JP2007284762A - Method for forming tin-plated film, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a mono-component tin-plated film free from lead while preventing a whisker from forming on the film and simultaneously keeping the adhesiveness to a base material. <P>SOLUTION: This film-forming method comprises the steps of: forming a tin-plated film on a material to be plated; and then forming a silver film on the tin-plated film with an electroless or electrolytic plating method by using a silver-plating bath containing an organic acid, as a post-treatment step. The method thereby controls an orientation of crystals in the tin-plated film so that the orientations of the (211) face, the (220) face, and the (101) face precede that of the (321) face. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、アウターリード等の電子部品に対して施される一元系のスズめっき皮膜の形成方法、および、一元系のスズめっき皮膜が形成されているアウターリードを有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a unitary tin plating film applied to an electronic component such as an outer lead, and a semiconductor device having an outer lead on which a unitary tin plating film is formed.

リードフレーム上に固定されたIC、LSIなどの半導体素子は、ワイヤボンディングによってリードフレームに結線された後、モールド樹脂によって封止される。この半導体素子をプリント基板などに接続するために、モールド樹脂の外側に露出したアウターリードを、はんだなどを用いて、プリント基板などに接続する。このため、アウターリードには、めっきを施す必要がある。   Semiconductor elements such as IC and LSI fixed on the lead frame are connected to the lead frame by wire bonding and then sealed with a mold resin. In order to connect this semiconductor element to a printed circuit board or the like, the outer leads exposed outside the mold resin are connected to the printed circuit board or the like using solder or the like. For this reason, it is necessary to apply plating to the outer lead.

アウターリードに施すめっきには、耐ウィスカー性、はんだ濡れ性、密着性、折り曲げ性および耐熱性などの特性が要求される。従来、鉛を5質量%〜20質量%含有する、スズ−鉛合金めっきが、これらの特性を全て満足することから、広く利用されてきた。   The plating applied to the outer lead requires characteristics such as whisker resistance, solder wettability, adhesion, bendability, and heat resistance. Conventionally, tin-lead alloy plating containing 5% by mass to 20% by mass of lead has been widely used because it satisfies all of these characteristics.

しかし、近年、環境への鉛の影響が指摘されてから、環境対策として鉛を含有しないめっき、すなわち鉛フリーめっきへの切り替えが急速に進んでいる。現状、アウターリードに施すめっきとしては、スズ−ビスマス、スズ−銀、スズ−銅などの二元系のめっきが主流である。   However, in recent years, since the influence of lead on the environment has been pointed out, switching to plating not containing lead, that is, lead-free plating, has rapidly progressed as an environmental measure. Currently, binary plating such as tin-bismuth, tin-silver, tin-copper, etc. is the mainstream for plating on the outer leads.

しかしながら、スズ−鉛合金めっきと比べて、コストが高くなる点、めっき浴の安定性、組成制御の難しさなどから、一元系のスズめっきへの移行が望まれている。   However, compared with tin-lead alloy plating, the shift to single-unit tin plating is desired because of its high cost, stability of the plating bath, difficulty in composition control, and the like.

スズめっきは、はんだ付け性向上用皮膜またはコネクタ用皮膜などとして、電子工業部品や弱電工業の分野に広く使われている。従来技術によるスズめっきの工程フローを図2に示す。   Tin plating is widely used in the fields of electronic industry parts and light electrical industry as a film for improving solderability or a film for connectors. A process flow of tin plating according to the prior art is shown in FIG.

しかし、得られるスズめっき皮膜には、めっき後の環境によって成長するスズウィスカーが発生し、問題となる。このようなスズウィスカーは、リード間隔が狭い、狭ピッチICなどで、リード間ショートの原因となる。そのため、電子部品に要求される信頼性の点から、スズめっきを狭ピッチICに展開することが困難であった。このため、スズウィスカーを抑制する対策が望まれている。   However, in the obtained tin plating film, tin whiskers that grow depending on the environment after plating are generated, which becomes a problem. Such a tin whisker is a narrow pitch IC with a narrow lead interval and causes a short between leads. For this reason, it has been difficult to develop tin plating on narrow pitch ICs from the viewpoint of reliability required for electronic components. For this reason, the countermeasure which suppresses a tin whisker is desired.

従来、半導体装置のアウターリード上に形成されたスズめっき皮膜およびスズ合金めっき皮膜において、スズウィスカーの発生を防止するために、以下の方法が行われている。   Conventionally, in the tin plating film and tin alloy plating film formed on the outer lead of the semiconductor device, the following method has been performed in order to prevent the occurrence of tin whiskers.

特開2000−174191号公報には、皮膜中の組成を変化させる方法が記載されている。この方法では、めっきの膜厚方向に合金成分の含有率が変化する濃度勾配を有するように、スズ合金めっき皮膜を形成している。しかし、かかる方法は、二元系のスズ合金めっきに有効であっても、一元系のスズめっきに適用することはできない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-174191 describes a method of changing the composition in a film. In this method, the tin alloy plating film is formed so as to have a concentration gradient in which the content of the alloy component changes in the film thickness direction of the plating. However, even if such a method is effective for binary tin alloy plating, it cannot be applied to single tin plating.

特許第3513709号公報には、素材とめっき皮膜の間に下地用金属薄膜を形成する方法が記載されている。この方法では、素材上に0.005μm〜5.0μmの白金、パラジウム、銀、ビスマス、チタン、ジルコニウム、アルミニウムおよびアンチモンよりなる群から選ばれた下地用金属の薄膜を形成した後、スズあるいはスズ合金のめっき皮膜を形成している。しかし、素材とめっき皮膜の間に金属薄膜を介在させることで、めっき皮膜の密着性が低下するおそれが高い。   Japanese Patent No. 3513709 describes a method of forming a base metal thin film between a material and a plating film. In this method, a base metal thin film selected from the group consisting of platinum, palladium, silver, bismuth, titanium, zirconium, aluminum, and antimony having a thickness of 0.005 μm to 5.0 μm is formed on a material, and then tin or tin An alloy plating film is formed. However, by interposing a metal thin film between the material and the plating film, there is a high possibility that the adhesion of the plating film is lowered.

特開2005−109373号公報には、素材上にニッケル層とニッケル−リン合金で形成される下地層を形成した後、スズあるいはスズ合金のめっき皮膜を形成する方法が記載されている。しかし、多層めっきとなり、工程が煩雑となる。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-109373 describes a method of forming a plating layer of tin or a tin alloy after forming a base layer formed of a nickel layer and a nickel-phosphorus alloy on a material. However, it becomes multilayer plating and the process becomes complicated.

特開2004−156094号公報には、めっき後に表面処理をする方法が記載されている。この方法では、スズおよびスズ合金のめっき表面を、ベンズイミダゾール化合物および/またはその塩を含む表面処理剤で処理している。しかし、得られる製品を扱うアセンブリメーカーが、めっき表面への有機皮膜による処理を好ましくないと判断することが多く、その適用は限られてしまう。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-156094 describes a method of performing surface treatment after plating. In this method, the plating surface of tin and tin alloy is treated with a surface treatment agent containing a benzimidazole compound and / or a salt thereof. However, assembly manufacturers that handle the resulting products often determine that treatment with an organic coating on the plating surface is undesirable, limiting their application.

さらに、特許第3314754号公報では、結晶配向性の制御による皮膜特性の改善という観点から、スズ−銀合金皮膜を対象として、特定面の優先配向によるはんだ濡れ性の向上が提案されている。しかし、この方法の対象は、あくまでもスズ−銀合金皮膜であり、その目的もはんだ濡れ性の向上である。   Further, Japanese Patent No. 3314754 proposes improvement of solder wettability by preferential orientation of a specific surface for a tin-silver alloy film from the viewpoint of improving film characteristics by controlling crystal orientation. However, the object of this method is only a tin-silver alloy film, and its purpose is also to improve solder wettability.

特開2000−174191号公報JP 2000-174191 A

特許第3513709号公報Japanese Patent No. 3513709

特開2005−109373号公報JP 2005-109373 A

特開2004−156094号公報JP 2004-156094 A

特許第3314754号公報Japanese Patent No. 3314754

本発明の目的は、鉛フリーである一元系のスズめっきに適用可能であり、ウィスカーの発生を防止しつつ、めっき後の加熱処理による濡れ性の低下を防止し、素材との密着性を維持して、工程が簡易であるスズめっき皮膜の形成方法を提供することにある。   The object of the present invention is applicable to lead-free single-component tin plating, preventing whisker generation, preventing wettability from being reduced by heat treatment after plating, and maintaining adhesion to the material. Then, it is providing the formation method of a tin plating film | membrane with a simple process.

本発明に係るスズめっき皮膜の形成方法は、被めっき材に、スズめっき皮膜を形成した後、有機酸銀めっき浴を用いて、該スズめっき皮膜の上に銀皮膜を形成する後処理工程を有することを特徴とする。   The method for forming a tin plating film according to the present invention includes a post-treatment step of forming a silver film on the tin plating film using an organic acid silver plating bath after forming the tin plating film on the material to be plated. It is characterized by having.

具体的には、スズめっき皮膜を形成した後、該スズめっき皮膜の上に銀皮膜を形成することにより、スズめっき皮膜の結晶配向に関して、(321)面に対する(211)面、(220)面、および、(101)面の配向を優先させる。   Specifically, after forming the tin plating film, a silver film is formed on the tin plating film, whereby the (211) plane and the (220) plane with respect to the (321) plane with respect to the crystal orientation of the tin plating film. And the orientation of the (101) plane is given priority.

これにより、X線回折測定による回折強度の比率で、(321)面強度/(211)面強度の値が1.0未満、(321)面強度/(220)面強度の値が1.0未満、および、(321)面強度/(101)面強度の値が1.5未満となるように、スズめっき皮膜の結晶配向が制御される。   As a result, the ratio of (321) plane intensity / (211) plane intensity is less than 1.0, and the value of (321) plane intensity / (220) plane intensity is 1.0 as the ratio of diffraction intensity by X-ray diffraction measurement. And the crystal orientation of the tin plating film is controlled so that the value of (321) plane strength / (101) plane strength is less than 1.5.

なお、このようにスズめっき皮膜の結晶配向を制御できる場合には、銀皮膜の形成は、有機酸銀めっき浴を用いる場合に限られない。また、前記銀皮膜を形成する後処理工程については、無電解めっきあるいは電解めっきの何れをも採用することができる。   In addition, when the crystal orientation of a tin plating film can be controlled in this way, formation of a silver film is not restricted to the case where an organic acid silver plating bath is used. As the post-treatment process for forming the silver film, either electroless plating or electrolytic plating can be employed.

本発明に係る半導体装置は、上記のスズめっき皮膜の形成方法を用いて、被めっき材であるアウターリードに、表面に銀皮膜を有するスズめっき皮膜が施されていることを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention is characterized in that a tin plating film having a silver film on its surface is applied to an outer lead which is a material to be plated, using the method for forming a tin plating film.

すなわち、半導体装置のアウターリードにスズめっき皮膜が形成されており、かつ、該スズめっき皮膜に銀皮膜を形成することにより、該スズめっき皮膜が、X線回折測定による回折強度の比率で、(321)面強度/(211)面強度の値が1.0未満、(321)面強度/(220)面強度の値が1.0未満、および、(321)面強度/(101)面強度の値が1.5未満となる結晶配向を有していることを特徴とする。   That is, a tin plating film is formed on the outer lead of the semiconductor device, and by forming a silver film on the tin plating film, the tin plating film has a ratio of diffraction intensity by X-ray diffraction measurement. 321) plane strength / (211) plane strength value less than 1.0, (321) plane strength / (220) plane strength value less than 1.0, and (321) plane strength / (101) plane strength The crystal orientation has a value of less than 1.5.

なお、前記銀皮膜は、その膜厚が0.01〜1.0μm程度となるように形成されていることが好ましい。   In addition, it is preferable that the said silver film is formed so that the film thickness may be set to about 0.01-1.0 micrometer.

本発明は、特に、42合金からなる被めっき材およびアウターリードに適用される。   The present invention is particularly applied to a material to be plated and an outer lead made of 42 alloy.

本発明により、鉛フリーであり、特に、42合金からなるアウターリード上に形成する一元系のスズめっき皮膜の形成を、従来のめっき条件のまま、生産性を落とすことなく実施可能であり、かつ、簡便にスズめっき皮膜におけるスズウィスカーの発生を防止することができる。   According to the present invention, lead-free, in particular, the formation of a unitary tin plating film formed on an outer lead made of 42 alloy can be carried out without reducing the productivity under the conventional plating conditions, and Thus, it is possible to easily prevent the occurrence of tin whiskers in the tin plating film.

これにより、加熱処理後においても濡れ性の低下がなく、かつ、ウィスカーの発生のない半導体装置を安価に提供できる。   As a result, a semiconductor device that does not deteriorate wettability and does not generate whiskers even after heat treatment can be provided at low cost.

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明に係るスズめっき皮膜の形成方法を示す工程フローである。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a process flow showing a method for forming a tin plating film according to the present invention.

本態様の工程フローは、図2に示した従来技術によるスズめっき皮膜形成の工程フローに、銀皮膜形成の工程および水洗の工程の2工程が追加されるが、この2工程は、前後の工程の間で、一連の連続処理により実施可能である。このため、該工程の追加により、特に生産性が下がることはない。また、めっき装置の構造は、従来のシートめっきタイプでもラックめっきタイプでもよく、特に、めっき装置の構造が制約されることはない。   In the process flow of this embodiment, two processes of a silver film formation process and a water washing process are added to the process flow of tin plating film formation according to the prior art shown in FIG. Can be implemented by a series of continuous processes. For this reason, productivity is not particularly reduced by the addition of the step. The structure of the plating apparatus may be a conventional sheet plating type or a rack plating type, and the structure of the plating apparatus is not particularly limited.

まず、被めっき材にスズめっき皮膜を形成する。スズめっきの工程自体は、従来の工程と同様である。スズめっき液も、従来の市販薬品を用いることができる。一般的にはアルカンスルホン酸浴系が多く用いられており、たとえば、MST400浴(レイボルド社製)を用いることができる。MST400浴の液組成およびめっき処理条件を表1に示す。   First, a tin plating film is formed on the material to be plated. The tin plating process itself is the same as the conventional process. Conventional commercial chemicals can also be used for the tin plating solution. In general, an alkanesulfonic acid bath system is often used. For example, an MST400 bath (manufactured by Reybold Co.) can be used. Table 1 shows the liquid composition of the MST400 bath and the plating treatment conditions.

本発明の特徴は、スズめっき皮膜を形成した後、該スズめっき皮膜の表面に銀皮膜を形成することにより、スズめっき皮膜の結晶配向を制御する点にある。   The feature of the present invention is that the crystal orientation of the tin plating film is controlled by forming a silver film on the surface of the tin plating film after the tin plating film is formed.

銀皮膜形成の工程は、無電解めっきにより行うことができ、銀を含有しためっき浴に浸漬するだけでよく、特に、電解処理を必要としない。ただし、電解処理により銀皮膜を形成してもよい。   The step of forming the silver film can be performed by electroless plating, and only needs to be immersed in a plating bath containing silver, and does not particularly require electrolytic treatment. However, a silver film may be formed by electrolytic treatment.

銀皮膜形成のためのめっき浴には、銀を含有し、銀の析出速度を制御できることが必要である。このようなめっき浴として、たとえば、有機酸銀めっき浴を用いることができる。具体的には、有機酸銀めっき浴AG−110(レイボルド社製)があげられる。有機酸銀めっき浴AG−110は、AG−111(レイボルド社製)およびAG−112(レイボルド社製)からなり、表1に示した液組成を有する。また、銀皮膜形成のためのめっき処理条件は、表1に示す条件とすればよい。このようなめっき浴の組成およびめっき処理条件を採用することにより、浸漬時間は、装置搬送速度で一定になり、液濃度および液温度管理のみで、得られる銀皮膜の状態は、一定に保たれる。   A plating bath for forming a silver film needs to contain silver and control the deposition rate of silver. As such a plating bath, for example, an organic acid silver plating bath can be used. Specifically, organic acid silver plating bath AG-110 (manufactured by Reybold Co.) can be mentioned. The organic acid silver plating bath AG-110 is composed of AG-111 (manufactured by Reybold) and AG-112 (manufactured by Reybold) and has the liquid composition shown in Table 1. Moreover, what is necessary is just to use the conditions shown in Table 1 for the plating process conditions for silver film formation. By adopting such a plating bath composition and plating treatment conditions, the immersion time becomes constant at the apparatus conveyance speed, and the state of the obtained silver film is kept constant only by liquid concentration and liquid temperature management. It is.

Figure 2007284762
Figure 2007284762

スズめっき皮膜の結晶配向は、スズめっき皮膜の上に銀被膜を形成する後処理工程を施すことにより、制御することができる。ただし、スズウィスカーの発生を抑制するためには、スズめっき皮膜の結晶配向に関して、(321)面に対する(211)面、(220)面、および、(101)面の配向を優先させることが重要である。   The crystal orientation of the tin plating film can be controlled by performing a post-treatment step of forming a silver film on the tin plating film. However, in order to suppress the generation of tin whiskers, it is important to prioritize the orientation of the (211) plane, the (220) plane, and the (101) plane with respect to the (321) plane with respect to the crystal orientation of the tin plating film. It is.

本発明者は、有機酸銀めっき浴のほか、チオ硫酸ナトリウムおよび硝酸銀の混合液、スズ−銀めっき液を用いて、スズめっき皮膜の結晶配向およびスズウィスカーの発生について鋭意検討した。なお、検討に際して、チオ硫酸ナトリウムおよび硝酸銀の混合液は、チオ硫酸ナトリウム7.9g/L+硝酸銀4.2g/Lのものと、チオ硫酸ナトリウム0.79g/L+硝酸銀0.42g/Lのものを準備し、スズ−銀めっき液としては、SA−銀(レイボルド社製)を用いた。   The present inventor has intensively studied the crystal orientation of the tin plating film and the generation of tin whiskers using an organic acid silver plating bath, a mixed solution of sodium thiosulfate and silver nitrate, and a tin-silver plating solution. In the examination, the mixed solution of sodium thiosulfate and silver nitrate includes sodium thiosulfate 7.9 g / L + silver nitrate 4.2 g / L and sodium thiosulfate 0.79 g / L + silver nitrate 0.42 g / L. Prepared, and SA-silver (manufactured by Reybold Co.) was used as the tin-silver plating solution.

これらのうち、スズ−銀めっき液については、スズめっき皮膜の表面が黒変してしまうため、外観不良として製品として用いることができない。一方、チオ硫酸ナトリウムおよび硝酸銀の混合液を用いたものは、銀皮膜を形成しない場合と比較して、同程度ないしはそれ以上の数のウィスカーが発生する。これに対して、有機酸銀めっき浴を用いたものについては、ウィスカーの発生が抑制される。   Of these, the tin-silver plating solution cannot be used as a product as a defective appearance because the surface of the tin plating film turns black. On the other hand, whisker having the same or more number is generated in the case of using a mixed solution of sodium thiosulfate and silver nitrate as compared with the case where no silver film is formed. On the other hand, whisker generation is suppressed for those using an organic acid silver plating bath.

次に、発明者は、各サンプルについてX線回折測定を行い、スズめっき皮膜の結晶配向とウィスカーの関係を調査した。   Next, the inventor performed X-ray diffraction measurement for each sample, and investigated the relationship between the crystal orientation of the tin plating film and the whisker.

X線回折強度の比率とウィスカーの発生個数の比較によれば、(321)面強度/(211)面強度の値が1.0未満、(321)面強度/(220)面強度の値が1.0未満、(321)面強度/(101)面強度の値が1.5未満の条件をすべて満たす場合には、ウィスカーの発生が抑制され、これらの条件を1つでも満たさない場合には、ウィスカーの発生の抑止効果が得られない。   According to the comparison of the ratio of the X-ray diffraction intensity and the number of whiskers generated, the value of (321) plane strength / (211) plane strength is less than 1.0, and the value of (321) plane strength / (220) plane strength is If all of the conditions of less than 1.0 and (321) plane strength / (101) plane strength satisfy less than 1.5, the occurrence of whiskers is suppressed, and if none of these conditions is met Does not have the effect of suppressing the occurrence of whiskers.

なお、(321)面強度/(211)面強度の値と(321)面強度/(220)面強度の値と(321)面強度/(101)面強度の値の和を、以下のように算出し、X線回折強度比率とウィスカー発生数の相関性を考察したところ、相関係数が0.678であり強い相関ではないが、2%有意で正の相関関係を有していた。   The sum of the values of (321) plane strength / (211) plane strength, (321) plane strength / (220) plane strength, and (321) plane strength / (101) plane strength is as follows: When the correlation between the X-ray diffraction intensity ratio and the number of whisker occurrences was considered, the correlation coefficient was 0.678 and not a strong correlation, but it was 2% significant and had a positive correlation.

A×{(321)/(211)}+B×{(321)/(220)}+C×{(321)/(101)}
なお、各項の係数は各回折面の強度を考慮し、A=1.0、B=0.8、C=0.4と定めた。
A × {(321) / (211)} + B × {(321) / (220)} + C × {(321) / (101)}
The coefficient of each term was determined as A = 1.0, B = 0.8, and C = 0.4 in consideration of the intensity of each diffraction surface.

このように、同一のスズめっき条件において、スズめっき皮膜の結晶配向を制御しない従来のスズめっき皮膜と、上述のように結晶配向を制御した本発明によるスズめっき皮膜では、ウィスカーの発生状態が大きく異なる。前者では50μm以上のウィスカーが多数確認されるが、後者では50μm以上のウィスカーの発生はなく、また50μm以下のウィスカーの発生数も大幅に減少する。このようにしており、スズめっき皮膜の結晶配向の適切な制御によってウィスカーの発生を有効に防止することが可能となる。   As described above, in the same tin plating conditions, whisker generation is large in the conventional tin plating film in which the crystal orientation of the tin plating film is not controlled and in the tin plating film according to the present invention in which the crystal orientation is controlled as described above. Different. In the former, many whiskers of 50 μm or more are confirmed, but in the latter, whiskers of 50 μm or more are not generated, and the number of whiskers of 50 μm or less is greatly reduced. In this way, it is possible to effectively prevent whisker generation by appropriately controlling the crystal orientation of the tin plating film.

本発明に係るスズめっき皮膜の形成方法により、被めっき材に、表面に銀皮膜が形成された一元系のスズめっき皮膜を得ることができる。めっき皮膜の構造は、被めっき材の種類、用途により任意であるが、42合金からなるリードフレームのアウターリードにスズめっき皮膜を形成する場合で、スズめっき皮膜の膜厚が5μm〜20μmである場合には、銀皮膜の膜厚は、0.01μm〜1.0μmとすることが好ましい。0.01μm以下では、スズめっき皮膜の結晶配向を制御することができず、1.0μmを超えると、濡れ性が低下する。   By the method for forming a tin plating film according to the present invention, a single-system tin plating film having a silver film formed on the surface of a material to be plated can be obtained. The structure of the plating film is arbitrary depending on the type and application of the material to be plated. In the case where the tin plating film is formed on the outer lead of the lead frame made of 42 alloy, the film thickness of the tin plating film is 5 μm to 20 μm. In that case, the film thickness of the silver film is preferably 0.01 μm to 1.0 μm. If it is 0.01 μm or less, the crystal orientation of the tin plating film cannot be controlled, and if it exceeds 1.0 μm, the wettability decreases.

本発明に係るスズめっき皮膜の形成方法を適用することにより、一元系のスズめっき皮膜において、50μm以上のスズウィスカーの発生は完全に防止される。また、50μm以下(たとえば、20μm程度)のスズウィスカーの発生も大幅に抑制することができる。   By applying the method for forming a tin plating film according to the present invention, the generation of tin whiskers of 50 μm or more is completely prevented in the unitary tin plating film. Moreover, generation | occurrence | production of the tin whisker of 50 micrometers or less (for example, about 20 micrometers) can also be suppressed significantly.

発明者は、さらに、ウィスカーの発生と加熱処理の関係について検討した。めっき処理の最終工程には、乾燥のための加熱(乾燥)処理を行う工程がある。かかる加熱処理は、めっき表面に汚れが発生することを防止するために行われる。加熱処理の条件は、装置の構造によって異なるが、一般的には、80℃〜150℃の温度で、5sec〜5min程度である。   The inventor further examined the relationship between whisker generation and heat treatment. The final step of the plating process includes a process of performing a heating (drying) process for drying. Such heat treatment is performed in order to prevent contamination on the plating surface. The conditions for the heat treatment vary depending on the structure of the apparatus, but are generally about 80 seconds to 150 ° C. and about 5 seconds to 5 minutes.

スズめっき皮膜については、銀皮膜の形成処理を施すか否かにかかわらず、かかる加熱処理により、理由は不明であるが、ウィスカーの発生数は増大する。しかしながら、本発明に係るスズめっき皮膜の形成方法により得られたスズめっき皮膜については、該加熱処理を80℃〜150℃の温度で、5sec〜10secの条件とする限り、ウィスカーの発生数を0とすることができる。また、それ以外の加熱条件においても、本発明に係るスズめっき皮膜の形成方法により得られたスズめっき皮膜については、ウィスカーの発生個数を飛躍的に抑制することが可能である。   Regarding the tin plating film, regardless of whether or not the silver film is formed, the heat treatment increases the number of whiskers for unknown reasons. However, for the tin plating film obtained by the method for forming a tin plating film according to the present invention, the number of whiskers generated is 0 as long as the heat treatment is performed at a temperature of 80 ° C. to 150 ° C. for 5 sec to 10 sec. It can be. Further, even under other heating conditions, the number of whiskers generated can be remarkably suppressed in the tin plating film obtained by the method for forming a tin plating film according to the present invention.

しかしながら、本発明を半導体装置のアウターリードに適用する場合、得られる半導体装置の信頼性の観点からは、乾燥を目的とした加熱処理条件を、上記の通り、低温で短時間となるように設定することが好ましい。   However, when the present invention is applied to an outer lead of a semiconductor device, from the viewpoint of the reliability of the obtained semiconductor device, the heat treatment conditions for the purpose of drying are set so as to be short at a low temperature as described above. It is preferable to do.

なお、現時点では、上記のようにスズめっき皮膜の結晶配向を制御するためには、有機酸銀めっき浴を用いることが有効であるが、上記のように結晶配向を制御できる場合には、銀皮膜の形成に用いられる浸漬液が有機酸銀めっき浴に限定されることはない。   At present, in order to control the crystal orientation of the tin plating film as described above, it is effective to use an organic acid silver plating bath. However, when the crystal orientation can be controlled as described above, The immersion liquid used for forming the film is not limited to the organic acid silver plating bath.

(実施例1)
42合金からなるリードフレームのアウターリード上に、図1に示した工程フローで、膜厚約10μmのスズめっき皮膜および銀皮膜形成を施した。スズめっきの条件は、シートめっき装置を想定し、電流密度を12A/dm2に設定した。また、銀皮膜形成は、AG−110(レイボルド社製)を用いて銀濃度2.5g/Lとし、液温は30℃とし、処理時間は10secとした。
Example 1
A tin plating film and a silver film having a film thickness of about 10 μm were formed on the outer leads of a lead frame made of 42 alloy by the process flow shown in FIG. As for the tin plating conditions, a sheet plating apparatus was assumed, and the current density was set to 12 A / dm 2 . The silver film was formed using AG-110 (manufactured by Reybold Co., Ltd.) with a silver concentration of 2.5 g / L, a liquid temperature of 30 ° C., and a treatment time of 10 sec.

得られた銀皮膜には、後述する従来例3および4と比較して、わずかに黒変が見られた。しかしながら、製品外観上、問題となるレベルではなかった。   In the obtained silver film, a slight blackening was observed as compared with Conventional Examples 3 and 4 described later. However, this was not a problem level in terms of product appearance.

得られたサンプルに対して、銀皮膜からスズめっき皮膜中へ銀を拡散させることを目的として、表2に示した温度と時間で、加熱処理を行った。   The obtained sample was subjected to heat treatment at the temperatures and times shown in Table 2 for the purpose of diffusing silver from the silver film into the tin plating film.

また、ウィスカーを成長させるための加速試験として、温度サイクル試験器により、−50℃〜+80℃の温度および1時間を1サイクルとする設定で、500サイクル、実施した。その後、100倍の金属顕微鏡で、後述する従来例1および比較例3〜4において共通となるエリアを設定して観察し、20μm以上の針状ウィスカーの本数を計測した。   In addition, as an accelerated test for growing whiskers, 500 cycles were performed using a temperature cycle tester at a temperature of −50 ° C. to + 80 ° C. and 1 hour as one cycle. Thereafter, an area common to Conventional Example 1 and Comparative Examples 3 to 4 described later was set and observed with a 100 × metal microscope, and the number of needle whiskers of 20 μm or more was measured.

一方、得られたサンプルについて、X線回折装置(PANalytical社製、X’Pert−PRO)を用いたX線回折測定により、スズめっき皮膜について、(321)面強度、(211)面強度、(220)面強度、および、(101)面強度を測定し、回折強度の比率で(321)面強度/(211)面強度の値、(321)面強度/(220)面強度の値、(321)面強度/(101)面強度の値を各々算出した。   On the other hand, for the obtained sample, by X-ray diffraction measurement using an X-ray diffractometer (manufactured by PANalytical, X'Pert-PRO), (321) surface strength, (211) surface strength, 220) surface strength and (101) surface strength are measured, and the ratio of (321) surface strength / (211) surface strength, (321) surface strength / (220) surface strength, 321) The value of plane strength / (101) plane strength was calculated.

また、得られたサンプルについて、濡れ性の測定を実施した。濡れ性測定の前処理としては、PCT処理(105℃、100%RH)で8時間とした。濡れ性は、メニスコグラフ法により、試験片をはんだ浴に浸漬してから、はんだ浴から受ける力が0となる時間であるゼロクロス時間を測定することにより評価した。   Moreover, the wettability measurement was implemented about the obtained sample. As pretreatment for wettability measurement, PCT treatment (105 ° C., 100% RH) was performed for 8 hours. The wettability was evaluated by measuring the zero-crossing time, which is the time when the force received from the solder bath is zero, after the test piece is immersed in the solder bath by the meniscograph method.

それぞれの測定結果および評価結果を、表2に示す。   The respective measurement results and evaluation results are shown in Table 2.

(従来例1)
42合金からなるリードフレーム上に、図2に示した工程フローで、膜厚約10μmのスズめっきを施した。スズめっきの条件は、シートめっき装置を想定し、電流密度を12A/dm2に設定した。さらに、表2に示した温度と時間で、加熱処理を行った。
(Conventional example 1)
On a lead frame made of 42 alloy, tin plating with a film thickness of about 10 μm was applied by the process flow shown in FIG. As for the tin plating conditions, a sheet plating apparatus was assumed, and the current density was set to 12 A / dm 2 . Further, heat treatment was performed at the temperature and time shown in Table 2.

その後は、実施例1と同様にして、得られたサンプルに対して、ウィスカーを成長させるための加速試験を行い、20μm以上の針状ウィスカーの本数を計測した。また、得られたサンプルについて、X線回折測定および濡れ性の評価を行った。それぞれの測定結果および評価結果を、表2に示す。   Thereafter, in the same manner as in Example 1, the obtained sample was subjected to an acceleration test for growing whiskers, and the number of needle-shaped whiskers having a size of 20 μm or more was measured. Further, the obtained sample was subjected to X-ray diffraction measurement and wettability evaluation. The respective measurement results and evaluation results are shown in Table 2.

(比較例1)
銀皮膜形成の液を、スズ−銀めっき液用の銀液であるSA−銀(レイボルド社製)100mL/Lを用いた以外は、実施例1〜3と同様にして、スズめっきおよび銀皮膜形成を施した。得られた銀皮膜は、浸漬した瞬間に表面が黒変した。かかる黒変は、製品外観として不良となるため、その後の試験および評価は行わなかった。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Examples 1 to 3, except that SA-silver (manufactured by Reybold) 100 mL / L, which is a silver solution for tin-silver plating solution, was used as the solution for forming the silver coating, Formed. The surface of the obtained silver film turned black at the moment of immersion. Since the blackening becomes defective as a product appearance, subsequent tests and evaluations were not performed.

(比較例2)
銀皮膜形成の液を、SA−銀(レイボルド社製)を5mL/Lとした以外は、実施例1〜3と同様にして、スズめっきおよび銀皮膜形成を施した。得られた銀皮膜は、浸漬中、少しずつ表面が黒変した。かかる黒変は、製品外観として不良となるため、その後の試験および評価は行わなかった。
(Comparative Example 2)
A tin film and a silver film were formed in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the liquid for forming the silver film was changed to 5 mL / L of SA-silver (manufactured by Reybold). The surface of the obtained silver film gradually turned black during immersion. Since the blackening becomes defective as a product appearance, subsequent tests and evaluations were not performed.

(比較例3)
銀皮膜形成の液を、チオ硫酸ナトリウム7.9g/L+硝酸銀4.2g/Lとした以外は、実施例1〜3と同様にして、スズめっきおよび銀皮膜形成を施した。
(Comparative Example 3)
Tin plating and silver film formation were performed in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the liquid for forming the silver film was changed to sodium thiosulfate 7.9 g / L + silver nitrate 4.2 g / L.

得られた銀皮膜には、従来例1〜3と比較して、色調変化はなかった。 The obtained silver film had no color tone change as compared with Conventional Examples 1 to 3.

その後は、実施例1と同様にして、得られたサンプルに対して、ウィスカーを成長させるための加速試験を行い、20μm以上の針状ウィスカーの本数を計測した。また、得られたサンプルについて、X線回折測定および濡れ性の評価を行った。それぞれの測定結果および評価結果を、表2に示す。   Thereafter, in the same manner as in Example 1, the obtained sample was subjected to an acceleration test for growing whiskers, and the number of needle-shaped whiskers having a size of 20 μm or more was measured. Further, the obtained sample was subjected to X-ray diffraction measurement and wettability evaluation. The respective measurement results and evaluation results are shown in Table 2.

(比較例4)
銀皮膜形成の液を、チオ硫酸ナトリウム0.79g/L+硝酸銀0.42g/Lとした以外は、実施例1〜3と同様にして、スズめっきおよび銀皮膜形成を施した。
(Comparative Example 4)
Tin plating and silver film formation were performed in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the liquid for forming the silver film was changed to 0.79 g / L of sodium thiosulfate and 0.42 g / L of silver nitrate.

得られた銀皮膜には、従来例1〜3と比較して、色調変化はなかった。   The obtained silver film had no color tone change as compared with Conventional Examples 1 to 3.

その後は、実施例1と同様にして、得られたサンプルに対して、ウィスカーを成長させるための加速試験を行い、20μm以上の針状ウィスカーの本数を計測した。また、得られたサンプルについて、X線回折測定および濡れ性の評価を行った。それぞれの測定結果および評価結果を、表2に示す。   Thereafter, in the same manner as in Example 1, the obtained sample was subjected to an acceleration test for growing whiskers, and the number of needle-shaped whiskers having a size of 20 μm or more was measured. Further, the obtained sample was subjected to X-ray diffraction measurement and wettability evaluation. The respective measurement results and evaluation results are shown in Table 2.

Figure 2007284762
Figure 2007284762

表2に示すように、銀皮膜形成の処理を実施しなかった従来例1で得られたスズめっき皮膜と比較して、有機酸銀めっき浴であるAG−110で銀皮膜を形成した実施例1では、スズウィスカーの発生が非常に減少していることがわかる。   As shown in Table 2, the silver film was formed with AG-110, which is an organic acid silver plating bath, as compared with the tin plating film obtained in Conventional Example 1 in which the treatment for forming the silver film was not performed. 1 shows that the occurrence of tin whiskers is greatly reduced.

しかし、チオ硫酸ナトリウム+硝酸銀の混合液に浸漬した比較例3および4では、従来例1と同程度か、それ以上にスズウィスカーの発生があり、効果が全くないか、逆に、スズウィスカーの発生を誘発していることがわかる。   However, in Comparative Examples 3 and 4 immersed in a mixed solution of sodium thiosulfate and silver nitrate, tin whisker is generated at the same level as conventional example 1 or more than that, and there is no effect. It can be seen that the occurrence is induced.

なお、本発明では、銀皮膜形成後に加熱処理を施す場合、150℃の温度の場合、加熱処理を10sec程度とすれば、スズウィスカーの発生を0と完全に抑止することができる。従って、本発明を半導体装置の製造に適用する場合には、乾燥を目的とする加熱処理に際して、加熱処理条件を制御することが好ましい。   In the present invention, when the heat treatment is performed after the formation of the silver film, at a temperature of 150 ° C., if the heat treatment is performed for about 10 seconds, the generation of tin whiskers can be completely suppressed to zero. Therefore, when the present invention is applied to the manufacture of a semiconductor device, it is preferable to control the heat treatment conditions during the heat treatment for drying.

また、本発明に係るスズめっき皮膜は、銀皮膜を形成しないスズめっき皮膜と同様に、ゼロクロス時間は0.6sec程度となっており、銀皮膜の形成が濡れ性に影響を与えることはないことがわかる。   In addition, the tin plating film according to the present invention has a zero-crossing time of about 0.6 sec like the tin plating film that does not form a silver film, and the formation of the silver film does not affect the wettability. I understand.

本発明のウィスカー防止方法を使用した工程フローである。It is the process flow using the whisker prevention method of this invention. 従来技術によるスズめっきの工程フローである。It is the process flow of tin plating by a prior art. X線回折強度比率の和とウィスカーの発生数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the sum of X-ray diffraction intensity ratio and the number of whisker generation.

Claims (9)

被めっき材に、スズめっき皮膜を形成した後、有機酸銀めっき浴を用いて、該スズめっき皮膜の上に銀皮膜を形成する後処理工程を有することを特徴とするスズめっき皮膜の形成方法。   A method for forming a tin plating film comprising a post-treatment step of forming a silver film on the tin plating film using an organic acid silver plating bath after forming the tin plating film on the material to be plated . 被めっき材に、スズめっき皮膜を形成した後、該スズめっき皮膜の上に銀皮膜を形成することにより、スズめっき皮膜の結晶配向に関して、(321)面に対する(211)面、(220)面、および、(101)面の配向を優先させることを特徴とするスズめっき皮膜の形成方法。   After forming a tin plating film on the material to be plated, by forming a silver film on the tin plating film, the (211) plane and (220) plane with respect to the (321) plane with respect to the crystal orientation of the tin plating film And a method of forming a tin plating film, wherein priority is given to the orientation of the (101) plane. 被めっき材に、スズめっき皮膜を形成した後、該スズめっき皮膜の上に銀皮膜を形成することにより、X線回折測定による回折強度の比率で、(321)面強度/(211)面強度の値が1.0未満、(321)面強度/(220)面強度の値が1.0未満、および、(321)面強度/(101)面強度の値が1.5未満となるように、スズめっき皮膜の結晶配向を制御することを特徴とするスズめっき皮膜の形成方法。   After forming a tin plating film on the material to be plated, by forming a silver film on the tin plating film, the ratio of (321) plane strength / (211) plane strength in terms of the diffraction intensity ratio by X-ray diffraction measurement Is less than 1.0, (321) surface strength / (220) surface strength is less than 1.0, and (321) surface strength / (101) surface strength is less than 1.5. And a method for forming a tin plating film, wherein the crystal orientation of the tin plating film is controlled. 前記銀皮膜を形成する後処理工程を、無電解めっきあるいは電解めっきにより行うことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のスズめっき皮膜の形成方法。   The method for forming a tin plating film according to any one of claims 1 to 3, wherein the post-treatment step of forming the silver film is performed by electroless plating or electrolytic plating. 被めっき材が42合金である請求項1〜4の何れかに記載のスズめっき皮膜の形成方法。   The method for forming a tin plating film according to claim 1, wherein the material to be plated is 42 alloy. スズめっき皮膜が形成されているアウターリードを有し、該スズめっき皮膜の上に、有機酸銀めっき浴を用いた銀皮膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device having an outer lead on which a tin plating film is formed, and a silver film using an organic acid silver plating bath formed on the tin plating film. スズめっき皮膜が形成されているアウターリードを有し、該スズめっき皮膜の上に銀皮膜が形成されており、該スズめっき皮膜が、X線回折測定による回折強度の比率で、(321)面強度/(211)面強度の値が1.0未満、(321)面強度/(220)面強度の値が1.0未満、および、(321)面強度/(101)面強度の値が1.5未満となる結晶配向を有することを特徴とする半導体装置。   An outer lead having a tin plating film is formed, a silver film is formed on the tin plating film, and the tin plating film has a (321) plane in the ratio of diffraction intensity by X-ray diffraction measurement. Strength / (211) plane strength value is less than 1.0, (321) plane strength / (220) plane strength value is less than 1.0, and (321) plane strength / (101) plane strength value is A semiconductor device having a crystal orientation of less than 1.5. 前記銀皮膜の膜厚が、0.01〜1.0μmであることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 6, wherein the film thickness of the silver film is 0.01 to 1.0 [mu] m. 前記アウターリードが42合金であることを特徴とする請求項6〜8の何れかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the outer lead is 42 alloy.
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