JP2004200249A

JP2004200249A - Electronic component, method of manufacturing the same, and manufacturing apparatus

Info

Publication number: JP2004200249A
Application number: JP2002364467A
Authority: JP
Inventors: Kenta Ogawa; 健太小川
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15
Also published as: KR100664424B1; TWI261628B; TW200413567A; KR20040053802A

Abstract

【課題】ウィスカの発生を抑制するために外部端子の表面に形成したＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層から成る接続用導電層を溶融させる際に、加熱処理によって電子部品の内部まで熱的影響を与えることがないようにする。
【解決手段】開示される電子部品の製造方法は、リード２の表面に形成した接続用導電層８を構成するＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上である２２０〜２８０℃に加熱したフッ素系不活性化学液内に０．２〜５秒間のごく短時間浸漬することで溶融させる。
【選択図】図５An object of the present invention is to heat a connection conductive layer formed of a Pb-free Sn-based alloy plating layer formed on a surface of an external terminal to suppress the generation of whiskers, by heat treatment, to reduce a thermal effect to the inside of an electronic component. Do not give.
The disclosed method for manufacturing an electronic component is characterized in that the Sn—Bi alloy plating layer forming the connection conductive layer 8 formed on the surface of the lead 2 has a melting point equal to or higher than the melting point of the Sn—Bi alloy plating layer. It is melted by being immersed in a fluorine-based inert chemical solution heated to 280 ° C for a very short time of 0.2 to 5 seconds.
[Selection diagram] FIG.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子部品及びその製造方法並びに製造装置に係り、詳しくは、外部端子の表面にＳｎ（錫）を主成分とする接続用導電層が形成される電子部品及びその製造方法並びに製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ（半導体集積回路）、トランジスタ、コンデンサ、抵抗、インダクタ等の各種の電子部品を用いることにより、広い分野で使用される電子装置が組み立てられている。このような電子装置の組立には、予め導電層から成る回路パターンが印刷された実装基板が用いられて、この実装基板上に所定の電子部品が実装される。具体的には、外部端子としての役割を担う電子部品のリードを、低融点のろう材を介して回路パターンの一部に電気的に接続している。このように電子部品を実装基板に実装するにあたっては、電子部品と実装基板との接続信頼性を満足するために、電子部品のリードの表面には、Ｓｎを主成分とするＳｎ系合金から成る低融点の接続用導電層が、予め電気めっき法等の表面処理法により形成されている。
【０００３】
ここで、上述のような接続用導電層を構成する低融点の金属薄膜の材料としては、従来から、Ｓｎ−Ｐｂ（鉛）合金をめっきにより形成することが広く行なわれている。Ｓｎは同合金の主成分を構成して接着の役目を果たす一方、ＰｂはＳｎと低融点合金を形成して合金の融点を下げるとともに接続強度を向上させる役目を果たしている。このように、Ｓｎ−Ｐｂ合金は、両成分の割合を変えることにより融点を容易に調整することができ、濡れ性に優れているだけでなくコスト的にも有利なので、電子部品を実装する際に上述したような接続用導電層として好んで用いられてきている。
【０００４】
しかしながら、上述のＳｎ−Ｐｂ合金のＰｂ成分は人体に対して有害であり、使用済の電子装置を廃棄するような場合には公害の原因となるので、環境破壊の点で望ましくない。したがって、最近では電子部品を実装基板に実装するにあたっては、接続用導電層としては成分にＰｂを含まない、いわゆるＰｂフリーのＳｎ系合金から成る低融点の金属薄膜をめっきによりリードの表面に形成することが一般的な流れになっている。一例として、そのようなＳｎ系合金としては、Ｐｂに変えてＢｉ（ビスマス）を添加させるようにしたＳｎ−Ｂｉ合金を接続用導電層としてリードの表面にめっきした電子部品が広く知られている。ここで、Ｂｉは前述のＳｎ−Ｐｂ合金におけるＰｂと同様にＳｎと低融点合金を形成して、合金の融点を下げるような役目を果たしている。また、ＰｂフリーのＳｎ系合金をめつきする場合は、Ｓｎと低融点合金を形成する金属としてはどのようなものを選んだ場合でも、濡れ性を損なわないようなＳｎ系合金めっきを形成する金属を用いることが必要になる。
【０００５】
ところで、上述のＰｂフリーのＳｎ−Ｂｉ合金のようなＳｎ系合金から成る接続用導電層をめっきにより電子部品のリードの表面に形成し、特定条件下に長時間さらすと、リード表面のめっき層より、ウィスカ（Whisker）と称する微細な金属ひげが発生する。このウィスカは、特に純Ｓｎめっきで発生し易く、Ｓｎに少量のＰｂやＢｉを添加することで発生が抑制されるが、発生を完全になくすことは困難である。そして、特にＩＣのようにパッケージの周囲から微小間隔で多数のリードが引き出されている半導体装置においては、ウィスカによるリード間の短絡が心配される。したがって、電子部品のリードの表面にめっきによりＰｂフリーのＳｎ系合金から成る接続用導電層を形成する場合は、ウィスカの発生を抑制することが課題となっている。
【０００６】
上述したように、ウィスカの発生を抑制するように構成した電子部品の一種として可変抵抗器及びその製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。同可変抵抗器は、ウィスカの発生により一対の外端子同士が互いに導通して出力信号が不安定になってしまうのを避けるために、図７に示すように、可変抵抗器を構成する中端子１０１とともに一対の外端子１０２は、金属製の板部１０３（被めっき材）の表面にＣｕ（銅）から成る第１のめっき層１０４及びＳｎから成る第２のめっき層１０５が順次に形成され、第２のめっき層１０５であるＳｎは溶融されてめっき粒子が消滅された状態になっている。このような構成の可変抵抗器によれば、第２のめっき層１０５におけるめっき粒子は溶融されて消滅しているため、長時間にわたって可変抵抗器を使用しても、めっき粒子毎の酸化膜の形成による体積の膨張が生じなくなるので、外端子１０２の表面に設けたＳｎから成る第２のめっき層１０５でのウィスカの発生を抑制して、可変抵抗器の出力信号を安定化させることができるようになる。
【０００７】
また、特許文献１に開示されている可変抵抗器の製造方法では、Ｓｎを溶融させてめっき粒子を消滅させるために、第一段階として、中端子１０１及び外端子１０２を一体に設けたフープを準備した後、このフープを遠赤外線ヒータを設けた第１の加熱炉を約３０秒間通過させて、中端子１０１及び外端子１０２をＳｎの融点２３２℃に略相当した約２２０℃に予備加熱する。次に、第二段階として、フープをバーナーを設けた第２の加熱炉を約１秒間通過させて、中端子１０１及び外端子１０２をＳｎの融点以上の約９００℃に加熱することにより、中端子１０１及び外端子１０２の表面に設けた第２のめっき層１０５におけるめっき粒子を溶融させる。次に、第三段階として、フープをＮａ₃ＰＯ₄の水溶液から成るアルカリ溶液を充填した槽に浸漬し、中端子１０１及び外端子１０３の表面に生じた酸化膜を除去する。
【０００８】
同様にして、上述したようなウィスカの発生を抑制するように構成した電子部品に適用されるＰｂフリーのＳｎ合金めっき材が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。同Ｓｎ合金めっき材は、電子部品である端子・コネクターに用いられるＣｕ又はＣｕ合金を被めっき材として、Ｃｕ０．３〜１５質量％、残部がＳｎから成るＳｎ−Ｃｕ合金層が電気めっきされて、リフロー処理（溶融処理）されている。ここで、リフロー処理は、Ｓｎ−Ｃｕ合金層がめっきされた上記Ｃｕ又はＣｕ合金被めっき材を、大気中あるいは還元雰囲気中で連続的に加熱炉内に入れることにより加熱してＳｎ−Ｃｕ合金めっき層を溶融させる。このような構成のＳｎ合金めっき材によれば、特許文献１と略同様に、被めっき材にめっきされたＳｎ−Ｃｕ合金層は溶融されるため、ウィスカの発生を抑制することができるようになる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２４６２０８号公報（第２〜３項、図１〜３）
【特許文献２】
特開２００２−６９６８８号公報（第２〜３項）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１あるいは特許文献２に開示されている従来の電子部品の製造方法では、被めっき材にめっきしたＳｎめっき層あるいはＳｎ−Ｃｕ合金めっき層を高温の気体中で溶融させることにより、ウィスカの発生を抑制するようにしているが、それぞれのめっき層を溶融させる際の加熱処理によって電子部品の内部まで熱的影響を与えるおそれがある、という問題がある。
例えば、特許文献１に開示されている可変抵抗器の製造方法では、前述したように、第一段階で中端子１０１及び外端子１０２を一体に設けたフープを遠赤外線ヒータを設けた第１の加熱炉を約３０秒間通過させて約２２０℃に予備加熱した後、第二段階でそのフープをバーナーを設けた第２の加熱炉を約１秒間通過させて約９００℃に加熱することにより、中端子１０１及び外端子１０２の表面に設けた第２のめっき層１０５におけるめっき粒子を溶融させている。
【００１１】
一般に、複数の材料から成り、複雑な形状を有する部品の熱処理を行う場合は、特定部位の温度が上昇し過ぎる、または部分的に所定の温度に達しない等、温度分布（ばらつき）が大きくなることに注意しなくてはならないため、時間的余裕を持たせることで、部品表面、内部の温度分布を均等にする。
特許文献１では、赤外線ヒータを設けた第１の加熱炉で溶融温度近傍まで予備加熱を行うことで、第２の加熱炉による本加熱時に発生する部品温度分布を最小にしているが、予備加熱温度が２２０℃と高温なこと、また、加熱時間が略３０秒と長いこと等の理由から、部品表面のめっき層が一様な温度分布になると同時に、熱伝導により部品内部も温度が上昇し、部品内部への熱的ストレスは不可避となる。
【００１２】
また、特許文献２に開示されているＳｎ合金めっき材の製造方法では、前述したように、Ｓｎ−Ｃｕ合金層がめっきされたＣｕ又はＣｕ合金被めっき材を、大気又は還元雰囲気中で連続的に加熱炉内に入れることにより加熱してＳｎ−Ｃｕ合金めっき層を溶融させているので、加熱処理は、特許文献２と同様に、被めっき材を気体雰囲気中に晒して行っていることになる。したがって、特許文献１で説明したのと同様な理由で、加熱処理によって被めっき材の内部まで熱的影響を与えるおそれがある。
【００１３】
特許文献１あるいは特許文献２に開示されている上述したような加熱処理を、電子部品として広く用いられている樹脂封止型半導体装置の製造方法に適用した場合には、Ｓｎ系合金めっき層を溶融するための加熱処理による熱が、リードから樹脂製のパッケージにより封止されている半導体装置の内部にまで容易に及ぶようになるので、例えば半導体チップ、リードフレームと封止樹脂等の内部構造物間での剥離現象や、パッケージ内部含有成分の気化に伴う急激な体積膨張等による大きなストレスが加わるようになるため、半導体装置の信頼性が著しく損なわれる。
【００１４】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ウィスカの発生を抑制するために外部端子の表面に形成したＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層から成る接続用導電層を溶融させる際に、加熱処理によって電子部品の内部まで熱的影響を与えることがないようにした電子部品及びその製造方法並びに製造装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、外部端子の表面にＳｎを主成分とする接続用導電層を形成する電子部品の製造方法に係り、上記外部端子の表面にＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層を形成するめっき工程と、上記Ｓｎ系合金めっき層の融点以上に加熱された液体状態のフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬することで、上記Ｓｎ系合金めっき層を溶融させる加熱工程とを含むことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、外部端子の表面にＳｎを主成分とする接続用導電層を形成する電子部品の製造方法に係り、上記外部端子の一部を覆うように樹脂製のパッケージを形成するパッケージ形成工程と、上記パッケージで覆われていない上記外部端子の表面にＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層を形成するめっき工程と、上記Ｓｎ系合金めっき層の融点以上に加熱された液体状態のフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬することで、上記Ｓｎ系合金めっき層を溶融させる加熱工程とを含むことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電子部品の製造方法に係り、上記加熱工程において、上記フッ素系不活性化学液をその沸点を越えない範囲で２２０〜２８０℃に加熱することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の電子部品の製造方法に係り、上記加熱工程において、上記Ｓｎ系合金めっき層を０．２〜５秒間加熱することを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の電子部品の製造方法によって製造された電子部品に係り、上記Ｓｎ系合金めっき層は、ウィスカの発生が抑制された結晶構造を有することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項２記載の電子部品の製造方法によって製造された電子部品に係り、上記Ｓｎ系合金めっき層は、ウィスカの発生が抑制された結晶構造を有することを特徴としている。
【００２１】
また、請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の電子部品に係り、上記Ｓｎ系合金めっき層は、Ｓｎに該Ｓｎと低融点合金を形成する所望の金属が添加されて、所望の膜厚を有することを特徴としている。
【００２２】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の電子部品に係り、上記所望の金属は、Ｂｉを含むことを特徴としている。
【００２３】
また、請求項９記載の発明は、外部端子の表面にＳｎを主成分とする接続用導電層を形成する電子部品製造装置に係り、上記外部端子の表面に形成されたＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層を溶融する加熱部を備え、該加熱部は加熱槽内に上記Ｓｎ系合金めっき層の融点以上に加熱されたフッ素系不活性化学液が満たされて、該フッ素系不活性化学液内に上記Ｓｎ系合金めっき層をごく短い時間浸漬することで溶融させるように構成されていることを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて具体的に行う。
図１及び図２は、この発明の一実施例である電子部品の製造方法を工程順に示す工程図、図３は同電子部品の製造方法により製造された電子部品を示す斜視図、図４は図３のＡ−Ａ矢視断面図、図５は同電子部品の製造方法の実施に用いられる製造装置の構成を示す図である。以下、図１及び図２を参照して、同電子部品の製造方法を工程順に説明する。なお、この例では電子部品として樹脂封止型半導体装置に例をあげて説明している。
まず、図１（ａ）に示すように、例えばＦｅ−Ｎｉ（鉄ニッケル）合金から成り、中央部にタブ１及びタブ１の周囲部に多数のリード２が一体に形成されたリードフレーム３を用意する。次に、予め表面に例えばＡｌ（アルミニウム）から成る多数のパッド電極４が形成された例えばＳｉ（シリコン）から成る半導体チップ５を用意して、この裏面を導電性接着剤を介してタブ１に接続することによりチップボンディングを行う。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、リードフレーム３のリード２の端部とこれに対応した半導体チップ５のパッド電極４との間に、例えばＡｕ（金）から成るワイヤ６を接続してワイヤボンディングを行う。
【００２６】
次に、図１（ｃ）に示すように、周知のトランスファモールド法により、リードフレーム３のリード２の端部、半導体チップ５及びボンディングワイヤ６を封止するように例えばエポキシ樹脂のような樹脂を注入して、パッケージ７を形成する。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、パッケージ７で覆われていないリード２の表面に、電気めっき法のような表面処理法により、Ｓｎ−Ｂｉ合金から成る接続用導電層８を形成する。ここで、Ｂｉは前述したように、従来広く用いられていたＳｎ−Ｐｂ合金におけるＰｂと同様にＳｎと低融点合金を形成して、合金の融点を下げるような役目を果たしている。接続用導電層８は、例えばＳｎに０．５〜６．０ｗｔ（ｗｅｉｇｈｔ）％のＢｉが添加されて、１０〜２０μｍのめっき膜厚を有している。次に、リードフレーム３を個々のパッケージ７毎に分離するように切断して、電子部品９を製造する。
【００２８】
次に、図２（ｅ）に示すように、ウィスカの発生を抑制するために、電子部品９のリード２の表面に形成された接続用導電層８を構成しているＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を加熱処理して溶融させる。この結果、上記接続用導電層８は溶融された接続用導電層８Ａに変えられて、この接続用導電層８Ａはウィスカの発生が抑制された結晶組織（結晶構造）を有するようになる。上述の加熱処理は、図５に示したような、電子部品製造装置１０を用いて行う。
【００２９】
電子部品製造装置１０は、図５に示すように、装置本体１１のローダ部１２からアンローダ部１３に向かう水平方向Ｘに沿って、上記リード２の表面にＳｎ−Ｂｉ合金から成る接続用導電層８が形成された被処理体である電子部品９を搬送する搬送部１４と、電子部品９を予備加熱する予備加熱部１５と、電子部品９をＳｎ−Ｂｉ合金の融点以上に加熱したフッ素系不活性化学液内に浸漬して加熱する加熱部１６と、電子部品９から付着した不活性化学液を回収する回収部１７と、電子部品９を洗浄する洗浄部１８と、電子部品９を乾燥する乾燥部１９とから構成されている。ここで、洗浄部１８は、第１の洗浄部１８Ａと、第２の洗浄部１８Ｂとの二つの洗浄部を備えている。
【００３０】
搬送部１４は、水平方向Ｘに沿って間欠的に移動する搬送レール２０と、搬送レール２０により支持されて垂直方向Ｙに沿って伸縮自在なアーム２１と、アーム２１に取り付けられて被処理体である多数の電子部品９を収納するバスケット２２とを備えている。バスケット２２は、ステンレスのような耐食性に優れた材料が用いられて、バスケット自身の熱容量を最小にし、かつ洗浄性を良くするために、可能な限り径の小さなステンレス片を組み合わせて簡単な形状に構成する。また、バスケット２２は、収納した電子部品９が溶液内で動くのを防止するためのストッパ（図示せず）が設けられている。さらに、バスケット２２は、電子部品９の収納能力を向上させるために多段に構成されていることが望ましい。
【００３１】
予備加熱部１５は、電子部品９を加熱処理するにあたり、加熱部１６に冷たい部品が急激に大量に浸漬されることによるフッ素系不活性化学液の温度低下による連続生産性の低下を防止するとともに、電子部品９の急激な温度上昇によるストレスを軽減するために設けられ、加熱部１６における加熱温度（後述するように、２２０〜２８０℃）よりも低い、１００〜１８０℃に加熱温度を設定して、大気中あるいはＮ₂（窒素）のような不活性雰囲気中で電子部品９を予備加熱する。
【００３２】
加熱部１６は、電子部品９のリード２の表面に形成されて接続用導電層８を構成しているＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を溶融させるために設けられ、ガルデン（イタリアＡＵＳＭＯＮＴ社の商品名）のようなフッ素系不活性化学液（沸点２３０℃以上）を用いて加熱槽１６ａに満たして、このフッ素系不活性化学液内に電子部品９を浸漬した状態で、フッ素系不活性化学液を上記Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上である２２０〜２８０℃に加熱する。このときフッ素系不活性化学液の温度は高いほど短時間の処理が可能になるが、フッ素系不活性化学液の沸点を越えない範囲に設定する。
【００３３】
回収部１７は、電子部品９に付着した上記フッ素系不活性化学液を回収するために設けられ、このフッ素系不活性化学液を溶かす有機溶剤を用いて回収槽１７ａに満たして、この有機溶剤内に加熱処理が済んだ電子部品９を浸漬する。有機溶剤は常温あるいは上記加熱温度以下に設定して、フッ素系不活性化学液を回収する。
【００３４】
第１の洗浄部１８Ａ及び第２の洗浄部１８Ｂは、加熱処理が済んだ電子部品９を洗浄するために設けられ、加温された界面活性剤や純水のような洗浄液を用いて各洗浄槽１８ａ、１８ｂに満たして、この洗浄液に加熱処理が済んだ電子部品９を浸漬して、電子部品９を洗浄してその表面に付着している各種の付着物を除去する。
【００３５】
乾燥部１９は、洗浄処理が済んだ電子部品９を乾燥するために設けられ、乾燥炉１９ａ内に略１５０℃に加熱したＮ₂ガスあるいはドライエアを供給して、この乾燥雰囲気中に洗浄処理の済んだ電子部品９を晒してその表面に付着している洗浄液を蒸発させることにより乾燥させる。
【００３６】
次に、図５の電子部品製造装置１０を用いて、電子部品９のリード２の表面に形成された接続用導電層８を構成しているＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を加熱処理して溶融させる方法を説明する。
まず、図２（ｄ）の工程において製造された電子部品９を多数収納したバスケット２２を、図５の電子部品製造装置１０の搬送部１４のアーム２１に取り付けて搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることにより、ローダ部１２から装置本体１１内の予備加熱部１５に搬送する。バスケット２２の取付け時には、アーム２１は垂直方向Ｙに沿って収縮した状態にしておく。そして、この予備加熱部１５において、大気中あるいはＮ₂のような不活性雰囲気中で電子部品９を１００〜１８０℃で予備加熱する。
【００３７】
次に、搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることによりアーム２１を加熱部１６に搬送した後、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って伸張させてバスケット２２を加熱槽１６ａ内の２２０〜２８０℃に加熱されているフッ素系不活性化学液内に０．２〜５秒間浸漬して、電子部品９をごく短い時間浸漬して加熱する。浸漬時間はめっき層が溶融するのに必要な最短時間に設定し、溶融終了後に、直ちにフッ素系不活性化学液内から引き上げる。なお、フッ素系不活性化学液はバスケット２２を浸漬する前に予め上記温度に加熱しておくものとする。
【００３８】
このように、フッ素系不活性化学液内に電子部品９をごく短い時間浸漬して短時間の加熱処理を行うことは、以下の方法に比べて非常に効率よく、かつ均一な加熱を可能とする。すなわち、エアフロー炉等の高温気体中での加熱では、気体の持つ単位体積あたりの熱量が小さいため、一定の熱量を部品に供給するためには、大きな体積の加熱空気が必要となり、気体から部品表面への熱伝達効率は液体中での加熱より悪くなる。次に、遠赤外線等の放射による加熱では、複雑な形状の外部端子表面を均一に加熱することは非常に困難である。つまり、加熱液体中に電子部品を浸漬することは、部品表面を均一に、かつ短時間で加熱できるようになる。短時間での加熱により、部品表面からパッケージ内部への熱伝導を最小にしつつ、リード２の表面に形成されている本来のＳｎ−Ｂｉ合金めっき層のみを集中的に加熱することができるので、パッケージに加わるストレスを緩和できる。
【００３９】
次に、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って収縮させた後、搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることによりアーム２１を回収部１７に搬送した後、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って伸張させてバスケット２２を回収槽１７ａ内の有機溶剤内に浸漬して、リード２の表面を含む電子部品９に付着したフッ素系不活性化学液を回収する。
【００４０】
次に、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って収縮させた後、搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることによりアーム２１を第１の洗浄部１８Ａに搬送した後、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って伸張させてバスケット２２を洗浄槽１８ａ内の洗浄液内に浸漬して、電子部品９を洗浄してその表面に付着している各種の付着物を除去する。
【００４１】
次に、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って収縮させた後、搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることによりアーム２１を第２の洗浄部１８Ｂに搬送した後、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って伸張させてバスケット２２を洗浄槽１８ａ内の洗浄液内に浸漬して、電子部品９を洗浄してその表面に付着している各種の付着物を最終的に除去する。
【００４２】
次に、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って収縮させた後、搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることによりアーム２１を乾燥部１９に搬送した後、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って伸張させてバスケット２２を乾燥炉１９ａ内に配置する。そして、この加熱炉１９ａ内において、Ｎ₂ガスあるいはドライエアのような乾燥雰囲気中で電子部品９を略１５０℃で加熱して、電子部品９の表面に付着していた洗浄液を蒸発させて乾燥する。
【００４３】
次に、アーム２１を垂直方向Ｙに沿って収縮させた後、搬送レール２０を水平方向Ｘに沿って移動させることにより、電子部品９を多数収納したバスケット２２を、アンローダ部１３から装置本体１１外に搬送する。
【００４４】
上述のように、この例の電子部品の製造方法によれば、リード２の表面に形成した接続用導電層８としてのＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上に加熱したフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬することで溶融させるので、従来の気体雰囲気中加熱による製造方法よりも短時間で、かつ均一にリード２の表面のＳｎ−Ｂｉ合金めっき層の溶融処理ができ、加熱処理における熱がリード２から電子部品９の内部にまで及ぶのを抑制することができるようになる。したがって、パッケージ８に大きなストレスが加わることがなくなり、パッケージ８の内部剥離やクラックを防止することができる。また、電子部品９をフッ素系不活性化学液内に浸漬した状態で加熱処理を行うので、電極表面の酸化を少なくすることができるため、はんだ実装性や接続信頼性に有利な処理ができるようになる。
【００４５】
また、この例の電子部品の製造方法の実施に用いる電子部品製造装置１０は、周知の手段を組み合わせることにより構成することができるので、簡単な構成でウィスカの発生を抑制する電子部品を製造することができる。また、リフロー等の気体中の加熱方法に比べて、部品投入に伴う加熱槽の温度低下が小さいため、一処理単位あたりの電子部品数を増やすことが容易であり、よりコストダウンを図ることが可能になる。
【００４６】
この例の電子部品の製造方法により製造された電子部品（樹脂封止型半導体装置）９は、図３及び図４に示すように、例えば樹脂がモールドされて形成されたパッケージ７の両側面から例えばＦｅ−Ｎｉ合金から成る多数のリード２が引き出された構成を有し、各リード２の表面には、予めＳｎ−Ｂｉ合金めっき層から成る接続用導電層８が形成され、この接続用導電層８を構成しているＳｎ−Ｂｉ合金めっき層は、前述したように、図５の電子部品製造装置１０を用いて、その加熱部１６において２２０〜２８０℃に加熱されているフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬されることで溶融されて、結晶組織が安定な溶融された接続用導電層８Ａに変えられているので、ウィスカの発生が抑制された結晶組織を有している。なお、完成された電子部品９は、実装基板への実装を容易にするため、外部端子としてのリード２の形状はその端部が、図３に示したように屈曲されている。
【００４７】
このように、この例の電子部品の製造方法によれば、リード２の表面に形成した接続用導電層８を構成するＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上の２２０〜２８０℃に加熱されたフッ素系不活性化学液内に０．２〜５秒間のごく短い時間浸漬することで溶融させるので、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層のみを集中的に加熱することができるため、加熱処理における熱がリード２から電子部品９の内部にまで及ぶのを抑制することができるようになる。
また、この例の電子部品９によれば、リード２の表面に接続用導電層８を構成するＳｎ−Ｂｉ合金めっき層が形成され、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき層はＳｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上に加熱されているフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬されることで溶融されて、結晶組織が安定な溶融された接続用導電層８Ａに変えられているので、ウィスカの発生が抑制されている。
また、この例の電子部品製造装置１０によれば、リード２の表面に形成された接続用導電層８を構成するＳｎ−Ｂｉ合金めっき層を溶融する加熱部１６を備え、加熱部１６は加熱槽１６ａ内にＳｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上に加熱されているフッ素系不活性化学液が満たされて、フッ素系不活性化学液内にＳｎ−Ｂｉ合金めっき層をごく短い時間浸漬することで溶融させるように構成されているので、簡単な構成でウィスカの発生を抑制する電子部品を製造することができる。
したがって、ウィスカの発生を抑制するために外部端子の表面に形成したＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層から成る接続用導電層を溶融させる際に、加熱処理によって電子部品の内部まで熱的影響を与えることがなくなる。
【００４８】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、実施例ではリード形状の外部端子に対して接続用導電層を形成した例で説明したが、リード形状に限らずに外部端子としての役割を担うものであれば適用することができる。また、実施例では、電子部品としてはＩＣに適用する例で説明したが、ＩＣ以外にも図６（ａ）に示したような挿入実装型のトランジスタ２３、図６（ｂ）に示したような表面実装型のトランジスタ２４、あるいは図６（ｃ）に示したような電解コンデンサ２５等の他の電子部品にも適用することができる。また、ウィスカ対策としての電子部品処理への適用に限らず、対象物の内部構造への熱的ストレスを最小にしつつ、表面を均一に加熱する場合に適用することが可能である。例えばＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージへのはんだボール付けのための熱処理や、電子部品の基板実装のための熱処理等にも適用可能である。
【００４９】
また、電子部品の外部端子としてのリードにＳｎ系合金から成る接続用導電層を形成する表面処理法としては、電気めっき法に例をあげて説明したが、電気めっき法に限らずに、無電解めっき法、化学めっき法、あるいは電解めっき法と無電解めっき法と組み合わせためっき法等の他のめっき法を利用することができる。また、この発明によるＳｎ系合金から成る接続用導電層を形成するリードは、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いる例で説明したが、これに限らずに他の金属成分を含ませたＦｅ系合金を用いてもよい。また、Ｆｅ系合金に限らずに、ＣｕあるいはＣｕを主成分とするＣｕ系合金を用いることもできる。また、実施例ではＳｎ系合金としてはＳｎ−Ｂｉ合金に例をあげて説明したが、純ＳｎまたはＳｎと低融点合金を形成する金属であれば、Ｂｉに限らずに、Ａｇ（銀）、ＣｕあるいはＺｎ（亜鉛）等のその他の金属を用いることができる。また、実施例では、フッ素系不活性化学液を用いる例で説明したが、熱処理時の圧力下で液体の沸点がめっき融点以上の温度で、かつ電極に腐食等の影響を与えないものであれば適用が可能である。
【００５０】
また、実施例で示した電子部品製造装置では、加熱部の前に予備加熱部を設けたが、これを行わないあるいは液体中で行う等、適宜変更が可能である。また、二つの洗浄部を備える例で説明したが、この洗浄部は必ずしも二つ備える必要はなく、被処理体である電子部品の数量に応じて適宜増減することができる。また、電子部品製造装置の回収部は、有機溶融を用いる例で説明したが、有機溶剤を用いることなく、エアブローによる物理的な回収手段、あるいはこれらの組み合わせにより構成するようにしても良い。また、熱処理後に酸あるいはアルカリ溶液中でのエッチング処理等により、表面酸化膜か膜を除去することでぬれ性を向上させることも可能である。また、電子部品製造装置は、装置全体の気密性を高めて酸素濃度を下げることで、被処理体である電子部品の酸化を防止すると同時に、フッ素系不活性化学液の揮発分を回収するような機構を設けるようにすることもできる。
【００５１】
また、電子部品をフッ素系不活性化学液内に浸漬する場合は、電子部品の全体を浸漬することなくリードのみを浸漬するようにすれば、パッケージに与えるダメージをより少なくすることができる。また、電子部品をフッ素系不活性化学液内に浸漬する場合は、実施例で説明したように個々に分離した電子部品を浸漬することなく、リード切断、成形前、つまりリードフレームのままで浸漬するようにしても良い。また、厳密な加熱時間、温度管理や、部分的に熱処理を行う場合には、実施例で示した加熱液体中への浸漬に限らず、固定した電子部品にノズルから噴出させた加熱不活性気体を噴射することによる熱処理も可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電子部品の製造方法の構成によれば、外部端子の表面に形成した接続用導電層を構成するＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層を、Ｓｎ系合金めっき層の融点以上に加熱したフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬することで溶融させるので、表面のＳｎ系合金めっき層のみを集中的に加熱することができるため、加熱処理における熱が外部端子から電子部品の内部にまで及ぶのを抑制することができるようになる。
また、この発明の電子部品の構成によれば、外部端子の表面に接続用導電層を構成するＳｎ系合金めっき層が形成され、Ｓｎ系合金めっき層はＳｎ−Ｂｉ合金めっき層の融点以上に加熱されているフッ素系不活性化学液内にごく短い時間浸漬されることで溶融されて、結晶組織が安定な溶融された接続用導電層に変えられているので、ウィスカの発生が抑制されている。
また、この発明の電子部品製造装置によれば、外部端子の表面に形成された接続用導電層を構成するＳｎ系合金めっき層を溶融する加熱部を備え、加熱部は加熱槽内にＳｎ系合金めっき層の融点以上に加熱されているフッ素系不活性化学液が満たされて、フッ素系不活性化学液内にＳｎ系合金めっき層をごく短い時間浸漬することで溶融させるように構成されているので、簡単な構成でウィスカの発生を抑制する電子部品を製造することができる。
したがって、ウィスカの発生を抑制するために外部端子の表面に形成したＰｂフリーのＳｎ系合金めっき層から成る接続用導電層を溶融させる際に、加熱処理によって電子部品の内部まで熱的影響を与えることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である電子部品の製造方法を工程順に示す工程図である。
【図２】同電子部品の製造方法を工程順に示す工程図である。
【図３】同電子部品の製造方法により製造された電子部品を示す斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】同電子部品の製造方法の実施に用いられる製造装置の構成を示す図である。
【図６】この発明が適用される電子部品の例を示す斜視図である。
【図７】従来の電子部品の一例としての可変抵抗器の一部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１タブ
２リード（外部端子）
３リードフレーム
４パッド電極
５半導体チップ
６ボンディングワイヤ
７パッケージ
８接続用導電層
８Ａ溶融された接続用導電層
９電子部品（樹脂封止型半導体装置）
１０電子部品製造装置
１１装置本体
１２ローダ部
１３アンローダ部
１４搬送部
１５予備加熱部
１６加熱部
１６ａ加熱槽
１７回収部
１７ａ回収槽
１８、１８Ａ、１８Ｂ洗浄部
１８ａ、１８ｂ洗浄槽
１９乾燥部
１９ａ乾燥槽
２０搬送レール
２１アーム
２２バスケット
２３挿入実装型のトランジスタ
２４表面実装型の小信号用トランジスタ
２５電解コンデンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component, a method of manufacturing the same, and a manufacturing apparatus, and more particularly, to an electronic component having a connection conductive layer containing Sn (tin) as a main component on the surface of an external terminal, a method of manufacturing the same, and a manufacturing apparatus. About.
[0002]
[Prior art]
Electronic devices used in a wide variety of fields are assembled by using various electronic components such as ICs (semiconductor integrated circuits), transistors, capacitors, resistors, and inductors. In assembling such an electronic device, a mounting board on which a circuit pattern made of a conductive layer is printed in advance is used, and predetermined electronic components are mounted on the mounting board. Specifically, the leads of the electronic component serving as external terminals are electrically connected to a part of the circuit pattern via a low melting point brazing material. In mounting the electronic component on the mounting board as described above, the surface of the lead of the electronic component is made of a Sn-based alloy containing Sn as a main component in order to satisfy the connection reliability between the electronic component and the mounting board. A low-melting connection conductive layer is formed in advance by a surface treatment method such as an electroplating method.
[0003]
Here, as a material of the metal thin film having a low melting point that forms the above-described conductive layer for connection, a Sn-Pb (lead) alloy is conventionally widely formed by plating. Sn forms the main component of the alloy and plays a role of bonding, while Pb forms a low melting point alloy with Sn to lower the melting point of the alloy and to improve the connection strength. As described above, the melting point of the Sn—Pb alloy can be easily adjusted by changing the ratio of both components, and is not only excellent in wettability but also advantageous in cost. And the conductive layer for connection as described above.
[0004]
However, the Pb component of the above-mentioned Sn-Pb alloy is harmful to the human body and causes pollution when a used electronic device is discarded, which is not desirable in terms of environmental destruction. Therefore, recently, when mounting an electronic component on a mounting substrate, a low-melting point metal thin film made of a so-called Pb-free Sn-based alloy containing no Pb as a conductive layer for connection is formed on the surface of the lead by plating. It is the general flow to do. As an example, as such a Sn-based alloy, an electronic component in which an Sn-Bi alloy in which Bi (bismuth) is added instead of Pb as a conductive layer for connection and plated on the surface of a lead is widely known. . Here, Bi forms a low melting point alloy with Sn in the same manner as Pb in the above-mentioned Sn-Pb alloy, and plays a role of lowering the melting point of the alloy. In the case where a Pb-free Sn-based alloy is deposited, an Sn-based alloy plating that does not impair the wettability is formed regardless of what kind of metal is used to form a low melting point alloy with Sn. It is necessary to use metal.
[0005]
By the way, when a connection conductive layer made of a Sn-based alloy such as the above-mentioned Pb-free Sn-Bi alloy is formed on the surface of a lead of an electronic component by plating and exposed for a long time under specific conditions, a plating layer on the lead surface is formed. As a result, fine metal whiskers called Whisker are generated. Whiskers are easily generated particularly in pure Sn plating, and the generation thereof is suppressed by adding a small amount of Pb or Bi to Sn, but it is difficult to completely eliminate the generation. In particular, in a semiconductor device such as an IC in which a large number of leads are drawn out from the periphery of a package at minute intervals, a short circuit between leads due to whiskers is a concern. Therefore, when a conductive layer for connection made of a Pb-free Sn-based alloy is formed on a surface of a lead of an electronic component by plating, it is an issue to suppress generation of whiskers.
[0006]
As described above, a variable resistor and a method of manufacturing the same are disclosed as one type of electronic component configured to suppress the generation of whiskers (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 7, the variable resistor includes a middle terminal that constitutes the variable resistor in order to prevent the output signal from becoming unstable due to the occurrence of a whisker between the pair of external terminals. A pair of external terminals 102 together with 101 are formed by sequentially forming a first plating layer 104 made of Cu (copper) and a second plating layer 105 made of Sn on the surface of a metal plate 103 (plated material). The Sn, which is the second plating layer 105, is in a state where it has been melted and the plating particles have disappeared. According to the variable resistor having such a configuration, since the plating particles in the second plating layer 105 are melted and disappear, even if the variable resistor is used for a long time, the oxide film of each plating particle can be reduced. Since the volume expansion due to the formation does not occur, the generation of whiskers in the second plating layer 105 made of Sn provided on the surface of the outer terminal 102 can be suppressed, and the output signal of the variable resistor can be stabilized. Become like
[0007]
Further, in the method of manufacturing a variable resistor disclosed in Patent Document 1, as a first step, a hoop provided with a middle terminal 101 and an outer terminal 102 integrally is used in order to melt Sn and eliminate plating particles. After the preparation, the hoop is passed through a first heating furnace provided with a far-infrared heater for about 30 seconds, and the middle terminal 101 and the outer terminal 102 are preheated to about 220 ° C. which is substantially equivalent to the melting point of Sn of 232 ° C. . Next, as a second step, the hoop is passed through a second heating furnace provided with a burner for about 1 second, and the middle terminal 101 and the outer terminal 102 are heated to about 900 ° C., which is higher than the melting point of Sn. The plating particles in the second plating layer 105 provided on the surfaces of the terminal 101 and the outer terminal 102 are melted. Next, as a third step, the hoop is _Three PO _Four The oxide film formed on the surfaces of the middle terminal 101 and the outer terminal 103 is removed by immersion in a bath filled with an alkaline solution composed of an aqueous solution of the above.
[0008]
Similarly, a Pb-free Sn alloy plating material applied to an electronic component configured to suppress the occurrence of whiskers as described above is disclosed (for example, see Patent Document 2). The Sn alloy-plated material is obtained by electroplating a Sn—Cu alloy layer composed of Cu 0.3 to 15% by mass, with the balance being Sn, using Cu or a Cu alloy used for a terminal or connector as an electronic component as a material to be plated. And reflow processing (melting processing). Here, in the reflow treatment, the above-mentioned Cu or Cu alloy plated material on which the Sn-Cu alloy layer is plated is heated by continuously putting it in a heating furnace in the air or in a reducing atmosphere to thereby heat the Sn-Cu alloy. The plating layer is melted. According to the Sn alloy plated material having such a configuration, the Sn—Cu alloy layer plated on the material to be plated is melted in substantially the same manner as in Patent Document 1, so that the generation of whiskers can be suppressed. Become.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-246208 (Claims 2 and 3, FIGS. 1 to 3)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-69688 (sections 2 to 3)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional method for manufacturing an electronic component disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, an Sn plating layer or a Sn—Cu alloy plating layer plated on a material to be plated is melted in a high-temperature gas. Although the generation of whiskers is suppressed, there is a problem that heat treatment when melting each plating layer may have a thermal effect on the inside of the electronic component.
For example, in the method of manufacturing a variable resistor disclosed in Patent Literature 1, as described above, the hoop in which the middle terminal 101 and the outer terminal 102 are integrally provided in the first stage is a first hoop provided with a far-infrared heater. After passing through a heating furnace for about 30 seconds and preheating to about 220 ° C., in a second stage, passing the hoop through a second heating furnace provided with a burner for about 1 second and heating to about 900 ° C., The plating particles in the second plating layer 105 provided on the surfaces of the middle terminal 101 and the outer terminal 102 are melted.
[0011]
Generally, when heat treatment is performed on a component made of a plurality of materials and having a complicated shape, the temperature distribution (variation) becomes large, such as the temperature of a specific portion rising excessively or partially not reaching a predetermined temperature. Care must be taken that the temperature distribution on the surface and inside of the component is made uniform by providing sufficient time.
In Patent Literature 1, the preheating is performed in the first heating furnace provided with the infrared heater to near the melting temperature to minimize the component temperature distribution generated at the time of the main heating by the second heating furnace. Due to the high temperature of 220 ° C. and the long heating time of about 30 seconds, the plating layer on the component surface has a uniform temperature distribution, and at the same time, the temperature inside the component rises due to heat conduction. In addition, thermal stress inside the component is inevitable.
[0012]
Further, in the method for manufacturing a Sn alloy plated material disclosed in Patent Document 2, as described above, the Cu or Cu alloy plated material on which the Sn—Cu alloy layer is plated is continuously formed in air or a reducing atmosphere. Since the Sn—Cu alloy plating layer is heated by being put in a heating furnace to melt the Sn—Cu alloy plating layer, the heat treatment is performed by exposing the material to be plated to a gaseous atmosphere as in Patent Document 2. Become. Therefore, for the same reason as described in Patent Document 1, there is a possibility that the heat treatment may affect the inside of the material to be plated.
[0013]
When the above-described heat treatment disclosed in Patent Literature 1 or Patent Literature 2 is applied to a method of manufacturing a resin-encapsulated semiconductor device widely used as an electronic component, an Sn-based alloy plating layer is formed. Since the heat generated by the heat treatment for melting easily spreads from the leads to the inside of the semiconductor device sealed by the resin package, for example, the internal structure of the semiconductor chip, the lead frame and the sealing resin, etc. Since a large stress is applied due to a phenomenon of separation between objects and rapid volume expansion accompanying vaporization of components contained in the package, the reliability of the semiconductor device is significantly impaired.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and when melting a connection conductive layer formed of a Pb-free Sn-based alloy plating layer formed on the surface of an external terminal to suppress the generation of whiskers, It is an object of the present invention to provide an electronic component, a method for manufacturing the same, and a manufacturing apparatus for preventing the inside of the electronic component from being thermally affected by the heat treatment.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 relates to a method of manufacturing an electronic component in which a connection conductive layer mainly composed of Sn is formed on the surface of an external terminal. A plating step of forming a Sn-based alloy plating layer, and immersing the Sn-based alloy plating layer in a liquid state fluorine-based inert chemical solution heated to a melting point of the Sn-based alloy plating layer for a very short time, thereby forming the Sn-based alloy plating layer. And a heating step of melting the layer.
[0016]
The invention according to claim 2 relates to a method of manufacturing an electronic component in which a connection conductive layer mainly composed of Sn is formed on the surface of an external terminal, and a resin package is formed so as to cover a part of the external terminal. Forming a Pb-free Sn-based alloy plating layer on the surface of the external terminal that is not covered with the package, and a liquid heated to a melting point of the Sn-based alloy plating layer or higher. A heating step of melting the Sn-based alloy plating layer by immersing the Sn-based alloy plating layer in a fluorinated inert chemical solution in a very short time.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing an electronic component according to the first or second aspect, wherein in the heating step, the fluorine-based inert chemical solution is heated to 220 to 280 ° C. within a range not exceeding its boiling point. It is characterized by heating.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the electronic component manufacturing method according to the third aspect, wherein the Sn-based alloy plating layer is heated for 0.2 to 5 seconds in the heating step.
[0019]
The invention according to claim 5 relates to an electronic component manufactured by the method for manufacturing an electronic component according to claim 1, wherein the Sn-based alloy plating layer has a crystal structure in which generation of whiskers is suppressed. Features.
[0020]
The invention according to claim 6 relates to an electronic component manufactured by the method for manufacturing an electronic component according to claim 2, wherein the Sn-based alloy plating layer has a crystal structure in which generation of whiskers is suppressed. Features.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the electronic component according to the fifth or sixth aspect, wherein the Sn-based alloy plating layer is formed by adding a desired metal that forms a low melting point alloy with Sn to Sn. Characterized by having a film thickness of
[0022]
The invention according to claim 8 relates to the electronic component according to claim 7, wherein the desired metal includes Bi.
[0023]
The invention according to claim 9 relates to an electronic component manufacturing apparatus for forming a connection conductive layer containing Sn as a main component on the surface of an external terminal, and a Pb-free Sn-based alloy formed on the surface of the external terminal. A heating unit for melting the plating layer, wherein the heating unit is filled with a fluorine-based inert chemical solution heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the Sn-based alloy plating layer in a heating tank; Is characterized in that the Sn-based alloy plating layer is melted by immersing it in a very short time.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The description will be made specifically using an embodiment.
1 and 2 are process diagrams showing a method of manufacturing an electronic component according to an embodiment of the present invention in the order of steps, FIG. 3 is a perspective view showing an electronic component manufactured by the method of manufacturing the electronic component, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a manufacturing apparatus used for implementing the method of manufacturing the electronic component. Hereinafter, a method of manufacturing the electronic component will be described in the order of steps with reference to FIGS. In this example, a resin-sealed semiconductor device is described as an example of an electronic component.
First, as shown in FIG. 1A, a lead frame 3 made of, for example, an Fe-Ni (iron nickel) alloy and having a tab 1 in the center and a large number of leads 2 integrally formed around the tab 1 is provided. prepare. Next, a semiconductor chip 5 made of, for example, Si (silicon) having a large number of pad electrodes 4 made of, for example, Al (aluminum) formed on the front surface is prepared. Chip bonding is performed by connecting.
[0025]
Next, as shown in FIG. 1B, a wire 6 made of, for example, Au (gold) is connected between the end of the lead 2 of the lead frame 3 and the corresponding pad electrode 4 of the semiconductor chip 5. To perform wire bonding.
[0026]
Next, as shown in FIG. 1C, a resin such as an epoxy resin is used to seal the ends of the leads 2 of the lead frame 3, the semiconductor chip 5 and the bonding wires 6 by a well-known transfer molding method. To form a package 7.
[0027]
Next, as shown in FIG. 2D, a connection conductive layer 8 made of a Sn—Bi alloy is formed on the surface of the lead 2 not covered with the package 7 by a surface treatment method such as an electroplating method. I do. Here, as described above, Bi forms a low melting point alloy with Sn in the same manner as Pb in the Sn-Pb alloy which has been widely used in the past, and plays a role of lowering the melting point of the alloy. The connection conductive layer 8 has a plating film thickness of 10 to 20 μm, for example, in which 0.5 to 6.0 wt (weight)% Bi is added to Sn. Next, the electronic component 9 is manufactured by cutting the lead frame 3 so as to be separated into individual packages 7.
[0028]
Next, as shown in FIG. 2E, in order to suppress the generation of whiskers, the Sn—Bi alloy plating layer constituting the connection conductive layer 8 formed on the surface of the lead 2 of the electronic component 9. Is heated and melted. As a result, the connection conductive layer 8 is changed to the melted connection conductive layer 8A, and the connection conductive layer 8A has a crystal structure (crystal structure) in which the generation of whiskers is suppressed. The above-described heat treatment is performed using the electronic component manufacturing apparatus 10 as shown in FIG.
[0029]
As shown in FIG. 5, the electronic component manufacturing apparatus 10 includes a connection conductive layer made of an Sn—Bi alloy on the surface of the lead 2 along a horizontal direction X from the loader section 12 to the unloader section 13 of the apparatus main body 11. A transport unit 14 for transporting an electronic component 9 which is an object to be processed on which a substrate 8 is formed; a preheating unit 15 for preheating the electronic component 9; A heating unit 16 for immersing and heating in the inert chemical solution, a collecting unit 17 for collecting the inert chemical solution attached from the electronic component 9, a cleaning unit 18 for cleaning the electronic component 9, and drying the electronic component 9 And a drying unit 19. Here, the cleaning unit 18 includes two cleaning units, a first cleaning unit 18A and a second cleaning unit 18B.
[0030]
The transport unit 14 includes a transport rail 20 that moves intermittently along the horizontal direction X, an arm 21 that is supported by the transport rail 20 and that can be extended and contracted along the vertical direction Y, and an object to be processed attached to the arm 21. And a basket 22 for storing a large number of electronic components 9. The basket 22 is made of a material having excellent corrosion resistance such as stainless steel. In order to minimize the heat capacity of the basket itself and to improve the cleaning property, the basket 22 is formed into a simple shape by combining stainless steel pieces as small as possible. Constitute. The basket 22 is provided with a stopper (not shown) for preventing the stored electronic component 9 from moving in the solution. Further, it is desirable that the baskets 22 be configured in multiple stages in order to improve the storage capacity of the electronic components 9.
[0031]
The preheating unit 15 prevents a decrease in the continuous productivity due to a decrease in the temperature of the fluorine-based inert chemical solution due to a sudden and large amount of cold components being immersed in the heating unit 16 when the electronic component 9 is subjected to the heat treatment. The heating temperature is set to 100 to 180 ° C., which is lower than the heating temperature in the heating unit 16 (220 to 280 ° C., as described later). And in the atmosphere or N _Two The electronic component 9 is preheated in an inert atmosphere such as (nitrogen).
[0032]
The heating unit 16 is provided on the surface of the lead 2 of the electronic component 9 to melt the Sn—Bi alloy plating layer forming the conductive layer 8 for connection, and is provided by Galden (trade name of AUSMONT, Italy). The heating tank 16a is filled with a fluorine-based inert chemical solution (boiling point of 230 ° C. or higher) as described above, and the electronic component 9 is immersed in the fluorine-based inert chemical solution. It heats to 220-280 degreeC which is more than the melting point of the said Sn-Bi alloy plating layer. At this time, the higher the temperature of the fluorine-based inert chemical solution, the shorter the processing time becomes. However, the temperature is set so as not to exceed the boiling point of the fluorine-based inert chemical solution.
[0033]
The recovery unit 17 is provided for recovering the fluorine-based inert chemical liquid attached to the electronic component 9. The recovery unit 17 is filled with a recovery tank 17 a using an organic solvent that dissolves the fluorine-based inert chemical solution. The electronic component 9 after the heat treatment is immersed therein. The organic solvent is set at room temperature or below the heating temperature to recover the fluorine-based inert chemical liquid.
[0034]
The first cleaning unit 18A and the second cleaning unit 18B are provided for cleaning the electronic component 9 that has been subjected to the heat treatment, and each cleaning is performed using a heated detergent or a cleaning solution such as pure water. The electronic components 9 having been subjected to the heat treatment are filled in the tanks 18a and 18b and immersed in the cleaning liquid, and the electronic components 9 are washed to remove various kinds of deposits attached to the surfaces thereof.
[0035]
The drying unit 19 is provided for drying the electronic component 9 that has been subjected to the cleaning process, and is heated in a drying furnace 19a to approximately 150 ° C. _Two By supplying gas or dry air, the electronic component 9 which has been subjected to the cleaning process is exposed to the dry atmosphere to evaporate the cleaning liquid adhering to its surface, thereby drying the electronic component.
[0036]
Next, using the electronic component manufacturing apparatus 10 of FIG. 5, the Sn—Bi alloy plating layer forming the connection conductive layer 8 formed on the surface of the lead 2 of the electronic component 9 is heated and melted. The method will be described.
First, a basket 22 containing a large number of electronic components 9 manufactured in the process of FIG. 2D is attached to the arm 21 of the transport unit 14 of the electronic component manufacturing apparatus 10 of FIG. By moving it along, it is transported from the loader unit 12 to the preheating unit 15 in the apparatus main body 11. When the basket 22 is attached, the arm 21 is contracted along the vertical direction Y. Then, in the preheating section 15, the air or N _Two The electronic component 9 is preheated at 100 to 180 ° C. in an inert atmosphere as described above.
[0037]
Next, after transporting the arm 21 to the heating unit 16 by moving the transport rail 20 along the horizontal direction X, the arm 21 is extended along the vertical direction Y to move the basket 22 from 220 to 220 in the heating tank 16a. The electronic component 9 is immersed in a fluorine-based inert chemical solution heated to 280 ° C. for 0.2 to 5 seconds, and is immersed for a very short time and heated. The immersion time is set to the shortest time required for the plating layer to melt, and immediately after the completion of the melting, the immersion is pulled out of the fluorine-based inert chemical solution. Note that the fluorine-based inert chemical liquid is preliminarily heated to the above temperature before the basket 22 is immersed.
[0038]
As described above, performing the heat treatment for a short time by immersing the electronic component 9 in the fluorine-based inert chemical solution for a very short time enables extremely efficient and uniform heating as compared with the following method. I do. In other words, when heating in a high-temperature gas such as an airflow furnace, the amount of heat per unit volume of the gas is small. The efficiency of heat transfer to the surface is worse than heating in liquid. Next, it is very difficult to uniformly heat the surface of an external terminal having a complicated shape by heating using radiation such as far infrared rays. That is, immersing the electronic component in the heating liquid allows the component surface to be heated uniformly and in a short time. By heating in a short time, it is possible to intensively heat only the original Sn—Bi alloy plating layer formed on the surface of the lead 2 while minimizing heat conduction from the component surface to the inside of the package. The stress applied to the package can be reduced.
[0039]
Next, after the arm 21 is contracted along the vertical direction Y, the transfer rail 20 is moved along the horizontal direction X to transfer the arm 21 to the collection unit 17, and then the arm 21 is moved along the vertical direction Y. The basket 22 is immersed in an organic solvent in the recovery tank 17a to recover the fluorine-based inert chemical liquid attached to the electronic component 9 including the surface of the lead 2.
[0040]
Next, after the arm 21 is contracted along the vertical direction Y, the transfer rail 20 is moved along the horizontal direction X to transfer the arm 21 to the first cleaning unit 18A. The basket 22 is extended along Y and the basket 22 is immersed in a cleaning solution in the cleaning tank 18a, and the electronic component 9 is cleaned to remove various kinds of deposits attached to the surface thereof.
[0041]
Next, after the arm 21 is contracted along the vertical direction Y, the transfer rail 20 is moved along the horizontal direction X to transfer the arm 21 to the second cleaning unit 18B. The basket 22 is extended along Y and the basket 22 is immersed in the cleaning solution in the cleaning tank 18a to clean the electronic component 9 and finally remove various kinds of deposits on the surface thereof.
[0042]
Next, after the arm 21 is contracted along the vertical direction Y, the arm 21 is conveyed to the drying unit 19 by moving the conveyance rail 20 along the horizontal direction X, and then the arm 21 is moved along the vertical direction Y. The basket 22 is placed in the drying oven 19a. Then, in the heating furnace 19a, N _Two The electronic component 9 is heated at approximately 150 ° C. in a dry atmosphere such as gas or dry air, and the cleaning liquid attached to the surface of the electronic component 9 is evaporated and dried.
[0043]
Next, after the arm 21 is contracted along the vertical direction Y, the transport rail 20 is moved along the horizontal direction X, so that the basket 22 containing a large number of electronic components 9 is moved from the unloader section 13 to the apparatus main body 11. Transport outside.
[0044]
As described above, according to the electronic component manufacturing method of this example, the Sn—Bi alloy plating layer serving as the connection conductive layer 8 formed on the surface of the lead 2 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the Sn—Bi alloy plating layer. Is melted by being immersed in the fluorinated inert chemical solution for a very short time, so that the Sn—Bi alloy plating layer on the surface of the lead 2 can be uniformly formed in a shorter time and more uniformly than the conventional manufacturing method by heating in a gas atmosphere. The melting process can be performed, and the heat in the heating process can be suppressed from reaching the inside of the electronic component 9 from the lead 2. Therefore, a large stress is not applied to the package 8, and the internal peeling and cracking of the package 8 can be prevented. In addition, since the heat treatment is performed in a state where the electronic component 9 is immersed in the fluorine-based inert chemical solution, oxidation of the electrode surface can be reduced, so that a process advantageous for solder mountability and connection reliability can be performed. become.
[0045]
In addition, the electronic component manufacturing apparatus 10 used for implementing the electronic component manufacturing method of this example can be configured by combining well-known means, so that an electronic component that suppresses generation of whiskers can be manufactured with a simple configuration. be able to. In addition, compared to a heating method in a gas such as reflow, since the temperature drop of the heating tank due to component introduction is small, it is easy to increase the number of electronic components per processing unit, and it is possible to further reduce costs. Will be possible.
[0046]
As shown in FIGS. 3 and 4, an electronic component (resin-sealed semiconductor device) 9 manufactured by the method for manufacturing an electronic component of this example is formed from both sides of a package 7 formed by molding a resin, for example. For example, it has a configuration in which a large number of leads 2 made of an Fe—Ni alloy are drawn out, and a conductive layer 8 for connection made of a Sn—Bi alloy plating layer is formed on the surface of each lead 2 in advance. As described above, the Sn—Bi alloy plating layer that constitutes the layer 8 is made of a fluorine-based inert material that is heated to 220 to 280 ° C. in the heating unit 16 using the electronic component manufacturing apparatus 10 in FIG. Since it is melted by being immersed in the chemical solution for a very short time and the crystal structure is changed to the stable molten conductive layer for connection 8A, it has a crystal structure in which the generation of whiskers is suppressed. . In addition, in order to facilitate mounting of the completed electronic component 9 on a mounting board, the end of the lead 2 as an external terminal is bent as shown in FIG.
[0047]
As described above, according to the method for manufacturing an electronic component of this example, the Sn—Bi alloy plating layer that forms the connection conductive layer 8 formed on the surface of the lead 2 has a melting point equal to or higher than the melting point of the Sn—Bi alloy plating layer. Since it is melted by being immersed in a fluorine-based inert chemical solution heated to 280 ° C. for a very short time of 0.2 to 5 seconds, only the Sn—Bi alloy plating layer can be intensively heated. In addition, it is possible to suppress the heat in the heat treatment from reaching from the lead 2 to the inside of the electronic component 9.
In addition, according to the electronic component 9 of this example, the Sn—Bi alloy plating layer constituting the conductive layer 8 for connection is formed on the surface of the lead 2, and the Sn—Bi alloy plating layer has a melting point of the Sn—Bi alloy plating layer. Since it is melted by being immersed in the above-mentioned heated fluorine-based inert chemical solution for a very short time and the crystal structure is changed to the stable molten conductive layer for connection 8A, the generation of whiskers is suppressed. Is suppressed.
In addition, according to the electronic component manufacturing apparatus 10 of this example, the heating unit 16 that melts the Sn—Bi alloy plating layer that forms the connection conductive layer 8 formed on the surface of the lead 2 is provided. The bath 16a is filled with a fluorine-based inert chemical solution heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the Sn-Bi alloy plating layer, and the Sn-Bi alloy plating layer is immersed in the fluorine-based inert chemical solution for a very short time. Therefore, an electronic component that suppresses the generation of whiskers can be manufactured with a simple configuration.
Therefore, when melting the connection conductive layer formed of the Pb-free Sn-based alloy plating layer formed on the surface of the external terminal in order to suppress the generation of whiskers, the heat treatment has a thermal effect on the inside of the electronic component. Is gone.
[0048]
Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the present invention is applicable even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. include. For example, in the embodiment, the example in which the connection conductive layer is formed on the lead-shaped external terminal has been described. However, the present invention is not limited to the lead shape and can be applied as long as it plays a role as an external terminal. Further, in the embodiment, an example in which the electronic component is applied to an IC has been described. However, in addition to the IC, an insertion mounting type transistor 23 as shown in FIG. 6A, and as shown in FIG. The present invention can also be applied to other electronic components such as a surface-mounted transistor 24 or an electrolytic capacitor 25 as shown in FIG. Further, the present invention is not limited to application to electronic component processing as a whisker countermeasure, but can be applied to a case where the surface is uniformly heated while thermal stress on the internal structure of the object is minimized. For example, the present invention can be applied to a heat treatment for attaching a solder ball to a BGA (Ball Grid Array) package, a heat treatment for mounting an electronic component on a substrate, and the like.
[0049]
Further, as a surface treatment method for forming a connection conductive layer made of a Sn-based alloy on a lead as an external terminal of an electronic component, an example has been described of an electroplating method. Other plating methods such as an electrolytic plating method, a chemical plating method, or a plating method combining an electrolytic plating method and an electroless plating method can be used. Further, the lead for forming the conductive layer for connection made of the Sn-based alloy according to the present invention has been described in the example using the Fe-Ni alloy. However, the present invention is not limited to this, and the lead using the Fe-based alloy containing other metal components may be used. You may. Further, not limited to the Fe-based alloy, Cu or a Cu-based alloy containing Cu as a main component can be used. Further, in the embodiment, the Sn-based alloy is described as an Sn-Bi alloy, but pure Sn or a metal forming a low melting point alloy with Sn is not limited to Bi, but may be Ag (silver), Other metals such as Cu or Zn (zinc) can be used. Further, in the embodiment, an example in which a fluorine-based inert chemical solution is used has been described. However, it is not limited if the boiling point of the liquid is a temperature equal to or higher than the plating melting point under the pressure during heat treatment and does not affect the electrodes such as corrosion. Can be applied.
[0050]
Further, in the electronic component manufacturing apparatus shown in the embodiment, the preliminary heating section is provided before the heating section, but it is possible to appropriately change this, for example, not to perform the preliminary heating section or to perform the preliminary heating section in a liquid. In addition, although an example in which two cleaning units are provided has been described, it is not always necessary to provide two cleaning units, and the number of cleaning units can be appropriately increased or decreased according to the number of electronic components which are the processing objects. Further, the recovery unit of the electronic component manufacturing apparatus has been described using an example using organic melting, but may be configured by physical recovery means by air blow without using an organic solvent, or a combination thereof. In addition, it is possible to improve the wettability by removing the surface oxide film or the film by an etching treatment in an acid or alkali solution after the heat treatment. In addition, the electronic component manufacturing apparatus increases the airtightness of the entire apparatus and lowers the oxygen concentration, thereby preventing oxidation of the electronic component to be processed and simultaneously recovering volatile components of the fluorine-based inert chemical liquid. It is also possible to provide a simple mechanism.
[0051]
When the electronic component is immersed in the fluorine-based inert chemical solution, if only the leads are immersed without immersing the entire electronic component, damage to the package can be further reduced. When the electronic components are immersed in the fluorine-based inert chemical solution, the lead components are not immersed as described in the examples, but are immersed in the lead frame before molding, that is, before the lead frame is formed. You may do it. In addition, when strict heating time, temperature control, and partial heat treatment are performed, not only immersion in the heating liquid described in the embodiment, but also a heating inert gas ejected from a nozzle to a fixed electronic component. Is also possible.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the method for manufacturing an electronic component of the present invention, the Pb-free Sn-based alloy plating layer constituting the connection conductive layer formed on the surface of the external terminal is replaced with the Sn-based alloy plating layer. Since it is melted by immersing it in a fluorine-based inert chemical solution heated to a melting point or higher for a very short time, only the Sn-based alloy plating layer on the surface can be intensively heated. From inside to the inside of the electronic component.
Further, according to the configuration of the electronic component of the present invention, the Sn-based alloy plating layer forming the conductive layer for connection is formed on the surface of the external terminal, and the Sn-based alloy plating layer has a melting point equal to or higher than the melting point of the Sn-Bi alloy plating layer. It is melted by being immersed in a heated fluorine-based inert chemical solution for a very short time, and the crystal structure is changed to a stable molten conductive layer for connection, so the generation of whiskers is suppressed. I have.
Further, according to the electronic component manufacturing apparatus of the present invention, the electronic component manufacturing apparatus further includes a heating unit that melts the Sn-based alloy plating layer constituting the conductive layer for connection formed on the surface of the external terminal, and the heating unit includes a Sn-based alloy in the heating tank. A fluorine-based inert chemical solution heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the alloy plating layer is filled, and the Sn-based alloy plating layer is configured to be melted by being immersed in the fluorine-based inert chemical solution for a very short time. Therefore, an electronic component that suppresses the generation of whiskers can be manufactured with a simple configuration.
Therefore, when melting the connection conductive layer formed of the Pb-free Sn-based alloy plating layer formed on the surface of the external terminal in order to suppress the generation of whiskers, the heat treatment has a thermal effect on the inside of the electronic component. Is gone.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process chart showing a method of manufacturing an electronic component according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 2 is a process chart showing a method of manufacturing the electronic component in the order of steps.
FIG. 3 is a perspective view showing an electronic component manufactured by the electronic component manufacturing method.
FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a manufacturing apparatus used for performing the method of manufacturing the electronic component.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of an electronic component to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a partial configuration of a variable resistor as an example of a conventional electronic component.
[Explanation of symbols]
1 tab
2 Lead (external terminal)
3 Lead frame
4 Pad electrode
5 Semiconductor chip
6 Bonding wire
7 Package
8 Conductive layer for connection
8A molten conductive layer for connection
9 Electronic components (resin-sealed semiconductor devices)
10 Electronic component manufacturing equipment
11 Main unit
12 Loader section
13 Unloader section
14 Transport unit
15 Preheating section
16 heating section
16a heating tank
17 Collection section
17a Collection tank
18, 18A, 18B Cleaning unit
18a, 18b Cleaning tank
19 drying section
19a Drying tank
20 transport rail
21 arm
22 baskets
23 Insertion mounting type transistor
24 Surface Mount Small Signal Transistor
25 Electrolytic capacitor

Claims

A method for manufacturing an electronic component in which a connection conductive layer made of a metal thin film containing Sn as a main component is formed on a surface of an external terminal,
A plating step of forming a Pb-free Sn-based alloy plating layer on the surface of the external terminal;
A heating step of melting the Sn-based alloy plating layer by immersing the Sn-based alloy plating layer in a liquid state fluorine-based inert chemical liquid heated to a melting point of the Sn-based alloy plating layer for a very short time,
A method for manufacturing an electronic component, comprising:

A method for manufacturing an electronic component in which a connection conductive layer made of a metal thin film containing Sn as a main component is formed on a surface of an external terminal,
A package forming step of forming a resin package so as to cover a part of the external terminal;
A plating step of forming a Pb-free Sn-based alloy plating layer on the surface of the external terminal not covered with the package;
A heating step of melting the Sn-based alloy plating layer by immersing the Sn-based alloy plating layer in a liquid state fluorine-based inert chemical liquid heated to a melting point of the Sn-based alloy plating layer for a very short time,
A method for manufacturing an electronic component, comprising:

The method according to claim 1, wherein in the heating step, the fluorine-based inert chemical solution is heated to 220 to 280 ° C. within a range not exceeding its boiling point.

4. The method according to claim 3, wherein in the heating step, the Sn-based alloy plating layer is heated for 0.2 to 5 seconds.

An electronic component manufactured by the electronic component manufacturing method according to claim 1,
The electronic component, wherein the Sn-based alloy plating layer has a crystal structure in which generation of whiskers is suppressed.

An electronic component manufactured by the electronic component manufacturing method according to claim 2,
The electronic component, wherein the Sn-based alloy plating layer has a crystal structure in which generation of whiskers is suppressed.

The electronic component according to claim 5, wherein the Sn-based alloy plating layer has a desired thickness by adding a desired metal that forms a low melting point alloy with Sn to Sn.

The electronic component according to claim 7, wherein the desired metal includes Bi.

An electronic component manufacturing apparatus for forming a connection conductive layer containing Sn as a main component on a surface of an external terminal,
A heating unit that melts the Pb-free Sn-based alloy plating layer formed on the surface of the external terminal; the heating unit includes a fluorine-based inert gas heated in a heating bath to a temperature equal to or higher than the melting point of the Sn-based alloy plating layer; An electronic component manufacturing apparatus characterized in that a chemical solution is filled and the Sn-based alloy plating layer is melted by being immersed in the fluorine-based inert chemical solution for a very short time.