발광 효율이 향상되지 않는 것이 문제이다.
일반적으로 볼 본딩법에 따라 전극을 접속하는 경우, 방전 가열 등에 의해 본딩 와이어의 선단에 형성된 FAB(Free Air Ball)를 한쪽의 전극에 대고 누름으로써 1차 접합을 실시한다. 그 후, 본딩 와이어의 외주면을 다른 쪽의 전극에 대고 눌러 2차 접합을 실시한다. 이때, 상기 3개의 특허문헌에 개시되어 있는 본딩 와이어는 다음과 같은 문제를 갖는다. 즉, 1차 접합시에 형성되는 FAB의 표면 근방에 피복층에 함유되는 금속이 고용(固溶)함으로써 FAB가 경화된다. 그 때문에, FAB를 반도체 소자에 대고 누를 때, 반도체 소자가 손상을 받기 쉬워진다. 또, 2차 접합시에 Ag의 심재와 전극 사이에 개재하는 피복층이 접합을 저해한다. 그 때문에, 접합 불량이 발생하기 쉬워진다. 그 결과, 연속 본딩성이 악화되는 것이 문제이다.
본 발명의 목적은 표면의 변색 및 접합시의 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있고, 또한 연속 본딩성 및 생산성도 뛰어난 Ag제의 본딩 와이어를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 본딩 와이어는 Ag를 75중량% 이상 함유하는 심재, 및 이 심재의 외주면 위에 형성되고, 적어도 1종의 변색 방지제와 적어도 1종의 계면활성제를 함유하는 변색 방지층을 갖는다. 여기서, 변색 방지제는 적어도 1개의 -SH기를 가지는 탄소수 8~18의 지방족 유기 화합물이다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 심재의 외주면 위에 형성된 변색 방지층은 적어도 1종의 변색 방지제와, 적어도 1종의 계면활성제를 함유한다. 여기서, 변색 방지제는 적어도 1개의 -SH기를 가지는 탄소수 8~18의 지방족 유기 화합물이다. 특히, 스풀에 권회(卷回)하는 와이어가 길면 상기 와이어가 장기간 대기 중에 노출된다. 이와 같은 경우에도, 본 발명에 관한 본딩에서는 와이어 표면의 변색을 방지할 수 있다. 또, 이것에 의해 스풀의 교환 주기가 늘어나기 때문에, 본딩 장치의 가동률이 향상된다. 또, 심재의 외주면에 수용액을 도포함으로써 변색 방지층을 형성할 수 있다. 그 때문에, 도금법 등에 비해 간편한 방법에 의해서, 변색 방지층을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 본딩 와이어는 생산성이 뛰어나다.
또, 본 발명에 관한 본딩 와이어의 심재의 Ag 함유량은 75중량% 이상이다. 그 때문에, 본 발명에 관한 본딩 와이어는 Au제의 본딩 와이어보다 높은 광반사율을 갖는다. 그 때문에, LED 등의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서의 변색 방지층은 광을 흡수하는 경우가 거의 없다. 그 때문에, Ag를 함유하는 심재의 광반사율이 저하되지 않는다.
게다가, 본 발명에서의 변색 방지층은 가열에 의해, 심재의 표면으로부터 비산한다. 그 때문에, 예를 들면 볼 본딩법에 따라 접속하는 경우에 FAB 형성시, 및 2차 접합시의 가열에 의해서 심재의 외주면으로부터 변색 방지층이 비산한다. 그 때문에, 본 발명의 본딩 와이어는 FAB의 경화에 의한 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있다. 또한, 2차 접합의 접합 불량이 억제되므로, 본 발명의 본딩 와이어는 연속 본딩성이 뛰어나다.
상기 계면활성제는 비이온 계면활성제 및/또는 양이온 계면활성제여도 된다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 심재는 Au 및 Pd의 적어도 한쪽을 함유해도 된다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 심재는 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 심재는 Cu 및 Ni의 적어도 한쪽을 함유해도 된다.
또, 본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에서는 신선(伸線) 가공된 심재에 대해서 적어도 1회 열처리를 실시한다. 그리고, 모든 열처리의 종료 후에, 적어도 1종의 변색 방지제를 함유하는 수용액을 심재의 외주면에 도포함으로써 상기 외주면 위에 변색 방지층을 형성한다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에서는 모든 열처리의 종료 후에 변색 방지층이 형성된다. 그 때문에, 접합시의 가열에 의해서 비산하는 변색 방지층을 심재의 외주면에 형성할 수 있다. 그 때문에, 얻어진 본딩 와이어의 접합 불량 및 연속 본딩성의 저하를 억제할 수 있다. 또, 본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에서는 변색 방지제를 함유하는 수용액이 심재의 외주면에 도포됨으로써 변색 방지층이 형성된다. 그 때문에, 도금법 등에 비해 간편한 방법에 의해서, 변색 방지층을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법은 뛰어난 생산성을 갖는다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에서는 심재를 스풀에 권취하기 전에 수용액을 심재의 외주면에 도포해도 된다.
상기한 본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에서, 신선 가공한 상기 심재에 대한 모든 열처리가 종료하고, 그 후 상기 심재를 세정한 후에 상기 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포해도 된다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에서는 수용액에 함유되는 변색 방지제는 적어도 1개의 -SH기를 가지는 탄소수가 8~18인 지방족 유기 화합물이어도 된다. 또, 상기 수용액은 추가로 적어도 1종의 계면활성제를 함유해도 된다.
본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에 의하면, 와이어 표면의 변색 및 접합시의 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있고, 또한 연속 본딩성 및 생산성도 뛰어나며 심재에 Ag를 함유하는 본딩 와이어를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 본딩 와이어의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 형태에 관한 본딩 와이어의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도이다.
이하, 도면에 근거해 일실시 형태에 관한 본딩 와이어의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 본딩 와이어(10)는 도 1에 나타내는 바와 같이, Ag를 주성분으로 하는 심재(12)와, 이 심재(12)의 외주면 위에 형성된 변색 방지층(14)을 구비한다.
구체적으로는 심재(12)는 Au제의 본딩 와이어 이상의 광반사율을 달성하도록 Ag를 75중량% 이상 함유한다. 심재(12)는 추가로 Au 및 Pd 중에서 선택된 1종 이상의 원소와, Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유해도 된다. 또, 상기 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소에 더하여, 혹은 이들 대신에 Cu 및 Ni의 적어도 한쪽이 함유되어 있어도 된다.
Au는 FAB의 진구도를 향상시키기 위해서 첨가된다. 통상 순(純) Ag 와이어를 이용해 FAB를 제작하면, 진구도가 높은 FAB를 안정적으로 얻는 것이 어렵다. 그러나, Au를 일정량 첨가함으로써 진구도가 높은 FAB를 얻을 수 있다.
Pd는 1차 접합부의 내식성을 향상시키기 위해서 첨가된다. BGA 등의 반도체 패키지의 전극에는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금이 피복되어 있는 것이 많다. 또, 많은 경우, LED의 전극에는 금 피복이 이용된다. 그러나, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금의 피복재가 이용되기도 한다. 은과 알루미늄을 접합하면, 접합 계면에 은과 알루미늄의 금속간 화합물층이 생성된다. 이 화합물층 중, Ag2Al이 성장하면 습윤 환경 하에서의 내식성이 열화된다. 그러나, Ag 와이어에 Pd가 일정량 첨가되면, FAB의 외주부에 Pd 농화층이 형성된다. 이것에 의해서, Ag2Al의 생성이 억제되기 때문에, 습윤 환경 하에서의 내식성의 열화를 억제할 수 있다.
Au 및 Pd를 각각 단독으로 첨가해도 효과가 있다. 그러나, Pd와 Au를 복합해 첨가하면, 와이어의 융점이 보다 높아진다. 그 때문에, 와이어의 내열성이 높아진다.
심재(12)가 함유하는 Au 및 Pd의 합계량(즉, Au 또는 Pd를 단독으로 첨가하는 경우에는 Au 또는 Pd의 양, Au와 Pd를 복합해 첨가하는 경우에는 Au 및 Pd의 합계량)은 바람직하게는 0.5~10중량%이며, 보다 바람직하게는 1.0~4.0중량%이다. 합계량이 0.5중량% 이상이면, 방전 가열에 의해서 진구상의 FAB가 형성되기 쉽다. 합계량이 10중량% 이하이면, 와이어의 고유 저항이 적절한 범위로 유지된다. 또한, 합계량이 1.0중량% 이상이면, 보다 형상이 안정된 FAB가 얻어진다. 합계량이 4.0중량% 이하이면, 와이어의 고유 저항이 3.0μΩ·cm 이하가 되기 때문에, 보다 양호한 특성을 가지는 와이어가 얻어진다.
또, 심재(12)가 함유하는 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge의 바람직한 합계량은 5~500중량ppm이다. 합계량이 5중량ppm 이상이면, 얻어진 와이어의 강도가 보다 향상된다. 그 때문에, 본딩 후의 수지 몰드시에, 본딩된 와이어가 몰드 수지의 흐름에 의해서 이동한다는 와이어 플로우의 발생을 방지할 수 있다. 합계량이 500중량ppm 이하이면, 방전 가열에 의해서 얻어진 FAB의 형상이 안정됨으로써 양호한 구상의 FAB가 얻어진다.
여기서, Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge 중에서는 극미량의 첨가에 의해 와이어의 내열성 및 강도 향상에 효과를 나타내는 Y가 바람직하다. 또, 첨가 원소와 Ag로 형성되는 화합물이 매트릭스인 Ag 중에 분산해 와이어의 고강도화에 기여하는 점에서 La, Ce가 바람직하다. 또, 입수 용이함의 점에서 Ca, Be, B 및 Ge의 첨가가 바람직하다. 그러나, 사용하기 편리함 및 효과의 관점에서는 Ca의 첨가가 가장 바람직하다.
또한, 고강도화가 필요한 경우, Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge의 첨가에 더하여, Cu 및 Ni의 첨가가 효과적이다. Cu 및 Ni는 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge의 어느 것과도 반응하는 경우 없이, 매트릭스의 Ag와 용이하게 합금화한다. 그 때문에, Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge의 첨가 효과를 해치는 경우는 없다. 그 때문에, Cu 및 Ni는 매트릭스의 고강도화에 기여한다. 또한, 고강도화가 필요한 경우, 상기와 같이 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge와 아울러 Cu 및 Ni를 첨가해도 된다. 다만, Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge로 바꾸고, Cu 및 Ni를 첨가함으로써 와이어의 강도를 향상시킬 수도 있다.
심재(12)가 함유하는 Cu 및 Ni의 바람직한 합계량은 100~10000중량ppm이다. 합계량이 100중량ppm 이상이면, 얻어진 와이어의 강도가 보다 향상된다. 그 때문에, 본딩 후의 수지 몰드시에 본딩된 와이어가 몰드 수지의 흐름에 의해서 이동한다는 와이어 플로우의 발생이 억제된다. 합계량이 10000중량ppm 이하이면, 방전 가열에 의해서 얻어진 FAB의 형상이 안정됨으로써 양호한 구상의 FAB가 얻어진다.
또한, 본딩 와이어(10)의 바람직한 고유 저항값은 2N(99%)의 Au제의 본딩 와이어의 고유 저항값(3.0μΩ·cm) 이하이다. 이 때문에, 심재(12)에 사용하는 Ag의 바람직한 순도는 99.9중량% 이상이다.
변색 방지층(14)은 심재(12)의 외주면에 변색 방지제를 함유하는 수용액을 도포함으로써 형성된다. 본 실시 형태에서는 변색 방지제에 더하여, 적어도 1종의 계면활성제를 추가로 함유하는 수용액을 심재(12)의 외주면에 도포함으로써 형성되어 있다.
본 실시 형태에 이용되는 적어도 1종의 변색 방지제로서는 적어도 1개의 -SH기를 가지고, 탄소수 8~18의 지방족 유기 화합물의 1종 또는 2종 이상이 채용된다. 이 지방족 유기 화합물로서 티오카르복시산을 사용해도 된다. 구체적으로는 1,1,3,3-테트라메틸데칸티올, 1,1,3,3-테트라메틸부탄-1-티올, 1,10-데칸디티올, 1,9-노난디티올, 1-옥탄티올, 1-데칸티올, 1-헥사데칸티올, 1-옥타데칸티올, n-노난티올, t-도데칸티올, t-노난티올, t-헥사데칸티올, 티오올레인산, 티오스테아르산, 티오팔미트산, 티오미리스틴산, 티오옥탄산 및 티오라우르산 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 높은 변색 방지 효과를 가지는 1-헥사데칸티올 및 1-옥타데칸티올이 바람직하다.
또, 본 실시 형태에 이용되는 계면활성제로서는 비이온계 계면활성제 및 양이온계 계면활성제가 채용된다. 이들 계면활성제를 이용함으로써, 상기 변색 방지제의 물에 대한 용해성이 낮은 경우에 안정한 분산액이 조제된다. 또, 심재의 젖음성이 향상됨으로써, 변색 방지제를 함유하는 변색 방지층이 심재에 의해 밀착한다. 이 중 비이온계 계면활성제는 은에 대한 높은 젖음성 향상 효과를 갖는다. 또, 양이온계 계면활성제가 이용되었을 때에는 비이온계 계면활성제가 이용되었을 때보다도 강고한 변색 방지층이 형성되기 쉬운 경향이 있다.
이들 계면활성제의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 구체예로서는 비이온계 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌알킬에테르 RO(CH2CH2O)mH, 지방산 소르비탄에스테르, 알킬폴리글리코시드, 지방산 디에탄올아미드 RCON(CH2CH2OH)2, 및 알킬모노글리세릴에테르 ROCH2CH(OH)CH2OH를 들 수 있다. 양이온계 계면활성제로서는, 예를 들면 알킬트리메틸암모늄염 RN+(CH3)3X-, 및 디알킬디메틸암모늄염 RR'N+(CH3)2X-를 들 수 있다. 이들 계면활성제중 2종 이상을 사용할 수 있다. 또, 비이온계 계면활성제와 양이온계 계면활성제를 병용할 수도 있다.
본 실시 형태에서는 상기 변색 방지제와 상기 계면활성제를 포함하는 수용액을 사용할 수 있다. 단, 변색 방지제는 반드시 물에 완전히 용해되어 있을 필요는 없다. 변색 방지제는 계면활성제에 의해서 분산되어 있어도 된다. 본 실시 형태에 이용되는 수용액은 그러한 분산액도 포함한다.
수용액 중 -SH기를 가지는 변색 방지제의 농도는 바람직하게는 10~500중량ppm, 보다 바람직하게는 30~300중량ppm이다. 농도가 이 범위 내에 있으면, 균일하고 충분한 두께를 가지는 변색 방지층이 형성되기 쉬워진다. 수용액 중의 계면활성제의 사용량은 그 종류에 의존하며, 바람직하게는 100~10000중량ppm이다.
변색 방지층은 바람직하게는 「심재의 외주면 위에 노출부가 남지 않」도록, 심재를 완전히 피복한다. 그 층의 두께는 유의한 변색 방지 효과를 얻기 위해서, 바람직하게는 0.1nm 이상이다. 또, 층의 두께는 2차 접합이 저해되지 않도록 바람직하게는 10nm 이하이다.
다음에, 이와 같은 구성의 본딩 와이어(10)의 제조 방법의 일례를 설명한다.
우선, 순도 99.9중량% 이상의 Ag에 Au 및 Pd를 합계로 1.0~10.0중량% 첨가한다. 또한, 필요에 따라 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge를 합계로 5~500중량ppm 첨가한다. 또한, Cu 및 Ni를 합계량으로 100~10000중량ppm 첨가한다. 이와 같이 하여 Ag 합금을 주조한 후, 연속 주조법으로 소정의 지름의 봉상(棒狀) 잉곳을 제작한다.
그 다음에, 봉상 잉곳을 신선 가공에 의해 소정의 직경(예를 들면, 12~50.8㎛)에 이를 때까지 축경(縮徑)한다. 이와 같이 하여 본딩 와이어(10)의 심재(12)를 성형한다. 또한, 필요에 따라 신선 가공의 도중에 연화 열처리를 실시해도 된다.
그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 신선 가공 후에 스풀(11)에 권취된, 소정의 직경을 가지는 심재(12)가 되감아진다. 그 다음에, 심재(12)는 조질(調質) 열처리를 위해서, 열처리 로(16) 중을 주행한다. 이것에 의해, 모든 열처리가 종료된다. 또한, 조질 열처리는, 예를 들면 심재를 질소 가스 분위기에서, 300~800℃에서 1~10초간 연속 소둔(燒鈍)함으로써 실시된다.
조질 열처리로 모든 열처리가 종료한 후의 심재(12)는 계속해서 수용액조(22)에 모아진 수용액 S 중에 소정 시간(예를 들면, 1~5초간) 침지된다. 수용액 S는 상기 변색 방지제 적어도 1종과 상기 계면활성제 적어도 1종을 함유하고 있다. 심재(12)가 수용액조(22)를 통과하는 동안에, 심재(12)의 외주면에 용액이 도포된다. 이것에 의해, 변색 방지층(14)이 형성된다.
이와 같이 하여 심재(12)의 외주면 위에 형성된 변색 방지층(14)을 구비한 본딩 와이어(10)가 제조된다. 제조된 본딩 와이어(10)는 스풀(20)에 권취된다.
본 실시 형태에 관한 본딩 와이어(10)는 Ag를 75중량% 이상 함유하는 심재(12)의 외주면 위에 변색 방지층(14)을 갖는다. 특히, 스풀에 권회하는 와이어가 길면 상기 와이어가 장기간 대기 중에 노출된다. 이와 같은 경우에도, 본 실시 형태에 관한 본딩 와이어(10)에서는 황화에 의한 변색이 일어나기 어렵다. 그 때문에, 접합 불량을 억제하고 스풀의 교환 주기를 연장시킬 수 있다. 그 때문에, 본딩 장치의 가동률이 향상된다.
또, 심재(12)의 외주면 위에 형성되어 있는 변색 방지층(14)은 가열에 의해 심재(12)의 표면으로부터 비산한다. 그 때문에, FAB의 형성시, 및 2차 접합시의 가열에 의해서, 심재(12)의 외주면으로부터 변색 방지층(14)이 비산한다. 그 때문에, 본 발명의 본딩 와이어에서는 FAB의 경화에 의한 반도체 소자의 손상을 억제할 수 있다. 추가로, 2차 접합의 접합 불량이 억제되므로, 연속 본딩성이 향상된다.
또한, 본딩 와이어(10)에서는 심재(12)에 대한 모든 열처리의 종료 후에 변색 방지층(14)이 형성된다. 그 때문에, 가열에 의해 비산하기 쉬운 변색 방지층(14)이어도 심재(12)의 외주면 위에 형성할 수 있다. 게다가, 변색 방지층(14)은 변색 방지제를 함유하는 수용액 S를 심재(12)의 외주면에 도포함으로써 형성된다. 그 때문에, 변색 방지층(14)은 전해법 및 도금법 등에 비해 간편한 방법에 따라 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법은 생산성이 뛰어나다.
특히, 본 실시 형태에서는 심재(12)에 대한 모든 열처리의 종료 후여도, 상기 심재(12)가 스풀(20)에 권취되기 전에, 변색 방지제를 함유하는 수용액 S가 심재(12)의 외주면에 도포된다. 바꾸어 말하면, 열처리의 종료 직후에 연속해서 심재(12)의 외주면에 변색 방지제를 함유하는 수용액 S가 도포된다. 그 후, 본딩 와이어(10)가 스풀(20)에 권취된다. 그 때문에, 열처리에 의해서, 심재(12)의 외주면에 부착하는 불순물이 이탈한 후에 수용액 S를 도포할 수 있다. 그 때문에, 별도 불순물의 제거 공정을 마련할 필요가 없다. 이것에 의해, 안정적으로 양호한 변색 방지층(14)을 심재(12)에 외주면 위에 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 심재(12)에 대한 모든 열처리의 종료 후여도, 상기 심재가 스풀(20)에 권취되기 전에, 수용액 S가 심재의 외표면에 도포됨으로써 변색 방지층(14)이 형성되는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 지금까지 설명한 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 모든 열처리가 종료한 후, 심재(12)를 일단 스풀에 권취한 후, 심재(12)에 부착하는 박리제 및 신선 윤활제 등의 불순물을 제거하기 위해서, 심재(12)를 세정해도 된다. 그 후, 수용액 S를 심재(12)의 외주면에 도포해 변색 방지층(14)을 형성할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는 심재(12)의 외주면에 변색 방지제를 함유하는 수용액 S를 도포하는 방법으로서, 심재(12)를 수용액 S에 침지하는 방법에 대해 설명했다. 그러나, 이를 대신하여 수용액 S를 적하 혹은 분무에 의해, 심재(12)의 외주면에 도포해도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 어디까지나 예시이다. 이들 실시 형태에 의해, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는 그 밖의 여러 가지 형태로 변형하는 것이 가능하다. 발명의 취지를 일탈하는 경우 없이, 이들 실시 형태에 여러 가지 생략, 치환, 변경 등의 변형을 실시할 수 있다. 이들 실시 형태 및 그 변형도 본 발명의 범위, 즉 특허 청구의 범위에 기재된 발명, 및 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해서 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
순도 99.9중량% 이상의 Ag 원료를 이용하고, 하기 표 1에 나타내는 바와 같은 조성의 은 합금을 용해함으로써 연속 주조법으로 직경 8mm의 봉상 잉곳을 제작했다. 그 후, 신선 가공에 의해, 봉상 잉곳의 직경을 12~50.8㎛까지 축경함으로써 심재를 성형했다.
그리고, 실시예 1~20에서는 신선 가공한 심재의 조질 열처리 종료 직후에 연속해서 변색 방지제 및 계면활성제를 함유하는 수용액을 심재(12)의 외주면에 도포했다. 변색 방지제로서는 1개의 -SH기를 가지는 지방족 유기 화합물인 1-헥사데칸티올(탄소수 15)을 이용했다. 계면활성제로서는 폴리옥시에틸렌트리데실에테르를 이용했다. 이것에 의해, 변색 방지층을 가지는 본딩 와이어를 제작했다.
비교예 1에서는 변색 방지제로서 방향족 유기 화합물인 머캅토벤조티아졸을 이용한 것 이외에는 상기 실시예와 동일한 수법에 의해, 본딩 와이어를 제작했다.
비교예 2에서는 변색 방지제로서 -SH기를 가지지 않는 지방족 유기 화합물인 올레인산 나트륨염(탄소수 18)을 이용한 것 이외에는 상기 실시예와 동일한 수법에 의해 본딩 와이어를 제작했다.
비교예 3에서는 계면활성제를 사용하고 있지 않는 것 이외에는 상기 실시예와 동일한 수법에 의해 본딩 와이어를 제작했다.
비교예 4에서는 신선 가공한 심재의 조질 열처리 전에, 실시예 1과 동일한 수법에 의해 수용액을 도포한 후, 조질 열처리를 실시했다.
비교예 5에서는 신선 가공한 심재의 조질 열처리 후에, 심재의 외주면 위에 변색 방지층을 형성하지 않았다.
Figure pct00001
제작한 실시예 1~20 및 비교예 1~5의 본딩 와이어의 변색성, FAB의 비커스 경도, 연속 본딩성, FAB의 진구도, 고유 저항 및 수지 몰드시의 와이어 플로우를 시험에 의해 평가했다. 평가 방법은 이하와 같다.
(1) 황화 시험
밀폐한 18리터 용기 중에 0.05% 황산암모늄 수용액 100㎖, 및 100mm의 본딩 와이어를 삽입했다. 그 후, 황화수소 가스 중에서 30분간 노출 시험했다.
SERA법(연속 전기 화학 환원법)을 이용하고, 와이어 표면의 황화은 막 두께를 측정함으로써 와이어 표면의 상태를 평가했다. 즉, 와이어 표면에 전해액을 적신 후, 전극으로부터 미소 전류(90μA/cm2)를 흘림으로써 환원 반응을 일으켰다. 와이어 표면의 환원 반응 생성물에 의존하는 황화은 환원 전위가 -0.25 ~ -0.80V 사이에 있는 시간을 측정했다. 이것에 의해, 와이어 표면에 생성되어 있는 황화은의 막 두께를 측정했다.
측정된 황화은 막의 두께가 20Å 이하일 때, 실용상 문제 없다고 하고, 시료를 「A」로 평가했다. 두께가 20Å을 초과할 때, 와이어 표면이 변색됨으로써 접합성 및 신뢰성에 영향을 미친다고 하며, 시료를 「D」로 평가했다.
(2) FAB의 비커스 경도
본딩 장치를 이용하고, 본딩 와이어의 직경의 2배의 직경을 가지는 FAB를 제작했다. 측면에서 FAB의 비커스 경도를 측정했다. 비커스 경도계의 하중을 2gf, 가압 시간을 10초간으로 했다. 비커스 경도가 4N(99.99%) Au 와이어(HV44)의 1.5배(HV66) 이하일 때, 1차 접합시의 칩 크랙 및 패드 벗겨짐 등의 결함이 생기지 않는다고 하고, 시료를 「A」로 평가했다. 비커스 경도가 1.5배를 초과할 때, 용도가 한정된다고 하고, 시료를 「C」로 평가했다.
(3) FAB의 진구도
본딩 장치를 이용하고, 본딩 와이어의 직경의 2배의 직경을 가지는 FAB를 100개 제작했다. FAB의 와이어의 신장 방향 및 이 방향으로 수직인 방향의 직경을 측정했다. 신장 방향의 직경과 상기 수직 방향의 직경의 차이(직경 차이)가 모두 선 지름의 ±10% 이하일 때, 진구에 가깝다고 하고, 시료를 「A」로 평가했다. 90개 이상의 FAB의 직경 차이가 선 지름의 ±10% 이하이며, 또한 1개 이상 10개 이하의 FAB의 직경 차이가 선 지름의 ±10%를 초과하여 ±20% 이하일 때, 거의 문제가 없다고 하고, 시료를 「B」로 평가했다. 다만, 선형의 ±20%를 초과하는 직경의 차이를 가지는 FAB가 하나라도 관측되었을 때는 진구도가 낮기 때문에 용도가 한정된다고 하고, 시료를 「C」로 평가했다.
(4) 고유 저항
4단자법을 이용하여 실온에서의 전기 저항을 측정함으로써 각 와이어의 고유 저항을 구했다. 측정된 고유 저항이 금 본딩 와이어의 고유 저항과 동등 이하이면, 와이어에 흐르는 신호의 전달 속도, 및 반도체 패키지의 성능이 저하되지 않기 때문에, 금 본딩 와이어로의 치환이 가능하다고 간주했다. 즉, 측정된 고유 저항이 3.0μΩ·cm 이하일 때, 용이하게 금 본딩 와이어로의 치환이 가능하다고 하여, 시료를 「A」로 평가했다. 측정된 고유 저항이 3.0μΩ·cm를 초과하여 5.0μΩ·cm 이하일 때, 실용상 문제 없이 금 본딩 와이어로의 치환이 가능하다고 하여, 시료를 「B」로 평가했다. 측정된 고유 저항이 5.0μΩ·cm를 초과할 때, 금 본딩 와이어로의 치환은 곤란하다고 하여, 시료를 「D」로 평가했다.
(5) 수지 몰드시의 와이어 플로우
2mm 길이의 본딩 와이어를 이용해 본딩한 시료를 시판되는 에폭시 수지로 봉지했다. 그 후, X선 비파괴 관찰 장치를 이용해 최대 와이어 플로우량의 측정을 실시했다. 최대 와이어 플로우량을 와이어 길이 2mm로 나누어 얻어진 비율이 2% 미만일 때, 시료를 「A」로 평가했다. 비율이 2% 이상일 때, 사용상의 문제가 있다고 하고, 시료를 「D」로 평가했다.
Figure pct00002
결과는 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1~20의 황화 시험에서는 심재의 외주면이 황화하지 않기 때문에, 변색은 발생하지 않았다. 또, FAB의 비커스 경도, FAB의 진구도, 고유 저항 및 수지 봉지시의 와이어 플로우에 대해서도, 실시예 1~20에서는 양호한 결과가 얻어진다.
한편, 비교예 1~5의 황화 시험에서는 심재의 외주면의 황화에 의한 변색이 보였다. 비교예 1에서 변색 방지제로서 사용한 머캅토벤조티아졸은 본래 변색 방지 효과를 갖는다. 그러나, 이번에 단시간에 처리를 했기 때문에, 충분한 변색 방지 효과가 얻어지지 않았다고 생각된다. 비교예 2에서 변색 방지제로서 사용한 올레인산 나트륨염은 변색 방지 효과를 가지지 않는다고 생각된다. 비교예 3에서 계면활성제를 사용하고 있지 않는 경우에는 와이어와의 젖음성이 나쁘고, 균일한 변색 방지층이 얻어지지 않았다고 생각된다. 비교예 4에서 연화 전에 변색 방지제를 포함하는 수용액을 도포한 경우에는 그 후의 조질 열처리에 의해, 변색 방지층이 비산해 버린 것이라고 생각된다.
또, 본 발명에 관한 본딩 와이어는 이하의 제1~5의 본딩 와이어여도 된다.
상기 제1의 본딩 와이어는 Ag를 75중량% 이상 함유하는 심재와, 이 심재의 외주면을 피복하는 변색 방지층을 가지는 본딩 와이어로서, 상기 변색 방지층이 적어도 1개의 티올기를 가지고 탄소수가 8~18의 범위 내인 지방족 유기 화합물 적어도 1종과, 계면활성제 적어도 1종을 함유하는 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 본딩 와이어이다.
상기 제2의 본딩 와이어는 상기 계면활성제가 비이온 계면활성제 및/또는 양이온 계면활성제인 것을 특징으로 하는 상기 제1의 본딩 와이어이다.
상기 제3의 본딩 와이어는 상기 심재가 Au 및 Pd의 적어도 한쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 제1 또는 2의 본딩 와이어이다.
상기 제4의 본딩 와이어는 상기 심재가 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 제3의 본딩 와이어이다.
상기 제5의 본딩 와이어는 상기 심재가 Cu 및 Ni의 적어도 한쪽을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 제3 또는 4의 본딩 와이어이다.
또, 본 발명에 관한 본딩 와이어의 제조 방법은 이하의 제1~4의 본딩 와이어의 제조 방법이어도 된다.
상기 제1의 본딩 와이어의 제조 방법은 Ag를 75중량% 이상 함유하는 심재와, 이 심재의 외주면을 피복하는 변색 방지층을 가지는 본딩 와이어의 제조 방법으로서, 신선 가공한 상기 심재에 대해, 1회 또는 복수회 열처리를 실시하고, 모든 열처리의 종료 후에, 변색 방지제를 함유하는 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포해 상기 변색 방지층을 형성하는 단계를 특징으로 하는 본딩 와이어의 제조 방법이다.
상기 제2 본딩 와이어의 제조 방법은 신선 가공한 상기 심재에 대한 모든 열처리의 종료 후여도, 스풀에 권취하기 전에 상기 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포하는 것을 특징으로 하는 상기 제1의 본딩 와이어의 제조 방법이다.
상기 제3의 본딩 와이어의 제조 방법은 신선 가공한 상기 심재에 대한 모든 열처리가 종료하고, 그 후 상기 심재를 세정한 후에 상기 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포하는 것을 특징으로 하는 상기 제1의 본딩 와이어의 제조 방법이다.
상기 제4의 본딩 와이어의 제조 방법은 상기 수용액이 적어도 1개의 티올기를 가지고, 탄소수가 8~18의 범위 내인 지방족 유기 화합물 적어도 1종과 계면활성제 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 제1~3의 어느 하나의 본딩 와이어의 제조 방법이다.
본 국제 출원은 2014년 1월 31일에 출원된 일본 특허 출원인 특원 2014-017580호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 상기 일본 특허 출원인 특원 2014-017580호의 전체 내용은 본 국제 출원에 원용된다.
본 발명의 특정한 실시 형태에 대한 상기 설명은 예시를 목적으로 제시한 것이다. 그것들은 망라적이거나 기재한 형태 그대로 본 발명을 제한하거나 하는 것을 의도한 것은 아니다. 수많은 변형이나 변경이 상기한 기재 내용에 비추어 가능한 것은 당업자에게 자명하다.
10…본딩 와이어
12…심재
14…변색 방지층
20…스풀
22…수용액조

Claims (10)

  1. Ag를 75중량% 이상 함유하는 심재, 및
    상기 심재의 외주면 위에 형성되고, 적어도 1종의 변색 방지제와 적어도 1종의 계면활성제를 함유하는 변색 방지층을 가지고,
    상기 변색 방지제가 적어도 1개의 -SH기를 가지는 탄소수 8~18의 지방족 유기 화합물인 본딩 와이어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 계면활성제가 비이온 계면활성제 및/또는 양이온 계면활성제인 본딩 와이어.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 심재가 Au 및 Pd 중 적어도 한쪽을 함유하는 본딩 와이어.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 심재가 Ca, Y, Sm, La, Ce, Be, B 및 Ge로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 본딩 와이어.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 심재가 Cu 및 Ni 중 적어도 한쪽을 함유하는 본딩 와이어.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 심재가 Cu 및 Ni 중 적어도 한쪽을 함유하는 본딩 와이어.
  7. Ag를 75중량% 이상 함유하는 신선 가공된 심재에 대해서 적어도 1회 열처리를 실시하는 단계, 및
    모든 열처리의 종료 후에, 적어도 1종의 변색 방지제를 함유하는 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포함으로써, 상기 심재의 외주면 위에 변색 방지층을 형성하는 단계를 포함하는 본딩 와이어의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 모든 열처리의 종료 후의 상기 심재를 스풀에 권취하기 전에, 상기 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포하는 본딩 와이어의 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 모든 열처리의 종료 후, 또한 상기 수용액을 상기 심재의 외주면에 도포하기 전에, 상기 심재를 세정하는 단계를 포함하는 본딩 와이어의 제조 방법.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변색 방지제는 적어도 1개의 -SH기를 가지는 탄소수 8~18의 지방족 유기 화합물이며, 또한
    상기 수용액은 추가로 적어도 1종의 계면활성제를 함유하는 본딩 와이어의 제조 방법.
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