JPH0766953B2 - 半導体搭載用基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、外部接続用の入出力ピンとし得る導体ピンを
固定した半導体搭載用基板に関するものである。

（従来の技術） 従来の半導体搭載用基板は、スルーホールに、その内径
よりも大きい径の支持部を有する導体ピンを圧入して外
部接続を行うのが一般的であった。この方法によれば、
導体ピンの固定が短い間隔で非常に容易に行えるという
利点があるが、かかる方法においては、スルーホールの
内径と導体ピンの支持部の径の差のみを利用して前記導
体ピンを固定しているので、導体ピンの保持力が充分で
なく、さらにスルーホールの内径のばらつきのために導
体ピンの保持力のばらつきが大きいという欠点が見出さ
れていた。このため半導体実装工程において、大きな外
力が加わった場合、導体ピンが抜け落ちたり、曲がった
りする問題があった。しかもスルーホールの内壁面は、
金属メッキが施されており、根本的にメッキの厚みには
ある一定値以上のばらつきは避けられず、したがってま
た前記スルーホールの内径のばらつきを抑えることは困
難である。

また別の欠点として、導体ピンとスルーホールの機械的
固定のみでは、導体ピンと半導体搭載用基板上の導体回
路との電気的な接続信頼性が完全とはいえず、この種の
不具合を検出するために個々の半導体搭載用基板の電気
チェックを行なわねばならないという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、以上の実状を鑑みてなされたもので、その解
決しようとする問題点は、導体ピンの保持力が充分でな
いこと、及びその保持力のばらつきが大きいこと、そし
て導体ピンと半導体搭載用基板上の導体回路との電気的
な接続信頼性が完全でないことである。

そして、本発明の目的とするところは、高い熱伝導性を
有し、導体ピンが短い間隔で強固に固定され、さらに導
体ピンと半導体搭載用基板上の導体回路との電気的な接
続信頼性の高い半導体搭載用基板を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段及びその作用） 上記問題点を解決するために本発明が採った手段は、実
施例に対応する第１図〜第６図を参照して説明すると、 「基板（１）と、この基板（１）に形成されて断面角部
が略直角であるスルーホール（４）と、このスルーホー
ル（４）に支持部（７）によって固定される導体ピン
（６）とを備える半導体搭載用基板（11）であって、 この導体ピン（６）の支持部（７）の近傍の鍔部（８）
の径が、前記スルーホール（４）の内径より大きい部分
と小さい部分とを有し、 支持部（７）の外面であって前記鍔部（８）の小さい径
側の面に、鍔部（８）に連通する溝状の凹部（10）が形
成され、 当該導体ピン（６）が前記スルーホール（４）に半田
（９）で固着されていることを特徴とする半導体搭載用
基板（11）」 である。

以下に本発明に係る半導体搭載用基板（11）について図
面を用いて詳しく説明する。なお、基板（１）として、
金属基板（１）を適用した例に基づいて説明するが、本
発明は、金属基板（１）に限るものではない。

第１図、第２図及び第３図における符号（１）は、本発
明の半導体搭載用基板（11）の主材部分をなす金属基板
を示している。この金属基板（１）の材料を決定する際
には、寸法安定性、熱伝導性、比重、機械的強度などの
諸特性を総合的に考慮する必要があり、これらを総合的
に考慮したものの代表的な例として、アルミニウム、
銅、鉄もしくはこれらの合金がある。また、この金属基
板（１）の厚みは、十分な機械的強度があり、かつ電子
機器の小型化や軽量化の傾向に相反しない範囲で選択す
る必要があり、0.5〜3.0mmの範囲内にあることが好まし
い。

第２図及び第３図における符号（２）は金属基板（１）
に予じめ形成した貫通孔を示しており、その内壁面には
絶縁層（３）を設けることによってスルーホール（４）
が形成されている。この絶縁層（３）の材料としては、
電気絶縁性、耐熱性、回路形成時の耐薬品性等の観点か
ら熱硬化性樹脂を使用するのが適当であり、代表的な例
としては耐熱エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂がある。さ
らに、熱硬化性樹脂中には、熱伝導性や導体密着性等を
向上させることを目的として無機フィラーまたは無機ク
ロスを混入させる場合もある。無機フィラーの例として
は、α−アルミナ、溶融シリカ、窒化アルミニウムがあ
り、一方無機クロスの例としてはガラスクロスがある。
また無機フィラーの混入割合は、熱伝導性を向上させる
ためには多いほうが好ましく、一方絶縁層（３）の表面
平滑性や靱性を向上させるためには少ないほうが好まし
く、両方を満足させるためには樹脂固形分100重量部に
対し０〜300重量部、さらに好ましくは50〜250重量部の
範囲とするのがよい。そして絶縁層（３）の厚みは絶縁
性と放熱性の両方を満足させるために50〜500μｍの範
囲内であることが好ましく、また絶縁層（３）で金属基
板（１）の全面を被覆する場合のほか、放熱効果をもた
せるために金属基板（１）の片面のみ、または所望の一
部分のみを被覆する場合もある。

スルーホール（４）は、通常のこの種の電気回路用基板
と同様に、基板の表裏の導体回路（５）を導通させるの
を目的としているのは勿論のこと、本発明においてはス
ルーホール（４）に後述の導体ピン（６）を確実に固定
することをも目的としており、その際には、当該導体ピ
ン（６）と導体回路（５）とを導通させるようになって
いることは当然である。このスルーホール（４）の孔径
は小さいほど配線密度が向上するが、極端に小さくする
と加工が困難になるため、金属基板（１）の板厚の50〜
300％の範囲であることが好ましい。

さらに、スルーホール（４）に導体ピン（６）を固定す
る必要があるから、当該スルーホール（４）の仕上り径
すなわち内径は、導体ピン（６）の一部を構成している
支持部（７）の最大外径の50〜99％の範囲内であること
が必要である。その理由は、スルーホール（４）の内径
が導体ピン（６）の支持部（７）の外径の50％未満の場
合には、スルーホール（４）に対する支持部（７）の嵌
合固定が困難であるだけでなく、たとえ嵌合固定ができ
たとしてもスルーホール（４）に亀裂が生じて基板とし
て役に立たなくなるからであり、一方当該スルーホール
（４）が99％を超える内径を有したものであると、スル
ーホール（４）に対する導体ピン（６）の支持部（７）
の嵌合固定が困難で、容易に導体ピン（６）が脱落して
しまうのである。

そして、このスルーホール（４）は上記の絶縁層（３）
の略中心に形成されて断面角部が略直角となるように形
成してある。このスルーホール（４）の断面角部とは、
第２図及び第３図に示したように、スルーホール（４）
に該当する部分を縦に切断した場合に現れる断面におい
て、絶縁層（３）または導体層（５）の上下の端部にで
きるコーナー部のことをいう。このようにスルーホール
（４）の断面角部が略直角となるようにするには、通常
次のような方法によって行なわれる。

すなわち、まず金属基板（１）に貫通孔（２）を形成
し、この貫通孔（２）内に絶縁材料を埋設するととも
に、金属基板（１）の必要な面に接着絶縁層（3a）を介
して図示しない銅箔を積層一体化する。上記絶縁材料を
完全硬化させた後、貫通孔（２）内の絶縁材料の略中心
に金属基板（１）と略直角な方向の孔を形成するのであ
る。この方法によれば、絶縁層（３）の断面角部はすで
に略直角であるから、これにメッキ、エッチングにより
形成される導体層（５）の断面角部も略直角となるので
ある。このように絶縁層（3a）をその断面角部が略直角
となるように形成する理由は、スルーホール（４）に導
体ピン（６）を嵌合固定するに際して、当該導体ピン
（６）が金属基板（１）に対して略直角となるようにす
るためである。導体ピン（６）が金属基板（１）に対し
て略直角とならないと、高密度実装が不可能となるから
である。

第１図、第２図、第３図、第５図及び第６図における符
号（６）は導体ピンを示している。この導体ピン（６）
は、本発明の半導体搭載用基板（11）上の導体回路（5
a）と外部との電気的な接続をもたらすために使用さ
れ、また図示しないプリント配線板に当該半導体搭載用
基板（11）を半田付けにて固定させる際の機械的な補強
材の役割をも果すものである。上記の各使用目的を達成
させるためには、当該導体ピン（６）の材質は、電気抵
抗が低く、十分な機械的強度を有し、良好な半田付け性
を有するものでなければならない。このためFe−Ni系合
金、Fe−Ni−Co系合金、または銅系合金などを主材と
し、その表面に適宜半田めっき、またはニッケル−金め
っきを施したものを用いることが好ましい。導体ピン
（６）の外形寸法は、実装密度を上げるために、細く短
くするのが好ましく一方半導体搭載用基板（11）に当該
導体ピンを嵌合固定させる際の加工性や、半導体搭載用
基板（11）をプリント配線板に実装する際の技術水準を
考慮すると極端に細く短いものは実際的ではない。この
ため長さは３〜10mm、太さは0.3〜1.0mmの範囲の導体ピ
ン（６）を用いることが好ましい。

第２図、第３図、第５図及び第６図における符号（７）
は導体ピン（６）の一部を構成している支持部を示して
いる。この支持部（７）は前述したように、スルーホー
ル（４）に導体ピン（６）を固定するのに必要な部分で
あると同時に、スルーホール（４）内に半田が充填され
易い形状であることも必要とされる。したがって、後述
する鍔部（８）の場合と同様に、支持部（７）の径はス
ルーホール（４）の内径より大きい部分と小さい部分を
有していることが必要であって、最も代表的な例として
第２図、第３図、第５図及び第６図に示したような扁平
状のものがある。そして、支持部（７）の外面であって
鍔部（８）の小さい径側の面には、鍔部（８）に連通す
る溝状の凹部（10）が形成されている。この形状の導体
ピン（６）においては凹部（10）とスルーホール（４）
との隙間を通して、半田（９）がより円滑にスルーホー
ル（４）内に充填されるため、導体ピン（６）のスルー
ホール（４）への固着が強固になり、さらには支持部
（７）と半田（９）の接触面積が大きくなるため、導体
ピン（６）とスルーホール（４）との接続信頼性が向上
するという利点がある。

第２図〜第６図における符号（８）は前記導体ピン
（８）の鍔部を示している。この鍔部（８）の径は導体
ピン（６）が嵌合固定されるスルーホール（４）の内径
より大きい部分と小さい部分を有していることが必要で
ある。その理由は、導体ピン（６）をスルーホール
（４）に嵌合固定させる際に、スルーホール（４）の内
径より大きい部分がストッパーの役割をして、導体ピン
（６）がスルーホール（４）内に必要な深さ以上に挿入
されることがないようにすると同時に、後述する導体ピ
ン（６）とスルーホール（４）の半田（９）による固着
の際に、スルーホール（４）の内径より小さい部分が透
孔の役割をして前記半田（９）のスルーホール（４）内
への侵入が容易になるために確実に導体ピン（６）がス
ルーホール（４）に固着されるからである。この鍔部
（８）の寸法は、上記目的を達成させるため、スルーホ
ール（４）の内径より大きい径については、スルーホー
ル（４）の内径に対して50〜300％大きくすることが好
ましい。その理由は50％未満であると導体ピン（６）を
スルーホール（４）に挿入する際の圧力に鍔部（８）が
抗しきれずに破損しやすいからであり、300％を越える
と導体ピン（６）を高密度に配列するのが不可能になる
からである。またスルーホール（４）の内径より小さい
径については、スルーホール（４）の内径に対して５〜
50％小さくすることが好ましい。その理由は５％未満で
あると半田（９）のスルーホール（４）内への侵入が困
難になるからであり、50％を超えると導体ピン（６）自
体の機械的強度が不足するからである。さらに、この鍔
部（８）の厚みは、十分な機械的強度が得られ、かつ半
導体搭載用基板の小型化を損わない範囲で決定する必要
があり、0.2〜2mmの範囲が好ましい。

第２図及び第３図における符号（９）は半田を示してい
る。この半田（９）は、導体ピン（６）をスルーホール
（４）に嵌合固着した後に、導体ピン（６）の支持部
（７）とスルーホール（４）の隙間を通してスルーホー
ル（４）内に充填されるものであって、導体ピン（６）
のスルーホール（４）への固着を強固にすることを目的
としている。半田がスルーホール（４）内へ完全に充填
されればその接着力により、スルーホール（４）の内径
と導体ピン（６）の支持部（７）の径の差のみを利用し
て導体ピン（６）の固定を行った場合に比べて、より強
固に固着されるばかりでなく、前記支持部（７）の径の
ばらつきや、スルーホール（４）内面のめっき厚のばら
つきによるスルーホール（４）の内径のばらつきの影響
をほとんど受けないので、均一な保持力が得られるので
ある。このため、本発明の半導体搭載用基板（10）に半
導体を実装する工程において、何らかの外力（例えば半
導体をマウントする治具と導体ピン（６）とが接触する
とか、半導体搭載用基板を誤って床に落下させてしまう
とかいう種類の外力）が加わったような場合にも導体ピ
ン（６）が抜け落ちたり、曲がったりする問題が発生し
ないのである。そして、この半田（９）のスルーホール
（４）内への充填は、溶融半田槽に基板を浸漬するディ
ップ法、噴流半田槽を通過させる噴流法、および印刷し
た半田ペーストまたは半田リングを溶融させるリフロー
法等の方法を用いて行う。

第１図に示した半導体搭載用基板（11）の表面上に形成
された導体回路（5a）の材料としては、導通抵抗が小さ
く、かつ回路形成の容易な金属を選ぶ必要があり、最も
代表的な例として銅がある。この銅によって形成された
導体回路（5a）に対しては、さらにその表面に腐蝕防止
や半田付け性の向上あるいはボンディング性の向上のた
めに半田、ニッケル、金等のめっきを施す場合もある。
導体回路（5a）の厚みは、導通抵抗を小さくするために
は厚いほうが好ましく、一方回路の配線密度を高くする
ためには薄いほうが好ましく、両方を満足させるために
は５〜70μｍの範囲がよい。導体回路（5a）の幅につい
ても同様の理由により30〜500μｍの範囲が好ましい。

つぎに、本発明に係る半導体搭載用基板（11）の実施例
について説明する。

（実施例） ・実施例 第１図、第２図及び第３図に示す半導体搭載用基板（1
1）は以下のように製作した。

導体ピン（６）として第５図及び第６図に示したよう
に、支持部（７）の外面であって鍔部（８）の小さい径
側の面に、鍔部（８）に連通する溝状の凹部（10）を有
するものを使用した。

金属基板（１）については厚さ1.0mm大きさ25×25mmの
アルミニウムを使用し、これに複数形成した貫通孔
（２）は直径1.5mmである。また、当該半導体搭載用基
板（11）の金属基板（１）の表裏面側に形成した接着絶
縁層（3a）の厚さは50μｍ、貫通孔（２）の内壁面に形
成した絶縁層（３）の厚さは450μｍである。この絶縁
層（３）は耐熱エポキシ樹脂を主材とするもので、この
主材中に平均粒径５μｍのα−アルミナ粉末を樹脂固形
分100重量部に対し150重量部混入させたものである。そ
して、この貫通孔（２）内の絶縁層（３）の表面には厚
さ30μｍの導体層（５）が形成してある。

さらに、導体ピン（６）は銅系合金に半田めっきを施し
たもので、その長さは鍔部（８）下長で5mmその太さは
0.46mmであり、その支持部（７）の最大外径は0.57mmで
ある。そして、ディップ法によりスルーホール（４）と
支持部（７）の隙間および鍔部（８）の近傍には半田が
充填されている。一方、半導体搭載用基板（11）の表面
に形成した導体回路（5a）は、厚さ40μｍの銅導体表面
に厚さ８μｍのニッケルめっきを施し、さらにその表面
に厚さ0.5μｍの金めっきを施したものである。

・比較例１ 導体ピン（26）として第７図及び第８図に示したように
鍔部（28）が円形平板状のものを使用した以外は実施例
と同様にして半導体搭載用基板を製作した。

・比較例２ 導体ピン（26）として第７図及び第８図に示したよう
に、鍔部（28）が円形平板状のものを使用すると同時
に、スルーホール（24）内及び鍔部（28）近傍に半田を
設けなかった点以外は実施例１と同様にして半導体搭載
用基板を製作した。

・比較例３ 導体ピンとして、支持部に溝のないものを使用した以外
は、実施例と同様にして半導体搭載用基板を製作した。

以上の実施例及び比較例で得られた半導体搭載用基板
（11）、（21）の導体ピン（６）、（26）の垂直方向の
引張り強度（保持力）及び導体ピン（６）、（26）と導
体回路（5a）、（25a）との電気的な接続信頼性を測定
した結果を下表に示す。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明においては、上記実施例にて
詳細に例示した如く、導体ピン（６）の支持部（７）の
近傍の鍔部（８）の径が、スルーホール（４）の内径よ
り大きい部分と小さい部分とを有し、当該導体ピン
（６）が前記スルーホール（４）に半田（９）で固着さ
れていること、及び、支持部（７）の外面であって鍔部
（８）の小さい径側の面に、鍔部（８）に連通する溝状
の凹部（10）が形成されていることにその特徴があり、
これにより、金属をコア材とする半導体搭載用基板（1
1）の高い熱伝導性を損うことなく、導体ピン（６）が
スルーホール（４）に強固に固定されており、さらにス
ルーホールメッキの厚みにばらつきがあっても導体ピン
（６）の保持力のばらつきが小さく、かつ導体ピン
（６）と半導体搭載用基板（11）上の導体回路（5a）と
の電気的な接続信頼性の高い半導体搭載用基板（11）を
簡単な構成によって提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る半導体搭載用基板の斜視図であ
り、また第２図及び第３図は導体ピン固定部分の縦断面
図、第４図は同底面図、第５図及び第６図は実施例に係
る導体ピンの正面図及び側面図、第７図及び第８図は比
較例１及び２に係る導体ピンの正面図及び側面図であ
る。 符号の説明 １…金属基板、２…貫通孔、３…絶縁層、3a…接着絶縁
層、４…スルーホール、５…導体層、5a…導体回路、６
…導体ピン、７…支持部、８…鍔部、９…半田、10…凹
部、11…半導体搭載用基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、この基板に形成されて断面角部が
   略直角であるスルーホールと、このスルーホールに支持
   部によって固定される導体ピンとを備える半導体搭載用
   基板であって、 この導体ピンの支持部の近傍の鍔部の径が、前記スルー
   ホールの内径より大きい部分と小さい部分とを有し、 支持部の外面であって前記鍔部の小さい径側の面に、鍔
   部に連通する溝状の凹部が形成され、 当該導体ピンが前記スルーホールに半田で固着されてい
   ることを特徴とする半導体搭載用基板。