(57)【要約】  本発明は、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を有する電子部品であって、Ｓｎリッチ堆積層が、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層である電子部品に関する。本発明はまた、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を形成するために電子部品をメッキするプロセスであって、開始添加物及び光輝性添加物が含まれているスズメッキ溶液の組成を調整するステップと、前記スズメッキ溶液中を通して前記電子部品を動かして、電気的接続のための前記部材上に前記Ｓｎリッチ堆積層を形成するステップと、を含むプロセスに関する。従来の技術と比較すると、本発明は、低コストで且つ信頼できる特性をもってウィスカ成長を有効に抑制することができる。
2008506038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を有する電子部品であって、前記Ｓｎリッチ堆積層は、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層であることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
堆積表面に対して垂直な方向における粒子のサイズが２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
前記粒子は、堆積表面に対して平行な方向においてほぼ同じ配向をとっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記粒子の形状は、不規則であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
【請求項５】
前記Ｓｎリッチ堆積層の厚さは、少なくとも２μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
【請求項６】
更なる堆積層が、前記Ｓｎリッチ堆積層上に形成され得ることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項７】
前記更なる堆積層及び前記Ｓｎリッチ堆積層は、異なる粒子構造を有していることを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
【請求項８】
電気的接続のための前記部材は、銅又は銅合金によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項９】
電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を形成するために電子部品をメッキするプロセスであって、
開始添加物及び光輝性添加物が含まれているスズメッキ溶液の組成を調整するステップと、
前記スズメッキ溶液中を通して前記電子部品を動かして、電気的接続のための前記部材上に前記Ｓｎリッチ堆積層を形成するステップと、
を含み、
前記Ｓｎリッチ堆積層は、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記開始添加物は、非イオン湿潤剤の水溶液を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１１】
前記光輝性添加物は、エトキシレートナフトールスルホン酸、α−ナフトール又はα−ナフトールスルホン酸から選択されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１２】
前記開始添加物の濃度は、ほぼ４０乃至１００ｇ／ｌの範囲であり、前記光輝性添加物の量は、ほぼ３乃至９ｍｌ／ｌの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１３】
前記スズメッキ溶液は、メチルスルホン酸系スズメッキ溶液であることを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１４】
前記光輝性添加物のための溶媒が、イソプロピルグリコールであることを特徴とする請求項９又は１１に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１５】
メッキ条件を制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１６】
前記メッキ条件は、ほぼ２５乃至３０ＡＳＤの範囲の電流密度と、ほぼ１８乃至４５℃の範囲の槽温度とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１７】
前記メッキ条件は、ほぼ５乃至２５ＡＳＤの範囲の電流密度と、ほぼ１８乃至３５℃の範囲の槽温度とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１８】
前記微細粒Ｓｎリッチ堆積層の厚さが少なくとも２μｍとなるようにメッキ時間を制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１９】
前記微細粒Ｓｎリッチ堆積層上に通常のＳｎリッチ堆積層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品に関し、特に、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を有する電子部品、及び、Ｓｎリッチ堆積層を堆積させるためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
スズは、優れた耐食性を有する金属として知られており、ハンダとの優れた結合を形成することができるため、Ｓｎ堆積層を有する表面を使用して良好なハンダ接続を形成することができ、また、Ｓｎ堆積層は、金属又は金属合金の表面に優れた耐食性を与えることができる。結果として、Ｓｎ堆積層又はＳｎを豊富に含む堆積層（Ｓｎリッチ堆積層）は、電気機器又は電子部品（例えば、半導体素子）の製造において幅広く使用される。一般に、電子部品と基板（例えば、電子部品マザーボード）との電気的な接続（例えばリード）のためのパーツ上には、良好なハンダ付け性及び相互接続性を保持するため、Ｓｎ材料又はＳｎリッチ材料が堆積される。
【０００３】
しかしながら、良く知られているように、Ｓｎはウィスカ成長の影響を受け易い。このウィスカ成長は、主に、Ｓｎの粒界におけるＣｕ６Ｓｎ５等の金属間化合物（ＩＭＣ）の成長によって引き起こされる。
【０００４】
図１Ａは、従来の技術におけるＳｎ堆積層から得られた切断部の微細構造の写真である。図１Ａに示されるように、Ｓｎ堆積層２０は、基板１０上に堆積される。Ｓｎ堆積層２０においては、Ｓｎ粒子４０と基板１０との間の境界に金属間化合物３０が形成される。図１Ｂは、図１Ａに示される写真の概略図である。金属間化合物３０の成長が体積の変化をもたらし、それにより、Ｓｎ堆積層２０中に応力が生じる。その上、金属間化合物３０の不規則な成長がＳｎ堆積層２０中に局部応力をもたらす可能性がある。また、この種の圧縮応力によってウィスカ成長が生じてしまう。ウィスカの存在及び成長は、電気部品の電気的特性に悪影響を与える。これは、ウィスカが十分な長さまで成長すると、ウィスカが、電気部品の端子間に低いインピーダンスをもたらし、あるいは、電気回路に短絡を引き起こし、また、電気部品又は電気機器の故障を引き起こすことさえあるからである。特に、集積回路パッケージ内の電気部品の密度が増え続けるにつれて、異なる端子間の距離や基板中の配線の間隔が益々狭くなるとともに、電気部品の電気的特性に対するウィスカの悪影響が益々顕著になる。
【０００５】
ウィスカの存在又は成長を抑制するため、従来の技術において使用される他の手段は、基板とＳｎ堆積層との間にニッケル層等のバリア層を加えることである。しかしながら、この手段は、電子部品の製造プロセスを複雑にするとともに、製造コストを増大させる。ウィスカ成長を防止し又は抑制するために使用される他の種類の技術においては、電子部品が熱処理に晒される。この技術により、Ｓｎ堆積層と基板との間の境界にある金属間化合物が高温において一種のバルク拡散として成長し、それにより、ウィスカ成長が大きく抑制される。しかしながら、この技術のプロセスも複雑であり、時として熱処理が電気部品に対して副作用をもたらす場合がある。また、一部の電気部品は、そのような熱処理を行うのに適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、Ｓｎ堆積層中のウィスカ成長を防止することができ又は少なくとも遅らせることができる、Ｓｎ堆積のためのプロセスを提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの目的は、安定した電気的特性を有し且つ製造コストが低い、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を有する電子部品を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、製造プロセスが簡単で、信頼性が高く、コストが低いという利点を有する、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を形成するために前述した電子部品をメッキするプロセスを提供することである。
【０００９】
本発明の目的を達成するため、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を有する電子部品が提供され、上記Ｓｎリッチ堆積層は、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層である。
【００１０】
従って、本発明の解決策では、微細粒Ｓｎリッチ堆積層が電子部品の電気的接続のための部材上に直接に堆積され（そのため、バリア層を付加したり、又は、事後の熱処理を行ったりする必要がない）、また、微細粒Ｓｎリッチ堆積層中の粒子が前述したような特定の方法で分布させられるように制御されるのが分かる。この方法により、堆積層中の粒子は、ウィスカ防止にとって望ましい態様で配置されるように制御され、従って、金属間化合物の形態が最適化され、それにより、ウィスカ成長を効果的に防止し又は遅らせるという目的が簡単な方法で完全に満たされる。
【００１１】
望ましくは、堆積表面に対して垂直な方向における粒子のサイズが２μｍ以下である。
【００１２】
望ましくは、前記粒子は、堆積表面に対して平行な方向においてほぼ同じ配向をとっている。
【００１３】
望ましくは、前記粒子の形状は、不規則である。
【００１４】
望ましくは、前記Ｓｎリッチ堆積層の厚さは、少なくとも２μｍである。
【００１５】
望ましくは、更なる堆積層が、前記Ｓｎリッチ堆積層上に形成され得る。
【００１６】
望ましくは、前記更なる堆積層及び前記Ｓｎリッチ堆積層は、異なる粒子構造を有している。
【００１７】
望ましくは、電気的接続のための前記部材は、銅又は銅合金によって形成されている。例えば、上記部材は、銅又は銅合金コーティング（被覆）であり得る。
【００１８】
本発明の他の態様において、本発明は、前述した電気部品のＳｎリッチ堆積層を製造するための方法を提供する。特に、本発明は、電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を形成するために電子部品をメッキするプロセスを提供し、当該プロセスは、開始添加物及び光輝性添加物が含まれているスズメッキ溶液の組成を調整するステップと、前記スズメッキ溶液中を通して前記電子部品を動かして、電気的接続のための前記部材上に前記Ｓｎリッチ堆積層を形成するステップと、を含み、前記Ｓｎリッチ堆積層は、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層である。
【００１９】
従って、特定量の有機添加物（何等かの開始添加物及び光輝性添加物を少なくとも含む）を加えるとともに、メッキプロセスにおいて様々なパラメータを合理的に制御することにより、本発明の新規なプロセスは、簡単で信頼できるコスト削減の方法によりＳｎリッチ堆積層を効果的に形成することができる。
【００２０】
望ましくは、前記開始添加物は、非イオン湿潤剤の水溶液を含み、前記光輝性添加物は、エトキシレートナフトールスルホン酸、α−ナフトール又はα−ナフトールスルホン酸から選択される。
【００２１】
望ましくは、前記開始添加物の濃度は、ほぼ４０乃至１００ｇ／ｌの範囲であり、前記光輝性添加物の量は、ほぼ３乃至９ｍｌ／ｌの範囲である。
【００２２】
望ましくは、前記光輝性添加物のための溶媒が、イソプロピルグリコールである。
【００２３】
望ましくは、前記スズメッキ溶液は、メチルスルホン酸系スズメッキ溶液である。
【００２４】
望ましくは、上記プロセスは、メッキ条件を制御するステップを更に含み、前記メッキ条件は、ほぼ２５乃至３０ＡＳＤの範囲の電流密度と、ほぼ１８乃至４５℃の範囲の槽温度とを含む。又は、前記メッキ条件は、ほぼ５乃至２５ＡＳＤの範囲の電流密度と、ほぼ１８乃至３５℃の範囲の槽温度とを含む。また、上記プロセスは、前記微細粒Ｓｎリッチ堆積層の厚さが少なくとも２μｍとなるようにメッキ時間を制御するステップを更に含む。
【００２５】
望ましくは、上記プロセスは、前記微細粒Ｓｎリッチ堆積層上に通常のＳｎリッチ堆積層を形成するステップを更に含む。
【００２６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、利点は、添付図面及び様々な実施の形態に関連してなされる以下の詳細な説明から更に明らかになる。
【００２７】
図面中、同じ参照符号は、同一の、類似する、若しくは、対応する特徴又は機能を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
簡単のため、以下、メッキ半光沢スズ堆積層の例により本発明のプロセス及び製品について詳しく説明する。しかしながら、これは、本発明の用途を何等限定するものではない。当業者にとって、本発明を半光沢スズ堆積層において適用できるだけでなくＳｎＣｕ，ＳｎＢｉ，ＳｎＡｇ堆積層等のＳｎを豊富に含む他の堆積層（他のＳｎリッチ堆積層）においても適用することができることを理解することは容易である。
【００２９】
本発明の好ましい比較例は、自動ストリップメッキライン又は従来のハルセルによって形成される。自動ストリップメッキラインは市販されており、また、その構造の概略図が図２に示されている。
【００３０】
特に、図２は、本発明の実施の一形態に係るメッキプロセスにおいて使用される自動ストリップメッキライン２００の概略図を示している。
【００３１】
自動ストリップメッキライン２００は、タンク１１−１５と、交流を直流に変換し且つ直流を各タンクへ供給するための整流器２１−２５と、槽５１，５２と、基板を搬送するためのスチールベルト４とを備えている。また、自動ストリップメッキライン２００は、メッキ溶液を底部から射出するためのいくつかのノズル３１−３５も備えている。
【００３２】
本発明においては、メッキ溶液で満たされたタンク内で、金属スズが陽極としての機能を果たし、メッキされるべき製品が陰極としての機能を果たす。一般的な例では、メッキされるべき製品がＳＤＩＰ（Ｓｈｒｉｎｋ  ｄｕａｌ  ｉｎ  ｌｉｎｅ  ｐａｃｋａｇｅ）６４／２４であり、ＳＤＩＰ６４／２４のリードフレーム（Ｌ／Ｆ）が合金１９４（２．４％Ｆｅと、０．０３％Ｐと、０．１％Ｚｎと、残量のＣｕとを含む一種の銅Ｌ／Ｆ）である。二つの電極は、直流電源の対応する陽極及び陰極のそれぞれに対して電気的に接続される。
【００３３】
メッキ溶液は、市販のメチルスルホン酸系スズメッキ溶液であってもよく、４０ｇ／ｌの量のスズメチルスルホン酸と１５０ｇ／ｌの量のメチルスルホン酸とを含んでおり、また、４０−１００ｇ／ｌ（好ましくは４０ｇ／ｌ）の濃度の何等かの開始添加物（ｓｔａｒｔｅｒ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）と３−９ｍｌ／ｌの量の何等かの光輝性添加物（ｂｒｉｇｈｔｅｒ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）とが添加される。開始添加物は、非イオン湿潤剤の水溶液を使用でき、光輝性添加物は、エトキシレートナフトールスルホン酸、α−ナフトール又はα−ナフトールスルホン酸から選択することができるとともに、溶媒は、イソプロピルグリコール系溶媒又は技術的に知られた他の適当な溶媒であってもよい。無論、特定の又は実用上の必要性に基づいて、何等かの他の添加物若しくは組成物をメッキ溶液中に加えることができるが、これらは技術的に周知の技術であるため、ここでは詳しく説明しない。
【００３４】
メッキ条件における制御可能な係数又はパラメータが以下に示されている。
ベルト速度：４．０−８．０ｍ／ｍｉｎ
ノズル流量：０．５−７ｍ３／ｈｏｕｒ／ｔａｎｋ
メッキ時間：１０−１００ｓ
【００３５】
無論、これらの係数又はパラメータは、異なるメッキ製品に応じて調整することができる（例えば、異なるメッキ面積）。
【表１】
2008506038.tif 000003
注記：  ＡＳＤ：アンペア／平方デシメートル
Ａ  ：規則的な改質半光沢スズ
Ｂ１：高い槽温度での不規則な改質半光沢スズ
Ｂ２：低い槽温度での不規則な改質半光沢スズ
Ｃ  ：規則的な半光沢スズ
【００３６】
表１から分かるように、メッキ条件を調整することにより、図３に示される三つの異なるタイプの粒子構造（粒状組織）を有するＳｎ堆積層を得ることができる。特に、図３は、三つの異なるタイプの粒子構造、即ち、規則的な改質半光沢スズ（規則ＭＭＴ）Ａ、不規則な改質半光沢スズ（不規則ＭＭＴ）Ｂ、規則的な半光沢スズ（規則ＭＴ）Ｃを有する切断部の表面形状及び形態（集束イオンビーム技術により形成される）を示している。図３に示されるように、規則的な改質半光沢スズＡ及び規則的な半光沢スズＣは、一般に、類似する粒子構造、即ち、堆積表面に対して垂直な方向のサイズが他の方向のサイズよりもかなり大きい柱状粒子構造を有している。一方、不規則な改質半光沢スズＢは、前述した柱状粒子構造とは全く異なる他の種類の粒子構造（いわゆる非柱状粒子構造）を有している。図３に示されているものと組み合わせて以下の説明から分かるように、規則的な改質半光沢スズＡ及び規則的な半光沢スズＣは、いずれも基板に対して垂直な粒子によって支配されており、粒子のサイズにかかわらずウィスカ成長を観察することができる。一方、不規則な改質半光沢スズＢは基板に対して平行粒子によって支配されており、この場合、銅原子が主に基板から堆積層へと粒界に沿って拡散するとともに、不規則な改質半光沢スズＢにおける粒界の大部分が基板に対して平行であるため、金属間化合物が一種の半バルク拡散として成長し、それにより、金属間化合物のウェッジ型成長が抑制される。
【００３７】
表１及び図３から分かるように、メッキ条件を適切に調整することにより、異なるタイプの粒子構造を有するＳｎ堆積層を得ることができる。図４Ａ乃至図１１Ｂから明らかなように、本発明の不規則な改質半光沢スズＢの粒子構造において、堆積表面に対して垂直な方向（即ち、方向Ｚ）の粒子のサイズは、堆積表面に対して平行方向のサイズよりもかなり小さく、これについては以下で詳しく説明する。
【００３８】
前述したメッキ条件下では、メッキ溶液中に開始添加物及び光輝性添加物が存在しない場合、規則的な半光沢スズＣのみが得られることが分かった。規則的な改質半光沢スズＡは、メッキ溶液中に開始添加物及び光輝性添加物が添加され、電流密度が低く、槽温度が高い場合に得ることができる。不規則な改質半光沢スズＢ１（槽温度が高いとき）及びＢ２（槽温度が低いとき）は、メッキ溶液中に開始添加物及び光輝性添加物が添加され且つ電流密度が高い場合に得ることができる。
【００３９】
三つの異なるタイプの粒子構造を得るようにメッキ条件を制御し且つ堆積層の全体の厚さを２乃至１０μｍの範囲に制限することにより、ＳＤＩＰ６４／２４上にＳｎ堆積層を有する例Ｃ１−Ｃ３４（表２参照）、及び、ＳＤＩＰ３２上にＳｎ堆積層を有する例Ｒ１−Ｒ１１（表３参照）が形成される。
【００４０】
図４Ａ乃至図９Ａは、例Ｃ２８，Ｃ３３，Ｃ２１，Ｃ１５，Ｃ１，Ｃ３２における粒子構造の写真をそれぞれ示しており、図４Ｂ乃至図９Ｂは、図４Ａ乃至図９Ａに対応する概略図を示している。これらの図において、参照符号５０は基板（例えば、Ｃｕ  Ｌ／Ｆ）を表しており、参照符号６０は堆積層を表しており、参照符号７０はＳｎ粒子を表しており、参照符号８０は金属間化合物を表している。
【００４１】
これらの例から得られるサンプルは、５５℃、８５％ＲＨ（高温多湿、ＨＴＨ試験）の環境下に２０００時間置かれる（表２参照）とともに、室温で１５ヶ月間置かれ（表３参照）、それにより、ウィスカ成長の動きを比較するとともにウィスカ成長に対する粒子構造及びメッキ条件の影響を分析するためにＨＴＨウィスカ試験が行われる。
【表２】
2008506038.tif 000004
2008506038.tif 000005
2008506038.tif 000006
注記：Ｉ）構造タイプＡ，Ｂは自動ストリップメッキラインにより形成され、構造タイプＣはハルセルにより形成され、構造タイプＣ’は自動ストリップメッキラインにより形成される。
ＩＩ）ウィスカの最大長さ
【表３】
2008506038.tif 000007
注記：Ｉ）構造タイプＡ，Ｂは自動ストリップメッキラインにより形成され、構造タイプＣ’は自動ストリップメッキラインにより形成される。
【００４２】
添付図面を参照してこれらの例を分析することにより、以下の結論を得ることができる。
【００４３】
ウィスカの存在
表２の例Ｃ１−Ｃ２０に示されるように、下端層の粒子構造が不規則な構造タイプＢ（不規則な改質半光沢スズＢ）を示す場合には、２０００時間までＨＴＨ試験においてウィスカ成長は無い。これに対し、表２の例Ｃ２１−Ｃ２２，Ｃ２９−Ｃ３４，Ｍ１−Ｍ４及び表３の比較例Ｒ１−Ｒ５に示されるように、下端層の粒子構造が規則的な構造タイプ、即ち、規則的な半光沢スズＣ又は規則的な改質半光沢スズＡを示す場合には、総てのケースにおいてウィスカが現れる。
【００４４】
従って、図４Ａ乃至図９Ｂに示されるように、ＨＴＨウィスカ試験後であっても同じ下端構造Ｂが選択されるため、完成した製品にはウィスカが存在しない。一方、下端構造Ｃ又はＡが選択される例Ｃ２１及びＣ３３の両方においては、ウィスカが観察される。
【００４５】
また、例Ｃ２８，Ｃ１５，Ｃ１から更に知ることができるが、図４Ａ，図４Ｂ，図７Ａ，図７Ｂ，図８Ａ，図８Ｂに示されるように、本発明の解決策では、微細粒堆積層が基板上に直接に堆積され、微細粒堆積層中の粒子が特定の構造タイプに形成される。即ち、これらの粒子は、堆積面と平行方向におけるサイズよりも堆積面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい（好ましくは、かなり小さい）。この状態において、Ｓｎと基板との間の金属間化合物は、通常の堆積における場合よりも互いに接近する粒界に沿って成長して、堆積層（例えば、Ｓｎ層）上に亘って均一に分布させられ、それにより、金属間化合物が更に側方に成長して、応力分布が更に良好となり、ウィスカ成長が見られなくなる。
【００４６】
金属間化合物のこの種の成長は、図１０Ａ，図１０Ｂ，図１１Ａ，図１１Ｂに最も良く示される本発明の二つの好ましい実施の形態から明確に見てとることができる。特に、高温で現れる「バルク拡散」と比較すると、本発明における金属間化合物は、一種の「半バルク拡散」として成長する。これに対し、図１Ａ，図１Ｂ，図５Ａ，図５Ｂ，図６Ａ，図６Ｂ，図９Ａ，図９Ｂに示されるように、当該技術において一般的なＳｎ堆積層は、柱状粒子構造を有しているため、粒界に沿って垂直方向において金属間化合物（例えば、Ｃｕ６Ｓｎ５）のウェッジ型成長が可能となり、結果的に、ウィスカ成長が生じる。
【００４７】
また、本発明において、堆積表面に対して垂直な方向の粒子のサイズ（粒径）は、２μｍ以下が好ましいことが分かった。更に好ましくは、堆積表面に対して垂直な方向（即ち、Ｚ方向）の粒子のサイズは０．０５乃至２μｍであり、堆積表面と平行方向（即ち、Ｘ方向又はＹ方向）の粒子のサイズは０．２乃至１０μｍである。例えば、Ｘ又はＹ方向のサイズが２μｍ以上である場合、Ｚ方向のサイズは約１μｍに設定されるのが好ましく、また、Ｘ又はＹ方向のサイズが０．２μｍ以上である場合、Ｚ方向のサイズは約０．０５μｍに設定されるのが好ましい。更に、Ｘ方向及びＹ方向のサイズは異なっていることが好ましく、例えばＸ＝０．５μｍ、Ｙ＝０．２μｍであることが好ましい。また、堆積層中の総ての粒子が堆積表面と平行な同一方向に配列される傾向にあり、それにより、ウィスカ成長が効果的に抑制されることが好ましい。
【００４８】
堆積層の厚さ
堆積層の全体の厚さは、技術的に良く知られている。Ｃ１−Ｃ２０の例では、全厚が２乃至１０μｍとして設定される。
【００４９】
表２に示される例Ｃ１−Ｃ２０及びＣ２３−Ｃ２８から分かるように、同じ下端構造タイプＢ（即ち、不規則な改質半光沢スズＢ）が下端層で見られる場合、上端層の厚さ及び構造にかかわらず、下端層の厚さがわずか２μｍであっても、２０００時間まではＨＴＨウィスカ試験においてウィスカ成長は無い。明らかな結論として、ウィスカ成長を引き起こさないように下端層がＩＭＣ自己バルク拡散を決定付けている場合には、上端層の厚さ及び構造にかかわらずウィスカが抑制されるといえる。
【００５０】
下端層における不規則（非柱状）粒子構造の厚さ
２μｍ下端層及び４μｍ下端層に関して不規則粒子構造の厚さを比較するため、薄いものは厚いものと同じ効果を有する。この評価において、２μｍの厚さは、ウィスカ成長を遅らせるのに十分である。
【００５１】
メッキ条件
表１から分かるように、不規則（非柱状）粒子構造は、高い槽温度及び低い槽温度の両方で得ることができる。即ち、槽温度は、本発明の重大な要因ではない。
【００５２】
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、必要に応じて（例えば、優れた表面粗さを得るため）、本発明の微細粒Ｓｎリッチ堆積層上に一つ以上の更なるＳｎリッチ堆積層を加えることができる。更なるＳｎリッチ堆積層は、技術的に良く知られた任意の適当な技術により形成することができる。
【００５３】
要約すると、本発明の解決策においては、特定の不規則粒子構造を有する微細粒Ｓｎリッチ堆積層が基板上に直接に堆積され、それにより、金属間化合物が一種の半バルク拡散として成長するように促進され、従って、ウィスカ成長が効果的に抑制される。また、堆積層が二つの層即ち上端層と下端層とによって構成される場合、ウィスカ成長を引き起こさないように下端層がＩＭＣ自己バルク拡散を決定付けていれば、ウィスカは、上端層の厚さ及び構造にかかわらず抑制される。更に、ＩＭＣの自己バルク拡散は、メッキ厚さに対してよりもウィスカ成長に対して大きな影響を与えると結論付けることができる。本発明の微細粒Ｓｎ堆積層中の金属間化合物は、どのような場合でも、保存温度とは無関係に、一種の半バルク拡散として成長することが分かった。
【００５４】
明らかに、本発明は、ＳＤＩＰ６４／３２／２４に対して適用されることには限定されない。その代わり、本発明は、個別素子（例えば、トランジスタ／ダイオード及びチップレジスタ／キャパシタの受動素子）や集積パッケージのリード、電気コネクタ、基板（プリント回路基板又はテープ）又は技術的に知られた任意の他の電気部品にも適用することができる。好ましくは、本発明は、Ｓｎリッチ堆積層を必要とし且つウィスカ問題に対して敏感な銅系材料に適用される。
【００５５】
ここでは、添付図面を参照しながら本発明の特定の実施の形態について詳しく説明してきたが、これらの実施の形態が単なる例示目的で与えられており、本発明がこれらの特定の実施の形態に限定されないことは理解されるべきである。実際のところ、本発明においては、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく当業者により様々な変更及び変形を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】従来の技術のＳｎ堆積層から得られた切断部の微細構造の写真及び概略図を示している。
【図１Ｂ】従来の技術のＳｎ堆積層から得られた切断部の微細構造の写真及び概略図を示している。
【図２】本発明の実施の一形態に係るメッキプロセスにおいて使用される自動ストリップメッキラインの概略図を示している。
【図３】規則的な改質半光沢スズ（規則ＭＭＴ）、不規則な改質半光沢スズ（不規則ＭＭＴ）、規則的な半光沢スズ（規則ＭＴ）における切断部の表面形状及び形態を示している。
【図４Ａ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図５Ａ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図６Ａ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図７Ａ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図８Ａ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図９Ａ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図９Ｂ】本発明の実施の形態及び比較例に係るＨＴＨ（高温多湿）ウィスカ試験後の粒子の構造の写真及び概略図を示している。
【図１０Ａ】本発明の一つの好ましい実施の形態における「半バルク拡散」ＩＭＣの写真及び概略図を示している。
【図１０Ｂ】本発明の一つの好ましい実施の形態における「半バルク拡散」ＩＭＣの写真及び概略図を示している。
【図１１Ａ】本発明の他の好ましい実施の形態における「半バルク拡散」ＩＭＣの写真及び概略図を示している。
【図１１Ｂ】本発明の他の好ましい実施の形態における「半バルク拡散」ＩＭＣの写真及び概略図を示している。
【図１Ａ】
2008506038.tif 000008
【図１Ｂ】
2008506038.tif 000009
【図２】
2008506038.tif 000010
【図３】
2008506038.tif 000011
【図４Ａ】
2008506038.tif 000012
【図４Ｂ】
2008506038.tif 000013
【図５Ａ】
2008506038.tif 000014
【図５Ｂ】
2008506038.tif 000015
【図６Ａ】
2008506038.tif 000016
【図６Ｂ】
2008506038.tif 000017
【図７Ａ】
2008506038.tif 000018
【図７Ｂ】
2008506038.tif 000019
【図８Ａ】
2008506038.tif 000020
【図８Ｂ】
2008506038.tif 000021
【図９Ａ】
2008506038.tif 000022
【図９Ｂ】
2008506038.tif 000023
【図１０Ａ】
2008506038.tif 000024
【図１０Ｂ】
2008506038.tif 000025
【図１１Ａ】
2008506038.tif 000026
【図１１Ｂ】
2008506038.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月12日(2007.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を有する電子部品であって、前記Ｓｎリッチ堆積層は、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層であることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
堆積表面に対して垂直な方向における粒子のサイズが２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
前記粒子は、堆積表面に対して平行な方向においてほぼ同じ配向をとっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記粒子の形状は、不規則であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
【請求項５】
前記Ｓｎリッチ堆積層の厚さは、少なくとも２μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品。
【請求項６】
更なる堆積層が、前記Ｓｎリッチ堆積層上に形成され得ることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項７】
前記更なる堆積層及び前記Ｓｎリッチ堆積層は、異なる粒子構造を有していることを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
【請求項８】
電気的接続のための前記部材は、銅又は銅合金によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品。
【請求項９】
電気的接続のための部材上にＳｎリッチ堆積層を形成するために電子部品をメッキするプロセスであって、
開始添加物及び光輝性添加物が含まれるようにスズメッキ溶液の組成を調整するステップと、
前記スズメッキ溶液中を通して前記電子部品を動かして、電気的接続のための前記部材上に前記Ｓｎリッチ堆積層を形成するステップと、
を含み、
前記Ｓｎリッチ堆積層は、堆積表面に対して平行な方向におけるサイズよりも堆積表面に対して垂直な方向におけるサイズの方が小さい粒子からなる微細粒Ｓｎリッチ堆積層であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記開始添加物は、非イオン湿潤剤の水溶液を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１１】
前記光輝性添加物は、エトキシレートナフトールスルホン酸、α−ナフトール又はα−ナフトールスルホン酸から選択されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１２】
前記開始添加物の濃度は、ほぼ４０乃至１００ｇ／ｌの範囲であり、前記光輝性添加物の量は、ほぼ３乃至９ｍｌ／ｌの範囲であることを特徴とする請求項１０に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１３】
前記スズメッキ溶液は、メチルスルホン酸系スズメッキ溶液であることを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１４】
前記光輝性添加物のための溶媒が、イソプロピルグリコールであることを特徴とする請求項９又は１１に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１５】
メッキ条件を制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１６】
前記メッキ条件は、ほぼ２５乃至３０ＡＳＤの範囲の電流密度と、ほぼ１８乃至４５℃の範囲の槽温度とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１７】
前記メッキ条件は、ほぼ５乃至２５ＡＳＤの範囲の電流密度と、ほぼ１８乃至３５℃の範囲の槽温度とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１８】
前記微細粒Ｓｎリッチ堆積層の厚さが少なくとも２μｍとなるようにメッキ時間を制御するステップを更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【請求項１９】
前記微細粒Ｓｎリッチ堆積層上に通常のＳｎリッチ堆積層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の電子部品をメッキするプロセス。
【国際調査報告】
2008506038.tif 000028
2008506038.tif 000029
2008506038.tif 000030