JP2005045015A - めっき装置、めっき方法及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子デバイスのマウント，ボンディング，封止等の組立工程までに潜在した高温になることで顕在化するような不良要因を内蔵した電子デバイスを効率よくスクリーニングでき、且つ電子デバイスの外部端子に施される半田めっき等の外装めっきの品質を良好に保つことができるめっき装置、めっき方法及び電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】 めっき装置１は、めっき対象２を保持するローダ部３と、めっき対象２を搬送用ベルトに懸吊する治具４と、懸吊されためっき対象２を搬送する搬送用ベルト５と、めっき対象２を加熱処理する熱処理部６と、熱処理部６で加熱処理が終了しためっき対象２に所望のめっきを施すめっき処理部７と、めっき対象２を搬送用ベルト５から外し保持するアンローダ部８を備える。めっき処理部７は、前処理ユニット７１と、めっきユニット７５を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、めっき装置、めっき方法及びこれらのめっき装置或いはめっき方法を用いた電子デバイスの製造方法に関する。

半導体集積回路（ＩＣ）等の電子デバイスは、通常製造の最終工程にて電気的検査を実施し、良品のみが顧客に出荷される。しかし、顧客にてこれらの電子デバイスを実装する際の熱ストレスにより不良が新たに発生する場合がある。例えば、チップクラック・パッケージクラック・断線などの不良である。このような熱ストレスにより生じる不良を事前にスクリーニングするためには、電子デバイスの製造工程中（最終の電気検査の前）で、顧客の実装時と同様の熱ストレスを与えるのが効果的である。

例えば、特許文献１では、パッケージ（以下、ＰＫＧとする）の切断分離、選別／ＢＴ、リード成形及び出荷の各工程を含む半導体装置製造プロセスにおいて、製品出荷後の顧客での実装リフロー時のパッケージの反り変化を抑制することを目的として、ＢＴ工程とリード成形工程の間、或いはリード成形工程と出荷工程との間に、顧客での実装リフローに相当する熱処理を施すリフロー工程又はエージング工程を追加することを開示している。

又、特許文献２では、被検査物に対してエージングを行う主検査ラインと分離して、主検査ラインでの被検査数より多数の被検査物に温度ストレスを継続的に印加可能な温度ストレス印加手段を設けることで、作業効率を高めた自動エージング検査装置を開示している。

特開２０００−１２５６５号公報（ｐ．３、図１）

特開２０００−２４１４９５号公報（ｐ．３−４、図１） 特開２００１−３４２５９９号公報（ｐ．５、図１，２） 特開２００２−１２１７００号公報（ｐ．４−５、図１，３）

電子デバイスを実装する際の熱ストレスにより生じる不良をスクリーニングするための熱ストレスを印加する加熱工程の位置は、ＰＫＧ封止後から最終の電気検査の前までの間であればよいが、例えば特許文献１，２の例のように、電子デバイスの外部端子に半田めっきを施した後に加熱工程を施すと、その熱ストレスにより外部端子の半田めっき面を酸化させ、外部端子の半田付性を劣化させるという品質上の問題が生じる。この問題を避けるには、電子デバイスの外部端子にめっきを施す前に熱ストレスが印加されるように加熱工程を配置すればよい。しかし、電子デバイスの外部端子にめっきを施す従来のめっき装置或いはめっき方法では、例えば特許文献３，４に開示されているように、めっきする前に、めっき対象となる電子デバイスに当該電子デバイスの実装時相当の熱ストレスを印加することは考慮されていなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ＩＣ等の電子デバイスのマウント，ボンディング，封止等の組立工程終了までに電子デバイス内に潜在し、実使用までの間（通常、実装処理時）に当該電子デバイスが高温になることで顕在化するような不良要因を内蔵した電子デバイスを効率よくスクリーニングでき、且つ電子デバイスの外部端子に施される半田めっき等の外装めっきの品質を良好に保つことができるめっき装置、めっき方法及び電子デバイスの製造方法を提供しようとするものである。

上記課題を解決する本発明のめっき装置は、
めっき処理が施される被めっき部位を有するめっき対象が所定の温度になるように加熱処理する熱処理部と、めっき処理部を備え、
前記めっき対象が前記熱処理部で加熱処理された後で当該めっき対象の前記被めっき部位に対する所定のめっき処理が前記めっき処理部で施されるように構成されていることを特徴とする。このとき、前記所定の温度を、前記被めっき部位にめっき処理が施された後で、当該めっき対象が到達すると予測される最高温度よりも高い温度に設定するのが望ましい。

又、本発明のめっき方法は、めっき対象が所定の温度になるように加熱処理する熱処理ステップと、前記熱処理ステップの後で前記めっき対象に所定の前処理を施すめっき前処理ステップと、前記めっき対象に所望のめっきを施すめっきステップと、
を少なくとも有することを特徴とする。

本発明のめっき装置は、めっき処理が施される被めっき部位を有するめっき対象が所定の温度になるように加熱する熱処理部と、めっき処理部を備え、めっき対象が熱処理部で加熱された後で当該めっき対象の被めっき部位に対する所定のめっき処理がめっき処理部で施されるように構成されているので、例えばＩＣ等の電子デバイスがめっき対象である場合、熱処理部で加熱される電子デバイスの所定の温度を当該電子デバイスの実装処理時に当該電子デバイスが到達すると予測される最高温度よりも高く設定しておくことで、電子デバイスのマウント，ボンディング，封止等の組立工程内で電子デバイス内に潜在し、実装処理時に当該電子デバイスが高温になることで顕在化するような不良要因を内蔵した電子デバイスを効率よくスクリーニングできる。又、電子デバイスの外部端子に施されるめっき処理は、熱処理部における加熱処理の後で施されるので、半田めっき等の外装めっきの品質を良好に保つことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の最良の実施形態のめっき装置を説明する図で、（ａ）は全体概略構成図、（ｂ）は（ａ）のめっき処理部の具体例を示す構成図である。図１を参照すると、本実施形態のめっき装置１は、装填されためっき対象２を保持するローダ部３と、このローダ部３でめっき対象２を搬送用ベルト５に懸吊する治具４と、治具４により懸吊されためっき対象２を搬送する搬送用ベルト５と、搬送ベルト５で搬送されてくるめっき対象２が所定の温度になるように加熱処理する熱処理部６と、熱処理部６で加熱処理を終了し常温まで冷却されためっき対象２に所望のめっきを施すめっき処理部７と、所望のめっきが施されためっき対象２を搬送用ベルト５から外し保持するアンローダ部８と、を備えている。又、めっき処理部７は、めっき対象２に所定の前処理を施す前処理ユニット７１と、めっき対象に所望のめっきを施すめっきユニット７５を備えている。更に、前処理ユニット７１は例えば酸処理槽７２と水洗槽７３を備え、めっきユニット７５は例えばめっき浴７６と、水洗槽７７を備えている。

搬送用ベルト５は、ローダ部３、熱処理部６、めっき処理部７の各構成要素、具体的には例えば、前処理ユニット７１、めっきユニット７５及びアンローダ部８を全て通過して配設されている。そして、ローダ部３で治具４により搬送用ベルト５に懸吊されためっき対象２を、熱処理部６→前処理ユニット７１→めっきユニット７５の順序で、それぞれにおける処理を終了させて搬送する。アンローダ部８ではめっき処理部７でめっき処理が終了しためっき対象２を搬送用ベルト５から外して保持する。

熱処理部６は、所望の温度プロファイルを実現できるものであれば、特に限定されない。例えば、赤外線（ＩＲ）炉，熱風炉或いはハロゲンヒータなどによる個別熱源を多数個もった炉（いずれも図示せず）等の中から選択できる。この場合、熱処理部６を加熱方法が異なる複数の炉で構成し、めっき対象２の仕様に応じて炉を選択して用いるようにしてもよい。例えば、めっき対象２がＡＳＩＣのように特定の顧客に出荷され且つ実装時の仕様が特定できるような場合、その実装仕様に合わせた加熱方法を用いるようにすることができる。又、熱処理部６で加熱処理を終了しためっき対象２は、前処理ユニット７１に達するまでにその温度が常温に戻るように構成されている。

尚、前処理ユニット７１及びめっきユニット７５は、一般的に用いられる構成であってよい。特に限定されないが、例えば前処理ユニット７１は、めっき対象の脱錆処理を行う酸処理槽７２や水洗槽７３を含む。又、必要に応じて脱脂処理槽やエッチング槽や乾燥部（いずれも図示せず）等を備えてもよい。又、めっきユニット７５は、めっき浴７６と水洗槽７７を備え、めっき浴７６は、必要に応じてめっき液組成が異なる複数の浴で構成してもよい。

次に、本発明のめっき方法について説明する。尚、本発明のめっき方法は、上述しためっき装置１を好適に用いることができ、めっき装置１の動作と併せて説明する。又、めっき対象２としては、めっき処理を必要とする被めっき部位を有する第１の部材を備えた製品であって、第１の部材を含む加工処理，第１の部材の被めっき部位に対するめっき処理，及び検査処理等が少なくともこの順序で施されて完成製品が形成されるものであればよい。特に、第１の部材を含む加工処理が、第１の部材と他の部材との接着，接続或いは接合等の処理や、これら接着，接続或いは接合等の処理部を含む部分を樹脂或いはパッケージ等で封止する処理を含む組立処理であり、検査処理で合格となった完成製品の実装処理がリフロー等の当該完成製品の温度が比較的高温になるような方法で施されるような製品の場合には、第１の部材の被めっき部位に対するめっき処理に本発明のめっき方法を好適に適用できる。

本発明のめっき方法が適用されるめっき対象２は、めっき処理を必要とする被めっき部位を有する第１の部材（図示せず）を備える製品であり、予め例えば第１の部材と他の部材（図示せず）との接着，接続或いは接合等の処理や、これら接着，接続或いは接合等の処理部を含む部分を樹脂或いはパッケージ等で封止する処理を含む組立処理が施されている。そして、この組立処理が施されためっき対象２の第１の部材の被めっき部位に所定のめっきが施される。

先ず、組立処理が施されためっき対象２がローダ部３に装填される。次に、ローダ部３に装填されためっき対象２は、治具４により搬送用ベルト５に順次懸吊され、搬送される。治具４により搬送用ベルト５に懸吊されためっき対象２は、ローダ部３を出ると、熱処理部６に入る。熱処理部６は、めっき対象２の温度が、当該めっき対象２にめっきが施されて以降、完成製品となっためっき対象２が実使用に供されるまでの間に当該めっき対象２が到達すると予測される最高温度（具体的には、実装基板等に実装される際に到達すると予測される最高温度の場合が多い）よりも若干高い温度で且つその滞留時間が若干長くなるように設定される。

熱処理部６を通過しためっき対象２は、次に搬送用ベルト５により、めっき処理部７の前処理ユニット７１に搬送される。尚、この搬送の間にめっき対象２の温度はほぼ常温に戻る。前処理ユニット７１では、酸処理槽７２でめっき対象２の被めっき部位の表面の酸化膜を除去する脱錆処理が施された後、水洗槽７３で水洗される。

前処理ユニット７１で脱錆や水洗等の所定の処理が終了しためっき対象２は、次に搬送用ベルト５により、めっき処理部７のめっきユニット７５に搬送される。めっきユニット７５では、先ず所定のめっき液を有するめっき浴７６にめっき対象２が浸漬され、第１の部材の被めっき部位に所望のめっきが電気的に施された後、水洗槽７７で水洗され必要に応じて乾燥処理される。被めっき部位に施される所望のめっきは、特に限定されないが、めっき対象２の用途に応じて、Ｓｎ−Ｐｂ系合金めっきや、Ｓｎを主材料とするＰｂフリーの合金めっき（例えばＳｎ−Ｂｉ系合金めっき等）等を適宜選択することができる。

めっきユニット７５で所望のめっき，水洗，乾燥等の所定の処理を終了しためっき対象２は、次に搬送用ベルト５により、アンローダ部８に搬送される。アンローダ部８では、所望のめっきが施されためっき対象２が治具４から外されて保持され、めっき装置１による一連の処理が終了する。

以上説明したように、本発明のめっき装置１或いはメッキ方法によれば、所定の組立処理を予め終了しためっき対象２の第１の部材の被めっき部位に所望のめっきを施す前に、熱処理部６でめっき対象２が所定の温度になるような加熱処理を施し、その後、前処理ユニット７１で脱錆処理を施してめっきするようにしたので、熱処理部６における加熱処理で第１の部材の被めっき部位の表面に酸化膜等が生じてもめっき処理に悪影響を及ぼすことがなく、且つめっき処理が外装めっきであっても後の加熱処理がないのでめっき品質が保持される。

又、所定の温度は、第１の部材の被めっき部位にめっきが施されて以降、完成製品となっためっき対象２が実使用に供されるまでの間に当該めっき対象２が到達すると予測される最高温度よりも若干高い温度で且つその滞留時間が若干長くなるように設定されている。従って、めっき対象２が実使用までの間に高温になることによって生じる不良要因を内在しためっき対象２はこの加熱処理で確実に破壊され、めっき処理後の検査処理で不良品として除去されるので、初期不良を効果的にスクリーニングできる。

尚、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものでなく、その要旨の範囲内で種々変更が可能である。例えば、本発明のめっき方法或いはこのめっき方法を用いる電子デバイスの製造方法は、リフロー装置等の加熱装置と一般的なめっき装置を組み合わせて実施することもできる。但し、このような装置の組合せで実施する場合は、めっき対象の装置間運搬処理が必要となり、本発明のめっき装置１を用いる場合に比べて生産効率がやや低下する。

又、めっき対象２としては、上述した条件に適合する限り、次の実施例で説明する樹脂封止型ＩＣのリードフレームに限らず、抵抗，コンデンサ等の受動部品や単体トランジスタ等のディスクリート部品やマルチチップモジュール等々を含む各種電子デバイスであってよく、パッケージも樹脂封止型に限らず気密封止型であってよい。

次に、一実施例として、めっき対象２が、樹脂封止型ＩＣのリードフレームの場合を例として説明する。図２は、めっき対象２となる一例のリードフレーム２ａを説明する図で、（ａ）は模式的な全体平面図、（ｂ）はこのリードフレーム２ａに含まれる一つのＩＣ２０の模式的な拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線での模式的な断面を示す断面図である。図２を参照すると、リードフレーム２ａは複数（この例では、３×１０＝３０個）のＩＣ２０がマトリックス状に配置されている。各ＩＣ２０は、封止樹脂２７で封止されたボディ部２１とボディ部２１から延出し端部がフレーム部２２に接続しているリード部２３からなる。ボディ部２１は、アイランド部２５に図示されていない導電性接着剤等で搭載されたチップ１０と、チップ１０のボンディングパッド（図示せず）等の電極とリード部２３と接続する内部端子部とを接続するボンディング線２６とこれらを封止する封止樹脂２７を含んでいる。このように、本実施形態のめっき方法のめっき対象２となるリードフレーム２ａは、予め複数の半導体チップ１０が搭載され、それぞれワイヤボンディング等により内部端子部と電気的に接続された後、各半導体チップ，内部端子部及びボンディング線等が所定の封止樹脂で封止されている。そして、ボディ部２１から延出し、露出しているリード部２３に所定のめっきが施される。この例では、リードフレーム２ａが第１の部材であり、リード部２３が被めっき部位となっている。

先ず、各アイランド部２５へチップ１０がそれぞれ搭載され、チップ１０上の電極と内部端子部が電気的に接続され、更にチップ１０，内部端子部等が封止樹脂２７で封止された複数のリードフレーム２ａがローダ部３に装填される。

次に、ローダ部３に装填されたリードフレーム２ａは、治具４により搬送用ベルト５に順次懸吊され、搬送される。治具４により搬送用ベルト５に懸吊されたリードフレーム２ａは、ローダ部３を出ると、熱処理部６に入る。熱処理部６は、リードフレーム２ａに含まれる各ＩＣ２０の温度が、当該リードフレーム２ａにめっきが施されて以降、完成品となったＩＣ２０が実使用に供されるまでの間に当該ＩＣ２０が到達すると予測される最高温度よりも若干高い温度で且つその滞留時間が若干長くなるように設定される。通常は、完成品となったＩＣ２０が実装基板等に実装される際に到達すると予測される温度よりも若干高い温度で且つその滞留時間が若干長くなるように設定される。例えば、錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）系合金半田を用い、リフロー方式で実装される条件の場合、ＩＣ２０の温度が約２００℃〜２６０℃で、ほぼ３０秒間程度維持されるように熱処理部６が設定される。又、Ｐｂフリーの例えばＳｎ−ビスマス（Ｂｉ）系合金半田等で実装される場合、１７０℃程度のもっと低い温度であってよい場合もある。

熱処理部６を通過したリードフレーム２ａは、次に搬送用ベルト５により、めっき処理部７の前処理ユニット７１に搬送される。前処理ユニット７１では、酸処理槽７２でリードフレーム２ａのリード部２３の表面の酸化膜を除去する脱錆処理が施された後、水洗槽７３で水洗される。尚、酸処理槽７２での脱錆処理は、例えば液温が常温〜４０℃程度の希硫酸や希塩酸に１〜数分間浸漬すればよい。又、リード部２３の表面の酸化が進んでいる場合には、液温が常温〜４０℃程度の希硫酸＋過酸化水素水溶液に１〜数分浸漬して、かるくエッチングするようにしてもよい。

前処理ユニット７１で脱錆や水洗等の所定の処理が終了したリードフレーム２ａは、次に搬送用ベルト５により、めっき処理部７のめっきユニット７５に搬送される。めっきユニット７５では、先ず所定のめっき液を有するめっき浴７６にリードフレーム２ａが浸漬され、リード部２３に所望のめっきが電気的に施された後、水洗槽７７で水洗され必要に応じて乾燥処理される。リード部２３に施される所望のめっきは、特に限定されないが、ＩＣ２０の用途に応じて、Ｓｎ−Ｐｂ系合金めっきや、Ｓｎを主材料とするＰｂフリーの合金めっき（例えばＳｎ−Ｂｉ系合金めっき等）を適宜選択することができる。

めっきユニット７５で所望のめっき，水洗，乾燥等の所定の処理を終了したリードフレーム２ａは、次に搬送用ベルト５により、アンローダ部８に搬送される。アンローダ部８では、所望のめっきが施されたリードフレーム２ａが治具４から外されて保持され、めっき装置１による一連の処理が終了する。この後、リード部２３をフレーム部２２を切り離すと共にリード部２３間のタイバー２４も切断除去して各ＩＣを個別化し、必要に応じてリード成形、エージング等を施して電気的検査が実施されるが、これらは一般的な方法であってよく、詳細な説明は省力する。

以上説明したように、本発明のめっき装置１或いはメッキ方法によれば、樹脂封止までの組立処理を終了したリードフレーム２ａのリード部２３に所望のめっきを施す前に、熱処理部６でＩＣ２０が所定の温度になるような加熱処理を施し、その後、前処理ユニット７１で脱錆処理を施してめっきするようにしたので、熱処理部６における加熱処理でリード部２３の表面に酸化膜等が生じてもめっき処理に悪影響を及ぼすことがなく、且つめっき処理後には一般的なエージング処理以外の加熱処理は行われないので、めっき品質（特に、めっき表面状態）が維持される。

又、所定の温度は、リード部２３にめっきが施されて以降、完成品となったＩＣ２０が実使用に供されるまでの間に当該ＩＣ２０が到達すると予測される最高温度（実装処理時の温度の場合が多い）よりも若干高い温度で且つその滞留時間が若干長くなるように設定されている。従って、ＩＣ２０が高温になることによって生じる、例えばチップクラックやパッケージクラック等の不良要因を内在したＩＣ２０はこの加熱処理で確実に破壊され、めっき処理後の電気的検査で不良品として除去されるので、初期不良を効果的にスクリーニングできる。

尚、上記実施例の樹脂封止型ＩＣは、チップ上のボンディングパッドと内部端子部をワイヤボンディングで接続した例を示したが、これに限定されず、ＴＡＢ（tape-automated bonding）リードにより接続するタイプや、内部端子部がチップ上のボンディングパッドに直接接続されるＬＯＣ（lead on chip）タイプ等、任意の接続方法であってよい。

本発明の最良の実施形態のめっき装置を説明する図で、（ａ）は全体概略構成図、（ｂ）は（ａ）のめっき処理部の具体例を示す構成図である。 めっき対象となる一例のリードフレームを説明する図で、（ａ）は模式的な全体平面図、（ｂ）はこのリードフレームに含まれる一つのＩＣの模式的な拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線での模式的な断面を示す断面図である。

符号の説明

１ めっき装置
２ めっき対象
２ａ リードフレーム
３ ローダ部
４ 治具
５ 搬送用ベルト
６ 熱処理部
７ めっき処理部
８ アンローダ部
１０ チップ
２０ ＩＣ
２１ ボディ部
２２ フレーム部
２３ リード部
２４ タイバー
２５ アイランド部
２６ ボンディング線
２７ 封止樹脂
７１ 前処理ユニット
７２ 酸処理槽
７３，７７ 水洗槽
７５ めっきユニット
７６ めっき浴

Claims (9)

1. めっき処理が施される被めっき部位を有するめっき対象が所定の温度になるように加熱処理する熱処理部と、めっき処理部を備え、
   前記めっき対象が前記熱処理部で加熱処理された後で、当該めっき対象の前記被めっき部位に対する所定のめっき処理が前記めっき処理部で施されるように構成されていることを特徴とするめっき装置。
2. 前記めっき処理部が、
   前記熱処理部で加熱された前記めっき対象に所定の前処理を施すめっき前処理ユニットと、
   前記めっき対象に所望のめっきを施すめっきユニットと、
   を少なくとも有する請求項１記載のめっき装置。
3. 前記所定の温度は、前記被めっき部位にめっき処理が施された後で、当該めっき対象が到達すると予測される最高温度よりも高い温度に設定されている請求項１又は２に記載のめっき装置。
4. 前記めっき対象が半導体デバイスを含む電子デバイスであり、前記所定の温度は前記電子デバイスを実装する時に当該電子デバイスが到達する温度よりも高い温度に設定されている請求項１記載のめっき装置。
5. めっき処理が施される被めっき部位を有するめっき対象が所定の温度になるように加熱処理する熱処理ステップと、前記熱処理ステップの後で前記めっき対象に所定の前処理を施すめっき前処理ステップと、前記めっき対象に所望のめっきを施すめっきステップと、
   を少なくとも有することを特徴とするめっき方法。
6. 前記所定の温度は、前記めっきステップで前記めっき対象に所望のめっきが施された後で、当該めっき対象が到達すると予測される最高温度よりも高い温度に設定されている請求項５記載のめっき方法。
7. 前記めっき対象が半導体デバイスを含む電子デバイスであり、前記所定の温度は前記電子デバイスを実装する時に当該電子デバイスが到達する温度よりも高い温度に設定されている請求項５記載のめっき方法。
8. 外部端子を備えたパッケージに所望のチップを搭載して封止する組立工程と、前記組立工程の後で前記外部端子に所望のめっきを施す外装めっき工程と、を含み、
   前記外装めっき工程が請求項１乃至４いずれか１項に記載のめっき装置により処理されることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
9. 外部端子を備えたパッケージに所望のチップを搭載して封止する組立工程と、前記組立工程の後で前記外部端子に所望のめっきを施す外装めっき工程と、を含み、
   前記外装めっき工程が請求項５乃至７いずれか１項に記載のめっき方法により処理されることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
   

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