JPH11288773A - 高融点ボールコネクタ及びその製造方法、高融点ボール溶着治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価に製造でき、しかもコネクタをプリント
基板に確実に実装することができる高融点ボールコネク
タ及びその製造方法、高融点ボール溶着治具を提供す
る。 【解決手段】 ハウジング１０と、そのハウジング１０
に保持された複数のコンタクト２０とを備える高融点ボ
ールコネクタにおいて、各コンタクト２０の接続部２１
をハウジング１０から突出させ、各コンタクト２０の接
続部２１に高融点ボール３０を溶着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高融点ボールコネ
クタ及びその製造方法、高融点ボール溶着治具に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型・軽量・高性能化が進
み、半導体に対しても高密度実装を実現するパッケージ
の要求が高まっている。高密度実装を実現するパッケー
ジとしてＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇ
ｅ）が開発された。プリント基板上のリード接続部に半
田ペーストを印刷し、マウント装置によりＱＦＰを精度
よく搭載した後、リフロー炉を通過させて半田接続を行
う。

【０００３】ＱＦＰの誕生によってリードピッチ０．５
ｍｍ、０．４ｍｍのものが製品化され、最近では０．３
ｍｍピッチのものが検討されている。

【０００４】しかし、このようなリードのファインピッ
チ化に伴い、プリント基板への実装不良という新たな問
題が生じた。すなわち、いわゆるリード曲り（リード先
端が上を向いたり下を向いたりすること）によって、プ
リント基板にパッケージを確実に実装できないことがあ
った。

【０００５】近年、この問題を克服するパッケージとし
てＢＧＡ（Ｂｕｍｐ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケー
ジが開発された。このＢＧＡパッケージとは、基板上に
チップを実装し、モールド後、基板の底面（チップ搭載
面の反対側の面）に格子状に電極としての半田ボール
（高融点）を設けてなるパッケージである。

【０００６】このＢＧＡパッケージによれば、電極部が
底面に形成されるため、半田ボールのピッチを大きくす
ることができ、またリードを持たないため、小型化で
き、しかもリード曲りを考慮する必要がないので、プリ
ント基板への実装を確実に行うことができる。

【０００７】この実装性の良さに着目してＢＧＡパッケ
ージの技術がコネクタに応用されている。

【０００８】図１３は従来の高融点ボールコネクタの断
面図である。

【０００９】従来の高融点ボールコネクタ２０１は、プ
ラスチック等の絶縁材で形成されたプリント基板２４０
に取り付けられたモールドピン２１０と、各モールドピ
ン２１０に保持された複数のコンタクト２２０とを備え
ている（米国特許第５，５９３，３２２号公報）。

【００１０】コンタクト２２０は、プリント基板２４０
を貫通するスルーホール２４１等を介して、プリント基
板２４０の底面２４０ａに格子状に設けられた電極とし
ての半田ボール２３０等と電気的に接続されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半田ボール２
３０はスルーホール２４１の一端に溶着されているに過
ぎないので、プリント基板２４０の反りや凹凸等の原因
により、このコネクタ２０１をプリント基板（図示せ
ず）に実装したとき、コンタクト２２０とプリント基板
との間に接続不良が生じるおそれがあった。

【００１２】また、プリント基板２４０が高融点ボール
コネクタ２０１の構成部品として必須であるため、部品
点数が増えるとともに、及びプリント基板２４０に複数
のモールドピン２１０を取り付ける必要であり、その作
業は煩雑であり、製造コストが高くなってしまうという
問題があった。

【００１３】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はコネクタをプリント基板に確実に
実装することができるとともに、製造コストを低減する
ことができる高融点ボールコネクタ及びその製造方法、
高融点ボール溶着治具を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載に発明の高融点ボールコネクタは、インシ
ュレータと、そのインシュレータに保持された複数のコ
ンタクトとを備える高融点ボールコネクタにおいて、前
記各コンタクトの接続部が前記インシュレータから突出
し、前記各コンタクトの接続部に高融点ボールが溶着し
ていることを特徴とする。

【００１５】各コンタクトの接続部がインシュレータか
ら突出し、各コンタクトの接続部に高融点ボールが溶着
しているので、インシュレータの底面から高融点ボール
の頂点までの距離を大きくでき、配線基板に実装すると
き、配線基板の反りや凹凸を吸収できる。

【００１６】また、プリント基板を必要としないので、
部品点数が減り、プリント基板にモールドピンを取り付
ける手間を削減できる。

【００１７】請求項２に記載の発明の高融点ボール溶着
治具は、インシュレータに保持された複数のコンタクト
の接続部に高融点ボールをリフローにより溶着する工程
で前記インシュレータの底面に装着される高融点ボール
溶着治具において、治具本体と、この治具本体のインシ
ュレータ支持面に形成され、前記インシュレータに装着
したときに前記複数のコンタクトの接続部と対向する複
数の穴とを備えていることを特徴とする治具本体と、こ
の治具本体のインシュレータ支持面に形成され、インシ
ュレータに装着したときに複数のコンタクトの接続部と
対向する複数の穴とを備えているので、複数の高融点ボ
ールを穴に収容することで、複数の高融点ボールと複数
のコンタクトの接続部とを対向させることができる。

【００１８】請求項３記載に発明の高融点ボール溶着治
具は、請求項２に記載の高融点ボール溶着治具におい
て、前記治具本体が高耐熱かつ半田ぬれし難い材料で形
成されていることを特徴とする。

【００１９】治具本体が高耐熱かつ半田ぬれし難い材料
で形成されているので、治具本体はリフローによって溶
融したり、半田ぬれしたりせず、繰り返し使用すること
ができる。

【００２０】請求項４記載に発明の高融点ボール溶着治
具は、請求項２又は３に記載の高融点ボール溶着治具に
おいて、前記インシュレータの底面に設けられた凹部と
嵌合可能な位置決め用の凸部が、前記治具本体のインシ
ュレータ支持面に形成されていることを特徴とする。

【００２１】インシュレータの底面に設けられた凹部と
嵌合可能な位置決め用の凸部が、治具本体のインシュレ
ータ支持面に形成されているので、凹部と凸部とを嵌合
させるだけで、インシュレータを治具本体に位置決めす
ることができる。

【００２２】請求項５記載に発明の高融点ボールコネク
タの製造方法は、請求項２の高融点ボール溶着治具の穴
に高融点ボールを収める第1 の工程と、インシュレータ
を前記高融点ボール溶着治具に装着する第２工程と、リ
フローにより前記高融点ボールを前記コンタクトの接続
部に溶着する第３の工程と、前記第３の工程の後、前記
インシュレータから前記高融点ボール溶着治具を外す第
４の工程とを含むことを特徴とする。

【００２３】インシュレータに装着した高融点ボール溶
着治具の穴に高融点ボールを収めた後、リフローにより
高融点ボールをコンタクトの接続部に溶着し、その後イ
ンシュレータから高融点ボール溶着治具を外すので、高
融点ボールをインシュレータの底面の所定位置に取り付
けることができる。

【００２４】請求項６記載に発明の高融点ボールコネク
タの製造方法は、請求項５に記載の高融点ボールコネク
タの製造方法において、前記第２の工程の前に、前記イ
ンシュレータから突出したコンタクトの接続部にフラッ
クスを塗布する工程が含まれることを特徴とする。

【００２５】リフローにより高融点ボールをコンタクト
の接続部に溶着する前に、コンタクトの接続部にフラッ
クスを塗布するので、溶融半田とフラックスとの間の界
面張力が減少し、溶融半田が接続部によくなじむ。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２７】図１はこの発明の第１実施形態に係る高融
点ボールコネクタの正面図、図２はその底面図、図３は
図１のIII −III 矢視断面図である。

【００２８】高融点ボールコネクタ１は、ハウジング
（インシュレータ）１０と、コンタクト２０と、半田ボ
ール（高融点金属ボール）３０とからなる。

【００２９】ハウジング１０は、矩形の平板部１０ａ
と、平板部１０ａに一体に設けられ、長手方向に平行に
延びる２つのガイド部１０ｂ，１０ｃとで構成されてい
る。

【００３０】各ガイド部１０ｂ，１０ｃには複数のコン
タクト２０が圧入されている。

【００３１】ハウジング２０の底面１０ｄには複数の半
田ボール３０が配列されている。

【００３２】なお、一般的に半田付けには共晶半田（例
えば、Ｓｎ：Ｐｂ＝６３：３７（重量比）融点１８３
℃）が使用されるが、上記半田ボール３０としては後工
程で配線基板上へ半田付けする際、その半田付け温度
（２２０〜２４０℃）で再溶融しないように高融点半田
（例えば、Ｓｎ：Ｐｂ＝５：９５（重量比）融点３１５
℃）を用いる。

【００３３】コンタクト２０はハウジング１０の平板部
１０ａを板厚方向へ貫通し、その接続部２１はハウジン
グ２０の底面１０ｄから突出している（図７参照）。

【００３４】また、平板部１０ａには板厚方向へ貫通す
る複数の孔１１が形成されている。

【００３５】治具本体５０にはハウジング１０の平板部
１０ａを装着可能な収容部５１が形成されている。

【００３６】この治具本体５０は高耐熱かつ半田ぬれし
難い材料（例えば表面に安定な酸化膜を形成したもの）
で形成されている。

【００３７】収容部５１の支持面（インシュレータ支持
面）５２にはハウジング１０を収容部５１に装着したと
き、コンタクト２０の接続部２１と対向する複数の凹部
（穴）５３が形成されている。

【００３８】また、収容部５１の支持面５２にはハウジ
ング１０の孔１１と嵌合可能な位置決め用の凸部５４が
形成され、例えば画像認識によりコネクタと治具との位
置補正が行われる。

【００３９】次に、高融点ボールコネクタ１の製造方法
を図４〜図９を参照して説明する。

【００４０】図４は高融点ボールを溶着する前の高融点
ボールコネクタの正面図、図５はその底面図、図６は図
４のVI−VI矢視断面図、図７はハウジングを高融点ボー
ル溶着治具に取り付ける前の状態を示す断面図、図８は
ハウジングを高融点ボール溶着治具に取り付けた後の状
態を示す断面図、図９は高融点ボール溶着後にハウジン
グを高融点ボール溶着治具から外した後の状態を示す拡
大断面図である。

【００４１】なお、図９以外の図では、高融点ボールの
ハッチングは省略している。

【００４２】まず、治具本体５０の凹部５３に半田ボー
ル３０をファインプレーサ等により収容する（第１の工
程）。

【００４３】次に、治具本体５０へハウジング１０（図
４〜図６参照）を取り付ける前に、ハウジング１０を例
えばフラックス槽に浸け、底面１０ｄから突出するコン
タクト２０の接続部２１にフラックスを転写するか、又
は底面１０ｄにフラックスを噴霧によって塗布する。

【００４４】図７の状態から凸部５４と孔１１とを嵌合
させてハウジング１０を治具本体５０の指定位置に装着
する（第２の工程）。

【００４５】その後、所定の温度プロファイル（温度−
時間曲線）により熱風や赤外線等で半田ボール３０を溶
融させ、コンタクト２０の接続部２１に半田ボール３０
を溶着させる（第３の工程）。

【００４６】このとき、接続部２１は半田ボール３０と
接触し、更にコネクタ１の自重によって半田ボール３０
に入り込む。

【００４７】また、接続部２１と半田ボール３０が接触
しないときであっても接続部２１の先端と半田ボール３
０との間隙が狭いため、半田ボール３０の一部が上昇し
て接続部２１に溶着する。

【００４８】更に、接続部２１にはフラックスが転写さ
れているので、溶融半田とフラックスとの間の界面張力
が減少して半田が流れ易く（半田ぬれし易く）なり、接
続部２１に半田がよくなじませることができる。

【００４９】半田ボール３０を接続部２１に溶着した
後、ハウジング１０を治具本体５０から取り外し（第４
の工程）、高融点ボールコネクタ１が完成する。図１０
は高融点ボールコネクタを配線基板間に実装した状態を
示す断面図である。

【００５０】上記の製法によって製造された高融点ボー
ルコネクタ（プラグコネクタ）１はレセプタクルコネク
タ５と嵌合している。

【００５１】配線基板６０としてはプリント基板、ガラ
ス基板、Ｓｉ基板等が用いられ、半田印刷によって予め
電極（図示せず）等が印刷されている。

【００５２】高融点ボールコネクタ１は半田ボール３０
と配線基板６０の電極とを対向させて配線基板６０に搭
載されている。

【００５３】その後、リフロー加熱により半田ボール３
０を溶融し、配線基板６０に半田ボール３０を溶着す
る。

【００５４】その結果、高融点ボールコネクタ１が配線
基板６０に実装される。

【００５５】なお、レセプタクルコネクタ５も上記と同
様の方法によって配線基板６１に搭載することができ
る。

【００５６】この実施形態の高融点ボールコネクタによ
れば、ハウジング１０の底面１０ｄから突出したコンタ
クト２０の接続部２１に半田ボール３０が溶着している
ので、ハウジング１０の底面１０ｄから半田ボール３０
の頂点までの距離を大きくでき、配線基板６０の反りや
凹凸を吸収でき、コネクタ１を配線基板６０に確実に実
装することができる。

【００５７】また、従来例のようにプリント基板２４０
を必要としないので、部品点数及びプリント基板２４０
にモールドピン２１０を取り付ける作業を削減でき、製
造コストを低減することができる。

【００５８】この実施形態の高融点ボール溶着治具によ
れば、ハウジング１０の平板部１０ａに形成された孔１
１と嵌合可能な位置決め用の凸部５４が、治具本体５０
の支持面５２に形成されているので、凸部５４と孔１１
とを嵌合させるだけで、ハウジング１０を治具本体５０
に位置決めすることができ、半田ボール３０とコンタク
ト２０の接続部２１とを確実に対向させることができ、
高融点ボールコネクタを精度良く製造することができ
る。

【００５９】また、治具本体５０が高耐熱かつ半田ぬれ
し難い材料で形成されているので、治具本体５０はリフ
ローによって溶融したり、半田ぬれしたりせず、繰り返
し使用することができる。

【００６０】この実施形態の高融点ボールコネクタの製
造方法によれば、リフローにより半田ボール３０をコン
タクト２０の接続部２１に溶着する前に、接続部２１に
フラックスを転写（塗布）するので、半田ボール３０と
フラックスとの間の界面張力が減少し、接続部２１への
半田のぬれ性が向上する。

【００６１】図１１はこの発明の第２実施形態に係る高
融点ボールコネクタのハウジングを高融点ボール溶着治
具に取り付けた後の状態を示す断面図であり、第１実施
形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略す
る。

【００６２】この第２実施形態はコンタクト２０の接続
部２１が上側となるようにハウジング１０を配置し、そ
の上部に治具本体１５０を取り付けてコネクタ１を製造
するようにした点で第１実施形態と異なる。

【００６３】治具本体１５０は高耐熱かつ半田ぬれし難
い材料（例えば表面に安定な酸化膜を形成したもの）で
形成されている。

【００６４】支持面１５２には治具本体１５０を装着し
たとき、コンタクト２０の接続部２１と対向する位置に
半田ボール３０を落とし込むための孔（穴）１５３が形
成されている。

【００６５】この孔１５３は半田ボール３０を溶着後、
治具本体１５０を取り外し易いように半田ボール３０の
径より若干大きい径になっている。

【００６６】治具本体１５０にハウジング１０を装着
し、半田ボール３０を孔１５３に落とし込んだ後、リフ
ローにより半田ボール３０をコンタクト２０の接続部２
１に溶着する。

【００６７】なお、半田ボール３０には予めフラックス
が塗布されている。

【００６８】図１２は高融点ボール溶着後にハウジング
を高融点ボール溶着治具から外した後の状態を示す断面
図である。

【００６９】半田ボール３０を接続部２１に溶着した
後、ハウジング１０を治具本体１５０から取り外し、高
融点ボールコネクタ１が完成する。この第２実施形態に
よれば、第１実施形態と同様の効果を発揮することがで
きる。

【００７０】なお、前述の各実施形態では、高融点金属
ボールとして高融点の半田ボール３０を用いた場合につ
いて述べたが、これに代えてＣｕボール等を用いてもよ
い。

【００７１】また、第１実施形態において、平板部１０
ａには板厚方向へ貫通する複数の孔１１を形成したが、
孔１１に代えて凹部を形成してもよいことは勿論であ
る。

【００７２】

【発明の効果】以上に説明したように請求項１に記載の
発明の高融点ボールコネクタによれば、インシュレータ
の底面から高融点ボールの頂点までの距離を大きくでき
るので、配線基板に実装するとき、配線基板の反りや凹
凸を吸収でき、配線基板に確実に接続される。

【００７３】また、プリント基板を用いないので、部品
点数が減り、プリント基板にモールドピンを取り付ける
手間を削減でき、製造コストを低減することができる。

【００７４】請求項２に記載の発明の高融点ボール溶着
治具によれば、複数の高融点ボールを凹部に収容するこ
とで、複数の高融点ボールと複数のコンタクトの接続部
とを対向させることができ、リフローによって高融点ボ
ールを複数のコンタクトの接続部に溶着することができ
るので、高融点ボールコネクタを容易かつ精度良く製造
することができる。

【００７５】請求項３に記載の発明の高融点ボール溶着
治具によれば、治具本体はリフローによって溶融した
り、半田ぬれしたりせず、繰り返し使用することができ
る。

【００７６】請求項４に記載の発明の高融点ボール溶着
治具によれば、凹部と凸部とを嵌合させるだけで、イン
シュレータを治具本体に位置決めすることができる。

【００７７】請求項５に記載の発明の高融点ボールコネ
クタの製造方法によれば、高融点ボールをインシュレー
タの底面の所定位置に取り付けることができる。

【００７８】請求項６に記載の発明の高融点ボールコネ
クタの製造方法によれば、溶融半田とフラックスとの間
の界面張力が減少し、接続部への半田のぬれ性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る高融点ボ
ールコネクタの正面図である。

【図２】図２は高融点ボールコネクタの底面図である。

【図３】図３は図１のIII −III 矢視断面図である。

【図４】図４は高融点ボールを溶着する前の高融点ボー
ルコネクタの正面図である。

【図５】図５は高融点ボールを溶着する前の高融点ボー
ルコネクタの底面図である。

【図６】図６は図４のVI−VI矢視断面図である。

【図７】図７はハウジングを高融点ボール溶着治具に取
り付ける前の状態を示す断面図である。

【図８】図８はハウジングを高融点ボール溶着治具に取
り付けた後の状態を示す断面図である。

【図９】図９は高融点ボール溶着後にハウジングを高融
点ボール溶着治具から外した後の状態を示す断面図であ
る。

【図１０】図１０は高融点ボールコネクタを配線基板間
に実装した状態を示す断面図である。

【図１１】図１１はこの発明の第２実施形態に係る高融
点ボールコネクタのハウジングを高融点ボール溶着治具
に取り付けた後の状態を示す断面である。

【図１２】図１２は高融点ボール溶着後にハウジングを
高融点ボール溶着治具から外した後の状態を示す断面図
である。

【図１３】図１３は従来の高融点ボールコネクタの断面
図である。

【符号の説明】

１ コネクタ １０ ハウジング（インシュレータ） ２０ コンタクト ２１ 接続部 ３０ 半田ボール（高融点金属ボール） ５０，１５０ 治具本体 ５２，１５２ 支持面（インシュレータ支持面） ５３ 凹部 １５３ 孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インシュレータと、そのインシュレータ
   に保持された複数のコンタクトとを備える高融点ボール
   コネクタにおいて、 前記各コンタクトの接続部が前記インシュレータから突
   出し、 前記各コンタクトの接続部に高融点ボールが溶着してい
   ることを特徴とする高融点ボールコネクタ。
2. 【請求項２】 インシュレータに保持された複数のコン
   タクトの接続部に高融点ボールをリフローにより溶着す
   る工程で前記インシュレータの底面に装着される高融点
   ボール溶着治具において、 治具本体と、 この治具本体のインシュレータ支持面に形成され、前記
   インシュレータに装着したときに前記複数のコンタクト
   の接続部と対向する複数の穴と を備えていることを特徴とする高融点ボール溶着治具。
3. 【請求項３】 前記治具本体が高耐熱かつ半田ぬれし難
   い材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記
   載の高融点ボール溶着治具。
4. 【請求項４】 前記インシュレータの底面に設けられた
   凹部と嵌合可能な位置決め用の凸部が、前記治具本体の
   インシュレータ支持面に形成されていることを特徴とす
   る請求項２又は３に記載の高融点ボール溶着治具。
5. 【請求項５】 請求項２の高融点ボール溶着治具の穴に
   高融点ボールを収める第1 の工程と、 インシュレータを前記高融点ボール溶着治具に装着する
   第２工程と、 リフローにより前記高融点ボールを前記コンタクトの接
   続部に溶着する第３の工程と、 前記第３の工程の後、前記インシュレータから前記高融
   点ボール溶着治具を外す第４の工程と を含むことを特徴とする高融点ボールコネクタの製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記第２の工程の前に、前記インシュレ
   ータから突出したコンタクトの接続部にフラックスを塗
   布する工程が含まれることを特徴とする請求項５に記載
   の高融点ボールコネクタの製造方法。