JP2007027700A - 配線基板および配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピンの姿勢変化を生じ難くする。
【解決手段】 基板本体１０１の裏面端子パッド１１１に半田ペースト１３ｐを印刷する。ピン立て治具１４１に球面ピン１２１をセットする。ピン立て治具１４１と基板本体１０１との相対位置決めを行なう。ピン立て治具１４１と基板本体１０１とを加熱して、ピン立て治具１４１にセットした球面ピン１２１を基板本体１０１の裏面端子パッド１１１に半田付けする。半田付けのリフロー工程は、球面ピン１２１の鍔部１２３と、裏面端子パッド１１１とが加熱に応じて相対接近するように、表側から基板本体１０１に荷重をかけつつ行なう。
【選択図】図７

Description

本発明は、配線基板および配線基板の製造方法に関する。

いわゆるＰＧＡ（Pin Grid Array）型の配線基板は、一方の主面に集積回路チップとの接合用のパッド状の電極を備え、他方の主面にはマザーボードに設けられたソケットに差し込むリードピン（以下、単にピンともいう）を備えている。このピンは、たとえば軸部および鍔部を有するネイル形状をなすものであり、その鍔部を配線基板の裏面端子パッドにハンダ付けする。
特許第３５８５８０６号公報 特開平１０−２７０１４４号公報

ＰＧＡ型の配線基板においては、集積回路チップを実装する以前にはピンがピン接合部に高精度で半田付けされているにも関わらず、集積回路チップの実装工程を経ると、ピンの姿勢が変化する場合がある。

本発明の課題は、集積回路チップの実装工程を経ても、ピンの姿勢変化を生じ難いＰＧＡ型の配線基板を提供することにある。また、その配線基板の製造方法を提供する。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明者らは、ピンの半田付け自体には問題が無いにも関わらず、集積回路チップの実装時になぜピンの姿勢が変化するのかを詳細に検討した。その結果、配線基板の端子パッドとピンとを接合する半田内のボイドが深く関係していることを突き止めた。具体的には、集積回路チップ実装時のリフロー工程やアンダーフィル材のキュア工程で、半田内のボイドが膨張と収縮を繰り返すことにより、ピンの姿勢変化を招来していることが判明した。このような知見を得た本発明者らは、課題解決のために下記の配線基板を提案する。

すなわち、本発明は、集積回路チップを実装する側とは反対側に設けられた複数の裏面端子パッドに、棒状の軸部と該軸部より径大で半球状の鍔部とを有する複数の球面ピンがそれぞれ半田付けされているピングリッドアレー型の配線基板において、複数の球面ピンの鍔部と複数の裏面端子パッドとがそれぞれ接触していることを主要な特徴とする。

球面ピンの半田付けは、基板の端子パッドに半田ペーストを印刷し、印刷された半田ペーストに球面ピンを接触させた状態でリフローするという方法による。半田ペーストは有機系のフラックスを含有するため、リフローを行なうとフラックスは蒸発する。しかしながら、フラックスの蒸発は常に不完全である。そのため、半田内にはフラックスが気体のまま残存することに基づくボイド（空孔）が不可避的に生ずる。

上記本発明においては、球面ピンの鍔部と裏面端子パッドを接触させたので、球面ピンの軸線に交差するボイドが存在しない。したがって、球面ピンの姿勢変化を招来しにくい。また、鍔部が半球状である球面ピンを採用することにより、半田内のボイド発生度合いをフラットピン（軸部が円盤状のピン）よりも改善することができる。ピンを半田付けする際のリフロー工程において、フラックスが球面ピンのカーブに沿ってスムーズに移動し、半田内からフラックスが抜けやすいからである。

球面ピンの鍔部と裏面端子パッドとを接触状態で半田付けするために、下記の方法を採用することができる。すなわち、課題を解決するために本発明の配線基板の製造方法は、棒状の軸部と半球状の鍔部とを有する球面ピンが裏面側に半田付けされたピングリッドアレー型の配線基板の製造方法であって、配線基板の本体部分である基板本体の裏面端子パッドに半田ペーストを印刷する印刷工程と、ピン立て治具のピン孔に球面ピンを軸部側から挿入し、ピン孔から鍔部が突出した状態となるように球面ピンをピン立て治具にセットするピン立て工程と、ピン立て治具にセットした球面ピンの鍔部が裏面端子パッドに印刷された半田ペーストに接触する、または向かい合う位置関係となるように、ピン立て治具と基板本体との相対位置決めを行なう位置決め工程と、ピン立て治具と基板本体とを加熱して、ピン立て治具にセットした球面ピンを基板本体の裏面端子パッドに半田付けするリフロー工程とを含み、リフロー工程は、球面ピンの鍔部と、裏面端子パッドとが加熱に応じて相対接近するように、表側から基板本体に荷重をかけつつ行なうとともに、少なくとも球面ピンの鍔部と裏面端子パッドとが接触するまで加熱を継続することを主要な特徴とする。

上記本発明によれば、鍔部が球面状である球面ピンを採用しているので、半田内のボイドの発生度合いをフラットピン（軸部が円盤状のピン）よりも改善することができる。そして、基板本体に荷重をかけながらリフロー工程を行なうので、球面ピンの鍔部と裏面端子パッドとを確実に接触させることができる。

また、リフロー工程において基板本体にかける荷重を、加熱による球面ピンの鍔部と裏面端子パッドとの接近に応じて減衰させることが望ましい。このようにすれば、球面ピンを徐々に裏面端子パッドに近づけることができる。すると、半田ペーストに含まれるフラックスが、球面ピンの鍔部に沿ってゆっくり移動する。つまり、半田ペーストに含まれるフラックスの蒸発を促すことができ、サイズの大きいボイドの発生を防止するとともに、その数量を低減することが可能となる。

具体的には、ピン立て治具と基板本体とをクリップで固定することにより両者の相対位置決めを行ない、基板本体とピン立て治具との両者が互いに接近する方向に弾性付勢された状態を保持するとよい。このようにすれば、基板本体に荷重をかけると同時に、基板本体が面内方向にずれることを防止する効果も見込める。

また、位置決め工程においては、基板本体の表面上に重石の役割を担う板状体を載置し、その板状体を載置した状態でリフロー工程を行なうことができる。このようにすれば、基板本体の面内に均一な荷重をかけることができる。面内に均一な荷重をかけるようにすれば、リフロー工程において、ピン立て治具にセットした全ての球面ピンを確実に基板本体の裏面端子パッドに接触させることができる。また、基板本体を板状体で覆うことにより、基板本体へのコンタミ付着を防止できるという効果もある。

また、裏面端子パッドに印刷した半田ペーストをリフロー工程の加熱温度よりも低い加熱温度で乾燥させる乾燥工程を、位置決め工程よりも前に行なうことができる。リフロー工程を行なう前に半田ペーストを一旦乾燥させることにより、半田ペーストに含有されるフラックスの蒸発を促すことができるため、サイズの大きいボイドの発生を防止するとともに、その数量を低減することが可能となる。

また、リフロー工程において半田ペーストをリフローした後で加熱をしながら基板本体に荷重をかけてピンを基板本体の裏面端子パッドに設置することが望ましい。このようにすれば、球面ピンの鍔部と裏面端子パッドとが接触した後さらに加熱および加圧されるので、半田ペーストに含まれるフラックスの蒸発を促すことができ、サイズの大きいボイドの発生を防止するとともに、接触した状態で保持することができる。

また、本発明の配線基板の製造方法は、
棒状の軸部と該軸部より径大で先端に向かい先細る形状または該軸部より径大でその端面が膨出してなる鍔部とを有するピンが裏面側に半田付けされたピングリッドアレー型の配線基板の製造方法であって、配線基板の本体部分である基板本体の裏面端子パッドに半田ペーストを印刷する印刷工程と、ピン立て治具のピン孔にピンを軸部側から挿入し、ピン孔から鍔部が突出した状態となるようにピンをピン立て治具にセットするピン立て工程と、ピン立て治具にセットしたピンの鍔部が裏面端子パッドに印刷された半田ペーストに接触する、または向かい合う位置関係となるように、ピン立て治具と基板本体との相対位置決めを行なう位置決め工程と、ピン立て治具と基板本体とを加熱して、ピン立て治具にセットしたピンを基板本体の裏面端子パッドに半田付けするリフロー工程とを含み、リフロー工程は、ピンの鍔部と、裏面端子パッドとが加熱に応じて相対接近するように、表側から基板本体に荷重をかけつつ行なうとともに、少なくともピンの鍔部と裏面端子パッドとが接触するまで加熱を継続することを特徴とする。

上記本発明によれば、鍔部が凸（特には半球状）であるピンを採用しているので、半田内のボイドの発生度合いをフラットピンよりも改善することができる。そして、基板本体に荷重をかけながらリフロー工程を行なうので、ピンの鍔部と裏面端子パッドとを確実に接触させることができる。

ここで、ピンは、棒状の軸部と、該軸部より径大の鍔部とを有して構成することができ、その鍔部は、先端にむかい先細る形状とすることができる。或いは、その鍔部の端面が膨出した形状とすることができる。すなわち、鍔部が先端にむかい凸（特には半球状）であるピンを採用することにより、フラットピンに比してフラックスが凸状ピンのカーブまたは傾斜に沿ってスムーズに移動し、半田内からフラックスが抜けやすくなり、半田内のボイド発生度合いを低減することができる。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の配線基板の側面図であり、図２はピンの接合構造を示す拡大断面図である。配線基板１００は、コア基板上に、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂絶縁層と、Ｃｕメッキからなる内部配線層とを交互に積層した構造の基板本体１０１を備える。基板本体１０１の第一主面１０３には、集積回路チップＩＣに接続する半田バンプ１０２が多数形成されている。基板本体１０１の第二主面１０４には、平面視で円形の多数の裏面端子パッド１１１が格子状に分散形成されている。裏面端子パッド１１１は、表面がＮｉ／Ａｕメッキによって形成されおり、ピン１２１が半田により接合されるピン接合部をなしている。第一主面１０３側の半田バンプ１０２と、第二主面１０４側の裏面端子パッド１１１とは、基板本体１０１の内部配線層同士を接続するビア、ならびにコア基板の表裏を貫くメッキスルーホールによって導通接続している。

図２に示すごとく、基板本体１０１の第一主面１０３および第二主面１０４には、その略全面を覆うようにエポキシ樹脂からなるソルダーレジスト層１１５が被覆形成されている。ソルダーレジスト層１１５は、裏面端子パッド１１１の表面周縁を所定の幅で覆って開口し、裏面端子パッド１１１の中心寄り部位を同心状に露出させるように形成されている。また、裏面端子パッド１１１に接合されているピン１２１は、断面円形の丸棒状の軸部１２２と、該軸部１２２の一端において半径方向に突出する円形の鍔部１２３とを同心状で備えたネイル形状のものである。ピン１２１の鍔部１２３は、裏面端子パッド１１１に対向する接合面１２４の全体が凸である球面状となっている。つまり、ピン１２１は球面ピン１２１である。

球面ピン１２１の材質としては、アロイ１９４が好適に使用できる。アロイ１９４に代えて、４２アロイなどの他の鉄−ニッケル系合金またはコバールなどの銅合金を好適に採用できる。また、球面ピン１２１の表面には、ニッケルメッキおよび金メッキがかけられている。球面ピン１２１は、軸部１２２の軸線が円形の裏面端子パッド１１１の中心に一致し、かつ鍔部１２３が裏面端子パッド１１１に接した状態で半田付けされている。

図３に示すごとく、配線基板１００の各部分の寸法比は、球面ピン１２１の鍔部１２３の径をＤ１、ソルダーレジスト層１１５の開口径をＷ１、球面ピン１２１の鍔部１２３の高さをＨ１としたとき、たとえば下記の範囲に調整することができる。球面ピン１２１の鍔部１２３の径Ｄ１は、基板本体１０１の主面と平行な方向の最大長さで定義するものとする。
１／２≦Ｄ１／Ｗ１≦１／１
１／４≦Ｈ１／Ｄ１≦１／２

球面ピン１２１と裏面端子パッド１１１とに介在する半田１３１は、集積回路チップＩＣの半田付け温度より融点が高い組成を有するものである。具体的には、Ｓｎ−ｘＳｂ（３≦ｘ≦７）などの錫系鉛フリー半田、または、Ｐｂ−ｘＳｎ−ｙＳｂ（８≦ｘ≦１２、６≦ｙ≦１０）などの鉛系高温半田を使用することができる。

また、本発明にかかる配線基板１００は、半田１３１内に存在するボイドが十分に小さい。具体的には、図４に示すごとく、球面ピン１２１と裏面端子パッド１１１とを接合する半田１３１内に存在するボイドＢＤの最大径をＤ２としたとき、（Ｄ２／Ｄ１）≦１／２を充足している）。寸法Ｄ１は、球面ピン１２１の鍔部１２３の径を示す。ボイドＢＤは鍔部１２３の脇の方に逸れて生じてはいるものの、軸線Ｏと交差するものはない。換言すれば、軸部１２２の延長上に大きなボイドＢＤが存在しない。少なくとも、基板厚さ方向に投影したときに球面ピン１２１の鍔部１２３と重なり合うボイドＢＤについて、（Ｄ２／Ｄ１）≦１／２という条件を満足すれば、球面ピン１２１がボイドＢＤの膨張収縮の影響をダイレクトに受けにくい。

さらに、配線基板１００においては、半田１３１内に存在する直径１０μｍ以上３０μｍ以下のボイドＢＤがゼロ個または１個以上３０個以下とされている。このようにすれば、図４に示すごとく、集積回路チップＩＣの実装時のリフロー工程等で球面ピン１２１がボイドＢＤの膨張収縮の影響を受け難くなるので、球面ピン１２１の姿勢変化が生じない。なお、半田１３１内に存在するボイドＢＤの数としては、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下のものが３０個以下である。下限値の“１０μｍ”は、Ｘ線による観察限界なので、観察不能レベルでは上記個数以上のボイドが存在するが、過度に大きくなければ球面ピン１２１に悪影響をおよぼす可能性は極めて小さい。

これに対し、図５に示すごとく、鍔部２２２が円盤状であるピン２２１、いわゆるフラットピン２２１の場合、鍔部２２２と裏面端子パッド１１１とが離間した状態で半田付けがなされている。すると、半田２３１内には、フラットピン２２１の軸線Ｏ’に交差するボイドＢＤ’が存在し得る。しかもそのボイドＢＤ’は、鍔部２２２の半分以上を包含する程度の大きさと、鍔部２２２と裏面端子パッド１１１との間隔に一致する厚さとを持ち、裏面端子パッド１１１と鍔部２２２とに半田２３１が介在することを妨害する場合がある。このような場合、集積回路チップＩＣの実装時のリフロー工程等において、フラットピン２２１はボイドＢＤ’の膨張収縮の影響をダイレクトに受けて姿勢変化を生ずる。具体的には浮き上がりや傾斜を生ずる場合がある。本発明によれば、こうした現象が起こらないようにすることができる。

次に、配線基板１００の製造方法について説明する。
配線基板１００は、その本体部分である基板本体１０１を先ず作製し、その基板本体１０１の裏面端子パッド１１１に球面ピンを半田付けすることにより得られる。基板本体１０１は、公知のビルドアップ法等により、板状コアの両主面に樹脂誘電体層と導体層とを交互に形成することにより作製することができる。基板本体１０１の裏面端子パッド１１１への球面ピン１２１の半田付けは、以下の方法にて行なうことができる。

まず、図６の上段図に示すごとく、基板本体１０１の裏面端子パッド１１１上に半田ペースト１３ｐを印刷する（印刷工程）。ソルダーレジスト層１１５の開口１１５ｐに印刷パターンＭＳＰが一致するように、基板本体１０１をメタルマスクＭＳで被覆するとともに、メタルマスクＭＳの印刷パターンＭＳＰを通じてソルダーレジスト層１１５の開口１１５ｐ内に半田ペースト１３ｐを充填する。これにより、ソルダーレジスト層１１５の開口１１５ｐ内に臨む裏面端子パッド１１１上に半田ペースト１３ｐを配置することができる。使用する半田ペースト１３ｐは、Ｓｎ−５Ｓｂなど組成を持つ半田粒子とフラックスとを含有するものである。フラックスには、ロジン系フラックスを使用することができる。また、半田ペースト１３ｐ中のフラックス含有率は、たとえば５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下とすることができる。フラックス含有量が少なすぎる場合には、ソルダーレジスト１１５の開口１１５ｐ内への半田ペースト１３ｐの充填が不十分となって、ボイド発生の原因となる恐れがある。他方、フラックス含有量が多すぎる場合には、半田量が不足し、球面ピン１２１と裏面端子パッド１１１との接合強度が不足する恐れがある。

また、半田ペースト１３ｐに含有させる半田粒子は、粒径がたとえば１５μｍ以上５５μｍ以上（好ましくは２５μｍ以上３５μｍ以下）のものが好適である。小さい粒径の半田粒子は、大きいボイドの発生を抑制する効果が期待できるものの、高コストである。他方、半田粒子の粒径が過度に大きい場合には、発生するボイドもそれに応じて大きくなる恐れがある。なお、半田粒子の粒径は、レーザー回折式粒度計にて測定した５０％粒径（平均粒径）をいうものとする。

また、図９に示すごとく、裏面端子パッド１１１の一部を半田ペースト１３３が印刷された被印刷部とし、残部を露出させたまま残す露出部とする一方、リフロー工程時には裏面端子パッド１１１の全部を被覆してピンを半田付けするのに十分な量の半田ペースト１３３を、裏面端子パッド１１１とソルダーレジスト層１１５とに跨って印刷する、いわゆるオフセット印刷を行なうようにしてもよい。このオフセット印刷という手法によれば、リフロー工程を行なった場合に、半田が球面ピン１２１の鍔部１２３に沿って濡れ拡がる作用と、裏面端子パッド１１１に向かって濡れ拡がる作用とが協奏的に働くので、フラックスの蒸発が活発になることを期待でき、サイズの大きいボイドの発生防止、ならびにボイド数の低減に寄与する。

図６に戻って説明を続ける。半田ペースト１３ｐの印刷工程に続き、印刷した半田ペースト１３ｐを乾燥させる乾燥工程を行なう。この乾燥工程は、球面ピン１２１を裏面端子パッド１１１に半田付けするためのリフロー工程の加熱温度よりも低い温度にて行なうことができる。具体的には、たとえば４０℃以上１００℃以下の温度条件にて０．５時間以上４時間以下の範囲内で行なうとよい。この乾燥工程を行なうことにより、印刷時の半田ペースト１３ｐよりもフラックス含有率が低減された半田ペースト１３１ｐが裏面端子パッド１１１上に残存する。印刷した半田ペースト１３ｐに含有されるフラックスの蒸発をある程度まで進行させておくことにより、球面ピン１２１を半田付けするリフロー工程で半田内ボイドＢＤの大きさと個数とを低減する効果を期待できる。

また、基板本体１０１に半田ペースト１３ｐを印刷する一方で、図７の上段図に示すごとく、基板本体１０１に半田付けするべき球面ピン１２１をピン立て治具１４１にセットする工程（ピン立て工程）を行なう。ピン立て治具１４１は、球面ピン１２１を軸部１２２側から挿入するための複数のピン孔１４１ｐが、基板本体１０１の端子パッド１１１の配列に一致する格子状に形成された、金属製の器具である。球面ピン１２１は、ピン孔１４１ｐから鍔部１２３が突出した状態でピン孔１４１ｐにまっすぐ立てられている。なお、球面ピン１２１には、ピン立て治具１４１にセットする前に予めＮｉ／Ａｕメッキを施している。

次に、図７の中段図に示すごとく、球面ピン１２１をセットしたピン立て治具１４１に基板本体１０１を対向配置する。具体的には、ピン立て治具１４１にセットした球面ピン１２１の鍔部１２３が裏面端子パッド１１１に印刷された半田ペースト１３１ｐに正対するように、ピン立て治具１４１と基板本体１０１との相対位置決めを行なう。そして、基板本体１０１とピン立て治具１４１との両者をゆっくりと相対接近させて、基板本体１０１を球面ピン１２１で直接支持させる（位置決め工程）。基板本体１０１に面内方向の位置ズレが生ずることを防止する目的で、ピン立て治具１４１の付属部品である囲い１４３を基板本体１０１の周りに配置する。

また、図７の中段図に示すごとく、基板本体１０１の第一主面１０３上に、重石の役割を担う板状体１５１を載置する。板状体１５１は、外形を基板本体１０１に略一致する大きさに調整したガラス板である。板状体１５１で基板本体１０１を球面ピン１２１に向けて付勢することにより、図８に示すごとく、リフロー工程において、球面ピン１２１の鍔部１２３をスムーズかつ確実に裏面端子パッド１１１に接触させることが可能となる。リフロー温度を上昇させたとき、基板本体１０１が板状体１５１から受ける荷重により球面ピン１２１は半田１３１内にゆっくりと埋まっていく。一方、半田１３１は鍔部１２３の接合面１２４に沿って濡れ拡がり、接合面１２４とは反対側にある反対面１２６に到達する。半田１３１が鍔部１２３の接合面１２４に沿って濡れ拡がるとき、フラックスの蒸発が活発に起こる。この結果、サイズの大きいボイドの発生を防止するとともに、その数量を低減することが可能となる。また、板状体１５１によれば、リフロー工程で基板本体１０１にコンタミが付着することを防止する効果もある。なお、板状体１５１としては、ガラス板に代えてプラスチック板、金属板またはセラミック板を使用することができる。

図１０に示すごとく、板状体１５１だけでも基板本体１０１を付勢する効果はあるが、図７の下段図に示すごとく、基板本体１０１とピン立て治具１４１とをクリップ１４５で固定し、基板本体１０１とピン立て治具１４１との両者が互いに接近する方向に弾性付勢された状態を保持するようにしてもよい。この場合、基板本体１０１にかかる荷重は、リフロー工程時の加熱による球面ピン１２１の鍔部１２３と裏面端子パッド１１１との接近に応じて減衰する。球面ピン１２１は、ゆっくりと徐々に裏面端子パッド１１１に近づく。すると、半田ペースト１３１ｐに含まれるフラックスが、球面ピン１２１の鍔部１２３に沿ってゆっくり移動する。つまり、半田ペースト１３１ｐに含まれるフラックスの蒸発を促すことができる。

上記のようにして基板本体１０１とピン立て治具１４１とを固定したら、基板本体１０１の上に板状体１５１を載置したままでリフロー工程を行なう。すなわち、ピン立て治具１４１ごと基板本体１０１をリフロー炉に導入し、ピン立て治具１４１にセットした球面ピン１２１を基板本体１０１の裏面端子パッド１１１に半田付けする（リフロー工程）。リフロー工程の最中、基板本体１０１は板状体１５１ならびにクリップ１４５からの荷重を受け続ける。したがって、球面ピン１２１の鍔部１２３と、裏面端子パッド１１１とが加熱に応じて相対接近する。リフロー工程は、球面ピン１２１の鍔部１２３と裏面端子パッド１１１とが接触するまで継続する。リフロー条件は使用する半田の種類にもよるが、たとえばＳｎ−５Ｓｂの場合で２４０℃２０秒保持、Ｐｂ−１０Ｓｎ−８Ｓｂの場合で２６０℃２０秒保持とすることができる。具体的には、例えば、２３０℃以上２７０℃以下の温度条件にて、１０秒以上１８０秒以下の範囲内で保持すればよい。

また、リフローした後で、そのリフロー工程の加熱温度よりも低い温度にて加熱をしながら、基板本体１０１とピン立て治具１４１とをクリップ１４５で固定したまま、基板本体１０１とピン立て治具１４１との両者が互いに接近する方向に弾性付勢された状態を保持するようにしてもよい。なお、板状体１５１だけでも基板本体１０１を付勢するようにしてもよい。具体的には、たとえば４０℃以上１００℃以下の温度条件にて０．５時間以上４時間以下の範囲内で行なうとよい。この工程を行なうことにより、リフロー工程における不完全なフラックスの蒸発をある程度さらに進行させることになり、半田内ボイドＢＤの大きさと個数とを低減する効果を期待できる。ひいては、球面ピン１２１の鍔部１２３と裏面端子パッド１１１とが接触した状態で加熱および加圧（付勢）されるので、安定して接触状態が保持される。

次に上記実施例の変形例を説明する。図１１ないし図１４に変形例における配線基板の断面図（図２に対応）を示す。なお、変形例において上記実施例と同様な部分の説明は同一の符号を付して詳細な説明を省略又は簡略化する。変形例１として、図１１に示すように、裏面端子パッド１１１に接合されているピン２２０は、断面円形の丸棒状の軸部１２２と、該軸部１２２の一端において半径方向に突出する断面円形の鍔部２２３とを同心状で備えたネイル形状のものである。ピン２２０の鍔部２２３は、裏面端子パッド１１１に対向する接合面２２４の全体が凸であり、軸部１２２の軸線上に先端が位置する先細り形状となっている。すなわち、鍔部２２３は円錐形状であり、接合面２２４の先端が裏面端子パッド１１１と接触している。これにより、ピン２２０と裏面端子パッド１１１とを接合する半田１３１内にボイドが存在するものの（図示せず）鍔部２２３の脇の方へ逸れて生じ、軸部１２２の軸線上と交差するボイドが存在しないため、つまりボイドが十分に小さいため、そのボイドの膨張収縮の影響をダイレクトに受け難く、姿勢変化等を生じない良好なピンを得ることができる。なお、変形例１のピン２２０は、上記実施例における球面ピンと同様にアロイ１９４を好適に使用できる。

図１２に変形例２の配線基板の断面図を示す。図１２に示すように、ピン３２１は、変形例１の鍔部の先端を丸めた先細り形状となっている。これにより、ピン３２１と裏面端子パッド１１１とを接合する半田１３１内に存在するボイドが小さいものとなり、そのボイドの膨張収縮の影響をダイレクトに受けないため、姿勢変化等を生じない良好なピンを得ることができる。

図１３に変形例３の配線基板の断面図、図１４に変形例４の配線基板の断面図を示す。図１３に示すように、ピン４２１は、断面円形の丸棒状の軸部１２２と該軸部１２２の一端において半径方向に突出する断面円形の鍔部４２３ａとを同心状で備えたネイル形状（フラットピン）のもので、その鍔部４２３ａの端面（裏面端子パッド１１１と対向する面）の全面から球面状（半球状）に膨出する膨出部４２３ｂを備えており、この膨出部４２３ｂの接合面４２４が裏面端子パッド１１１と接触している。これにより、ピン４２１と裏面端子パッド１１１とを接合する半田１３１内に存在するボイドが小さいものとなり、そのボイドの膨張収縮の影響をダイレクトに受けないため、姿勢変化等を生じない良好なピンを得ることができる。

ここで、膨出部４２３ｂは共晶銀ロウ等からなり、半田１３１を半田付け（リフロー）する際の加熱で再溶融しない融点を有するものを用いることができる。このように、ピン４２１の鍔部４２３ａの端面に銀ロウ材を半球状に溶着させて膨出部４２３ｂを形成するには、例えば、鍔部４２３ａの端面に銀ロウ片を載置して、その銀ロウ片を加熱して溶融させ、表面張力で半球状にした後、冷却して得ることができる。

図１４に示すように、変形例４は、変形例３に示すピン４２１を一旦形成し、銀ロウからなる膨出部４２３ｂの部分のみ、銀ロウを溶解するエッチング液で溶解することにより得ることができる。すなわち、変形例３の膨出部４２３ｂと異なり鍔部５２３ａの一部、具体的にはその端面の略中央部から膨出して形成されている。そして、この膨出部５２３ｂの接合面５２４が裏面端子パッド１１１と接触している。これにより、ピン５２１と裏面端子パッド１１１とを接合する半田１３１内に存在するボイドが小さいものとなり、そのボイドの膨張収縮の影響をダイレクトに受けないため、姿勢変化等を生じない良好なピンを得ることができる。

なお、変形例３及び４における膨出部は球面状のもので例示したが、変形例１及び２のように先細り形状の膨出部とすることもできる。

実験例

本発明の効果を確かめるために、製造条件を相違させたサンプル１〜５のＰＧＡ型の配線基板（６層板、７００ピン品）を作製した。ピンの半田付けは、図７で説明したピン立て治具１４１を用いて行なった。
ピンの全長：２．０７ｍｍ（球面ピン）、２．１４ｍｍ（フラットピン）
鍔部の径：０．７ｍｍ（球面ピン）、０．７５ｍｍ（フラットピン）
鍔部の高さ：０．２４ｍｍ（球面ピン）、０．１５ｍｍ（フラットピン）
軸部の径：０．３０５ｍｍ（球面ピンとフラットピンに共通）
ピン材質：アロイ１９４（球面ピンとフラットピンに共通）
半田の種類：Ｐｂ−１０Ｓｎ−８Ｓｂ
半田ペーストのフラックス含有率：１０ｗｔ
印刷した半田ペーストの乾燥条件（サンプル５のみ）：６０℃−１ｈｒ
リフロー条件：２６０℃−２０秒

サンプル１：フラットピン＋ガラス板＋クリップ止め
サンプル２：球面ピン＋ガラス板＋クリップ止め
サンプル３：球面ピン＋ガラス板
サンプル４：球面ピン（荷重なし）
サンプル５：球面ピン＋ガラス板＋クリップ止め＋リフロー前に乾燥工程

作製したサンプル１〜５の任意位置のピン（１０ピン）について、Ｘ線観察（名古屋電気社製ＮＬＸ−３５００）を行なって半田内ボイドの最大径を計測するとともに、半田内のボイドの個数を計数した（検出限界１０μｍ）。結果を表１に示す。

表１から分かるように、フラットピンを用いたサンプル１や荷重をかけずにリフローを行なったサンプル４については、大きな径のボイドが発生した。また、ボイド数も全体的に多かった。また、サンプル４は球面ピンを用いているが、裏面端子パッドと鍔部とが離間した状態で半田付けされているものが見つかった。これに対し、荷重をかけながらリフローを行なった球面ピンは、ボイドも少量かつ小径であり、裏面端子パッドと鍔部とを確実に接触させることができた。

次に、サンプル１〜５の配線基板について、集積回路チップを実装する際のリフロー条件（２２５℃２０秒保持）にて熱処理を行ない、ピンの姿勢に変化が生じたかどうかを確かめた。結果を表１にあわせて示す。

表１に示すごとく、フラットピン（サンプル１）は姿勢変化の発生確率が球面ピンに比して全体的に高かった。また、Ｄ２／Ｄ１≧１／１０という条件を満足する球面ピンについて、姿勢変化が生じない良好な実験結果を得た。さらに、鍔部の径をＤ１、半田内に存在するボイドの最大径をＤ２としたとき（Ｄ２／Ｄ１）≦１／２という条件を満足する球面ピンについては姿勢変化を確認しないが、この条件を満足しない大きなボイドが観察された球面ピンは姿勢変化の生ずる確率が高かった。

本発明の配線基板の側面図。 図１の配線基板の断面図。 図２に続く断面図。 本発明の配線基板における半田内ボイドの説明図。 大きいボイドがピンにおよぼす作用の説明図。 半田ペーストの印刷工程および熱処理工程の説明図。 球面ピンと基板本体とを位置決めする工程の説明図。 リフロー工程時の作用説明図。 オフセット印刷による半田付けの説明図。 ガラス板だけで基板本体を球面ピンに向けて付勢する態様の説明図。 変形例１の配線基板の断面図 変形例２の配線基板の断面図 変形例３の配線基板の断面図 変形例４の配線基板の断面図

符号の説明

１００ 配線基板
１０１ 基板本体
１１１ 裏面端子パッド
１２１ ピン（球面ピン）
１２２ 軸部
１２３ 鍔部
１２４ 接合面
１３１ 半田
１３ｐ，１３１ｐ 半田ペースト
１４１ ピン立て治具
１４５ クリップ
１５１ 板状体
ＢＤ ボイド

Claims (8)

1. 集積回路チップを実装する側とは反対側に設けられた複数の裏面端子パッドに、棒状の軸部と該軸部より径大で半球状の鍔部とを有する複数の球面ピンがそれぞれ半田付けされているピングリッドアレー型の配線基板において、前記複数の球面ピンの前記鍔部と前記複数の裏面端子パッドとがそれぞれ接触していることを特徴とする配線基板。
2. 棒状の軸部と半球状の鍔部とを有する球面ピンが裏面側に半田付けされたピングリッドアレー型の配線基板の製造方法であって、
   前記配線基板の本体部分である基板本体の裏面端子パッドに半田ペーストを印刷する印刷工程と、
   ピン立て治具のピン孔に前記球面ピンを前記軸部側から挿入し、前記ピン孔から前記鍔部が突出した状態となるように前記球面ピンを前記ピン立て治具にセットするピン立て工程と、
   前記ピン立て治具にセットした前記球面ピンの前記鍔部が前記裏面端子パッドに印刷された半田ペーストに接触する、または向かい合う位置関係となるように、前記ピン立て治具と前記基板本体との相対位置決めを行なう位置決め工程と、
   前記ピン立て治具と前記基板本体とを加熱して、前記ピン立て治具にセットした前記球面ピンを前記基板本体の前記裏面端子パッドに半田付けするリフロー工程とを含み、
   前記リフロー工程は、前記球面ピンの前記鍔部と、前記裏面端子パッドとが前記加熱に応じて相対接近するように、表側から前記基板本体に荷重をかけつつ行なうとともに、少なくとも前記球面ピンの前記鍔部と前記裏面端子パッドとが接触するまで前記加熱を継続することを特徴とする配線基板の製造方法。
3. 前記リフロー工程において前記基板本体にかける荷重を、前記加熱による前記球面ピンの前記鍔部と前記裏面端子パッドとの接近に応じて減衰させる請求項２記載の配線基板の製造方法。
4. 前記リフロー工程において、前記半田ペーストをリフローした後で前記加熱をしながら前記基板本体に荷重をかけて前記ピンを前記基板本体の前記裏面端子パッドに設置する請求項２に記載の配線基板の製造方法。
5. 前記位置決め工程においては、前記ピン立て治具と前記基板本体とをクリップで固定することにより両者の相対位置決めを行ない、前記基板本体と前記ピン立て治具との両者が互いに接近する方向に弾性付勢された状態を保持する請求項３又は４に記載の配線基板の製造方法。
6. 前記位置決め工程において、前記基板本体の表面上に重石の役割を担う板状体を載置し、その板状体を載置した状態で前記リフロー工程を行なう請求項２ないし５のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
7. 前記裏面端子パッドに印刷した前記半田ペーストを前記リフロー工程の加熱温度よりも低い加熱温度で乾燥させる乾燥工程を、前記位置決め工程よりも前に行なう請求項２ないし６のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。
8. 棒状の軸部と該軸部より径大で先端に向かい先細る形状または該軸部より径大でその端面が膨出してなる鍔部とを有するピンが裏面側に半田付けされたピングリッドアレー型の配線基板の製造方法であって、
   前記配線基板の本体部分である基板本体の裏面端子パッドに半田ペーストを印刷する印刷工程と、
   ピン立て治具のピン孔に前記ピンを前記軸部側から挿入し、前記ピン孔から前記鍔部が突出した状態となるように前記ピンを前記ピン立て治具にセットするピン立て工程と、
   前記ピン立て治具にセットした前記ピンの前記鍔部が前記裏面端子パッドに印刷された半田ペーストに接触する、または向かい合う位置関係となるように、前記ピン立て治具と前記基板本体との相対位置決めを行なう位置決め工程と、
   前記ピン立て治具と前記基板本体とを加熱して、前記ピン立て治具にセットした前記ピンを前記基板本体の前記裏面端子パッドに半田付けするリフロー工程とを含み、
   前記リフロー工程は、前記ピンの前記鍔部と、前記裏面端子パッドとが前記加熱に応じて相対接近するように、表側から前記基板本体に荷重をかけつつ行なうとともに、少なくとも前記ピンの前記鍔部と前記裏面端子パッドとが接触するまで前記加熱を継続することを特徴とする配線基板の製造方法。

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