(57)【要約】【課題】  ろう材で配線基板に接合される際に、高い位置精度で接合されると共に、十分な接合強度が得られるリードピンを提供する。【解決手段】  軸部１０と、軸部１０の先端側に設けられ、軸部１０の径より大きな径をもつ接続ヘッド部１２とを有するリードピン１であって、接続ヘッド部１２は、軸部１０側と反対側に接合面１２ａを備え、接合面１２ａは、中央部に半径Ｒ１で凸状に丸みをつけた第１接合面１２ｘと、周縁部に半径Ｒ１より小さな半径Ｒ２で凸状に丸みをつけた第２接合面１２ｙにより構成される。リードピン１の接続ヘッド部１２は、ろう材を介して配線基板に接続されて固定される。【選択図】  図4
2005093872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、前記軸部の先端側に設けられ、該軸部の径より大きな径をもつ接続ヘッド部とを有するリードピンであって、
前記接続ヘッド部は、前記軸部側と反対側に接合面を備え、
前記接合面は、中央部に半径Ｒ１で凸状に丸みをつけた第１接合面と、周縁部に前記半径Ｒ１より小さな半径Ｒ２で凸状に丸みをつけた第２接合面とにより構成されることを特徴とするリードピン。
【請求項２】
前記第１接合面を形成する半径Ｒ１は１乃至２ｍｍであり、前記第２接合面を形成する半径Ｒ２は０．８乃至１．２ｍｍであるであることを特徴とする請求項１に記載のリードピン。
【請求項３】
前記リードピンは、銅、銅合金、又ニッケルと鉄とコバルトとの合金よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリードピン。
【請求項４】
配線基板のピン接続部に、ろう材を介して、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の前記リードピンの接続ヘッド部が接合された構造を有することを特徴とするリードピン付き配線基板。
【請求項５】
前記ろう材は、フラックスを含むはんだペーストが加熱されてリフロー・硬化したものであることを特徴とする請求項４に記載のリードピン付き配線基板。
【請求項６】
前記リードピンが前記配線基板に接合された構造は、前記リードピンが、前記接続ヘッド部の接合面が下側になった状態で前記はんだペースト上に配置され、前記はんだペーストがリフロー・硬化して得られたものであることを特徴とする請求項５に記載のリードピン付き配線基板。
【請求項７】
前記配線基板は、コア基板の両面側に多層配線構造をそれぞれ備えた多層配線基板であって、前記ピン接続部が設けられた面と反対面に電極パッドを備えており、前記電極パッドに電子部品が電気的に接続されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のリードピン付き配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリードピン及びリードピン付き配線基板に係り、さらに詳しくは、ＰＧＡ（Pin Grid Array）型の配線基板に適用できるリードピン及びリードピン付き配線基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品を実装する配線基板として、ＰＧＡ（Pin Grid Array）型の配線基板がある。ＰＧＡ型の配線基板では、一方の面に電子部品が接続される複数の電極パッドを備え、他方の面にはマザーボードのソケットに挿入される複数のリードピンが格子配列して立設している。
【０００３】
図１に示すように、従来のリードピン１００は、軸部１０２とそれより径が大きい接続ヘッド部１０４とにより構成されている。接続ヘッド部１０４は全体にわたってフラットな接合面１０４ａを備えており、この接合面１０４ａが配線基板のピン接続部に接合される。
【０００４】
すなわち、図２に示すように、配線基板１１０の最外面に設けられたソルダレジスト膜１１４の開口部１１４ｘ内に露出するピン接続部１１２上にはんだペーストが塗布された後に、リードピン１００の接続ヘッド部１０４がはんだペースト上に配置される。続いて、はんだペーストを熱処理してリフローはんだ付けを行うことによりはんだ層１１６を形成する。これにより、リードピン１００は、はんだ層１１６を介して配線基板１１０のピン接続部１１２に接合されて固定される。
【０００５】
上記したような従来のＰＧＡ型の配線基板においては、リードピンの接合強度が低かったり、電気的接続の信頼性を得られなかったりする場合がある。この対策として、特許文献１には、リードピンの接合強度を高めるために、リードピンの接続ヘッド部の頭頂側の周縁部にＣ面又はＲ面を設けることが記載されている。また、特許文献２には、同様な目的で、リードピンの接続ヘッド部の接合面に部分的に凸状部を形成することが記載されている。さらには、特許文献３には、接合強度が低下することなく電気的接合の信頼性を高めるために、リードピンの接続ヘッド部の接合面全体を凸状球面にすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１７７０３８号公報
【特許文献２】実開昭６０−１０６３７５号公報
【特許文献３】特開２００１−２１７３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図３に示すように、リードピン１００の接続ヘッド部１０４の接合面１０４ａが全体にわたってフラットな場合、はんだペーストを加熱してリフロー・硬化する際に、はんだペーストに含まれる溶剤が気化した揮発成分が十分に抜けずに滞留することに起因して、接続ヘッド部１０４の接合面１０４ａの近傍にボイド１１８が発生しやすい。
【０００７】
接続ヘッド部１０４の接合面１０４ａの近傍にボイド１１８が発生すると、リードピン１００が横方向に傾いたり、リードピン１００の高さがばらついたりするので、リードピン１００を配線基板に高い位置精度で接合することが困難になるという問題がある。
【０００８】
特許文献１及び２では、リードピンの接合強度を高くする効果はあるものの、リードピンの接合面にフラットな部分が存在するので、接合面にボイドが発生しやすい問題が残る。また、特許文献３では、リードピンの電気的接合の信頼性を高くすることができるものの、接合面全体が比較的大きな丸みをもった半球状となっているので、十分な接合強度が得られない場合がある。
【０００９】
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、ろう材で配線基板に接合される際に、高い位置精度で接合されると共に、十分な接合強度が得られるリードピン及びリードピン付き配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明はリードピンに係り、軸部と、前記軸部の先端側に設けられ、該軸部の径より大きな径をもつ接続ヘッド部とを有するリードピンであって、前記接続ヘッド部は、前記軸部側と反対側に接合面を備え、前記接合面は、中央部に半径Ｒ１で凸状に丸みをつけた第１接合面と、周縁部に前記半径Ｒ１より小さな半径Ｒ２で凸状に丸みをつけた第２接合面とにより構成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明のリードピンでは、その接合面にはフラットな面は存在せず、中央部（第１接合面）は比較的緩やかな丸みをおびており、周縁部（第２接合面）は中央部よりも大きな丸みをもって形成されている。
【００１２】
従って、本発明のリードピンの接続ヘッド部を下側にした状態では、接続ヘッド部の接合面は、中央部から周縁部側にかけて緩やかな角度で上昇し、周縁部では中央部よりも大きな角度で上昇する。
【００１３】
このため、リードピンの接続ヘッド部を配線基板のピン接続部にフラックス含有はんだペーストをリフローはんだ付けして接合する場合、はんだペーストの溶剤が気化した揮発成分が接続ヘッド部の接合面近傍に滞留することなく、接合面に沿ってスムーズに上側に抜けて外部に放出される。これにより、接合面近傍にボイドが発生することが防止されるので、リードピンが傾いたり、高さがばらついたりすることが改善され、リードピンが位置精度よく配線基板に接合される。
【００１４】
しかも、接続ヘッド部の接合面の中央部は、従来例のような半球状の大きな丸みではなく、緩やかな丸みをもって形成されているので、リードピンの傾きを防止する土台としての機能を併せもつようになり、リードピンは十分な接合強度をもって接合されて固定される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明のリードピンは、位置精度よく、かつ十分な接合強度で配線基板に接合されて固定される。これにより、リードピンが取り付けられた配線基板の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
【００１７】
図４は本発明の実施形態のリードピンを示す側面図、図５は図４のリードピンをＡ方向からみた図、図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態のリードピンを配線基板に接合する方法を示す断面図、図７は本発明の実施形態のリードピンがろう材を介して配線基板に接合される様子を示す断面図である。
【００１８】
図４に示すように、本発明の実施形態のリードピン１は、軸部１０とその径より大きい径を有して軸部１０の先端側に設けられた接続ヘッド部１２とにより構成された、いわゆるネイル（くぎ）形状を有している。リードピン１は、銅（Ｃｕ）、Ｃｕ合金，又はニッケル（Ｎｉ）−鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）合金（コバール）などよりなる。接続ヘッド部１２は配線基板のピン接続部に接続される接合面１２ａを備えている。接合面１２ａを平面からみた図５を併せて参照すると、接合面１２ａは、その中央部に半径Ｒ１で凸状の丸みをつけた第１接合面１２ｘと、その周縁部に半径Ｒ２で凸状の丸みをつけた第２接合面１２ｙとにより構成されている。第１接合面１２ｘを形成する半径Ｒ１は、第２接合面１２ｙを形成する半径Ｒ２より大きな値に設定される。つまり、本実施形態のリードピン１の接合面１２ａにはフラットな面は存在せず、中央部の第１接合面１２ｘは比較的緩やかな丸みをおびており、周縁部の第２接合面１２ｙは第１接合面１２ｘよりも大きな丸みをもって形成されている。
【００１９】
好ましい一例では、第１接合面１２ｘを形成する半径Ｒ１は１．０〜２．０ｍｍの範囲（好適には２．０ｍｍ）、第２接合面１２ｙを形成する半径Ｒ２は０．８〜１．２ｍｍの範囲（好適には０．８８ｍｍ）にそれぞれ設定される。この場合における他の部分の寸法の一例は、接続ヘッド部１２の径が０．６ｍｍ±０．０５ｍｍ、接続ヘッド部１２の厚みが第１接合面１２ｘの部分で０．０９ｍｍ±０．０２ｍｍ、軸部１０の径は０．３ｍｍ±０．０１５ｍｍ、接続ヘッド部１２の厚みと軸部１０の長さとの合計は２ｍｍ程度である。
【００２０】
次に、このような構成のリードピン１を配線基板に接合する方法について説明する。
【００２１】
図６（ａ）に示すように、まず、所要の配線パターン（不図示）を備えた配線基板２０を用意する。この配線基板２０では、その片面側にリードピン１が接合されるピン接続部２２が設けられており、ピン接続部２２上にはＮｉ／Ａｕめっきが施されている。さらにピン接続部２２上に開口部２４ｘが設けられたソルダレジスト膜２４が形成されている。
【００２２】
その後、図６（ｂ）に示すように、このような配線基板２０のピン接続部２２上にスクリーン印刷などにより、フラックスを含有するはんだペースト２６ａ（ろう材）を選択的に塗布する。
【００２３】
次いで、図６（ｃ）に示すように、ピン接続部２２上に塗布されたはんだペースト２６ａ上に前述した本実施形態のリードピン１の接続ヘッド部１２ａを対向させて配置する。続いて、温度が２００〜２５０℃の雰囲気でリフローはんだ付けを行うことにより、はんだペースト２６ａをリフロー・硬化させてはんだ層２６を形成する。これにより、リードピン１は、はんだ層２６を介して配線基板２０のピン接続部２２に接合されて固定される。
【００２４】
はんだペースト２６ａは、はんだ粉末と溶剤を含むフラックスとを練り合わせてクリーム状にしたものであり、はんだペースト２６ａをリフロー・硬化させる際にはその中に含まれる溶剤を揮発させて除去する必要がある。
【００２５】
前述したように、本実施形態のリードピン１は、図７に示すように、接続ヘッド部１２を下側にした状態では、接続ヘッド部１２の接合面１２ａは、中央部から周縁部側にかけて緩やかに上昇する面（第１接合面１２ｘ）となっており、周縁部では中央部よりも大きく上昇する面（第２接合面１２ｙ）となっている。このため、同じく図７に示すように、リフローはんだ付け工程においてはんだペースト２６ａに含まれる溶剤が揮発する際に、接続ヘッド部１２の接合面１２ａ近傍に揮発成分が滞留することなく、揮発成分が接合面１２ａに沿ってスムーズに上側に抜けて外部に放出される。
【００２６】
しかも、接続ヘッド部１２の接合面１２ａの中央部は、従来例のような半球状の大きな丸みではなく、フラット面に近い緩やかな丸みをもって形成されている。このため、接合面１２ａの中央部は、はんだペースト２６からの揮発成分の滞留を防止するだけではなく、リードピン１の傾きを防止する土台としての機能を併せもつようになり、リードピン１は十分な接合強度をもって接合されて固定される。
【００２７】
このとき、図６（ｃ）及び図７に示すように、リードピン１の接合面１２ａが下側になるようにして、配線基板２０のピン接続部２２上にリードピン１を配置することが肝要である。なぜならば、はんだペースト２６ａの溶剤が揮発するとき、揮発成分はその特性上、上方に向って揮発するので、リードピン１の接合面１２ａを上側にして配置する場合よりも揮発成分が外部に抜けやすくなるからである。
【００２８】
このように、本実施形態のリードピン１を使用することにより、はんだペースト２６ａをリフロー・硬化させるときにリードピン１の接合面１２ａの近傍にボイドが発生することが防止される。これにより、リードピン１が傾いたり高さがばらついたりして接合されることが改善され、リードピン１が位置精度よく配線基板２０に接合されて固定される。
【００２９】
また、リードピン１の接合面１２ａの中央部を緩やかな丸みをもった第１接合面１２ｘとすることにより、第１接合面１２ｘがリードピン１の土台としても機能するようにしたので、リードピン１は十分な接合強度で配線基板２０に接合されて固定される。これにより、リードピン１を備えた配線基板の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
本願発明者は、従来のリードピン１００（図１に示す接合面１０４ａがフラットなもの）と、本実施形態のリードピン１とを前述した方法により配線基板のピン接続部に接合し、各リードピンの引張り強度、高さのばらつき及び位置精度を比較調査した。なお、リードピンの材料としてＣｕアロイ１９４を使用し、はんだペーストのはんだ材料としてはＳｎ／Ｓｂはんだを使用した。また、配線基板としては前述した配線基板２０と同様にソルダレジスト膜の開口部にＮｉ／Ａｕめっきが施されたピン接続部が露出するものを使用した。ピン接続部の径は０．８ｍｍとした。
【００３１】
（１）リードピンの引張り強度
従来のリードピンと本実施形態のリードピンとを接合した配線基板（Ｎｏ１〜Ｎｏ４）をそれぞれ製造し、引張り試験機を使用して各配線基板の８箇所の各リードピンの引張り強度を測定した。そして、引張り強度の平均値（Ave.）、最大値（Max.）、最小値（Min.）及び標準偏差(Std.)をそれぞれ求めた。
【００３２】
表１に示すように、引張り強度の平均値（Ave.）は、従来のリードピンが２９．８２Ｎ、本実施形態のリードピンが３０．７２Ｎであり、また標準偏差(Std.)も許容範囲であることから、本実施形態のリードピンは従来のリードピンと同程度の引張り強度をもつことが確認された。
【００３３】
【表１】
2005093872.tif 000003
（２）リードピンの高さのばらつき
従来のリードピンと本実施形態のリードピンとを接合した配線基板をそれぞれ製造し、３次元測定器を用いて配線基板のソルダレジスト膜上から各リードピンの先端部までの高さを測定した。それぞれ９６個のリードピンの高さを測定して比較した。そして、高さの平均値（Ave.）、最大値（Max.）、最小値（Min.）及び標準偏差(Std.)をそれぞれ求めた。表２に示すように、リードピンの高さの標準偏差(Std.)は、従来のリードピンが０．０１６ｍｍであるのに対し、本実施形態のリードピンでは０．００７ｍｍと小さくなっていることから、本実施形態のリードピンを使用することにより高さのばらつきが改善されることが確認された。
【００３４】
【表２】
2005093872.tif 000004
（３）リードピンの位置精度
従来のリードピンと本実施形態のリードピンとを接合した配線基板をそれぞれ製造し、３次元測定器を用いて各リードピンの先端中心部の相対位置（各基準位置からのずれ）を測定した。それぞれ９６個のリードピンを測定して比較した。そして、相対位置の平均値（Ave.）、最大値（Max.）、最小値（Min.）及び標準偏差(Std.)をそれぞれ求めた。
【００３５】
表３に示すように、相対位置(ずれ)の平均値（Ave.）は、従来のリードピンが０．０５９ｍｍ（標準偏差(Std.)：０．０２１ｍｍ）であるのに対し、本実施形態のリードピンでは０．０４３ｍｍ（標準偏差(Std.)：０．０１７ｍｍ）であった。平均値（Ave.）及び標準偏差(Std.)のいずれも本実施形態のリードピンのほうが小さくなっていることから、本実施形態のリードピンを使用することにより位置精度を向上させることができることが確認された。
【００３６】
【表３】
2005093872.tif 000005
次に、本実施形態のリードピン付き配線基板について説明する。図８は本発明の実施形態のリードピン付き配線基板に半導体チップが実装されたものを示す断面図である。
【００３７】
図８に示すように、本実施形態のリードピン１が接合される配線基板２０は、貫通孔３０ｘに導電体３２が充填された構造のコア基板３０の両面に配線パターン３４と絶縁膜３６とが交互に積層され、絶縁膜３６に設けられたビアホール３６ａを介して配線パターン３４が相互接続されたものである。図８の例では、コア基板３０の両面に３層の配線パターン３４がそれぞれ積層されたビルドアップ配線基板が示されている。
【００３８】
配線基板２０の最上及び最下には、配線パターン３４上に開口部３８ｘ，３８ｙが設けられたソルダレジスト膜３８ａ，３８ｂがそれぞれ形成されている。最上のソルダレジスト膜３８ａの開口部３８ｘ内の配線パターン３４上にはＮｉ／Ａｕめっきが施されて電極パッド３４ａが形成されている。また、最下のソルダレジスト膜３８ｂの開口部３８ｙ内の配線パターン３４にＮｉ／Ａｕめっきが施されてピン接続部３４ｂが形成されている。
【００３９】
そして、本実施形態のリードピン１の接続ヘッド部１２が前述した方法によりはんだ層２６を介して配線基板２０の下側のピン接続部３４ｂに接合されて固定されて、本実施形態のリードピン付き配線基板が構成されている。さらに、半導体チップ３（電子部品）のバンプ４０が配線基板２０の上側の電極パッド３４ａに接続されている。このようにして、半導体チップ３が配線基板２０の配線パターン３４などを介してリードピン１に電気的に接続されて半導体装置が構成されている。
【００４０】
本実施形態に係る半導体装置では、本実施形態のリードピン１が十分な接合強度をもった状態で位置精度よく取り付けられるので、高歩留りで製造されると共に、マザーホードのソケットに信頼性よく挿入されて実装される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は従来技術に係るリードピンを示す側面図である。
【図２】図２は従来技術に係るリードピンが配線基板に接合される様子を示す断面図である。
【図３】図３は従来技術に係るリードピンが配線基板に接合される際の問題点を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態のリードピンを示す側面図である。
【図５】図５は図４のリードピンの接合面をＡ方向からみた図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態のリードピンを配線基板に接合する方法を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の実施形態のリードピンがろう材を介して配線基板に接合される様子を示す断面図である。
【図８】図８は本発明の実施形態のリードピン付き配線基板に半導体チップが実装されたものを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…リードピン、３…半導体チップ、１０…軸部、１２…接続ヘッド部、１２ａ…接合面、１２ｘ…第１接合面、１２ｙ…第２接合面、２０…配線基板、２２，３４ｂ…ピン接続部、２４，３８ａ，３８ｂ…ソルダレジスト膜、２６ａ…はんだペースト、２６…はんだ層、３０…コア基板、３０ｘ…貫通孔、３２…導電体、３４…配線パターン、３４ａ…電極パッド、３６…絶縁膜、３６ａ…ビアホール、２４ｘ，３８ｘ，３８ｙ…開口部、４０…バンプ。
【図１】
2005093872.tif 000006
【図２】
2005093872.tif 000007
【図３】
2005093872.tif 000008
【図４】
2005093872.tif 000009
【図５】
2005093872.tif 000010
【図６】
2005093872.tif 000011
【図７】
2005093872.tif 000012
【図８】
2005093872.tif 000013