JP4873332B2 - リードフレーム及びこの製造方法、この疲労特性の向上方法、これを用いた電子部品及び電子デバイス - Google Patents
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Description
前記第1めっき層が、スズ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、及びスズ−銀−銅合金の群から選ばれる少なくとも1種からなり、第2めっき層がインジウムからなり、
前記第1めっき層の厚さを5μm超10μm以下とし、かつ第2めっき層の厚さを0.05μm以上0.4μm以下とし、さらに前記第1めっき層の厚さ(t1)と第2めっき層の厚さ(t2)の比率(t2/t1)を0.005〜0.08の範囲とし、
前記めっき材にリフロー処理を施し、前記第2めっき層のインジウムの濃度がめっき表面側から導電性基材側にむけ傾斜的に減少するようにしたことを特徴とするリードフレーム。
(2)前記第2めっき層表面に対する、JIS C0053に基づくはんだ濡れ性試験において、ゼロクロス時間が1.0秒未満である(1)に記載のリードフレーム。
(3)前記第1めっき層と前記導電性基材との間に、ニッケルまたはニッケル合金からなる下地めっき層が介在されている(1)又は(2)に記載のリードフレーム。
(4)前記第1めっき層と前記導電性基材との間に、銅または銅合金からなる下地めっき層が介在されている(1)又は(2)に記載のリードフレーム。
(5)(1)〜(4)のいずれか1項に記載のリードフレームを介して半導体素子を実装した電子部品。
(6)(5)に記載の電子部品を備えた電子デバイス。
(7)導電性基材に、スズ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、及びスズ−銀−銅合金の群から選ばれる少なくとも1種からなる第1めっき層を電気めっきにより厚さ5μm超10μm以下で形成し、該第1めっき層の表面にインジウムからなる第2めっき層を電気めっきにより厚さ0.05μm以上0.4μm以下で形成し、前記第1めっき層の厚さ(t1)と第2めっき層の厚さ(t2)の比率(t2/t1)を0.005〜0.08の範囲としためっき材をリフローすることを特徴とするリードフレームの製造方法。
(8)導電性基材に、スズ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、及びスズ−銀−銅合金の群から選ばれる少なくとも1種からなる第1めっき層を電気めっきにより厚さ5μm超10μm以下で形成し、該第1めっき層の表面にインジウムからなる第2めっき層を電気めっきにより厚さ0.05μm以上0.4μm以下で形成し、前記第1めっき層の厚さ(t1)と第2めっき層の厚さ(t2)の比率(t2/t1)を0.005〜0.08の範囲としためっき材にリフロー処理を施して、耐はんだ接合疲労性を付与することを特徴とするリードフレームに対する疲労特性の向上方法。
また、本発明の製造方法及びこの疲労特性の向上方法によれば、上述した良好な特性を有するリードフレームを好適に製造することができる。
まず、ウィスカの発生を抑制する作用が挙げられる。このように両層の金属が濃度勾配をもって傾斜的に存在することによる相互作用について推定を含めていえば下記のように説明される。すなわち、上記特定の厚さで敷設されたスズもしくはスズ合金層と表面層側のインジウム層とをリフローすることによって、表面相側のインジウムを下地金属側に適度に拡散し傾斜的に配置すると、インジウムのもつ適度なクリープ性が得られ、ウィスカの発生・成長を抑止すると考えられる。つまりスズないしスズ合金層中の内部応力が緩和され、その結果ウィスカの発生が効果的に抑制される。
○耐ウィスカ性、鉛フリーはんだにおけるはんだ付け性、はんだ接合疲労寿命に優れる。
○特にリード端子等の接合部において温度変化により熱膨張・収縮が繰り返される条件でも十分な疲労耐久性が得られる。
○僅少のインジウム使用量で高い効果が得られる。
○たとえばアルミニウム電解コンデンサは液体を封入している性質上、破裂等の懸念から実装時のリフロー温度の管理に慎重を要する。本発明の好ましい実施形態によれば、温度が上がりにくい箇所に使用される部品であってもはんだが濡れ性が高まり全体的な実装温度を下げられるため、上記のようなデリケートな部品にも好適に対応しうる。
○携帯電話の基板に装着される電源バックアップ用コンデンサ等は、その落下によりはんだ付け部分が外れやすく、電極部の形状を変更しはんだ付けのフィレットをできるだけ多くする工夫がなされている。本発明の好ましい実施形態によれば、はんだ接合部の耐久性が高まりこのような用途に好適に対応しうる。
○実装はんだ付け温度は,鉛入りはんだから鉛フリーはんだに移行し上昇した。これにともない、はんだ付け実装工程において、はんだ槽やはんだ付けリフロー炉の温度保持のための電気エネルギーの消費量は急激に増大した。本発明の好ましい実施形態によればこのような鉛フリーはんだへの代替における特有の課題に好適に対応しうる。
○鉛フリーはんだは、従来の鉛入りはんだと比較して接合部にクラックが入りやすく、用途や分野によっては疲労寿命について不足することが考えられる。本発明の好ましい実施形態によればこのような鉛フリーはんだ特有の課題に好適に対応しうる。
(実施例1)
厚さ0.3mm×縦1.0mm×横20mmの黄銅(亜鉛35%/銅65%)からなる導電性基材に、ニッケルからなる下地めっきを1μmの厚さで設けた。その後、上記下地めっきの表面にスズめっき層5.1μmを施し、さらにそのスズめっき層の表面にインジ
ウムめっき層0.05μm形成してめっき材前駆体を得た。このめっき材前駆体に対し、雰囲気温度400〜450℃の条件でリフロー処理を行ない、リードフレーム片(めっき被覆材)としての試験体を得た。この試験体について、インジウム表面側から基材側にエッチングしスズとインジウムとの組成を測定するオージェ分析を行なった。その結果、表面側にインジウムが高濃度で存在し、基材側に進むにつれその濃度が減少していくことが確認できた(図3参照)。このとき、インジウムが傾斜的に配置された傾斜層d3の厚さは0.1μmと算定された。
第1めっき層、第2めっき層を表1のように変えた以外、上記実施例1と同様にしてリードフレーム片(めっき被覆材)としての試験体を作製した。実施例4の試験体について、実施例1と同様にオージェ分析を行なった。その結果、表面側にインジウムが高濃度で存在し、基材側に進むにつれその濃度が減少していくことが確認できた(図4参照)。このとき、インジウムが傾斜的に配置された傾斜層d3の厚さは0.1〜0.2μmと算定された。
はんだ濡れ性は、JIS C0053 環境試験方法−電気・電子−はんだ付け試験方法(平衡法)に準拠して行なった。溶融したはんだ(千住金属工業社製、Sn−3Ag−0.5Cu、フラックスマイルドロジン NA200[商品名])に、上で得た試験体をはんだ温度245℃で2秒間浸漬して、そのはんだの濡れ性をゼロクロス時間として測定した。ゼロクロス時間とははんだが濡れ始めてから作用力がゼロとなるまでの時間であり短いほどはんだがめっき表面に濡れやすいことを示す。結果を下記評価基準に基づき表1に示した。
◎・・・ゼロクロス時間が1.0秒未満の場合
△・・・ゼロクロス時間が1.0秒以上2秒未満の場合
×・・・ゼロクロス時間が2秒以上の場合
各試験体を常温(約28℃)で2000時間放置後に、SEMにより観察しめっき表面の状態を調べた。結果を下記評価基準に基づき表1に示した。また、リフロー前の第1めっき層(スズめっき層)を7μmとし第2めっき層(インジウムめっき層)の厚さを0.2μmとしリフローを行った試験体(実施例)、そのリフローを行わなかった試験体(比較例)[半光沢Sn]について上記ウィスカ発生試験を行った。該試験後の表面状態(SEM像)をそれぞれ図6及び7に示した。
◎・・・ウィスカの発生が認められない
△・・・ウィスカの発生がわずかに認められた
×・・・ウィスカの発生が認められた
図8に示すように、導電性基材(黄銅)4の上にめっき被覆(第1めっき層及び第2めっき層)3を施した試験体10同士を、めっき層3同士が対面するよう重ね合わせ、その間に50〜100μm厚さに塗布したSn−3Ag−0.5CuはんだHを介在させ245℃の条件ではんだ付け処理を行なった。これをはんだ接合疲労試験の供試材とし低サイクル疲労を評価した。このとき、歪み1%、速度5μm/sec、500サイクルの条件を供試材の末端においてその長さ方向(図中の振幅方向)に付加し、接合部の状態を目視または拡大観察によりに相対評価した。
◎・・・クラック発生なし、またはクラックほとんどなし
○・・・ややクラックの発生あり
―・・・試験を実施していない
めっきを施したリードフレームを200℃に10分間保持後、表面形状を目視又は拡大観察した。
◎・・・試験後の表面に凹凸発生なし
△・・・試験後の表面に凹凸発生あり
厚さ0.2mm×幅50mmの銅製の長尺の導電性基材に、図9の形状となるよう打ち抜き加工を施し、実施例1と同様にしてスズ及びインジウムの多層めっき被覆を形成した。このめっき材を実施例1と同様にしてリフロー処理を行い本発明のリードフレーム(試験体)を作製した。このリードフレームに市販のダイを載置し、さらにワイヤーボンディング及びトランスファモールドにより樹脂成形をした図2に示した形態のDIP(試験体)を作製した。このDIPを市販のマザーボードの端子パッドに前記溶融はんだを介して設置し、試料温度がプリヒート150〜190℃ 90〜120秒後、ピーク225〜240℃ 10〜30秒となる条件でリフロー表面実装した。このようにして作製した電子部品は外観、はんだ濡れ、信頼性評価において良好な性能を発揮することを確認した。
1a 第1めっき層
2 リフロー後の第2めっき層側の領域(傾斜第2層)
1a 第2めっき層
3 リフロー後のめっき被膜層
3a 多層めっき被膜
4 導電性基材
10 熱処理後のリードフレーム
10a 熱処理前のリードフレーム
20 電子部品
21 半導体素子部材(DIP)
22 端子パッド
23 ダイ
24 基板
25 モールド樹脂
26 ボンディングワイヤ
27 保護レジスト
102 リード
101 外枠
108 ダイパッド
109 ダイバー
H はんだペースト
Claims (8)
- 導電性基材に第1めっき層を形成し、該第1めっき層の表面に第2めっき層を形成しためっき材からなるリードフレームであって、
前記第1めっき層が、スズ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、及びスズ−銀−銅合金の群から選ばれる少なくとも1種からなり、第2めっき層がインジウムからなり、
前記第1めっき層の厚さを5μm超10μm以下とし、かつ第2めっき層の厚さを0.05μm以上0.4μm以下とし、さらに前記第1めっき層の厚さ(t1)と第2めっき層の厚さ(t2)の比率(t2/t1)を0.005〜0.08の範囲とし、
前記めっき材にリフロー処理を施し、前記第2めっき層のインジウムの濃度がめっき表面側から導電性基材側にむけ傾斜的に減少するようにしたことを特徴とするリードフレーム。 - 前記第2めっき層表面に対する、JIS C0053に基づくはんだ濡れ性試験において、ゼロクロス時間が1.0秒未満である請求項1に記載のリードフレーム。
- 前記第1めっき層と前記導電性基材との間に、ニッケルまたはニッケル合金からなる下地めっき層が介在されている請求項1又は2に記載のリードフレーム。
- 前記第1めっき層と前記導電性基材との間に、銅または銅合金からなる下地めっき層が介在されている請求項1又は2に記載のリードフレーム。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のリードフレームを介して半導体素子を実装した電子部品。
- 請求項5に記載の電子部品を備えた電子デバイス。
- 導電性基材に、スズ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、及びスズ−銀−銅合金の群から選ばれる少なくとも1種からなる第1めっき層を電気めっきにより厚さ5μm超10μm以下で形成し、該第1めっき層の表面にインジウムからなる第2めっき層を電気めっきにより厚さ0.05μm以上0.4μm以下で形成し、前記第1めっき層の厚さ(t1)と第2めっき層の厚さ(t2)の比率(t2/t1)を0.005〜0.08の範囲としためっき材をリフローすることを特徴とするリードフレームの製造方法。
- 導電性基材に、スズ、スズ−銀合金、スズ−ビスマス合金、スズ−銅合金、及びスズ−銀−銅合金の群から選ばれる少なくとも1種からなる第1めっき層を電気めっきにより厚さ5μm超10μm以下で形成し、該第1めっき層の表面にインジウムからなる第2めっき層を電気めっきにより厚さ0.05μm以上0.4μm以下で形成し、前記第1めっき層の厚さ(t1)と第2めっき層の厚さ(t2)の比率(t2/t1)を0.005〜0.08の範囲としためっき材にリフロー処理を施して、耐はんだ接合疲労性を付与することを特徴とするリードフレームに対する疲労特性の向上方法。
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