JP2007165383A - 部品実装用ピンを形成したプリント基板 - Google Patents

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Takashi Kariya
隆 苅谷
Toshiki Furuya
俊樹 古谷
Takeshi Kasai
猛 河西
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

【課題】 高集積化した半導体チップを実装しても、半導体チップとプリント基板(4)との熱膨張係数の差に起因した接続不良の発生を減少し得るプリント基板を提供すること
【解決手段】 半導体チップ(10)と接続するため、金属線から成る部品実装用ピン(1)を備えたプリント基板(4)であって、半導体チップ(10)は、実装面に電極パッドを有するフリップチップ方式で使用される面実装型の半導体チップであり、部品実装用ピン(1)は、ワイヤボンディング技術を利用して形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電性の部品実装用ピンを形成したプリント基板に関する。
特開2005-183466「多層プリント基板」（公開日：2005年7月7日） 特許文献１の背景技術に、「該バイアホール１６０及び導体回路１５８の上層にはソルダーレジスト層７０が形成されており、該ソルダーレジスト層７０の開口部７１を介して、バイアホール１６０及び導体回路１５８にバンプ７６Ｕ、７６Ｄが形成されている。図示しないＩＣチップは、バンプ７６ＵにＣ４（フリップチップ）実装を行うことにより電気的な接続が取られる。」として、半田バンプ等の技術を用いて接続したフリップチップ方式の記載がある。
しかし、本願で開示する部品実装用ピンを形成したプリント基板に関する記載はない。
一方、近年、半導体装置は一層高集積化しており、そのためチップサイズも巨大化している。フリップチップ方式により、巨大サイズの電子部品（例えば半導体チップ）の電極パッドとプリント基板のランドが半田付けされた実装状態の電子機器が、周囲温度の上昇・下降に曝されると、電子部品とプリント基板との熱膨張係数の差に起因して、半田付け箇所が損壊することがある。
このため、従来より、高集積化した半導体を実装しても、電子部品とプリント基板との熱膨張係数の差に起因した接続不良の発生を減少し得るプリント基板の開発が望まれていた。
従って、本発明は、高集積化した電子部品（例えば半導体チップ）を実装しても、電子部品とプリント基板との熱膨張係数の差に起因した接続不良の発生を減少し得るプリント基板を提供することを目的とする。
上記目的に鑑みて、本発明に係るプリント基板は、電子部品と接続するため、導電性の部品実装用ピンを備えている。
更に、上記プリント基板では、前記部品実装用ピンは、金属線から成ることもできる。
更に、上記プリント基板では、電子部品は、実装面に電極パッドを有する、フリップチップ方式で使用される面実装型の半導体チップとすることもできる。
更に、上記プリント基板では、前記部品実装用ピンは、可撓性，弾性，屈曲性等を有することもできる。
更に、上記プリント基板では、前記部品実装用ピンは、電気抵抗の低い物質から成ることもできる。
更に、上記プリント基板では、前記部品実装用ピンは、ワイヤボンディング技術を利用して形成することもできる。
更に、上記プリント基板では、前記部品実装用ピンは、縦Ｓ字状、横Ｓ字状、湾曲形状、ループ状、螺旋状、バネ状、円形状及び楕円形状から成る群から選択された任意の形状とすることもできる。
更に、上記プリント基板では、前記部品実装用ピンは、保護皮膜で覆われていてもよい。
更に、本発明に係る電子機器は、部品実装用ピンを形成したプリント基板と、電子部品とを備えた電子機器であって、前記部品実装用ピンは、前記電子部品のパッドに圧接している。
更に、本発明に係る電子機器は、部品実装用ピンを形成したプリント基板と、電子部品とを備えた電子機器であって、前記部品実装用ピンは、前記電子部品のパッドに対して、半田バンプを介して半田接続している。
更に、上記電子機器では、前記部品実装用ピンは、半導体装置及びプリント基板の一方又は両方にかかる機械的エネルギを、弾性又は変形により吸収し得る機械要素とすることもできる。
更に、上記電子機器では、前記プリント基板及び前記電子部品は、前記電子機器の筐体に対して固定してもよい。
更に、上記電子機器では、前記プリント基板及び前記電子部品は、接着剤を用いて相互に固定してもよい。
更に、本発明に係るプリント基板の製造方法は、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法であって、(a)適当な位置決め装置に取り付けられたプリント基板の電極ランドの上に、金属線が搬送されるステップと、(b)プリント基板のランドのボンディング箇所を認識するステップと、(c)前記金属線の先端を前記ランドのボンディング箇所に圧着し、接合するステップと、(d)前記金属線のルーピングするステップと、(e)前記金属線のワイヤカットを行うステップと、(f)切れた前記金属線の先端部溶融してボールを形成するステップと、(g)前記プリント基板の次のランドの上に移動するステップとを含む。
更に、上記プリント基板の製造方法では、ステップ(a)〜(g)を繰り返してもよい。
更に、上記プリント基板の製造方法では、ステップ(c)は、超音波併用熱圧着方式で行ってもよい。
本発明によれば、高集積化した電子部品を実装しても、電子部品とプリント基板との熱膨張係数の差に起因した接続不良の発生を減少し得るプリント基板を提供することができる。
以下、本発明に係る部品実装用ピンを形成したプリント基板の実施形態に関し、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複した説明を省略する。
［部品実装用ピンを形成したプリント基板］
図１は、部品実装用ピンを形成したプリント基板の構成の一部を示す図である。本実施形態に係るプリント基板４は、電子部品、例えば、半導体チップ（図示せず。）と接続するため、導電性の部品実装用ピン１を備えている。このピンは、例えば、ワイヤボンディング技術を利用して形成することができる。
本実施形態に係る部品実装用ピンを形成したプリント基板は、予めプリント基板の電極ランドに部品実装用ピンを形成し、半導体チップの電極パッドとを面実装（２次元実装、フリップチップ実装における接合部材を半田からピンに変更した実装）で電気的接続を行う点に特徴がある。
本実施形態に係る部品実装用ピン１を形成したプリント基板４は、ランド（最外層導体）５に電気的に接続した、導電性の部品実装用ピン１が形成されたことを特徴とする。ランド５は、フィルドビアホール６の上に形成されていてもよい。プリント基板４のその他の構成に関しては任意である。本実施形態は、最外層導体に特徴を有するため、１枚のプリント基板４を、便宜的に最外層導体５が形成された絶縁層２と、所定の絶縁層及び導体層からなるその他の層３とに分けて説明する。なお、絶縁層２の上面に、所望によりソルダーレジスト層を設けてもよい。
部品実装用ピン１の一端は、ランド５に電気的に接続し、他端はプリント基板４から立ち上がっている。部品実装用ピン１は、所望により、導電性の保護被膜（図示せず。）で覆っていてもよい。プリント基板４は、この部品実装用ピン１を利用して、半導体装置（図示せず。）と接続される。
部品実装用ピン１は、可撓性，弾性，屈曲性等を有し、好ましくは電気抵抗の低い物質から成る。典型的には、金属線が用いられる。
図２Ａ及び図２Ｂは、部品実装用ピンを形成したプリント基板４と半導体チップ１０とを備えた電子機器であり、実装方法を明らかにしている。前者は、部品実装用ピン１が半導体チップ１０のパッドに圧接しているのに対して、後者は、更に半田バンプ１２で半田接続している点で相違する。
図２Ａは、プリント基板４の部品実装用ピン１は、半導体チップ１０に形成された電極パッド１１に対して機械的に接触し、電気的接続を確保している。プリント基板４と半導体チップ１０との相互間の固定は、任意の方法で行われる。図示していないが、例えば、電子機器の筐体に対して両者を固定してもよい。或いは、樹脂等の接着剤を用いて両者を相互に固定してもよい。
図２Ａに示す実装構造は、半導体装置１０とプリント基板４との間を接続する介在物を、従来の半田バンプから部品実装用ピン１に変更したことを特徴とする。部品実装用ピン１は、可撓性，弾性，屈曲性等を有しているため、電極パッド１１に押圧されて、電気的接続を確実にしている。更に、部品実装用ピン１は、半導体装置１０及びプリント基板４の一方又は両方にかかる力（機械的エネルギ）を、弾性又は変形により吸収し得る機械要素となっている。このため、半導体装置１０とプリント基板４との熱膨張係数の差に起因した接続不良の発生を減少することが出来る。
更に、部品実装用ピン１の長さは非常に短いので、例えば特性インピーダンスＺ0の整合、電気信号の伝搬速度の高速化の面で良好な電気的特性が得られる。同様に、部品実装用ピン１が、電気抵抗の低い物質から形成された場合、無用な電圧降下が回避できる。例えば、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ又はこれらの任意の合金製の部品実装用ピン、これらの金属で表面処理した部品実装用ピンとした場合である。
更に、部品実装用ピン１は立ち上がった形状であるため、周囲を空気に取り囲まれ、信号伝送の高速化を図ることができる。更に、部品実装用ピン１の反発力を利用して機械的接触を行っている場合、半導体チップ１０とプリント基板４との良好な電気的接続が確保できる。
更に、本実施形態に係る部品実装用ピン１を有するプリント基板４は、ランド１１に電気的に接続した部品実装用ピン１に特徴があるため、プリント基板４のその他の部分に関しては任意であり、サイズの大きなプリント配線板や、反りの発生しやすいコアレス基板等にも適用できる。更に、半導体チップ１０とプリント基板４との間の接続を、半田付けでなく、部品実装用ピン１による機械的接触に変更したので、半田リフロー等の熱履歴が残らないメリットがある。
図２Ｂは、プリント基板４の部品実装用ピン１と半導体チップ１０とを半田付けにより電気的接続を確保した実装構造を示す図である。所望により、プリント基板４の部品実装用ピン１の先端に半田バンプ１２を設け、図２Ａに示すように半導体チップ１０と機械的に接触した状態で半田リフロー処理することにより、部品実装用ピン１と半導体チップ１０の電極パッド１１とを半田接続している。更に、所望により、上述したような方法で、プリント基板４と半導体チップ１０との相互の固定を行ってもよい。
図３は、部品実装用ピン１の種々の形状について説明する図である。部品実装用ピン１は、可撓性，弾性，屈曲性等を有し、図２Ａで示したように半導体チップ１０の電極パッド１１に圧接している。この実装構造を実現するため、部品実装用ピン１の形状は次のようなものがある。
図３(1)の部品実装用ピン１は、縦Ｓ字状の形状に整形されている。図３(2)の部品実装用ピン１は、横Ｓ字状の形状に整形されている。図３(3)の部品実装用ピン１は、湾曲形状に整形されている。図３(4)の部品実装用ピン１は、ループ状に整形されている。図３(5)の部品実装用ピン１は、螺旋状又はバネ状に整形されている。図３(6)の部品実装用ピン１は、円形又は楕円形に整形されている。なお、これらの形状は例示であって、部品実装用ピン１は、半導体チップ１０の電極パッド１１に圧接し得る形状であれば、任意の形状であってよい。
［部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法］
図４Ａ〜図４Ｄを用いて、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法について、従来のワイヤボンディング技術と比較しながら、説明する。
先ず、従来のワイヤボンディング技術は、例えばネイルヘッドボンディング法では、(1)半導体チップがリードフレームに搭載されて搬送され、(2)パターン認識機構により半導体チップのボンディングパッドの位置を認識し、(3)半導体チップ側のボンディングを行い、(4)金属線のルーピング（整形）を行い、(5)プリント基板の搭載半導体チップ隣接領域のランドへボンディングし、(6)金属線のワイヤカットを行い、(7)切れたワイヤ先端を溶かしボールを形成し、(8)次の半導体チップのボンディングパッドに移動する、諸ステップからなる。
本実施形態に係るの部品実装用ピン１を形成したプリント基板４の製造方法では、上記の(1)搬送、(2)位置認識、(5)プリント基板のランドへのボンディング、(4)金属線のルーピング（整形）、(6)金属線のワイヤカット、(7)ボール形成、(8)移動、をこの順序で利用している。
なお、部品搭載面に電極ランド５が形成されたプリント基板４は製造されているものとする。このプリント基板４を使用して、次の各工程の処理を行う。
(a)搬送（図４Ａ参照）：
プリント基板４は適当な位置決め装置（図示せず。）に取り付けられている。金属線２５は、スプール２６からエアテンション２７、クランパ２４、キャピラリ２３の中の穴を通って、プリント基板４のランド５の上に供給される。金属線２５の先端は、溶融したボール状２２になっている。
(b)位置認識（図４Ｂ参照）：
位置確認用カメラ２８を利用した、ボンダの位置認識機構により、プリント基板４のランド５の位置を計測し、ランド５のボンディング箇所を計算する。
(c)プリント基板のランドへのボンディング（図４Ｃ参照）：
キャピラリ２３で金属線２５のボール２２をランド５のボンディング箇所に圧着し、金属の拡散により接合する。プリント基板４への熱ダメージを少なくするため、超音波併用熱圧着方式が好ましい。
(d)金属線のルーピング（整形）（図４Ｄ参照）：
キャピラリ２３を引き上げながら、金属線２５の整形を行う。所望の形状に整形するためには、左右上下のリバース動作を行うこともある。
(e)金属線のワイヤカット（図４Ｅ参照）：
キャピラリ２３が上昇したときにクランパ２４で金属線のワイヤカットを行う。
(f)ボール形成（図４Ｆ参照）：
切れた金属線２５の先端部に向けて電気トーチ２１から放電を飛ばすことにより先端部を溶融してボールを形成する。この段階で、金属線２５は、部品実装用ピン１となる。
(g)移動（図示せず。）：
次のプリント基板４のランド５の上に移動する。
上記工程(a)〜(g)を高速で繰り返すことにより、部品実装用ピンを形成したプリント基板を製造することができる。なお、（ｆ）の工程は削除することも可能である。
［その他］
以上により、部品実装用ピンを形成したプリント基板の実施形態について説明したが、これらは例示であって、本発明はこれに限定されない。当業者が容易になしえる付加・削除・変換・改良等は、本発明の範囲に含まれる。
本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
図１は、部品実装用ピンを形成したプリント基板の構成の一部を示す図である。 図２Ａは、プリント基板の部品実装用ピンが半導体チップのパッドに圧接している電子機器の実装方法を示す図である。 図２Ｂは、プリント基板の部品実装用ピンが半導体チップのパッドに対して半田バンプで半田接続している電子機器の実装方法を示す図である。 図３は、プリント基板の部品実装用ピンの種々の形状について説明する図である。 図４Ａは、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法の内の搬送ステップを示す図である。 図４Ｂは、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法の内の位置認識ステップを示す図である。 図４Ｃは、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法の内のプリント基板のランドへのボンディングステップを示す図である。 図４Ｄは、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法の内の金属線のルーピング（整形）ステップを示す図である。 図４Ｅは、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法の内の金属線のワイヤカットステップを示す図である。 図４Ｆは、部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法の内のボール形成ステップを示す図である。
符号の説明
１：部品実装用ピン、 ２：絶縁層、 ４：プリント基板、 ５：ランド，電極ランド、 ６：フィルドビア、 １０：半導体チップ、 １１：パッド，電極パッド、 １２：半田バンプ、 ２１：電気トーチ、 ２２：ボール、 ２３：キャピラリ、 ２４：クランパ、 ２５：金属線、 ２６：スプール、 ２７：エアテンション、 ２８：位置確認用カメラ、

Claims (16)

  1. 電子部品と接続するため、導電性の部品実装用ピンを備えたプリント基板。
  2. 請求項１に記載のプリント基板において、
    前記部品実装用ピンは、金属線から成る、プリント基板。
  3. 請求項１に記載のプリント基板において、
    電子部品は、実装面に電極パッドを有する、フリップチップ方式で使用される面実装型の半導体チップである、プリント基板。
  4. 請求項１に記載のプリント基板において、
    前記部品実装用ピンは、可撓性，弾性，屈曲性等を有する、プリント基板。
  5. 請求項１に記載のプリント基板において、
    前記部品実装用ピンは、電気抵抗の低い物質から成る、プリント基板。
  6. 請求項１に記載のプリント基板において、
    前記部品実装用ピンは、ワイヤボンディング技術を利用して形成される、プリント基板。
  7. 請求項１に記載のプリント基板において、
    前記部品実装用ピンは、縦Ｓ字状、横Ｓ字状、湾曲形状、ループ状、螺旋状、バネ状、円形状及び楕円形状から成る群から選択された任意の形状である、プリント基板。
  8. 請求項１に記載のプリント基板において、
    前記部品実装用ピンは、保護皮膜で覆われている、プリント基板。
  9. 部品実装用ピンを形成したプリント基板と、
    電子部品とを備えた電子機器であって、
    前記部品実装用ピンは、前記電子部品のパッドに圧接している、電子機器。
  10. 部品実装用ピンを形成したプリント基板と、
    電子部品とを備えた電子機器であって、
    前記部品実装用ピンは、前記電子部品のパッドに対して、半田バンプを介して半田接続している、電子機器。
  11. 請求項９又は１０に記載の電子機器において、
    前記部品実装用ピンは、半導体装置及びプリント基板の一方又は両方にかかる機械的エネルギを、弾性又は変形により吸収し得る機械要素である、電子機器。
  12. 請求項９又は１０に記載の電子機器において、
    前記プリント基板及び前記電子部品は、前記電子機器の筐体に対して固定されている、電子機器。
  13. 請求項９又は１０に記載の電子機器において、
    前記プリント基板及び前記電子部品は、接着剤を用いて相互に固定されている、電子機器。
  14. 部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法に於いて、
    (a)適当な位置決め装置に取り付けられたプリント基板の電極ランドの上に、金属線が搬送されるステップと、
    (b)プリント基板のランドのボンディング箇所を認識するステップと、
    (c)前記金属線の先端を前記ランドのボンディング箇所に圧着し、接合するステップと、
    (d)前記金属線のルーピングするステップと、
    (e)前記金属線のワイヤカットを行うステップと、
    (f)切れた前記金属線の先端部溶融してボールを形成するステップと、
    (g)前記プリント基板の次のランドの上に移動するステップとを含む、製造方法。
  15. 請求項１４に記載の部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法に於いて、
    ステップ(a)〜(g)を繰り返す、製造方法。
  16. 請求項１４に記載の部品実装用ピンを形成したプリント基板の製造方法に於いて、
    ステップ(c)は、超音波併用熱圧着方式で行われる、製造方法。
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