JP4476769B2 - ピン付き配線基板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピン付き配線基板の製造方法及び製造装置に関する。

従来より、半導体素子等の電子部品を利用した電子装置には、有機材料等からなる絶縁基体の表面や内部に配線導体を有する配線基板が使用されている。かかる配線基板には、裏面に入出力端子用のリードピンが立設されたいわゆるピングリッドアレイ（ＰＧＡ）型のものがあり、リードピンが外部回路基板の配線にソケット等を介して接続されることで、搭載される電子部品を外部回路に電気的に接続する。

特開平９−３０７２２７号公報

しかしながら、ＰＧＡ型の配線基板（以下、ピン付き配線基板という）では、その製造過程において、リードピンを基板に接合する際にピン立て治具を必要とするが、接合後に該治具からリードピンを引き抜くのが困難である等の問題がある。すなわち、従来は、図９に示すように、基板１０の裏面１１ｂに接合されたリードピン１２がピン立て治具２０のピン孔２０ａに保持された状態で、該治具２０の裏側からピン孔２０ａに剣山状の部品９０を刺し込むことでリードピン１２を押し上げる方法が用いられているが、このような方法は高度な位置合わせが必要とされるという問題がある。

また、剣山状部品９０にはピン立て治具２０よりも高硬度の材料を用いるため、刺し込まれた釘部９１がピン孔２０ａの側壁を擦る等して孔径が広がり、治具の使用を重ねる程、基板１１に接合されるリードピン１２の位置精度が悪化してしまうという問題もある。

また、ピン立て治具２０は、リードピン１２接合のための加熱などが繰り返し加わることで僅かずつながら変形していくので、その変形に合わせて釘部９１の位置を変えた剣山状部品９０を用いなければならず、管理が手間であるという問題もある。

一方、そのような剣山状部品９０を用いないようにするため、基板１１を主面１１ａ側から吸引して引き上げるという方法も考えられるが、今度は、吸引により基板１１が損傷してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、剣山状部品を用いることなく、基板が接合されたリードピンをピン立て治具から容易に引き抜くことが可能なピン付き配線基板の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段・発明の効果

上記課題を解決するため、本発明のピン付き配線基板の製造方法は、
基板の裏面にリードピンを備えるピン付き配線基板の製造方法であって、
ピン立て治具のピン孔に挿入保持されたリードピンが基板の裏面に接合された状態で、これらを密閉容器内に収納するとともに、該密閉容器の壁部を貫通して設けられた押圧手段により基板の主面を押圧し、
その後、当該押圧手段の押圧力よりも高い圧力の圧縮気体を密閉容器内に供給することで、押圧手段の押圧方向とは反対方向に基板を移動させて、リードピンをピン立て治具のピン孔から引き抜く工程を有することを特徴とする。

また、かかる製造方法を実現するために、本発明のピン付き配線基板の製造装置は、
基板の裏面にリードピンを備えるピン付き配線基板の製造装置であって、
リードピンを挿入保持するピン孔を有するピン立て治具と、
該ピン立て治具のピン孔に挿入保持されたリードピンが基板の裏面に接合された状態で、これらを収納する密閉容器と、
該密閉容器の壁部を貫通して設けられ、基板の主面を押圧する押圧手段と、
該押圧手段の押圧力よりも高い圧力の圧縮気体を密閉容器内に供給する圧縮気体供給手段と、を備え、
当該圧縮気体供給手段による圧縮気体の供給により、押圧手段の押圧方向とは反対方向に基板を移動させて、リードピンをピン立て治具のピン孔から引き抜くことを特徴とする。

かかる本発明によると、密閉容器内において、基板の主面側を所定の圧力で押圧しておき、それを上回る圧力の圧縮気体を容器内に供給することで、裏面側への圧縮気体の受圧により基板を持ち上げるように構成されている。このように剣山状部品を用いない構成とすることで、上記のごとき問題、すなわち高度な位置合わせや、ピン孔の径拡大、治具の変形による部品の管理等の問題が全て解消され、基板が接合されたリードピンをピン立て治具から容易に引き抜くことが可能となる。なお、押圧手段は、密閉容器の壁部を貫通して設けられているが、これは密閉容器内の圧力によって押圧力が影響を受けないことが必要であることによる。

次に、本発明のピン付き配線基板の製造方法及び製造装置では、押圧手段は、基板の主面と接する部分が枠形状の枠状接触部とされてなるとともに、該枠状接触部と基板の主面とにより構成される中空部を吸引する吸引手段を備え、該吸引手段により基板を吸着保持するようにすることができる。かかる構成により、押圧手段と基板の主面との密着性をより向上させることが可能となるので、上記の圧縮気体の供給による基板の持ち上げをより良好に行うことができる。

次に、本発明のピン付き配線基板の製造方法及び製造装置では、押圧手段は、枠状接触部が基板の主面に形成された半田バンプを取り囲むとともに、該半田バンプに当接して支持するバンプ支持部を有するようにすることができる。かかる構成とすることで、押圧手段が有する吸引手段の吸引によって基板の半田バンプ近傍が損傷することを防止することが可能となる。

次に、本発明のピン付き配線基板の製造方法及び製造装置では、密閉容器は、ピン立て治具を支持する固定型と、該固定型に対して進退可能で、押圧手段を有する可動型とにより構成され、該可動型が該固定型に圧接されて密閉空間を形成するようにすることができる。かかる構成により、容易に密閉空間を形成することができ、後の圧縮気体の供給までを円滑に行うことが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るピン付き配線基板１０の製造装置１の構成を概略的に表す図である。

まず、ピン付き配線基板１０について説明する。基板１１は、内部を図示しないが、エポキシ樹脂等を主成分とする絶縁基体の表面や内部にＣｕメッキにより形成された配線導体を有する。その表面をなすそれぞれの絶縁層は、内部の金属パッドを露出させるための開口を有しており、主面１１ａ側の金属パッドにはＩＣチップ等の電子部品をフリップチップ接続するための半田バンプ１１ｐが形成され、他方、裏面１１ｂ側の金属パッドには入出力端子用のリードピン１２がロウ付けされている。このような構成によって、いわゆるピングリッドアレイ（ＰＧＡ）型の配線基板が実現しており、リードピン１２が外部回路基板の配線にソケット等を介して接続されることで、搭載される電子部品を外部回路に電気的に接続する。

製造装置１は、主に、リードピン１２を挿入保持するピン孔２ａを有するピン立て治具２０と、密閉容器３の一部をなすテーブル（固定型）３２と、密閉容器３の一部をなすシリンダブロック（可動型）３１と、該シリンダブロック３１を貫通して設けられたピストン（押圧手段）４と、圧縮気体を密閉容器３内に供給する圧縮気体供給手段５と、を備える。以下、かかる製造装置１のより詳細な構成を述べつつ、本実施形態に係る製造工程の説明を行う。

本実施形態に係る製造工程を説明する前に、該工程に先立って行われる、リードピン１２を基板１１の裏面１１ｂに接合する工程について、図２を用いて説明する。まず、プレ工程１として、テーブル３２上に載置されたピン立て治具２のピン孔２ａにリードピン１２を挿入する。ピン立て治具２は、例えばアルミ製のものを用いることができる。ピン孔２ａの上端は面取りが施されており、リードピン１２の挿入を容易ならしめている。また、ピン孔２ａは、以下の工程で剣山状部品を使用していないため、下端側が塞がれていてもよい。リードピン１２は、上端に軸部よりも大径の大径部を有しており、この大径部によってピン立て治具２の上面に掛止されている。リードピン１２の軸径は、例えばピン孔２ａの径の７０〜９０％程度とすることができ、より具体的には、例えば０．２〜０．３ｍｍ程度とすることができる。

次に、プレ工程２として、リードピン１２を基板１１の裏面１１ｂにロウ付けする。ロウ付けは、基板１１の裏面１１ｂに露出している金属パッド（図示せず）に予め半田ペーストを印刷等の手段により配しておき、それをリードピン１２の大径部に合わせた状態でリフローすることによって行う。その後、これらを冷却ファン等を用いて室温程度まで冷却し、以下の工程に移る。ここで、冷却を行わずに以下の工程を行うこともできるが、工程の温度管理が大変なことや後述するピストン４の先端の部材４１がゴム製であることから、冷却を行う方が好ましい。なお、基板１１とピン立て治具２との熱膨張係数が異なるため、冷却後には、リードピン１２はピン孔２ａ内の任意の方向に押し付けられた状態となっていることが多く、このような理由等によってリードピン１２の引き抜きが困難となっている。

以下、本実施形態に係る製造工程について説明する。まず、図３の工程１に示すように、上方に退避しているシリンダブロック３１の下方に、基板１１及びピン立て治具２をテーブル３２ごと移動させる。

次に、図４の工程２に示すように、シリンダブロック３１を下方に進行させ、テーブル３２に向かって圧接する。ここで、シリンダブロック３１は、基板１１及びピン立て治具２を覆う形状とされていて、ピン立て治具２の周囲でテーブル３２に圧接される。このようにして、ピン立て治具２等を収納する密閉容器３が構成される。すなわち、ピン立て治具２が載置されたテーブル３は固定型、テーブル３２に対して進退可能なシリンダブロック３１は可動型として働く。密閉容器３の構成時には、テーブル３２とシリンダブロック３１との間に、例えばウレタンゴム等からなるシールゴム３３が介されており、密閉容器３の気密性を高めている。該シールゴム３３は、シリンダブロック３１側に備え付けられている。なお、圧接のために印加する力は、後の圧縮気体供給工程（工程５）まで印加した状態にしておく。

次に、工程３に示すように、密閉容器３の壁部、すなわちシリンダブロック３１に形成された貫通孔３１ａをシリンダとして、該シリンダ内において摺動可能に備えられたピストン（押圧手段）４を、下方に進行させて、基板１１の主面１１ａを押圧する。貫通孔３１ａにはＯリング３４が設置されており、密閉容器３の気密性を確保している。このような構成により、該ピストン４は、シリンダブロック３１を貫通して設けられているため、密閉容器３内の圧力によって押圧力が影響を受けない。なお、ピストン４による押圧は、後の圧縮気体供給工程（工程５）において基板１１の主面１１ａに一定の圧力を印加しておくことが目的であるので、さほど強い圧力を加える必要はない。したがって、例えば、ピストン４の下方への機械的な加重を止めて、ピストン４の自重のみによって基板１１の主面１１ａを押圧するようにしてもよい。

次に、図５の工程４に示すように、基板１１の主面１１ａをピストン４に吸着させる。詳しくは、ピストン４は、基板１１の主面１１ａと接する先端部分に、図７に示すような枠形状の枠状接触部４１を有しており、また、枠状接触部４１と基板１１の主面１１ａとにより構成される中空部を吸引するための吸引手段に繋がる吸引孔４２を有する。これにより、ピストン４は、基板１１を吸着保持することが可能とされている。基板１１とピストン４との間に隙間が生じている場合には、後の圧縮気体供給工程（工程５）による作用を得ることができないおそれがあるが、かかる構成とすることで、基板１１とピストン４との密着を高めることができ、工程５による作用を十分に得ることができる。また、枠状接触部４１は、ニトリルゴムにより構成されており、接触する基板１１の１１ａの汚染を低減させている。

また、ピストン４に設けられた枠状接触部４１は、基板１１の主面１１ａに形成された半田バンプ１１ｐを取り囲むようにして主面１１ａに当接する。ここで、吸引孔４２からの吸引によって半田バンプ１１ｐ付近が損傷されないように、枠状接触部４１の内側には、半田バンプ１１ｐの頂部に当接してこれを支持するバンプ支持部４３が形成されている。該バンプ支持部４３は、セラミックにより構成され、これにより半田がバンプ支持部４３に付着することを防止している。より具体的には、バンプ支持部４３に用いるセラミックは、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などを例示することができる。本実施形態においては、窒化珪素セラミックを用いている。

また、図７（ｃ）に示す枠状接触部４１とバンプ支持部４３との高低差Ｈは、例えば０．２０ｍｍ以下とすることができる。より好ましくは、０．１５ｍｍ以下とする。高低差Ｈがこの範囲にあることで、枠状接触部４１の変形による中空部内の気密性の確保と、バンプ支持部４３による半田バンプ１１ｐの支持とを良好に両立させることができる。なお、高低差Ｈの下限は、基板１１の主面１１ａからの半田バンプ１１ｐの形成高さとすることができる。

次に、工程５に示すように、圧縮気体供給手段５により密閉容器３内に圧縮気体ＰＡを供給し、リードピン１２をピン立て治具２のピン孔２ａから引き抜く。圧縮気体供給手段５は、詳細は図示しないが、例えば、コンプレッサーによって圧力容器内に蓄圧した圧縮空気ＰＡを、ピストンに作用させて、供給口５ａを通じて密閉容器３内に送り込む構成とすることができる。供給される圧縮気体ＰＡの圧力は、ピストン４が基板１１の主面１１ａを押圧する押圧力よりも高く設定され、これにより、基板１１がピストン４の押圧方向とは反対方向（図の上方）へと移動し、その結果、リードピン１２がピン立て治具２のピン孔２ａから引き抜かれる。すなわち、ピストン４の押圧力よりも高い圧力の圧縮気体ＰＡを供給すると、ピストン４位置において基板１１が受ける主面１１ａ側の圧力よりも裏面１１ｂ側の圧力が勝るため、基板１１は裏面１１ｂ側から上方に押し上げられる。

次に、図６の工程６に示すように、シリンダブロック３１をテーブル３２に圧接する下方への力を抜き、基板１１をピストン４により吸着保持したままシリンダブロック３１を上方へ退避させる。その後、基板１１は、吸着保持が解除されるとともに他の治具に移されて、半田バンプ１１ｐの頂部を平坦化するフラッタリング等の所定の工程を経て、ピン付き配線基板１０の完成に至る。

なお、以上の製造工程１〜６は、図８に示すように、複数のピン付き配線基板１０を一度に製造することが可能な複数個取りのピン立て治具２を用いることができる。図は、複数個取りとして構成されたピン立て治具２を真上から見た図である。基板１１の主面１１ａに形成された半田バンプ１１ｐを取り囲む破線は、ピストン４の押圧位置であり、シリンダブロック３１（図１参照）ではそれぞれの基板１１に対してピストン４が配置される。

また、シリンダブロック３１とテーブル３２との間に介されるシールゴム３３（図１参照）は、ピン立て治具２を取り囲むように配されるが、シールゴム３３を図８に示すような矩形枠状とした場合、応力の集中しやすい角部等によって気密性が保てない場合が生じることがある。そこで、シールゴム３３の幅を２０ｍｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、１０ｍｍ以下とする。シリンダブロック３１からの圧接に係るシールゴム３３の受圧面積をこのような範囲とすることで、シールゴム３３が変形しやすくなり、シリンダブロック３１とテーブル３２との間を隙間なく埋めることが可能となるので、密閉容器３内の気密性を良好に確保することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明のピン付き配線基板の製造方法及び製造装置は、当該実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施し得るものである。

本発明のピン付き配線基板の製造装置の構成を概略的に表す図 本発明の工程に先立って行われるリードピンの接合の流れを表す工程図 本発明のピン付き配線基板の製造方法の流れを表す工程図 図３に続く図 図４に続く図 図５に続く図 押圧手段の先端の構成を概略的に表す図 複数個取りとして構成されたピン立て治具を真上から見た図 従来の剣山状部品を用いたリードピンの取外し方法を表す図

符号の説明

１ ピン付き配線基板の製造装置（リードピン引き抜き装置）
２ ピン立て治具
２ａ ピン孔
３ 密閉容器
３１ シリンダブロック
３２ テーブル
３３ シールゴム
３４ Ｏリング
４ 押圧手段（シリンダ）
４１ 枠状接触部
４２ 吸引孔
４３ バンプ支持部
５ 圧縮気体供給手段
１０ ピン付き配線基板
１１ 基板
１１ｐ 半田バンプ
１２ リードピン

Claims (13)

1. 基板の裏面にリードピンを備えるピン付き配線基板の製造方法であって、
   ピン立て治具のピン孔に挿入保持された前記リードピンが前記基板の裏面に接合された状態で、これらを密閉容器内に収納するとともに、該密閉容器の壁部を貫通して設けられた押圧手段により前記基板の主面を押圧し、
   その後、当該押圧手段の押圧力よりも高い圧力の圧縮気体を前記密閉容器内に供給することで、前記押圧手段の押圧方向とは反対方向に前記基板を移動させて、前記リードピンを前記ピン立て治具のピン孔から引き抜く工程を有することを特徴とするピン付き配線基板の製造方法。
2. 前記押圧手段は、前記基板の主面と接する部分が枠形状の枠状接触部とされてなるとともに、該枠状接触部と前記基板の主面とにより構成される中空部を吸引する吸引手段を備え、該吸引手段により前記基板を吸着保持することを特徴とする請求項１に記載のピン付き配線基板の製造方法。
3. 前記押圧手段は、前記枠状接触部が前記基板の主面に形成された半田バンプを取り囲むとともに、該半田バンプに当接して支持するバンプ支持部を有することを特徴とする請求項２に記載のピン付き配線基板の製造方法。
4. 前記密閉容器は、前記ピン立て治具を支持する固定型と、該固定型に対して進退可能で、前記押圧手段を有する可動型とにより構成され、該可動型が該固定型に圧接されて密閉空間を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のピン付き配線基板の製造方法。
5. 基板の裏面にリードピンを備えるピン付き配線基板の製造装置であって、
   前記リードピンを挿入保持するピン孔を有するピン立て治具と、
   該ピン立て治具のピン孔に挿入保持された前記リードピンが前記基板の裏面に接合された状態で、これらを収納する密閉容器と、
   該密閉容器の壁部を貫通して設けられ、前記基板の主面を押圧する押圧手段と、
   該押圧手段の押圧力よりも高い圧力の圧縮気体を前記密閉容器内に供給する圧縮気体供給手段と、を備え、
   当該圧縮気体供給手段による圧縮気体の供給により、前記押圧手段の押圧方向とは反対方向に前記基板を移動させて、前記リードピンを前記ピン立て治具のピン孔から引き抜くことを特徴とするピン付き配線基板の製造装置。
6. 前記押圧手段は、前記密閉容器の壁部に形成された貫通孔をシリンダとして、該シリンダ内において摺動可能に備えられたピストンであることを特徴とする請求項５に記載のピン付き配線基板の製造装置。
7. 前記押圧手段は、前記基板の主面と接する部分が枠形状の枠状接触部とされてなるとともに、該枠状接触部と前記基板の主面とにより構成される中空部を吸引する吸引手段を備え、該吸引手段により前記基板を吸着保持することを特徴とする請求項５または６に記載のピン付き配線基板の製造装置。
8. 前記枠状接触部は、ニトリルゴムにより構成されてなることを特徴とする請求項７に記載のピン付き配線基板の製造装置。
9. 前記押圧手段は、前記枠状接触部が前記基板の主面に形成された半田バンプを取り囲むとともに、該半田バンプに当接して支持するバンプ支持部を有することを特徴とする請求項７または８に記載のピン付き配線基板の製造装置。
10. 前記バンプ支持部は、セラミックにより構成されてなることを特徴とする請求項９に記載のピン付き配線基板の製造装置。
11. 前記枠状接触部と前記バンプ支持部との高低差は、０．２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載のピン付き配線基板の製造装置。
12. 前記密閉容器は、前記ピン立て治具を支持する固定型と、該固定型に対して進退可能で、前記押圧手段を有する可動型とにより構成され、該可動型が該固定型に圧接されて密閉空間を形成することを特徴とする請求項５ないし１１のいずれか１項に記載のピン付き配線基板の製造装置。
13. 前記固定型と前記可動型との間には矩形枠状のシールゴムが介されてなるとともに、該シールゴムの幅が２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載のピン付き配線基板の製造装置。

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