JP3756300B2

JP3756300B2 - Relay board and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3756300B2
Application number: JP29495697A
Authority: JP
Inventors: 一斉木
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2017-10-13
Also published as: JPH11126954A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、面接続パッドが設けられた基板と、面接続取付パッドが形成された基板とを電気的に接続するための中継基板およびその製造方法に関し、ＩＣチップを搭載したセラミックス製基板と、樹脂製のプリント基板との間に介在され、両基板を電気的に接続する中継基板およびその製造方法として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップを搭載する基板として、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）型基板およびＬＧＡ（ランドグリッドアレイ）型基板が知られている。
図１３は、プリント基板に接続されたＢＧＡ型基板を示す断面部分説明図である。ＩＣチップ搭載基板７０の下面には、面接続パッド（ランド）７１が、格子状、または、千鳥状に形成されており、各面接続パッド７１の下面には、ボール状の端子７３が共晶ハンダ７２によりハンダ付けされている。
また、プリント基板７５の上面には、端子７３に対応する位置に面接続取付パッド７４が形成されており、各面接続取付パッド７４は、共晶ハンダ７２によりボール状端子７３とハンダ付けされている。
つまり、下面の各面接続パッド７１に端子７３がそれぞれハンダ付けされた状態のＩＣチップ搭載基板７０がＢＧＡ型基板を構成する。
なお、面接続パッド７１は、Ｗ（タングステン）で形成されており、面接続取付パッド７４は、Ｃｕ（銅）で形成されている。また、端子７３は、高温ハンダ、Ｃｕ、Ａｇなどの濡れ性の良い金属で形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＩＣチップ搭載基板７０とプリント基板７５は、材質が異なるため熱膨張係数が異なる。これにより、たとえば、ＩＣチップ搭載基板７０およびプリント基板７５を有するコンピュータの電源部から発生する熱により、図１３に示すように、プリント基板７５には矢印Ｆ３で示す方向に変化する力が作用し、ＩＣチップ搭載基板７０には矢印Ｆ４で示す方向に変化する力が作用する。つまり、ボール状端子７３から見ると、接続されているＩＣチップ搭載基板７０およびプリント基板７５が平面方向についてそれぞれ逆方向に寸法変化しようとするため、端子７３、面接続パッド７１および面接続取付パッド７４の接続部分には、せん断応力が働く。
【０００４】
したがって、上記せん断応力により、ハンダ付けされた部分７６が破壊され、面接続パッド７１から共晶ハンダ７２が外れるため、ＩＣチップ搭載基板７０およびプリント基板７５間に電気的接続不良が発生するという問題がある。
上記せん断応力は、面接続される端子７３のうち、最も離れた２つの端子７３間で最大となる。たとえば、端子７３が格子状にかつ最外周の端子７３が正方形をなすように形成されている場合、それぞれこの正方形の最外周の対角上に位置する２つの端子７３間で最も大きな熱膨張差が発生し、最も大きなせん断応力が掛かることとなる。
【０００５】
特に、ＩＣチップ搭載基板７０がセラミックス製であり、プリント基板７５がガラスエポキシなどの樹脂製である場合には、プリント基板７５の熱膨張係数（熱膨張係数α＝１５〜２０×１０^-6）は、ＩＣチップ搭載基板７０の熱膨張係数（α＝８×１０^-6）よりもかなり大きいため、両基板間の熱膨張差が大きくなる。
したがって、上記せん断応力が大きくなるため、上記電気的接続不良が発生しやすい。
なお、この場合には、クラックはセラミック製のＩＣチップ搭載基板側の面接続パッド近傍の共晶ハンダで生じることが多い。セラミックは硬く、応力を吸収しがたいが、樹脂製プリント基板は比較的柔らかく、また、樹脂製プリント基板の上に形成されたＣｕなどからなる取付パッドも柔らかいので応力を吸収するからである。
また、ＩＣチップ搭載基板とプリント基板とを同じ熱膨張係数を有する樹脂で形成した場合であっても、ＩＣチップ搭載基板の内部に形成された銅配線などにより、基板全体として比べると、ＩＣチップ搭載基板とプリント基板は熱膨張係数に差が出てくる。
また、樹脂製のＩＣチップ搭載基板は、セラミック製の場合と比べて柔らかく変形しやすいので、搭載されたＩＣチップの熱膨張の影響を受けやすい。その結果、ＩＣチップ搭載基板とプリント基板とを同じ樹脂で形成した場合であっても、樹脂製のＩＣチップ搭載基板のうち、特にＩＣチップが搭載された直下の部分はプリント基板の熱膨張係数とは異なってしまうことがある。
このように、樹脂製のＩＣチップ搭載基板と同じく樹脂製のプリント基板とを接続する場合であっても、内部配線や搭載したＩＣチップなどの影響を受けてＩＣチップ搭載基板とプリント基板との間で熱膨張差を生じ、結果として両者の接続不良などの問題が発生することがあった。
なお、ＩＣチップ搭載基板７０およびプリント基板７５の密着強度を高めることも考えられるが、繰り返し熱応力により、面接続パッド７１の近傍の共晶ハンダ７２が金属疲労してクラックが入り、ついには共晶ハンダ７２が破壊され、電気的接続不良が発生する。
つまり、上記従来のＢＧＡ型基板などでは、ＩＣチップ搭載基板７０およびプリント基板７５間の電気的接続の信頼性が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、面接続パッド（パッド７１）が設けられた基板面を有する第１の基板（ＩＣチップ搭載基板７０）と、面接続取付パッドが設けられた基板面を有するとともに第１の基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する第２の基板（プリント基板７５）との電気的接続の信頼性を高めることができる中継基板およびその製造方法を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、
請求項１に記載の発明では、面接続パッドが設けられた基板面を有する第１の基板と、面接続取付パッドが設けられた基板面を有するとともに前記第１の基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する第２の基板との間に介在され、前記面接続パッドと前記面接続取付パッドとを電気的に接続する中継基板であって、
第１面および第２面を有する略板形状をなしており、電気絶縁材料からなる中継基板本体と、
前記第２面側に前記第１面側に向けて形成されており、内周面が階段状に形成されているとともに、前記内周面にメタライズ層が形成された第２面側凹部と、
前記第２面側凹部の底面および内周面と固着されており、かつ、先端部を前記第２面から突出させて形成されるとともに、前記面接続取付パッドと電気的に接続される第２面側接続端子と、
前記中継基板本体の内部に形成されており、前記第２面側接続端子と前記面接続パッドとを電気的に接続するビアと、
を有するという技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の中継基板において、前記第２面側凹部の底面に形成されており、前記第２面側接続端子と前記ビアとを電気的に接続する第２面側接続パッドと、
前記第１面側に形成されており、前記ビアと前記面接続パッドとを電気的に接続する第１面側接続パッドと、
を有するという技術的手段を採用する。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の中継基板において、前記第２面側接続端子の突出した部分は、突出した高さがその突出した部分の最大径よりも大きい柱状に形成されてなるという技術的手段を採用する。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の中継基板において、前記第２面側接続端子は、軟質金属により形成されてなるという技術的手段を採用する。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項２ないし請求項４のいずれか１つに記載の中継基板において、前記第１面側接続パッドの上面および前記第２面側接続端子の先端には、それぞれ前記第２面側第２面側接続端子の融点よりも低い融点を有する金属により低融点金属層が形成されているという技術的手段を採用する。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の中継基板において、前記中継基板本体は、前記第１の基板と略同一の熱膨張係数を有するという技術的手段を採用する。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の中継基板において、前記第１の基板は、セラミックス材料からなり、
前記中継基板本体は、前記第１の基板と略同一のセラミックス材料からなるという技術的手段を採用する。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の中継基板において、前記ビアの径は、前記第２面側凹部の径よりも小さいという技術的手段を採用する。
【００１７】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の中継基板の製造方法であって、
第１のセラミックグリーンシートに第１の貫通孔を形成し、その第１のセラミックグリーンシートと積層する第２のセラミックグリーンシートの前記第１の貫通孔に対応する部位に第２の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記第２のセラミックグリーンシートの第２の貫通孔の内部に前記ビアを形成するビア形成工程と、
前記第１の貫通孔内にメタライズ層を形成するメタライズ層形成工程と、
前記ビア形成工程を経た前記第２のセラミックグリーンシートと前記貫通孔形成工程を経た第１のセラミックグリーンシートとを前記ビアおよび第１の貫通孔を対応させて、かつ、前記第１の貫通孔の一端が前記第１のセラミックグリーンシートにより閉塞されて前記第２面側凹部が形成される状態に積層する積層工程と、
この積層工程を経た前記第１および第２のセラミックグリーンシートを焼成一体化して前記中継基板本体を形成する焼成工程と、
この焼成工程を経た前記中継基板本体の前記第２面側凹部の内部に前記第２面側接続端子を形成する第２面側接続端子形成工程と、
を有するという技術的手段を採用する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の中継基板の製造方法において、前記ビア形成工程を経た前記第２のセラミックグリーンシートに前記第１面側接続パッドおよび第２面側接続パッドを形成する接続パッド形成工程を有するという技術的手段を採用する。
【００１９】
請求項１１に記載の発明では、請求項９または請求項１０に記載の中継基板の製造方法において、前記第２面側接続端子形成工程は、
前記第２面側接続端子の突出した部分の形状に対応する形状であるとともに、溶融した金属に濡れない内面を有する凹部を前記第２面側凹部に対応する位置に有する治具を用い、その治具の前記凹部に前記第２面側接続端子を形成するための金属材料を収容する金属材料収容工程と、
この金属材料収容工程を経た前記治具を、前記凹部が前記焼成工程により形成された中継基板本体の第２面側凹部の下方に位置する状態に配置する治具配置工程と、
この治具配置工程を経た前記治具の各凹部内に収容された金属材料を溶融させ、この溶融された溶融金属を前記凹部および第２面側凹部内に保持しつつ冷却し、凝固させて前記第２面側接続端子を成形する成形工程とを有するという技術的手段を採用する。
【００２０】
請求項１２に記載の発明では、請求項１０または請求項１１に記載の中継基板の製造方法において、前記第２面側接続端子成形工程は、
前記第２面側接続端子の突出した部分の径に対応する径であるとともに、溶融した金属に濡れない内面を有する貫通孔を前記第２面側凹部に対応する位置にそれぞれ有する治具を、前記焼成工程により形成され、前記第２面側凹部の開口側を上に向けた状態の前記中継基板本体の第２面側凹部の上方に前記貫通孔が位置する状態に配置する治具配置工程と、
この治具配置工程を経た前記治具の貫通孔に前記第２面側接続端子を形成するための金属材料を収容する金属材料収容工程と、
この金属材料収容工程を経た前記治具の貫通孔に収容された金属材料を溶融させ、この溶融された溶融金属を前記貫通孔および第２面側凹部内に保持しつつ冷却し、凝固させて前記第２面側接続端子を成形する成形工程と、
を有するという技術的手段を採用する。
【００２１】
請求項１３に記載の発明では、請求項９ないし請求項１２のいずれか１つに記載の中継基板の製造方法において、前記第２面側接続端子形成工程を経た前記第１面側接続パッドの上面および前記第２面側接続端子の先端に、それぞれ前記第２面側接続端子の融点よりも低い融点を有する金属により低融点金属層を形成する低融点金属層形成工程を有するという技術的手段を採用する。
【００２２】
【作用】
第１および第２の基板の熱膨張係数の差により、両基板が平面方向についてそれぞれ逆方向に寸法変化すると、第１および第２の基板と中継基板との接続部分に応力が発生する。
しかし、請求項１ないし請求項１３に記載の中継基板を用いることにより、以下のように上記応力を緩和することができる。
上記中継基板本体は、電気絶縁材料からなり、その第２面側に第１面側に向けて形成されており、内周面が階段状に形成されているとともに、内周面にメタライズ層が形成された第２面側凹部を有する。この第２面側凹部には、第２面側接続端子が第２面側凹部の底面および内周面と固着されており、かつ、先端部を第２面から突出させて形成されている。この第２面側接続端子は、第２の基板の面接続取付パッドと電気的に接続される。また、中継基板本体の内部には、第２面側接続端子と第１の基板の面接続パッドとを電気的に接続するビアが形成されている。
つまり、中継基板と第２の基板の面接続取付パッドとは、中継基板本体の第２面から突出した第２面側接続端子により電気的に接続され、中継基板と第１の基板の面接続パッドとは、中継基板本体の内部に形成されたビアにより電気的に接続される。
【００２３】
したがって、第２面側接続端子と面接続取付パッドとの接続部分を支点に想定すると、第１および第２の基板が平面方向についてそれぞれ逆方向に寸法変化しようとする力は、上記支点を中心にして中継基板本体を回転させようとする回転モーメントに変換される。
そして、その発生した回転モーメントにより、第２面側接続端子の突出した部分が変形（たとえば、塑性変形）し、この変形により上記応力が緩和される。
また、第２面側接続端子は、第２面側凹部の底面および内周面に固着されているため、上記応力は、その固着されている内周面に対して垂直方向に作用するため、中継基板本体が破壊し難い。さらに、第２面側接続端子は、第２面側凹部の底面および内周面に固着されているため、たとえば、第２面側接続端子を第２面の平面部に固着する場合よりも、固着された部分が剥がれ難い。
さらに、上記第２面側凹部の内周面は階段状に形成されているため、上記応力を接続端子と内周面とが接する複数の角部（図１５のＰ４、Ｐ５参照）に分散させることができるため、１つの角部に集中するものよりも、中継基板本体の耐久性を高めることができる。
以上のように、請求項１ないし請求項１３に記載の中継基板によれば、第１および第２の基板間の熱膨張差により発生する応力を緩和できるため、第１および第２の基板間に電気的接続不良が発生する事態を少なくすることができる。
【００２６】
さらに、上記第２面側接続端子の第２面から突出した部分は、請求項３に記載の発明のように、その突出した部分がその突出した部分の最大径よりも大きい柱状に形成されてなるのが好ましい。
つまり、上記突出した部分が、たとえば球状、または、半球状である場合には、第１および第２の基板間の間隔を広くするために突出高さを高くすると、同時に突出した部分の最大径も大きくなるため、隣接する接続端子との間隔（ピッチ）の制限が生じる。
しかし、上記のように、突出した部分の形状が柱状である場合は、その直径を変更することなく、突出高さを高くすることができるため、上記のような制限をなくすことができる。また、接続端子の数が増加した場合であっても、上記直径を小さくすることにより、上記制限が生じないようにすることができる。
また、第２面側接続端子の突出高さは、一般に高ければ高いほど応力を吸収できる。
しかし、中継基板と樹脂製プリント基板との間隔には制限があるのが通常である。
そこで、第２面側接続端子の突出高さは、第２の基板および中継基板本体の熱膨張差の大きさに応じて設定するのが好ましい。
つまり、中継基板本体および第２の基板の熱膨張差が大きいほど、その間に発生する応力は大きくなることから、中継基板本体および第２の基板を電気的に接続する第２面側接続端子の突出した高さを上記熱膨張差の大きさに対応して設定することにより、上記回転モーメントの大きさを変えることができるため、応力の大きさに対応した応力の緩和を行うことができるからである。
【００２７】
また、上記第２面側接続端子は、請求項４に記載の発明のように、軟質金属により形成されてなることが好ましい。
つまり、上記応力を接続端子の変形、たとえば塑性変形によって吸収できるからである。
ここで、軟質金属とは、上記応力を変形によって吸収する柔らかい金属であって、たとえば、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）および亜鉛（Ｚｎ）、これらを主成分とする合金、ならびに、Ｐｂ−Ｓｎ系高温ハンダ（たとえば、Ｐｂ９０％−Ｓｎ１０％合金、Ｐｂ９５％−Ｓｎ５％合金など）、ホワイトメタル、純度の高い銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などである。
【００２８】
さらに、請求項２に記載の発明では、第２面側凹部の底面に形成されており、第２面側接続端子とビアとを電気的に接続する第２面側接続パッドを有するため、第２面側接続端子が第２面側凹部の底面に固着し難い材質の場合であっても、第２面側接続パッドにより第２面側接続端子およびビアを電気的に接続することができる。
たとえば、第２面側接続端子が高温ハンダであり、第２面側凹部の底面がアルミナセラミックスである場合は、アルミナセラミックスは溶融した高温ハンダに対して濡れ性が悪いが、第２面側凹部の底面にタングステン製の第２面側接続パッドを形成することにより、濡れ性が良くなるため、第２面側接続端子とビアとを電気的に接続することができる。
また、第１面側に形成されており、ビアと面接続パッドとを電気的に接続する第１面側接続パッドを有するため、ビアおよび面接続パッドを電気的に接続する材料がビアに固着し難い性質の場合であっても、第１面側接続パッドにより上記材料とビアとを電気的に接続することができる。
【００２９】
上記第１面側接続パッドおよび第２面側接続パッドは、請求項１０に記載のように、ビア形成工程を経た第２のセラミックグリーンシートに第１面側接続パッドおよび第２面側接続パッドを形成する接続パッド形成工程により形成することができる。
【００３０】
また、請求項５に記載の発明のように、上記第１面側接続パッドの上面および第２面側接続端子の先端には、それぞれ第２面側接続端子の融点よりも低い融点を有する金属により低融点金属層が形成されていることが好ましい。
つまり、面接続パッドおよび面接続取付パッドとの接続部分に低融点金属層が形成されているため、たとえば、第１の基板、または、第２の基板を製造するメーカーにおいて中継基板を接続する場合の、第１面側接続パッドおよび第２面側接続端子の先端に低融点金属（たとえば、低融点ハンダペースト）を塗布する設備を備える必要がない。
【００３１】
上記低融点金属層は、請求項１３に記載の発明のように、上記第２面側接続端子形成工程を経た第１面側接続パッドの上面および第２面側接続端子の先端に、それぞれ第２面側接続端子の融点よりも低い融点を有する金属により低融点金属層を形成する低融点金属層形成工程により形成される。
【００３２】
さらに、請求項６に記載の発明のように、上記中継基板本体は、第１の基板と略同一の熱膨張係数を有することが好ましい。
つまり、第１の基板および中継基板本体間には熱膨張差がほとんど発生しないため応力もほとんど発生しないからである。一方、中継基板本体および第２の基板間の間隔は、第２面側接続端子により比較的大きくされるため、中継基板本体および第２の基板間の応力は緩和される。
【００３３】
特に、請求項７に記載の発明のように、上記第１の基板が、セラミックス材料からなり、中継基板本体が、第１の基板と略同一のセラミックス材料からなることが好ましい。
つまり、セラミックスは、強度および耐熱性が高いため、リワークにより繰り返し加熱されても変形などを生じないからである。
【００３４】
また、請求項８に記載の発明のように、上記ビアの径は、第２面側凹部の径よりも小さいことが好ましい。
つまり、上記ビアは、たとえば、後述する発明の実施の形態に記載するように貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートをステンレス製のシート上に乗せ、上記貫通孔の内部にペースト状のタングステンを充填し、シートを剥がし、セラミックグリーンシートの焼成時にタングステン粉末を焼結することにより形成されるが、上記貫通孔の径（ビアの径）が大きいと、上記シートを剥がす際に、充填したタングステンペーストがシートに貼り付いたり、抜け落ちたりすることがあり、充填が困難だからである。
【００３５】
次に、上記請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の中継基板は、請求項９に記載の製造方法により製造される。
まず、貫通孔形成工程では、第１のセラミックグリーンシートに第１の貫通孔を形成し、その第１のセラミックグリーンシートと積層する第２のセラミックグリーンシートの第１の貫通孔に対応する部位に第２の貫通孔を形成する。次に、ビア形成工程では、第２のセラミックグリーンシートの第２の貫通孔の内部にビアを形成し、メタライズ層形成工程では、第１の貫通孔内にメタライズ層を形成する。
つまり、後の第２面側接続端子形成工程において第２面側接続端子を第１の貫通孔（第２面側凹部）内に固着するために、第１の貫通孔内にメタライズ層を形成する。
【００３６】
次に、積層工程では、ビア形成工程を経た第２のセラミックグリーンシートと貫通孔形成工程を経た第１のセラミックグリーンシートとをビアおよび第１の貫通孔を対応させて、かつ、第１の貫通孔の一端が第２のセラミックグリーンシートにより閉塞されて第２面側凹部が形成される状態に積層する。
つまり、後の第２面側接続端子形成工程において第２面側凹部内に固着される第２面側接続端子と第２の貫通孔内に形成されたビアとを電気的に接続するために、第１および第２の貫通孔を対応させて第１および第２のセラミックグリーンシートを積層する。また、後の第２面側接続端子形成工程において第２面側接続端子を形成するための第２面側凹部を形成するために、第１の貫通孔の一端が第２のセラミックグリーンシートにより閉塞されて第２面側凹部が形成される状態に積層する。
【００３７】
次に、焼成工程では、積層工程を経た第１および第２のセラミックグリーンシートを焼成一体化して中継基板本体を形成し、第２面側接続端子形成工程では、焼成工程を経た中継基板本体の第２面側凹部の内部に第２面側接続端子を形成する。
つまり、積層された第１および第２のセラミックグリーンシートを焼成することにより、セラミック製の中継基板本体を形成し、その中継基板本体に形成された第２面側凹部の内部に第２面側接続端子を形成する。
【００３８】
特に、上記第２面側接続端子形成工程は、請求項１１に記載の発明により製造することができる。
まず、金属材料収容工程では、第２面側接続端子の突出した部分の形状に対応する形状であるとともに、溶融した金属に濡れない内面を有する凹部を第２面側凹部に対応する位置に有する治具を用い、その治具の凹部に第２面側接続端子を形成するための金属材料を収容する。
つまり、第２面側接続端子を形成するための治具を用意し、治具の凹部内に第２面側接続端子を形成するための原料となる金属材料を収容する。
【００３９】
次に、治具配置工程では、凹部に金属材料が収容された治具を、その凹部が焼成工程により形成された中継基板本体の第２面側凹部の下方に位置する状態に配置する。
つまり、治具をその凹部が中継基板本体の第２面側凹部に対応する位置になるように配置して第２面側接続端子を形成する態勢を整える。
次に、成形工程では、治具配置工程を経た治具の各凹部内に収容された金属材料を溶融させ、この溶融された溶融金属を凹部および第２面側凹部内に保持しつつ冷却し、凝固させて第２面側接続端子を形成する。
つまり、凹部内の溶融金属を第２面側凹部の底面に達する状態に維持し、その状態で溶融金属を冷却し、凝固させることにより、第２面側凹部の底面および内周面に固着されており、先端部を中継基板本体の第２面から突出させた第２面側接続端子を形成できる。
【００４０】
また、請求項１１に記載の第２面側接続端子形成工程に代えて請求項１２に記載の方法を用いることもできる。
まず、上記請求項１１に記載の治具配置工程では、治具をその凹部が中継基板本体の第２面側凹部の下方に位置する状態に配置したが、この第２面側接続端子形成工程における治具配置工程では、第２面側接続端子の突出した部分の径に対応する径の貫通孔を有する治具を、第２面側凹部の開口側を上に向けた状態の中継基板本体の第２面側凹部の上方に貫通孔が位置する状態に配置する。
つまり、第２面側凹部の開口側を上に向けた状態の中継基板本体の第２面側凹部の上方に貫通孔が位置する状態に治具を配置し、後の金属材料収容工程において金属材料を貫通孔に収容する態勢を整える。
【００４１】
そして、金属材料収容工程では、治具配置工程を経た治具の貫通孔に第２面側接続端子を形成するための金属材料を収容し、成形工程では、金属材料収容工程を経た治具の貫通孔に収容された金属材料を溶融させ、この溶融された溶融金属を貫通孔および第２面側凹部内に保持しつつ冷却し、凝固させて第２面側接続端子を成形する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の中継基板およびその製造方法の第１実施形態について図１ないし図９を参照して説明する。
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本第１実施形態の中継基板の製造方法の各工程を示す断面説明図である。図２（Ａ）は、第２のセラミックグリーンシートの第２の貫通孔内にビアを形成する導電性金属を充填する手法を示す説明図であり、同図（Ｂ）〜（Ｄ）は、第１のセラミックグリーンシートの第１の貫通孔の内周面にメタライズ層を形成する手法を示す説明図である。図９は、本第１実施形態の中継基板の製造方法の製造工程を示す工程図である。
【００４３】
最初に本発明に係る中継基板の製造方法の第１実施形態について説明する。
まず、公知のセラミックグリーンシート形成技術を用いて、第１のセラミックグリーンシート１１および第２のセラミックグリーンシート１２を形成し、パンチング装置を用いて図１（Ａ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１に第１の貫通孔１１ａを第２のセラミックグリーンシート１２に第２の貫通孔１２ａをそれぞれ打ち抜き形成する（図９の工程１０）。第２の貫通孔１２ａは、第１の貫通孔１１ａの径より小さい径であって、第１のセラミックグリーンシート１１の上面に第２のセラミックグリーンシート１２を積層した場合に、第１の貫通孔１１ａの上部開口面内に含まれる位置に形成される。
【００４４】
次に、第２のセラミックグリーンシート１２の第２の貫通孔１２ａ内にビアを形成する導電性金属を充填する。
この充填は、たとえば、図２（Ａ）に示す手法により行われる。まず、台１９ｂの上に置かれたステンレス製のシート１８の上に第２のセラミックグリーンシート１２を乗せる。シート１８には、第２の貫通孔１２ａと対応する位置に貫通孔１８ａが形成されており、第２のセラミックグリーンシート１２は、第２の貫通孔１２ａおよび貫通孔１８ａが一致するように乗せられる。また、シート１８の下面には、ビアを形成するための硬いペースト状の導電性金属１２ｂがマット状に塗布されている。
【００４５】
そして、第２のセラミックグリーンシート１２の上面を荷重板１９ａにより図中Ｆ１で示す方向に加圧する。すると、その加圧力により、導電性金属１２ｂがシート１８の貫通孔１８ａを介して第２のセラミックグリーンシート１２の第２の貫通孔１２ａの内部に流入し、図１（Ｂ）に示すように、第２の貫通孔１２ａ内に導電性金属１２ｂが充填される（工程１２）。
なお、スクリーン印刷により第２の貫通孔１２ａ内に導電性金属１２ｂを充填することもできる。ところで、本第１実施形態では、第１および第２のセラミックグリーンシート１１，１２を形成する材料としてアルミナセラミックスを用いる。また、導電性金属１２ｂとしてタングステン（Ｗ）、または、モリブデン（Ｍｏ）などの導電性金属の粉末に溶剤や樹脂を混ぜてペースト状にしたものを用いる。
【００４６】
一方、第１のセラミックグリーンシート１１の第１の貫通孔１１ａの内面には、後に図１（Ｄ）に示す工程で、第２面側接続端子１３の基部１３ｂを固着するために、本発明のメタライズ層たるタングステン製の金属層を形成する。
図２（Ｂ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１に形成された第１の貫通孔１１ａ内に図中矢印Ｆ２で示す方向にタングステンペースト１７を真空引きしてタングステンペースト１７を第１の貫通孔１１ａの内周面１１ｄに塗布し、同図（Ｃ）に示すように、第１の貫通孔１１ａの内周面１１ｄにタングステン層１７ａを形成する（工程１４）。
このとき、第１の貫通孔１１ａの下部開口面の縁から第１のセラミックグリーンシート１１の下面にかけて、タングステン層のはみ出し部１７ｃが形成されるが、図２（Ｄ）に示すように、はみ出し部１７ｃを研磨して除去してもよい。
【００４７】
次に、各導電性金属１２ｂの下面にタングステン製の第２面側接続パッド１４ａを上面にタングステン製の第１面側接続パッド１４ｂをそれぞれスクリーン印刷により形成する（工程１６）。次に、図１（Ｃ）に示すように、第１のセラミックグリーンシート１１の上面に第２のセラミックグリーンシート１２を積層する。このとき、第１の貫通孔１１ａの上方（一端）の開口面が第２のセラミックグリーンシート１２の下面の第２面側接続パッド１４ａによって閉塞され、第１のセラミックグリーンシート１１の下面に第２面側凹部１１ｂが形成されるように積層する（工程１８）。
次に、積層された第１および第２のセラミックグリーンシート１１、１２を還元雰囲気中で最高温度約１，５５０゜Ｃにて焼成し、一体化する（工程２０）。この焼成により、第１および第２のセラミックグリーンシート１１，１２は、それぞれセラミック製の第１および第２の基板１１ｃ，１２ｃとして得られる。続いて、第２面側凹部１１ｂの内周面のメタライズ層および底面上にニッケルメッキを施してニッケルメッキ層１４ｈを形成する（工程２２）。これらの工程により、図１（Ｄ）に示すように、第１の基板１１ｃ上に第２の基板１２ｃが積層された中継基板本体９が完成する。
【００４８】
なお、本第１実施形態では、中継基板本体９は、厚さ０．３ｍｍ、一辺２５ｍｍのほぼ正方形状に形成されている。また、第１および第２の貫通孔１１ａ、１２ａの内径は、それぞれ０．８ｍｍ、０．２ｍｍである。
したがって、工程１２において第２のセラミックグリーンシート１２の第２の貫通孔１２ａに導電性金属１２ｂを充填した後にシート１８を除去する際に、充填した導電性金属１２ｂの一部がシート１８に貼り付いたり、あるいは抜け落ちたりして生じる導電性金属の充填不良を少なくできる。
また、第２面側凹部１１ｂは、１．２７ｍｍのピッチで格子状に縦横各１９個の計３６１個形成されている。
なお、上記メッキ工程の後に金メッキ工程を設け、ニッケルメッキ層の上に酸化防止のための金メッキ層を形成することもできる。
【００４９】
次に、図１（Ｄ）に示すように、第１の基板１１ｃの各第２面側凹部１１ｂの底面および内周面に固着され、かつ、先端部が第２面から突出した柱状の第２面側接続端子１３を形成する。
ここで、第２面側接続端子１３の形成方法について図３および図４を参照して説明する。
図３（Ａ）および（Ｂ）は、第２面側接続端子１３を形成する工程を示す断面説明図であり、図４は、第２面側接続端子１３が形成された状態を示す断面説明図である。
第２面側接続端子１３の形成には、図３に示す治具４０を用いる。治具４０は、耐熱性を有し、かつ、溶融した高温ハンダに濡れない材質、たとえばカーボンにより形成されている。図３（Ｂ）に示すように、治具４０を中継基板本体９の下方に配置した場合の各第２面側凹部１１ｂに対応する位置には、凹部４１がそれぞれ形成されている。凹部４１は、第２面側接続端子１３の外形に対応した形状に形成されており、円錐形状の底部を有する円柱形状に形成されている。また、凹部４１の底部中央から治具４０の底面に向けてガス抜き孔４２が貫通形成されている。
なお、本第１実施形態では、凹部４１の最大径は、０．９ｍｍであり、最大深さは、１．９５ｍｍである。また、ガス抜き孔４２の直径は、０．２ｍｍである。
【００５０】
まず、図３（Ａ）に示すように、治具４０の各凹部４１に本発明の金属材料たる高温ハンダ（Ｐｂ９０％−Ｓｎ１０％）製の高温ハンダボール１３ｃを２個ずつ投入しておく。次に、各凹部４１の上端に凹部４１の最大直径より僅かに大きい直径の高温ハンダ製の高温ハンダボール１３ｄをそれぞれ乗せる（本発明の金属材料収容工程、工程２４）。
その高温ハンダボール１３ｄは、次の手法により乗せられる。
つまり、図３（Ａ）に示すように、高温ハンダボール１３ｄの直径より僅かに大きい直径の透孔（貫通孔）４４を有する規制板４５を用意しておき、これを治具４０の上方に配置する。そして、高温ハンダボール１３ｄを規制板４５の上にばらまき、治具４０および規制板４５の位置関係がずれないように保持して揺すると、高温ハンダボール１３ｄは規制板４５上を転がって次々に透孔４４に落ち込んで移動できなくなる。そして、全ての透孔４４に高温ハンダボール１３ｄが落ち込んだら、規制板４５上の不要な高温ハンダボール１３ｄを除去することで、図３（Ａ）に示すように、各凹部４１の上端縁に高温ハンダボール１３ｄを乗せることができる。
【００５１】
このとき、図３（Ａ）に示すように、凹部４１内に既に投入された高温ハンダボール１３ｃと高温ハンダボール１３ｄとが接触しないで、かつ、後述する高温ハンダの溶融時には両高温ハンダボールが接触するように、間隔が僅かに空けられている。
つまり、高温ハンダボール１３ｄがその下にある高温ハンダボール１３ｃの頭により押し上げられた状態であると、高温ハンダボール１３ｄが凹部４１の上端縁から離れて不安定になるが、高温ハンダボール１３ｃと高温ハンダボール１３ｄとの間隔を空けておくことにより、高温ハンダボール１３ｄが凹部４１の上端縁にぴったりと接触して動かない（あるいは動き難い）状態になる。
これにより、図３（Ｂ）に示すように、高温ハンダボール１３ｄの頭上に中継基板本体９の第２面側凹部１１ｂの下端縁を乗せるときの位置合わせが容易になる。
【００５２】
そして、図３（Ｂ）に示すように、各高温ハンダボール１３ｄの頭上に中継基板本体９の第２面側凹部１１ｂの下端が乗るようにして治具４０を配置する（本発明の治具配置工程、工程２６）。次に、中継基板本体９を図示しない荷重板により治具４０の上面４３に向けて（下方に向けて）押圧する。
次に、それらをリフロー炉に投入し、最高温度３６０゜Ｃで最高温度保持時間１分の窒素雰囲気下で、高温ハンダボール１３ｃ，１３ｃ，１３ｄを溶融させる（工程２８）。
すると、溶融した高温ハンダ１３ｄは、下方に押し下げられた中継基板本体９の第２面側凹部１１ｂ内に流入するとともに、第２面側凹部１１ｂの内周面に形成されているタングステン層１７ｂおよび第２面側凹部１１ｂの底面に形成されている第２面側接続パッド１４ｄと溶着する。
【００５３】
また、高温ハンダボール１３ｃ，１３ｃは、凹部４１内で溶融し、溶融した高温ハンダ１３ｄと溶着し、一体化する。これにより、凹部４１の内部に第２面側接続端子１３が成形される。
なお、高温ハンダボール１３ｃ，１３ｃ，１３ｄを溶融させるときに、凹部４１内に閉じこめられた空気は、ガス抜き孔４２を通って治具４０の外部へ逃がされる。
続いて、冷却により高温ハンダを凝固させると、図４に示すように、基部１３ｂが第２面側凹部１１ｂの内周面および底面に固着され、かつ、突出部１３ａが中継基板本体９の第２面９ｂから突出した第２面側接続端子１３が成形される。そして、治具４０を取り除くと、図１（Ｄ）に示すように、中継基板本体９の第２面（下面）９ｂから複数の第２面側接続端子１３が突出形成されており、第１面（上面）９ａ上に第１面側接続パッド１４ｄが形成された中継基板１０が完成する（本発明の成型工程、工程３０）。第２面側接続端子１３は、凹部４１の内周面形状に対応したほぼ円柱形状に形成されており、下部（頂部）は、ほぼ半球状に形成されている。
【００５４】
なお、本第１実施形態では、高温ハンダボール１３ｃの直径は、０．８ｍｍであり、高温ハンダボール１３ｄの直径は、１．０ｍｍである。また、規制板４５の厚さは、０．５ｍｍであり、透孔４４の直径は、１．２ｍｍである。
さらに、中継基板本体９の第２面９ｂから突出した部分を示す突出部１３ａは、横断面の直径（最大径）が０．８８ｍｍであり、突出高さＨは１．７５ｍｍであり、突出高さが直径より大きい。
【００５５】
ところで、工程１０が本発明の貫通孔形成工程に対応し、工程１２がビア形成工程に対応する。また、工程１４がメタライズ層形成工程に対応し、工程１８が積層工程に対応する。さらに、工程２０が焼成工程に対応し、工程２６ないし工程３０が第２面側接続端子形成工程に対応する。
【００５６】
次に、上記製造方法により製造された中継基板１０とＬＧＡ型基板およびプリント基板との接続方法について図５ないし図８を参照して説明する。
図５（Ａ）は、中継基板１０をプリント基板上に接続した状態を示す断面説明図であり、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）に示す中継基板１０上にＬＧＡ型基板を接続するところを示す断面説明図である。図６は、中継基板１０を介してＬＧＡ型基板およびプリント基板が接続された状態を示す断面説明図であり、図７は、図６の一部を拡大して示す一部拡大断面説明図である。図８は、中継基板１０およびプリント基板間に発生した応力により第２面側接続端子１３が変形した状態を示す説明図である。
なお、図５および図６において破線で示す部分は、中継基板１０の途中を省略した部分である。
【００５７】
本第１実施形態で用いたプリント基板３０は、厚さ１．６ｍｍ、一辺３０ｍｍのほぼ正方形状で、ガラスエポキシ（ＪＩＳ：ＦＲ−４）で形成されており、上面３１には、中継基板１０の第２面側接続端子１３と対応する位置に、面接続取付パッド３２が形成されている。この面接続取付パッド３２は、厚さ２５μｍの銅（Ｃｕ）で形成されており、直径０．７２ｍｍであり、ピッチ１．２７ｍｍで格子状に縦横各１９個の計３６１個形成されている。
【００５８】
また、ＬＧＡ型基板２０は、アルミナセラミックで形成されており、ＩＣチップを収容するためのＩＣチップ収容部２３が形成されている。ＬＧＡ型基板２０の下面２１には、面接続パッド２２が形成されている。面接続パッド２２は、直径０．８６ｍｍであり、ピッチ１．２７ｍｍの格子状に縦横各１９個の計３６１個形成されている。面接続パッド２２は、下地のモリブデン（Ｍｏ）層上に無電解Ｎｉ−Ｂメッキが施されており、さらに酸化防止のために薄く無電解金メッキが施されている。
さらに、プリント基板３０の熱膨張係数α＝１５〜２０×１０^-6であり、ＬＧＡ型基板２０および中継基板の熱膨張係数α＝８×１０^-6である。
【００５９】
まず、低融点ハンダペースト１０ａを第２面側接続端子１３の突出部１３ａに、低融点ハンダペースト１０ｂを第１面側接続パッド１４ｄ上にそれぞれ２５０μｍの厚さで塗布する（本発明の低融点金属層形成工程）。次に、図５（Ａ）に示すように、中継基板１０をプリント基板３０上に乗せる。このとき、プリント基板３０上に形成された面接続取付面接続取付パッド３２と第２面側接続端子１３の突出部１３ａとの位置合わせを行う。これにより、中継基板１０とプリント基板３０は、低融点ハンダペースト１０ａの粘着力により仮固定された状態になる。
次に、中継基板１０の上にＬＧＡ型基板２０を乗せる。このとき、ＬＧＡ型基板２０の下面に形成された面接続パッド２２と第１面側接続パッド１４ｄとの位置合わせを行う。これにより、ＬＧＡ型基板２０と中継基板１０は、低融点ハンダペースト１０ｂの粘着力により仮固定された状態になる。
【００６０】
次に、上記接続されたＬＧＡ型基板２０、中継基板１０およびプリント基板３０をリフロー炉に投入し、最高温度２１８゜Ｃの窒素雰囲気下（２００゜Ｃ以上保持時間は２分）で低融点ハンダペースト１０ａ、１０ｂをそれぞれ溶融させ、図６および図７に示すように、低融点ハンダ層１０ｃ、１０ｄを形成する。これにより、同図に示すように、面接続パッド２２は第１面側接続パッド１４ｄと、第２面側接続端子１３の突出部１３ａは面接続取付パッド３２とそれぞれハンダ付けされる。
なお、本第１実施形態では低融点ハンダペースト１０ａおよび１０ｂとして、第２面側接続端子１３を形成する高温ハンダよりも融点の低い共晶ハンダペーストを用いる。これにより、リフロー炉内で低融点ハンダペースト１０ａおよび１０ｂが溶融する際に、第２面側接続端子１３は溶融しない。
このようにして、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０は、中継基板１０を介して電気的に接続される。中継基板１０の下面とプリント基板３０の上面３１との間隔Ｌ（図７参照）は、０．４４ｍｍである。
なお、低融点ハンダペースト１０ａ、１０ｂの中には、フラックスが含まれているため、面接続パッド２２および面接続取付パッド３２が金メッキ層などにより酸化防止されていなくてもよい。
【００６１】
そして、上記ＬＧＡ型基板２０、中継基板１０およびプリント基板３０を有する電子機器、たとえばコンピュータにおいて、電源部などから発生する熱がＬＧＡ型基板２０、中継基板１０およびプリント基板３０に伝熱すると、中継基板１０およびプリント基板３０の材質の相違に基づく熱膨張差により、両基板間に応力が発生する。この応力は、図７に示すように、第２面側接続端子１３の基部１３ｂと第２面側凹部１１ｂの内周面とが接する接触部分Ｐ１，Ｐ２と、第２面側接続端子１３の突出部１３ａと低融点ハンダ層１０ｃとの接続部分とに発生する。
しかし、突出部１３ａは、高温ハンダにより形成されており軟質であるため、上記応力により、図８に示すように容易に塑性変形し、この突出部１３ａの塑性変形により上記応力が緩和される。
したがって、低融点ハンダ層１０ｃ、１０ｄが破壊されるおそれがない。
また、ＬＧＡ型基板２０および中継基板１０は、同じ材質であり、熱膨張差が生じないため、ＬＧＡ型基板２０および中継基板１０間では、応力はほとんど発生しない。このため、従来、最もクラックが発生しやすかった低融点ハンダ層１０ｄにおいてクラックが発生することはなく破壊されるおそれはない。
【００６２】
以上のように、本第１実施形態の中継基板１０を用いてＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０を電気的に接続することにより、基板間の熱膨張差により発生する応力を吸収できるため、従来のようにＬＧＡ型基板およびプリント基板の接続部分が破壊されて電気的接続不良が発生するおそれがない。
したがって、本第１実施形態の中継基板１０およびその製造方法を用いれば、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０間の電気的接続の信頼性を高めることができる。
また、中継基板１０を接続する基板によって発生する応力の大きさが異なる場合であっても、治具４０の凹部４１の深さを調整し、第２面側接続端子１３の突出高さを変更することにより対処できる。たとえば、応力が大きい場合は第２面側接続端子１３の突出高さを高くし、小さい場合は、低くする。
【００６３】
次に、本発明第２実施形態の中継基板およびその製造方法について図１０および図１１を参照して説明する。
本第２実施形態の中継基板およびその製造方法は、第１および第２の貫通孔の径が同一であることを特徴とする。
図１０（Ａ）ないし（Ｄ）は、本第２実施形態の中継基板の製造工程を示す説明図であり、図１１は、図１０に示す製造工程により製造された中継基板によりＬＧＡ型基板およびプリント基板を接続した構造体の断面の一部を示す断面部分説明図である。
【００６４】
まず、第１のセラミックグリーンシート１５および第２のセラミックグリーンシート１６を積層した状態でパンチング装置により第１の貫通孔１５ａおよび第２の貫通孔１６ａを一度に形成する。
これにより、貫通孔を形成する工程数は１つでよいため、第１実施形態の製造方法のように、第１および第２のセラミックグリーンシート１１，１２に個別に貫通孔を形成する２工程を要するものよりも工程数を１つ少なくできる。
【００６５】
次に、第２のセラミックグリーンシート１６に形成された各第２の貫通孔１６ａに導電性金属１６ｂを充填する。以降、第１実施形態の工程１４から工程３０と同じ工程により、図１０（Ｄ）に示すように、中継基板本体５１の第２面（下面）５１ｂから第２面側接続端子１３が突出した中継基板５０を形成する。
この場合、図１０（Ｄ）に示すように、ビア１６ｄ、第１面側接続パッド１４ｄおよび第２面側接続パッド１４ｃは同じ径であり、ビアおよび接続パッド間の接触面積は、第１実施形態の場合よりも大きくなるため、電気抵抗を小さくすることができる。
そして、そのように形成された中継基板５０は、第１実施形態で述べた接続方法と同じ接続方法により、図１１に示すように、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０と接続される。
【００６６】
上記接続状態において、中継基板５０およびプリント基板３０間の熱膨張差により応力が発生すると、その応力により、第２面側接続端子１３が塑性変形するため、その塑性変形により応力が緩和される。
したがって、低融点ハンダ層１０ｃ、１０ｄが破壊されるおそれがない。
また、ＬＧＡ型基板２０および中継基板５０は、同じ材質であり、熱膨張差が生じないため、ＬＧＡ型基板２０および中継基板５０間では、応力はほとんど発生しない。
【００６７】
以上のように、本第２実施形態の中継基板５０を用いてＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０を電気的に接続することにより、基板間の熱膨張差により発生する応力を緩和できるため、従来のようにＬＧＡ型基板およびプリント基板の接続部分が破壊されて電気的接続不良が発生するおそれがない。
したがって、本第２実施形態の中継基板５０およびその製造方法を用いれば、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０間の電気的接続の信頼性を高めることができる。
【００６８】
次に、本発明第３実施形態の中継基板およびその製造方法について図１４を参照して説明する。
本第３実施形態の中継基板およびその製造方法は、第２面側凹部の内周面が、テーパ状（円錐状）に形成されており、上記第１および第２実施形態のように円柱状の凹部を有する中継基板よりも、接続端子と内周面とが接する部分に掛かる応力を分散させることができることを特徴とする。
図１４は、本第３実施形態の中継基板によりＬＧＡ型基板およびプリント基板を接続した構造体の断面の一部を示す断面部分説明図である。
【００６９】
まず、中継基板本体８３を製造する（図９の工程１０から工程２２）。この場合、第１のセラミックグリーンシートには、内周面がテーパ状の第１の貫通孔を形成する。第１の貫通孔は、たとえば、エキシマレーザや金型を用いて形成する。エキシマレーザのエネルギー分布は、第１のセラミックグリーンシートの照射面で最大であり、第１のセラミックグリーンシートの厚み方向へ進むにつれて小さくなるため、第１の貫通孔の内周面をテーパ状に形成することができる。
【００７０】
次に、第１実施形態で用いた治具４０（図３参照）を用いて第２面側凹部内に第２面側接続端子８２を形成する（図９の工程２４から工程３０）。これらの工程により、図１４に示すように、第１の基板８１ｃの下面（第２面）８３ｂから第２面側接続端子８２が突出形成された中継基板８３が完成する。
第２面側接続端子８２は、第１の基板８１ｃの下面８３ｂから突出した柱状の突出部８２ａおよび第２面側凹部８１ｂ内に固着された基部８２ｂを有し、基部８２ｂは、タングステン層１７ｅ上のニッケルメッキ層により、テーパ状の第２面側凹部８１ｂの内周面に固着されており、かつ、第２面側接続パッド１４ｅ上のニッケルメッキ層により、第２面側凹部８１ｂの底面に固着されている。
また、第１面側接続パッド１４ｄおよび第２面側接続パッド１４ｅは、第２の基板１２ｃ内に形成されたビア１２ｄにより電気的に接続されている。
そして、そのように形成された中継基板８０は、第１実施形態で述べた接続方法と同じ接続方法により、図１４に示すように、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０と接続される。
【００７１】
上記接続状態において、中継基板本体８３およびプリント基板３０間の熱膨張差により応力が発生すると、その応力を吸収するように第２面側接続端子８２が塑性変形するため、その塑性変形により応力が緩和される。
特に、第２面側凹部８１ｂの内周面は、テーパ状に形成されているため、応力が第２面側接続端子８２と第２面側凹部８１ｂの縁とが接する部分（角部）Ｐ６に集中することがなく、応力をテーパ面Ｐ３の全面に分散させることができる。
【００７２】
以上のように、本第３実施形態の中継基板８０を用いてＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０を電気的に接続することにより、基板間の熱膨張差により発生する応力を緩和できるため、従来のようにＬＧＡ型基板およびプリント基板の接続部分が破壊されて電気的接続不良が発生するおそれがない。
特に、第２面側凹部８１ｂの内周面は、テーパ状に形成されているため、第１および第２実施形態の中継基板よりも、応力により破壊され難い耐久性の高い中継基板を実現することができる。
したがって、本第３実施形態の中継基板およびその製造方法を用いれば、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０間の電気的接続の信頼性をより一層高めることができる。
【００７３】
次に、本発明の第４実施形態の中継基板およびその製造方法について図１５を参照して説明する。
本第４実施形態の中継基板は、第２面側凹部の内周面を階段状に形成したことを特徴とする。
図１５は、本第４実施形態の中継基板により、ＬＧＡ型基板およびプリント基板を接続した構造体の断面の一部を示す断面部分説明図である。
【００７４】
図１５に示すように、本第４実施形態の中継基板９０は、第１の基板９１ｃ、第２の基板９２ｃおよび第３の基板１２ｃを順に積層してなる中継基板本体９４を有する。第１の基板９１ｃに形成された貫通孔の径は、第２の基板９２ｃに形成された貫通孔の径より大きい。
つまり、径の異なる貫通孔が形成された基板を積層することにより、階段状の内周面を有する第２面側凹部９１ｂが形成されている。
【００７５】
そして、第１の基板９１ｃおよび第２の基板９２ｃの内部に形成された第２面側凹部９１ｂ内には、第２面側接続端子９３が形成されている。第２面側接続端子９３は、第１の基板９１ｃの下面（第１面）９４ｂから突出した突出部９３ａを有し、その基部９３ｂは、タングステン層１７ｇ上のニッケルメッキ層により、第２面側凹部９１ｂの内周面に固着されており、かつ、第２面側接続パッド１４ｇ上のニッケルメッキ層により第２面側凹部９１ｂの底面に固着されている。
【００７６】
そして、中継基板本体９４およびプリント基板３０間の熱膨張差により応力が発生すると、その応力を吸収するように第２面側接続端子９３が塑性変形するため、その塑性変形により応力が緩和される。
特に、第２面側凹部９１ｂの内周面は、階段状に形成されているため、応力を内周面の角部Ｐ４およびＰ５の２点に分散させることができる。
したがって、本第４実施形態の中継基板９０を用いれば、第１および第２実施形態の中継基板のように、応力がＰ１の１点に集中し易いものよりも、破壊され難く耐久性の高い中継基板を実現することができる。
【００７７】
ところで、上記第１実施形態では、第２面側接続端子１３を形成するための第２面側接続端子形成工程において、図３および図４に示す治具４０を用いたが、図１２に示す治具６０を用いることもできる。
この治具６０は、第２面側接続端子１３の突出部１３ａの径に対応する径であるとともに、溶融した金属に濡れない内面を有する貫通孔６１を第２面側凹部１１ｂに対応する位置にそれぞれ有する。そして、この治具６０を用いる場合は、図１２に示すように、中継基板本体９を第２面側凹部１１ｂの開口側を上に向けた状態に配置し、各第２面側凹部１１ｂと貫通孔６１とを対応させて治具６０を中継基板本体９の上方に配置する（治具配置工程）。
【００７８】
次に、各貫通孔６１の上方から、高温ハンダボール１３ｅを２ないし３個投入し（金属材料収容工程）、リフロー炉において高温ハンダボール１３ｅを加熱溶融し、その溶融金属を貫通孔６１および第２面側凹部１１ｂ内に保持しつつ冷却し、凝固させて第２面側接続端子１３を成形する（成形工程）。
この方法により形成された第２面側接続端子１３を有する中継基板も上記各実施形態における中継基板と同様に、ＬＧＡ型基板２０およびプリント基板３０間に接続され、発生する応力を第２面側接続端子の塑性変形により緩和できる。
なお、上記第２ないし第４実施形態の第２面側接続端子も、上記治具６０を用いた方法により製造することができる。
【００７９】
なお、第２面側接続端子の先端は、通常、溶融したハンダの表面張力により半球状に形成されるが、平坦面に形成してもよい。
これにより、第２面側接続端子の先端と面接続取付パッドとの接触面積を大きくすることができるため、第２面側接続端子の先端と面接続取付パッドとの粘着力を増大させることができる。
したがって、中継基板を所定箇所に置く際に衝撃が発生したり、中継基板を移動する際や中継基板がハンダリフロー炉内を移動する際に振動が発生したりする場合に、第２面側接続端子の先端と面接続取付パッドとの間で横ずれが生じにくいため、中継基板と基板あるいは取付基板とを確実に接続させることができる。また、第２面側接続端子の先端を平坦面に形成する方法としては、第２面側接続端子の頂部を研磨して除去する方法、第２面側接続端子の頂部をプレス加工する方法などがある。
【００８０】
ところで、上記各実施形態では、本発明の中継基板およびその製造方法としてＩＣチップ搭載基板およびプリント基板間を電気的に接続する場合に用いるものを代表に説明したが、その他の電気回路を有する基板間を電気的に接続するものにも適用することができる。
また、ビアを構成する第２のセラミックグリーンシートを２枚以上のセラミックグリーンシートで構成し、各セラミックグリーンシートそれぞれに貫通孔を形成し、それら貫通孔のそれぞれにビアを形成して積層することもできる。さらに、第２面側凹部を形成する第１のセラミックグリーンシートも貫通孔が形成された２枚以上のセラミックグリーンシートを積層した構成にすることもできる。
【００８１】
さらに、ビアを形成する金属としては、タングステンおよびモリブデン以外の導電性金属、たとえばハンダ材料を用いることもできる。
また、上記各実施形態における第２面側接続端子のように、その基部を第２面側凹部内に固着した形ではなく、中継基板本体の第２面上に基部を固着する構成にすることもできる。この場合、第２面側接続端子の基部は、中継基板本体の貫通孔内に充填されたビアおよびパッドを介して接続され、この構成によっても、第２面側接続端子の塑性変形により応力を緩和できる。
【００８２】
上記各実施形態では、中継基板本体の材質として、アルミナセラミックスを使用した例を示したが、これに限定されることはなく、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素、ムライトその他の材料により形成されるセラミックスを用いることもできる。特に、中継基板本体には、比較的高い応力が掛かるので、破壊強度や靱性の高いものを適宜選択すると良い。また、第１の基板や第２の基板の材質によっては、ガラスエポキシやＢＴレジンなどの合成樹脂系材料を用いても良い。
特に、第１の基板および第２の基板が樹脂製である場合には、中継基板本体も樹脂製にすることが好ましい。また、その際には、中継基板本体の材質を第１の基板、または、第２の基板のいずれか一方と同じ材質にするか、第１の基板および第２の基板の中間の熱膨張係数を有する材質にすることが好ましい。
【００８３】
また、上記各実施形態では、治具４０および治具６０を形成する材料の一例として、カーボンを示したが、使用する溶融金属に対して濡れ性のないものであれば良く、アルミナ、窒化ホウ素、窒化珪素などのセラミックスや、ステンレス、チタンなどの金属であっても良い。
特に、規制板４５は、板状体であるため、ステンレスなどの金属を用いると、割れなどが生じにくく好ましい。また、エッチングにより透孔４４を高精度かつ容易に形成できる点でも好ましい。一方、熱膨張係数を小さくしたり、熱による反りなどを防止するには、セラミックスを用いるのが好ましい。
さらに、上記各実施形態では、治具４０、または、治具６０内に収容された高温ハンダボールを溶融して第２面側接続端子を形成する手法を採用したが、治具内に溶融金属を流し込んで第２面側接続端子を形成する手法を採用することもできる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、面接続パッドが設けられた基板面を有する第１の基板（ＩＣチップ搭載基板）と、面接続取付パッドが設けられた基板面を有するとともに第１の基板の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する第２の基板（プリント基板）との電気的接続の信頼性を高めることができる中継基板およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明第１実施形態の中継基板の製造方法の各工程を示す断面説明図である。
【図２】（Ａ）は、ビアを形成するための導電性金属を第２の貫通孔内に充填する手法を示す説明図であり、（Ｂ）〜（Ｄ）は、第１の貫通孔の内周面にタングステン層を形成する手法を示す説明図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、治具を用いて第２面側接続端子を形成する手法を示す断面説明図である。
【図４】治具の凹部内に第２面側接続端子が形成された状態を示す断面説明図である。
【図５】（Ａ）は中継基板をプリント基板上に接続した状態を示す断面説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す中継基板上にＬＧＡ型基板を接続するところを示す断面説明図である。
【図６】中継基板を介してＬＧＡ型基板およびプリント基板が接続された状態を示す断面説明図である。
【図７】図６の一部を拡大して示す一部拡大断面説明図である。
【図８】中継基板およびプリント基板間に発生した応力により第２面側接続端子が塑性変形した状態を示す説明図である。
【図９】本発明第１実施形態の中継基板の製造工程を示す工程図である。
【図１０】（Ａ）ないし（Ｄ）は、本発明第２実施形態の中継基板の製造方法の各工程を示す断面説明図である。
【図１１】図１０に示す製造工程により製造された中継基板によりＬＧＡ型基板およびプリント基板を接続した構造体の断面の一部を示す断面部分説明図である。
【図１２】第２面側接続端子を形成する他の手法を示す断面説明図である。
【図１３】プリント基板に接続されたＢＧＡ型基板を示す断面部分説明図である。
【図１４】本発明第３実施形態の中継基板を介してＬＧＡ型基板およびプリント基板が接続された状態を示す断面説明図である。
【図１５】本発明第４実施形態の中継基板を介してＬＧＡ型基板およびプリント基板が接続された状態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
９中継基板本体
９ａ第１面
９ｂ第２面
１０ｃ，１０ｄ低融点ハンダ層
１０中継基板
１１第１のセラミックグリーンシート
１１ａ第１の貫通孔
１１ｂ第２面側凹部
１２第２のセラミックグリーンシート
１２ａ第２の貫通孔
１１ｃ第１の基板
１２ｃ第２の基板
１２ｄビア
１３第２面側接続端子
１３ａ突出部
１３ｂ基部
１３ｃ高温ハンダボール（金属材料）
１４ｃ第２面側接続パッド
１４ｄ第１面側接続パッド
２０ＬＧＡ型基板（第１の基板）
３０プリント基板（第２の基板）
４０，６０治具
４１凹部
４５規制板
６１貫通孔[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a relay substrate for electrically connecting a substrate provided with surface connection pads and a substrate formed with surface connection attachment pads, and a manufacturing method thereof, a ceramic substrate on which an IC chip is mounted, It is suitable as a relay substrate that is interposed between a printed circuit board made of resin and electrically connects both substrates, and a method for manufacturing the relay substrate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, BGA (ball grid array) type substrates and LGA (land grid array) type substrates are known as substrates on which IC chips are mounted.
FIG. 13 is a sectional partial explanatory view showing a BGA type substrate connected to a printed circuit board. Surface connection pads (lands) 71 are formed in a lattice or zigzag pattern on the lower surface of the IC chip mounting substrate 70, and ball-shaped terminals 73 are eutectic on the lower surface of each surface connection pad 71. Soldered by the solder 72.
A surface connection mounting pad 74 is formed on the upper surface of the printed circuit board 75 at a position corresponding to the terminal 73, and each surface connection mounting pad 74 is soldered to the ball-shaped terminal 73 by the eutectic solder 72. Yes.
That is, the IC chip mounting substrate 70 in which the terminals 73 are soldered to the respective surface connection pads 71 on the lower surface constitutes a BGA type substrate.
The surface connection pad 71 is made of W (tungsten), and the surface connection attachment pad 74 is made of Cu (copper). Further, the terminal 73 is made of a metal having good wettability such as high-temperature solder, Cu, or Ag.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the IC chip mounting board 70 and the printed board 75 have different thermal expansion coefficients because of different materials. As a result, for example, as shown in FIG. 13, a force that changes in the direction indicated by the arrow F3 acts on the printed board 75 due to heat generated from the power supply unit of the computer having the IC chip mounting board 70 and the printed board 75. The IC chip mounting substrate 70 is subjected to a force that changes in the direction indicated by the arrow F4. That is, when viewed from the ball-shaped terminal 73, the IC chip mounting substrate 70 and the printed circuit board 75 connected to each other tend to change their dimensions in the opposite directions with respect to the plane direction, so the terminals 73, the surface connection pads 71, and the surface connection attachment pads. A shear stress acts on the connection portion 74.
[0004]
Therefore, the soldered portion 76 is broken by the shear stress, and the eutectic solder 72 is detached from the surface connection pad 71, so that the electrical connection failure occurs between the IC chip mounting board 70 and the printed board 75. There is.
The shear stress becomes maximum between the two terminals 73 that are farthest among the terminals 73 that are surface-connected. For example, when the terminals 73 are formed in a lattice shape and the outermost peripheral terminals 73 are formed in a square shape, the largest difference in thermal expansion between the two terminals 73 located on the diagonally outermost periphery of each square. Occurs, and the largest shear stress is applied.
[0005]
In particular, when the IC chip mounting board 70 is made of ceramics and the printed board 75 is made of a resin such as glass epoxy, the thermal expansion coefficient of the printed board 75 (thermal expansion coefficient α = 15 to 20 × 10 6).^-6) Is the coefficient of thermal expansion of the IC chip mounting substrate 70 (α = 8 × 10^-6), The difference in thermal expansion between the two substrates increases.
Therefore, since the shear stress increases, the electrical connection failure is likely to occur.
In this case, cracks often occur in eutectic solder near the surface connection pads on the ceramic IC chip mounting substrate side. This is because the ceramic is hard and difficult to absorb stress, but the resin printed board is relatively soft, and the mounting pad made of Cu or the like formed on the resin printed board is also soft and absorbs stress.
Even when the IC chip mounting substrate and the printed circuit board are formed of a resin having the same thermal expansion coefficient, the IC chip is compared with the entire substrate due to the copper wiring formed inside the IC chip mounting substrate. There is a difference in the coefficient of thermal expansion between the mounting board and the printed board.
In addition, since the resin-made IC chip mounting substrate is softer and easier to deform than the case of ceramic, it is easily affected by the thermal expansion of the mounted IC chip. As a result, even if the IC chip mounting substrate and the printed circuit board are formed of the same resin, the thermal expansion coefficient of the printed circuit board is the portion directly below the IC chip mounting substrate made of resin. May be different.
As described above, even when a resin printed circuit board is connected in the same manner as a resin IC chip mounting board, the effect of internal wiring and the mounted IC chip affects the relationship between the IC chip mounting board and the printed circuit board. A difference in thermal expansion occurs between the two, resulting in problems such as poor connection between the two.
Although it is conceivable to increase the adhesion strength between the IC chip mounting substrate 70 and the printed circuit board 75, the eutectic solder 72 in the vicinity of the surface connection pad 71 is fatigued by metal due to repeated thermal stress, and cracks are formed. The crystal solder 72 is destroyed and an electrical connection failure occurs.
That is, the conventional BGA type substrate has a problem that the reliability of electrical connection between the IC chip mounting substrate 70 and the printed circuit board 75 is low.
[0006]
Therefore, the present invention has a first substrate (IC chip mounting substrate 70) having a substrate surface provided with surface connection pads (pads 71), a substrate surface provided with surface connection attachment pads, and a first surface. It is an object of the present invention to provide a relay substrate and a method for manufacturing the same that can increase the reliability of electrical connection with a second substrate (printed circuit board 75) having a thermal expansion coefficient different from that of the substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objectives,
  In the first aspect of the invention, the first substrate having the substrate surface provided with the surface connection pads, the substrate surface provided with the surface connection attachment pads, and the thermal expansion coefficient of the first substrate are A relay board interposed between a second board having a different coefficient of thermal expansion and electrically connecting the surface connection pad and the surface connection mounting pad;
  A relay board body made of an electrically insulating material, having a substantially plate shape having a first surface and a second surface;
  Formed on the second surface side toward the first surface sideThe inner peripheral surface is formed in a stepped shape, and a metallized layer is formed on the inner peripheral surface.A second surface side recess,
  A second surface that is fixed to the bottom surface and the inner peripheral surface of the second surface side concave portion and that has a tip projecting from the second surface and is electrically connected to the surface connection mounting pad. Surface-side connection terminals,
  A via that is formed inside the relay substrate body, and electrically connects the second surface side connection terminal and the surface connection pad;
  The technical means of having
[0010]
  Claim2In the invention described in claim1In the relay board described, the second surface side connection pad is formed on the bottom surface of the second surface side recess, and electrically connects the second surface side connection terminal and the via,
  A first surface side connection pad that is formed on the first surface side and electrically connects the via and the surface connection pad;
  The technical means of having
[0011]
  Claim3In the invention described in claim 1,OrClaim2In the relay substrate described above, a technical means is adopted in which the protruding portion of the second surface side connection terminal is formed in a column shape whose protruding height is larger than the maximum diameter of the protruding portion.
[0012]
  Claim4In the invention described in claim 1, claims 1 to3In the relay board according to any one of the above, a technical means is adopted in which the second surface side connection terminal is formed of a soft metal.
[0013]
  Claim5In the invention described in claim2Or claims4In the relay board according to any one of the above, the upper surface of the first-surface-side connection pad and the tip of the second-surface-side connection terminal are more than the melting points of the second-surface-side second-surface-side connection terminals, respectively. The technical means that the low melting point metal layer is formed of the metal having a low melting point is adopted.
[0014]
  Claim6In the invention described in claim 1, claims 1 to5In the relay board according to any one of the above, the technical means that the relay board body has substantially the same thermal expansion coefficient as that of the first board is adopted.
[0015]
  Claim7In the invention described in claim 1, claims 1 to6In the relay substrate according to any one of the above, the first substrate is made of a ceramic material,
  The relay board main body adopts technical means that it is made of substantially the same ceramic material as the first substrate.
[0016]
  Claim8In the invention described in claim 1, claims 1 to7In the relay board according to any one of the above, a technical means that the diameter of the via is smaller than the diameter of the concave portion on the second surface side is adopted.
[0017]
  Claim9In the invention described in claim 1, claims 1 to8A relay board manufacturing method according to any one of the above,
  A first through hole is formed in the first ceramic green sheet, and a second through hole is formed at a portion corresponding to the first through hole of the second ceramic green sheet laminated with the first ceramic green sheet. A through hole forming step to be formed;
  A via formation step of forming the via in the second through hole of the second ceramic green sheet;
  A metallized layer forming step of forming a metallized layer in the first through hole;
  The second ceramic green sheet that has undergone the via formation step and the first ceramic green sheet that has undergone the through-hole formation step correspond to the via and the first through-hole, and the first through-hole Laminating step of laminating in such a state that one end of the second surface side recess is formed by being closed by the first ceramic green sheet;
  A firing step of firing and integrating the first and second ceramic green sheets that have undergone the lamination step to form the relay substrate body;
  A second surface side connection terminal forming step of forming the second surface side connection terminal inside the second surface side recess of the relay substrate body that has undergone the firing step;
  The technical means of having
[0018]
  Claim10In the invention described in claim9The method of manufacturing a relay board according to claim 1, further comprising a connection pad forming step of forming the first surface side connection pad and the second surface side connection pad on the second ceramic green sheet having undergone the via formation step. Adopt means.
[0019]
  Claim11In the invention described in claim9Or claims10In the method for manufacturing a relay board according to claim 2, the second surface side connection terminal forming step includes:
  A jig having a shape corresponding to the shape of the protruding portion of the second surface side connection terminal and having a concave portion having an inner surface not wetted by molten metal at a position corresponding to the second surface side concave portion, A metal material containing step of containing a metal material for forming the second surface side connection terminal in the concave portion of the jig;
  A jig placement step of placing the jig that has undergone the metal material accommodation step in a state where the concave portion is positioned below the second surface side concave portion of the relay substrate body formed by the firing step;
  The metal material accommodated in each recess of the jig that has undergone the jig placement step is melted, cooled and solidified while being held in the recess and the second surface side recess. The technical means of having a molding step of molding the second surface side connection terminal is adopted.
[0020]
  Claim12In the invention described in claim10Or claims11In the relay board manufacturing method according to claim 2, the second surface side connection terminal molding step includes:
  A jig having a diameter corresponding to the diameter of the protruding portion of the second surface side connection terminal and having a through hole having an inner surface that is not wetted by the molten metal at a position corresponding to the second surface side recess, Jig arrangement step of arranging in the state in which the through hole is located above the second surface side recess of the relay substrate body in the state where the opening side of the second surface side recess is directed upward. When,
  A metal material housing step of housing a metal material for forming the second surface side connection terminal in the through hole of the jig that has undergone the jig placement step;
  The metal material accommodated in the through hole of the jig that has undergone the metal material accommodation step is melted, cooled and solidified while being held in the through hole and the second surface side recess. A molding step of molding the second surface side connection terminal;
  The technical means of having
[0021]
  Claim13In the invention described in claim9Or claims12In the method of manufacturing a relay board according to any one of the above, the first surface side connection pad and the tip of the second surface side connection terminal that have undergone the second surface side connection terminal forming step are respectively connected to the first surface side connection terminal. The technical means of having a low-melting-point metal layer forming step of forming a low-melting-point metal layer with a metal having a melting point lower than the melting point of the two-side connection terminals is adopted.
[0022]
[Action]
  Due to the difference in thermal expansion coefficient between the first and second substrates, when the two substrates change their dimensions in the opposite directions in the plane direction, stress is generated at the connection portion between the first and second substrates and the relay substrate.
  However, claims 1 to13The above stress can be relieved as follows by using the relay substrate described in (1).
  The relay substrate body is made of an electrically insulating material and is formed on the second surface side thereof toward the first surface side.The inner peripheral surface is stepped and a metallized layer is formed on the inner peripheral surface.And a second surface side recess. A second surface side connection terminal is fixed to the bottom surface and the inner peripheral surface of the second surface side concave portion, and the tip portion protrudes from the second surface in the second surface side concave portion. The second surface side connection terminals are electrically connected to the surface connection mounting pads of the second substrate. In addition, vias that electrically connect the second surface side connection terminals and the surface connection pads of the first substrate are formed inside the relay substrate body.
  In other words, the relay board and the surface connection attachment pad of the second board are electrically connected by the second surface side connection terminal protruding from the second surface of the relay board body, and the surface connection between the relay board and the first board is made. The pads are electrically connected by vias formed inside the relay substrate body.
[0023]
  Therefore, assuming that the connection portion between the second surface side connection terminal and the surface connection mounting pad is a fulcrum, the force that the first and second substrates try to change their dimensions in the opposite directions in the plane direction is centered on the fulcrum. Thus, it is converted into a rotational moment to rotate the relay board main body.
  Due to the generated rotational moment, the protruding portion of the second surface side connection terminal is deformed (for example, plastic deformation), and the stress is relieved by this deformation.
  Further, since the second surface side connection terminal is fixed to the bottom surface and the inner peripheral surface of the second surface side recess, the stress acts in a direction perpendicular to the fixed inner peripheral surface. The relay board body is difficult to break. Furthermore, since the second surface side connection terminal is fixed to the bottom surface and the inner peripheral surface of the second surface side recess, for example, than the case where the second surface side connection terminal is fixed to the flat portion of the second surface, The fixed part is difficult to peel off.
  Further, since the inner peripheral surface of the second surface side recess is formed in a stepped shape, the stress is distributed to a plurality of corner portions (see P4 and P5 in FIG. 15) where the connection terminal and the inner peripheral surface are in contact. Therefore, the durability of the relay board main body can be improved as compared with the case where it concentrates on one corner.
  As described above, claims 1 to13According to the relay board described in (1), since the stress generated by the difference in thermal expansion between the first and second boards can be relieved, the occurrence of poor electrical connection between the first and second boards is reduced. be able to.
[0026]
  Further, the portion protruding from the second surface of the second surface side connection terminal is,3It is preferable that the protruding portion is formed in a columnar shape larger than the maximum diameter of the protruding portion.
  That is, when the protruding portion is, for example, spherical or hemispherical, the maximum diameter of the protruding portion is increased by increasing the protruding height in order to widen the distance between the first and second substrates. Therefore, the distance (pitch) between adjacent connection terminals is limited.
  However, as described above, when the shape of the protruding portion is a columnar shape, the protruding height can be increased without changing the diameter of the protruding portion, and thus the above limitation can be eliminated. Even if the number of connection terminals is increased, the above limitation can be prevented by reducing the diameter.
  Moreover, generally, the higher the protrusion height of the second surface side connection terminal, the more the stress can be absorbed.
  However, the distance between the relay board and the resin printed board is usually limited.
  Therefore, it is preferable that the protruding height of the second surface side connection terminal is set according to the magnitude of the thermal expansion difference between the second substrate and the relay substrate body.
  That is, the greater the difference in thermal expansion between the relay board body and the second board, the greater the stress generated between them, so that the second surface side connection terminal for electrically connecting the relay board body and the second board Since the magnitude of the rotational moment can be changed by setting the protruding height corresponding to the magnitude of the thermal expansion difference, stress relaxation corresponding to the magnitude of stress can be performed. It is.
[0027]
  In addition, the second surface side connection terminal is a claim.4As described in the invention described above, it is preferably formed of a soft metal.
  That is, the stress can be absorbed by deformation of the connection terminal, for example, plastic deformation.
  Here, the soft metal is a soft metal that absorbs the stress by deformation. For example, lead (Pb), tin (Sn) and zinc (Zn), alloys containing these as main components, and Pb- Sn-based high-temperature solder (for example, Pb90% -Sn10% alloy, Pb95% -Sn5% alloy, etc.), white metal, high-purity copper (Cu), silver (Ag), and the like.
[0028]
Furthermore, in the second aspect of the invention, the second surface side connection pad is formed on the bottom surface of the second surface side recess and electrically connects the second surface side connection terminal and the via. Even when the second surface side connection terminal is made of a material that is difficult to adhere to the bottom surface of the second surface side recess, the second surface side connection terminal and the via can be electrically connected by the second surface side connection pad.
For example, when the second surface side connection terminal is a high temperature solder and the bottom surface of the second surface side recess is alumina ceramic, the alumina ceramic has poor wettability to the molten high temperature solder, but the second surface side recess Since the wettability is improved by forming the second surface side connection pad made of tungsten on the bottom surface, the second surface side connection terminal and the via can be electrically connected.
In addition, since the first surface side connection pad is formed on the first surface side and electrically connects the via and the surface connection pad, the material for electrically connecting the via and the surface connection pad is fixed to the via. Even in the case of difficult properties, the material and the via can be electrically connected by the first surface side connection pad.
[0029]
  The first surface side connection pad and the second surface side connection pad are claimed in claim10As described above, the first surface-side connection pad and the second surface-side connection pad can be formed on the second ceramic green sheet that has undergone the via formation step by the connection pad formation step.
[0030]
  Claims5As described in the invention described above, a low melting point metal layer is formed on the upper surface of the first surface side connection pad and the tip of the second surface side connection terminal by a metal having a melting point lower than the melting point of the second surface side connection terminal. Is preferably formed.
  That is, since the low melting point metal layer is formed at the connection portion between the surface connection pad and the surface connection attachment pad, for example, when connecting the relay substrate in the manufacturer of the first substrate or the second substrate It is not necessary to provide a facility for applying a low melting point metal (for example, a low melting point solder paste) to the tips of the first surface side connection pads and the second surface side connection terminals.
[0031]
  The low melting point metal layer is claimed in claim13As described in the invention, the upper surface of the first surface side connection pad and the tip of the second surface side connection terminal that have undergone the second surface side connection terminal formation step are lower than the melting points of the second surface side connection terminals, respectively. It is formed by a low melting point metal layer forming step of forming a low melting point metal layer with a metal having a melting point.
[0032]
  And claims6As described above, it is preferable that the relay board body has a thermal expansion coefficient substantially the same as that of the first board.
  That is, since there is almost no difference in thermal expansion between the first substrate and the relay substrate body, almost no stress is generated. On the other hand, since the distance between the relay board main body and the second board is made relatively large by the second surface side connection terminals, the stress between the relay board main body and the second board is relaxed.
[0033]
  In particular, the claims7As described above, it is preferable that the first substrate is made of a ceramic material, and the relay substrate body is made of a ceramic material that is substantially the same as the first substrate.
  In other words, ceramics have high strength and heat resistance, so that deformation and the like do not occur even when repeatedly heated by rework.
[0034]
  Claims8As described in the invention, the diameter of the via is preferably smaller than the diameter of the second surface side recess.
  In other words, the via is placed, for example, on a stainless steel sheet with a ceramic green sheet in which a through hole is formed as described in an embodiment of the invention described later, and the inside of the through hole is filled with paste-like tungsten. It is formed by peeling the sheet and sintering the tungsten powder during firing of the ceramic green sheet. When the diameter of the through hole (via diameter) is large, the filled tungsten paste is peeled off when the sheet is peeled off. May stick to the sheet or drop off, making filling difficult.
[0035]
  Next, the above claims 1 to8The relay board according to any one of claims 1 to 5,9Manufactured by the manufacturing method described in 1. above.
  First, in the through hole forming step, the first through hole is formed in the first ceramic green sheet, and the portion corresponding to the first through hole of the second ceramic green sheet laminated with the first ceramic green sheet The second through hole is formed in Next, in the via formation step, a via is formed inside the second through hole of the second ceramic green sheet, and in the metallization layer formation step, a metallization layer is formed in the first through hole.
  That is, a metallized layer is formed in the first through hole in order to fix the second surface side connection terminal in the first through hole (second surface side recess) in the subsequent second surface side connection terminal forming step. To do.
[0036]
Next, in the laminating step, the second ceramic green sheet that has undergone the via formation step and the first ceramic green sheet that has undergone the through-hole formation step are associated with the via and the first through-hole, and the first ceramic green sheet The through holes are laminated in a state in which one end of the through hole is closed by the second ceramic green sheet to form a second surface side recess.
That is, in order to electrically connect the second surface side connection terminal fixed in the second surface side concave portion and the via formed in the second through hole in the second surface side connection terminal forming step later. Then, the first and second ceramic green sheets are laminated so that the first and second through holes correspond to each other. Moreover, in order to form the 2nd surface side recessed part for forming a 2nd surface side connection terminal in a 2nd surface side connection terminal formation process of the latter, the one end of a 1st through-hole is by a 2nd ceramic green sheet. The layers are stacked so as to be closed to form the second surface side recesses.
[0037]
Next, in the firing step, the first and second ceramic green sheets that have undergone the lamination step are fired and integrated to form a relay substrate body, and in the second surface side connection terminal formation step, the relay substrate body that has undergone the firing step A second surface side connection terminal is formed inside the second surface side recess.
That is, by firing the laminated first and second ceramic green sheets, a ceramic relay substrate body is formed, and the second surface side is formed in the second surface side recess formed in the relay substrate body. A connection terminal is formed.
[0038]
  In particular, the second surface side connection terminal forming step is as follows.11Can be produced according to the invention described in 1. above.
  First, in the metal material accommodation step, a shape corresponding to the shape of the protruding portion of the second surface side connection terminal and a recess having an inner surface not wetted by the molten metal are provided at a position corresponding to the second surface side recess. Using a jig, a metal material for forming the second surface side connection terminal is accommodated in the concave portion of the jig.
  That is, a jig for forming the second surface side connection terminal is prepared, and a metal material as a raw material for forming the second surface side connection terminal is accommodated in the concave portion of the jig.
[0039]
Next, in the jig arranging step, the jig in which the metal material is accommodated in the concave portion is arranged in a state where the concave portion is located below the second surface side concave portion of the relay substrate body formed by the firing step.
That is, the jig is arranged so that the concave portion is located at a position corresponding to the concave portion on the second surface side of the relay substrate body, so that the posture for forming the second surface side connection terminal is arranged.
Next, in the molding process, the metal material accommodated in each recess of the jig that has undergone the jig placement process is melted, and the molten metal thus melted is cooled while being held in the recess and the second surface side recess. The second surface side connection terminals are formed by solidification.
That is, the molten metal in the recess is maintained in a state of reaching the bottom surface of the second surface side concave portion, and in this state, the molten metal is cooled and solidified to be fixed to the bottom surface and inner peripheral surface of the second surface side concave portion. Thus, the second surface side connection terminal can be formed with the tip portion protruding from the second surface of the relay substrate body.
[0040]
  Claims11Instead of the second surface side connection terminal forming step described in claim12Can also be used.
  First, the above claims11In the jig arranging step described in the above, the jig is arranged in a state where the concave portion is positioned below the concave portion on the second surface side of the relay substrate body. In the jig arranging step in the second surface side connecting terminal forming step, The second surface side concave portion of the relay board body with the through hole having a diameter corresponding to the diameter of the protruding portion of the second surface side connection terminal facing the opening side of the second surface side concave portion upward It arrange | positions in the state in which a through-hole is located above.
  In other words, the jig is placed in a state where the through hole is located above the second surface side recess of the relay substrate body with the opening side of the second surface side recess facing upward, Prepare the system to accommodate the material in the through hole.
[0041]
In the metal material accommodation step, a metal material for forming the second surface side connection terminal is accommodated in the through hole of the jig that has undergone the jig arrangement step, and in the forming step, the metal material that has undergone the metal material accommodation step The metal material accommodated in the through hole is melted, and the melted molten metal is cooled while being held in the through hole and the second surface side recess, and solidified to form the second surface side connection terminal.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of a relay board and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional explanatory views showing each step of the method of manufacturing the relay board according to the first embodiment. FIG. 2A is an explanatory view showing a method of filling a conductive metal for forming a via in the second through hole of the second ceramic green sheet, and FIGS. It is explanatory drawing which shows the method of forming a metallization layer in the internal peripheral surface of the 1st through-hole of a 1st ceramic green sheet. FIG. 9 is a process diagram illustrating a manufacturing process of the relay board manufacturing method according to the first embodiment.
[0043]
First, a first embodiment of the relay board manufacturing method according to the present invention will be described.
First, the first ceramic green sheet 11 and the second ceramic green sheet 12 are formed using a known ceramic green sheet forming technique, and the first ceramic green sheet 11 and the second ceramic green sheet 12 are formed using a punching apparatus as shown in FIG. A first through hole 11a is formed in the ceramic green sheet 11 and a second through hole 12a is formed in the second ceramic green sheet 12 (step 10 in FIG. 9). The second through hole 12a has a diameter smaller than that of the first through hole 11a, and the first through hole is obtained when the second ceramic green sheet 12 is laminated on the upper surface of the first ceramic green sheet 11. It is formed at a position included in the upper opening surface of the hole 11a.
[0044]
Next, a conductive metal that forms a via is filled in the second through hole 12a of the second ceramic green sheet 12.
This filling is performed, for example, by the method shown in FIG. First, the second ceramic green sheet 12 is placed on the stainless steel sheet 18 placed on the table 19b. A through hole 18a is formed in the sheet 18 at a position corresponding to the second through hole 12a, and the second ceramic green sheet 12 is placed so that the second through hole 12a and the through hole 18a coincide with each other. It is done. Further, a hard paste-like conductive metal 12b for forming a via is applied to the lower surface of the sheet 18 in a mat shape.
[0045]
Then, the upper surface of the second ceramic green sheet 12 is pressurized by the load plate 19a in the direction indicated by F1 in the figure. Then, due to the applied pressure, the conductive metal 12b flows into the second through hole 12a of the second ceramic green sheet 12 through the through hole 18a of the sheet 18, and as shown in FIG. The conductive metal 12b is filled into the second through hole 12a (step 12).
The second through hole 12a can be filled with the conductive metal 12b by screen printing. By the way, in the first embodiment, alumina ceramics is used as a material for forming the first and second ceramic green sheets 11 and 12. As the conductive metal 12b, a paste obtained by mixing a conductive metal powder such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) with a solvent or a resin is used.
[0046]
On the other hand, in order to fix the base portion 13b of the second surface side connection terminal 13 to the inner surface of the first through hole 11a of the first ceramic green sheet 11 later in the process shown in FIG. A tungsten metal layer as a metallization layer is formed.
As shown in FIG. 2 (B), the tungsten paste 17 is evacuated into the first through hole 11a formed in the first ceramic green sheet 11 in the direction indicated by the arrow F2 in the drawing, and the tungsten paste 17 is removed. The tungsten layer 17a is formed on the inner peripheral surface 11d of the first through-hole 11a, as shown in FIG. 3C, applied to the inner peripheral surface 11d of the first through-hole 11a.
At this time, a protruding portion 17c of the tungsten layer is formed from the edge of the lower opening surface of the first through hole 11a to the lower surface of the first ceramic green sheet 11, but as shown in FIG. The portion 17c may be removed by polishing.
[0047]
Next, a second surface side connection pad 14a made of tungsten is formed on the lower surface of each conductive metal 12b, and a first surface side connection pad 14b made of tungsten is formed on the upper surface by screen printing (step 16). Next, as shown in FIG. 1C, the second ceramic green sheet 12 is laminated on the upper surface of the first ceramic green sheet 11. At this time, the upper (one end) opening surface of the first through hole 11a is closed by the second surface side connection pad 14a on the lower surface of the second ceramic green sheet 12, and the first ceramic green sheet 11 has a lower surface on the lower surface. Lamination is performed so that the two-surface-side recess 11b is formed (step 18).
Next, the laminated first and second ceramic green sheets 11 and 12 are fired in a reducing atmosphere at a maximum temperature of about 1,550 ° C. and integrated (step 20). By this firing, the first and second ceramic green sheets 11 and 12 are obtained as the first and second substrates 11c and 12c made of ceramic, respectively. Subsequently, nickel plating is performed on the metallized layer and the bottom surface of the inner peripheral surface of the second surface side recess 11b to form a nickel plated layer 14h (step 22). Through these steps, as shown in FIG. 1D, the relay substrate body 9 in which the second substrate 12c is laminated on the first substrate 11c is completed.
[0048]
In the first embodiment, the relay board body 9 is formed in a substantially square shape having a thickness of 0.3 mm and a side of 25 mm. The inner diameters of the first and second through holes 11a and 12a are 0.8 mm and 0.2 mm, respectively.
Therefore, when the sheet 18 is removed after the second through-hole 12a of the second ceramic green sheet 12 is filled with the conductive metal 12b in step 12, a part of the filled conductive metal 12b is stuck on the sheet 18. It is possible to reduce the filling failure of the conductive metal caused by sticking or falling off.
Further, a total of 361 second surface side recesses 11b are formed in a lattice shape with a pitch of 1.27 mm, each of 19 in the vertical and horizontal directions.
Note that a gold plating step may be provided after the plating step, and a gold plating layer for preventing oxidation may be formed on the nickel plating layer.
[0049]
Next, as shown in FIG. 1 (D), a columnar first member fixed to the bottom surface and the inner peripheral surface of each second surface side recess 11b of the first substrate 11c and having a tip projecting from the second surface. Two side connection terminals 13 are formed.
Here, the formation method of the 2nd surface side connection terminal 13 is demonstrated with reference to FIG. 3 and FIG.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional explanatory views showing a process of forming the second surface side connection terminal 13, and FIG. 4 is a cross sectional description showing a state in which the second surface side connection terminal 13 is formed. FIG.
The jig 40 shown in FIG. 3 is used to form the second surface side connection terminals 13. The jig 40 is made of a material that has heat resistance and does not wet the molten high-temperature solder, for example, carbon. As shown in FIG. 3B, a recess 41 is formed at a position corresponding to each second surface side recess 11b when the jig 40 is arranged below the relay substrate body 9. The recess 41 is formed in a shape corresponding to the outer shape of the second surface side connection terminal 13 and is formed in a columnar shape having a conical bottom. Further, a gas vent hole 42 is formed penetrating from the center of the bottom of the recess 41 toward the bottom surface of the jig 40.
In the first embodiment, the maximum diameter of the recess 41 is 0.9 mm and the maximum depth is 1.95 mm. The diameter of the gas vent hole 42 is 0.2 mm.
[0050]
First, as shown in FIG. 3A, two high-temperature solder balls 13c made of high-temperature solder (Pb 90% -Sn 10%), which is a metal material of the present invention, are put into each recess 41 of the jig 40. Next, high-temperature solder balls 13d made of high-temperature solder having a diameter slightly larger than the maximum diameter of the recess 41 are placed on the upper ends of the recesses 41 (metal material accommodation step of the present invention, step 24).
The high-temperature solder ball 13d is placed by the following method.
That is, as shown in FIG. 3A, a regulating plate 45 having a through hole (through hole) 44 having a diameter slightly larger than the diameter of the high-temperature solder ball 13d is prepared, and this is placed above the jig 40. Deploy. When the high-temperature solder balls 13d are scattered on the restriction plate 45 and held and shaken so that the positional relationship between the jig 40 and the restriction plate 45 does not shift, the high-temperature solder balls 13d roll on the restriction plate 45 one after another. It falls into the through-hole 44 and cannot move. When the high-temperature solder balls 13d drop into all the through holes 44, the unnecessary high-temperature solder balls 13d on the regulation plate 45 are removed, so that the upper edge of each recess 41 is formed as shown in FIG. A high-temperature solder ball 13d can be placed.
[0051]
At this time, as shown in FIG. 3A, the high-temperature solder balls 13c and the high-temperature solder balls 13d already placed in the recess 41 do not come into contact with each other, and both high-temperature solder balls are not melted when the high-temperature solder described later is melted. The space is slightly spaced to make contact.
That is, when the high-temperature solder ball 13d is pushed up by the head of the high-temperature solder ball 13c below the high-temperature solder ball 13d, the high-temperature solder ball 13d is separated from the upper edge of the recess 41 and becomes unstable. By keeping a space from the high-temperature solder ball 13d, the high-temperature solder ball 13d comes into close contact with the upper edge of the recess 41 and does not move (or hardly moves).
As a result, as shown in FIG. 3B, the positioning when the lower end edge of the second surface side recess 11b of the relay board body 9 is placed on the head of the high-temperature solder ball 13d is facilitated.
[0052]
Then, as shown in FIG. 3B, the jig 40 is arranged so that the lower end of the second surface side concave portion 11b of the relay substrate body 9 is placed on the head of each high-temperature solder ball 13d (the jig of the present invention). Placement step, step 26). Next, the relay substrate body 9 is pressed toward the upper surface 43 of the jig 40 (downward) by a load plate (not shown).
Next, they are put into a reflow furnace, and the high temperature solder balls 13c, 13c, 13d are melted in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 360 ° C. and a maximum temperature holding time of 1 minute (step 28).
Then, the molten high-temperature solder 13d flows into the second surface side concave portion 11b of the relay substrate body 9 pushed downward, and the tungsten layer 17b formed on the inner peripheral surface of the second surface side concave portion 11b and It welds with the 2nd surface side connection pad 14d formed in the bottom face of the 2nd surface side recessed part 11b.
[0053]
Further, the high-temperature solder balls 13c and 13c are melted in the concave portion 41, and are welded and integrated with the melted high-temperature solder 13d. Thereby, the 2nd surface side connection terminal 13 is shape | molded inside the recessed part 41. As shown in FIG.
Note that when the high-temperature solder balls 13 c, 13 c, and 13 d are melted, the air trapped in the recess 41 is released to the outside of the jig 40 through the gas vent hole 42.
Subsequently, when the high-temperature solder is solidified by cooling, as shown in FIG. 4, the base portion 13 b is fixed to the inner peripheral surface and the bottom surface of the second surface side concave portion 11 b, and the projecting portion 13 a is The second surface side connection terminal 13 protruding from the second surface 9b is formed. When the jig 40 is removed, as shown in FIG. 1D, a plurality of second surface side connection terminals 13 are formed so as to protrude from the second surface (lower surface) 9b of the relay board main body 9. The relay substrate 10 in which the first surface side connection pads 14d are formed on the surface (upper surface) 9a is completed (the molding step of the present invention, step 30). The 2nd surface side connection terminal 13 is formed in the substantially cylindrical shape corresponding to the internal peripheral surface shape of the recessed part 41, and the lower part (top part) is formed in the substantially hemispherical shape.
[0054]
In the first embodiment, the high-temperature solder ball 13c has a diameter of 0.8 mm, and the high-temperature solder ball 13d has a diameter of 1.0 mm. Moreover, the thickness of the regulation plate 45 is 0.5 mm, and the diameter of the through hole 44 is 1.2 mm.
Further, the protruding portion 13a indicating the portion protruding from the second surface 9b of the relay substrate body 9 has a transverse cross-sectional diameter (maximum diameter) of 0.88 mm, a protruding height H of 1.75 mm, and a protruding height. Is larger than the diameter.
[0055]
By the way, the process 10 corresponds to the through hole forming process of the present invention, and the process 12 corresponds to the via forming process. Step 14 corresponds to a metallized layer forming step, and step 18 corresponds to a lamination step. Further, step 20 corresponds to the firing step, and steps 26 to 30 correspond to the second surface side connection terminal forming step.
[0056]
Next, a method for connecting the relay substrate 10 manufactured by the above manufacturing method to the LGA type substrate and the printed circuit board will be described with reference to FIGS.
FIG. 5A is a cross-sectional explanatory view showing a state in which the relay board 10 is connected to the printed board, and FIG. 5B is a diagram in which an LGA type board is connected to the relay board 10 shown in FIG. It is sectional explanatory drawing which shows the place to do. 6 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which the LGA type substrate and the printed board are connected via the relay substrate 10, and FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional explanatory view showing a part of FIG. is there. FIG. 8 is an explanatory view showing a state in which the second surface side connection terminal 13 is deformed by the stress generated between the relay board 10 and the printed board.
5 and 6, the part indicated by a broken line is a part where the intermediate part of the relay substrate 10 is omitted.
[0057]
The printed circuit board 30 used in the first embodiment has a substantially square shape with a thickness of 1.6 mm and a side of 30 mm, and is formed of glass epoxy (JIS: FR-4). Surface connection attachment pads 32 are formed at positions corresponding to the second surface side connection terminals 13. The surface connection mounting pads 32 are made of copper (Cu) having a thickness of 25 μm, have a diameter of 0.72 mm, and are formed in a total of 361 in the form of a grid with a pitch of 1.27 mm and 19 in each of vertical and horizontal directions.
[0058]
The LGA substrate 20 is made of alumina ceramic, and has an IC chip housing portion 23 for housing an IC chip. A surface connection pad 22 is formed on the lower surface 21 of the LGA substrate 20. The surface connection pads 22 have a diameter of 0.86 mm, and are formed in a total of 361, 19 in each of the vertical and horizontal directions, in a lattice shape with a pitch of 1.27 mm. The surface connection pad 22 is subjected to electroless Ni—B plating on the underlying molybdenum (Mo) layer, and is further subjected to thin electroless gold plating to prevent oxidation.
Furthermore, the thermal expansion coefficient α of the printed circuit board 30 is 15 to 20 × 10.^-6And the thermal expansion coefficient α of the LGA substrate 20 and the relay substrate α = 8 × 10^-6It is.
[0059]
First, the low melting point solder paste 10a is applied to the protrusion 13a of the second surface side connection terminal 13 and the low melting point solder paste 10b is applied to the first surface side connection pad 14d to a thickness of 250 μm (the low melting point of the present invention). Metal layer forming step). Next, as illustrated in FIG. 5A, the relay board 10 is placed on the printed board 30. At this time, the surface connection attachment surface connection attachment pad 32 formed on the printed circuit board 30 and the protrusion 13 a of the second surface side connection terminal 13 are aligned. Thereby, the relay substrate 10 and the printed circuit board 30 are temporarily fixed by the adhesive force of the low melting point solder paste 10a.
Next, the LGA type substrate 20 is placed on the relay substrate 10. At this time, the surface connection pad 22 formed on the lower surface of the LGA type substrate 20 and the first surface side connection pad 14d are aligned. Thereby, the LGA type | mold board | substrate 20 and the relay board | substrate 10 will be in the state temporarily fixed by the adhesive force of the low melting-point solder paste 10b.
[0060]
Next, the connected LGA type substrate 20, relay substrate 10 and printed circuit board 30 are put into a reflow furnace, and low melting point solder is used in a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 218 ° C (holding time of 200 ° C or more is 2 minutes). The pastes 10a and 10b are melted to form low melting point solder layers 10c and 10d as shown in FIGS. Thereby, as shown in the figure, the surface connection pad 22 is soldered to the first surface side connection pad 14d, and the protrusion 13a of the second surface side connection terminal 13 is soldered to the surface connection attachment pad 32.
In the first embodiment, as the low melting point solder pastes 10a and 10b, eutectic solder paste having a melting point lower than that of the high temperature solder forming the second surface side connection terminals 13 is used. Thereby, when the low melting point solder pastes 10a and 10b are melted in the reflow furnace, the second surface side connection terminals 13 are not melted.
Thus, the LGA type substrate 20 and the printed circuit board 30 are electrically connected via the relay substrate 10. A distance L (see FIG. 7) between the lower surface of the relay substrate 10 and the upper surface 31 of the printed circuit board 30 is 0.44 mm.
Since the low melting point solder pastes 10a and 10b contain flux, the surface connection pads 22 and the surface connection mounting pads 32 may not be oxidized by a gold plating layer or the like.
[0061]
Then, in an electronic device having the LGA substrate 20, the relay substrate 10 and the printed circuit board 30, for example, a computer, when heat generated from the power supply unit etc. is transferred to the LGA substrate 20, the relay substrate 10 and the printed circuit board 30, the relay is performed. Due to the difference in thermal expansion based on the difference in material between the board 10 and the printed board 30, a stress is generated between the boards. As shown in FIG. 7, this stress is caused by contact portions P <b> 1 and P <b> 2 where the base portion 13 b of the second surface side connection terminal 13 contacts the inner peripheral surface of the second surface side recess portion 11 b and the second surface side connection terminal 13. It occurs at the connecting portion between the protruding portion 13a and the low melting point solder layer 10c.
However, since the protruding portion 13a is formed of high-temperature solder and is soft, it is easily plastically deformed by the stress as shown in FIG. 8, and the stress is relieved by the plastic deformation of the protruding portion 13a.
Therefore, there is no possibility that the low melting point solder layers 10c and 10d are destroyed.
Further, since the LGA substrate 20 and the relay substrate 10 are made of the same material and no difference in thermal expansion occurs, almost no stress is generated between the LGA substrate 20 and the relay substrate 10. For this reason, conventionally, cracks do not occur in the low melting point solder layer 10d where cracks are most likely to occur, and there is no possibility of being broken.
[0062]
As described above, since the LGA substrate 20 and the printed circuit board 30 are electrically connected using the relay substrate 10 of the first embodiment, stress generated by the difference in thermal expansion between the substrates can be absorbed. As described above, there is no possibility that the connection portion between the LGA type substrate and the printed circuit board is broken and an electrical connection failure occurs.
Therefore, if the relay board 10 and the manufacturing method thereof according to the first embodiment are used, the reliability of the electrical connection between the LGA type board 20 and the printed board 30 can be improved.
Further, even when the magnitude of the stress generated differs depending on the substrate to which the relay substrate 10 is connected, the depth of the concave portion 41 of the jig 40 is adjusted and the protruding height of the second surface side connection terminal 13 is changed. You can deal with it. For example, when the stress is large, the protruding height of the second surface side connection terminal 13 is increased, and when the stress is small, it is decreased.
[0063]
Next, the relay board and the manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The relay board and the manufacturing method thereof according to the second embodiment are characterized in that the diameters of the first and second through holes are the same.
FIGS. 10A to 10D are explanatory views showing the manufacturing process of the relay board of the second embodiment, and FIG. 11 shows an LGA type substrate and the relay board manufactured by the manufacturing process shown in FIG. It is a cross-section part explanatory drawing which shows a part of cross section of the structure which connected the printed circuit board.
[0064]
First, in a state where the first ceramic green sheet 15 and the second ceramic green sheet 16 are laminated, the first through hole 15a and the second through hole 16a are formed at once by a punching apparatus.
Thereby, since the number of steps for forming the through hole may be one, two steps for forming the through hole individually in the first and second ceramic green sheets 11 and 12 as in the manufacturing method of the first embodiment. The number of steps can be reduced by one as compared with the one requiring.
[0065]
Next, each of the second through holes 16a formed in the second ceramic green sheet 16 is filled with a conductive metal 16b. Thereafter, the second surface side connection terminal 13 protrudes from the second surface (lower surface) 51b of the relay substrate body 51 by the same process as the process 14 to the process 30 of the first embodiment, as shown in FIG. The relay substrate 50 is formed.
In this case, as shown in FIG. 10D, the via 16d, the first surface side connection pad 14d, and the second surface side connection pad 14c have the same diameter, and the contact area between the via and the connection pad is the same as in the first embodiment. Since it becomes larger than the case of a form, an electrical resistance can be made small.
Then, the relay board 50 thus formed is connected to the LGA type substrate 20 and the printed board 30 as shown in FIG. 11 by the same connection method as described in the first embodiment.
[0066]
In the above connection state, when a stress is generated due to a difference in thermal expansion between the relay substrate 50 and the printed circuit board 30, the second surface side connection terminal 13 is plastically deformed by the stress, so that the stress is relieved by the plastic deformation.
Therefore, there is no possibility that the low melting point solder layers 10c and 10d are destroyed.
Further, since the LGA substrate 20 and the relay substrate 50 are made of the same material and no difference in thermal expansion occurs, almost no stress is generated between the LGA substrate 20 and the relay substrate 50.
[0067]
As described above, since the LGA substrate 20 and the printed circuit board 30 are electrically connected using the relay substrate 50 of the second embodiment, stress generated due to the difference in thermal expansion between the substrates can be relieved. As described above, there is no possibility that the connection portion between the LGA type substrate and the printed circuit board is broken and an electrical connection failure occurs.
Therefore, the reliability of the electrical connection between the LGA type substrate 20 and the printed circuit board 30 can be enhanced by using the relay substrate 50 and the manufacturing method thereof according to the second embodiment.
[0068]
Next, a relay board and a manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the relay substrate and the manufacturing method thereof according to the third embodiment, the inner peripheral surface of the second surface side recess is formed in a tapered shape (conical shape), and is cylindrical as in the first and second embodiments. The stress applied to the portion where the connection terminal and the inner peripheral surface are in contact with each other can be dispersed rather than the relay substrate having the concave portion.
FIG. 14 is a partial cross-sectional explanatory view showing a part of a cross section of a structure in which an LGA type substrate and a printed board are connected by the relay substrate of the third embodiment.
[0069]
First, the relay substrate body 83 is manufactured (Step 10 to Step 22 in FIG. 9). In this case, the first ceramic green sheet is formed with a first through hole having a tapered inner peripheral surface. The first through hole is formed using, for example, an excimer laser or a mold. The energy distribution of the excimer laser is maximum on the irradiation surface of the first ceramic green sheet, and becomes smaller as the thickness of the first ceramic green sheet is increased. Therefore, the inner peripheral surface of the first through hole is tapered. Can be formed.
[0070]
Next, the 2nd surface side connection terminal 82 is formed in a 2nd surface side recessed part using the jig | tool 40 (refer FIG. 3) used in 1st Embodiment (process 24 to process 30 of FIG. 9). By these steps, as shown in FIG. 14, the relay substrate 83 in which the second surface side connection terminals 82 are formed to protrude from the lower surface (second surface) 83b of the first substrate 81c is completed.
The second surface side connection terminal 82 has a columnar protrusion 82a protruding from the lower surface 83b of the first substrate 81c and a base portion 82b fixed in the second surface side recess 81b, and the base portion 82b is the tungsten layer 17e. It is fixed to the inner peripheral surface of the tapered second surface side recess 81b by the upper nickel plating layer, and the bottom surface of the second surface side recess 81b by the nickel plating layer on the second surface side connection pad 14e. It is fixed to.
The first surface side connection pad 14d and the second surface side connection pad 14e are electrically connected by a via 12d formed in the second substrate 12c.
And the relay board | substrate 80 formed in that way is connected with the LGA type | mold board | substrate 20 and the printed circuit board 30 as shown in FIG. 14 with the same connection method as the connection method described in 1st Embodiment.
[0071]
In the above connection state, when a stress is generated due to a difference in thermal expansion between the relay board main body 83 and the printed circuit board 30, the second surface side connection terminal 82 is plastically deformed so as to absorb the stress. Alleviated.
In particular, since the inner peripheral surface of the second surface side concave portion 81b is formed in a taper shape, the portion (corner portion) P6 where the stress contacts the second surface side connection terminal 82 and the edge of the second surface side concave portion 81b. It is possible to disperse the stress over the entire surface of the tapered surface P3.
[0072]
As described above, since the LGA type substrate 20 and the printed circuit board 30 are electrically connected using the relay substrate 80 of the third embodiment, stress generated due to the difference in thermal expansion between the substrates can be relieved. As described above, there is no possibility that the connection portion between the LGA type substrate and the printed circuit board is broken and an electrical connection failure occurs.
In particular, since the inner peripheral surface of the second surface side concave portion 81b is formed in a taper shape, a relay substrate having higher durability that is less likely to be damaged by stress than the relay substrate of the first and second embodiments is realized. be able to.
Therefore, if the relay board and the manufacturing method thereof according to the third embodiment are used, the reliability of the electrical connection between the LGA type board 20 and the printed board 30 can be further enhanced.
[0073]
Next, a relay board and a manufacturing method thereof according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The relay substrate of the fourth embodiment is characterized in that the inner peripheral surface of the second surface side recess is formed in a stepped shape.
FIG. 15 is a cross-sectional partial explanatory view showing a part of a cross section of a structure in which an LGA type substrate and a printed board are connected by the relay substrate of the fourth embodiment.
[0074]
As shown in FIG. 15, the relay board 90 of the fourth embodiment includes a relay board main body 94 formed by sequentially stacking a first board 91 c, a second board 92 c, and a third board 12 c. The diameter of the through hole formed in the first substrate 91c is larger than the diameter of the through hole formed in the second substrate 92c.
That is, the second surface side recess 91b having a stepped inner peripheral surface is formed by laminating substrates on which through holes having different diameters are formed.
[0075]
And the 2nd surface side connection terminal 93 is formed in the 2nd surface side recessed part 91b formed in the inside of the 1st board | substrate 91c and the 2nd board | substrate 92c. The second surface side connection terminal 93 has a protruding portion 93a protruding from the lower surface (first surface) 94b of the first substrate 91c, and the base portion 93b is formed on the second surface by a nickel plating layer on the tungsten layer 17g. It is fixed to the inner peripheral surface of the side concave portion 91b, and is fixed to the bottom surface of the second surface side concave portion 91b by a nickel plating layer on the second surface side connection pad 14g.
[0076]
When stress is generated due to a difference in thermal expansion between the relay substrate main body 94 and the printed circuit board 30, the second surface side connection terminals 93 are plastically deformed so as to absorb the stress. Therefore, the stress is relieved by the plastic deformation. .
In particular, since the inner peripheral surface of the second surface side recess 91b is formed in a step shape, the stress can be distributed to two points of the corners P4 and P5 of the inner peripheral surface.
Therefore, if the relay substrate 90 of the fourth embodiment is used, it is harder to be broken and has higher durability than the relay substrate of the first and second embodiments, in which stress tends to concentrate on one point P1. A relay board can be realized.
[0077]
By the way, in the said 1st Embodiment, although the jig | tool 40 shown in FIG. 3 and FIG. 4 was used in the 2nd surface side connection terminal formation process for forming the 2nd surface side connection terminal 13, it shows in FIG. A jig 60 can also be used.
The jig 60 has a diameter corresponding to the diameter of the protruding portion 13a of the second surface side connection terminal 13 and a position corresponding to the second surface side recess 11b having a through hole 61 having an inner surface that is not wetted by molten metal. Respectively. And when using this jig | tool 60, as shown in FIG. 12, arrange | position the relay substrate main body 9 in the state which faced the opening side of the 2nd surface side recessed part 11b upward, and each 2nd surface side recessed part 11b and The jig 60 is arranged above the relay substrate body 9 in correspondence with the through hole 61 (jig arrangement process).
[0078]
Next, two to three high-temperature solder balls 13e are introduced from above each through-hole 61 (metal material accommodation step), and the high-temperature solder balls 13e are heated and melted in a reflow furnace. The second surface side connection terminals 13 are formed by cooling and solidifying while being held in the two surface side recesses 11b (forming step).
The relay board having the second surface side connection terminals 13 formed by this method is also connected between the LGA type substrate 20 and the printed circuit board 30 in the same manner as the relay board in each of the above embodiments, and the generated stress is transferred to the second surface side. It can be mitigated by plastic deformation of the connection terminal.
The second surface side connection terminals of the second to fourth embodiments can also be manufactured by a method using the jig 60.
[0079]
In addition, although the front-end | tip of a 2nd surface side connection terminal is normally formed in hemisphere with the surface tension of the melt | dissolved solder, you may form in a flat surface.
Thereby, since the contact area of the front-end | tip of a 2nd surface side connection terminal and a surface connection attachment pad can be enlarged, the adhesive force of the front-end | tip of a 2nd surface side connection terminal and a surface connection attachment pad can be increased. it can.
Therefore, if the impact occurs when placing the relay board in a predetermined location, or if vibration occurs when the relay board is moved or when the relay board moves in the solder reflow furnace, the second surface side connection Since a lateral shift hardly occurs between the tip of the terminal and the surface connection mounting pad, the relay board and the board or the mounting board can be reliably connected. In addition, as a method of forming the tip of the second surface side connection terminal on a flat surface, a method of polishing and removing the top of the second surface side connection terminal, a method of pressing the top of the second surface side connection terminal, etc. There is.
[0080]
By the way, in each said embodiment, what was used when connecting between an IC chip mounting board | substrate and a printed circuit board electrically as a relay board | substrate and its manufacturing method of this invention was demonstrated as a representative, The board | substrate which has another electric circuit The present invention can also be applied to those that are electrically connected to each other.
Also, the second ceramic green sheet constituting the via is composed of two or more ceramic green sheets, through holes are formed in each ceramic green sheet, and vias are formed in each of the through holes and stacked. You can also. Furthermore, the 1st ceramic green sheet which forms a 2nd surface side recessed part can also be set as the structure which laminated | stacked the 2 or more ceramic green sheet in which the through-hole was formed.
[0081]
Furthermore, as the metal forming the via, a conductive metal other than tungsten and molybdenum, for example, a solder material can be used.
In addition, as in the second surface side connection terminal in each of the above embodiments, the base portion is not fixed in the second surface side recess, but the base portion is fixed on the second surface of the relay board body. You can also. In this case, the base portion of the second surface side connection terminal is connected via vias and pads filled in the through holes of the relay substrate body, and even with this configuration, stress is caused by plastic deformation of the second surface side connection terminal. Can be relaxed.
[0082]
In each of the above embodiments, an example in which alumina ceramics is used as the material of the relay substrate body has been shown, but the present invention is not limited to this, and is formed of aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, mullite, or other materials. Ceramics can also be used. In particular, since a relatively high stress is applied to the relay substrate body, it is preferable to appropriately select one having high fracture strength and toughness. Further, depending on the material of the first substrate or the second substrate, a synthetic resin material such as glass epoxy or BT resin may be used.
In particular, when the first substrate and the second substrate are made of resin, the relay substrate body is also preferably made of resin. In this case, the material of the relay substrate body is the same as that of the first substrate or the second substrate, or the thermal expansion coefficient between the first substrate and the second substrate is set. It is preferable to use a material having
[0083]
In each of the above embodiments, carbon is shown as an example of a material for forming the jig 40 and the jig 60. However, any material that does not have wettability to the molten metal to be used may be used. Alumina, boron nitride Further, ceramics such as silicon nitride, and metals such as stainless steel and titanium may be used.
In particular, since the regulation plate 45 is a plate-like body, it is preferable to use a metal such as stainless steel because cracks are not easily generated. Further, it is also preferable in that the through-hole 44 can be easily formed with high accuracy by etching. On the other hand, it is preferable to use ceramics in order to reduce the thermal expansion coefficient or prevent warping due to heat.
Furthermore, in each said embodiment, although the method of melt | dissolving the high temperature solder ball accommodated in the jig | tool 40 or the jig | tool 60 and forming a 2nd surface side connection terminal was employ | adopted, molten metal is contained in a jig | tool. It is also possible to adopt a method in which the second surface side connection terminal is formed by pouring the flow path.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first substrate (IC chip mounting substrate) having the substrate surface provided with the surface connection pads, the substrate surface provided with the surface connection attachment pads, and the first substrate. It is possible to realize a relay substrate and a method for manufacturing the same that can increase the reliability of electrical connection with a second substrate (printed circuit board) having a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are cross-sectional explanatory views showing respective steps of a relay board manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is an explanatory view showing a method of filling a second through hole with a conductive metal for forming a via, and FIGS. 2B to 2D are views showing a first through hole; It is explanatory drawing which shows the method of forming a tungsten layer in the inner peripheral surface.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional explanatory views showing a method of forming a second surface side connection terminal using a jig. FIGS.
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which a second surface side connection terminal is formed in a recess of the jig.
5A is a cross-sectional explanatory view showing a state where a relay board is connected to a printed circuit board, and FIG. 5B is a cross-sectional explanatory view showing a place where an LGA type board is connected to the relay board shown in FIG. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view showing a state in which an LGA type substrate and a printed board are connected via a relay substrate.
7 is a partially enlarged cross-sectional explanatory view showing a part of FIG. 6 in an enlarged manner.
FIG. 8 is an explanatory view showing a state in which the second surface side connection terminal is plastically deformed by a stress generated between the relay board and the printed board.
FIG. 9 is a process diagram showing a manufacturing process of the relay board according to the first embodiment of the present invention;
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional explanatory views showing respective steps of a relay board manufacturing method according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
11 is a partial cross-sectional explanatory view showing a part of a cross section of a structure in which an LGA type substrate and a printed board are connected by a relay substrate manufactured by the manufacturing process shown in FIG. 10;
FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view showing another method of forming the second surface side connection terminal.
FIG. 13 is an explanatory partial cross-sectional view showing a BGA type substrate connected to a printed circuit board.
FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which an LGA type substrate and a printed circuit board are connected via a relay substrate according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory cross-sectional view showing a state in which an LGA type substrate and a printed circuit board are connected via a relay substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
9 Relay board body
9a 1st page
9b Second side
10c, 10d Low melting point solder layer
10 Relay board
11 First ceramic green sheet
11a First through hole
11b 2nd surface side recessed part
12 Second ceramic green sheet
12a Second through hole
11c first substrate
12c second substrate
12d via
13 Second side connection terminal
13a protrusion
13b base
13c High-temperature solder balls (metal materials)
14c Second side connection pad
14d First surface side connection pad
20 LGA type substrate (first substrate)
30 Printed circuit board (second circuit board)
40, 60 jig
41 recess
45 Regulatory plate
61 Through hole

Claims

A first substrate having a substrate surface provided with a surface connection pad; and a second substrate having a substrate surface provided with a surface connection attachment pad and having a thermal expansion coefficient different from that of the first substrate. A relay substrate interposed between the substrate and electrically connecting the surface connection pad and the surface connection mounting pad;
A relay board body made of an electrically insulating material, having a substantially plate shape having a first surface and a second surface;
The second surface side is formed on the second surface side toward the first surface side , the inner peripheral surface is formed in a staircase shape, and the second surface side recess having a metallized layer formed on the inner peripheral surface ;
A second surface that is fixed to the bottom surface and the inner peripheral surface of the second surface side concave portion and that has a tip projecting from the second surface and is electrically connected to the surface connection mounting pad. Surface-side connection terminals,
A via that is formed inside the relay substrate body, and electrically connects the second surface side connection terminal and the surface connection pad;
A relay board characterized by comprising:

A second surface side connection pad that is formed on the bottom surface of the second surface side recess, and electrically connects the second surface side connection terminal and the via;
A first surface side connection pad that is formed on the first surface side and electrically connects the via and the surface connection pad;
The relay board according to claim 1, comprising:

The projecting portion of the second-surface-side connecting terminals, relays according to claim 1 or claim 2, characterized in that the height protruding is formed to a larger columnar than the maximum diameter of the projecting portion of substrate.

The second-surface-side connecting terminals, a relay board according to any one of claims 1 to 3, characterized in that formed by forming a soft metal.

A low melting point metal layer is formed of a metal having a melting point lower than the melting point of the second surface side connection terminal on the upper surface of the first surface side connection pad and the tip of the second surface side connection terminal, respectively. The relay substrate according to any one of claims 2 to 4 , wherein

Relay substrate according to the connecting board is any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a first substrate and substantially the same thermal expansion coefficient.

The first substrate is made of a ceramic material,
The relay substrate according to any one of claims 1 to 6 , wherein the relay substrate body is made of substantially the same ceramic material as the first substrate.

Diameter of the vias, the relay substrate according to any one of claims 1 to 7, characterized in that less than the diameter of the second surface side recess.

A method for manufacturing a relay board according to any one of claims 1 to 8 ,
A first through hole is formed in the first ceramic green sheet, and a second through hole is formed at a portion corresponding to the first through hole of the second ceramic green sheet laminated with the first ceramic green sheet. A through hole forming step to be formed;
A via formation step of forming the via in the second through hole of the second ceramic green sheet;
A metallized layer forming step of forming a metallized layer in the first through hole;
The second ceramic green sheet that has undergone the via formation step and the first ceramic green sheet that has undergone the through-hole formation step correspond to the via and the first through-hole, and the first through-hole Laminating step of laminating in a state where one end of the second ceramic green sheet is closed by the second ceramic green sheet,
A firing step of firing and integrating the first and second ceramic green sheets that have undergone the lamination step to form the relay substrate body;
A second surface side connection terminal forming step of forming the second surface side connection terminal inside the second surface side recess of the relay substrate body that has undergone the firing step;
A method for manufacturing a relay board, comprising:

The relay board according to claim 9 , further comprising a connection pad forming step of forming the first surface side connection pad and the second surface side connection pad on the second ceramic green sheet that has undergone the via formation step. Manufacturing method.

The second surface side connection terminal forming step includes:
A jig having a shape corresponding to the shape of the protruding portion of the second surface side connection terminal and having a concave portion having an inner surface not wetted by molten metal at a position corresponding to the second surface side concave portion, A metal material containing step of containing a metal material for forming the second surface side connection terminal in the concave portion of the jig;
A jig placement step of placing the jig that has undergone the metal material accommodation step in a state in which the recess is positioned below the second surface side recess of the relay substrate body formed by the firing step;
The metal material accommodated in each recess of the jig that has undergone the jig placement step is melted, cooled and solidified while being held in the recess and the second surface side recess. A molding step of molding the second surface side connection terminal;
The method for manufacturing a relay board according to claim 9 or 10 , wherein:

The second surface side connection terminal forming step includes:
A jig having a diameter corresponding to the diameter of the protruding portion of the second surface side connection terminal and having a through hole having an inner surface that is not wetted by the molten metal at a position corresponding to the second surface side recess, Jig arrangement step of arranging in the state in which the through hole is located above the second surface side recess of the relay substrate body in the state where the opening side of the second surface side recess is directed upward. When,
A metal material housing step of housing a metal material for forming the second surface side connection terminal in the through hole of the jig that has undergone the jig placement step;
The metal material accommodated in the through hole of the jig that has undergone the metal material accommodation step is melted, cooled and solidified while being held in the through hole and the second surface side recess. A molding step of molding the second surface side connection terminal;
Method for producing a connecting board according to claim 10 or claim 11 characterized in that it has a.

The top surface of the first surface side connection pad and the tip of the second surface side connection terminal that have undergone the second surface side connection terminal formation step are each made of a metal having a melting point lower than the melting point of the second surface side connection terminal. method for producing a connecting board according to any one of claims 9 to 12, characterized in that it has a low melting point metal layer forming step of forming a low melting point metal layers.