와이어 본딩– PCB에 칩을 장착하는 방법

공정이 완료되기 전에 각 웨이퍼에는 500개에서 1,200개의 칩이 연결되어 있습니다. 이 칩들을 필요한 곳에 사용하려면 웨이퍼를 개별 칩으로 절단한 후 외부와 연결하고 전원을 켜야 합니다. 이때 전선(전기 신호의 전달 경로)을 연결하는 방식을 와이어 본딩이라고 합니다.

와이어본딩 재료 : 금/알루미늄/구리

와이어본딩 재료는 다양한 용접 파라미터를 종합적으로 고려하여 가장 적합한 방식으로 조합하여 결정됩니다. 여기서 언급되는 파라미터에는 반도체 제품 종류, 패키징 종류, 패드 크기, 금속 리드 직경, 용접 방법뿐만 아니라 금속 리드의 인장 강도 및 신장률과 같은 신뢰성 지표를 포함한 다양한 요소가 포함됩니다. 일반적인 금속 리드 재료에는 금, 알루미늄, 구리가 있으며, 그중에서도 금 와이어는 반도체 패키징에 주로 사용됩니다.

금선은 전기 전도성이 좋고 화학적으로 안정하며 내식성이 강합니다. 그러나 초창기에 주로 사용되었던 알루미늄선의 가장 큰 단점은 부식되기 쉽다는 것이었습니다. 더욱이 금선은 경도가 강하여 1차 접합 시 볼 형태로 잘 형성될 수 있으며, 2차 접합 시 반원형 리드 루프(Loop, from primary bonding to second bonding)를 적절하게 형성할 수 있습니다.

알루미늄 와이어는 금 와이어보다 직경과 피치가 더 큽니다. 따라서 고순도 금 와이어를 사용하여 리드 루프를 형성하더라도 끊어지지 않습니다. 하지만 순수 알루미늄 와이어는 쉽게 끊어지기 때문에 실리콘이나 마그네슘을 혼합하여 합금을 만듭니다. 알루미늄 와이어는 주로 금 와이어를 사용할 수 없는 고온 포장(예: 밀폐 포장)이나 초음파 처리에 사용됩니다.

구리선은 저렴하지만 경도가 너무 높습니다. 경도가 너무 높으면 볼 형태로 성형하기 어렵고 리드 루프 형성에 많은 제약이 따릅니다. 또한, 볼 본딩 공정에서 칩 패드에 압력을 가해야 합니다. 경도가 너무 높으면 패드 바닥의 필름에 균열이 발생하고, 단단하게 연결된 패드 층이 벗겨지는 "필링" 현상이 발생합니다. 그럼에도 불구하고 칩의 금속 배선은 구리로 만들어지기 때문에 최근에는 구리선을 사용하는 추세가 증가하고 있습니다. 물론 구리선의 단점을 극복하기 위해 일반적으로 소량의 다른 재료와 혼합하여 합금화하여 사용합니다.