JPS6340281A - 半導体装置の電極処理方法 - 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 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Ｄ工Ｐ（デュアルイン　パッケー
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
であった。

第３図は例として、プラスチック　リーチリドチップ　
キャリア（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、同図すは断面図である。図にお
いて、１はシリコン（Ｓｉ　）ペレット、２はボンディ
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）系素材に二・ソケ
ル（Ｎｉ）の下地メッキを施し、その上にはんだ（Ｓｎ
　−Ｐｂ系合金）メッキラ施しである。

第４図は例としてデュアル　インライン　バ・・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ｔｈｅは鉄−ニッケ／ｌ／（Ｆｅ　　−
Ｎｉ　）系素材だはんだ（Ｓｎ　−Ｐｂ系合金）メ・Ｉ
キを施しである。この時、銅（Ｃｕ　）系素材の場合は
下地メッキとしてニッケル（Ｎｉ）メッキが施されてい
ることもある。また、はんだ（Ｓｎ−Ｐｂ系合金）メッ
キの代りに鉛（ｐｂ）メッ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
点金属メッキ膜または低融点合金メッキ膜（以下、これ
らを低融点金属メッキ膜と総称する）を有し、まｔ場合
によっては下地層として上記低融点金属メッキ膜よりも
融点が高く、シかも低融点金属メッ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
なっている。

このような従来の構成の半導体装置では、電極部の最外
層が低融点金属メッキ膜から構成され、その表面が粗面
になっており、表面積が非常に大きなものとなっている
。このｋめ、これらの膜は異物の吸蔵やガスの吸着がし
やすくなシ、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
は時にはんだ付は不良を発生させる可能性が大であると
いう問題点があった。また、表面を平滑なものとするた
めに低融点金属メッキ膜を光沢メッ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は性
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っている
低融点金属メッキ膜を平滑な面とするだめの電極処理方
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ペ
ーパーフェイズンルダリング法（ｖｐｓ法）金利用する
方法が知られている。その中より、−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
施するだめの装置の概略構成図を示すものである。

第６図において、６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
はフラックス塗布機、８は赤外線加熱器、９は冷却器、
１ｏ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→■フラッ
クス塗布→■加熱溶融→■冷却固化→１色）半導体装置
取出しの６エ程からなっている。

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
＃６を供給し、次の工程で半導体装置５にフラックスを
塗布した後、トンネル式の赤外線加熱器８でフラックス
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によって冷却固化させ、その後電極処理済半導
体装置数−出し機１ｏでもって電極処理の済んだ半導体
装置６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っている。

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フクスで
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、クラ１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った。

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
装置の電極部がくっ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
化防止としてフラックスが必要である。

■　フラックスを使用するため、フラ・ソクスが加熱さ
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っているだめ、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。

■　搬送ベルトにフラックスが付着し、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７ラツクスを使用しているため、スラックスが設備
の動く部分に付着して故障？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６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。

呼た、上述したところの他の電極処理方法においても、
犬なり小なり、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８．３１１１１Ｘ１１
．８６鵡と小さいこともあり、寸だ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って、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
動く部分をなくシ、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っ
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、しかもフラックスを使用
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含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）が電気メッキ膜または化学メ、フキ
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
は小さくなっており、この状態で冷却されることによっ
て、メッ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っ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は信頼性の
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っ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
が犬で、しかも粘度が大であるため、周囲よシ溶融した
金属に圧力をかけることになり、溶融金属表面状態が枝
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ったフラックスの作用を有
した液体を使用することにより、フラックスは不要とな
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・フキ膜や化学
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、６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６図と同一符号を付し
である。１６は例えば長さ約１６０口、内径約９０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。

１θ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、１７は上記筒状容器１６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１６の上面開口部より上記半導体装置６をその容器１
５内に投入するだめのパーツフィーダである。

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だめの基本的な装
置構成となるものである。

次に２、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１６の上部’１
２５０〜２８０’Ｃに加熱する。この時、筒状容器１６
の内部にやし油１６が入っているため、やし油１６が２
６０〜２８０°Ｃ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、下部の比重が犬である低温部へ
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１６内におけるやし油１６に上部より下部へ向かっ
て高温状態から低温状態となる温度勾配ができ、底部側
は常温を保つことができる。上記のような準備の整った
ところへ、やし油１６の液面上方より筒状容器１６内に
パーツフィーダ１８から半導体装置６を投入する。ここ
で、この実施例で使用した半導体装置６はｐＬｃｃ型半
導体装置で、電極部の構造が、素材はＣｕ　、下地メッ
キはＮ１、最外層（低融点金属メッキ膜）にはｓｎ　：
　ｐｂ　＝６０　：４０の厚み７〜１０μｍの電気メッ
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をパーツフィーダ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１
６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＠５の摩擦のために、半導体装置６
は個々に分離された状態で落下し、２６０〜２８０°Ｃ
に加熱された高温部で電極の最外層であるＳｎ　−Ｐｂ
合金メッキ膜が溶融され、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’Ｃ
以下になっ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１６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っつく心配はない
。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１６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６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である。この
第２図での半導体装置６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
なっている。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１６の上からＤＩＰ型の
半導体装置６を投入すると、外部導出用電極３同志がか
らまっ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１６
２Ｌｉ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ィーダ１８からその
ＤＩＰ型の半導体装置６を筒状容器１５！Ｌ内に投入す
る。この投入された半導体装置６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
部側へ移動は、加熱器１７による加熱の影響と受けるこ
とがなく、常温に保たれているので、貯槽１９の上部開
口部側から溜った半導体装置６を取出すことができる。

この時、網状量は器？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６が溜った時点で
パーツフィーダ１８からの投入？中止し、網状量は器を
引き上げて処理済みの半導体装置６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ＳはＤＩＰ型半導体装置
であり、外部導出用電極３の構造が、素材ばＣｕ　で、
その上に低融点金属メッキ嗅としてＳｎ　：Ｐｂ　＝６
０：４０の厚み７〜１０μｍの電気メッキ膜企有したも
のである。そして、上記仕様の半導体装置６をパーツフ
ィーダ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６は
傾斜した筒状容器１６＆の内壁面を一列になって滑り落
ち、貯槽１９に溜った。この溜った半導体装置６−ヲ取
出したところ、５ｎ−Ｐｂ合金メッキ膜は上夕起第１図
の実施例の場合と同じく表面が滑らかであった。ここで
、やし油１６中におけるＳｎ　−ｐｂ合金メッキ膜の溶
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
体装置を例にとって本発明を説明しだが、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
って適用できることは言うまでもなく、クオド　フラッ
ト　パッケージ（ＱＦＰ）、スモール　アウトライン　
パ・フケージ（ｓｏｐ）、スモール　アウトライン　ジ
ェイペンド　パッケージ（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７リコン系えるものであり、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、電気メッキ
や化学メッキで構成された低融点金属メ、フキ膜（低融
点合金メッキ膜）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
っ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
〜６５０°Ｃ１膜厚は１μｍ以上であることが好ましい
。まず、融点が１００°Ｃ未満の場合ははんだ付けしだ
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°Ｃ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１μ
ｍ未；Ａ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
〜１６μｍ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
なっており、この状態で冷却されることによって、メッ
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
も平滑になっ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は信頼性が向上する
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。まだ、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
極同志がくっつくことはないだめ、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
触しているだめに加熱、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、周囲より弓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釘たずに平滑な
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
リセリンといったフラックスの作用を有した液体を使用
することにより、フラックスは不要となり、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。まだ、低融点金属膜（低融点
合金膜）としては電気メッキ膜や化学メッキ膜で構成さ
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２＜同−設備で処理することがで
きる。また、寸法の異なった半導体装置を混合して処理
することもできる。

■　フラッ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・ノクスの焼付きがなく出
来上りがきれいである。

（３）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だ
め、熱伝導が早く、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
っ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
無といってよく、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ップ部品の電極処理方法を実
施するだめの装置の一実施例を示す概略第６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
るだめの装置の一例を示す概略構成図である。 １・・・・・・Ｓｉ　ヘレ・フト、２・・・・・・ボン
ディングワイヤ、３・・・・・・外部導出用電極、４・
・・・・・樹脂、５・・・・・・半導体装置、１５　、
１５＆・・・・・・筒状容器、１６・・・・・・やし油
（高沸点液体）、１７・・・・・・加熱器、１８・・・
・・・パーツフィーダ、１９・・・・・・貯槽。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第３
図 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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. （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. （５）低融点金属膜または低融点合金膜が電気メッキ膜
   または化学メッ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。