JPH0435909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子機器の軽量化、薄形化、小形化に
寄与する電子部品の一種であるDIP（デユアルイ
ン パツケージ）などの半導体装置の電極処理方
法に関するものである。

従来の技術 従来、この種の半導体装置は、第３図に示すよ
うな構成であつた。

第３図は例として、プラスチツク リーテツド
チツプ キヤリア（以下PLCCという）型半導体
装置を示しており、同図ａは斜視図、同図ｂは断
面図である。図において、１はシリコン（Si）ペ
レツト、２はボンデイングワイヤ、３は外部導出
用電極、４は樹脂である。ここで、外部導出用電
極３は銅（Cu）系素材にニツケル（Ni）の下地
メツキを施し、その上にはんだ（Sn−Pb系合金）
メツキを施してある。

第４図は例としてデユアル インライン パツ
ケージ（以下DIPという）型半導体装置の斜視図
を示している。このDIP型半導体装置での外部導
出用電極３は、銅（Cu）系または鉄−ニツケル
（Fe−Ni）系素材にはんだ（Sn−Pb系合金）メ
ツキを施してある。この時、銅（Cu）系素材の
場合は下地メツキとしてニツケル（Ni）メツキ
が施されていることもある。また、はんだ（Sn
−Pb系合金）メツキの代りに鉛（Pb）メツキが
用いられることもある。

このように従来の半導体装置は、電極部の最外
層に低融点金属メツキ膜または低融点合金メツキ
膜（以下、これらを低融点金属メツキ膜と総称す
る）を有し、また場合によつては下地層として上
記低融点金属メツキ膜よりも融点が高く、しかも
低融点金属メツキ膜と親和性のよい材料からなる
高融点金属膜または高融点合金膜（以下、これら
を高融点金属膜と総称する）が形成された構造と
なつている。

このような従来の構成の半導体装置では、電極
部の最外層が低融点金属メツキ膜から構成され、
その表面が粗面になつており、表面積が非常に大
きなものとなつている。このため、これらの膜は
異物の吸蔵やガスの吸着がしやすくなり、長期間
保存した場合には電極表面が酸化などの化学変化
を起こし、プリント基板への実装はんだ付け時に
はんだ付け不良を発生させる可能性が大であると
いう問題点があつた。また、表面を平滑なものと
するために低融点金属メツキ膜を光沢メツキで構
成した場合には、不純物（有機物）を含んでいる
ためにはんだ付け性が悪いという致命的な欠点を
有している。

さて、上述したような電極部の表面が粗面にな
つている低融点金属メツキ膜を平滑な面とするた
めの電極処理方法としては、雰囲気炉、赤外線
炉、熱風炉、熱板などを用いる加熱電極処理方法
あるいはベーパーフエイズソルダリング法
（VPS法）を利用する方法が知られている。その
中より、一例として赤外線加熱器を利用した半導
体装置の電極処理方法について、以下に説明す
る。

第５図はこの赤外線加熱器を利用した電極処理
方法を実施するための装置の概略構成図を示すも
のである。

第５図において、５は第３図または第４図に示
したような構造を有する半導体装置、６は半導体
装置整列機、７はフラツクス塗布機、８は赤外線
加熱器、９は冷却器、１０は電極処理済半導体装
置取出し機、１１はベルト駆動部、１２は電極処
理装置架台、１３は半導体装置搬送ベルト、１４
はベルト洗浄器である。

そして、半導体装置の電極部の低融点金属メツ
キ膜を溶融させる工程としては、半導体装置整
列→フラツクス塗布→加熱溶融→冷却固化
→半導体装置取出しの５工程からなつている。
すなわち、ベルト駆動部１１により搬送される半
導体装置搬送ベルト１３上に半導体装置整列機６
より半導体装置５を供給し、次の工程で半導体装
置５にフラツクスを塗布した後、トンネル式の赤
外線加熱器８でフラツクスを塗布した電極部を加
熱溶融させ、続いてその溶融部を冷却器９によつ
て冷却固化させ、その後電極処理済半導体装置取
出し機１０でもつて電極処理の済んだ半導体装置
５を取出す訳である。また、半導体装置搬送ベル
ト１３はベルト洗浄器１４で洗浄された後、再び
半導体装置５が供給されるようになつている。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の電極処理方法では、各工程に
独立の設備が必要な上に、半導体装置搬送ベルト
がフラツクスで汚れるため、洗浄器を設置しなけ
ればならない。また、そのようなことより設備が
大きくならざるを得なく、しかも各設備間のタイ
ミングをとるために（搬送ベルトで搬送される半
導体装置の移送速度と、フラツクス塗布や半導体
装置取出しのタイミングとを同期させるため）、
精度が必要な設備にならざるを得ないという基本
的な問題点をもつものであつた。

以下に、この上述した電極処理方法のもつ問題
点について列挙する。

半導体装置の電極部を溶融した際に、互いの
半導体装置の電極部がくつつかないように個々
の半導体装置の間隔をとり整列しなければなら
なく、このことが量産性を阻害する大きな要因
となる。

空気中にて加熱溶融させるため、溶融金属表
面の酸化防止としてフラツクスが必要である。

フラツクスを使用するため、フラツクスが加
熱されて半導体装置に焼付き、半導体装置の洗
浄が困難である。

加熱部はトンネル式になつているため、空気
が自由に出入りし、温度を安定化させることが
難しい。

搬送ベルトも同時に加熱されているため、加
熱および冷却に時間がかかることになり、非常
に長い炉が必要となるとともに、しかも急冷す
るためには冷却器が必要となる。

搬送ベルトにフラツクスが付着し、設備の故
障の原因にもなるので、搬送ベルトの洗浄を実
施しなければならない。

設備全体からみても機械的に動く部分が多
く、その上にフラツクスを使用しているため、
フラツクスが設備の動く部分に付着して故障を
起こし、設備の稼動率を落とす原因となりやす
い。このように第５図に示す赤外線加熱器を利
用した電極処理方法では、多くの問題点を有し
ており、その改善が強く求められている。

また、上述したところの他の電極処理方法に
おいても、大なり小なり、この赤外線加熱器を
利用した電極処理方法と類似した問題点を有し
ている。そして、上記のPLCCなどの寸法は、
例えば１８ピンの矩形PLCC型半導体装置では
8.31mm×11.86mmと小さいこともあり、また上
述したように従来知られているところの電極処
理方法が非常に多くの問題点を有していること
もあつて、現在の半導体装置においては電極部
の表面を平滑なものとする処理がほとんどなさ
れていないのが実情である。

本発明は上述したような半導体装置の電極部
がもつ問題点を解決し、半導体装置の電極部表
面積を小にし、しかも平滑化してはんだ濡れ性
の改善と長期の保存に対してはんだ付けの信頼
性を向上させることを第１の目的としている。
また、本発明の第２の目的は従来知られている
ところの電極処理方法のもつ問題点を解決し、
機械的に動く部分をなくし、半導体装置を整列
することなく投入しても、溶融時に互いの半導
体装置の電極部同志がくつつくことなく、溶融
処理が可能で、溶融温度も精度よくコントロー
ルすることができ、しかもフラツクスを使用せ
ずに量産性よく半導体装置の電極処理を行うこ
とを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 以上のような問題点を解決するために本発明
は、筒状容器にオイルなどの高沸点液体を入れる
とともにその容器中における上記高沸点液体に温
度勾配をもたせ、電極に低融点金属膜（または低
融点合金膜）を保持した半導体装置を、上記容器
中における上記高沸点液体の高温部側より低温部
側に移動させ、高温部にて上記電極部の上記低融
点金属膜（または低融点合金膜）を溶融させ、低
温部にて冷却し、溶融部を固化させるようにした
ものである。また、好ましい実施形態としては、
高沸点液体として、天然植物系オイル、天然動物
系オイル、天然鉱物系オイル、合成シリコン系オ
イルまたはグリセリンのいずれか１つを用いてな
るものである。さらに、低融点金属膜（低融点合
金膜）が電気メツキ膜または化学メツキ膜で構成
されてなるものである。

作 用 この構成によれば、低融点金属膜（低融点合金
膜）が容器中における高沸点液体の高温部側で溶
融され、低温部側で冷却されるため、溶融時に表
面張力が働き、表面積は小さくなつており、この
状態で冷却されることによつて、メツキ膜などで
形成された低融点金属膜（低融点合金膜）のもの
と比較して極めて表面積が小さくなり、しかも表
面も平滑になつて保存中に異物の付着やガスの吸
着が極端に少ないものとなる。また、溶融時に表
面あるいはくぼみの内部に吸着、吸蔵していた異
物、ガス類も放出されるので、最外層の膜自体も
不純物を含まない清潔な膜になり、はんだ濡れ性
およびはんだ付け信頼性の向上につながることと
なる。そして、電極処理としては、高沸点液体中
を半導体装置が高温部側より低温部側に移動する
だけであり、複雑な設備を使用することなく、簡
単にして実施することができる。また。このよう
な高沸点液体中で溶融、冷却が行われ、しかも低
温部側では半導体装置の電極同志がくつつくこと
はないため、半導体装置を電極処理時に整列させ
ることなく、バラバラの状態で多量に投入するだ
けで処理ができ、しかも半導体装置が液体と接触
しているために加熱、冷却が短時間で終了するこ
とにより、非常に量産性が高いものとなる。さら
に、高沸点液体中にて溶融、冷却が行われ、空気
と触れる機会がないので、溶融時でも電極部表面
が酸化される心配がないものである。また、液体
中で溶融処理を行うということは、空気と比較し
て、溶融体（低融点金属または低融点合金）と接
触している高沸点液体の比重が大で、しかも粘度
が大であるため、周囲より溶融した金属に圧力を
かけることになり、溶融金属表面状態が波打たず
に平滑な面になり、厚みも均一なものができるこ
ととなる。なお、高沸点液体として天然植物系オ
イルなどのオイルやグリセリンといつたフラツク
スの作用を有した液体を使用することにより、フ
ラツクスは不要となり、そのために設備は簡素化
されるとともに処理済半導体装置の洗浄も非常に
容易なものとなる。また、低融点金属膜（低融点
合金膜）としては電気メツキ膜や化学メツキ膜で
構成されてなるものが、厚みを均一に作る上で有
利である。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。

第１図は本発明における半導体装置の電極処理
方法を実施するための装置の一例を示す概略構成
図である。

第１図において、５は第３図および第４図に示
したような構造を有する半導体装置で、第５図と
同一符号を付してある。１５は例えば長さ約160
cm、内径約９cmのガラス製の筒状容器で、ここで
は縦型に設置されている。１６はこの容器１５中
に入れられた天然植物系オイルであるやし油、１
７は上記筒状容器１５の上部外周に設けられたマ
ントルヒータなどの加熱器、１８は上記筒状容器
１５の上面開口部より上記半導体装置５をその容
器１５内に投入するためのパーツフイーダであ
る。

この実施例は上述したように筒状容器１５を縦
型に設置した例であり、本発明方法を実施するた
めの基本的な装置構成となるものである。

次に、この第１図の装置を用いて、半導体装置
５の電極部表面を処理する方法について説明す
る。まず、加熱器１７でガラス製の筒状容器１５
の上部を250〜280℃に加熱する。この時、筒状容
器１５の内部にやし油１６が入つているため、や
し油１６が250〜280℃に加熱される。この加熱さ
れたやし油１６は比重が小になり、下部の比重が
大である低温部へは対流せずに上部のみで対流を
起こす。そのために筒状容器１５内におけるやし
油１６に上部より下部へ向かつて高温状態から低
温状態となる温度勾配ができ、低部側は常温を保
つことができる。上記のような準備の整つたとこ
ろへ、やし油１６の液面上方より筒状容器１５内
にパーツフイーダ１８から半導体装置５を投入す
る。ここで、この実施例で使用した半導体装置５
はPLCC型半導体装置で、電極部の構造が、素材
はCu、下地メツキはNi、最外層（低融点金属メ
ツキ膜）にはSn：Pb＝60：40の厚み７〜10μmの
電気メツキ膜を有したものである。また、上記最
外層材料の融点は、180〜190℃である。

そして、上記仕様の半導体装置５をパーツフイ
ーダ１８を使い、180個分の速度で加熱されたや
し油１６面に落下投入する。これにより、半導体
装置５はやし油１６面に当り、やし油１６中を落
下していく、この時、やし油１６と半導体装置５
の摩擦のために、半導体装置５は個々に分離され
た状態で落下し、250〜280℃に加熱された高温部
で電極の最外層であるSn−Pb合金メツキ膜が溶
融され、温度勾配の付いている低温部に落下して
いき、やし油１６の温度がおよそ180℃以下にな
つた部分を通過した時点より溶融部が固化され、
表面が滑らかな電極を有した半導体装置５として
筒状容器１５の底部に溜まる。この時、筒状容器
１５の底部は常温であるので、半導体装置５同志
が接触しても電極同志がくつつく心配はない。こ
こで、電極表面処理の済んだ半導体装置５の取出
し方法については、例えばやし油１６の高温部の
ものを抜出し、部品投入口より取出すか、または
筒状容器１５の底部に栓を付けておき、その栓を
開くことによりやし油１６とともに取出すなどの
方法が考えられる。このようにして半導体装置５
の低融点金属メツキ膜の溶融処理が行われる。

次に、本発明の他の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。第２図は本発明における半導体装置
の電極処理方法を実施するための装置の他の例を
示す概略構成図である。

第２図において、５は第４図に示したような構
造を有する半導体装置で、第１図と同一符号を付
してある。この第２図での半導体装置５はDIP型
であるため、第４図に示したように外部導出用電
極３がムカデの足のようになつている。そのた
め、上述した第１図に示す実施例のように縦型に
設置した筒状容器１５の上からDIP型の半導体装
置５を投入すると、外部導出用電極３同志がから
まつてしまう恐れがある。

そこで、本装置では第２図に示すように、筒状
容器１５ａを傾斜させておき、上記第４図に示す
外部導出用電極３が上になるようにしてパーツフ
イーダ１８からそのDIP型の半導体装置５を筒状
容器１５ａ内に投入する。この投入された半導体
装置５は筒状容器１５ａの傾斜面を滑り落ちる間
に、やし油１６の高温部側から低温部側へ移動
し、筒状容器１５ａの底部側と連絡して設置され
た貯槽１９に溜まる。この貯槽１９内のやし油１
６は、加熱器１７による加熱の影響を受けること
がなく、常温に保たれているので、貯槽１９の上
部開口部側から溜つた半導体装置５を取出すこと
ができる。この時、網状受け器を予め貯槽１９の
内部底面に置いておき、その中に処理済みの半導
体装置５が溜つた時点でパーツフイーダ１８から
の投入を中止し、網状受け器を引き上げて処理済
みの半導体装置５を取出すようにすると良い。

本実施例において、半導体装置５はDIP型半導
体装置であり、外部導出用電極３の構造が、素材
はCuで、その上に低融点金属メツキ膜として
Sn：Pb＝60：40の厚み７〜10μmの電気メツキ膜
を有したものである。そして、上記仕様の半導体
装置５をパーツフイーダ１８を使い、120個／分
の速度で加熱されたやし油１６面に落下投入す
る。これにより半導体装置５は傾斜した筒状容器
１５ａの内壁面を一例になつて滑り落ち、貯槽１
９に溜つた。この溜つた半導体装置５を取出した
ところ、Sn−Pb合金メツキ膜は上記第１図の実
施例の場合と同じく表面が滑らかであつた。ここ
で、やし油１６中におけるSn−Pb合金メツキ膜
の溶融、固化の様子は第１図の実施例の場合と同
じであり、詳細な説明は省略する。

以上の実施例においては、PLCC型、DIP型の
半導体装置を例にとつて本発明を説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、外部導出
用電極に低融点金属膜または低融点合金膜を備え
た半導体装置全般にわたつて適用できることは言
うまでもなく、クオド フラツト パツケージ
（QFP）、スモール アウトライン パツケージ
（SOP）、スモール アウトライン ジエイベン
ド パツケージ（SOJ）型半導体装置などにも適
用できるものである。

さらに、上記の実施例においては、高沸点液体
として天然植物系オイルであるやし油を使用した
場合について説明したが、これはその他に天然動
物系オイル、天然鉱物系オイル、合成シリコン系
オイル、またはグリセリンなどのフラツクスの作
用を有した材料が同様の効果をもつものとして使
えるものであり、さらにはこれらの材料にとどま
らず、半導体装置の電極部における溶融体（低融
点金属膜）の融点よりも高い沸点を有する高沸点
液体であれば使用可能なものである。また、溶融
される半導体装置の電極部最外層としては、電気
メツキや化学メツキで構成された低融点金属メツ
キ膜（低融点合金メツキ膜）に限られることはな
く、溶射や蒸着などにより形成された低融点金属
膜（低融点合金膜）であつても差支えないもので
ある。さらに、これらの低融点金属膜（低融点合
金膜）を構成する材料としては、上記実施例のは
んだの他に、一般によく用いられるスズや、さら
には鉛などが使用可能なものである。

そして、低融点金属膜（低融点合金膜）の融点
は100〜550℃、膜厚は1μm以上であることが好ま
しい。まず、融点が100℃未満の場合ははんだ付
けした後、再溶融金属膜が部品使用中に自己発熱
で溶融してしまうことがあり、550℃を超える場
合は内部の半導体や被覆材料が破壊されてしま
い、半導体装置としての性能を保持できなくなる
恐れがある。また、膜厚が1μm未満の場合、熱処
理後に均一な膜が形成できなく、実装時における
はんだ付けの信頼性が落ちることになり、保管中
に酸化してしまうことにもなる。この膜厚は８〜
15μmであれば非常にはんだ付けがしやすいこと
が実験により確認されている。

発明の効果 以上のように本発明における半導体装置の電極
処理方法は構成されているものであり、数多くの
特徴を有している。まず、低融点金属膜（低融点
合金膜）が容器中における高沸点液体の高温部側
で溶融され、低温部側で冷却されるため、溶融時
に表面張力が働き、表面積は小さくなつており、
この状態で冷却されることによつて、メツキ膜な
どで形成された低融点金属膜（低融点合金膜）の
ものと比較して極めて表面積が小さくなり、しか
も表面も平滑になつて保存中に異物の付着やガス
の吸着が極端に少ないものとなる。また、溶融時
に表面あるいはくぼみの内部に吸着、吸蔵してい
た異物、ガス類も放出されるので、最外層の膜自
体も不純物を含まない清潔な膜になり、はんだ濡
れ性およびはんだ付け信頼性が向上することとな
る。そして、電極処理としては、高沸点液体中を
半導体装置が高温部側より低温部側に移動するだ
けであり、複雑な設備を使用することなく、簡単
にして実施することができる。また、このように
高沸点液体中で溶融、冷却が行われ、しかも低温
部側では半導体装置の電極同志がくつつくことは
ないため、半導体装置を電極処理時に整列させる
ことなく、バラバラの状態で多量に投入するだけ
で処理ができ、しかも半導体装置が液体と接触し
ているために加熱、冷却が短時間で終了すること
により、非常に量産性が高いものとなる。さら
に、高沸点液体中にて溶融、冷却が行われ、空気
と触れる機会がないので、溶融時でも電極部表面
が酸化される心配がないものである。また、液体
中で溶融処理を行うということは、空気と比較し
て、溶融体（低融点金属または低融点合金）と接
触している高沸点液体の比重が大で、しかも粘度
が大であるため、周囲より溶融した金属に圧力を
かけることになり、溶融金属表面状態が波打たず
に平滑な面になり、厚みも均一なものができるこ
ととなる。なお、高沸点液体として天然植物系オ
イルなどのオイルやグリセリンといつたフラツク
スの作用を有した液体を使用することにより、フ
ラツクスは不要となり、そのために設備は簡素化
されるとともに処理済半導体装置の洗浄も非常に
容易なものとなる。また、低融点金属膜（低融点
合金膜）としては電気メツキ膜や化学メツキ膜で
構成されてなるものが、厚みを均一に作る上で有
利である。

さらに、本発明の効果を以下に列挙する。

半導体装置を整列することなく投入できるの
で、半導体装置の寸法に関係なく同一設備で処
理することができる。また、寸法の異なつた半
導体装置を混合して処理することもできる。

フラツクスを使用することなく処理できるた
め、洗浄が容易であり、しかもフラツクスの焼
付きがなく出来上りがきれいである。

熱媒体が高沸点液体のため、温度コントロー
ルも精度が高く、高沸点液体と半導体装置が接
触しているため、熱伝達が早く、溶融および固
化の処理が短時間ででき、しかも溶融処理の信
頼性が高い。すなわち、溶融の失敗がないもの
となる。

高沸点液体に温度勾配を付けているため、処
理済半導体装置を低温部に一度に山積状態で溜
めることができ、まとめて一度に取出しが可能
で、取出し作業が非常に簡素化できる。

高沸点液体の種類または比重を選ぶことによ
り、半導体装置の液体中の通過時間を変えるこ
とができる。また、高沸点液体の温度勾配を変
えることにより、比重が変化するので半導体装
置の液体中の通過時間を同じく変えることがで
きる。これにより、半導体装置の低融点金属膜
または低融点合金膜の種類あるいは寸法形状が
変わつても容易に対処することができる。

機械的に動く部分が全くないので、設備の故
障が皆無といつてよく、稼動率が飛躍的に向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるチツプ部品の電極処理
方法を実施するための装置の一実施例を示す概略
構成図、第２図は同じく本発明方法を実施するた
めの他の装置の例を示す概略構成図、第３図ａ，
ｂおよび第４図はそれぞれ半導体装置の一種であ
る。PLCC型、DIP型半導体装置を示す斜視図、
断面図、斜視図、第５図は従来知られているとこ
ろの半導体装置の電極処理方法を実施するための
装置の一例を示す概略構成図である。 １……Siペレツト、２……ボンデイングワイ
ヤ、３……外部導出用電極、４……樹脂、５……
半導体装置、１５，１５ａ……筒状容器、１６…
…やし油（高沸点液体）、１７……加熱器、１８
……パーツフイーダ、１９……貯槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒状容器にオイルなどの高沸点液体を入れる
   とともにその容器中における上記高沸点液体に温
   度勾配をもたせ、電極に低融点金属膜または低融
   点合金膜を保持した半導体装置を、上記容器中に
   おける上記高沸点液体の高温部側より低温部側に
   移動させ、高温部にて上記電極部の上記低融点金
   属膜または低融点合金膜を溶融させ、低温部にて
   冷却し、溶融部を固化させるようにした半導体装
   置の電極処理方法。 ２ 高沸点液体として、天然植物系オイル、天然
   動物系オイル、天然鉱物系オイル、合成シリコン
   系オイルまたはグリセリンのいずれか１つを用い
   てなる特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
   電極処理方法。 ３ 低融点金属膜にスズまたは鉛を用いてなる特
   許請求の範囲第１項記載の半導体装置の電極処理
   方法。 ４ 低融点合金膜にはんだを用いてなる特許請求
   の範囲第１項記載の半導体装置の電極処理方法。 ５ 低融点金属膜または低融点合金膜が電気メツ
   キ膜または化学メツキ膜で構成されてなる特許請
   求の範囲第１項記載の半導体装置の電極処理方
   法。