(57)【要約】【課題】鉛フリーのめっき材料を採用しながら、端子１５の表面に形成しためっき層１６でウィスカが成長するのを抑制でき、防湿性にも優れた端子を持つ電子部品を得る。【解決手段】端子１５を有する電子部品１０において、端子１５の表面にめっき層１６を形成し、その表面に前記めっき層１６から発生するウィスカよりも高い機械的強度を持つ硬質薄膜（例えば、ＤＬＣ薄膜）１７が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面にめっき層を有する端子を備えた電子部品であって、前記端子のめっき層の表面には、めっき層から発生するウィスカよりも高い機械的強度を持つ硬質薄膜が形成されていることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記硬質薄膜は、ＤＬＣ薄膜、窒化シリコン薄膜、または窒化炭素薄膜のいずれか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】
請求項１または２に記載の電子部品であって、前記電子部品はＩＣチップと該ＩＣチップを搭載したリードフレームを有し、前記端子は前記リードフレームの一部であることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品、特にＩＣチップをリードフレームに搭載した半導体装置のような、端子を有する電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばＩＣチップをリードフレームに搭載した半導体装置のような電子部品は一層の小型化が求められており、結果として、その端子間の間隔は数百μｍ程度まで狭くなってきている。半導体装置のような電子部品において、前記端子の母材には黄銅、銅合金、４２アロイなどが用いられるが、素地のままでは端子表面が酸化して導通不良（はんだ付け不良等による）を引き起こす恐れがあるので、通常、めっき等により端子表面に保護膜が形成される。めっき層の材料としては、主にＳｎやＳｎ合金が用いられる。
【０００３】
めっき層の材料として、従来から鉛（Ｐｂ）を含む合金が用いられてきたが、近年、環境負荷を軽減する観点から鉛フリー化が求められるようになり、端子のめっき層材料にも、例えば、Ｓｎ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｂｉのように、鉛を含まない材料が使用されるようになっている。しかし、鉛フリーの材料で電子部品の端子表面をめっき処理すると、ウィスカが発生することが知られており、前記のように端子間の間隔が数百μｍ程度と狭い場合には、発生したウィスカにより端子間ショートが発生する恐れがあるので、その対策が求められている。
【０００４】
特許文献１には、その対策として、芯材表面にＳｎ系めっき層が形成されているリード線の表面に酸化Ｓｎ形成処理を行うことによってウィスカの発生を抑制するようにした電解コンデンサ用タブ端子が記載されている。特許文献２には、はんだ付けの濡れ性とウィスカの発生を防止することができるものとして、基材である金属材料上にＳｎ系合金からなるめっき層を形成し、その表面にＳｎ層を形成した電子部品用材料が記載されている。また、端子に形成しためっき層の表面に、防湿のための絶縁コーティング（例えば、ポリオレフィン膜、アクリル膜、ポリウレタン膜等）を形成することも行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１１９５０号公報
【特許文献２】特開２００２−５３９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、鉛フリーであるＳｎ系めっき層に生成するウィスカに関して多くの実験と研究を行ってきているが、Ｓｎ系めっき層の表面に酸化Ｓｎ層を形成しても高いウィスカ抑制効果が得られないことを経験した。その理由として、ウィスカの発生原因の１つにめっき層表面の腐食（酸化）による内部応力増加が挙げられるが、酸化Ｓｎ層の形成はむしろ内部応力増加に寄与しているためと考えられる。
【０００７】
また、めっき層の表面にＳｎ層を形成する、あるいはポリオレフィン膜のような防湿のための絶縁コーティンクを形成することは、結果的にめっき層表面の腐食（酸化）を抑制することができてウィスカの発生を抑制できることが期待できるが、ウィスカの発生を完全には抑制することはできず、一旦生成したウィスカは、金属の単結晶に近いことから機械的強度が強く、表面に形成したＳｎ層や絶縁コーティンクを破壊して、さらに成長することも経験した。
【０００８】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、端子表面のめっき層からウィスカが発生しかつ成長するのを阻止することができ、かつ端子表面が腐食するのも有効に防止することのできる電子部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による電子部品は、母材表面にめっき層を有する端子を備えた電子部品であって、前記端子のめっき層の表面には、めっき層から発生するウィスカよりも高い機械的強度を持つ硬質薄膜が形成されていることを特徴とする。前記硬質薄膜の例としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）薄膜、窒化シリコン薄膜、または窒化炭素薄膜、等が挙げられるが、コーティングの利便性等の理由からＤＬＣ薄膜は特に好ましい。
【００１０】
後の実施例に示すように、本発明による電子部品では、めっき層の表面に、めっき層から発生するウィスカよりも高い機械的強度を持つ硬質薄膜を形成したことで、該薄膜がウィスカの成長に対してバリア層として機能し、めっき層から発生するウィスカの本数は大きく減少する。さらに、端子の防湿性も改善される。
【００１１】
めっき層を形成する鉛フリー材料は、Ｓｎ系合金あるいはＺｎ系合金を挙げることができる。純Ｓｎあるいは純Ｚｎであってもよい。好ましくはＳｎ系合金であり、例として、Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｓｎ−Ｉｎ合金、等が挙げられる。端子を構成する母材は、従来の電子部品で端子素材に用いられてきた金属材料をそのまま用いることができ、例として、黄銅、銅合金、４２アロイなどが挙げられる。電子部品の種類に応じて、適宜選択する。
【００１２】
本発明による電子部品は、半導体装置など端子を有する任意の電子部品を対象とする。一例として、ＩＣチップと該ＩＣチップを搭載したリードフレームを有し、前記端子は前記リードフレームの一部であるような電子部品を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鉛フリーの材料をめっき層に採用しながら、端子母材の表面に形成しためっき層にウィスカが発生しかつ成長するのを阻止することができ、かつ端子表面の防湿性をも向上させた電子部品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の一例を、図１を参照しながら説明する。
図１は、本発明による電子部品の一例である半導体装置１０を断面で示している。図において、１１はＩＣチップであり、該ＩＣチップ１１がダイパット１２を備えたリードフレーム１３に搭載されている。リードフレーム１３は、通常銅合金であり、厚さは１００〜５００μｍ程度である。半導体装置１０は、全体がエポキシやシリコーンのような封止樹脂１４で覆われており、リードフレーム１３の端部が端子１５として、外部に露出している。
【００１５】
端子１５の母材表面には鉛フリー材料であるめっき層１６が形成されている。めっき層は、純Ｓｎめっき層でもよく、Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ａｇ合金等の、１〜５％のＣｕ，Ｂｉ，Ａｇを含むＳｎ系合金によるめっき層であってもよい。Ｚｎ系合金からなるめっき層であってもよい。また、めっき層１６の厚さに制限はないが、通常、５〜１５μｍ程度である。
【００１６】
前記めっき層１６の表面には、厚さがほぼ３００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の範囲である、めっき層１６から発生するウィスカよりも高い機械的強度を持つ硬質薄膜１７が形成される。そのような硬質薄膜１７の例として、ＤＬＣ薄膜が挙げられる。めっき層１６の表面に前記硬質薄膜を形成するには、マグネトロンスパッター法などの適宜の手法を用いることができる。
【００１７】
上記の電子部品（半導体装置１０）において、端子１５の表面に形成されているめっき層１６の表面が、めっき層から発生するウィスカよりも高い機械的強度を持つ硬質薄膜１７により覆われているので、めっき層１６の表面腐食（酸化）が抑制され、結果として、めっき層１６にウィスカが成長するのは抑制される。生成したとしても、硬質薄膜１７がバリア層として機能することにより成長が抑止されるので、ウィスカが硬質薄膜１７を突き抜けて飛び出すことはない。
【００１８】
その結果、端子間が狭い場合であっても、端子間ショートが発生するのを確実に阻止することがきる。また、ＤＬＣ等の硬質薄膜１７は対水蒸気・酸素のバリア性に勝るので、端子１５の表面の腐食防止にも有効となる。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例と比較例により本発明を説明する。
［実施例１］
ＩＣのリードフレーム材料として使用されている厚さ２００μｍの４２アロイ（Ｎｉ４２ｗｔ％−Ｆｅ）に電解めっきによりＳｎ−３ｗｔ％Ｃｕ材料からなる厚さ１０μｍのめっき層を形成してテストピースとした。形成したＳｎ−Ｃｕめっき層の表面に対して、マグネトロンスパッター法により厚さ５００ｎｍのＤＬＣ薄膜を形成した。
【００２０】
ＤＬＣ薄膜を形成したテストピースに対して、最もウィスカが発生しやすい条件の１つと考えられている、５５℃、８５％ＲＨの環境内に２０００時間放置する高温高湿試験を行い、ウィスカの成長状態（ウィスカ長：μｍ）を観察した。ＤＬＣ薄膜から５０μｍ以上に成長したウィスカの本数を計測し、その結果を図２のグラフに「本実施例（ＤＬＣ−コーティング）」として示した。なお、例えばＩＣリードフレームを想定した場合、５０μｍ以上にウィスカが成長すると、端子間でショートする恐れがあることから、ウィスカ長５０μｍは測定上の１つの目安となっている。
【００２１】
［比較例１］
実施例１で用いたテストピースのめっき層に対して、厚さ３μｍのアクリル薄膜を防湿コーティングとして施した試料を準備した。それに対して実施例１と同じ高温高湿試験を行い、防湿コーティング膜から５０μｍ以上に成長したウィスカの本数を計測した。その結果を図２のグラフに「従来例（防湿コーティング）」として示した。
【００２２】
［実施例２］
実施例１のテストピースに形成したＤＬＣ薄膜の機械的強度（引っ張り強さＭＰａ）を測定した。また、実施例１で５０μｍ以上に成長したウィスカの機械的強度（引っ張り強さＭＰａ）を同じ手法で測定した。その結果を図３のグラフに示した。
【００２３】
［比較例２］
比較例１で準備した試料における防湿コーティングの機械的強度（引っ張り強さＭＰａ）を同じ手法で測定した。その結果を図３のグラフに示した。
【００２４】
［実施例３］
実施例１のテストピースに形成したＤＬＣ薄膜の水蒸気（Ｈ２Ｏ）透過率（ｍｌ／ｍ２・Ｄａｙ）を、ＪＩＳ−Ｚ−０２０８に即して測定した。その結果を図４のグラフに「ＤＬＣ」として示した。
【００２５】
［比較例３］
比較例１で準備した試料における防湿コーティングの水蒸気（Ｈ２Ｏ）透過率（ｍｌ／ｍ２・Ｄａｙ）を実施例３と同様にして測定した。その結果を図４のグラフに「従来技術・防湿コート」として示した。
【００２６】
［評価］
図２に示すように、実施例１のものは従来例のものと比較して５０μｍ超のウィスカの本数は大幅に減少しており、本発明の優位性が示される。減少した理由は、図３に示すように、ＤＬＣの機械的強度がウィスカの機械的強度よりも勝るため、ＤＬＣ薄膜層がバリア層として機能したことによると考えられる。また、従来の防湿コーティングの機械的強度はウィスカの機械的強度よりも劣っているために、ウィスカの成長を抑制する機能は果たさないと考えられる。
【００２７】
さらに、図４に示すように、ＤＬＣ薄膜は従来の防湿コーティングよりも水蒸気透過率が小さく、ＤＬＣ薄膜が腐食防止機能も備えることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による電子部品の一例である半導体装置を断面で示す図。
【図２】実施例と比較例での５０μｍ以上のウィスカの本数を示すグラフ。
【図３】実施例と比較例での、ＤＬＣ，ウィスカ、防湿コーティングの機械的強度を示すグラフ。
【図４】実施例と比較例での、ＤＬＣと防湿コーティングの水蒸気透過率を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２９】
１０…本発明による電子部品の一例である半導体装置、１１…ＩＣチップ、１２…ダイパット、１３…リードフレーム、１４…封止樹脂、１５…端部、１６…めっき層、１７…硬質薄膜（ＤＬＣ薄膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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