JP3550355B2 - ピン立設基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入出力端子としてのピンを基板に立設したピン立設基板に関し、特に、ピンと基板との接合強度を向上させることができるピン立設基板に関する。
【０００２】
【関連する技術】
入出力端子としてのピンを基板に立設したピン立設基板がある。例えば、図４に部分拡大断面図を示すピン立設基板２０１が挙げられる。このピン立設基板２０１は、略矩形の略板形状の基板２０３と、これに立設された多数のピン２２１とからなる。
【０００３】
このうち基板２０３は、内部や表面に配線層（図示しない）が形成された絶縁層２０５を有し、主面２０３Ａ側（図中上方）には、ソルダーレジスト層２０７から露出するピンパッド２０９が多数形成されている。
一方、ピン２２１は、略円柱形状の棒状部２２１Ａと、この図中下側の端部に形成され、ピンパッド２０９側に向かって略半球状に膨出した径大部２２１Ｂとから構成されている。そして、ピン２２１は、その径大部２２１Ｂがピンパッド２０９にハンダＨＡで固着されることにより、基板２０３に固着されている。
【０００４】
このようなピン立設基板２０１は、ピン２２１の径大部２２１Ｂが略半球状になっているため、例えば、径大部が釘頭状のピンなどに比して、径大部２２１Ｂとピンパッド２０９との間に、ハンダＨＡを多く確保することができる。また、径大部２２１Ｂが略半球状になっているので、ピン２２１に応力が掛かったときに、応力が特定の点にだけ集中することなく、接合部分全体で吸収されやすい。
従って、径大部が釘頭状のピンなどを用いたピン立設基板に比して、このピン立設基板２０１は、ピン２２１と基板２０３（ピンパッド２０９）の接合強度を高くすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピン２２１とピンパッド２０９とを接合するハンダＨＡの量が少ないと、ピン２２１とピンパッド２０９との接合強度が足りないため、ピン２２１に応力が掛かったときに、この接合部分で破壊されることがある。
具体的に言うと、図４に示すように、ハンダＨＡが径大部２２１Ｂの球面２２１ＢＫにのみ溶着して、ハンダＨＡにくびれが生じているような場合には、ピン２２１に応力が掛かったときに、その応力がハンダＨＡのくびれ部分近傍に集中しやすい。従って、ピン２２１に応力が掛かったときに、この部分で破壊されやすい。
【０００６】
一方、ピン２２１とピンパッド２０９とを接合するハンダＨＡの量が多すぎても、ピン２２１に応力が掛かったときに、接合部分で破壊されることがある。
具体的に言うと、図４中に破線で示すように、ハンダＨＡが径大部２２１Ｂの棒側平面２２１ＢＨ全面及び棒状部２２１Ａに濡れ拡がり、棒側平面２２１ＢＨ上に大きなフィレットＦを形成している場合である。
このような場合、ピン２２１に応力が掛かったときに、ピン２２１の棒状部２２１Ａに多量のハンダＨＡが溶着しているので、ピン２２１自体は変形しにくく、よって、応力を吸収しにくい。従って、ピンに掛かった応力がそのまま接合部分に掛かり、接合部分で破壊されやすくなる。
【０００７】
また、略半球状の径大部２２１Ｂを有するピン２２１は、釘頭状の径大部を有するピンに比して、一般的に径大部２２１Ｂの重心が高いので、ハンダＨＡ量が多いと、ピン２２１に応力が掛かったときに、接合部分で破壊されやすくなる。
このように、特に、ピン２２１は球面２２１ＢＫを有しているために、一般の釘頭状の径大部を有するピンに比べて、径大部２２１Ｂの厚さが厚くなっているので、ハンダＨＡが棒側平面２２１ＢＨ上に大きなフィレットＦを形成している場合には、接合部分の強度がかえって低くなることがあるという特有の問題があった。
【０００８】
本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであって、ピンに応力が掛かっても破壊されにくいピン立設基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、主面を有する略板形状をなし、上記主面に露出したピンパッドを有する基板と、棒状部、並びに、この棒状部より径大でこの棒状部の一方の端部に形成された径大部であって、この棒状部側に面する棒側平面、及び、この棒状部と反対の方向に向かって膨らむ球面を含む径大部、を有するピンと、上記ピンパッドと上記ピンのうち少なくとも上記径大部とを接合するハンダと、を備え、上記ハンダは、上記ピンパッドから上記径大部の棒側平面の周縁部を越えて、上記棒状部にまでは届かないで上記棒側平面上に濡れ拡がっているピン立設基板である。
あるいは、主面を有する略板形状をなし、上記主面に露出したピンパッドを有する基板と、棒状部、並びに、この棒状部より径大でこの棒状部の一方の端部に形成された径大部であって、この棒状部側に面する棒側平面、及び、この棒状部と反対の方向に向かって膨らむ球面を含む径大部、を有するピンと、上記ピンパッドと上記ピンのうち少なくとも上記径大部とを接合するハンダと、を備え、上記ハンダは、上記ピンパッドから上記径大部の棒側平面の周縁部を越えて上記棒側平面全面及び上記棒状部に濡れ拡がり、かつ、フィレット面と上記棒側平面とのなす角が５０度以下であるフィレットが上記棒側平面上に形成されているピン立設基板である。
【００１０】
本発明では、ピンとピンパッドとを接合するハンダは、ピンパッドから径大部の棒側平面の周縁部を越えて、棒状部にまでは届かないで棒側平面上に濡れ拡がっている。あるいは、ピンとピンパッドとを接合するハンダは、ピンパッドから径大部の棒側平面の周縁部を越えて棒側平面全面及び棒状部に濡れ拡がっているが、棒側平面上に形成されたハンダによるフィレットは、そのフィレット面と棒側平面とのなす角が５０度以下の比較的小さなフィレットである。
【００１１】
このようにハンダが径大部の棒側平面の周縁部を越えて棒側平面まで濡れ拡がっている場合、径大部の棒側平面とピンパットとの間で略円錐台状のフィレットが形成され、ピンとピンパッドの接合に十分な量のハンダが確保されている。従って、ピンに応力が掛かっても、ハンダ量が少ないことに起因する接合部分の破壊が抑制される。
また一方で、径大部の棒側平面上にハンダによるフィレットが形成されている場合でも、このフィレットは比較的小さくなっているので、ピンに応力が掛かったときに、ピン自体もある程度変形して応力を吸収する。従って、接合部分に掛かる応力が軽減され、その結果、接合部分で破壊されにくくなる。
【００１２】
また、フィレットが比較的小さくなっているので、ピンが球面を含む径大部を有することで、釘頭状の径大部を有するピンなどに比して、その径大部の重心が高いにも拘わらず、ピンに応力が掛かったときに、接合部分で破壊されにくくなる。
このことから、本発明のピン立設基板は、ピンに応力が掛かっても破壊されにくく、その信頼性を高くすることができる。
【００１３】
なお、ピンとしては、上記棒状部及び径大部を有するものであれば良く、純銅（無酸素銅）、１９４合金（銅合金）、コバール（鉄・ニッケル・コバルト合金）、４２合金（鉄・ニッケル合金）などの材質により、一体成形されたピンが挙げられる。また、棒状部と径大部とが接合されたピンや、径大部の一部が接合されたピン（例えば、釘頭状のピンに略半球状の部材が接合されたもの）などであっても良い。さらに、複数の部材により接合されたピンにおいては、各部材の材質が異なっているもの（例えば、コバールからなる釘頭状のピンに、共晶銀ロウなどのロウ材からなる略半球状の部材が接合されたものなど）であっても良い。
また、基板としては、主面に露出するピンパッドを有するものであれば良く、樹脂または樹脂を含む複合材料から構成された樹脂製基板であっても、アルミナやガラスセラミック等から構成されたセラミック製基板であっても良い。さらに、基板としては、配線等の導体層が形成された配線基板や多層配線基板が挙げられる。
【００１４】
また、本発明に適用されるハンダとしては、基板の耐熱性等を考慮して公知のハンダから適宜選択することができる。なおハンダとは、融点が４５０℃以下の軟ロウ材を指す。
但し、ピンの表面にＡｕメッキ層が形成されている場合には、ハンダとの濡れ性が良好となりやすく、ハンダがピンの棒側平面に広く濡れ拡がったり、ピンの棒状部へ高く這い上がったりする傾向がある。そこで、Ａｕメッキ層が形成されたピンを用いる場合には、ハンダの濡れ拡がりや這い上がりを抑制するため、比較的Ａｕメッキ層との濡れ性が低い特性を持つＳｎ−Ｓｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系などのＳｂを含有するハンダを用いるのが好ましい。
特にＳｂの含有量が３ｗｔ％以上のハンダが好ましい。Ｓｂの含有量を３ｗｔ％以上とすることにより、ハンダの濡れ性の低下がはっきりと現れ、確実にハンダの濡れ拡がりや這い上がりを防止できる。一方、ハンダ濡れ性の極端な低下によるハンダ接合の困難を回避するため、Ｓｂの含有量を１５ｗｔ％以下とすると良い。このようなハンダの例としては、９５Ｓｎ−５Ｓｂ（融点２３５〜２４０℃）、８２Ｐｂ−１０Ｓｎ−８Ｓｂ（融点２５５〜２５７℃）などのハンダが挙げられる。特に、ピン表面のＡｕメッキ層の厚さが０．０４μｍ以上の場合には、ハンダ濡れ性が高くなり、ハンダの濡れ拡がりが広く、また這い上がりが高くなりやすいので、上記のようなハンダの材質の選択による濡れ拡がりや這い上がりの抑制が重要となる。
【００１５】
さらに、上記のピン立設基板であって、前記ハンダは、前記ピンパッドから前記径大部の棒側平面の周縁部を越えて上記棒側平面全面及び前記棒状部に濡れ拡がり、かつ、前記フィレット面と上記棒側平面とのなす角が５度以上４０度以下である前記フィレットが上記棒側平面上に形成されているピン立設基板とすると良い。
【００１６】
本発明によれば、ピンとピンパッドとを接合するハンダは、ピンパッドから径大部の棒側平面の周縁部を越えて棒側平面全面及び棒状部に濡れ拡がっているが、棒側平面上に形成されたハンダによるフィレットは、そのフィレット面と棒側平面とのなす角が５度以上４０度以下の比較的小さなフィレットである。
このようにハンダが形成されている場合には、ピンとピンパッドの接合部分自体の接合強度がさらに高くなるとともに、ピン自体もさらに変形し易く、また、接合部分の重心もさらに低くなっている。従って、このピン立設基板は、ピンに応力が掛かっても、さらに破壊されにくく、その信頼性をさらに高くすることができる。
【００１７】
さらに、上記いずれかに記載のピン立設基板であって、前記ハンダはＳｂを３ｗｔ％以上含有するハンダであるピン立設基板とすると良い。Ｓｂの含有量を３ｗｔ％以上とすることにより、ハンダの濡れ性の低下がはっきりと現れ、確実にハンダの濡れ拡がりや這い上がりを防止できる。
さらに、上記いずれかに記載のピン立設基板であって、前記ピンが前記ハンダとの接合時の温度より高温の６００℃以上で加熱処理されてなるピン立設基板とすると良い。
【００１８】
本発明のピン立設基板では、ピンがハンダとの接合時の温度、つまりハンダ付け温度よりも高温の６００℃以上で加熱処理されている。ピンの材料となる線材は、所定径とするため引き抜き加工等を経るため、加工歪みが残留し加工硬化により硬くなる。また、ピンの径大部を形成したり切断したりする際にも、加工歪みを生じ、残留応力により硬くなる。従って、硬くされたピンをそのまま使用した場合には、このような加工硬化は、ハンダ付けのときにピンに掛かる温度（例えば、２００〜３００℃程度、高々４５０〜５００℃程度）の温度では解消できない。このため、ピンに加わった応力をピン自身の変形によって緩和することができず、接合部分に応力が加わりやすくなるため、接合部分での破壊を引き起こしやすい。
【００１９】
これに対し、本発明のピン立設基板では、ピンはハンダとの接合時の温度よりも高温の６００℃以上で加熱処理されている。このため、ピンに残留している応力が無くなり、ピン自身が軟らかくされており、ピンに応力が加わった場合に、ピン自身の変形によって応力を緩和することができるから、接合部分での破壊を防止することができ、接合強度の高いピン立設基板とすることができる。
なお、前記基板が樹脂または樹脂を含む複合材料で構成された樹脂製基板である場合に、上記予め加熱処理を行ったピンを用いるのが特に好ましい。耐熱温度が例えば３００〜４５０℃というように、６００℃以上という高温には耐えられない耐熱性の低い樹脂製基板でも、加工歪みが解放され軟らかくされたピンを用いることができるからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本実施形態のピン立設樹脂製基板（ピン立設基板）１について、図１（ａ）に側面図を示し、図１（ｂ）に部分拡大断面図を示す。
このピン立設樹脂製基板１は、略矩形の略板形状の樹脂製基板（基板）３と、これに立設された多数のピン３１と、これらを接合するハンダＨＤ（９５Ｓｎ−５Ｓｂ）とからなる。
【００２１】
このうち樹脂製基板３は、エポキシ樹脂からなる複数の樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂが積層され、さらにその表面に、エポキシ樹脂からなるソルダーレジスト層７が積層された樹脂製多層配線基板である。
樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂの層間や樹脂絶縁層５Ａとソルダーレジスト層７との層間には、配線やパッド等の導体層９Ａ，９Ｂがそれぞれ形成されている。また、樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂには、層間の導体層９Ａ，９Ｂ同士を接続させるために、ビア導体１１やスルーホール導体（図示しない）が多数形成されている。
樹脂製基板３の主面３Ａをなすソルダーレジスト層７には、多数の開口７Ｋが所定の位置に形成されている。そして、この開口７Ｋ内には、樹脂絶縁層５Ａとソルダーレジスト層７との層間に形成された導体層９Ａのうち、ピンパッド９ＡＰがそれぞれ露出している。
【００２２】
一方、ピン３１は、１９４合金からなり、その表面には、厚さ約３．３４μｍのＮｉメッキ層が形成され、さらにその上には、厚さ約０．３５μｍのＡｕメッキ層が形成されている（図示しない）。ピン３１は、棒状部３１Ａと、この一方の端部に形成された径大部３１Ｂとから構成されている。このうち棒状部３１Ａは、直径約０．４５ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約３．０１ｍｍの略円柱形状をなす。一方、径大部３１Ｂは、棒状部３１Ａより径大で、棒状部３１Ａ側に面する略円形の棒側平面３１ＢＨと、棒状部３１Ａと反対の方向に向かって膨らむ球面３１ＢＫとを有する略半球形状をなしている。径大部３１Ｂの最大径（棒側平面３１ＢＨの径）は、約１．１ｍｍであり、その高さ（軸線方向の長さ）は、約０．３４ｍｍである。
【００２３】
ピン３１は、その径大部３１Ｂ（球面３１ＢＫ）を樹脂製基板３のピンパッド９ＡＰ側に向け、ハンダＨＤでピンパッド９ＡＰに接合されている。さらに詳細に言うと、ピン３１とピンパッド９ＡＰとを接合するハンダＨＤは、ピンパッド９ＡＰから径大部３１Ｂの棒側平面３１ＢＨの周縁部３１ＢＨＳを越えて、棒側平面３１ＢＨ上に濡れ拡がり、棒側平面３１ＢＨとピンパッド９ＡＰとの間で略円錐台状のフィレットＦＨを形成している。一方、ハンダＨＤの濡れ拡がりは、棒側平面３１ＢＨ上に留まり、棒状部３１Ａにまでは届いていない。ピン３１は上記したようにＡｕメッキ層の厚さが０．０４μｍより厚い約０．３５μｍであるため、ハンダがピン３１に濡れやすいのであるが、本実施形態では、上記したようにハンダＨＤの材質として、Ｓｂを３ｗｔ％以上含有する９５Ｓｎ−５Ｓｂを使用しているので、濡れ拡がりが抑制されたためである。
【００２４】
このようなピン立設樹脂製基板１は、ハンダＨＤが径大部３１Ｂの棒側平面３１ＢＨの周縁部３１ＢＨＳを越えて、棒側平面３１ＢＨ上に濡れ拡がっているので、接合部分に十分な量のハンダＨＤが確保されている。従って、ピン３１に応力が掛かっても、ピン３１とピンパッド９ＡＰとの接合部分で破壊されやすい。
また一方で、ハンダＨＤはピン３１の棒状部３１Ａにまでは濡れ拡がっていないので、過剰のハンダＨＤが溶着し、却ってピン３１とピンパッド９ＡＰとの接合強度が低下するということもない。
なお、本実施形態では、径大部３１Ｂの球面３１ＢＫの頂部とピンパッド９ＡＰとの間のハンダＨＤの厚みを、５μｍ以上５０μｍ以下（具体的には約２０μｍ）とした。ハンダＨＤの最小厚みを５μｍ以上とすることにより、球面３１ＢＫ全面に応力が分散しやすくなり、５０μｍ以下とすることにより、重心が低くなり破壊されにくくなるからである。
これらの相乗効果により、このピン立設樹脂製基板１は、ピン３１に応力が掛かっても、破壊されにくく、その信頼性が高い。
更に後述するように、ピン３１はハンダＨＤによる接合に先立って、予め６００℃以上の高温で処理されているため、ピン自身に残留応力が無く軟らかくされているため、ピン自身の変形によっても応力を緩和することができる。
【００２５】
次いで、上記ピン立設樹脂製基板１の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。
まず、以下のようにして製作した上記ピン３１を用意する。即ち、断面が略円形の１９４合金からなる線材を用意し、プレス加工によりピン３１の径大部３１Ｂを形成する。その後、所定の位置で線材を切断して、線材と略同径な棒状部３１Ａを形成する。切断後は、ピン１を、公知の手法によりバレル研磨及び化学エッチングによる表面平滑化処理をする。
【００２６】
次に、熱処理工程で、ピン３１を６００℃〜９００℃（本実施形態では具体的には７８０〜８５０℃）に加熱し、その後徐冷する。このようにピン３１を６００℃以上の高温で加熱すれば、線材を作る際や線材からピン３１を加工する際に生じた残留応力がなくなり、ピン３１が柔らかくなる。
従って、ピン立設樹脂製基板１は、ピン３１に応力が掛かったときに、ピン３１自体が変形して応力を吸収するので、ピン３１とピンパッド９ＡＰの接合部分に掛かる応力が軽減され、ピン立設樹脂製基板１が破壊されにくくなる。
なお、ピンの加熱温度を９００℃以下とするのは、ピン３１の材質が１９４合金（銅合金）であるため、９００℃を越える温度に加熱すると、ピン３１が溶融する危険があるからである。これはピンの材質として、純銅（無酸素銅）を用いた場合でも同様である。
その後、ピン３１の酸化防止のために、その表面にＮｉメッキを施し、さらにその上にＡｕメッキを施して、Ｎｉ−Ａｕメッキ層を形成すれば、上記ピン３１ができる。
【００２７】
次に、上記樹脂製基板３を用意する。この樹脂製基板３は、公知の手法により、樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂと導体層９Ａ，９Ｂとを交互に形成し、さらに、ソルダーレジスト層７を形成すればよい。
次に、ハンダ印刷工程において、図２（ａ）に示すように、樹脂製基板３の主面３Ａに露出するピンパッド９ＡＰ上に、所定量のハンダペーストＨＤＰをそれぞれ印刷する。
【００２８】
その後、載置工程において、図２（ｂ）に示すように、ピン立て治具ＰＪに、上記ピン３１をそれぞれセットし、その上に、ハンダペーストＨＤＰが印刷された樹脂製基板３を、位置合わせをして載置し、ピン３１の径大部３１Ｂをピンパッド９ＡＰに当接させる。そして、その上に錘ＷＴを載せて、樹脂製基板３を押さえる。
次に、リフロー工程において、ピン立て治具ＰＪに載置された樹脂製基板３をリフロー炉に入れ、図２（ｃ）に示すように、最高温度２５０〜２６０℃でハンダペーストＨＤＰを溶融させ、ピン３１の径大部３１Ｂをピンパッド９ＡＰにハンダ付けすれば、上記ピン立設樹脂製基板１が完成する。
【００２９】
なお、容易に理解できるように、本実施形態では、ピン３１をハンダ接合（リフロー工程）で加熱した温度より高温の６００℃以上の温度で、予め加熱処理を行っている。このため、耐熱性の低い樹脂製の基板３を用いても、ピン３１にかかる応力をピン３１の変形によって緩和することができる。
また、本実施形態ではピン３１の表面にＡｕメッキ層が形成されているが、Ｓｂを３ｗｔ％以上含有するハンダＨＤを用いたので、その濡れ拡がりを抑制することができた。
【００３０】
（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について、図を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態のピン立設樹脂製基板（ピン立設基板）１０１について、図３（ａ）に側面図を示し、図３（ｂ）に部分拡大断面図を示す。
このピン立設樹脂製基板１０１は、上記実施形態１と同様の樹脂製基板３と、これに立設された多数のピン１３１と、これらを接合するハンダＨＮ（９５Ｓｎ−５Ｓｂ）とからなる。
【００３１】
このうちピン１３１は、棒状部１３１Ａと、これよりも径大でこの一方の端部に形成された略円板状の円板部１３１Ｃと、この円板部１３１Ｃの略全面に略半球状に形成された半球部１３１Ｄとからなる。換言すれば、このピン１３１は、棒状部１３１Ａと、棒状部１３１Ａ側に面する棒側平面１３１ＢＨを有する円板部１３１Ｃ、及び棒状部１３１Ａと反対の方向に向かって膨らむ球面１３１ＢＫを有する半球部１３１Ｄからなる径大部１３１Ｂと、から構成されている。
【００３２】
このうち、棒状部１３１Ａは、直径約０．４５ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約３．０１ｍｍの略円柱形状をなす。一方、径大部１３１Ｂのうち円板部１３１Ｃは、直径約１．１ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約０．２ｍｍであり、また、径大部１３１Ｂのうち半球部１３１Ｄは、直径１．１ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約０．１ｍｍである。
棒状部１３１Ａ及び径大部１３１Ｂのうち円板部１３１Ｃは、１９４合金により一体成形されており、一方、径大部１３１Ｂのうち半球部１３１Ｄはロウ材（Ａｇ−Ｃｕ共晶銀ロウ）により成形されている。
なお、上記実施形態１のピン３１と同様に、このピン１３１の表面１３１Ａにも、Ｎｉ−Ａｕメッキ層（Ｎｉ厚さ約３．３４μｍ、Ａｕ厚さ約０．３５μｍ）が形成されている。
【００３３】
ピン１３１は、その径大部１３１Ｂ（球面１３１ＢＫ）を樹脂製基板３のピンパッド９ＡＰ側に向け、ハンダＨＮでピンパッド９ＡＰに接合されている。さらに詳細に言うと、ピン１３１とピンパッド９ＡＰとを接合するハンダＨＮは、ピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面に濡れ拡がり、さらに、棒状部１３１Ａにまで濡れ拡がって溶着している。つまり、ピンパッド９ＡＰと棒側平面１３１ＢＨとの間で略円錐台状の下側フィレットＦＳが形成されているとともに、棒側平面１３１ＢＨ上にもハンダＨＮによる上側フィレットＦＵが形成されている。しかし、この上側フィレットＦＵは、そのフィレット面と棒側平面１３１ＢＨとのなす角が５０度以下で、さらには５度以上４０度以下とした約１２度であるので、比較的小さなフィレットとなっている。
ピン１３１は上記したようにＡｕメッキ層の厚さが０．０４μｍより厚い約０．３５μｍであるため、ハンダがピン１３１に濡れやすいのであるが、本実施形態でも、上記したようにハンダＨＤの材質として、Ｓｂを３ｗｔ％以上含有する９５Ｓｎ−５Ｓｂを使用しているので、ハンダの濡れ拡がりや這い上がりが抑制されたためである。
【００３４】
このようなピン立設樹脂製基板１０１は、ハンダＨＮが径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ上に濡れ拡がっているので、接合部分に十分な量のハンダＨＮが確保されている。従って、ピン１３１に応力が掛かっても、ハンダＨＮが少ないことに起因する接合部分の破壊が抑制される。
また一方で、ハンダＨＮは棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａまで濡れ拡がり、棒側平面１３１ＢＨ上に上側フィレットＦＵを形成しているが、この上側フィレットＦＵは比較的小さいので、過剰のハンダが溶着し、却ってピン１３１とピンパッド９ＡＰとの接合強度が低下するということもない。
【００３５】
よって、このピン立設樹脂製基板１０１は、ピン１３１に応力が掛かっても、破壊されにくく、その信頼性が高い。
なお、このピン立設樹脂製基板１０１は、上記実施形態１と同様にして製造することができる。即ち、ピン１３１及び樹脂製基板３を用意し、ハンダ印刷工程、載置工程、及びリフロー工程を行って、ハンダＨＮによりピン１３１を樹脂製基板３に固着すればよい。
なお、ピン１３１は、半球部１３１Ｄを形成する際に、棒状部１３１Ａや円板部１３１Ｃにも６００℃以上の高温（具体的には７８０〜８５０℃）に加熱される。従って、前記実施形態１と同じく、棒状部１３１Ａや円板部１３１Ｃに残留する応力が無くなり軟らかい。従って、ピンに掛かる応力をピンの変形によって緩和することができるので、この点からも接合が破壊しにくく信頼性が高くなる。
【００３６】
次いで、ハンダの量及びハンダの形状と、ピンとピンパッドの接合強度との関係について、表１を参照しつつ説明する。
ピンとピンパッドとを接合するハンダの量及びハンダの形状が、これらの接合強度に及ぼす影響を調べるために、以下のような調査を行った。
まず、上記実施形態２で示したピン１３１及び樹脂製基板３を用意した。そして、前述したハンダ印刷工程において、印刷するパンダペースト量を６段階に変化させ、６種類のピン立設配線基板１０１を製造した。
【００３７】
次に、各種のピン立設樹脂製基板１０１について、ピン１３１の引っ張り試験をした。即ち、ピン立設樹脂製基板１０１に多数立設されたピン１３１のいずれかを挟んで、ピン１３１の軸線方向に対して３０度の角度で、１５ｍｍ／分の速度で引っ張り、ピン立設樹脂製基板１０１が破壊する強度を求めた。
これらの結果をまとめて表１に示す。なお、ハンダＨＮの量は、３７０本のピン１３１が立設したピン立設樹脂製基板１０１の全体量を示している。また、各強度の値は、各ハンダＨＮの量ごとに、それぞれ５本ずつ引っ張り試験をし、その平均により算出した値である。
【００３８】
【表１】
【００３９】
表１から明らかなように、ピン１３１とピンパッド９ＡＰを接合するハンダＨＮ量が最も少ない場合（０．２２１ｇ／ＰＫＧ）には、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えない状態（図４に示すハンダＨＡの状態を参照）となり、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が、３０．３Ｎ（＝３．０９ｋｇｆ）と低くなる。
一方、ハンダＨＮ量が最も多い場合（０．７５０ｇ／ＰＫＧ）には、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、棒側平面１３１ＢＨ上に、フィレット面と棒側平面とのなす角が５５〜６５度の上側フィレットＦＵが形成された状態となる。このようにハンダＨＮが極端に多い場合も、ハンダＨＮ量が極端に少ない場合（０．２２１ｇ／ＰＫＧ）と同様に、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が、２９．７Ｎ（＝３．０３ｋｇｆ）と低くなる。
【００４０】
これらに対し、ハンダＨＮ量が０．３１４ｇ／ＰＫＧである場合には、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒状部１３１Ａにまでは届かずに、棒側平面１３１ＢＨ上に濡れ拡がった状態となる（図１（ｂ）に示すハンダＨＤの状態を参照）。この場合、上述したハンダＨＮ量が少なかったり多かったりする場合と比べて、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が、４１．９Ｎ（＝４．２８ｋｇｆ）と十分に高くなる。
【００４１】
さらに、ハンダ量ＨＮが増えると（０．４５８ｇ／ＰＫＧ、０．５６１ｇ／ＰＫＧ、０．６５０ｇ／ＰＫＧ）、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、棒側平面１３１ＢＨ上に上側フィレットＦＵが形成された状態となる（図３（ｂ）参照）。フィレット面と棒側平面とのなす角は、ハンダＨＮ量が０．４５８ｇ／ＰＫＧのときは６〜２３度、ハンダＨＮ量が０．５６１ｇ／ＰＫＧのときは２２〜３８度、ハンダＨＮ量が０．６５０ｇ／ＰＫＧのときは４１〜４９度となる。これらの場合も、上述したハンダＨＮ量が少なかったり多かったりする場合と比べて、ピン１３１とピンパッド９ＡＰとの接合強度が、それぞれ５４．６Ｎ（＝５．５７ｋｇｆ）、５０．２Ｎ（＝５．１２ｋｇｆ）、４３．４Ｎ（＝４．４３ｋｇｆ）と十分に高くなる。特に、ハンダＨＮ量が０．４５８ｇ／ＰＫＧまたは０．５６１ｇ／ＰＫＧのとき、即ち、フィレット面と棒側平面とのなす角が６〜３８度の範囲では、接合強度が極めて高くなる。
【００４２】
以上の結果から判断すると、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒状部１３１Ａにまでは届かずに棒側平面１３１ＢＨ上に濡れ拡がったときに、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が高くなる。
また、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、かつ、フィレット面と棒側平面１３１ＢＨとのなす角が５０度以下の比較的小さな上側フィレットＦＳが形成されたときに、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が高くなる。
【００４３】
さらに、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、かつ、フィレット面と棒側平面１３１ＢＨとのなす角が５度以上４０度以下の比較的小さな上側フィレットＦＵが形成されたときには、より一層接合強度が高くなる。
なお、この調査では、上記実施形態２で示したピン１３１を用いた結果を示したが、上記実施形態１に示したピン３１を用いて同様な調査を行ったところ、同様な結果が得られた。
【００４４】
以上において、本発明を各実施形態１，２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、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記各実施形態１，２では、エポキシ樹脂などの樹脂からなる樹脂製多層配線基板（樹脂製基板３）にピン３１，１３１が立設されたピン立設基板（ピン立設樹脂製基板１，１０１）を示したが、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、低温焼成ガラスセラミックなどからなるセラミック製基板など、他の形態の基板にピン３１，１３１が立設されたものであっても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記実施形態１，２では、１９４合金からなるピン３１，１３１を用いた例を示したが、その他に、例えば、コバールや４２合金からなるピンを用いることもできる。また、上記実施形態１，２では、ピン３１，１３１を６００℃以上で加熱処理したが、ピン材質をコバールや４２合金とした場合にも、６００℃以上、さらに好ましくは確実にピンを軟らかくするため７００℃以上の温度で加熱処理を施すのが良い。また、コバールや４２合金からなるピンの場合には、融点等を考慮して、１２００℃以下の範囲で加熱処理をするのが好ましい。
このようにピンを基板に接合・固着する前に予め加熱処理を施しておくと、実施形態に示したように６００℃以上の高温に耐えられない耐熱性の低い樹脂製の基板において、軟らかくされたピンを用いることができるので特に好ましい。
また、低温焼成ガラスセラミックからなる基板においても、ピンを予め加熱処理で軟らかくしておくと、ピンを比較的低い温度でハンダ付けによって基板に接合しながらも、軟らかくされたピンを用いることができるようになる。アルミナ等、他のセラミックからなる基板においても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るピン立設樹脂製基板を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図２】実施形態１に係るピン立設樹脂製基板の製造方法を示す図であり、（ａ）は樹脂製基板にハンダペーストを塗布した様子を示す説明図であり、（ｂ）はピン立て治具に樹脂製基板を載置した様子を示す説明図であり、（ｃ）はハンダペーストをリフローした様子を示す説明図である。
【図３】実施形態２に係るピン立設樹脂製基板を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図４】従来技術に係るピン立設樹脂製基板を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１，１０１ ピン立設樹脂製基板（ピン立設基板）
３ 樹脂製基板（基板）
３Ａ （樹脂製基板の）主面
９ＡＰ ピンパッド
３１，１３１ ピン
３１Ａ，１３１Ａ 棒状部
３１Ｂ，１３１Ｂ 径大部
３１ＢＨ，１３１ＢＨ 棒側平面
３１ＢＨＳ，１３１ＢＨＳ （棒側平面の）周縁部
３１ＢＫ，１３１ＢＫ 球面
ＦＵ 上側フィレット（フィレット）
ＨＤ，ＨＮ ハンダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入出力端子としてのピンを基板に立設したピン立設基板に関し、特に、ピンと基板との接合強度を向上させることができるピン立設基板に関する。
【０００２】
【関連する技術】
入出力端子としてのピンを基板に立設したピン立設基板がある。例えば、図４に部分拡大断面図を示すピン立設基板２０１が挙げられる。このピン立設基板２０１は、略矩形の略板形状の基板２０３と、これに立設された多数のピン２２１とからなる。
【０００３】
このうち基板２０３は、内部や表面に配線層（図示しない）が形成された絶縁層２０５を有し、主面２０３Ａ側（図中上方）には、ソルダーレジスト層２０７から露出するピンパッド２０９が多数形成されている。
一方、ピン２２１は、略円柱形状の棒状部２２１Ａと、この図中下側の端部に形成され、ピンパッド２０９側に向かって略半球状に膨出した径大部２２１Ｂとから構成されている。そして、ピン２２１は、その径大部２２１Ｂがピンパッド２０９にハンダＨＡで固着されることにより、基板２０３に固着されている。
【０００４】
このようなピン立設基板２０１は、ピン２２１の径大部２２１Ｂが略半球状になっているため、例えば、径大部が釘頭状のピンなどに比して、径大部２２１Ｂとピンパッド２０９との間に、ハンダＨＡを多く確保することができる。また、径大部２２１Ｂが略半球状になっているので、ピン２２１に応力が掛かったときに、応力が特定の点にだけ集中することなく、接合部分全体で吸収されやすい。
従って、径大部が釘頭状のピンなどを用いたピン立設基板に比して、このピン立設基板２０１は、ピン２２１と基板２０３（ピンパッド２０９）の接合強度を高くすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピン２２１とピンパッド２０９とを接合するハンダＨＡの量が少ないと、ピン２２１とピンパッド２０９との接合強度が足りないため、ピン２２１に応力が掛かったときに、この接合部分で破壊されることがある。
具体的に言うと、図４に示すように、ハンダＨＡが径大部２２１Ｂの球面２２１ＢＫにのみ溶着して、ハンダＨＡにくびれが生じているような場合には、ピン２２１に応力が掛かったときに、その応力がハンダＨＡのくびれ部分近傍に集中しやすい。従って、ピン２２１に応力が掛かったときに、この部分で破壊されやすい。
【０００６】
一方、ピン２２１とピンパッド２０９とを接合するハンダＨＡの量が多すぎても、ピン２２１に応力が掛かったときに、接合部分で破壊されることがある。
具体的に言うと、図４中に破線で示すように、ハンダＨＡが径大部２２１Ｂの棒側平面２２１ＢＨ全面及び棒状部２２１Ａに濡れ拡がり、棒側平面２２１ＢＨ上に大きなフィレットＦを形成している場合である。
このような場合、ピン２２１に応力が掛かったときに、ピン２２１の棒状部２２１Ａに多量のハンダＨＡが溶着しているので、ピン２２１自体は変形しにくく、よって、応力を吸収しにくい。従って、ピンに掛かった応力がそのまま接合部分に掛かり、接合部分で破壊されやすくなる。
【０００７】
また、略半球状の径大部２２１Ｂを有するピン２２１は、釘頭状の径大部を有するピンに比して、一般的に径大部２２１Ｂの重心が高いので、ハンダＨＡ量が多いと、ピン２２１に応力が掛かったときに、接合部分で破壊されやすくなる。
このように、特に、ピン２２１は球面２２１ＢＫを有しているために、一般の釘頭状の径大部を有するピンに比べて、径大部２２１Ｂの厚さが厚くなっているので、ハンダＨＡが棒側平面２２１ＢＨ上に大きなフィレットＦを形成している場合には、接合部分の強度がかえって低くなることがあるという特有の問題があった。
【０００８】
本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであって、ピンに応力が掛かっても破壊されにくいピン立設基板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、主面を有する略板形状をなし、上記主面に露出したピンパッドを有する基板と、棒状部、並びに、この棒状部より径大でこの棒状部の一方の端部に形成された径大部であって、この棒状部側に面する棒側平面、及び、この棒状部と反対の方向に向かって膨らむ球面を含む径大部、を有するピンと、上記ピンパッドと上記ピンのうち少なくとも上記径大部とを接合するハンダと、を備え、上記ハンダは、上記ピンパッドから上記径大部の棒側平面の周縁部を越えて、上記棒状部にまでは届かないで上記棒側平面上に濡れ拡がっているピン立設基板である。
あるいは、主面を有する略板形状をなし、上記主面に露出したピンパッドを有する基板と、棒状部、並びに、この棒状部より径大でこの棒状部の一方の端部に形成された径大部であって、この棒状部側に面する棒側平面、及び、この棒状部と反対の方向に向かって膨らむ球面を含む径大部、を有するピンと、上記ピンパッドと上記ピンのうち少なくとも上記径大部とを接合するハンダと、を備え、上記ハンダは、上記ピンパッドから上記径大部の棒側平面の周縁部を越えて上記棒側平面全面及び上記棒状部に濡れ拡がり、かつ、フィレット面と上記棒側平面とのなす角が５０度以下であるフィレットが上記棒側平面上に形成されているピン立設基板である。
【００１０】
本発明では、ピンとピンパッドとを接合するハンダは、ピンパッドから径大部の棒側平面の周縁部を越えて、棒状部にまでは届かないで棒側平面上に濡れ拡がっている。あるいは、ピンとピンパッドとを接合するハンダは、ピンパッドから径大部の棒側平面の周縁部を越えて棒側平面全面及び棒状部に濡れ拡がっているが、棒側平面上に形成されたハンダによるフィレットは、そのフィレット面と棒側平面とのなす角が５０度以下の比較的小さなフィレットである。
【００１１】
このようにハンダが径大部の棒側平面の周縁部を越えて棒側平面まで濡れ拡がっている場合、径大部の棒側平面とピンパットとの間で略円錐台状のフィレットが形成され、ピンとピンパッドの接合に十分な量のハンダが確保されている。従って、ピンに応力が掛かっても、ハンダ量が少ないことに起因する接合部分の破壊が抑制される。
また一方で、径大部の棒側平面上にハンダによるフィレットが形成されている場合でも、このフィレットは比較的小さくなっているので、ピンに応力が掛かったときに、ピン自体もある程度変形して応力を吸収する。従って、接合部分に掛かる応力が軽減され、その結果、接合部分で破壊されにくくなる。
【００１２】
また、フィレットが比較的小さくなっているので、ピンが球面を含む径大部を有することで、釘頭状の径大部を有するピンなどに比して、その径大部の重心が高いにも拘わらず、ピンに応力が掛かったときに、接合部分で破壊されにくくなる。
このことから、本発明のピン立設基板は、ピンに応力が掛かっても破壊されにくく、その信頼性を高くすることができる。
【００１３】
なお、ピンとしては、上記棒状部及び径大部を有するものであれば良く、純銅（無酸素銅）、１９４合金（銅合金）、コバール（鉄・ニッケル・コバルト合金）、４２合金（鉄・ニッケル合金）などの材質により、一体成形されたピンが挙げられる。また、棒状部と径大部とが接合されたピンや、径大部の一部が接合されたピン（例えば、釘頭状のピンに略半球状の部材が接合されたもの）などであっても良い。さらに、複数の部材により接合されたピンにおいては、各部材の材質が異なっているもの（例えば、コバールからなる釘頭状のピンに、共晶銀ロウなどのロウ材からなる略半球状の部材が接合されたものなど）であっても良い。
また、基板としては、主面に露出するピンパッドを有するものであれば良く、樹脂または樹脂を含む複合材料から構成された樹脂製基板であっても、アルミナやガラスセラミック等から構成されたセラミック製基板であっても良い。さらに、基板としては、配線等の導体層が形成された配線基板や多層配線基板が挙げられる。
【００１４】
また、本発明に適用されるハンダとしては、基板の耐熱性等を考慮して公知のハンダから適宜選択することができる。なおハンダとは、融点が４５０℃以下の軟ロウ材を指す。
但し、ピンの表面にＡｕメッキ層が形成されている場合には、ハンダとの濡れ性が良好となりやすく、ハンダがピンの棒側平面に広く濡れ拡がったり、ピンの棒状部へ高く這い上がったりする傾向がある。そこで、Ａｕメッキ層が形成されたピンを用いる場合には、ハンダの濡れ拡がりや這い上がりを抑制するため、比較的Ａｕメッキ層との濡れ性が低い特性を持つＳｎ−Ｓｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系などのＳｂを含有するハンダを用いるのが好ましい。
特にＳｂの含有量が３ｗｔ％以上のハンダが好ましい。Ｓｂの含有量を３ｗｔ％以上とすることにより、ハンダの濡れ性の低下がはっきりと現れ、確実にハンダの濡れ拡がりや這い上がりを防止できる。一方、ハンダ濡れ性の極端な低下によるハンダ接合の困難を回避するため、Ｓｂの含有量を１５ｗｔ％以下とすると良い。このようなハンダの例としては、９５Ｓｎ−５Ｓｂ（融点２３５〜２４０℃）、８２Ｐｂ−１０Ｓｎ−８Ｓｂ（融点２５５〜２５７℃）などのハンダが挙げられる。特に、ピン表面のＡｕメッキ層の厚さが０．０４μｍ以上の場合には、ハンダ濡れ性が高くなり、ハンダの濡れ拡がりが広く、また這い上がりが高くなりやすいので、上記のようなハンダの材質の選択による濡れ拡がりや這い上がりの抑制が重要となる。
【００１５】
さらに、上記のピン立設基板であって、前記ハンダは、前記ピンパッドから前記径大部の棒側平面の周縁部を越えて上記棒側平面全面及び前記棒状部に濡れ拡がり、かつ、前記フィレット面と上記棒側平面とのなす角が５度以上４０度以下である前記フィレットが上記棒側平面上に形成されているピン立設基板とすると良い。
【００１６】
本発明によれば、ピンとピンパッドとを接合するハンダは、ピンパッドから径大部の棒側平面の周縁部を越えて棒側平面全面及び棒状部に濡れ拡がっているが、棒側平面上に形成されたハンダによるフィレットは、そのフィレット面と棒側平面とのなす角が５度以上４０度以下の比較的小さなフィレットである。
このようにハンダが形成されている場合には、ピンとピンパッドの接合部分自体の接合強度がさらに高くなるとともに、ピン自体もさらに変形し易く、また、接合部分の重心もさらに低くなっている。従って、このピン立設基板は、ピンに応力が掛かっても、さらに破壊されにくく、その信頼性をさらに高くすることができる。
【００１７】
さらに、上記いずれかに記載のピン立設基板であって、前記ハンダはＳｂを３ｗｔ％以上含有するハンダであるピン立設基板とすると良い。Ｓｂの含有量を３ｗｔ％以上とすることにより、ハンダの濡れ性の低下がはっきりと現れ、確実にハンダの濡れ拡がりや這い上がりを防止できる。
さらに、上記いずれかに記載のピン立設基板であって、前記ピンが前記ハンダとの接合時の温度より高温の６００℃以上で加熱処理されてなるピン立設基板とすると良い。
【００１８】
本発明のピン立設基板では、ピンがハンダとの接合時の温度、つまりハンダ付け温度よりも高温の６００℃以上で加熱処理されている。ピンの材料となる線材は、所定径とするため引き抜き加工等を経るため、加工歪みが残留し加工硬化により硬くなる。また、ピンの径大部を形成したり切断したりする際にも、加工歪みを生じ、残留応力により硬くなる。従って、硬くされたピンをそのまま使用した場合には、このような加工硬化は、ハンダ付けのときにピンに掛かる温度（例えば、２００〜３００℃程度、高々４５０〜５００℃程度）の温度では解消できない。このため、ピンに加わった応力をピン自身の変形によって緩和することができず、接合部分に応力が加わりやすくなるため、接合部分での破壊を引き起こしやすい。
【００１９】
これに対し、本発明のピン立設基板では、ピンはハンダとの接合時の温度よりも高温の６００℃以上で加熱処理されている。このため、ピンに残留している応力が無くなり、ピン自身が軟らかくされており、ピンに応力が加わった場合に、ピン自身の変形によって応力を緩和することができるから、接合部分での破壊を防止することができ、接合強度の高いピン立設基板とすることができる。
なお、前記基板が樹脂または樹脂を含む複合材料で構成された樹脂製基板である場合に、上記予め加熱処理を行ったピンを用いるのが特に好ましい。耐熱温度が例えば３００〜４５０℃というように、６００℃以上という高温には耐えられない耐熱性の低い樹脂製基板でも、加工歪みが解放され軟らかくされたピンを用いることができるからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図を参照しつつ説明する。
本実施形態のピン立設樹脂製基板（ピン立設基板）１について、図１（ａ）に側面図を示し、図１（ｂ）に部分拡大断面図を示す。
このピン立設樹脂製基板１は、略矩形の略板形状の樹脂製基板（基板）３と、これに立設された多数のピン３１と、これらを接合するハンダＨＤ（９５Ｓｎ−５Ｓｂ）とからなる。
【００２１】
このうち樹脂製基板３は、エポキシ樹脂からなる複数の樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂが積層され、さらにその表面に、エポキシ樹脂からなるソルダーレジスト層７が積層された樹脂製多層配線基板である。
樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂの層間や樹脂絶縁層５Ａとソルダーレジスト層７との層間には、配線やパッド等の導体層９Ａ，９Ｂがそれぞれ形成されている。また、樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂには、層間の導体層９Ａ，９Ｂ同士を接続させるために、ビア導体１１やスルーホール導体（図示しない）が多数形成されている。
樹脂製基板３の主面３Ａをなすソルダーレジスト層７には、多数の開口７Ｋが所定の位置に形成されている。そして、この開口７Ｋ内には、樹脂絶縁層５Ａとソルダーレジスト層７との層間に形成された導体層９Ａのうち、ピンパッド９ＡＰがそれぞれ露出している。
【００２２】
一方、ピン３１は、１９４合金からなり、その表面には、厚さ約３．３４μｍのＮｉメッキ層が形成され、さらにその上には、厚さ約０．３５μｍのＡｕメッキ層が形成されている（図示しない）。ピン３１は、棒状部３１Ａと、この一方の端部に形成された径大部３１Ｂとから構成されている。このうち棒状部３１Ａは、直径約０．４５ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約３．０１ｍｍの略円柱形状をなす。一方、径大部３１Ｂは、棒状部３１Ａより径大で、棒状部３１Ａ側に面する略円形の棒側平面３１ＢＨと、棒状部３１Ａと反対の方向に向かって膨らむ球面３１ＢＫとを有する略半球形状をなしている。径大部３１Ｂの最大径（棒側平面３１ＢＨの径）は、約１．１ｍｍであり、その高さ（軸線方向の長さ）は、約０．３４ｍｍである。
【００２３】
ピン３１は、その径大部３１Ｂ（球面３１ＢＫ）を樹脂製基板３のピンパッド９ＡＰ側に向け、ハンダＨＤでピンパッド９ＡＰに接合されている。さらに詳細に言うと、ピン３１とピンパッド９ＡＰとを接合するハンダＨＤは、ピンパッド９ＡＰから径大部３１Ｂの棒側平面３１ＢＨの周縁部３１ＢＨＳを越えて、棒側平面３１ＢＨ上に濡れ拡がり、棒側平面３１ＢＨとピンパッド９ＡＰとの間で略円錐台状のフィレットＦＨを形成している。一方、ハンダＨＤの濡れ拡がりは、棒側平面３１ＢＨ上に留まり、棒状部３１Ａにまでは届いていない。ピン３１は上記したようにＡｕメッキ層の厚さが０．０４μｍより厚い約０．３５μｍであるため、ハンダがピン３１に濡れやすいのであるが、本実施形態では、上記したようにハンダＨＤの材質として、Ｓｂを３ｗｔ％以上含有する９５Ｓｎ−５Ｓｂを使用しているので、濡れ拡がりが抑制されたためである。
【００２４】
このようなピン立設樹脂製基板１は、ハンダＨＤが径大部３１Ｂの棒側平面３１ＢＨの周縁部３１ＢＨＳを越えて、棒側平面３１ＢＨ上に濡れ拡がっているので、接合部分に十分な量のハンダＨＤが確保されている。従って、ピン３１に応力が掛かっても、ピン３１とピンパッド９ＡＰとの接合部分で破壊されやすい。
また一方で、ハンダＨＤはピン３１の棒状部３１Ａにまでは濡れ拡がっていないので、過剰のハンダＨＤが溶着し、却ってピン３１とピンパッド９ＡＰとの接合強度が低下するということもない。
なお、本実施形態では、径大部３１Ｂの球面３１ＢＫの頂部とピンパッド９ＡＰとの間のハンダＨＤの厚みを、５μｍ以上５０μｍ以下（具体的には約２０μｍ）とした。ハンダＨＤの最小厚みを５μｍ以上とすることにより、球面３１ＢＫ全面に応力が分散しやすくなり、５０μｍ以下とすることにより、重心が低くなり破壊されにくくなるからである。
これらの相乗効果により、このピン立設樹脂製基板１は、ピン３１に応力が掛かっても、破壊されにくく、その信頼性が高い。
更に後述するように、ピン３１はハンダＨＤによる接合に先立って、予め６００℃以上の高温で処理されているため、ピン自身に残留応力が無く軟らかくされているため、ピン自身の変形によっても応力を緩和することができる。
【００２５】
次いで、上記ピン立設樹脂製基板１の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。
まず、以下のようにして製作した上記ピン３１を用意する。即ち、断面が略円形の１９４合金からなる線材を用意し、プレス加工によりピン３１の径大部３１Ｂを形成する。その後、所定の位置で線材を切断して、線材と略同径な棒状部３１Ａを形成する。切断後は、ピン１を、公知の手法によりバレル研磨及び化学エッチングによる表面平滑化処理をする。
【００２６】
次に、熱処理工程で、ピン３１を６００℃〜９００℃（本実施形態では具体的には７８０〜８５０℃）に加熱し、その後徐冷する。このようにピン３１を６００℃以上の高温で加熱すれば、線材を作る際や線材からピン３１を加工する際に生じた残留応力がなくなり、ピン３１が柔らかくなる。
従って、ピン立設樹脂製基板１は、ピン３１に応力が掛かったときに、ピン３１自体が変形して応力を吸収するので、ピン３１とピンパッド９ＡＰの接合部分に掛かる応力が軽減され、ピン立設樹脂製基板１が破壊されにくくなる。
なお、ピンの加熱温度を９００℃以下とするのは、ピン３１の材質が１９４合金（銅合金）であるため、９００℃を越える温度に加熱すると、ピン３１が溶融する危険があるからである。これはピンの材質として、純銅（無酸素銅）を用いた場合でも同様である。
その後、ピン３１の酸化防止のために、その表面にＮｉメッキを施し、さらにその上にＡｕメッキを施して、Ｎｉ−Ａｕメッキ層を形成すれば、上記ピン３１ができる。
【００２７】
次に、上記樹脂製基板３を用意する。この樹脂製基板３は、公知の手法により、樹脂絶縁層５Ａ，５Ｂと導体層９Ａ，９Ｂとを交互に形成し、さらに、ソルダーレジスト層７を形成すればよい。
次に、ハンダ印刷工程において、図２（ａ）に示すように、樹脂製基板３の主面３Ａに露出するピンパッド９ＡＰ上に、所定量のハンダペーストＨＤＰをそれぞれ印刷する。
【００２８】
その後、載置工程において、図２（ｂ）に示すように、ピン立て治具ＰＪに、上記ピン３１をそれぞれセットし、その上に、ハンダペーストＨＤＰが印刷された樹脂製基板３を、位置合わせをして載置し、ピン３１の径大部３１Ｂをピンパッド９ＡＰに当接させる。そして、その上に錘ＷＴを載せて、樹脂製基板３を押さえる。
次に、リフロー工程において、ピン立て治具ＰＪに載置された樹脂製基板３をリフロー炉に入れ、図２（ｃ）に示すように、最高温度２５０〜２６０℃でハンダペーストＨＤＰを溶融させ、ピン３１の径大部３１Ｂをピンパッド９ＡＰにハンダ付けすれば、上記ピン立設樹脂製基板１が完成する。
【００２９】
なお、容易に理解できるように、本実施形態では、ピン３１をハンダ接合（リフロー工程）で加熱した温度より高温の６００℃以上の温度で、予め加熱処理を行っている。このため、耐熱性の低い樹脂製の基板３を用いても、ピン３１にかかる応力をピン３１の変形によって緩和することができる。
また、本実施形態ではピン３１の表面にＡｕメッキ層が形成されているが、Ｓｂを３ｗｔ％以上含有するハンダＨＤを用いたので、その濡れ拡がりを抑制することができた。
【００３０】
（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について、図を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態のピン立設樹脂製基板（ピン立設基板）１０１について、図３（ａ）に側面図を示し、図３（ｂ）に部分拡大断面図を示す。
このピン立設樹脂製基板１０１は、上記実施形態１と同様の樹脂製基板３と、これに立設された多数のピン１３１と、これらを接合するハンダＨＮ（９５Ｓｎ−５Ｓｂ）とからなる。
【００３１】
このうちピン１３１は、棒状部１３１Ａと、これよりも径大でこの一方の端部に形成された略円板状の円板部１３１Ｃと、この円板部１３１Ｃの略全面に略半球状に形成された半球部１３１Ｄとからなる。換言すれば、このピン１３１は、棒状部１３１Ａと、棒状部１３１Ａ側に面する棒側平面１３１ＢＨを有する円板部１３１Ｃ、及び棒状部１３１Ａと反対の方向に向かって膨らむ球面１３１ＢＫを有する半球部１３１Ｄからなる径大部１３１Ｂと、から構成されている。
【００３２】
このうち、棒状部１３１Ａは、直径約０．４５ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約３．０１ｍｍの略円柱形状をなす。一方、径大部１３１Ｂのうち円板部１３１Ｃは、直径約１．１ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約０．２ｍｍであり、また、径大部１３１Ｂのうち半球部１３１Ｄは、直径１．１ｍｍ、高さ（軸線方向の長さ）約０．１ｍｍである。
棒状部１３１Ａ及び径大部１３１Ｂのうち円板部１３１Ｃは、１９４合金により一体成形されており、一方、径大部１３１Ｂのうち半球部１３１Ｄはロウ材（Ａｇ−Ｃｕ共晶銀ロウ）により成形されている。
なお、上記実施形態１のピン３１と同様に、このピン１３１の表面１３１Ａにも、Ｎｉ−Ａｕメッキ層（Ｎｉ厚さ約３．３４μｍ、Ａｕ厚さ約０．３５μｍ）が形成されている。
【００３３】
ピン１３１は、その径大部１３１Ｂ（球面１３１ＢＫ）を樹脂製基板３のピンパッド９ＡＰ側に向け、ハンダＨＮでピンパッド９ＡＰに接合されている。さらに詳細に言うと、ピン１３１とピンパッド９ＡＰとを接合するハンダＨＮは、ピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面に濡れ拡がり、さらに、棒状部１３１Ａにまで濡れ拡がって溶着している。つまり、ピンパッド９ＡＰと棒側平面１３１ＢＨとの間で略円錐台状の下側フィレットＦＳが形成されているとともに、棒側平面１３１ＢＨ上にもハンダＨＮによる上側フィレットＦＵが形成されている。しかし、この上側フィレットＦＵは、そのフィレット面と棒側平面１３１ＢＨとのなす角が５０度以下で、さらには５度以上４０度以下とした約１２度であるので、比較的小さなフィレットとなっている。
ピン１３１は上記したようにＡｕメッキ層の厚さが０．０４μｍより厚い約０．３５μｍであるため、ハンダがピン１３１に濡れやすいのであるが、本実施形態でも、上記したようにハンダＨＤの材質として、Ｓｂを３ｗｔ％以上含有する９５Ｓｎ−５Ｓｂを使用しているので、ハンダの濡れ拡がりや這い上がりが抑制されたためである。
【００３４】
このようなピン立設樹脂製基板１０１は、ハンダＨＮが径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ上に濡れ拡がっているので、接合部分に十分な量のハンダＨＮが確保されている。従って、ピン１３１に応力が掛かっても、ハンダＨＮが少ないことに起因する接合部分の破壊が抑制される。
また一方で、ハンダＨＮは棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａまで濡れ拡がり、棒側平面１３１ＢＨ上に上側フィレットＦＵを形成しているが、この上側フィレットＦＵは比較的小さいので、過剰のハンダが溶着し、却ってピン１３１とピンパッド９ＡＰとの接合強度が低下するということもない。
【００３５】
よって、このピン立設樹脂製基板１０１は、ピン１３１に応力が掛かっても、破壊されにくく、その信頼性が高い。
なお、このピン立設樹脂製基板１０１は、上記実施形態１と同様にして製造することができる。即ち、ピン１３１及び樹脂製基板３を用意し、ハンダ印刷工程、載置工程、及びリフロー工程を行って、ハンダＨＮによりピン１３１を樹脂製基板３に固着すればよい。
なお、ピン１３１は、半球部１３１Ｄを形成する際に、棒状部１３１Ａや円板部１３１Ｃにも６００℃以上の高温（具体的には７８０〜８５０℃）に加熱される。従って、前記実施形態１と同じく、棒状部１３１Ａや円板部１３１Ｃに残留する応力が無くなり軟らかい。従って、ピンに掛かる応力をピンの変形によって緩和することができるので、この点からも接合が破壊しにくく信頼性が高くなる。
【００３６】
次いで、ハンダの量及びハンダの形状と、ピンとピンパッドの接合強度との関係について、表１を参照しつつ説明する。
ピンとピンパッドとを接合するハンダの量及びハンダの形状が、これらの接合強度に及ぼす影響を調べるために、以下のような調査を行った。
まず、上記実施形態２で示したピン１３１及び樹脂製基板３を用意した。そして、前述したハンダ印刷工程において、印刷するパンダペースト量を６段階に変化させ、６種類のピン立設配線基板１０１を製造した。
【００３７】
次に、各種のピン立設樹脂製基板１０１について、ピン１３１の引っ張り試験をした。即ち、ピン立設樹脂製基板１０１に多数立設されたピン１３１のいずれかを挟んで、ピン１３１の軸線方向に対して３０度の角度で、１５ｍｍ／分の速度で引っ張り、ピン立設樹脂製基板１０１が破壊する強度を求めた。
これらの結果をまとめて表１に示す。なお、ハンダＨＮの量は、３７０本のピン１３１が立設したピン立設樹脂製基板１０１の全体量を示している。また、各強度の値は、各ハンダＨＮの量ごとに、それぞれ５本ずつ引っ張り試験をし、その平均により算出した値である。
【００３８】
【表１】
表１から明らかなように、ピン１３１とピンパッド９ＡＰを接合するハンダＨＮ量が最も少ない場合（０．２２１ｇ／ＰＫＧ）には、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えない状態（図４に示すハンダＨＡの状態を参照）となり、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が、３０．３Ｎ（＝３．０９ｋｇｆ）と低くなる。
一方、ハンダＨＮ量が最も多い場合（０．７５０ｇ／ＰＫＧ）には、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、棒側平面１３１ＢＨ上に、フィレット面と棒側平面とのなす角が５５〜６５度の上側フィレットＦＵが形成された状態となる。このようにハンダＨＮが極端に多い場合も、ハンダＨＮ量が極端に少ない場合（０．２２１ｇ／ＰＫＧ）と同様に、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が、２９．７Ｎ（＝３．０３ｋｇｆ）と低くなる。
【００４０】
これらに対し、ハンダＨＮ量が０．３１４ｇ／ＰＫＧである場合には、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒状部１３１Ａにまでは届かずに、棒側平面１３１ＢＨ上に濡れ拡がった状態となる（図１（ｂ）に示すハンダＨＤの状態を参照）。この場合、上述したハンダＨＮ量が少なかったり多かったりする場合と比べて、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が、４１．９Ｎ（＝４．２８ｋｇｆ）と十分に高くなる。
【００４１】
さらに、ハンダ量ＨＮが増えると（０．４５８ｇ／ＰＫＧ、０．５６１ｇ／ＰＫＧ、０．６５０ｇ／ＰＫＧ）、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、棒側平面１３１ＢＨ上に上側フィレットＦＵが形成された状態となる（図３（ｂ）参照）。フィレット面と棒側平面とのなす角は、ハンダＨＮ量が０．４５８ｇ／ＰＫＧのときは６〜２３度、ハンダＨＮ量が０．５６１ｇ／ＰＫＧのときは２２〜３８度、ハンダＨＮ量が０．６５０ｇ／ＰＫＧのときは４１〜４９度となる。これらの場合も、上述したハンダＨＮ量が少なかったり多かったりする場合と比べて、ピン１３１とピンパッド９ＡＰとの接合強度が、それぞれ５４．６Ｎ（＝５．５７ｋｇｆ）、５０．２Ｎ（＝５．１２ｋｇｆ）、４３．４Ｎ（＝４．４３ｋｇｆ）と十分に高くなる。特に、ハンダＨＮ量が０．４５８ｇ／ＰＫＧまたは０．５６１ｇ／ＰＫＧのとき、即ち、フィレット面と棒側平面とのなす角が６〜３８度の範囲では、接合強度が極めて高くなる。
【００４２】
以上の結果から判断すると、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒状部１３１Ａにまでは届かずに棒側平面１３１ＢＨ上に濡れ拡がったときに、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が高くなる。
また、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、かつ、フィレット面と棒側平面１３１ＢＨとのなす角が５０度以下の比較的小さな上側フィレットＦＳが形成されたときに、ピン１３１とピンパッド９ＡＰの接合強度が高くなる。
【００４３】
さらに、ハンダＨＮがピンパッド９ＡＰから径大部１３１Ｂの棒側平面１３１ＢＨの周縁部１３１ＢＨＳを越えて、棒側平面１３１ＢＨ全面及び棒状部１３１Ａに濡れ拡がり、かつ、フィレット面と棒側平面１３１ＢＨとのなす角が５度以上４０度以下の比較的小さな上側フィレットＦＵが形成されたときには、より一層接合強度が高くなる。
なお、この調査では、上記実施形態２で示したピン１３１を用いた結果を示したが、上記実施形態１に示したピン３１を用いて同様な調査を行ったところ、同様な結果が得られた。
【００４４】
以上において、本発明を各実施形態１，２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、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記各実施形態１，２では、エポキシ樹脂などの樹脂からなる樹脂製多層配線基板（樹脂製基板３）にピン３１，１３１が立設されたピン立設基板（ピン立設樹脂製基板１，１０１）を示したが、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト、低温焼成ガラスセラミックなどからなるセラミック製基板など、他の形態の基板にピン３１，１３１が立設されたものであっても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記実施形態１，２では、１９４合金からなるピン３１，１３１を用いた例を示したが、その他に、例えば、コバールや４２合金からなるピンを用いることもできる。また、上記実施形態１，２では、ピン３１，１３１を６００℃以上で加熱処理したが、ピン材質をコバールや４２合金とした場合にも、６００℃以上、さらに好ましくは確実にピンを軟らかくするため７００℃以上の温度で加熱処理を施すのが良い。また、コバールや４２合金からなるピンの場合には、融点等を考慮して、１２００℃以下の範囲で加熱処理をするのが好ましい。
このようにピンを基板に接合・固着する前に予め加熱処理を施しておくと、実施形態に示したように６００℃以上の高温に耐えられない耐熱性の低い樹脂製の基板において、軟らかくされたピンを用いることができるので特に好ましい。
また、低温焼成ガラスセラミックからなる基板においても、ピンを予め加熱処理で軟らかくしておくと、ピンを比較的低い温度でハンダ付けによって基板に接合しながらも、軟らかくされたピンを用いることができるようになる。アルミナ等、他のセラミックからなる基板においても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るピン立設樹脂製基板を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図２】実施形態１に係るピン立設樹脂製基板の製造方法を示す図であり、（ａ）は樹脂製基板にハンダペーストを塗布した様子を示す説明図であり、（ｂ）はピン立て治具に樹脂製基板を載置した様子を示す説明図であり、（ｃ）はハンダペーストをリフローした様子を示す説明図である。
【図３】実施形態２に係るピン立設樹脂製基板を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は部分拡大断面図である。
【図４】従来技術に係るピン立設樹脂製基板を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１，１０１ ピン立設樹脂製基板（ピン立設基板）
３ 樹脂製基板（基板）
３Ａ （樹脂製基板の）主面
９ＡＰ ピンパッド
３１，１３１ ピン
３１Ａ，１３１Ａ 棒状部
３１Ｂ，１３１Ｂ 径大部
３１ＢＨ，１３１ＢＨ 棒側平面
３１ＢＨＳ，１３１ＢＨＳ （棒側平面の）周縁部
３１ＢＫ，１３１ＢＫ 球面
ＦＵ 上側フィレット（フィレット）
ＨＤ，ＨＮ ハンダ
Claims (4)
- 主面を有する略板形状をなし、上記主面に露出したピンパッドを有する基板と、
棒状部、並びに、
この棒状部より径大でこの棒状部の一方の端部に形成された径大部であって、この棒状部側に面する棒側平面、及び、この棒状部と反対の方向に向かって膨らむ球面を含む径大部、
を有するピンと、
上記ピンパッドと上記ピンのうち少なくとも上記径大部とを接合するハンダと、
を備え、
上記ハンダは、上記ピンパッドから上記径大部の棒側平面の周縁部を越えて、上記棒状部にまでは届かないで上記棒側平面上に濡れ拡がっているピン立設基板。 - 主面を有する略板形状をなし、上記主面に露出したピンパッドを有する基板と、
棒状部、並びに、
この棒状部より径大でこの棒状部の一方の端部に形成された径大部であって、この棒状部側に面する棒側平面、及び、この棒状部と反対の方向に向かって膨らむ球面を含む径大部、
を有するピンと、
上記ピンパッドと上記ピンのうち少なくとも上記径大部とを接合するハンダと、
を備え、
上記ハンダは、上記ピンパッドから上記径大部の棒側平面の周縁部を越えて上記棒側平面全面及び上記棒状部に濡れ拡がり、かつ、フィレット面と上記棒側平面とのなす角が５０度以下であるフィレットが上記棒側平面上に形成されているピン立設基板。 - 請求項２に記載のピン立設基板であって、
前記ハンダは、前記ピンパッドから前記径大部の棒側平面の周縁部を越えて上記棒側平面全面及び前記棒状部に濡れ拡がり、かつ、前記フィレット面と上記棒側平面とのなす角が５度以上４０度以下である前記フィレットが上記棒側平面上に形成されている
ピン立設基板。 - 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のピン立設基板であって、
前記ハンダはＳｂを３ｗｔ％以上含有するハンダである
ピン立設基板。
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