説明

ピン接合方法、ピン位置合わせ用治具、及びボール位置合わせ用治具

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−243779(P2011−243779A)
【公開日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−115156(P2010−115156)
【出願日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【出願人】(000003193)凸版印刷株式会社 (10,630)