JPS6355189B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱膨張係数の異なるセラミツク基板
とプリント配線基板とを入出力ピンで接続したピ
ン付きモジユールに関する。

高密度実装を要求されるコンピユータ、通信機
等の回路モジユールは、高密度高集積化、高信頼
化、低コスト化等の面で有利なセラミツク基板を
用いる方向にある。

これらの回路モジユールは、多層化されたセラ
ミツク基板の片面あるいは両面にLSIチツプ及び
その他の部品を搭載し、部品の搭載されていない
面を利用して信号及び電源等の入出力を行なう入
出力用ピンを取り付けている。

モジユールの集積度が低い場合は入出力用ピン
の数も少なくて済み、入出力用ピンは基板側面に
取り付けたり、また基板の内層及び表面パターン
の密度も小さかつたため基板に貫通孔を用けて、
この貫通孔に入出力ピンを通して固定する等の方
法がとられていた。

ところがモジユールの高密度高集積化にともな
つて、入出力用ピンの数は増大し、基板面内の配
線密度が増大して、従来のように基板側面を利用
したり、基板に貫通孔を設けて入出力ピンを取り
付けることが不可能になつてきた。このようなこ
とから、基板の面上にピン取り付け用のパターン
を形成し、このパターンに入出力ピンの頭部を突
き当ててはんだ付けあるいはろう付けするいわゆ
る突当てピン取り付け法又は、面付けピン取り付
け法といわれる方法が用いられるようになつてき
た。

これらのモジユールは通常単独で使用されるこ
とはなく、他のモジユールあるいは他の部品と電
気的に接続される。その接続体としては、エポキ
シ樹脂及びフエノール樹脂等の樹脂成分を主体に
したプリント配線基板が主流であり、これらプリ
ント配線基板に設けられたモジユール取り付け用
スルーホールに、前記モジユールの入出力ピン部
が挿入され、はんだ等を用いてスルーホールと入
出力ピンを介してプリント配線基板とモジユール
は接続される。ところがモジユール側のセラミツ
ク基板は0.5〜0.7×10^-5／℃の熱膨張係数である
のに対し、プリント配線に用いられている基板は
２〜４×10^-5／℃という熱膨張係数を有してお
り、両者間に大きな差がある。

この差はプリント配線基板にモジユールをはん
だ付した後、熱サイクルが作用すると、プリント
配線基板とセラミツク基板間に大きな歪を生じさ
せ、この歪によつて発生する熱応力は強度的に最
も弱いセラミツク基板と入出力ピンの接続部にク
ラツクを発生させ、接続部を破断させるという重
大欠点に結びついていた。

本発明の目的は、上記の欠点を除き、入出力ピ
ンとセラミツク基板の接続部に熱応力及びその他
の応力を発生させないようにしたピン付きモジユ
ールを提供することにある。

その日的を達成するために本発明は、熱膨張係
数の異なるセラミツク基板とプリント配線基板と
を入出力ピンで接続したピン付きモジユールにお
いて、該セラミツク基板と同等か、もしくは近似
した熱膨張率を有しており、入出力ピン挿入孔に
はんだ付けあるいはろう付け可能なメタライズ層
を施してあり、該入出力ピン挿入孔へ挿入された
ピンがはんだ付けあるいはろう付けされているピ
ン固定基板を介して、該セラミツク基板と該プリ
ント配線基板とが該入出力ピンにより接続したピ
ン付きモジユールに特徴がある。

そのような特徴により、ピン先端に作用する外
力にて発生する応力をピン固定基板が吸収し、入
出力ピンとセラミツク基板の接続部に応力を発生
させないようにすることにある。

以下本発明の一実施例を第１図〜第８図によつ
て説明する。

第１図は入出力ピンをピン固定基板に仮固定す
る方法について示す断面図で、１は入出力ピン、
２はピン固定基板、３は内部にメタライズ層を施
こし、両面にパツド４及び５を設けたスルーホー
ル、６はリングはんだ、７は入出力ピンの位置合
せ及びピン固定基板２を保持する保持具であり、
入出力ピンが配置される位置に位置合せ用穴８を
有している。第２図は、入出力ピン１をピン固定
基板２にはんだで仮固定した状態を示す断面図
で、９ははんだフイレツトを示し、その他の符号
は第１図と同じ内容を示している。

第３図は、入出力ピンをセラミツク基板にはん
だ接合した状態を示す断面図で、１０はセラミツ
ク基板、１１はセラミツク基板上に設けられた入
出力ピン１を接続するためのピン接続用パター
ン、１２はセラミツク基板１０の側に形成された
はんだフイレツトである。セラミツク基板１０の
内部及び表面には回路形成用の多数の回路パター
ンを有しているが、図では省略している。

また第３図においても、その他の符号は図１で
示したものと同じ内容である。

このような構成で、まず第１図において入出力
ピンをピン固定基板に仮固定する方法を説明す
る。

保持具７の上面にピン固定基板２を設置する。
このピン固定基板２は、セラミツク基板１０と熱
膨張係数を一致させるため、セラミツク基板１０
と同一の材質及び形成条件にて作成してある。

保持具７とピン固定基板２はそれぞれに設けた
位置合わせマーク（図示せず）にて位置合わせを
することにより、保持具７の位置合わせ用穴８
と、ピン固定基板２のスルーホール３の中心が一
致する。この状態で入出力ピン１をピン固定基板
２の上方からスルーホール３に挿入する。

この結果入出力ピン１の下端は保持具７の位置
合わせ用穴８の底面に接触し、入出力ピン１の高
さ位置が設定される。次に入出力ピン１にはんだ
リング６を供給する。はんだリング６の組成は、
モジユールがプリント配線基板にはんだ付けされ
る時に溶融しないよう、プリント配線基板側弐は
んだより高融点である。S_o10％−残P_bはんだを
用いたが、その他の組成、あるいはS_o−A_u系等
の低融点はんだ、またA_g、C_uろう等を用いたリ
ングろう等も適用できる。次に、入出力ピン１と
リングはんだ６およびパツド４にフラツクスを塗
布（フラツクスは図示せず）して、330℃をピー
ク温度とするN₂雰囲気炉を通過させる。

加熱方法はこの他熱盤を用いる方法、赤外線ラ
ンプを用いる方法、熱風を吹きつける方法等種々
あるが、どの方法を適用してもよい。加熱し、冷
却することによつて、第２図に示す如くリングは
んだは完全に溶融し、入出力ピン１とスルーホー
ル３がはんだによつて完全に接合され、はんだの
一部は、パツド５上にはんだフイレツト９を形成
する。

次に、入出力ピン１をピン固定基板２に第２図
に示す如く仮固定した状態で、入出力ピン１の底
部が、フラツクスを塗布したセラミツク基板１０
のピン接続用パターン１１に当接するように位置
決めし、さらにセラミツク基板１０とピン固定基
板２との間に一定寸法をもたせるための位置合わ
せを行なつて再び前記仮固定と同条件で加熱処理
を行なう。

加熱処理により、第３図に示す如く入出力ピン
１はセラミツク基板１０のピン接続用パターン１
１に接合され、はんだフイレツト１２を形成して
完全なはんだ接合を完了する。本実施例ではフイ
レツト９及びフイレツト１２の形状を確保するた
めにピン固定基板２とセラミツク基板１０の間を
一定寸法離したが、第４図に示す如くピン固定基
板２のスルーホール３の一端をテーパー状に形成
することにより、ピン固定基板２とセラミツク基
板１０を密着させて、モジユール全体の高さを低
くおさえることができ、さらにピン固定基板２と
セラミツク固定基板１０の接続部が一体化し、よ
り完全な接続を可能にする。第３図及び第４図で
ピン固定基板２とセラミツク基板１０を接続する
に必要なはんだは、入出力ピン１をピン固定基板
２に仮固定する時に供給したはんだを用いてお
り、第１図に示すリングはんだ６の大きさは、こ
れら両方の接続に必要なはんだ量から計算して決
定されている。

第５図は、本発明になる他の実施例を示す断面
図である。ピン固定基板２とセラミツク基板１０
を同じ熱膨張係数の材料にしているため、セラミ
ツク基板１０と入出力ピン１との接続部位置ずれ
を小さくすることができ、さらに接続部に発生す
る応力が小さいことから入出力ピン先端部を細く
することができ、このため、ピン接続用パターン
１１を小さく出来ることからセラミツク基板面上
に新たなパターン１３，１３′，１３″を形成する
ことができ、配線密度の向上が可能になる。

第６図〜第８図は本発明による効果を説明する
ための図である。第６図は従来の方法でセラミツ
ク基板１０をプリント配線基板１４にはんだ接続
した図であり、この状態で熱サイクルが作用する
と、第７図に示す如く入出力ピン１が点線に示す
如く歪を生じ、この歪がクラツク１５，１５′を
発生させ、接続部を破断させる。これに対し、第
８図に示す如く、本発明になるピン固定基板２を
設けることにより、歪はピン固定基板２の下端で
吸収されてしまい、接続部への歪の伝達はなくな
り、この結果接続部のクラツク発生は完全に防止
できる。

以上述べた如く、本発明によればモジユールを
プリント配線基板に取り付けた後の熱サイクルに
よる熱応力が入出力ピンとセラミツク基板の接続
部に発生することがなく、また、入出力ピンの取
り付け時の加熱及び冷却時に接続部に発生する熱
応力は非常に小さくできるため、接続部の信頼性
を大巾に向上させることができる。

また、あらかじめ入出力ピン端部の平面度を精
度よくそろえた後にセラミツク基板の接続パター
ンに当接でき、さらに、ピン固定基板で入出力ピ
ンの位置合わせを行なつているため、その後のは
んだ接合時の位置合わせが非常に容易である。

さらに、入出力ピン接合後のモジユール取り扱
いにおいて、入出力ピンがピン固定基板によつて
機械的に完全に防護されているため取り扱いが非
常に容易である。さらに、従来の入出力ピン接合
部よりはるかに狭いピン接合パターンを採用する
ことができ、セラミツク基板上の配線密度を大巾
に向上させることができる。

さらに、接続部の応力を小さくできることか
ら、大面積基板に対する、多数の入出力ピンの取
り付けが可能になり、超高密度大面積ハイブリツ
ドモジユールの可能性を拡大するとともに、生産
効率を大幅に向上させるとができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明になる入出力ピンの仮固定法
を示す断面図、第２図は、入出力ピン仮固定後の
断面図、第３図は、入出力ピンをセラミツク基板
にはんだ接続した状態を示す断面図、第４図、第
５図は本発明の他の実施例を示す断面図、第６
図、第７図は従来の方法でモジユールをプリント
配線基板にはんだ付けした断面図、第８図は本発
明になるモジユールをプリント配線基板に実装し
た断面図である。 １……入出力ピン、２……ピン固定基板、３…
…スルーホール、６……はんだリング、７……保
持具、１０……セラミツク基板、１１……ピン接
続用パターン、１４……プリント配線基板、１
５，１５′……クラツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱膨張係数の異なるセラミツク基板とプリン
   ト配線基板とを入出力ピンで接続したピン付きモ
   ジユールにおいて、該セラミツク基板と同等か、
   もしくは近似した熱膨張係数を有しており、入出
   力ピン挿入孔にはんだ付けあるいはろう付け可能
   なメタライズ層を施してあり、該入出力ピン挿入
   孔へ挿入されたピンがはんだ付けあるいはろう付
   けされているピン固定基板を介して、該セラミツ
   ク基板と該プリント配線基板とが該入出力ピンに
   より接続してあることを特徴とするピン付きモジ
   ユール。 ２ 該入出力ピン挿入孔にテーパ部分を設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のピン
   付きモジユール。 ３ 該セラミツク基板と接続される入出力ピン先
   端部を他の部分より細くしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のピン付きモジユール。