JP2000307238A - ピン振込み治具およびプリント基板へのピンの取付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スルーホールを形成することなく、プリント
基板上にピンをろう付けにより接続する。 【解決手段】 プリント基板１１のピン接続パッド１２
の表面にはんだペースト１３を塗布する。ピン振込み治
具２１のピン挿入穴２１ｂのそれぞれにピン１７を振込
んでおく。ピン振込み治具２１のくぼみ２１ｃにプリン
ト基板１１をセットした状態で、プリント基板１１とピ
ン振込み治具２１との上下を逆にする。その状態で、加
熱を行ない、はんだペースト１３を溶融させることで、
ピン接続パッド１１にピン１７を接続させる。また、プ
リント基板１１とピン振込み治具２１のピンを支持する
面２１ａとの間に空間が空いているため、はんだがピン
振込み治具２１に固着することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ピン振込み治具
およびピンの取付方法に関し、特に半導体を搭載するた
めのＩＣパッケージ、ＭＣＭ（マルチチップモジュー
ル）および電子部品搭載用の多層プリント回路基板の製
造時において、プリント基板の表面にピンをろう付け接
続するために用いられるピン振込み治具およびプリント
基板へのピンの取付方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＰＵ（マイクロプロセシングユ
ニット）の高周波駆動化が急速に進み、そのパッケージ
構造はワイヤーボンディングタイプのＰＧＡ（ピングリ
ッドアレイ）からＣ４ ＢＧＡ（ボールグリッドアレ
イ）に移行し、またパッケージ材料も高周波化に有利な
低誘電率樹脂材料とＣｕメッキ配線に移行しつつある。
今後、ＩＣパッケージは、樹脂材料／Ｃｕ配線を使用し
たＣ４ ＢＧＡに急速に移行するものと予想される。こ
うした状況で、近年ビルトアップ基板が注目されてい
る。ビルトアップ基板は、プリント基板をコア基板と
し、樹脂材料を層間絶縁材とし、Ｃｕメッキを配線に使
用している。ビルトアップ基板は、ＭＰＵ搭載用のＩＣ
パッケージ、ＭＣＭ、電子部品搭載用の高密度実装基板
として注目されており、プリント基板メーカー、ＩＣパ
ッケージメーカー、半導体メーカーなどで精力的に開発
が進められている。

【０００３】これらのビルトアップ法によって製造され
た多層回路基板（特にＭＰＵパッケージ、チップセッ
ト）は、ＢＧＡ接続によりマザーボードに実装されてい
る。

【０００４】ところが近年、実装の簡便さ、部品交換の
容易さなどのメリットから従来のピンを用いたＰＧＡ接
続の需要が急速に高まりつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現状の
プリント基板へのピン接続方法は基板にスルーホールを
形成し、そこにピンを打込みはんだにより接続する方法
に限られている。この方法では、ピンが基板を貫通する
ために、ピンを接続したエリアにはビルトアップ回路を
形成することができない。

【０００６】このように、従来のピン接続技術では高密
度なビルトアップ多層基板上へピンを接続することは困
難である。そのため、セラミックスＰＧＡと同様なろう
付け法によるピン接続技術が必要となるが、プリント基
板に対するこのような技術は存在しない。

【０００７】また、セラミックスパッケージの製造のた
めに使用されているピン振込み治具はカーボン製のた
め、治具加工精度が低く、カーボン粉が基板に付着する
ため微細回路を有するビルトアップ回路基板への適用は
困難である。

【０００８】そこでこの発明は、良好な状態でプリント
基板の表面にピンをろう付け接続することができるピン
振込み治具およびプリント基板へのピンの取付方法を提
供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
この発明のある局面に従うと、プリント基板の表面にピ
ンをろう付け接続するためのピン振込み治具は、ピンを
支持する面を有し、ピン振込み治具を用いてプリント基
板にピンをろう付け接続するときに、ピンを支持する面
とプリント基板との間に空間が形成されることを特徴と
する。

【００１０】好ましくは、ピン振込み治具はアルミニウ
ムにより形成される。この発明の他の局面に従うと、上
述のピン振込み治具を用いてプリント基板へピンが取付
けられる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態のひと
つにおけるピン振込み治具およびプリント基板へのピン
の取付方法について説明する。本実施の形態におけるピ
ン振込み治具を用いると、高密度なビルトアップ基板表
面に実装のためのピンをろう付けによって接続すること
ができる。

【００１２】また、ピン振込み治具は、微細回路を有す
る多層ビルトアップ基板表面にピンをろう付け接続する
ために用いられるが、そのピン振込み治具は、高精度な
加工に適するアルミニウム材を使用したピン振込み治具
であって、はんだリフロー時にはんだが這い上がること
によるピン振込み治具とピンとの固着を防止するため、
ビルトアップ基板とピン振込み治具のピンを支持する面
（ピン挿入穴のある面）との間に０．５〜０．８ｍｍ程
度のピン振込みギャップを設けることを特徴とする。

【００１３】以下に、そのピン振込み治具を用いた高密
度ビルトアップ基板へのピンのろう付け方法について説
明する。

【００１４】図１は、ピンをろう付け接続する対象とな
るプリント基板（特にビルトアップ基板）の側面図であ
る。

【００１５】ピンを接続するビルトアップ基板１１はＢ
ＧＡパッド（ピン接続パッド）１２を有する。ピン接続
パッド１２表面には、はんだペースト１３がスクリーン
印刷法により塗布される。使用されるはんだ材料は、一
般的なＰｂ／Ｓｉ共晶はんだでもよいが、フリップチッ
プ接続用のＣ４バンプを有する回路基板やパッケージに
ピンを接続する場合には、Ｃ４バンプに接続されている
はんだ材よりも高融点のはんだ材料（たとえばスズ−銀
など）を選定しなければならない。

【００１６】また、図１に示されるビルトアップ基板に
おいては、ピン接続パッド１２が存在しない部分には、
はんだが付着することを防ぐためのはんだレジスト１４
が塗布されている。また、ピン接続パッド１２が形成さ
れている面とは逆側の面にＣ４バンプ１５が形成されて
いる。

【００１７】図２は、図１のビルトアップ基板に本実施
の形態におけるピン振込み治具２１をセットした状態を
示す図である。ピン振込み治具２１は、ピンを支持する
面２１ａとピン挿入穴２１ｂとを有する。また、ピンを
支持する面２１ａとビルトアップ基板１１との間に空間
を形成するための、ビルトアップ基板１１を支持するく
ぼみ２１ｃが形成されている。

【００１８】予め、ピン振込み治具２１のピン挿入穴２
１ｂにピン１７が振込まれ、その後にピン振込み治具２
１のくぼみ２１ｃの部分にビルトアップ基板１１はセッ
トされる。

【００１９】次に、図２に示されるピン振込み治具２１
とビルトアップ基板１１とは上下を逆にされ、その状態
で窒素雰囲気中のリフロー炉で加熱され、ビルトアップ
基板にピンがろう付けされる。

【００２０】このとき、リフロー加熱過程において溶融
したはんだが毛管力によりピン１７に沿って這い上がる
現象が見られる。這い上がったはんだがピン振込み治具
に接触すると、ピンと治具とがはんだにより固着すると
いう問題が生じる。

【００２１】しかしながら、図３に示されるように、本
実施の形態におけるピン振込み治具では、ピンを支持す
る面２１ａとビルトアップ基板１１との間に空間（ピン
振込みギャップ２４）が形成されるため、ピンに沿って
這い上がったはんだとピン振込み治具との接触を防止す
ることができる。これにより、ピン振込み治具とビルト
アップ基板とが固着することはない。

【００２２】また、固着を防止するためには、ピン振込
みギャップ２４は０．４ｍｍ以上必要である。ピン振込
みギャップ２４を大きくしていくと、固着は防止される
が、ピンのアライメント精度が低下することが判明され
ている。特に、ピン振込みギャップ２４を０．８ｍｍ以
上とするとピンの位置精度に問題が生じることがわかっ
た。以上のことから、ピン振込みギャップ２４は０．４
〜０．８ｍｍ程度とすることが望ましい。

【００２３】また、図３に示されるように、Ｃ４バンプ
１５を有するパッケージにピンを接続する場合には、ピ
ンのろう付け時のＣ４バンプ１５の変形を防止するため
スペーサ治具２２を用いることが望ましい。

【００２４】図４は、図３の状態からリフロー加熱を行
ない、ピンのろう付けが完了した状態を示す図である。
ピン振込み治具２１を取外した後、フラックス洗浄を行
なうことで、基板に対するピンの接続は終了する。

【００２５】図５は、本発明の他の実施の形態における
ピン振込み治具２１ｄの平面図であり、図６は、図５に
おけるＸ−Ｘ断面図である。図を参照して、ピン振込み
治具２１ｄには複数のピン挿入穴２１ｅが設けられてい
る。また、ピン振込み治具２１ｄには、プリント基板を
セットするためのくぼみ２１ｆが設けられており、これ
によりピンを支持する面２１ｇとプリント基板との間に
ピン振込みギャップ２４ａが形成されるようになってい
る。これにより、この実施の形態においても、ピンやプ
リント基板とピン振込み治具との固着を防ぐことができ
る。

【００２６】図７は、図５におけるピン挿入穴２１ｅの
１つの断面図である。図に示されるように、ピン挿入穴
２１ｅにはピンの頭と係合するための座繰２１ｈが形成
されている。

【００２７】次に、上述の実施の形態におけるピン振込
み治具を用いて接続されたピンの強度についての測定結
果を示す。今回の測定において、ピンの径は０．３ｍ
ｍ、長さは３．１ｍｍ、ピンの頭の径は０．６ｍｍのも
のを用いた。また、はんだの材料としてＳｎ−３．５％
Ａｇのものを用いた。さらに、ピン振込み治具の材質と
しては、加工精度に優れ、かつプリント基板を汚すこと
のないアルミニウム材を用いた。

【００２８】図８に示されるように、実施例１〜８のそ
れぞれにおいて、はんだ印刷量、リフロー温度、治具ギ
ャップ量（ピン振込みギャップ）のそれぞれを変更さ
せ、ピン強度を測定した。

【００２９】図８からもわかるように、すべての実施例
において満足のいくピン強度が得られた。

【００３０】図９は、図８に対する比較例を説明するた
めの図である。これらの比較例から、以下のことがわか
る。

【００３１】（１） ピン強度は、ピン接続パッドへの
はんだ印刷量の増加に伴い増加したが、印刷量９０ｍｇ
以上では、はんだ印刷量を増加させても、ピン強度の増
加は見られなかった。また、はんだ塗布量が９０ｍｇ以
上となった時点で、ピン強度スペック＞１．８ｋｇ／ｐ
ｉｎを満足した。

【００３２】（２） リフロー温度とピン強度とを検討
したところ、リフロー温度がはんだ融点（２２１℃）よ
り低い場合、はんだが溶融しないためピン強度は０ｋｇ
／ｐｉｎとなった。はんだの融点より高い温度では、リ
フロー温度が高いほどピン強度は増加した。ただし、リ
フロー温度が３００℃以上では、パッケージ基板の炭化
や膨れが生じた。

【００３３】（３） ピン振込み治具のピン振込みギャ
ップ量とピン強度との関係を調べたところ、ピン振込み
ギャップ＜０．４ｍｍでは、リフロー時にピンを伝わっ
て這い上がったはんだによりピン振込み治具とピンとが
固着し、ピン強度が測定できなかった。

【００３４】ピン振込みギャップ量＞０．４ｍｍでは、
ピン振込み治具とピンとの固着は生じないため良好なピ
ン強度が得られた。ただし、ギャップ量の増加に従って
ピン振込み位置のずれが増加した。特に、ピン振込みギ
ャップ量＞０．８ｍｍではピンの位置ずれのためピンが
ピン接続パッドから外れることや、ピンが斜めにろう付
けされるなどの問題が生じた。

【００３５】また、図９の比較例１０では、従来のセラ
ミックスＰＧＡで使用していたカーボン製の治具を使用
してピン接続を行なった例を示すが、カーボン治具の加
工精度の低さのためピンの位置ずれが生じ、ピンがピン
接続パッドから大きくずれるという問題が生じた。

【００３６】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピンをろう付け接続する対象となるプリント基
板の側面図である。

【図２】図１のプリント基板に本実施の形態におけるピ
ン振込み治具をセットした状態を示す図である。

【図３】プリント基板にピンをろう付けする状態を示す
図である。

【図４】ろう付けが終了した状態を示す図である。

【図５】本発明の他の実施の形態におけるピン振込み治
具の平面図である。

【図６】図５のＸ−Ｘ断面図である。

【図７】図５のピン挿入穴２１ｅの断面図である。

【図８】本発明の効果を説明するための図である。

【図９】図８に対する比較例を示す図である。

【符号の説明】

１１ プリント基板（ビルトアップ基板） １２ ＢＧＡパッド（ピン接続パッド） １３ はんだペースト １４ はんだレジスト １７ ピン ２１ ピン振込み治具 ２４ ピン振込みギャップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント基板の表面にピンをろう付け接
   続するためのピン振込み治具であって、 前記ピンを支持する面を有し、 前記ピン振込み治具を用いて前記プリント基板に前記ピ
   ンをろう付け接続するときに、前記ピンを支持する面と
   前記プリント基板との間に空間が形成されることを特徴
   とする、ピン振込み治具。
2. 【請求項２】 アルミニウムにより形成された、請求項
   １に記載のピン振込み治具。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のピン振込み治
   具を用いた、プリント基板へのピンの取付方法。