专利名称：：镀敷构件及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及镀敷构件及其制造方法，特别是涉及如在引线框上搭载了IC芯片的半导体器件之类的电子部件的外部端子那样，在表面具有镀敷层的镀敷构件及其制造方法。
背景技术：
：在半导体器件之类的电子部件中，在外部端子的基材使用铜、铜合金、42合金等，然而如果直接使用坯料，则有可能因端子表面氧化而引起由焊接不良等造成的导通不良。为此，通常来说，通过镀敷等在端子表面形成保护层(镀敷层)来防止氧化。在作为镀敷层的材料使用锡合金或锌合金的情况下，以往一直使用含有铅的合金。近年来，基于减轻环境负担的观点，逐渐要求无铅化，在所述端子的镀敷层材料中，例如也逐渐使用如Sn、Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ag合金之类不含有铅的材料。但是，如果用无铅的材料对电子部件的端子表面进行镀敷处理，则会从镀敷层中产生例如作为锡(Sn)的针状单晶的晶须。近年来，例如如在引线框上搭载了IC芯片的半导体器件之类的电子部件被要求进一步的小型化，其结果是，其端子间的间隔变窄到数百Hm左右。所述晶须有时会生长到数百jLim的长度，因而在如前所述，端子间的间隔窄到数百pm左右的情况下，由于有可能因所产生的晶须而产生端子间短路，因此希望有用于抑制晶须的产生的对策。作为用于该问题的对策，迄今为止已经提出过很多的方案，例如，在专利文献l中记载，在构成电子部件的外部端子的引线基材表面形成无铅的锡镀敷层之时，通过增大构成镀敷层的晶体粒径等来尽可能减小镀敷层的每单位体积中所含的晶体晶界的大小，就可以抑制镀敷层中的晶须的产生。另外，在专利文献2中记载，在外部端子的表面形成以Sn作为主3成分的镀敷层之时，通过将由Sn或Sn与其他的金属构成的低熔点合金层、由Sn以外的单一金属构成的应力緩解层交替地层叠至少3层以上，就可以抑制镀敷层中的晶须的产生。专利文献l:日本特开2005-86158号公才艮专利文献2:日本特开2004-128399号爿>净艮但是，以往所提出的用于抑制晶须的机构或方法都很难说给出充分的效果。另外，得到所需的镀敷层为止的工艺过程也很复杂，或者虽然可以抑制晶须的产生，然而会有无法获得足够的焊锡浸润性的情况等，在应用于实际的部件时，还存在应当改善的方面。
发明内容本发明是考虑到上述的情况而完成的，其目的在于，提供一种新型的镀敷构件及其制造方法，该镀敷构件可以在基材的表面上很容易地形成由无铅的材料构成的所需的镀敷层，并且所形成的镀敷层可以满足对晶须的抑制和良好的焊锡浸润性两方面。为了解决上述的问题，本发明人等针对在由无铅材料构成的镀敷层上生成的晶须进行了很多的实验和研究，在其中发现，作为晶须的产生原因之一，有镀敷层的内部应力增加的因素，它是主要的原因。在内部应力增加的原因中，有材料要因和外在要因，作为材料要因，可以举出基材成分与镀敷成分的由材料扩散造成的化合物生成、镀敷表面的腐蚀层生成等，另外，在外在要因中，例如可以举出引线框加工时的积留应力、框与镀敷层的线膨胀系数差、使用环境的温度、湿度、振动等。所以认为，通过在镀敷层中形成空隙或针孔，就可以緩解如上所述的内部应力增加，已经确认了，在基材的表面形成了此种镀敷层后，即使是由无铅材料构成的镀敷层，也可以抑制晶须的产生。另外还确认了，通过恰当地控制存在于镀敷层中的空隙或针孔的量，就可以同时满足对晶须的抑制和良好的焊锡浸润性两方面。本发明是根据本发明人等所得的上述的新的见解和来自实验的确认事项而完成的，本发明的镀敷构件是在基材的表面具有由无铅的材料构成的镀敷层的镀敷构件，其特征在于，所述镀敷层被设为2层以上的层结构，形成各层的镀敷粒子的平均粒径按在各层各不相同，并且在假定将以最大平均粒径的镀敷粒子进行填充时的镀敷粒子在单位体积中所占的比率定义为100%的粒子体积率时，将所述镀敷层的镀敷粒子体积率"&为小于100%。上述构成的镀敷构件中，镀敷层的所述镀敷粒子体积率设为小于100%,在镀敷层内部存在与镀敷粒子体积率100%的差量相对应的空隙或针孔。由此，在产生了成为内部应力增加的原因的任何的要因时，内部应力的增加部分就会被所形成的空隙或针孔吸收，实质上不产生成为晶须产生的原因这样大的内部应力增加。这样就可以抑制晶须的产生。本发明的镀敷构件的应用部位是任意的，然而优选应用于在引线框上搭载了IC芯片的半导体器件之类的电子部件的外部端子中。该情况下，在构成外部端子的基材中，使用铜合金或42合金等。另外，作为无铅的材料，可以使用Sn或Zn或者将它们作为第一材料的合金。最好的是，镀敷材料是纯Sn或者如Sn—Cu、Sn—Bi、Sn—Ag那样的Sn合金，通常来说，是含有l7。/。的Cu、Bi、Ag的Sn合金。在本发明的镀敷构件中，所述镀敷材料体积率优选为80~卯％。如后面的实施例所示，在镀敷材料体积率小于80%的情况下，会有不满足零交时间为3秒以下这样的基准的情况，无法获得令人满意的焊锡浸润性。另外，镀敷材料体积率超过90%的构件则无法充分地抑制晶须的产生及生长。在本发明的镀敷构件中，以满足所述镀敷粒子体积率小于100%的条件为条件，形成所述2层以上的层结构的各层的镀敷粒子的平均粒径的大小关系是任意的。因各层的镀敷粒子的平均粒径的差别，各个层中的所述镀敷粒子体积率就会不同。在由最大平均粒径的镀敷粒子形成的层中，镀敷粒子体积率达到100%。作为层结构，既可以是将离基材最远的层设为由最大平均粒径的镀敷粒子形成的层，以下随着靠近基材，设为由平均粒径依次变小的镀敷粒子形成的层，也可以反之。另外，由平均粒径不同的镀敷粒子形成的多个层也可以不是依照平均粒径的大小的顺序层叠，而是随机地层叠。5其中，优选将离基材最远的层设为由最大平均粒径的镀敷粒子形成的层(如前所述，镀敷粒子体积率为100%的层)的结构，这样，晶须产生的抑制效果就会更为可靠。另外，焊锡浸润性也会提高。本发明的镀敷构件也可以利用将基材依次浸渍到含有不同平均粒径的镀敷粒子的多种镀敷液中的方法来制造。根据制造的容易性，优选采用电解镀敷法，此时，通过在电解镀敷的开始到结束期间改变电流值而进行电解镀敷，就可以制造本发明的镀敷构件。在电解镀敷法中，已知电流值与电沉积的镀敷粒子的粒径中有相关性，电流越大，则电沉积的镀敷粒子的粒径就越小。所以，在电解镀敷法中，通过适当地设定电流值和时间，就可以制造如下的本发明的镀敷构件，即，具有2层以上的层结构，形成各层的镀敷粒子的平均粒径在各层各不相同，并且镀敷层整体中的所述镀敷粒子体积率被设为小于100%。此时，虽然电流值的变化最好是阶段性的变化，然而即使是连续地变化，也可以制造。在使之阶段性地变化的情况下，各阶段的通电时间被设为基本上相等。本发明的镀敷构件的制造方法中，在将其利用电解镀敷法进行的情况下，一个优选的方式为，在电解镀敷开始时将电流值设为最大电流值，随时间推移阶段性地减小电流值，与此同时进行电解镀敷，这样就可以制造如下的镀敷构件，即，所述的离基材最远的层为由最大平均粒径的镀敷粒子形成的层，以下随着靠近基材，由平均粒径依次变小的镀敷粒子形成的层。根据本发明，可以获得如下的新型的镀敷构件，即，可以在基材的表面很容易地形成由无铅的材料构成的所需的镀敷层，并且所形成的镀敷层可以满足对晶须的抑制和良好的焊锡浸润性两方面。图l是表示将本发明的镀敷构件应用于作为电子部件的一个例子的半导体器件的外部端子中的例子的图。图2是示意性地表示本发明的镀敷构件的两个例子的图。图3是用于说明本发明中所说的"粒子体积率"的图。图4是表示实施例的晶须长度与经过时间的关系的图表。图5是表示实施例的表面变色状态与经过天数的关系的图表。图6是表示镀敷构件的镀敷粒子体积率与零交时间的关系的图表。图中符号说明10…半导体器件，11…IC芯片，12…芯片焊盘(diepad),13…引线框，14…密封树脂，15…外部端子，16…镀敷层，al-a3…形成镀敷层的各层，P1P3…各层中的镀敷粒子，17…空隙，18...针孔，20…单位体积。具体实施例方式在参照附图的同时对本发明的实施方式进行说明。图l表示将本发明的镀敷构件应用于作为电子部件的一个例子的半导体器件的外部端子中的例子，图2示意性地表示本发明的镀敷构件的两个例子。图3是用于说明本发明中所说的"粒子体积率"的图。在图1中，IO为半导体器件，11为IC芯片，该IC芯片ll搭载于具备芯片焊盘12的引线框13上。引线框13例如由铜合金制成。半导体器件10整体由环氧树脂或有机硅树脂之类的密封树脂14覆盖，引线框13的端部作为外部端子15在外部露出。将外部端子15作为基材，在其表面形成由无铅材料构成的本发明的镀敷层16。无铅材料既可以是纯Sn,也可以是Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ag等Sn合金。还可以是锌或锌系的合金。镀敷层16的形成利用电解镀敷等进行即可。另外，镀敷层16的厚度为5~15jim左右。如图2(a)、(b)的示意图所示，本发明的镀敷层16被设为2层以上的层结构(图示的镀敷层中为3层结构)，形成各层的镀敷粒子的平均粒径在各层中各不相同。该例子中，最远离作为基材的外部端子15的层a3由平均粒径最大的镀敷粒子P3形成，下一层a2由平均粒径第二小的镀敷粒子P2形成，最下层的与外部端子15接触的层al由平均粒径最小的镀敷粒子Pl形成。另外，各层a3、a2、al中的镀敷粒子在单位体积中所占的比例，也就是镀敷粒子体积率在各层中各不相同，层a3中的镀敷粒子体积率7最大，下一层的层a2为中间的镀敷粒子体积率，作为最下层的层al的镀敷粒子体积率最小。所以，如图2(a)所示，假定切出处于镀敷层16的厚度方向的单位体积20，在假定将该单位体积20如图3(a)所示，用最大平均粒径的镀敷粒子P3填充时，如果将此时的镀敷粒子在所述单位体积20中所占的比例定义为镀敷粒子体积率100%，则所述镀敷层16的单位体积20中的镀敷粒子体积率就会小于100%,其结果是，在层a2及层al中，存在空隙区域17。具有此种层结构的镀敷层16例如可以利用电解镀敷法很容易地制成。在电解镀敷法中，在进行镀敷的面上的镀敷粒子的电沉积密度与流过电流的时间成正比，所要电沉积的镀敷粒子的大小与电流的大小成反比。另外，通常来说，镀敷粒子优先地电沉积在已经电沉积的镀敷粒子上。由此，最先通过以最大的电流值进行时间t的电解镀敷，形成所述层al,通过减小电流值而进行大致相同时间t的电解镀敷来形成所述层a2，通过进一步减小电流值而进行大致相同时间t的电解镀敷来形成所述层a3。图2(b)示意性地表示本发明的镀敷构件的其他的方式。这里的镀敷层16a的层结构仍为3层结构，然而各层中的镀敷粒子的平均粒径的大小与图2(a)所示的情况相反。该情况下，镀敷层16a的单位体积20中的镀敷粒子体积率也小于100%,其结果是，在镀敷层16a中存在针孔区域18。此种镀敷层16、16a中，因所述空隙区域17或针孔区域18的存在，所述的内部应力的增加量被吸收，在镀敷层内部实质上就不会产生成为晶须产生的原因的大的内部应力增加。由此就可以抑制晶须的产生。另外，特别是在具备图2(a)所示的层结构的镀敷层16中，由于最上层a3被镀敷粒子P3基本上完全填埋，因此不会进行表面氧化，从而可以确保高镀敷浸润性。另外，图2(a)、(b)所示的镀敷层的层结构只不过是例示，存在很多变形例。层结构也可以是4层以上，镀敷粒子体积率不同的层的排列也可以不是从大到小或从小到大那样逐渐倾斜的排列，而是随机的排列。实施例下面，利用实施例对本发明进行说明。[实施例1在一般作为IC的引线框材料使用的铜合金的测试件上利用电解镀敷法形成了由Sn-3wt。/。Cu材料构成的厚12nm的镀敷层。其中，在电解镀敷开始到结束期间，将电流值控制为高、中、低3个阶段。另夕卜，使电解镀敷开始时的"高，，电流值以3个阶段变化，使此后的"中"电流值、"低"电流值也与之对应地变化。这样就得到具有图2(a)中示意性地表示的层结构的3种镀敷构件A、B、C。其中，层a3中的平均粒径(最大平均粒径)都控制为达到8nm。通过利用FIB装置观察各镀敷构件A、B、C的剖面并运算，求出镀敷层整体中的所述镀敷粒子体积率及各层al、a2、a3中的平均粒径。将其结果表示于表l中。另外，仅以"低"电流值进行电解镀敷，制作了镀敷构件D,其形成由平均粒径为8pm的镀敷粒子构成的相同厚度的镀敷层。镀敷构件D中的镀敷粒子体积率达到100%。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>[实施例2进行将实施例1中得到的4种镀敷构件在85"C、850/。RH的环境内放置2000小时的高温高湿试验，测定了晶须的产生和其生长状态(晶须长度jLim)。将其结果表示于图4的图表中。如图4的图表所示，镀敷构件D(镀敷粒子体积率100%)的例子在经过1500小时后晶须生长到200而本发明的镀敷构件A、B、C在经过2000小时后的晶须长度都为40nm左右以下，说明了只要镀敷粒子体积率为卯％以下，则会有足够的晶须抑制效果。[实施例3将实施例1中得到的4种镀敷构件在室温下放置14天，观察了表面的变色。将其结果表示于图5的图表中。可知镀敷粒子体积率越低，则会在越短的天数内进行向黑色的变化，即进行氧化。因此，镀敷构件D(镀敷粒子体积率100%)的例子经过14天后也基本上看不到变色。[实施例4由于如茱表面氧化的进行，则焊锡浸润性就会变差，因此对于实施例1中得到的4种镀敷构件，基于JISC0053标准调查了焊锡浸润性(零交时间)。将其结果表示于图6的图表中。零交时间在电子部件中优选为3秒以下，根据图6，如果镀敷粒子体积率达到小于80%的值，则焊锡浸润性就会劣化，有可能在实用中产生不佳状况。即，如果镀敷粒子体积率为80%以上，则可以确保所需的焊锡浸润性。根据以上的情况可知，本发明的镀敷构件中，所述的镀敷粒子体积率优选为80~卯％。10权利要求1.一种镀敷构件，在基材的表面具有由无铅的材料构成的镀敷层，其特征在于，所述镀敷层被设为2层以上的层结构，形成各层的镀敷粒子的平均粒径在各层各不相同，并且在假定将以最大平均粒径的镀敷粒子进行填充时的镀敷粒子在单位体积中所占的比率定义为100％的粒子体积率时，将所述镀敷层的镀敷粒子体积率设为小于100％。2.根据权利要求l所述的镀敷构件，其特征在于，所述无铅的材料为Sn或Sn合金。3.根据权利要求1或2所述的镀敷构件，其特征在于，所述镀敷层的所述镀敷粒子体积率为80~卯％。4.根据权利要求1~3中任意一项所述的镀敷构件，其特征在于，所述镀敷层的所述2层以上的层中最远离基材的层为由最大平均粒径的镀敷粒子形成的层。5.—种镀敷构件的制造方法，其釆用电解镀敷法在基材的表面形成由无铅材料构成的镀敷层以制造镀敷构件，其特征在于，在电解镀敷的开始到结束的期间中，一边改变电流值一边进行电解镀敷。6.根据权利要求5所述的镀敷构件的制造方法，其特征在于，所述无铅的材料为Sn或Sn合金。7.根据权利要求5所述的镀敷构件的制造方法，其特征在于，在电解镀敷开始时将电流设为最大电流值，随时间的推移阶段性地减小电流值，同时进行电解镀敷。全文摘要本发明可以获得如下的镀敷构件，其能够在采用无铅的镀敷材料的同时，抑制在镀敷层(16)中产生晶须的情况，并且焊接性良好。为此，在基材(15)的表面具有由无铅的材料(Sn-Cu合金等)构成的镀敷层(16)的镀敷构件中，将所述镀敷层(16)设为2层以上的层结构(a1～a3)，使形成各层的镀敷粒子(P1～P3)的平均粒径在各层各不相同，并且在假定用最大平均粒径的镀敷粒子(P3)填充单位体积(20)时，将此时的镀敷粒子在单位体积中所占的比例定义为镀敷粒子体积率100％时，所述镀敷层(16)的镀敷粒子体积率设为80～90％。文档编号C25D21/12GK101522958SQ20078003676公开日2009年9月2日申请日期2007年12月28日优先权日2007年1月4日发明者坂野充,野村隆史申请人:丰田自动车株式会社