JP3378550B2 - リードピン付き配線基板 - Google Patents
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Description
線基板に関し、詳しくは半導体集積回路素子(IC)等
の電子部品を搭載して封止するPGA(ピングリッドア
レイ)タイプの配線基板(ICパッケージ)のように、
樹脂やセラミックなどの絶縁材を主体として形成された
配線基板であって、その主面に形成された多数のピン接
合部(電極)に、リードピン(入出力端子)がロウ付け
された配線基板に関する。
板ともいう)は、その一主面にICとの接合用の多数の
パッド状の接合部(電極)を備えており、他方の主面に
はマザーボードに設けられたソケットへ差し込まれる多
数のリードピン(以下、単にピンともいう)を備えてい
る。このピンは、例えばネイル形状をなし、その端部の
フランジ(軸部より大径の大径部)を基板のピン接合部
に当接するようにしてロウ付けされる。
−106375号公報記載の技術のように、ネイル(く
ぎ)形状のピンの端部(頭部)のフランジのうち、基板
のピン接合部に対向する接合面に凸状部を設け、この凸
状部をピン接合部に当接させるようにしてロウ付けする
技術が知られている。これは、フランジの端部の接合面
が平坦に形成されたピンをロウ付けにより接合する場合
には、フランジとピン接合部間に介在するロウの量が少
ないため、接合面積も小さくなりがちであったが、この
ようにすると、両者間に多量のロウを介在させることが
できる。そして、その多量のロウが応力吸収作用を成す
ことから、ピンの接合強度のアップを図ることができる
というものである。
合用のロウに比較的低融点のハンダを用いることになる
ため、その接合強度が不足となりやすい。したがって、
樹脂製の配線基板においては入出力端子をなすリードピ
ンに、軸部の中間にフランジを有するものを用い、基板
のピン接合部にホールを設け、このホールにそのピンの
軸部の端を挿入するようにしてハンダ付けすることが広
く行われていた。しかし、このようにすると、ホールを
設ける分、基板内における配線の引きまわしスペースが
減少し、設計の自由度が低下してしまうといった問題が
あった。一方、樹脂製の配線基板でも、十分なハンダボ
リュームを確保し、前記公報記載の接合構造を採用すれ
ば、ネイル形状のピンを用いてもピンの接合強度をかな
りアップできると考えられる。そしてこの場合には図6
に示したように、ピン121を基板101のピン接合部
111にロウ付けしているロウ131が、フランジ12
3全体を鋳ぐるみ状に覆うようにして接合するのが適切
と考えられる。
すると次のような問題があった。というのは、ロウ13
1でフランジ123を鋳ぐるみ状にするということは、
そこに濡れ広がる溶融ロウがピンの軸部122の根元か
ら先端側(図6下側)に濡れ広がる(這い上がる)た
め、少なくとも軸部122の根元の周面に付着すること
を意味する。このことは、外観不良を招くだけでなく、
半導体装置として組み立てられた後でマザーボードのソ
ケットに、そのピンを差し込む際の支障となり、電気的
接続の信頼性を低下させる原因になる。
量を減らたピン121の接合構造とすると、ピン121
の軸部122へのロウ131の濡れ広がりは防止できる
が、ロウ131のメニスカス形状にくびれKが発生す
る。したがって、ピン121に外力が作用すると、応力
集中が発生しがちとなり、ピンの接合強度は低下し、電
気的接続の信頼性を低下させてしまうといった問題があ
った。すなわち、樹脂製配線基板のように低融点のロウ
により軸部への濡れ広がりを招くことなくピンを接合す
る場合には、所望とする接合強度が得られない危険性が
大きく、したがって、ピン接合強度の検査ないし品質管
理を厳しくする必要性が生じるなどの問題があった。
なリードピン付き配線基板における上記した問題点に鑑
みて成されたものであり、その目的は次のようである。
すなわち、基板のピン接合部にピンがロウ付けされた配
線基板において、ピンの軸部へのハンダの付着もピンの
接合強度の低下もなく、電気的接続の信頼性の高いリー
ドピン付き配線基板を提供することにある。
め、請求項1に記載の発明は、基板の主面にピン接合部
を備え、該ピン接合部に、フランジを有するリードピン
がそのフランジを介してロウ付けされたリードピン付き
配線基板であって、該フランジのうちの前記ピン接合部
に対向する接合面に凸状部を設けてなるものにおいて、
前記リードピンをロウ付けしている前記ロウの該リード
ピンの先端側への濡れ広がり端を、前記フランジの接合
面と反対面における最外周縁を超え、該リードピンの軸
部に達しない位置までの間に存在させたことを特徴とす
る。
板は、濡れ広がったロウが軸部に至っていないことか
ら、ピンをソケットに差し込む際の支障はない。一方、
ロウのリードピンの先端側への濡れ広がり端が、フラン
ジの接合面と反対面における最外周縁を超えている。こ
のようなハンダの濡れ広がりがある場合には、接合強度
の不足ない適量のハンダである。
面における最外周縁を超えていない場合には、図7に示
したようにロウのメニスカス形状にくびれが発生する
か、ピンの軸部の軸線を含む平面で切断した時の前記ロ
ウのなす切断面の外側の輪郭線が凹となす円弧状となる
(以下、凹となす円弧状も含めてくびれともいう)。こ
のため、ピンに外力が作用した時は応力集中によりその
ロウ付け(接合)部分が破壊されやすい。一方で、本発
明のようにロウの濡れ広がり端が反対面における最外周
縁を超えている場合には、ロウの量が十分のためにくび
れは発生せず、ロウ付け強度の実質的低下を招かないた
めと考えられる。したがって本発明によれば、ピンをソ
ケットに差し込む際の不具合もなく、しかもロウ付け強
度の低下もない、電気的接続の信頼性の高いリードピン
付き配線基板となすことができる。
トに差し込む際の不具合もなく、しかもロウ付け強度の
低下もない。そればかりか、ピンは通常、金メッキが施
されてロウ付けされるため、溶融ロウの濡れ広がり端
が、上記した位置に存在することは目視検査で一目瞭然
となる。つまり本発明の配線基板によれば、その品質確
保のための検査ないし品質管理も極めて容易である。な
お、本明細書においてロウ(ろう材)は、ハンダを含む
ものであり、ハンダというときは、融点が450度以下
のロウをいう。
部が、該フランジの接合面の全体を球面状としたもので
ある。前記凸状部の形状は、基板側のピン接合部と、ピ
ンのフランジとの間に十分な量のロウを介在させること
ができればよく、したがって、凸状部の形状は円錐形、
角錐形など、接合面の全体において先細り形状となるよ
うに設けるのが好ましいが、このように接合面の全体を
球面状とするものがピンの製造上から特に好ましい。
体に設ける必要は必ずしもなく、部分に設けてもよい。
そしてその場合には先細り形状でなく、円柱形、角柱形
などとしてもよい。なお、このように凸状部を接合面の
部分に設ける場合には、該フランジの接合面側の中央に
配置するのが好ましい。
面の径は、フランジの径より大きいのが接合強度確保の
ために好ましい。ここに、ピン接合部のロウ付け面の径
とは、ピン接合部の周縁がソルダーレジストで被覆され
ていない場合には、その外径であり、被覆されている場
合にはソルダーレジストの開口部の径である。また、前
記各手段においては、前記リードピンの軸部の軸線を含
む平面で切断したときの前記ロウの切断面の外側の輪郭
線が略直線状をなし、配線基板の主面と該輪郭線とのな
す角度をθとしたとき、θ=55度〜80度とするのが
よい。
板で具体化する場合に適する。またPGAタイプの配線
基板が代表的なものとして例示されるが、これに限定さ
れるものではない。また本発明における配線基板は、配
線基板(ICパッケージ)に接合されてマザーボードと
の接合部をなすインターポーザーのように、基板のピン
接合部にリードピンがロウ付けされたものも含む。
1〜図4を参照しながら詳細に説明する。図1は、リー
ドピン付き配線基板100の側面図及びその要部(ピン
の接合構造)拡大断面図、図2は図1の拡大断面図のさ
らなる拡大図、図3は図2の平面図(ピンの先端側から
見た図)、図4は図2の拡大図である。このリードピン
付き配線基板100は、平面視矩形をなす複数の積層構
造のエポキシ樹脂製基板101を主体とし、上主面10
3には、搭載する半導体集積回路素子IC接続用の電極
(図示せず)が多数形成されていると共に、内部には図
示はしないが各層の内部配線、層間接続用のビアが形成
されている。そして、下主面104にはビアに接続され
た平面視、例えば円形の導体層(銅)が多数形成され、
その表面にニッケルメッキ及び金メッキかけられてピン
接合部111をなしている。
103、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が所定の厚さで
被覆形成されている。ただし、このソルダーレジスト層
115は、本形態では、ピン接合部111の表面周縁を
所定の幅で被覆して開口され、ピン接合部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。
因みに本例ではピン接合部(導体層)111の径D1
は、1.05mmに設定され、その露出部位(ソルダー
レジスト層115の開口)の径D2つまりロウ付け面の
径は、0.9mmに設定されている。
ピン121は、コバールや42アロイ等の鉄ニッケル系
合金又は銅合金からなる断面円形の丸棒状の軸部(直径
0.3mm)122をもつネイル形状のものであり、上
端部には半径方向に突出する円形のフランジ123を同
心状で備えており、表面にはニッケルメッキ及び金メッ
キがかけられている。ただし、そのフランジ123のう
ち、ピン接合部111に対向する接合面124は全体が
凸となす球面状に形成され、ピン接合部111に同心状
に当接するように配置され、適量のハンダ131でハン
ダ付けされている。なお、このハンダ131は、半導体
集積回路素子ICのハンダ付け温度より融点が高い組成
のハンダ(例えば、Sn95%/Sb5%)とされてい
る。
ジ123の外径D3は、0.7mmとされ、ソルダーレ
ジスト層115の開口の径D2より小さく設定されてい
る。また、ピン接合部111に当接する接合面124は
例えばR球約0.35mmとされ、フランジ123の全
厚さは0.3mmとされている。なおピン121の表面
の金メッキ層は、0.04μm以上(本実施形態におい
ては0.05μm)とすると、耐酸化性やソケット等と
の接続信頼性を高めることができる。
21をハンダ付けしているハンダ131は、図示したよ
うにピン121のフランジ123の側面125から、接
合面124の反対面126に濡れ広がっているが、その
濡れ広がり端131aは軸部122の根元に達しない位
置にある。そして、このような濡れ広がり端131a
は、ピン121をその先端側の軸線G方向から見ると、
反対面126に略同心円状に存在している(図3参
照)。また、図4に示したように、軸部122の軸線G
を含む平面で切断した時のロウ131のなす切断面の外
側の輪郭線Sが略直線状をなしており、基板101の主
面104とこの輪郭線Sのなす角度をθとしたとき、本
形態ではθ=71度となるように設定されている。
ダ131は、その軸部122に付着していないから、I
Cを搭載、封止して半導体装置とした後、図示しないマ
ザーボードのソケットにそのピン121を差し込んでセ
ットする際に支障がでることはない。また、ハンダ13
1は、ロウの濡れ広がり端131aが反対面126にお
ける最外周縁127つまり本形態では側面125と反対
面126との交差稜を超えており、接合強度の確保のた
めに不足のない量とされている。
ハンダ131の濡れ広がり端131aが、図2、4中の
A、B、C、D点の各位置に存在する様にハンダの量を
加減し、各々10本のピン121をロウ付けしたサンプ
ル基板(試料No.1〜4)をつくり、そのロウのメニス
カス形状にくびれのあるピンの数を確認し、さらに各ピ
ンの接合強度を確認した。ただし、濡れ広がり端131
aが、A点(試料No.1)とは、反対面126における
最外周縁127より接合面124側にLA(0.1〜
0.2mm)引き下がった位置であり、図7に示したよ
うに反対面126に濡れ広がっていない比較例である。
また、濡れ広がり端131aが、D(試料No.4)点の
ものとは、図6に示したように軸部122の根元に反対
面126より先端側にLD(0.1〜0.3mm)の範
囲に濡れ広がっている比較例である。
No.2)とは、フランジ123の反対面126において
最外周縁127から軸部側にLB(0〜0.1mm)の
範囲に濡れ広がっているものである。そして、C点(試
料No.3)とは、フランジ123の反対面126におい
て最外周縁127から軸部側にLC(0.1〜0.15
mm)の範囲に濡れ広がっているものである。なお、接
合強度は、軸方向に引張った場合と、軸方向に対し30
度傾斜する方向に引張った場合におけるハンダの破壊荷
重又はハンダ接合部近傍の破壊荷重である。結果は表1
に示した通りである。接合強度については、引張り方向
を異にする試験を各試料とも5ピンずつ試験したときの
平均値である。
では、ハンダのくびれ発生数が2であったのに対し、試
料No.2〜4のものはいずれもくびれはみられなかっ
た。そのうち、試料No.2、3のものはいずれもハンダ
外側の輪郭線Sが図4に示したように直線状であった。
また、試料No.4のものはいずれもハンダ外側の輪郭線
Sが図6に示したように凸となす円弧状に膨出してい
た。このことは、くびれの発生防止のためには、本発明
のように反対面126にハンダが濡れ広がる程度にハン
ダの量を設定すれば足りることがわかる。また、接合強
度(kg)については、試料No.2〜4のくびれのない
ものは、試料No.1のくびれがあった比較例に対し、約
1.5〜1.8倍の強度があった。このことは、くびれ
の存在が確実に接合強度の低下を招いていると考えられ
る。そして、試料No.2、3の本発明範囲のものは、試
料No.4のものと略同等の接合強度が確保されている。
について詳述すれば次のようである。ただし、濡れ広が
るハンダの端131aがフランジ123の反対面126
に存在するような量のハンダペーストを例えばピン接合
部111に印刷しておく点、つまりハンダの量を調整す
る点を除けば、従来の配線基板の製法と相違はない。な
お、ハンダの量は、濡れ広がるハンダの端131aがフ
ランジの反対面126の半径方向における中間に位置す
るように設定するのが好ましい。ピン接合部(ソルダー
レジストが被覆している時はその開口部であるロウ付け
面)の径、フランジの径及び厚さ、さらにその接合面側
の凸状部の形状及び寸法に応じて、その濡れ広がり端が
所望の位置となるように、その量を調整しながらハンダ
付けすることで設定できる。
前)101は、銅メッキを用いたサブトラクティブ法な
どで形成し、その後、例えば、フォトリソグラフィ技術
を用い、感光性ソルダーレジスト層を塗布し、ピン接合
部111の中央が開口するように形成されたマスクパタ
ーンを用いて露光し現像、硬化し、ソルダーレジスト層
115を形成する。その後、ピン接合部などの露出する
金属部にニッケルメツキ、及び金メッキをかけ、ピン接
合部111に前記した量のハンダペーストをスクリーン
印刷により印刷する。
置に対応し、ピン121が挿通可能の多数の小孔の設け
られた所定の板状治具(図示せず)を用い、その小孔に
ニッケルメツキ、及び金メッキのかけられたピン121
をフランジ123を上にして挿入しておく。次いでその
上に、基板101を位置決めして載置し、各ピン接合部
111にピン121のフランジの接合面124が当接す
るようにセットし、ハンダペーストを加熱溶融する。こ
うすることで、多数のピン121はピン接合部111に
一挙にハンダ付けされる。このとき、余剰の溶融ハンダ
はフランジ123の側面125から反対面126に向か
って濡れ広がるが、その範囲は前記したようであり、本
発明の配線基板が製造される。
面124の凸状部をなす球面部は、ピン本体と同材質に
て形成する必要は必ずしもなく、ピンのロウ(ハンダ)
付け温度において溶融しない融点をもつロウをリフロー
して球面状に形成(溶着)しておいてもよい。このよう
なピンは、従来からセラミック製のPGAタイプの配線
基板に使用されていた、端部が平坦なフランジ(頭部)
をもつネイル形状のピンを素材として容易に製造でき
る。なお、本形態のピン121のフランジ123は軸素
材(線材)の一端部を、凸状部をなす球面に対応する凹
となす球面形状をもつ金型で、その軸線方向にプレスす
ることで形成できる。
は、IC等の電子部品のハンダ付け温度で溶融しないも
のから、配線基板の材質などに応じて適宜のものを選択
して用いればよい。例えば、樹脂製配線基板では、Pb
−Sn系ハンダ(37Pb−73Sn共晶ハンダ、50
Pb−50Snハンダ、82Pb−10Sn−8Sbハ
ンダ等)、Sn−Ag系ハンダ(96.5Sn−3.5
Ag系ハンダ等)、Sn−Sb系ハンダ(95Sn−5
Sbハンダ)等が挙げられる。また、セラミック製の配
線基板では、Ag−Cuなどの銀ロウ材や、Au−S
i、Au−Sn、Au−Ge等の金系ロウ材、95Pb
−5Sn、90Pb−10Sn等の高温ハンダ等が挙げ
られる。
線方向から見たフランジの形状は、通常は本形態のよう
に円形であるが、その形状は円形に限定されるものでは
ない。また、フランジの先端部側の接合面は、前記形態
のように全面が球面状である必要はない。図2中に2点
鎖線で示したように、平坦な接合面224の一部を凸と
成す球面225としてもよい。前記もしたように球面状
でなく凸と成す多面体でもよいし、先細り形状の錐体或
いは柱体など、ピン接合部とフランジ間に介在するハン
ダの量を増大できる凸状部であればよい。なおハンダ付
け面をなす、フランジの接合面は、粗面化して接合面積
が増えるようにしておくのがより好ましい。
参照して説明する。ただし、本形態はロウ付けされてい
るピン121のフランジ123が軸部122の端にない
ものであり、そのようなフランジ123を介してロウ付
けされている点のみが相違するだけで、前記形態と本質
的な相違はない。したがって、相違点のみ説明し、同一
部位には同一の符号を付すに止める。すなわち、前記形
態では、ネイル形状のピンをその端部にあるフランジを
介してハンダ付けした場合で説明したが、このものは基
板のピン接合部(導体層)111が平坦でなく、その中
央にホール113がある一方、ピン121がフランジ1
23を軸部122の中間部に備えると共にフランジ12
3の接合面124側が凸状(球面状)をなすものであ
る。
の接合面124側にある軸部122の端部128をホー
ル113に挿入状とし、接合面124をピン接合部11
1に当接するようにしてハンダ付けされている。この場
合も、リードピン121をロウ付けしているロウ131
のリードピン121の先端側への濡れ広がり端131a
を、フランジ123の接合面124と反対面126にお
ける最外周縁127を超え、軸部122に達しない位置
までの間に存在させたものであり、前記形態と同様の効
果がある。
としてPGAタイプのエポキシ樹脂製の配線基板におい
て具体化したが、本発明の基板は、ポリイミド樹脂、B
T樹脂、PPE樹脂など基板の材質にかかわらず具体化
できることはいうまでもない。また樹脂製の配線基板に
限らず、セラミック製又はガラスセラミック製の配線基
板にも適用できるし、ガラス−樹脂(エポキシ樹脂、B
T樹脂)製などのように有機繊維に、前記した樹脂を含
浸させたもののような複合材料からなる配線基板にも適
用できる。さらに、基板の材質にかかわらず単層、多層
構造にかかわらず適用できる。また本発明はPGAタイ
プに限られず、リードピンがピン接合部にロウ付けされ
る配線基板において広く具体化できるものであり、上記
の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において適宜に設計変更して具体化できる。
は、リードピンをロウ付けしているロウのリードピンの
先端側への濡れ広がり端を、フランジの接合面と反対面
における最外周縁を超え、軸部に達しない位置までの間
に存在させたものである。したがって、ピンの軸部への
ハンダの付着もピンの接合強度の低下もなく、電気的接
続の信頼性の高いリードピン付き配線基板となすことが
できる。しかも、ピンは通常、金メッキが施されてロウ
付けされるため、溶融ロウの濡れ広がり端が、上記した
所望とする位置に存在することは目視検査で一目瞭然と
なるから、本発明の配線基板によれば、その品質確保の
ための検査ないし品質管理も極めて容易である。
に、セラミックや樹脂など、あらゆる材質の基板におい
ても適用できるが、特に樹脂を素材としたもので具体化
する場合にはその効果が大きい。というのは、前記もし
たように、樹脂製配線基板ではピンのロウ付けに低融点
のハンダを用いざるを得ないため、ピンの接合強度が特
に低くなりがちであるが、本発明によれば、そのような
ハンダを用いる場合でも、確実に接合強度のアップが図
られるためである。
施形態の一部破断側面図及びその要部(ピンの接合構
造)拡大図。
接合構造の別の実施形態の要部拡大断面図。
造の拡大断面図。
造の拡大断面図。
Claims (7)
- 【請求項1】 基板の主面にピン接合部を備え、該ピン
接合部に、フランジを有するリードピンがそのフランジ
を介してロウ付けされたリードピン付き配線基板であっ
て、該フランジのうちの前記ピン接合部に対向する接合
面に凸状部を設けてなるものにおいて、 前記リードピンをロウ付けしている前記ロウの該リード
ピンの先端側への濡れ広がり端を、前記フランジの接合
面と反対面における最外周縁を超え、該リードピンの軸
部に達しない位置までの間に存在させたことを特徴とす
るリードピン付き配線基板。 - 【請求項2】 前記凸状部が、該フランジの接合面の全
体を球面状とした請求項1記載の記載のリードピン付き
配線基板。 - 【請求項3】 前記凸状部が、該フランジの接合面の部
分にある請求項1記載のリードピン付き配線基板。 - 【請求項4】 前記凸状部が、該フランジの接合面側の
中央に配置されている請求項3記載のリードピン付き配
線基板。 - 【請求項5】 前記ピン接合部のロウ付け面の径が、フ
ランジの径より大きい請求項1、2、3又は4記載のリ
ードピン付き配線基板。 - 【請求項6】 前記リードピンの軸部の軸線を含む平面
で切断したときの前記ロウの切断面の外側の輪郭線が略
直線状をなし、配線基板の主面と該輪郭線とのなす角度
をθとしたとき、θ=55度〜80度とした請求項1、
2、3、4又は5記載のリードピン付き配線基板。 - 【請求項7】 前記配線基板が、樹脂を素材とした請求
項1、2、3、4、5又は6記載のリードピン付き配線
基板。
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