KR100275431B1

KR100275431B1 - 중계 기판

Info

Publication number: KR100275431B1
Application number: KR1019970015786A
Authority: KR
Inventors: 고조 야마사끼; 하지메 사이끼
Original assignee: 가나가와 시게노부; 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-26
Publication date: 2001-01-15
Also published as: JP3116273B2; US6148900A; MY119609A; US6080936A; KR970073251A; EP0804057A3; EP0804057A2; TW324881B; JPH1012990A

Abstract

본 발명은 복수의 면접속 패드를 구비한 기판과 상기 복수의 면접속 패드와대응하는 위치들에 면접속 부착 패드를 구비한 부착 기판과의 사이에 개재시키며, 제1면측에서 상기 복수의 면접속 패드와 접속시키고 제2면측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드와 접속시킴으로써 상기 기판과 상기 부착 기판을 접속시키기 위한 중계 기판에 관한 것이다.

중계 기판은 상기 제1면과 상기 제2면을 갖는 판 형상을 이루고 상기 제1면과 상기 제2면의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖는 중계 기판 본체와, 상기 관통 구멍 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체를 포함한다. 상기 중계 기판은 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비한다. 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1면과 제2면 중 하나로부터 돌출한 제1돌출부 및 상기 제1면과 제2면 중 다른 하나로부터 돌출한 제2돌출부를 구비한다. 상기 제1돌출부와 상기 제2돌출부는 높이가 서로 다르다. 상기 연질 금속체의 각각의 상기 제1돌출부는 기둥 형상이고 상기 제1면과 제2면 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크다. 금속층이 상기 관통 구멍의 각각의 내주면 상에 형성되고, 상기 금속층은 상기 각가의 연질 금속체에 융착된다.

Description

중계 기판

본 발명은, BGA형 집적 회로 패키지 등의 면접속 단자를 갖는 기판과, 이 면접속 단자에 대응하는 위치에 마찬가지로 면접속 단자를 구비하여 이 기판을 설치하기 위한 마더보드 등의 부착 기판과의 사이에 개재시키는 중계 기판에 관한 것이다.

최근의 집적 회로(IC) 기술의 진전에 의해, IC 칩에 설치된 입출력 단자의 수가 증대하고, 그것에 따라, IC 칩을 탑재하는 IC 칩재 기판에 형성되는 입출력단자도 증대하고 있다. 그러나, 입출력 단자를 기판의 주연부에 설치하는 경우에는, 단자의 수에 따라서 기판 사이즈가 증대하여, IC 탑재 기판의 비용 상승이나 수율의 저하를 발생시켜서 바람직하지 못하다.

그래서, IC 탑재 기판의 주면(평면)에 핀을 격자형 또는 지그재그형으로 나란히 하는 소위 PGA[핀 그리드 어레이(pin grid array)]형 기판이 널리 이용되고 있다. 그러나, 또한 단자수를 증가하거나, 사이즈를 작게 하기 위해서는 기판 표면에 핀을 부착하는 PGA형 기판에서는 한계가 있다.

그래서, 이하와 같은 수법이 행해지고 있다. 즉, 기판 표면 상에 핀을 대신하여 패드(랜드)를 격자형 또는 지그재그형으로 나란히 형성하고, 이 패드에, 대략구형(볼형)의 고은 땜납이나 Cu, Ag 등의 땜납에 묻는 성질이 좋은 금속으로 이루어지는 단자 부재를 미리 공정(共晶) 납땜한 범퍼를 설치해 둔다. 한편, 상대방의마더보드 등의 인쇄 회로 기판(PCB)에도 IC 탑재 기판의 패드와 대응하는 위치에 패드를 형성하고, 이 패드에, 공정 땜납 페이스트를 도포해 둔다. 그 후, 양자를 거듭 가열하고, 땜납 페이스트를 용융시켜서 납땜에 의해서 단자 부재를 통해 양자를 접속하고 있다. 일반적으로는, 패드만 격자형으로 설치한 기판은 LGA[랜드 그리드 어레이(land grid array)]형 기판으로 불리고, 패드 상에 볼형의 단자 부재(접속 단자)를 구비한 기판은 BGA[볼 그리드 어레이(ball grid array)]형 기판으로 불린다.

그런데, 이와 같이 하여 IC 탑재 기판, 인쇄 회로 기판의 평면 상에 선형이나 격자형(지그재그형도 포함)으로 패드나 범퍼 등의 단자를 형성하고, IC 탑재 기판과 인쇄 회로 기판을 접속하는 경우(이하, 이러한 접속을 면접속이라고도 함)에는, IC 탑재 기판과 인쇄 회로 기판의 재질의 차이에 의해 열팽창 계수가 다르므로, 평면 방향으로 열팽창 차가 발생한다. 즉, 단자 부재에서 보면, 접속되어 있는 IC 탑재 기판 및 인쇄 회로 기판이 평면 방향에 대해서 각각 역방향으로 치수변화하려고 하므로, 단자 부재나 패드에는 전단 응력이 작용하게 된다.

이 전단 응력은, 면접속되는 단자 중, 가장 떨어진 2개의 단자간에서 최대로 된다. 즉, 예를 들면 단자가 격자형이며 또한 최외주의 단자가 정방향을 이루도록 형성되어 있는 경우, 각각 이 정방형의 최외주의 대각선 상에 위치하는 2개의 단자 사이에서 가장 큰 열팽창 차가 발생하고, 가장 큰 전단 응력이 걸리게 된다. 특히, LGA형이나 BGA형 등의 기판을 인쇄 회로 기판과 접속하는 경우에는, 단자 사이의 간격(피치)이 비교적 크고, 따라서, 가장 떨어진 단자 사이의 거리가 커지기 쉽다. 특히, LGA형이나 BGA형 기판으로서 세라막제 기판을 이용한 경우, 일반적으로 유리 에폭시제 인쇄 회로 기판과는 열팽창 계수가 크게 다르므로 발생하는 전단 응력이 커진다.

이러한 전단 응력이 걸리면, IC 탑재 기판에 형성한 패드와 땜납과의 밀착강도(접헙 강도)가 그만큼 크지 않는 경우에는 양자 사이에서 접합이 파괴되는, 즉, 패드로부터 단자 부재와 함께 땜납이 떨어지는 경우가 있으므로, 밀착 강도를 충분히 크게 하는 것이 요구된다.

그러나, 이 패드와 땜납의 밀착 강도를 높게 하면, 다음에는, 반복 열응력에 의해서 패드의 근방의 땜납에 패드에 대략 평행한 균열이 생겨, 결국은 파괴(파단)되므로, 어떻게 해도 높은 접속 신뢰성을 얻을 수는 없었다. 패드 근방의 땜납은, 많은 경우 상술된 바와 같이 공정 땜납이 이용되고, 비교적 단단해서 부서지기 쉽고, 또한 열이나 응력에 의해서 경시 변화가 생기기 쉽기 때문에 반복 응력으로 균열을 발생시키기 때문이다.

이 문제는, 특히, 비교적 열팽창 계수가 작은 세라믹제 LGA형 기판(또는 BGA형 기판)과 비교적 열팽창 계수가 큰 유리 에폭시 등의 수지제 인쇄 회로 기판과의 사이에 발생되기 때문이다. 또, 이 경우에는, 균열은 세라믹 기판 측의 패드 근방의 공정 땜납 부분에서 발생되는 경우가 많다. 세라믹은 딱딱하고, 응력을 흡수하기 어렵지만, 수지제 인쇄 회로 기판은 비교적 유연하고, 또한 수지제 인쇄 회로 기판상에 형성된 Cu 등으로 이루어지는 패드도 유연해서 응력을 흡수하기 때문이다.

그런데, 특개평 8-55930호 공보에서는, 절연 기체 하면의 오목부 저면에 형성된 패드에, 소정의 치수 관계를 만족시키는 볼형 단자를 납땜한 반도체 소자 수납용 패키지가 개시되고, 이에 따라, 볼형의 단자를 정확하고, 또한 견고하게 납땜 고착할 수 있는 것이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 발명에서는, 절연 기체(IC 탑재 기판)에 오목부를 설치하고, 또한 이 오목부 저면에 패드를 설치해야 하고, 형상이 복잡하므로 제조가 번거롭고, 비용이 상승된다. 또한, 이러한 오목부 내에 땜납 재료를 설치하고, 볼형 단자를 납땜하는 것은 곤란하였다.

또한, LGA형 기판을 인쇄 회로 기판에 접속하기 위해서는, 우선 LGA형 기판의 랜드(패드)에, 볼형의 고온 땜납이나 Cu 구(球) 등의 단자 부재를, 공정 땜납등의 단자 부재에 비하여 저융점의 땜납(이하, 저융점 땜납이라고도 함) 페이스트 등으로 가(假) 고정한 후에, 리플로우(reflow)하여 패드에 단자 부재를 납땜하여 BGA형 기판으로 한다. 계속해서, 인쇄 회로 기판측 패드에 저융점 땜납 페이스트를 도포하고, 상기 BGA형 기판을 인쇄 회로 기판에 얹어 놓고, 단자 부재를 인쇄 회로 기판측 패드와 위치 정합한다. 그 후, 재차 리플로우하여 인쇄 회로 기판측 패드와 단자 부재를 납땜하는 번거로운 순서에 따라서 행해진다.

또한, IC 칩 메이커는, IC 칩을 얹어 놓은 LGA형 기판을 구입하고, IC 칩을 이 기판에 얹어 놓고 플립칩 접속한 후에, 이 접속에 사용한 땜납(예를 들면 고온 땜납)보다도 융점이 낮은 저융점 땜납(예를 들면 공정 땜납)에 의해서 기판의 패드(랜드)에 단자 부재를 접속할 필요가 있다. 따라서, IC 칩을 기판에 플립칩 접속하기 위한 설비 외에, 패드에 땜납 페이스트(예를 들면 공정 땜납 페이스트)를 도포하거나, 단자 부재를 패드 상에 얹어 놓는 등 패드에 단자 부재를 접속하기 위한 설비, 즉, LGA형 기판을 BGA형 기판으로 하기 위한 설비가 필요해진다.

본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 기판과 부착 기판과의 상호의 접속을 용이하게 하고, 또한, 내구성, 신뢰성이 높은 접속을 가능하게 하는 중계 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 태양에 의하면, 복수의 면접속 패드를 구비한 기판과 상기 복수의 면접속 패드와 대응하는 위치들에 면접속 부착 패드를 구비한 부착 기판과의 사이에 개재시키며, 제1면측에서 상기 복수의 면접속 패드와 접속시키고 제2면측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드와 접속시킴으로써 상기 기판과 상기 부착기판을 접속시키기 위한 중계 기판에 있어서, 상기 제1면과 상기 제2면을 갖는 판 형상을 이루고, 상기 제1면과 제2면의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖는 중계 기판 본체와, 상기 관통 구멍 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체를 포함하며, 상기 중계 기판 본체는 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1면과 제2면 중 하나로부터 돌출한 제1돌출부 및 상기 제1면과 제2면 중 다른 하나로부터 돌출한 제2돌출부륵 구비하며, 상기 제1돌출부와 상기 제2돌출부는 높이가 서로 다르며, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 제1돌출부는 기둥 형상이고 상기 제1면과 제2면 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크며, 금속층이 상기 관통 구멍의 각각의 내주면 상에 형성되고, 상기 금속층은 상기 각각의 연질 금속체에 용착된 중계 기판을 요지로 한다.

여기서, 기판으로서는, IC 칩이나 그 외의 전자 부품 등이 실장되는 IC 탑재기판 등의 배선 기판을 들 수 있다. 또한, 면접속 패드라는 것은 부착 기판과의 전기적 접속을 위해 기판 상에 설치되는 단자이며, 면접속에 의해서 접속을 행하기 위한 패드를 가리킨다. 또, 면접속이라는 것은, 상술한 바와 같이 칩이나 기판, 마더보드의 평면 상에 선형이나 격자혀(지그재그형도 포함)에 패드나 범퍼 등의 단자를 형성하고, 기판과 마더보드를 접속하는 경우의 접속 방법을 가리키고, 선형의 배치 예로서는, 예를 들면 사각 형태의 틀형 배치를 들 수 있다.

또한, 면접속 패드를 갖는 기판의 예로서는, 패드(랜드)를 격자형으로 배열한 LGA형 기판을 들 수 있지만, 반드시 패드가 격자형으로 배열되어 있지 않아도좋다.

한편, 부착 기판은, 상기 기판을 설치하기 위한 기판으로서, 마더보드 등의 인쇄 회로 기판을 예로 들 수 있다. 이 부착 기판에는, 면접속에 의해서 기판을 설치하기 위한 면접속 부착 패드가 형성되어 있다. 이 면접속 부착 패드라는 것은 기판과의 전기적인 접속을 위해 부착 기판 상에 설치되는 단자이며, 면접속에 의해서 접속을 행하기 위한 패드를 가리킨다. 면접속 부착 패드를 갖는 부착 기판의 예로서는, 패드가 패드를 격자형으로 배열한 인쇄히로 기판을 들 수 있지만, 반드시 격자형으로 배열되어 있지 않아도 좋고, 복수의 기판을 설치하기 위해서 각각의 기판에 대응하는 면접속 부착 패드 군을 복수개 갖고 있어도 좋다.

또, 본 발명의 중계 기판은, 기판과 부착 기판 사이에 개재하여, 각각과 접속하는 것이므로, 편의적으로 기판과 접속하는 측을 제1면측, 부착 기판과 접속하는 측을 제2면측으로서 양자를 구별하도록 한다.

또한, 관통 구멍은, 단일의 구멍으로 구성되는 것이 통상이지만, 기타, 상호 근접하여 설치된 복수의 소관통 구멍의 집합(소관통 구멍군)도 포함한다. 이 경우에는, 소관통 구멍 각각에 삽입된 연질 금속이 전체로서 하나의 연질 금속체를 구성한다.

또한, 연질 금속체라는 것은 열팽창 계수의 차이 등에 따라서, 기판과 부착 기판간, 혹은, 기판과 중계 기판 본체간이나 중계 기판 본체와 부착 기판간에서 발생하는 응력을 변형에 따라서 흡수하는 유연한 금속으로 이루어진 것이며, 구체적인 재질로서는, 납(Pb)이나 주석(Sn), 아연(Zn)이나 이들을 주체로 하는 합금 등을 들 수 있고, Pb-Sn계 고온 땜납(예를 들면, Pb 90%-Sn 10% 합금, Pb 95%-Sn 5%합금 등)이나 화이트 메탈 등을 들 수 있다. 또, 납, 주석 등은 재결정 온도가 상온에 있으므로, 소성 변형을 하여도 재결정한다. 따라서, 반복 응력이 걸리더라도 용이하게 파단(파괴)에 이르지 않으므로 바람직하다. 기타, 순도가 높은 구리(Cu)나 은(Ag)도 유연하기 때문에 이용할 수 있다.

또한, 돌출 높이란, 중계 기판 본체의 표면으로부터 돌출하고 있는 연질 금속체의 정상부까지의 높이를 말하며, 표면과 연질 금속체가 동일면의 경우나 표면보다 오목하게 들어가 있는 경우에는, 돌출 높이는 제로이다. 즉, 제1돌출 높이(Z1)는 중계 기판 본체의 제1면으로부터 제1면측으로 돌출하는 연질 금속체의 정상부까지의 높이를 말하며, 제2돌출 높이(Z2)는 중계 기판 본체의 제2면으로부터 이 제2면측으로 돌출하는 연질 금속체의 정상부까지의 높이를 말한다.

또, 중계 기판과 기판이나 부착 기판과의 접속, 즉, 연질 금속체와 면접속 패드나 면접속 부착 패드와의 접속은, 연질 금속체보다도 융점이 낮은 땜납을 이용하면 좋다. 이러한 땜납을 이용하는 경우에는, 양자의 융점에 알맞은 차를 갖도록 선택하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 연질 금속체로서 Pb 90%-Sn 10%의 고온 땜납(융점 301℃)을 이용한 경우에는, Pb36%-Sn64% 공정 땜납(융점 183℃)이나 그 근방의 조성(Pb20 내지 50%, Sn80 내지 50% 정도)의 Pb-Sn 합금 등을 이용하면 좋다. 또한, 그 밖의 성분으로서, In, Ag, Bi, Sb 등을 적당량 첨가한 것을 이용하여도 좋다.

본 발명은, 제1면측에서 기판과 면접속하고 제2면측에서 부착 기판과 면접속하는 중계 기판에 관한 것이다.

이 수단에 의하면, 중계 기판 본체에 삽입된 연질 금속체가, 열팽창 계수의 차이 등에 의해서 발생되는 기판과 부착 기판 혹은 기판과 중계 기판, 중계 기판과 부착 기판의 사이에 생기는 응력을 변형(예를 들면 소성 변형)에 의해서 흡수한다.

따라서, 연질 금속체가 파단하지 않고, 또한, 기판의 면접속 패드나 부착 기판의 면접속 부착 패드(이하, 이들을 단순히 패드라고도 함) 혹은 그 근방의 땜납이나 연질 금속체가 응력에 의해서 파괴 혹은 파단되는 일이 없어진다. 또한, 중계 기판 본체가 연질 금속체로부터 받은 응력은, 중계 기판 본체의 관통 구멍 벽면에 대하여 수직 방향으로부터 받으므로, 중계 기판 본체 자신이 파괴되기 어렵다.

또한, 연질 금속체는 제1면측 제2면측 중 적어도 어느 한면에서, 돌출부를 구비하므로, 기판 또는 부착 기판과 중계 기판간에 발생하는 응력을, 이 돌출부에 서 보다 많이 흡수할 수 있다. 돌출부는 중계 기판 본체의 관통 구멍에 구속되지 않고 변형할 수 있으므로, 보다 많은 변형이 가능하고, 용이하게 변형하여 응력을 개방하기 때문이다. 또한, 중계 기판 본체의 관통 구멍에 삽입된 연질 금속체의 일부를 돌출부로 하고 있으므로, 연질 금속체 중 중계 기판 본체의 제1 또는 제2면과 교차하는 부분 근방(즉, 돌출부의 근원부)에 걸리는 응력은 연질 금속의 변형으로 완화되므로, 균열 등이 발생되지 않는다.

또한, 상기 기판은 통상 세라믹으로 이루어지고, 상기 중계 기판 본체는, 상기 기판을 이루는 세라믹과 대략 동일 재질의 세라믹으로 이루어진다.

이 수단에 따르면, 기판과 중계 기판 본체는 대략 동일 재질의 세라믹으므로, 양자간에는, 열팽창 차가 거의 발생하지 않고, 응력도 거의 발생하지 않는다. 한편, 중계 기판 본체와 부착 기판의 간격은, 제2돌출부에 의해 비교적 크게 되므로, 이 양자간의 응력은 완화된다. 즉, 기판, 중계 기판, 부착 기판의 3자 간에 발생하는 응력이 작으므로, 이들을 접속한 경우에 높은 접속 신뢰성을 갖는 긴 수명의 구조체로 할 수 있다.

또, 기판에 이용하는 세라믹의 재질로서는, 알루미나가 널리 이용되고 있지만, 기타, 멀라이트, 질화 알루미늄, 유리 세라믹 등, 제조의 용이성이나 열전도율, 열팽창계수의 크기 등을 고려하여 이용되고 있다.

중계 기판 본체에 이용하는 세라믹은, 접속하는 기판에 이용되고 있는 재질과 대략 동일 재질의 것을 선택하면 좋고, 예를 들면, 알루미나, 멀라이트, 질화 알루미늄, 유리 세라믹을 등을 들 수 있다.

또한, 중계 기판 본체를 세라믹으로 하면, 중계 기판 본체의 강도가 높고, 그 위에 내열성이 높으므로, 고강도로, 재가공 등에 의해서 반복 가열되어도 변형등이 발생되지 않는 점에서도 바람직하다.

또한, 중계 기판에 설치한 연질 금속체가, 제1면측과 제2면측에서 다른 돌출 높이를 갖고 있으므로(Z1≠Z2), 기판과 부착 기판의 간에 중계 기판을 개재시켜서 접속할 때, 기판과 중계 기판 본체와의 간격(거리)과, 부착 기판과 중계 기판 본체와의 간격을 다르게 할 수 있다. 이 간격이 클수록 응력을 흡수할 수 있지만, 한편, 기판과 부착 기판의 간격에는 제한이 있는 것이 통상적이다. 따라서, 기판이나 부착 기판의 열팽창 계수나 패드 등의 강도를 고려하여, 적절한 거리를 선택할 수 있다.

또한, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 제1돌출부는 기둥 형상이고 상기 제1면과 제2면 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크다.

돌출부가 대략 구형 또는 대략 반구형인 경우에는, 기판 혹은 부착 기판과의 간격을 넓게 하기 위해서 돌출 높이를 높게 하면, 동시에 돌출부의 최대 지름도 커지므로, 인접하는 연질 금속체와의 간격(피치)에 의한 제한이 생긴다. 이 수단에 의하면, 그와 같은 제한이 없고, 돌출 높이가 높은 측에서 기판 혹은 부착 기판과의 간격을 넓게 할 수 있다. 게다가, 돌출부의 지름이 상대적으로 가늘게 되어 변형이 용이하게 되므로 보다 많은 응력을 흡수할 수 있다.

또한, 금속층이 상기 관통 구멍의 각각의 내주면 상에 형성되고, 상기 금속층은 상기 각각의 연질 금속체에 용착된다.

이와 같이 관통 구멍 내주면의 금속층과 연질 금속체를 용착시키면, 금속층을 통해 중계 기판 본체를 일체화시킬 수 있다. 따라서, 관통 구멍 내에 삽입된 연질 금속체가 관통 구멍으로부터 떨어지거나, 관통 구멍의 축방향으로 위치 어긋남을 일으키거나 하는 일은 없다.

관통 구멍 내에 형성하는 금속층의 재질이나 형성 방법은, 중계 기판 본체의 재질, 관통 구멍의 치수, 용착하는 연질 금속체의 재질 등을 고려하여 적절하게 선택하면 바람직하다.

특히, 중계 기판 본체가 세라믹인 경우에는, 미소성 세라믹 판에 관통 구멍을 뚫은 후, 금속 페이스트를 관통 구멍 내에 도포하여 동시 소성하거나, 세라믹을 소성한 후에 관통 구멍 내에 금속 페이스트를 도포하여 베이킹(baking)하여 형성하는 수법을 사용할 수 있고, 예를 들면, W, Mo, Mo-Mn, Ag, Ag-Pd, Cu 등으로 형성할 수 있다. 또한, 연질 금속과의 용착성의 개선이나 산화 방지 등을 위해, 또한, Ni 도금이나 Au 도금 등을 실시하는 것도 가능하다.

기타, 증착이나 스퍼터링에 의해서 금속층을 형성하여도 좋고, 이 위에 또한 Cu나 Ni, Au 도금 등을 실시하여도 좋다. 또한, 무전해 도금에 의해서 직접 관통 구멍 내면에 금속층을 석출시키는 수법에 의해서도 가능하고, 예를 들면, Cu, Ni 도금 등을 들 수 있다. 또한 이들 위에 Au 도금을 하여도 좋다.

또, 금속층을 가지 않는 중계 기판으로서도 좋다. 이와 같이 하면, 금속층을 형성할 필요가 없어, 비용을 내릴 수 있다. 또, 이 경우에는, 중계 기판 본체의 관통구멍에 연질 금속체가 고착하지 않으므로, 연질 금속체가 관통 구멍으로부터 떨러지는 것을 방지하기 위해서, 제1면측 및 제2면측의 적어도 어느 하나에, 관통 구멍보다 지름이 큰 돌출부로 하여 두면 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 하나의 태양에 의하면, 복수의 면접속 패드를 구비한 기판과 상기 복수의 면접속 패드와 대응하는 위치들에 면접속 부착 패드를 구비한 부착 기판과의 사이에 개재시키며, 제1면측에서 상기 복수의 면접속 패드와 접속시키고 제2면측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드와 접속시킴으로써 상기 기판과 상기 부착 기판을 접속시키기 위한 중계 기판에 있어서, 상기 제1면과 상기 제2면을 갖는 판 형상을 이루고, 상기 제1면과 상기 제2면의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖는 중계 기판 본체와, 상기 관통 구멍 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체를 포함하며, 상기 중계 기판 본체는 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1면과 제2면 중 하나로부터 돌출한 제1돌출부 및 상기 제1면과 제2면 중 다른 하나로부터 돌출한 제2돌출부를 구비하며, 상기 제1돌출부와 상기 제2돌출부는 높이가 서로 다르며, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 제1돌출부는 기둥 형상이고 상기 제1면과 제2면 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크며, 상기 제1면과 제2면을 식별하기 위한 표식을 설치한 중계 기판을 요지로 한다.

이 수단에 의하면, 중계 기판에 표식을 설치하므로, 기판과 중계 기판과의 접속, 중계 기판과 부착 기판과의 접속, 혹은, 기판, 중계 기판, 부착 기판의 3자간의 접속을 행할 때에, 제1면과 제2면, 즉, 기판과의 접속면과 부착 기판과의 접속면을 잘못 하는 일이 없다.

기판 등의 패드의 배치는, 일반적으로는 격자형(지그재그형을 포함)을 되는 일이 많다. 따라서, 중계 기판의 연질 금속체의 배치도 이것에 대응한 배치로 되므로, 중계 기판의 제1면과 제2면과의 식별이 곤란해지는 경우가 있다. 혹시, 중계 기판의 제1면과 제2면을 잘못 접속하면, 원래 예정되어 있던 기판과 중계 기판 본체와의 간격이나 중계 기판 본체와 부착 기판과의 간격을 보유 지지할 수 없게 되므로, 원래 얻어질 접속 부분의 신뢰성이 저하할 위험성이 있다.

따라서, 표식을 설치함으로써 이러한 잘못을 방지할 수 있고, 결과적으로 중계 기판과 기판이나 부착 기판과의 접속 신뢰성을 높게 유지할 수 있다.

또한, 표식은 중계 기판 본체에 설치되었으므로, 인식이 용이해지고, 기판이나 부착 기판과의 접속 등에 의한 가열 후에도 표식을 인식할 수 있다.

여기서, 표식은, 제1면 또는 제2면 중 어느 한면에 설치하면 좋지만, 양면에 설치하여도 좋다. 또한, 표식으로서는, 중계 기판 본체의 적당한 부분에,잉크의 인쇄, 세라믹이나 유리, 금속성 잉크 등의 동시 소성이나 베이킹, 레이저 마킹등에 의해 식별 가능한 문자, 기호 등을 형성하면 좋다. 또한, 중계 기판 본체에 절결, 관통 구멍 등을 설치하여 표식으로 해도 좋다.

또한, 본 발명의 또 다른 하나의 태양에 의하면, 상기 표식은 상기 제2면측으로부터 보아 식별할 수 있도록 설치한 중계 기판을 요지로 한다.

이 수단에 의하면, 표식이 제2면측으로부터 보아 식별할 수 있다. 중계 기판을 기판이나 부착 기판과 접속하는 경우, 우선, 기판과 중계 기판을 접속해 놓고, 그 후 이것을 부착 기판과 접속하는 경우도 많다고 생각된다. 기판과 중계 기판의 접속은 제2면측으로부터 보면, 연질 금속체가 단자(범퍼)와 같이 보이므로, 접속체 전체로서 1개의 BGA형 기판 혹은 LGA형 기판과 같이 취급할 수 있기 때문이다.

따라서, 제2면측으로부터 표식을 식별할 수 있도록 해 놓으면, 부착 기판과의 접속 전에, 정확하게 기판과 중계 기판이 접속하고 있는 것을 확인할 수 있다.

또, 표면을 제2면측으로부터 보아 식별할 수 있도록 설치하는 데에는, 구체적으로는, 제2면상에 표식을 붙이거나, 제2면측으로부터 보이도록 중계 기판 본체에 절결이나 관통 구멍 등을 설치하거나 하는 것을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 하나의 태양에 의하면, 복수의 면접속 패드를 구비한 기판과 상기 복수의 면접속 패드와 대응하는 위치들에 면접속 부착 패드를 구비한 부착 기판과의 사이에 개재시키며, 제1면측에서 상기 복수의 면접속 패드와 접속시키고 제2면측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드와 접속시킴으로써 상기 기판과 상기 부착 기판을 접속시키기 위한 중계 기판에 있어서, 상기 제1면과 상기 제2면을 갖는 판 형상을 이루고, 상기 제1면과 상기 제2면의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍을 갖는 중계 기판 본체와, 상기 관통 구멍 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체와, 상기 각각의 연질 금속체의 표면 상에 각각 배치되고 상기 중계 기판 본체의 상기 제1면측에 위치된 복수의 제1땜납층과, 상기 각각의 연질 금속체의 표면 상에 각각 배치되고 상기 중계 기판 본체의 상기 제2면측에 위치된 복수의 제2땜납층을 포함하며, 상기 중계 기판 본체는 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1면과 제2면 중 하나로부터 돌출한 돌출부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 돌출부는 기둥 형상이고 상기 제1면과 제2면 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크며, 상기 연질 금속체와 상기 제1땜납층 및 납들 중 용융점이 각각 다른 땜납들로 구성되며, 상기 연질 금속체는 상기 땜납들 중 용융점이 높은 땜납으로 만들어지고, 상기 제1땜납층 및 제2땜납층은 상기 땜납들 중 용융점이 낮은 땜납으로 만들어진 중계 기판을 요지로 한다.

제1면측 및 제2면측 땜납층은, 상기 연질 금속체보다도 상대적으로 융점이 낮은 땜납(이하, 저융점 땜납이라고도 한다)이면 좋지만, 양자의 융점에 알맞은 차를 갖도록 선택하는 것이 바람직한데, 예를 들면, 연질 금속체로서 Pb 90%-Sn 10%의 고온 땜납(융점 301℃)을 이용한 경우에는, Pb 36%-Sn 64% 공정 땜납(융점 183℃)이나 그 근방의 조성(Pb20 내지 50%, Sn80 내지 50% 정도)의 Pb-Sn 합금 등을 이용하면 좋다. 또한, 그 외의 성분으로서, In, Ag, Bi, Sb 등을 적당량 첨가한 것을 이용하여도 좋다.

또한, 제1면측 땜납층과 제2면측 땜납층은 동일한 재질(혹은 동일한 융점)의 땜납을 이용하여도 좋지만, 융점이 다른 땜납을 가려 써도 좋다. 즉, 제1면측 땜납층에 비교적 융점이 높은 땜납을 이용하고, 제2면측 땜납층에 비교적 융점이 낮은 땜납을 이용한다. 혹은 이 역으로 할 수도 있다.

제1(a)도 내지 제1(c)도는 중계 기판 본체를 형성하는 공정을 도시한 부분 확대 단면도로서, 제1(a)도는 소성 전의 상태, 제1(b)도는 소성 후의 상태, 제1(c)도는 도금을 한 상태를 도시한 도면.

제2(a)도 및 제2(b)도는 제1실시 형태에 관한 것이며, 중계 기판 본체에 연질 금속체를 주입하는 공정을 도시한 부분 확대 단면도로서, 제2(a)도는 주입 전의 상태, 제2(b)도는 주입 후의 상태를 도시한 도면.

제3도는 중계 기판 본체에 연질 금속체를 삽입한 중계 기판을 도시한 부분 확대 단면도.

제4(a)도는 중계 기판과 접속하는 기판의 단면도이고, 제4(b)도는 중계 기판과 접속하는 인쇄 회로 기판의 단면도.

제5(a)도 및 제5(b)도는 중계 기판을 기판 및 부착 기판과 접속하는 공정을 도시한 단면도로서, 제5(a)도는 중계 기판을 인쇄 회로 기판에 중첩한 상태, 제5(b)도는 또 다른 기판을 중첩한 상태를 도시한 도면.

제6도는 기판과 중계 기판과 부착 기판을 접속한 상태(구조체)를 도시한 단면도.

제7(a)도 및 제7(b)도는 연질 금속체에 제1면측 및 제2면측 땜납층을 형성하는 공정을 도시한 부분 확대 단면도로서, 제7(a)도는 전사판을 배치한 상태, 제7(b)도는 리플로우 후의 상태의 중계 기판을 도시한 부분 확대 단면도.

제8도는 완성한 땜납층 부착 중계 기판의 상태를 도시한 부분 확대 단면도.

제9(a)도 내지 제9(c)도는 제2실시 형태에 관한 것이며, 중계 기판 본체에 연질 금속체를 주입, 삽입하는 공정을 설명하는 부분 확대 단면도로서, 제9(a)도는 중계 기판 본체 상에 연질 금속볼을 배치한 상태, 제9(b)도는 볼을 설치한 중계 기판 본체를 설치대에 놓은 상태, 제9(c)도는 주입 후의 상태를 도시한 도면.

제10도는 제2실시 형태에 관한 중계 기판의 부분 확대 단면도.

제11(a)도 및 제11(b)도는 중계 기판을 기판 및 부착 기판과 접속하는 공정을 도시한 단면도.

제11(a)도는 부착 기판, 중계 기판의 순서로 기판에 중첩한 상태.

제11(b)도는 3자르 접속한 상태(구조체)를 도시한 도면.

제12도는 중계 기판을 상하 반대로 접속한 구조체를 도시한 단면도.

제13도는 중계 기판을 기판 또는 부착 기판과 접속하는 공정을 도시한 단면도.

제13(a)도는 기판과 중계 기판의 접속, 제13(b)도는 중계 기판과 부착 기판의 접속을 도시한 도면.

제14(a)도 및 제14(b)도는 제3실시 형태에 관한 것이며, 중계 기판 본체에 연질 금속체를 주입, 삽입하는 공정을 설명하는 부분 확대 단면도로서, 제14(a)도는 지그의 오목부내 및 상단부에 연질 금속볼을 배치한 상태, 제14(b)도는 중계 기판 본체를 배치하고 하중 지그로 가압하는 상태를 도시한 도면.

제15도는 중계 기판 본체에 연질 금속을 주입, 삽입하고, 기둥형의 돌출부를 형성한 중계 기판 상태를 설명하는 부분 확대 단면도.

제16(a)도 및 제16(b)도는 연질 금속체의 상부면측에 땜납층을 형성하는 공정을 도시한 부분 확대 단면도로서, 제16(a)도는 상부면측에 저융점 땜납층을 배치한 상태, 제16(b)도는 상부면측에 땜납층을 형성한 상태를 도시한 도면.

제17도는 연질 금속체의 상부면측 및 하부면측, 또는 하부면측에 땜납층을 형성한 상태를 도시한 부분 확대 단면도.

제18(a)도 및 제18(b)도는 기둥형의 돌출부를 갖는 중계 기판을 기판이나 부착 기판과 접속한 상태를 도시한 단면도로서, 제18(a)도는 기판과 접속한 상태, 제18(b)도는 기판 및 부착 기판과 접속한 상태를 도시한 도면.

제19도는 신뢰성 평가에 관한 구조체의 상태를 도시한 부분 확대 단면도.

제20도는 냉열 사이클수에 대한 고장 비율의 관계를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중계 기판 본체 2 : 기초 금속층

3 : Ni-B 도금층 4 : 금속층

5 : 금 도금층 6, 206, 306, 406 : 연질 금속체

6a, 6b, 206x, 306x : 돌출부 8a, 8b, 308x, 308y : 땜납층

9, 109, 209, 309, 409 : 중계 기판

10, 210, 310, 310', 310" : 땜납층 부착 중계 기판

20, 220, 320, 420 : LGA형 기판 21, 221, 321 : 플립칩 패드

22, 222, 322, 422 : 패드 40, 240, 340, 440 : 인쇄 회로 기판

42, 242, 342, 442 : 패드

본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

[실시형태 1]

이하에서는, 우선 중계 기판의 제조 방법에 대해서 제1도 내지 제3도를 참조하면서 설명한다.

우선, 주지의 세라믹 그린시트 형성 기술에 의해서, 관통 구멍(H)을 갖는 알루미나 세라믹 그린시트(G)를 준비한다. 이 시트(G)의 관통 구멍(H)의 내주면(H1)에, 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 텅스텐 페이스트(P)를 도포한다.

계속해서, 이 시트(G)를 환원(還元) 분위기 중에서 최고 온도 약 1550℃에서 소성하고, 제1(b)도에 도시한 바와 같은 세라믹재 중계 기판 본체(1) 및 텅스텐은 주성분으로 하는 기초 금속층(2)을 형성한다. 소성 후의 중계 기판 본체(1)(이하, 본체라고도 함)는, 두께가 0.3mm이고, 한변이 25mm인 대략 정방 판형을 지니고, 제1면(1a)과 제2면(1b) 사이를 관통하는 관통 구멍(H)의 안지름은 φ 0.8mm이고, 1.27mm의 피치로 격자형으로, 가로 세로 각 19개, 합계 361개(=19×19)의 관통 구멍이 형성되어 있다. 또한, 기초 금속층(2)의 두께는 약 10㎛이다.

또한, 이 기초 금속층(2) 상에, 제1(c)도에 도시한 바와 같이, 두께 약 2㎛의 무전해 Ni-B 도금층(3)을 형성하고, 양자에 의해 후술한 바와 같이 연질 금속을 용착하는 금속층(4)을 형성한다. 또한, Ni-B 도금층(3)의 산화 방지를 위해, 두께 0.1㎛의 무전해 금 도금층(5)을 형성한다.

계속해서, 제2(a)도에 도시한 바와 같이, 각각의 관통 구멍(H)의 위치에 대응시켜서 반경 0.45mm의 반구형의 오목부(J1)가 도면 중 상부면에 형성되어 있고, 카본으로 이루어진 용융 연질 금속 파지 지그(J)(이하, 파지 지그라고도 함)를 준비하고, 중계 기판 본체(1)의 제2 면(1b)과 지그(J)의 상부면이 대향하고, 관통 구멍(H)이 오목부(J1)와 일치하도록 본체(1)을 얹어 놓는다. 카본으로 이루어진 용융 연질 금속 파지 지그(J)는, 후술한 고온 땜납 등의 용융 금속에 잘 묻어나지 않는 성질을 갖는다. 또, 파지 지그(J)의 오목부(J1)의 정상부(도면 중 최하부)에는, 파지 지그(J)를 아래쪽으로 관통하는 소직경(Φ 0.2mm)의 가스 배출 구멍(J2)이 각각 형성되어 있다. 또한, 각각의 관통 구멍(H)의 제1 면측 단부(도면 중 상단)에는, 90% Pb-10% Sn으로 이루어진 직경 0.9mm의 고온 땜납볼(B)을 얹어 놓는다.

계속해서, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 360℃, 최고 온도 유지 시간 1분의 리플로우 로(爐)에 이들을 투입하고, 고온 땜납볼(B)을 용융시킨다. 이렇게 하면, 용융된 고온 땜납은, 중력에 의해서 도면 중 아래쪽으로 내려가고, 관통 구멍(H)에 주입되고, 금속층(4)[Ni-B 도금층(3)]에 용착한다. 중계 기판 본체(1)의 제2 면(1b)측(도면 중 하부측)에서는, 파지 지그(J)의 오목부(J1)가 있기 때문에, 고온 땜납은 이 오목부(J1)의 형상을 따라 반구형으로 융기된다. 한편, 중계 기판 본체(1)의 제1 면(1a)측(도면 중 상부 방향)에서는, 파지 지그(J)의 오목부(J1))와 관통 구멍(H)으로 이루는 체적보다도 고온 땜납의 체적이 많은 만큼, 상부측으로 융기된다. 이 상부 방향으로의 융기 형상은, 고온 땜납의 표면 장력에 의해서 형성되고, 체적에 의해 대략 구형, 반구형 등의 형상으로 된다. 본 예에서는, 대략 반구형으로 되었다.

또, 금 도금층(5)은, 용융된 고온 땜납 중에 확산하여 소멸되므로, 고온 땜납과 Ni-B 도금층(3)은 직접 용착하고, 고온 땜납으로 이루어진 연질 금속체(6)는, 중계 기판 본체(1)에 고착된다. 또한, 파지 지그(J)의 가스 배출 구멍(J2)은, 용융된 고온 땜납이 아래쪽으로 이동할 때에, 배제되는 공기를 빼내는 역할을 하지만, 파지 지그(J)가 땜납에 묻지 않고, 가스 배출 구멍(J2)이 소직경이므로, 땜납이 가스 배출 구멍(J2)에 침입하는 일은 없다. 이와 같이 함으로써, 관통 구멍(H)에 고온 땜납으로 이루어진 연질 금속체(6)를 형성하였다.

제3도에 도시한 바와 같이, 이 연질 금속체(6)는, 중계 기판 본체(1)의 관통구멍(H)에 삽입되고, 본체(1)에 금속층(4)을 통해서 고착되어 있다. 또한, 제2 면(1b)(도면 중 하부면) 측에서는, 파지 지그(J)의 오목부(J1)를 따라 본체(1)로부터의 높이(Z2)(제2 돌출 높이)가 0.4mm, 반경이 0.43mm의 대략 반구형의 돌출부(6b)(융기부)를 구비하고, 제1 면(1a)(도면 중 상부면) 측에서는, 표면 장력에 의해 마찬가지로 본체(1)로부터의 높이(Z1)(제1 돌출 높이)가 0.2mm이고 반경이 0.43mm인 대략 반구형의 돌출부(6a)(융기부)를 구비한다. 또한, 연질 금속체(6)의 돌출부(6b)의 돌출 높이(Z2)는 물론, 돌출부(6a)의 돌출 높이(Z1)도 일정한 높이로 되었다. 일정 체적의 고온 땜납볼(B)을 이용하였기 때문이다. 또한, 땜납볼(B)의 직경에 따라서 체적을 변화시키면, 돌출부(6a, 6b)의 돌출 높이를 다르게 할 수 있다.

본 예에서, 땜납볼(B)을 직경이 작은 것으로 대체하면, 돌출부(6a)의 돌출높이(Z1)를 낮게 할 수 있고, 직경이 큰 것으로 대체하면 돌출부(6a)의 돌출 높이(Z1)를 높게 할 수 있다.

이와 같이 하여, 제3도에 도시한 바와 같은 중계 기판(9)을 완성하였다.

즉, 이 중계 기판(9)은, 알루미나 세라믹으로 이루어지며, 판 형상을 이루고, 제1 면(1a)과 제2 면(1b)의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍(H)을 갖는 중계 기판 본체(1)와, 이 관통 구멍(H) 내에 삽입되고 양면으로부터 돌출한 돌출부(6a, 6b)를 구비하고, 또한 제1 돌출 높이(Z1)와 제2 돌출 높이(Z2)가 다른 연질 금속체(6)를 갖는다. 더 구체적으로는, 돌출 높이는 Z1<Z2로 되어 있다.

계속해서, 완성된 중계 기판(9)을 이하와 같이 하여, 기판 및 부착 기판과 접속하였다.

우선, 중계 기판(9)을 접속하는 기판으로서, 제4(a)도에 도시한 바와 같은, 두께 1.0mm, 한변이 25mm인 대략 정방형의 LGA형 기판(20)을 준비하였다. 이 LGA형 기판은, 알루미나 세라믹으로 이루어지며, 도면 중 상부면(20a)에 IC칩을 플립칩 접속에 의해 얹어 놓기 위한 플립칩 패드(21)를 구비하고, 도면 중 하부면(20b)에 외부 접속 단자로서 패드(22)(면접속 패드)를 구비하고 있다. 이 패드(P22)는, 직경 0.86mm이며, 중계 기판(9)의 연질 금속체(6)의 위치에 적합하도록, 피치 1.27mm의 격자형으로 kr로 세로 각 19개가 배열되고, 기초의 몰리브덴층 상에 무전해 Ni-B도금이 실시되고, 또한 산화 방지를 위해 얇게 무전해 금 도금이 실시되어 있다. 또한, 도시하지 않은 내부 배선에 의해서, 플립칩 패드(21)와 패드(22)가 각각 접속하고 있다.

또한, 부착 기판으로서, 제4(b)도에 도시한 바와 같은 인쇄 회로 기판(40)을 준비하였다. 인쇄 회로 기판(40)은, 두께가 1.6mm이고 한변이 30mm인 대략 정방형 판형으로서, 유리에폭시(JIS: FR-4)로 이루어지고, 주면(40a)에는, LGA형 기판(20)의 패드(22)와, 따라서, 중계 기판(9)의 연질 금속체(6)와도 대응하는 위치에, 패드(42)(면접속 부착 패드)가 형성되어 있다. 이 패드(42)는, 두께 25㎛의 구리고 이루어지고, 직경 0.72mm이고, 피치 1.27mm로 격자형으로 가로 세로 각 19개, 합계 361개 형성되어 있다.

이 인쇄 회로 기판(40)을, 제5(a)도에 도시한 바와 같이, 패드(42)가 있는 주면(40a)이 위로 되도록 놓고, 패드(42) 상에 저융점 땜납 페이스트(7b)(본 예에서는 공정 땜납 페이스트)를 250㎛의 두께로 도포한다. 계속해서, 상술의 방법에 의해서 형성한 중계 기판(9)을 설치한다. 이 때, 각 패드(42)와 연질 금속체(6) 상의 중계 기판 본체 제2 면(도면 중 하부면: 1b) 측의 돌출부(6b)와의 위치를 맞추도록 한다. 이와 같이 하면, 중계 기판(9)과 인쇄 회로 기판(40)은 땜납 페이스트(7b)의 점착력에 의해 가 고정된 상태로 된다.

또한, 미리 패드(22) 상에 두께 250㎛의 저융점 땜납(공정 땜납) 페이스트(7a)를 도포해 놓은 기판(20)을, 제5(b)도에 도시한 바와 같이, 패드(22)가 있는 면(20b)이 아래로 되도록 하여 중계 기판(9) 상에 설치한다. 이 때, 각 패드(22)와 연질 금속체(6) 상의 중계 기판 본체 제1 면(1a)(도면 중 상부면) 측의 돌출부(6a)와의 위치를 맞추도록 한다. 이와 같이 하면, 기판(20)과 중계 기판(9)은 땜납 페이스트(7a)의 점착력에 의해 가 고정된 상태로 된다.

계속해서, 기판(20)과 중계 기판(9)과 부착 기판(40)을, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 218℃, 200℃ 이상 유지 시간 2분의 리플로우 로에 투입하고, 저융점 땜납 페이스트(7a, 7b)를 각각 용융시켜서, 제6도에 도시한 바와 같이 땜납층(8a, 8b)을 통해 일거에 패드(22) 및 패드(42)와 연질 금속체(6)[돌출부(6a,6b)]를 각각 접속시킨다.

또, 이 때, 고온 땜납으로 이루어지는 연질 금속체(6)는 용융되지 않는다. 이에 따라, 중계 기판(9)은 LGA형 기판(20)에 접속되고, 동시에 인쇄 회로 기판(40)에도 접속되고, 기판, 중계 기판, 부착 기판의 3자가 접속, 결합한 구조체(50)(이하, 간단하게 구조체라고 함)가 완성된다. 이와 같이 함으로써, 기판(20)은, 중계 기판(9)을 통해, 부착 기판(40)에 접속되게 된다.

이에 따라, 중계 기판 본체(1)의 제1 면(1a)과 LGA형 기판(20)의 하부면(20b)과의 간격(A1)은 0.24mm, 또한, 중계 기판 본체(1)의 제2 면(1b)과 인쇄 회로기판(40)의 상부면(40a)과의 간격 A2는 0.44mm로 되고, A1<A2로 되었다. 연질 금속체(6)의 상하의 돌출부(6a, 6b)의 돌출 높이(Z1, Z2)들이 다르고, Z1<Z2로 되어 있었기 때문이다.

또, 상기한 바와 같이 3자를 접속시킬 때에는, 땜납 페이스트(7) 중에 플럭스가 포함되어 있으므로, 패드(22, 42)가 금 도금층 등에 의해서 산화 방지되어 있지 않아도 접속할 수 있다.

종래에서는, 우선, LGA형 기판(20)의 패드(22)에 저융점 땜납 페이스트를 도포하고, 고온 땜납 등으로 생긴 볼형의 단자 부재를 1개씩 패드(22)에 얹어 놓은 후, 리플로우하여 단자를 형성하고, BGA형 기판으로 한다. 그 후, 인쇄 회로 기판(40)의 패드(42)에 저융점 땜납 페이스트를 도포하고, BGA형 기판을 설치하여 리플로우하여 3자를 접속하고 있었다. 혹은, 인쇄 회로 기판(40)의 패드(42)에 저융점 땜납 페이스트를 도포하고, 고온 땜납 등으로 생긴 볼형의 단자 부재를 1개씩 패드(42)에 얹어 놓은 후, 저융점 땜납 페이스트를 도포한 LGA형 기판을 얹어 놓은 후, 리플로우하여 3자를 접속하고 있었다.

그러나, 상술된 바와 같이 하면, 기판(20) 및 인쇄 회로 기판(40)에 저융점 땜납 페이스트를 도포한 후에, 인쇄 회로 기판(40), 중계 기판(9), 기판(20)을 순서대로 중첩시켜 가열하기만 해도, 인쇄 회로 기판(40)에 기판(20)을 용이하게 접속할 수 있기 때문에, LCA형 기판을 일단 BGA형 기판으로 하는 등의 볼형 단자 부재를 패드(22, 42) 상에 1개씩 얹어 놓는 공정이 불필요해진다.

또, 상술한 예에서는, 인쇄 회로 기판(40)과 중계 기판(9)과 LGA형 기판(20)을 이 순서대로 중첩시키고, 리플로우하여, 기판(20)과 중계 기판(9), 및 중계 기판(9)과 인쇄 회로 기판(40)을 일거에 접속(납땜)한 예를 도시하였지만, 이와 같이 일거에 제작하지 않는 방법도 채용할 수 있다. 즉, 중계 기판(9)을, 일단 LCA형 기판(20)에 설치하여 중계 기판 부착 기판(기판과 중계 기판과의 접속체)으로 한 후에, 또한 인쇄 회로 기판(40)에 접속하여도 좋다. 또한, 중계 기판(9)과 인쇄 회로 기판(40)을 먼저 접속해 놓아도 좋다. 어쨌든, 본 예의 중계 기판(9)을 사용하면, 단자 부재를 패드 상에 1개씩 설치할 필요는 없고, 1회 내지는 2회의 가열(리플로우)에 의해서, 기판과 부착 기판을 중계 기판을 통해 접속할 수 있다. 따라서, IC 칩 메이커나 사용자에서, 번거로운 공정이나 설비를 생략할 수 있다.

또, 2회로 나누어 가열하는 경우에는, 상기 땜납 페이스트(7a, 7b)를 융점이 다른 땜납 페이스트로 형성해도 좋다.

즉, 기판(20)과 중계 기판(9)을 먼저 접속시키고, 그 후 인쇄 회로 기판(40)을 접속시키는 경우에는, 땜납 페이스트(7a)에 페이스트(7b)보다도 융점이 높은 땜납 페이스트를 이용한다. 중계 기판 부착 기판과 인쇄 회로 기판을 땜납 페이스트(7b)를 용융시켜서 접속할 때에, 땜납층(8a)이 용융되지 않는 온도로 함으로써, 기판과 중계 기판이 위치 어긋남을 일으키지 않도록 할 수 있기 때문이다.

반대로, 인쇄 회로 기판(40)과 중계 기판(9)을 먼저 접속시키고, 그 후 기판(20)을 접속시키는 경우에는, 땜납 페이스트(7b)에 페이스트(7a)보다도 융점이 높은 땜납을 이용한다. 중계 기판 부착 기판과 기판을 땜납 페이스트(7a)를 용융시켜서 접속할 때에, 땜납층(8b)이 용융되지 않는 온도로 함으로써, 중계 기판(9)과 인쇄 회로 기판(40)이 위치 어긋남을 일으키지 않도록 할 수 있기 때문이다.

또한, 본 예에서의 접속체(50)에서는, 기판(20)과 중계 기판 본체(1)의 간에서는 거의 응력은 생기지 않는다. 이것은, 기판(20)과 중계 기판 본체(1)는 동일한 재질이고, 열팽창 차가 생기지 않기 때문이다.

한편, 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(40)의 간에서는 응력이 발생한다. 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(40)과는 재질이 다르기 때문이다. 이 경우, 최대응력은, 연질 금속체(6)의 인쇄 회로 기판(40) 측의 돌출부(6b), 및 인쇄 회로 기판(40) 근방의 땜납층(8b)에 발생한다. 그런데, 연질 금속체(6)[돌출부(6b)]는, 용이하게 소성변형하기 때문에, 돌출부(6b)에서 변형하여 응력을 완화한다. 따라서, 그 결과 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(40)의 간에 발생한 응력이 작아져서, 파괴하기 어려운 신뢰성이 있는 접속으로 할 수 있다.

특히, 종래에서는 파괴가 발생되기 쉬웠던 기판(20) 측의 패드(22) 근방의 땜납층(8a)에는, 중계 기판(9)에 의해 응력이 걸리지 않는다. 한편, 중계 기판(9)과 인쇄 회로 기판(40)의 간의 응력은 연질 금속체(6)가 변형하여 흡수하므로, 연질 금속체(6)의 돌출부(6b)는 파괴되기 어렵고, 또한, 인쇄 회로 기판(40)의 패드(42) 금속의 땜납층(8b)도 파괴되기 어렵게 된다.

상기 예에서는, 중계 기판(9)의 돌출부(6a, 6b) 상에 저융점 땜납층을 설치하지 않고, 기판(20)이나 인쇄 회로 기판(40)의 패드 상에 저융점 땜납 페이스트(7a, 7b)를 도포하고, 이에 따라 3자를 접속한 예를 도시하였지만, 돌출부(6a, 6b)에 저융점 땜납층을 설치하는 방법도 채용할 수 있고, 이와 같이 하면 접속이 더욱 용이해진다.

예를 들면, 그 방법으로서 이하와 같은 것이 있다.

즉, 제3도에 도시한 중계 기판(9)에 대하여 이하와 같이 하여 저융점 땜납층을 형성한다. 제7도에 도시한 바와 같이, 중계 기판 본체(1)의 관통 구멍(H)의 위치에 맞춰서 관통 구멍[충전 구멍, L1 (직경 0.86mm×높이 0.17mm)]을 형성한 판형 카본지그[전사판(L)]을 2장 준비하고, 이 관통 구멍(L1)에 각각 저융점 땜납(공정 땜납) 페이스트(7)를 압착에 의해서 인쇄하여 충전한다. 이와 같이 함으로써, 관통구멍(L1)에 충전된 페이스트(7)의 양은 용이하게 일정량으로 된다. 이 전사판(L)의 관통 구멍(L1)의 위치를 각각 연질 금속체(6)[관통 구멍(H)]의 위치에 맞추고, 카본 다이 시트 지그(M) 상에, 전사판(L), 중계 기판 본체(1), 전사판(L)의 순서대로 중첩해서 배치한다(제7(a)도 참조).

그 후, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 220℃, 최고 온도 보유 지지 시간 1분의 리플로우 로에 이들을 투입하고, 저융점 땜납 페이스트(7)를 용융시킨다. 또, 이 온도 조건에서는 연질 금속체(6)는 용융되지 않는다. 용융된 저융점 땜납은, 제7(b)도에 도시한 바와 같이, 연질 금속체(6)의 상하의 돌출부(6a, 6b)에 묻어서 넓어지고, 각각 땜납층(8a, 8b)으로 되고, 제8도에 도시한 바와 같은 땜납층 부착 중계 기판(10)이 형성된다. 이 땜납층(8a, 8b)은, 페이스트(7)의 층이 일정하게 규제되어 있으므로, 각각 일정량(체적)으로 되고, 높이도 각 융기부에서 균일하게 된다.

땜납층 부착 중계 기판(10)을 이용하면, 이 중계 기판(10)과 기판(20)을 인쇄 회로 기판(40)에 순서대로 중첩시켜 가열하기만 해도, 인쇄 회로 기판(40)에 기판(20)을 용이하게 접속할 수 있기 때문에, LGA형 기판을 일단 BGA형 기판으로 하는 공정이 불필요하고, 또한, 인쇄 회로 기판에 땜납 페이스트를 도포하는 공정이 불필요해진다.

또, 상술한 바와 같은 땜납층(8a, 8b)을 갖는 중계 기판(10)을, 일단 LGA형 기판(20)에 설치하여 중계 기판 부착 기판으로 한 후에, 또한 인쇄 회로 기판(40)에 접속하여도 좋다. 또한, 땜납층 부착 중계 기판(10)과 인쇄 회로 기판(40)을 먼저 접속해 놓아도 좋다. 어쨌든, 땜납층(8a)이나 땜납층(8b)을 갖는 중계 기판(10)을 사용하면, 저융점 땜납 페이스트를 도포하거나, 단자 부재를 패드 상에 1개씩 얹어 놓을 필요는 없고, 1회 내지는 2회의 가열(리플로우)에 의해서, 기판과 부착 기판을 중계 기판을 통해 접속할 수 있다. 따라서, 또한 IC칩 메이커나 사용자에게 있어서, 번거로운 공정이나 설비가 생략될 수 있다.

또, 2회로 나누어 가열하는 경우에는, 상기 땜납층(8a, 8b)을 융점이 다른 땜납으로 형성해 놓아도 좋다.

즉, 기판(20)과 중계 기판(10)을 먼저 접속시키고, 그 후 인쇄 회로 기판(40)을 접속시키는 경우에는, 땜납층(8a)에 땜납(8b)보다도 융점이 높은 땜납을 이용한다. 중계 기판 부착 기판과 인쇄 회로 기판을 땜납층(8b)을 용융시켜서 접속할때에, 땜납층(8a)이 용융되지 않은 온도로 함으로써, 기판과 중계 기판이 위치 어긋남을 일으키지 않도록 할 수 있기 때문이다.

반대로, 인쇄 회로 기판(40)과 중계 기판(10)을 먼저 접속시키고, 그 후 기판(20)을 접속시키는 경우에는, 땜납층(8b)에 땜납(8a)보다도 융점이 높은 땜납을 이용한다. 중계 기판 부착 기판과 기판을 땜납층(8a)을 용융시켜서 접속할 때에, 땜납층(8b)이 용융되지 않는 온도로 함으로써, 중계 기판(10)과 인쇄 회로 기판(40)이 위치 어긋남을 일으키지 않도록 할 수 있기 때문이다.

(실시 형태 2)

상기 예에서는, 연질 금속체(6)의 돌출부(6a, 6b) 중 어느 한쪽이 형성되고, 돌출 높이의 차가 비교적 작은 것을 도시하였지만, 돌출 높이의 차가 커지도록 형성하도록 하여도 좋다. 다른 실시 형태로서, 한쪽 면에 크게 돌출하도록 한 중계 기판에 대해서 설명한다.

우선, 상기 제1 실시 형태에서 제1도를 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 하여, 알루미나 세라믹으로 이루어지면, 관통 구멍(H)의 내주에 금속층(4)을 갖는 중계기판 본체를 형성한다. 본 예에서의 중계 기판 본체(1)도 제1 실시 형태의 예와 마찬가지로, 두께가 0.3mm이고 한변이 25mm인 대략 정방형으로, 관통 구멍(H)의 안지름은 φ 0.8mm로서, 1.27mm의 피치로 격자형으로 가로 세로 각 19개, 합계 361개의 관통 구멍이 형성되어 있다.

계속해서, 제9(a)도에 도시한 바와 같이, 중계 기판 본체(1)의 관통 구멍(H)의 도면 중 상단 측에 고온 땜납볼(B)을 설치해 놓는 것이지만, 이것에는, 이하와 같이 하면 용이하다. 즉, 관통 구멍(H)에 대응하는 위치에 볼(B)의 직경보다도 약간 큰 관통 구멍(SH)을 갖는 볼규제판(S)을 준비해 놓고, 이것을 중계 기판 본체(1)의 도면 중 상부측에 배치해 놓는다. 계속해서, 고온 땜납볼(B)을 볼규제판(S)상에 산포하고, 중계 기판 본체(1)와 규제판(S)을 보유 지지하면서 요동시키면, 볼(B)은 규제판(S)상을 굴러서 계속해서 관통 구멍(SH) 중에 떨어지면 이동할 수 없게 된다. 그 후, 모든 관통 구멍(SH) 중에 볼이 떨어지면, 규제판(S) 상의 불필요한 볼(B)을 제거함으로써, 제9(a)도와 같이, 각 관통 구멍(H)의 상단에 볼(B)이 설치할 수 있도록 된다. 본 예에서는, 직경 0.9mm의 고온 땜납볼(B)(90% Pb-10% Sn)을 이용하여, 규제판의 두께는 0.5mm, 관통 구멍(SH)의 직경은 1.0mm로 하였다.

그 후, 제9(b)도에 도시한 바와 같이, 규제판(S)을 제거하고, 내열성을 지니고 용융된 고온 땜납에 묻지 않는 재질인 알루미나 세라믹으로 이루어지며, 상부면(Da)이 평면인 설치대(D) 상에, 상측에 고온 땜납볼(B)이 설치된 중계 기판 본체(1)를 얹는다. 또, 설치대(D0 상에 중계 기판 본체(1)을 얹어 놓고, 그 후 상술한 방법에 의해서 볼(B)을 관통 구멍(H) 상단에 얹어 놓아도 좋다.

또한, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 360℃, 최고 온도 유지 시간 1분의 리플로우 로에 이들을 투입하고, 고온 땜납볼(B)을 용융시킨다. 그렇게 하면, 용융된 고온 땜납은, 중력에 의해서 도면 중 하부측으로 내려가고, 관통 구멍(H)에 주입되고, 금속층(4)[Ni-B 도금층(3)]에 용착한다. 그 후 냉각함으로써, 중계 기판 본체(1)의 관통 구멍(H)에 고온 땜납으로 이루어지는 연질 금속체(206)가 삽입된 중계 기판(209)이 완성된다.

다만, 중계 기판 본체(1)의 도면 중 하부면측에는 설치대(D)가 있기 때문에, 용융된 고온 땜납은, 이 설치대(D)의 상부면(Da)의 평면 형상을 따른다. 따라서, 제9(c)도에 도시한 바와 같이, 연질 금속체(206)는, 중계 기판 본체(1)의 하부면측에서는, 거의 본체 하부면과 동일면으로 되어, 돌출하지 않거나 혹은 거의 돌출부가 없는 형상으로 된다. 본 예에서는 중계 기판 본체(1)의 하부면에서의 돌출 높이(Zy)는 0.03mm이다.

한편, 중계 기판 본체(1)의 도면 중 상부면측에서는, 개략, 관통 구멍(H)의 체적보다도 고온 땜납의 체적이 큰 만큼, 상측으로 융기하여, 돌출부(206x)로 된다. 이 상측으로의 융기 형상은, 고온 땜납의 표면 장력에 의해서 형성되고, 체적에 의해 대략구형, 반구형 등의 형상으로 된다. 본 예에서는, 최대 지름 0.9mm, 중계 기판 본체의 상부면에서의 돌출 높이(Zx)가 0.7mm인 대략 구형(3/4 구형)으로 되었다.

또, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 금 도금층(5)은, 용융된 고온 땜납 중에 용융 부식되어 확산되므로, 고온 땜납으로 이루어지는 연질 금속체(206)는, 직접 Ni-B 도금층[금속층(4)]과 용착하여, 중계 기판 본체(1)와 고착된다. 또한, 고온 땜납 용융 시에 중계 기판 본체(1)와 설치대(D)의 상부면(Da)과의 사이에 간극이 있으면, 용융된 고온 땜납이 이 간극을 통해서 도면 중 가로 방향으로 넓어져서 서로 연결되는 경우가 있으므로, 중간 기판 본체(1)가 설치대(D)의 상부면(Da)에 밀착하도록(부상하지 않도록), 중계 기판 본체(1)에 하중을 걸거나, 억제하거나 하면 좋다.

제10도에 도시한 바와 같이, 이 중계 기판(209)은, 상하부면에서 돌출 높이(Zx)와 돌출 높이(Zy)가 크게 다르다. 그래서, 2개의 면(상하부면)을 구별하기 위해서, 내열성 잉크로, 제9(c)도에서의 상부면, 즉, 돌출부(206x)가 있는 측의 중계 기판 본체 표면에 표식(MK)을 붙였다.

그리고, 이러한 중계 기판(209)을 제1 실시 형태와 마찬가지로 LGA형 기판(220)이나 인쇄 회로 기판(240)과 접속한다.

우선, 중계 기판(209)과 접속하는 기판으로서, 제11(a)도의 상측에 도시한 바와 같은, 두께가 1.0mm이고 한변이 25mm인 대략 정방형의 LGA형 기판(220)을 준비하였다. 이 LGA형 기판(220)은, 알루미나 세라믹으로 이루어지며, 도면 중 상부면(220)a에 IC칩을 플립칩 접속에 의해 설치하기 때문에 플립칩 패드(221)를 구비하고, 도면 중 하부면(22b)에 외부 접속 단자로서 패드(면접속 패드: 222)를 구비하고 있다. 이 패드(222)는, 직경 0.86mm로서, 중계 기판의 연질 금속체의 위치에 적합하도록, 피치 1.27mm의 격자형으로 가로 세로 각 19개가 배열되고, 기초의 몰리브덴층상에 무전해 Ni-B 도금이 실시되고, 또한 산화 방지를 위해 얇게 무전해금도금이 실시되어 있다. 또한, 패드(222)는, 도시하지 않는 내부 배선에 의해서, 플립칩 패드(221)와 각각 접속하고 있다.

또한, 부착 기판으로서, 제11(a)도의 하부측에 도시한 바와 같은 인쇄 회로 기판(240)을 준비하였다. 인쇄 회로 기판(240)은, 두께가 1.6mm이고 한변이 230×125mm인 대략 구형 판형으로서, 유리 에폭시(JIS: FR-4)로 이루어지며, 주면(240a)에는, LGA형 기판(220)의 패드(222)와 대응하는 위치에, 따라서, 중계 기판(209)의 연질 금속체(206)와도 대응하는 위치에, 패드(242)가 형성되어 있다. 이 패드(242)는, 직경 0.72mm, 두께 25㎛의 구리로 이루어지며, 피치 1.27mm로서 격자형으로 세로 가로 각 19개, 합계 36개가 형성되어 있다. 또, 이 인쇄 회로 기판(240)은 이러한 패드(242)의 군이 세로 2열, 가로 4열의 합계 8군이 형성되어 있고, 기판(220)을 동시에 8개를 접속할 수 있도록 되어 있다.

이 인쇄 회로 기판(240)을, 제11(a)도에 도시한 바와 같이, 패드(242)가 있는 주면(240a)이 위로 되도록 놓고, 패드(242) 상에 저융점 땜납 페이스트(207b)를 도포해 놓는다. 계속해서, 중계 기판(209)을 제9도와는 상하 역방향으로 하여 설치한다. 이 때, 각 패드(242)와 연질 금속체(206) 상의 돌출부(206x)와의 위치를 맞추도록 한다. 또, 상술된 바와 같이 표식(MK)을 붙이고 있음으로써, 용이하게 돌출부(206x)가 있는 면을 판별할 수 있었다.

또한, 패드(222) 상에 저융점 땜납 페이스트(207a)를 도포한 기판(220)을, 패드(222)가 있는 면(220b)이 아래로 되도록 하여 중계 기판(209) 상에 얹어 놓는다. 이 때, 각 패드(222)와 연질 금속체(206)와의 위치를 맞추도록 한다.

계속해서, 기판(220)과 중계 기판(209)과 부착 기판(240)을, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 218℃, 200℃ 이상 보유 지지 시간 2분의 리플로우 로에 투입하고, 저융점 땜납 페이스트(207a, 207b)를 각각 용융시켜서, 저융점 땜납층(208a, 208b)을 통해 일거에 패드(222) 및 패드(242)와 연질 금속체(206)를 각각 접속시킨다.

또, 이 때, 고온 땜납으로 이루어지는 연질 금속체(206)는 용융되지 않는다.

이에 따라, 제11(b)도에 도시한 바와 같이, 중계 기판(209)은 LGA형 기판(220)에 접속되고, 동시에 인쇄 회로 기판(240)에도 접속되고, 기판, 중계 기판, 부착 기판의 3자가 접속, 결합한 구조체(250)가 완성된다. 이와 같이 함으로써, 기판(220)은, 중계 기판(209)을 통해, 부착 기판(240)에 접속되게 된다.

이에 따라, 중계 기판 본체(1)의 상부면(제1 면)과 LGA형 기판(220)의 하부면(220b)과의 간격(A1)은 0.05mm, 또한, 중계 기판 본체(1)의 하부면(제2 면)과 인쇄 회로 기판(240)의 상부면(240a)과의 간격(A2)은 0.72mm로 되고, 기판(220)과 중계 기판 본체(1)와의 간격(A1)보다도 중계 기판 본체(1)와 부착 기판(240)과의 간격(A2)이 큰(A1<A2) 구조체(250)를 제작할 수 있었다. 연질 금속체(206)가, 제1 면측에는 거의 돌출하지 않으므로 제1 돌출 높이(Z1=Zy)가 작고, 제2 면측에는 돌출부(206x)를 갖고 있기 때문에 제2 돌출 높이(Z2=Zx)가 커졌기 때문이다.

특히 본 예에서는, 알루미나 세라믹으로 이루어지는 LGA형 기판(220)과 알루미나 세라믹으로 이루어지는 중계 기판 본체(1)와의 간격(A1)이, 중계 기판 본체(1)와 유리 에폭시로 이루어지는 인쇄 회로 기판(240)과의 간격(A2)에 비교하여 매우 작게 할 수 있었다. 이와 같이 하면, 이 구조체(250)가 가열 또는 냉각되었을때에, 재질이 동일한 LGA형 기판(220)과 중계 기판(209)[중계 기판 본체(1)]과의 사이에는, 열팽창 차에 의해 응력은 거의 발생하지 않는다. 한편, 중계 기판(209)과 인쇄 회로 기판(240)과의 간에는, 응력이 발생한다.

따라서, LGA형 기판(220)의 패드(222)나 그 근방의 땜납층(208a)이 파괴하는 일은 없다. 한편, 중계 기판(209)과 인쇄 회로 기판(240)과의 간에 발생하는 열응력중 중계 기판측에 걸리는 응력은, 연질 금속체(206)에 대하여 돌출부[제2 돌출부(206x)]의 제2 면 근방에서 제2 면에 따르는 방향(제2 면과의 교차면 방향)에 걸린다. 그러나, 이 응력은 연질 금속의 변형에 의해 흡수되어 완화된다. 또한, 돌출부(206x)에 의해 간격(A2)이 크게 되어 있으므로, 이 사이에서도 돌출부(206x)가 변형하여 응력을 완화한다. 또한, 중계 기판(209)과 인쇄 회로 기판(240)과의 간의 열응력 중 인쇄 회로 기판 측에 걸리는 응력은, 패드(242)에 대하여 주면(240a)방향으로 걸린다. 그러나, 패드(242)는 비교적 견고하게 인쇄 회로 기판에 고착되어 있고, 더구나 Cu로 이루어지므로 변형하여 응력을 흡수하기 쉽기 때문에, 용이하게는 파괴하지 않는다. 따라서, 중계 기판(209)을 통하지 않고, LCA형 기판(220)과 인쇄 회로 기판(240)을 종래와 같이 접속한 경우에 비교하여, 양자간의 접속이 파괴되는 일이 없어지거나, 혹은 긴 수명으로 된다.

또한, 제12도에 도시한 바와 같이, 상기 예와는 반대로 돌출부(206x)가 기판(220)의 패드(222)와 접속하도록, 즉, 돌출부(206x)가 제1 돌출부가 되도록 제9(c)도와 상하 동일하게 하여 이용한 경우에는, 기판(220)과 중계 기판 본체(1)와의 간격(A1)이 0.72mm, 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(240)과의 간격(A2)이 0.05mm의 구조체(251)로 되었다.

이 경우에는, 연질 금속체(206)의 돌출부(206x)가 있기 때문에 제1 돌출 높이(Z1=Zx)가 크므로, 간격(A1)은 큰 값으로 되고, 한편, 제2 돌출 높이(Z2=Zy)는 작기 때문에, 간격(A2)은 간격(A1)에 비교하여 작은 값으로 된 것이다.

이와 같이 하는 것이 바람직한 경우로서는, 예를 들면, 기판의 재질이 알루미나보다 열 팽창 계수가 작은 질화 알루미늄으로 이루어지며, 부착 기판이 중계 기판본체와 대략 동일 재질의 알루미나로 이루어지는 경우를 들 수 있다. 중계 기판 본체와 부착 기판과의 간에는 열팽창 차는 거의 발생하지 않고, 그 한편으로, 기판과 중계 기판 본체와의 간에는 열팽창 차가 발생되므로, 기판과 중계 기판 본체와의 간격을 크게 하여, 돌출부(206x)에서 응력을 흡수하도록 하면 좋기 때문이다.

또한, 이러한 배치는, 예를 들면, 알루미나 등의 세라믹으로 이루어지는 기판과, 유리 에폭시 등의 수지 재료로 이루어지는 부착 기판과의 간에 중계 기판 본체가 수지 재료로 이루어지는 중계 기판을 개재시키는 경우 등에서도 적용할 수 있다.

상술한 예에서는, 인쇄 회로 기판(240)과 중계 기판(209)과LGA형 기판(220)을 이 순서대로 중첩하고, 리플로우하여, 기판(220)과 중계 기판(209), 및 중계 기판(209)과 인쇄 회로 기판(240)을 일거에 접속(납땜)하여 3자로 이루어지는 구조체(250)를 형성한 예를 도시하였다. 그러나, 제1 실시 형태에서도 설명한 바와 같이, 일거에 구조체(250)를 제작하지 않은 방법도 채용할 수 있다. 즉, 제13(a)도에 도시한 바와 같이, 중계 기판(209)을, 일단 LCA형 기판(220)에 설치하여 중계 기판 부착 기판(기판과 중계 기판의 접속체)(260)으로 한 후에, 또한 인쇄 회로 기판(240)에 접속하여도 좋다. 또한, 제13(b)도에 도시한 바와 같이, 중계 기판(209)과 인쇄 회로 기판(240)을 먼저 접속하여 중계 기판 인쇄 회로 기판(중계 기판과 부착 기판의 접속체)(270)으로서도 좋다.

특히, 일단 이러한 접속체(260, 270)를 형성하는 경우에는, 상술한 바와 같이, 중계 기판 본체에 제1 면이 제2 면을 식별할 수 있는 표식(MK)을 설치해 놓으면 좋다. 기판이나 부착 기판과의 접속 시에 잘못 접속하면, 기판-중계 기판 본체간의 간격(A1)이나 중계 기판 본체-부착 기판간의 간격(A2)이 예정되어 있던 값과 크게 다르게 되어, 접속 신뢰성이나 수명에 크게 영향을 줄 가능성이 있기 때문이다. 특히 표식(MK)을 본체(1)의 제2 면에 설치해 놓으면, 제13(a)도에 도시한 바와 같이, 기판과 중계 기판의 접속체(260)를 형성한 상태에서, 정확하게 중계 기판(209)이 기판(220)에 접속되어 있는 것을 용이하게 확인할 수 있다. 마찬가지로 표식(MK′)을 본체(1)의 제1 면에 설치해 놓으면, 제18(b)도에 도시한 바와 같이, 중계 기판과 부착 기판의 접속체(270)를 형성한 상태에서, 정확하게 중계 기판(209)이 부착기판(240)에 접속되어 있는 것을 용이하게 확인할 수 있다.

또, 본 제2 실시 형태에서의 중계 기판(209)에서도, 연질 금속체(206)의 양면 측에 저융점 땜납층을 형성한 땜납층 부착 중계 기판으로 하면, 기판이나 부착기판과의 접속이 보다 간단해진다.

그 수법으로서는, 상기 제1 실시 형태에서 사용한 바와 같은 전사판을 이용하는 방법 외에, 연질 금속체(206)의 하부측으로 상기 제1 실시 형태에서 사용한 용융 연질 금속 파지 지그(J)와 마찬가지의 구조의 지그를 이용하여 저융점 땜납층을 형성하는 방법이나 저융점 땜납으로 이루어지는 금속편을 연질 금속체 상에 설치하여 용융시켜서 저융점 땜납층을 형성하는 방법 등이 있다.

즉, 연질 금속체의 돌출부에 대응한 오목부를 형성한 지그의 이 오목부 내에 저융점 땜납으로 이루어지는 금속편(예를 들면, 저융점 땜납볼)을 투입해 놓고, 그 후 이 오목부에 연상 금속체의 돌출부를 삽입한다. 또한, 중계 기판 본체를 지그측에, 가압하면서 가열하여 금속편을 용융시키면, 저융점 땜납이 돌출부 표면에 묻고 확대되어 땜납층을 형성할 수 있다.

또한, 관통 구멍을 갖는 볼규제판의 이 관통 구멍이 연질 금속체 상측에 위치하도록 배치하고, 저융점 땜납볼을 이 규제판 상에 산포하여 적당하게 요동한다. 그렇게 하면, 볼이 관통 구멍에 떨어져서 움직이지 않게 된다. 그 후 규제판을 기울여 불필요한 볼을 제거함으로써, 연질 금속체 상에 저융점 땜납볼을 설치할 수 있게 된다. 그 후 가열하면, 용융된 저융점 땜납이 연질 금속체 상에 묻어 확대되어 저융점 땜납층을 형성할 수 있다.

(실시 형태 3)

다음에, 연질 금속체의 돌출부 형상을 구형, 반구형이 아니라, 기둥형으로 한 실시 형태에 대해서 설명한다.

상기 제1 실시 형태에서 제1도를 참조하여 설명한 것과 마찬가지로 하여, 알루미나 세라믹으로 이루어지며, 관통 구멍(H)의 내주에 금속층(4)을 갖는 중계 기판본체(1)를 준비해 둔다. 본 예에서의 중계 기판 본체(1)는, 상기 제1 실시 형태에서 사용한 것과 마찬가지이므로, 두께가 0.3mm이고 한변이 25mm인 대략 정방형으로서, 관통 구멍(H)의 내부 지름은 φ0.8mm로서, 1.27mm의 피치로 격자형으로 가로 세로 각 19개, 합계 361개의 관통 구멍이 형성되어 있다. 또, 본 예에서의 중계 기판 본체(1)에서는, 금속층(4)을 형성하는 것과 동시에, 금속성 잉크를 인쇄하여 동시 소성함으로써 한쪽 면(도면 중 하부면)에 표식(MK)을 형성하고 있다.

계속해서, 관통 구멍(H) 내에 연질 금속체(306)를 삽입한다. 본 예에서는 상기 제1 실시 형태에서 설명한 용융 연질 금속 파지 지그(J)와 동일한 구조의 지그를 이용하여 기둥형의 연질 금속체(306)를 형성한다. 즉, 제14(a)도에 도시한 바와 같이, 내열성이 있고 용융된 고온 땜납에 누설되지 않는 재질인 카본으로 이루어지는 땜납 부재 보유 지지 지그(N)의 상부면에는, 관통 구멍(H)에 각각 대응한 위치에, 직경 0.9mm, 깊이 1.95mm로서, 선단이 원추형의 오목부(N1)가 형성되어 있다. 또한, 보유 지지 지그(N)의 오목부(N1)의 정상부(도면 중 최하부)에는, 보유 지지 지그(N)를 아래쪽으로 관통하는 소직경(φ 0.2mm)의 가스 배출 구멍(N2)이 각각 형성되어 있다.

우선, 이 보유 지지 지그(N)의 각 오목부 N1에 직경 0.8mm의 고온 땜납(Pb 90%-Sn 10% 땜납) 볼(D1)을 투입해 놓는다. 본 예에서는, 각 오목부에 각각 2개 투입하였다.

계속해서, 오목부(N1)의 단부(상단)에 직경 1.0mm의 고온 땜납(Pb 90%-Sn 10% 땜납) 볼(D2)을 설치한다. 또, 볼(D2)을 보유 지지 지그(N)의 오목부(N1)에 설치하는 데에는, 상기 제2 실시 형태의 예에서 고온 땜납볼(B)을 관통 구멍(H)의 단부에 얹어 놓을 때에 이용한 볼규제판(S)과 마찬가지의 볼규제판을 이용하면 용이하게 설치할 수 있어 바람직하다.

이 때, 오목부(N1) 내에 이미 투입되어 있는 볼(D1)과 볼(D2)이 접촉하지 않고서, 또한 후술하는 고온 땜납의 용융 시에는 양자가 접촉하도록, 간격을 약간 비워 놓는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 볼(D2)이 오목부(N1)의 상단 모서리에 꼭 맞게 접촉하여 움직이지 않게 되어(혹은 움직이기 어렵게 되어), 후술하는 중계 기판 본체(1)을 실을 때의 정렬이 용이하게 되기 때문이다.

그 후, 제14(b)도에 도시한 바와 같이, 볼(D2)의 도면 중 상부측에 중계 기판 본체(1)를 얹어 놓는다. 이 때, 관통 구멍(H)에 볼(D2)이 끼워지도록 위치 결정을 한다. 또한, 중계 기판 본체(1)의 상측, 즉, 볼(D2)이 있는 측과는 반대측으로부터, 내열성이 있고 용융된 고온 땜납에 묻지 않는 재질인 스테인레스로 이루어지는 하중 지그(Q)의 평면(Q1)(도면 중 하부면)을 본체(1)의 상부면에 밀어붙이도록 하여, 아래쪽으로 압축한다.

계속해서, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 360℃, 최고 온도 보유 지지 시간 1분의 리플로우 로에 이들을 투입하고, 고온 땜납볼(D1, D2)을 용융시킨다.

그렇게 하면, 용융된 고온 땜나(D2)은, 하중 지그(Q)에 의해 도면 중 아래쪽으로 밀어 내려진 본체(1)의 관통 구멍(H) 내에 삽입됨과 동시에, 관통 구멍(4)의 내주의 금속층(4)과 용착한다. 한편, 관통 구멍(H)의 상단부에서는, 하중 지그(Q)의 평면(Q1)을 따라서 평면형으로 된다. 또한, 고온 땜납(D2)은, 보유 지지 지그(N)의 오목부(N1) 내에도 주입된다. 그렇게 하면, 용융된 고온 땜납(D1)과 접촉하고, 양자는 표면 장력에 의해 일체로 되도록 한다. 그런데, 땜납(D2)은, 금속층(4)과 용착하고 본체에 일체로 되어 있으므로, 본체(1)로부터 떨어져서 아래쪽으로 낙하할 수 없기 때문에, 중력에 대항하여 고온 땜납(D1)을 상부측으로 끌어올리도록 하여 일체화한다. 또, 본체(1)는 하중 지그(Q)에 의해 보유 지지 지그(N)의 상부면(N3)에 밀어 부쳐진 상태까지 밀어 내려진다.

또한, 가스 배출 구멍(N2)은, 고온 땜납볼(D1, D2)을 용융시킬 때에, 오목부(N1) 내에 밀폐된 공기를 해방시키는 역할을 한다.

그 후, 냉각하여 고온 땜납을 응고시키면, 제15도에 도시한 바와 같이 중계 기판 본체(1)의 도면 중 하부측에는, 측면은 오목부(N1)의 측벽의 형상을 따르고, 도면중 하단 즉, 돌출부의 정상부는 대략 반구형으로 된 돌출부(306x)를 지니고, 상측에는 거의 돌출하지 않은 형상의 연질 금속체(306)가 삽입된 중계 기판(309)이 형성되었다. 본 예에서는, 돌출부(306x)는, 횡단면의 직경(최대 지름)이 0.88mm, 돌출 높이(Zx)가 1.75mm이고, 그 직경(최대 지름)보다도 정상부까지의 높이가 높은 대략 원주형으로 되었다. 한편, 도면 상부면측에서는 상부면에서의 돌출 높이(Zy)는 0.01mm이다. 또, 본 예에서는 중계 기판 본체(1)에 형성한 표식(MK)이, 제15도에 도면 중 하부면측으로 되도록 배치하였다. 따라서, 표식(MK)은, 돌출부(306x)의 형성된 면과 동일한 면에 형성되어 있도록 되어, 돌출부(306x)의 형성된 면을 나타내는 표식으로서 사용할 수 있다.

계속하여, 제16(a)도에 도시한 바와 같이, 연질 금속체(306)의 상부면에 직경 0.4mm의 저융점 땜납볼(Ey)(Pb-Sn 공정땜납볼)을 얹어 놓는다. 또, 이 볼(Ey)을 얹어 놓기 위해서는, 볼규제판(R′)을 연질 금속체의 상측에 관통 구멍(RH′)이 위치하도록 배치하고, 이 규제판(R′) 상에 볼(Ey)을 산포하여 요동하고, 관통 구멍(RH′)에 볼(Ey)을 떨어뜨리는 방법에 의하면 용이하게 설치할 수 있다. 본 예에서는, 규제판(R′)의 두께는 0.5mm, 관통 구멍(RH′)의 직경은 0.6mm이다.

그런데, 땜납볼(Ey)을 얹어 놓는데 있어서는, 보유 지지 지그(N)의 오목부(N1)에 돌출부(306x)가 끼워진 상태 그 대로, 즉, 제15도에서, 하중 지그(Q)만 제거한 상태, 혹은, 제16(a)도에 도시한 바와 같이, 돌출부(306x)의 선단이 각각 끼워진 오목부(U1)를 갖는 연질 금속체 보유 지지 지그(U)를 이용하고, 이 지그(U)의 오목부(U1)에 돌출부(306x)의 선단을 각각 끼운 상태에서 행하면 좋다. 연질 금속체(306)는 유연하여 변형하기 쉬운 고온 땜납으로 형성되어 있기 때문이다.

그러한 후, 질소 분위기 하에서, 최고 온도 220℃, 최고 온도 유지 시간 1분의 리플로우 로에 이들을 투입하고, 저융점 땜납볼(Ey)을 용융시킨다. 또한, 이 온도 조건에서는 연질 금속체(306)는 용융되지 않는다. 용융된 저융점 땜납은, 연질금속체(306)의 도면 중 상부면으로 묻어서 확대되고, 땜납층(308y)으로 된다(제16(b)도 참조).

이 땜납층(308y)은, 저융점 땜납볼(Ey)의 체적이 일정하게 규제되어 있으므로, 일정량(체적)으로 되어, 높이도 균일하게 된다. 본 예에서는, 기판 본체(1)의 도면 중 상부면으로부터 땜납층(308y)의 정상부(도면 중 최상단)까지의 높이가 0.08mm이다.

이와 같이 하여, 제16(b)도에 도시한 바와 같이, 도면 중 하부면의 사이를 관통하는 관통 구멍(H)을 갖는 중계 기판 본체(1)와, 관통 구멍(H) 내에 삽입되고 도면중 하부면으로부터 돌출한 돌출부(306x)를 갖는 연질 금속체(306)를 갖는 중계 기판(309)에 대해서, 도면 중 상부면측의 연질 금속체(306) 상에 형성되어 연질 금속체(306)보다도 낮은 융점을 갖는 땜납층(308y)을 갖는 땜납층 부착 중계 기판(810)을 형성할 수 있었다.

또, 본 예에서는, 연질 금속체(306)의 상하 양면에 땜납층을 설치하는 것이 아니라, 도면 중 상부면에만 땜납층(808y)을 설치하였지만, 예를 들면, 제1, 2 실시 형태에서 설명한 수법을 이용함으로써, 상하 양면에 설치한 땜납층 부착 중계기판(310′)을 형성하는 것도 가능하다(제17(a)도 참조). 이것과는 반대로, 하면 즉, 돌출부(306x)의 정상부에만 땜납층(308x)을 형성한 땜납층 부착 중계 기판(310″)으로 하는 것도 가능하다(제17(b)도 참조).

계속해서, 땜납층(308y)을 갖는 땜납층 부착 중계 기판(310)과 LGA형 기판(320)을 거듭 가열하여 양자를 접속하고, 제18(a)도에 도시한 바와 같이, 접속체(360)를 형성한다. 이 접속체(360)에서는, 기판(320)과 중계 기판 본체(1)와의 간격(A1)은 0.03mm로 되었다. 한편, 중계 기판 본체(1)로부터 도면 중 아래쪽으로 돌출하는 돌출부(306x)의 돌출 높이(Z2=Zx)는 1.75mm이다. 또한, 이 접속체(360)에 대해서는, 도면 중 하측으로부터 보면, 중계 기판 본체(1)에 형성한 표식(MK)을 확인할 수 있으므로, 중계 기판(310)과 기판(320)이 정확하게 접속하고 있는 것을 확인할 수 있다.

그 후, 패드(842) 상에 저융점 땜납 페이스트(공정 땜납 페이스트)를 도포한 인쇄 회로 기판(840)을 준비하고, 돌출부(306x)와 패드(342)와의 위치를 맞추도록 하여 접속체(360)를 인쇄 회로 기판(340)상에 얹어 놓는다. 그 후, 가열함으로써 패드(342)상의 저융점 땜납 페이스트를 용융시키고, 제18(b)도에 도시한 바와 같이, 기판(320)-중계 기판(310)-인쇄 회로 기판(340)의 3자를 접속한 구조체(350)를 형성하였다. 이 구조체(350)는, 기판(320)과 중계 기판 본체(1)와의 간격(A1)은 0.03mm로 되고, 한편, 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(340)과의 간격(A2)은 1.78mm로 되었다.

즉, 제1, 2 실시 형태의 경우에 비교하여, 본체(1)와 인쇄 회로 기판(340)의 간격(A2)을 크게 할 수 있었다. 돌출부[제2 돌출부(306x)]의 돌출 높이(Z2)가 크게 되어있기 때문이다.

이와 같이 하면, 이 간격(A2)이 커진 만큼, 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(340)과의 간에 생기는 응력을 완화할 수 있다. 또한, 돌출부(306x)는, 그 지름에 비하여 높이가 높은 기둥형의 형상으로 되어 있으므로, 이 형상 자체도 변형이 용이하도록 되어 있고, 여기서도 응력을 흡수할 수 있다. 또한, 연질 금속체로부터 생긴 돌출부(306x)는 그 자신이 변형 용이하게 응력을 흡수할 수 있다.

통상의 경우, 인접하는 연질 금속체의 간격(면접속 패드 상호의 간격)은, 소정의 값으로 되어 있으므로, 돌출부의 최대 지름은, 이 간격에 의해서 제한된다. 한편, 돌출부의 높이에 관해서는, 허용 범위가 큰 경우가 많다고 생각된다. 따라서, 돌출부를 기둥형으로 하면 돌출부의 최대 지름의 제한 내에서, 높이의 허용 범위까지 높은 돌기를 형성할 수 있으므로, 기판이나 부착 기판과 중계 기판 본체와의 간격을 보다 크고, 또한 돌출부를 상대적으로 가늘게 할 수 있으므로, 보다 많은 응력완화를 할 수 있다.

따라서, 이러한 대략 기둥형의 돌출부를 개재시킨 기판-중계 기판간, 혹은 중계 기판-부착 기판간의 접속 신뢰성을 향상시켜서, 접속부의 수명을 길게 할 수 있다.

또한, 패드(342)상에 설치하는 저융점 땜납 페이스트는, 중계 기판(310)에 형성된 땜납층(308y)보다도 저융점의 땜납 페이스트를 이용하는 것도 가능하다.

이와 같이 하면, 땜납층(308y)을 용융시키지 않고서 땜납 페이스트(807b)를 용융시켜서, 중계 기판(310)과 인쇄 회로 기판(340)을 접속하는 것도 가능하다.

(신뢰성 평가)

계속하여, 제19도에 도시한 바와 같이 기판-중계 기판 본체의 간격(A1) 및 중계 기판 본체-부착 기판의 간격(A2)을 바꾼 경우의 기판-중계 기판-부착 기판의 구조체(450)에 대한 접속 신뢰성 평가를 행하였다.

본 예에서 평가에 제공한 시료는, 이하와 같은 것이다. 즉, 중계 기판(409)은, 알루미나 세라믹(열팽창 계수 αm = 7×10^-6)으로 이루어지고 관통 구멍(H)의 내주에 금속층(4)을 갖는 중계 기판 본체(1)를 지니고, Pb 90%-Sn 10%의 고온 땜납으로 이루어지는 연질 금속체(406)를 갖는다. 중계 기판 본체(1)는, 두께 0.3mm, 한변이 25mm인 대락 정방형으로서, 관통 구멍(H)의 안지름은 φ0.8mm이고, 1.27mm의 피치로 격자형으로 가로 세로 각 19개, 합계 361개의 관통 구멍(H)이 형성되어 있다.

또한, 기판으로서, 두께(t)가 1.0mm, 한변이 25mm인 대략 정방형 평판형의 평가용 LGA형 기판(420)을 준비하였다. 이 LGA형 기판(420)은, 중계 기판 본체와 대략 동일 재질의 알루미나 세라믹(열팽창 계수 α1 = 7×10^-6)으로 이루어지고, 하부면(420b)에 외부 접속 단자로서 패드[면접속 패드(422)]를 구비하고 있다. 이 패드(422)는 직경이 0.86mm로서, 중계 기판의 연질 금속체의 위치에 적합하도록, 피치 1.27mm의 격자형으로 가로 세로 각 19개 배열되고, 기초의 몰리브덴 층상에 무전해 Ni-B 도금이 실시되고, 또한 산화 방지를 위해 얇은 무전해 금 도금이 실시되어 있다.

또한, 부착 기판으로서, 평가용 인쇄 회로 기판(440)을 준비하였다. 인쇄회로 기판(440)은, 두께 1.6mm, 230×125mm의 대략 구형 판형으로, 유리 에폭시(JIS: FR-4, 열팽창 계수 α2=15×10^-6)로 이루어지며, 주면(440a)에는, LGA형 기판(420)의 패드(422)와, 따라서, 중계 기판(409)의 연질 금속체(406)와도 대응하는 위치에, 패드(442)가 형성되어 있다. 이 패드(442)는, 두께 25㎛의 강철로 이루어지고, 직경 72mm, 피치 1.27mm로 격자형으로 가로 세로 각 19개, 합계 361개가 형성되어 있다. 또, 이 인쇄 회로 기판(440)은, 이러한 패드(442)의 군이 세로 2열, 가로 4열의 합계 8군 형성되어 있고, 기판(420)을 동시에 8개 접속할 수 있도록 되어 있다.

그리고 이 3자는, 저 융점 땜납(Pb37%-Sn63% 공정 땜납)층(408a, 408b)에 의해서 서로 접속되어 구조체(450)를 구성하고 있다. 또한, 구조체(450)를 구성했을때에, 모든 패드(422, 442)를 직렬로 접속하는 데이지 체인을 구성하도록, 이 기판(420)의 내부 배선(420I) 및 인쇄 회로 기판(440)의 배선(440W)이 구성되어 있다.

따라서, 데이지 체인의 양단에서 도통의 유무를 측정한 경우, 구조체(450)의 모든 패드(422, 442)에서 도통하고 있는 경우에만 도통이라 판정되고, 어느 하나의 패드에서 파단이 생긴 경우에는, 비도통이라 판정되도록 되어 있다.

본 예에서는, 연질 금속체(406)의 제1 면 및 제2 면측으로부터 돌출 높이(Z1, Z2)를 바꾸고, 이것에 따라 간격(A1)과 간격(A2)을 바꿈으로써, 냉열 사이클시험(-40 내지 125℃)을 행한 경우에, 어느 하나의 패드가 파단할 때까지의 평균수명(MTBF)을 측정하였다. 시험에 제공한 시료 개수는 어느 것이나 32개이다.

또, 시료 No. 4에서는, 돌출 높이(Z2)를 크게 하기 위해서, 상기 제3 실시형태에서 설명한 방법을 이용하여, 제2 돌출부가 대략 기둥형으로 되도록 형성한 것을 이용하였다.

또한, 비교예로서 No. 5에 중계 기판(409)을 개재시키지 않고 기판(420)과 인쇄 회로 기판(440)을 접속한 경우에 대해서도 표시하였다. 이 경우, 본 예의 연질 금속체(406)에 상당하는 단자 부재로서 직경 0.9mm, Pb 90%-Sn 10%의 고온 땜납볼을 이용하고, 본 예와 마찬가지로 공정 땜납으로 접속하고, 기판과 인쇄 회로 기판의 간격(A0)은 1.0mm로 하였다. 또한 각 시료에 대해서도, 기판과 인쇄 회로 기판의 간격(A0 = A1 +t+A2, t는 중계 기판 본체의 두께=0.3mm)을 표시하였다.

결과를 표 1 및 제20도에 도시한다. 수명(MTBF치)은, 제20도에 도시한 정규-대수 좌표의 기울기에 의해 구하였다.

주) 모드란에서의 기호는 이하의 의미이다.

a: 기판의 패드(422) 근방의 땜납(408a)의 파단.

b: 인쇄 회로 기판의 패드(442) 근방의 땜납(408b)의 파단.

c: 연질 금속체(406)의 제2 면측 근원부의 파단

제20도 및 표 1로부터 명백한 바와 같이, 중계 기판(409)을 개재시키지 않은 종래의 것(No. 5)에 비하여, 중계 기판(409)을 개재시킨 경우에는, 간격을 A1=A2로 한 경우(No. 2), 즉, 중계 기판 본체(1)를 기판(420)과 인쇄 회로 기판(440)의 정확히 중간에 위치시킨 경우에도, 수명이 약 1.3배 연장되는 것을 알 수 있다. 또한 중계 기판 본체(1)를 기판(420) 측에 근접한 경우(No. 1)에는, 수명이 약 1.8배로 된다. 또한, 제2 돌출부를 기둥형으로 하여 제2 돌출 높이(Z2) 및 간격(A2)을 크게 한 경우( No. 4)에는, 수명이 2.3배로 더욱 연장되었다.

한편, 중계 기판 본체(1)를 인쇄 회로 기판(440) 측에 지나치게 근접시키면(No. 3), 반대로 수명이 짧게 되는 것도 알 수 있다.

또, 시료 No. 1과 No. 3은, 돌출 높이(Z1, Z2) 및 간격(A1, A2)이 반대 관계로 되어 있다. 이에 대해서 수명은, No. 1의 분이 No. 3의 경우보다 길게 되어 있다. 이 결과로부터도 중계 기판의 제1 면과 제2 면을 잘못하여 접속하면 원래 얻을 수 있는 신뢰성(수명)을 얻을 수 없다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제1 면과 제2 면을 식별하는 표식을 설치하는 것은, 이러한 오류를 방지하는 데에 있어서 바람직한 것이 뒷받침되었다.

또한, 시험 후의 시료에 관해서, 어떤 부분에서 파단하고 있는지를 조사하고, 기판의 패드(422) 부근의 땜납(408a)에서 파단하고 있는 경우를 모드 a, 인쇄 회로 기판의 패드(442) 부근의 땜납(408b)에서 파단하고 있는 경우를 모드 b, 연질 금속체(406)의 제2 면측 근원부(제2 돌출부의 근원부)의 파단의 경우를 모드 c로서 표 1에 도시하였다.

이 결과로부터 이하의 것이 이해된다. 즉, 중계 기판 본체(1)의 재질이 기판(420)의 재질과 대략 동일 재질이기 때문에, 기판(420)-중계 기판 본체(1)의 간에는, 열팽창 차는 거의 발생하지 않기 때문에, 응력도 거의 생기지 않는다. 한편, 중계 기판 본체(1)[비교예 No. 5의 경우는 기판(420)]과 인쇄 회로 기판(440)은 재질이나 열팽창 계수가 다르므로, 열팽창 차가 발생하고, 양자간에는, 전단 방향의 응력이 발생한다.

중계 기판(409)을 개재시키지 않는 비교예 No. 5에서는, 이 때문에, 모드 a인 패드(422) 근방의 땜납(408a)에서의 파단이 생긴 것이라고 생각된다. 기판의 패드(422)와 인쇄 회로 기판의 패드(442)를 비교하면, 세라믹으로 이루어지는 변형하기 어려운 기판(420) 상에 형성되고, 또한 비교적 딱딱한 금속성 몰리브덴을 주된 구성 요소로 하는 패드(422)는 응력을 흡수하기 어렵다. 이에 대하여, 비교적 변형하기 쉬운 수지로 이루어지는 인쇄 회로 기판(440)사에 형성되고, 또한 유연한 구리로 이루어지는 패드(442)는 응력을 흡수하기 쉽기 때문에, 특히 선택적으로 기판 측에서 파단되었다고 생각된다.

한편, 중계 기판(409)을 개재시킨 경우에는, 어느 쪽의 경우(No. 1 내지 4)에서도, 패드(422)의 부근의 땜납층(408a)이 파단하는 모드 a는 발생되지 않게 된다. 간격(A1)의 값의 대소에 관계하지 않고, 기판(420)과 중계 기판 본체(1)와의 간의 열팽창 차가 없기 때문에, 기판(420)의 패드(422) 부근에 응력이 걸리지 않기 때문이다.

그 대신에, 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(440)과의 간에 전단 응력이 발생된다. 그러나, 이 응력은, 연질 금속체(406)의 제2 돌출부의 변형에 의해서 많이 흡수된다. 이것은, 예를 들면, 비교예 No.5에서 기판과 인쇄 회로 기판과의 간격A0 = 1.0mm 이었던 것이, 시료 No. 2에서는, 실질적으로 중계 기판 본체와 인쇄 회로 기판과의 간격 A2 = 0.34mm(약 84%)로 치환함에도 불구하고, No. 5의 수명(850 사이클)보다도 No. 2의 수명(1050 사이클)이 연장되고 있는 것으로부터 알 수 있다.

이것은, 연질 금속체(406)와 중계 기판 본체(1)의 제2면과의 교차 부분 근방(돌출부의 근원부)에서 연질 금속체가 변형하여 응력을 흡수하는 외에, 제2 돌출부(406b)가 움직이도록 하여 변형하게 하여 응력을 흡수하였기 때문이라고 생각된다. 특히 중계 기판 본체(1)와 인쇄 회로 기판(440)과의 간격(A2)이 커짐에 따라서, 이 제2돌출부의 변형량은 크게 되므로, 간격(A2)이 커짐에 따라서, 즉, No. 3, 2, 1, 4의 순서로 수명이 길게 되는 결과도 좋게 부합한다.

또한, 시료 No. 4에서는, 제2돌출부(406b)가 기둥형으로 되어 굴곡 변형도 일으키기 쉽게 되어 있으므로, 보다 응력을 흡수하였기 때문에, 수명이 연장되었다고 생각된다.

반대로, 너무나 간격(A2)이 작아진 경우에는, 제2돌출부에서 충분히 응력을 흡수할 수 없고, 따라서, 시료 No. 3과 같이, 모드 b에서 파괴하고, 수명도 종래보다도 짧아진다.

또, 상기 중계 기판 본체(1)의 재질을 알루미나 세라믹으로부터 유리 에폭시수지로 바꾼 경우에는, 상기 결과와는 반대로, 돌출 높이(Z1)를 크고 돌출 높이(Z2)를 작게 하여, 본체(1)를 인쇄 회로 기판(440)에 근접시켜서, 간격(A1)을 크게 하고 간격(A2)을 작게 할수록 수명이 연장되었다.

이 점으로부터, 응력이 보다 크게 발생되는 측의 돌출 높이[상기 알루미나 세라믹 제조의 중계 기판 본체(1)를 이용하는 예로서는, 제2 돌출 높이(Z2)]를 보다 크게하여, 이에 따라 간격[상기 예에서는, 간격(A2)]을 보다 크게 함으로써 수명을 연장시키고, 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 기판이나 중계 기판, 부착 기판의 재질이나 열팽창 계수에 따라서 돌출높이(Z1)와 돌출 높이(Z2)를 다르게 함으로써, 구조체의 수명을 연장시키고, 신뢰성이 있는 것으로 할 수 있다. 특히 본 예의 것과 같이 기판과 중계 기판(본체)의 재질이 대략 동일 재질의 경우, 혹은 이 양자의 열팽창 계수의 차(｜α1-αm｜)가 중계 기판 본체와 인쇄 회로 기판의 열팽창 계수의 차(｜αm-α2｜)보다도 작은 경우에서는, Z1<Z2로 하고, 이에 의해서 A1<A2로 함으로써, 구조체의 수명을 연장시킬 수 있다. 반대로, 기판과 중계 기판의 열팽창 계수의 차(｜α1-αm｜)가 중계 기판 본체와 인쇄 회로 기판의 열팽창 계수의 차(｜αm-α2｜)보다도 큰 경우에서는, Z1>Z2로 하고, 이것에 의해서 A1>A2로 함으로써, 구조체의 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 제1, 2, 3 실시 형태를 예로서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이것들 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위에서, 적절하게 변경하여 이용할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 중계 기판 본체(1)의 재질로서 알루미나를 사용한 예를 도시하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 질화 알루미늄, 질화 규소, 탄화 규소, 멀라이트 그 밖의 세라믹을 이용할 수 있다. 특히, 중계 기판 본체(1)에는, 비교적 높은 응력이 걸리므로, 파괴 강도나 인성(靭性)이 높은 것을 적절하게 선택하면 좋다. 또한, 기판이나 부착 기판의 재질에 의해서는, 유리 에폭시나 BT 레진 등의 수지계 재료를 이용하여도 좋고, 기판에 수지계 재료 제조의 기판을 이용하는 경우에는, 열팽창 계수가 근사한 값으로 되므로, 특히 바람직하다.

기판에 대해서도, 상기한 알루미나 제조 기판에 한정되지 않고, 기타, 질화 알루미늄, 질화 규소, 멀라이트, 유리 세라믹 등의 세라믹 재료를, 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 또한, 유리 에폭시나 BT 레진 등의 수지계 재료를 이용한 기판이어도 좋다. 또한, 기판은, 집적 회로 칩을 탑재한 것에 따로 한정되지는 않는다. 즉, 집적 회로 칩 외에, 트랜지스터 등의 능동 소자, 저항이나 콘덴서 등의 전자 부품을 탑재한 것이어도 좋다.

또한, 부착 기판에 대해서도, 상기 실시예에서는, 유리 에폭시 제조의 인쇄 회로 기판을 이용한 예를 도시하였지만, 따로 한정되지는 않는다. 즉, 기타 BT 레진이나페놀 수지 등을 이용한 것, 예를 들면, 유리 BT 레진 수지나, 종이 페놀 수지에서도 혹은 에폭시 수지나 BT 수지를 단독으로 이용하여도 좋고, 알루미나 등의 세라믹을 이용한 기판 만이어도 좋다. 또한, 부착 기판에서는, 마더보드를 예시하였지만, 기판을 단수 설치하는 것이어도, 복수 설치한 것이라도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 용융된 연질 금속이나 땜납을 겉돌게 하는 성질을 갖는 지그로서, 카본(흑연)이나 알루미나, 스테인레스를 이용한 예를 도시하였지만, 내열성이 있고, 사용하는 용융 금속에 대하여 습윤성이 없는 것이면 좋고, 카본이 다른 것, 질화 붕소, 질화 규소, 알루미나 등의 세라믹이나, 스테인레스, 티탄 등의 금속 만이어도 좋다.

특히, 상술한 전사판이나 땜납 부재 보유 지지 지그, 볼규제판 등은 판형체이기 때문에, 스테인레스 등의 금속을 이용하면, 균열 등이 생기기 어려워 바람직하다. 또한, 에칭에 의해 관통 구멍을 고정밀도 또한 용이하게 형성할 수 있는 점에서도 바람직하다. 한편, 열팽창 계수를 작게 하거나, 열에 의한 휘어짐 등을 방지하기 위해서는, 세라믹을 이용하는 것이 바람직하다.

Claims

복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)를 구비한 기판(20, 220, 320,420)과 상기 복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)와 대응하는 위치들에 면접속 부착 패드(42, 242, 342, 442)를 구비한 부착 기판(40, 240, 340, 440)과의 사이에 개재시키며, 제1 면(1a)측에서 상기 복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)와 접속시키고 제2 면(1b)측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드(42, 242, 342, 442)와 접속시킴으로써 상기 기판(20, 220, 320, 420)과 상기 부착 기판(40, 240, 340, 440)을 접속시키기 위한 중계 기판에 있어서, 상기 제1 면(1a)과 상기 제2 면(1b)을 갖는 판 형상을 이루고, 상기 제1 면(1a)과 상기 제2 면(1b)의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍(H)을 갖는 중계 기판 본체(1)와, 상기 관통 구멍(H) 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체(6, 206, 306, 406)를 포함하며, 상기 중계 기판 본체(1)는 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 하나로부터 돌출한 제1 돌출부 및 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 다른 하나로부터 돌출한 제2 돌출부를 구비하며, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 높이가 서로 다르며, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 제1 돌출부(306x)는 기둥 형상이고 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다크며, 금속층(4)이 상기 관통 구멍(H)의 각각의 내주면(H1) 상에 형성되고, 상기 금속층(4)은 상기 각각의 연질 금속체에 용착된 것을 특징으로 하는 중계 기판.
복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)를 구비한 기판(20, 220, 320, 420)과 상기 복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)와 대응하는 위치들에 면접속 부착 패드(42, 242, 342, 442)를 구비한 부착 기판(40, 240, 340, 440)과의 사이에 개재시키며, 제1 면(1a)측에서 상기 복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)와 접속시키고 제2 면(1b)측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드(42, 242, 342, 442)와 접속시킴으로써 상기 기판(20, 220, 320, 420)과 상기 부착 기판(40, 240, 340, 440)을 접속시키기 위한 중계 기판에 있어서, 상기 제1 면(1a)과 상기 제2 면(1b)을 갖는 판 형상을 이루고, 상기 제1 면(1a)과 상기 제2 면(1b)의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍(H)을 갖는 중계 기판본체(1)와, 상기 관통 구멍(H) 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체(6, 206, 306, 406)를 포함하며, 상기 중계 기판 본체(1)는 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 하나로부터 돌출한 제1 돌출부 및 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 다른 하나로부터 돌출한 제2 돌출부를 구비하며, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 높이가 서로 다르며, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 제1 돌출부(306x)는 기둥 형상이고 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크며, 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b)을 식별하기 위한 표식(MK, MK′)을 설치한 것을 특징으로 하는 중계 기판.
제2항에 있어서, 상기 표식(MK)은 상기 제2 면(1b)측으로부터 관측될 수 있도록 제공된 것을 특징으로 하는 중계 기판.
복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)를 구비한 기판(20, 220, 320, 420)과 상기 복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)와 대응하는 위치들에 면접속 부착 패드(42, 242, 342, 442)를 구비한 부착 기판(40, 240, 340, 440)과의 사이에 개재시키며, 제1 면(1a)측에서 상기 복수의 면접속 패드(22, 222, 322, 422)와 접속시키고 제2 면(1b)측에서 상기 복수의 면접속 부착 패드(42, 242, 342, 442)와 접속시킴으로써 상기 기판(20, 220, 320, 420)과 상기 부착 기판(40, 240, 340, 440)을 접속시키기 위한 중계 기판에 있어서, 상기 제1 면(1a)과 상기 제2 면(1b)을 갖는 판 형상을 이루고, 상기 제1 면(1a)과 상기 제2 면(1b)의 사이를 관통하는 복수의 관통 구멍(H)을 갖는 중계 기판 본체(1)와, 상기 관통 구멍(H) 내에 각각 부착된 복수의 연질 금속체(6, 206, 306, 406)와, 상기 각각의 연질 금속체의 표면 상에 각각 배치되고 상기 중계 기판 본체(1)의 상기 제1 면(1a)측에 위치된 복수의 제1 땜납층(8a, 308y)과, 상기 각각의 연질 금속체의 표면 상에 각각 배치되고 상기 중계 기판 본체(1)의 상기 제2 면(1b)측에 위치된 복수의 제2 땜납층(8b, 308x)을 포함하며, 상기 중계 기판 본체(1)는 세라믹 재료로 만들어지고 타원형의 연속적인 외면을 갖는 접속부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각은 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 하나로부터 돌출한 돌출부를 구비하며, 상기 연질 금속체의 각각의 상기 돌출부는 기둥 형상이고 상기 제1 면(1a)과 제2 면(1b) 중 하나 위의 높이가 상기 기둥의 횡단면의 최대 지름보다 크며, 상기 연질 금속체와 상기 제1 땜납층(8a, 308y) 및 제2 땜납층(8b, 308x)은 용융점이 각각 다른 땜납들로 구비되며, 상기 연질 금속체는 상기 땜납들 중 용융점이 높은 땜납으로 만들어지고, 상기 제1 땜납층 및 제2 땜납층은 상기 땜납들 중 용융점이 낮은 땜납으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 중계 기판.