JP2742785B2 - 半導体搭載基板用の導体ピン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、各種の半導体素
子、チップ素子等を搭載する半導体搭載基板のスルーホ
ール等に挿入され、当該半導体搭載用基板の出力端子或
いは入力端子として使用される導体ピン及びその製造方
法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に、各種の半導体素子、チップ素子
等を搭載するとともに、出力端子あるいは入力端子とし
て使用される導体ピンを有する半導体搭載用基板として
は、図９に示すようなピングリッドアレイ型の半導体搭
載基板(30)が開発されている。この種の半導体搭載基板
(30)は、その搭載部に半導体素子を搭載してマザーボー
ド等と呼ばれる他の基板に接続されて、半導体素子の実
装に使用されるものである。 【０００３】そして、この種のピングリッドアレイ型の
半導体搭載基板(30)は、半導体素子にワイヤーボンディ
ングされる導体部(33)と、この導体部(33)と導通する複
数のスルーホール(32)を備えており、スルーホール(32)
の全部または一部に導体ピンが嵌合されている。これに
より、このピングリッドアレイ型の半導体搭載基板(30)
は、マザーボード等の他の基板に実装された場合に、上
記半導体素子をワイヤーボンディングのワイヤー、導体
部(33)、スルーホール(32)及びこれに嵌合されている導
体ピンを通して、マザーボード等に形成されている導体
回路あるいは電子部品と電気的に接続するのである。 【０００４】従って、この種の半導体搭載基板(30)にお
ける導体ピンにあっては、外部出力端子として実装時の
高い信頼性が必要であり、半導体搭載基板(30)のスルー
ホール(32)との十分な接合強度を必要とし、かつスルー
ホール(32)と当該導体ピンとの嵌合部は電気的にも確実
に接合されていなければならない。また、この種の導体
ピンとスルーホール(32)との接合をハンダ(34)によって
行なう場合があり、この場合にはハンダ(34)がこの種の
導体ピンとスルーホール(32)との接合部内に十分浸透す
ることが必要となる。 【０００５】そして、半導体素子の搭載後封止パッケー
ジング処理の熱処理工程後も該導体ピンがマザーボード
の実装部品穴と良好な接続が必要となる。このような必
要上、図１４及び図１５に示すように、基板(31)に形成
したスルーホール(32)内に嵌合される頭部(41)と、この
頭部(41)に近接されてスルーホール(32)の内径より大き
い外径を有した鍔部(42)からなる導体ピン(40)を備える
とともに、スルーホール(32)に嵌合した導体ピン(40)側
から溶融ハンダ内に浸漬しハンダ結合して構成した半導
体搭載基板(30)が従来より知られている。 【０００６】しかしながら、この図１４及び図１５に示
した半導体搭載基板(30)にあっては、その導体ピン(40)
の略円形の鍔部(42)により、半導体搭載基板(30)に形成
されているスルーホール(32)の導体ピン(40)側が密閉に
近い状態になってしまうこともあった。従って、このよ
うな状態になった場合には、導体ピン(40)側より当該半
導体搭載基板(30)を溶融ハンダ内に浸漬したとき、ハン
ダ浸漬前に導体ピン(40)側に塗布したフラックス中の溶
剤がガス化してガス溜りを生じ、このガス溜りによって
ハンダ(34)がスルーホール(32)内に十分浸透することが
できず、導体ピン(40)とスルーホール(32)との電気的接
合を完全に行なうことが困難となり、また接合強度上の
問題もあったのである。これを解決するために、溶融ハ
ンダに対する浸漬時間を長くすることも考えられるが、
このように浸漬時間を長くすると、半導体搭載基板(30)
自体がダメージを受けることになるばかりか、浸漬時間
を長くする割には溶融ハンダの浸透は十分には行なえな
いものである。 【０００７】そして、浸透時間を長くすると導体ピン表
面のハンダの厚みが薄くなる傾向があり、特に導体ピン
鍔部の溶融ハンダと対面する側にフィレット状のハンダ
がコーティングされるが、フィレットの先端に位置する
部分が極端にハンダが薄くなる傾向にあり、浸漬時間が
長く溶融ハンダ温度が高く設定された場合、導体ピンの
素地が露出する程に薄くなる。 【０００８】これは、この半導体搭載基板に半導体素子
を搭載し封止パッケージング処理する際の熱処理にて導
体ピン表面のハンダぬれ性を阻害し、マザーボードへの
この封止パッケージの実装を行なえなくするのである。 【０００９】更にこのピングリッドアレイ型パッケージ
にあっては、マザーボードへの実装までのハンドリング
にて導体ピンの思わぬ変形が容易に発生する。変形が起
こる部位は導体ピンを半田付けするまでの工程では鍔部
の下方側の特に鍔つけ根部に集中し、また半田付けした
後の工程では正常なフィレット形状を有していない導体
ピンのフィレット変形部にその発生が見られ、この変形
を修正する作業を必要とした。この作業は手作業による
ものであり、その労力と時として発生する導体ピン破断
は従来技術の大きな問題点であった。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した実
状に鑑みてなされたもので、その解決しようとする問題
点は、この種の導体ピンの半導体搭載基板との接合部に
おけるハンダ浸透性の悪さ及びこれを解決することの困
難性であり、導体ピンのハンダぬれ性の阻害であり、こ
れに伴なう半導体搭載基板自体の信頼性の欠如である。
また、導体ピンの容易な変形とその修正時に時として発
生する導体ピン破断である。 【００１１】そして、本発明の目的とするところは、半
導体搭載基板に対する接合強度を十分なものとすること
ができるのは勿論のこと、半導体搭載基板に対する接合
部のハンダ浸透性を簡単な構成によって向上させること
のできる導体ピンを提供することにあり、更に導体ピン
表面のハンダの厚みが全ての領域で均一にコーティング
されるようなピン形状を提供するとともに、この導体ピ
ンの変形あるいは破断しやすい部分を構造的に強化した
ピン形状を提供することにある。 【００１２】 【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ために本発明が採った手段は、実施例に対応する各図を
参照して説明すると、「半導体搭載基板(30)のスルーホ
ール(32)に嵌合される頭部(11)と、この頭部(11)の下方
に位置して前記スルーホール(32)より大きな形状の鍔部
(12)とを有し、前記基板(30)にハンダにより接合される
導体ピン(10)において、前記鍔部(12)の頭部側に凹部(2
1)を有すると共に、当該鍔部(12)の下方側に円錐形状部
分(14)を有し、かつ前記導体ピン(10)の頭部(11)に前記
鍔部(12)の凹部(21)に連続する凹所(22)を有することを
特徴とする半導体搭載基板用(30)の導体ピン(10)」であ
る。 【００１３】そして、この発明が以上のような手段を採
ることによって、以下のような作用がある。まず、本発
明に係る導体ピン(10)にあっては、その頭部(11)を半導
体搭載基板(30)のスルーホール(32)内に嵌合した後、そ
の表面にハンダの塗膜を形成するのであるが、鍔部(12)
の下側に形成した円錐形状部分により、当該導体ピン(1
0)先端より鍔部(12)まで均一なハンダの塗膜を形成で
き、導体ピン(10)表面の半田ぬれ性の信頼性を熱処理に
より経時劣化させることは無いのである。 【００１４】また、上記円錐形状をとることにより鍔部
(12)自体の剛性を高め、これにより鍔部(12)を変形させ
ることなく鍔部(12)の上方側部に凹部を容易に形成でき
る半導体搭載基板(30)用の導体ピンであり、この導体ピ
ン(10)の頭部(11)を半導体搭載基板(30)のスルーホール
(32)内に嵌合することによって、図７及び図８に示すよ
うに接合されるが、この場合、鍔部(12)の凹部(21)以外
の部分が半導体搭載基板(30)の基板(31)またはこれに形
成されている導体部(33)に当接する。この鍔部(12)の基
板(31)側に当接している部分は、十分な大きさを有して
いるため、接合時の押圧力によって変形するようなこと
は全くないのである。 【００１５】また、導体ピン(10)の最も変形しやすく破
断につながる鍔部下方側面を応力分散効果のある円錐形
状とするため、ハンドリングや修正時の変形や破断は極
めて少なくなるのである。 【００１６】さらに、この発明に係る導体ピン(10)にあ
っては鍔部(12)の凹部(21)以外の部分が半導体搭載基板
(30)の基板(31)またはこれに形成されている導体部(33)
に当接する結果、鍔部(12)の基板(31)側に形成した凹部
(21)によって、図７及び図８に示したように間隙(21a)
が形成される。この間隙(21a)は、半導体搭載基板(30)
の基板(31)に形成したスルーホール(32)内と外部とを連
通させるからこの発明に係る導体ピン(10)を嵌合固定し
た後に溶融ハンダ槽内に浸漬すれば、溶融ハンダは上記
の間隙(21a)を通って基板(31)のスルーホール(32)内に
十分に浸透し得るのである。 【００１７】さらにまた、この発明に係る導体ピン(10)
にあっては、鍔部(12)の凹部(21)と、この凹部(21)に連
続する凹所(22)を頭部(11)に形成したので、これら凹部
(21)及び凹所(22)によって、図７及び図８に示すよう
に、互いに連続する間隙(21a)及び間隙(22a)が形成され
ることになり、これらの間隙(21a)及び間隙(22a)によっ
て基板(31)のスルーホール(32)と外部とが確実に連通す
るのである。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下に本発明を、図面に示した実
施例に従って詳細に説明する。図１〜図３には、導体ピ
ン(10)の一例が示してある。この導体ピン(10) は、半
導体搭載基板(30) に形成されたスルーホール(32)に挿
入される頭部(11)と、この頭部(11)の下側に位置する鍔
部(12)とを備えているもので、特にこの鍔部(12)の下側
が円錐形状になっていて、円錐形状部分(14)を有してい
るものである。 【００１９】この導体ピン(10)の鍔部(12)の頭部(11)側
の面には、この鍔部(12)の中心部から当該鍔部(12)の外
周部にまで延在する凹部(21)が形成されている。この凹
部(21)は、鍔部(12)に形成された言わば溝であり、鍔部
(12)の中心部より外周部（円周部）に向って連続した構
造であればその形状については特に限定されない。ま
た、凹部(21)を構成している溝の深さについては、フラ
ックス、あるいはハンダの浸透に充分なものであれば特
に限定されないが、具体的な深さとしては50〜100μｍ
程度のものであることが最も望ましい。なお、この凹部
(21)の数については種々考えられるが、製造上の容易性
及び鍔部(12)自体の支持強度を考慮すると図面に示した
ような二個所程度が最も適しているものである。 【００２０】この導体ピン(10)がその鍔部(12)に凹部(2
1)を有することによって、この導体ピン(10)を半導体搭
載基板(30)を構成する基板(31)のスルーホール(32)に嵌
合または挿入して接合したとき、図７及び図８に示すよ
うに、この導体ピン(10)の鍔部(12)と、基板(31)または
基板(31)に形成されている導体部(33)との間に間隙(21
a)が形成されるのである。この間隙(21a)を通してハン
ダ(34)がスルーホール(32)内に浸透するのである。 【００２１】また、図４〜図６には本発明に係る導体ピ
ン(10)の実施例が示してある。この導体ピン(10)の上記
導体ピン(10)と異なる点は、導体ピン(10)の頭部(11)
に、鍔部(12)側に形成した凹部(21)に連続する凹所(22)
が更に形成されていることである。この凹所(22)は頭部
(11)に形成された言わば溝であり、この凹所(22)は鍔部
(12)よりこの頭部(11)の先端部に至って連続していなけ
ればならない。 【００２２】この導体ピン(10)がその鍔部(12)に凹部(2
1)を有するとともに、この凹部(21)に連続する凹所(22)
をその頭部(11)に有することによって、この導体ピン(1
0)を、半導体搭載基板(30)を構成する基板(31)のスルー
ホール(32)に嵌合または挿入して接合したとき、図７及
び図８に示すように、この導体ピン(10)の鍔部(12)の凹
部(21)及び頭部(11)の凹所(22)によって、鍔部(12)と基
板(31)間に間隙(21a)が、また頭部(11)が挿入されるス
ルーホール(32)内に上記の間隙(21a)と互いに連続する
間隙(22a)がそれぞれ形成されるのである。この間隙(21
a)及び間隙(22a)を通してハンダ(34)がスルーホール(3
2)内に浸透するのである。なお、この導体ピン(10)の頭
部(11)にあっては図１及び図４に示したように、これを
扁平形状に形成することにより、スルーホール(32)の内
径よりも当該頭部(11)の外径を大きくする突出部(11a)
を形成して実施してもよい。各頭部(11)のスルーホール
(32)に対する挿入固定を確実に行なうためである。 【００２３】次に、図１０〜図１３を参照して、上記の
導体ピン(10)の製造方法について説明する。図１０は、
連続した金属導線の所定間隔離れた二個所を、金属導線
の半径方向に延在する突起を少なくとも一方が有する二
つのチャックにより挟持して、この二つのチャックを金
属導線の軸芯方向に相対的に移動させることにより、挟
持した部分を押圧変形させて、鍔部(12)とこの鍔部(12)
の表面に凹部(21)を形成し、これと同時に、このチャッ
クから所定距離離れた位置で金属導線の一部を挟持しか
つ円錐状の凹所を持った受けを金属導線の軸芯方向に相
対的に移動させることにより、その反対面に円錐形状部
分(14)を形成する工程を示している。この工程にあって
は、連続した均一な径の金属導線の所定の間隔を持った
２ヵ所をチャッキングして、この所定の間隔を圧縮する
方向に金属導線を変形させることにより、鍔部(12)及び
この鍔部(12)の片面（凹部(21)とは反対面）側を円錐形
状に形成するのである。この工程の場合、鍔部(12)を形
成させると同時に、鍔部(12)の一方を押す面の金型に凹
部(21)に対応する突起を設けて、この突起により鍔部(1
2)に凹部(21)を形成するのである。 【００２４】このように、導体ピン(10)の鍔部(12)に凹
部(21)を形成しかつこの鍔部(12)の反対面に円錐形状部
分(14)を形成させる工程にあっては、この凹部(21)の形
成を鍔部(12)及び円錐形状部分(14)の形成と同時にでき
るので、鍔部(12)形成工程と凹部(21)形成工程を２工程
に別ける必要がないものである。 【００２５】図１１は、鍔部(12)の凹部(21)側にて突出
する金属導線を、半導体搭載基板(30)のスルーホール(3
2)に挿入されるに必要な長さに切断して頭部(11)を形成
する工程を示したものである。すなわち、半導体搭載基
板(30)のスルーホール(32)に挿入される部分である頭部
(11)になる金属導線を、スルーホール(32)への挿入に必
要な長さに切断して頭部(11)を形成するのである。そし
て、この工程において、切断された金属導線の先端を円
錐状の凹部を持った金型でたたくことにより、形成され
た頭部(11)にテーパーを形成するのである。この頭部(1
1)の切断長さは、これが挿入される基板(31)の板厚によ
り決り、板厚と同等かそれ以下であることが望ましい。
なお、頭部(11)の先端に形成されたテーパーは、導体ピ
ン(10)を基板(31)に形成されたスルーホール(32)に挿入
する場合の面取り部になるものであるから、その先端径
が小さくしかも当該テーパーの傾斜はなだらかな方がよ
い。 【００２６】図１２は、以上のように形成した頭部(11)
をその半径方向から押圧して扁平にすることによって、
当該頭部(11)に突出部(11a)を形成する工程を示してい
る。すなわち、この工程にあっては、導体ピン(10)にお
ける頭部(11)の大径部分の径が、これを挿入する基板(3
1)のスルーホール(32)の内径より大きくなるように突出
部(11a)を設ける工程である。また、この工程におい
て、型の一部に上述した凹所(22)に対応する突起部を設
けておくことによって、当該頭部(11)の長さ方向に連続
した溝である凹所(22)を形成することができるのであ
る。 【００２７】図１３は、頭部(11)とは反対側にある金属
導線を所定の寸法に切断する工程を示したものである。
すなわち、この工程にあっては、鍔部(12)に対して頭部
(11)と反対側の金属導線を切断する。この切断により導
体ピン(10)の外部接続端子の長さを規定するのである。
その後に、切断された導体ピン(10)の端部をバレル研磨
することにより、切断部等のバリを取り、端部の面取り
をするのである。このような導体ピン(10)の一連の加工
後、その表面仕上げを施し、必要に応じて表面に金属メ
ッキを形成させれば、導体ピン(10)が完成するのであ
る。 【００２８】図７及び図８は、本発明に係る導体ピン(1
0)を半導体搭載基板(30)に形成されたスルーホール(32)
に挿入した後に、この半導体搭載基板(30)を導体ピン(1
0)側より溶融ハンダ内に浸漬して、このハンダをスルー
ホール(32)内に充填させることにより、導体ピン(10)と
スルーホール(32)とを一体接合した状態の部分拡大縦断
面図である。導体ピン(10)に形成した凹部(21)または導
体ピン(10)に形成した凹部(21)及び凹所(22)によって、
導体ピン(10)と基板(31)のスルーホール(32)との間に一
定の間隙(21a)または間隙(21a)とこれに連続する間隙(2
2a)を設けることができ、これらの間隙により導体ピン
(10)側より半導体搭載基板(30)を溶融ハンダに浸漬した
場合、図７または図８の矢印（↑）方向へ、フラックス
中の溶剤のガス化によるガスが容易にスルーホール(32)
上部に抜けることができ、また溶融ハンダも容易に均一
にスルーホール(32)内に充填されるのであり、また鍔の
下方部の円錐形状の表面のハンダの膜の均一な状態を得
ることができる。 【００２９】図９には本発明に係る導体ピン(10)を有す
る半導体搭載基板(30)の一実施例を示す斜視図が示して
ある。この半導体搭載基板(30)にあっては、半導体搭載
基板(30)に形成したスルーホール(32)に、導体ピン(10)
の頭部(11)（これは金属導線の一部にスルーホール(32)
の直径より太い突出部(11a)を形成したものである）が
嵌入固定されている。この導体ピン(10)とスルーホール
(32)の電気的接合は、半導体搭載基板(30)を導体ピン(1
0)側より溶融ハンダ層内に浸漬することで、容易に行な
われている。 【００３０】すなわち、導体ピン(10)にあっては、鍔部
(12)の基板(31)と対向する面に、鍔部(12)の中心より該
鍔部(12)の円周に向かった溝状の構造を持った凹部(21)
が形成されており、この鍔の反対側が円錐形状部分(14)
になっている。また特に本発明に係る導体ピン(10)を使
用した場合には、上記鍔部(12)に形成した凹部(21)の他
にこの凹部(21)に対応した溝状の凹所(22)が頭部(11)に
形成されている。従って、半導体搭載基板(30)を導体ピ
ン(10)側より溶融ハンダ槽内に浸漬すると、導体ピン(1
0)の鍔部(12)に形成した溝状の凹部(21)または導体ピン
(10)の鍔部(12)と頭部(11)の表面に形成した溝状の凹部
(21)と凹所(22)を通じてハンダ(34)がスルーホール(32)
内に浸透し、このハンダ(34)がスルーホール(32)内に充
填される。 【００３１】このようにして、当該半導体搭載基板(30)
にあっては、その導体ピン(10)とスルーホール(32)と
は、電気的に完全に接合されているのであり、導体ピン
表面の全ての部分に於いてハンダが均一に塗布されてい
る。また、これらの作業は非常に短時間になされるた
め、半導体搭載基板(30)はハンダ(34)の浸漬時の熱によ
るダメージを受けず、確実にハンダ(34)がスルーホール
(32)内に充填されたものとなっているのである。 【００３２】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る導
体ピン(10)によれば、上記実施例に例示した如く、この
導体ピン(10)は、金属導線の中間部に鍔部(12)を形成
し、鍔部(12)に円錐形状部分(14)を作ることにより導体
ピン表面に均一な半田塗膜を形成することができ、導体
ピンの半田ぬれ性の信頼性を向上させることができるの
である。 【００３３】また、導体ピン(10)の外力に対する弱点で
あった鍔部下方側を外力分散効果のある円錐形状とした
ことにより、ハンドリングや修正時の導体ピン変形や破
断を防止できるのである。 【００３４】更に、この鍔部(12)の表面に鍔部(12)の中
心より円周に向かった溝状の構造を持った凹部(21)を形
成することにより、当該導体ピン(10)を基板(31)のスル
ーホール(32)に挿入して接合する場合に基板(31)との間
に間隙(21a)を形成することができ、この間隙(21a)によ
ってハンダ(34)のスルーホール(32)内への浸透をより一
層高めることができるのである。 【００３５】特に、この導体ピン(10)にあっては、鍔部
(12)の面に凹部(21)が形成されているとともに、この凹
部(21)に対応した溝状の凹所(22)をその頭部(11)に形成
したことに特徴があり、これにより、当該導体ピン(10)
を基板(31)のスルーホール(32)に挿入して接合する場合
に基板(31)との間に間隙(21a)及び間隙(22a)を形成する
ことができ、これらの間隙(21a)及び間隙(22a)によって
ハンダ(34)のスルーホール(32)内への浸透をより一層高
めることができるのである。 【００３６】以上のような効果を有する導体ピン(10)
を、導体部(33)を有する半導体搭載基板(30)に形成され
たスルーホール(32)に嵌入固定された半導体搭載基板(3
0)においては、鍔部(12)によって各導体ピン(10)が半導
体搭載基板(30)にしっかり支持されるとともに、鍔部下
面に形成された円錐形状部分(14)と鍔部(12)表面に形成
されている溝状の凹部(21)により、半導体搭載基板(30)
を導体ピン(10)(10)側より溶融ハンダ槽内に浸漬した
時、容易にハンダがスルーホール(32)内に浸透し、この
溶融ハンダは短時間にスルーホール(32)内に充填される
のである。特に凹部(21)の他に凹所(22)を有する導体ピ
ン(10)を使用した半導体搭載基板(30)にあっては、この
効果が高い。 【００３７】従ってこのような導体ピン(10)を使用すれ
ば、溶融ハンダ浸漬時に、当該ハンダがスルーホール(3
2)内に短時間で揚がり、半導体搭載用基板(30)の溶融ハ
ンダ浸漬時によるダメージも少なく、導体ピン表面に、
均一なハンダ塗膜を有することができ、ハンダぬれ性の
信頼性の高いピングリッドアレイ型の半導体搭載基板(3
0)とすることができるのである。

【図面の簡単な説明】 【図１】 導体ピンの一例を示す正面斜視図である。 【図２】 図１における側面図である。 【図３】 図１における平面図である。 【図４】 本発明に係る導体ピンの一実施例を示す正面
斜視図である。 【図５】 図４における側面図である。 【図６】 図４における平面図である。 【図７】 半導体搭載基板の基板に導体ピンを嵌合した
場合において、導体ピンを切断しない状態の部分拡大縦
断面図である。 【図８】 半導体搭載基板の基板に導体ピンを嵌合した
場合において、導体ピンを切断した状態の部分拡大縦断
面図である。 【図９】 本発明に係る導体ピンを接合した半導体搭載
基板の斜視図である。 【図１０】本発明に係る導体ピンの製造方法の第１工程
の斜視図である。 【図１１】本発明に係る導体ピンの製造方法の第２工程
の斜視図である。 【図１２】本発明に係る導体ピンの製造方法の第３工程
の斜視図である。 【図１３】本発明に係る導体ピンの製造方法の第４工程
の斜視図である。 【図１４】従来の導体ピンの部分拡大縦断面図である。 【図１５】図１４における平面図である。 【符号の説明】 １０ 導体ピン １１ 頭部 １１ａ 突出部 １２ 鍔部 １３ 支持部 １４ 円錐形状部分 ２１ 凹部 ２１ａ 間隙 ２２ 凹所 ２２ａ 間隙 ３０ 半導体搭載用基板 ３１ 基板 ３２ スルーホール ３３ 導体部 ３４ ハンダ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．半導体搭載基板のスルーホールに嵌合される頭部
   と、この頭部の下方に位置して前記スルーホールより大
   きな形状の鍔部とを有し、前記基板にハンダにより接合
   される導体ピンにおいて、 前記鍔部の頭部側に凹部を有すると共に、当該鍔部の下
   方側に円錐形状部分を有し、かつ前記導体ピンの頭部に
   前記鍔部の凹部に連続する凹所を有することを特徴とす
   る半導体搭載基板用の導体ピン。