JP2005163152A - 電気メッキ方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

電気メッキ方法及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Tsuguhiko Hirano
次彦 平野
Katsunori Takahashi
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Abstract

【課題】 リードフレームに錫ービスマス合金をメッキする場合、陽極に固体錫金属を用い、ビスマスはビスマス溶液を補充することにより濃度の減少を補っている。そのためにメッキ装置を停止する必要がある。この問題を解決し、電気メッキ装置の稼働率向上（メッキ処理数の増加）を図る。
【解決手段】錫及びビスマスを含むメッキ液中に被メッキ処理物（ＬＦ）を浸し、前記メッキ液中に配置された固体錫金属及び固体ビスマス金属を陽極に接続し、前記被メッキ処理物を陰極に接続して行う。
【選択図】図１２

Description

本発明は、電気メッキ（電解メッキ）技術に関し、特に、半導体装置の製造プロセス中のメッキ工程に適用して有効な技術に関するものである。
リードフレームを用いて製造される半導体装置においては、基板に半田付け実装する時の半田ぬれ性を確保するため、リードの外部接続用端子部に合金メッキ層が形成されている。この合金メッキ層としては、主にＰｂ（鉛）−Ｓｎ（スズ）組成の合金メッキ層が使用されてきたが、近年、環境保護の関係からＰｂの使用が規制され、合金メッキ層においてもＰｂフリー化が進められている。
Ｐｂフリー組成の合金メッキ層としては、様々な組成のものが提案され、実用化されているが、その中の１つに、Ｓｎ−Ｂｉ組成の合金メッキ層（Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ層）が知られている。このＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層については、例えば特公平７−６５２０６号公報（特許文献１）に開示されている。また、この特許文献１には、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ層を電気メッキ法で形成する技術も開示されている。
特公平７−６５２０６号公報
本発明者は、半導体装置の製造プロセス中のメッキ工程について検討した結果、以下の問題点を見出した。
メッキ工程では、Ｓｎ−Ｂｉ合金層の形成を電気メッキ法で行っている。電気メッキ法は、電界反応によりメッキ液（金属塩溶液）から金属を被メッキ処理物（導電体表面）に電解析出させて合金メッキ層を形成する方法である。Ｓｎ−Ｂｉ合金層の形成は、錫及びビスマスを含むメッキ液中にリードフレーム（被メッキ処理物）を浸し、メッキ液中に配置された固体錫金属を陽極に接続し、リードフレームを陰極に接続して行われる。
このようにしてＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層を形成する場合、メッキ処理の着工を重ねるとメッキ液中の錫及びビスマスの濃度が減少するため、メッキ液中に錫及びビスマスを供給する必要がある。メッキ液中の錫の供給は、メッキ液中に固体錫金属が電解溶出されることによって行われる。一方、メッキ液中のビスマスの供給は、メッキ液中にビスマス溶液を補充することによって行っている。このビスマス溶液の補充は、半導体装置のリード本数やリードフレームの大きさによって異なるが、半導体装置の個数を基準にした場合、例えば２万個に１回の割合で行う必要がある。また、ビスマス溶液の補充は、電気メッキ装置を停止して行う必要があり、１回の補充時間は１５分〜２０分必要である。即ち、メッキ液中のビスマスの減少分を液補充するために、１時間に１回の割合で電気メッキ装置を停止しなければならず、電気メッキ装置の稼働率（メッキ処理数）が低下する。この電気メッキ装置の稼働率（メッキ処理数）の低下は、半導体装置のコストを押し上げる要因となる。
また、ビスマス溶液によるメッキ液中のビスマス供給では、ビスマス溶液を補充した後から次のビスマス溶液を補充するまでの間においてメッキ液中のビスマス濃度にむらが生じるため、生成されたＳｎ−Ｂｉ合金層の組成比にバラツキが生じ易くなる。この組成比のバラツキは、半導体装置の実装信頼性を低下させる要因となる。
本発明の目的は、電気メッキ装置の稼働率向上（メッキ処理数の増加）を図ることが可能な電気メッキ技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体装置の低コスト化を図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体装置の実装信頼性向上を図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）錫及びビスマスを含むメッキ液中に被メッキ処理物を浸して、前記被メッキ処理物の表面に、錫−ビスマス合金メッキを形成する電気メッキ方法であって、
前記メッキ液中に配置された固体錫金属及び固体ビスマス金属を陽極に接続し、前記被メッキ処理物を陰極に接続して行う。
（２）錫及びビスマスを含むメッキ液中に被メッキ処理物を配置し、前記被メッキ処理物の表面に、錫−ビスマス合金メッキを形成する電気メッキ方法であって、
各々が固体錫金属及び固体ビスマス金属を収納し、前記被メッキ処理物と所定の間隔をもって前記被メッキ処理物を挟むようにして前記メッキ液中に配置された複数の金属製ケースを陽極に接続し、
前記被メッキ処理物を陰極に接続して行う。
（３）樹脂封止された半導体チップ、及び前記半導体チップの電極に電気的に接続されたリードを有するリードフレームを準備する（ａ）工程と、
錫及びビスマスを含むメッキ液中に前記リードフレームを浸して、前記リードに錫−ビスマス合金メッキを形成する（ｂ）工程とを有し、
前記（ｂ）工程は、前記メッキ液中に配置された固体錫金属及び固体ビスマス金属を陽極に接続し、前記リードフレームを陰極に接続して行う。
なお、本発明者は、発明した結果に基づき、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ層を形成する電気メッキ法について先行技術調査を行った。その結果、前述の特許文献１（特公平７−６５２０６号公報）が抽出された。特許文献１には、「陽極にビスマス金属を使用し、めっき浴からのビスマスの析出に応じたビスマスイオンの補給を上記ビスマス金属陽極の電解溶出により行うと共に、めっき浴からの錫の析出に応じた第１錫イオンの補給をめっき浴に第１錫塩又は酸化第１錫を添加溶解することにより行う」技術が開示されている。この特許文献１のメッキ技術は、メッキ液中への錫供給を液体供給によって行っているため、このメッキ技術においても電気メッキ装置の稼働率（メッキ処理数）が低下する。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、電気メッキ装置の稼働率向上（メッキ処理数の増加）を図ることができる。
本発明によれば、半導体装置の低コスト化を図ることができる。
本発明によれば、半導体装置の実装信頼性向上を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施形態では、ＱＦＮ型半導体装置の製造に本発明を適用した例について説明する。
図１乃至図１５は、本発明の一実施形態に係わる図であり、
図１は、半導体装置の外観構造を示す模式的平面図、
図２は、半導体装置の内部構造を示す図（（ａ）は模式的平面図，（ｂ）は模式的断面図）、
図３は、図２（ｂ）の一部を拡大した模式的断面図、
図４は、半導体装置の製造に使用されるリードフレームの模式的平面図、
図５は、図４の一部を拡大した模式的平面図、
図６は、半導体装置の製造工程を示す図（（ａ）はリードフレームの製品形成領域を示す模式的断面図，（ｂ）はチップボンディング工程を示す模式的断面図，（ｃ）はワイヤボンディング工程を示す模式的断面図）、
図７は、図６に続く半導体装置の製造工程を示す図（（ａ）はモールディング工程を示す模式的断面図，（ｂ）はメッキ工程を示す模式的断面図）、
図８は、半導体装置の製造において、モールディング工程後の状態を示すリードフレームの模式的要部底面図、
図９は、半導体装置の製造に使用される電気メッキ装置の概略構成を示すブロック図、
図１０は、図９のメッキ装置において、メッキ処理部の概略構成を示す模式的平面図、
図１１は、図９の電気メッキ装置で使用されるメッキ液の化学式を示す図、
図１２は、図１０の一部を拡大した模式的平面図、
図１３は、図９のメッキ装置において、メッキ処理部の概略構成を示す模式的断面図、
図１４は、図９のメッキ装置で使用される金属製ケースの模式的斜視図、
図１５は、図１４の金属製ケースの模式的断面図である。
本実施形態の半導体装置１は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体チップ２、複数のリード４、チップ支持体（ダイパッド，タブ，チップ搭載部）５、４本の吊りリード５ａ、複数のボンディングワイヤ７、及び樹脂封止体８等を有するパッケージ構造になっている。半導体チップ２、複数のリード４、チップ支持体５、４本の吊りリード５ａ、及び複数のボンディングワイヤ７等は、樹脂封止体８によって封止されている。半導体チップ２は、チップ支持体５の主面（上面）に接着材６を介在して接着固定され、チップ支持体５には、４本の吊りリード５ａが一体的に連結されている。
半導体チップ２は、その厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施形態では例えば正方形になっている。半導体チップ２は、これに限定されないが、例えば、半導体基板、この半導体基板の主面に形成された複数のトランジスタ素子、前記半導体基板の主面上において絶縁層、配線層の夫々を複数段積み重ねた多層配線層、この多層配線層を覆うようにして形成された表面保護膜（最終保護膜）等を有する構成になっている。
半導体チップ２は、互いに反対側に位置する主面（回路形成面）及び裏面を有し、半導体チップ２の主面側には集積回路が構成されている。集積回路は、主に、半導体基板の主面に形成されたトランジスタ素子、及び多層配線層に形成された配線によって構成されている。
半導体チップ２の主面には、複数のボンディングパッド（電極）３が形成されている。複数のボンディングパッド３は、半導体チップ２の各辺に沿って配置されている。複数のボンディングパッド３は、半導体チップ２の多層配線層のうちの最上層の配線層に形成され、各々のボンディングパッド３に対応して半導体チップ２の表面保護膜に形成されたボンディング開口によって露出されている。
樹脂封止体８は、図１及び図２に示すように、厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施形態では例えば正方形になっている。樹脂封止体８は、互いに反対側に位置する主面（上面）８ｘ及び裏面（下面，実装面）８ｙを有し、樹脂封止体８の平面サイズ（外形サイズ）は、半導体チップ２の平面サイズ（外形サイズ）よりも大きくなっている。
樹脂封止体８は、低応力化を図る目的として、例えば、フェノール系硬化剤、シリコーンゴム及びフィラー等が添加されたビフェニール系の熱硬化性樹脂で形成されている。樹脂封止体８の形成方法としては、大量生産に好適なトランスファ・モールディング法を用いている。トランスファ・モールディング法は、ポット、ランナー、樹脂注入ゲート、及びキャビティ等を備えた成形金型（モールド金型）を使用し、ポットからランナー及び樹脂注入ゲートを通してキャビティの内部に熱硬化性樹脂を注入して樹脂封止体を形成する方法である。
樹脂封止型半導体装置の製造においては、複数の製品形成領域を有するリードフレームを使用し、各製品形成領域に搭載された半導体チップを各製品形成領域毎に樹脂封止する個別方式のトランスファ・モールディング法や、複数の製品形成領域を有するリードフレームを使用し、各製品形成領域に搭載された半導体チップを一括して樹脂封止する一括方式のトランスファ・モールディング法が採用されている。本実施形態の半導体装置１の製造では、例えば個別方式のトランスファ・モールディング法を採用している。
複数のリード４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、樹脂封止体８の４辺に沿って配置されている。また、複数のリード４は、樹脂封止体８の側面側から半導体チップ２に向かって延在している。
半導体チップ２の複数のボンディングパッド３は、複数のリード４と夫々電気的に接続されている。本実施形態１において、半導体チップ２のボンディングパッド３とリード４との電気的な接続は、ボンディングワイヤ７で行われており、ボンディングワイヤ７の一端部は、半導体チップ２のボンディングパッド３に接続され、ボンディングワイヤ７の一端部と反対側の他端部は、半導体チップ２の外側（周囲）において、リード４に接続されている。ボンディングワイヤ７としては、例えば金（Ａｕ）ワイヤを用いている。また、ワイヤ７の接続方法としては、例えば熱圧着に超音波振動を併用したネイルヘッドボンディング（ボールボンディング）法を用いている。
複数のリード４は互いに反対側に位置する主面及び裏面を有し、複数のリード４の各々の裏面は樹脂封止体７の裏面から露出している。本実施形態のＱＦＮ型半導体装置１は、リード４の裏面を外部接続用端子部として使用している。
リード４の裏面には、図３に示すように、合金メッキ（半田メッキ）層９が形成されている。この半田メッキ層９は、配線基板に半導体装置を半田付け実装する時の半田濡れ性を確保する目的で形成されている。本実施形態において、半田メッキ層９としては、例えば、９８［重量％］Ｓｎ−２［重量％］Ｂｉ組成の合金メッキ層が使用されている。このＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層は、後で詳細に説明するが、電気メッキ法で形成されている。電気メッキ法は、電界反応によりメッキ液（金属塩溶液）から金属を被メッキ処理物（導電体表面）に電解析出させて合金メッキ層を形成する方法である。
次に、半導体装置１の製造に使用されるリードフレームについて、図４及び図５を用いて説明する。
図４及び図５に示すように、リードフレームＬＦは、例えば、外枠部及び内枠部を含むフレーム本体（支持体）１０で区画された複数の製品形成領域（デバイス形成領域）１１を行列状に配置した多連構造になっている。各製品形成領域１１には、複数のリード４、１つのチップ支持体５、４本の吊りリード５ａ等が配置されている。チップ支持体５は、製品形成領域１１の中央部に配置され、４本の吊りリード５ａを介してフレーム本体１０と一体的に形成されている。複数のリード４は、４つのリード群に分かれて配置され、各リード群のリード４はフレーム本体１０と一体的に形成されている。
リードフレームＬＦは、例えば鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系の合金又は銅（Ｃｕ）若しくはＣｕ系の合金からなる平板材（金属板）にエッチング加工又はプレス加工を施して所定のリードパターンを形成することによって形成される。本実施形態のリードフレームＬＦは、図６（ａ）に示すように、その厚さ方向にリード４とチップ支持体５との高さをオフセットしている。このオフセットは、吊りリード５ａに曲げ加工を施すことによって行われている。
次に、半導体装置１の製造について、図６及び図７を用いて説明する。
まず、図４、図５、及び図６（ａ）に示すリードフレームＬＦを準備し、その後、図６（ｂ）に示すように、各製品形成領域１１のチップ支持体５に接着材６を介在して半導体チップ２を接着固定する。半導体チップ２の接着固定は、半導体チップ２の裏面がチップ支持体５と向かい合う状態で行われる。
次に、各製品形成領域１１において、図６（ｃ）に示すように、半導体チップ２の複数のボンディングパッド３と複数のリード４とを複数のボンディングワイヤ７で夫々電気的に接続する。
次に、各製品形成領域１１において、図７（ａ）に示すように、半導体チップ２、複数のリード４、チップ支持体５、４本の吊りリード５ａ、複数のボンディングワイヤ７等を樹脂封止して樹脂封止体８を形成する。本実施形態において、樹脂封止体８の形成は、各製品形成領域１１に搭載された半導体チップを各製品形成領域毎に樹脂封止する個別方式のトランスファ・モールディング法で行われる。
次に、図７（ｂ）に示すように、リード４の裏面（外部接続用端子部）に、合金メッキ層９として例えば９８［重量％］Ｓｎ−２［重量％］Ｂｉ組成の合金メッキ層を形成する。このＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層は、後で詳細に説明するが、電気メッキ法で形成される。
次に、フレーム本体１０からリード４及び吊りリード５ａを切断によって分離する。これにより、図１及び図２に示す半導体装置１がほぼ完成する。
次に、半導体装置１の製造プロセス中のメッキ工程について、図８乃至図１５を用いて詳細に説明する。
メッキ工程では、図９に示す電気メッキ装置２０を使用する。電気メッキ装置２０は、これに限定されないが、ローダ部２１、前処理部２２、メッキ処理部２３、後処理部２４、乾燥処理部２５、アンローダ部２６等を備えている。ローダ部２１は前処理部２２にリードフレームＬＦを供給する。前処理部２２では、例えばアルカリ系の処理液を使用し、リードフレームＬＦに付着する油性分等の汚れを除去する脱脂処理、例えばフッ酸（ＨＦ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）等の処理液を使用し、リードフレームＬＦの表面をエッチングして合金メッキ層（導電性被膜）の接着性を良くする表面活性化処理等を行う。メッキ処理部２３では、リードフレームの表面に合金メッキ層を形成する。後処理部２４では、アルカリ系の処理液を使用し、前段のメッキ処理部２３で形成された合金メッキ層を中和させる中和処理、前段の処理液を洗い流す洗浄処理等を行う。乾燥処理部２５では、リードフレームＬＦに付着した水分等を蒸発させる処理を行う。アンローダ部２６は、前段の乾燥処理部２５で処理されたリードフレームＬＦを収納する。
メッキ処理部２３には、図１０に示すように、メッキ槽３０が配置され、このメッキ槽３０の中には、メッキ液３１が入っている。メッキ液３１としては、錫及びビスマスを含み、更に例えば図１１に示す有機スルホン酸溶液を含むメッキ液が用いられている。錫及びビスマスは、例えば概ね９８（錫）対２（ビスマス）の割合でメッキ液３１中に含まれている。
図１０乃至図１２に示すように、メッキ液３１中には、固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８が配置され、固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８は電源３２の陽極に接続され、被メッキ処理物であるリードフレームＬＦは電源３２の陰極に接続されている。リードフレームＬＦは、メッキ液３１中に浸され、メッキ液３１中において搬送方向Ｒに沿って搬送される。リードフレームＬＦの搬送中、電界反応によりメッキ液３１中のＳｎ及びビスマスがリード４の外部接続用端子部を含むリードフレームＬＦの表面に電解析出し、概ね９８［重量％］Ｓｎ−２［重量％］Ｂｉ組成の合金メッキ層９が形成される。
メッキ液３１中の錫及びビスマスの濃度は、メッキ処理の着工回数に応じて減少するため、メッキ液３１中に錫及びビスマスを供給する必要がある。メッキ液３１中の錫の供給は、メッキ液３１中に固体錫金属３７が電解溶出することによって行われる。また、メッキ液３１中のビスマスの供給は、メッキ液３１中に固体ビスマス金属３８が電解溶出することによって行われる。
このように、メッキ液３１中に配置された固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８を陽極に接続し、リードフレームＬＦを陰極に接続して合金メッキ層９の形成を行うことにより、メッキ液３１中の錫供給は、メッキ液３１中に固体錫金属３７が電解溶出することによって行われ、メッキ液３１中のビスマス供給は、メッキ液３１中に固体ビスマス金属３８が電解溶出することによって行われるため、メッキ装置３０を停止することなく、メッキ処理の着工による錫及びビスマスの減少分を補うことができる。この結果、メッキ液中への錫及びビスマスの供給を溶液で行う場合と比較して、溶液の補充時間が不要となるため、電気メッキ装置の稼働率向上（メッキ処理数の増加）を図ることができる。また、電気メッキ装置の稼働率向上（メッキ処理数の増加）を図ることができるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
また、常に一定の割合でメッキ液３１中に錫及びビスマスが電解溶出するため、メッキ液３１中での錫及びビスマス濃度が経時的に変化する濃度のむらを抑制することができる。この結果、生成されたＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層の組成比のバラツキを抑制できるため、半導体装置の実装信頼性向上を図ることができる。
固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８は、金属製ケース３３に収納された状態でメッキ液３１の中に配置されている。金属製ケース３３は、電源３２の陽極に接続されている。金属製ケース３３は、図１４に示すように、メッキ液３１中において固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８の投入を容易にするために上面が開放されており、また、ケース内へのメッキ液３１の浸入を容易にするために前面が網３６で構成されている。即ち、金属ケース３３は、電気メッキ装置が稼働中であっても、メッキ液３１に固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８を投入できる構造になっている。
金属性ケース３３の内部は、遮蔽板３５によって２つの収納部（３４ａ，３４ｂ）に区画されている。収納部３４ａには固体錫金属３７が投入され、収納部３４ｂには固体ビスマス金属３８が投入されている。遮蔽板３５は、図１５に示すように、固体ビスマス金属３８からメッキ液３１中に電解溶出したビスマスが固体錫金属３７に置換析出することを防止する目的、換言すれば電解溶出したビスマスがメッキ液３１中における電界方向と垂直方向に移動することを防止する目的、更に換言すれば金属製ケース３３中において、電界溶出したビスマスが固体錫金属３７に移動することを防止する目的で金属製ケース３３の中に配置されている。
図１０及び図１３に示すように、金属製ケース３３は、リードフレームＬＦと所定の間隔をもってリードフレームＬＦを挟むようにして、リードフレームＬＦの搬送経路の両脇に夫々配置されている。このように、リードフレームＬＦの搬送経路の両側に固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８を収納した金属製ケース３３を夫々配置することにより、リード４の外部接続用端子部を含むリードフレームＬＦの表面に電解析出によって生成されるＳｎ−Ｂｉ合金層９のむらを抑制することができる。
メッキ工程は、図８に示すように、モールディング工程が施されたリードフレームＬＦをメッキ液３１中において搬送することによって行われる。リードフレームＬＦは、一方向に複数の製品形成領域１１を配置した多連構造になっているため、平面が長方形になっている。このリードフレームＬＦは、メッキ液３１中において、搬送方向ＲにリードフレームＬＦの長手方向が沿うようにして搬送される。従って、更にＳｎ−Ｂｉ合金層９のむらを抑制するためには、図１０及び図１１に示すように、固定錫金属３７及び固体ビスマス金属３８をリードフレームＬＦの搬送方向Ｒに沿って配置することが望ましい。本実施形態において、リードフレーム搬送経路の一方側に配置された固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８と、リードフレーム搬送経路の他方側に配置された固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８は、リードフレーム搬送経路を挟んで互いに向かい合うように配置されている。
固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８は、図１２及び図１３に示すように、複数の粒状固体金属になっている。このように、固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８を複数の粒状固体金属にすることにより、メッキ液３１と固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８との接触面積が増加するため、錫及びビスマスの電解溶出を安定して行うことができ、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ層９のむらを抑制することができる。
なお、詳細に図示していないが、固体錫金属３７の複数の粒状固体金属は球形状になっており、固体ビスマス金属３８の複数の粒状固体金属は円柱状になっている。球形状及び円柱状では表面積が大きくなるため、メッキ液３１との接触面積が増加する。
図１６は本実施形態の第１の変形例を示す図（メッキ処理部の模式的平面図）である。
前述の実施形態では、リードフレーム搬送経路の一方側に配置された固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８と、リードフレーム搬送経路の他方側に配置された固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８とを、リードフレーム搬送経路を挟んで互いに向かい合うように配置した例について説明したが、図１６に示すように、一方側の固体錫金属３７と他方側の固体ビスマス金属３８とが向かい合い、一方側の固体ビスマス金属３８と他方側の固体錫金属３７とが向かい合うように、固体錫金属３７と固体ビスマス金属３８とをリードフレーム搬送方向に沿って交互に配置してもよい。この場合、更にＳｎ−Ｂｉ合金層９のむらを抑制することができる。
図１７は本実施形態の第２の変形例を示す図（メッキ処理部の模式的平面図）である。
前述の実施形態では、金属製ケース３３において、固体錫金属３７を収納する収納部３４ａと固体ビスマス金属３８を収納する収納部３４ｂとを１つずつ設けた例について説明したが、図１７に示すように、収納部３４ａ及び収納部３４ｂは複数設けてもよい。この場合、図１７に示すように、固体錫金属３７及び固体ビスマス金属３８をリードフレームの搬送方向に沿って交互に配置することが望ましい。
図１８は本実施形態の第３の変形例を示す図（メッキ処理部の模式的平面図）である。
前述の実施形態では、１つの金属製ケースの中に、遮蔽板３５を境にして固体錫金属３７と固体ビスマス金属３８とを収納した例について説明したが、図１８に示すように、固体錫金属３７と固体ビスマス金損３８は、夫々別々の金属製ケースに収納してもよい。この場合、金属製ケース３３の側面が遮蔽板として機能する。
図１９は本実施形態の第４の変形例を示す図（メッキ処理部の模式的平面図）である。
前述の実施形態では、固体錫金属３７と固体ビスマス金属３８とを同一の陽極に接続した１電源方式について説明したが、図１９に示すように、固体錫金属３７を第１の電位が供給される第１の陽極に接続し、固体ビスマス金属３８を第１の電位よりも高い第２の電位が供給される第２の陽極に接続する２電源方式でＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層９を形成してもよい。固体ビスマス金属３８は固体錫金属３７よりも比抵抗値が高いため、このように２電源方式で行うことにより、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ層９のむらを更に抑制することができる。
なお、前述の実施形態では、メッキ液３１として、錫及びビスマスを含み、更に有機スルホン酸溶液を含むメッキ液を用いた例について説明したが、本発明は、錫及びビスマスを含み、更に無機硫酸溶液を含むメッキ液を用い場合においても適用することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
例えば、前述の実施形態ではＱＦＮ型半導体装置の製造に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、リードの外部接続用端子部にＳｎ−Ｂｉ合金メッキ層を形成する半導体装置の製造に適用することができる。
本発明の一実施形態である半導体装置の外観構造を示す模式的平面図である。 本発明の一実施形態である半導体装置の内部構造を示す図（（ａ）は模式的平面図，（ｂ）は模式的断面図）である。 図２（ａ）の一部を拡大した模式的断面図である。 本発明の実施形態１である半導体装置の製造に使用されるリードフレームの模式的平面図である。 図４の一部を拡大した模式的平面図である。 本発明の一実施形態である半導体装置の製造工程を示す図（（ａ）はリードフレームの製品形成領域を示す模式的断面図，（ｂ）はチップボンディング工程を示す模式的断面図，（ｃ）はワイヤボンディング工程を示す模式的断面図）である。 図６に続く半導体装置の製造工程を示す図（（ａ）はモールディング工程を示す模式的断面図，（ｂ）はメッキ工程を示す模式的断面図）である。 本発明の実施形態１である半導体装置の製造において、モールディング工程後の状態を示すリードフレームの模式的要部底面である。 本発明の一実施形態である半導体装置の製造に使用される電気メッキ装置の概略構成を示すブロック図である。 図９のメッキ装置において、メッキ処理部の概略構成を示す模式的平面図である。 図９の電気メッキ装置で使用されるメッキ液の化学式を示す図である。 図１０の一部を拡大した模式的平面図である。 図９のメッキ装置において、メッキ処理部の概略構成を示す模式的断面図である。 図９のメッキ装置で使用される金属製ケースの模式的斜視図である。 図１４の金属製ケースの模式的断面図である。 本発明の一実施形態の第１の変形例であるメッキ処理部の模式的平面図である。 本発明の一実施形態の第２の変形例であるメッキ処理部の模式的平面図である。 本発明の一実施形態の第３の変形例であるメッキ処理部の模式的平面図である。 本発明の一実施形態の第４の変形例であるメッキ処理部の模式的平面図である。
符号の説明
１…半導体装置、２…半導体チップ、３…ボンディングパッド、４…リード、５…チップ支持体、５ａ…吊りリード、６…接着材、７…ボンディングワイヤ、８…樹脂封止体、９…合金メッキ層、
ＬＦ…リードフレーム、１０…フレーム本体、１１…製品形成領域、
２０…電気メッキ装置、２１…ローダ部、２２…前処理部、２３…メッキ処理部、２４…後処理部、２５…乾燥処理部、２６…アンローダ部、
３０…液槽、３１…メッキ液（金属塩溶液）、３２…電源、３３…金属製ケース、３４ａ，３４ｂ…収納部、３５…遮蔽板、３６…網、３７…固体錫金属、３８…固体ビスマス金属

Claims (33)

  1. 錫及びビスマスを含むメッキ液中に被メッキ処理物を浸して、前記被メッキ処理物の表面に、錫−ビスマス合金メッキを形成する電気メッキ方法であって、
    前記メッキ液中に配置された固体錫金属及び固体ビスマス金属を陽極に接続し、前記被メッキ処理物を陰極に接続したことを特徴とする電気メッキ方法。
  2. 請求項１に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ液中に、前記固体錫金属及び固体ビスマス金属が電解溶出されることを特徴とする電気メッキ方法。
  3. 請求項２に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ液は、有機スルホン酸溶液を含むことを特徴とする電気メッキ方法。
  4. 請求項２に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ液は、無機硫酸溶液を含むことを特徴とする電気メッキ方法。
  5. 請求項２に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体錫金属、前記固体ビスマス金属の夫々は、複数の粒状固体金属であることを特徴とする電気メッキ方法。
  6. 請求項５に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体錫金属、前記固体ビスマス金属の夫々の複数の粒状固体金属は、前記メッキ液中に配置され、かつ前記陽極に接続された金属製ケース中に配置されていることを特徴とする電気メッキ方法。
  7. 請求項６に記載の電気メッキ方法において、
    前記金属製ケース中において、前記固体錫金属と前記固体ビスマス金属との間に、前記電解溶出したビスマスが置換析出することを防止するための遮蔽板が配置されていることを特徴とする電気メッキ方法。
  8. 請求項５に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体錫金属の複数の粒状固体金属は、球形状であることを特徴とする電気メッキ方法。
  9. 請求項５に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体ビスマス金属の複数の粒状固体金属は、円柱状であることを特徴とする電気メッキ方法。
  10. 請求項２に記載の電気メッキ方法において、
    前記陽極は、第１の電位に接続された第１の陽極と、前記第１の電位よりも電位が高い第２の電位に接続された第２の陽極とを有し、
    前記固体錫金属が前記第１の陽極に接続され、前記固体ビスマス金属が前記第２の陽極に接続されることを特徴とする電気メッキ方法。
  11. 錫及びビスマスを含むメッキ液中に被メッキ処理物を配置し、前記被メッキ処理物の表面に、錫−ビスマス合金メッキを形成する電気メッキ方法であって、
    各々が固体錫金属及び固体ビスマス金属を収納し、前記被メッキ処理物と所定の間隔をもって前記被メッキ処理物を挟むようにして前記メッキ液中に配置された複数の金属製ケースを陽極に接続し、
    前記被メッキ処理物を陰極に接続したことを特徴とする電気メッキ方法。
  12. 請求項１１に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ液中に、前記固体錫金属及び固体ビスマス金属が電解溶出されることを特徴とする電気メッキ方法。
  13. 請求項１２に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ液は、有機スルホン酸溶液を含むことを特徴とする電気メッキ方法。
  14. 請求項１２に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ液は、無機硫酸溶液を含むことを特徴とする電気メッキ方法。
  15. 請求項１２に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体錫金属、前記固体ビスマス金属の夫々は、複数の粒状固体金属であることを特徴とする電気メッキ方法。
  16. 請求項１２に記載の電気メッキ方法において、
    前記各々の金属製ケース中において、前記固体錫金属と前記固体ビスマス金属との間に、前記電解溶出したビスマスが置換析出することを防止するための遮蔽板が配置されていることを特徴とする電気メッキ方法。
  17. 請求項１６に記載の電気メッキ方法において、
    前記遮蔽板は、前記溶出したビスマスが前記メッキ液中における電界方向と垂直方向に移動することを防止することを特徴とする電気メッキ方法。
  18. 請求項１７に記載の電気メッキ方法において、
    前記メッキ処理物を前記電界方向と垂直方向に移動させることを特徴とする電気メッキ方法。
  19. 請求項１６に記載の電気メッキ方法において、
    前記遮蔽板は、前記各々の金属ケース中において、前記電解溶出したビスマスが前記固体錫金属に移動することを防止することを特徴とする電気メッキ方法。
  20. 請求項１５に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体錫金属の複数の粒状固体金属は、球形状であることを特徴とする電気メッキ方法。
  21. 請求項１５に記載の電気メッキ方法において、
    前記固体ビスマス金属の複数の粒状固体金属は、円柱状であることを特徴とする電気メッキ方法。
  22. 請求項１２に記載の電気メッキ方法において、
    前記複数の陽極の各々は、第１電位に接続された第１陽極と、前記第１の電位よりも電位が高い第２の電位に接続された第２の陽極とを有し、
    前記第１金属製ケースが前記第１の陽極に接続され、前記第２金属製ケースが前記第２の陽極に接続されることを特徴とする電気メッキ方法。
  23. 樹脂封止された半導体チップ、及び前記半導体チップの電極に電気的に接続されたリードを有するリードフレームを準備する（ａ）工程と、
    錫及びビスマスを含むメッキ液中に前記リードフレームを浸して、前記リードに錫−ビスマス合金メッキを形成する（ｂ）工程とを有し、
    前記（ｂ）工程は、前記メッキ液中に配置された固体錫金属及び固体ビスマス金属を陽極に接続し、前記リードフレームを陰極に接続して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  24. 請求項２３に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記リードフレームは、前記半導体チップ、及びリードが配置された製品形成領域を一方向に複数配置した多連構造になっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  25. 請求項２３に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｂ）工程は、前記メッキ液中に、前記固体錫金属及び固体ビスマス金属が電解溶出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  26. 請求項２５に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記メッキ液は、有機スルホン酸溶液を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  27. 請求項２５に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記メッキ液は、無機硫酸溶液を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  28. 請求項２５に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記固体錫金属、前記固体ビスマス金属の夫々は、複数の粒状固体金属であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  29. 請求項２８に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記固体錫金属、前記固体ビスマス金属の夫々の複数の粒状固体金属は、前記メッキ液中に配置され、かつ前記陽極に接続された金属製ケース中に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  30. 請求項２９に記載の半導体装置の製造方法方法において、
    前記金属製ケース中において、前記固体錫金属と前記固体ビスマス金属との間に、前記電解溶出したビスマスが置換析出することを防止するための遮蔽板が配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  31. 請求項２５に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記陽極は、第１の電位に接続された第１の陽極と、前記第１の電位よりも電位が高い第２の電位に接続された第２の陽極とを有し、
    前記固体錫金属が前記第１の陽極に接続され、前記固体ビスマス金属が前記第２の陽極に接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  32. 請求項２５に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記固体錫金属及び固体ビスマス金属は、前記リードフレームの搬送経路の両側に夫々配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  33. 請求項３２に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記固体錫金属及び固体ビスマス金属は、前記リードフレームの搬送方向に沿って配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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