JP4046642B2 - ウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料 - Google Patents
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- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の電子部品用金属材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路、高密度集積回路などの半導体装置に使用されるリードフレームは、次のような工程を経て製造される。先ず半導体装置用リードフレームの半導体搭載部に導電性接着剤を塗布した後、半導体素子を搭載した後に導電性接着剤をベーク炉で硬化させる。次に、ボンディング線で半導体素子上の電極部とリードフレームにおける内部リード部を接続する。次に半導体回路を外部環境から保護するため、エポキシ樹脂で封止する。次にリードフレームの内部リードと接続している封止樹脂の外部に出ている外部リード部に半田めっき等の外装めっきを施す。外装メッキは、主に耐食性向上のために行うもので、一般的にはＳｎ−Ｐｂ二元素の電解メッキ塗装または、溶融ハンダディップ装置を用いてハンダメッキが施されるが、電解メッキ装置は、溶融ハンダディップ装置よりも、直流電源により外部リード表面に所定の厚さのＳｎ−Ｐｂメッキ層を均一に析出させやすい利点から多く使用されている。シャーシなどの金属材料に対しても以前から電解メッキ装置で、Ｓｎの単独メッキがおこなわれていたが、Ｓｎ中の内部応力が緩和されてＳｎ原子が自己拡散し、図１で示すひげ結晶と呼ばれる、針状の単結晶であるウイスカが発生、成長し、電気的な短絡を起こして信頼性を保持できない理由からＳｎにＰｂを添加した二元素のハンダメッキがおこなわれている。さらに樹脂を堰きとめているダムバーを切断した後、半導体装置個片に分離し、所定のリード長に切断する。そして最後に外部リード部をガルウィング形、Ｊ型等の所定の形状にリード成形して半導体装置は完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置に使用されるリードフレーム、シャーシなどの電子部品に使用される金属材料は、Ｃｕ合金、４２％Ｎｉの鉄合金、鉄の薄板、Ａｌ合金などにハンダメッキ層を施した部品が使用されている。しかしながら、ここ数年で国際的な地球環境保全を進めていくための行動が着実にしつつあるなかで、ハンダメッキ層に含まれるＰｂの規制が必要になり、Ｐｂの使用しないメッキ層の開発が重要な課題となっている。その対策法に二つの方法が検討されている。その一つはＰｂの代わりにＢｉ成分を使用する、いわゆるＳｎ−Ｂｉメッキ層である。Ｂｉを使用することによって、有害なＰｂを使用することなくＳｎと比較して融点が低下し、ウイスカの発生しないメッキを施すことができる。その反面、ＢｉはＰｂと比較して加工性が悪いため、メッキ後の成形加工において曲げ加工性に制約を受ける問題があった。他の対策法として、従来からシャーシなどの金属材料に使用されているＳｎ単独メッキ法の転用技術がある。この対策法は、Ｓｎの柔軟な性質から上記の加工上の問題はないが、前記したように、ウイスカが発生し短絡事故を引き起こす問題から使用性能の信頼性を欠く問題があった。
【０００４】
本発明者らは上記したような問題に鑑み、ウイスカの発生を防止した半導体装置用の電子部品金属材料を提供する事を目的にＳｎメッキ方法について種々検討した結果、４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属の表面にＳｎメッキ層を施す際、下地としてＮｉを１．０〜５μｍ、さらにその上にＣｕを１．０μｍ〜５μｍ施す事によって、ＮｉメッキがＣｕメッキのウイスカ抑制効果を一層促進する事を知見した。またメッキ後の成型加工についても何ら支障がないことも判った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの知見に基づいて構成したもので、その要旨は、４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属の表面にＳｎメッキ層を施す際、下地としてＮｉメッキを１．０〜５μｍ、さらにその上にＣｕメッキを１．０μｍ〜５μｍ施した事を特徴とするウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の要旨について詳細に説明する。
本発明は、半導体装置に使用される４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属（または基板）の表面に、Ｎｉメッキ，その上にＣｕメッキの下地層を施し、その上にＳｎメッキを施す。Ｎｉ，Ｃｕメッキ層は、Ｓｎメッキ層の表面から発生し成長するウイスカを抑制する効果を発揮する。図２は、Ｓｎメッキを施した時のＮｉ，Ｃｕメッキの厚さとウイスカ発生との関係を示したもので、Ｎｉ層が下地として０．５〜５μｍ厚みのもとで、Ｃｕメッキ層が０．５μｍ未満の薄い厚みではウイスカ発生の抑制効果が小さくまた５μｍを超える過剰な厚みではその抑制効果が過飽和に達するし、経済的にも不必要である。図２の図中の数字は、ウイスカ発生の程度を示す評点で、実施例中で示す表１の評点と同一である。本発明において、Ｃｕメッキ層の厚みを１．０〜５μｍに限定した理由はこの様な実験結果から定めたものである。上層のＳｎメッキは、外部リードのハンダ濡れ性、耐食性のために施す。尚、両者のメッキ層間においてウイスカの発生を抑制する理由は、現時点で明確ではないが、本発明者らの推測によれば、Ｓｎメッキ層の下地層にＮｉ，Ｃｕメッキを薄く施すことによって、Ｓｎメッキ層の結晶方向や結晶粒径に影響を与えてウイスカの成長し難い方位にそろえるか、結晶粒を粗大化して粒界エネルギーを低下させるか、Ｓｎメッキ層にＣｕメッキ金属の拡散を促して、ウイスカの発生と成長を抑制するのか、あるいは薄いメッキ層によって界面の密着性が向上するなど、幾多の理由が考えられる。なお、Ｃｕメッキ層の下地にＮｉメッキ層を施す事によって、前記した電子部品用金属材料表面とＣｕメッキ層との密着性をＮｉメッキ層を介して高めると共に、高められた密着性によって何かの衝撃を受けても容易に剥離することなく、Ｃｕメッキ層のウイスカ抑制効果を長期間維持する効果を有する。
【０００７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１は、電子部品用金属（基板）に各種メッキ層を施した場合の本発明の電子部品用金属材料と比較材料を−４０℃〜１２０℃の熱サイクルを１０００回繰り返した後のメッキ層表面におけるウイスカ発生状況をＳＥＭで観察し、下記の評点付けを行った結果を、比較して示したものである。
１；Ｓｎ−Ｐｂよりも良い
２；Ｓｎ−Ｐｂと同等レベル
３；実用上問題ないが、従来材よりは悪い。
４；１００ピン以下程度なら適用可能
５；どのデバイスにも適用が難しい
その結果、下層にＮｉ，Ｃｕメッキを施した本発明の電子部品用金属材料は、ウイスカの発生が抑制される。またＳｎ単独メッキあるいは過剰な厚みのＣｕメッキを下層に施した比較材は、ウイスカの発生を抑制することができなかった。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明の電子部品用金属材料は、ウイスカによる短絡不良の問題が解消され、メッキ後の成型加工においても必要な曲げ加工性もあり、また地球環境保全に適した電子部品用金属材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｎメッキ表面に発生したウイスカの一例を示す顕微鏡写真である。
【図２】Ｓｎメッキ層を施した時のＮｉ，Ｃｕメッキ層の厚さとウイスカ発生状況との関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の電子部品用金属材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路、高密度集積回路などの半導体装置に使用されるリードフレームは、次のような工程を経て製造される。先ず半導体装置用リードフレームの半導体搭載部に導電性接着剤を塗布した後、半導体素子を搭載した後に導電性接着剤をベーク炉で硬化させる。次に、ボンディング線で半導体素子上の電極部とリードフレームにおける内部リード部を接続する。次に半導体回路を外部環境から保護するため、エポキシ樹脂で封止する。次にリードフレームの内部リードと接続している封止樹脂の外部に出ている外部リード部に半田めっき等の外装めっきを施す。外装メッキは、主に耐食性向上のために行うもので、一般的にはＳｎ−Ｐｂ二元素の電解メッキ塗装または、溶融ハンダディップ装置を用いてハンダメッキが施されるが、電解メッキ装置は、溶融ハンダディップ装置よりも、直流電源により外部リード表面に所定の厚さのＳｎ−Ｐｂメッキ層を均一に析出させやすい利点から多く使用されている。シャーシなどの金属材料に対しても以前から電解メッキ装置で、Ｓｎの単独メッキがおこなわれていたが、Ｓｎ中の内部応力が緩和されてＳｎ原子が自己拡散し、図１で示すひげ結晶と呼ばれる、針状の単結晶であるウイスカが発生、成長し、電気的な短絡を起こして信頼性を保持できない理由からＳｎにＰｂを添加した二元素のハンダメッキがおこなわれている。さらに樹脂を堰きとめているダムバーを切断した後、半導体装置個片に分離し、所定のリード長に切断する。そして最後に外部リード部をガルウィング形、Ｊ型等の所定の形状にリード成形して半導体装置は完成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置に使用されるリードフレーム、シャーシなどの電子部品に使用される金属材料は、Ｃｕ合金、４２％Ｎｉの鉄合金、鉄の薄板、Ａｌ合金などにハンダメッキ層を施した部品が使用されている。しかしながら、ここ数年で国際的な地球環境保全を進めていくための行動が着実にしつつあるなかで、ハンダメッキ層に含まれるＰｂの規制が必要になり、Ｐｂの使用しないメッキ層の開発が重要な課題となっている。その対策法に二つの方法が検討されている。その一つはＰｂの代わりにＢｉ成分を使用する、いわゆるＳｎ−Ｂｉメッキ層である。Ｂｉを使用することによって、有害なＰｂを使用することなくＳｎと比較して融点が低下し、ウイスカの発生しないメッキを施すことができる。その反面、ＢｉはＰｂと比較して加工性が悪いため、メッキ後の成形加工において曲げ加工性に制約を受ける問題があった。他の対策法として、従来からシャーシなどの金属材料に使用されているＳｎ単独メッキ法の転用技術がある。この対策法は、Ｓｎの柔軟な性質から上記の加工上の問題はないが、前記したように、ウイスカが発生し短絡事故を引き起こす問題から使用性能の信頼性を欠く問題があった。
【０００４】
本発明者らは上記したような問題に鑑み、ウイスカの発生を防止した半導体装置用の電子部品金属材料を提供する事を目的にＳｎメッキ方法について種々検討した結果、４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属の表面にＳｎメッキ層を施す際、下地としてＮｉを１．０〜５μｍ、さらにその上にＣｕを１．０μｍ〜５μｍ施す事によって、ＮｉメッキがＣｕメッキのウイスカ抑制効果を一層促進する事を知見した。またメッキ後の成型加工についても何ら支障がないことも判った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの知見に基づいて構成したもので、その要旨は、４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属の表面にＳｎメッキ層を施す際、下地としてＮｉメッキを１．０〜５μｍ、さらにその上にＣｕメッキを１．０μｍ〜５μｍ施した事を特徴とするウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の要旨について詳細に説明する。
本発明は、半導体装置に使用される４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属（または基板）の表面に、Ｎｉメッキ，その上にＣｕメッキの下地層を施し、その上にＳｎメッキを施す。Ｎｉ，Ｃｕメッキ層は、Ｓｎメッキ層の表面から発生し成長するウイスカを抑制する効果を発揮する。図２は、Ｓｎメッキを施した時のＮｉ，Ｃｕメッキの厚さとウイスカ発生との関係を示したもので、Ｎｉ層が下地として０．５〜５μｍ厚みのもとで、Ｃｕメッキ層が０．５μｍ未満の薄い厚みではウイスカ発生の抑制効果が小さくまた５μｍを超える過剰な厚みではその抑制効果が過飽和に達するし、経済的にも不必要である。図２の図中の数字は、ウイスカ発生の程度を示す評点で、実施例中で示す表１の評点と同一である。本発明において、Ｃｕメッキ層の厚みを１．０〜５μｍに限定した理由はこの様な実験結果から定めたものである。上層のＳｎメッキは、外部リードのハンダ濡れ性、耐食性のために施す。尚、両者のメッキ層間においてウイスカの発生を抑制する理由は、現時点で明確ではないが、本発明者らの推測によれば、Ｓｎメッキ層の下地層にＮｉ，Ｃｕメッキを薄く施すことによって、Ｓｎメッキ層の結晶方向や結晶粒径に影響を与えてウイスカの成長し難い方位にそろえるか、結晶粒を粗大化して粒界エネルギーを低下させるか、Ｓｎメッキ層にＣｕメッキ金属の拡散を促して、ウイスカの発生と成長を抑制するのか、あるいは薄いメッキ層によって界面の密着性が向上するなど、幾多の理由が考えられる。なお、Ｃｕメッキ層の下地にＮｉメッキ層を施す事によって、前記した電子部品用金属材料表面とＣｕメッキ層との密着性をＮｉメッキ層を介して高めると共に、高められた密着性によって何かの衝撃を受けても容易に剥離することなく、Ｃｕメッキ層のウイスカ抑制効果を長期間維持する効果を有する。
【０００７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
表１は、電子部品用金属（基板）に各種メッキ層を施した場合の本発明の電子部品用金属材料と比較材料を−４０℃〜１２０℃の熱サイクルを１０００回繰り返した後のメッキ層表面におけるウイスカ発生状況をＳＥＭで観察し、下記の評点付けを行った結果を、比較して示したものである。
１；Ｓｎ−Ｐｂよりも良い
２；Ｓｎ−Ｐｂと同等レベル
３；実用上問題ないが、従来材よりは悪い。
４；１００ピン以下程度なら適用可能
５；どのデバイスにも適用が難しい
その結果、下層にＮｉ，Ｃｕメッキを施した本発明の電子部品用金属材料は、ウイスカの発生が抑制される。またＳｎ単独メッキあるいは過剰な厚みのＣｕメッキを下層に施した比較材は、ウイスカの発生を抑制することができなかった。
【０００８】
【表１】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明の電子部品用金属材料は、ウイスカによる短絡不良の問題が解消され、メッキ後の成型加工においても必要な曲げ加工性もあり、また地球環境保全に適した電子部品用金属材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｎメッキ表面に発生したウイスカの一例を示す顕微鏡写真である。
【図２】Ｓｎメッキ層を施した時のＮｉ，Ｃｕメッキ層の厚さとウイスカ発生状況との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- ４２％Ｎｉの鉄合金からなる電子部品用金属の表面にＳｎメッキ層を施す際、下地としてＮｉを１．０〜５μｍ、さらにその上にＣｕを１．０μｍ〜５μｍ施した事を特徴とするウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料。
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| JP2003126038A JP4046642B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | ウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003126038A JP4046642B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | ウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004292944A JP2004292944A (ja) | 2004-10-21 |
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| JP2003126038A Expired - Fee Related JP4046642B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | ウイスカの発生を防止した電子部品用金属材料 |
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| JPH11135226A (ja) * | 1997-10-27 | 1999-05-21 | Harness Syst Tech Res Ltd | 嵌合型接続端子の製造方法 |
| JP4305699B2 (ja) * | 1999-10-12 | 2009-07-29 | 協和電線株式会社 | 電子部品用錫系めっき条材とその製造法 |
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2003
- 2003-03-26 JP JP2003126038A patent/JP4046642B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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