JP3034231B2 - 中継基板 - Google Patents

中継基板

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JP3034231B2
JP3034231B2 JP29267097A JP29267097A JP3034231B2 JP 3034231 B2 JP3034231 B2 JP 3034231B2 JP 29267097 A JP29267097 A JP 29267097A JP 29267097 A JP29267097 A JP 29267097A JP 3034231 B2 JP3034231 B2 JP 3034231B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一主平面上に複数
の接続パッドを有するBGA型やLGA型集積回路用基
板等の基板と、この接続パッドに対応する位置に同様に
接続パッド(取付パッド)を備え、この基板を取付ける
ためのマザーボード等の取付基板との間に介在させる中
継基板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、一方の基板の一主平面に形成
されたパッドと、熱膨張係数の異なる他方の基板の一主
平面に形成されたパッドとを接続する場合に、この2つ
の基板の間に、中継基板を介在させ、熱膨張係数の差に
よって生じる応力を緩和するものが知られている。
【0003】例えば、特公平2−45357号に開示さ
れている基板の接続構造においては、図15(a) に示す
ような中継基板215が開示されている。この中継基板
215は、アルミナからなる中継基板本体210に穿孔
したスルーホール内に、メッキにより銅導体219を形
成し、さらにPb−5wt%Snの高温ハンダからなる
ハンダ電極212形成して、両者からなるスルーホール
電極214を形成してなるものである。この中継基板2
15を、図15(b) に示すように、シリコン基板(シリ
コンチップ)211とガラスエポキシ製のプリント基板
218との間に介在させて、シリコンとプリント基板の
熱膨張係数の違いによる接続部の破壊を防止するのであ
る。
【0004】このような中継基板は、シリコンチップと
樹脂製のプリント基板とを接続する場合に用いられるだ
けでなく、例えば、特開昭61−3497号公報に開示
されているように、セラミック製基板と有機プリント板
等との間に介在させる例もある。即ち、特開昭61−3
497号公報には、図16に示すように、セラミック基
板222と有機プリント板221との間に、ポリウレタ
ン樹脂等からなる接合フレーム(中継基板本体)225
を介在させ、セラミック基板222のパッド229と有
機プリント基板221のパッド226との間をIn−P
b等の低融点金属227で接続するものが開示されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなものは、例
えば、図15に即して説明すると、中継基板本体210
とシリコン基板211やプリント基板218との間の熱
膨張率の違いによってハンダ電極212に応力が掛か
る。このとき、例えば、中継基板本体の表面に形成した
パッド上にハンダバンプを形成して接続した場合には、
パッドとその上に形成したバンプとの接続界面(表面方
向)に沿ったせん断応力が掛かるのであるが、図15の
ようにスルーホール(貫通孔)が形成されていると、中
継基板本体210のスルーホールの壁面とハンダ電極2
12との間で応力が掛かるので、ハンダ電極212にク
ラックが生じ難い。
【0006】しかし、接続する基板との熱膨張率の違い
が大きい場合や、繰り返し熱応力が掛かる場合などに
は、ハンダ電極212に略中継基板本体の表面に沿った
方向にクラックが入ることがあった。
【0007】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、基板や取付基板とのより高
い接続信頼性を有する中継基板を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及び効果】まず、請求項1
に記載の解決手段は、一主平面に接続パッドを有する基
板と、一主平面のうち該接続パッドに対応する位置に取
付パッドを有する取付基板と、の間に介在させ、第1面
側で上記接続パッドと接続させ、第2面側で上記取付パ
ッドと接続させることにより上記基板と上記取付基板と
を接続させるための中継基板であって、上記第1面と第
2面とを有する略板形状をなし、該第1面と第2面との
間を貫通し、少なくとも上記第1面側端部に第1面側面
取り部を備える貫通孔を有する中継基板本体と、上記貫
通孔内に配置され、該貫通孔の内壁面のうち少なくとも
上記第1面側面取り部に固着され、上記第1面を越えて
上記中継基板本体の厚さ方向に突出する第1突出部を有
する軟質金属体と、を備えることを特徴とする中継基板
である。
【0009】上記構成を有する本発明の中継基板によれ
ば、第1面側の配線基板と中継基板との間で熱膨張率の
違いその他に起因して、第1突出部の根元近傍に応力が
生じたとしても、第1面上にハンダバンプ等の端子を形
成したのとは異なり、応力を貫通孔の内壁と軟質金属体
の貫通孔内の外周の間で受けるため、クラックが発生し
にくい。さらに、本発明では、貫通孔の第1面側端部に
第1面側面取り部を備えるので、第1面側端部近傍の軟
質金属体に応力が集中して掛かることがなく、面取り部
で応力を分散させうるため、さらにクラックが発生し難
い。
【0010】なお、軟質金属体は、貫通孔のうち少なく
とも第1面側面取り部に固着されていればよい。この部
分で固着されていれば、基板と中継基板との間に応力が
生じても、第1面側面取り部全体で応力を分散して受け
ることができ、応力集中が防止できるからである。ただ
し、貫通孔の内壁面全体に固着されているのがより好ま
しい。確実に軟質金属体を固着でき、軟質金属体の脱落
等を生じる可能性が無くなるからである。
【0011】ここで、中継基板本体の材質は、基板等と
の接続時の熱に耐えることができ、基板と取付基板との
間に介在させて熱膨張率の違い等に起因する応力を緩和
し、あるいは応力を受けても破壊しない材質から選択す
るとよい。発生する熱応力を小さくするために、基板や
取付基板の材質等を考慮して、基板または取付基板の材
質と同程度、あるいはこれらの中間の熱膨張率を有する
材質が適当であり、具体的には、アルミナ、ムライト、
窒化アルミニウム等のセラミックや、エポキシ、ポリイ
ミド、BT、ポリウレタン等の樹脂、あるいはこれらの
樹脂とガラスやポリエチレン等の繊維との複合材等が挙
げられる。
【0012】なお、基板と取付基板の材質について、特
に限定はない。この両者の熱膨張率の違いに起因する応
力が発生する関係となっている場合に、本発明の中継基
板を適用することが望ましいが、両者の熱膨張率が略同
一の場合に、本発明の中継基板の適用してもよい。基板
や取付基板が、その内部構造や実装している実装部品
(ICチップ等)に起因して、熱等によって撓み、反り
等の変形を生ずる場合にも、応力を緩和することができ
るからである。また、基板の接続パッドあるいは取付基
板の取付パッドを形成するのにあたって、パッド上にハ
ンダボール等を配置して、パッドに接続するのは面倒で
あるので、本発明の中継基板によって一挙に接続したい
場合などもあるからである。
【0013】基板としては、ICチップやその他の電子
部品などが実装されるIC搭載基板等の配線基板が挙げ
られる。また、接続パッドは、取付基板との電気的接続
のために基板上に設けられるパッドであって、基板平面
上に線状や格子状(千鳥状も含む)に形成したパッドが
挙げられる。具体的には、パッド(ランド)を格子状に
配列したLGA型基板が挙げられるが、必ずしもパッド
が格子状に配列されていなくとも良い。また、接続パッ
ド上に金属ボールを接続したりハンダを盛り上げる等し
てバンプとする場合もある。
【0014】一方、取付基板は、上記基板を取付けるた
めの基板であって、マザーボード等のプリント基板が挙
げられる。この取付基板には、基板を取付けるための取
付パッドが形成されている。この取付パッドは、基板と
の電気的接続のために取付基板上に設けられるパッドで
あって、パッドを格子状に配列したプリント基板が挙げ
られるが、必ずしもパッドが格子状に配列されていなく
とも良いし、複数の基板を取付けるためにそれぞれの基
板に対応する取付パッド群を複数有していても良い。ま
た、取付パッド上に金属ボールを接続したりハンダを盛
り上げる等してバンプとする場合もある。なお、本発明
の中継基板は、基板と取付基板の間に介在して、それぞ
れと接続するものであるので、便宜的に基板と接続する
側を第1面側、取付基板と接続する側を第2面側として
両者を区別することとする。
【0015】また、軟質金属体とは、熱膨張係数の違い
などによって、基板と取付基板間、あるいは、基板と中
継基板本体間や中継基板本体と取付基板間で発生する応
力を変形によって吸収する柔らかい金属からなるもので
あって、具体的な材質としては、鉛(Pb)やスズ(S
n)、亜鉛(Zn)やこれらを主体とする合金などが挙
げられ、Pb−Sn系高温ハンダ(例えば、Pb90%
−Sn10%合金、Pb95%−Sn5%合金等)やホ
ワイトメタルなどが挙げられる。なお、鉛、スズ等は再
結晶温度が常温にあるので、塑性変形をしても再結晶す
る。したがって、繰り返し応力がかかっても容易に破断
(破壊)に至らないので都合がよい。その他、純度の高
い銅(Cu)や銀(Ag)も柔らかいので用いることが
できる。
【0016】なお、中継基板と基板や取付基板との接
続、即ち、軟質金属体と接続パッドや取付パッドとの接
続は、軟質金属体よりも融点の低いハンダを用いれば良
い。このようなハンダを用いる場合には、両者の融点に
適度の差を持つように選択するのが好ましく、例えば、
軟質金属体としてPb90%−Sn10%の高温ハンダ
(融点301℃)を用いた場合には、Pb36%−Sn
64%共晶ハンダ(融点183℃)やその近傍の組成
(Pb20〜50%、Sn80〜50%程度)のPb−
Sn合金などを用いればよい。また、その他の成分とし
て、In、Ag、Bi、Sb等を適当量添加したものを
用いても良い。
【0017】また、貫通孔の第1面側端部に形成した第
1面側面取り部は、いわゆるC面取り状でも、R面取り
状でも良い。また、C面取り状とした場合、面取りの角
度は、45度を中心として30〜60度程度とするのが
好ましい。また、面取り部の大きさ(深さ)は、貫通孔
の径、深さ、隣接する貫通孔同士の間隔等を考慮して選
択すればよいが、貫通孔の径又は深さの10%以上とす
ると良い。あまり小さな面取りでは、応力集中を防止す
る効果が少ないからである。
【0018】さらに、請求項2に記載の解決手段は、一
主平面に接続パッドを有する基板と、一主平面のうち該
接続パッドに対応する位置に取付パッドを有する取付基
板と、の間に介在させ、第1面側で上記接続パッドと接
続させ、第2面側で上記取付パッドと接続させることに
より上記基板と上記取付基板とを接続させるための中継
基板であって、上記第1面と第2面とを有する略板形状
をなし、該第1面と第2面との間を貫通し、少なくとも
上記第2面側端部に第2面側面取り部を備える貫通孔を
有する中継基板本体と、上記貫通孔内に配置され、該貫
通孔の内壁面のうち少なくとも上記第2面側面取り部に
固着され、上記第2面を越えて上記中継基板本体の厚さ
方向に突出する第2突出部を有する軟質金属体と、を備
えることを特徴とする中継基板である。
【0019】上記構成を有する本発明の中継基板によれ
ば、第2面側の配線基板と中継基板との間で熱膨張率の
違いその他に起因して、第2突出部の根元近傍に応力が
生じたとしても、第2面上にハンダバンプ等のパッドを
形成したのとは異なり、応力を貫通孔の内壁と軟質金属
体の貫通孔内の外周の間で受けるため、クラックが発生
しにくい。さらに、本発明では、貫通孔の第2面側端部
に第1面側面取り部を備えるので、第2面側端部近傍の
軟質金属体に応力が集中して掛かることがなく、面取り
部で応力を分散させうるため、さらにクラックが発生し
難くなり、接続信頼性の高い中継基板とすることができ
る。
【0020】なお、軟質金属体は、貫通孔のうち少なく
とも第2面側面取り部に固着されていればよい。この部
分で固着されていれば、取付基板と中継基板との間に応
力が生じても、第2面側面取り部全体で応力を分散して
受けることができ、応力集中が防止できるからである。
ただし、貫通孔の内壁面全体に固着されているのがより
好ましい。確実に軟質金属体を固着でき、軟質金属体の
脱落等を生じる可能性が無くなるからである。
【0021】また、貫通孔の第2面側端部に形成した第
2面側面取り部は、いわゆるC面取り状でも、R面取り
状でも良い。また、C面取り状とした場合、面取りの角
度は、45度を中心として30〜60度程度とするのが
好ましい。また、面取り部の大きさ(深さ)は、貫通孔
の径、深さ、隣接する貫通孔同士の間隔等を考慮して選
択すればよいが、貫通孔の径又は深さの10%以上とす
ると良い。あまり小さな面取りでは、応力集中を防止す
る効果が少ないからである。
【0022】さらに、請求項3に記載の解決手段は、請
求項1または請求項2に記載の中継基板であって、前記
軟質金属体のうち、前記突出部が、その径よりも高さが
高い略柱状とされていることを特徴とする中継基板であ
る。
【0023】上記構成を有する本発明の中継基板によれ
ば、突出部が略柱状とされているので、中継基板本体と
基板や取付基板との距離が大きくなり、さらに突出部が
撓みやすくなる。このため、撓み変形によっても応力が
吸収できるようになるため、さらにクラックを生じ難い
接続信頼性の高い中継基板とすることができる。
【0024】なお、突出部の形状は、四角柱や三角柱な
どの角柱状でもよいが、応力が角部に集中するのを避け
るために、その中では六角柱や八角柱など角数の多いも
のが良く、さらには円柱状とするのが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】つぎに、発明の実施の形態を、図
と共に説明する。図1は、本実施形態にかかる中継基板
10の正面図であり、図2は、この中継基板10の部分
拡大断面図である。中継基板10は、図1に示すよう
に、厚さ0.3mm、一辺25mmの略正方形の平板形
状の中継基板本体1を有する。この中継基板本体1は、
アルミナを主成分(90%)とするアルミナセラミック
からなる。
【0026】中継基板本体1には、図2に示すように、
その上下面である第1面1aと第2面1bとの間を貫通
する複数の貫通孔Hを有する。この貫通孔Hは、1.2
7mmピッチで格子状に縦横各19ヶ(合計361ヶ)
穿孔されており、図1に示すように、中継基板本体1の
ほぼ全面に配置されている。また、この貫通孔Hのう
ち、中継基板本体1の厚さの約半分(図中上方)は、直
径0.8mmの円筒型に穿孔されているが、図中下方半
分は、約45度の角度で面取り(C面取り)されて、図
中下方に向かって径大となるようにされた第2面側面取
り部C2とされており、この第2面側面取り部C2の第
2面1bでの直径(開口径)は1.1mmとされてい
る。また、第2面側面取り部C2を含めて中継基板本体
1の貫通穴Hの内周および貫通穴縁には、タングステン
下地金属層2(厚さ約10μm)およびその上に形成さ
れた無電解Ni−Bメッキ層3(厚さ約2μm)からな
る金属層4が形成され、このNi−Bメッキ層3(金属
層4)に軟質金属体6が溶着している。
【0027】この軟質金属体6は、高温ハンダ(Pb9
0%−Sn10%)からなり、貫通孔H内に配置され、
さらに、第2面1bを越えて図中下方に突出した第2突
出部6bを備え、その先端(図中下端)は、半球状とさ
れている。また、この軟質金属体6の図中上方は、第1
面1aと略同一面の平面状とされている。さらに、この
軟質金属体6の上部には共晶ハンダ(Pb37%−Sn
63%)からなるハンダ層7(高さ0.08mm)を備
えている。
【0028】なお、ここで、第2突出部6bの第2面1
bからの突出高さ(第2突出高さ)Z2は1.45mm
とされている。また、第2突出部6bの最大径は、0.
88mmとされており、第2突出部6bは、最大径より
も高さの高い略柱状とされている。
【0029】次いで、この中継基板10を、例えば以下
のようにして基板および取付基板と接続する。まず、中
継基板10と接続する基板として、図3(a) に示すよう
な、厚さ1.0mm、一辺25mmの略正方形状のLG
A型基板20を用意した。このLGA型基板20は、中
継基板本体1と同様のアルミナセラミックからなり、図
中上面20aにICチップ(図示しない)をフリップチ
ップ接続により載置するためのフリップチップパッド2
1を備え、図中下面20bに外部接続端子として接続パ
ッド22を備えている。この接続パッド22は、直径
0.86mmで、中継基板10の軟質金属体6の位置に
適合するように、ピッチ1.27mmの格子状に縦横各
19ヶ配列され、下地のモリブデン層上に無電解Ni−
Bメッキが施され、さらに酸化防止のために薄く無電解
金メッキが施されている。また、図示しない内部配線に
よって、フリップチップパッド21と接続パッド22と
がそれぞれ接続している。
【0030】また、取付基板として、図3(b) に示すよ
うなプリント基板40を用意した。プリント基板40
は、厚さ1.6mm、一辺30mmの略正方形板状で、
ガラス−エポキシ樹脂複合材料(JIS:FR−4)か
らなり、主面40aには、LGA型基板20の接続パッ
ド22と、したがって、中継基板10の軟質金属体6と
も対応する位置に、取付パッド42が形成されている。
この取付パッド42は、厚さ25μmの銅からなり、直
径0.72mmで、ピッチ1.27mmで格子状に縦横
各19ヶ、計361ヶ形成されている。
【0031】まず、中継基板10とLGA型基板20と
を重ねて最高温度220℃のリフロー炉を通過させ、共
晶ハンダからなるハンダ層7を溶融させて、第1面側端
子8と接続パッド22とを接続し、図4(a) に示すよう
に、LGA型基板20と中継基板10とを接続した接続
体60を形成する。
【0032】その後、予め取付パッド42上に低融点ハ
ンダペースト(共晶ハンダペースト)を約250μmの
厚さに塗布したプリント基板40と、接続体60とを接
続する。即ち、第2突出部6bの先端を取付パッド42
と位置を合わせるようにして突き当てて、接続体60を
プリント基板40上に載置する。ついで、これらを最高
温度220℃のリフロー炉を通過させて加熱することに
より、取付パッド42上の低融点ハンダペーストを溶融
させてハンダ層8とし、図4(b) に示すように、基板2
0−中継基板10−プリント基板40の三者を接続した
構造体50を形成した。
【0033】この構造体50では、基板20の下面20
bと中継基板本体1の第1面1aとの間隔A1は0.1
0mmとなり、一方、中継基板本体1の第2面1bとプ
リント基板40の上面40aとの間隔A2は1.48m
mとなった。なお、本例では、ハンダ層7とハンダ層8
(低融点ハンダペーストS)に同じ共晶ハンダを用いた
例を示したが、例えば、ハンダ層7に、ハンダ層8より
も融点の高いハンダを用いることにより、ハンダ層8を
形成するときに、ハンダ層7が溶融しないようにしても
よい。
【0034】ここで、本例における構造体50において
は、基板20と中継基板本体1の間ではほとんど応力は
生じない。これは、基板20と中継基板本体1とは略同
じ材質(アルミナセラミック)であり、熱膨張差が生じ
ないからである。一方、中継基板本体1とプリント基板
40の間では応力が発生する。中継基板本体1とプリン
ト基板40とは材質が異り、熱膨張率が異なるからであ
る。この場合、もし、図5(b) に示すように、貫通孔
H’に第2面側面取り部C2が形成されていない場合に
は、中継基板本体1’と取付基板40の熱膨張率の違い
により、両者間にせん断方向(図中左右方向)の変形が
生じ、最大応力は、軟質金属体6のうち、第2突出部6
b部の根元部(第2面1b’と軟質金属体6との交差部
付近)、およびプリント基板40近傍のハンダ層8に発
生する。しかし、軟質金属体6(第2突出部6b)は、
容易に塑性変形するから、第2突出部6bにおいて変形
して応力を緩和し、中継基板本体1’とプリント基板4
0の間に発生した応力を小さくして、破壊しにくい信頼
性のある接続とすることができる。
【0035】ところが、中継基板の寸法が大きいためな
どにより熱膨張差が大きくなりすぎる場合や、多くの回
数の繰り返し熱応力が掛かった場合などには、変形によ
る応力吸収の限度を越え、あるいは疲労限度を超えるこ
とがある。このため、図5(b) に破線で示すように、第
2突出部6bの根元部でクラックKが発生し、クラック
Kが徐々に進行して、ついには破断することがあった。
これは、中継基板本体1’の貫通孔H’には、第2面側
面取り部が形成されていないから、第2突出部6bの根
元部に応力が集中し、ここを起点としてクラックKが生
じたものと思われる。これに対し、図5(a) に示すよう
に、本実施形態の中継基板10においては、中継基板本
体1の貫通孔Hには、第2面側面取り部C2が形成され
てるので、第2突出部6bの根元部付近での応力集中が
防止されるため、クラックが生じ難い。
【0036】また、従来では、破壊が生じ易かった基板
20側の接続パッド22近傍のハンダ層7には、中継基
板10を介在させたことにより応力がかからない。一
方、中継基板10とプリント基板40との間の応力は軟
質金属体6が変形して吸収するので、軟質金属体6の第
2突出部6bは破壊し難く、また、プリント基板40の
取付パッド42のハンダ層8も破壊し難くなる。
【0037】また、中継基板本体1とプリント基板40
の間隔A2を大きくできた。第2突出部6bの突出高さ
Z2が大きくされているからである。このようにする
と、この間隔A2が大きくなった分、中継基板本体1と
プリント基板40との間に生ずる応力を緩和することが
できる。また、第2突出部6bは、その径(0.88m
m)に比して第2突出高さZ2(1.45mm)が大き
い柱状の形状となっているので、この形状自体も屈曲が
容易なようになっており、ここでも応力を吸収できる。
さらに、軟質金属体からできた第2突出部6bは、それ
自身が塑性変形しても応力を吸収できる。
【0038】通常の場合、隣接する軟質金属体の間隔
(接続パッド相互の間隔)は、絶縁距離を確保する等の
ため所定の値にされているので、突出部の最大径は、こ
の間隔によって制限される。一方、突出部の高さについ
ては、許容範囲の大きい場合が多いと考えられる。突出
部を柱状とすると突出部の最大径の制限内で、高さの許
容範囲まで高い突起を形成できるので、基板や取付基板
と中継基板本体との間隔をより大きく、しかも突出部を
相対的に細くできるので、より多くの応力緩和ができ
る。したがって、このような略柱状の突出部を介在させ
た中継基板−取付基板間の接続信頼性を向上させ、両者
間の接続の寿命をより長くすることができる。
【0039】なお、上述の例では、中継基板10を、い
ったんLGA型基板20に取付けて基板と中継基板との
接続体(中継基板付基板)60とした後に、さらにプリ
ント基板40に接続した例を示したが、一挙に製作する
方法を採ることもできる。即ち、プリント基板40と中
継基板10とLGA型基板20とをこの順に重ね、リフ
ローして、基板20と中継基板10、および中継基板1
0とプリント基板40とを一挙に接続(ハンダ付け)し
ても良い。また、中継基板10とプリント基板40とを
先に接続しておいても良い。いずれにしても、本例の中
継基板10を使用すれば、端子部材を接続パッドや取付
パッド上に1つずつ載置する必要はなく、1回ないしは
2回の加熱(リフロー)によって、基板と取付基板とを
中継基板を介して接続することができる。したがって、
ICチップメーカやユーザにおいて、面倒な工程や設備
を省略することができる。
【0040】ついで、この中継基板10の製造方法につ
いて説明する。まず、周知のセラミックグリーンシート
形成技術によって、アルミナセラミックグリーンシート
Gを用意する。このグリーンシートGに、パンチングに
よって貫通孔Hを形成する。この際、図6(a) に示すよ
うに、下パンチPDには、通常の円筒状の貫通孔PD1
が形成されたものを用いる一方、上パンチPUには、下
パンチPDの貫通孔PD1に適合した円柱状の先端部P
U1と、それよりも径大の根元部PU3と、先端部PU
1と根元部PU3との間を結ぶ円錐台形状の段付部PU
2とが形成されたものを用いる。この上パンチPUと下
パンチPDとを用いて、図6(b) に示すようにして、パ
ンチングする。即ち、下パンチPDの貫通孔PD1と上
パンチPUの先端PU1とで円筒形の貫通孔を形成し、
さらに、段付部PU2が、グリーンシートGの厚さの途
中まで入り込むようにパンチングする。これによって、
図6(c) に示すように、グリーンシートGは、貫通孔H
が形成されると共に、そのうちの図中上方には、面取り
部C(第2面側面取り部C2)が、上パンチPUの段付
部に押しつけられることにより形成される。
【0041】ついで、このグリーンシートGの貫通孔H
の内周面及び貫通孔周縁に、図7(a) に示すように、タ
ングステンペーストPを塗布する。なお、以下では、図
6に示したグリーンシートGとは天地が逆(面取り部が
図中下方)となるように図示する。さらに、このグリー
ンシートGを還元雰囲気中で最高温度約1550℃にて
焼成し、図7(b) に示すようなアルミナセラミック製の
中継基板本体1およびタングステンを主成分とする下地
金属層2を形成する。焼成後の中継基板本体(以下、単
に本体ともいう)1は、厚さ0.3mmで、一辺25m
mの略正方板形状を有し、第1面1aと第2面1bとの
間を貫通する貫通孔Hは、1.27mmのピッチで格子
状に、縦横各19ヶ、計361ヶ(=19×19 )の貫通孔
が形成されている。また、下地金属層2の厚さは約10
μmである。
【0042】さらに、この下地金属層2上に、図7(c)
に示すように、厚さ約2μmの無電解Ni−Bメッキ層
3を形成して、両者で後述するように軟質金属を溶着す
る金属層4を形成する。さらに、Ni−Bメッキ層3の
酸化防止のため、Ni−Bメッキ層3上に厚さ0.1μ
mの無電解金メッキ層(図示しない)を形成する。
【0043】次いで、貫通孔H内に軟質金属体6を貫挿
して配置する。本実施形態では溶融軟質金属保持治具N
を用いて柱状の軟質金属体6を形成する。即ち、図8
(a) に示すように、耐熱性があり溶融した高温ハンダに
濡れない材質であるカーボンからなる軟質金属保持治具
Nの上面には、貫通孔Hにそれぞれ対応した位置に、直
径0.9mm、深さ1.95mmで、先端が円錐状の凹
部N1が形成されている。また、保持治具Nの凹部N1
の頂部(図中最下部)には、保持治具Nを下方に貫通す
る小径(φ0.2mm)のガス抜き孔N2がそれぞれ形
成されている。
【0044】まず、この保持治具Nの各凹部N1に直径
0.78mmの高温ハンダ(Pb90%−Sn10%ハ
ンダ)ボールD1を投入しておく。本例では、各凹部に
それぞれ2ヶ投入した。次いで、凹部N1の端部(上
端)に直径1.0mmの高温ハンダ(Pb90%−Sn
10%ハンダ)ボールD2を載置する。このとき、凹部
N1内に既に投入されているボールD1とボールD2と
が接触しないで、かつ後述する高温ハンダの溶融時には
両者が接触するように、間隔をわずかに空けておくのが
好ましい。このようにするとボールD2が凹部N1の上
端縁にぴったりと接触して動かなくなり(あるいは動き
難くなり)、後述する中継基板本体1を載せるときの位
置合わせが容易になるからである。
【0045】その後、図8(b) に示すように、ボールD
2の図中上方に、第2面1bが下になるようにして中継
基板本体1を載置する。このとき、貫通孔H(第2面側
面取り部C2)にボールD2がはまるように位置決めを
する。さらに、中継基板本体1の上方、即ち、ボールD
2のある側とは反対側から、耐熱性があり溶融した高温
ハンダに濡れない材質であるステンレスからなる荷重治
具Qの平面(図中下面)Q1を本体1の上面に押し当て
るようにして載せて、下方に圧縮する。
【0046】次いで、窒素雰囲気下で、最高温度360
℃、最高温度保持時間1分のリフロー炉にこれらを投入
し、高温ハンダボールD1、D2を溶融させる。する
と、溶融した高温ハンダD2は、荷重治具Qにより図中
下方に押し下げられた本体1の貫通孔H内に貫挿される
とともに、貫通孔Hの内周の金属層4と溶着する。一
方、貫通孔Hの上端部では、高温ハンダD2は荷重治具
Qの平面Q1に倣って平面状になる。また、高温ハンダ
D2は、保持治具Nの凹部N1内にも注入される。する
と、溶融した高温ハンダD1と接触し、両者は表面張力
により一体となろうとする。ところが、ハンダD2は、
金属層4と溶着し本体1と一体となっているので、本体
1から離れて下方に落下することができないため、重力
に抗して高温ハンダD1を上方に引き上げる形で一体化
する。なお、本体1は荷重治具Qにより保持治具Nの上
面N3に押し当てられた状態まで押し下げられる。
【0047】また、ガス抜き孔N2は、高温ハンダボー
ルD1、D2を溶融させるときに、凹部N1内に閉じこ
められた空気を逃がす役割をする。ただし、受け治具N
がハンダに濡れず、ガス抜き孔N2が小径であるので、
ハンダがガス抜き孔N2に浸入することはない。
【0048】その後、冷却して高温ハンダを凝固させる
と、図9に示すように、中継基板本体1の第2面1b
(図中下方)側には、側面は凹部N1の側壁の形状に倣
い、図中下端即ち、頂部は略半球状となった第2突出部
6bを有し、上方側にはほとんど突出しない形状の軟質
金属体6が貫通孔Hに貫挿された中継基板10が形成さ
れた。なお、Ni−Bメッキ層3上の金メッキ層は、溶
融した高温ハンダ中に拡散して消滅するので、高温ハン
ダとNi−Bメッキ層3とが直接溶着し、高温ハンダか
らなる軟質金属体6は、中継基板本体1に固着される。
【0049】ついで、図10に示すように、軟質金属体
6の第1面1a側(上端)に直径0.4mmの低融点ハ
ンダボール(Pb−Sn共晶ハンダボール)Eyを載置
する。なお、このボールEyを載置するには、軟質金属
体の上方にボール規制板Rの透孔RHが位置するように
セットし、この規制板R上にボールEyを散播いて揺動
し、透孔RHにボールEyを落とし込む方法によると容
易に載置できる。本例においては、規制板Rの厚みは
0.5mm、透孔RHの直径は0.6mmである。な
お、本例においては、図10に示すように、第2突出部
6bの先端がそれぞれはまりこむ凹部U1を有する軟質
金属体保持治具Uを用い、この治具Uの凹部U1に第2
突出部6bの先端をそれぞれ嵌め込んだ状態で行うと都
合がよい。軟質金属体6は柔らかく変形しやすい高温ハ
ンダから形成されているからである。
【0050】しかる後、窒素雰囲気下で、最高温度22
0℃、最高温度保持時間1分のリフロー炉にこれらを投
入し、低融点ハンダボールEyを溶融させる。なお、こ
の温度条件では軟質金属体6は溶融しない。溶融した低
融点ハンダは、軟質金属体6の図中上面に濡れて拡が
り、ハンダ層7となる(図2参照)。このハンダ層7
は、低融点ハンダボールEyの体積が一定に規制されて
いるので、一定量(体積)となり、高さも均一になる。
本例においては、基板本体1の図中上面からハンダ層7
の頂部(図中最上端)までの高さが0.08mmであっ
た。
【0051】このようにして、図1および図2に示すよ
うに、図中第1、第2面1a,1bの間を貫通し、第2
面側面取り部C2を備える貫通孔Hを有する中継基板本
体1と、貫通孔H内に配置され、第2面(図中下面)1
bを越えて突出した第2突出部6bを備える軟質金属体
6とを有する中継基板10が形成できた。また、この中
継基板10の第1面1a側の軟質金属体6上には、軟質
金属体6よりも低い融点を有するハンダ層7が形成され
ている。なお、本実施形態においては、第2突出部6b
を円柱状としたが、先が細くなっているようにしたり、
角柱状であっても良い。
【0052】(実施形態2)ついで、実施形態2につい
て説明する。本実施形態の中継基板110は、上述した
実施形態1の中継基板10と同様な形状であり、製造方
法も同様であり、実施形態1における第1面1aと第2
面1bとを天地を逆としたのみであるので、同様な部分
については省略し、異なる部分のみ説明する。即ち、上
記実施形態1においては、図2に示したように、中継基
板本体1の図中下面を第2面1bとし、第2面1b側に
第2突出部6bが形成された中継基板10を用い、取付
基板40と中継基板本体1との間隔を大きく空けるよう
にした。これに対して、本実施形態においては、図中上
面の第1面側に第1突出部を形成し、基板と中継基板本
体との間隔を空けるようにしている。つまり、実施形態
1の中継基板10を上下逆にして用いる。
【0053】図11に示すように、本実施形態の中継基
板110のうち、アルミナセラミック製の中継基板本体
101は、第1面(図中上面)101aと第2面(図中
下面)101bとを備え、この2つの面を貫通し、格子
状に配置され、図中上方がC面取りされた第1面側面取
り部C1を有する複数の貫通孔Hを備える。この貫通孔
H内には高温ハンダからなる軟質金属体106が配置さ
れており、この軟質金属体106は、第1面101aを
越えて図中上方に突出する第1突出部106aを有す
る。貫通孔Hの内周面には、タングステンからなる下地
金属層102とその上に形成されたNi−Bメッキ層1
03とからなる金属層104が形成されており、この金
属層104に軟質金属体106が溶着している。また、
軟質金属体106の図中下端は、第2面101bと略同
一の平面状にされ、その下方には、共晶ハンダからなる
ハンダ層108が形成されている。
【0054】次いで、この中継基板110を、例えば以
下のようにして基板および取付基板と接続する。まず、
中継基板110と接続する基板として、厚さ1.0m
m、一辺25mmの略正方形状のLGA型基板120を
用意した(図12参照)。このLGA型基板120は、
上記実施形態1と異なり、主としてエポキシ樹脂とガラ
ス繊維との複合材料からなる。また、図中上面120a
にICチップ(図示しない)をフリップチップ接続によ
り載置するためのフリップチップパッド121を備え、
図中下面120bに外部接続端子として接続パッド12
2を備えている。この接続パッド122は、直径0.8
6mmで、中継基板110の軟質金属体106の位置に
適合するように、ピッチ1.27mmの格子状に縦横各
19ヶ配列され、下地のモリブデン層上に無電解Ni−
Bメッキが施され、さらに酸化防止のために薄く無電解
金メッキが施されている。また、図示しない内部配線に
よって、フリップチップパッド121と接続パッド12
2とがそれぞれ接続している。
【0055】また、取付基板140を用意した(図12
参照)。この取付基板140は、厚さ1.6mm、一辺
30mmの略正方形板状で、アルミナセラミックからな
り、主面140aには、LGA型基板120の接続パッ
ド122と、したがって、中継基板110の軟質金属体
106とも対応する位置に、取付パッド142が形成さ
れている。この取付パッド142は、厚さ15μmのタ
ングステンを主成分とするメタライズ層上にNiメッキ
(3μm)およびAuメッキ(2μm)が施されて、直
径0.72mm、ピッチ1.27mmで、格子状に縦横
各19ヶ、計361ヶ形成されている。
【0056】この中継基板110とLGA型基板120
や取付基板140を重ねて最高温度220℃のリフロー
炉を通過させ、予めLGA型基板120の接続パッド1
22に塗布しておいた共晶ハンダペーストを溶融させ
て、ハンダ層107によって、接続パッド122と第1
突出部106aとを接続する。また、共晶ハンダからな
るハンダ層108によって、取付パッド142と第2突
出部106bとを接続し、図12に示すような構造体1
50を形成する。
【0057】本例の場合には、中継基板本体101の上
面(第1面)101aとLGA型基板の下面120bと
の間隔A1が、中継基板本体101の下面(第2面)1
01bと取付基板の上面140aとの間隔A2よりも大
きくされている。
【0058】本例における構造体150においては、取
付基板140と中継基板本体101の間ではほとんど応
力は生じない。これは、取付基板140と中継基板本体
101とは略同じ材質(アルミナセラミック)であり、
熱膨張差が生じないからである。一方、中継基板本体1
01とLGA型基板120の間では応力が発生する。中
継基板本体101とLGA型基板120とは材質が異な
り、熱膨張率が異なるからである。
【0059】この場合、中継基板本体101とLGA型
基板120の熱膨張率の違いにより、両者間にせん断方
向(図中左右方向)の変形が生じ、最大応力は、軟質金
属体106のうち、第1突出部106a部の根元部(第
1面101aと軟質金属体106との交差部付近)、お
よびLGA型基板120近傍のハンダ層107に発生す
る。しかし、柱状にされた軟質金属体106(第1突出
部106a)は、容易に塑性変形し、しかも、本体10
1の貫通孔Hには、第1面側面取り部C1が形成されて
いる。このため、前記した実施形態1の場合(図5(a)
参照)と同様に、第1突出部106aにおいて変形して
応力を緩和し、中継基板本体101とプリント基板14
0の間に発生した応力を小さくして、破壊しにくい信頼
性のある接続とすることができる。しかも、第1面側面
取り部C1により第1突出部106aの根元部付近での
応力集中が防止されるため、さらにクラックが生じ難
い。
【0060】また、中継基板本体101とLGA型基板
120の間隔A1を大きくできた。第1突出部106a
の突出高さZ1が大きくされているからである。このよ
うにすると、この間隔A1が大きくなった分、中継基板
本体101とLGA型基板120との間に生ずる応力を
緩和することができる。また、第1突出部106aは、
その径(0.88mm)に比して第1突出高さZ1
(1.45mm)が大きい柱状の形状となっているの
で、この形状自体も屈曲が容易なようになっており、こ
こでも応力を吸収できる。さらに、軟質金属体からでき
た第1突出部106aは、それ自身が塑性変形しても応
力を吸収できる。
【0061】通常の場合、隣接する軟質金属体の間隔
(接続パッド相互の間隔)は、所定の値にされているの
で、突出部の最大径は、この間隔によって制限される。
一方、突出部の高さについては、許容範囲の大きい場合
が多いと考えられる。突出部を柱状とすると突出部の最
大径の制限内で、高さの許容範囲まで高い突起を形成で
きるので、基板や取付基板と中継基板本体との間隔をよ
り大きく、しかも突出部を相対的に細くできるので、よ
り多くの応力緩和ができる。したがって、このような略
柱状の突出部を介在させた基板−中継基板間の接続信頼
性を向上させ、両者間の接続の寿命をより長くすること
ができる。
【0062】なお、上述の例では、取付基板140と中
継基板110とLGA型基板120とをこの順に重ね、
リフローして、LGA型基板120と中継基板110、
および中継基板110と取付基板140とを一挙に接続
(ハンダ付け)した例を示したが、中継基板110を、
いったんLGA型基板120に取付けて基板と中継基板
との接続体(中継基板付基板)とした後に、さらに取付
基板140に接続することもできる。また、中継基板1
10と取付基板140とを先に接続しておいても良い。
いずれにしても、本例の中継基板110を使用すれば、
端子部材を接続パッドや取付パッド上に1つずつ載置す
る必要はなく、1回ないしは2回の加熱(リフロー)に
よって、基板と取付基板とを中継基板を介して接続する
ことができる。したがって、ICチップメーカやユーザ
において、面倒な工程や設備を省略することができる。
【0063】さらに、実施形態1,2では、セラミック
製の中継基板本体1、101を用いたが、中継基板本体
の材質は、前記したように、セラミックに限定されな
い。即ち、例えば、エポキシ、ポリイミド、BT、ポリ
ウレタン等の樹脂や、ガラス−エポキシ樹脂複合材料の
ようなこれらの樹脂とガラス繊維やポリマー繊維等との
複合材料等を用いることが出来る。なお、このような樹
脂を含んだ中継基板本体を用いる場合には、樹脂の耐熱
性を考慮して、軟質金属体6に上記実施形態で用いた高
温ハンダに代えて、Pb−Sn共晶ハンダやさらに融点
の低いBiやIn系のハンダを用いるのが好ましい。
【0064】また、上記実施形態1,2においては、中
継基板本体1,101を形成するにあたって、図6に示
すように、貫通孔Hをパンチングによって穿孔すると同
時に、上パンチPUの断付部PU2で面取り部Cを形成
したが、その他の方法によっても良いことな明らかであ
る。例えば、図13に示すように、予めドリル加工やパ
ンチングによって円筒状の貫通孔Hを穿孔したグリーン
シートGを用意し(図13(a))、ドリルDRの先端で
貫通孔端部をざぐり(図13(b))、面取り部Cを形成
してもよい(図13(c) )。また、図示しないが、円筒
状の貫通孔Hを穿孔した状態でグリーンシートGを焼成
し、その後、研磨加工やサンドブラスト加工、レーザ加
工等によって、貫通孔Hの端部に面取り部Cを形成する
ようにしても良い。さらに、中継基板本体に、樹脂ある
いは樹脂とガラス繊維等との複合材料などの樹脂を含ん
だものを用いる場合にも、ドリル加工や研磨加工、サン
ドブラスト加工、レーザ加工によって面取り部Cを形成
することができる。
【0065】さらに、貫通孔Hの断面形状は、上記実施
形態1、2においては、いずれも、貫通孔Hの一方の端
部(例えば第2面側)にC面取り状の面取り部C(例え
ば、第2面側面取り部C2)を形成したが、これに限定
されないことはいうまでもない。
【0066】例えば、図14の各図に示すような断面形
状を有するようにしても良い。即ち、図14(a) では、
貫通孔Hの両端にC面取りを施して、第1面側面取り部
C1と第2面側面取り部C2を形成した例である。ま
た、図14(b) では、第2面側面取り部C2をC面取り
に代えてR面取りとした例である。さらに、図14(c)
は、貫通孔Hの両端をR面取りし、しかも、断面が半円
状となるようにした例である。さらに、図14(d) は、
第2面側の面取り量を多くして、ほぼ本体1の厚さ全体
にわたって第2面側面取り部C2となるようにした例で
ある。本例では、第1面側(図中上面)では、貫通孔の
端部が鋭角になるが、本体1と基板(たとえばLGA型
基板20)との熱膨張率をほぼ等しくするなどにより応
力が生じないようにすれば問題はない。また、図14
(e)は、この図14(d)の第2面側面取り部C2をC面取
りに代えてR面取りで形成した例である。
【0067】また、以上では、本発明を実施形態に即し
て説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、適宜変更し
て適用することが出来ることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】中継基板の正面図である。
【図2】中継基板の部分拡大断面図である。
【図3】(a)は、LGA型基板の断面図、(b)は、プリン
ト基板の断面図である。
【図4】中継基板と基板及び取付基板とを接続した状態
を示す断面図であり、(a)は、接続体の断面図、(b)
は、構造体の断面図である。
【図5】構造体が熱応力によって変形する様子を示す説
明図であり、(a) は中継基板本体に面取りを施した場
合、(b)は面取りを施さなかった場合を示す。
【図6】中継基板の製造方法のうち、中継基板本体用の
グリーンシートに面取りを施した貫通孔を形成する工程
を示す説明図である。
【図7】中継基板の製造工程のうち、中継基板本体の製
造までを説明する説明図である。
【図8】中継基板の製造工程のうち、高温ハンダボール
を貫通穴に貫挿する工程を説明する説明図である。
【図9】中継基板の製造工程のうち、軟質金属体を中継
基板本体の貫通穴に貫挿した状態を説明する説明図であ
る。
【図10】中継基板の第1面側に、ハンダ層を形成する
工程を説明する説明図である。
【図11】実施形態2にかかり、中継基板本体に柱状の
第1突出部を形成した例を示す部分拡大断面図である。
【図12】実施形態2の中継基板を基板および取付基板
と接続して構造体の断面図である。
【図13】中継基板本体用のグリーンシートに面取り部
を備えた貫通孔を形成する他の例の説明図である。
【図14】本発明の貫通孔について、他の断面形状例を
示す部分拡大断面図である。
【図15】従来例の中継基板について、(a)は中継基板
の構造を、(b)は2つの基板間に中継基板を介在させた
状態を示す説明図である。
【図16】他の従来例の中基板を、2つの基板間に介在
させた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
10、110 中継基板 1、101 中継基板本体 1a、101a 第1面 1b、101b 第2面 H 貫通孔 C1 第1面側面取り部 C2 第2面側面取り部 2 下地金属層 3 Ni−Bメッキ層 4 金属層 6、106 軟質金属体 106a 第1突出部 6b 第2突出部 7 ハンダ層 8 ハンダ層 20、120 LGA型基板 22、122 接続パッド 40 プリント基板 140 取付基板 42、142 取付パッド 60 接続体 50、150 構造体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−123093(JP,A) 特開 平2−81447(JP,A) 特開 平7−161866(JP,A) 特開 平10−41606(JP,A) 特開 平10−12989(JP,A) 特開 平10−12990(JP,A) 特公 平5−50876(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/18 H01L 23/32 H01L 21/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一主平面に接続パッドを有する基板と、
    一主平面のうち該接続パッドに対応する位置に取付パッ
    ドを有する取付基板と、の間に介在させ、第1面側で上
    記接続パッドと接続させ、第2面側で上記取付パッドと
    接続させることにより上記基板と上記取付基板とを接続
    させるための中継基板であって、 上記第1面と第2面とを有する略板形状をなし、該第1
    面と第2面との間を貫通し、少なくとも上記第1面側端
    部に第1面側面取り部を備える貫通孔を有する中継基板
    本体と、 上記貫通孔内に配置され、該貫通孔の内壁面のうち少な
    くとも上記第1面側面取り部に固着され、上記第1面を
    越えて上記中継基板本体の厚さ方向に突出する第1突出
    部を有する軟質金属体と、を備えることを特徴とする中
    継基板。
  2. 【請求項2】 一主平面に接続パッドを有する基板と、
    一主平面のうち該接続パッドに対応する位置に取付パッ
    ドを有する取付基板と、の間に介在させ、第1面側で上
    記接続パッドと接続させ、第2面側で上記取付パッドと
    接続させることにより上記基板と上記取付基板とを接続
    させるための中継基板であって、 上記第1面と第2面とを有する略板形状をなし、該第1
    面と第2面との間を貫通し、少なくとも上記第2面側端
    部に第2面側面取り部を備える貫通孔を有する中継基板
    本体と、 上記貫通孔内に配置され、該貫通孔の内壁面のうち少な
    くとも上記第2面側面取り部に固着され、上記第2面を
    越えて上記中継基板本体の厚さ方向に突出する第2突出
    部を有する軟質金属体と、を備えることを特徴とする中
    継基板。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の中継基
    板であって、 前記軟質金属体のうち、前記突出部が、その径よりも高
    さが高い略柱状とされていることを特徴とする中継基
    板。
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