안녕하세요 미광전자입니다.
와이어 본딩은 반도체 장치 제조 중에 집적 회로 또는 기타 반도체 장치와 패키징 사이를 상호 연결하는 방법입니다. 덜 일반적이지만 와이어 본딩은 IC를 다른 전자 장치에 연결하거나 한 인쇄 회로 기판에서 다른 인쇄 회로 기판으로 연결하는 데 사용할 수 있습니다.
<그림> 와이어본딩(Wire Bonding)의 구조(캐리어가 PCB(Printed Circuit Board)인 경우)
와이어본딩은 가느다란 금속선을 패드에 접합시키는 방식입니다. 즉 내부 칩과 외부를 연결하는 기술로써, 구조적으로 본다면 와이어는 칩의 본딩 패드(1차 본딩)와 캐리어의 패드(2차 본딩)를 연결하는 다리 역할을 하는 것이지요. 초창기에는 캐리어인 기판으로 리드프레임(Lead Frame)을 사용했으나, 기술이 발전함에 따라 현재는 PCB를 주로 사용하고 있습니다. 서로 위치적으로 떨어져 있는 2개의 패드를 연결하는 와이어본딩은 와이어의 재질과 본딩 조건, 접합 위치(칩과 기판 사이 이외에도 칩과 칩 사이 혹은 기판과 기판 사이를 연결하기도 함) 등이 매우 다양합니다.
반도체 전(前)공정을 마친 웨이퍼에는 장당 500~1,200개의 칩(다이, Die)이 달라붙어 있습니다. 각각의 칩을 필요한 분야에 활용하기 위해서는 개별 칩으로 나누는 다이싱(Dicing) 공정을 진행한 뒤, 전자가 흐르도록 외부와 도선을 연결해야 하는데요. 이때 전기적 신호의 통로인 도선을 연결하는 방식이 바로 와이어본딩(Wire Bonding)입니다
본딩와이어(Bonding Wire)의 재질: 금(Au) / 알루미늄(Al) / 구리(Cu)
와이어의 소재는 본딩 시 각종 파라미터(Parameter)를 고려해 가장 알맞은 방식을 조합해 결정합니다. 여기서 파라미터란 반도체 제품의 종류, 패키지 종류, 본딩 패드 크기, 와이어 직경, 본딩 방식 및 신뢰성 항목인 와이어의 인장강도와 신장성 등 매우 다양하지요. 와이어의 소재는 대표적으로 금(Au), 알루미늄(Al), 구리(Cu)가 있는데, 반도체 패키징에서는 대부분 금을 사용합니다.
골드와이어(Gold Wire)는 전류의 흐름이 좋고 화학적으로 안정되어 부식에 강합니다. 반면, 초창기에 와이어 재질로 주로 사용했던 알루미늄은 쉽게 부식된다는 단점이 있었지요. 또한 골드와이어는 경도가 적당하여 1차 본딩 시 볼이 잘 형성되며, 2차 본딩 시 반원 형태의 루프(Loop, 1차 본딩에서 2차 본딩까지의 와이어 모양)가 알맞게 형성됩니다.
알루미늄와이어(Aluminum Wire)는 골드와이어보다 직경이 굵어 피치(Pitch)가 넓게 됩니다. 골드와이어는 높은 순도의 금을 사용해도 루프를 형성할 때 끊어지지 않는 반면, 순수 알루미늄와이어는 루핑(Looping) 시 잘 끊어지므로 실리콘이나 마그네슘을 섞은 합금을 주로 사용하지요. 혹은 골드와이어를 사용할 수 없는 고온 패키지(Ex. Hermetic)나 초음파 방식 등에서 적합합니다.
구리와이어(Copper Wire)는 가격이 저렴하지만 경도가 너무 높다는 단점이 있습니다. 경도가 높으면 볼이 잘 형성되지 않을 뿐 아니라 루핑 시 제약이 많고, 와이어의 볼본딩 시 칩의 패드에 높은 압력을 가해야 하므로 패드 하부 막질에 크랙(Crack)이 발생할 가능성이 높지요. 또한, 단단하게 와이어링(Wiring)된 패드의 껍질(Layer)이 벗겨지는 필링(Peeling) 현상도 나타날 수 있습니다. 그러나 칩의 금속 배선이 구리 성분인 만큼 점점 구리와이어를 사용하는 빈도수를 높이려는 추세이며, 이러한 구리의 단점을 극복하기 위해 미량의 다른 소재와 합금하여 적용하고 있습니다.
재질에 따른 와이어본딩: 골드와이어(Gold Wire) vs 알루미늄와이어(Aluminum Wire)
와이어본딩을 진행하는 데 있어 가장 핵심적인 장치는 캐피러리로, 이를 이용할 땐 주로 골드와이어를 적용합니다. 반면, 알루미늄와이어를 사용할 때는 웨지를 이용해 와이어링을 하지요. 캐피러리는 볼을 형성해 와이어링을 하지만, 웨지는 볼을 형성할 필요 없이 와이어링을 한다는 특징이 있습니다. 웨지는 형태적으로도 웨이퍼의 끝단 부분에서 캐피러리와 다르며, 와이어를 본딩하고 끊어내는(Tear) 방식에서도 차이가 나지요.
골드와이어는 열초음파-캐피러리-볼본딩의 옵션을 취한다면, 알루미늄와이어의 경우 초음파-웨지본딩의 옵션으로 알루미늄와이어 웨지본딩(Aluminum Wedge Wire Bonding)을 진행합니다. 알루미늄-초음파 방식은 인장강도가 낮아 특별한 경우에만 사용하고 있으며, 와이어링의 90% 이상을 골드-열초음파 방식으로 진행합니다. 그러나 열초음파 방식 역시 볼넥(Ball Neck)부분이 취약하다는 단점이 있기 때문에, HAZ(Heat Affected Zone, 와이어 재질이 캐피러리의 뜨거운 온도에 의해 약하게 용융된 후 응고하면서 재결정되는 와이어 영역)를 신중하게 관리해야 합니다.
제품 개발 및 OEM 제조생산 요청은 아래 02-2113-7700으로 연락주세요.
감사합니다.
정은진 | 영업팀 과장
M: 010-6216-7026(KR) /0084-399828585(VN)｜W: www.led.co.kr ｜ E: mkgd.sales@gmail.com
T: 02-2113-7700(KR) /0084-2485828585(VN)｜Skype: mk0202mk｜Wechat/Kakaotalk: eun614jin