(57)【要約】【課題】Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成する電解メッキ工程において、製造コストを抑えて、被メッキ処理物の表面に所望する組成のＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成することのできる技術を提供する。【解決手段】金属ケース３０内に投入された金属固体Ｓｎ３２と金属ケース３０とが直接接触するのを防ぐための絶縁シート３３を、金属固体Ｓｎ３２と金属ケース３０との間に設ける。さらに、金属ケース３０内に不活性ブロック３４を配置して、この不活性ブロック３４の上に絶縁シート３３（及びアノードプレート３１）を介して複数の金属固体Ｓｎ３２を配置し、また、金属ケース３０をアノードバック３５内に配置する。【選択図】図１
2008190005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
錫及び添加元素を含むメッキ液中に被メッキ処理物を浸して、前記被メッキ処理物の表面に合金メッキ膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記錫は前記メッキ液中に配置された複数の金属固体錫から供給され、前記複数の金属固体錫は絶縁シートを介して金属ケース内に収納されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記金属ケース内に不溶性ブロックを配置し、前記不溶性ブロックの上に前記絶縁シートを介して前記複数の金属固体錫を配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の金属固体錫及び前記金属ケースは陽極に接続され、前記被メッキ処理物は陰極に接続されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記不溶性ブロックは陽極に接続されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の金属固体錫は球形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の金属固体錫はブロック形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記金属ケースはアノードバック内に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記被メッキ処理物は前記メッキ液の中心付近に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記メッキ液に含まれる前記添加元素はビスマス、銅、銀または亜鉛のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁シートには、複数の穴が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、前記絶縁シートはポリプロピレンからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記不活性ブロックはチタンからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置の製造過程の一工程であるメッキ工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば錫及びビスマスを含むメッキ液中に被メッキ処理物を浸し、メッキ液中に配置された固体錫金属及び固体ビスマス金属を陽極に接続し、被メッキ処理物を陰極に接続して、被メッキ処理物のメッキ処理を行う技術が特開２００５−１６３１５２号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１６３１５２号公報（段落［００３４］〜［００３７］、図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
リードフレームを用いて製造される半導体装置では、実装基板に半田付けする際の半田ぬれ性を確保するため、リードの外部接続用端子部に合金メッキ膜が形成されている。この合金メッキ膜としては、主にＳｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）組成の合金メッキ膜が使用されてきたが、近年、環境保護の関係からＰｂの使用が規制され、合金メッキ膜においてもＰｂフリー化が進められている。
【０００４】
Ｐｂフリー組成の合金メッキ膜としては様々な組成のものが提案され、実用化されており、その中の１つに、Ｓｎ−Ｂｉ（ビスマス）組成の合金メッキ膜（以下、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜と記す）がある。Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜は、一般に電解メッキ法により形成される。電解メッキ法は、メッキ液から金属を被メッキ処理物の表面に電解析出させて合金メッキ膜を形成する方法である。例えばＳｎ及びＢｉを含むメッキ液中に被メッキ処理物を浸し、メッキ液中に配置された金属固体Ｓｎ及び金属固体Ｂｉを陽極に接続し、被メッキ処理物を陰極に接続することにより、被メッキ処理物の表面にＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成することができる（前記特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、電解メッキ法により形成されるＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜については、以下に説明する種々の技術的課題が存在する。
【０００６】
図２０（ａ）に示すように、Ｓｎ及びＢｉを含むメッキ液５１中に金属固体Ｓｎ５２を浸すと、Ｓｎのイオン化傾向がＢｉよりも高いことから、金属固体Ｓｎ５２の表面にＢｉが置換析出する。さらに、図２０（ｂ）に示すように、金属固体Ｓｎ５２が陰極板５３に接触すると、陰極板５３の表面にもＢｉが置換析出する。メッキ液５１中のＢｉが置換析出すると、メッキ液５１中のＢｉの濃度が減少するため、Ｂｉを頻繁にメッキ液５１中に供給する必要があり、Ｂｉの置換析出量が増加すれば、当然に補充されるＢｉ量が増加する。しかし、ＢｉのコストはＳｎ等の他の材料のコストよりも高いため、このＢｉ量の増加が、半導体装置の製造コストを押し上げる要因の１つとなっている。
【０００７】
また、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜は、半導体装置の実装時の基板側に予め設けている半田ペーストの濡れ性を考慮して、一般にＳｎ：Ｂｉ＝９８（重量％）：２（重量％）の組成で形成される。しかし、メッキ液中のＢｉの濃度が変動すると、形成されたＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜のＢｉの濃度も変動して、その組成にばらつきが生じてしまう。
【０００８】
また、金属固体Ｓｎをメッキ液中に浸す場合は、金属固体Ｓｎを不可溶性の金属ケースに収納している。金属ケースの上面は、金属固体Ｓｎの投入を容易にするために開放されており、金属ケースの前面は、メッキ液の侵入を容易にするために網で構成されている（前記特許文献１参照）。しかし、金属ケースの表面にＢｉが置換析出すると、金属ケースの網目を塞いでしまい、被メッキ処理物への安定したＳｎの供給が出来なくなってしまう。そのため、金属ケースの掃除を人手により行う必要があるが、金属ケースに析出した金属（Ｂｉ）を除去することは困難であり、掃除に多大な時間（例えば１つの金属ケースの掃除に２〜３時間程度）を要するため、作業者にとって大きな負担となっている。
【０００９】
本発明の目的は、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成する電解メッキ工程において、製造コストを抑えて、被メッキ処理物の表面に所望する組成のＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成することのできる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成する電解メッキ工程において、金属ケースのメンテナンス作業の軽減を図ることのできる技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本発明は、Ｓｎ及びＢｉを含むメッキ液中に被メッキ処理物を浸して、被メッキ処理物の表面にＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成する電解メッキ工程を有する半導体装置の製造方法であって、Ｓｎはメッキ液中に配置された複数の金属固体Ｓｎから供給され、複数の金属固体Ｓｎは絶縁シートを介して金属ケース内に収納されている。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成する電解メッキ工程において、製造コストを抑えて、被メッキ処理物の表面に所望する組成のＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を形成することができる。また、金属ケースのメンテナンス作業の軽減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本実施の形態においては、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、本実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、本実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値及び範囲についても同様である。
【００１７】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す。また、本実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態によるＱＦＮ（Pb-free Quad Flat No-Lead）型半導体装置について図２〜図４を用いて説明する。図２は半導体装置の外観構造を示す概略平面図、図３は半導体装置の内部構造を示す図（（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図）、図４は図３（ｂ）の一部を拡大した概略断面図である。
【００１９】
図２及び図３に示すように、半導体装置１は、半導体チップ２、複数のリード３、チップ支持体（ダイパッド、タブ、チップ搭載部）４、４本の吊りリード５、複数のボンディングワイヤ６及び樹脂封止体７等を有するパッケージ構造となっている。半導体チップ２、複数のリード３、チップ支持体４、４本の吊りリード５及び複数のボンディングワイヤ６等は、樹脂封止体７によって封止されている。半導体チップ２は、チップ支持体４の主面に接着剤８を介在して接着固定され、チップ支持体４には、４本の吊りリード５が一体的に連結されている。
【００２０】
半導体チップ２は、その厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施の形態では例えば正方形になっている。半導体チップ２は、互いに反対側に位置する主面（回路形成面）及び裏面を有し、これに限定されないが、その主面には、複数のトランジスタ素子と、絶縁膜及び配線のそれぞれを複数段積み重ねた多層配線と、この多層配線を覆うようにして形成された表面保護膜等を有する構成になっている。
【００２１】
さらに、半導体チップ２の主面には、複数のボンディングパッド９が形成されている。複数のボンディングパッド９は、半導体チップ２の各辺に沿って配置されている。複数のボンディングパッド９は、半導体チップ２の多層配線のうちの最上層の配線により形成され、各々のボンディングパッド９に対応して半導体チップ２の表面保護膜に形成された開口により露出している。
【００２２】
複数のボンディングパッド９は、複数のリード３とそれぞれ電気的に接続されている。本実施の形態では、ボンディングパッド９とリード３との電気的な接続は、ボンディングワイヤ６により行われており、ボンディングワイヤ６の一端はボンディングパッド９に接続され、ボンディングワイヤの他の一端はリード３に接続されている。ボンディングワイヤ６としては、例えばＡｕ（金）線を用いている。また、ボンディングワイヤ６の接続方法としては、例えば熱圧着に超音波振動を併用したネイルヘッドボンディング法（ボールボンディング法）を用いている。
【００２３】
樹脂封止体７は、その厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施の形態では例えば正方形になっている。樹脂封止体７は、互いに反対側に位置する表面７ｘ及び裏面７ｙを有し、樹脂封止体７の平面サイズ（外形サイズ）は、半導体チップ２の平面サイズ（外形サイズ）よりも大きくなっている。
【００２４】
樹脂封止体７は、低応力化を図る目的として、例えばフェノール系硬化剤、シリコーンゴム及びフィラー等が添加されたビフェノール系の熱硬化性樹脂により形成されている。樹脂封止体７の形成方法としては、大量生産に好適なトランスファ・モールディング法を採用することができる。トランスファ・モールディング法は、ポット、ライナー、樹脂注入ゲート及びキャビティ等を備えた成形金型を使用し、ポットからライナー及び樹脂注入ゲートを通してキャビティの内部に熱硬化性樹脂を注入して樹脂封止体を形成する方法である。なお、トランスファ・モールディング法には、複数の製品形成領域を有するリードフレームを使用し、各製品形成領域に搭載された半導体チップを各製品形成領域毎に樹脂封止する個別方式と、複数の製品形成領域を有するリードフレームを使用し、各製品形成領域に搭載された半導体チップを一括して樹脂封止する一括方式とがあるが、本実施の形態では、個別方式のトランスファ・モールディング法を採用している。
【００２５】
複数のリード３は、樹脂封止体７の４辺に沿って配置され、樹脂封止体７の側面側から半導体チップ２に向かって延在している。また、複数のリード３は、互いに反対側に位置する表面及び裏面を有し、複数のリード３のそれぞれの裏面は樹脂封止体７の裏面から露出している。本実施の形態の半導体装置１では、リード３の裏面を外部接続用端子部として使用している。
【００２６】
リード３の裏面は、図４に示すように、合金メッキ膜１１が形成されている。この合金メッキ膜１１は、実装基板に半導体装置１を半田付けする際の半田濡れ性を確保する目的で形成されている。本実施の形態では、合金メッキ膜１１として、例えばＳｎ：Ｂｉ＝９８（重量％）：２（重量％）の組成のＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜が使用されている。この合金メッキ膜１１は、後に詳細に説明するが、電解メッキ法により形成されている。電解メッキ法は、メッキ液中に陰極として被メッキ処理物を、陽極としてメッキ膜と同一の金属とをそれぞれ浸し、両電極間に電流を流してメッキ液中に溶けている金属イオンを陰極へ移動させ、被メッキ処理物の表面で電子を交換することにより、元の金属に還元、析出させてメッキ膜を生成する方法である。
【００２７】
次に、本実施の形態による半導体装置の製造に使用されるリードフレームについて図５及び図６を用いて説明する。図５は半導体装置の製造に使用されるリードフレームの概略平面図、図６は図５の一部を拡大した概略平面図である。
【００２８】
図５及び図６に示すように、リードフレームＬＦは、例えば外枠部及び内枠部を含むフレーム本体（支持体）１２で区画された複数の製品形成領域（デバイス形成領域）１３を行列状に配置した多連構造になっている。各製品形成領域１３には、複数のリード３、１つのチップ支持体４、４本の吊りリード５等が配置されている。チップ支持体４は、製品形成領域１３の中央部に配置され、４本の吊りリード５を介してフレーム本体１２と一体的に形成されている。複数のリード３は、４つのリード群に分かれて配置され、各リード群のリード３はフレーム本体１２と一体的に形成されている。
【００２９】
リードフレームＬＦは、例えばＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）系の合金、Ｃｕ（銅）またはＣｕ系の合金からなる平板材（金属板）にエッチング加工またはプレス加工を施して、所定のリードパターンを形成することによって形成される。本実施の形態によるリードフレームＬＦは、その厚さ方向にリード３とチップ支持体４との高さをオフセットしている。このオフセットは、吊りリード５に曲げ加工を施すことによって行われている。
【００３０】
次に、本実施の形態によるＱＦＮ型半導体装置の製造方法について図７及び図８を用いて工程順に説明する。図７は半導体装置の製造工程を示す図（（ａ）はチップボンディング工程を示す概略断面図、（ｂ）はワイヤボンディング工程を示す概略断面図）、図８は図７に続く半導体装置の製造工程を示す図（（ａ）はモールディング工程を示す概略断面図、（ｂ）はメッキ工程を示す概略断面図）である。
【００３１】
まず、図７（ａ）に示すように、リードフレームＬＦを準備し、各製品形成領域１３のチップ支持体４の主面に接着剤８を介在して半導体チップ２を接着固定する。半導体チップ２の接着固定は、半導体チップ２の裏面がチップ支持体４の主面と向かい合う状態で行われる。続いて、図７（ｂ）に示すように、半導体チップ２の複数のボンディングパッド９と複数のリード３とをボンディングワイヤ６でそれぞれ電気的に接続する。
【００３２】
次に、図８（ａ）に示すように、半導体チップ２、複数のリード３、チップ支持体４、同図に示さない４本の吊りリード５、複数のボンディングワイヤ６等を樹脂封止して樹脂封止体７を形成する。本実施の形態では、樹脂封止体７の形成は、各製品形成領域１３に搭載された半導体チップ２を製品形成領域１３毎に樹脂封止する個別方式のトランスファ・モールディング法で行われる。
【００３３】
次に、図８（ｂ）に示すように、リード３の裏面（外部接続用端子部）に、合金メッキ膜１１として、例えばＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜を電界メッキ法により形成する。その後、フレーム本体１２からリード３及び吊りリード５を切断によって分離する。これにより、前記図２及び図３に示す半導体装置１がほぼ完成する。
【００３４】
次に、本実施の形態によるリードフレームのメッキ工程について図１および図９〜図１８を用いて説明する。図１は本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽のリードフレーム搬送方向に対して垂直な方向の概略断面図（（ａ）は２つのメッキ槽の断面図、（ｂ）は金属ケース内を拡大した断面図）、図９は本実施の形態による電解メッキ装置の概略構成を示すブロック図、図１０は本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽の概略上面図、図１１は本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽の概略側面図、図１２は本実施の形態によるモールディング工程が施されたリードフレームの拡大概略平面図、図１３は本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽に備わる金属ケースの概略図（（ａ）は上面図、（ｂ）及び（ｃ）は側面図）、図１４は本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽に備わるアノードプレートの概略図（（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図）、図１５は本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽に備わる絶縁シートの概略図（（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図）、図１６は本実施の形態によるメッキ液中の反応を説明するＳｎ−Ｂｉ反応の模式図、図１７は本実施の形態による絶縁シートの効果を説明するＢｉ析出の模式図、図１８は本実施の形態によるＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜の厚さ及び組成比と印加電流との関係を示すグラフ図である。
【００３５】
メッキ工程では、図９に示す電解メッキ装置２０を使用する。電解メッキ装置２０は、これに限定されないが、ローダ部２１、前処理部２２、メッキ処理部２３、後処理部２４、乾燥処理部２５、アンローダ部２６等を備えている。
【００３６】
ローダ部２１は前処理部２２にリードフレームＬＦを供給する。前処理部２２では、まず、ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）等のアルカリ系の処理液を使用し、リードフレームＬＦの表面に付着した油成分等の汚れを除去する脱脂処理を行う。次にＨＣｌ（塩酸）やＨ2ＳＯ4（硫酸）等の処理液を使用し、リードフレームＬＦの表面をエッチングして合金メッキ膜１１の接着性を良くする表面活性化処理等が行われる。メッキ処理部２３では、リードフレームＬＦの表面に合金メッキ膜１１を形成する。後処理部２４では、Ｎａ3ＰＯ4（燐酸三ナトリウム）等のアルカリ系の処理液を使用し、前段のメッキ処理部２３で形成された合金メッキ膜１１を中和させる中和処理及び前段の処理液を洗い流す洗浄処理等を行う。乾燥処理部２５では、リードフレームＬＦの表面に付着した水分等を蒸発させる処理を行う。アンローダ部２６は、前段の乾燥処理部２５で処理されたリードフレームＬＦを収納する。
【００３７】
図１０及び図１１に示すように、電解メッキ装置２０のメッキ処理部２３には、例えば同じ構造の２つのメッキ槽２７が配置され、各メッキ槽２７には、例えば同じ構造の２つの処理槽２９が配置されている。図１０には、２つのメッキ槽２７のうち、１つのメッキ槽２７を示している。各処理槽２９の中には、メッキ液２８が入っている。メッキ液２８としては、Ｓｎ（Ｓｎ塩）及びＢｉ（Ｂｉ塩）を含み、さらに有機スルホン酸溶液を含むメッキ液が用いられている。Ｓｎ及びＢｉは、例えば概ねＳｎ２＋：Ｂｉ３＋＝９８（重量％）：２（重量％）の割合でメッキ液２８中に含まれている。
【００３８】
被メッキ処理物であるリードフレームＬＦは、一方のメッキ槽２７に備わる１つの処理槽２９から他の一方のメッキ槽２７に備わる１つの処理槽２９へ、例えば図１０に示す搬送方向Ｒに沿って搬送される。さらに、１つの処理槽２９は、例えば６つの金属ケース３０及びＢｉを含むメッキ液２８を噴出する８つのノズル２８Ａを備えており、リードフレームＬＦと所定の間隔をもってリードフレームＬＦを挟むようにして、リードフレームＬＦの搬送経路の両脇にそれぞれ３つの金属ケース３０及び４つのノズル２８Ａが交互に配置されている。処理槽２９のリードフレームＬＦの搬送方向Ｒに沿った方向の寸法は例えば１．５ｍである。また、リードフレームＬＦの搬送経路を挟んで互いに向かい合う２つの金属ケース３０の距離は、例えば５２ｍｍである。
【００３９】
金属ケース３０内には、後述するように金属固体Ｓｎが複数（例えば２０個程度）投入されている。金属ケース３０は電源の陽極に接続され、リードフレームＬＦは電源の陰極に接続されている。
【００４０】
メッキ工程は、図１２に示すモールディング工程が施されたリードフレームＬＦをメッキ液２８中において搬送することによって行われる。リードフレームＬＦは、一方向に複数の製品形成領域１３を配置した多連構造になっているため、平面が長方形になっている。このリードフレームＬＦは、メッキ液２８中において搬送方向ＲにリードフレームＬＦの長手方向が沿うようにして搬送され、金属固体Ｓｎが投入された金属ケース３０がリードフレームＬＦの搬送方向Ｒに沿って配置されているので、合金メッキ膜１１の厚さやＳｎ−Ｂｉ組成比のばらつきを抑制することができる。
【００４１】
金属ケース３０は、図１３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、メッキ液２８中において金属固体Ｓｎの投入を容易にするためにその上面が開放されており、また、金属ケース３０内へのメッキ液２８の侵入を容易にするためにその側面が網で構成されている。金属ケース３０の基材には、例えば不溶性のＴｉ（チタン）を用いることができる。金属ケース３０のリードフレームＬＦの搬送方向Ｒに沿った方向の寸法は例えば３８０ｍｍ、リードフレームＬＦの搬送方向Ｒに対して垂直な方向の縦寸法は例えば６５ｍｍ、横寸法は例えば２１ｍｍである。
【００４２】
金属ケース３０内へは複数の金属固体Ｓｎが投入されるが、金属固体Ｓｎと直接接触するアノードプレート３１が金属ケース３０内に配置されている。図１４に、アノードプレート３１の外形形状を示す。アノードプレート３１の厚さは例えば０．５ｍｍであり、アノードプレート３１の基材には、例えば不溶性のＴｉを用いることができる。
【００４３】
さらに、図１に示すように、金属ケース３０内に投入された金属固体Ｓｎ３２と金属ケース３０とが直接接触するのを防ぐための絶縁シート３３が、金属固体Ｓｎ３２と金属ケース３０との間（一部では、アノードプレート３１と金属ケース３０との間）に設けられている。金属固体Ｓｎ３２の形状は球状であり、その直径は例えば１５ｍｍφである。球形状の利点としては、芯部が残らず最後まで使いきることができるので、メッキ液２８から金属固体Ｓｎ３２を取り出す作業が不要であること、コストが低いことなどを挙げることができる。また、金属ケース３０内には、不活性ブロック３４が設けられており、この不活性ブロック３４の上に絶縁シート３３（及びアノードプレート３１）を介して複数の金属固体Ｓｎ３２が収納されている。また、金属ケース３０はアノードバック３５内に配置されている。
【００４４】
以下に、絶縁シート３３、不活性ブロック３４及びアノードバック３５の効果についてそれぞれ説明する。
【００４５】
まず、絶縁シート３３の効果について説明する。図１５に絶縁シート３３の概略図を示す。絶縁シート３３の材質は、例えばポリプロピレンであり、金属固体Ｓｎ３２へのメッキ液２８の循環を可能にするため、絶縁シート３３の側面には複数の穴が形成されている。
【００４６】
図１６に示すように、金属固体Ｓｎ３２を金属ケース３０内に入れて、Ｂｉイオンを含むメッキ液２８中に浸すと、金属固体Ｓｎ３２からＳｎイオンが溶出し、Ｂｉが金属固体Ｓｎ３２の表面で置換析出し、さらに金属固体Ｓｎ３２の内部へ入り込んでいく。同時に金属固体Ｓｎ３２と接触している金属ケース３０の表面でもＢｉが置換析出する。ＳｎとＢｉとの置換反応は標準電位差によるものであり、メッキ時の通電の有無に関わらず進行する。さらには、ＳｎとＢｉとの置換反応で発生した余剰電子によって局所的な分極が生じ、金属固体Ｓｎ３２に接触する導電物の表面にもＢｉが置換析出して、成長する。
【００４７】
しかし、図１７の模式図に示すように、Ｔｉ製の金属ケース３０と金属固体Ｓｎ３２との間に絶縁シート３３を設けて、金属ケース３０と金属固体Ｓｎ３２とを間接的に接触させることにより、金属固体Ｓｎ３２の表面にはメッキ液２８中のＢｉが置換析出するが、金属ケース３０の表面におけるＢｉの置換析出を抑制することができる。その結果、メッキ液２８中の余分なＢｉの消費が少なくなり、従来の絶縁シート３３を設けない電解メッキ法よりもメッキ液２８に供給するＢｉ量を低減することができて、半導体装置の製造コストの増加を抑えることができる。また、金属ケース３０の網目を塞ぐことがないので、金属ケース３０の掃除時間が短縮されて、作業者の負担を軽減することができる。
【００４８】
次に、不活性ブロック３４の効果について説明する。不活性ブロック３４は、例えばＴｉからなり、その表面を４μｍ程度の厚さのＰｔ（プラチナ）で覆ってもよい。不活性ブロック３４の寸法は例えば１８０×３５×１５ｍｍである。
【００４９】
メッキ液２８中に余剰のＳｎイオンが、置換及び溶解により変動したことにより多く含まれると、陽極と陰極との間の電流密度のバランスが取りにくくなり、所望する厚さ及びＳｎ−Ｂｉ組成比の合金メッキ膜１１を得ることが難しくなる。しかし、金属ケース３０内に不活性ブロック３４を配置して底上げすることにより、金属ケース３０内に投入される金属固体Ｓｎ３２の量が減り、所望の表面積に対して制御可能となることからメッキ液２８中のＳｎイオン量が安定化するので、陽極と陰極との間の電流密度のバランスを取りやすくすることができる。
【００５０】
図１８に、Ｔｉ製の不活性ブロックを用いてリードフレームの表面に成長させたＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜の厚さ及びＳｎ−Ｂｉ組成比の印加電流（電源の陽極と陰極とに印加される電流）依存性の一例を示す。印加電流が５５Ａから８０Ａへ増加するに従って、Ｓｎ−Ｂｉ合金メッキ膜の厚さは３．６μｍから５．３μｍへ増加し、Ｓｎ−Ｂｉ組成比は３．７（％Ｂｉ）から２．７（％Ｂｉ）へ減少しており、印加電流を調整することにより所望する厚さ及びＳｎ−Ｂｉ組成比のＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜が得られることがわかる。
【００５１】
また、前記図１に示したように、陰極となるリードフレームＬＦはメッキ液２８中のほぼ中央部付近に配置、さらには不溶性陽極付近に配置されている。これは、リードフレームＬＦを水面近くに置くと、水面が波打った場合（揺れた場合）に、合金メッキ膜１１の厚さやＳｎ−Ｂｉ組成比がばらつくという問題を回避するためである。電流密度のバランスを取りやすくするために、不活性ブロック３４を設置せずに金属固体Ｓｎ３２のみを収納した金属ケース３０を水面近くに置くと、陽極（金属固体Ｓｎ３２）と陰極（リードフレームＬＦ）との距離が離れて、合金メッキ膜１１の厚さ及びＳｎ−Ｂｉ組成比にばらつきが生じてしまう。しかし、不活性ブロック３４を設置することにより、陽極（不活性ブロック３４）と陰極（リードフレームＬＦ）とを近くに置くことが出来るので、安定したＳｎ−Ｂｉ反応が得られて、厚さ及びＳｎ−Ｂｉ組成比のばらつきの小さい合金メッキ膜１１を形成することができる。
【００５２】
また、金属固体Ｓｎ３２は、人手により金属ケース３０内へ供給されるが、不活性ブロック３４を金属ケース３０内に設置すると、金属固体Ｓｎ３２の消費の様子が目視し易くなり、遅滞なく金属固体Ｓｎ３２を供給することができる。
【００５３】
次に、アノードバック３５の効果について説明する。メッキ処理中は、前述したように金属固体Ｓｎ３２の表面にもＢｉが置換析出するが、スラッジ（酸化物等）も金属固体Ｓｎ３２の表面に付着する。このスラッジは剥がれやすく、剥がれたスラッジは溶けることなくメッキ液２８中に滞留して、安定したＳｎ−Ｂｉ反応を阻害する可能性がある。しかし、金属ケース３０をアノードバック３５内に配置することにより、金属固体Ｓｎ３２から剥がれ落ちたスラッジがメッキ液２８内に滞留することを防ぐことができる。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、Ｔｉ製の金属ケース３０と金属固体Ｓｎ３２との間に絶縁シート３３を設けることにより、金属ケース３０の表面におけるＢｉの置換析出を抑制することができる。その結果、メッキ液２８中の余分なＢｉの消費が少なくなり、メッキ液２８に供給するＢｉ量を低減することができて、半導体装置の製造コストの増加を抑えることができる。また、金属ケース３０内に不活性ブロック３４を配置して底上げをすることにより、金属ケース３０内に投入される金属固体Ｓｎ３２の量が減り、陽極と陰極との間の電流密度のバランスが取りやすくなる。メッキ液の水面の揺れを考慮して陰極となるリードフレームＬＦをメッキ液２８中のほぼ中央部付近に配置、さらには不溶性陽極付近に配置するが、陽極（金属固体Ｓｎ３２）と陰極（リードフレームＬＦ）との距離が離れても、Ｔｉ線の不活性ブロック３４が陽極となるので、陽極と陰極との距離を近くに保持することができる。また、金属ケース３０をアノードバック３５内に配置して、金属固体Ｓｎ３４から剥がれ落ちたスラッジがメッキ液２８内に滞留することを防ぐことができる。これらにより、安定したＳｎ−Ｂｉ反応が得られて、厚さ及びＳｎ−Ｂｉ組成比のばらつきの小さい合金メッキ膜１１を形成することができる。
【００５５】
さらに、Ｔｉ製の金属ケース３０と金属固体Ｓｎ３２との間に絶縁シート３３を設けることにより、金属ケース３０の表面におけるＢｉの置換析出が抑制されて、金属ケース３０の網目の潰れがなくなるので、金属ケース３０の掃除時間が短縮されて、作業者の負担を軽減することができる。
【００５６】
図１９は、本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽の他の例の概略断面図である。前述した電解メッキ装置２０のメッキ槽２７に備わる金属ケース３０内に投入される金属固体Ｓｎ３２は球形状としたが、図１９に示すように、ブロック形状としてもよい。ブロック形状の金属固体Ｓｎ３７の寸法は、例えば９０×２０×１２ｍｍであり、本実施の形態では、１つの金属ケース３０に８本（４本×２段）の金属固体Ｓｎ３７を投入した。ブロック形状の金属固体Ｓｎ３７を使用することにより、球形状の金属固体Ｓｎ３２よりもその表面積を低減することができるので、Ｓｎの溶出量が低減できて、メッキ液２８中におけるＳｎ濃度を抑えることができる。
【００５７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５８】
例えば、前記実施の形態では、メッキ液中に含まれる添加元素にＢｉを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば添加元素としてＣｕ、Ａｇ（銀）またはＺｎ（亜鉛）を含むメッキ液を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、リードの外部接続用端子部にＰｂフリー組成の合金メッキ膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽のリードフレーム搬送方向に対して垂直な方向の概略断面図であって、（ａ）は２つのメッキ槽の断面図、（ｂ）は金属ケース内を拡大した断面図である。
【図２】本実施の形態による半導体装置の外観構造を示す概略平面図である。
【図３】本実施の形態による半導体装置の内部構造を示す図であって、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図４】図３（ｂ）の一部を拡大した概略断面図である。
【図５】本実施の形態による半導体装置の製造に使用されるリードフレームの概略平面図である。
【図６】図５の一部を拡大した概略平面図である。
【図７】本実施の形態による半導体装置の製造工程を示す図であって、（ａ）はチップボンディング工程を示す概略断面図、（ｂ）はワイヤボンディング工程を示す概略断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程を示す図であって、（ａ）はモールディング工程を示す概略断面図、（ｂ）はメッキ工程を示す概略断面図である。
【図９】本実施の形態による電解メッキ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽の概略上面図である。
【図１１】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽の概略側面図である。
【図１２】本実施の形態によるモールディング工程が施されたリードフレームの拡大概略平面図である。
【図１３】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽に備わる金属ケースの概略図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）及び（ｃ）は側面図である。
【図１４】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽に備わるアノードプレートの概略図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図１５】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽に備わる絶縁シートの概略図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図である。
【図１６】本実施の形態によるメッキ液中の反応を説明するＳｎ−Ｂｉ反応の模式図である。
【図１７】本実施の形態による絶縁シートの効果を説明するＢｉ析出の模式図である。
【図１８】本実施の形態によるＳｎ−Ｂｉ合金メッキ膜の厚さ及び組成比と印加電流との関係を示すグラフ図である。
【図１９】本実施の形態による電解メッキ装置のメッキ槽の他の例の概略断面図である。
【図２０】本発明者らによって検討されたＳｎ−Ｂｉ反応の模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体装置
２  半導体チップ
３  リード
４  チップ支持体
５  吊りリード
６  ボンディングワイヤ
７  樹脂封止体
７ｘ  樹脂封止体の表面
７ｙ  樹脂封止体の裏面
８  接着剤
９  ボンディングパッド
１１  合金メッキ膜
１２  フレーム本体
１３  製品形成領域
２０  電解メッキ装置
２１  ローダ部
２２  前処理部
２３  メッキ処理部
２４  後処理部
２５  乾燥処理部
２６  アンローダ部
２７  メッキ槽
２８  メッキ液
２８Ａ  ノズル
２９  処理槽
３０  金属ケース
３１  アノードプレート
３２  金属固体Ｓｎ
３３  絶縁シート
３４  不活性ブロック
３５  アノードバック
３７  金属固体Ｓｎ
５１  メッキ液
５２  金属固体Ｓｎ
５３  陰極板
ＬＦ  リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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