JPH0385750A - 半導体装置およびその実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、クワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）、
スモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ）等の多ビン
ＩＣなどの半導体装置およびこの半導体装置の基板への
実装方法に関し、実装工程での作業の簡略化、半導体装
置の接合強度の改善等を計ったものである。

「従来の技術」 ＩＣなどの半導体装置の実装において、信頼性が高く、
コストのかからない実装方法が望まれているが、近年、
半導体の集積率の高まりに応じ、ＩＣパッケージの多ピ
ン化および狭ピッチ化が加速しているために、これに対
応した精密半田技術の進歩が伴わない状況が生じてきて
いる。

即ち、多ピンおよび狭ピッチ化されたＩＣの端子を半田
付けするに際し、微細な半田付は部に一定量の半田を安
定的に供給することが極めて困難であるために、従来、
これらのＩＣに対し、手付は作業に負っているところが
大きいのが現状である。

ところが手付は作業では、微細な部分に半田を供給する
場合、供給する半田量が一定しない問題がある。このた
め供給する半田量が少ない場合は、接合部の強度不足を
来し、また、半田量が過多の場合は、隣接する端子どう
しが半田のブリッジによって接合されて短絡してしまう
不具合を生じてい　ノこ　。

そこで、この種の半導体装置の基板への実装方法として
、予め半導体装置の端子、例えば、ＩＣのリードなどに
半田メッキを施しておき、基板の回路への接合の際に、
接合部分に半田を外部からｆ共給して接合する方法がと
られている。

なお、半導体装置の端子に施されている半田メッキは、
外部から供給される半田との濡れ性を良好にする目的で
設けられたもので、数μｍ程度の厚さを有するものであ
る。従って、従来、端子に施した半田メッキのみでは、
接合強度が不足するので、不足となる半田を以下に説明
する方法で外部から供給して接合作業を行っている。

半田の供給方法には、糸半田を用いる方法、端子が接合
される基板のパッドに予めスクリーン印刷などによって
半田ペーストを塗布しておく方法、ディスベンザ−によ
って基板のパッドに半田ペーストを塗布する方法、溶融
半田槽に基板を浸漬する方法などがある。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、これらの半田の供給方法では、接合に必
要かつ十分な量の半田を、それぞれの半導体装置に応じ
て安定的に供給することはできなかった。

特に、ＱＦＰなどの多ピンで、リードピン（リード）の
間隔が狭いパッケージを有するＩＣ１例えば、リード間
隔が０．６５ｍｍ以下のＩＣなどでは、供給半田量が僅
かでも過剰であると、リフロー（溶融）後にリード間の
半田によるブリッジが発生し、また、少しでも不足する
と、接合強度の不足が生じるために、適正な量の半田を
供給することが極めて困難であった。

この発明は前記課題を解決するためになされたもので、
従来の外部からの半田供給法によらずとも半導体装置を
基板に十分な接合強度で半田接合し、実装することがで
きるとともに、実装工程を簡略化できる半導体装置およ
びその実装方法の提供を目的とする。

「課題を解決するための手段」 請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
複数のリードを備え、基板の導体に前記リードが半田付
けされて実装される半導体装置において、前記リードを
厚膜半田メッキしてなるものである。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
請求項１記載の半導体装置を実装するに際し、そのリー
ドに付着されている厚膜半田メッキを溶融させてリード
を基板の導体に接合するものである。

「作用」 リードに厚膜の半田メッキを施すので、実装時に、リー
ドを基板の導体に接触させた状態で厚膜の半田メッキを
加熱して溶融させることで、この溶融した半田によりリ
ードと導体が接合する。従って、実装時に新たに外部か
ら半田を供給する必要がなくなるとともに、溶融した半
田によって十分な強度でリードと基板の導体とが接合さ
れる。

以下、この発明を更に詳細に説明する。

第１図は請求項１に記載した発明の一実施例を説明する
ためのもので、この実施例の半導体装置Ｈは、多ビンパ
ッケージＩＣの本体部５の外周部に、多数のリード（ピ
ン端子）６　が斜め下方に延設されて構成されている。

これらのり−ド６は本体部５の内部の回路や素子に接続
されてなるもので、これらのリート６・・・を介して多
ピンパツケージｒｃの本体部５が基板９の導体１１に接
続されるようになっている。

この発明の半導体装置Ｈは、リード・６に厚膜半田メッ
キを施したものである。この発明での厚膜半田メッキと
は、半田メッキの厚さが１５μｍ以上のものを言う。従
って、この例の半導体装置１（のり−ド６の各々には、
厚さ１５μｍ以」二の半田メッキ層８が形成されている
。この厚膜の半田メッキ層８の厚さは、半導体装置の種
類によってその好ましい厚さの範囲が異なる。

例えば、ＱＦＰなどの多ビンパッケージのＩＣなどにつ
いては、リードピッチＰ（第２図に示すＰ）によって、
好ましい半田メッキ層８の厚さの範囲が異なり、リード
ピッチが０．８ｍｍでは、半田メッキ層８の厚さの好適
範囲は５０〜９５μｍてあり、リードピッチが０．６５
ｍｍては、４０〜８５μｍ、０．５ｍｍでは３０〜７０
７１ｍ、　　０．４　ｍｍでは２０−４５　μｍ、　　
０．３ｍｍでは１５〜３０μｍの範囲である。これらの
適正範囲の下限値未満では半［１コの溶融後（リフロー
後）のＩＣと基板との接合強度が不足し、上限値を越え
ると、隣接するり−！・の間て半田によるブリッジが発
生し、隣接するリードどうしが短絡して不都合を来す。

また、半導体装置がその他のものの場合は、部品の大き
さ、あるいは、その重量、形状等によって半田メッキ層
８の厚さの好適範囲が変化するが、通常は１５〜２００
μｍの範囲て実験的に訣められ、接合強度の許容値の下
限以」二の接合強度が得られれば十分である。

さらにまた、第２図に示すように、半田メッキ層８の厚
さＴと、リードピッチＰとリートの幅Ｗを用いて半田メ
ッキ層８の厚さの上限を数式で表現すると、Ｔ＜（Ｐ−
Ｗ）／２なる関係が好ましい１、即ち、半田メッキ層８
の厚さをリート６．６の間の間隔の半分より少なくする
ことが好ましく、隣接するリード６．６に形成した半田
メッキ層８．８が接触一体化しないようにする。

電子部品の端子への厚膜半田メッキは、通常の電気半田
メッキ法によって行なわれる。

第３図はＱＦＰなどの多ピンパツケージＩＣの多数のリ
ード６に電気半田メッキを施ずための治具■を示ずもの
である。この治具Ｉは黄銅などの金属からなる４角形状
の上枠３と非導電体の下枠２とネジ４・とから構成され
ている。

そして、第４図に示すように、その下枠２と上枠３との
間にＱＦＰなどの多ピンパツケージＩＣの本体部５のリ
ード６・を挾み、ネジ４・・で固定したのち、この治具
Ｉを半田メッキ浴Ａに浸漬し、リード６・・・の大部分
が半田メッキ浴Ａ中に浸されるように配置し、治具ｌを
陰極に、半田インゴット７を陽極として電気メッキする
ことによって行なわれる。当然、メッキの前処理として
脱脂洗浄工程などが行なわれる。

前記メッキ浴Ａの温度は２０〜５０℃、電流密度は２〜
＋５Ａ／ｄｍ２程度とすることが好ましいが、これに限
定されることはない。半田メッキの膜厚の制御は、メッ
キ時間、メッキ浴温度、浴濃度、浴攪拌度合等を凋節す
ることによって行なわれる。

また、半田インゴット電極７、半田メッキ浴Ａの合金組
成は、特に限定されることはなく、通常の錫６０％、鉛
４０％の半田などが用いられ、電気半田メッキで得られ
る半田メッキ厚の合金組成も半田インゴットの組成と同
一となる。

次に請求項２に記載の発明について説明する。

請求項２に記載の実装方法は、」二連の半導体装置を基
板に実装する際に、その端子に施された厚膜半田メッキ
のみを用いて半田付（：Ｉするものである。

第１図は、この実装方法の一例を模式的に説明するため
のもので、図中符号５はＱＦＰなどの多ピンパツケージ
ＩＣの本体部であり、この本体部５の総てのり一ド６・
・は、そのリードピッチに応じた厚さの半田メッキ層８
で被覆されている。また、図中符号９は、この本体部５
が実装される基板であり、この基板９は強化合成樹脂板
などからなる基材ｌＯと、この基祠ｌＯ上に貼着された
銅箔などからなる導体１１と、この導体１１上に貼着さ
れたカバーフィルム１２とからなるもので、端子等が接
合される部位ではその部分のカバーフィルム１２が部分
的に取り除かれてパッド１３となっている。

この基板９のパッド１３には、第１図に示すように半田
ベーストなどの半田は塗布されておらず、導体１１がそ
のまま露出している。

そして、前記本体部５のリード６・が基板９のパッド１
３の導体１１に接触するように本体部５を基板９上で位
置合わせして載置し、この状態でリート６・に向けて加
熱空気を吹き付ける方法、熱圧着などの方法によって、
リード６・・表面の半田メッキ層８を溶解し、この溶融
半田でリード６・・・と導体１１とを接合し、実装が行
なわれる。

このような実装方法によれば、半導体装置と基板９との
接合が半導体装置の端子に予め施された厚膜の半田メッ
キ層８の半田によってのみ行なわれることになる。この
ため、実装時において、外部から別に半田を接合部分に
供給する必要がなければ、予め基板のパッドに半田ペー
ストを印刷、塗布する必要もない。従って、実装工程が
簡略化され、また自動機を用いた半田接合による半導体
装置の実装が可能になる。

また、この発明によれば、半田メッキ層８の厚さを調節
することで、個々の半導体装置毎に必要かつ十分な量の
半田を与えることができるので、半田付けによる半導体
装置の接合が確実に行える。

この点において従来の半田ペーストを基板のパッドに印
刷する方法では、基板のパッド毎に半田塗布量を変えて
適切な半田量を付与することは不可能であり、半導体装
置毎に適切な半田量を与えることはできない。

更に、半導体装置としてＱＦＰなどの多ピンパツケージ
のＩＣの場合には、リードピッチに応じた厚さの半田メ
ッキを施すことで、十分な接合強度が得られ、かつ、リ
ード間に半田によるブリッジが生じることもなく、リー
ドピッチが０．５ｍｍ以下０．３１までの狭いＩＣでも
半田付けによる実装が可能である。特に、０．５１未満
のリードピッチのＩＣを半田付けで実装することは、従
来の半田の供給方法によるものでは不可能であった。

以下、実施例を示して具体的に説明する。

「実施例」 半導体装置として、１２８ビン、リードピッチ０．８０
ｍｍのＱＦＰのＩＣを用い、このＩＣを第３図に示す治
具に装着して第４図に示すような半田メッキ装置によっ
て半田メッキを行い、そのメッキ時間を変化させてリー
ドの半田メッキ膜の厚さが１３μｍ、５５μｍ、１０６
μｍ、Ｌ３７ｐｍのものをそれぞれｌＯ個以上作成した
。

これらのＱＦＰ　ｉ　Ｃを第１図を基に説明した方法に
よって基板のパッケージに接合した。熱圧着加熱屋度は
３００℃とし、加熱時間は２．５秒とした。

これらのものについて、ＱＦＰの基板からの剥離強度を
測定するとともに、リード間の半田ブリッジの有無を観
察し、そのブリッジ発生率を求めた。

１ ブリッジ発生率は、１箇のＱＦＰの１２８本のリードに
ついてブリッジの発生数から算出した。その結果を第５
図と第６図に示す。

第５図に示すように剥離強度については最小限５００ｇ
が必要とされているので、剥離強度のバラツキを考慮に
入れてメッキ層厚さとしては、約４５μｍ以上が必要と
なる。また、第６図において、メッキ厚さが１０６μｍ
ではブリッジ発生率が７．６％となることから、ブリッ
ジの発生しない膜厚の上限から９５μｍとなる。

従って、１２８ピンのＱＦＰのリードピッチが０．８０
ｍｍのＩＣでは半田メッキの膜厚は４５〜９５μｍの範
囲が好適であることがわかる。

次に第７図と第８図を基に、リードピッチとリード幅が
種々の値をとる各種の半導体装置について、半田メッキ
厚の下限値について説明する。

現在使用されているＩＣパッケージなどのリードは、ピ
ッチ、幅ともに各種各様があり、あらゆるサイズで製作
可能である。

リードの剥離強度は、リードの幅と半田の量により値が
大きく作用するものである。つまり、リードの剥離強度
と半田量とリードの幅は３次元化されるものである。各
種各様のリードにおいて信頼性を確保する必要剥離強度
は各種リードごとに応じた半田量が必要ということにな
る。半田メッキ層の厚さが各リード幅ごとに異なってく
ることになる。

そこで今、リード剥離の幅を１ｃｍとして各半田量（半
田メッキ厚）に対してどの程度の実装剥離が生じたかを
前述と同様に実験した結果を第７図に示す。第７図にお
いて、実装剥離強度はリードピッチＩｃｍにおいては８
ｋｇ／ｃｍが望まれるので、この値を満たすには半田メ
ッキ厚１５μｍ以上必要であることが明らかである。な
お、リードピッチのＩｃｍについて実装剥離強度８ｋｇ
であることは、ピッチ幅０．３５ｍｍにおいて実装剥離
強度２８０ｇであることと同格であることを意味してい
る。

第８図に、各リードピッチと各半田メッキ厚における、
ブリッジ発生メッキ厚域と適正半田メッキ厚域と、実装
強度不足メッキ厚域を示す。第８図を基に各リードピッ
チの半導体装置の半田メッキ厚を決定すると、接合強度
に優れるとともにブリッジ発生のない接合を行うことが
できる。

「発明の効果」 以」二説明したように本発明によれば、基板実装０！ｔ
において、新たにｆノ（給づ゛る半ＩＩＩが不要にむる
ので、実装工程を簡略化することができるとともに実装
コストを下げることができる。また、基板実装工程にお
いて、半田量と半田供給方法を考慮しなくとも良いこと
になるので、半導体装置を基板」二に位置決めし、リー
ドの半田を溶融することで容易に接合できる。

リードに形成する半田層は均一の厚さに形成することが
容易にできるので、基板上に半田を印刷する場合と異な
り、各半導体装置ごとに適切な半田量を容易に設定する
ことができる。

また、リードピッチとリード幅の大きさに適合した半田
メッキ層を形成するならば、０．５ｍｍ以下の狭ピッチ
で多ビンタイプの半導体装置の半田付けであっても、ブ
リッジを生じることなく、十分な強度で接合できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の一実施例を基板に装着し
た状態を示す断面図、 第２図はり一ドピッチとリード幅を説明するための断面
図、 第３図は本発明方法の実施に用いる治具の分解斜視図、 第４図は半導体装置のリードに厚膜メッキを施している
状態を示す断面図、 第５図は剥離強度とメッキ厚さの関係を示す線図、 第６図はブリッジ発生率と半田メッキ厚さの関係を示す
線図、 第７図は実装剥離強度と適正半田メッキ厚の関係を示す
線図、 第８図は半田メッキ厚とリードピッチの関係を示す線図
である。 Ａ・・・半田浴、■・・治具、５・・・多ピンパツケー
ジ■ Ｃの本体部、 ・・リード（端子）、 ・・半田メ キ層、 半田インゴット電極、 ９　・ 基板、 導体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のリードを備え、基板の導体に前記リードが
   半田付けされて実装される半導体装置において、前記リ
   ードが厚膜半田メッキされてなることを特徴とする半導
   体装置。
2. （２）請求項１記載の半導体装置を実装するに際し、リ
   ードに付着されている厚膜半田メッキを溶融させてリー
   ドを基板の導体に接合することを特徴とする半導体装置
   の実装方法。