JP2002141456A - 電子装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】鉛フリーのスズ合金めっきを用いていて、高温
高湿試験後にはんだ濡れ性の優れたリードを有する信頼
性の高い電子装置を実現することにある。 【解決手段】電子装置の外部リードに形成したスズ合金
めっき膜の表面に合金成分単体を析出させる。
高湿試験後にはんだ濡れ性の優れたリードを有する信頼
性の高い電子装置を実現することにある。 【解決手段】電子装置の外部リードに形成したスズ合金
めっき膜の表面に合金成分単体を析出させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部リードまたは
端子の表面をめっき膜などでメタライズした電子装置に
関する技術である。
端子の表面をめっき膜などでメタライズした電子装置に
関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、ダイオード、抵抗、コン
デンサ、コネクタ、スイッチなどの電子装置は、配線基
板などの外部回路とはんだ等を用いて接続するために、
外部に露出したリードまたは端子を有している（以後、
これらを単に外部端子と呼ぶ）。これらの外部端子に
は、主に鉛を１０〜４０ｗｔ％含むスズー鉛合金、いわ
ゆる鉛はんだめっきが施されている。このため、外部端
子に対するめっきには、耐熱性、耐ウイスカ性、耐食
性、特にはんだ濡れ性が要求される。また、外部端子は
必要に応じて所定の寸法、形状に切断、成形されるため
密着性、耐クラック性、折り曲げ性等の特性が要求され
る。鉛はんだめっきはこれらの要求特性を全て満足し、
現行製品に広く使用されている。
デンサ、コネクタ、スイッチなどの電子装置は、配線基
板などの外部回路とはんだ等を用いて接続するために、
外部に露出したリードまたは端子を有している（以後、
これらを単に外部端子と呼ぶ）。これらの外部端子に
は、主に鉛を１０〜４０ｗｔ％含むスズー鉛合金、いわ
ゆる鉛はんだめっきが施されている。このため、外部端
子に対するめっきには、耐熱性、耐ウイスカ性、耐食
性、特にはんだ濡れ性が要求される。また、外部端子は
必要に応じて所定の寸法、形状に切断、成形されるため
密着性、耐クラック性、折り曲げ性等の特性が要求され
る。鉛はんだめっきはこれらの要求特性を全て満足し、
現行製品に広く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、鉛を含まない、
いわゆる鉛フリーはんだの開発が進められ、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ系などの鉛フリーはんだが開発され
ている。
いわゆる鉛フリーはんだの開発が進められ、Ｓｎ−Ａｇ
−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ系などの鉛フリーはんだが開発され
ている。
【０００４】さらに、鉛フリーはんだに対応する鉛フリ
ーはんだめっきの開発も進められ、めっき膜材料として
はスズー亜鉛合金、スズー銀合金、スズー銅合金、スズ
ービスマス合金などが検討されている。
ーはんだめっきの開発も進められ、めっき膜材料として
はスズー亜鉛合金、スズー銀合金、スズー銅合金、スズ
ービスマス合金などが検討されている。
【０００５】しかし、これらの合金めっき膜はいずれも
鉛はんだめっきに比べてはんだ濡れ性が劣るという欠点
がある。特に高温高湿試験後の低温でのはんだ濡れ性の
低下が大きい。
鉛はんだめっきに比べてはんだ濡れ性が劣るという欠点
がある。特に高温高湿試験後の低温でのはんだ濡れ性の
低下が大きい。
【０００６】鉛フリーはんだめっき膜のはんだ濡れ性に
関しては、例えば、特開平１１−２５１５０３号公報に
は、スズービスマス合金めっきにＡｇ、Ｃｕなどの合金
成分を加えることによりはんだ付けを容易にすることが
記載されている。しかしながら、高温高湿試験、スチー
ムエージングなどの劣化試験後のはんだ濡れ性の改善に
ついては考慮されていない。
関しては、例えば、特開平１１−２５１５０３号公報に
は、スズービスマス合金めっきにＡｇ、Ｃｕなどの合金
成分を加えることによりはんだ付けを容易にすることが
記載されている。しかしながら、高温高湿試験、スチー
ムエージングなどの劣化試験後のはんだ濡れ性の改善に
ついては考慮されていない。
【０００７】本発明の目的は、はんだ濡れ性を改善した
高信頼な半田接続を実現できる電子装置を提供すること
にある。
高信頼な半田接続を実現できる電子装置を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、スズ合金
めっき、特にスズービスマス合金めっきについて高温高
湿試験後のはんだ濡れ性の改善について種々検討したと
ころ、スズービスマス合金めっき膜の表面にビスマスを
析出させることで、従来技術の問題点である濡れ性、特
に高温高湿試験後のはんだ濡れ性の低下を解決できるこ
とを明らかにした。
めっき、特にスズービスマス合金めっきについて高温高
湿試験後のはんだ濡れ性の改善について種々検討したと
ころ、スズービスマス合金めっき膜の表面にビスマスを
析出させることで、従来技術の問題点である濡れ性、特
に高温高湿試験後のはんだ濡れ性の低下を解決できるこ
とを明らかにした。
【０００９】従って、本発明は、電子素子と、該電子素
子と電気的に接続された外部端子と、該外部端子に形成
されたスズービスマス合金めっき層とを有する電子装置
において、前記スズービスマス合金めっき層上にビスマ
スを析出させて構成したものである。
子と電気的に接続された外部端子と、該外部端子に形成
されたスズービスマス合金めっき層とを有する電子装置
において、前記スズービスマス合金めっき層上にビスマ
スを析出させて構成したものである。
【００１０】また、前記ビスマスが１ｃｍ2当たり約２
〜２００μｇ析出されたものである。
〜２００μｇ析出されたものである。
【００１１】また、前記ビスマスが１ｃｍ2当たり約４
〜１００μｇ析出されたものである。
〜１００μｇ析出されたものである。
【００１２】また、前記スズービスマス合金めっき層が
Ｓｎ−約（０．５〜６）ｗｔ％Ｂｉであるものである。
Ｓｎ−約（０．５〜６）ｗｔ％Ｂｉであるものである。
【００１３】また、前記電子装置をＳｎ−約（２〜３．
５）ｗｔ％Ａｇ−（０．３〜１．０）ｗｔ％Ｃｕを主成
分とした鉛フリーはんだにより接続した回路基板を備え
たものである。
５）ｗｔ％Ａｇ−（０．３〜１．０）ｗｔ％Ｃｕを主成
分とした鉛フリーはんだにより接続した回路基板を備え
たものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明にかかる電子装置およびそ
の実装構造体の実施形態について、以下、半導体装置を
例に図を用いて説明する。
の実装構造体の実施形態について、以下、半導体装置を
例に図を用いて説明する。
【００１５】図１は本発明に係る半導体装置の断面図を
示しており、実施の形態の全体を示す概略構成図であ
る。なお、これはあくまでも一例であり、外部リードや
外部端子を有するものであれば全て適用可能であること
は言うまでもない。
示しており、実施の形態の全体を示す概略構成図であ
る。なお、これはあくまでも一例であり、外部リードや
外部端子を有するものであれば全て適用可能であること
は言うまでもない。
【００１６】図示した半導体装置は、鉄―ニッケル合金
である４２アロイまたは銅合金で作られたリードフレー
ム（リード基材）２上に半導体素子１を固定した後、半
導体素子１の不図示の電極をワイヤボンディング３など
によりリードフレーム２と電気的に接続し、モールド樹
脂４により樹脂封止して製造する。
である４２アロイまたは銅合金で作られたリードフレー
ム（リード基材）２上に半導体素子１を固定した後、半
導体素子１の不図示の電極をワイヤボンディング３など
によりリードフレーム２と電気的に接続し、モールド樹
脂４により樹脂封止して製造する。
【００１７】そして、モールド樹脂４の外側に露出した
リードフレーム（リード基材）２に対して、脱脂、酸洗
浄処理した後、有機酸、有機酸スズ、有機酸ビスマス等
の有機酸金属および添加剤からなるめっき液を用いて、
図２に示す断面図のように、リード６の表面にスズ−ビ
スマス合金めっき膜７を形成し、さらにその表面にビス
マス８を析出させてリード５を形成する。ビスマス８の
析出量、析出方法については後述するが、スズービスマ
ス合金めっき膜７は、リード曲げ時の対クラック性の点
からそのＢｉ含有率は約６ｗｔ％以下が好ましく、また
対ウイスカ性の点からは約０．５ｗｔ％以上が好まし
い。実際には２wt％程度のばらつきはある。
リードフレーム（リード基材）２に対して、脱脂、酸洗
浄処理した後、有機酸、有機酸スズ、有機酸ビスマス等
の有機酸金属および添加剤からなるめっき液を用いて、
図２に示す断面図のように、リード６の表面にスズ−ビ
スマス合金めっき膜７を形成し、さらにその表面にビス
マス８を析出させてリード５を形成する。ビスマス８の
析出量、析出方法については後述するが、スズービスマ
ス合金めっき膜７は、リード曲げ時の対クラック性の点
からそのＢｉ含有率は約６ｗｔ％以下が好ましく、また
対ウイスカ性の点からは約０．５ｗｔ％以上が好まし
い。実際には２wt％程度のばらつきはある。
【００１８】その後、リード５をフレームから切断し、
所定の形状に折り曲げ成形して半導体装置を完成させ
る。
所定の形状に折り曲げ成形して半導体装置を完成させ
る。
【００１９】このように完成された半導体装置は、不図
示の配線基板などの外部回路に設けられた電極とそのリ
ード（外部リード）５とを鉛フリーはんだ等を用いては
んだ接続（はんだ接合）される。この時、鉛フリーはん
だの濡れ性が悪いと、充分な接続強度を確保することが
出来ず、接続不良を生ずることとなる。
示の配線基板などの外部回路に設けられた電極とそのリ
ード（外部リード）５とを鉛フリーはんだ等を用いては
んだ接続（はんだ接合）される。この時、鉛フリーはん
だの濡れ性が悪いと、充分な接続強度を確保することが
出来ず、接続不良を生ずることとなる。
【００２０】図３にスズービスマス合金めっき膜表面に
ビスマスを析出させることで濡れ性が改善されるメカニ
ズムを示す。図示するように、溶融はんだは、スズービ
スマス合金めっき膜７の表層部Ａと一体化するように濡
れ拡がっていけば濡れ性は良いが、スズービスマス合金
めっき膜７の場合、組成比によってはその融点自体が高
く、溶融しにくい場合があり、濡れ性に影響を与える。
特に、鉛フリーはんだと接続する場合、鉛フリーはんだ
（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ）によっては濡れ性が良く
ないため、スズービスマス合金めっき膜７の果たす役割
は大きい。
ビスマスを析出させることで濡れ性が改善されるメカニ
ズムを示す。図示するように、溶融はんだは、スズービ
スマス合金めっき膜７の表層部Ａと一体化するように濡
れ拡がっていけば濡れ性は良いが、スズービスマス合金
めっき膜７の場合、組成比によってはその融点自体が高
く、溶融しにくい場合があり、濡れ性に影響を与える。
特に、鉛フリーはんだと接続する場合、鉛フリーはんだ
（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ）によっては濡れ性が良く
ないため、スズービスマス合金めっき膜７の果たす役割
は大きい。
【００２１】そこで、図示するように、ビスマス８を析
出させれば、スズービスマス合金めっき膜７の表層部Ａ
が溶け込むとき、ビスマス８とスズービスマスめっき膜
７の表層部Ａとが一体化し、見掛けのビスマス含有率の
高いスズービスマスめっき膜として挙動する。すなわ
ち、実質上スズービスマス合金めっき膜７の融点を低下
させたに等しい効果が得られる。図４に示すように、ス
ズービスマス合金はビスマス含有率０〜２１ｗｔ％にお
いて急激に融点が低下する。従って、使用するスズービ
スマス合金めっき膜７のビスマス含有率が０．５〜６ｗ
ｔ％であれば、見かけのビスマス含有率が２１ｗｔ％に
なるまでは、ビスマス８が析出するほど効果的に融点は
低下する。
出させれば、スズービスマス合金めっき膜７の表層部Ａ
が溶け込むとき、ビスマス８とスズービスマスめっき膜
７の表層部Ａとが一体化し、見掛けのビスマス含有率の
高いスズービスマスめっき膜として挙動する。すなわ
ち、実質上スズービスマス合金めっき膜７の融点を低下
させたに等しい効果が得られる。図４に示すように、ス
ズービスマス合金はビスマス含有率０〜２１ｗｔ％にお
いて急激に融点が低下する。従って、使用するスズービ
スマス合金めっき膜７のビスマス含有率が０．５〜６ｗ
ｔ％であれば、見かけのビスマス含有率が２１ｗｔ％に
なるまでは、ビスマス８が析出するほど効果的に融点は
低下する。
【００２２】前述の如く、スズービスマス合金めっき膜
７のビスマス含有率は、リード曲げ時の耐クラック性を
考慮して６ｗｔ％以下に制限されており、そのため融点
も高かったが、このようにスズービスマスめっき膜７上
にビスマス８を析出した構成にすれば、耐クラック性に
適したスズービスマス合金めっき膜７の組成には影響を
与えることなく、融点を下げて濡れ性を改善することが
出来るのである。融点が下がると、その部分はさらに溶
融状態が加速され、周りにあるスズービスマス合金めっ
き膜７を巻き込み、波及的に溶融状態となるので、溶融
はんだは容易に濡れ拡がり、その濡れ性は向上したこと
となる。
７のビスマス含有率は、リード曲げ時の耐クラック性を
考慮して６ｗｔ％以下に制限されており、そのため融点
も高かったが、このようにスズービスマスめっき膜７上
にビスマス８を析出した構成にすれば、耐クラック性に
適したスズービスマス合金めっき膜７の組成には影響を
与えることなく、融点を下げて濡れ性を改善することが
出来るのである。融点が下がると、その部分はさらに溶
融状態が加速され、周りにあるスズービスマス合金めっ
き膜７を巻き込み、波及的に溶融状態となるので、溶融
はんだは容易に濡れ拡がり、その濡れ性は向上したこと
となる。
【００２３】一方、スズービスマス合金めっき膜７表面
に形成される酸化膜が、濡れ性を阻害させる要因の一つ
として考えられる。スズービスマス合金めっき膜７上に
ビスマス８を粒状もしくは網状に析出させると、ビスマ
ス８直下のスズービスマス合金めっき膜７表面は大気に
曝されないため、酸化膜は形成されず、上記の溶融メカ
ニズムに従い、そのビスマス粒子を起点としてスズービ
スマス合金めっき膜７の溶融が開始される。溶融が開始
されると溶けたスズービスマス合金めっき膜７が酸化膜
を取り込むようにして溶融が進行し、はんだは濡れ拡が
って行く。従って、図５や図６に示すようにビスマスは
スズービスマスめっき膜表面の一部が見えるように粒状
もしくは網状に構成することが好ましい。ビスマスを膜
状に形成すると、融点が高いビスマスがスズービスマス
めっき膜の全面を被うことになり、粒状もしくは網状に
形成したときよりはスズービスマス合金めっき膜７を溶
融させにくい状態となる。なお、ビスマスは、図５に示
すように粒状に析出し始め、時間の経過とともにスズー
ビスマスの粒界からも析出して図6に示すような網状と
なる。この時、粒状のビスマスは成長して隣のビスマス
と結合した形となる。さらに時間が経つと膜状になるも
のである。
に形成される酸化膜が、濡れ性を阻害させる要因の一つ
として考えられる。スズービスマス合金めっき膜７上に
ビスマス８を粒状もしくは網状に析出させると、ビスマ
ス８直下のスズービスマス合金めっき膜７表面は大気に
曝されないため、酸化膜は形成されず、上記の溶融メカ
ニズムに従い、そのビスマス粒子を起点としてスズービ
スマス合金めっき膜７の溶融が開始される。溶融が開始
されると溶けたスズービスマス合金めっき膜７が酸化膜
を取り込むようにして溶融が進行し、はんだは濡れ拡が
って行く。従って、図５や図６に示すようにビスマスは
スズービスマスめっき膜表面の一部が見えるように粒状
もしくは網状に構成することが好ましい。ビスマスを膜
状に形成すると、融点が高いビスマスがスズービスマス
めっき膜の全面を被うことになり、粒状もしくは網状に
形成したときよりはスズービスマス合金めっき膜７を溶
融させにくい状態となる。なお、ビスマスは、図５に示
すように粒状に析出し始め、時間の経過とともにスズー
ビスマスの粒界からも析出して図6に示すような網状と
なる。この時、粒状のビスマスは成長して隣のビスマス
と結合した形となる。さらに時間が経つと膜状になるも
のである。
【００２４】ところで、ビスマスの析出量については、
１ｃｍ2当たり２μｇ以上からはんだ濡れ性の改善効果
はあるが、さらに好ましくは５μｇ以上が良い。一方、
１ｃｍ2当たり１００μｇを超えると、外観不良にはな
らないものの、めっき色調は黒味が増して灰白色から灰
色に変化するので、１００μｇ以下にすることが好まし
い。また、２００μｇを超えると析出したビスマスによ
り色調が黒灰色となり外観不良となるので、これを超え
てはいけない。
１ｃｍ2当たり２μｇ以上からはんだ濡れ性の改善効果
はあるが、さらに好ましくは５μｇ以上が良い。一方、
１ｃｍ2当たり１００μｇを超えると、外観不良にはな
らないものの、めっき色調は黒味が増して灰白色から灰
色に変化するので、１００μｇ以下にすることが好まし
い。また、２００μｇを超えると析出したビスマスによ
り色調が黒灰色となり外観不良となるので、これを超え
てはいけない。
【００２５】スズービスマス合金めっき膜７の表面にビ
スマスを析出させるには、スズとビスマスの電気化学的
ポテンシャルの差、いわゆるイオン化傾向の差によるス
ズとビスマスの置換反応を利用すればよい。
スマスを析出させるには、スズとビスマスの電気化学的
ポテンシャルの差、いわゆるイオン化傾向の差によるス
ズとビスマスの置換反応を利用すればよい。
【００２６】例えば、めっき後に通電を止めた状態でめ
っき液中に保持して置換反応させる方法や、めっき槽の
後ろにビスマスを含有する溶液槽を設け、そこで置換反
応をさせる方法や、被めっき物をめっき液から引き上
げ、次の水洗槽に入れるまでの間に置換反応をさせる方
法などを利用すればよい。
っき液中に保持して置換反応させる方法や、めっき槽の
後ろにビスマスを含有する溶液槽を設け、そこで置換反
応をさせる方法や、被めっき物をめっき液から引き上
げ、次の水洗槽に入れるまでの間に置換反応をさせる方
法などを利用すればよい。
【００２７】次に、本発明に係るスズ合金めっきの実施
例について具体的に説明する。本実施例に於いては、ス
ズービスマス合金めっき７のビスマス含有率が約０．５
〜６ｗｔ％に対して有効となるビスマスの析出について
検討した。スズービスマス合金めっき７には、Ｓｎ−２
ｗｔ％Ｂｉを用いた。
例について具体的に説明する。本実施例に於いては、ス
ズービスマス合金めっき７のビスマス含有率が約０．５
〜６ｗｔ％に対して有効となるビスマスの析出について
検討した。スズービスマス合金めっき７には、Ｓｎ−２
ｗｔ％Ｂｉを用いた。
【００２８】＜実施例１＞４２アロイを基材とするリー
ド数１００本のＱＦＰタイプのリードフレームを用い
て、通常の方法で脱脂、酸洗処理した後、有機酸ズズ
（スズ濃度８０ｇ／ｌ）、有機酸ビスマス（ビスマス濃
度２、４、６ｇ／ｌ）、有機酸および添加剤からなるめ
っき液を用いてスズービスマス合金めっきを行った。電
流密度１５Ａ／ｄｍ2、液温５０℃、膜厚１０μｍであ
る。
ド数１００本のＱＦＰタイプのリードフレームを用い
て、通常の方法で脱脂、酸洗処理した後、有機酸ズズ
（スズ濃度８０ｇ／ｌ）、有機酸ビスマス（ビスマス濃
度２、４、６ｇ／ｌ）、有機酸および添加剤からなるめ
っき液を用いてスズービスマス合金めっきを行った。電
流密度１５Ａ／ｄｍ2、液温５０℃、膜厚１０μｍであ
る。
【００２９】次に、めっき終了後に電流を切った状態で
表１に示す時間に応じてめっき液中に放置し、スズービ
スマス合金めっき膜表面にビスマスを置換析出させた。
表１に示す時間に応じてめっき液中に放置し、スズービ
スマス合金めっき膜表面にビスマスを置換析出させた。
【００３０】次に、リードフレームから個々のパッケー
ジを切り離し、温度６５℃、湿度９５％で１６８時間の
高温高湿試験をした後、はんだ濡れ性をディップ法によ
り評価した。評価条件は、はんだがスズー鉛共晶、温度
２１５℃、フラックスがＲタイプである。
ジを切り離し、温度６５℃、湿度９５％で１６８時間の
高温高湿試験をした後、はんだ濡れ性をディップ法によ
り評価した。評価条件は、はんだがスズー鉛共晶、温度
２１５℃、フラックスがＲタイプである。
【００３１】その結果は表１に示す通りである。ビスマ
スの置換析出量が０および１μｇ／ｃｍ2のとき（試料
Ｎｏ．１、６）は、はんだ濡れ面積は所定の目標値を満
足せず（×で表示）、２〜４μｇ／ｃｍ2以上のとき
（試料Ｎｏ．２、７、８）は、はんだ濡れ面積は充分で
はないものの所定の目標値をほぼ満足し（△で表示）、
５μｇ／ｃｍ2以上のとき（試料Ｎｏ．３〜５、９〜１
６）は、はんだ濡れ性はいずれも目標値以上（○で表
示）であった。
スの置換析出量が０および１μｇ／ｃｍ2のとき（試料
Ｎｏ．１、６）は、はんだ濡れ面積は所定の目標値を満
足せず（×で表示）、２〜４μｇ／ｃｍ2以上のとき
（試料Ｎｏ．２、７、８）は、はんだ濡れ面積は充分で
はないものの所定の目標値をほぼ満足し（△で表示）、
５μｇ／ｃｍ2以上のとき（試料Ｎｏ．３〜５、９〜１
６）は、はんだ濡れ性はいずれも目標値以上（○で表
示）であった。
【００３２】しかし、２５０μｇ／ｃｍ2のときは色調
は黒灰色になり、外観不良（×で表示）となった。ま
た、外観不良ではないが、２００μｇ／ｃｍ2のときは
色調は灰色になる（△で表示）。
は黒灰色になり、外観不良（×で表示）となった。ま
た、外観不良ではないが、２００μｇ／ｃｍ2のときは
色調は灰色になる（△で表示）。
【００３３】従って、スズービスマスめっき膜上に析出
させるビスマスは２〜２００μｇ／ｃｍ2が好ましく、
さらに好ましくは５〜１００μｇ／ｃｍ2である。
させるビスマスは２〜２００μｇ／ｃｍ2が好ましく、
さらに好ましくは５〜１００μｇ／ｃｍ2である。
【００３４】なお、本例では、めっき液のビスマス濃度
２、４、６ｇ/ｌの場合について記したが、所定の組成
のめっき膜およびビスマス置換析出が得られればよく、
特に制限されるものではない。また、リードフレームの
基材が銅合金の場合も全く同様の効果が得られ、基材の
材質が制限されるものではない。
２、４、６ｇ/ｌの場合について記したが、所定の組成
のめっき膜およびビスマス置換析出が得られればよく、
特に制限されるものではない。また、リードフレームの
基材が銅合金の場合も全く同様の効果が得られ、基材の
材質が制限されるものではない。
【００３５】
【表１】
【００３６】＜実施例２＞実施例１と同様に、４２アロ
イを基材とするリードフレームにスズービスマス合金め
っきを行った。その後、ビスマス濃度１ｇ／ｌの有機酸
ビスマス溶液に表２に示す時間だけ浸漬し、スズービス
マス合金めっき膜表面にビスマスを置換析出させた。
イを基材とするリードフレームにスズービスマス合金め
っきを行った。その後、ビスマス濃度１ｇ／ｌの有機酸
ビスマス溶液に表２に示す時間だけ浸漬し、スズービス
マス合金めっき膜表面にビスマスを置換析出させた。
【００３７】次に、リードフレームから個々のパッケー
ジを切り離し、温度６５℃、湿度９５％で１６８時間の
高温高湿試験をした後、はんだ濡れ性をディップ法によ
り評価した。評価条件は、はんだがスズー鉛共晶、温度
２１５℃、フラックスがＲタイプである。
ジを切り離し、温度６５℃、湿度９５％で１６８時間の
高温高湿試験をした後、はんだ濡れ性をディップ法によ
り評価した。評価条件は、はんだがスズー鉛共晶、温度
２１５℃、フラックスがＲタイプである。
【００３８】その結果は表２に示す通りである。ビスマ
スの置換析出量が０および１.３μｇ／ｃｍ2のとき（試
料Ｎｏ．１、２）は、はんだ濡れ面積は所定の目標値を
満足せず（×で表示）、２μｇ／ｃｍ2のとき（試料Ｎ
ｏ．３）は、はんだ濡れ面積は充分ではないものの所定
の目標値をほぼ満足し（△で表示）、５μｇ／ｃｍ2以
上のとき（試料Ｎｏ．４〜９）は、はんだ濡れ性はいず
れも目標値以上（○で表示）であった。
スの置換析出量が０および１.３μｇ／ｃｍ2のとき（試
料Ｎｏ．１、２）は、はんだ濡れ面積は所定の目標値を
満足せず（×で表示）、２μｇ／ｃｍ2のとき（試料Ｎ
ｏ．３）は、はんだ濡れ面積は充分ではないものの所定
の目標値をほぼ満足し（△で表示）、５μｇ／ｃｍ2以
上のとき（試料Ｎｏ．４〜９）は、はんだ濡れ性はいず
れも目標値以上（○で表示）であった。
【００３９】しかし、２４０μｇ／ｃｍ2のときは色調
は黒灰色になり、外観不良（×で表示）となった。ま
た、外観不良ではないが、２００μｇ／ｃｍ2のときは
色調は灰色になる（△で表示）。
は黒灰色になり、外観不良（×で表示）となった。ま
た、外観不良ではないが、２００μｇ／ｃｍ2のときは
色調は灰色になる（△で表示）。
【００４０】従って、スズービスマスめっき膜上に析出
させるビスマスは２〜２００μｇ／ｃｍ2が好ましく、
さらに好ましくは５〜１００μｇ／ｃｍ2である。
させるビスマスは２〜２００μｇ／ｃｍ2が好ましく、
さらに好ましくは５〜１００μｇ／ｃｍ2である。
【００４１】なお、本例では、めっき液のビスマス濃度
１ｇ/ｌの場合について記したが、所定の組成のめっき
膜およびビスマス置換析出が得られればよく、特に制限
されるものではない。また、ビスマス置換時間を調節す
るために、スズ合金めっき液用の添加剤、ノニルフェニ
ルエーテル等の界面活性剤などビスマスの置換速度をコ
ントロールする成分を有機酸ビスマス液に加えても良
く、液温を０〜８０℃の範囲で変えても良い。また、リ
ードフレームの基材が銅合金の場合も全く同様の効果が
得られ、基材の材質が制限されるものではない。
１ｇ/ｌの場合について記したが、所定の組成のめっき
膜およびビスマス置換析出が得られればよく、特に制限
されるものではない。また、ビスマス置換時間を調節す
るために、スズ合金めっき液用の添加剤、ノニルフェニ
ルエーテル等の界面活性剤などビスマスの置換速度をコ
ントロールする成分を有機酸ビスマス液に加えても良
く、液温を０〜８０℃の範囲で変えても良い。また、リ
ードフレームの基材が銅合金の場合も全く同様の効果が
得られ、基材の材質が制限されるものではない。
【００４２】
【表２】
【００４３】〈実施例３〉実施例１と同様に、４２アロ
イを基材とするリードフレームにスズービスマス合金め
っきを行った後、電流を切った状態でめっき液中に放置
し、ビスマスを置換析出させた。次に、実施例１と同様
にリードフレームから個々のパッケージを切り離し、温
度６５℃、湿度９５％で１６８時間の高温高湿試験をし
た後、はんだ濡れ性をディップ法により評価した。評価
条件は、はんだがスズー銀―銅系のいわゆる鉛フリーは
んだで温度２３５℃、フラックスがＲタイプである。
イを基材とするリードフレームにスズービスマス合金め
っきを行った後、電流を切った状態でめっき液中に放置
し、ビスマスを置換析出させた。次に、実施例１と同様
にリードフレームから個々のパッケージを切り離し、温
度６５℃、湿度９５％で１６８時間の高温高湿試験をし
た後、はんだ濡れ性をディップ法により評価した。評価
条件は、はんだがスズー銀―銅系のいわゆる鉛フリーは
んだで温度２３５℃、フラックスがＲタイプである。
【００４４】その結果は表３に示す通りである。ビスマ
スの置換析出量が１μｇ／ｃｍ2のとき（試料Ｎｏ．
１）は、はんだ濡れ面積が所定の目標値を満足せず（×
で表示）、２μｇ／ｃｍ2のとき（試料Ｎｏ．２）は、
はんだ濡れ面積は充分ではないものの所定の目標値をほ
ぼ満足し（△で表示）、５μｇ／ｃｍ2以上のとき（試
料Ｎｏ．３〜８）は、はんだ濡れ性はいずれも目標値以
上（○で表示）であった。
スの置換析出量が１μｇ／ｃｍ2のとき（試料Ｎｏ．
１）は、はんだ濡れ面積が所定の目標値を満足せず（×
で表示）、２μｇ／ｃｍ2のとき（試料Ｎｏ．２）は、
はんだ濡れ面積は充分ではないものの所定の目標値をほ
ぼ満足し（△で表示）、５μｇ／ｃｍ2以上のとき（試
料Ｎｏ．３〜８）は、はんだ濡れ性はいずれも目標値以
上（○で表示）であった。
【００４５】しかし、２５０μｇ／ｃｍ2のときは色調
は黒灰色になり、外観不良（×で表示）となった。ま
た、外観不良ではないが、２００μｇ／ｃｍ2のときは
色調は灰色になる。
は黒灰色になり、外観不良（×で表示）となった。ま
た、外観不良ではないが、２００μｇ／ｃｍ2のときは
色調は灰色になる。
【００４６】従って、スズービスマスめっき膜上に析出
させるビスマスは２〜２００μｇ／ｃｍ2が好ましく、
さらに好ましくは５〜１００μｇ／ｃｍ2である。
させるビスマスは２〜２００μｇ／ｃｍ2が好ましく、
さらに好ましくは５〜１００μｇ／ｃｍ2である。
【００４７】
【表３】
【００４８】実施例１〜３では４２アロイリードの例に
ついて示したが、銅めっきをした４２アロイリード、銅
合金リードについても同様の結果となる。また、上記実
施例では半導体装置を例について示したが、トランジス
タ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、スイッチ、コネク
タ等の電子部品についても同様の結果となる。
ついて示したが、銅めっきをした４２アロイリード、銅
合金リードについても同様の結果となる。また、上記実
施例では半導体装置を例について示したが、トランジス
タ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、スイッチ、コネク
タ等の電子部品についても同様の結果となる。
【００４９】以上詳述したように、電子装置の外部リー
ドへのスズービスマス合金めっき膜の形成において、そ
の表面にビスマスを析出させることにより、高温高湿試
験後もはんだ濡れ性に優れた電子装置を製造することが
可能となった。また、外部リードへ形成したスズービス
マス合金めっき膜のビスマス含有率を小さく設定するこ
とが可能となり、耐クラック性が向上し、信頼性の高い
電子装置を製造することが可能となった。特にビスマス
を粒状もしくは網状に析出することが効果的であり、ス
ズービスマス合金めっき層がＳｎ−約（０．５〜６）ｗ
ｔ％Ｂｉの場合に効果的である。
ドへのスズービスマス合金めっき膜の形成において、そ
の表面にビスマスを析出させることにより、高温高湿試
験後もはんだ濡れ性に優れた電子装置を製造することが
可能となった。また、外部リードへ形成したスズービス
マス合金めっき膜のビスマス含有率を小さく設定するこ
とが可能となり、耐クラック性が向上し、信頼性の高い
電子装置を製造することが可能となった。特にビスマス
を粒状もしくは網状に析出することが効果的であり、ス
ズービスマス合金めっき層がＳｎ−約（０．５〜６）ｗ
ｔ％Ｂｉの場合に効果的である。
【００５０】なお、析出したビスマスには、工程中に酸
素または水分により生成した酸化物、水酸化物および共
析した微量のスズ等を含むことは言うまでもない。ま
た、析出させたビスマスは必ずしも膜状である必要はな
く、粒状、網目状などであってもよい。
素または水分により生成した酸化物、水酸化物および共
析した微量のスズ等を含むことは言うまでもない。ま
た、析出させたビスマスは必ずしも膜状である必要はな
く、粒状、網目状などであってもよい。
【００５１】また、いずれの場合も、スズービスマス合
金めっき膜に含まれる成分であるので、製造プロセスの
簡略化、製造効率の向上を図ることが出来ることは言う
までもない。
金めっき膜に含まれる成分であるので、製造プロセスの
簡略化、製造効率の向上を図ることが出来ることは言う
までもない。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、はんだ濡れ性を改善し
た高信頼な半田接続が実現できる。
た高信頼な半田接続が実現できる。
【図１】本発明に係る電子装置の一実施例の形態を示す
断面図。
断面図。
【図２】本発明に係るリードの一実施例の形態を示す断
面図。
面図。
【図３】本発明に係るリードの濡れ性を示す断面図。
【図４】スズービスマス合金の融点を示す図。
【図５】ビスマスの析出を示す図。
【図６】ビスマスの析出を示す図。
１…半導体素子 ２…リードフレーム ３…ボンデイングワイヤ ４…モールド樹脂 ５…モールド樹脂の外側に露出したリード（外部リー
ド） ６…リード基材 ７…スズービスマスめっき膜 ８…ビスマス
ド） ６…リード基材 ７…スズービスマスめっき膜 ８…ビスマス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 敏彦 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバ事業部内 Ｆターム(参考） 5F067 AA00 DC12 DC16
Claims (5)
- 【請求項１】電子素子と、該電子素子と電気的に接続さ
れた外部端子と、該外部端子に形成されたスズービスマ
ス合金めっき層とを有する電子装置において、前記スズ
ービスマス合金めっき層上にビスマスを析出させて構成
したことを特徴とする電子装置。 - 【請求項２】前記ビスマスが、１ｃｍ2当たり約２〜２
００μｇ析出されたことを特徴とする請求項１記載の電
子装置。 - 【請求項３】前記ビスマスが、１ｃｍ2当たり約４〜１
００μｇ析出されたことを特徴とする請求項１記載の電
子装置。 - 【請求項４】前記スズービスマス合金めっき層がＳｎ−
約（０．５〜６）ｗｔ％Ｂｉであることを特徴とする請
求項１から３のいずれかに記載の電子装置。 - 【請求項５】前記請求項１〜４の何れかに記載された電
子装置をＳｎ−約（２〜３．５）ｗｔ％Ａｇ−（０．３
〜１．０）ｗｔ％Ｃｕを主成分とした鉛フリーはんだに
より接続した回路基板を備えたことを特徴とする電子機
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334919A JP3657874B2 (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 半導体装置および電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334919A JP3657874B2 (ja) | 2000-10-30 | 2000-10-30 | 半導体装置および電子機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141456A true JP2002141456A (ja) | 2002-05-17 |
| JP3657874B2 JP3657874B2 (ja) | 2005-06-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3657874B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007081235A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Renesas Technology Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2007100148A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | C Uyemura & Co Ltd | ウィスカ抑制表面処理方法 |
| US7235309B2 (en) | 2002-12-16 | 2007-06-26 | Nec Electronics Corporation | Electronic device having external terminals with lead-free metal thin film formed on the surface thereof |
| WO2010134552A1 (ja) * | 2009-05-22 | 2010-11-25 | 千住金属工業株式会社 | はんだコート部品、その製造方法及びその実装方法 |
-
2000
- 2000-10-30 JP JP2000334919A patent/JP3657874B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7235309B2 (en) | 2002-12-16 | 2007-06-26 | Nec Electronics Corporation | Electronic device having external terminals with lead-free metal thin film formed on the surface thereof |
| JP2007081235A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Renesas Technology Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2007100148A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | C Uyemura & Co Ltd | ウィスカ抑制表面処理方法 |
| US8821708B2 (en) | 2005-10-03 | 2014-09-02 | C. Uyemura & Co., Ltd. | Method of surface treatment for the inhibition of whiskers |
| WO2010134552A1 (ja) * | 2009-05-22 | 2010-11-25 | 千住金属工業株式会社 | はんだコート部品、その製造方法及びその実装方法 |
| JP2010272774A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Senju Metal Ind Co Ltd | はんだコート部品、その製造方法及びその実装方法 |
| KR20120023002A (ko) * | 2009-05-22 | 2012-03-12 | 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 | 땜납 코팅 부품, 그의 제조 방법 및 그의 실장 방법 |
| CN102440091A (zh) * | 2009-05-22 | 2012-05-02 | 千住金属工业株式会社 | 焊料涂布元件及其制造方法、安装方法 |
| KR101970831B1 (ko) * | 2009-05-22 | 2019-08-27 | 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤 | 땜납 코팅 부품, 그의 제조 방법 및 그의 실장 방법 |
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