JP3715137B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製のピン（リードピン）を備えた配線基板の製造方法に関し、詳しくは半導体素子等の電子部品の封止に用いられるＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）タイプなどの配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の配線基板（以下、基板ともいう）の製造においてピンを接合するには次のようである。まず、基板のピンの配置に対応する多数のピン挿入孔（ピン挿入孔群）を有するピン立て治具（ピン立て位置決め治具）を用意する。そして、このピン立て治具のピン挿入孔にネイルヘッド形状に形成された４２アロイやコバルトなどの金属製のピンを挿入し、そのピンの頭部（フランジ）と配線基板のピン接合用端子（以下、端子ともいう）との間に銀ロウやハンダなどの接合用金属を介在させるようにして配線基板を載せる。こうしてピンの頭部とピン接合用端子とを当接状に保持し、その下で接合用金属を加熱溶融して同端子にピンを接合するのである。
【０００３】
例えばセラミック製のＰＧＡタイプの配線基板（仕掛り品）においては、図８に示したようなピン立て治具（以下、治具ともいう）１００を用意する。このピン立て治具１００は、カーボン製の平板部１０１を備え、配線基板に対応する多数のピン挿入孔１１３をその主面１０２に垂直に備えている。そして、このピン挿入孔１１３に、多数のピン２１を軸部２２の先端から挿入し、頭部２３にてピン挿入孔１１３に吊り下げ状に係止させる（図９参照）。ただし、例えば頭部の端面２４には適量の銀ロウ３０がリフローされて付着されている。
【０００４】
次に図１０に示したように、配線基板４１の主面４２に形成されたピン接合用端子（ニッケルメッキ層付きのメタライズ層）４３がピン２１の頭部２３に正対するように同基板４１を位置決めし、ピンの頭部２３の上に基板４１を載せる。そして要すれば基板４１の上に図示しない錘を載せて適度に加圧した状態の下で、銀ロウ３０を加熱溶融する。こうすることで図１１に示したように配線基板４１のピン接合用端子４３にピン２１が接合される。なお、通常、ピン２１の頭部２３の外径よりもピン接合用端子４３の外径が大きく形成されている。
【０００５】
また、樹脂（オーガニック）製のＰＧＡタイプの配線基板５１においては図１２、図１３に示したようである。すなわち、セラミック製の配線基板における場合と同様の治具１００を用い、それのピン挿入孔１１３にピン２１を挿入し、配線基板５１の端子５３がピン２１の頭部に正対するように位置決めして載せ（図１２参照）、接合用金属８０を加熱溶融して接合するのである（図１３参照）。ただし、このものにおいては、接合用金属に銀ロウに代えて低融点のハンダ（鉛錫ハンダ）が用いられ、例えば金メッキされたピン接合用端子５３に図１２に示したようにハンダペーストとしてスクリーン印刷されている。なおピン２１は予め金メッキされたものが使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来技術においては治具１００にセットされたピン２１はその頭部２３にて吊り下げ状にあるため、ピン２１の頭部２３とピン立て治具１００とが接触した状態にある。ただし、ピン挿入孔１１３の挿入側の開口端部にはピン２１の挿入を容易とするためテーパ部１１５が形成されているので、ピン２１の頭部２３の外周面２５と下面２６との稜線部がこのテーパ部１１５に当接する形で接触している。したがって、このような状態の下で銀ロウ３０やハンダ８０を溶融する上記従来の技術においては、接合用金属の溶融時にその溶融金属がピン挿入孔１１３の開口端部の周面（テーパ部１１５）にてピン２１の頭部２３の外周面２５から下面２６に濡れ広がり、ピン立て治具１００にくっついしてまう。このため、基板４１、５１を治具１００から分離する場合には固化した接合用金属の一部が治具１００に付着してしまうことから、接合用金属に良好なフィレットが形成されず、接合強度の低下や外観不良を招き、歩留まりを低下させるといった問題があった。
【０００７】
特に接合用金属にハンダを用いる樹脂製の配線基板では接合強度確保の観点から、セラミック製の基板における銀ロウと異なり、多量のハンダが用いられるため、図１３（拡大図）に示したようにハンダ８０がピン挿入孔１１３の開口端部のテーパ部１１５に形取られたフィレット形状となって頭部２３をくるむ形で接合される。したがって、溶融ハンダがピン挿入孔１１３のテーパ部１１５に濡れ広がる量も多く、銀ロウの場合に比べてピン立て治具にくっつき易いなどより前記した問題も大きい。しかもこの場合には金メッキ後のピンを接合しているため、ハンダ溶融時にその成分中の錫と金とが化合してなる金錫合金がピンの表面に形成されるため、外観不良を招き易いといった問題もあった。
【０００８】
本発明はこうした問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配線基板へのピンの接合時に加熱溶融された接合用金属がピン立て治具に濡れてくっつくことを防止して良好なフィレットが形成されるようにし、もって接合強度の低下や外観不良の発生を防止することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために請求項１に記載の本発明の配線基板の製造方法は、配線基板のピン接合用端子の配置に対応する複数のピン挿入孔を有するピン立て治具の該ピン挿入孔にピンを挿入し、該ピンの頭部と配線基板のピン接合用端子との間に接合用金属を介在させて該ピンの頭部に配線基板を載せ、その状態の下で接合用金属を加熱溶融することで配線基板のピン接合用端子にピンを接合することによって配線基板を製造する方法において、
前記ピン立て治具のピン挿入孔を貫通孔とすると共にそのピン挿入孔にピンを挿入し、その後、そのピン挿入孔にピンが挿入されている前記ピン立て治具を、上面が平らな台の上に載せることで該ピンの先端を軸方向に加圧して、前記接合用金属を加熱溶融する際に前記ピンの頭部を前記ピン立て治具から離しておくことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、ピン接合時すなわち接合用金属を加熱溶融する際にピンの頭部をピン立て治具から離してあるから、溶融金属はピンの頭部の周面などに濡れても従来のように治具のピン挿入孔の開口端部の周縁に殆ど付着することがなく、ピンの頭部の上面と周面、さらには下面に具合良く濡れる。このように溶融金属がピン立て治具にくっついたりすることがないか、そのくっつきが有効に防止できるから、接合用金属を適量に設定しておくことで良好なフィレットが形成されるため、接合強度の低下や外観不良の発生が防止される。なお、ピンの頭部をピン立て治具から離す距離は、接合用金属の量やピン挿入孔の開口端部の形状になどに応じて適宜に設定すればよい。
【００１１】
また請求項２に記載の本発明は、配線基板のピン接合用端子の配置に対応する複数のピン挿入孔を有するピン立て治具の該ピン挿入孔にピンを挿入し、該ピンの頭部と配線基板のピン接合用端子との間に接合用金属を介在させて該ピンの頭部に配線基板を載せ、その状態の下で接合用金属を加熱溶融することで配線基板のピン接合用端子にピンを接合することによって配線基板を製造する方法において、
前記ピン立て治具のピン挿入孔を貫通孔とすると共にそのピン挿入孔にピンを挿入して頭部で吊り下げ状とし、その後、該ピンの先端を軸方向に加圧して、前記接合用金属を加熱溶融する際に前記ピンの頭部を前記ピン立て治具から離しておくことを特徴とする配線基板の製造方法である。そして請求項２の場合においても、ピン挿入孔にピンが挿入されているピン立て治具を、上面が平らな台（ベース）の上に載せることで該ピンの先端を軸方向に加圧して該ピンの頭部を前記ピン立て治具から離すようにするのが、作業が容易でもあり好ましい。また、ピン立て治具のピン挿入孔群の存在領域を一定厚さの平板部とし、かつ該平板部の厚さを前記ピンの首下長さ（軸部の長さ）より小さくしておくとよい。
【００１２】
さらに、ピン立て治具のピン挿入孔の挿入側の開口端部の周縁を外広がり状に形成しておくのが好ましい。このようにしておくと、ピンの挿入が容易で有ることに加えて、ピンの頭部を治具から離すことに積極的に寄与するためである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。ただし、本形態ではセラミック製の配線基板４１にピン２１を銀ロウ付けする場合で説明する。まず、本形態に使用する治具１００について図１を参照して説明する。この治具１００は、カーボン製で一定厚さの平板状をなし、主面１０２には配線基板のピンの設計上の配置に対応して多数のピン挿入孔（円形ピン挿入孔）１１３を備えている。ただし、ピン挿入孔１１３は主面１０２に垂直で厚さ方向に貫通してあけられている。またピン挿入孔１１３の径（内径）は、ピン２１の軸部２２の外径よりやや大径とされている。そして、ピン挿入孔１１３の上の開口端部の周縁には座ぐり状のテーパ部１１５が設けられている。これより明らかなように、治具１００の形態は従来におけるものと本質的な相違はないが、本形態ではその平板部１０１の板厚Тが挿入するピン２１の首下寸法（軸部の長さ）Ｌよりも小さくされている。
【００１４】
次に図２に示したように、このような治具１００の多数のピン挿入孔１１３に、例えば４２アロイからなり頭部２３の端面２４に銀ロウ３０が適量付着されたピン２１を挿入する。この挿入は例えば治具１００の主面１０２の上に多数のピンをランダムに配置してブラシで均一化するように左右に移動しながら、治具１００の裏面側から真空引きすることでピン２１の軸部２２をピン挿入孔１１３に真空引する手法などで実施される。こうして挿入されたピン２１は図２に示したように、その頭部２３で吊り下げ状となり、先端（下端）２２ａが治具１００の下面１０５から適量突出する。次に図３に示したように、このようにピン２１が挿入された治具１００を、上面が平ら（平坦）でピン立て治具１００のピン挿入孔１１３群の存在領域Ｒより大きいカーボン製の台（ベース）１２０の上面に載せる。
【００１５】
こうすることで、ピン２１はその先端２２ａが台１２０の上面１２１に当接して軸方向（図３上方向）に加圧され、頭部２３はピン挿入孔１１３の開口端部のテーパ部１１５から持ち上がる。本形態では頭部２３が治具１００の上面１０２より上方に位置するように設定されている。なお、本形態でピン２１の頭部２３が持上る量は、治具１００の下面１０５から突出しているピン２１の軸部２２の長さ分となるが、これが大きすぎるとピン２１の傾斜が大きくなるため、このような大きな傾斜を招かない程度で、銀ロウ３０が治具１００に付着しない程度の適度の突出長さとなるように治具１００の厚さТを設定すると良い。
【００１６】
次に図４に示したように、セラミック製の配線基板（仕掛り品）４１を、その端子４３が形成された主面４２を治具１００にセットされたピン２１の頭部２３に正対するように、図示しない位置決め手段にて位置決めして載置する。そして、要すれば適宜の大きさの面圧が各ピン２１に加わるように基板４１の上に錘を載せる。なお配線基板４１のピン接合用端子４３はタングステンやモリブデン等の高融点金属からなっているため、ニッケルメッキ層が形成されている。
【００１７】
このような治具１００にピン２１がセットされて基板４１が載せられたものをリフロー炉中を通すなどして銀ロウ３０を溶融し、ピン２１を接合する。図５はその接合状態を示したものである。すなわち本形態では、ピン２１の頭部２３が治具１００の上面と離れているため、銀ロウ３０は頭部２３の周面及び下面に濡れても治具１００に付着することなく、所望とするフィレット形状になって固化する。このように、ピン接合過程における銀ロウ３０の加熱溶融時に、溶融した銀ロウ３０が治具１００についたりすることがないから、配線基板４１を治具１００から分離する際でも、銀ロウ３０が治具１００に付着してピン２１が破損したり接合強度が低下するといった問題を生じさせない。
【００１８】
なお、こうしてピン２１が銀ロウ付けされた配線基板４１はその後、ピン２１の表面などにニッケルメッキ層が形成され、さらに金メッキ層が形成されてＰＧＡタイプの配線基板（完成品）となる。なお、本形態では銀ロウをピンの頭部に予め付着しておくことで端子との間に介在させたが、端子に付着しておいてももちろんよい。
【００１９】
本発明に用いる治具１００は、一つの配線基板分のピン挿入孔１１３群を備えたものとしてもよいし、量産に適するように複数の配線基板分の複数のピン挿入孔群を備えたものとしてもよい。また、前記形態では治具１００及び台１２０を４２アロイなどのピン素材より低硬度のカーボン製としたため、ピンに傷がつくのを防止するのに効果的である。ただし、本発明に用いるこれらの材質については、耐熱性や耐摩耗性さらには熱膨張係数の点などで接合用金属の溶融時に配線基板やピンに悪影響を与えない素材であればよく、したがって例えばセラミックで形成することも可能である。
【００２０】
上記形態では治具１００をピン２１の首下長さＬより小さい厚さの平板状のものとしとたため、平坦な台１２０の上に載せることのみで、ピン２１の頭部２３を治具１００から容易に離間できる。また上記形態では治具全体が一定厚さで平板状となすものとしたが、ピン立て治具のピン挿入孔群の存在領域を一定厚さの平板部１０１とし、かつ該平板部１０１の厚さを前記ピンの首下長さより小さくしてあれば、上記の形態と同様に上面が平らな台１２０の上に載せることで頭部２３を治具１００から離すことができる。
【００２１】
なお本発明では治具１００の厚さを、ピン２１の首下長さより大きいものとしておいてもよい。この場合には、貫通するピン挿入孔にピンを挿入する一方で、ピン挿入後にピンの先端を所定量持ち上げることのできる押出し用ピンなどを台の上面にピン挿入孔と同じ配置で立設しておいても同様にピンの頭部を治具から離すことができる。すなわち、図示はしないが、上面が平坦な台に必要長さの別のピンを立設しておき、リードピンが挿入された治具のピン挿入孔の下側の開口端部に押出し用ピンを挿入するようにしてピンの先端を押して持ち上げるのである。
【００２２】
さらに、本発明に用いる治具のピン挿入孔は、閉塞孔でなく貫通孔とされているため、上記もしたように真空法にてピンを挿入することができる。
【００２３】
さて次に図６及び図７に基づいて樹脂製基板にピンを接合する場合について説明する。ただし、前記したセラミック製の配線基板における場合と使用する治具を含め本質的相違はないことから、同一部位には同一の符号を付し、相違点を中心に説明する。
【００２４】
すなわち、樹脂製のＰＧＡタイプの配線基板５１においては、接合用金属として鉛錫共晶ハンダ８０が用いられ、これはハンダペーストとして例えば基板５１の金メッキされたピン接合用端子５３にスクリーン印刷され、またピン２１は予め金メッキされたものが使用される。しかして、前記の形態と同様にピン２１を治具１００のピン挿入孔１１３に挿入し、その状態の治具１００を上面１２１が平らな台１２０の上におく（図６参照）。次に図７に示したように樹脂製の配線基板５１を位置決めして治具１００の上のピン２１の頭部２３の上にピン接合用端子５３が正対するように置き、その状態の下でハンダ８０を加熱溶融することで、端子５３にピン２１が接合される。
【００２５】
そしてこのようなピン２１の接合時においてもセラミック基板における場合と同様の効果がある。ただし樹脂製の配線基板５１では前記したようにハンダ８０を用いるために、銀ロウよりその量が多く使用されるし、金メッキ後のピン２１が接合される。したがって、セラミック基板におけるピンの接合時よりも、その効果が大きい。すなわち、従来は溶融ハンダの量が多いためにピン立て治具にくっつき易かったが、本発明においてはハンダの量が多くても溶融時にピンの頭部がピン立て治具から離れているために、治具に濡れてくっつくことを確実に回避できるためである。
【００２６】
本発明においてピンの頭部は、銀ロウやハンダなどの接合用金属の加熱溶融時にピン立て治具から離れていればよく、その固化後においてはピンの頭部や接合用金属がピン立て治具に接してもよい。なお、ピン立て治具のピン挿入孔の挿入側の開口端部には、本形態のように外広がりのテーパ部を形成しておくとよい。特に接合用金属にハンダを用いる場合のようにピンの頭部の下面まで同頭部をくるむ形のフィレット形状が要求される場合には、ピンの挿入が容易で有ることに加えて、ピンの頭部を治具から効率良く離すことができるためである。さらに、外広がり状の形態、大きさによっては、ピン立て治具が平板状でその厚さがピンの全長以下であれば、上記したのと同様に、ピン挿入孔にピンが挿入されているピン立て治具を、上面が平らな台（ベース）の上に載せることで該ピンの先端を軸方向に加圧して該ピンの頭部を前記ピン立て治具から離すことができる。
【００２７】
なお前記形態では、セラミック製又は樹脂製の配線基板において本発明を具体化した場合で説明したが、いずれの材質の配線基板においても適用できる。また、いわゆるＰＧＡタイプの配線基板で説明したが、本発明はこれとは異なる種類の基板であってもピンを接合用金属を加熱溶融して接合するものにおいて広く適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の配線基板の製造方法によればピン接合時、すなわち接合用金属を加熱溶融する際にピンの頭部がピン立て治具から離れている。したがって、接合用の溶融金属は、従来のように治具のピン挿入孔の開口端部の周縁及びその近傍に濡れて付着することがなく、ピンの頭部の周面さらには下面に具合良く濡れ広がる。かくして、接合用金属を適量介在させておくことで良好なフィレットが形成され、ピンの接合強度の低下や外観不良の発生が防止される。とりわけ、接合用金属として多めに使用されるハンダを用いる樹脂製の配線基板のピンの接合においては大きな効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に用いるピン立て治具の概略構成断面図。
【図２】 図１のピン立て治具のピン挿入孔にピンを挿入した状態の概略構成断面図。
【図３】 ピン挿入孔にピンが挿入されているピン立て治具を上面が平らな台の上に載せてピンの頭部をピン立て治具から離した状態の概略構成断面図。
【図４】 図３においてセラミック製の配線基板を載せた状態の概略構成断面図。
【図５】 図４において加熱溶融して配線基板にピンを接合した状態の概略構成断面図。
【図６】 ピン挿入孔にピンが挿入されているピン立て治具を上面が平らな台の上に載せてピンの頭部をピン立て治具から離した状態の概略構成断面図。
【図７】 図６において樹脂製の配線基板を載せた状態の概略構成断面図。
【図８】 従来のピン立て治具の概略構成断面図。
【図９】 図８のピン立て治具のピン挿入孔にピンを挿入した状態の概略構成断面図。
【図１０】 図９においてセラミック製の配線基板を載せた状態の概略構成断面図。
【図１１】 図１０において加熱溶融して配線基板にピンを接合した状態の概略構成断面図及びその部分拡大図。
【図１２】 ピン立て治具のピン挿入孔にピンを挿入し、樹脂製の配線基板を載せた状態の概略構成断面図。
【図１３】 図１２において加熱溶融して配線基板にピンを接合した状態の概略構成断面図及びその部分拡大図。
【符号の説明】
２１ ピン
２２ ピンの軸部
２２ａ ピンの先端
３０ 銀ロウ（接合用金属）
４１、５１ 配線基板
４３、５３ ピン接合用端子
８０ ハンダ（接合用金属）
１００ ピン立て治具
１０１ ピン立て治具の平板部
１１３ ピン挿入孔
１１５ ピン挿入孔の挿入側の開口端部のテーパ部
１２０ 上面が平らな台
Т ピン立て治具の平板部の厚さ
Ｌ ピンの首下長さ

Claims (5)

1. 配線基板のピン接合用端子の配置に対応する複数のピン挿入孔を有するピン立て治具の該ピン挿入孔にピンを挿入し、該ピンの頭部と配線基板のピン接合用端子との間に接合用金属を介在させて該ピンの頭部に配線基板を載せ、その状態の下で接合用金属を加熱溶融することで配線基板のピン接合用端子にピンを接合することによって配線基板を製造する方法において、
   前記ピン立て治具のピン挿入孔を貫通孔とすると共にそのピン挿入孔にピンを挿入し、その後、そのピン挿入孔にピンが挿入されている前記ピン立て治具を、上面が平らな台の上に載せることで該ピンの先端を軸方向に加圧して、前記接合用金属を加熱溶融する際に前記ピンの頭部を前記ピン立て治具から離しておくことを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 配線基板のピン接合用端子の配置に対応する複数のピン挿入孔を有するピン立て治具の該ピン挿入孔にピンを挿入し、該ピンの頭部と配線基板のピン接合用端子との間に接合用金属を介在させて該ピンの頭部に配線基板を載せ、その状態の下で接合用金属を加熱溶融することで配線基板のピン接合用端子にピンを接合することによって配線基板を製造する方法において、
   前記ピン立て治具のピン挿入孔を貫通孔とすると共にそのピン挿入孔にピンを挿入して頭部で吊り下げ状とし、その後、該ピンの先端を軸方向に加圧して、前記接合用金属を加熱溶融する際に前記ピンの頭部を前記ピン立て治具から離しておくことを特徴とする配線基板の製造方法。
3. ピン挿入孔にピンが挿入されているピン立て治具を、上面が平らな台の上に載せることで該ピンの先端を軸方向に加圧して該ピンの頭部を前記ピン立て治具から離すことを特徴とする請求項２記載の配線基板の製造方法。
4. ピン立て治具のピン挿入孔群の存在領域を一定厚さの平板部とし、かつ該平板部の厚さを前記ピンの首下長さより小さくしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の配線基板の製造方法。
5. ピン立て治具のピン挿入孔の挿入側の開口端部の周縁を外広がり状に形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の配線基板の製造方法。

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