JP2011018927A - 回路基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面実装部品を搭載するための凹部が表面に形成された回路基板であって、表面実装部品を搭載した後に、凹部内への封止樹脂の付与を能率的に行なうことができるようにする。
【解決手段】回路基板1の表面4に形成された凹部3は、表面実装部品2によって覆われる平面矩形状の開口を有する主領域8と、主領域8に連通しながら表面実装部品2からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第1の副領域9とを備える。第1の副領域9の開口の面積は、主領域8の開口の面積より小さい。凹部3は、主領域8を介して第1の副領域9に対向する位置において、主領域8に連通しながら表面実装部品2からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第2の副領域をさらに備えていてもよい。
【選択図】図1
【解決手段】回路基板1の表面4に形成された凹部3は、表面実装部品2によって覆われる平面矩形状の開口を有する主領域8と、主領域8に連通しながら表面実装部品2からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第1の副領域9とを備える。第1の副領域9の開口の面積は、主領域8の開口の面積より小さい。凹部3は、主領域8を介して第1の副領域9に対向する位置において、主領域8に連通しながら表面実装部品2からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第2の副領域をさらに備えていてもよい。
【選択図】図1
Description
この発明は、回路基板に関するもので、特に、表面実装部品の搭載に伴って付与される封止樹脂の流れ出しを防止する目的等のために凹部が表面に形成された回路基板に関するものである。
回路基板上に、たとえば半導体デバイスのような表面実装部品を搭載したとき、表面実装部品の少なくとも一部を封止するための封止樹脂が付与されることがある。封止樹脂としては、表面実装部品の全体を覆うように付与されるものや、アンダーフィル材と呼ばれるもので、表面実装部品と回路基板との間の隙間を充填するように付与されるものなどがある。
上述のような回路基板が用いられる電子機器の小型化に伴い、回路基板の小型化が進んでいる。その結果、回路基板における、表面実装部品の搭載のために費やすことが許容される領域も狭くなってきている。したがって、上述した封止樹脂を付与する際、回路基板の不必要な領域にまで封止樹脂が流れ出す事態を招くことが多い。しかしながら、このような封止樹脂の流れ出しは、回路基板における、封止樹脂の付着が禁止されなければならない領域にまで封止樹脂が付与されてしまうという不都合を招くことになるため、これを防止することが重要である。
上述した封止樹脂の流れ出しを防止するため、回路基板の表面上の封止樹脂を付与すべき領域を取り囲むように、突出したダムを設けることが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述のようなダムを回路基板の表面上に設けるためには、特別な工程が必要となり、そのため、コストアップの原因となる。また、回路基板の表面において、ダムの占める面積分だけ、他の表面実装部品のための実装可能領域を狭くしてしまう。
封止樹脂の流れ出しを防止するための他の技術として、回路基板が積層された複数のセラミック層からなる積層構造を備えている場合において、特定のセラミック層に設けた貫通孔によって、回路基板にキャビティを設け、キャビティ内に表面実装部品を搭載しかつ封止樹脂を付与するようにしたものがある(たとえば、特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献2に記載の技術によれば、回路基板を製造する際、セラミック層となるべきセラミックグリーンシートのうち、必要なキャビティの深さに対応する数のセラミックグリーンシートに貫通孔を設け、この貫通孔が設けられたセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートを積層しかつ圧着するといった比較的煩雑な工程が必要であり、このことがコストアップの原因になっている。
そこで、この発明の目的は、表面実装部品を搭載するための凹部が表面に形成された回路基板であって、簡易な製造方法によって製造されることができ、かつ、表面実装部品の搭載後に、凹部内への封止樹脂の付与を能率的に行なうことができる、回路基板を提供しようとすることである。
この発明に係る回路基板は、凹部の形状に特徴があるもので、凹部は、表面実装部品によって覆われる平面矩形状の開口を有する主領域と、主領域に連通しながら表面実装部品からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第1の副領域とを備え、第1の副領域の開口の面積は、主領域の開口の面積より小さいことを特徴としている。
上記凹部は、主領域を介して第1の副領域に対向する位置において、主領域に連通しながら表面実装部品からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第2の副領域をさらに備えることが好ましい。
この発明に係る回路基板によれば、凹部が、表面実装部品によって覆われる平面矩形状の開口を有する主領域と、主領域に連通しながら表面実装部品からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第1の副領域とを備えているので、部品搭載工程の後、表面実装部品の少なくとも一部を封止するための封止樹脂を第1の副領域から注入するようにすれば、封止樹脂の注入が容易になるとともに、封止樹脂の注入の精度を高めることができる。また、凹部の主領域については、これを表面実装部品からはみ出す大きさにする必要がないので、封止樹脂を付与する領域を小さくすることができ、表面実装部品の搭載密度を高くすることができる。
この発明において、凹部が、主領域を介して第1の副領域に対向する位置において、主領域に連通しながら表面実装部品からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第2の副領域をさらに備えていると、封止樹脂注入工程において、第2の副領域を通して排気しながら、封止樹脂を注入することができるので、封止樹脂の注入をより能率的に行なうことができるとともに、封止樹脂の注入の精度をより高めることができる。
また、上述したこの発明に係る回路基板は、次のような製造方法によって有利に製造することができる。
すなわち、この製造方法は、加熱することによって、製造しようとする回路基板となる未硬化状態の未硬化基板を用意する、未硬化基板準備工程と、凹部の内形状に相関する外形状を有しかつ加熱することによって消失する材料からなる凹部形成部材を、未硬化基板の表面の凹部が形成されるべき位置に配置する、凹部形成部材配置工程と、凹部形成部材を、未硬化基板の表面にめり込ませる、めり込ませ工程と、次いで、凹部形成部材を消失させるとともに、未硬化基板を硬化させるため、未硬化基板を加熱し、それによって、凹部形成部材の外形状に相関する内形状を有する凹部が形成された回路基板を得る、加熱工程とを備えることを特徴としている。
この製造方法によれば、凹部形成部材を、未硬化基板の表面の凹部が形成されるべき位置に配置しながら、未硬化基板の表面にめり込ませることによって、凹部が形成される。そして、未硬化基板を加熱することによって、これを硬化させる過程において、凹部形成部材を消失させ、その結果、凹部形成部材の外形状に相関する内形状を有する凹部が形成された回路基板を得るようにしているので、煩雑な工程が不要であり、凹部が形成された回路基板を能率的に製造することができる。そして、凹部の内形状は凹部形成部材の外形状によって決まるため、凹部形成部材の外形状を変えることにより、任意の内形状あるいは比較的複雑な内形状を有する凹部であっても、これを容易に形成することができる。したがって、前述したような主領域と第1の副領域とを備え、好ましくは、さらに第2の副領域を備える凹部が形成された、この発明に係る回路基板を容易に製造することができる。
図1は、この発明に係る回路基板についての第1の実施形態を説明するためのもので、(a)は、回路基板1の平面図であり、(b)は、(a)の線B−Bに沿う断面図である。
回路基板1には、たとえば半導体デバイスのような表面実装部品2を搭載するための凹部3が、その一方主面4に形成されている。表面実装部品2は、たとえばフリップチップ実装されるものであり、いくつかのバンプ電極5を備え、これらバンプ電極5を介して、回路基板1側の導電ランド(図示せず。)と電気的に接続されている。
表面実装部品2は、封止樹脂6によって、その少なくとも一部が封止されている。この実施形態では、封止樹脂6は、アンダーフィル材として機能するもので、凹部3によって流れ出しが防止されながら、表面実装部品2と凹部3との間に規定される空間に充填されている。
封止樹脂6は、想像線で示したノズル7を用いて、凹部3内に注入される。凹部3は、表面実装部品2によって覆われる表面矩形状の開口を有する主領域8と、主領域8に連通しながら表面実装部品2からはみ出した部分にまで延びる開口を有する副領域9とを備えている。この副領域9の開口の面積は、主領域8の開口の面積より小さい。上述したノズル7は、表面実装部品2を搭載した後、副領域9に位置される。この状態で、封止樹脂6は、ノズル7を介して、副領域9から注入され、主領域8へと行き渡るように充填される。
上述のように、副領域9を、封止樹脂6の注入口として用いると、封止樹脂6の注入の能率性および精度を高めることができる。また、封止樹脂6の注入口として機能する副領域9を設けておけば、封止樹脂6の注入を可能にするために凹部3全体を大きくするといった対策をとる必要がない。そのため、凹部3を全体として小さくすることができ、その結果、搭載部品の実装密度を高めることができる。
図1では図示を省略しているが、回路基板1は、積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有している。これらセラミック層間の特定の界面に沿って、いくつかの内部導体膜が形成され、また、特定のセラミック層を厚み方向に貫通するように、いくつかのビアホール導体が形成されている。回路基板1は、主面10側をマザーボード(図示せず。)側に向けて実装されるものであり、この主面10側には、いくつかの外部端子11が設けられている。これら外部端子11は、たとえば、溝の形成によって分割されたビアホール導体の各部分によって与えられたものであり、主面10側に形成された段差部12は、上述の溝の形成の結果もたらされたものである。
図2は、この発明に係る回路基板についての第2の実施形態を説明するためのもので、(a)は、回路基板1aの平面図であり、(b)は、(a)の線B−Bに沿う断面図である。図2において、図1に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図2に示した回路基板1aに備える凹部3は、その主領域8の平面矩形状の開口が、表面実装部品2の平面寸法より小さいことを特徴としている。その他の構成については、図1に示した回路基板1の場合と実質的に同様である。
上述のように、主領域8の開口が表面実装部品2の平面寸法より小さくされるとき、封止樹脂6の注入口として機能する副領域9の存在意義がより高められる。すなわち、凹部3全体としての寸法を小さくしても、封止樹脂6の注入が可能であるので、搭載部品の実装密度をより高めることができる。
図3は、この発明に係る回路基板についての第3の実施形態を説明するためのもので、回路基板1bの平面図である。図3において、図1に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図3に示した回路基板1bは、凹部3が、副領域9に加えて、第2の副領域13を備えていることを特徴としている。すなわち、凹部3は、主領域8を介して第1の副領域9に対向する位置において、主領域8に連通しながら表面実装部品9からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第2の副領域13をさらに備えている。この第3の副領域13の開口の面積は、主領域8の開口の面積より小さく、さらに、第1の副領域9の開口の面積より小さい。
第2の副領域13は、前述したように、第1の副領域9から封止樹脂6を注入する工程において、排気口として機能する。したがって、第1の副領域9からの封止樹脂6の注入についての能率性および精度をより高めることができる。
図3に示した回路基板1bに形成された凹部3の主領域8の開口は、図2に示した回路基板1aの場合と同様、表面実装部品2の平面寸法より小さくされている。このような状況にあるとき、第2の副領域13による排気口としての機能がより効果的に作用する。しかしながら、第2の副領域13は、図1に示した回路基板1の場合のように、主領域8の開口が表面実装部品2の平面寸法より大きい実施形態において備えていてもよい。
図4は、この発明に係る回路基板の製造方法についての第1の実施形態を説明するためのもので、この製造方法に含まれる各工程を順次示す断面図である。前述の図1ないし図3にそれぞれ示した回路基板1、1aおよび1bは、凹部3の寸法および/または形状が異なるのみで、実質的に同様の製造方法によって製造されることができる。したがって、図4に示した製造方法の説明を、図1に示した回路基板1を製造する場合について行なう。
まず、複数のセラミックグリーンシートが用意され、図4では図示しないが、特定のセラミックグリーンシートについては、ビアホール導体を形成するため、貫通孔が設けられ、そこに導電性ペーストが充填される。これらビアホール導体の中には、前述した外部端子11を形成するためのビアホール導体も含まれている。また、特定のセラミックグリーンシート上には、内部導体膜あるいは外部導体膜となるべき導電性ペースト膜が、たとえばスクリーン印刷等によって形成される。なお、上述したような工程を実施する間、各セラミックグリーンシートは、キャリアフィルムによって裏打ちされた状態で取り扱われる。
セラミックグリーンシートは、好ましくは、1000℃以下の焼成温度で焼結可能な低温焼成セラミック材料を含むことが好ましい。セラミックグリーンシートが低温焼成セラミック材料を含むようにすれば、前述したビアホール導体や導体膜において、比抵抗の小さい銀や銅等の金属を用いても、これと同時に焼成することができる。
低温焼成セラミック材料としては、具体的には、アルミナやフォルステライト等のセラミック粉末にホウ珪酸系ガラスを混合したガラス複合系低温焼結セラミック材料、ZnO−MgO−Al2O3−SiO2系の結晶化ガラスを用いた結晶化ガラス系低温焼成セラミック材料、BaO−Al2O3−SiO2系セラミック粉末やAl2O3−CaO−SiO2−MgO−B2O3系セラミック粉末等を用いた非ガラス系低温焼成セラミック材料等がある。
上述した複数のセラミックグリーンシートのうち、回路基板1の一方主面4を与えるべきセラミックグリーンシート21が、キャリアフィルム22によって裏打ちされた状態で、図4(1)に図示されている。このセラミックグリーンシート21の、凹部3が形成されるべき位置には、凹部形成部材23が配置されている。凹部形成部材23は、凹部3の内形状に相関する外形状を有している。
凹部形成部材23は、後述する加熱工程、より特定的には焼成工程を実施することによって消失する材料から構成される。ここで、消失とは、典型的には、加熱によって燃焼したり熱分解されたりして無くなることを言い、このように消失する材料としては、代表的には、樹脂が用いられる。樹脂としては、一般的には、たとえばアクリル系樹脂、ブチラール系樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられるが、その他、ゴム系の樹脂や熱硬化性樹脂を用いることもできる。また、カーボン粉末をバインダとしての樹脂中に練り込んだカーボンペーストを用いることもできる。さらには、加熱によって、気化または昇華などの現象に基づいて無くなる材料であってもよい。
この実施形態では、凹部形成部材23を構成する材料は、ペースト状材料である。そのため、所定形状の凹部形成部材23は、図4(1)に示すようなスクリーン24およびスキージ25を用いたスクリーン印刷または他の印刷法によって形成されたペースト状材料26からなる膜として形成されることができる。
なお、このように、ペースト状材料26からなる凹部形成部材23は、後述するめり込ませ工程を適正に実施できるようにするためには、セラミックグリーンシート21あるいは未硬化(未焼成)状態の回路基板よりもある程度固いことが必要である。この必要な固さは、凹部形成部材23が樹脂から構成されるとき、樹脂の種類、重合度、添加剤等によって調節することができる。
次に、図4(2)に示すように、仮圧着金型27および28が用意され、下方の仮圧着金型27上には、下敷きシート29が敷かれる。そして、複数のセラミックグリーンシート21を順次、積層して仮圧着する。
上述の仮圧着工程を終え、下敷きシート29が剥離された後の未硬化(未焼成)状態の未硬化基板30が図4(3)に示されている。この未硬化基板30は、加熱されることによって、前述した回路基板1となるものである。上述したように、仮圧着工程を実施することにより、凹部形成部材23は、未硬化基板30の一方主面4にめり込んだ状態となり、その結果として、凹部3が形成される。
このとき、凹部形成部材23は、ペースト状材料26からなるものであるので、ある程度変形する。凹部形成部材23が、図4(2)では断面長方形で図示されているが、図4(3)において断面台形とされているのは、上述の変形の典型的なものを図示するためである。また、凹部形成部材23は、凹部3の底面と側面とが交差する部分において丸みを付与するようにも変形する。
次に、図4(4)に示すように、未硬化基板30は、剛体プレス金型31および32内に収容され、その状態で本プレスされる。その結果、未硬化基板30に備える複数のセラミックグリーンシート21間の密着状態がより強固なものとされ、かつ、凹部形成部材23のめり込み状態がより完璧なものとされる。
次に、図4(5)に示すように、剛体プレス金型31および32から未硬化基板30が取り出された後、未硬化基板30の他方主面10側に溝33が形成される。図4に示した未硬化基板30は、これを分割することによって、複数の回路基板1を取り出すことができるようにされていて、上述の溝33は、この分割を行なう分割線に沿うように位置されている。また、溝33の形成によって、図4では図示しないが、ビアホール導体が分割され、それによって、図1(b)に示した外部端子11が与えられる。図1(b)に示した段差部12は、この溝33の一部によってもたらされたものである。
次に、図4(6)に示すように、未硬化基板30の、溝33が形成された主面10とは反対側の主面4に、たとえばV字状の溝をもってブレイクライン34が形成される。ブレイクライン34は、前述した分割線に沿うように位置される。
次に、未硬化基板30が加熱すなわち焼成される。その結果、図4(7)に示すように、未硬化基板30が硬化すなわち焼結し、回路基板1が得られるとともに、凹部形成部材23が消失する。この凹部形成部材23の消失の結果、回路基板1には、凹部3が残される。図1に示した回路基板1は、図4(7)に示した構造物を、溝33およびブレイクライン34に沿って分割することによって取り出されたものである。
次に、外部端子11および他の外部に露出する導体に対して、たとえば無電解めっきのようなめっきが施される。そして、図1に示すように、凹部3内に、必要な表面実装部品2が実装される。次いで、表面実装部品2の少なくとも一部を封止するように、封止樹脂6が凹部3内に注入され、封止樹脂6が硬化される。その後、必要に応じて、表面実装部品2を覆うように金属キャップ(図示せず。)が回路基板1に取り付けられる。
このような回路基板1において、凹部3の深さは、5〜200μmの範囲内とされることが好ましい。凹部3は、その深さが5μm以上であれば、封止樹脂6自身が有する表面張力が作用するため、封止樹脂6の流れ出しを十分に防止することができる。他方、凹部3の深さが200μmを超えると、上述の凹部形成部材23のめり込ませ工程の後の未硬化基板30に比較的大きな内部応力が残留し、特に、この内部応力が不均一に残留していると、加熱すなわち焼成工程において、未硬化基板30あるいは回路基板1にクラックが生じたり、焼結した回路基板1が歪んでしまうことがある。そのため、凹部3の深さは、前述したように、200μm以下とされることが好ましい。
図5は、この発明に係る回路基板の製造方法についての第2の実施形態を説明するためのもので、この製造方法に含まれる典型的な工程を順次示す断面図である。図5において、図4に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図5に示した製造方法では、まず、図5(1)に示すように、保持体としてのキャリアフィルム41上に、加熱することによって消失するペースト状材料からなるペースト膜42が、たとえばドクターブレード法によって形成される。
次に、図5(2)に示すように、たとえばレーザが適用され、それによって、ペースト膜42には、得ようとする凹部形成部材の輪郭形状に沿うように延びる溝43が形成される。なお、この溝43は、ペースト膜42を厚み方向に貫通するが、キャリアフィルム41については、これを貫通しないようにされる。
次に、図5(3)に示すように、溝43より外側にあるペースト膜42の不要部分がキャリアフィルム41から剥がされることによって除去される。その結果、キャリアフィルム41上には、ペースト膜42からなる所定形状の凹部形成部材23が残される。
次に、図5(4)に示すように、別に用意された未硬化基板30の上に、キャリアフィルム41によって保持された凹部形成部材23が配置され、次いで、プレスされる。これによって、凹部形成部材23は、未硬化基板30の表面にめり込んだ状態となる。その結果、未硬化基板30の表面には、凹部3が形成される。なお、上述のプレス工程は、好ましくは、仮圧着工程と剛体プレスによる本プレス工程との2段階で実施される。
次に、図5(5)に示すように、キャリアフィルム41が凹部形成部材23および未硬化基板30から剥離される。このようにして、凹部形成部材23は、キャリアフィルム41から未硬化基板30の表面の凹部3が形成されるべき位置へと転写される。
次に、未硬化基板30は、加熱すなわち焼成される。それによって、図5(6)に示すように、硬化すなわち焼結した回路基板1が得られる。この回路基板1においては、凹部形成部材23が消失しており、その結果として、凹部3が形成されている。
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。
たとえば、上述の図5に示した実施形態では、キャリアフィルム41上に所定形状の凹部形成部材23を形成するため、キャリアフィルム41上に形成されたペースト膜42の不要部分を除去する方法を採用したが、キャリアフィルム41上に、予め所定の形状とされた凹部形成部材23を印刷等により形成してもよい。
また、図4に示した実施形態では、直接、セラミックグリーンシート21上に凹部形成部材23を形成する工程を採用したが、この実施形態において、凹部形成部材23をキャリアフィルムのような保持体上に予め形成しておき、その後、凹部形成部材23を保持体からセラミックグリーンシート21へと転写するようにしてもよい。
また、図示の実施形態では、凹部3は、一様な深さを有するものであったが、凹部は、深さの異なる部分が分布するような形状であってもよい。この場合には、凹部形成部材として、厚みが部分的に異なるものを用いればよい。たとえば、凹部形成部材がペースト状材料の印刷によって形成される場合、厚みのより厚い部分は、印刷を繰り返すことによって、所望の厚みを得るようにされる。
また、凹部形成部材は、ペースト状材料以外の、たとえば樹脂からなる板のような定型物をもって構成されてもよい。この場合には、凹部形成部材は、たとえば、予め成形され、それが、未硬化基板またはセラミックグリーンシート上の所望の位置に配置されることになる。
また、回路基板は、セラミックに代えて、樹脂をもって構成されることも可能である。この場合、未硬化基板は、樹脂の半硬化の状態のものをもって構成されることが好ましい。そして、この場合には、凹部形成部材は、硬化した回路基板を得るために未硬化状態の未硬化基板を加熱する際に付与される温度より低い温度にて消失する材料によって構成される必要がある。
また、図示した実施形態では、凹部3は、表面実装部品2を搭載する際に付与される封止樹脂6の流れ出しを防止するために設けられたものであったが、このような用途以外の凹部が回路基板に形成される場合であっても、この発明を等しく適用することができる。
1,1a,1b 回路基板
2 表面実装部品
3 凹部
5 バンプ電極
6 封止樹脂
7 ノズル
8 主領域
9 第1の副領域
13 第2の副領域
21 セラミックグリーンシート
23 凹部形成部材
26 ペースト状材料
27,28 仮圧着金型
30 未硬化基板
31,32 剛体プレス金型
41 キャリアフィルム
42 ペースト膜
2 表面実装部品
3 凹部
5 バンプ電極
6 封止樹脂
7 ノズル
8 主領域
9 第1の副領域
13 第2の副領域
21 セラミックグリーンシート
23 凹部形成部材
26 ペースト状材料
27,28 仮圧着金型
30 未硬化基板
31,32 剛体プレス金型
41 キャリアフィルム
42 ペースト膜
Claims (2)
- 表面実装部品を搭載するための凹部が表面に形成された、回路基板であって、
前記凹部は、前記表面実装部品によって覆われる平面矩形状の開口を有する主領域と、前記主領域に連通しながら前記表面実装部品からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第1の副領域とを備え、前記第1の副領域の開口の面積は、前記主領域の開口の面積より小さい、回路基板。 - 前記凹部は、前記主領域を介して前記第1の副領域に対向する位置において、前記主領域に連通しながら前記表面実装部品からはみ出した部分にまで延びる開口を有する第2の副領域をさらに備える、請求項1に記載の回路基板。
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