KR102265873B1 - 코팅된 와이어 - Google Patents

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시 장
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수아트 텡 탄
진 지 랴오
단 수
치 웨이 톡
무랄리 사란가파니
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Abstract

본 발명은, 표면과 상기 표면 상에 중첩된 코팅층을 갖는 와이어 코어를 포함하는 와이어로서, 상기 와이어 코어 자체는:
(a) 99.99 내지 100 중량% 범위의 양으로 (a1) 은을 포함하고, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (a2) 추가 성분을 포함하는 순은, 또는
(b) 99.49 내지 99.997 중량% 범위의 양으로 (b1) 은을 포함하고, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (b2) 적어도 하나의 도핑 원소를 30 이상 5000 미만 중량 ppm의 총량으로 포함하며, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (b3) 추가 성분을 포함하는 도핑된 은, 또는
(c) 89.99 내지 99.5 중량% 범위의 양으로 (c1) 은을 포함하고, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (c2) 적어도 하나의 합금 원소를 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함하며, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (c3) 추가 성분을 포함하는 은 합금, 또는
(d) 89.49 초과 99.497 이하 중량% 범위의 양으로 (d1) 은을 포함하고, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (d2) 적어도 하나의 도핑 원소를 30 이상 5000 미만 중량 ppm의 총량으로 포함하며, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (d3) 적어도 하나의 합금 원소를 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함하고, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (d4) 추가 성분을 포함하는 도핑된 은 합금
을 포함하고, 상기 적어도 하나의 도핑 원소(d2)는 상기 적어도 하나의 합금 원소(d3)와 다르며,
임의의 추가 성분의 개별적 양은 30 중량 ppm 미만이고,
임의의 도핑 원소의 개별적 양은 적어도 30 중량 ppm이며,
중량% 및 중량 ppm 단위의 모든 양은 상기 코어의 총 중량에 기초하고,
상기 코팅층은 1 내지 1000 ㎚ 두께의 내부 금 층과 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 인접하는 외부 팔라듐 층을 포함하는 이중 층, 또는 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 내부 팔라듐 층과 200 초과 1000 이하 ㎚ 두께의 인접하는 외부 금 층을 포함하는 이중 층인 것인 와이어를 제공한다.

Description

코팅된 와이어
본 발명은 은 또는 은계 코어와 상기 코어의 표면에 중첩된 코팅층을 포함하는 코팅된 와이어에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기한 코팅된 와이어를 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
전자 장치 용례 및 마이크로전자 장치 용례에 있어서 본딩 와이어를 사용하는 것은 잘 알려진 최신 기술이다. 본딩 와이어는 초기에 금으로 제조되었지만, 현재는 구리, 구리 합금, 은 및 은 합금 등과 같은 더 저렴한 재료가 사용된다. 이러한 와이어는 금속 코팅을 가질 수 있다.
와이어의 기하학적 구조와 관하여, 매우 흔한 것은 원형 단면의 본딩 와이어와 거의 직사각형의 단면을 갖는 본딩 리본이다. 상기한 두 가지 타입의 와이어의 기하학적 구조는, 특정 용례에 유용하다고 하는 장점을 갖는다.
본 발명의 과제는, 와이어 본딩 용례에 사용하기에 적합한 코팅된 은 또는 은 합금 와이어로서, FAB(free air ball) 형성, 내식성 및 접합 성능이 뛰어날 뿐만 아니라 예를 들어 우수한 신뢰도 성능, 초미세 피치 요건을 충족하는 향상된 본딩된 볼 형상, 향상된 제2 본드 윈도우 등을 비롯한 와이어 본딩 용례와 관련이 있는 특성들의 전반적으로 잘 균형잡힌 스펙트럼을 또한 나타내는 와이어를 제공하는 것이다.
카테고리-형성 청구범위의 청구 대상이 상기한 과제의 해결 방안에 공헌한다. 카테고리-형성 청구범위의 종속 청구항은 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내고, 그 청구 대상도 또한 전술한 과제의 해결에 공헌한다.
제1 양태에서, 본 발명은, 표면과 상기 표면 상에 중첩된 코팅층을 갖는 와이어 코어(이하에서는 줄여서 "코어"라고도 함)를 포함하는 와이어로서, 상기 와이어 코어 자체는:
(a) 99.99 내지 100 중량% 범위의 양으로 (a1) 은을 포함하고, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (a2) 추가 성분(은 이외의 성분)을 포함하는 순은, 또는
(b) 99.49 내지 99.997 중량% 범위의 양으로 (b1) 은을 포함하고, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (b2) 적어도 하나의 도핑 원소를 30 이상 5000 미만 중량 ppm의 총량으로 포함하며, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (b3) 추가 성분(은, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄 이외의 성분)을 포함하는 도핑된 은, 또는
(c) 89.99 내지 99.5 중량% 범위의 양으로 (c1) 은을 포함하고, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (c2) 적어도 하나의 합금 원소를 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함하며, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (c3) 추가 성분(은, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄 이외의 성분)을 포함하는 은 합금, 또는
(d) 89.49 초과 99.497 이하 중량% 범위의 양으로 (d1) 은을 포함하고, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (d2) 적어도 하나의 도핑 원소를 30 이상 5000 미만 중량 ppm의 총량으로 포함하며, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (d3) 적어도 하나의 합금 원소를 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함하고, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (d4) 추가 성분(은, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄 이외의 성분)을 포함하는 도핑된 은 합금
을 포함하고, 상기 적어도 하나의 도핑 원소(d2)는 상기 적어도 하나의 합금 원소(d3)와 다르며,
임의의 추가 성분의 개별적 양은 30 중량 ppm 미만이고,
임의의 도핑 원소의 개별적 양은 적어도 30 중량 ppm이며,
중량% 및 중량 ppm 단위의 모든 양은 상기 코어의 총 중량에 기초하고,
상기 코팅층은 1 내지 1000 ㎚ 두께의 내부 금 층(기층)과 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 인접하는 외부 팔라듐 층(상층)을 포함하는 이중 층, 또는 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 내부 팔라듐 층과 200 초과 1000 이하 ㎚ 두께의 인접하는 외부 금 층을 포함하는 이중 층인 것인 와이어에 관한 것이다.
본 발명의 와이어는 바람직하게는 마이크로전자 장치에서의 본딩을 위한 본딩 와이어이다. 와이어는 바람직하게는 일체형 물체이다. 본 발명의 와이어에 유용한 것으로 보이는 여러 형상이 알려져 있다. 바람직한 형상은 - 단면도에서 보아 - 원형, 타원형 및 직사각형 형상이다. 본 발명의 경우, 원형 단면과 얇은 직경을 갖는 본딩 와이어가 바람직하지만, 용어 "본딩 와이어"는 모든 단면의 형상 및 모든 통상의 와이어 직경을 포함한다. 평균 단면은 예를 들어 50 내지 5024 ㎛2 또는 바람직하게는 110 내지 2400 ㎛2의 범위이고; 따라서 바람직한 원형 단면의 경우에, 평균 직경은 예를 들어 8 내지 80 ㎛ 또는 바람직하게는 12 내지 55 ㎛의 범위이다.
와이어 또는 와이어 코어의 평균 직경 또는, 간단히 말하자면, 직경은 "사이징 방법"에 의해 얻어질 수 있다. 이 방법에 따라 소정 길이에 대한 와이어의 물리적 중량이 결정된다. 이 중량에 기초하여, 와이어 또는 와이어 코어의 직경은 와이어 재료의 밀도를 이용하여 산출된다. 상기 직경은 특정 와이어의 다섯 토막에 대한 5개의 측정값의 산술 평균으로서 산출된다.
전술한 바에 따라, 와이어 코어는 각각 앞서 개시된 조성을 갖는 (a) 순은, (b) 도핑된 은, (c) 은 합금, 또는 (d) 도핑된 은 합금을 포함한다. 본 발명의 와이어의 코어는 0 내지 100 중량 ppm, 예를 들어 10 내지 100 중량 ppm의 총량으로 소위 추가 성분을 포함할 수 있다. 본 명세서에 있어서, "불가피 불순물"이라고도 종종 지칭되는 추가 성분은, 사용된 원료에 존재하는 불순물로부터 유래하거나 또는 와이어 제조 프로세스에서 유래하는 소량의 화학 원소 및/또는 화합물이다. 추가 성분의 0 내지 100 중량 ppm의 낮은 총량은 와이어 특성의 양호한 재현성을 보장한다. 코어에 존재하는 추가 성분은 통상적으로 별도로 추가되지 않는다. 각각의 개별 추가 성분은 와이어 코어의 총 중량에 기초하여 30 중량 ppm 미만의 양으로 포함된다.
와이어의 코어는 벌크 재료의 균질한 영역이다. 임의의 벌크 재료는 어느 정도 다른 특성을 나타낼 수 있는 표면 영역을 항상 가지므로, 와이어의 코어의 특성은 벌크 재료의 균질한 영역의 특성으로서 이해된다. 벌크 재료 영역의 표면은 형태, 조성(예컨대, 황, 염소 및/또는 산소 함량) 및 다른 특징의 면에서 다를 수 있다. 상기 표면은 와이어 코어와 상기 와이어 코어 상에 중첩된 코팅층 사이의 계면 영역이다. 통상적으로, 코팅층은 와이어 코어의 표면 상에 완전히 중첩되어 있다. 와이어의 코어와 그 위에 중첩된 코팅층 사이에 있는 와이어의 영역에서는, 코어와 코팅층 양자 모두의 재료의 조합이 존재할 수 있다.
와이어의 표면 상에 중첩된 상기 코팅층은 1 내지 1000 ㎚ 두께의 내부 금 층과 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 인접하는 외부 팔라듐 층을 포함하는 이중 층, 또는 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 내부 팔라듐 층과 200 초과 1000 이하 ㎚ 두께의 인접하는 외부 금 층을 포함하는 이중 층이다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "두께의" 또는 "코팅층 두께"는 코어의 종축에 수직한 방향에 있어서의 코팅층의 크기를 의미한다.
일 실시형태에서, 와이어는 10 내지 25 ㎛ 범위의 와이어 코어 직경을 갖고, 코팅층이 25 내지 300 ㎚ 두께의 내부 금 층과 0.5 내지 25 ㎚ 두께의 인접하는 외부 팔라듐 층을 포함하는 상기 이중 층의 형태이다.
상기 이중 층의 조성과 관련하여, 그 내부 층의 팔라듐 또는 금 함량은, 내부 코팅층의 총 중량에 기초하여, 예를 들어 적어도 50 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량%이다. 내부 코팅층은 각각 순팔라듐 또는 순금을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 인접하는 외부 금 또는 팔라듐 층의 금 또는 팔라듐 함량은, 외부 코팅층의 총 중량에 기초하여, 예를 들어 적어도 50 중량%, 바람직하게는 적어도 95 중량%이다. 외부 코팅층은 각각 순금 또는 순팔라듐을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 순금 또는 순팔라듐은 통상적으로, 내부 또는 외부 코팅층의 총 중량에 기초하여, 1 중량% 미만의 추가 성분(각각 금 또는 팔라듐 이외의 성분)을 갖는다.
다른 양태에서, 본 발명은 또한 앞서 개시된 임의의 그 실시형태에 있어서 본 발명의 코팅된 와이어의 제조를 위한 프로세스에 관한 것이다. 상기 프로세스는 적어도 하기의 단계 (1) 내지 (5):
(1) 전구체 물품을 제공하는 단계로서, 상기 전구체 물품은,
(a) 99.99 내지 100 중량% 범위의 양으로 (a1) 은을 포함하고, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (a2) 추가 성분을 포함하는 순은, 또는
(b) 99.49 내지 99.997 중량% 범위의 양으로 (b1) 은을 포함하고, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (b2) 적어도 하나의 도핑 원소를 30 이상 5000 미만 중량 ppm의 총량으로 포함하며, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (b3) 추가 성분을 포함하는 도핑된 은, 또는
(c) 89.99 내지 99.5 중량% 범위의 양으로 (c1) 은을 포함하고, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (c2) 적어도 하나의 합금 원소를 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함하며, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (c3) 추가 성분을 포함하는 은 합금, 또는
(d) 89.49 초과 99.497 이하 중량% 범위의 양으로 (d1) 은을 포함하고, 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (d2) 적어도 하나의 도핑 원소를 30 이상 5000 미만 중량 ppm의 총량으로 포함하며, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 (d3) 적어도 하나의 합금 원소를 0.5 내지 10 중량%의 총량으로 포함하고, 0 내지 100 중량 ppm의 총량으로 (d4) 추가 성분을 포함하는 도핑된 은 합금
을 포함하고, 상기 적어도 하나의 도핑 원소(d2)는 상기 적어도 하나의 합금 원소(d3)와 다르며,
임의의 추가 성분의 개별적 양은 30 중량 ppm 미만이고,
임의의 도핑 원소의 개별적 양은 적어도 30 중량 ppm이며,
중량% 및 중량 ppm 단위의 모든 양은 전구체 물품의 총 중량에 기초하는 것인 전구체 물품 제공 단계,
(2) 706 내지 31400 ㎛2 범위의 중간 단면 또는 30 내 200 ㎛ 범위의 중간 직경이 얻어질 때까지, 연신된 전구체 물품을 형성하도록 전구체 물품을 연신하는 단계,
(3) 내부 팔라듐 층과 인접하는 외부 금 층 또는 내부 금 층과 인접하는 외부 팔라듐 층의 이중 층 코팅을, 프로세스 단계 (2)의 완료 후에 얻어지는 연신된 전구체 물품의 표면 상에 성막하는 단계,
(4) 소기의 최종 단면 또는 직경이 얻어질 때까지, 프로세스 단계 (3)의 완료 후에 얻어지는 코팅된 전구체 물품을 추가적으로 연신하는 단계, 및
(5) 프로세스 단계 (4)의 완료 후에 얻어지는 코팅된 전구체를 150 내지 600℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 0.4 내지 0.8초 범위의 노출 시간 동안 최종적으로 스트랜드 어닐링하여 코팅된 와이어를 형성하는 단계를 포함하고,
프로세스 단계 (2)는 400 내지 800℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 50 내지 150분 범위의 노출 시간 동안 상기 전구체 물품을 중간 배치(batch) 어닐링하는 하나 이상의 서브-단계를 포함할 수 있다.
용어 "스트랜드 어닐링"이 본원에 사용된다. 이는 높은 재현성을 갖는 와이어의 신속 생산을 허용하는 연속적인 프로세스이다. 본 발명의 맥락에서, 스트랜드 어닐링은, 어닐링될 코팅된 전구체가 종래의 어닐링 오븐을 통과하여 당겨지거나 이동되고 어닐링 오븐을 떠난 이후에 릴 상에 감기는 동안에, 어닐링이 동적으로 실시되는 것을 의미한다. 여기서, 어닐링 오븐은 통상적으로 소정 길이의 원통형 튜브의 형태이다. 예를 들어 10 내지 60 미터/분의 범위로 선택될 수 있는 소정의 어닐링 속도에서 어닐링 오븐이 소정의 온도 프로파일을 갖는 상태로, 어닐링 시간/오븐 온도 파라미터가 정해지고 세팅될 수 있다.
용어 "오븐 세팅 온도"가 본원에 사용된다. 이는 어닐링 오븐의 온도 컨트롤러에 고정된 온도를 의미한다. 어닐링 오븐은 챔버 퍼니스 타입 오븐(배치 어닐링의 경우) 또는 관형 어닐링 오븐(스트랜드 어닐링의 경우)일 수 있다.
본 개시 내용은 전구체 물품, 연신된 전구체 물품, 코팅된 전구체 물품, 코팅된 전구체 및 코팅된 와이어를 구별한다. 용어 "전구체 물품"은 와이어 코어의 소기의 최종 단면 또는 최종 직경에 도달하지 않은 와이어의 사전-단계들에 사용되고, 용어 "전구체"는 소기의 최종 단면 또는 최종 직경인 와이어의 사전-단계에 사용된다. 프로세스 단계 (5)의 완료 후, 즉 소기의 최종 단면 또는 소기의 최종 직경인 코팅된 전구체의 최종 스트랜드 어닐링 후, 본 발명의 의미에서 코팅된 와이어가 얻어진다.
제1 대안에서, 프로세스 단계 (1)에서 제공되는 바와 같은 전구체 물품은 앞서 개시된 조성의 (a) 순은으로 이루어진다. 통상적으로, 이러한 전구체 물품은, 예를 들어 2 내지 25 ㎜의 직경과, 예를 들어 2 내지 100 m의 길이를 갖는 로드(rod)의 형태이다. 이러한 은 로드는 적절한 몰드를 사용하여 은을 연속 주조하고, 뒤이어 냉각 및 응고하는 것에 의해 제조될 수 있다.
제2 내지 제4 대안에서는, 프로세스 단계 (1)에서 제공되는 바와 같은 전구체 물품은 각각 앞서 개시된 조성인 (b) 도핑된 은 또는 (c) 은 합금 또는 (d) 도핑된 은 합금으로 이루어진다. 이러한 전구체 물품은 필요 성분들이 소기의 양을 갖는 상태에서 은을 합금하거나, 도핑하거나, 또는 합금 및 도핑함으로써 얻어질 수 있다. 도핑된 은, 은 합금, 또는 도핑된 은 합금은, 금속 합금 분야의 당업자에게 알려진 종래의 프로세스에 의해, 예를 들어 소기의 비례 비율로 성분들을 함께 용융시키는 것에 의해, 마련될 수 있다. 이 과정에서, 하나 이상의 종래의 모합금을 이용하는 것이 가능하다. 용융 프로세스는, 예를 들어 유도로(誘導爐)를 이용하여 수행될 수 있고, 진공 하에서 또는 불활성 가스 분위기 하에서 작업하는 것이 편리하다. 사용된 재료는 예를 들어 99.99 중량% 이상의 순도 등급을 가질 수 있다. 이렇게 생성된 용융물은 은계 전구체 물품의 균질한 부재를 형성하도록 냉각될 수 있다. 통상적으로, 이러한 전구체 물품은, 예를 들어 2 내지 25 ㎜의 직경과, 예를 들어 2 내지 100 m의 길이를 갖는 로드의 형태이다. 이러한 로드는 적절한 몰드를 사용하여 상기 도핑된 은 또는 (도핑된) 은 합금 멜트를 연속 주조하고, 뒤이어 냉각 및 응고하는 것에 의해 제조될 수 있다.
프로세스 단계 (2)에서는, 706 내지 31400 ㎛2 범위의 중간 단면 또는 30 내 200 ㎛ 범위의 중간 직경이 얻어질 때까지, 연신된 전구체 물품을 형성하도록 상기 전구체 물품이 연신된다. 본 발명의 맥락에서 유용한 것으로 보이는 전구체 물품을 연신하는 기술이 알려져 있다. 바람직한 기술로는 압연, 스웨이징, 다이 드로잉(die drawing)이 있고, 그 중에서 다이 드로잉이 특히 바람직하다. 후자의 경우, 소기의 중간 단면 또는 소기의 중간 직경에 도달하기까지, 전구체 물품은 여러 프로세스 단계에서 드로잉된다. 이러한 와이어 다이 드로잉 프로세스는 당업자에게 잘 알려져 있다. 종래의 텅스텐 카바이드 및 다이아몬드 드로잉 다이가 채용될 수 있고, 종래의 드로잉 윤활제가 드로잉을 지지하기 위해 채용될 수 있다.
본 발명의 프로세스의 단계 (2)는, 400 내지 800℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 50 내지 150분 범위의 노출 시간 동안 상기 연신된 전구체 물품을 중간 배치(batch) 어닐링하는 하나 이상의 서브-단계를 포함할 수 있다. 상기 선택적인 중간 배치 어닐링은, 예를 들어 2 ㎜의 직경으로 드로잉되어 드럼 상에 감긴 로드를 이용하여 수행될 수 있다.
프로세스 단계 (3)에서는, 내부 팔라듐 층과 인접하는 외부 금 층 또는 내부 금 층과 인접하는 외부 팔라듐 층을 포함하는 이중 층 코팅을, 프로세스 단계 (2)의 완료 후에 얻어지는 연신된 전구체 물품의 표면 상에 성막하여, 상기 표면 위에 상기 코팅을 중첩한다.
당업자는 와이어의 실시형태들에 대해 개시된 층 두께의 코팅을 최종적으로 얻기 위해, 즉 코팅된 전구체 물품을 최종적으로 연신한 이후에, 연신된 전구체 물품 상의 상기 코팅의 두께를 산출하는 방법을 알고 있다. 당업자는 실시형태들에 따른 재료의 코팅층을 은 또는 은 합금 표면 상에 형성하기 위한 여러 기술을 알고 있다. 바람직한 기술로는, 전기 도금 및 무전해 도금 등과 같은 도금, 스퍼터링, 이온 도금, 진공 증발 및 화학 기상 증착 등과 같은 기상으로부터 재료의 성막, 및 용융물로부터 재료의 성막이 있다. 본 발명의 맥락에서, 전기 도금이 바람직한 기술이다.
프로세스 단계 (4)에서는, 와이어의 소기의 최종 단면 또는 직경이 얻어질 때까지, 프로세스 단계 (3)의 완료 후에 얻어진 코팅된 전구체 물품이 추가적으로 연신된다. 코팅된 전구체 물품을 연신하는 기술은, 프로세스 단계 (2)의 개시 내용에서 전술한 것과 동일한 연신 기술이다.
프로세스 단계 (5)에서는, 프로세스 단계 (4)의 완료 후에 얻어지는 코팅된 전구체를 150 내지 600℃ 범위, 바람직하게는 200 내지 400℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 0.4 내지 0.8초 범위의 노출 시간 동안 최종적으로 스트랜드 어닐링하여 코팅된 와이어를 형성한다.
바람직한 실시형태에서, 최종적으로 스트랜드 어닐링된 코팅된 전구체, 즉 여전히 고온인 코팅된 와이어는 물에서 급냉되는데, 일 실시형태에서 상기 물은 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 0.01 내지 0.2 체적%의 첨가제(들)를 함유할 수 있다. 물에서 급냉하는 것은, 즉시 또는 신속하게, 즉 0.2 내지 0.6초 내에, 상기 최종적으로 스트랜드 어닐링된 코팅된 전구체를, 프로세스 단계 (5)에서 경험한 온도에서부터 실온까지, 예를 들어 침지 또는 적하에 의해 냉각하는 것을 의미한다.
프로세스 단계 (2)의 선택적인 중간 배치 어닐링은 불활성 또는 환원성 분위기 하에서 수행될 수 있다. 다양한 타입의 불활성 분위기와 환원성 분위기가 당업계에 알려져 있고 어닐링 오븐을 퍼징하는 데 사용된다. 알려진 불활성 분위기 중에서, 질소 또는 아르곤이 바람직하다. 알려진 환원성 분위기 중에서, 수소가 바람직하다. 다른 바람직한 환원성 분위기는 수소와 질소의 혼합물이다. 수소와 질소의 바람직한 혼합물은, 90 내지 98 체적%의 질소와 이에 상응한 2 내지 10 체적%의 수소로 이루어지는데, 여기서 상기 체적%는 총 100 체적%가 된다. 질소/수소의 바람직한 혼합물은, 혼합물의 총 체적에 각각 기초하여, 93/7, 95/5 및 97/3 체적%/체적%이다.
프로세스 단계 (5)와 선택적인 급냉의 완료 후에, 본 발명의 코팅된 와이어가 완성된다. 그 특성들로부터 유익을 완전히 얻기 위해, 와이어 본딩 용례에 즉시, 즉 곧바로, 예를 들어 프로세스 단계 (5)의 완료 후 28일 이하 내로, 사용하는 것이 편리하다. 대안적으로, 와이어의 폭넓은 와이어 본딩 프로세스 윈도우 특성을 유지하기 위해, 그리고 와이어가 산화적 또는 다른 화학적으로 침식되는 것을 방지하기 위해, 완성된 와이어는 통상적으로, 프로세스 단계 (5)의 완료후 즉시, 즉 곧바로, 예를 들어 프로세스 단계 (5)의 완료 후 1시간 초과 5시간 이하의 범위 내로, 감기고 진공 밀봉된 후, 본딩 와이어로서 추가적으로 사용하도록 보관된다. 진공 밀봉된 조건에서의 보관은 12개월을 초과해서는 안 된다. 진공 밀봉을 개방한 후, 와이어는 28일 이하의 기간 내에 와이어 본딩에 사용될 필요가 있다.
모든 프로세스 단계 (1) 내지 (5) 뿐만 아니라 스풀링 및 진공 밀봉은, 청정실 조건(US FED STD 209 E 청정실 표준, 1k 표준) 하에 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 양태는, 본 발명의 임의의 실시형태에 따른 앞서 개시된 프로세스에 의해 얻을 수 있는 코팅된 와이어이다. 본 발명의 코팅된 와이어는 와이어 본딩 용례에서 본딩 와이어로서 사용하기에 적합한 것으로 확인되었다. 와이어 본딩 기술은 당업자에게 잘 알려져 있다. 와이어 본딩의 과정에서는, 볼 본드(첫 번째 본드)와 스티치 본드(두 번째 본드, 웨지 본드)가 형성되는 것이 일반적이다. 본드 형성 중에, 특정 힘(통상적으로 그램 단위로 측정됨)이 인가되고, 초음파 에너지(통상적으로 mA 단위로 측정됨)의 인가에 의해 지지된다. 와이어 본딩 프로세스에 있어서, 인가된 힘의 상한과 하한 사이의 차이와 인가된 초음파 에너지의 상한과 하한 사이의 차이의 수학적 곱은, 와이어 본딩 프로세스 윈도우를 규정한다:
(인가된 힘의 상한 - 인가된 힘의 하한)ㆍ(인가된 초음파 에너지의 상한 - 인가된 초음파 에너지의 하한) = 와이어 본딩 프로세스 윈도우.
와이어 본딩 프로세스 윈도우는, 사양을 충족시키는 와이어 본드의 형성을 허용하는, 즉 몇 가지만 언급하자면 종래의 당김 시험, 볼 전단 시험 및 볼 당김 시험 등과 같은 종래의 시험을 통과하는, 힘/초음파 에너지 조합의 영역을 규정한다.
실시예
FAB의 마련:
FAB에 대한 KNS 프로세스 사용자 가이드(2009년 5월 31일, 2002, 미국 펜실베이니아주 포트 워싱턴 소재의 Kulicke & Soffa Industries Inc)에 기술된 절차에 따라 대기(大氣) 분위기에서 작업하였다. 표준 소성(단일 단계, 17.5 ㎛ 와이어, 50 mA의 EFO 전류, 120 μs의 EFO 시간)에 의해 종래의 EFO(electric flame-off) 소성(燒成)을 수행함으로써 FAB를 마련하였다.
시험 방법 A. ~ C.
모든 시험 및 측정은 T=20℃ 및 RH=50%의 상대 습도에서 수행되었다.
A. 본딩된 볼의 염용액 침지 시험:
와이어를 Al-0.5 중량% Cu 본드 패드에 볼 본딩하였다. 이렇게 본딩된 와이어와 함께 시험 장치를 25℃의 염용액에 10분 동안 침지하였고, 탈이온(DI)수로 세척한 후 아세톤으로 세척하였다. 상기 염용액은 탈이온수에 20 중량 ppm의 NaCl을 함유하였다. 리프팅된 볼의 개수를 100X 배율의 저배율 현미경으로 검사하였다. 보다 많은 개수의 리프팅된 볼이 관찰되는 것은, 계면 갈바닉 부식이 심각하다는 것을 나타낸다.
B. FAB 형태
형성된 FAB를, 배율이 1000인 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 검사하였다.
평가:
++, 매우 양호 (둥근 볼)
+, 양호 (둥근 볼);
0, 합격 (완벽하게 둥글지는 않지만, FAB 표면 상에 명백한 플래토(plateau)는 없음);
-, 피치 볼(peah ball) (FAB 팁에 별개의 반구가 있는 2개의 플래토)
--, 극심한 피치 볼 (FAB 팁에 뚜렷한 반구가 있는 2개의 플래토)
C. 오프 센터 볼(OCB) 발생
형성된 FAB는, 소정 높이(203, 2 ㎛의 팁)로부터 소정 속도(6.4 ㎛/초의 접촉 속도)로 Al-0.5 중량% Cu 본드 패드까지 하강하였다. 본드 패드에 접촉시, 소정 본딩 파라미터의 세트(100 g의 접합력, 95 mA의 초음파 에너지 및 15 ms의 접합 시간)가, FAB를 변형시키도록 효과를 발휘하여, 본딩된 볼을 형성하였다. 볼의 형성 후에, 모세관부가 소정 높이(152.4 ㎛의 꺾임부 높이, 254 ㎛의 루프 높이)로 상승하여 루프를 형성하였다. 루프의 형성 후에, 모세관부는 리드부까지 하강하여 스티치를 형성하였다. 스티치의 형성 후에, 모세관부는 상승하였고 와이어 클램프는 와이어를 절단하여 소정 테일 길이부(254 ㎛의 테일 길이 연장부)를 만들도록 폐쇄되었다. 배율이 1000인 현미경을 사용하여, 각 샘플마다 5개의 본딩된 와이어를 광학적으로 검사하였다.
평가:
++, 완벽하게 센터링됨
+, 센터링됨;
0, 받아들일 수 있을 정도로 편심됨;
-, 편심됨;
--, 매우 편심됨;
와이어 실시예 1~18
각각의 경우, 적어도 99.99%의 순도("4N")의 다량의 은(Ag)과 선택적으로 팔라듐 (Pd)을 도가니에서 용융시켰다. 몇몇 경우에, 소량의 은-니켈 또는 은-백금 모합금을 멜트에 추가하였고, 추가된 성분의 균일한 분포는 교반에 의해 확인되었다. 이하의 모합금이 사용되었다:
Figure 112019033198233-pct00001
표 1의 와이어 코어 합금에 대해, 대응하는 모합금의 조합을 추가하였다.
그 후에, 8 ㎜ 로드 형태의 와이어 코어 전구체 물품을 멜트로부터 연속 주조하였다. 그 후에, 로드를 여러 드로잉 단계에서 드로잉하여, 직경이 134 ㎛인 원형 단면을 갖는 와이어 코어 전구체를 형성하였다. 상기 와이어 코어 전구체를 500℃의 오븐 세팅 온도에서 60분의 노출 시간 동안 중간 배치 어닐링하였고, 그 후에 17.5 ㎛의 최종 직경으로 추가 드로잉하였으며, 뒤이어 220℃의 오븐 세팅 온도에서 0.6초의 노출 시간 동안 최종 스트랜드 어닐링을 행하였고, 바로 뒤이어 이렇게 얻어진 코팅된 와이어를 계면활성제를 0.07 체적% 함유하는 물에서 급냉시켰다.
참조 와이어 4~6의 경우, 와이어 코어 전구체에 적어도 99% 순도의 금으로 이루어진 코팅층을 전기 도금하였고, 그 후에 이 와이어 코어 전구체를 17.5 ㎛의 최종 직경 및 250 ㎚의 최종 금 코팅층 두께로 추가 드로잉하였으며, 뒤이어 220℃의 오븐 세팅 온도에서 0.6초의 노출 시간 동안 최종 스트랜드 어닐링을 행하였고, 바로 뒤이어 이렇게 얻어진 코팅된 와이어를 계면활성제를 0.07 체적% 함유하는 물에서 급냉시켰다.
본 발명의 와이어 1~12의 경우, 금과 팔라듐을 포함하는 이중 층을 전술한 바와 같이 단일 금 층 대신에 전기 도금하였다(최종 팔라듐 층 두께 = 5 ㎚, 최종 금 층 두께 = 250 ㎚). 일부 실시형태에서는, 팔라듐 층을 먼저 도금하였고, 뒤이어 외부 금 층을 도금하였으며, 다른 실시형태에서는, 금 층을 먼저 도금하였고, 뒤이어 외부 팔라듐 층을 도금하였다.
이러한 절차를 통해, 이중 코팅된 은 또는 은계 와이어와 코팅되지 않고 단층으로 금 코팅된 참조 은 와이어(Ref)의 여러 다른 샘플 1~12를 제조하였다. 표 1은 와이어의 조성을 보여준다.
Figure 112019033198233-pct00002
표 2는 이하에서 특정 시험 결과를 보여준다. 모든 시험은 17.5 ㎛ 직경의 와이어로 수행되었다.
Figure 112019033198233-pct00003

Claims (9)

  1. 표면을 가지는 와이어 코어를 포함하는 와이어로서, 상기 와이어 코어는 그 표면 상에 중첩되는 코팅층을 갖고, 상기 와이어 코어 자체는:
    (b) 도핑된 은으로서, (b1) 은을 99.49 초과 99.997 이하 중량% 범위의 양으로 포함하고, (b2) 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 도핑 원소를 총량으로 30 이상 5000 미만 중량 ppm으로 포함하며, (b3) 추가 성분을 총량으로 0 내지 100 중량 ppm으로 포함하는 도핑된 은, 또는
    (c) 은 합금으로서, (c1) 은을 89.99 내지 99.5 중량% 범위의 양으로 포함하고, (c2) 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 합금 원소를 총량으로 0.5 내지 10 중량%로 포함하며, (c3) 추가 성분을 총량으로 0 내지 100 중량 ppm으로 포함하는 은 합금, 또는
    (d) 도핑된 은 합금으로서, (d1) 은을 89.49 초과 99.497 이하 중량% 범위의 양으로 포함하고, (d2) 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 도핑 원소를 총량으로 30 이상 5000 미만 중량 ppm으로 포함하며, (d3) 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 합금 원소를 총량으로 0.5 내지 10 중량%로 포함하고, (d4) 추가 성분을 0 내지 100 중량 ppm으로 포함하는 도핑된 은 합금
    을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 도핑 원소(d2)는 상기 적어도 하나의 합금 원소(d3)와 다르며,
    상기 추가 성분의 개별적 양은 30 중량 ppm 미만이고,
    상기 도핑 원소의 개별적 양은 적어도 30 중량 ppm이며,
    중량% 및 중량 ppm 단위의 모든 양은 상기 코어의 총 중량에 기초하고,
    상기 코팅층은 0.5 내지 100 ㎚ 두께의 내부 팔라듐 층과 200 초과 1000 이하 ㎚ 두께의 인접하는 외부 금 층을 포함하는 이중 층인 것인 와이어.
  2. 제1항에 있어서, 50 내지 5024 ㎛2 범위의 평균 단면을 갖는 것인 와이어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 평균 직경이 8 내지 80 ㎛ 범위인 원형 단면을 갖는 것인 와이어.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 10 내지 25 ㎛ 범위의 와이어 코어 직경을 갖는 것인 와이어.
  5. 제1항 또는 제2항의 코팅된 와이어의 제조 프로세스로서, 상기 프로세스는 적어도 하기의 단계 (1) 내지 (5):
    (1) 전구체 물품을 제공하는 단계로서, 상기 전구체 물품은,
    (b) 도핑된 은으로서, (b1) 은을 99.49 초과 99.997 이하 중량% 범위의 양으로 포함하고, (b2) 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 도핑 원소를 총량으로 30 이상 5000 미만 중량 ppm으로 포함하며, (b3) 추가 성분을 총량으로 0 내지 100 중량 ppm으로 포함하는 도핑된 은, 또는
    (c) 은 합금으로서, (c1) 은을 89.99 내지 99.5 중량% 범위의 양으로 포함하고, (c2) 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 합금 원소를 총량으로 0.5 내지 10 중량%로 포함하며, (c3) 추가 성분을 총량으로 0 내지 100 중량 ppm으로 포함하는 은 합금, 또는
    (d) 도핑된 은 합금으로서, (d1) 은을 89.49 초과 99.497 이하 중량% 범위의 양으로 포함하고, (d2) 칼슘, 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 도핑 원소를 총량으로 30 이상 5000 미만 중량 ppm으로 포함하며, (d3) 니켈, 백금, 팔라듐, 금, 구리, 로듐 및 루테늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 합금 원소를 총량으로 0.5 내지 10 중량%로 포함하고, (d4) 추가 성분을 0 내지 100 중량 ppm으로 포함하는 도핑된 은 합금
    을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 도핑 원소(d2)는 상기 적어도 하나의 합금 원소(d3)와 다르며,
    상기 추가 성분의 개별적 양은 30 중량 ppm 미만이고,
    상기 도핑 원소의 개별적 양은 적어도 30 중량 ppm이며,
    중량% 및 중량 ppm 단위의 모든 양은 전구체 물품의 총 중량에 기초하는 것인 전구체 물품 제공 단계,
    (2) 706 내지 31400 ㎛2 범위의 중간 단면 또는 30 내 200 ㎛ 범위의 중간 직경이 얻어질 때까지, 연신된 전구체 물품을 형성하도록 전구체 물품을 연신하는 단계,
    (3) 프로세스 단계 (2)의 완료 후에 얻어지는 연신된 전구체 물품의 표면 상에 내부 팔라듐 층 및 인접하는 외부 금 층의 이중 층 코팅을 성막하는 단계,
    (4) 소기의 최종 단면 또는 직경이 얻어질 때까지, 프로세스 단계 (3)의 완료 후에 얻어지는 코팅된 전구체 물품을 추가적으로 연신하는 단계, 및
    (5) 프로세스 단계 (4)의 완료 후에 얻어지는 코팅된 전구체를 150 내지 600℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 0.4 내지 0.8초 범위의 노출 시간 동안 최종적으로 스트랜드 어닐링하여 코팅된 와이어를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    프로세스 단계 (2)는, 400 내지 800℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 50 내지 150분 범위의 노출 시간 동안 상기 전구체 물품을 중간 배치(batch) 어닐링하는 하나 이상의 서브-단계를 포함할 수 있는 것인 프로세스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 최종 스트랜드 어닐링은 200 내지 400℃ 범위의 오븐 세팅 온도에서 수행되는 것인 프로세스.
  7. 제5항에 있어서, 최종적으로 스트랜드 어닐링된 코팅된 전구체는 하나 이상의 첨가제를 함유할 수 있는 물에서 급냉되는 것인 프로세스.
  8. 제5항에 있어서, 프로세스 단계 (2)의 선택적인 중간 배치 어닐링은 불활성 또는 환원성 분위기에서 수행되는 것인 프로세스.
  9. 제5항의 프로세스에 의해 얻을 수 있는 코팅된 와이어.
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