JP4447778B2 - 相互接続コンポーネントの製造方法及び相互接続コンポーネント - Google Patents
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Description
【０００１】
関連出願
本願は、1996年5月7日に出願された同時係属中の出願第08/646,109号の一部継続出願であるところの、1996年8月9日に出願された同時係属中の出願第08/694,740号の一部継続出願である。
【０００２】
発明の背景
本発明は、集積回路(IC)パッケージと回路基板とを接続することに関する。
ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージは、その低断面、高密度のために急速に一般化しつつある。BGAの丸いはんだ球接点は通常、例えばピングリッドアレイICパッケージからピンを受けるためのめっきされたスルーホールにではなく、プリント回路基板の対応する表面装着パッドに直接はんだ付けされる。しかし、BGAパッケージがいったんプリント回路基板にはんだ付けされると、BGAパッケージのはんだ付けされた球を検査するのは困難であり、費用も高くつく。さらに、例えばICパッケージを修理またはアップグレードする必要がある場合等のパッケージの取り外しが難しい。
【０００３】
発明の概要
本発明は、ボールグリッドアレイパッケージ(BGA)のはんだ球と複数の基板の1つにある電気的接触領域(例えば、表面実装部)との間に通常存在する接合状態を再現しながら、各基板の電気的接点間に、比較的損失率の低い相互接続を実現することに関する。「基板」とは、プリント回路基板、ICチップ基板またはそのチップ基板を支持するパッケージを含む、電気的接触領域を有する基礎部材を意味する。
【０００４】
電気的相互接続は、絶縁支持部材に配列された穴のアレイの中に設置され、基板の接続領域アレイを別の基板の接続領域アレイに電気的に接続するよう構成された、端子を含めた相互接続コンポーネント(例えば、ソケット、アダプタまたはヘッダアセンブリ等)で提供される。絶縁支持部材の穴のアレイは、基板の電気接続領域アレイに対応するパターンに配置される。
【０００５】
BGAパッケージを相互接続コンポーネントにはんだ付けするのは、パッケージを回路基板(マザーボード等)に直接はんだ付けするより好ましい場合が多い。相互接続コンポーネントを使用することにより、パッケージの修理や交換が必要となった場合に、BGAパッケージを取り外しやすくなる。さらに、相互接続コンポーネントは一般に、マザーボードより質量が小さいため、これをBGAパッケージにはんだ付けする際により低温で済み、BGAが受ける熱によるストレスは小さくなる。
【０００６】
本発明のひとつの適用例において、相互接続コンポーネントはプリント回路基板にはんだ付けされるソケットアセンブリの形態をとる。ソケットアセンブリはBGAパッケージを受けるピンアダプタアセンブリという形での別の相互接続コンポーネントを受ける。
【０００７】
本発明のひとつの態様において、このような相互接続コンポーネントを提供する方法は、絶縁支持部材の穴の中に端子を設置し、各端子にはんだ球を付着させることからなる。端子へのはんだ球の付着は、絶縁支持部材の穴のパターンに対応するパターンに配置された多数の窪みを有する取り付け具を用いて行われ、各窪みをはんだ球で充填し、各端子の一端が対応するはんだ球と接触するように絶縁支持部材を取り付け具上に設置し、はんだ球をほぼ球形に保ちながら、はんだ球を端子の当該端部にはんだ付けし、絶縁支持部材を取り付け具から取り外す。
【０００８】
はんだ球は一般に、端子とはんだ球を有する絶縁支持部材にリフロー装置を通過させることによってはんだ付けされる。
【０００９】
各端子は、第一と第二の端部を有する長い導電性部材を有し、第一の端部は第一の基板上に設置された電気的接続領域アレイの中で対応するものに電気的に接続されるよう構成されている。端子の第二の端部ははんだ球を受ける。
【００１０】
上記発明では、はんだ球が付着される時に、はんだ球が端子周辺またはその側面に沿って溶解するのを防止するために、以下の特徴のひとつまたは複数を有する。例えば、穴を、端子の第二の端部を絶縁支持部材の中に押し込んでフィットさせ、端子の第二の端部の表面だけがはんだ球の方に露出することになるようなサイズとすることができる。端子には、端子の第二の端部の露出面上ではなく、その周辺にはんだレジスト用コーティングを設けることができる。
【００１１】
好ましい実施例では、絶縁シート部材は、絶縁支持部材の下部表面に配置し、ぴったりとフィットするように端子の第二の端部を受けるような大きさの穴のアレイをこれに設けることができる。絶縁シート部材には導通性回路パターン(例えば、接地面または回路トレース)を設けることができる。
【００１２】
はんだフラックスは、端子の第二の端部に供給する。端子は、その外周に沿って、1対の固定部材を有する。絶縁支持部材内に配置される時、1対の固定部材の第一の部材が、絶縁支持部材の上部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される。同様に、1対の固定部材の第二の部材は、絶縁支持部材の反対の下部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される。
【００１３】
本発明の別の態様において、上述した相互接続コンポーネントは、端子の外周に沿って配置された一対の固定部材を有する。端子は、絶縁支持部材内に設置される時、絶縁支持部材の上部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される1対の固定部材の第一の部材を有する。同様に、1対の固定部材の第二の部材は、絶縁支持部材の反対の下部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される。ある実施例において、穴は、端子の第二の端部を絶縁支持部材の中に押し込んでフィットさせ、端子の第二の端部の表面だけが露出することになるようなサイズとされている。
【００１４】
相互接続コンポーネントはまた、端子の少なくとも一端に予め付着された、BGAパッケージに通常用いられるタイプのはんだ球を有する端子を持つ。はんだ球は、基板(例えばプリント回路基板)のランド等の電気的接続領域に電気的に接続する。
【００１５】
端子の反対の端部もまたはんだ球を有するか、あるいは別の基板(例えばピンアダプタまたはソケット)の接点(例えば、ピン端子またはソケット端子)に電気的に接続させることができる。予め付着されたはんだ球を有する端子は、はんだ球の所望の接合状態を回路基板に提供するだけでなく、さらにはんだペーストを追加したり、ソケット端子の端部にはんだ用荒地を付けることなく、接点にはんだ付けすることが可能となる。
【００１６】
本発明の他の特徴と利点は、好ましい実施例に関する以下の説明と特許請求範囲から明らかとなる。
【００１７】
図１および図２に関し、相互接続コンポーネント10は、プリント回路基板20の表面取り付けパッド22に接続されるように位置付けられている。アダプタ/ソケットアセンブリ10は、BGAパッケージ40の丸いはんだ球42の配置に対応するパターンによる穴36のアレイ内に設置されたピン端子34を支持する電気絶縁部材32を有するピンアダプタ30を有する。BGAパッケージのはんだ球42がピンアダプタ30のピン端子34にはんだ付けされると、BGAパッケージは高密度のピングリッドアレイ(PGA)に変換される。ピン端子34はソケット60のソケット端子50内で受け入れられる。ソケット60は、表面取り付けパッド22の配置に対応するパターンによる穴64のアレイ (図３)内に位置付けられたソケット端子を支持するための、絶縁支持部材62を有する。
【００１８】
図３について、ソケット端子50はピンアダプタ30のピン端子34を受け、これと電気的に接続するスプリングコンタクト51を有するタイプのものである。各ソケット端子は、その下端43に予め付着されたはんだ球52を有し、BGAパッケージ40がプリント回路基板に直接接続されたとした場合と同一の接合状態をランド22に提供している。別の使用例において、はんだ球はピン端子に付着させることができ、これは本願に引用して援用する、1996年5月7日出願の同時係属中の出願第08/646/109号に述べられている。
【００１９】
絶縁支持部材62の穴64の直径は、はんだ球52を支持する端子の直径より若干大きく、端子が垂直方向にわずかに移動、あるいは「浮上」できるようになっている。従って、予め付着されたはんだ球を有する端子がPCボード20の接続領域にはんだ付けされた場合、浮上する端子が接続領域間の同一面性の欠如を補償する。
【００２０】
図４のフローチャートについて、はんだ球52を図３に示すタイプの端子50に付着させる好ましい方法が示されている。最初に個々の端子を穴64の中に設置するためには、振動メカニズムが一般に使用される。次に端子は、端子が穴64中に十分に設置されるよう、端子を取り付けるメカニズムに移される(ステップ80)。続いてフラックスが個々の端子の最下端に当てられる(ステップ82)。
【００２１】
図５について、グラファイトで形成され、丸いキャビティ72を有するアセンブリ取り付け具70が示されている。キャビティ72はそれぞれ端子の最下端に付着すべきはんだ球を受ける。各キャビティにはんだ球を充填するために、無数の球を取り付け具の中に注ぎ入れる。各キャビティの中にはんだ球が収まるまで、取り付け具を「振る」(ステップ84)。側壁74は通常、取り付け具内にはんだ球を保持し、取り付け具を傾けると、余分なはんだ球が取り付け具から出るような切り込み76を有する。キャビティは、はんだ球が端子の最下端に接触した場合に、取り付け具70の表面より若干上になるような大きさとする。
【００２２】
図６に関し、キャビティ72にはんだ球が充填された状態で、端子50を有する絶縁支持部材62はアセンブリ取り付け具70の中に設置される(ステップ86)。取り付け具70は、絶縁支持部材62の外周を決める側壁71を有する。
【００２３】
次に絶縁支持部材と取り付け具がリフロー装置(例えば、赤外線または対流オーブン)を通過するようにする(ステップ88)。リフロー装置は、はんだ球がキャビティ72内で溶融するような温度曲線となるよう制御されている。温度曲線の決定は主に経験による。はんだ球52を端子の端部にはんだ付けするのに使用される温度曲線は、例えば端子のスタイル、フラックスのタイプ、めっき状態、絶縁支持部材に設置される端子の数と密度、取り付け具のデザイン等、多数の要因によって異なる。キャビティ72の丸い形状は通常、はんだ球が溶融しても球形に保つ。しかしながら、図７に示すように、はんだ球の融点に達した時、はんだ球は端子端部周辺に若干「垂れる」。さらに、はんだ球は端子の下に設置されているため、はんだ球は端子の最下端周辺には崩れたり、溶けたりせず、はんだ球の付着が端子の下端54に限定される。はんだ球がリフローし、その端子に付着されたら、絶縁支持部材と取り付け具をオーブンから出し、室温まで冷却する(ステップ90)。取り付け具を今アセンブルされた端子支持アセンブリから外し、球と端子のはんだ結合部を超音波で洗浄して余分なフラックスを取り除く(ステップ92)。
【００２４】
特定のアセンブリ手順において、絶縁支持部材と端子ははんだ球を支持するアセンブリ取り付け具より下に位置付けることができる。このような反対の位置のはんだ球は、図６および図７の場合は端子の最下端より下になるのに対し、端子最下端の上になる。こうした状況では、フラックスが端子側面に沿って流れ落ちる場合、リフローされるはんだ球はその丸い形状を保てない可能性があることがわかっている。そして、球は端子最下端周辺または端子の片側に不均等に崩れる。
【００２５】
図８の別の実施例において、上記問題に対処するため、絶縁支持部材62の厚さ(T1)を、個々の端子が絶縁支持部材の穴に十分に設置された場合、端子の最上端56は絶縁支持部材の上部表面と接触し、端子最下端54は絶縁支持部材の下部表面にのみ延びるように選択している。穴64は、絶縁支持部材62の底面において、端子の最下端と穴が比較的ぴったりとフィットするようなサイズとなっている。きちんとフィットすることにより、はんだおよび/またはフラックスが端子の外側表面に沿って流れないようになる。穴64は、端子のリング57の直径より若干大きく、端子のヘッド56より若干小さい径の穴ぐりを有する。穴ぐりが大きいことで、端子を絶縁支持部材の中に入れやすくなる。いくつかの実施例において、端子最下端には、はんだ球を端子に設置しやすいサイズの穴ぐりを設ける。この構成により、はんだ球が溶けて穴ぐりに入り、それによって端子との機械的接続がより信頼性の高いものとなる。
【００２６】
図９は端子の側面に沿ってフラックスおよび/またははんだが流れないようにするための別の実施例であり、ポリイミドの薄膜100(例えば5-7ミル)が絶縁支持部材62全体に配置される。ポリイミドの薄膜は例えば、Kapton(E.I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DEの登録商標)シートでもよい。この実施例において、絶縁支持部材の厚さ(T2)は、個々の端子が絶縁支持部材の穴の中に十分に設置された時、端子の最上端56は絶縁支持部材の上部表面に接触し、端子の最下端54は絶縁支持部材の下部表面を若干超えて、薄膜100の厚さとほぼ同じ距離で延びるように選択されている。ポリイミド薄膜は、絶縁支持部材内の穴のアレイに対応した穴のアレイを有し、絶縁支持部材62の下部表面上に設置される。ポリイミド薄膜は、それがなければ端子の側面に沿って流れてしまうフラックスのバリアの役割を果たす。
【００２７】
ポリイミド薄膜はまた、回路を支持するためにも使用することができる。例えば、図１０、図１１について、ポリイミド薄膜100は接地面の形状で導電回路パターン102を形成するようにエッチングされた導電層101を有する。この実施例において、第一の端子50aは接地面102に電気的に接続され、第二の端子50bは、導電層の円形リング103からエッチングすることにより、接地面から隔離される。
【００２８】
他の使用例において、導電回路はここの回路トレースの形状とすることができる。
【００２９】
図１２に示す別の実施例において、最下端の表面を除き、端子下端全体にはんだレジスト114を設けることにより、プレコンディショニングが行われたフラックスが端子の他の領域に流れるのを防止している。はんだレジストは、最下端54をマスクした状態で、端子の下端にスプレー、ディップまたはペーストとして塗布することができる。
【００３０】
これら以外の実施例も下記の特許請求範囲内である。例えば、図１３について、相互接続コンポーネント18は、その最上端と最下端ではんだ球52を受けるように構成された端子120を有する。端子は、厚さ約0.127mm(0.005インチ)で、フレキシブルかつ電気的に絶縁性のKaptonTMなどの材料で形成された1対の薄いシート122上で支持される。各端子の端部にはV字型の溝124があり、これが端子周辺に延びて、高分子薄膜の端部と噛合う。シート122は所定の間隔を空けた関係で、端子をグループ分けするためのキャリアとなる。端子を支持するキャリアシートの詳しい製造方法は、本発明の譲受人に譲渡された米国再発行特許第32,540号に述べられている。図１３に示すように、相互接続コンポーネント18は1対のプリント回路基板126と128を接続するためのヘッダとなる。
【００３１】
図１４について、図１３と同様の相互接続コンポーネント130は分離可能なヘッダの形態で提供できる。つまり、回路基板126と128の間に設置された端子には、その最上端134に予め付着されたはんだ球を有する端子ピンが含まれる。端子ピン132は、その最下端136に予め付着されたはんだ球を有する端子ソケット134と接合する。端子132はキャリアシート138の上で支持され、端子ソケット134は、その各端部において、キャリアシート140、142上で支持される。
図１５−１８について、上記のタイプの端子ソケットを組み立てる方法が示されている。
【００３２】
図１５において、ソケットアセンブリ200は、絶縁支持部材内に形成された対応する穴の中に接地された端子ソケット204を持つ絶縁支持部材202を有する。端子ソケットは、例えば、図１９について以下に詳しく述べるような方法で、絶縁支持部材202の中に設置される。簡単にするために図中ではひとつの端子ソケット204だけを示しているが、絶縁支持部材202はパッケージに必要な数だけの端子ソケットを有することができる。端子ソケット204を有する絶縁支持部材202は、側壁210によって定められ、絶縁支持部材の外周に相応するサイズのキャビティ208を有する取り付け具206の中に設置されている。
【００３３】
図１６について、端子ソケット204の露出端212には、はんだフラックス214の薄い層(図中では縮尺を考慮しない)が設けられる。はんだフラックス214は、スクリーン印刷テクニックを始めとする各種技術のいずれかで設置することができる。
【００３４】
図１７について、絶縁支持部材202は次に取り付け具206から外され、球設置用の取り付け具216の中に置かれ、これが真空/攪拌機構218上に設置される。球設置用取り付け具216は、側壁222によって定められ、絶縁支持部材の外周に相応する開口キャビティ220を有する。キャビティ220は端子ソケット204のアレイに対応する窪み224のアレイを有し、窪みはそれぞれ、取り付け具216から延び、真空/攪拌機構218の真空ポート228と整列する真空チャンネル226を有する。
【００３５】
操作において、はんだ球は取り付け具216の中に装填され(例えば、注ぎ込まれ)、真空/攪拌メカニズムを作動させ、はんだ球がキャビティ220の各窪み224に入るようにする。出口ポート221が取り付け具216の側壁内に設置され、余分なはんだ球が取り付け具から除かれるようになっている。各窪み224にはんだ球230が入ったら、攪拌/真空機構による振動を停止する。はんだ球230が窪み224の中にとどまっているように、真空状態は保つことが望ましい。次に、絶縁支持部材202は、端子ソケット204の端部212がはんだ球230と接触するように、球設置用取り付け具216の中に設置される。
【００３６】
カバープレート231を絶縁支持部材202の上に置き、真空状態を解除し、カバープレート231と絶縁支持部材202を反転させる、つまり「裏返す」(球設置用取り付け具216はあってもなくてもよい)。カバープレートは、はんだ球230が端部212から落ちないように絶縁支持部材202を反転させるのに便利である。はんだフラックス214の粘度により、端部212でのはんだ球230の位置が保持される。
【００３７】
図１８について、絶縁支持部材202とカバープレート231は、例えばリフロー装置を通過するコンベヤベルト232に乗せる等により、リフロー装置(例えば、赤外線または対流オーブン)を通過させる。リフロー装置は、はんだ球230がほぼ球形を保ちながら、端部212上で若干垂れるような温度と速度曲線を持つよう制御される。
【００３８】
図１９について、図１５から図１８に関連して上述したアセンブリ手順を使い、絶縁支持部材202の中に押し込むのに特に適したソケット端子240が示されている。ソケット端子240とソケット端子50(図３)は、どちらもピンアダプタのピン端子を受け、電気的に接続するスプリングコンタクト242を有するという点で似ている。ソケット端子240はシェル部244を持ち、シェル部はその周辺に延長する1対のとげ状リング246, 248を有する。とげ状リング246, 248は、ソケット端子を絶縁支持部材202の対応する穴に固定する役割を果たす。特に、とげ状リング246, 248にはそれぞれ勾配のついた設置用表面247, 249があり、絶縁支持部材にいったん収まったソケット端子を抜けにくくするのと同時に、絶縁支持部材202の中にリングを挿入しやすくなっている。
【００３９】
ソケット端子の軸全体に沿ったとげ状リング246, 248の相対的位置が重要である。特に、リング246はソケット端子の第一の端部から、絶縁支持部材の厚さ全体(例えば、0.095インチ)の約3分の1にあたる長さ(例えば、約0.032インチ)に設置する。同様に、リング248は、ソケット端子の反対の端部から、絶縁支持部材の厚さ全体の約3分の1にあたる長さ(例えば、約0.032インチ)に設置する。このように246, 248を設置することにより、ソケット端子を絶縁支持部材に押し込むときに発生する力によって生じる絶縁支持部材202の曲げや撓みが少なくなる。絶縁支持部材202の厚さに関する246, 248の位置から、半径方向力がより均一に絶縁支持部材に分散されるようになる。とげ状リング246, 248はシェル部244の周辺全体に延びているものの、別の実施例においては、リングを弓状セグメントの形状にしてもよい。
【００４０】
さらに、コンタクトスプリングを有するソケット端子に関して、とげ状リング246, 248を使用することを述べたが、リングは、ピン端子を含む他の形態の端子にも同様に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ボールグリッドアレイパッケージ用の相互接続コンポーネントアセンブリの分解した図式的等角図。
【図２】 アダプタ部(断面)を有し、BGAパッケージアセンブリに付着させた図1の相互接続コンポーネントの側面図。
【図３】 端子の一部の断面を含む、端子支持アセンブリの部分断面側面図。
【図４】 図1の相互接続コンポーネントの組立方法を示すフローチャート。
【図５】 端子に付着させるはんだ球を支持するための取り付け具の投影図。
【図６】 端子支持アセンブリとはんだ取り付け具の、それぞれはんだ付け前後の部分断面側面図。
【図７】 端子支持アセンブリとはんだ取り付け具の、それぞれはんだ付け前後の部分断面側面図。
【図８】 端子支持アセンブリの別の実施例の部分断面側面図。
【図９】 端子支持アセンブリのさらに別の実施例の部分断面側面図。
【図１０】 端子支持アセンブリのまた別の実施例の部分断面側面図。
【図１１】 図１０の端子支持アセンブリの部分平面図。
【図１２】 端子支持アセンブリのさらに別の実施例の部分断面側面図。
【図１３】 相互接続コンポーネントの別の実施例の側面図。
【図１４】 図１３の相互接続コンポーネントの別の実施例の断面側面図。
【図１５】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１６】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１７】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１８】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１９】 端子の別の実施例の一部断面図を含む側面図。
関連出願
本願は、1996年5月7日に出願された同時係属中の出願第08/646,109号の一部継続出願であるところの、1996年8月9日に出願された同時係属中の出願第08/694,740号の一部継続出願である。
【０００２】
発明の背景
本発明は、集積回路(IC)パッケージと回路基板とを接続することに関する。
ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージは、その低断面、高密度のために急速に一般化しつつある。BGAの丸いはんだ球接点は通常、例えばピングリッドアレイICパッケージからピンを受けるためのめっきされたスルーホールにではなく、プリント回路基板の対応する表面装着パッドに直接はんだ付けされる。しかし、BGAパッケージがいったんプリント回路基板にはんだ付けされると、BGAパッケージのはんだ付けされた球を検査するのは困難であり、費用も高くつく。さらに、例えばICパッケージを修理またはアップグレードする必要がある場合等のパッケージの取り外しが難しい。
【０００３】
発明の概要
本発明は、ボールグリッドアレイパッケージ(BGA)のはんだ球と複数の基板の1つにある電気的接触領域(例えば、表面実装部)との間に通常存在する接合状態を再現しながら、各基板の電気的接点間に、比較的損失率の低い相互接続を実現することに関する。「基板」とは、プリント回路基板、ICチップ基板またはそのチップ基板を支持するパッケージを含む、電気的接触領域を有する基礎部材を意味する。
【０００４】
電気的相互接続は、絶縁支持部材に配列された穴のアレイの中に設置され、基板の接続領域アレイを別の基板の接続領域アレイに電気的に接続するよう構成された、端子を含めた相互接続コンポーネント(例えば、ソケット、アダプタまたはヘッダアセンブリ等)で提供される。絶縁支持部材の穴のアレイは、基板の電気接続領域アレイに対応するパターンに配置される。
【０００５】
BGAパッケージを相互接続コンポーネントにはんだ付けするのは、パッケージを回路基板(マザーボード等)に直接はんだ付けするより好ましい場合が多い。相互接続コンポーネントを使用することにより、パッケージの修理や交換が必要となった場合に、BGAパッケージを取り外しやすくなる。さらに、相互接続コンポーネントは一般に、マザーボードより質量が小さいため、これをBGAパッケージにはんだ付けする際により低温で済み、BGAが受ける熱によるストレスは小さくなる。
【０００６】
本発明のひとつの適用例において、相互接続コンポーネントはプリント回路基板にはんだ付けされるソケットアセンブリの形態をとる。ソケットアセンブリはBGAパッケージを受けるピンアダプタアセンブリという形での別の相互接続コンポーネントを受ける。
【０００７】
本発明のひとつの態様において、このような相互接続コンポーネントを提供する方法は、絶縁支持部材の穴の中に端子を設置し、各端子にはんだ球を付着させることからなる。端子へのはんだ球の付着は、絶縁支持部材の穴のパターンに対応するパターンに配置された多数の窪みを有する取り付け具を用いて行われ、各窪みをはんだ球で充填し、各端子の一端が対応するはんだ球と接触するように絶縁支持部材を取り付け具上に設置し、はんだ球をほぼ球形に保ちながら、はんだ球を端子の当該端部にはんだ付けし、絶縁支持部材を取り付け具から取り外す。
【０００８】
はんだ球は一般に、端子とはんだ球を有する絶縁支持部材にリフロー装置を通過させることによってはんだ付けされる。
【０００９】
各端子は、第一と第二の端部を有する長い導電性部材を有し、第一の端部は第一の基板上に設置された電気的接続領域アレイの中で対応するものに電気的に接続されるよう構成されている。端子の第二の端部ははんだ球を受ける。
【００１０】
上記発明では、はんだ球が付着される時に、はんだ球が端子周辺またはその側面に沿って溶解するのを防止するために、以下の特徴のひとつまたは複数を有する。例えば、穴を、端子の第二の端部を絶縁支持部材の中に押し込んでフィットさせ、端子の第二の端部の表面だけがはんだ球の方に露出することになるようなサイズとすることができる。端子には、端子の第二の端部の露出面上ではなく、その周辺にはんだレジスト用コーティングを設けることができる。
【００１１】
好ましい実施例では、絶縁シート部材は、絶縁支持部材の下部表面に配置し、ぴったりとフィットするように端子の第二の端部を受けるような大きさの穴のアレイをこれに設けることができる。絶縁シート部材には導通性回路パターン(例えば、接地面または回路トレース)を設けることができる。
【００１２】
はんだフラックスは、端子の第二の端部に供給する。端子は、その外周に沿って、1対の固定部材を有する。絶縁支持部材内に配置される時、1対の固定部材の第一の部材が、絶縁支持部材の上部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される。同様に、1対の固定部材の第二の部材は、絶縁支持部材の反対の下部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される。
【００１３】
本発明の別の態様において、上述した相互接続コンポーネントは、端子の外周に沿って配置された一対の固定部材を有する。端子は、絶縁支持部材内に設置される時、絶縁支持部材の上部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される1対の固定部材の第一の部材を有する。同様に、1対の固定部材の第二の部材は、絶縁支持部材の反対の下部表面に関して、絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに設置される。ある実施例において、穴は、端子の第二の端部を絶縁支持部材の中に押し込んでフィットさせ、端子の第二の端部の表面だけが露出することになるようなサイズとされている。
【００１４】
相互接続コンポーネントはまた、端子の少なくとも一端に予め付着された、BGAパッケージに通常用いられるタイプのはんだ球を有する端子を持つ。はんだ球は、基板(例えばプリント回路基板)のランド等の電気的接続領域に電気的に接続する。
【００１５】
端子の反対の端部もまたはんだ球を有するか、あるいは別の基板(例えばピンアダプタまたはソケット)の接点(例えば、ピン端子またはソケット端子)に電気的に接続させることができる。予め付着されたはんだ球を有する端子は、はんだ球の所望の接合状態を回路基板に提供するだけでなく、さらにはんだペーストを追加したり、ソケット端子の端部にはんだ用荒地を付けることなく、接点にはんだ付けすることが可能となる。
【００１６】
本発明の他の特徴と利点は、好ましい実施例に関する以下の説明と特許請求範囲から明らかとなる。
【００１７】
図１および図２に関し、相互接続コンポーネント10は、プリント回路基板20の表面取り付けパッド22に接続されるように位置付けられている。アダプタ/ソケットアセンブリ10は、BGAパッケージ40の丸いはんだ球42の配置に対応するパターンによる穴36のアレイ内に設置されたピン端子34を支持する電気絶縁部材32を有するピンアダプタ30を有する。BGAパッケージのはんだ球42がピンアダプタ30のピン端子34にはんだ付けされると、BGAパッケージは高密度のピングリッドアレイ(PGA)に変換される。ピン端子34はソケット60のソケット端子50内で受け入れられる。ソケット60は、表面取り付けパッド22の配置に対応するパターンによる穴64のアレイ (図３)内に位置付けられたソケット端子を支持するための、絶縁支持部材62を有する。
【００１８】
図３について、ソケット端子50はピンアダプタ30のピン端子34を受け、これと電気的に接続するスプリングコンタクト51を有するタイプのものである。各ソケット端子は、その下端43に予め付着されたはんだ球52を有し、BGAパッケージ40がプリント回路基板に直接接続されたとした場合と同一の接合状態をランド22に提供している。別の使用例において、はんだ球はピン端子に付着させることができ、これは本願に引用して援用する、1996年5月7日出願の同時係属中の出願第08/646/109号に述べられている。
【００１９】
絶縁支持部材62の穴64の直径は、はんだ球52を支持する端子の直径より若干大きく、端子が垂直方向にわずかに移動、あるいは「浮上」できるようになっている。従って、予め付着されたはんだ球を有する端子がPCボード20の接続領域にはんだ付けされた場合、浮上する端子が接続領域間の同一面性の欠如を補償する。
【００２０】
図４のフローチャートについて、はんだ球52を図３に示すタイプの端子50に付着させる好ましい方法が示されている。最初に個々の端子を穴64の中に設置するためには、振動メカニズムが一般に使用される。次に端子は、端子が穴64中に十分に設置されるよう、端子を取り付けるメカニズムに移される(ステップ80)。続いてフラックスが個々の端子の最下端に当てられる(ステップ82)。
【００２１】
図５について、グラファイトで形成され、丸いキャビティ72を有するアセンブリ取り付け具70が示されている。キャビティ72はそれぞれ端子の最下端に付着すべきはんだ球を受ける。各キャビティにはんだ球を充填するために、無数の球を取り付け具の中に注ぎ入れる。各キャビティの中にはんだ球が収まるまで、取り付け具を「振る」(ステップ84)。側壁74は通常、取り付け具内にはんだ球を保持し、取り付け具を傾けると、余分なはんだ球が取り付け具から出るような切り込み76を有する。キャビティは、はんだ球が端子の最下端に接触した場合に、取り付け具70の表面より若干上になるような大きさとする。
【００２２】
図６に関し、キャビティ72にはんだ球が充填された状態で、端子50を有する絶縁支持部材62はアセンブリ取り付け具70の中に設置される(ステップ86)。取り付け具70は、絶縁支持部材62の外周を決める側壁71を有する。
【００２３】
次に絶縁支持部材と取り付け具がリフロー装置(例えば、赤外線または対流オーブン)を通過するようにする(ステップ88)。リフロー装置は、はんだ球がキャビティ72内で溶融するような温度曲線となるよう制御されている。温度曲線の決定は主に経験による。はんだ球52を端子の端部にはんだ付けするのに使用される温度曲線は、例えば端子のスタイル、フラックスのタイプ、めっき状態、絶縁支持部材に設置される端子の数と密度、取り付け具のデザイン等、多数の要因によって異なる。キャビティ72の丸い形状は通常、はんだ球が溶融しても球形に保つ。しかしながら、図７に示すように、はんだ球の融点に達した時、はんだ球は端子端部周辺に若干「垂れる」。さらに、はんだ球は端子の下に設置されているため、はんだ球は端子の最下端周辺には崩れたり、溶けたりせず、はんだ球の付着が端子の下端54に限定される。はんだ球がリフローし、その端子に付着されたら、絶縁支持部材と取り付け具をオーブンから出し、室温まで冷却する(ステップ90)。取り付け具を今アセンブルされた端子支持アセンブリから外し、球と端子のはんだ結合部を超音波で洗浄して余分なフラックスを取り除く(ステップ92)。
【００２４】
特定のアセンブリ手順において、絶縁支持部材と端子ははんだ球を支持するアセンブリ取り付け具より下に位置付けることができる。このような反対の位置のはんだ球は、図６および図７の場合は端子の最下端より下になるのに対し、端子最下端の上になる。こうした状況では、フラックスが端子側面に沿って流れ落ちる場合、リフローされるはんだ球はその丸い形状を保てない可能性があることがわかっている。そして、球は端子最下端周辺または端子の片側に不均等に崩れる。
【００２５】
図８の別の実施例において、上記問題に対処するため、絶縁支持部材62の厚さ(T1)を、個々の端子が絶縁支持部材の穴に十分に設置された場合、端子の最上端56は絶縁支持部材の上部表面と接触し、端子最下端54は絶縁支持部材の下部表面にのみ延びるように選択している。穴64は、絶縁支持部材62の底面において、端子の最下端と穴が比較的ぴったりとフィットするようなサイズとなっている。きちんとフィットすることにより、はんだおよび/またはフラックスが端子の外側表面に沿って流れないようになる。穴64は、端子のリング57の直径より若干大きく、端子のヘッド56より若干小さい径の穴ぐりを有する。穴ぐりが大きいことで、端子を絶縁支持部材の中に入れやすくなる。いくつかの実施例において、端子最下端には、はんだ球を端子に設置しやすいサイズの穴ぐりを設ける。この構成により、はんだ球が溶けて穴ぐりに入り、それによって端子との機械的接続がより信頼性の高いものとなる。
【００２６】
図９は端子の側面に沿ってフラックスおよび/またははんだが流れないようにするための別の実施例であり、ポリイミドの薄膜100(例えば5-7ミル)が絶縁支持部材62全体に配置される。ポリイミドの薄膜は例えば、Kapton(E.I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DEの登録商標)シートでもよい。この実施例において、絶縁支持部材の厚さ(T2)は、個々の端子が絶縁支持部材の穴の中に十分に設置された時、端子の最上端56は絶縁支持部材の上部表面に接触し、端子の最下端54は絶縁支持部材の下部表面を若干超えて、薄膜100の厚さとほぼ同じ距離で延びるように選択されている。ポリイミド薄膜は、絶縁支持部材内の穴のアレイに対応した穴のアレイを有し、絶縁支持部材62の下部表面上に設置される。ポリイミド薄膜は、それがなければ端子の側面に沿って流れてしまうフラックスのバリアの役割を果たす。
【００２７】
ポリイミド薄膜はまた、回路を支持するためにも使用することができる。例えば、図１０、図１１について、ポリイミド薄膜100は接地面の形状で導電回路パターン102を形成するようにエッチングされた導電層101を有する。この実施例において、第一の端子50aは接地面102に電気的に接続され、第二の端子50bは、導電層の円形リング103からエッチングすることにより、接地面から隔離される。
【００２８】
他の使用例において、導電回路はここの回路トレースの形状とすることができる。
【００２９】
図１２に示す別の実施例において、最下端の表面を除き、端子下端全体にはんだレジスト114を設けることにより、プレコンディショニングが行われたフラックスが端子の他の領域に流れるのを防止している。はんだレジストは、最下端54をマスクした状態で、端子の下端にスプレー、ディップまたはペーストとして塗布することができる。
【００３０】
これら以外の実施例も下記の特許請求範囲内である。例えば、図１３について、相互接続コンポーネント18は、その最上端と最下端ではんだ球52を受けるように構成された端子120を有する。端子は、厚さ約0.127mm(0.005インチ)で、フレキシブルかつ電気的に絶縁性のKaptonTMなどの材料で形成された1対の薄いシート122上で支持される。各端子の端部にはV字型の溝124があり、これが端子周辺に延びて、高分子薄膜の端部と噛合う。シート122は所定の間隔を空けた関係で、端子をグループ分けするためのキャリアとなる。端子を支持するキャリアシートの詳しい製造方法は、本発明の譲受人に譲渡された米国再発行特許第32,540号に述べられている。図１３に示すように、相互接続コンポーネント18は1対のプリント回路基板126と128を接続するためのヘッダとなる。
【００３１】
図１４について、図１３と同様の相互接続コンポーネント130は分離可能なヘッダの形態で提供できる。つまり、回路基板126と128の間に設置された端子には、その最上端134に予め付着されたはんだ球を有する端子ピンが含まれる。端子ピン132は、その最下端136に予め付着されたはんだ球を有する端子ソケット134と接合する。端子132はキャリアシート138の上で支持され、端子ソケット134は、その各端部において、キャリアシート140、142上で支持される。
図１５−１８について、上記のタイプの端子ソケットを組み立てる方法が示されている。
【００３２】
図１５において、ソケットアセンブリ200は、絶縁支持部材内に形成された対応する穴の中に接地された端子ソケット204を持つ絶縁支持部材202を有する。端子ソケットは、例えば、図１９について以下に詳しく述べるような方法で、絶縁支持部材202の中に設置される。簡単にするために図中ではひとつの端子ソケット204だけを示しているが、絶縁支持部材202はパッケージに必要な数だけの端子ソケットを有することができる。端子ソケット204を有する絶縁支持部材202は、側壁210によって定められ、絶縁支持部材の外周に相応するサイズのキャビティ208を有する取り付け具206の中に設置されている。
【００３３】
図１６について、端子ソケット204の露出端212には、はんだフラックス214の薄い層(図中では縮尺を考慮しない)が設けられる。はんだフラックス214は、スクリーン印刷テクニックを始めとする各種技術のいずれかで設置することができる。
【００３４】
図１７について、絶縁支持部材202は次に取り付け具206から外され、球設置用の取り付け具216の中に置かれ、これが真空/攪拌機構218上に設置される。球設置用取り付け具216は、側壁222によって定められ、絶縁支持部材の外周に相応する開口キャビティ220を有する。キャビティ220は端子ソケット204のアレイに対応する窪み224のアレイを有し、窪みはそれぞれ、取り付け具216から延び、真空/攪拌機構218の真空ポート228と整列する真空チャンネル226を有する。
【００３５】
操作において、はんだ球は取り付け具216の中に装填され(例えば、注ぎ込まれ)、真空/攪拌メカニズムを作動させ、はんだ球がキャビティ220の各窪み224に入るようにする。出口ポート221が取り付け具216の側壁内に設置され、余分なはんだ球が取り付け具から除かれるようになっている。各窪み224にはんだ球230が入ったら、攪拌/真空機構による振動を停止する。はんだ球230が窪み224の中にとどまっているように、真空状態は保つことが望ましい。次に、絶縁支持部材202は、端子ソケット204の端部212がはんだ球230と接触するように、球設置用取り付け具216の中に設置される。
【００３６】
カバープレート231を絶縁支持部材202の上に置き、真空状態を解除し、カバープレート231と絶縁支持部材202を反転させる、つまり「裏返す」(球設置用取り付け具216はあってもなくてもよい)。カバープレートは、はんだ球230が端部212から落ちないように絶縁支持部材202を反転させるのに便利である。はんだフラックス214の粘度により、端部212でのはんだ球230の位置が保持される。
【００３７】
図１８について、絶縁支持部材202とカバープレート231は、例えばリフロー装置を通過するコンベヤベルト232に乗せる等により、リフロー装置(例えば、赤外線または対流オーブン)を通過させる。リフロー装置は、はんだ球230がほぼ球形を保ちながら、端部212上で若干垂れるような温度と速度曲線を持つよう制御される。
【００３８】
図１９について、図１５から図１８に関連して上述したアセンブリ手順を使い、絶縁支持部材202の中に押し込むのに特に適したソケット端子240が示されている。ソケット端子240とソケット端子50(図３)は、どちらもピンアダプタのピン端子を受け、電気的に接続するスプリングコンタクト242を有するという点で似ている。ソケット端子240はシェル部244を持ち、シェル部はその周辺に延長する1対のとげ状リング246, 248を有する。とげ状リング246, 248は、ソケット端子を絶縁支持部材202の対応する穴に固定する役割を果たす。特に、とげ状リング246, 248にはそれぞれ勾配のついた設置用表面247, 249があり、絶縁支持部材にいったん収まったソケット端子を抜けにくくするのと同時に、絶縁支持部材202の中にリングを挿入しやすくなっている。
【００３９】
ソケット端子の軸全体に沿ったとげ状リング246, 248の相対的位置が重要である。特に、リング246はソケット端子の第一の端部から、絶縁支持部材の厚さ全体(例えば、0.095インチ)の約3分の1にあたる長さ(例えば、約0.032インチ)に設置する。同様に、リング248は、ソケット端子の反対の端部から、絶縁支持部材の厚さ全体の約3分の1にあたる長さ(例えば、約0.032インチ)に設置する。このように246, 248を設置することにより、ソケット端子を絶縁支持部材に押し込むときに発生する力によって生じる絶縁支持部材202の曲げや撓みが少なくなる。絶縁支持部材202の厚さに関する246, 248の位置から、半径方向力がより均一に絶縁支持部材に分散されるようになる。とげ状リング246, 248はシェル部244の周辺全体に延びているものの、別の実施例においては、リングを弓状セグメントの形状にしてもよい。
【００４０】
さらに、コンタクトスプリングを有するソケット端子に関して、とげ状リング246, 248を使用することを述べたが、リングは、ピン端子を含む他の形態の端子にも同様に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ボールグリッドアレイパッケージ用の相互接続コンポーネントアセンブリの分解した図式的等角図。
【図２】 アダプタ部(断面)を有し、BGAパッケージアセンブリに付着させた図1の相互接続コンポーネントの側面図。
【図３】 端子の一部の断面を含む、端子支持アセンブリの部分断面側面図。
【図４】 図1の相互接続コンポーネントの組立方法を示すフローチャート。
【図５】 端子に付着させるはんだ球を支持するための取り付け具の投影図。
【図６】 端子支持アセンブリとはんだ取り付け具の、それぞれはんだ付け前後の部分断面側面図。
【図７】 端子支持アセンブリとはんだ取り付け具の、それぞれはんだ付け前後の部分断面側面図。
【図８】 端子支持アセンブリの別の実施例の部分断面側面図。
【図９】 端子支持アセンブリのさらに別の実施例の部分断面側面図。
【図１０】 端子支持アセンブリのまた別の実施例の部分断面側面図。
【図１１】 図１０の端子支持アセンブリの部分平面図。
【図１２】 端子支持アセンブリのさらに別の実施例の部分断面側面図。
【図１３】 相互接続コンポーネントの別の実施例の側面図。
【図１４】 図１３の相互接続コンポーネントの別の実施例の断面側面図。
【図１５】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１６】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１７】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１８】 図８に示すような、端子支持アセンブリの組立方法。
【図１９】 端子の別の実施例の一部断面図を含む側面図。
Claims (13)
- 第一の基板に設置された電気接続領域アレイを第二の基板に設置された電気接続領域アレイに結合するために使用されるタイプの相互接続コンポーネントの製造方法において、
上部表面から反対の下部表面まで延びる穴の中に端子が配置される絶縁支持部材を設置し、これらの穴は接続領域のパターンに対応するパターンに配置され、
ひとつの端子が対応するひとつの穴の中に配置されるように複数の端子を設置し、各端子は第一と第二の端部を有する長い導電性部材を有し、第一の端部は第一の基板に設置された電気接続領域のアレイのうち対応するひとつに電気的に接続するよう構成され、第二の端部は端面が隔離されてこの端面だけがはんだ球のはんだに露出され、この第二の端部の端面の隔離は、第二の端部の露出面の周辺にはんだレジストのコーティングを設けることで行われ、
長い導電性部材の第二の端部の各表面にはんだ球を付着させ、各はんだ球は端子を第二の基板に設置された接続領域アレイのうち対応するひとつに接続するためにリフローされることになっており、はんだ球の付着は、
絶縁支持部材の穴のパターンに対応するパターンに配置された対応する数の窪みを有する取り付け具を設置し、
各窪みにはんだ球を充填し、
各端子の第二の端部が対応するはんだ球に接触するように、絶縁支持部材を取り付け具上に設置し、
はんだ球を、そのほぼ球形の形状を保持しながら、端子の第二の端部にはんだ付けすることからなることを特徴とする製造方法。 - 隔離ステップが、各第二の端部の表面だけが露出するように、端子を絶縁支持部材の穴の中に設置するステップからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 隔離ステップが、
絶縁シート部材を絶縁支持部材の下部表面に設置し、絶縁シート部材は、長い導電性部材の第二の端部をぴったりとフィットした状態で受けるようなサイズの穴のアレイを有し、
各第二の端部の表面だけが露出するように、絶縁支持部材の中に端子を設置する
ステップからなることを特徴とする請求項１記載の方法。 - さらに、絶縁シート部材上に導電性回路パターンを設置するステップからなることを特徴とする請求項３記載の方法。
- さらに、長い導電性部材の各第二の端部にはんだフラックスを供給することからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
- さらに、はんだ付けステップの前で取り付け具上に絶縁支持部材を設置した後に、絶縁支持部材を反転させることからなることを特徴とする請求項５記載の方法。
- はんだ球のはんだ付けが、端子とはんだ球を有する絶縁支持部材にリフロー装置を通過させることからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 端子がその外周に沿って、1対の固定部材を有し、絶縁支持部材の中に設置される時、1対の固定部材の第一の部材が絶縁支持部材の上部表面に関して絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに位置し、1対の固定部材の第二の部材が絶縁支持部材の反対の下側表面に関して絶縁支持部材の厚さの約3分の1にあたる長さに位置することを特徴とする請求項１記載の方法。
- 第一の基板に設置された電気接続領域アレイを第二の基板に設置された電気接続領域アレイに結合するために使用される種類の相互接続コンポーネントの製造方法において、
上部表面から反対の下部表面まで延びる穴の中に端子が配置される絶縁支持部材を設置し、これらの穴は接続領域のパターンに対応するパターンに配置され、
ひとつの端子が対応するひとつの穴の中に配置されるように複数の端子を設置し、各端子は第一と第二の端部を有する長い導電性部材を有し、各端子は導電性部材の各第二の端部の端面が隔離されてこの端面だけがはんだ球のはんだに露出されるように、絶縁支持部材の穴の対応するひとつの中に押し込んでフィットさせることができるようなサイズであり、この第二の端部の端面の隔離は、第二の端部の露出面の周辺にはんだレジストのコーティングを設けることで行われ、第一の端部は第一の基板上に設置された電気接続領域アレイの対応するひとつに電気的接続するよう構成され、
導電性部材の第二の端部の各表面にはんだ球を付着させ、各はんだ球は、端子を第二の基板上に設置された接続領域アレイの対応するひとつに接続するようリフローされることになっていることを特徴とする方法。 - はんだ球を導電性部材の第二の端部の各表面に付着させることが、
絶縁支持部材の穴のパターンに対応するパターンで設置された、対応する数の窪みを有する取り付け具を設置し、
各窪みにはんだ球を充填し、
絶縁支持部材を、各端子の第二の端部が対応するはんだ球と接触するように、取り付け具の上に設置し、
はんだ球を、そのほぼ球形の形状を保ちながら、端子の第二の端部にはんだ付けし、
絶縁支持部材を取り付け具から外す
ことからなることを特徴とする請求項９記載の方法。 - はんだ球のはんだ付けが、端子とはんだ球を有する絶縁支持部材にリフロー装置を通過させることからなることを特徴とする請求項９記載の方法。
- 第一の基板上に設置された電気接続領域アレイを、第二の基板上に設置された電気接続領域アレイに結合するために使用されるタイプの相互接続コンポーネントにおいて、相互接続コンポーネントは、
上部表面と反対の下部表面を有し、上部表面から反対の下部表面まで縦に延びる穴のアレイを有し、これらの穴のアレイが第一の基板の電気接続領域アレイに対応するパターンに配置されているような絶縁支持部材と、
これらの穴の対応するひとつの中にひとつずつ押し込んでフィットされ、第一の基板の接続領域アレイを第二の基板の接続領域アレイに電気的に接続するよう構成された複数の端子を有し、
各端子は、
第一の基板に設置された電気接続領域アレイの対応するひとつに接続されるようになっている第一の端部および、第二の端部を有する導電性部材、
導電性部材の第二の端部の表面に予め付着され、端子を第二の基板上に設置された接続領域アレイの対応するひとつに接続するようリフローされることになっているはんだ球、
端子の外周に沿って設置される1対の固定部材を有し、
端子は、絶縁支持部材の中に設置される時、絶縁支持部材の上部表面に関して絶縁支持部材の厚さの約３分の1に相当する長さに位置する、1対の固定部材の第一の部材を有し、1対の固定部材の第二の部材は、絶縁支持部材の反対の下部表面に関して絶縁支持部材の厚さの約３分の1に相当する長さに位置することを特徴とする相互接続コンポーネント。 - 穴は、端子の第二の端部を絶縁支持部材の中に押し込んでフィットさせ、端子の第二の端部の表面だけが露出されるようにすることができるような大きさであることを特徴とする請求項１２記載の相互接続コンポーネント。
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