JPH04240759A - ピン構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つの基板間を電気的
に接続する接続端子の構造に関し、特に接続端子が格子
状に配列されたピン構造体に関する。又、本発明は格子
状に配列されたピン構造体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２つの基板の間をピン構造体で接続する
方法は公知である。例えば一方の基板がプリント基板で
他方がセラミックパッケージ基板であり、セラミックパ
ッケージ基板に銀ろう材で取り付けられたピンを、プリ
ント板にすず−鉛はんだで取り付ける手段は（一般の）
電子機器部品の実装技術として広く用いられている。こ
れらのピンの間隔はインチ系が主流であり、通常０．１
インチ（２，５４ｍｍ）ピッチが用いられているが、高
密度多端子の実装が必要な場合は０．０５インチ（１．
２７ｍｍ）ピッチの実装も使われだしている。

【０００３】例えば、日本電気株式会社のＡＣＯＳシス
テム３３００に用いられているピングリッドアレイタイ
プのパッケージでは、基板外形が約２８ｍｍ角であり、
この基板のほぼ全面に１．２７ｍｍピッチで２８８ピン
のピンが形成されている。ピン長は２ｍｍ，ピン径は０
．２ｍｍである。このピン長とピン系の値ははんだ付け
時の熱による応力の緩和を一つの目的として決定される
。

【０００４】将来のＬＳＩの高集積の動向を考慮すると
、ピンの形成ピッチは１．２７ｍｍでも不十分である。 すでに論理設計者はＬＳＩ当り５００〜１０００ピンの
端子数を要求している。しかも全体の実装密度をあげる
ためにもパッケージサイズそのものは大きくしたくない
からである。

【０００５】この要求に答えるものとして、特願昭６２
−２７９７６２，特願昭６２−３０５１１９等に示され
るマイクロピン構造がある。この従来のマイクロピン構
造体は図７に示されるように半導体集積回路チップ１５
Ａに直接マイクロピン１２を形成しこれをセラミック多
層配線基板１５Ｂに半田付けする構造をとっている。こ
の構造の目的はいわゆるフリップチップ法によるバンプ
構造では熱ストレスにより半田接続部の断線という問題
があるため、ピン構造により応力を緩和しようという点
にある。外周部に接続端子を形成する手段と比べ面に格
子状に端子を形成する方が端子数が多くとれることはも
ちろんである。

【０００６】特願昭６２−２７９７６２にはピン数，ピ
ン形成ピッチは明記されていないが、その目的とすると
ころから、ピン数では１００ピン以上、ピンの配列ピッ
チは実用化されているバンプ技術から推測して０．２５
ｍｍ〜１ｍｍ程度と思われる。具体例としてＬＳＩの大
きさを１０ｍｍ角、ピン形成本数を１０００ピンとする
と、ピン形成ピッチは約０．３ｍｍが必要となる。した
がってピン径としては０．１ｍｍ以下にする必要がある
。

【０００７】０．１ｍｍのピン径のピンを０．３ｍｍの
格子状に１０００ピン配列し、これをＬＳＩもしくはセ
ラミック基板等に形成するのは作業上の困難性、治具の
精度上、種々の問題がある。従来はピン整列治具として
１．２７ｍｍピッチで穴のあいた板をカーボンで作り、
ここにピンを挿入して整列させていた。穴はピンをスム
ーズに挿入させるあめにピン径より０．０５〜０．１ｍ
ｍ程度大きくしておき振動等を利用して８０〜９０％の
穴に自動的にピンを入れたあと未挿入部に１ピンづつピ
ンセットでピンを挿入していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図８は図７に示したマ
イクロピンの半田付け時の拡大図である。配線基板１５
Ｂのランド１７とマイクロピン１２の間にはんだ１８が
成形されている。マイクロピン１２を用いて熱による応
力を緩和するにははんだ付け後のはんだの形状を制御す
る必要がある。

【０００９】しかし従来用いられていたマイクロピンで
は、はんだ形状を図８のように安定的に形成することは
なかなか困難である。よく発生する現象ははんだがピン
１２の上方までのぼってしまう現象で、これがおこると
基板１５Ｂのラド１７上のはんだ良が不足し、強度低下
や、ひどい場合には断線に至る。また、はんだがピン１
２の側面をおおってしまい、ピンが硬くなりピン自体の
弾力により応力を緩和しようとした効果が得られなくな
ってしまう。

【００１０】対策としてはピン先端のみ、はんだ濡れ性
を良くし、他の部分の濡れ性を悪くすれば良いのだか、
このような微細なピンの１ピン毎にそのような工夫をす
ることは技術的に可能であっても、大幅な価格上昇とな
り、実際的な解決策にはなり得ない。

【００１１】また、穴のあいたカーボン製の板を用いた
ピン構造の製造方法についてはピンピッチを０．３ｍｍ
では、ピンに対する穴の０．０５〜０．１ｍｍの「遊び
」は許容できなくなり、ピンをスムーズに穴に挿入でき
なくなる。またピン径が０．１ｍｍ程度となるとピンを
ピンセットで取り扱うのが困難となり、カーボン製の板
の穴へピンを挿入できなくなる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のピン構造体は、
有機樹脂フィルムと、この有機樹脂フィルムの表および
裏から両端を突出させて前記有機樹脂フィルムに埋め込
まれて配列させられた複数の金属柱からなるピンとを含
み、前記ピンの前記有機樹脂フィルムから突出した部分
の少なくとも一部がはんだに濡れやすい金属で覆われて
いることを特徴とする。

【００１３】本発明のピン構造体の製造方法は、配列さ
れた複数のワイヤ状の金属を有機樹脂中に埋め込む第１
の工程と、前記ワイヤ状の金属の切断後の両端が表およ
び裏にくるように前記有機樹脂を切断してフィルムにす
る第２の工程と、前記フィルムの両面を所定の深さまで
除去して前記ピンの両端を前記フィルムの両面から突出
させる第３の工程と、前記ピンの突出部分を、はんだ濡
れ性の良い金属でおおう第４の工程とを含んで構成され
る。

【００１４】また第４の工程の後にフィルムの両面をさ
らに所定の深さまで除去しピンをはんだ濡れ性の良い金
属でおおわれた部分以外まで前記フィルムから突出させ
る第５の工程を有する構成にもできる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１６】図１は本発明の一実施例の斜視図である。

【００１７】有機樹脂フィルム１１に金属ピン１が格子
状に配列されて埋め込まれている。金属ピン１の両端は
フィルム面から突出しており、突出している部分の一部
もしくは全部が他の金属でおおわれている。

【００１８】有機樹脂フィルム１１の材質は耐熱性樹脂
であり、具体的にはポリイミド系樹脂が用いられている
。厚さは１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。金属ピン１の
材質はコバール，銅合金，タングステン，ニッケル合金
，金等を用いることができる。所望する弾力と導電性，
熱膨張係数により適当な金属を選ぶ。フィルムが薄くピ
ン１自体に強度が求められる場合には、タングステンや
ニッケル合金が用いられる。また高い導電性が要求され
る場合は、金や銅合金を用い、タングステンやニッケル
合金と比べてのピン自体の機械的強度の低下はフィルム
を厚くすることでおぎなうことがでいる。熱膨張係数を
アルミナ等のセラミックにあわせたい場合にはコバール
が用いられる。

【００１９】ピン１の径は０．０３〜０．２ｍｍ程度、
ピンの配列ピッチは０．２〜１ｍｍ程度である。ピン長
はフィルム厚にも関係するが２〜０．５ｍｍ程度である
。図２は本実施例の部分断面図である。

【００２０】ピン１の両端がフィルム１１の面から突出
しており、そこがはんだぬれ性の良い他の金属１３でお
おわれている。突出している高さはピン径にもよるが０
．０３〜０．３ｍｍ程度である。金属１３の具体例とし
ては、金，パラジウム，銅，スズ，スズ−鉛などがある
。ピン１２と金属１３の間に他の金属が介在することも
ありうる。例えばピン１２がコバールで金属１３が金の
場合、その間にニッケルがあることが通常である。これ
はコバールと金との密着を得るために必要である。

【００２１】図３は本発明の他の実施例の部分断面図で
ある。本実施例ではフィルム１１から突出しているピン
２の一部のみが金属１３でおおわれている。ピン２の露
出面１４ははんだ濡れ性の良くない材料であることが特
徴である。ピン２がコバールやタングステンの場合は、
ピン２自体の材質がそのまま露出していても良いが耐腐
食性を考慮し、ニッケルやクロム，チタン等でおおう場
合が多い。ピン２が銅合金や金の場合はむしろはんだ濡
れ性を悪くする目的でニッケルやクロムでおおう。本実
施例の場合の突出部の高さは０．１〜０．５ｍｍ程度で
あり、このうち金属１３でおおわれている高さは０．０
３〜０．３ｍｍ程度である。

【００２２】図４は本実施例のマイクロピン構造体を用
いてＩＣ１５Ａを配線基板１５Ｂにとりつけたところの
側面図である。ＩＣ１５Ａの表面にランド１６，配線基
板１５Ｂの表面にはランド１７が形成されており、そこ
にマイクロピン２がはんだ付けされている。はんだ１８
はマイクロピン２の側面のうちはんだぬれ性のよい金属
１３でおおわれた部分までしかのぼっていかないのでラ
ンドサイズやピン径に応じたはんだ量をあらかじめ設定
しておくことにより、再現性よく求めるはんだフィレッ
ト形状を得ることができる。また、フィルム１１でおお
われた部分を含めてマイクロピン２の所望する部分には
んだが付着するのを防ぐことができるのでピン自体の弾
力性を保持することができ、ねらい通りの応力緩和効果
を得ることができる。

【００２３】ＩＣや配線基板に対するマイクロピン構造
体の位置あわせも例えばフィルム１１上に、位置あわせ
用の認識マークを設けることにより、容易におこなうこ
とができる。さらにこのような構造体をとることにより
、ピン全体で強度を得ていることから１〜２ピン取り付
け強度の弱いものが発生しても、そのピンだけとれると
いうこともなく、全体としての信頼性も向上する。

【００２４】図５は図２に示すマイクロピン構造体の製
造方法を示す工程断面図である。

【００２５】図５の（Ａ）はワイヤ状の金属２０を、金
型２３に形成された穴に通すことにより精度良く整列さ
せ、そこに、有機樹脂ワニス２１を流し込んだところを
示してある。このように精度良い金型を用いて配列がで
きるためピン配列の手間はほとんどかからない。

【００２６】次にワニス２１を硬化させ、図５の（Ｂ）
に示すように、所望の厚さに切断する。切断されたワイ
ヤ２０はピン１となる。

【００２７】次に、図５（Ｃ）に示すように有機樹脂ワ
ニス２１の表面の一部を除去する。ワニス２１は一部を
除去されてフィルム１１となる。ワニス２１がポリイミ
ド系の樹脂の場合はＯ２　＋ＣＦ４　のガスを用いたプ
ラズマ処理で０．１ｍｍ／時間以上のはやさで除去する
ことができる。ポリイミドエッチャントを用いたウェッ
トエッチングでも良い。

【００２８】こうしてピン１の一部を露出したあと、そ
こを図５（Ｄ）に示すように他の金属１３でおおう。通
常は無電解メッキでおおうのが簡単である。例えばコバ
ールや銅合金，タングステン等のピンに無電解でニッケ
ル／金メッキを施すことは広く用いられており、困難性
は少ない。ポリイミドでおおわれた部分にはメッキがつ
かないのはもちろんである。

【００２９】このようにポリイミドフィルムにピンを埋
め込むことによりその後のピンの両端の露出，メッキ処
理がバッチ処理でおこなえ、１ピンづつ処理する方法に
比べ大幅な　　工数削減となる。

【００３０】また片面づつ電極を取る方法を用いれば、
電気メッキも可能であることはもちろんである。

【００３１】図６は図３に示すマイクロピン構造体の製
造方法を示したものである。

【００３２】図５（Ｄ）に示す状態の有機樹脂フィルム
の表面をエッチングで除去し、ピンの一部を露出させて
いる。本製造方法の場合は図６には図示していないが図
３に示すようにピン側面をあらかじめ他の金属でおおっ
ておくことが望ましい。そのためには図５（Ａ）の工程
で金属ワイヤ１２の表面がすでに他の金属でおおわれて
いるものを用いる。たとえばニッケルメッキされたコバ
ールワイヤや銅合金ワイヤを用いれば良い。

【００３３】本実施例の製造方法はフィルムエッチング
→メッキ→フィルムエッチングの工程をおこなうだけで
ピンの１部にのみ他の金属１３を形成している。１ピン
ずつメッキする従来の製造方法ではピンの部分メッキは
大幅な工数上昇となり、本発明の製造方法と比較し、問
題が多い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
ピン構造体は、ワイヤ状の金属を整列して有機樹脂フィ
ルムに埋め込み、その両端をフィルムから突出させ、さ
らに突出した部分の一部もしくは全部をはんだぬれ性に
対する特性をかえるという構造をとることにより、１．
取扱いが簡単でマイクロピンを基板に取りつける工程が
楽になる２．精度よくピンを取りつけることができる３
．取り付け後のはんだの形状を再現性良く制御すること
ができ、強い取りつけ強度を得ることができる。

【００３５】などの効果がある。

【００３６】さらに本発明のマイクロピン構造体の製造
方法をとることにより １．長い金属ワイヤ状態で整列するため整列が容易であ
る ２．多数のピンに同時に部分メッキが容易におこなえる
３．有機樹脂フィルムからのピンの突出長のコントロー
ルが容易におこなえるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のマイクロピン構造体の斜視
図である。

【図２】図１に示す実施例の部分断面図である。

【図３】本発明の他の実施例の部分断面図である。

【図４】図３に示すマイクロピン構造体を用いて２つの
基板を接続したところの断面図である。

【図５】図２に示すマイクロピン構造体の製造方法を示
す工程図である。

【図６】図３に示すマイクロピン構造体の製造方法を示
す工程図である。

【図７】従来のマイクロピン構造体の断面図である。

【図８】図８の部分の拡大断面図である。

【符号の説明】

１，２，１２　　　　ピン １１　　　　有機樹脂フィルム １３　　　　はんだ濡れ性の良い金属 １４　　　　はんだ濡れ性の悪い金属 １５Ａ　　　　ＩＣ １５Ｂ　　　　配線基板 １６，１７　　　　ランド １８　　　　はんだ ２０　　　　金属ワイヤ ２１　　　　有機樹脂ワニス ２３　　　　金型

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機樹脂フィルムと、この有機樹脂フ
   ィルムの表および裏から両端を突出させて前記有機樹脂
   フィルムに埋め込まれて配列させられた複数の金属柱か
   らなるピンとを含み、前記ピンの前記有機樹脂フィルム
   から突出した部分の少なくとも一部がはんだに濡れやす
   い金属で覆われていることを特徴とするピン構造体。
2. 【請求項２】　　配列された複数のワイヤ状の金属を有
   機樹脂中に埋め込む第１の工程と、前記ワイヤ状の金属
   の切断後の両端が表および裏にくるように前記有機樹脂
   を切断してフィルムにする第２の工程と、前記フィルム
   の両面を所定の深さまで除去して前記ピンの両端を前記
   フィルムの両面から突出させる第３の工程と、前記ピン
   の突出部分を、はんだ濡れ性の良い金属でおおう第４の
   工程とを含むことを特徴とするピン構造体の製造方法。
3. 【請求項３】　　第４の工程の後にフィルムの両面をさ
   らに所定の深さまで除去しピンをはんだ濡れ性の良い金
   属でおおわれた部分以外まで前記フィルムから突出させ
   る第５の工程を有する請求項２記載のピン構造体の製造
   方法。
4. 【請求項４】　　第１の工程で複数のワイヤ状の金属を
   型に形成された穴に通すことにより整列させてから有機
   樹脂中に埋め込む請求項２または３記載のピン構造体の
   製造方法。