JP3757941B2 - ピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造に関し、特に半導体を搭載するためのＩＣパッケージ、マルチチップモジュール及び電子部品搭載用の多層プリント基板の製造時において、前記基板にピンを接合するために使用されるピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロプロセッサユニット（Microprocessor Unit：以下、ＭＰＵという）の高周波駆動化が急速に進み、そのパッケージ構造はワイヤーボンディングタイプのピングリッドアレイ（Pin Grid Array：以下、ＰＧＡという）からボールグリッドアレイ（Ball Grid Array：以下、ＢＧＡという）に移行し、また、パッケージ材質も高周波化に有利な低誘電率樹脂材料とＣｕめっき配線に移行しつつあり、今後ＩＣパッケージは、樹脂材料／Ｃｕ配線を使用したＢＧＡに急速に移行することが予想される。このような状況により、近年、プリント基板をコア基板とし、層間絶縁材として樹脂材料を使用し、配線にはＣｕめっきを使用しているビルドアップ基板が注目されている。前記ビルドアップ基板は、ＭＰＵ搭載用のＩＣパッケージ、マルチチップモジュール（Multi Chip Module：以下、ＭＣＭという）及び電子部品搭載用の高密度実装基板として注目されており、プリント基板メーカー、ＩＣパッケージメーカー及び半導体メーカー等で、精力的に開発が進められている。
【０００３】
これらビルドアップ法により製造された多層回路基板を使用したＩＣパッケージは（特にＭＰＵパッケージ及びチップセット）は、ＢＧＡによりマザーボードに実装されているが、近年、実装の簡便さ及び部品交換の容易さ等の理由から、従来のピンを使用したＰＧＡへの要求が急速に高まりつつある。
【０００４】
図９は、従来のビルドアップ多層基板等のプリント基板にピンを取り付ける方法を示す断面図である。従来のピン取付方法は、先ず、プリント基板１１に設けられたピン接続パッド１２の表面に、はんだペースト１３を塗布する。次に、ピン取付治具２１に設けられたピン挿入孔２１ｂにピン１７の軸部を挿入する。その後、ピン取付治具２１のくぼみ２１ｃにプリント基板１１をセットして、プリント基板１１及びピン取付治具２１の上下を逆にする。そのままの状態でそれらを加熱してはんだペースト１３を溶融させることにより、はんだペースト１３を介してピン接続パッド１２とピン１７とを接合する（例えば、特許文献１参照）。この方法においては、プリント基板１１とピン指示面２１ａとの間に隙間があるため、はんだペースト１３がピン取付治具２１に固着しない。
【０００５】
また、上述のピン取付方法以外にも、ピン挿入孔の直径をピン係合部より小さくし、更にピン挿入孔の径を奥になるに従い小さくしたピン取付治具、又は係合部を挟んで先端部と基端部とで径が異なるピンを使用することにより、ピンの上下方向の向きを揃えやすくするピン取付方法も提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３０７２３８号公報 （第２−４頁、第２図）
【特許文献２】
特開２０００−２６９４００号公報 （第２−６頁、第１−５図）
【特許文献３】
特開２０００−３２３６０６号公報 （第３−６頁、第１−７図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層ビルドアップ基板等のプリント基板の表面は凹凸又は反りが大きいため、従来のピン取付方法では、ピンが傾き、その位置精度が低下してしまうという問題がある。特許文献２及び３の取付方法においても、ピンの上下方向を揃える効果はあるが、取付後のピンの傾きについては考慮されていない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、プリント基板へのピン取付工程におけるピンの傾きを防止し、ピンの取付位置精度に優れるピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造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】
本願第１発明に係るピン取付治具は、軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付治具において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成され前記ピンの軸部が挿入される複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部とを有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は、前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱下では前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ピン保持部は、加熱及び冷却される過程で、前記ピン保持部に軸部が挿入されている複数個のピンを同一の高さに保持することが好ましい。
【００１３】
本願第２発明に係るピン取付方法は、軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付方法において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成された複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部と、を有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱条件下においては前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けるピン取付治具を使用し、前記ピンの支持部にはんだボールを搭載する工程と、前記ピンの軸部を前記ピン保持部に挿入する工程と、加熱条件下において前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態でピンの支持部と基板上に形成されたパッドとをはんだボールを介して接合する工程と、前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で冷却する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本願第３発明に係るピン取付方法は、軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付方法において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成された複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部と、を有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱条件下においては前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けるピン取付治具を使用し、前記ピンの軸部を前記ピン保持部に挿入する工程と、前記ピンの支持部と前記基板上に形成されたパッドとの間にはんだボールを配置して加熱条件下において前記基板を前記ピンに相対的に押し付けることにより前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で前記ピンの支持部と前記基板上のパッドとをはんだボールを介して接合する工程と、前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で冷却する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本願第６発明に係る半導体装置の実装構造は、基板と、前記基板の下面に設けられた複数個のパッドと、前記ピン取付方法により前記パッドにはんだボールを介して取り付けられた複数個のピンと、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、基板上に形成されたパッドとピンの支持部とをはんだボールを介して接合することにより、基板表面の凹凸及び反りによるピンの傾きを防止し、ピンの位置精度を向上させることができる。更に、ピン取付治具に、ピン取付治具本体の材料より熱膨張係数が大きく、且つヤング率が小さい材料により構成される筒状のピン保持部を設け、前記ピン保持部によりピンを保持した状態で、前記ピンと基板とを接合することにより、基板上に接合されたピンの高さを揃えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るピン取付治具について、添付の図面を参照して具体的に説明する。以下の実施形態においては、一例として、プリント基板を使用する場合について説明する。前記プリント基板にはビルドアップ基板等の多層回路基板も含む。但し、本発明はこれらプリント基板に限定するものではなく、セラミックス基板等にも使用することができる。
【００１９】
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係るピン取付治具を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線による断面図である。また、図１（ｃ）は本実施形態において使用されるピンの断面図である。本実施形態においては、図１（ｃ）に示すように、軸部４の頭部にはんだボール３を支持する支持部８を有する構造のピンを使用する。また、プリント基板１にはピンを接合するための複数個のパッド２が形成されている。図１（ａ）において、配線等の基板に形成されているパッド以外の構成要素は省略されている。以下の図においても同様である。本実施形態のピン取付治具においては、図１（ａ）に示すように、板状のピン取付治具本体５に、複数個のピン挿入孔７が相互に平行になるように形成されている。ピン挿入孔７の直径は、ピンの軸部４の直径より大きく、支持部８の直径より小さい。また、ピン挿入孔７内にはピンの軸部４を挿入するための筒状のピン保持部６が嵌合されている。このピン保持部６は、ピン取付治具本体５より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料で構成されている。更に、ピン保持部６の内径は、常温ではピンの軸部４の直径より大きいため、ピンの軸部４はピン保持部６に案内されてその長手方向に移動する。一方、加熱条件下では、ピン保持部６が膨張し、ピンの軸部４を締め付ける。それにより、ピン保持部６は、加熱及び冷却される過程で、軸部４が挿入されている複数個のピンを同一の高さに保持する。
【００２０】
ピン取付治具本体５の材料としては、例えば、アルミニウム等の金属を使用することができる。また、ピン保持部６の材料としては、例えば、ポリイミド等の樹脂を使用することができる。また、ピン保持部６の内径は、常温においてピンの軸部４の直径より大きくなるように形成されている。そのため、常温下においては、ピンの軸部４とピン保持部６との間に隙間が生じ、容易にピン４を挿入したり、抜いたりすることができる。一方、常温以上の温度条件下においては、ピン保持部６が膨張し、ピン保持部６の内径がピンの軸部４の直径より小さくなるため、ピン保持部６によりピンの軸部４が保持される。
【００２１】
次に、上述の如く構成された前記第１実施形態のピン取付治具を使用したピン取付方法について説明する。図２乃至６は本発明の第１実施形態のピン取付治具を使用したピン取付方法をその工程順に示した断面図である。本実施形態のピン取付方法においては、先ず、図２に示すように、ピンの支持部８にはんだボール３を搭載する。ピンの支持部８へのはんだボール３の搭載は、例えば、治具等にピンの支持部８が均等に並ぶように配置した後、支持部８上にはんだボール３を設置して加熱する方法等により行うことができる。次に、図３に示すように、ピン保持部６にピンの軸部４を挿入する。その後、図４に示すように、プリント基板１の上下を逆にして、ピンの支持部８に搭載されたはんだボール３と、プリント基板１に形成されたパッド２の位置を合わせ、ピン取付治具にセットする。プリント基板１をセットした状態で、前記ピン取付治具をリフロー炉にて窒素雰囲気下で加熱し、図５に示すように、はんだボール３を介してパッド２とピンの支持部８とを接合する。その際、各ピンの軸部４は、ピン保持部６により保持されている。その後、それらを常温まで冷却する。前記冷却過程においても、前記ピンはピン保持部６により保持されているため、接合時の高さを維持している。最後に、図６に示すように、ピン取付治具を取り外し、フラックス洗浄を行ってピンの取付工程を完了する。
【００２２】
本実施形態においては、ピンの支持部８に搭載されたはんだボール３を介してプリント基板上のパッド２とピンの支持部８とを接合するため、図６に示すように、プリント基板１の表面の凹凸及び反りがはんだボール３により吸収され、ピンが傾くのを防止することができる。更に、本実施形態のピン取付治具においては、常温より高い温度条件下においては、ピン保持部６が熱膨張してピンの軸部４を保持するため、加熱後の冷却過程においても、ピンは加熱時（接合時）の状態のまま保持される。そのため、冷却過程におけるはんだボール３の収縮によりピンが移動し、基板に接合されたピンの高さが不揃いになることを防止することができる。よって、本実施形態の取付方法によりプリント基板１に取り付けられたピンは、傾きがなく、且つ高さが揃い、位置精度に優れている。
【００２３】
本実施形態によりピンが取り付けられたプリント基板は、半導体チップが搭載され、その後必要に応じてモールド等の処理が施されて、ＩＣパッケージ又はマルチチップモジュール等の半導体装置の実装構造になる。前記半導体装置の実装構造は、前記プリント基板に取り付けられたピンによりマザーボード等に実装される。本実施形態の半導体装置の実装構造は、ピンの位置精度に優れているため、生産時の歩留及び製品の信頼性を向上することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態に係るピン取付方法について説明する。図７は本発明の第２実施形態のピン取付治具によりピンが基板に接合される状態を示す断面図であり、図８はその冷却過程における状態を示す断面図である。本実施形態のピン取付治具においては、図７に示すように、板状のピン取付治具本体５に、直径がピンの軸部４の直径より大きく、支持部８の直径より小さい複数個のピン挿入孔７が、相互に平行になるように形成されている。ピンの軸部４はピン挿入孔７に案内されてその長手方向に移動する。また、本実施形態のピン取付治具には、ピン保持部は設けられていない。
【００２５】
本実施形態のピン取付方法においては、前記第１実施形態と同様に、ピンを接合するための複数個のパッド２が設けられているプリント基板１を使用し、先ず、ピンの支持部８にはんだボール３を搭載する。次に、ピンの軸部４をピン取付治具本体５に形成されたピン挿入孔７に挿入し、プリント基板１の上下を逆にして、はんだボール３と、プリント基板１に形成されたパッド２の位置を合わせて、ピン取付治具にセットする。プリント基板１をセットした状態で、前記ピン取付治具をリフロー炉において窒素雰囲気下で加熱することにより、はんだボール３を介してパッド２とピンの支持部８とを接合する。それらを常温まで冷却した後、ピン取付治具を取り外し、フラックス洗浄を行ってピンの取付工程を完了する。
【００２６】
本実施形態においては、前記第１実施形態と同様に、ピンに搭載されたはんだボール３によりプリント基板１上のパッド２とピンの支持部８とを接合しているため、プリント基板１の表面の凹凸及び反りがはんだボール３により吸収され、ピンが傾くのを防止することができる。但し、本実施形態の取付方法においては、図８に示すように、冷却過程におけるはんだボール３の収縮により、パッド２とピンの支持部８との間隔が大きい箇所において、ピンが上方に移動する。そのため、本実施形態により取り付けられたピンは、傾きはなく、位置精度には優れているが、ピンの高さが不揃いになることがある。
【００２７】
また、前記第１及び第２実施形態においては、ピンの支持部８にはんだボール３を搭載した後、ピン取付治具のピン挿入孔７又はピン保持部６にピンの軸部４を挿入するものであるが、ピン挿入孔７又はピン保持部６にピンの軸部４を挿入した後、ピンの支持部８とプリント基板上に形成されたパッド２との間にはんだボール３を配置し、加熱条件下で基板をピンに相対的に押し付けることにより、ピンの支持部８とパッド２とを接合することもできる。前記方法においても、前記第１及び第２実施形態と同様に、基板上に高い位置精度でピンを接合することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、はんだボールにより基板上に形成されたパッドとピンの支持部とを接合することにより、プリント基板表面の凹凸及び反りを吸収することができ、ピンの位置精度を向上させることができると共に、ピン取付治具に形成されたピン挿入孔内に、前記ピン取付治具本体の材料より熱膨張係数が大きく、且つヤング率が小さい材料により構成される筒状のピン保持部を設け、前記ピン保持部によりピンの軸部を保持した状態で、ピンの支持部と基板上に形成されたパッドとを接合するため、接合後のピンの高さを揃えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態を示す断面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ線による断面図であり、（ｃ）はピンの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態のピン及び基板を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態のピン取付治具にピンがセットされた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態のピン取付治具に基板及びピンがセットされた状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態のピン取付治具によりピンが基板に接合される状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によりピンが接合された基板を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態のピン取付治具によりピンが基板に接合される状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態のピン取付治具における冷却過程の状態を示す断面図である。
【図９】従来のピン接合方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１；プリント基板
２、１２；パッド
３；はんだボール
４；軸部
５、２１；ピン取付治具本体
６；ピン保持部
７、２１ｂ；ピン挿入孔
８；支持部
１３；はんだペースト
１４；はんだレジスト
１７；ピン
２１ａ；ピン支持面
２１ｃ；くぼみ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造に関し、特に半導体を搭載するためのＩＣパッケージ、マルチチップモジュール及び電子部品搭載用の多層プリント基板の製造時において、前記基板にピンを接合するために使用されるピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロプロセッサユニット（Microprocessor Unit：以下、ＭＰＵという）の高周波駆動化が急速に進み、そのパッケージ構造はワイヤーボンディングタイプのピングリッドアレイ（Pin Grid Array：以下、ＰＧＡという）からボールグリッドアレイ（Ball Grid Array：以下、ＢＧＡという）に移行し、また、パッケージ材質も高周波化に有利な低誘電率樹脂材料とＣｕめっき配線に移行しつつあり、今後ＩＣパッケージは、樹脂材料／Ｃｕ配線を使用したＢＧＡに急速に移行することが予想される。このような状況により、近年、プリント基板をコア基板とし、層間絶縁材として樹脂材料を使用し、配線にはＣｕめっきを使用しているビルドアップ基板が注目されている。前記ビルドアップ基板は、ＭＰＵ搭載用のＩＣパッケージ、マルチチップモジュール（Multi Chip Module：以下、ＭＣＭという）及び電子部品搭載用の高密度実装基板として注目されており、プリント基板メーカー、ＩＣパッケージメーカー及び半導体メーカー等で、精力的に開発が進められている。
【０００３】
これらビルドアップ法により製造された多層回路基板を使用したＩＣパッケージは（特にＭＰＵパッケージ及びチップセット）は、ＢＧＡによりマザーボードに実装されているが、近年、実装の簡便さ及び部品交換の容易さ等の理由から、従来のピンを使用したＰＧＡへの要求が急速に高まりつつある。
【０００４】
図９は、従来のビルドアップ多層基板等のプリント基板にピンを取り付ける方法を示す断面図である。従来のピン取付方法は、先ず、プリント基板１１に設けられたピン接続パッド１２の表面に、はんだペースト１３を塗布する。次に、ピン取付治具２１に設けられたピン挿入孔２１ｂにピン１７の軸部を挿入する。その後、ピン取付治具２１のくぼみ２１ｃにプリント基板１１をセットして、プリント基板１１及びピン取付治具２１の上下を逆にする。そのままの状態でそれらを加熱してはんだペースト１３を溶融させることにより、はんだペースト１３を介してピン接続パッド１２とピン１７とを接合する（例えば、特許文献１参照）。この方法においては、プリント基板１１とピン指示面２１ａとの間に隙間があるため、はんだペースト１３がピン取付治具２１に固着しない。
【０００５】
また、上述のピン取付方法以外にも、ピン挿入孔の直径をピン係合部より小さくし、更にピン挿入孔の径を奥になるに従い小さくしたピン取付治具、又は係合部を挟んで先端部と基端部とで径が異なるピンを使用することにより、ピンの上下方向の向きを揃えやすくするピン取付方法も提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３０７２３８号公報 （第２−４頁、第２図）
【特許文献２】
特開２０００−２６９４００号公報 （第２−６頁、第１−５図）
【特許文献３】
特開２０００−３２３６０６号公報 （第３−６頁、第１−７図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多層ビルドアップ基板等のプリント基板の表面は凹凸又は反りが大きいため、従来のピン取付方法では、ピンが傾き、その位置精度が低下してしまうという問題がある。特許文献２及び３の取付方法においても、ピンの上下方向を揃える効果はあるが、取付後のピンの傾きについては考慮されていない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、プリント基板へのピン取付工程におけるピンの傾きを防止し、ピンの取付位置精度に優れるピン取付治具、ピン取付方法及び半導体装置の実装構造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】
本願第１発明に係るピン取付治具は、軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付治具において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成され前記ピンの軸部が挿入される複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部とを有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は、前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱下では前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ピン保持部は、加熱及び冷却される過程で、前記ピン保持部に軸部が挿入されている複数個のピンを同一の高さに保持することが好ましい。
【００１３】
本願第２発明に係るピン取付方法は、軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付方法において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成された複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部と、を有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱条件下においては前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けるピン取付治具を使用し、前記ピンの支持部にはんだボールを搭載する工程と、前記ピンの軸部を前記ピン保持部に挿入する工程と、加熱条件下において前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態でピンの支持部と基板上に形成されたパッドとをはんだボールを介して接合する工程と、前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で冷却する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本願第３発明に係るピン取付方法は、軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付方法において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成された複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部と、を有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱条件下においては前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けるピン取付治具を使用し、前記ピンの軸部を前記ピン保持部に挿入する工程と、前記ピンの支持部と前記基板上に形成されたパッドとの間にはんだボールを配置して加熱条件下において前記基板を前記ピンに相対的に押し付けることにより前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で前記ピンの支持部と前記基板上のパッドとをはんだボールを介して接合する工程と、前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で冷却する工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本願第６発明に係る半導体装置の実装構造は、基板と、前記基板の下面に設けられた複数個のパッドと、前記ピン取付方法により前記パッドにはんだボールを介して取り付けられた複数個のピンと、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、基板上に形成されたパッドとピンの支持部とをはんだボールを介して接合することにより、基板表面の凹凸及び反りによるピンの傾きを防止し、ピンの位置精度を向上させることができる。更に、ピン取付治具に、ピン取付治具本体の材料より熱膨張係数が大きく、且つヤング率が小さい材料により構成される筒状のピン保持部を設け、前記ピン保持部によりピンを保持した状態で、前記ピンと基板とを接合することにより、基板上に接合されたピンの高さを揃えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るピン取付治具について、添付の図面を参照して具体的に説明する。以下の実施形態においては、一例として、プリント基板を使用する場合について説明する。前記プリント基板にはビルドアップ基板等の多層回路基板も含む。但し、本発明はこれらプリント基板に限定するものではなく、セラミックス基板等にも使用することができる。
【００１９】
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係るピン取付治具を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線による断面図である。また、図１（ｃ）は本実施形態において使用されるピンの断面図である。本実施形態においては、図１（ｃ）に示すように、軸部４の頭部にはんだボール３を支持する支持部８を有する構造のピンを使用する。また、プリント基板１にはピンを接合するための複数個のパッド２が形成されている。図１（ａ）において、配線等の基板に形成されているパッド以外の構成要素は省略されている。以下の図においても同様である。本実施形態のピン取付治具においては、図１（ａ）に示すように、板状のピン取付治具本体５に、複数個のピン挿入孔７が相互に平行になるように形成されている。ピン挿入孔７の直径は、ピンの軸部４の直径より大きく、支持部８の直径より小さい。また、ピン挿入孔７内にはピンの軸部４を挿入するための筒状のピン保持部６が嵌合されている。このピン保持部６は、ピン取付治具本体５より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料で構成されている。更に、ピン保持部６の内径は、常温ではピンの軸部４の直径より大きいため、ピンの軸部４はピン保持部６に案内されてその長手方向に移動する。一方、加熱条件下では、ピン保持部６が膨張し、ピンの軸部４を締め付ける。それにより、ピン保持部６は、加熱及び冷却される過程で、軸部４が挿入されている複数個のピンを同一の高さに保持する。
【００２０】
ピン取付治具本体５の材料としては、例えば、アルミニウム等の金属を使用することができる。また、ピン保持部６の材料としては、例えば、ポリイミド等の樹脂を使用することができる。また、ピン保持部６の内径は、常温においてピンの軸部４の直径より大きくなるように形成されている。そのため、常温下においては、ピンの軸部４とピン保持部６との間に隙間が生じ、容易にピン４を挿入したり、抜いたりすることができる。一方、常温以上の温度条件下においては、ピン保持部６が膨張し、ピン保持部６の内径がピンの軸部４の直径より小さくなるため、ピン保持部６によりピンの軸部４が保持される。
【００２１】
次に、上述の如く構成された前記第１実施形態のピン取付治具を使用したピン取付方法について説明する。図２乃至６は本発明の第１実施形態のピン取付治具を使用したピン取付方法をその工程順に示した断面図である。本実施形態のピン取付方法においては、先ず、図２に示すように、ピンの支持部８にはんだボール３を搭載する。ピンの支持部８へのはんだボール３の搭載は、例えば、治具等にピンの支持部８が均等に並ぶように配置した後、支持部８上にはんだボール３を設置して加熱する方法等により行うことができる。次に、図３に示すように、ピン保持部６にピンの軸部４を挿入する。その後、図４に示すように、プリント基板１の上下を逆にして、ピンの支持部８に搭載されたはんだボール３と、プリント基板１に形成されたパッド２の位置を合わせ、ピン取付治具にセットする。プリント基板１をセットした状態で、前記ピン取付治具をリフロー炉にて窒素雰囲気下で加熱し、図５に示すように、はんだボール３を介してパッド２とピンの支持部８とを接合する。その際、各ピンの軸部４は、ピン保持部６により保持されている。その後、それらを常温まで冷却する。前記冷却過程においても、前記ピンはピン保持部６により保持されているため、接合時の高さを維持している。最後に、図６に示すように、ピン取付治具を取り外し、フラックス洗浄を行ってピンの取付工程を完了する。
【００２２】
本実施形態においては、ピンの支持部８に搭載されたはんだボール３を介してプリント基板上のパッド２とピンの支持部８とを接合するため、図６に示すように、プリント基板１の表面の凹凸及び反りがはんだボール３により吸収され、ピンが傾くのを防止することができる。更に、本実施形態のピン取付治具においては、常温より高い温度条件下においては、ピン保持部６が熱膨張してピンの軸部４を保持するため、加熱後の冷却過程においても、ピンは加熱時（接合時）の状態のまま保持される。そのため、冷却過程におけるはんだボール３の収縮によりピンが移動し、基板に接合されたピンの高さが不揃いになることを防止することができる。よって、本実施形態の取付方法によりプリント基板１に取り付けられたピンは、傾きがなく、且つ高さが揃い、位置精度に優れている。
【００２３】
本実施形態によりピンが取り付けられたプリント基板は、半導体チップが搭載され、その後必要に応じてモールド等の処理が施されて、ＩＣパッケージ又はマルチチップモジュール等の半導体装置の実装構造になる。前記半導体装置の実装構造は、前記プリント基板に取り付けられたピンによりマザーボード等に実装される。本実施形態の半導体装置の実装構造は、ピンの位置精度に優れているため、生産時の歩留及び製品の信頼性を向上することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２実施形態に係るピン取付方法について説明する。図７は本発明の第２実施形態のピン取付治具によりピンが基板に接合される状態を示す断面図であり、図８はその冷却過程における状態を示す断面図である。本実施形態のピン取付治具においては、図７に示すように、板状のピン取付治具本体５に、直径がピンの軸部４の直径より大きく、支持部８の直径より小さい複数個のピン挿入孔７が、相互に平行になるように形成されている。ピンの軸部４はピン挿入孔７に案内されてその長手方向に移動する。また、本実施形態のピン取付治具には、ピン保持部は設けられていない。
【００２５】
本実施形態のピン取付方法においては、前記第１実施形態と同様に、ピンを接合するための複数個のパッド２が設けられているプリント基板１を使用し、先ず、ピンの支持部８にはんだボール３を搭載する。次に、ピンの軸部４をピン取付治具本体５に形成されたピン挿入孔７に挿入し、プリント基板１の上下を逆にして、はんだボール３と、プリント基板１に形成されたパッド２の位置を合わせて、ピン取付治具にセットする。プリント基板１をセットした状態で、前記ピン取付治具をリフロー炉において窒素雰囲気下で加熱することにより、はんだボール３を介してパッド２とピンの支持部８とを接合する。それらを常温まで冷却した後、ピン取付治具を取り外し、フラックス洗浄を行ってピンの取付工程を完了する。
【００２６】
本実施形態においては、前記第１実施形態と同様に、ピンに搭載されたはんだボール３によりプリント基板１上のパッド２とピンの支持部８とを接合しているため、プリント基板１の表面の凹凸及び反りがはんだボール３により吸収され、ピンが傾くのを防止することができる。但し、本実施形態の取付方法においては、図８に示すように、冷却過程におけるはんだボール３の収縮により、パッド２とピンの支持部８との間隔が大きい箇所において、ピンが上方に移動する。そのため、本実施形態により取り付けられたピンは、傾きはなく、位置精度には優れているが、ピンの高さが不揃いになることがある。
【００２７】
また、前記第１及び第２実施形態においては、ピンの支持部８にはんだボール３を搭載した後、ピン取付治具のピン挿入孔７又はピン保持部６にピンの軸部４を挿入するものであるが、ピン挿入孔７又はピン保持部６にピンの軸部４を挿入した後、ピンの支持部８とプリント基板上に形成されたパッド２との間にはんだボール３を配置し、加熱条件下で基板をピンに相対的に押し付けることにより、ピンの支持部８とパッド２とを接合することもできる。前記方法においても、前記第１及び第２実施形態と同様に、基板上に高い位置精度でピンを接合することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、はんだボールにより基板上に形成されたパッドとピンの支持部とを接合することにより、プリント基板表面の凹凸及び反りを吸収することができ、ピンの位置精度を向上させることができると共に、ピン取付治具に形成されたピン挿入孔内に、前記ピン取付治具本体の材料より熱膨張係数が大きく、且つヤング率が小さい材料により構成される筒状のピン保持部を設け、前記ピン保持部によりピンの軸部を保持した状態で、ピンの支持部と基板上に形成されたパッドとを接合するため、接合後のピンの高さを揃えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態を示す断面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ線による断面図であり、（ｃ）はピンの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態のピン及び基板を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態のピン取付治具にピンがセットされた状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態のピン取付治具に基板及びピンがセットされた状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態のピン取付治具によりピンが基板に接合される状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態によりピンが接合された基板を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態のピン取付治具によりピンが基板に接合される状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態のピン取付治具における冷却過程の状態を示す断面図である。
【図９】従来のピン接合方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１；プリント基板
２、１２；パッド
３；はんだボール
４；軸部
５、２１；ピン取付治具本体
６；ピン保持部
７、２１ｂ；ピン挿入孔
８；支持部
１３；はんだペースト
１４；はんだレジスト
１７；ピン
２１ａ；ピン支持面
２１ｃ；くぼみ
Claims (5)
- 軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付治具において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成され前記ピンの軸部が挿入される複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部とを有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は、前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱下では前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けることを特徴とするピン取付治具。
- 前記ピン保持部は、加熱及び冷却される過程で、前記ピン保持部に軸部が挿入されている複数個のピンを同一の高さに保持することを特徴とする請求項１に記載のピン取付治具。
- 軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付方法において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成された複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部と、を有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱条件下においては前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けるピン取付治具を使用し、前記ピンの支持部にはんだボールを搭載する工程と、前記ピンの軸部を前記ピン保持部に挿入する工程と、加熱条件下において前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態でピンの支持部と基板上に形成されたパッドとをはんだボールを介して接合する工程と、前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で冷却する工程と、を有することを特徴とするピン取付方法。
- 軸部の頭部にはんだボールを支持する支持部を有するピンを基板に接合するためのピン取付方法において、ピン取付治具本体と、前記ピン取付治具本体に形成された複数個のピン挿入孔と、前記ピン挿入孔内に嵌合され前記ピンの軸部が挿入される筒状のピン保持部と、を有し、前記ピン挿入孔は相互に平行に形成され、前記ピン保持部は前記ピン取付治具本体より熱膨張率が大きく、且つヤング率が低い材料からなり、常温ではその内径が前記ピンの軸部の直径より大きく、前記ピンはその軸部が前記ピン保持部に案内されてその長手方向に移動し、加熱条件下においては前記ピン保持部が膨張し前記ピンの軸部を締め付けるピン取付治具を使用し、前記ピンの軸部を前記ピン保持部に挿入する工程と、前記ピンの支持部と前記基板上に形成されたパッドとの間にはんだボールを配置して加熱条件下において前記基板を前記ピンに相対的に押し付けることにより前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で前記ピンの支持部と前記基板上のパッドとをはんだボールを介して接合する工程と、前記ピン保持部により複数個のピンを同一の高さに保持した状態で冷却する工程と、を有することを特徴とするピン取付方法。
- 基板と、前記基板の下面に設けられた複数個のパッドと、請求項３又は４に記載のピン取付方法により前記パッドにはんだボールを介して取り付けられた複数個のピンと、を有することを特徴とする半導体装置の実装構造。
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