KR102810270B1

KR102810270B1 - 본딩 와이어의 제조방법 및 이로부터 제조된 본딩 와이어

Info

Publication number: KR102810270B1
Application number: KR1020220182386A
Authority: KR
Inventors: 남홍식; 손경현; 양현식; 박문수; 양승호
Original assignee: 엘티메탈 주식회사
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2025-05-26
Anticipated expiration: 2042-12-22
Also published as: KR20230132355A

Abstract

본 발명은 본딩 와이어의 제조방법 및 이로부터 제조된 본딩 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본딩 와이어의 신선(伸線, Wire Drawing) 후속 공정으로 고압의 가스 또는 액체 등의 유체를 분사하는 세정 공정을 추가함으로써, 본딩 와이어 표면에 잔류하는 신선유 등의 유무기 불순물을 최소화하고 균일한 코팅층을 갖는 본딩 와이어를 제공할 수 있다.

Description

본딩 와이어의 제조방법 및 이로부터 제조된 본딩 와이어 {MANUFACTURING METHOD OF BONDING WIRE AND THE WIRE BODING MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 본딩 와이어의 신선(伸線, Wire Drawing) 후속 공정으로 유체를 분사 하는 세정 공정을 추가함으로써, 본딩 와이어 표면에 잔류하는 신선유 등과 제조 공정 간 발생된 표면 오염물을 최소화하고 본딩 와이어의 신규 제조방법 및 이로부터 제조된 본딩 와이어에 관한 것이다.

반도체 패키지의 제조에 있어서, 반도체 칩과 외부와의 전기적 연결을 위하여 본딩 와이어를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 본딩 와이어는 금, 은, 또는 구리와 같이 전기 전도성이 우수하고 신장성이 우수한 금속으로 구성된다.

일반적으로 본딩 와이어(Bonding wire)는 일정 직경을 가지는 도전성 금속 소재 와이어를 용해, 정제, 신선, 열처리, 권선 등의 공정을 연속적으로 진행하여 제조된다. 상기 와이어의 신선공정 시, 와이어 소재와 다이스(Dies)의 마찰력을 감소시키는 신선유가 반드시 사용된다. 이러한 신선유 성분이 본딩 와이어 표면에 잔류한 상태로 열처리를 실시할 경우, 신선유로부터 유래된 유무기 불순물이 와이어 표면에 흡착하여 와이어의 풀림성을 저하시켜 반도체 불량을 초래한다. 또한 잔류하는 신선유는 최종 본딩 와이어의 직경을 크게 하므로, 반도체 패키지 본딩 시 사용되는 캐필러리(capillary)의 막힘 등을 유발하게 된다. 아울러, 최종 열처리 공정 적용시 와이어의 냉각과 끼임을 방지하는 유기물 코팅층을 본딩 와이어 표면에 도포하게 된다. 이때 와이어 표면에 신선유가 그대로 잔존한 상태에서 유기물 코팅층이 추가로 형성될 경우, 최종 본딩 와이어의 직경이 커져 캐필러리 막힘 등의 불량이 필수적으로 초래된다. 그리고, 신선유에 포함된 Cl, SO₄, PO₄ 등의 성분은 와이어 표면의 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본딩 와이어의 제조공정 중 신선(伸線, Wire Drawing) 공정의 후속 공정으로 유체를 분사하여 세정 효과를 얻는 공정을 추가하여, 본딩 와이어 표면에 잔류하는 신선유 등의 유무기 불순물과 전체 공정 중 발생되는 표면 오염물을 제거하여 균일한 두께와 코팅층을 갖는 본딩 와이어 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 설명될 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 연주 본딩 와이어를 신선 공정, 열처리 공정 및 권선 공정을 거쳐 연속적으로 본딩 와이어를 제조하는 방법에 있어서, 상기 신선 공정에서 열처리 공정으로 이송되는 본딩 와이어에 유체를 분사하여 세정하는 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 유체는 가스 및 액체로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 유체 분사 세정 전 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유무기 불순물의 총량은 150 ㎍/mg을 초과하며, 세정 후 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유무기 불순물의 총량은 10 내지 150 ㎍/mg 범위일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 제조방법은, (i) 연주 본딩 와이어를 제조하는 단계; (ii) 상기 연주 본딩 와이어를 소정 직경으로 1차 신선하는 단계; (iii) 1차 신선된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 1차 열처리하는 단계; (iv) 1차 열처리된 본딩 와이어를 목적하는 직경으로 2차 신선하는 단계; (v) 2차 신선된 본딩 와이어의 표면에 고압의 가스 또는 액체를 분사하여 세정하는 단계; (vi) 세정된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 2차 열처리하는 단계; 및 (vii) 2차 열처리된 본딩 와이어를 권선하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 1차 신선 단계의 단면 감소율은 95 내지 99 %이며, 상기 2차 신선 단계의 단면 감소율은 50% 내지 81% 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 1차 열처리 단계와 상기 2차 열처리 단계는 각각 200 내지 500℃에서 30 내지 60 분 동안 실시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 단계 (v)에서 분사되는 가스는 이산화탄소, 질소, 및 비활성 가스로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 단계 (v)에서 가스의 분사 압력은 65 내지 75 MPa 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 단계 (v)의 액체는 에탄올, 아세톤 및 아이소프로판올로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 단계 (v)에서 액체의 분사 압력은 1 내지 2 bar 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 제조방법은 상기 단계 (vi)와 상기 단계 (vii) 사이에, (vi-1) 2차 열처리된 본딩 와이어 상에 유기물을 코팅하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 단계 (vii)는 권선부에 권선되는 본딩 와이어에 고압의 가스 또는 액체를 분사하여 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 단계 (v)는 일방향으로 이송되는 본딩 와이어의 일측면에 노즐을 배치하여 분사 세정하고, 상기 단계 (vii)는 상기 단계 (v)에서 미세정된 본딩 와이어의 타측면에 노즐을 배치하여 분사 세정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 본딩 와이어는 금, 은, 구리, 알루미늄 및 이들의 1종 이상을 함유하는 합금으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 들면, 상기 본딩 와이어는 열중량 분석으로 측정시, 200℃에서의 중량 감소 비율이 0.35% 미만일 수 있다.

또한 본 발명은 전술한 방법에 의해 제조된 본딩 와이어를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본딩 와이어 제조시 연속 신선 공정 간 외부 오염 및 잔여 신선유를 최소화할 수 있는 유체 분사 세정 공정을 신규 채용함으로써, 잔여 신선유를 제거하여 표면 특성이 우수한 본딩 와이어를 제조할 수 있다. 이에 따라, 반도체 본딩 간 발생되는 불량을 억제하고 고품질의 반도체 패키지를 구현할 수 있다.

또한 기존 본딩 와이어의 연속 제조 설비에 유체 분사 등으로 표면 오염을 제거하는 세정 설비를 용이하게 설치 및 적용할 수 있으므로, 제조공정의 간소화, 작업성 향상, 및 신뢰성 향상 효과를 동시에 발휘할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 보다 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 제조 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 제조 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 본딩 와이어의 제조공정 중 신선 단계와 권선 단계를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이때 본 명세서 전체 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구조를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 본원 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 구성요소들을 서로 구별하고자 사용된 것이다. 그리고, 명세서 전체에서, 평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

아울러, 본 명세서에서 사용되는 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정 환경 하에서 소정의 이점을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 환경 또는 다른 환경 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시 형태를 배제하고자 하는 것은 아니다.

<본딩 와이어의 제조방법>

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 본딩 와이어는 신선공정의 후속공정으로 유체 분사 세정 공정을 실시하는 것을 제외하고는, 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 구체적으로, 전도성 금속 소재를 용해 주조하여 일정 직경을 갖는 도전성 와이어 형상을 제작한 후 신선(인발), 열처리, 권선 등의 공정을 거쳐 목적하는 직경의 본딩 와이어를 제조하되, 상기 신선 공정에서 열처리 공정으로 이송되는 본딩 와이어 표면에 유체(고압의 가스 또는 액체)를 분사하는 세정 공정을 추가 실시한다. 이러한 유체 분사 세정 공정은 신선 공정 실시에 따라 와이어 표면에 잔류하는 신선유 및 전체 제조공정 중 발생된 표면 오염물을 제거하고 그 잔류량을 최소화하여 균일한 표면을 갖는 본딩 와이어를 제조할 수 있다. 이때 세정 공정의 실시 횟수는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 적어도 1회 이상, 구체적으로 2회 내지 3회 정도 실시할 수 있다.

상기 제조방법의 일 실시예를 들면, (i) 연주 본딩 와이어를 제조하는 단계('S10 단계'); (ii) 상기 연주 본딩 와이어를 소정 직경으로 1차 신선하는 단계('S20 단계'); (iii) 1차 신선된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 1차 열처리하는 단계('S30 단계'); (iv) 1차 열처리된 본딩 와이어를 목적하는 직경으로 2차 신선하는 단계('S40 단계'); (v) 2차 신선된 본딩 와이어의 표면에 고압의 가스 또는 액체를 분사하여 세정하는 단계('S50 단계'); (vi) 세정된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 2차 열처리하는 단계('S60 단계'); 및 (vii) 2차 열처리된 본딩 와이어를 권선하는 단계('S70 단계');를 포함하여 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 제조방법의 개략적인 공정 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 상기 제조방법을 각 공정 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.

(i) 연주 본딩 와이어 제조단계('S10 단계')

상기 S10 단계는, 도전성 원자재를 연속 주조 공법을 이용하여 소정 직경을 갖는 연주 본딩 와이어로 제작한다.

도전성 원자재는 본딩 와이어로 사용 가능한 도전성 금속 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로 연성과 전기 전도도가 우수한 금속, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금 합금, 은 합금, 알루미늄 합금, 또는 구리 합금을 포함할 수 있다. 이때 합금(alloy)에 포함되는 금속 성분은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 통상의 금속, 예컨대 주기율표를 기준으로 1족, 2족, 3족, 전이금속 및/또는 귀금속 등을 적어도 1종 이상 포함할 수 있다.

또한 도전성 원자재는 99.9% 이상의 순도를 가질 수 있으며, 구체적으로 99.99% 이상, 보다 구체적으로 99.999% 이상의 순도일 수 있다.

전술한 도전성 원자재를 당 분야에 공지된 통상의 정제, 용해 및 주조 공정을 거치면 소정 직경을 갖는 봉 형태의 도전성 로드(Rod)가 제작될 수 있다.

(ii) 1차 신선 단계('S20 단계')

상기 S20 단계는, 도전성 로드를 신선공정을 거쳐 규격에 맞게 와이어 형상으로 가공하는 단계이다.

신선(인발) 공정은 선재나 가는 파이프를 만들기 위한 금속 가공법 중 하나로서, 금속 원자재를 보다 단면적이 작은 다이스(dies) 사이로 통과시켜 기계력에 의해 잡아당김으로써 단면적을 줄이고, 길이 방향으로 늘려 원하는 형상과 크기의 와이어로 변형하는 공정이다. 즉, 원자재가 통과하는 다이스의 구경과 같은 형상과 직경을 갖는 단면 제품을 얻게 된다. 이러한 신선공정은 열간신선과 냉간신선 등이 있는데, 이들을 각각 단독으로 실시하거나 또는 모두 실시할 수 있다.

상기 S20 단계의 일 구체예를 들면, 순도 99.90% 이상의 도전성 원자재를 단독 다이스를 이용하여 1차 신선공정을 진행하면, Φ2~10의 도전성 원자재를 직경 0.35 내지 0.1 mm까지 가공이 가능하다.

이때 1차 신선 단계의 단면 감소율은 95 내지 99 %이며, 구체적으로 98 내지 99 % 일 수 있다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않으며, 원하는 치수를 고려하여 적절히 조절할 수 있다.

(iii) 1차 열처리 단계('S30 단계')

상기 S30 단계는, 1차 신선된 와이어에 연속적인 열처리를 가함으로써 신선으로 하드(hard)해진 와이어를 소프트(soft)하게 물성을 조절하게 된다. 또한 신선가공에 의한 가공응력을 제거하고 크래킹(cracking)을 방지할 수 있다.

열처리 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 통상의 방법 및 그 조건을 실시할 수 있다. 일례로, 이송 중인 와이어를 소정의 온도로 기설정된 열처리 설비를 통과하는 방식으로 실시할 수 있다. 이때 열처리 온도는 특별히 제한되지 않으며, 사용하는 와이어 재료에 따라 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 200 내지 500℃일 수 있다. 또한 와이어의 산화를 방지하기 위해서, 열처리 설비 내에 Ar, 질소 가스 등을 연속적으로 주입하여 비활성 분위기 하에서 열처리를 실시할 수 있다.

(iv) 2차 신선 단계('S40 단계')

상기 S40 단계는, 1차 열처리된 와이어에 2차 신선공정을 실시하여 목적하는 직경에 맞게 가공하는 단계이다.

1차 신선 단계에서는 단독 신선기를 이용하여 소정 직경을 구성한 것에 비해, 2차 신선단계에서는 복수 개의 신선용 다이스(dies)가 배열된 연속 신선 설비를 거쳐 목적하는 직경을 가진 와이어를 제조할 수 있다.

이때 2차 신선공정의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 선속 100 내지 200m/min으로 실시될 수 있다. 또한 2차 신선 단계의 단면 감소율은 50% 내지 81%이며, 구체적으로 70% 내지 81% 일 수 있다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않으며, 원하는 치수를 고려하여 적절히 조절할 수 있다.

상기 2차 신선단계를 거치면 10 내지 100 ㎛, 구체적으로 20 내지 100 ㎛의 직경을 가진 와이어를 얻을 수 있다.

(v) 유체 분사 세정 단계('S50 단계')

상기 S50 단계는, 2차 신선된 와이어에 유체(fluid), 즉 고압의 가스 또는 액체를 분사하여 와이어 표면을 세정한다.

구체적으로, 본딩 와이어는 신선(인발) 공정에 의하여 야기되는 가공 경화를 완화하기 위하여 열처리(annealing)되는 것이 일반적이다. 그러나 신선 공정 중에 사용되는 신선유는 유무기 불순물을 포함하는데, 이러한 유무기 불순물이 본딩 와이어의 표면에 잔류한 상태에서 열처리 과정을 거칠 경우 본딩 와이어의 표면에 열압착될 수 있다. 이와 같이 열압착된 불순물은 열처리 처리 후의 세척과정에서 본딩 와이어로부터 제거되기 어려울 수 있으며, 이에 따라 본딩 와이어의 불량을 야기하게 된다.

이에, 본 발명에서는 신선 공정에서 열처리 공정 방향으로 연속 이송되는 와이어 표면의 일부 또는 전부에 유체(고압의 가스 또는 액체)를 분사하여 세정 공정을 실시한다. 이에 따라, 신선유 등으로부터 유래된 유무기 불순물을 제거하거나 또는 그 함량을 최소화함으로써 반도체 패키지 본딩시 고품질을 확보할 수 있다.

여기서 유무기 불순물은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 탄소계 유기성분, 할로겐 성분, 및/또는 무기산 유래의 무기성분을 모두 포함할 수 있다.

상기의 세정 공정은 신선 설비와 열처리 설비 사이에 고압의 가스 또는 액체를 분사하는 설비를 설치함으로써 이루어질 수 있다.

유체 분사 세정 공정에 사용되는 가스 또는 액체는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 성분을 사용할 수 있다. 사용 가능한 가스의 비제한적인 예로는 에탄올, 아세톤 및 아이소프로판올로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한 액체의 비제한적인 예로는 에탄올, 아세톤, 및 아이소프로판올로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

한편 분사되는 유체의 압력이 너무 낮으면 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유무기 불순물을 제거할 수 없으며, 반대로 너무 높을 경우 고압에 의해 본딩 와이어 표면이 밀리거나 쏠리는 현상이 발생하여 표면이 불균일해지는 문제점이 초래될 수 있다. 이에 따라, 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유무기 불순물을 비산 및 제거하면서, 표면의 균일성을 유지할 수 있는 분사 압력으로 조절하는 것이 바람직하다. 이때 유체의 분사 압력은 적용하는 유체의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있다. 일례로, 가스 분사 세정 시 압력은 50 내지 75 MPa 일 수 있으며, 구체적으로 60 내지 75 MPa 일 수 있다. 세정 효과를 높이기 위해서, 전술한 가스는 당 분야에 공지된 통상의 캐리어 가스와 혼용될 수 있다. 이때 캐리어 가스의 성분과 압력은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 일반 공기(air)를 0.09 내지 0.10 bar 범위로 사용할 수 있다. 또한, 액체 분사 세정 시 노즐의 형상에 따라 1~2bar의 범위에서 사용할 수 있다.

상기 유체 분사 세정 공정을 거친 본딩 와이어는 비(非) 세정된 본딩 와이어 대비 낮은 유무기 불순물 함량을 가질 수 있다.

일 구체예를 들면, 세정 전 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유무기 불순물의 총량은 150 ㎍/mg을 초과하며, 세정 공정 후 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유무기 불순물의 총량은 10 내지 150 ㎍/mg 범위일 수 있다. 구체적으로, 유체 분사 세정 전 본딩 와이어 표면에 포함된 총 유기 탄소량은 300 ㎍/mg 이상, 최대 430 ㎍/mg 수준까지 포함될 수 있으며, 유체 분사 세정 후 본딩 와이어 표면에 잔류하는 유기 불순물의 총량은 10 내지 120 ㎍/mg 범위로 포함될 수 있다.

(vi) 2차 열처리 단계('S60 단계')

상기 S60 단계는, 세정이 완료된 본딩 와이어에 열처리를 가하여 요구 사양에 맞게 물리적/기계적 성질을 조절하는 단계이다. 즉, 열처리 온도를 조절함으로써 최종 본딩 와이어의 강도(breaking load)와 연신율(elongation)을 조절할 수 있다.

상기 2차 열처리 단계의 온도 범위와 조건은 전술한 1차 열처리 단계와 동일하게 적용될 수 있으므로, 별도의 설명은 생략한다.

(vii) 권선 단계('S70 단계')

상기 S70 단계는, 열처리된 본딩 와이어를 권선부에 귄취하여 최종 제품의 제조를 완료한다.

이때 권선 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야에 공지된 통상의 권취기를 사용할 수 있다. 또한 스풀 크기(spool size), 권선 방향 및 작업 조건은 고객 니즈에 따라 적절히 조절 가능하다.

한편 본 발명에서는 본딩 와이어를 권선부에 권선하되, 권선되는 본딩 와이어에 유체(고압의 가스 또는 액체)를 분사하여 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 권선 단계에서 실시되는 세정 조건은 전술한 단계 S50 단계의 세정 조건과 동일하게 적용될 수 있으므로, 별도의 설명은 생략한다.

보다 구체적인 일례를 들면, 상기 권선단계의 세정 공정은 일방향으로 이송되는 본딩 와이어의 일측면을 1차 분사하여 세정하고, 상기 1차 정시 미세정된 본딩 와이어의 타측면에 분사하여 2차 세정하는 것일 수 있다. 일례로, 본딩 와이어의 일측면과 타측면은 각각 이송 중인 와이어의 하부면과 상부면일 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다.

전술한 방법을 거쳐 제조된 본딩 와이어의 직경은 10 내지 100 ㎛이며, 구체적으로 20 내지 100 ㎛일 수 있다. 그러나 이에 특별히 제한되지 않으며, 원하는 치수를 고려하여 적절히 조절할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 본딩 와이어 제조공정의 변형예에 관하여 도 2를 참조하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 본딩 와이어의 공정 순서도를 간략히 도시한 것으로, 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하 도 2에 대한 설명에서는 도 1과 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점에 대해서만 설명한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 본딩 와이어는 2차 열처리 단계('S60 단계')와 권선 단계('S70 단계') 사이에, 2차 열처리된 본딩 와이어 상에 유기물을 코팅하는 단계('S65 단계')를 더 포함한다.

상기 제조방법의 일 실시예를 들면, (i) 연주 본딩 와이어를 제조하는 단계('S10 단계'); (ii) 상기 연주 본딩 와이어를 소정 직경으로 1차 신선하는 단계('S20 단계'); (iii) 1차 신선된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 1차 열처리하는 단계('S30 단계'); (iv) 1차 열처리된 본딩 와이어를 목적하는 직경으로 2차 신선하는 단계('S40 단계'); (v) 2차 신선된 본딩 와이어에 가스 또는 액체를 분사하여 본딩 와이어 표면을 세정하는 단계('S50 단계'); (vi) 세정된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 2차 열처리하는 단계('S60 단계'); (vi-1) 2차 열처리된 본딩 와이어 상에 유기물을 코팅하는 단계('S65 단계'); 및 (vii) 2차 열처리된 본딩 와이어를 권선하는 단계('S70 단계');를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 S65 단계는, 최종 열처리된 와이어의 표면에 유기물 코팅층을 형성하는 단계이다.

이러한 유기물은 최종 열처리 공정 적용시 와이어의 냉각과 끼임을 방지하는 기능을 할 수 있다면, 그 성분 및 함량 등에서 특별히 제한되지 않는다. 이때 유기물 코팅층의 두께가 너무 얇을 경우 원하는 효과를 발휘할 수 없게 되며, 반대로 너무 두꺼울 경우 최종 본딩 와이어 직경 증가, 캐필러리 막힘 등의 문제점이 발생될 수 있다. 이에 따라, 와이어 표면에 형성된 유기물 코팅층의 두께는 500 ㎚이하, 구체적으로 200 내지 300 ㎚ 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 또한 코팅 방법 역시 당 분야에 공지된 통상의 도포 방법을 자유롭게 적용할 수 있다.

상기 S65 단계를 거쳐 제조된 본딩 와이어는, 세정 공정을 통해 잔존하는 유무기 불순물이 제거된 후 유기물 코팅층이 형성된 것이므로, 코팅층의 성분 및 두께 면에서 균일한 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 반도체 패키지 본딩 공정시 발생되는 불량이 최소화되어 고품질 및 높은 신뢰성을 제공할 수 있다.

그 외, 도 2의 실시예에 따른 본딩 와이어 제조방법 및 그 조건에 대한 설명은 도 1의 일 실시예에 따른 설명이 그대로 적용될 수 있다.

한편 본 발명에서는 2차 신선단계와 2차 열처리 단계 사이에 세정 공정을 실시하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나 이에 특별히 제한되지 않는다. 그 외 1차 신선공정과 1차 열처리 공정 사이에 세정 공정을 실시하거나, 또는 1차 신선단계와 1차 열처리 단계 사이에 1차 세정 공정을 실시하고, 이어서 2차 신선단계와 2차 열처리 단계 사이에 2차 세정 공정을 모두 실시하는 것도 본 발명의 범주에 속한다. 또한 세정 공정 시 이송 중인 와이어 표면의 전부, 즉 와이어의 일측면과 타측면을 동시에 세정하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.

상기와 같이 제조된 본딩 와이어는 잔류 신선유로부터 유래된 유무기 불순물에 의해 초래되는 문제점, 예컨대 와이어 풀림성 저하, 최종 본딩 와이어 직경 증가, 캐필러리 막힘 등을 근본적으로 해소할 수 있으며, 고품질의 반도체 패키지를 확보할 수 있다.

일 구체적 예를 들면, 세정 공정을 거친 본 발명의 본딩 와이어는 열중량 분석으로 측정시, 200℃에서의 중량 감소 비율이 0.35% 미만일 수 있으며, 구체적으로 0.3% 이하, 보다 구체적으로 0.2% 이하일 수 있다.

전술한 본 발명의 본딩 와이어는 반도체 패키지 분야에 유용하게 적용될 수 있다. 일례로 트랜지스터, IC, LSI 등의 반도체 소자의 칩 전극과 외부 리드와의 접속에 사용되는 결합용 와이어로 사용될 수 있으며, 그 외 와이어를 통한 결합이 요구되는 다양한 분야에 적용 가능하다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

99.9% 이상의 순도를 가진 전도성 금속 소재를 고 진공 용해로를 이용하여 1100℃ 이상의 온도에서 용해 연속 주조하였다. 그 후 냉각 자켓을 통과시켜 고형화하여 직경 7 ~ 9 mm의 와이어로 제작하였다. 제작된 와이어 형상의 원 소재를 단독 신선 작업하여 소정 직경(예, 1~2 mm)까지 1차 신선하였다. 이후 가공 공정 간 발생된 결함을 최소화하기 위해 200~500℃에서 1차 열처리를 실시하였다. 이때 산화방지를 위하여 열처리 설비 내에 불활성 가스(N₂ 또는 Ar)를 연속적으로 주입하였다. 이어서 복수 개의 다이스(dies)를 세트로 구성된 연속 신선 설비에 선속 100~200m/min으로 2차 신선을 실시하여 직경 20~100 ㎛의 본딩 와이어를 제작하였다.

2차 신선 단계에서 본딩 와이어의 표면에 잔류하는 신선유 등의 유무기 오염층을 제거하기 위해, 와이어 표면에 CO₂가스를 Blow시켜 비산 또는 건조를 통해 유무기 불순물을 제거하였다. 유무기 불순물을 제거하는 가스 블로우(Gas blow) 세정 시 분사되는 Gas의 압력은 65~75 MPa로 사용하였다. 이어서 2차 열처리 공정과 권선 공정을 실시하였다.

[실시예 2]

신선 후 세정 공정 시 N₂ 가스를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 2의 본딩 와이어를 제조하였다.

[실시예 3]

신선 후 세정 공정 시 He 가스를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 3의 본딩 와이어를 제조하였다.

[실시예 4]

신선 후 세정 공정 시 와이어 표면에 잔류하는 신선유 등의 유무기 오염층을 제거하기 위해, 에탄올을 분사하여 오염물의 비산 또는 건조를 통해 유무기 불순물을 제거하였다. 유무기 불순물을 제거 세정 공정 시 분사되는 에탄올의 압력은 1.5 bar의 압력으로 분사하여 적용하였다. 이어서 2차 열처리 공정과 권선 공정을 동일하게 실시하였다.

[비교예 1]

세정 공정 없이, 실시예 1과 같이 신선, 열처리 및 권선 공정을 실시하여 18㎛ ~ 100 ㎛ 직경을 갖는 비교예 1의 본딩 와이어를 제조하였다.

[비교예 2]

신선이 완료된 본딩와이어를 DI Water가 담긴 조를 통과시켜, DI Water로 표면 세정을 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같이 신선, 열처리 및 권선 공정을 실시하여 18㎛ ~ 100 ㎛ 직경의 비교예 1의 본딩 와이어를 제조하였다.

[실험예 1. 물성 평가]

실시예 1 내지 3 및 비교예 1~2에서 제조된 본딩 와이어를 이용하여 하기와 같이 물성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 중량 변화

본딩 와이어를 샘플링하여 초기 중량(M1)을 측정하였으며, 이후 열분석기를 활용하여 분석하였다. 측정 조건은 Air 분위기 상에서 250℃까지 가열한 후 200℃ 지점까지의 후기 중량(M2)을 측정하였다. 이어서, 초기 중량(M1) 대비 후기 중량(M2)의 감소량을 비율로 산출하여 중량 변화를 측정하였다.

(2) 유무기 불순물 함량 측정

본딩와이어 열분석기 측정 시 200℃ 지점까지의 초기 중량(M1) 대비 후기 중량(M2)의 감소량을 유무기 불순물의 휘발량으로 산출하였다.

	세정 후 본딩와이어		세정 전 본딩 와이어
	열중량 분석 변화 (wt%)	유무기 불순물 총량 (㎍/mg)	열분석 중량 변화 (wt%)	유무기 불순물 총량 (㎍/mg)
실시예 1	0.01	10	0.47	470
실시예 2	0.11	110	0.43	430
실시예 3	0.08	80	0.45	450
실시예 4	0.08	80	0.43	430
비교예 1	0.46	460	0.50	500
비교예 2	0.35	350	0.48	480

[실험예 2. 유체 분사 세정 실시에 따른 신선유 함량 변화]

신성공정 이후 유체 분사 세정 실시에 따른 신선유 성분 및 함량 변화를 확인하였다. 하기 표 2는 실시예와 비교예의 본딩 와이어의 이온 크로마토그래피 측정 결과 및 세정 실시에 따른 할로겐 및 무기산의 잔존량 측정 결과이다.

분석 이온 (ppm)		실시예 1 본딩 와이어의 IC 측정 결과	실시예 2 본딩 와이어의 IC 측정 결과	비교예 1 본딩 와이어의 IC 측정 결과	비교예 2 본딩 와이어의 IC 측정 결과
할로겐	Cl^-	3.9	2.4	51	30
할로겐	F^-	0.9	1.4	12	8
무기산	SO₄ ^-2	ND	ND	101	88
	PO₄ ^-3	ND	ND	41	76
	NO₃ ^-	2.4	2.9	28	12

Claims

연주 본딩 와이어를 신선 공정, 열처리 공정 및 권선 공정을 거쳐 연속적으로 본딩 와이어를 제조하는 방법에 있어서,
상기 제조방법은,
(i) 연주 본딩 와이어를 제조하는 단계;
(ii) 상기 연주 본딩 와이어를 소정 직경으로 1차 신선하는 단계;
(iii) 1차 신선된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 1차 열처리하는 단계;
(iv) 1차 열처리된 본딩 와이어를 목적하는 직경으로 2차 신선하는 단계;
(v) 2차 신선된 본딩 와이어의 표면에 고압의 가스 또는 액체를 분사하여 세정하는 단계;
(vi) 세정된 본딩 와이어를 비활성 분위기 하에서 2차 열처리하는 단계; 및
(vii) 2차 열처리된 본딩 와이어를 권선하는 단계;를 포함하며,
상기 단계 (v)는
(v-1) 에탄올, 아세톤, 아이소프로판올 및 이들의 1종 이상의 혼합물로 구성되고, 물을 제외하는 액체를 1 내지 2bar의 압력으로 분사하여 세정하거나, 또는
(v-2) 이산화탄소, 질소, 비활성 가스 및 이들의 혼합 가스로 구성되는 가스를 65 내지 75 MPa의 압력으로 분사하여 세정하며,
제조된 본딩 와이어를 열중량 분석으로 측정 시, 200℃에서의 중량 감소 비율이 0.3% 이하인 것을 특징으로 하는, 본딩 와이어의 제조방법.
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제1항에 있어서,
세정 전 본딩 와이어의 표면에 잔류하는 유무기 불순물의 총량은 150 ㎍/mg을 초과하며,
세정 후 본딩 와이어의 표면에 잔류하는 유무기 불순물의 총량은 10 내지 150 ㎍/mg 인, 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 1차 신선 단계의 단면 감소율은 95 내지 99 %이며,
상기 2차 신선 단계의 단면 감소율은 50% 내지 81%인, 본딩 와이어의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 열처리 단계와 상기 2차 열처리 단계는 각각 200 내지 500℃에서 30 내지 60 분 동안 실시되는, 본딩 와이어의 제조방법.
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제1항에 있어서,
상기 제조방법은 상기 단계 (vi)와 상기 단계 (vii) 사이에,
(vi-1) 2차 열처리된 본딩 와이어 상에 유기물을 코팅하는 단계;를 더 포함하는, 본딩 와이어의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (vii)는 권선부에 권선되는 본딩 와이어에 고압의 가스 또는 액체를 분사하여 세정하는 것인, 본딩 와이어의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 단계 (v)는 일방향으로 이송되는 본딩 와이어의 일측면을 분사 세정하고,
상기 단계 (vii)는 상기 단계 (v)에서 미세정된 본딩 와이어의 타측면을 분사 세정하는 것인, 본딩 와이어의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 본딩 와이어는 금, 은, 구리, 알루미늄 및 이들의 1종 이상을 함유하는 합금으로 구성된 군에서 선택되는 것인, 본딩 와이어의 제조방법.
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