(57)【要約】      （修正有）【課題】少数工程で簡便にはんだ量を均一にできる基板へのピン接合方法を提供する。【解決手段】ＰＧＡ方式パッケージ基板４の製造方法において、はんだボール１を用いてピン６の形成を行うことにより、はんだ量を均一に制御することができる。基板４のパッド部４ａに対しはんだによってピン６の頭部６ａを接合するピン接合方法において、基板のパッド部若しくはピン頭部にはんだボール１を設定した後に、基板のパッド部とピン頭部とをはんだボールを挟んで対向配置させる対向設定工程と、パッド部とピン頭部との間に位置するはんだを加熱溶融する接合工程と、を備えることを特徴とするものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のパッド部に対しはんだによってピンの頭部を接合するピン接合方法において、
上記基板のパッド部若しくはピン頭部にはんだボールを設定した後に、上記基板のパッド部とピン頭部とを上記はんだボールを挟んで対向配置させる対向設定工程と、
上記パッド部とピン頭部との間に位置するはんだを加熱溶融する接合工程と、を備えることを特徴とするピン接合方法。
【請求項２】
上記対向設定工程は、
基板のパッド部にはんだボールを設置する工程と、
基板のパッド部に設置したはんだボールを加熱溶融する工程と、
軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように挿入することで、ピンをピン位置合わせ用治具に支持させるピン配置工程と、
上記基板を裏返し且つ上記パッド部を上記ピン頭部と上下で対向配置させる工程と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載したピン接合方法。
【請求項３】
上記対向設定工程は、
軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように挿入することで、ピンをピン位置合わせ用治具に支持させるピン配置工程と、
基板のパッド部にはんだボールを設置する工程と、
上記基板のパッド部と上記ピン頭部とを対向配置させる工程と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載したピン接合方法。
【請求項４】
上記対向設定工程は、
軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように挿入することで、ピンをピン位置合わせ用治具に支持させるピン配置工程と、
上記ピン位置合わせ用治具で支持されるピンの頭部にはんだボールを設置する工程と、
基板のパッド部と上記ピン頭部と対向配置させる工程と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載したピン接合方法。
【請求項５】
上記対向設定工程では、
軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように上側から挿入することで上記ピン位置合わせ用治具で支持されるピンの頭部と、上記基板のパッド部とをはんだボールを挟んで上下方向で対向配置させ、
上記接合工程では、ピン頭部に対し基板が下側に位置するように天地を逆にしてから、はんだを加熱溶融することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載したピン接合方法。
【請求項６】
上記ピン位置合わせ用治具のピン挿入穴は、ピン軸部の径より大きくかつピン頭部の径より小さい径からなる軸部用穴と、軸部用穴の上側に形成されてピン頭部を遊挿可能な凹部と、を有し、凹部の深さはピン頭部の厚みよりも深いことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載したピン接合方法。
【請求項７】
基板のパッド部に対しはんだによってピンの頭部を接合する際に、ピン挿入穴にピンを挿入して当該ピンの位置合わせを行うピン位置合わせ用治具であって、
上記ピン挿入穴として、ピン軸部の径より大きくかつピン頭部の径より小さい径からなる軸部用穴と、軸部用穴の上側に形成されてピン頭部を遊挿可能な凹部と、を有し、凹部の深さはピン頭部の厚みよりも深いことを特徴とするピン位置合わせ用治具。
【請求項８】
上記請求項２〜請求項６の少なくとも１項に記載のピン接合方法で使用されて、基板のパッド部若しくはピン頭部にはんだボールを設置するためのはんだボール位置合わせ用治具であって、
上記基板のパッド部若しくはピン位置合わせ用治具に支持されるピンの頭部と対向可能な位置に、はんだボールを設置するための開口部を有する板状の部材からなることを特徴とするはんだボール位置合わせ用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＧＡ（Ｐｉｎ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）方式のパッケージ基板の製造方法に係り、特に上記基板へのピンの接合方法、及びその接合方法で使用されるピン位置合わせ用治具、ボール位置合わせ用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
パッケージ基板分野においては、プリント基板との電気的接続方法としてＰＧＡ方式が採用されている。この方式は、パッケージ基板のパッド部に対し、ピンをはんだで接合しておき、さらにピンをプリント基板側にあるピンソケットに対して実装することで、パッケージ基板とプリント基板間の電気的接続を行う方式である。
ＰＧＡ方式基板の主なピン接合方法としては、特許文献１に記載のように、予め基板にはんだを塗工して接合する方法が挙げられる。特許文献１に記載の方法では、まず、ピン立て治具のピン挿入穴に対してピン頭部が上側に来るように挿入し、次に、ピンの頭部に対してはんだ塗工済みの基板を位置合わせしながら乗せて合わせる。この状態でリフローを行うと、ピンと基板界面に介在するはんだが溶融し、ピンと基板を接合することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７１５１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記ピンの接合方法では、はんだ塗工を行う際に、スキージ印圧やはんだ物性等により、はんだ量がばらつくという課題がある。このようなはんだ量のばらつきが生じると、ピンに対するはんだ濡れ上がり量のばらつき、ピンの露出面積増大によるピンの強度低下などの問題が発生する可能性がある。この問題を解決し、はんだ濡れ上がり量を制御するためには、基板面内、ピース間でのはんだ量ばらつきの低減が必要である。
【０００５】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、少数工程で簡便にはんだ量を均一にできる基板へのピン接合方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、基板のパッド部に対しはんだによってピンの頭部を接合するピン接合方法において、
上記基板のパッド部若しくはピン頭部にはんだボールを設定した後に、上記基板のパッド部とピン頭部とをはんだボールを挟んで対向配置させる対向設定工程と、
上記パッド部とピン頭部との間に位置するはんだを加熱溶融する接合工程と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、
上記対向設定工程は、
基板のパッド部にはんだボールを設置する工程と、基板のパッド部に設置したはんだボールを加熱溶融する工程と、軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように挿入することで、ピンをピン位置合わせ用治具に支持させるピン配置工程と、上記基板を裏返し且つ上記パッド部を上記ピン頭部と上下で対向配置させる工程と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、
上記対向設定工程は、
軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように挿入することで、ピンをピン位置合わせ用治具に支持させるピン配置工程と、基板のパッド部にはんだボールを設置する工程と、
上記基板のパッド部と上記ピン頭部とを対向配置させる工程と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、
上記対向設定工程は、
軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように挿入することで、ピンをピン位置合わせ用治具に支持させるピン配置工程と、上記ピン位置合わせ用治具で支持されるピンの頭部にはんだボールを設置する工程と、基板のパッド部と上記ピン頭部と対向配置させる工程と、  を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、
上記対向設定工程では、軸を上下に向けたピン挿入穴を有するピン位置合わせ用治具における当該ピン挿入穴に対しピン頭部が上向きになるように上側から挿入することで上記ピン位置合わせ用治具で支持されるピンの頭部と、上記基板のパッド部とをはんだボールを挟んで上下方向で対向配置させ、
上記接合工程では、ピン頭部に対し基板が下側に位置するように天地を逆にしてから、はんだを加熱溶融することを特徴とするものである。
【００１１】
次に、請求項６に記載した発明は、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載した構成に対し、上記ピン位置合わせ用治具のピン挿入穴は、ピン軸部の径より大きくかつピン頭部の径より小さい径からなる軸部用穴と、軸部用穴の上側に形成されてピン頭部を遊挿可能な凹部と、を有し、凹部の深さはピン頭部の厚みよりも深いことを特徴とするものである。
【００１２】
次に、請求項７に記載した発明は、基板のパッド部に対しはんだによってピンの頭部を接合する際に、ピン挿入穴にピンを挿入して当該ピンの位置合わせを行うピン位置合わせ用治具であって、
上記ピン挿入穴として、ピン軸部の径より大きくかつピン頭部の径より小さい径からなる軸部用穴と、軸部用穴の上側に形成されてピン頭部を遊挿可能な凹部と、を有し、凹部の深さはピン頭部の厚みよりも深いことを特徴とするものである。
【００１３】
次に、請求項８に記載した発明は、上記請求項２〜請求項６の少なくとも１項に記載のピン接合方法で使用されて、基板のパッド部若しくはピン頭部にはんだボールを設置するためのはんだボール位置合わせ用治具であって、
上記基板のパッド部若しくはピン位置合わせ用治具に支持されるピンの頭部と対向可能な位置に、はんだボールを設置するための開口部を有する板状の部材からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、はんだボールを用いることで、はんだを印刷塗工法で設ける場合に比べて、パッド部に付着するはんだ量のばらつきを小さくできる。このように、はんだ量のばらつきの低減により、ピンに対するはんだの濡れ上がり量のばらつきやピンの引っ張り強度のばらつきを低減できる。
また、本発明では、はんだ印刷工程、はんだ平坦化工程、ピンの予備はんだ準備工程等が必要なく、簡便な工程でピン形状を形成できる。このため、従来方法に比べて低コスト化できる。
【００１５】
また、請求項７に係るピン位置合わせ用治具を使用すれば、ピン位置合わせ用治具の上に基板を設置するだけで、ピン頭部とパッド部の対向距離を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る工程を示す図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係るピン位置合わせ用治具を説明する図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係るはんだボール位置合わせ用治具を説明する図である。
【図４】本発明に基づく第１実施形態に係る工程を示す図である。
【図５】本発明に基づく第１実施形態に係る工程を示す図である。
【図６】本発明に基づく第１実施形態に係る工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態は、ＰＧＡ方式のパッケージ基板の製造における、基板のパッド部に対しはんだによってピンの頭部を接合するピン接合方法である。
本実施形態のピン接合方法は、図１に示すように、上記基板のパッド部若しくはピン頭部にはんだボールを設定した後に、上記基板のパッド部とピン頭部とをはんだボールを挟んで対向配置させる対向設定工程Ａと、上記パッド部とピン頭部との間に位置するはんだを加熱溶融する接合工程Ｂと、からなる。
【００１８】
ピン接合方法で使用する治具として、ピン位置合わせ用治具と、ボール位置合わせ用治具とを備える。
（ピン位置合わせ用治具）
ピン位置合わせ用治具１００は、基板のパッド部に対しはんだによってピンの頭部を接合する際に、各ピン挿入穴１００ａにピンを挿入して当該ピンの位置合わせを行うピン位置合わせ用治具１００である。上記複数のピン挿入穴１００ａは、基板の複数のパッド部と上下で対向可能な位置に形成されている。
【００１９】
上記各ピン挿入穴１００ａは、ピン軸部の径より大きくかつピン頭部の径より小さい径からなる穴であって軸部６ｂが挿入するための軸部用穴７ａと、軸部用穴７ａの上側に形成されてピン頭部６ａを遊挿可能な凹部と、を有し、凹部の深さはピン頭部６ａの厚みよりも深くなるように設定されている。
【００２０】
本実施形態のピン位置合わせ用治具１００は、図２に示すように、ピン位置合わせ用治具本体７と、そのピン位置合わせ用治具本体７の上に設置される溝形成部材９と、からなる。ピン位置合わせ用治具本体７には、上記軸部用穴７ａと、軸部用穴７ａの上側に形成されてピン頭部６ａを配置可能な第１凹部７ｂとから構成されている。第１凹部７ｂの深さは、ピンの頭部高さ若しくは略頭部高さに設定されている。ピンの頭部高さよりも浅くても良い。溝形成部材９は、上記第１凹部７ｂと上下で対向する位置にピン頭部６ａを遊挿可能な貫通穴９ａが形成された板部材である。なお、ピン位置合わせ用治具本体７には、位置決め用の穴７ｃが開口し、溝形成部材９には、その位置決め用の穴７ｃに差し込み可能な足部９ｂを有する。そして、位置決め用の穴７ｃに足部９ｂを差し込むようにして、ピン位置合わせ用治具本体７の上に溝形成部材９を設置した状態では、上記第１凹部７ｂと貫通穴９ａによって上記凹部が形成される。
【００２１】
（ボール位置合わせ用治具５）
ボール位置合わせ用治具５は、図３のように、はんだボール１を設置するための複数のマウント用開口部５ａを有する板状の部材である。各マウント用開口部５ａは、上記基板の各パッド部若しくはピン位置合わせ用治具１００に支持されるピンの各頭部と対向可能な位置に配置されている。マウント用開口部５ａを形成する穴は、図３のように、円錐台形状の開口断面となっている。
【００２２】
「第１実施形態」
次に、本発明に基づく第１実施形態のピン接合方法を説明する。
本実施形態のピン接合方法における上記対向設定工程Ａは、
基板４のパッド部４ａにはんだボール１を設置する工程と、
基板４のパッド部４ａに設置したはんだボール１を加熱溶融する工程と、
軸を上下に向けたピン挿入穴１００ａを有するピン位置合わせ用治具１００における当該ピン挿入穴１００ａに対しピン頭部６ａが上向きになるように挿入することで、ピン６をピン位置合わせ用治具１００に支持させるピン配置工程と、
上記基板４を裏返し且つ上記パッド部を上記ピン頭部６ａと上下で対向配置させる工程と、
を備える。
【００２３】
また、本実施形態の接合工程Ｂは、ピン頭部６ａに対し基板４が下側に位置するように天地を逆に設定する工程と、その後にはんだを加熱溶融する工程と、を備える。加熱溶融して固化する前に、天地を逆にしても良い。
【００２４】
上記工程について、図４を参照して詳説する。
まず、図４（ａ）のように、パッケージ基板４の上面に対し、パッド部４ａ以外にソルダレジスト膜３を形成すると共に各パッド部４ａにフラックス２を塗布する。
【００２５】
次に、マウント用開口部５ａにそれぞれはんだボール１を設置したボール位置合わせ用治具５を、基板４の上側に対向させ（図４（ａ）参照）、そのボール位置合わせ用治具５のはんだボール１（加熱溶融後のはんだボール１をはんだ１０と呼ぶ。）を対向する基板４のパッド部４ａに設置する（図４（ｂ）参照）。
次に、はんだボール１を設置したパッケージ基板４をリフローし、はんだボール１を加熱溶融させる。その後、はんだ１０を固化させる（図４（ｃ）参照）。
【００２６】
次に、ピン６をピン位置合わせ用治具本体７に振り込む（図４（ｄ）参照）。これによって、各ピン挿入穴１００ａにピンの頭部６ａを上側して挿入させることで、各ピン挿入穴１００ａでピン６を支持させる（図４（ｄ）参照）。振り込みには振動機８を用いる。
次に、ピン位置合わせ用治具本体７の上に溝形成部材９を設置する（図４（ｅ）参照）。
【００２７】
次に、はんだ１０が載ったパッケージ基板４を裏返すことで、はんだ１０が下方を向くようにして、当該基板４を上記溝形成部材９の上に設置する（図４（ｆ）参照）。このとき、はんだがピン位置合わせ用治具１００の凹部７ｂ内であってピンの頭部６ａの上部に位置するように設置する。
【００２８】
次に、基板４とピン位置合わせ用治具１００とを固定して、天地を反対に、つまりピン６よりも基板４が下側に位置するようにしてリフローを行う（図４（ｇ）参照）。これにより、はんだボール１が溶融し、ピン６がパッケージ基板４に固定される。
【００２９】
その後、治具を除去することで（図４（ｈ）参照）、基板４へのピンの接合が完成する。
この方法では、パッケージ基板４のパッド部４ａにはんだボール１を設置し、リフローによりはんだ１を一度、溶融・固化しておく。このように、はんだ印刷を行わずに、はんだボール１を設置・溶融することで、はんだ量を均一化することが出来る。
【００３０】
その後、ピンの頭部６ａの上部にはんだ１０が来るように位置合わせ設置し、再度リフローを行ってピン６をパッケージ基板４に固定し、ピン位置合わせ用治具１００を取り除くことでＰＧＡ方式基板４を作製することが出来る。
また、溝形成部材９によって、ピンの頭部６ａとパッド部４ａとの間のはんだを介挿するための間隙を適正に且つ簡易に設定することが出来る。
【００３１】
また、接合工程Ｂにおいて、基板４が下側に位置するように天地を逆にすることで、ピンの頭部６ａがその自重ではんだ１０に押しつけれることで、より確実に接合させることが出来る。
すなわち、本実施形態によれば、はんだボール１を用いることで、はんだ印刷塗工法を使用する場合に比べて、パッド部４ａのはんだ量のばらつきを小さくできる。このように、はんだ量ばらつきの低減により、ピン６に対するはんだ１０の濡れ上がり量のばらつきやピン６の引っ張り強度のばらつきを低減できる。
【００３２】
また、はんだ印刷工程、はんだ１０の平坦化工程、ピン６の予備はんだ準備工程等が必要なく、簡便な工程でピン６形状を形成できる。このため、従来方法に比べて低コスト化できる。
【００３３】
「第２実施形態」
次に、第２実施形態について図５を参照して説明する。
第１実施形態と同様にして、パッケージ基板４のパッド部４ａにフラックス２を塗布し、はんだボール１を設置する。この工程により、余分なはんだボール１を除去することが出来る（図５（ａ）（ｂ）参照）。
【００３４】
本実施形態では、第１実施形態と異なり、基板４に設定したはんだボール１を加熱溶融することなく、次の工程に移行する。
すなわち、次に、ピン位置合わせ用治具本体７に対し、振動機８を用いてピン６を振り込む（図５（ｃ）参照）。これによって、ピン位置合わせ用治具本体７のピン挿入穴１００ａにピン６が頭部を上にして挿入される。
【００３５】
次に、ピン位置合わせ用治具本体７に対し、溝形成部材９を設置する（図５（ｄ）（ｅ）参照）。
次に、はんだボール１が設置されたパッケージ基板４の天地を逆にして設置する（図４（ｆ）参照）。この際、ピンの頭部６ａの上部にはんだボール１が来るように位置を合わせて設置する。
【００３６】
次に、パッケージ基板４とピン位置合わせ用治具１００とを固定して、天地を逆にした後にリフローを行う（図５（ｇ）参照）。これにより、はんだボール１が溶融し、ピン６がパッケージ基板４に固定される。
【００３７】
その後、治具を除去することで、ピン６の接合が完成する（図５（ｈ）参照）。
上記方法では、ピン位置合わせ用治具１００にピンの頭部６ａが上向きになるようにピン６を振り込み、ピン６とピン位置合わせ用治具１００とはんだボール１とパッケージ基板４を合わせてリフローすることではんだを加熱溶融してピン６を基板４に接合させ、ピン位置合わせ用治具１００を取り除く（図５（ｈ）参照）ことでＰＧＡ方式基板４を作製する。
【００３８】
この方法において、はんだボール１を設置する場所はパッケージ基板４側とする。また、はんだが配置される凹部は、はんだを設置するのに適した形状にしても良い。
【００３９】
「第３実施形態」
次に、第３実施形態について図６を参照して説明する。
本実施形態では、ピン６の頭部側に予めはんだボール１を設置する場合の例である。
なお、本実施形態では、ピン位置合わせ用治具１００が、ピン位置合わせ用治具本体７と溝形成部材９とが一体となっている場合で例示する。上記第１及び第２実施形態で使用するピン位置合わせ用治具１００についても、ピン位置合わせ用治具本体７と溝形成部材９とが一体となっていても良い。
【００４０】
まず、ピン６をピン位置合わせ用治具１００に振動機８を用いて振り込む（図６（ａ）参照）。その後、はんだボール１を、ピン位置合わせ用治具１００の開口部へ、つまりピン頭部６ａの上に設置する（図６（ｂ）（ｃ）参照）。
その後、フラックス２が塗布されたパッケージ基板４を、パッド部４ａが下方を向くように天地を逆にして、基板４をピン位置合わせ用治具１００の上に設置する（図６（ｄ）参照）。
【００４１】
さらに、パッケージ基板４とピン位置合わせ用治具１００を合わせて固定した後に、基板４がピン６よりも下側に位置するように、天地を逆にした後にリフローを行う（図６（ｅ）参照）。これにより、はんだボール１が溶融し、ピン６がパッケージ基板４に固定される。
その後、治具を除去することで、ピン６の接合が完成する（図６（ｆ）参照）。
この製造方法では、あらかじめはんだボール１を溶融しておく必要がないため、一括リフローによりピン６形状を形成することが出来る。
【００４２】
「その他」
上記全実施形態の基板４は、どのような材質、基材でもよい。
【００４３】
また、使用するピン６の材質としては銅合金等が例示できるが、特に限定されない。また、ピン６表面にＮｉ−Ａｕめっきなどの表面処理を施すことができる。但し、上記の表面処理に限定されない。さらに、使用するピン６の形状は特に限定されない。
また、上記各治具の形状・材質・作製方法は限定されない。
その他に基板４を固定する治具等も用いることが出来る。
【００４４】
また、上記全実施形態のように、パッケージ基板４のパッド部４ａの表面やはんだボール１の表面、ピン６の表面には、フラックスを使用することが可能である。フラックスの種類や材質は特に限定されない。フラックス２を使用することで、はんだボール１をパッドに固定することもできる。これにより、パッケージ基板４とピン６の位置合わせ設置の際に、はんだボール１が落下することをより確実に防ぎ、位置合わせを容易に実施できる。また、フラックス２の使用により、はんだの変色を防いだり、はんだ接合性を良くすることが出来る。
【００４５】
さらに、フラックス２以外の表面処理を、ピン６、はんだボール１、パッド部４ａ、及び基板４表面に施しておくことも可能である。
また、パッケージ基板４のパッド部４ａにはんだボール１を設置する方法は、はんだボールマウンタを用いた吸着設置等が考えられるが、これに限定されない。また、リフローの際のはんだボール１とピン６の固定方法も限定されない。
【符号の説明】
【００４６】
１     はんだボール
２     フラックス
３     ソルダレジスト膜
４     基板
４ａ   パッド部
５     ボール位置合わせ用治具
５ａ   マウント用開口部
６     ピン
６ａ   頭部
７     ピン位置合わせ用治具本体
７ａ   軸部用穴
７ｂ   第１凹部
７ｃ   穴
８     振動機
９     溝形成部材
９ａ   貫通穴
９ｂ   足部
１００ ピン位置合わせ用治具
１００ａ      ピン挿入穴
Ａ     対向設定工程
Ｂ     接合工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011243779.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011243779.tif 000008