JP5310652B2 - 複合基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複合基板の製造方法に関し、詳しくは、基板の一方主面が被覆部材で覆われた複合基板に関する。
従来、基板に電子部品が搭載された複合基板が、モジュール電子部品として提供されている。この種の複合基板は、基板に搭載された電子部品を保護するため、キャップ部材で電子部品を覆うタイプのものや、電子部品を樹脂で被覆するタイプのものがある。
後者の電子部品を樹脂で被覆するタイプのものは、前者のキャップ部材で電子部品を覆うタイプに比べて低背化が容易であるが、樹脂の硬化収縮時の内部応力の残留や基板と樹脂層の熱膨張係数や収縮率の差などによって、基板に反りが発生することがある。
このような基板の反りの対策として、例えば図8(A)の平面図、図8(A)の線X−Xに沿って切断した断面図である図8(B)、図8(A)の線Y−Yに沿って切断した断面図である図8(C)に示す回路装置では、回路素子が固着された導電箔130の表面に絶縁性樹脂120の被覆が形成されるとともに、導電箔130の裏面に、反り防止のための補強部140が、絶縁性樹脂120の外周縁に対応して形成されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−37125号公報
基板の一方主面に電子部品を搭載し、基板の他方主面に反り防止のための補強部を形成すると、補強部が基板の他方主面側に残るため複合基板の厚みが大きくなり、低背化の要求に反する。補強部を除去して最終製品は低背化するとしても、補強部を除去する工程が増える。
また、一つの親基板から複数個分の複合基板(子基板)をまとめて製造する場合には、子基板を集めた集合ブロックごとに補強部を作製する必要があり、製造コストが高くなる。
本発明は、かかる実情に鑑み、複合基板に基板の反り防止のための部分を設けることなく基板の反りを防ぐことができる複合基板の製造方法を提供しようとするものである。
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した複合基板の製造方法を提供する。
複合基板の製造方法は、(i)基板の一方主面に、硬化するときに収縮する未硬化の被覆部材を配置して、前記基板の前記一方主面が前記被覆部材で覆われた接合体を形成する第1の工程と、(ii)前記接合体の前記被覆部材側に配置された第1の治具部材と、前記接合体の前記基板側に配置された第2の治具部材との間に前記接合体を挟んだ状態で、前記接合体の前記被覆部材を硬化させる第2の工程とを備える。前記第2の治具部材は、前記第2の工程において前記第1の治具部材とともに前記接合体を挟んだときに前記基板の他方主面の中心部に当接して前記基板を前記第1の治具部材側に付勢し、前記基板を反らせる突出部を有する。
上記方法によれば、接合体の被覆部材が硬化すると、そのままでは、被覆部材の収縮により、基板は一方主面が凹状になるように反るところを、第2の工程において第1の治具部材と第2の治具部材との間に接合体を挟み、基板を反対方向に、すなわち基板の他方主面が凹状になるように、反らせた状態で、接合体の被覆部材を硬化させることで、基板の反りを相殺して基板の反り防止することができる。
すなわち、第2の工程において、被覆部材の硬化に伴って基板が反る方向と反対方向に、第1及び第2の治具部材を用いて基板を適切に、すなわち反りを相殺するように反らせた状態で、被覆部材を硬化させることによって、被覆部材の硬化後に基板に反りが発生しないようにすることができる。
好ましくは、前記基板の前記一方主面及び前記他方主面は矩形である。前記第2の工程において、前記基板の前記一方主面及び前記他方主面の4辺に沿って、前記基板の縁端部を前記第1の治具部材と前記第2の治具部材との間に挟み込む。
この場合、基板の4辺の縁端部を治具部材で押さえることで、挟み込み時の力の分散を抑えることができ、基板の反りを平面方向で均一に矯正することができる。
好ましくは、前記第2の治具部材は、前記第2の工程において前記第1の治具部材とともに前記接合体を挟んだときに、前記基板の前記他方主面の前記中心部に当接する前記突出部と、前記基板の前記縁端部に当接する周辺部との間に、前記基板から離れている中間部を有する。
この場合、第2の治具部材は、基板に当接する突出部と周辺部との間が、基板に接しない中間部を介して離れているため、周辺部による基板縁端部の挟み込み力と、突出部による反り矯正力とが相殺することがないので、効果的に基板の反りを矯正できる。
好ましくは、前記第1の治具部材は、前記第2の工程において前記第2の治具部材とともに前記接合体を挟んだときに前記接合体の前記被覆部材の全部が収納される収納空間が形成されている。
この場合、第1の治具部材は、第2の工程において接合体を保持するときに、第1の治具部材に形成された凹部や貫通穴などの収納空間に接合体の被覆部材の全部が収納され、接合体の被覆部材には接触しないようにすることができる。これによって、第1の治具部材が接合体の被覆部材に接触することによる被覆部材の変形や厚みの乱れを防ぐことができる。
好ましくは、前記第2の治具部材は、前記突出部が着脱可能である。
この場合、第2の治具部材の突出部は一体に形成されていないため、第2の治具部材の突出部を取り換えることできる。そのため、基板の反りの状態や基板のサイズなどに応じて、第2の治具部材の突出部の形状や寸法などを容易に変更することができ、基板の状況に合わせて反りの矯正を行うことが容易である。
好ましくは、前記第1の治具部材と前記第2の治具部材とは、前記第2の工程において前記接合体を挟み込むときに前記接合体の前記基板の前記縁端部に面接触し、前記接合体の前記基板を反らせるように傾いている傾斜面を有する。
この場合、傾斜面と基板の縁端部との面接触により、基板の縁端部と第1の治具部材及び第2の治具部材との接触面積が大きくなり、反り矯正力を基板縁端部全体に加えることができる。
これに対し、第1の治具部材や第2の治具部材が接合体の基板の縁端部に接する部分が平面であると、第2工程において基板は治具部材の間に挟み込まれて反っているため、基板の縁端部との接触面積を大きくすることが難しく、反り矯正力を基板周囲全体に加えることが困難である。
好ましくは、前記第1の工程において、前記接合体の前記被覆部材は、前記基板の前記一方主面上に未硬化の樹脂を塗布することにより形成される。
この場合、樹脂の硬化収縮に伴う基板の反りを、効果的に抑制することができる。
好ましくは、前記第1の工程において、電子部品が搭載された前記基板の前記一方主面に、前記被覆部材を配置して、前記電子部品が前記被覆部材で覆われた前記接合体を形成する。
この場合、基板に搭載された電子部品が被覆部材で覆われた複合基板を製造することができる。
好ましくは、前記被覆部材として前記基板の収縮率と異なる収縮率を持つ樹脂を使用する。
基板の被覆部材が薄膜ではなく樹脂であり、その樹脂の収縮率が基板の収縮率とは異なるときに問題となっていた基板の反りを、本発明を適用することによって効果的に緩和できる。
前記被覆部材として前記基板の収縮率と異なる収縮率を持つ樹脂を使用する場合、硬化後の前記樹脂には、前記基板との接合面に沿って平面方向に収縮する圧縮応力が加わる。
本発明によれば、複合基板に基板の反り防止のための部分を設けることなく、基板の反りを防ぐことができる。
複合基板の製造に用いる治具の分解斜視図である。(実施例1) 複合基板の製造に用いる治具の組立斜視図である。(実施例1) (a)図2の線A−Aに沿って切断した断面図、(b)治具部材から取り外されたときの接合体の断面図である。(実施例1) 治具に接合体を挟み込んだ状態を示す断面図である。(実施例2) 複合基板の製造工程を示す断面図である。(比較例1) 複合基板の断面図である。(比較例1) 複合基板の断面図である。(比較例1) 回路装置の(A)平面図、(B)断面図、(C)断面図である。(従来例)
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図4を参照しながら説明する。
<実施例1> 実施例1の複合基板の製造方法について、図1〜図3を参照しながら説明する。
図1は、複合基板の製造に用いる治具の分解斜視図である。図2は、複合基板の製造に用いる治具の組立斜視図である。図3(a)は、図2の線A−Aに沿って切断した断面図である。図3(b)は、治具部材から取り外されたときの接合体の断面図である。
実施例1の複合基板の製造方法では、概略、図1及び図2に示すように、第1の治具部材40と第2の治具部材30との間に、基板12の表面12sに被覆部材として未硬化の樹脂16が配置された接合体10を挟み込んだ状態で、接合体10の樹脂16を硬化させることにより、複合基板を製造する。
詳しくは、次の工程により複合基板を製造する。
図1に示すように、まず、接合体10を準備する。接合体10は、矩形の基板12の表面12sに不図示の電子部品を搭載した後、電子部品の搭載領域の外側に枠状のダム部14を形成し、ダム部14の内側に、ダム部14の内側の基板12の表面12sと基板12の表面12sに搭載された電子部品とを覆うように、未硬化の液状の樹脂を塗布することによって、作製する。
具体的には、基板12は、ガラスエポキシ基板等の樹脂多層基板や、セラミック多層基板である。多層基板ではなく、単層の基板とすることも可能である。ダム部14は、粘性の高い樹脂材料をノズル先端から絞り出し、ノズルを移動させることにより、基板12の表面12sに直接形成する。あるいは、予め所定形状に形成した部材を、基板12の表面12sに配置することにより形成する。樹脂16には、加熱して硬化させる熱硬化性樹脂を用いる。溶剤の気化によって硬化する樹脂を用いてもよい。
次いで、作製した接合体10を、第2の治具部材30の表面30sの所定位置に配置する。第2の治具部材30の表面30sは、接合体10が配置される領域より若干広い領域に、接合体10の位置決めを容易に行えるように凹部31が形成されている。
第2の治具部材30の表面30sは、接合体10が配置される領域の中央部に、突出部34が形成されている。
具体的には、第2の治具部材30は、金属や耐熱樹脂で形成する。突出部34は、接合体10が配置される第2の治具部材30のフラットな表面30sの中央部付近に、例えば、厚み0.3mm、直径60mm程度の円形の耐熱テープを貼り、第2の治具部材30の表面30sから凸状に突出するように形成する。あるいは、サイズの異なる複数枚の耐熱テープを重ねて貼り、山形に隆起した突出部34を形成してもよい。突出部34を形成するための耐熱テープの厚みやサイズは、接合体10の樹脂16の硬化後に基板12がフラットになるようにあらかじめ条件を調整しておく。
突出部34は、第2の治具部材30の本体32と一体に形成することも可能であるが、本体32から着脱可能に形成すると、突出部34の最適条件の調整が容易になり、また、基板12の反りの状態や基板12のサイズなどに応じて、突出部34の形状や寸法などを容易に変更することができ、基板12に応じた反り矯正を容易に行うことができる。
第2の治具部材30の本体32と突出部34とは同一材料で形成することも可能であるが、本体32と突出部34とを異なる材料で形成すると、突出部34については基板12が損傷しないように適度な弾力性を有する相対的に柔らかい材料を用い、本体32については基板12を強制的に反らせることができるよう剛性を有する相対的に硬い材料を用いることができる。
次いで、接合体10が配置された第2の治具部材30の上に、貫通穴42が形成された枠状の第1の治具部材40を被せ、図2に示すように、第1の治具部材40と第2の治具部材30とをクランプ50を用いて矢印52で示すように挟み込んで固定する。そして、図3(a)に示すように、接合体10を治具部材30,40の間に挟み込み、第1の治具部材40と第2の治具部材30との間に接合体10を挟み込んで基板12を反らせた状態のまま、例えば加熱炉や真空炉に入れて、接合体10の樹脂16を硬化させる。
図1に示すように、第2の治具部材30の表面30sにはピン36が立設されており、第1の治具部材40は、第1の治具部材40の下面40tに設けられた不図示の穴に、第2の治具部材30のピン36を差し込むことによって、位置決される。第1の治具部材40は、金属や耐熱樹脂で形成する。
図3(a)に示すように、第1の治具部材40の貫通穴42の内側の収納空間に、接合体10のダム部14及び樹脂16の全部が入り込み、第1の治具部材40は、接合体10のダム部14及び樹脂16に接触しない。そのため、第1の治具部材40が接合体10の樹脂16に接触することによる樹脂16の変形や厚みの乱れを防ぐことができる。
第1の治具部材40が接合体10に比べて厚いときには、第1の治具部材40の上面40s及び下面40tに開口を有する貫通穴42を設ける代わりに、第1の治具部材40の下面40t側に、上面40sまでは到達しない凹部を形成し、この凹部の内側の収納空間に、ダム部14及び樹脂16の全部が入り込むように構成しても構わない。
図3(a)に示すように、第1の治具部材40は、貫通穴42の周囲の枠部44が、接合体10の基板12の縁端部12rを押さえ込む。一方、第2の治具部材30の突出部34は、接合体10の基板12の裏面12tの中央部に当接する。そのため、図3(b)に示すように平らな状態の接合体10の基板12は、図3(a)に示すように、治具部材30,40の間に挟み込まれて、表面12sが凸状に突出し、裏面12tが凹状にくぼむように反った状態に保持(拘束)される。
次いで、樹脂16の硬化後に治具部材30,40から接合体10を取り外し、保持(拘束)を解除すると、図3(a)に示すように、接合体10の基板12が平ら、すなわち基板12の裏面12tが平面になり、基板12の反りが無くなるようすることができる。
なお、硬化前の樹脂16には溶剤等が含まれているため、樹脂16を加熱炉あるいは真空炉等で硬化させるとその溶剤が蒸発する。そのため、樹脂16の体積が小さくなり、樹脂16には縮もうとする圧縮応力が発生する。これにより、接合体10の基板12は、後述する比較例1のように、そのままでは樹脂16の硬化に伴って反るが、樹脂16の硬化に伴って基板12が反る方向と反対方向に、治具部材30,40及び突出部34を用いて基板12を適切に反らせた状態で樹脂16を硬化させることによって圧縮応力によって発生する反りを相殺し、樹脂16の硬化後には基板12の反りが発生しないようにすることができる。硬化後の樹脂16には、基板12との接合面に沿って平面方向に収縮する圧縮応力が加わる。
図3(a)に示すように、第2の治具部材30は、第1の治具部材40とともに接合体10を挟んだときに、基板12の裏面12tの中心部に当接する突出部34と、基板12の縁端部12rに当接する周辺部30pとの間に、基板12から離れている中間部30kを有する。第2の治具部材30は、突出部34と周辺部30pとの間が、基板12に接しない中間部30kを介して離れているため、周辺部30pによる基板12の縁端部12rの挟み込み力と、突出部34による反り矯正力とが相殺することがないので、効果的に基板12の反りを矯正できる。
その後、必要に応じて接合体の樹脂16の加工等を行い、ダイシング加工やレーザー加工などにより接合体10を分割して、子基板、すなわち複合基板の個片を形成する。
<実施例2> 実施例2の複合基板の製造方法について、図4を参照しながら説明する。
実施例2の複合基板の製造方法は、実施例1の複合基板の製造方法と略同じであり、以下では、実施例1と同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例1の複合基板の製造方法との相違点を中心に説明する。
図4は、複合基板の製造に用いる治具の組立断面図である。図4に示すように、接合体10の樹脂16を硬化させる際に接合体10の基板12を反らせて状態で接合体10を挟み込むために用いる第1の治具部材41及び第2の治具部材31の構成が、実施例1とは異なる。
すなわち、第1の治具部材41は、実施例1と同じく貫通穴42を有する枠状の部材であるが、第1の治具部材41の下面41tは、平面ではなく、内側(貫通穴42側)が外側(外周43側)よりも後退するように形成されている。第2の治具部材31の本体33の上面33sは、内側(中心側)が外側(外周側)よりも突出するように形成され、接合体10の基板12の裏面12t全体に接するようなっている。
そして、第1の治具部材41と第2の治具部材31とは、矩形の基板12の4辺に沿って基板12の縁端部12rを挟み込む部分41k,31kが、基板12の縁端部12rに面接触し、基板12を所望方向に反らせることができるように傾いている。
そのため、第1の治具部材41と第2の治具部材31との間に接合体10の基板12の縁端部12rが挟み込まれたときに、基板12の縁端部12rと治具部材30,40との接触面面積が大きくなり、反り矯正力を基板12の縁端部12r全体に加えることができる。
<比較例1> 図5〜図7を参照しながら、比較例1について説明する。
図5は、比較例1の複合基板の製造方法の工程を示す断面図である。比較例1では、次の工程により、複合基板を製造する。
まず、図5(a)に示すように、実施例1、2と同様に、基板12の表面12sに電子部品20を搭載した後、電子部品20の搭載領域の外側を取り囲むように枠状のダム部14を形成する。
次いで、図5(b)に示すように、ダム部14の内側に電子部品20を覆うように未硬化の液状の樹脂16を塗布することにより、接合体10xを形成する。
そして、基板12をそのままの状態で、すなわち治具部材を用いて基板12を強制的に反らせることなく、樹脂16を硬化させる。これによって、図5(c)に示すように、樹脂16の硬化時の収縮等により、接合体10xの基板12は樹脂16側に反る。
このように樹脂16の硬化後に基板12が反ると、例えば図6及び図7に示す不具合が発生する。
すなわち、図6の断面図に示すように、例えば樹脂面研削加工や基板分割加工などのため基板12の反りを矯正するため、接合体10xの基板12の裏面12tを治具60の平らな上面60sに吸着する際に、反っている基板12には矢印62で示すように基板12の反りを戻す方向の力が作用するため、基板12と硬化した樹脂16との間の接合部分に隙間80ができ、剥離不良が発生する。
また、図7の断面図に示すように、個片に分割した複合基板10yを他の回路基板72に半田付けする際に、端子13,74間の半田76に隙間78ができ、半田付け不良が発生する。
これに対し、樹脂16の硬化による基板12の反りを相殺する方向に基板12を強制的に反らせた状態で、樹脂16を硬化させる実施例1、2の方法により複合基板を製造すると、樹脂16が硬化した後に基板12が反っていないため、図6のような樹脂と基板の剥離不良や、図7のような半田付け不良は発生しない。
<まとめ> 以上に説明したように、本発明の作用・効果は次の通りである。
(1)基板を樹脂塗布側とは反対方向に反らした状態で拘束しながら樹脂を硬化させた後、基板の拘束を開放すると、基板と樹脂の熱膨張率の差や樹脂の収縮による内部応力などにより、樹脂塗布側に基板の反りを戻す作用が働く。樹脂硬化中の基板の反らし量を、樹脂硬化後に基板がフラットな形状になる最適条件に調整すると、樹脂硬化後にフラットな形状の基板が得られる。
(2)矩形の基板の四隅などを部分的に押さえて樹脂を硬化させると、基板に部分的な変形が生じる場合があるが、枠状の第1の治具部材により基板の4辺に沿って外周近傍領域(縁端部)全体を押さえた状態で樹脂を硬化させると、非常に変形の小さいフラット形状の基板が得られる。
(3)突出部を形成するための耐熱テープの厚みとサイズを調整することにより、様々な厚みやサイズの樹脂を塗布した基板について、基板をフラットにすることができる。
(4)樹脂硬化後の加工、例えば樹脂面研削加工や基板分割加工などにおいて、基板をフラットな状態にして加工が必要な工程では、基板をフラットに矯正して固定するためのムダな作業がなくなり、加工生産性が向上する。
(5)樹脂硬化後の加工において、基板をフラットな状態に矯正しなくてもよくなるため、基板や樹脂に矯正時の曲げ応力がかからなくなり、基板と樹脂が剥離するなどの不具合や基板や樹脂に割れが生じたりするなどの不具合が発生しなくなり不良発生が防止できる。
(6)樹脂硬化後の加工において基板に反りがなくなるため、平面的な加工を施す場合に加工精度が向上し品質が向上する。
(7)樹脂硬化後に反りが生じていないため、その基板を個片に分割して最終製品の複合基板に加工しても基板には反りがないことから、最終製品の複合基板を他の回路基板に半田付け実装する際に、基板浮きによる半田切れ不良が生じなくなる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。
例えば、被覆部材として液状の樹脂を基板に塗布する代わりに、未硬化の樹脂シートを基板上に配置するようにしてもよい。基板の形状は、円形等の矩形以外の形状であっても構わない。
本発明は、基板の表面に電子部品が搭載され、電子部品が被覆部材で覆われる複合基板に限らず、基板の表面に配置した被覆部材の硬化に伴ってそのままでは基板が反ってしまう複合基板に広く適用することが可能である。
10 接合体
12 基板
12s 表面(一方主面)
12t 裏面(他方主面)
14 ダム部
16 樹脂(被覆部材)
20 電子部品
30,31 第2の治具部材
32,33 本体
34 突出部
40,41 第1の治具部材
42 貫通穴

Claims (10)

  1. 基板の一方主面に、硬化するときに収縮する未硬化の被覆部材を配置して、前記基板の前記一方主面が前記被覆部材で覆われた接合体を形成する第1の工程と、
    前記接合体の前記被覆部材側に配置された第1の治具部材と、前記接合体の前記基板側に配置された第2の治具部材との間に前記接合体を挟んだ状態で、前記接合体の前記被覆部材を硬化させる第2の工程と、
    を備え、
    前記第2の治具部材は、前記第2の工程において前記第1の治具部材とともに前記接合体を挟んだときに前記基板の他方主面の中心部に当接して前記基板を前記第1の治具部材側に付勢し、前記基板を反らせる突出部を有することを特徴とする、複合基板の製造方法。
  2. 前記基板の前記一方主面及び前記他方主面は矩形であり、
    前記第2の工程において、前記基板の前記一方主面及び前記他方主面の4辺に沿って、前記基板の縁端部を前記第1の治具部材と前記第2の治具部材との間に挟み込むことを特徴とする、請求項1に記載の複合基板の製造方法。
  3. 前記第2の治具部材は、前記第2の工程において前記第1の治具部材とともに前記接合体を挟んだときに、前記基板の前記他方主面の前記中心部に当接する前記突出部と、前記基板の前記縁端部に当接する周辺部との間に、前記基板から離れている中間部を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の複合基板の製造方法。
  4. 前記第1の治具部材は、前記第2の工程において前記第2の治具部材とともに前記接合体を挟んだときに前記接合体の前記被覆部材の全部が収納される収納空間が形成されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の複合基板の製造方法。
  5. 前記第2の治具部材は、前記突出部が着脱可能であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の複合基板の製造方法。
  6. 前記第1の治具部材と前記第2の治具部材とは、前記第2の工程において前記接合体を挟み込むときに前記接合体の前記基板の前記縁端部に面接触し、前記接合体の前記基板を反らせるように傾いている傾斜面を有することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の複合基板の製造方法。
  7. 前記第1の工程において、前記接合体の前記被覆部材は、前記基板の前記一方主面上に未硬化の樹脂を塗布することにより形成されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の複合基板の製造方法。
  8. 前記第1の工程において、電子部品が搭載された前記基板の前記一方主面に、前記被覆部材を配置して、前記電子部品が前記被覆部材で覆われた前記接合体を形成することを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の複合基板の製造方法。
  9. 前記被覆部材として前記基板の収縮率と異なる収縮率を持つ樹脂を使用したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一つに記載の複合基板の製造方法。
  10. 硬化後の前記樹脂には、前記基板との接合面に沿って平面方向に収縮する圧縮応力が加わることを特徴とする請求項9に記載の複合基板の製造方法。
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