JP2006339293A - 回路モジュール - Google Patents

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Kenichi Kobayashi
健一 小林
Eiju Maehara
栄寿 前原
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Abstract

【課題】 多層配線の導電路が形成された基板を有する回路モジュールに於いて、多数個の回路素子から成る高機能な回路が形成された場合でも、回路モジュール全体の大型化・厚型化を防止する。
【解決手段】 本発明の回路モジュールは、少なくとも表面に導電路12が形成された第1の基板11と、第1の基板11の導電路12に電気的に接続された第1の回路素子13と、第1の基板11を部分的に被覆するように配置されて導電路12と電気的に接続され、導電路12よりも微細な導電パターン22が多層に積層された第2の基板20と、第2の基板20の表面に形成された導電パターン22に接続された第2の回路素子21とを具備し、第2の基板20は第1の基板11よりも可撓性に優れる構成と成っている。
【選択図】図1

Description

本発明は回路モジュールに関し、特に、基板に多数個の回路素子が実装される回路モジュールに関する。
携帯電話等の電子機器の小型化および高機能化に伴い、その内部に収納される実装基板においては、多層の配線層を具備する多層基板が主流になっている。図6を参照して、多層基板107が採用された回路モジュール100を説明する。(下記特許文献1を参照)。
従来の回路モジュール100は、多層基板107とその表面に実装された回路装置105とを具備する。
多層基板107は、ガラスエポキシ等の樹脂から成る基材101の表面及び裏面に配線層が形成されている。ここでは、基材101の表面に第1の配線層102Aおよび第2の配線層102Bが形成されている。第1の配線層102Aと第2の配線層102Bとは、絶縁層103を介して積層されている。基材101の裏面には、第3の配線層102Cおよび第4の配線層102Dが、絶縁層103を介して積層されている。また、各配線層は、絶縁層103を貫通して設けられた接続部104により所定の箇所にて接続されている。
最上層の第1の配線層102Aには、回路装置105が固着されている。ここでは、半導体素子105Aが樹脂封止された回路装置105が、半田等から成る接続電極106を介して面実装されている。多層基板107の表面には、回路装置105の他にも、チップコンデンサやチップ抵抗等の受動素子や、ベアの半導体素子等が実装されても良い。ここで、多層基板107の厚みは、1mm程度である。
特開2003−324263号公報
上述した回路モジュール100では、厚みが1mm程度の厚い多層基板107の表面に回路装置105が面実装されていた。このことから、多層基板107と回路装置105との熱膨張係数が異なると、温度変化に伴い接続電極106に大きな熱応力が作用してクラックが発生してしまう問題があった。
更に、回路モジュール100の高機能化のために、多数個の半導体素子や回路装置を多層基板107の表面に実装すると、多層基板107の層数を8層程度以上に積層させる必要がある。しかしながら、多層基板107の層数を増やすと、多層基板107が厚くなり、更に、製造コストが高くなってしまう問題があった。
更に、半導体素子をフィリップチップで多層基板107に実装するためには、半導体素子の電極のピッチに対応させて、多層基板107の配線層を微細に形成する必要がある。しかしながら、半導体素子の電極に対応させて、多層基板107全体の配線層を微細に形成すると、製造コストが高くなってしまう問題があった。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされ、本発明の主な目的は、多数個の回路素子が実装された場合でも、小型化及び薄型化の要求を満たし、低コストで製造可能な回路モジュールを提供することにある。
本発明は、基板の表面に回路素子が固着された回路モジュールに於いて、前記基板は、少なくとも表面に導電路が形成された第1の基板と、前記第1の基板の表面を部分的に被覆するように配置されて導電パターンが形成された第2の基板とから成り、前記第2の基板は、導電路よりも微細に形成される前記導電パターンが多層に積層されることを特徴とする。
更に本発明の回路モジュールは、少なくとも表面に導電路が形成された第1の基板と、前記第1の基板の前記導電路に電気的に接続された第1の回路素子と、前記第1の基板を部分的に被覆するように配置されて前記導電路と電気的に接続され、前記導電路よりも微細な導電パターンが多層に積層された第2の基板と、前記第2の基板の表面に形成された前記導電パターンに接続電極を介して接続された第2の回路素子とを具備することを特徴とする。
更に本発明の回路モジュールでは、前記第2の基板に形成される前記導電パターンの層数は、前記第1の基板に形成される導電路の層数よりも多いことを特徴とする。
更に本発明の回路モジュールでは、前記第2の回路素子は、BGA型の回路装置またはフリップチップ実装される半導体素子であることを特徴とする。
更に本発明の回路モジュールでは、前記第2の基板の周辺部に設けた接続部を介して、前記第2の基板は前記第1の基板に固着されることを特徴とする。
更に本発明の回路モジュールでは、前記第2の回路素子は、デジタル信号の処理を行う半導体素子を含むことを特徴とする。
更に、本発明の回路モジュールでは、前記第1の回路素子は、電源回路を構成する回路素子であることを特徴とする。
更に、本発明の回路モジュールでは、前記第1の基板を部分的にくり抜き加工して収納部を設け、前記第2の基板の裏面に固着された前記第2の回路素子を前記収納部に収納させることを特徴とする。
更に、本発明の回路モジュールでは、前記第2の基板は前記第1の基板よりも可撓性に優れることを特徴とする。
本発明に依れば、第2の基板に形成される導電パターンは、第1の基板に形成される導電路よりも微細に形成される。従って、第1の基板に形成される導電路を微細に形成しなくても、微細な導電パターンを具備する第2の基板を第1の基板に配置するのみで、回路モジュール全体の配線密度を向上させることができる。
更に本発明に依れば、第1の基板の表面を部分的に覆うように、可撓性に優れる第2の基板を配置し、この第2の基板の表面に回路素子を実装している。従って、実装される回路素子の熱膨張係数と、第2の基板の熱膨張係数が異なった場合でも、温度変化に伴い発生する熱応力は、第2の基板が撓むことで低減される。このことから、回路素子の実装に用いられる接続電極に作用する熱応力を低減させることができるので、接続電極へのクラックの発生を防止することができる。
更に、第2の基板は、周辺部に設けた接続部を介して第1の基板の表面に固着されている。従って、第2の周辺部以外の領域は、第1の基板に固定されていないので伸縮可能であり、作用する熱応力に応じて撓むことができる。
更に、第2の基板に形成される導電パターンは、第1の基板に形成される導電路よりも多層に積層されている。このように多層に形成された導電パターンを有する第2の基板を、第1の基板の表面に配置することにより、第1の基板に形成される導電路の層数を少なくすることができる。従って、回路モジュール全体の薄型化することができ、更に、製造コストを低減させることができる。
図1の斜視図を参照して、本発明の回路モジュール10の構成を説明する。
回路モジュール10では、フリップチップで実装されるLSI、BGA、チップ素子等を含む多数個の回路素子が基板に実装される。LSIやBGAでは、数百個程度の多数の端子が形成され、端子間のピッチは60μm程度と非常に狭い。第1の基板11にこれらの回路素子の全てを実装すると、端子数が多く且つ端子間のピッチが狭い回路素子を実装するために、第1の基板11に形成される導電路12を微細に形成する必要がある。更に、BGA等の微細な端子との接続を行うために、4層から8層程度の多層配線を第1の基板11に形成する必要がある。このように、微細且つ多層の導電路12を第1の基板11に形成すると、製造コストが高くなってしまう。
しかも、第1の基板11は厚みが厚く、その平面的なサイズが大きくなるため、熱が加わると熱膨張し、熱歪が加わり、回路素子の接続部に欠陥等を誘発させる恐れがある。
そこで本形態では、比較的太い導電路12が形成された第1の基板11の表面に、微細な導電パターン22が多層に形成された第2の基板20を配置している。そして、多数個の端子が狭ピッチで形成された第2の回路素子21を、第2の基板20に実装している。このような構成の回路モジュール10の構成を以下に詳述する。
回路モジュール10Aは、少なくとも表面に導電路12が形成された第1の基板11と、この第1の基板11の表面を部分的に覆うように配置された第2の基板20とを具備する。
第1の基板11としては、ガラスエポキシ等の樹脂から成る基板、セラミックから成る基板、金属基板等を採用することができる。第1の基板11の表面には、所定の電気回路が構成されるように、銅等の金属から成る導電路12が形成されている。第1の基板11の具体的な大きさは、例えば縦×横×厚さ=20mm×40mm×1mm程度である。
第1の回路素子13は、第1の基板11の表面に配置されて、導電路12と電気的に接続されている。第1の回路素子13としては、半導体素子、チップコンデンサ、チップ抵抗、コネクタ、樹脂封止型のパッケージ、BGA、CSP等を採用することができる。図では、第1の基板11の表面のみに第1の回路素子13を実装しているが、第1の基板11の両主面に第1の回路素子13を実装することもできる。更に、第1の回路素子13としては、大型のチップコンデンサ等の電源回路を構成する素子を採用することができる。
第1の基板11の表面に形成される導電路12の幅は、例えば100μm程度であり比較的太く形成されている。従って、導電路12を、比較的大きな電流が流れる電源ラインまたは接地ラインとして用いることができる。また、導電路12間の間隔は100μm程度である。導電路12は少なくとも第1の基板11の表面に1層以上形成される。ここでは、導電路12は、第1の基板11の表面及び裏面に形成され、2層の配線構造と成っている。第1の基板11に形成される導電路12の層数を2層程度にすることにより、第1の基板11の製造コストを低減させることができる。更に、導電路12の層数が削減されるので、第1の基板11を薄い状態に維持することもできる。
第2の基板20は、第1の基板11の表面を部分的に覆うように配置されている。第2の基板20の周辺部に対応して、第1の基板11の表面には、導電路12から成るパッド14が形成されている。第2の基板20の周辺部には接続用の電極が設けられており、この電極とパッド14とは、半田等のロウ材や銀ペースト等の導電性の接着材を介して接続される。第2の基板20の具体的な厚さは、例えば240μm程度であり非常に薄い。第1の基板11と比較すると、第2の基板20の厚みは1/5程度に薄く形成されている。従って、第2の基板20は第1の基板11よりも可撓性に優れ撓みやすい基板と成っている。第2の基板20の具体的な大きさは、例えば縦×横×厚さ=10mm×20mm×240μm程度である。
第2の基板20に多層に形成される導電パターン22は、第1の基板11に形成される導電路12よりも微細に形成される。例えば、導電パターン22の幅は30〜40μm程度であり、導電パターン22の間の間隔は30〜40μm程度である。更に、導電パターン22は例えば4層に積層され、第1の基板11に形成される導電路12よりも多層に積層される。このように、第2の基板20に形成される導電パターン20は、第1の基板11に形成される導電路12よりも微細且つ多層に形成される。このような構造の第2の基板20を、第1の基板11の表面に貼着することにより、回路モジュール10全体のコストを低減でき、更には配線密度を向上させることができる。
第2の基板20には、多層配線が形成され、最上層の導電パターン22には第2の回路素子21が固着されている。第2の回路素子21としては、半田等の接続電極を介して面実装される素子を採用することができる。具体的には、フリップチップ実装されるLSIチップ、BGA型のパッケージ、CSP、チップコンデンサ、チップ抵抗等を、第2の回路素子として採用することができる。更には、TSOP(Thin Small Outline Package)等のリードタイプの回路装置を、第2の回路素子21として採用することもできる。半田等の接続電極を介して実装される回路素子の場合、熱応力による接続電極へのクラックの発生が問題となる。
更に、第2の回路素子21としては、デジタル回路を構成するLSIチップまたは、このLSIチップが内蔵された回路装置を採用することができる。例えば、DSP(Digital Signal Processor)、SRAM(Static Random Access Memory)、フラッシュメモリ、USB(Universal Serial Bus)を制御する半導体素子等が、第2の回路素子21として採用される。第2の基板20には、微細な導電パターン22が形成されているので、デジタル信号処理を行う第2の回路素子21を、互いに接近させて配置することが可能となる。従って、第2の回路素子同士を短い間隔で接続することができるので、配線抵抗を低減させることができる。また、上述したように導電パターン22は微細に形成されているので、LSIチップをフリップチップで実装することが可能となる。また、第2の回路素子21が、例えば数GHz程度の高周波にて動作する素子であっても、第2の回路素子21同士は接近して配置されているので、信号の遅延等の問題を回避することができる。
図2を参照して、第2の基板20の構成を説明する。図2(A)は第2の基板20が第1の基板11に固着されている状態を示す断面図であり、図2(B)は図2(A)の一部分を拡大した断面図であり、図2(C)は第2の基板20の側面を示す斜視図である。
図2(A)を参照して、第1の基板11の表面には第1の導電路12Aが形成され、裏面には第2の導電路12Bが形成されている。また、第1の導電路12Aと第2の導電路12Bとは、第1の基板11を貫通する貫通接続部12Cを介して所定の箇所にて接続されている。即ち、第1の基板11には、2層の多層配線が形成されている。しかしながら、3層以上の多層配線(例えば4層、6層)を第1の基板11に形成することも可能である。また、第1の基板11は単層の配線構造でも良い。
第2の基板20の周辺部には導電パターン22から成る接続部30が設けられている。そして、第1の導電路12Aから成るパッド14と接続部30とは、半田等から成る固着材15を介して接続されている。
第2の基板20には、ここでは、回路装置21Bと半導体素子21Aとが実装されている。回路素子21Aは、半導体素子が樹脂封止されたBGA(Ball Grid Array)型のパッケージである。回路装置21Aは、裏面にマトリックス状に形成された接続電極16を介して、第2の基板20の導電パターン22に固着されている。半導体素子21Bはフリップチップ実装され、半田等の導電材料から成る接続電極16を介して第2の基板20の導電パターン22に接続される。ここで、半導体素子21Bと第2の基板20との間にアンダーフィル材が充填されても良い。
また、固着材15により固定されているのは第2の基板20の周辺部のみであり、他の領域(内側)の第2の基板20は第1の基板11に固定されていない。従って、温度変化による熱応力が第2の基板20に作用しても、内側の領域の第2の基板20は撓むことができる。
更に、第1の基板11の基材と、第2の基板20の層間絶縁膜23とは同じエポキシ樹脂から成る。従って、第1の基板11と第2の基板20との熱膨張係数は等しくなり、温度変化に応じた膨張量も等しくなるので、両者を接続する固着材15に作用する熱応力が軽減される。
図2(B)を参照して、第2の基板20では、第1の導電パターン22A、第2の導電パターン22B、第3の導電パターン22Cおよび第4の導電パターン22Dから成る4層の導電パターンが積層されている。このように4層の導電パターン22が積層された第2の基板20の厚さは、例えば240μm程度であり第1の基板11よりも非常に薄い。
各導電パターン22は、層間絶縁膜23を介して積層されている。また、層間絶縁膜23を貫通して形成される貫通接続部25を介して、各導電パターン22は所定の箇所にて相互に接続されている。また、最上層の第1の導電パターン22Aおよび最下層の第4の導電パターン22Dは、外部と接続される箇所を除いて、被覆樹脂17により被覆されている。なお、ここでは4層の導電パターンが図示されているが、この層数は要求される電気回路の複雑さに応じて増減され、3層以下でも良いし、5層以上でも良い。
半導体素子21Bは、被覆樹脂17から露出する最上層の第1の導電パターン22Aに、接続電極16を介して接続されている。第2の基板20と半導体素子21Bとは、熱膨張係数が大きく異なるので、温度変化に伴う両者の伸縮量も大きく異なる。例えば、シリコンから成る半導体素子21Bの熱膨張係数は2×10−6/℃程度であり、樹脂等から成る第2の基板20の熱膨張係数は20×10−6/℃程度である。本形態では、薄くフレキシブル性を有する第2の基板20を採用するため、この第2の基板20が撓むことにより、両者の熱膨張係数の差違により接続電極16に作用する熱応力を軽減させている。
接続部30は、第2の基板20の周辺部に形成され、連続して形成された裏面電極24Aおよび側面電極26から成る。接続部30は第2の基板20の外部接続端子として機能している。裏面電極24は、第2の基板20の終端部付近に位置する第4の導電パターン22Dからなる。また、側面電極26は、裏面電極24と一体に、第2の基板20の側面を被覆するように延在している。側面電極26が形成されることにより、固着材15が側面電極26にも付着するので、第2の基板20を実装した後に、目視にて固着材15による接続不良の可否を確認することができる。
図2(C)を参照して、接続部30を構成する側面電極26は、第2の基板20の側面に設けた凹部27に形成されている。このように凹部27に側面電極27を形成することにより、側面電極27に付着する固着材を、部分的に凹部27の内部に位置させることができ、固着材15が周囲に過度に広がることを防止することができる。従って、第2の基板20を実装するために必要となる側面電極26の平面面積を狭くすることができる。
図3(A)を参照して、他の形態の回路モジュール10Bの構成を説明する。回路モジュール10Bでは、第1の基板11に収納部18を設け、この収納部18に第2の回路素子である回路装置21Cを収納させている。
収納部18は、第1の基板11を部分的にくりぬいて形成された部位であり、第2の基板20裏面に設けられた回路装置21Cの下方に対応する領域に形成されている。
ここでは、第2の基板20の表面および裏面に第2の回路素子が実装されている。第2の基板20の表面には回路装置21Aおよび半導体素子21Bが実装され、裏面には回路装置21Cが実装されている。回路装置21Cは、第2の基板20の最下層の導電パターンに固着され、収納部18に収納されている。
上記のような構造により、第2の基板20の両面に回路素子が実装されるので、第2の基板20の実装密度を向上させることができる。更に、実装密度が向上された分だけ第2の基板20のサイズを小さくできるので、比較的高価な第2の基板20を小さくすることができ、コストを低減させることができる。更にまた、回路装置21Cが第1の基板11の厚み部分に収納されているので、回路モジュール10B全体を薄型化することができる。
図3(B)を参照して、他の形態の回路モジュール10Cの構成を説明する。回路モジュール10Cでは、第2の回路基板20の裏面に溶着された接続電極15Aを介して、第2の基板20が第1の基板11に固着されている。この構成により、第2の基板20と第1の基板11とを離間させることができるので、熱応力等の外力に対する接続電極15Aの接続信頼性を向上させることができる。第2の基板20と第1の基板11とが離間する距離は、例えば100μm〜300μm程度である。また、裏面にグリッド状に多数個の接続電極15Aを形成することができる。
図4および図5を参照して、次に、上述した構成の回路モジュール10の製造方法を説明する。
図4(A)を参照して、先ず、層間絶縁膜23Aの表面および裏面に銅等の金属から成る導電膜28A、28Bを積層させる。ここで、層間絶縁膜23Aの厚みは60μm程度であり、導電膜28Aおよび28Bの厚みは10μm程度である。また、層間絶縁膜23Aは、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に、フィラーやガラスクロスが混入されたものである。
図4(B)を参照して、次に、導電膜28Aおよび28Bを選択的にエッチングすることにより、第2の導電パターン22Bおよび第3の導電パターン22Cを形成する。また、第2の導電パターン22Bと第3の導電パターン22Cとは、層間絶縁膜23Aを貫通する貫通接続部25により所定の箇所にて接続される。貫通接続部25の形成は、所定の箇所の導電膜および層間絶縁膜23Aを除去して貫通孔を形成した後に、この貫通孔にメッキ膜を形成することで行うことができる。
図4(C)を参照して、次に、第2の導電パターン22Bを被覆するように形成された層間絶縁膜23Bを介して、導電膜28Cを積層させる。更に、第3の導電パターン22Cを被覆するように形成された層間絶縁膜23Cを介して、導電膜28Dを積層させる。また、形成予定の基板の周辺部に対応する領域には、各導電膜28および絶縁膜23を貫通する貫通孔29が、ドリル等により形成される。この貫通孔29が、図2(C)に示す凹部27となる。
図4(D)を参照して、次に、層間絶縁膜23Bを貫通する貫通接続部25を形成して、導電膜28Cと第2の導電パターン22Bとを所定の箇所にて接続する。更に、層間絶縁膜23Cを貫通して形成された貫通接続部25を介して、導電膜28Dと第3の導電パターン22Cとを所定の箇所にて接続する。また、貫通接続部25をメッキ処理にて形成する工程にて、貫通孔29の内壁にも金属膜から成る側面電極26が形成される。
図4(E)を参照して、次に、導電膜28Cおよび導電膜28Dを選択的にエッチングすることにより、第1の導電パターン22Aおよび第4の導電パターン22Dが形成される。
図4(F)を参照して、次に、最上層の第1の導電パターン22Aおよび最下層の第4の導電パターン22Dを、被覆樹脂17により被覆する。回路素子と接続される箇所の第1の導電パターン22Aは、被覆樹脂17から露出させる。
図5を参照して、次に、最上層の第1の導電パターン22Aに回路装置21Aおよび半導体素子21Bを実装する。回路装置21Aおよび半導体素子21Bは、裏面に形成された接続電極16を介して実装される。
最後に、点線で示した箇所にて積層された層間絶縁膜23等を切断することで、第2の基板20を得る。また、貫通孔29が形成された箇所にて第2の基板20が分離されるので、側面電極26は、第2の基板20の側面に露出する。また、第2の基板20の分離は、ルーターを用いた分離またはダイシングにより行うことができる。
上記の様な工程にて製造された第2の基板20は、図1に示すように、第1の基板11の表面に半田等の固着材を介して貼着される。また、ここでは第2の基板20の片面のみに回路素子が実装されているが、第2の基板20の両面に回路素子を実装することも可能である。
本発明の回路モジュールを示す斜視図である。 本発明の回路モジュールを示す図であり、(A)は断面図であり、(B)は断面図であり、(C)は斜視図である。 本発明の回路モジュールを示す図であり、(A)および(B)は断面図である。 本発明の回路モジュールの製造方法を示す図であり、(A)−(F)は断面図である。 本発明の回路モジュールの製造方法を示す断面図である。 従来の回路モジュールを示す断面図である。
符号の説明
10 回路モジュール
11 第1の基板
12 導電路
13 第1の回路素子
14 パッド
15 固着材
16 接続電極
17 被覆樹脂
18 収納部
20 第2の基板
21 第2の回路素子
22 導電パターン
22A 第1の導電パターン
22B 第2の導電パターン
22C 第3の導電パターン
22D 第4の導電パターン
23 層間絶縁膜
23A〜23C 層間絶縁膜
24 裏面電極
25 貫通接続部
26 側面電極
27 凹部
28A〜28D 導電膜
29 貫通孔

Claims (9)

  1. 基板の表面に回路素子が固着された回路モジュールに於いて、
    前記基板は、少なくとも表面に導電路が形成された第1の基板と、前記第1の基板の表面を部分的に被覆するように配置されて導電パターンが形成された第2の基板とから成り、
    前記第2の基板は、導電路よりも微細に形成される前記導電パターンが多層に積層されることを特徴とする回路モジュール。
  2. 少なくとも表面に導電路が形成された第1の基板と、
    前記第1の基板の前記導電路に電気的に接続された第1の回路素子と、
    前記第1の基板を部分的に被覆するように配置されて前記導電路と電気的に接続され、前記導電路よりも微細な導電パターンが多層に積層された第2の基板と、
    前記第2の基板の表面に形成された前記導電パターンに接続電極を介して接続された第2の回路素子とを具備することを特徴とする回路モジュール。
  3. 前記第2の基板に形成される前記導電パターンの層数は、前記第1の基板に形成される導電路の層数よりも多いことを特徴とする請求項1または請求項2記載の回路モジュール。
  4. 前記第2の回路素子は、BGA型の回路装置またはフリップチップ実装される半導体素子であることを特徴とする請求項2記載の回路モジュール。
  5. 前記第2の基板の周辺部に設けた接続部を介して、前記第2の基板は前記第1の基板に固着されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の回路モジュール。
  6. 前記第2の回路素子は、デジタル信号の処理を行う半導体素子を含むことを特徴とする請求項2記載の回路モジュール。
  7. 前記第1の回路素子は、電源回路を構成する回路素子であることを特徴とする請求項2記載の回路モジュール。
  8. 前記第1の基板を部分的にくり抜き加工して収納部を設け、
    前記第2の基板の裏面に固着された前記第2の回路素子を前記収納部に収納させることを特徴とする請求項2記載の回路モジュール。
  9. 前記第2の基板は前記第1の基板よりも可撓性に優れることを特徴とする請求項1または請求項2記載の回路モジュール。
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