JP2010157701A - エリア・アレイ・アダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張や熱収縮に起因してリードのはんだ接合部で歪みを生じる。
【解決手段】ＢＧＡ部品と回路基板とを電気的に接続するアダプタのリード１０６に、ＢＧＡ部品のはんだボールを受ける窪み部２０２が形成された頂端部１１４と、回路基板上のパッド・パターンにはんだ接合されるピン状の底端部１１６と、非導電性のキャリアに取り付けられる支持部と、ヒンジ部２０４と、を一体に形成する。ヒンジ部２０４は、はんだ接合部の熱膨張・収縮を許容するように、４つの屈曲部を有する立体構造をなし、このヒンジ部２０４の変形を許容するように、ヒンジ部２０４とは反対側の片部３０４にギャップ部３５０を設ける。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、回路基板の組立体に関し、特に、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）結合部を備えた電子部品を、リーデッド・グリッド・アレイ（Ｌｅａｄｅｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ；ＬＧＡ）結合部を備えた回路基板へ接合するためのアダプタに関する。

所定の機能を実現する回路基板を製造する際、一般的な方法では、回路基板上に電気配線を”プリント”し、次いで、プリント基板に接合可能な（マイクロチップやキャパシタ等のような）非プリント部品を接合して、回路を完成する。このような接合技術では、複数の標準的な結合形式が用いられている。

結合形式の一つであるボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）結合では、部品の各接合部にはんだのボールが設けられ、各接合部は基板全体を加熱する手法により結合されて、部品が回路基板へはんだ付けされる。

ＢＧＡ結合形式を用いた場合の不利な点の一つは、はんだと電子部品とが、これらが実装される回路基板に対し、熱膨張率／熱収縮率が異なることに起因して生じる。この相異によって、熱膨張や熱収縮に伴ってＢＧＡ結合の部位に不可避的に歪み（応力）が生じることとなる。ＢＧＡ結合の性質上、特にはんだ接合部で、熱膨張や熱収縮に起因する余分な歪みを生じ易い。このような歪みによって、接合部の耐久性（寿命）が低下したり、破損の危険性を招くおそれがある。

本発明は、電気リード（線）を利用して、ＢＧＡ接合形式を用いた部品をリーデッド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）接合形式を用いた回路基板のプリント・パッド・パターンに接合するためのアダプタに関する。リードは、一端でＢＧＡ部品に接合可能であるとともに、他端で回路基板のプリント・パッド・パターンに接合可能である。これにより、ＢＧＡ部品のＬＧＡ回路基板への電気的な接続がなされる。

エリア・アレイ・アダプタを用いてボール・グリッド・アレイ部品を回路基板上のプリント・パッド・パターンに接合した装置の一実施例を示す分解図。 アダプタのリードの一実施例を示す側面図。 アダプタのリードの一実施例を示す斜視図。 本発明の一実施例に係るリードのヒンジ部を示す拡大図。 本発明の一実施例に係るリードの支持部を示す拡大図。

図１を参照して、ＢＧＡ部品１２０と、エリア・アレイ・アダプタ１２２と、回路基板１２４と、を有する装置の一実施例が分解図で描かれている。この例では、ＢＧＡ部品１２０には、部品機能部１０２の底面上にはんだボール１０４の配列が設けられている。配列内の各はんだボール１０４により、部品機能部１０２とエリア・アレイ・アダプタ１２２のような他のものとの電気的な接続を形成可能である。

図１に示されるアダプタ１２２は、このエリア・アレイ・アダプタ１２２の内側に配置されたリード１０６を図示するように破断して描いている。各リード１０６は、導電性であり、ＢＧＡ部品１２０と回路基板１２４との接続に必要な結線を行うものである。各リード１０６は、キャリア部材１０８に保持されている。キャリア部材１０８は、非導電性で、材料の組成によっては、回路基板１２４，アダプタ１２２及びＢＧＡ部品１２０の熱膨張や熱収縮を緩和・許容可能なものである。各リード１０６は、（ＢＧＡ部品１２０のような）ＢＧＡデバイス上のはんだボール１０４と接合可能な丸く窪んだ頂部１１４を有している。また、各リード１０６は、回路基板１２４の母材１１２上のプリント・パッド・パターンと接合可能なピン状の底端部１１６を有している。上記アダプタの接合については、リード１０６とキャリア１０８に対する少しの変更で逆の構成とすることができ、従って、ＢＧＡ接合部を備えた回路基板に対しリードレス部品を接合することもできる。

図１の回路基板１２４は、ＬＧＡ結合を利用して電子部品に接合可能なものである。回路基板１２４は一連（一組）のプリント・パッド１１０を有し、各プリント・パッド１１０は電子部品からの一つのピン（あるいはエリア・アレイ・アダプタ１２２からのリード１０６）にそれぞれ対応して設けられている。プリント・パッド１１０は回路基板の大きな母材１１２上に配置され、これにより、回路を完成するために必要な全ての接合が可能となっている。ＢＧＡ部品１２０の他に複数の部品を一つの回路基板１２４に設けることも可能で、これにより様々な回路を形成することができる。

図２Ａは側面図、図２Ｂは斜視図であり、アダプタ１２２に適用可能で、アダプタ１２２と回路基板１２４との間、ならびにＢＧＡ部品１２０とアダプタ１２２との間のはんだ結合での歪みを緩和可能なリード１０６の形態の一例を示している。図示実施例の形態では、リード１０６には窪み部２０２が頂端部１１４上に設けられている。この窪み部２０２は、アダプタ１２２が接合するように設定されたはんだボール１０４（図１参照）の寸法よりも僅かに大きい寸法である。はんだ付けの前に、はんだボール１０４は窪み部２０２内に配置される。窪み部２０２は、はんだ付け工程の間、はんだボール１０４を所定位置に保持し、交差接合のような接合不良の発生を確実に防止する。

はんだボール１０４はリード１０６の底端部１１６のピン接合部へヒンジ部２０４を介して電気的に接続されている。ヒンジ部２０４は、熱膨張や熱圧縮のような熱的な影響による歪みに対する可撓性を有し、これによって、歪みの大部分が吸収されて、はんだ結合部の耐久性が増加する。ヒンジ部２０４は、回路基板１２４にはんだ付けされるピン状の底端部１１６に連なっており、つまり一体的に形成されている。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるアダプタのリード１０６は頂端部に窪み部２０２を有し、この窪み部２０２で、基板全体の加熱工程前のはんだボールを受容可能である。更にリード頂部には、下方へ延びる２つの片部３０２，３０４が設けられている。第１の片部３０２は、ヒンジ部２０４へ向けて下方へ延びる一方（図２Ａ参照）、第２の片部３０４は、ギャップ部３５０を終端として下方へ延びている。また、ヒンジ部２０４は、ピン部１１６に連なる支持部３５２と連なっており、つまり一体的に形成されている。

図３に示すように、ヒンジ部２０４は、４つの屈曲部３１０，３２０，３３０，３４０を備えた立体構造をなしている。頂部側の屈曲部３１０と底部側の屈曲部３４０とにより反対側ではギャップ部３５０へ向かう方向の可撓性が与えられる一方、中間の屈曲部３２０，３３０により反対側ではギャップ部３５０が離間する方向の可撓性が与えられている。ヒンジ部２０４とは反対側のギャップ部３５０の存在によって、熱膨張や熱収縮に応じてリード１０６が変形する余地が与えられている。

ヒンジ部２０４とギャップ部３５０との直下位置に支持部３５２が設けられている。支持部３５２は、４つの翼部３５６と２つのギャップ３５８とを形成している。これに代えて、各翼部３５６の一端同士を連結することによって、リード１０６を、支持部３５２に１つのギャップのみが設けられた構成としてもよい。

リード１０６をキャリア１０８内に取り付けると、支持部３５２がリード１０６を所定位置に保持する。先ずリード１０６をキャリア１０８内に挿入する際には、リード１０６の支持部３５２を互いに締め付ける。一旦リード１０６がキャリア１０８内に位置決めされると、リード材の自己復元力によって、リード１０６がギャップ３５８を有する元の形状に戻ろうとする。支持部３５２が元の形状に復元すると、各翼部３５６がキャリア１０８内の適切な大きさのスロットに嵌合し、これによって、リード１０６は、所定位置に保持されるとともに、熱的な歪みに対する曲げ変形がヒンジ部２０４により許容される状態のままとなっている。

エリア・アレイ・アダプタ１２２を用いることで、リード１０６を介したＢＧＡ部品１２０のはんだボール１０４の接合部とＬＧＡ回路基板１２４のプリント・パッド１１０との良好な電気的接続が得られる。

ＢＧＡ部品１２０と回路基板１２４との間で永久的な接合を行うためには、はんだ接合を用いることができる。はんだ接合を行うためには、先ずＢＧＡ部品１２０がアダプタ１２２におけるリード１０６の頂端部１１４と接合する位置に配置される。リード１０６の底端部１１６は、回路基板１２４のプリント・パッド１１０上のはんだペースト，プリフォーム，あるいは他のはんだ付与手段の中に配置される。これら三者が適切な位置に配置された状態で、この装置はＢＧＡからはんだボール１０４が溶けるのに十分な高温下にさらされる。次いで、はんだボール１０４が冷却されて、リード１０６の窪んだ頂端部１１４との恒久的なはんだ接合がなされる。このような工程は全体加熱工程と呼ばれている。同様に、全体加熱工程を利用してリード１０６のピン状の底端部１１６と回路基板１２４上のプリント・パッド１１０との間にはんだ結合が形成される。

全体加熱工程では、部品が溶けたり損傷せず、かつはんだが十分に溶けるだけの熱を加える必要がある。加熱に用いられる温度は、使用されるはんだの種類や特定の部品の耐熱性に応じて異なる。特定の装置に与える適切な温度の設定技術は公知である。

通常の使用においては、上述した開示内容によって製造される部品は、装置の組立及び設置後に加熱や冷却を繰り返し受けることとなる。ＢＧＡ部品１２０と回路基板１２４とは異なる熱膨張率や熱収縮率を有するため、温度変化に応じて両者は異なる量で膨張・収縮する。熱膨張率や熱収縮率の相異により歪みが生じると、はんだ結合部が潜在的に弱められ、あるいは最終的に破壊されるおそれがある。

本発明では、熱的な歪みはリード１０６のヒンジ部２０４を介して低減され、このヒンジ部２０４により電気的な接続性能を損なうことなく接合部に対する可撓性が与えられる。ヒンジ部２０４は、屈曲部３１０，３２０，３３０，３４０を介して熱的な歪みに応じてあらゆる方向へ撓み変形することができる。リード１０６の撓み変形により熱膨張率の相異が相殺され、はんだ結合部の歪みが低減される。本発明の範囲内であれば、異なる位置へのヒンジ部の配置や歪みを相殺する他の手法を用いた他のリードの形態を用いることもできる。

以上のように本発明の一実施例について説明してきたが、当業者であれば本発明の範囲内での幾つかの変更を認識するであろう。このような理由により、後述する特許請求の範囲は本発明の真の範囲や趣旨を考慮して理解されるべきである。

１０６…リード
１０８…キャリア
１１４…頂端部
１１６…底端部（ピン部）
１２０…ＢＧＡ部品
１２２…アダプタ
１２４…回路基板
２０２…窪み部
２０４…ヒンジ部
３０２，３０４…片部
３１０，３２０，３３０，３４０…屈曲部
３５０…ギャップ部
３５２…支持部
３５６…翼部
３５８…ギャップ

Claims (20)

1. 回路基板へ部品を接合する装置であって、上記回路基板と上記部品の一方がボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）接合部を有するとともに、他方がリーデッド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）接合部を有し、
   少なくとも一組の導電性のリードが取り付けられる非導電性のキャリアを有し、
   上記リードは、第１の端部でＢＧＡ接合部に対し電気的な接続を形成可能であり、
   上記リードは、上記第１の端部と反対側の第２の端部でＬＧＡ接合部に対し電気的な接続を形成可能であることを特徴とする装置。
2. 上記リードの上記第１の端部に、ＢＧＡ接合部を有する電子部品あるいはＢＧＡ接合部を有する回路基板が接合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記リードの上記第２の端部に、リード接合用のプリント・パッド・パターンを有する回路基板あるいはリード接合用のプリント・パッド・パターンを有する電子部品が接合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. ＢＧＡ部品又はＢＧＡ回路基板が、全体加熱はんだ手法を用いてこの装置とはんだ接合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. リードレス部品又はＬＧＡ回路基板が、全体加熱はんだ手法を用いてこの装置とはんだ接合されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 上記リードは、熱膨張及び熱収縮に起因する歪みの少なくとも一部を低減可能な単一の導電性部品からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 上記リードは、窪み部と、ヒンジ部と、支持部と、ピン部と、を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 上記ヒンジ部が、下方へ延びる中間セクションに内側へ傾斜しつつ連なる頂部セクションを有し、
   上記中間セクションが、外側へ傾斜する底部セクションに連なっており、
   かつ、上記ヒンジ部が、４つの屈曲部を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 上記支持部は、少なくとも２つの翼部と、少なくとも一つのギャップと、を有し、上記ギャップにより上記支持部を互いに締め付けることができるとともに、上記リードを所定位置に保持するように上記翼部がキャリアのスロット内に嵌合可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 上記支持部が４つの翼部と２つのギャップとにより構成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 上記窪み部を有するカップ状の部分が、該部分から垂直に延びる少なくとも２つの片部を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
12. 上記片部の一つが上記ヒンジ部に連なっており、上記ヒンジ部が上記支持部に連なっており、上記支持部がピン部に連なっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 上記リードが、非導電性の材料からなるキャリア部材のキャビティ内に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 上記キャリア部材が少なくとも半剛体の材料からなることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 上記キャビティから上記リードを取り外すことなく上記リードに少なくとも一部の可撓性が残されるように、上記キャビティが形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 回路基板に接合される少なくとも一つの電子部品を有し、
    上記回路基板と上記電子部品の一方がボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）接合形式を有し、他方がリーデッド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）接合形式を有し、
    かつ、上記部品と回路基板とを電気的に接続するアダプタを有することを特徴とする回路基板装置。
17. 上記アダプタが、第１の端部でＢＧＡ接合部に、第２の端部でプリント・パッド・パターンに接合可能な一連のリードを有することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 上記リードが、熱膨張及び熱収縮による接合部の歪みを低減可能であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 上記リードが、熱膨張及び熱収縮に応じて変形可能な少なくとも一つの屈曲部を有するヒンジ部を有し、
    上記リードにより上記部品と上記回路基板とが電気的に接続されることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
20. 上記リードが、窪み部と、ヒンジ部と、ギャップ部と、支持部と、ピン部と、を有する単一の導電性部品からなることを特徴とする請求項１９に記載の装置。

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