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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Plattierelement und ein Verfahren
zum Herstellen desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein Plattierelement mit einer Plattierschicht auf dessen
Oberfläche, wie ein äußerer Anschluss
für eine elektronische Komponente, wie eine Halbleitervorrichtung,
die einen Leitungsrahmen mit einem befestigten IC-Chip aufweist,
und betrifft ebenso ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Stand der Technik
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Für
elektronische Komponenten, wie Halbleitervorrichtungen, werden Kupfer,
Kupferlegierungen, die Legierung-42 und dergleichen als Ausgangsmaterialien
für äußere Anschlüsse verwendet.
Auf der Oberfläche eines Anschlusses, der aus einem solchen
Ausgangsmetall hergestellt ist, tritt Oxidation auf. Dies kann Leitungsdefekte
aufgrund von Lötdefekten und dergleichen hervorrufen. Daher
wird im Allgemeinen der Oxidation durch Bilden einer Schutzschicht
(Plattierschicht) auf der Oberfläche des Anschlusses durch
Plattieren oder dergleichen vorgebeugt.
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In
dem Fall, in dem eine Zinnlegierung oder eine Zinklegierung als
Material für die Plattierschicht verwendet wird, wurde
herkömmlich eine Blei enthaltende Legierung eingesetzt.
In den letzten Jahren war hinsichtlich der Verringerung der Umweltbelastungen
eine bleifreie Herstellung erforderlich. Als Plattierschichtmaterial,
das für den obigen Anschluss verwendet wird, wurden Materialien,
die kein Blei enthalten, wie Sn- und Sn-Cu-, Sn-Bi- und Sn-Ag-Legierungen
verwendet. Dennoch werden, wenn die Oberfläche eines Anschlusses, der
für eine elektronische Komponente bereitgestellt wird,
einem Plattierverfahren mit einem bleifreien Material unterzogen
wird, Whisker, welche Monokristalle in Form von Nadeln sind, aus
Zinn (Sn) oder dergleichen auf der Plattierschicht gebildet.
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Ferner
war es in den letzten Jahren erforderlich, dass zum Beispiel elektronische
Komponenten, wie Halbleitervorrichtungen, die Leitungsrahmen aufweisen,
auf denen ein IC-Chip befestigt ist, in der Größe
weiter reduziert werden. Als Ergebnis wurden die Abstände
zwischen den Anschlüssen auf ungefähr einige hundert
Mikrometer angenähert. Die oben beschriebenen Whisker wachsen
in einigen Fällen bis zu einer Länge von mehreren
hundert Mikrometern an. Daher kann in dem Fall, in dem, wie oben
beschrieben, das Intervall zwischen den Anschlüssen so
schmal wie einige hundert Mikrometer ist, als Ergebnis der Whiskerbildung
ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen erzeugt werden.
Daher ist es notwendig Maßnahmen zu ergreifen, um die Whiskerbildung
zu unterdrücken.
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Hinsichtlich
solcher Maßnahmen wurden viele Vorschläge gemacht.
Zum Beispiel beschreibt das Patentdokument 1, dass die Whiskerbildung
auf einer Plattierschicht auf die folgende Weise unterdrückt
werden kann. Nach Bildung einer bleifreien Sn-Plattierschicht auf
der Oberfläche eines Ausgangsmaterials auf Bleibasis, das
den äußeren Anschluss für eine elektronische
Komponente bildet, wird die Größe der Kristallpartikel, die
die Plattierschicht bilden, so erhöht, dass die Größe
der Korngrenze pro Volumeneinheit in der Plattierschicht so verringert
wird, dass sie so klein wie möglich wird.
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Zusätzlich
beschreibt das Patentdokument 2, dass die Whiskerbildung auf einer
Plattierschicht auf die folgende Weise unterdrückt werden
kann. Nach Bildung einer Plattierschicht, die als Hauptbestandteil
Sn auf der Oberfläche des äußeren Anschlusses
enthält, werden eine Legierungsschicht mit niedrigem Schmelzpunkt,
die Sn oder eine Legierung von Sn umfasst, und ein anderes Metall
und eine Schicht zur Stromentlastung, die ein einzelnes Metall umfasst,
das nicht Sn ist, alternierend laminiert, um ein Laminat mit wenigstens drei
Schichten zu bilden.
- [Patentdokument 1] JP Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2005-86158 A
- [Patentdokument 2] JP
Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-128399 A
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes
Problem
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Es
ist jedoch schwierig zu sagen, dass ausreichende Wirkungen durch
die jeweiligen herkömmlichen vorgeschlagenen Mittel oder
Verfahren zur Whisker-Unterdrückung erreicht werden. Zusätzlich
kann in einigen Fällen das Verfahren zum Erhalt der gewünschten
Plattierschicht verkompliziert werden und/oder es kann keine ausreichende
Benetzbarkeit erhalten werden, obwohl die Whiskerbildung unterdrückt
werden kann. Hinsichtlich des Einsatzes für die gegenwärtigen
elektronischen Komponenten sind einige Punkte weiter zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der
obigen Fragen realisiert. Es ist ein Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, ein neues Plattierelement bereitzustellen, das eine gewünschte
Plattierschicht aufweist, die ein bleifreies Material umfasst und
leicht auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials gebildet
werden kann, so dass die gebildete Plattierschicht hinsichtlich
der Whisker-Unterdrückung und einer guten Lötmittelbenetzbarkeit
zufriedenstellend ist, und ein Verfahren zum Herstellen desselben
bereitzustellen.
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Mittel zum Lösen
des Problems
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Um
die obigen Ziele zu erreichen, haben die Erfinder zahlreiche Experimente
und Untersuchungen an Whiskern durchgeführt, die auf Plattierschichten,
die bleifreie Materialien umfassen, gebildet werden. Entsprechend
haben sie herausgefunden, dass ein Grund für die Whiskerbildung
ein Anstieg in der inneren Spannung der Plattierschicht ist, was
einen Hauptfaktor darstellt. Materialfaktoren und äußere
Faktoren verursachen einen Anstieg der inneren Spannung. Materialfaktoren
schließen die Erzeugung von Verbindungen aufgrund der Diffusion
der Basismaterial-Bestandteile und der zum Plattieren verwendeten
Bestandteile ein und die Bildung einer Korrosionsschicht auf der
Plattieroberfläche. Zusätzlich schließen äußere
Faktoren Spannungen ein, die nach der Herstellung des Leitungsrahmens
verbleiben, Unterschiede im linearen Expansionskoeffizienten zwischen
dem Rahmen und der Plattierschicht und die Anwendungsumgebung (Temperatur,
Feuchtigkeit, Vibration, etc.).
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Daher
dachten die Erfinder, dass es möglich wäre, den
oben beschriebenen Anstieg der inneren Spannung zu verringern, indem
Hohlräume oder kleine Löcher in der Plattierschicht
gebildet werden, und sie haben daher eine solche Plattierschicht
auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials gebildet. Als
Ergebnis wurde bestätigt, dass die Whiskerbildung selbst
auf einer bleifreies Material enthaltenden Plattierschicht unterdrückt werden
kann. Gleichzeitig können zusätzlich sowohl die
Unterdrückung der Whisker als auch eine gute Lötmittelbenetzbarkeit
durch entsprechendes Steuern der Volumina der Hohlräume
und kleinen Löcher erreicht werden, die in der Plattierschicht
vorliegen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde basierend auf den obigen neuen Befunden
und Ergebnissen, die in den von den Erfindern erhaltenen Experimenten
bestätigt wurden, realisiert. Das Plattierelement der vorliegenden
Erfindung ist ein Plattierelement, das auf dessen Oberfläche
des Ausgangsmaterials eine Plattierschicht aufweist, die ein bleifreies
Material umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattierschicht
eine Schichtstruktur von zwei oder mehr Schichten aufweist, dass
der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Plattierpartikel,
die jede Schicht bilden, von Schicht zu Schicht variiert, und dass
der Volumenanteil der Plattierpartikel der Plattierschicht weniger
als 100% beträgt, wenn der Anteil der Plattierpartikel,
die eine Volumeneinheit besetzen, als Volumenanteil der Plattierpartikel
von 100% definiert wird, ausgehend von der Annahme, dass eine Volumeneinheit
mit Plattierpartikeln gefüllt wird, von denen jedes den
maximalen durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweist.
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In
Fall eines die obige Struktur aufweisenden Plattierelements wird
der Volumenanteil der Plattierpartikel der Plattierschicht auf weniger
als 100% bestimmt. Hohlräume und kleine Löcher
liegen innerhalb der Plattierschicht in Anteilen vor, die den Abweichungen
von dem Volumenanteil der Plattierpartikel von 100% entsprechen.
Daher absorbieren, wenn einige Faktoren erzeugt werden, die einen
Anstieg in der inneren Spannung erzeugen, die gebildeten Hohlräume
und kleinen Löcher einen solchen Anstieg der inneren Spannung. Entsprechend
wird im Wesentlichen kein signifikanter Anstieg der inneren Spannung
erzeugt, die die Whiskerbildung hervorruft, was in der Unterdrückung
der Whiskerbildung resultiert.
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Das
Plattierelement der vorliegenden Erfindung wird an einer beliebigen
Stelle angewendet. Bevorzugt wird es jedoch an einem äußeren
Anschluss für eine elektronische Komponente, wie eine Halbleitervorrichtung
angewendet, die einen an einem Leitungsrahmen befestigten IC-Chip
aufweist. In einem solchen Fall wird eine Kupferlegierung, die Legierung-42
oder dergleichen als Ausgangsmaterial verwendet, das den äußeren
Anschluss bildet. Zusätzlich wird Sn, Zn oder eine Legierung,
die eines von beiden als Hauptmaterial umfasst, als bleifreies Material
verwendet. Bevorzugt ist das Plattiermaterial reines Sn oder eine
Sn-Legierung, wie Sn-Cu, Sn-Bi oder Sn-Ag. Im Allgemeinen ist es
eine Sn-Legierung, die Cu, Bi oder Ag (1% bis 7%) enthält.
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Bevorzugt
weist das Plattierelement der vorliegenden Erfindung einen Volumenanteil
an Plattiermaterial von 80 bis 90% auf. Wie in den unten beschriebenen
Beispielen gezeigt, kann das Kriterium einer Null-Durchgangszeit
von nicht mehr als 3 Sekunden nicht erfüllt werden, wenn
der Volumenanteil des Plattiermaterials weniger als 80% beträgt.
Daher kann eine zufriedenstellende Lötmittelbenetzbarkeit
nicht erhalten werden. Zusätzlich kann in dem Fall, in
dem der Volumenanteil des Plattiermaterials mehr als 90% beträgt,
die Whiskerbildung und das Wachstum nicht ausreichend unterdrückt
werden.
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Im
Fall des Plattierelements der vorliegenden Erfindung wird die Größenordnungs-Korrelation
hinsichtlich des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der Plattier partikel
in jeder Schicht, die die vorher genannte Struktur von zwei oder
mehr Schichten bilden, beliebig bestimmt, vorausgesetzt, dass die
folgende Bedingung erfüllt ist: der Volumenanteil des Plattierpartikels
beträgt weniger als 100%. Wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser
der Plattierpartikel in jeder Schicht variiert, variiert der obige
Volumenanteil der Plattierpartikel einer jeden Schicht. In einer
Schicht, die mit Plattierpartikeln gebildet wird, von denen jedes
den maximalen durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweist, erreicht
der Volumenanteil der Plattierpartikel 100%.
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Hinsichtlich
der Schichtstruktur kann die Schicht, die am weitesten von dem Ausgangsmaterial
entfernt ist, mit Plattierpartikeln gebildet werden, von denen jedes
den maximalen durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweist, und
die Schichten, die sich näher an dem Ausgangsmaterial befinden,
können mit Plattierpartikeln gebildet werden, die nacheinander
durchschnittlich kleinere Partikeldurchmesser aufweisen, oder umgekehrt.
Zusätzlich kann eine Vielzahl von Schichten, die jeweils
mit Plattierpartikeln mit einem unterschiedlichen durchschnittlichen
Partikeldurchmesser gebildet sind, auf zufällige Weise
ungeachtet der Größenordnung des durchschnittlichen
Partikeldurchmessers laminiert werden. Insbesondere weist bevorzugt
die Schicht, die am weitesten von dem Ausgangsmaterial entfernt
ist, die Struktur einer Schicht auf, die mit Plattierpartikeln gebildet
wird, von denen jedes den maximalen durchschnittlichen Partikeldurchmesser
aufweist (eine Schicht, die, wie oben beschrieben, einen Volumenanteil
der Plattierpartikel von 100% aufweist). Dies stellt ferner die
Verwirklichung der Wirkungen des Unterdrückens der Whiskerbildung
sicher. Zusätzlich wird die Lötmittelbenetzbarkeit
verbessert.
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Das
Plattierelement der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren
hergestellt werden, in dem ein Ausgangsmaterial nachfolgend in eine
Vielzahl von Plattierlösungen eingetaucht wird, von denen
jede Plattierpartikel mit einem unterschiedlichen durchschnittlichen
Partikeldurchmesser enthält. Hinsichtlich der Einfachheit
der Herstellung ist es bevorzugt, ein elektrolytisches Plattierverfahren
zu verwenden. In einem solchen Fall kann das Plattierelement der
vorliegenden Erfindung durch Durchführen von elektrolytischem
Plattieren hergestellt werden, während der Stromwert von
Beginn bis zum Ende des elektrolytischen Plattierens verändert
wird. Hinsichtlich des elektrolytischen Plattierverfahrens ist bekannt,
dass es eine Korrelation zwischen dem Stromwert und der Partikelgröße
der Plattierpartikel gibt, die elektrolytisch abgeschieden werden
sollen. Je höher der Strom ist, desto kleiner ist die Partikelgröße
der Plattierpartikel, die elektrolytisch abgeschieden werden sollen.
Daher ist es, wenn der Stromwert und die Zeit entsprechend in dem
elektrolytischen Plattierverfahren vorher bestimmt werden, möglich
das Plattierelement der vorliegenden Erfindung herzustellen, welches
eine Schichtstruktur von zwei oder mehr Schichten aufweist, von
denen jede mit Plattierpartikeln gebildet wird, die einen unterschiedlichen
durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweisen, vorausgesetzt,
dass der gesamte Volumenanteil der Plattierpartikel von allen Plattierschichten
weniger als 100% beträgt. In einem solchen Fall variiert
der Stromwert bevorzugt schrittweise. Dennoch kann das Plattierelement
hergestellt werden, selbst wenn bewirkt wird, dass der Stromwert
kontinuierlich variiert. Wenn bewirkt wird, dass der Stromwert schrittweise
variiert, ist die Schweißzeit im Wesentlichen in jedem
Schritt gleich.
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Gemäß dem
Verfahren zum Herstellen des Plattierelements der vorliegenden Erfindung
wird in dem Fall, in dem das Verfahren ein elektrolytisches Plattierverfahren
einschließt, der Stromwert zu Beginn des elektrolytischen
Plattierens als maximaler Stromwert bestimmt, und dann wird das
elektrolytische Plattieren durch schrittweises Verringern des Stromwerts über
den Zeitverlauf in einer bevorzugten Ausführungsform durchgeführt.
Infolge dessen ist es möglich, ein Plattierelement herzustellen,
das Folgendes aufweist: eine Schicht, die sich am weitesten entfernt
von dem Ausgangsmaterial befindet, welches eine Schicht ist, die
mit Plattierpartikeln gebildet wird, von denen jedes den maximalen
durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweist; und Schichten,
die sich näher an dem Ausgangsmaterial befinden, die mit
Plattierpartikeln gebildet werden, die im Folgenden kleinere durchschnittliche
Partikeldurchmesser aufweisen.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein neues Plattierelement
zu erhalten, das eine gewünschte Plattierschicht aufweist,
die ein bleifreies Material umfasst, und die leicht auf der Oberfläche
des Ausgangsmaterials gebildet werden kann, so dass die gebildete
Plattierschicht hinsichtlich der Whisker-Unterdrückung
und der guten Lötmittelbenetzbarkeit zufriedenstellend
ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
ein Beispiel, in dem das Plattierelement der vorliegenden Erfindung
an einem äußeren Anschluss der Halbleiter-Vorrichtung
angewendet wird, welche ein Beispiel einer elektronischen Komponente darstellt.
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2 zeigt
schematisch zwei Beispiele des Plattierelements der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine erklärende Zeichnung des „Partikel-Volumenanteils” gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Whiskerlänge
und der vergangenen Zeit in den Beispielen zeigt.
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5 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Oberflächen-Verfärbungszustand
und der Anzahl an vergangenen Tagen in den Beispielen zeigt.
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6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen
dem Volumenanteil des Plattierpartikels und der Null-Durchgangszeit
des Plattierelements zeigt.
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Beste Weise zum Ausführen
der Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Figuren
beschrieben. 1 zeigt ein Beispiel, in dem
das Plattierelement der vorliegenden Erfindung an einem äußeren
Anschluss einer Halbleitervorrichtung angewendet wird, welche ein
Beispiel für eine elektronische Komponente ist. 2 zeigt
schematisch zwei Beispiele des Plattierelements der vorliegenden
Erfindung. 3 ist eine erklärende
Zeichnung des „Partikel-Volumenanteils” gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen „10” eine Halbleitervorrichtung
und das Bezugszeichen „11” bezeichnet
einen IC-Chip. Der IC-Chip 11 ist auf einem Leitungsrahmen 13,
der mit einem Matrizenfeld 12 ausgestattet ist, befestigt.
Der Leitungsrahmen 13 besteht zum Beispiel aus einer Kupferlegierung.
Die Halbleitervorrichtung 10 wird vollständig
mit einem Dichtungsharz 14, wie Epoxy- oder Silikonharz,
abgedeckt. Jeder Endteil des Leitungsrahmens 13 ist nach
außen als äußerer Anschluss 15 exponiert.
Die Plattierschicht 16 der vorliegenden Erfindung, welche
aus einem bleifreien Material hergestellt ist, wird auf der Oberfläche
des externen Anschlusses 15 gebildet, der als Ausgangsmaterial
dient. Das bleifreie Material kann entweder reines Sn oder eine
Sn-Legierung, wie Sn-Cu, Sn-Bi oder Sn-Ag sein. Alternativ kann
es Zink oder eine Legierung auf Zinkbasis sein. Die Plattierschicht 16 kann
durch elektrolytisches Plattieren oder dergleichen gebildet werden.
Zusätzlich beträgt die Dicke der Plattierschicht 16 ungefähr
5 bis 15 μm.
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Wie
schematisch in den 2(a) und 2(b) gezeigt, weist die Plattierschicht 16 der
vorliegenden Erfindung eine Schichtstruktur von zwei oder mehr Schichten
auf (eine 3-Schicht-Struktur in den Figuren). Der durchschnittliche
Partikeldurchmesser der Plattierpartikel, die jede Schicht bilden,
variiert von Schicht zu Schicht. In diesem Beispiel wird die Schicht
a3, die sich am weitesten von dem äußeren Anschluss 15 entfernt befindet,
der als Ausgangsmaterial dient, mit Plattierpartikeln P3 gebildet,
die den größten durchschnittlichen Partikeldurchmesser
aufweisen. Die nächste Schicht a2 wird mit Plattierpartikeln
P2 gebildet, die den zweitkleinsten durchschnittlichen Partikeldurchmesser
aufweisen. Die Schicht a1, die die untere Schicht in Kontakt mit
dem äußeren Anschluss 15 ist, wird mit
Plattierpartikeln P1 gebildet, die den kleinsten durchschnittlichen Partikeldurchmesser
aufweisen.
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Ferner
variiert der Anteil an Plattierpartikeln, die eine Volumeneinheit
in jeder der Schichten a3, a2 und a1 besetzen, das heißt,
der Volumenanteil der Plattierpartikel von Schicht zu Schicht. Die
Schicht a3 weist den größten Volumenanteil der
Plattierpartikel auf. Die nächste Schicht a2 weist den
zweitgrößten Volumenanteil der Plattierpartikel
auf. Die Schicht a1, die als untere Schicht dient, weist den kleinsten
Volumenanteil der Plattierpartikel auf. Daher wird, wie in 2(a) gezeigt, wenn angenommen wird, dass
die Volumeneinheit 20, die in der Dickenrichtung der Plattierschicht 16 gemessen
wird, herausgenommen wird und der Raum für die herausgenommene
Volumeneinheit 20 mit Plattierpartikeln P3, von denen jeder
den maximalen durchschnittlichen Partikeldurchmesser aufweist, wie
in 3(a) gezeigt, gefüllt
wird, der Anteil der Plattierpartikel, die den Raum einnehmen, der
der Volumeneinheit 20 entspricht, als Volumenanteil der
Plattierpartikel von 100% definiert. In einem solchen Fall beträgt
in der Plattierschicht 16 der Anteil der Plattierpartikel,
die den Raum einnehmen, der der Volumeneinheit 20 entspricht,
weniger als 100%. Als Ergebnis weisen die Schicht a2 und die Schicht
a1 jeweils Hohlraumbereiche 17 auf.
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Die
Plattierschicht 16 mit einer solchen Schichtstruktur kann
zum Beispiel leicht durch ein elektrolytisches Plattierverfahren
hergestellt werden. Gemäß dem elektrolytischen
Plattierverfahren ist die Dichte der Plattierpartikel, die auf der
dem Plattieren unterzogenen Oberfläche elektrolytisch abgeschieden
werden sollen, proportional zu der Zeitdauer, in der elektrischer
Strom angelegt wird. Zusätzlich ist die Größe
der Plattierpartikel, die elektrolytisch abgeschieden werden sollen,
der Größenordnung des elektrischen Stroms umgekehrt
proportional. Ferner werden im Allgemeinen Plattierpartikel vorzugsweise
auf elektrolytisch abgeschiedenen Plattierpartikeln elektrolytisch
abgeschieden. Daher wird die Schicht a1 zuerst durch Durchführen
des elektrolytischen Plattierens mit dem höchsten Stromwert
für die Zeit t gebildet. Die Schicht a2 wird durch Durchführen
des elektrolytischen Plattierens bei einem verminderten Stromwert
für im Wesentlichen dieselbe Zeit t gebildet. Dann wird
die Schicht a3 durch Durchführen des elektrolytischen Plattierens
bei einem weiter verminderten Stromwert für im Wesentlichen
dieselbe Zeit t gebildet.
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2(b) zeigt eine weitere Ausführungsform
des Plattierelements der vorliegenden Erfindung. Hierin ist, wie
oben beschrieben, die Schichtstruktur der Plattierschicht 16a eine
3-Schicht-Struktur. Dennoch ist die Reihenfolge des durchschnittlichen
Partikeldurchmessers der Plattierpartikel in einer anderen Schicht
umgekehrt zu der in 2(a) gezeigten.
Ebenso beträgt in diesem Fall der Volumenanteil der Plattierpartikel
der Volumeneinheit 20 in der Plattierschicht 16a weniger
als 100%. Als Ergebnis weist die Plattierschicht 16a Bereiche
mit kleinen Löchern 18 auf.
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In
solchen Plattierschichten 16 und 16a bestehen
die Hohlraumbereiche 17 oder die Bereiche mit kleinen Löchern 18 so,
dass der vorher genannte Anstieg der inneren Spannung absorbiert
wird. Entsprechend wird im Wesentlichen kein signifikanter Anstieg
der inneren Spannung, welche die Whiskerbildung hervorruft, innerhalb
der Plattierschichten erzeugt, was in der Unterdrückung
der Whiskerbildung resultiert. Zusätzlich wird insbesondere
in dem Fall der Plattierschicht 16, die die in 2(a) gezeigte Schichtstruktur aufweist,
die oberste Schicht a3 im Wesentlichen vollständig mit
Plattierpartikeln P3 gefüllt, was in einem Fehlen des Fortschreitens
der Oberflächenoxidation resultiert. Daher kann eine hohe
Lötmittelbenetzbarkeit sichergestellt werden.
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Zusätzlich
sind die Schichtstrukturen der in den 2(a) und 2(b) gezeigten Plattierschichten lediglich Beispiele.
Es gibt viele weitere veränderte Beispiele. Die Schichtstruktur
kann aus vier oder mehr Schichten bestehen. Die Sequenz der Schichten
mit unterschiedlichen Volumenanteilen der Plattierpartikel ist nicht
notwendigerweise eine abgestufte Sequenz von groß zu klein
oder klein zu groß, und kann stattdessen eine zufällige
Sequenz sein.
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Beispiele
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Beispiele
beschrieben.
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[Beispiel 1]
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Ein
Plattierschicht mit einer Dicke von 12 μm, die ein Sn-3
Gew.-% Cu-Material umfasst, wurde durch ein elektrolytisches Plattierverfahren
auf einem Untersuchungsstück aus einer Kupferlegierung
gebildet, welches im Allgemeinen als ein IC-Leitungsrahmenmaterial
verwendet wird. Man beachte, dass der Stromwert auf drei Stufen,
hoch, mittel und gering von Beginn bis zum Ende des elektrolytischen
Plattierens gesteuert wurde. Zusätzlich wurde der „hohe” Stromwert
zu Beginn des elektrolytischen Plattierens auf drei Höhen
variiert. Die „mittleren” und „geringen” Stromwerte
wurden in Übereinstimmung mit den hohen Stromwerten variiert.
Als Ergebnis wurden drei unterschiedliche Plattierelemente A, B
und C erhalten, von denen jedes die schematisch in 2(a) gezeigte
Schichtstruktur aufweist. Man beachte, dass jedes Element so gesteuert
wurde, dass es einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser (maximaler
durchschnittlicher Partikeldurchmesser) von 8 μm in der
Schicht a3 aufweist.
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Querschnitte
der Plattierelemente A, B und C wurden mit einer FIB-Vorrichtung,
gefolgt von Berechnung, beobachtet. So wurden der gesamte Volumenanteil
der Plattierpartikel von allen Plattierschichten und der durchschnittliche
Partikeldurchmesser in jeder der Schichten a1, a2 und a3 erhalten.
Tabelle 1 listet die Ergebnisse auf.
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Ferner
wurde ein Plattierelement D durch Durchführen eines elektrolytischen
Plattierens bei nur dem „geringen” Stromwert durchgeführt,
so dass die Plattierschichten jeweils eine einheitliche Dicke aufweisen
und auf dem Element gebildete Plattierpartikel mit einem durchschnittlichen
Partikeldurchmesser von 8 μm umfassen. Das Plattierelement
D weist einen Volumenanteil der Plattierpartikel von 100% auf.
| Plattierelement | Volumenanteil
der Plattierpartikel | Durchschnittliche Partikelgröße (Schicht
a3) | Durchschnittliche Partikelgröße (Schicht
a2) | Durchschnittliche Partikelgröße (Schicht
a1) |
| A | 70% | 8 μm | 2,5 μm | 2 μm |
| B | 80% | 8 μm | 6 μm | 5,4 μm |
| C | 90% | 8 μm | 6,4 μm | 6 μm |
| D | 100% | 8 μm | 8 μm | 8 μm |
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[Beispiel 2]
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Die
vier in Beispiel 1 erhaltenen unterschiedlichen Plattierelemente
wurden einer Untersuchung bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit
unterzogen, während welcher die Elemente in einer Umgebung
von 85°C und einer relativen Feuchtigkeit von 85% für
2000 Stunden belassen wurden. Dann wurden die Whiskerbildung und
die Wachstumsbedingungen (Whiskerlänge: „μm”)
bestimmt. Der Graph in 4 zeigt die Ergebnisse.
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Wie
in dem Graphen in 4 gezeigt, wuchsen in dem Fall
des Plattierelements D (Volumenfraktion der Plattierpartikel: 100%)
die Whisker 1500 Stunden später bis zu einer Länge
von 200 μm. In dem Fall jedes der Plattierelemente A, B
und C der vorliegenden Erfindung jedoch betrug die nach 2000 Stunden
erhaltene Whiskerlänge ungefähr 40 μm
oder weniger. Daher ergibt sich, dass ein Volumenanteil der Plattierpartikel
von 90% oder weniger in ausreichenden Wirkungen der Whisker-Unterdrückung
resultiert.
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[Beispiel 3]
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Die
vier in Beispiel 1 erhaltenen unterschiedlichen Plattierelemente
wurden bei Raumtemperatur für 14 Tage belassen, gefolgt
von Beobachtung der Oberflächenverfärbung. Der
Graph in 5 zeigt die Ergebnisse. Daraus
geht hervor, dass je geringer der Volumenanteil der Plattierpartikel
ist, desto größer das Ausmaß der Schwärzung
ist, das heißt, das Fortschreiten der Oxidation in den
frühen Tagen. Im Fall des Plattierelements D (Volumenanteil
der Plattierpartikel 100%) wurde im Wesentlichen selbst 14 Tage
später keine Verfärbung beobachtet.
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[Beispiel 4]
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Das
Fortschreiten der Oberflächenoxidation resultiert in einer
Verschlechterung der Lötmittelbenetzbarkeit. Daher wurden
die vier in Beispiel 1 erhaltenen unterschiedlichen Plattierelemente
hinsichtlich der Lötmittelbenetzbarkeit (Null-Durchgangszeit)
in Übereinstimmung mit JISC0053 untersucht.
Der Graph in 6 zeigt die Ergebnisse.
Es kann gesagt werden, dass die Null-Durchgangszeit für
elektronische Komponenten bevorzugt drei Sekunden oder weniger ist. 6 gibt an, dass ein Volumenanteil der
Plattierpartikel von weniger als 80% eine Verschlechterung der Lötmittelbenetzbarkeit
hervorruft, was möglicherweise in Schwierigkeiten für
die praktische Anwendung resultiert. Das heißt, wenn der
Volumenanteil der Plattierpartikel 80% oder mehr beträgt,
kann der erforderliche Grad der Lötmittelbenetzbarkeit
sichergestellt werden.
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Infolge
dessen ist zu verstehen, dass das Plattierelement der vorliegenden
Erfindung einen Volumenanteil der Plattierpartikel von bevorzugt
80% bis 90% aufweist.
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Zusammenfassung
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Ein
ein bleifreies Plattiermaterial umfassendes Plattierelement wird
durch die vorliegende Erfindung auf eine Weise erhalten, so dass
die Whisker-Bildung auf der Plattierschicht 16 unterdrückt
werden kann und daher das Plattierelement eine gute Lötbarkeit
aufweist. Im Fall eines solchen Plattierelements, das auf der Oberfläche
eines Ausgangsmaterials 15, eine ein bleifreies Material
(Sn-Cu-Legierung, etc.) umfassende Plattierschicht 16 aufweist,
weist die Plattierschicht 16 eine Schichtstruktur von zwei
oder mehr Schichten (a1 bis a3) auf, der durchschnittliche Partikeldurchmesser
der Plattierpartikel (P1 bis P3), die jede Schicht bilden, variiert
von Schicht zu Schicht, und der Volumenanteil der Plattierpartikel
der Plattierschicht 16 beträgt 80% bis 90% wenn
der Anteil der Plattierpartikel, die eine Volumeneinheit besetzen
als Volumenanteil der Plattierpartikel von 100% definiert wird,
unter der Annahme, dass eine Volumeneinheit 20 mit Plattierpartikeln
P3 gefüllt ist, von denen jeder den maximalen Partikeldurchmesser
aufweist.
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Erklärung der Bezugszeichen
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- 10 Halbleitervorrichtung; 11 IC Chip; 12 Matrizenfeld; 13 Leitungsrahmen; 14 Versiegelungsharz; 15 äußerer Anschluss; 16 Plattierschicht;
a1–a3 eine Plattierschicht bildende Schichten; P1–P3
Plattierpartikel in einer unterschiedlichen Schicht; 17 Hohlraum; 18 kleines
Loch; und 20 Volumeneinheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-86158
A [0006]
- - JP 2004-128399 A [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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