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1. 서 론

본딩와이어 (bonding wire)는 메모리 반도체 패키징에서 칩소자를 외부 회로와 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 이러한 와이어의 전기적인 연결을[1,2] 통해 칩과 외부 회로의 전기적 신호를 주고받을 수 있게 된다. 전기적인 신호를 주고받을 때 신호의 속도가 중요한 요소가 되며[3], 와이어 소재의 비저항이 작을수록 유리하다.

DDR4와 같은 고도화된 메모리 제품에 와이어 본딩 공정이 성공적으로 채택되기 위해서는 본딩와이어의 직경 감소, 비저항의 저감 요구, 와이어의 기계적 강도 물성이 보장되어야 한다. 이후 캐필러리에 의한 free air ball (FAB) 공정 시 진원도와 접합부가 합금원소에 의한 열화가 없어야 한다. 또한 고습 환경에서 사용되더라도 적절한 신뢰성을 확보해야[4] 한다.

기존에 주로 사용되던 4N급 금와이어의 물성 한계와 원재료 가격상승에 따라 금 가격의 1/60 ~ 1/85 정도인 은과 같은 대체 소재의 본딩 와이어가 필요해 지고 있다.

최근 고성능 DDR 메모리 제품에 채택되는 본딩와이어는 점점 미소화되고, DDR4 급에서는 안정적인 성능을 위해서 18 μm 직경에 비저항 3.0 μΩ·cm 이하의 물성이 요구되고 있다. 기존 금와이어의 경우, 금의 순도가 높을수록 무른 특성이 있어 작은 직경을 보완할 수 있는 2N급 (99 wt%) 금와이어는 비저항이 2.92 uΩ·cm로 점점 더 작은 미소 직경의 와이어를 구현하는데 물성의 한계를[5] 보인다.

또한 고성능 메모리 소자는 미세 배선 층이 많아지며 개수가 늘어나고 미세화되는 패드 (pad) 부분에 안정하고 신뢰성 있는 접합을 위해 40 Hv 수준의 기존의 금와이어와 유사한 기계적 경도[6,7]를 갖는 것이 중요하다.

실제 와이어에 electronic flame-off (EFO) spark를 가해 FAB을 형성할 때 대기 또는 불활성 분위기에서 안정한 볼을 형성하는지와 이때 접합이 진행되고 접합부의 접합 직후와 다양한 극한 환경에서의 사용에서도 접합 계면에서의 안정성이 확보되어야 한다.

기존의 금와이어는 고온 환경에서 사용 중에 Kirkendall void[8]가 발생하는 문제가 있었다. 본딩와이어인 금과 칩 상단의 알루미늄 패드 (pad)를 접합할 경우 금과 알루미늄 계면에서는 Au_xAl_y의 intermetallic compound (IMC)가 형성되는 상호 확산이 일어난다. 시간이 지날수록 두꺼워진 IMC는 전기적, 기계적인 기능에 문제를 일으키는 경우도 있었다. 금와이어를 대체할 은합금 와이어의 경우 IMC의 생성과 이에 따른 신뢰성 측면도 잘 검토되어야만 한다.

은합금 와이어는 이러한 여러 가지 문제를 극복하고 고도화된 메모리 제품에 적용할 수 있는 우수한 물성을 가진 것으로[9] 보고되고 있다. 전기적인 특성 면에서 고순도 은의 경우 비저항이 1.6 μΩ·cm의 뛰어난 전기전도도를 가지기 때문에 고성능 메모리 소자 패키징의 와이어 배선(interconnect) 역할로 적합하다. 하지만 재료의 특성상 와이어의 직경을 줄이는 인발 가공 공정에서 쉽게 단선이 발생하여 가공성을 향상시키고자 미량합금 원소인 팔라듐을 첨가할 필요가 있다. 은과 전율고용체를 형성하는 원소인 팔라듐은 전기전도도를 크게 떨어뜨리지 않고 금에 준하는 비저항을 가질 수 있으며 가공성이 우수한 것으로[10] 확인된 원소이다.

팔라듐을 미량 첨가한 은합금 와이어는 전율 고용체로 제2의 상이 형성되지 않고 적절한 경도와 연성을 가지고 있어 단선이 발생하지 않아 가공성이 우수하다. 제조된 은 합금 본딩와이어의 FAB 경도를 측정했을 시 금 본딩와이어와 유사한 경도를 가지고 있어 알루미늄 패드에 접합 시 패드 cratering을 유발하지 않는 것[3,10]으로 보고되고 있다.

또한 실제 신선 가공 시 은합금 와이어의 직경이 감소하면서 적층 결함 에너지의 누적에 의한 단선이 발생할 수 있어 일정 단계 이상의 단면감소율을 가공 후 열 풀림을 통해 전위의 양을 조절해야한다. 이때 팔라듐은 적절한 전위의 제어, 고습 환경에서도 안정적인 부식억제와 IMC 형성을 지연시키는 것으로[11] 알려져 있다.

본 연구는 메모리 제품의 고도화에 따라 은합금 와이어의 적용 가능성 확인을 위해 1.1, 2.5, 3.0 그리고 4.0 wt% 팔라듐 함량을 달리하여 직경 18 μm의 미세와이어를 제조하고 이들의 비저항, 비커스경도, FAB 형성특성과 접합부의 미세구조 및 장기간 사용 시의 고습신뢰성을 평가하였다. 접합 특성 및 신뢰성 평가를 통해 DDR4 메모리 제품에 적용 가능한 은합금 와이어의 팔라듐 함량을 파악하였다.

2. 실험 방법

본딩와이어는 비교기준이 되는 4N 금와이어와 팔라듐 1.1, 2.5, 3.0 그리고 4.0 wt%를 합금한 은합금 와이어로 총 5종을 준비하였다. 4N 금와이어는 원재료 금을 연속주조하고 인발 가공하여 직경 18 μm 와이어 형태로 제작하였다. 은합금 본딩와이어는 팔라듐 함량별로 4가지 조성 팔라듐 1.1, 2.5, 3.0 및 4.0 wt% 을 칭량하여 준비하고 연속주조 및 인발 가공하여 직경 18 μm의 와이어로 본딩 평가할 수 있게 제작하였다. 전기비저항은 자체제작 4-point probe 측정기로 300 mm 길이의 와이어 시료에 대해 5회 측정하여 결정하였다. 측정된 저항값과 와이어 직경을 가지고 아래의 식(1)을 통해 비저항 값을 계산하였다. 여기서 ρ = 비저항, R = 저항, S = 와이어 단면적, L = 와이어 길이이다.

마이크로 비커스경도기 (Fisherscope, HM2000)를 사용하여 와이어의 표면 경도와 bonded ball의 수직단면 경도를 최대 하중 30 mN, 하중 적용시간 10 초로 10회 측정하여 결정하였다. 와이어 횡단면의 미세조직을 관찰을 위해 제작된 와이어를 각각 기판에 감아 마운팅 (mounting) 전용 틀 (case) 내에 고정하고 레진 (resin)과 경화제(hardener)를 10 : 3 비율로 섞어 마운팅 전용 틀에 부은후 80°C에서 3 시간 굳혀 시편을 제조하였다. 제조된 시편은 와이어 횡 방향으로 사포 #1,200을 사용하여 와이어 횡단면의 수평이 맞게 폴리싱을 진행하였다. 폴리싱된 시편을 Ion Milling 장비 (Hitachi, IM-4000) 사용하여 단면을 미세연마하였다. 단면 가공된 시편을 FE-SEM (Hitachi, S-4800) 장비를 이용하여 횡단면의 미세조직을 관찰하였다. 팔라듐 함량별 볼 제조 특성 관찰을 위해 볼본딩용 와이어 본더 (Kulicke & Soffa, RAPID pro)에 와이어를 장착 후 금 본딩와이어는 대기 상태에서 FAB을 제조하였고 은합금 와이어는 불활성 분위기인 95%N₂ -5%H₂ 가스로 분당 0.3 L의 flow rate로 값을 맞춘 후 FAB을 제조하였다. 본딩 시 capillary (KOSMA, HB0930-12505E)를 사용했으며 FAB의 크기는 와이어 직경 대비 1.8 배의 크기로 제작하였다. 자체 제작된 기판에 와이어 본더를 사용하여 5가지 와이어에 대해서 1^st bond 와 2^nd bond를 형성하였다. 연결이 완료된 후 접합이 잘 이루어 졌는지 확인하기 위해 초기 접합력 평가를 진행하였다. 접합력 평가는 시료에 대해 1^st bond, 2^nd bond 모두 진행하고, Dage-4000 장비를 활용하여 ball shear test (BST), bond pull test (BPT), stitch pull test (SPT)를 측정하였다.

습기에 대한 저항성 확인을 위해 고습신뢰성 평가를 진행하였다. ESPEC 사의 HAST 장비를 활용하여 130°C/85%RH 조건으로 고습신뢰성 챔버에 보관 후 144 시간까지 시간대별로 본딩된 시료를 꺼내 BPT 평가를 진행하였다. 평가 결과는 BPT 측정 시 파괴 모드의 양상 비교를 통해 불량률을 확인하였다. 고습 조건에서 유지한 시료의 bonded ball과 알루미늄 패드 사이 계면 (interface)의 변화를 확인하기 위해 본딩 된 시료를 에폭시 레진 (epoxy resin)으로 고정하고 FE-SEM (Thermofisher, Apreo 2 S)과 EDS (Oxford, Ultim Extreme)로 관찰하고 IMC의 생성을 확인하였다.

3. 결과 및 고찰

그림 1에는 팔라듐 함량별 와이어의 측정된 비저항 값을 나타내었다. 팔라듐이 1.1 wt% 함유된 제품이 비저항 값이 가장 작게 측정되었다. 팔라듐 함량이 증가할수록 와이어의 비저항 값이 증가하는 것을 알 수 있으며, 4N, 2N 금과 유사한 수준의 전기적 특성을 만족하기 위해서는 팔라듐 함량은 각각 팔라듐 1.32 wt% (4N 금와이어와 동일한 비저항 값), 팔라듐 2.52 wt% (2N 금와이어와 동일한 비저항 값) 조건에서 금와이어와 동일한 비저항 값을 가질 수 있을 것으로 예측된다. 기존 DDR4 급 메모리 소자에 채용되는 2N 금와이어의 경우와 비교하여 팔라듐 1.1 wt%에서는 2.18 μΩ·cm, 팔라듐 2.5 wt% 에서는 2.81 μΩ·cm으로 더 낮은 비저항 값을 보였다. 따라서 팔라듐 2.5 wt% 수준의 함량을 갖는 은합금 와이어의 경우 메모리 소자 와이어 본딩에 충분히 적용 가능한 수준의[9] 전기적 특성을 가짐을 의미하였다.

Fig. 1.

Resistivity values of silver alloy wires according to palladium content.

그림 2에는 팔라듐 함량에 따른 은합금 와이어 표면경도 측정 결과를 나타내었다. 4N 금와이어의 표면경도는 평균값 33.37 Hv를 나타내었고, 팔라듐 1.1 wt% 제품은 평균값 33.32 Hv를 나타내 유사한 경도값을 보여주었다. 팔라듐 2.5 wt% 는 39.76 Hv, 팔라듐 3.0 wt% 는 40.67 Hv, 팔라듐 4.0 wt% 는 41.34 Hv로 팔라듐 함량이 증가할수록 와이어의 표면경도값이 증가하는 것을 알 수 있다. 팔라듐 함량 2.5~4 wt% 까지의 조성으로 제조된 은합금 와이어의 경우 와이어 표면경도값의 경향은 기존 4N 금와이어 대비 약 6~7 Hv 정도 높은값을 가지며 안정적인 2^nd stitch 접합을 위해서는 높아진 경도값 만큼 접합시 추가적인 에너지가 더 필요하다[12].

Fig. 2.

Hardness values according to palladium content.

그림 3에는 FE-SEM을 이용해 전자 채널링 콘트라스트이미징 기법으로 관찰된 팔라듐 함량별 와이어 횡단면의 미세조직 이미지를 보여주고 있다. 4N 금와이어의 경우 와이어 중심부와 외각부를 구분해 주는 계면이 관찰된다. 외곽부의 경우 뚜렷한 조직 간의 계면 상태를 확인할 수 있으나 중심부의 경우 일부 조직을 제외한 조직경계가 뚜렷하지 않다. 일반적으로 가공 후 최종 물성을 결정하는 열처리 공정에 의해 와이어 외곽부는 재결정이 일어나며 조직이 일부 성장하고 경계면이 뚜렷해지는 반면에 중심부는 일부 신선조직이 남아[13] 뚜렷하지 않은 조직구조를 보여준다. 은합금의 경우 최종 열처리 공정 시 안정적인 1^st ball bond 및 2^nd stitch 접합 성능을 위해 열처리를 많이 하는 경향이 있어 팔라듐 함량과 관계없이 조대하고 조밀한 조직의 혼합형태를 보여주며, 모든 팔라듐 함량에서 제조 공정에서 발생되는 와이어 내부 응력을 감소시키기 위해 쌍정입계 (twin boundary)가 관찰된다. 쌍정입계의 양과 양상은 팔라듐 함량에 따른 경향성은 없는 것으로 판단된다. 이러한 미세구조는 1^st ball bond를 위해 형성된 FAB의 조직에는 영향을 주지 않으나 1^st ball bond 이후 루프 (loop) 궤적 형성 과정에서 와이어의 직진성을 향상해 안정적인 루프 궤적을 형성할 수 있다.

Fig. 3.

Microstructure of wire cross-section according to palladium content using SEM (a) 4N Au, (b) Pd 1.1 wt%, (c) Pd 2.5 wt%, (d) Pd 3.0 wt%, (e) Pd 4.0 wt%.

그림 4에는 와이어 본더를 사용하여 팔라듐 함량별 형성된 FAB의 FE-SEM 이미지를 보였다. 4N 금의 경우 대기 중에서 산화되지 않는 특성이 있어 FAB 형성 시 가스를 사용하지 않았고 은합금 와이어의 경우 대기 중에서 산화되므로 불활성 분위기를 만든 상태에서 FAB을 형성하였다. FE-SEM 이미지로부터 FAB의 진원도, 치우침 양상 및 기타 특이사항 관찰 결과 모든 조건에서 팔라듐 함량에 따른 특이사항 없이 안정적인 FAB이 형성된 것을 확인하였다.

Fig. 4.

Palladium content-dependent FAB formation images: (a) 4N Au, (b) Pd 1.1 wt%, (c) Pd 2.5 wt%, (d) Pd 3.0 wt%, (e) Pd 4.0 wt%.

FAB의 진원도 (= 내접원 직경/외접원 직경 × 100)는 팔라듐 함량 1.1, 2.5, 3.0 그리고 4.0 wt%에서 96.5, 95.9, 95.7 및 95.3%로 측정되었다. 결국 모든 조건의 FAB 진원도는 95% 이상이고 Jae-Hyung Cho 등 의 보고[13]에 의하면 FAB 진원도는 90% 이상이면 접합에 무리가 없는 것으로 보고되어 은합금의 경우 FAB 형상면에서는 기존 금와이어와 동등하였다.

그림 5는 제작된 와이어를 기판에 접합 후 접합이 제대로 됐는지 확인하기 위한 접합력 평가 결과이다. 그림 5 (a)에는 BST 결과값인 1^st ball bond의 접합 면적당의 shear 값을 보였다. 팔라듐 함량이 증가할수록 BST 값은 상승하는 것을 알 수 있다. 이것은 팔라듐 함량 증가에 따른 1^st ball bond의 강도 향상의 영향으로 판단된다. 그림 5 (b)는 1^st ball bond의 접합 이상이 있는지를 알아보기 위해 초기 BPT를 통하여 ball lift 발생 여부를 확인한 결과이다. 5종의 와이어 모두 평가용 기판의 금속 패드에 ball bond가 안정적으로 형성된 것을 확인하였다. 팔라듐 함량이 높을수록 인장강도 값이 높기 때문에 4.0 wt% 팔라듐이 함유된 와이어의 BPT 값이 가장 높게 측정되었다. 모든 조건에서 1^st bond ball의 lift는 발생되지 않고 양호하였다. 그림 5 (c)에는 BPT와 유사한 방식으로 SPT를 통해 2^nd bond 접합력 평가를 진행하였다. BPT 결과와 마찬가지로 팔라듐 함량이 높을수록 와이어 강도가 높기 때문에 4.0 wt% 팔라듐이 함유된 와이어의 SPT 값이 가장 높게 측정되었다. 또한 SPT 값의 결과 5종 와이어 모두 양호한 접합이 된 것을 알 수 있다. 결국 BST, BPT, SPT로 접합력을 확인한 결과 은합금 와이어 모두 팔라듐 함량에 관계없이 4N 골드에 비하여 동등하거나 우수한 접합력을 보였다.

Fig. 5.

The bonding evaluation results of the wires: (a) BST, (b) BPT, and (c) SPT result graphs.

그림 6에는 130°C/85%RH 조건에서 실시된 고습신뢰성 후 시간대별 BPT 결과를 그래프로 나타내었다. 그림 6 (a)는 4N 금와이어의 고습신뢰성 후 시간대별 BPT 결과이다. 금의 경우 144 시간까지 안정적인 값을 유지하였다. 그림 6 (b)는 팔라듐 1.1 wt% 와이어의 고습신뢰성 평가 결과로 48 시간부터 ball lift가 급격히 일어나는 것을 알 수 있다. 그림 6 (c)는 팔라듐 2.5 wt% 와이어의 고습신뢰성 평가 결과로 72 시간부터 ball lift가 급격히 일어나는 것을 알 수 있다. 그림 6 (d)는 팔라듐 3.0 wt% 와이어의 고습신뢰성 평가 결과로 72~96 시간부터 ball lift가 급격히 일어나는 것을 알 수 있다. 마지막으로 그림 6 (e)는 팔라듐 4.0 wt% 와이어의 고습신뢰성 평가 결과로 96시간부터 ball lift가 급격히 일어나는 것을 알 수 있다. 팔라듐 함량에 따라서 고습신뢰성 평가 시 ball lift 발생 시점에 차이가 생기며, 팔라듐 함량이 높을수록 고습신뢰성 평가 시 더 오랜 시간 동안 안정적인 1^st ball bond와 알루미늄 패드 간 접합이 유지되는 것을 알 수 있다. 한편 일반적인 DDR 실소자의 고습 신뢰성 테스트에서는 소자 보호를 위한 에폭시 몰딩 처리 후 진행하지만 본 실험에서는 이러한 보호용 에폭시 몰드 컴파운드 (epoxy molding compound)가 적용되지 않는 130°C/85%RH의 가혹 조건에서도 팔라듐 2.5 wt% 조건은 48 시간까지 안정함을 보였다. 따라서 고습신뢰성 측면에서 팔라듐 2.5 wt% 이상이면 금을 대체하여 은합금 와이어의 채용이 가능하다고 판단된다.

Fig. 6.

Humidity reliability results measured by BPT over time: (a) 4N Au, (b) Pd 1.1 wt%, (c) Pd 2.5 wt%, (d) Pd 3.0 wt%, (e) Pd 4.0 wt%.

그림 7에는 앞서 보인 고습신뢰성의 변화원인을 확인하기 위해 120 시간 후 1^st ball bond의 단면 EDS 분석을 진행한 결과이다. 좌상단에는 전체의 부분에서 EDS의 관찰 위치를 나타내었고, 각 포인트에서의 EDS 분석 결과를 SEM 이미지 내 표로 삽입하였다. 그림 7 (a)에는 4N Au 와이어의 1^st ball bond의 120 시간 단면 이미지와 성분 분석을 통한 계면 구조를 나타내고 있으며, 패드의 알루미늄을 전부 소진한 상태로 Au-Al의 IMC를 형성하고 있다. 1^st ball bond와 가까운 #2 지점은 Au-rich 상인 Au₄Al상으로 추정되고 그 아래 #3, 4 영역은 Au₄Al, Au₅Al₂의 혼합 구조로 예상된다. 계면의 특이사항은 관찰되지 않고 있다. 그림 7 (b)에는 팔라듐 1.1 wt% 의 120 시간 후 계면 이미지와 성분 분석 결과를 나타내고 있다. 1^st ball bond (#1)과 알루미늄 패드(#6) 사이에 균열이 관찰된다. 또한 1^st ball bond (#1)과 가까운 #2 위치에서 Al₂O₃가 관찰된다. 다른 상이 추가로 확인되는 #4의 경우 검은색의 Al₂O₃와 밝은색의 Ag-Pd-Al의 IMC가 형성된 것으로[14] 보이며 두 상이 혼합되어 부식이 진행되고 있는 것을 알 수 있다. 그림 7 (c)에는 팔라듐 2.5 wt% 의 120 시간 후 계면 이미지와 성분 분석 결과를 나타내고 있다. 1^st ball bond (#1)와 알루미늄 패드 사이에 부식층(#2)이 관찰된다. #2의 부식층 위로 얇은 균열이 관찰된다. #2의 경우 Al₂O₃와 Ag-Al IMC로 구성된 것으로 예상하며 성분 비율을 확인하면 (AgPd)₃Al 상으로 예상된다. Ag₃Al 상의 경우 입방 격자 (simple cubic) 구조로 원자 충진률이 52% 로 낮은 구조를 가지고 있으며[15] 격사 사이로 산소 원자가 이동하기 쉬운 구조로 산소의 이동 경로가 될 가능성이 높은 취약한 IMC이다. #3은 Ag₃Al 대비 비교적 부식에 강한 Ag-Al IMC인 Ag2Al 상으로 예측되며 이로 인해 밝은색의 부식되지 않은 구조로 관찰이 된다. 팔라듐이 함유된 Ag-Pd-Al IMC를 형성하였지만 낮은 팔라듐 함량으로 인해 계면에 부식이 관찰된다. 그림 7 (d)는 팔라듐 3.0 wt% 의 120 시간 후 계면 이미지와 성분 분석 결과이다. 1^st ball bond (#1)의 하부에 Al₂O₃(#2) 상과 Ag-Al IMC(#2)가 관찰되며 취약한 구조의 Ag₃Al 상으로 확인된다. #3번은 #2번과 유사하게 Al₂O₃ 상과 Ag-Al IMC가 관찰되며 Ag-Pd-Al IMC로 구성된 것을 알 수 있다. 일부 팔라듐 원소가 은의 격자 자리를 대체해 (AgPd)₃Al 구조를 형성하며[16], 이로 인해 Ag₃Al 상에 비해 부식 속도가 늦춰지는 효과를 보이며 아직 부식된 상과 부식되지 않은 상의 혼합형태로 구성되어 있다. 그림 7 (e)에는 팔라듐 4.0 wt% 의 120 시간 후 계면 이미지와 성분 분석 결과를 나타내고 있다. 1^st ball bond (#1)과 알루미늄 패드 (#5)사이에 일부 균열은 관찰되지만 접합이 유지되고 있는 것을 알 수 있다. 전체적으로 Al₂O₃ 상과 Ag-Al or Ag-Pd-Al IMC가 혼합된 형태로 관찰된다. #2에는 Al₂O₃ 상과 Ag-Pd-Al IMC가 관찰되며 (AgPd)₃Al 상으로 예상된다. #3에는 Ag-Pd-Al IMC가 관찰되며 (AgPd)₂Al 상이 형성되었다. #6는 Al₂O₃ 상과 Ag-Al IMC가 관찰되며 Ag₂Al 상으로 예상된다. #4는 #5와 마찬가지로 Al₂O₃와 Al의 혼합 상으로 예상된다. 1^st ball bond 내 균열이 관찰되지만 Pd 1.1, 2.5, 3.0 wt% 와 다르게 일부 접합되어있는 부분들이 관찰된다.

Fig. 7.

1^st ball bond cross-sectional EDS analysis results: (a) 4N Au after 120 hrs, (b) Pd 1.1% 120 hrs, (c) Pd 2.5% 120 hrs, (d) Pd 3.0% 120 hrs, (e) Pd 4.0% 120 hrs.

(b)~(e) 결과를 통해 일반적인 균열의 양상은 1^st ball bond 하단부의 입방격자 구조의 Ag₃Al 층에서 부식이 시작되고 와이어에 팔라듐 함량이 높아질수록 Ag-Pd-Al IMC의 형성이 늘어나면서 IMC의 부식 속도를 전반적으로 늦추는 역할을 하는 것으로 확인되었다. 이러한 양상은 앞서보인 고습신뢰성 평가 시 시간대별 BPT를 통한 ball lift를 관찰한 결과와 일치함을 알 수 있다. 비저항 측면에서는 팔라듐 함량이 낮을수록 전기적 특성이 향상되기 때문에 유리할 수 있지만 2.5 wt% 미만의 팔라듐 함량의 경우 고습신뢰성 성능이 좋지 않다. 따라서 전기적인 성능을 만족시키는 최대 팔라듐 함량은 2.5 wt% 수준으로 판단된다. 팔라듐 함량이 늘어날수록 와이어 표면 경도가 증가하는 양상이 있으나 2.5~4.0 wt%의 경우 증가 폭이 크지 않으므로 4.0 wt% 이하의 팔라듐 함량의 경우 적용에 큰 문제가 되지 않을 것으로 판단된다. DDR4 급 패키징에 적합한 와이어는 팔라듐 함량 2.5 wt%를 갖는 조성이 전기적, 기계적특성 및 신뢰성 측면에서 유리할 것으로 판단되었다.

4. 결 론

직경 18 μm급 은합금 와이어의 팔라듐 함량을 1.1~4.0 wt%까지 달리하여 이들의 전기적 기계적 물성과 FAB 형성, 접합부의 고습신뢰성을 확인하였다. 전기비저항과 표면 경도값은 팔라듐 함량이 증가할수록 증가하는 경향을 보였고 기존 4N 금와이어와 비교하여 2.5 wt% 팔라듐 이상에서 비슷한 물성을 보였다. FAB 형성 시 진원도는 팔라듐 함량에 크게 영향 받지 않았다. 고습신뢰성 면에서 팔라듐 함량이 증가할수록 (AgPd)₃Al IMC가 형성되어 접합신뢰성이 우수하였고, 특히 2.5 wt% 팔라듐 이상의 은합금은 가혹한 고습신뢰성 조건에서 48 시간까지 안정적인 성능을 보였다. 따라서 직경 18 μm급 고성능 메모리 소자의 패키징용 와이어로서 제안된 은-팔라듐 합금 와이어는 전기적, 기계적, 고습신뢰성면에서 팔라듐 2.5 wt% 함량 조건으로 기존의 금와이어를 대치가 가능하였다.

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