(57)【要約】【課題】リードピンが容易に取れることがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に正常に接続することができるピン付き配線基板および電子装置を提供すること。【解決手段】配線導体２を有する有機材料系の絶縁基板１の下面に配線導体２と電気的に接続されたピン付けパッド２ｂを設けるとともに、このピン付けパッド２ｂに、略円柱状の軸部３ｂの上端に略円板状の径大部３ａを形成したリードピン３を径大部とピン付けパッド２ｂとの間に半田の溜まりを形成するように半田付け立設して成るピン付き配線基板であって、リードピン３は、軸部３ａのビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ径大部３ｂのビッカース硬度が軸部３ａのビッカース硬度の１．２倍以上である。【選択図】　図１
2004111843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線導体を有する有機材料系の絶縁基板の下面に前記配線導体と電気的に接続されたピン付けパッドを設けるとともに該ピン付けパッドに、略円柱状の軸部の上端に略円板状の径大部を形成したリードピンを前記径大部と前記ピン付けパッドとの間に半田の溜まりを形成するように半田付け立設して成るピン付き配線基板であって、前記リードピンは、前記軸部のビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ前記径大部のビッカース硬度が前記軸部のビッカース硬度の１．２倍以上であることを特徴とするピン付き配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の配線基板に電子部品を搭載するとともに該電子部品の電極と前記配線導体とを電気的に接続して成る電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられるピン付き配線基板およびこのピン付き配線基板上に半導体素子等の電子部品を搭載して成る電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、半導体素子等の電子部品を搭載するために用いられるピン付き配線基板として、例えばガラス−エポキシ板等から成る絶縁板やエポキシ樹脂等から成る絶縁層を複数層積層して成る絶縁基板の上面から下面にかけて銅箔から成る複数の配線導体を設けるとともにこれらの配線導体の絶縁基板下面に導出した部位に複数のピン付けパッドを形成し、これらのピン付けパッドに上端部に円板状の径大部を有する略円柱状のリードピンをその上端を突き当てて半田付けすることにより立設して成る有機材料系のピン付き配線基板が採用されるようになってきている。このような有機材料系のピン付き配線基板は、セラミック材料系のピン付き配線基板と比較して軽量であり、かつ配線導体の電気抵抗が小さいという有利な面を有している。そして、このような有機材料系のピン付き配線基板においては絶縁基板の上面に電子部品を搭載するとともに電子部品の電極と配線導体とを半田バンプやボンディングワイヤ等を介して電気的に接続した後、電子部品を金属やセラミックから成る蓋体やポッティング樹脂等から成る封止部材により封止することによって製品としての電子装置となり、この電子装置においては、絶縁基板下面のリードピンを外部電気回路基板の配線導体にソケットや半田等を介して接続することにより外部電気回路基板上に実装されるとともに搭載する電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００３】
なお、このような配線基板におけるリードピンとしては、樹脂製の絶縁基体と熱膨張係数が近い銅合金製のリードピンが使用されるようになってきており、またリードピンとピン付けパッドとを半田付けする半田としては、樹脂製の絶縁基体に半田付け時の熱によるダメージを与えないために、さらに外部リードピンに外力が印加された際等に外部リードピンからの応力が半田を介して半田付けパッドに大きく印加されて半田付けパッドが剥離するのを防止するために例えば鉛−錫−アンチモン合金等の融点が２７０℃以下で弾性率が５０ＧＰａ以下の半田が使用されるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の有機材料系のピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置によると、リードピンは、通常、これを製作する際にその加工性を良好とするために約７００℃程度の温度で熱処理を受けており、それによりビッカース硬度が約８０Ｈｖ程度となるように大きく軟化されていること、およびこのリードピンとピン付けパッドとを接合する鉛−錫−アンチモン合金等から成る半田の降伏応力が小さいことから、リードピンを例えば３０Ｎ程度の力で垂直あるいは斜め方向に引っ張ると、その力によりリードピンの径大部が過度に変形してしまい、それによりリードピンの径大部を介してリードピンとピン付けパッドとを接合する鉛−錫−アンチモン合金等から成る半田の表面や内部の一部に大きな応力が集中して作用し、その結果、降伏応力が小さい半田に破断が発生してリードピンが絶縁基板から取れてしまい、そのようにリードピンが絶縁基板から取れてしまうと搭載する電子部品を外部電気回路に正常に接続することができなくなってしまうという問題点を有していた。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、５０Ｎ程度の力でリードピンを引っ張ったとしてもリードピンが取れることがなく、搭載する電子部品を外部電気回路に正常に接続することができる信頼性の高いピン付き配線基板および電子装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のピン付き配線基板は、配線導体を有する有機材料系の絶縁基板の下面に配線導体と電気的に接続されたピン付けパッドを設けるとともにこのピン付けパッドに、略円柱状の軸部の上端に略円板状の径大部を形成したリードピンをその径大部と前記ピン付けパッドとの間に半田の溜まりを形成するように半田付け立設して成るピン付き配線基板であって、前記リードピンは、前記軸部のビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ前記径大部のビッカース硬度が前記軸部のビッカース硬度の１．２倍以上であることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の電子装置は、上記の配線基板に電子部品を搭載するとともに該電子部品の電極と前記配線導体とを電気的に接続して成るものである。
【０００８】
本発明のピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置によれば、リードピンの軸部のビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ径大部のビッカース硬度が軸部のビッカース硬度の１．２倍以上であることから、リードピンにこれを引っ張る力が印加された際、軸部および径大部が適度に変形するため、リードピンを引っ張る力による応力はリードピンの軸部および径大部が適度に変形することにより良好に分散されて半田の表面や内部の一部に大きく集中して作用することを有効に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を添付の図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明を半導体素子を搭載するためのピン付き配線基板およびこれに半導体素子を搭載した電子装置に適用した場合の実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基板、２は配線導体、３はリードピンである。この絶縁基板１と配線導体２とリードピン３とで本発明のピン付き配線基板が構成され、これに電子部品としての半導体素子４を搭載することにより本発明の電子装置が形成される。
【００１０】
絶縁基板１は、例えばガラス繊維を縦横に織り込んだガラス織物にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて成る板状の芯体１ａの上下面にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る絶縁層１ｂをそれぞれ複数層ずつ積層して成る有機材料系の多層板であり、その上面から下面にかけては銅箔や銅めっき膜等から成る複数の配線導体２が形成されている。
【００１１】
絶縁基板１を構成する芯体１ａは、厚みが０．３〜１．５ｍｍ程度であり、その上面から下面にかけて直径が０．１〜１．０ｍｍ程度の複数の貫通孔５を有している。そして、その上下面および各貫通孔５の内壁には配線導体２の一部が被着されており、上下面の配線導体２が貫通孔５を介して電気的に接続されている。
【００１２】
このような芯体１ａは、ガラス織物に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシートを熱硬化させた後、これに上面から下面にかけてドリル加工を施すことにより製作される。なお、芯体１ａ上下面の配線導体２は、芯体１ａ用のシートの上下全面に厚みが３〜５０μｍ程度の銅箔を貼着しておくとともにこの銅箔をシートの硬化後にエッチング加工することにより所定のパターンに形成される。また、貫通孔５内壁の配線導体２は、芯体１ａに貫通孔５を設けた後に、この貫通孔５内壁に無電解めっき法および電解めっき法により厚みが３〜５０μｍ程度の銅めっき膜を析出させることにより形成される。
【００１３】
さらに、芯体１ａは、その貫通孔５の内部にエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂から成る樹脂柱６が充填されている。樹脂柱６は、貫通孔５を塞ぐことにより貫通孔５の直上および直下に絶縁層１ｂを形成可能とするためのものであり、未硬化のペースト状の熱硬化性樹脂を貫通孔５内にスクリーン印刷法により充填し、これを熱硬化させた後、その上下面を略平坦に研磨することにより形成される。そして、この樹脂柱６を含む芯体１ａの上下面に絶縁層１ｂが積層されている。
【００１４】
芯体１ａの上下面に積層された絶縁層１ｂは、それぞれの厚みが２０〜６０μｍ程度であり、各層の上面から下面にかけて直径が３０〜１００μｍ程度の複数の貫通孔７を有している。これらの絶縁層１ｂは、配線導体２を高密度に配線するための絶縁間隔を提供するためのものである。そして、上層の配線導体２と下層の配線導体２とを貫通孔７を介して電気的に接続することにより高密度配線を立体的に形成可能としている。このような絶縁層１ｂは、厚みが２０〜６０μｍ程度の未硬化の熱硬化性樹脂のフィルムを芯体１ａ上下面に貼着し、これを熱硬化させるとともにレーザー加工により貫通孔７を穿孔し、さらにその上に同様にして次の絶縁層１ｂを順次積み重ねることによって形成される。なお、各絶縁層１ｂ表面および貫通孔７内に被着された配線導体２は、各絶縁層１ｂを形成する毎に各絶縁層１ｂの表面および貫通孔７内に５〜５０μｍ程度の厚みの銅めっき膜を公知のセミアディティブ法やサブトラクティブ法等のパターン形成法により所定のパターンに被着させることによって形成される。
【００１５】
絶縁基板１の上面から下面にかけて形成された配線導体２は、半導体素子４の各電極を外部電気回路基板に接続するための導電路として機能し、絶縁基板１の上面に設けられた部位の一部が半導体素子４の各電極に例えば鉛−錫共晶合金から成る半田バンプ８を介して接合される電子部品接続パッド２ａを、絶縁基板１の下面に露出した部位の一部が外部接続端子としてのリードピン３を接合するためのピン付けパッド２ｂを形成しており、ピン付けパッド２ｂにはリードピン３が鉛−錫−アンチモン合金等の半田９を介して立設されている。このような電子部品接続パッド２ａおよびピン付けパッド２ｂは、図２に要部拡大平面図で示すように、配線導体２に接続された略円形のパターンの外周部をソルダーレジストと呼ばれる最外層の絶縁層１ｂにより１５〜１５０μｍ程度の幅で被覆してその外周縁を画定することによりその直径φが、電子部品接続パッド２ａであれば略７０〜２００μｍ程度に、ピン付けパッド２ｂであれば略０．５〜２．５ｍｍ程度になるように形成されている。なお、このようなソルダーレジスト１ｂにより電子部品接続パッド２ａ同士あるいはピン付けパッド２ｂ同士の半田８や９による電気的な短絡が有効に防止されるとともに電子部品接続パッド２ａおよびピン付けパッド２ｂの絶縁基板１に対する接合強度が高いものとなっている。
【００１６】
また、ピン付けパッド２ｂに接合されたリードピン３は搭載する電子部品４を外部電気回路に接続するための外部接続端子として機能する。
【００１７】
そして、この配線基板においては、電子部品接続パッド２ａに半導体素子４の各電極を半田バンプ８を介して接合して半導体素子４を搭載するとともにこの半導体素子４を図示しない蓋体やポッティング樹脂により封止することによって電子装置となり、この電子装置におけるリードピン３をソケットや半田を介して外部電気回路基板の配線導体に接続することにより本発明の電子装置が外部電気回路基板に実装されることとなる。
【００１８】
なお、リードピン３は、図３に要部拡大断面図で示すように、例えば銅９７．５７質量％、鉄２．３質量％、亜鉛０．１質量％、リン０．０３質量％を含有する銅合金から成り、直径が０．２５〜０．５ｍｍ程度で長さが１〜３．５ｍｍ程度の略円柱状の軸部３ａの上端に直径が０．４５〜１．２５ｍｍで厚みが０．０５〜０．３ｍｍ程度のネールヘッドと呼ばれる略円板状の径大部３ｂを形成して成る。そして、この径大部３ｂをピン付けパッド２ｂに例えば鉛８２質量％、錫１０質量％、アンチモン８質量％を含有する弾性率が５０ＧＰａ以下の半田９を介して接合することによりリードピン３がピン付けパッド２ｂに立設されている。
【００１９】
なお、このようなリードピン３は、軸部３ａと実質的に同じ直径を有する銅合金から成る線材を準備するとともにこれに熱処理を施した後、この線材の一端部をプレスにより潰して径大部３ｂを形成することにより製作される。
【００２０】
また、リードピン３をピン付けパッド２ｂに半田９を介して接合するには、ピン付けパッド２ｂに半田９用の半田ペーストを例えばメタルマスクを用いたスクリーン印刷法により所定量印刷塗布するとともにその上にリードピン３の径大部３ｂの上端面を突き当てて当接させ、これらを加熱して半田９を溶融させた後、常温に冷却する方法が採用される。
【００２１】
さらに、本発明においては、リードピン３の軸部３ａのビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ径大部３ｂのビッカース硬度が軸部３ａのビッカース硬度の１．２倍以上となっており、そのことが重要である。リードピン３の軸部３ａのビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ径大部３ｂのビッカース硬度が軸部３ａのビッカース硬度の１．２倍以上となっていることから、リードピン３に引っ張りの力が印加されたときにその引っ張り応力をリードピン３の軸部３ａと径大部３ｂとが適度に変形して良好に分散緩和して半田９に大きく印加されることを有効に防止することができる。したがって、本発明のピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置によると、リードピン３の絶縁基板１に対する接合強度を例えば５０Ｎ以上の大きなものとすることができる。
【００２２】
なお、リードピン３の軸部３ａのビッカース硬度が１２５Ｈｖ未満の場合、リードピン３に引っ張りの力が印加されたときに発生する引っ張り応力で、軸部３ａが大きく変形して例えば３０Ｎ程度の弱い力でもリードピン３が軸部３ａで破断されてしまいやすい。他方、リードピン３の軸部３ａのビッカース硬度が１５０Ｈｖを超える場合、リードピン３を垂直あるいは斜めに引っ張ったときに、リードピン３を引っ張る力が径大部３ｂの外周部に大きく印加され、その結果、その力が径大部３ｂ側面とピン付けパッド２ｂとの間に存在する半田９の表面に大きく集中して作用し、例えば３０Ｎ程度の力でリードピン３を引っ張った場合であっても径大部３ｂ側面とピン付けパッド２ｂとの間に存在する半田９の表面から半田９が破断してしまいやすくなる。したがって、リードピン３の軸部３ａのビッカース硬度は１２５乃至１５０Ｈｖの範囲に特定される。
【００２３】
さらに、リードピン３の径大部３ｂのビッカース硬度が軸部３ａのビッカース硬度の１．２倍未満の場合、リードピン３に引っ張りの力が印加された場合に径大部３ｂが大きく変形し、そのため径大部３ｂ頂面とピン付けパッド２ｂとの間に存在する半田９に大きな応力が作用し、リードピン３を例えば３０Ｎ程度の力で引っ張った場合であっても径大部３ｂ頂面とピン付けパッド２ｂとの間に存在する半田９の内部から半田９が破断してしまいやすくなる。したがってリードピン３の径大部３ｂのピッカース硬度は軸部３ａのビッカース硬度の１．２倍以上に特定される。
【００２４】
なお、リードピン３の軸部３ａのビッカース硬度を１２５乃至１５０Ｈｖとするとともに径大部３ｂのビッカース硬度を軸部３ａのビッカース硬度の１．２倍以上とするには、例えばリードピン３が銅９７．５７質量％、鉄２．３質量％、亜鉛０．１質量％、リン０．０３質量％を含有する銅合金から成る場合であれば、リードピン３用の線材を予め３５０〜４５０℃の温度で５分間程度熱処理することにより線材のビッカース硬度を１２５乃至１５０とし、さらにその線材をプレスして径大部３ｂを形成する際に複数回プレスして加工硬化により径大部３ｂの硬度を高める方法が採用される。あるいは、ビッカース硬度が１２５乃至１５０の軸部３ａの一端に径大部３ｂを形成するとともにその径大部３ｂにビッカース硬度がその軸部３ａの１．２倍以上の金属を接合する方法が採用される。
【００２５】
かくして、本発明のピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置によれば、リードピン３を垂直あるいは斜めに５０Ｎ程度の力で引っ張ったとしてもリードピン３が絶縁基板１から取れることがなく、搭載する電子部品を正常に作動させることが可能なピン付き配線基板および電子装置を提供することができる。
【００２６】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のピン付き配線基板およびこれを用いた電子装置によれば、リードピンの軸部のビッカース硬度が１２５乃至１５０Ｈｖであり、かつ径大部のビッカース硬度が軸部のビッカース硬度の１．２倍以上であることから、リードピンにこれを引っ張る力が印加された際、軸部および径大部が適度に変形するため、リードピンを引っ張る力による応力はリードピンの軸部および径大部が適度に変形することにより良好に分散されて半田の表面や内部の一部に大きく集中して作用することを有効に防止することができる。その結果、リードピンを絶縁基板に強固に接合することができ、搭載する電子部品を外部電気回路に正常に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピン付き配線基板および電子装置の実施形態例の断面図である。
【図２】本発明のピン付き配線基板および電子装置の実施形態例の要部拡大平面図である。
【図３】本発明のピン付き配線基板および電子装置の実施形態例の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・絶縁基板
２・・・・・配線導体
２ｂ・・・ピン付けパッド
３・・・・・リードピン
３ａ・・・軸部
３ｂ・・・径大部
４・・・・・電子部品としての半導体素子
９・・・・・半田
【図１】
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【図２】
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【図３】
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