JP2021019057A - 複合積層基板及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた接続信頼性を得ることができる複合積層基板及び電子機器を提供する。【解決手段】複合積層基板は、第1の配線を有する第1の基板と、前記第1の基板に積層され、第2の配線を有し、前記第1の基板に対向する面に前記第2の配線に達する開口部が形成された第2の基板と、前記開口部内に設けられ、前記第2の配線に接続された導電性ペーストと、前記第1の配線に接続され、前記開口部内で前記導電性ペーストに接触する導電性ポストと、を有し、前記第1の基板は、樹脂を基材とし、前記第2の基板は、ガラスを基材とし、前記導電性ペーストの弾性率は、前記樹脂の弾性率より低い。【選択図】図1

Description

本発明は、複合積層基板及び電子機器に関する。
配線基板は、絶縁層と絶縁層上に形成された配線とを含む。従来、絶縁層にガラス板又は樹脂層が用いられている。また、ガラス板及び樹脂層の両方を絶縁層に用いた配線基板も知られている。
特開2005−259801号公報 特開2016−111244号公報 特開2017−228727号公報 特開2017−107934号公報 特開2015−177174号公報
用途及びコスト等の観点から、ガラス板を用いた配線基板と樹脂層を用いた配線基板とを積層して複合積層基板を構成することが考えられる。このような複合積層基板では、樹脂の熱膨張率がガラスの熱膨張率より大きいため、製造中又は使用時に温度変化が生じると、樹脂層を用いた配線基板がガラス板を用いた配線基板よりも大きく変形しようとする。従って、互いに逆方向の熱応力が作用する。そして、特にガラス基板は脆いため、熱応力によってガラス基板にクラックが発生しやすい。クラックの発生はショート、断線、層間ビアの破断等を引き起こし得る。このため、優れた接続信頼性を得ることが困難である。従って、優れた接続信頼性を得ることが困難である。
本開示の目的は、優れた接続信頼性を得ることができる複合積層基板及び電子機器を提供することにある。
本開示の一形態によれば、第1の配線を有する第1の基板と、前記第1の基板に積層され、第2の配線を有し、前記第1の基板に対向する面に前記第2の配線に達する開口部が形成された第2の基板と、前記開口部内に設けられ、前記第2の配線に接続された導電性ペーストと、前記第1の配線に接続され、前記開口部内で前記導電性ペーストに接触する導電性ポストと、を有し、前記第1の基板は、樹脂を基材とし、前記第2の基板は、ガラスを基材とし、前記導電性ペーストの弾性率は、前記樹脂の弾性率より低い複合積層基板が提供される。
本開示によれば、優れた接続信頼性を得ることができる。
第1の実施形態に係る複合積層基板の構成を示す断面図である。 第1の実施形態に係る複合積層基板の作用を示す断面図である。 第2の実施形態に係る複合積層基板の構成を示す断面図である。 第2の実施形態に係る複合積層基板の作用を示す断面図である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その1)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その2)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その3)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その4)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その5)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その6)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その7)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その8)である。 第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図(その9)である。 導電性ポストの形状の一例を示す断面図である。 第3の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。なお、便宜上、平面視とは、基板の主面に垂直な方向から対象物を視ることをいう。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る複合積層基板の構成を示す断面図である。
図1に示すように、第1の実施形態に係る複合積層基板100は、第1の配線120を有する第1の基板110と、第1の基板110に積層された第2の基板130とを有する。第2の基板130は第2の配線140を有し、第2の基板130の第1の基板110に対向する面130Aに第2の配線140に達する開口部130Bが形成されている。複合積層基板100は、更に、開口部130B内に設けられ、第2の配線140に接続された導電性ペースト150と、第1の配線120に接続され、開口部130B内で導電性ペースト150に接触する導電性ポスト160とを有する。第1の基板110は樹脂を基材とし、第2の基板130はガラスを基材とする。導電性ペースト150の弾性率は、第1の基板110の基材の樹脂の弾性率より低い。
ここで、複合積層基板100の作用について説明する。図2は、第1の実施形態に係る複合積層基板の作用を示す断面図である。
複合積層基板100に温度変化が生じると、樹脂の熱膨張率がガラスの熱膨張率より大きいため、樹脂を基材とする第1の基板110が、ガラスを基材とする第2の基板130よりも大きく熱変形しようとする。このとき、導電性ポスト160は、第1の配線120に接続されているため、第1の基板110の熱変形に付随して移動しようとする。また、複合積層基板100では、導電性ペースト150の弾性率が、第1の基板110の基材の樹脂の弾性率より低い。このため、図2に示すように、導電性ポスト160は容易に移動することができる。そして、導電性ポスト160の移動により、第1の基板110と第2の基板130との間の熱応力が緩和される。従って、第2の基板130の基材であるガラスのクラック等を抑制し、優れた接続信頼性を得ることができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態に係る複合積層基板の構成を示す断面図である。
図3に示すように、第2の実施形態に係る複合積層基板200は、第1の基板210と、第1の基板210に積層された第2の基板230とを有する。第1の基板210は樹脂を基材とし、第2の基板230はガラスを基材とする。例えば、第2の基板230の基材であるガラスの弾性率は、第1の基板210の基材である樹脂の弾性率より高い。
第1の基板210は、互いに積層された3つの樹脂層211、212及び213を有する。樹脂層211〜213は、例えば熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂又はフッ素樹脂等が用いられる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂等が用いられる。樹脂層211〜213に含まれる樹脂の弾性率は、例えば、常温で4.0GPa〜30.0GPa程度である。樹脂層211〜213がガラス繊維等の繊維を含んでいてもよく、シリカフィラー等のフィラーを含んでいてもよい。なお、第1の基板210に含まれる樹脂層の数は3に限定されず、1層以上でよい。
第1の基板210は、4つの配線層221、222、223及び224を有する。配線層221は、樹脂層211の樹脂層212とは反対側の面に設けられている。配線層222は、樹脂層211と樹脂層212との間に設けられている。配線層223は、樹脂層212と樹脂層213との間に設けられている。配線層224は、樹脂層213の樹脂層212とは反対側の面に設けられている。配線層221〜224は、例えばCuを含む。配線層224は第1の配線の一例である。
第1の基板210は、樹脂層211内の導電性ペースト271と、樹脂層212内の導電性ペースト272と、樹脂層213内の導電性ペースト273とを有する。導電性ペースト271は、配線層221及び222に接触し、配線層221と配線層222とを互いに電気的に接続する。導電性ペースト272は、配線層222及び223に接触し、配線層222と配線層223とを互いに電気的に接続する。導電性ペースト273は、配線層223及び224に接触し、配線層223と配線層224とを互いに電気的に接続する。導電性ペースト271〜273は、樹脂と金属との混合物を含む。例えば、導電性ペースト271〜273に用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であり、導電性ペースト271〜273に用いられる金属は、例えば、Cu、Sn、Bi、Ag、Ni若しくはPb又はこれらの任意の組み合わせである。
第1の基板210は、樹脂層213及び配線層224を覆うソルダレジスト層214を有する。ソルダレジスト層214には、配線層224の一部を露出する開口部214Aが形成されている。
第2の基板230は、互いに積層された3つのガラス板231、232及び233を有する。ガラス板231〜233は、例えば、弾性率が80GPa程度のアルカリフリーガラスの板である。なお、第2の基板230に含まれるガラス板の数は3に限定されず、例えば1でもよい。
第2の基板230は、3つの配線層241、242及び243を有する。配線層241は、ガラス板231とガラス板232との間に設けられている。配線層242は、ガラス板232とガラス板233との間に設けられている。配線層243は、ガラス板233のガラス板232とは反対側の面に設けられている。配線層221〜224は、例えばCuを含む。配線層241は第2の配線の一例である。ガラス板232に貫通孔232Aが形成されており、配線層242は貫通孔232Aを通じてガラス板232のガラス板231側の面まで達している。
ガラス板233に貫通孔233Aが形成されており、配線層243は貫通孔233Aを通じてガラス板233のガラス板232側の面まで達している。
第2の基板230は、ガラス板231とガラス板232とを接着する接着層281と、ガラス板232とガラス板233とを接着する接着層281とを有する。接着層281〜282は、例えば、ガラスフィラーを含むエポキシの層である。接着層281〜282に、エポキシ以外の熱硬化性材料を用いてもよく、熱可塑性材料、例えばポリイミドを用いてもよく、液晶ポリマー等を用いてもよい。
第2の基板230は、配線層241及び242に接触し、配線層241と配線層242とを互いに電気的に接続する導電性ペースト292と、配線層242及び243に接触し、配線層242と配線層243とを互いに電気的に接続する導電性ペースト293とを有する。導電性ペースト292〜293は、樹脂と金属との混合物を含む。例えば、導電性ペースト292〜293に用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であり、導電性ペースト292〜293に用いられる金属は、例えば、Cu、Sn、Bi、Ag、Ni若しくはPb又はこれらの任意の組み合わせである。
第2の基板230の第1の基板210に対向する面230Aに配線層241に達するビアホール230Bが形成されている。ビアホール230Bの形状は、例えば、配線層241から離間するほど径が大きくなるテーパ形状である。また、例えば、ビアホール230Bの内壁面は、面230Aから配線層241に近づくほど急峻になっている。例えば、面230Aが平面を有し、この平面からビアホール230Bの内壁面の傾斜が連続して変化していることが好ましい。傾斜が不連続になる点、すなわち尖った点はクラックの起点になりやすいからである。ビアホール230Bの面230A側の開口径は、開口部214Aの開口径より大きく、平面視で、ビアホール230Bの面230A側の縁は、開口部214Aの外側に位置する。
複合積層基板200は、ビアホール230B内に設けられ、配線層241に接続された導電性ペースト250を有する。導電性ペースト250は、樹脂と金属との混合物を含む。例えば、導電性ペースト250に用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であり、導電性ペースト250に用いられる金属は、例えば、Cu、Sn、Bi、Ag、Ni若しくはPb又はこれらの任意の組み合わせである。導電性ペースト250の弾性率は、第1の基板210の基材の樹脂の弾性率より低い。導電性ペーストの弾性率は、例えば、常温で1.0GPa〜5.0GPa程度である。例えば、少なくとも−55℃〜300℃の温度範囲で、導電性ペースト250の弾性率は第1の基板210の基材の樹脂の弾性率より低く、特に使用温度(−55℃〜125℃)において弾性率が低い。
複合積層基板200は、面230A上に設けられた接着層251を有する。接着層251には、ビアホール230Bと繋がる開口部251Aが形成されている。導電性ペースト250は開口部251A内にも設けられている。接着層251により、第1の基板210と第2の基板230とが接着されている。
複合積層基板200は、配線層224に接続され、ビアホール230B内で導電性ペースト250に接触する導電性ポスト260を有する。導電性ポスト260は配線層224に接続されている。導電性ポスト260は、例えば金属結合により配線層224に固定されている。導電性ポスト260は配線層224上に開口部214Aを貫通するようにして形成されている。導電性ポスト260は、例えば、Cu、Sn、Ni若しくはAu又はこれらの任意の組み合わせを含む。導電性ポスト260は、例えば、配線層224から離間するほど径が小さくなる形状であればよく、円錐台の形状や多角錐台の形状を有する。
ここで、複合積層基板200の作用について説明する。図4は、第2の実施形態に係る複合積層基板の作用を示す断面図である。
複合積層基板200に温度変化が生じると、樹脂を基材とする第1の基板210が、ガラスを基材とする第2の基板230よりも大きく熱変形しようとする。このとき、導電性ポスト260は、配線層224に接続され、かつ配線層224と金属結合しているため、第1の基板210の熱変形に付随して移動しようとする。また、複合積層基板200では、導電性ペースト250の弾性率が、第1の基板210の基材の樹脂の弾性率より低い。このため、図4に示すように、導電性ポスト260は容易に移動することができる。そして、導電性ポスト260の移動により、第1の基板210と第2の基板230との間の熱応力が緩和される。従って、第2の基板230の基材であるガラスのクラック等を抑制し、優れた接続信頼性を得ることができる。
次に、第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法について説明する。図5A〜図5Iは、第2の実施形態に係る複合積層基板200の製造方法を示す断面図である。
まず、図5Aに示すように、第1の基板210を準備し、図5Bに示すように、第2の基板230を準備する。この時点で、第2の基板230にビアホール230Bは形成されていない。
次いで、図5Cに示すように、ガラス板231にビアホール230Bを形成する。ビアホール230Bの形成では、例えば、レーザ光の照射により、ガラス板231のビアホール230Bを形成しようとする部分を改質し、ふっ酸を用いたエッチングを行う。レーザ光の光源には、炭酸ガス(CO)レーザ又は紫外線(UV)レーザ等を用いることができる。サンドブラスト又はドリル加工等によりビアホール230Bを形成してもよい。また、これらの加工方法のうちの複数を組み合わせてもよい。
その後、図5Dに示すように、ドライフィルム型の接着層251を面230Aに形成し、接着層251に開口部251Aを形成する。開口部251Aは、例えばCOレーザ光の照射により形成することができる。その他にサンドブラストやプラズマエッチングなどの方法で形成してもよい。
次いで、図5Eに示すように、ビアホール230B及び開口部251A内に導電性ペースト250を設ける。導電性ペースト250は、例えばスクリーン印刷法により設けることができる。
また、図5Fに示すように、開口部214Aを露出する開口部290Aを備えたドライフィルムレジスト290をソルダレジスト層214上に形成する。
次いで、図5Gに示すように、配線層224の開口部214A及び290Aから露出する部分上にめっき膜261を形成する。めっき膜261は配線層224と金属結合する。
その後、図5Hに示すように、ドライフィルムレジスト290を除去する。更に、めっき膜261に等方性エッチングを施すことにより、導電性ポスト260を形成する。
続いて、図5Iに示すように、接着層251を間に挟んで第1の基板210と第2の基板230とを積層し、熱間プレスする。この結果、接着層251及び導電性ペースト250が軟化した後に硬化し、複合積層基板200が完成する。
熱間プレスの際に、樹脂を基材とする第1の基板210が、ガラスを基材とする第2の基板230よりも大きく熱変形しようとするが、導電性ポスト260が容易に面内方向で移動することができる。このため、熱間プレスの際にも、第1の基板210と第2の基板230との間の熱応力を緩和し、第2の基板230の基材であるガラスのクラック等を抑制し、優れた接続信頼性を得ることができる。
なお、導電性ポスト260の形状は円錐台に限定されず、円柱又は角柱等の形状であってもよい。ただし、導電性ポスト260の形状を円錐台に近似したときに、下記の条件が満たされていることが好ましい。図6は、導電性ポスト260の形状の一例を示す断面図である。ここでは、導電性ポスト260の配線層224から最も離間した点を通り、面230Aに平行な面を面P1とする。面P1は、第1の基板210及び第2の基板230の厚さ方向に垂直な平面である。
面P1におけるビアホール230Bの径D1は、第2の基板230内のビアホール230Bが形成されたガラス板231を除くガラス板、すなわちガラス板232、233に形成された貫通孔232A、233Aの最大径D2よりも大きいことが好ましい。導電性ポスト260が面内方向で移動できる範囲を広く確保するためである。
ビアホール230Bの内壁面と面Pとが交わる交線上において、ビアホール230Bの内壁面と面Pとのなす角の角度θ2は、導電性ポスト260を近似した円錐台の側面と面P1とのなす角の角度θ1より大きいことが好ましい。導電性ポスト260が面内方向で移動できる範囲を広く確保するためである。角度θ1は第1の傾斜角度の一例であり、角度θ2は第2の傾斜角度の一例である。
ビアホール230Bの配線層241側の端部もテーパ形状に加工されていてもよい。つまり、ガラス板231の厚さ方向の途中から第1の基板210側の端部に向かって径が大きくなるだけでなく、配線層241側の端部に向かっても径が大きくなっていてもよい。
貫通孔232A、233Aの形状は限定されない。例えば、貫通孔232A、233Aの形状は、ガラス板232、233の各々において、一方の面から他方の面に向かって径が小さくなる片側テーパ形状でもよい。また、貫通孔232A、233Aの形状は、ガラス板232、233の各々において、両方の面から厚さ方向の中心に向かって径が小さくなる両側テーパ形状でもよい。
なお、第2の基板230に含まれるガラス板の数は複数に限定されず、1であってもよい。また、複合積層基板200に含まれる第1の基板210及び第2の基板230の数は限定されず、例えば、複合積層基板200が、交互に積層された第1の基板210と第2の基板230とを含んでいてもよい。また、複合積層基板200の表裏に第1の基板210が配置されていてもよく、複合積層基板200の表裏に第2の基板230が配置されていてもよい。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、第2の実施形態に係る複合積層基板200を含む電子機器に関する。図7は、第3の実施形態に係る電子機器を示す断面図である。
第3の実施形態に係る電子機器300は、複合積層基板200と、複合積層基板200上に実装された電子部品310とを有する。電子部品310は、例えば、集積回路(integrated circuit:IC)チップである。電子部品310は、本体311と、本体311の複合積層基板200側に設けられた外部端子312とを有する。外部端子312と配線層243とが、はんだボール等の導電材320を介して互いに接続されている。本体311と複合積層基板200との間の空間はアンダーフィル330により充填されている。
電子部品310を複合積層基板200に実装する際には、例えば250℃〜260℃程度の温度でのリフローが行われる。このリフローの際に複合積層基板200に温度変化が生じるが、上記のように、第2の基板130の基材であるガラスのクラック等を抑制し、優れた接続信頼性を得ることができる。
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
第1の配線を有する第1の基板と、
前記第1の基板に積層され、第2の配線を有し、前記第1の基板に対向する面に前記第2の配線に達する開口部が形成された第2の基板と、
前記開口部内に設けられ、前記第2の配線に接続された導電性ペーストと、
前記第1の配線に接続され、前記開口部内で前記導電性ペーストに接触する導電性ポストと、
を有し、
前記第1の基板は、樹脂を基材とし、
前記第2の基板は、ガラスを基材とし、
前記導電性ペーストの弾性率は、前記樹脂の弾性率より低いことを特徴とする複合積層基板。
(付記2)
前記導電性ポストは、前記第1の配線に固定されていることを特徴とする付記1に記載の複合積層基板。
(付記3)
前記開口部の径は、前記第1の基板に向けて径が大きくなことを特徴とする付記1又は2に記載の複合積層基板。
(付記4)
前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面は、平面を有し、
前記開口部の内壁面の傾斜は、前記平面から連続して変化していることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の複合積層基板。
(付記5)
前記導電性ポストの径は、前記第2の基板に向けて小さくなることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の複合積層基板。
(付記6)
前記導電性ポストを近似した円錐台の側面の、前記第1の基板及び前記第2の基板の厚さ方向に垂直な平面からの第1の傾斜角度は、
前記開口部の内壁面の、前記第1の基板及び前記第2の基板の厚さ方向に垂直な平面のうちで前記導電性ポストの前記第2の配線から最も離間した点を通る平面と交わる交線上での第2の傾斜角度より大きいことを特徴とする付記5に記載の複合積層基板。
(付記7)
前記第2の基板は、互いに積層された複数のガラス板を含み、
前記複数のガラス板のうちの一つのガラス板に前記開口部が形成され、
前記複数のガラス板のうちの残りのガラス板に貫通孔が形成され、
前記第1の基板及び前記第2の基板の厚さ方向に垂直な平面のうちで前記導電性ポストの前記第2の配線から最も離間した点を通る平面における前記開口部の径は、前記貫通孔の最大径より大きいことを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の複合積層基板。
(付記8)
前記ガラスの弾性率は、前記樹脂の弾性率より高いことを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の複合積層基板。
(付記9)
付記1乃至8のいずれか1項に記載の複合積層基板と、
前記複合積層基板上に実装された電子部品と、
を有することを特徴とする電子機器。
100、200:複合積層基板
110、210:第1の基板
120:第1の配線
130、230:第2の基板
130A、230A:面
130B:開口部
140:第2の配線
150、250:導電性ペースト
160、260:導電性ポスト
211、212、213:樹脂層
221、222、223、224、241、242、243:配線層
230B:ビアホール
231、232、233:ガラス板
300:電子機器
310:電子部品

Claims (7)

  1. 第1の配線を有する第1の基板と、
    前記第1の基板に積層され、第2の配線を有し、前記第1の基板に対向する面に前記第2の配線に達する開口部が形成された第2の基板と、
    前記開口部内に設けられ、前記第2の配線に接続された導電性ペーストと、
    前記第1の配線に接続され、前記開口部内で前記導電性ペーストに接触する導電性ポストと、
    を有し、
    前記第1の基板は、樹脂を基材とし、
    前記第2の基板は、ガラスを基材とし、
    前記導電性ペーストの弾性率は、前記樹脂の弾性率より低いことを特徴とする複合積層基板。
  2. 前記導電性ポストは前記第1の配線に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の複合積層基板。
  3. 前記開口部の径は、前記第1の基板に向けて径が大きくなことを特徴とする請求項1又は2に記載の複合積層基板。
  4. 前記第2の基板の前記第1の基板に対向する面は、平面を有し、
    前記開口部の内壁面の傾斜は、前記平面から連続して変化していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複合積層基板。
  5. 前記導電性ポストの径は、前記第2の基板に向けて小さくなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の複合積層基板。
  6. 前記導電性ポストを近似した円錐台の側面の、前記第1の基板及び前記第2の基板の厚さ方向に垂直な平面からの第1の傾斜角度は、
    前記開口部の内壁面の、前記第1の基板及び前記第2の基板の厚さ方向に垂直な平面のうちで前記導電性ポストの前記第2の配線から最も離間した点を通る平面と交わる交線上での第2の傾斜角度より大きいことを特徴とする請求項5に記載の複合積層基板。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の複合積層基板と、
    前記複合積層基板上に実装された電子部品と、
    を有することを特徴とする電子機器。
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