【SEMICON India 2025에 첫 출전】귀금속의 깊은 지견으로 반도체 사업에 공세! 접합/테스트의 신뢰성을 지지하는 다나까귀금속

방열성과 신뢰성을 양립하는 「하이브리드」은 접착제

다나까귀금속은 웨이퍼로부터 잘라낸 반도체 칩을 리드 프레임에 접합하는 다이 본드 공정용은 접착제를 다룬다.

다이 본딩용 은 접착제 에는 주로 수지 접합 타입과 신터링(소결) 타입이 있다. 금속 결합으로 접착하는 신터링 타입은 은(Ag)과 용제로 이루어져 있고, 열전도율이 높고 전기 전도율도 높지만, 기재와의 열팽창율에 차이가 있으면 박리나 균열이 생겨 신뢰성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 에폭시 수지 등을 포함하고 수소 결합으로 접착하는 수지 접합 타입은 저응력으로 신뢰성이 높지만, 열전도율은 신터링 타입에는 미치지 않는다.

다나까귀금속은 금속 결합과 수소 결합 모두에서 접합하는 하이브리드 신터링 타입의 은 접착제 「TS-985 시리즈」를 다룬다. 수지 접합 타입과 신터링 타입의 "좋은 곳 잡기"와 같은 제품으로 열전도율/전기 전도율과 신뢰성을 양립할 수 있는 것이 특징이다. 다나까귀금속공업에서 은접착제의 제품 책임자를 맡고 있는 후시미 에노리씨는 “지금 지금은 파워 반도체의 진화로 다이본드용 접착제에도 더 높은 방열성이 요구되게 되었다. 그러한 수요에도 대응할 수 있다”고 설명한다.

TS-985 시리즈는 납(Pb) 솔더의 대체가 된다. "Pb 솔더는 저비용이고 단시간에 굳어지기 때문에 널리 이용되어 왔지만, 현재는 유럽을 중심으로 환경 규제가 진행되고 있기 때문에, 장래를 예측해 사용을 앞두는 기업도 많다. TS-985 시리즈는 그러한 기업으로부터의 요망이 확실히 증가하고 있다"(후시미씨)

TS-985 시리즈는 구리(Cu)의 리드 프레임과 궁합이 좋은 것도 특징이다. 다이 본드용 접착제는 리드 프레임 소재와의 궁합에 따라 신뢰성이 달라진다. 리드 프레임은 구리가 주류로, 다이 본드용 접착제는 은을 포함하는 것이 주류이지만, 동일한 소재끼리가 가장 접합성 높기 때문에, 리드 프레임에 은 도금 도금 실시하는 경우가 있다. TS-985 시리즈는 은 접착제이면서 구리 리드 프레임과 궁합이 좋고, 도금 않고 사용할 수 있으므로, 도금의 프로세스를 생략할 수 있어 코스트 다운에도 공헌한다.

다나까귀금속은 다이 본딩용 은 접착제의 연구개발/제조 거점을 가나가와현 히라츠카시와 싱가포르에 둔다. 「고객에 해당하는 파워 반도체 메이커의 공장은 동남아시아에 많다. 다나까귀금속은 타사에 앞서 고객에 가까운 싱가포르에 연구 개발과 제조의 거점을 두고, 커뮤니케이션과 서포트를 강화해 왔다」(후시미씨)

앞으로는 도금 불필요라는 강점을 유지하면서 보다 방열성을 높여 나갈 것이다.

코로나 패에서도 중단없이 공급, 높은 점유율을 가진 본딩 와이어

다나까귀금속은 반도체 칩과 프린트 기판의 전극을 전기적으로 접속하는 본딩 와이어에 대해서도 60년 이상으로 오랫동안 제조해 온 실적을 가지고 높은 점유율을 확보하고 있다.

제조 거점은 연구개발 거점이기도 한 사가현 요시노가리쵸에 더해 싱가포르와 말레이시아에 1곳씩, 중국과 대만에 2곳씩 총 7곳을 둔다. 이로써 공급망 리스크를 경감할 수 있는 것이 강점이다. 다나까전자공업에서 본딩 와이어를 담당하는 오가와 토시테루 씨는 “어떤 제품도 여러 거점에서 생산할 수 있도록 체제를 갖추고 있고, 코로나 패의 반도체 부족 상황 하에서 다나까귀금속 중단없이 공급을 계속해 왔다.

와이어 소재는 금(Au)/Ag/Cu/알루미늄(Al) 외, Cu에 팔라듐(Pd)을 피복한 Pd 코트 구리(PCC) 등을 갖추고 있고, 와이어 타입은 통상의 세선 타입이나 파워 디바이스용의 굵은 선 타입에 더해, 원선보다 두께를 내지 않고 단면적을 크게 할 수 있는 폭넓은 리본 타입도 준비한다. 본딩 와이어는 비용 절감을 위해, 보다 얇은 것이 요구되는 경향이 있는 가운데, 다나까귀금속은 연구 개발 단계에서는 직경 10μm라는 극세 타입도 실현하고 있다.

다나까귀금속 에서는 본딩 와이어의 경도와 신장률 등 모두 고객의 요구 사양에 커스터마이즈하여 제공한다. 또한 귀금속의 지견을 살려 전극과 와이어의 소재에 의한 궁합 등 접합의 노하우도 포함해 솔루션으로 제안한다.

"앞으로도 고객의 방향성에 맞춘 개발을 계속한다. 오랜 본딩 와이어를 다루어 온 경험으로, 고객의 요구에 폭넓게 응해 가고 싶다"(오가와씨)

전기 저항과 경도의 절충을 제거한 프로브 핀 재료

테스트 공정용으로도 제품을 전개하고 있다. 전 공정의 최종 단계인 웨이퍼 테스트나 후 공정의 최종 단계인 파이널 테스트에 사용하는 프로브 핀 재료 이다.

웨이퍼 테스트에서는 프로브 핀의 전기 저항이 크면 열이 발생하여 양품을 불량품으로 판정하는 등 테스트 정밀도가 저하된다. 따라서, 프로브 핀 재료 에는 전기 저항의 작음이 강하게 요구된다.

이러한 수요에 대해 다나까귀금속 2023년에 출시한 것이 저저항인 Pd 합금 재료인 TK-FS다. 기존품(종래품) 보다 크게 전기 저항을 저감하면서 고경도도 양립하는 것으로, 다나까귀금속공업 에서 프로브 핀 재료의 제품 부책임자를 맡은 후시 켄지씨는 “독자적인 조성과 공법에 의해 전기 저항과 경도의 트레이드 오프를 해소했다”고 설명한다.

게다가 일반적인 금속 재료는 딱딱해지면 갈수록 균열이나 부러짐이 생기기 쉽지만, TK-FS는 굽힘 내성이나 신장률도 높은 수준이다. 로직 IC 등의 웨이퍼 테스트에서는 첨단을 구부린 캔틸레버 타입 의 프로브 핀 널리 이용되기 때문에, 다나까귀금속 에서는 TK-FS에 대해서 독자적인 반복 구부림 시험을 실시하고 있다.

TK-FS는 커스텀 제품으로 판매하고 있으며, 경도는 400~520HV의 범위 내에서 자유롭게 조정할 수 있다.

한편, 최종 테스트에서는 웨이퍼 테스트만큼 전기 저항의 우선 순위가 높지 않습니다. 프로브 핀 단체가 아니라 시스템 전체에서 테스트의 정밀도가 결정되기 때문이다. 대신 검사 대상과 접촉하면 프로브 핀의 팁이 마모되므로 경도가 매우 중요합니다.

다나까귀금속 2024년 출시한 Pd 합금 재료 'TK-SK'는 이러한 요구에 부응하는 것이다. 종래, Pd합금의 경도는 「아무리 높아도 560HV 정도라고 여겨져 왔다」(후시씨)라고 하지만, TK-SK는 그 한계를 넘어, 최대 640HV라고 하는 경도를 실현하고 있다. 이전부터 축적해 온 풍부한 개발 데이터와 경도에 특화된 신공법을 조합함으로써 제품화에 이르렀다.

프로브 핀 재료로 사용되는 재료에는 베릴륨 구리(BeCu) 합금과 같은 비귀금속 고경도 재료가 있다. 비귀금속 고경도 재료는 「고경도이지만 산화하기 쉽다」라는 특징이 있어, 산화를 방지하기 위해 도금을 실시할 필요가 있지만, Pd 합금은 도금 없이 사용할 수 있다. 후시씨는 “TK-SK는 비귀금속 고경도 재료와 동등 이상의 경도이면서 도금 불필요한 내산화성을 가지는 비귀금속 재료의 상위 호환 같은 재료”라고 자신을 보인다.

「파워 반도체의 웨이퍼 테스트 등을 향해서는 한층 더 전기 저항을 저감해 주었으면 하는 소리도 있다」(후시씨)라고 하고, 향후도 고객의 요구를 확인하면서 개발을 진행해 나간다.

수년간의 지식과 신뢰로 반도체 제조의 든든한 파트너에게

다나까귀금속은 귀금속에 대한 깊은 지식과 오랜 경험을 살려 반도체 제조의 각 공정에 빼놓을 수 없는 제품을 폭넓게 제공하고 있다. 제품의 품질뿐만 아니라 안정공급과 반석인 서포트 체제도 갖추고 있는 다나까귀금속은 신뢰성을 중시하는 반도체 메이커나 검사장치 메이커에 있어서 향후 점점 든든한 파트너가 될 것이다.