JP3995564B2

JP3995564B2 - 半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP3995564B2
Application number: JP2002253781A
Authority: JP
Inventors: 工次郎亀山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2003160896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣｕまたはＦｅ―Ｎｉ合金を主材料とするリードおよびリードフレーム、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）の電極等のメッキ膜層に関し、少なくとも２層のメッキ膜層を形成する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｃｕ単体、Ｃｕ合金またはＦｅ―Ｎｉ合金のような導電部材の表面を、Ｓｎ単体またはＳｎ合金のメッキ層で被覆したリード材は、Ｃｕ単体またはＣｕ合金が備えている優れた導電性と機械的強度を有する。なおかつ、そのリード材は、Ｓｎ単体またはＳｎ合金が備えている耐食性と良好な半田付け性をも併有する高性能導体である。そのため、それらは、各種の端子、コネクタ、リードのような電気・電子機器分野や電力ケーブルの分野などで多用されている。
【０００３】
また、半導体チップを回路基板に搭載する場合には、半導体チップのアウターリード部にＳｎ合金を用いた溶融メッキや電気メッキを行うことにより、アウターリード部の半田付け性を向上せしめることが行われている。このようなＳｎ合金の代表例は半田（Ｓｎ―Ｐｂ合金）であり半田付け性、耐食性などが良好なために、コネクタやリードフレームなどの電気・電子工業用部品の工業用メッキとして広く利用されている。
【０００４】
図７は、図６に示した半導体リードフレームにおけるＡ−Ａ断面のリード材の基本構成を示す断面図である。例えば、導電部材２１はＣｕ、Ｃｕを主成分としたＣｕ系合金またはＦｅ―Ｎｉを主成分としたＦｅ―Ｎｉ系合金で構成されている。そして、それらの導電部材２１の表面には、異なる金属材料の２層のメッキ膜が施されている。例えば、Ｓｎの第１メッキ膜２２とＳｎ―Ｂｉの第２メッキ膜２３がこの順序で形成されている。ここで、第１メッキ膜２２の厚さをｔ_１、第２メッキ膜３の厚さをｔ_２としたとき、ｔ_１は約３〜１５μｍ、ｔ_２は約１〜５μｍ、ｔ_２／ｔ_１は約０．１〜０．５に設定すると、コストの面でも、半田付け性、耐熱性の点でも、また半田の接合強度やアルミ線などとの溶接部の溶接強度の点でも良好な特性があり、リード材としての性能向上が得られるので好適であることが知られている。
【０００５】
図８は、自動メッキ装置全体のレイアウトである。まず、アルカリ電解洗浄浴槽３１において、導電部材２１の表面における半田メッキ皮膜の密着性や半田付け性を阻害する油脂等の有機性の汚染物質を除去する。次に、水洗用浴槽３２において洗浄された後、化学エッチング浴槽３３において、化学エッチング処理（基本的には酸化―還元反応を利用した処理）を行い、粒界や介在物などの存在により不均一な表面になっている導電部材２１の表面を均一化する。
【０００６】
次に、水洗用浴槽３４において洗浄された後、酸活性化浴槽３５において、水洗用浴槽３４で付着した酸化膜を除去する。次に、水洗用浴槽３６において洗浄された後、半田メッキ装置３７においてメッキが施される。半田メッキ液は強酸性のため、メッキ後の表面は酸性になっている。そのような表面では時間の経過とともに皮膜が変色し、半田付け性が劣化する。そのために、水洗用浴槽３８、中和処理浴槽３９において、メッキ表面に残留する酸を中和し、吸着している有機物を除去する。その後、水洗用浴槽４０、湯洗用浴槽４１で洗浄され、乾燥装置４２において、メッキされた導電部材２１を乾燥させる。
【０００７】
図９は、図８に示した全体のメッキ装置における化学エッチング浴槽３３のＢ−Ｂ方向における断面図である。
【０００８】
この化学エッチング浴槽３３における働きは上記した通りである。ここでは、このメッキ装置における仕組みについて説明する。このメッキ装置では、横送り式プッシャー３３１と搬送レール３３２は、共に上下方向に可動できるようになっている。そして、それらの可動範囲の上限位置および下限位置が決められており、その間を繰り返し動いている。吊り下げ用フック３３３は、作業目的に応じて適した間隔に搬送レール３３２に掛けられる。通常は、隣り合った浴槽のセンター間の距離である。そして、メッキされる導電部材２１を吊っているメッキ補助ラック３３４は、この吊り下げ用フック３３３に掛けられ、このメッキ装置にセットされる。次に、横送り式プッシャー３３１について述べる。横送り式プッシャー３３１間の距離は、基本的には、隣り合った浴槽のセンター間の距離とほぼ等しい。そして、この横送り式プッシャー３３１は、１本もののアームに設置されており、作業方向へ吊り下げ用フック３３３を１スパン送ると、その分戻るようになっている。そして、この横送り式プッシャー３３１は、上限位置で１スパン送り、下限位置でその分戻るようになっている。また、搬送レール３３２は、上下方向には動くが進行方向には動かない。この作業の繰り返しにより、このメッキ装置は機能している。
【０００９】
上記したこのメッキ装置では、メッキ前処理ラインを１本および半田メッキラインを１本有していた。例えば、導電部材２１に第１メッキ膜２２にＳｎのメッキ膜、第２メッキ膜２３にＳｎ―Ｂｉのメッキ膜を形成する場合と導電部材２１に第１メッキ膜２２にＳｎのメッキ膜、第２メッキ膜２３にＳｎ―Ａｇのメッキ膜を形成する場合とがある。この場合、第１メッキ膜は両方とも同じＳｎメッキ液を使用することができるが、第２メッキ膜は使用するメッキ液が異なる。そのため、導電部材２１に前者のメッキ膜を形成することを終えた後、１度メッキ装置を停止させ後者用のメッキ液へと浴槽内のメッキ液を入れ替えてから次の導電部材２１にメッキ膜を形成していた。
【００１０】
更に、上記したこの半田メッキ方法とそれに用いるメッキ装置では、メッキラインにおけるメッキ浴槽は、導電部材２１にメッキ膜を形成するメッキ液と電流を供給するための電極を有している。ここで、このメッキ浴槽内に設置された電極は、主に電気メッキではアノードが用いられる。そして、このメッキ浴槽に導電部材２１を浸漬し、このとき導電部材２１は陰極を形成することでメッキ膜が形成される。このとき、導電部材２１を２本の主柱から成る長方形のメッキ補助ラック３３４に設置しメッキ作業を行っていた。例えば、パッケージの大きさの異なる導電部材２１やパッケージのデザインの異なる導電部材２１や材質の異なる導電部材２１などがある。そして、それら導電部材２１に厚いメッキ膜を形成するときは、メッキ液に強い電流密度をかけてメッキ作業を行っていた。このように、主に電流密度に強弱をつけることで様々な厚さのメッキ膜を形成していた。
【００１１】
そして、電気メッキでは、導電部材２１の端部ほど電流密度がかかり、メッキ膜がより厚く形成されることが知られている。また、メッキ液に好適な電流密度の範囲の上限を最大電流密度という。この最大電流密度を利用することにより、高速メッキやメッキ時間を短縮することができる。しかし、この最大電流密度を越えると、メッキ面にくもりができ、更にやけや紛状析出ができるようになる。そして、限界電流密度に達するとメッキ膜が形成されなくなることも知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
第１の課題として、上記したように、この半田メッキ装置では、メッキ前処理ラインを１本および半田メッキラインを１本有していた。そのため、導電部材２１に複数の組み合わせのメッキ膜を形成する場合、メッキ膜の組み合わせが換わるとき、連続して作業を行うことができないという課題が生じた。言い換えると、このメッキ装置では、準備されたメッキ液に導電部材２１を順次浸漬して、同じメッキ膜の組み合わせのメッキ膜を連続して形成することはできた。しかし、メッキされる導電部材２１の使用用途に応じて、導電部材２１に複数の組み合わせのメッキ膜を連続して形成することができなかった。つまり、半田メッキラインについて、メッキ液の入れ替えに余分な時間と手間を費やすという問題があった。
【００１３】
更に上記したことに加えて、半田メッキラインを管理することに関しても、多大な労力を費やしていた。例えば、１つのメッキ浴槽であるメッキ液を使用した後に、メッキ液構成の異なる他のメッキ液を使用する場合がある。このとき、確実に前者のメッキ液を除去しないと後者のメッキ液の液構成が換わってしまう。また、使用するメッキ液構成が異なれば、そのメッキ浴槽で使用されるアノードも異なり交換しなければならない。つまり、メッキ液管理またはメッキ浴槽管理などメンテナンス面に関しても多大な労力を費やすという問題があった。
【００１４】
第２の課題として、上記したように、この半田メッキ方法とそれに用いるメッキ装置では、メッキラインにおけるメッキ浴槽は、導電部材２１にメッキ膜を形成するメッキ液と電流を供給するための電極を有している。そして、このメッキ装置を用いてメッキ膜を形成していた。しかし、導電部材２１は、表面積の大小やデザインにより様々なものがある。そのため、電流は陽極から陰極に流れるものであるが陰極となる導電部材２１の表面のどの部分にも均一な電流が通過するとは限らない。言い換えると、導電部材２１の各部分がアノードから等距離あるというわけではない。そして、このメッキ装置では、導電部材２１を２本の主柱から成る長方形のメッキ補助ラック３３４に設置しメッキ作業を行っていた。そのため、導電部材２１は一つの面としてアノードからの電流密度を受けていたため、導電部材２１の端部ほど電流密度が集中しメッキ膜が厚く形成され、導電部材２１の中心部は端部に比べて薄くメッキ膜が形成された。また、導電部材２１にメッキ膜を形成するとき、電流密度の強いところをメッキしてしまいメッキ膜厚およびメッキ膜組成分布の最適化と均一性に欠けるというという問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたもので、本発明の半導体装置の製造方法は、支持基板と、該支持基板上に形成された電極と電気的に接続された複数の半導体チップと、前記半導体チップを樹脂モールドした封止体と、前記封止体を個別化して成るチップサイズパッケージ型の半導体装置において、前記電極には、Ｓｎを主金属材料とし、前記Ｓｎに対して０〜１重量％程度のＢｉが含まれる第１のメッキ膜層と、前記電極の最表面層にはＳｎ−Ｂｉを主金属材料とするメッキ膜層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、支持基板上に形成された電極上に複数の半導体チップを固着し、前記基板上の複数の前記半導体チップを樹脂モールドし封止体を形成した後、前記封止体を分割してチップサイズパッケージ型の素子を形成する半導体装置の製造方法において、前記電極には、Ｓｎを主金属材料とし、前記Ｓｎに対して０〜１重量％程度のＢｉが含まれる第１のメッキ膜層を形成した後、前記電極の最表面層にはＳｎ−Ｂｉを主金属材料とするメッキ膜層を形成することを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明の半導体装置の製造方法は、好適には、ＣｕまたはＦｅ−Ｎｉを主材料とするリードフレームを準備し、前記リードフレームをリードフレーム保持手段に固定した後、前記リードフレームおよび前記リードフレーム保持手段を一体にメッキラインを巡回させて、前記リードフレームにＳｎを主金属材料とする第１のメッキ膜層を形成し、リード最表面にはＳｎ−Ｂｉを主金属材料とするメッキ膜層を形成する半導体装置の製造方法において、前記第１のメッキ膜層に含まれるＢｉは前記リードフレーム保持手段により持ち込まれ、前記Ｂｉは前記Ｓｎに対して０〜１重量％程度の含有率に成るように制御されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
先ず、第１の実施の形態として、図１、図２および図７を参照し、メッキ前処理ラインとメッキラインとを有するメッキ装置において、メッキラインには複数のパターンのメッキ膜層を形成するためのメッキ浴槽を有し、そのメッキ浴槽にはそれぞれメッキ液収納浴槽を設けたことを特徴とするメッキ装置について記載する。
【００１９】
図１は、本発明であるメッキ装置を実施するための半田メッキラインの機能を簡略に示したレイアウトである。この半田メッキラインでは、プレディップ浴槽４３、第１メッキ浴槽４４、第２メッキ浴槽４５、第３メッキ浴槽４６、水洗用浴槽４７が搬送レール４２の下に設置される。そして、横送り式プッシャー４１により１ピッチずつ送られ、それらの浴槽を用いて導電部材２１（図４参照）にメッキ膜を形成することは、従来と同様である。
【００２０】
本発明では、第１の形態としては、メッキ浴槽に対応して必要なだけメッキ液収納浴槽を設置する形態である。例えば、図１に示したように、第１メッキ浴槽４４にはメッキ液収納浴槽を設置せず、第２メッキ浴槽４５用の第１メッキ液収納浴槽４９を、第３メッキ浴槽４６用の第２メッキ液収納浴槽５０をそれぞれ設置する。この場合、作業スペースを効率的に活用するためにも、また、メッキ液収納時、メッキ液が短時間に収納できるようにメッキ浴槽の下にメッキ液収納浴槽を設置した。そのことにより、この半田メッキラインにおいて、１本の搬送レールで導電部材２１に、連続して複数の組み合わせのメッキ膜を使用用途に応じて形成することができることに特徴を有する。
【００２１】
図２も上記した図１同様に、本発明であるメッキ装置を実施するための半田メッキラインの機能を簡略に示したレイアウトである。この半田メッキラインでは、プレディップ浴槽５３、第１メッキ浴槽５４、第２メッキ浴槽５５、第３メッキ浴槽５６、水洗用浴槽５７が搬送ライン５２の下に設置される。そして、横送り式プッシャー５１により１ピッチずつ送られ、それらの浴槽を用いて導電部材２１にメッキ膜を形成する。
【００２２】
そして、第２の形態としては、全てのメッキ浴槽に対してメッキ液収納浴槽を設置する形態である。例えば、図２に示したように、第１メッキ浴槽５４用の第１メッキ液収納浴槽５９を、第２メッキ浴槽５５用の第２メッキ液収納浴槽６０を、第３メッキ浴槽５６用の第３メッキ液収納浴槽６１をそれぞれ設置する。この場合も上記した第１の形態と同様にメッキ浴槽の下にメッキ液収納浴槽を設置した。そのことにより、この半田メッキラインにおいて、１本の搬送レールでメッキ可能な導電部材２１に、連続して複数の組み合わせのメッキ膜を使用用途に応じて形成することができることに特徴を有する。
【００２３】
第１の形態について具体的に言うと、この半田メッキラインの搬送の仕組みは上記した図９と同様である。例えば、この図１の半田メッキラインでは、第１メッキ浴槽４４にはＳｎのメッキ液が入れられ、第２メッキ浴槽４５にはＳｎ―Ｂｉのメッキ液が入れられ、第３メッキ浴槽４６にはＳｎ―Ａｇのメッキ液が入れられている。そして、これらのメッキ浴槽は、メッキされた導電部材２１の使用用途に応じて必要なメッキ浴槽が選択され、必要でないメッキ浴槽のメッキ液はメッキ液収納浴槽へと移動する。しかし、この形態では、Ｓｎのメッキ液が入った第１メッキ浴槽４４には常にメッキ液が入れられ、導電部材２１はこのＳｎのメッキ液に浸漬する。この結果、導電部材２１にＳｎの単層のメッキ膜が形成されたり、１層目がＳｎで２層目がＳｎ―ＢｉまたはＳｎ―Ａｇのメッキ膜が形成される。なおリード材の構造は図７と同じであるので符号を共通とした。
【００２４】
第１に、導電部材２１にＳｎ単層の第１メッキ膜２２のみを形成するケースについて述べる。ここでは、Ｓｎのメッキ液が入れられた第１メッキ浴槽４４には、常にＳｎのメッキ液が入っており、導電部材２１にＳｎのメッキ膜が形成される。まず、上記したメッキ前処理ラインで処理された導電部材２１は、プレディップ浴槽４３で表面の水酸膜の除去を行い、第１メッキ浴槽４４のＳｎのメッキ液へと浸漬する。そして、その間に第２メッキ浴槽４５および第３メッキ浴槽４６では、導電部材２１にメッキ膜を形成しないので、浴槽内のメッキ液は第１メッキ液収納浴槽４９および第２メッキ液収納浴槽５０へと移動する。第１メッキ浴槽４４でＳｎのメッキ膜を形成した導電部材２１は、第２メッキ浴槽４５、第３メッキ浴槽４６へと搬送されるが、それらのメッキ浴槽にはメッキ液が入っていないためメッキ膜は形成されない。次に、水洗用浴槽４７でメッキ膜を形成した導電部材２１の表面を洗浄する。この結果、導電部材２１にＳｎの単層メッキ膜が形成される。
【００２５】
第２に、導電部材２１に２層の第１メッキ膜２２および第２メッキ膜２３を形成するケースについて述べる。導電部材２１にメッキ膜を形成する工程は上記した内容と同様である。まず、第１メッキ浴槽４４には、常にＳｎのメッキ液が入っているため、導電部材２１にはＳｎの第１メッキ膜２２が形成される。そして、その導電部材２１の使用用途に応じて、第２メッキ膜２３を形成するメッキ浴槽を選択する。ここで、最初にＳｎ―Ｂｉの第２メッキ膜２３を形成する場合は、第３メッキ浴槽４６のＳｎ―Ａｇのメッキ液を第２メッキ液収納浴槽５０に移動させる。そして、次にＳｎ―Ａｇの第２メッキ膜を形成する場合は、第２メッキ浴槽４５のＳｎ―Ｂｉのメッキ液を第１メッキ液収納浴槽４９に移動させ、第３メッキ浴槽４６へ第２メッキ液収納浴槽５０からＳｎ―Ａｇのメッキ液を戻す。この結果、導電部材２１には、ＳｎとＳｎ―ＢｉまたはＳｎとＳｎ―Ａｇの２層のメッキ膜が形成される。
【００２６】
ここで、図１のメッキ装置では、第１メッキ浴槽４４のメッキ液の金属材料はＳｎであり、第２メッキ浴槽４５のメッキ液の金属材料はＳｎ―Ｂｉであり、第３メッキ浴槽４６のメッキ液の金属材料はＳｎ―Ａｇである。そして、それらの金属とそれを溶かす溶剤を除いた溶液が同一の液構成であるため、導電部材２１に連続してメッキ膜を形成することができる。しかし、液構成の異なるメッキ液で導電部材２１にメッキ膜を形成する場合もある。このとき、メッキ液構成の異なるメッキ浴槽間に純水を入れたメッキ浴槽を用意し、メッキされた導電部材２１の表面を洗浄することで、それらの液構成の異なるメッキ液同志が混ざるのを防止する。そして、この純水が必要でないときは、メッキ液収納浴槽に入れておく。このことにより、メッキ液の液構成に関係なく１本の搬送レールで連続して複数の組み合わせのメッキ膜を導電部材２１に形成することができる。
【００２７】
第２の形態について具体的に言うと、この半田メッキラインのメッキ方法については、上記した第１の形態と同様である。例えば、この図２の半田メッキラインでは、第１メッキ浴槽５４にはＳｎのメッキ液が入れられ、第２メッキ浴槽５５にはＳｎ：Ｂｉ＝９８（重量％）：２（重量％）のメッキ液が入れられ、第３メッキ浴槽５６にはＳｎ：Ｂｉ＝４３（重量％）：５７（重量％）のメッキ液が入れられている。そして、これらのメッキ浴槽は、メッキされた導電部材２１の使用用途に応じて必要なメッキ浴槽が選択され、必要でないメッキ浴槽のメッキ液はメッキ液収納浴槽へと移動する。この結果、導電部材２１にＳｎまたはＳｎ：Ｂｉ＝９８（重量％）：２（重量％）単層のメッキ膜が形成されたり、１層目がＳｎで２層目がＳｎ：Ｂｉ＝４３（重量％）：５７（重量％）の２層のメッキ膜が形成されたり、１層目がＳｎ：Ｂｉ＝９８（重量％）：２（重量％）で２層目がＳｎ：Ｂｉ＝４３（重量％）：５７（重量％）の２層のメッキ膜などが形成されたりする。
【００２８】
この第２の形態では、導電部材２１に第１メッキ膜２２を形成するためにＳｎ：Ｂｉ＝９８（重量％）：２（重量％）のメッキ液を使用することができる。このとき、メッキ液に数％程度のＢｉを含むことにより、第１メッキ膜２２では、ウイスカー（針状結晶）が顕著に抑制される。
【００２９】
よって、本発明では、メッキ液構成の異なる複数のメッキ液が入れられたメッキ浴槽と、そのメッキ浴槽に必要に応じてまたは全てにメッキ液収納浴槽を設置する。そして、導電部材２１の使用用途に応じてメッキ液をそれらの両浴槽を移動させることができる。その結果、１本の搬送レールで連続して、複数の組み合わせのメッキ膜を形成することができる。
【００３０】
つまり、連続して１本の搬送レールで複数の組み合わせのメッキ膜を導電部材２１に形成することができる。このことにより、メッキ膜の組み合わせに応じてメッキ装置を一時停止させ浴槽内のメッキ液を入れ換える必要がなくなる。この結果、作業時間を大幅に短縮させることができ、かつ、メッキ液を入れ換える手間を省くことができる。また、同一の浴槽でのメッキ液の入れ換えのとき、それぞれのメッキ液同志が混入することがなくなりメッキ液の管理およびメッキ浴槽、メッキ用設備などのメンテナンスにおける労力も大幅に減らすことができる。
【００３１】
他にも、１本の搬送レールで連続して複数の組み合わせのメッキ膜を形成できる。例えば、第１メッキ浴槽ではメッキ液を第１メッキ液収納浴槽に移動させ、第２および第３メッキ浴槽でメッキ膜を形成する方法や第１および第２メッキ浴槽ではメッキ液を第１および第２メッキ液収納浴槽に移動させ、第３メッキ浴槽のみで単層のメッキ膜を形成する方法などがある。また、隣り合ったメッキ浴槽に同一組成のメッキ液を入れることにより導電部材２１に厚いメッキ膜を形成することができる。
【００３２】
いずれの場合にしても、上記したように、本発明であるメッキ液を両浴槽間を移動させることにより、１本の搬送レールで連続して複数の組み合わせのメッキ膜を形成することが可能である。
【００３３】
上記したように、半田メッキの場合を例として説明してきたが、このメッキ装置は半田メッキに限らず利用することができる。例えば、Ｓｎメッキ、Ｃｕメッキ、Ｎｉメッキなどがある。これらの場合にも、このメッキ装置を用いて１本の搬送レールで連続して導電部材２１に複数の組み合わせのメッキ膜を形成することができる。
【００３４】
次に、第２の実施の形態として、図３、図４および図７を用いて、４本の主柱を中心として直方体の構造を有するメッキ補助ラックおよびこのメッキ補助ラックを用いたメッキ方法について記載する。
【００３５】
図３は、本発明であるメッキ方法を実施するためのメッキ補助ラックを簡単に表したレイアウトである。そして、図４は、図３に示したメッキ補助ラック７２に設置された導電部材２１（図７参照）がメッキ浴槽７１でメッキされているところを上から見たレイアウトである。ここで、電気メッキでは、主に導電部材２１を陰極にするため電極７３がアノード７３の場合として説明する。
【００３６】
本発明では、導電部材２１にメッキ膜を形成するとき、４本の主柱から成る直方体のメッキ補助ラック７２を用いることにより、表面積等の異なる様々な導電部材２１に対してどの部分にもより均一に電流密度がかかるようになることに特徴を有する。
【００３７】
具体的に言うと、メッキ液は、メッキ作業を行うときそれぞれのメッキ液に適した電流密度の範囲があり、その範囲内でメッキ作業を行うことで高品質のメッキ膜を形成することができる。そして、このメッキ方法では、４本の主柱から成る直方体のメッキ補助ラック７２に導電部材２１を設置して、このメッキ補助ラック７２ごとメッキ浴槽７１のメッキ液に浸漬する。このメッキ補助ラック７２は導電材質の部材から形成されているため導電部材２１と一体に陰極を形成する。そして、図２にも示したように、導電部材２１は、メッキ補助ラック７２のセンターに位置するように設置するので、メッキ補助ラック７２の主柱はアノード７３と導電部材２１の間に位置することになる。そのことにより、大部分の電流密度の強い部分は、メッキ補助ラック７２の主柱へと向かい、それ以外の電流密度が導電部材２１にかかりメッキ膜を形成するようになる。その結果、表面積の大きい導電部材２１や表面積の小さい導電部材等異なる様々な導電部材２１に対して均一なメッキ膜厚で均一なメッキ膜組成分布のメッキ膜を形成することができる。
【００３８】
例えば、表面積の大きい導電部材２１にメッキ膜を形成する場合がある。ここで、メッキ液にはメッキ液に適した範囲の電流密度である。そして、表面積が大きい為導電部材２１の中央部と端部では、電流密度のかかり方にも差がある。この場合、上記したように、メッキ補助ラック７２の主柱が導電部材２１とアノード７３との間に入ることにより大部分の電流密度の強い部分を避けるように、メッキ液内の電解調整を補助する。その結果、アノード７３に近い導電部材２１の中心の部分とアノード７３に遠い導電部材２１の端部での電流密度の差が小さくなり、この導電部材２１の表面には均一な膜厚で均一メッキ膜組成のメッキ膜が形成される。
【００３９】
また、Ｐｂフリーメッキである一層目がＳｎで、二層目がＳｎ―Ｂｉのメッキ膜が形成される場合がある。このとき、二層目のＳｎ―Ｂｉのメッキ膜は、約１〜５μｍの範囲でメッキされる。ここで、メッキ補助ラック７２を使用せずにメッキを行うと、上記したように電気メッキ特性により、薄いＳｎ―Ｂｉのメッキ膜では特に導電部材２１の端部と中央部ではメッキ膜厚のばらつきや形成されない部分がでてしまう。しかし、メッキ補助ラック７２を用いることで導電部材２１の表面には、未形成の部分ができることなく均一な膜厚で均一メッキ膜組成のメッキ膜が形成される。
【００４０】
ここで、本発明であるメッキ方法に用いるメッキ装置について説明する。このメッキ装置では、導電材質の部材からなるメッキ補助ラック７２を用いる。このメッキ補助ラック７２は、４本の主柱から成る直方体の形をしている。そして、このメッキ補助ラック７２は、導電部材２１を中心部に設置し導電部材２１とアノード７３との間に位置しメッキ膜を形成するのを補助する。そのとき、メッキ補助ラック７２は導電部材２１と一体に陰極を形成し、均一な膜厚で均一メッキ膜組成のメッキ膜が形成されるようにメッキ液内の電界調整を補助する。
【００４１】
よって、上記したこのメッキ方法とそれに用いるメッキ装置では、導電部材２１にメッキ膜を形成するとき、導電材質の部材で構成された４本の主柱から成る直方体の形をしたメッキ補助ラック７２を使用する。このことにより、メッキ補助ラック７２は導電部材２１と一体に陰極を形成し、また、メッキ補助ラック７２の４本の主柱は導電部材２１とアノード７３との間に位置することで、電流密度の強い部分が導電部材２１に直接かかりメッキ膜を形成することを避けることができる。この結果、メッキ補助ラック７２の補助によりメッキ液内の電解が調整され、導電部材２１の全ての表面により均一な電流密度がかかるようになる。
【００４２】
つまり、メッキ補助ラック７２を用いて導電部材２１にメッキ膜を形成することにより、メッキ膜厚およびメッキ膜組成分布の最適化と均一性のとれたメッキ膜を形成できるようになる。
【００４３】
上記したように、半田メッキの場合を例として説明してきたが、このメッキ装置は半田メッキに限らず利用することができる。例えば、Ｓｎメッキ、Ｃｕメッキ、Ｎｉメッキなどがある。これらの場合にも、このメッキ方法に用いるメッキ装置により様々な種類の導電部材２１にメッキ液に適した条件でメッキ膜を形成することができる。
【００４４】
また、上記したように、電極７３がアノード７３の場合の実施例について説明したが、電極７３がカソード７３の場合でも同じメッキ方法で導電部材２１にメッキ膜を形成することができる。
【００４５】
最後に、第３の実施の形態として、図５から図７を用いて、半導体装置に用いられるリードのメッキ方法について記載する。
【００４６】
まず、Ｃｕ単体、Ｃｕ合金またはＦｅ―Ｎｉ合金のような導電部材２１の表面にメッキされる第１メッキ膜２２において、主金属材料がＳｎ単体からなるメッキ液がメッキされた場合は、特に、第１メッキ膜の２２表面は平滑な皮膜が形成される。しかし、第１メッキ膜２２としてＳｎ−Ｂｉのような2種類の金属がメッキされた場合、第１メッキ膜はイオン化傾向の大きいＢｉが優先的に析出される特徴をもつ。この現象により、第１メッキ膜２２の表面は、非平滑な析出粒子で皮膜形成される。
【００４７】
その結果、リードフレームと接触する作業が加わった場合、後述の問題が発生する。例えば、曲げ加工する工程において、リードフレームに通電端子を当接しＩＣの良否判定する工程において、前述の優先的に析出した非平滑な粒子が脱落することにより、脱落した粒子がリード間に付着することで不良を招く場合である。また、リードフレームを搬送する際、その表面の摩擦抵抗が減少しから回りして、リードフレームに当接する搬送手段の上にとどまるような場合である。
【００４８】
ここで、具体的に曲げ加工において発生する問題を述べる。図５は、リードフレームを曲げ加工する金型の概略図である。そして、図示するように、半導体装置８１のリードフレーム８２をパンチ８３で切断・曲げ加工する際に問題が発生する。
【００４９】
先ず、メッキが施されたリードフレーム８２を台座８４Ａ、Ｂ上に設置し、半導体装置８１の封止体およびリードフレーム８２を台座８４Ａおよびリード支持手段８５で固定する。このとき、リードフレーム８２の先端を台座８４Ｂ上に設置するそして、パンチ８３にてリードフレーム８２が切断され、その他の部分は曲げ加工される。この時、パンチ８３の底面とリードフレーム８２の表面は接触し、粗大化した析出粒子がパンチ８３の底面にくずとして付着したり、リードフレーム８２に付着してしまう現象が発生する。
【００５０】
しかも、現在使われているリードフレームにおいては２００ピン程度を有し、狭いものでは０．４ｍｍと狭ピッチ化している。また、半導体装置自体も大幅に小さくなっているため、前記付着物により品質不良を招くことが推測される。このことより、前述したような主金属材料がＳｎ単体等かなるメッキ液によりメッキされることが半導体の製造工程において望ましい。
【００５１】
一方、主金属がＳｎ単体からなるメッキ膜において、以下の述べる製造方法では微量のＢｉが混入することがわかった。
【００５２】
第１の実施の形態で説明したように、本発明のメッキ装置では、メッキ液を自由に選択することが可能であり、導電部材２１の表面にＳｎ単体の第１メッキ膜２２を形成することが可能である。しかし、第２の実施の形態で述べたように、導電部材２１にメッキする際にメッキ補助ラック７２を使用するため、メッキ補助ラック７２の表面にもメッキ膜が形成される。そして、メッキ補助ラック７２はその後の工程で洗浄等が施されメッキ補助ラック７２自身のメッキ膜は落とされるが、１つの搬送ラインでメッキ補助ラック７２を繰り返し利用する。そのため、どうしてもＳｎ単体の金属材料からなるメッキ液内にも、極微量のＢｉが混入してしまう。また、電極７３として用いるアノードにも極微量のＢｉが不純物として混入している。よって、Ｓｎ単体のメッキ液内にもＳｎに対してＢｉがある程度混入してしまう。実際には、第１メッキ膜２２がＳｎ単体からなるメッキ膜といえども、皮膜内には極微量のＢｉが存在する半導体装置として形成される可能性がある。
【００５３】
そのため、第１メッキ膜２２にどの程度のＢｉが混入すると問題が発生するか調査した。Ｓｎに対してＢｉが０〜０．５重量％含まれている場合には析出粒子は発生しない。また、Ｓｎに対してＢｉが０．５〜１．０重量％含まれている場合には析出粒子の粗大化はほとんど発生しないが、問題ないレベルで微量に発生する場合もある。しかし、Ｂｉが１．０〜３．０重量％含まれている場合には、問題となるレベルの析出粒子の粗大化が発生する。そして、第１メッキ膜表面に析出粒子の粗大化が発生した場合には、当然ながら第２メッキ膜２３表面も析出粒子の粗大化が発生する。
【００５４】
このことから、第１のメッキ膜２２がＳｎ単体もしくは１重量％以下（特に０〜０．５重量％）のメッキ膜が形成され、その上にいかなる濃度のＳｎ−Ｂｉメッキ膜２３が形成されても粒子の粗大化は発生しないことがわかった。
【００５５】
以下にリードフレームを使用する半導体装置は、リードフレームに半導体チップを搭載し、金属細線による配線を行う。その後、封止され封止部から露出したリードが曲げ加工される。そして、この単体となった半導体装置は、リードを介して電気的な測定がなされユーザへ供給される。そして、ユーザ側では、実装基板上の電極にろう材を介して固着される。
【００５６】
ここにおいてメッキ処理は、半導体チップ搭載前と封止後にその処理が可能である。半導体チップ搭載前にメッキ処理する場合は、金属細線の接続部にはメッキ皮膜が施されないような処理が必要である。一方、封止後に処理する場合は、封止部より露出している金属導電部をメッキ薬品に浸漬可能であり、選択的な被着が不要であるメリットがある。なお、回路装置として半導体チップで説明したが、受動素子やこれらの複合物が封止されてもよい。また、封止材料としては、熱可塑性，熱硬化性樹脂やセラミックなどが対象として処理できる。
【００５７】
また、支持基板上の電極にマトリックス状に半導体チップを固着し、その後封止した後に個別化するようなＣＳＰなどの電極にも適用できる。この場合には全ての電極に通電可能な手段が必要である。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のメッキ装置には次のような効果が得られる。
【００５９】
第１の効果としては、このメッキ装置は半田メッキラインにてメッキ液を両浴槽間を移動させる機能を有することにより、１本の搬送レールで連続して単層のまたは複数の組み合わせのメッキ膜を形成することができる。そのため、導電部材に形成するメッキ膜が換わるごとにメッキ液を交換することがなくなり、メッキ装置を一時停止することがない。このことにより、１本の搬送レールで連続して導電部材に複数の組み合わせのメッキ膜を形成することができるため作業時間を大幅に短縮させることができ、かつ、メッキ液を入れ換える手間を省くことができる。また、同一の浴槽でのメッキ液の入れ換えのとき、それぞれのメッキ液どうしが混入することがなくなりメッキ液の管理およびメッキ浴槽、メッキ用設備などのメンテナンスにおける労力も大幅に減らすことができる。
【００６０】
第２の効果としては、本発明のメッキ方法でメッキ作業を行うことにより、表面積等の異なる様々な導電部材に対して強い電流密度の大部分を導電部材から逃がしてメッキすることができる。そのことにより、表面積やデザイン等の異なる導電部材に対して、使用するメッキ液の好適な範囲内の電流密度で、なお、メッキ液内の電界がコントロールされ、導電部材の全ての表面により均一に電流密度がかかるようになる。その結果、様々な導電部材に対してメッキ膜厚およびメッキ膜組成分布の最適化と均一性のとれたメッキ膜を形成できるようになる。
【００６１】
第３の効果としては、このメッキ方法に用いるメッキ装置では、つまり、導電材質の部材で構成された４本の主柱から成る直方体の形をしたメッキ補助ラックを使用することで表面積等の異なる様々な導電部材に対しても高品質なメッキ膜を形成することができる。
【００６２】
第４の効果としては、Ｃｕ単体、Ｃｕ合金またはＦｅ―Ｎｉ合金のような導電部材の表面に複数層のメッキ膜が施される半導体装置の製造方法において、第１メッキ膜がＳｎ−Ｂｉの金属材料、特に、微量のＢｉが混入するＳｎを主金属材料とするメッキ液を用いてメッキ膜が形成されるが、第１メッキ膜の表面には析出粒子が発生しない、または、発生しても極微細な析出粒子である良好なメッキ膜を有する半導体装置の製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のメッキ装置に用いるメッキラインを説明する図である。
【図２】本発明のメッキ装置に用いるメッキラインを説明する図である。
【図３】本発明のメッキ装置に用いるメッキ補助ラックを説明する図である。
【図４】本発明のメッキ装置に用いるメッキ浴槽でメッキ作業を行う図を上から見たレイアウトである。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明および従来のメッキを施す半導体チップを説明する図である。
【図７】本発明および従来の２層メッキ膜からなる図３に示した半導体リードフレームのＡ−Ａ方向からみた断面を説明する図である。
【図８】本発明および従来の自動メッキ装置全体のレイアウトを説明する図である。
【図９】本発明および従来の図５に示した自動メッキ装置全体の化学エッチング浴槽のＢ−Ｂ方向からみた断面を説明する図である。

Claims

ＣｕまたはＦｅ−Ｎｉを主材料とするリードフレームを準備し、
前記リードフレームをリードフレーム保持手段に固定した後、
前記リードフレームおよび前記リードフレーム保持手段を一体にメッキラインに巡回させて、前記リードフレームにＳｎから成るメッキ膜層を形成し、リード最表面にはＳｎ−Ｂｉから成るメッキ膜層を形成し、
前記リードフレームを切断する半導体装置の製造方法において、
前記Ｓｎから成るメッキ膜層には、前記リードフレーム保持手段の巡回によりＢｉが持ち込まれても、前記Ｂｉは、前記Ｓｎに対して１重量％の含有率まで容認するように制御して、前記Ｓｎから成るメッキ膜層に生成される析出粒子を防止し、
前記リードフレームの切断の際に発生する前記析出粒子の脱落を防止することを特徴とする半導体装置の製造方法。