JPH0917913A - 電子回路装置 - Google Patents

電子回路装置

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JPH0917913A
JPH0917913A JP7163389A JP16338995A JPH0917913A JP H0917913 A JPH0917913 A JP H0917913A JP 7163389 A JP7163389 A JP 7163389A JP 16338995 A JP16338995 A JP 16338995A JP H0917913 A JPH0917913 A JP H0917913A
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JP
Japan
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lsi
electronic circuit
passive chip
resin
circuit device
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JP7163389A
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Takashi Ebitani
隆 戎谷
Seisaburo Shimizu
征三郎 清水
Tatsuaki Uchida
竜朗 内田
Takashi Togasaki
隆 栂嵜
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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    • HELECTRICITY
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    • H05K1/00Printed circuits
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    • H05K3/341Surface mounted components
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、LSIと受動チップ部品等の電子
部品とを、電子回路基板に高密度(部品間隔で0.3〜
5mm)で実装可能であり、かつ、高い信頼性を有する
電子回路装置を提供する。 【構成】 配線基板、この基板上にバンプにより実装さ
れた半導体素子、および5mm以下の部品間隔をもって
この半導体素子に隣接し、かつ前記基板上に導電性接続
部材により実装された受動素子部品を具備し、前記基板
と半導体素子との間および半導体素子の周囲に樹脂が配
置された電子回路装置である。前記半導体素子の周囲に
配置された樹脂は、基板表面から樹脂表面にわたって、
前記半導体素子に隣接する受動素子部品を基板に実装す
るための導電性接続部材から離間して配置されているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップと受動チ
ップ部品とが回路基板上に実装された電子回路装置に係
り、特に、前記半導体チップと回路基板との間に樹脂が
封止された電子回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、エレクトロニクスの急速な発展に
伴って、電子機器の小型化、電子部品および素子のチッ
プ化が進められており、基板上における実装領域を微細
にするとともに、高密度な実装が行なわれつつある。実
装密度を高めるために、種々の方法が提案されており、
例えば、ICやLSIなどはハンダバンプを用いて実装
されている。また、受動チップ部品は、そのサイズを小
さくしたり、ハンダバンプを用いて実装することによっ
て、より高密度な実装構造を得ることが研究されてい
る。
【0003】従来の電子回路装置は、図7に示すように
回路基板51の部品搭載パッド52aとLSI53の搭
載パッド54とが、ハンダバンプ55aにより接続され
ており、さらに、接続部の信頼性を保つために、LSI
53と回路基板51との間は、封止樹脂56により封止
されている。また、受動チップ部品57は、同一回路基
板51上で、受動チップ部品電極58と回路基板51の
部品搭載パッド52b、52cとが、ハンダフィレット
59またはハンダバンプ55bにより接続されている。
なお、LSI53と、受動チップ部品57との間隔は、
通常10mm程度である。
【0004】このように、基板51と、この基板上に実
装されたLSI53との間を樹脂56で封止することに
より、接続部55aの信頼性を向上させることができる
が、一方で、樹脂を配置することによる弊害が生じてい
た。すなわち、塗布された樹脂56は、LSI53の周
囲の基板上に広く存在するので、受動チップ部品等の他
の電子部品を、LSIに近接して実装することができな
い。このため、高密度化への障害となっていた。
【0005】そこで、図8(a)に示すように、LSI
63と受動チップ部品67との間隔を1.5mm程度と
狭くして実装し、これらを一括して樹脂66で封止する
ことが提案された。しかしながら、このような電子回路
装置を、図8(b)に示すようにマザーボード72に基
板61を実装するために再リフローしたり、不良部品の
リペアなどで電子回路装置を再加熱した場合に、受動チ
ップ部品の接続部にオープン不良が発生するという問題
があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、受動チッ
プ部品などの電子部品とLSIとが基板上に実装された
従来の電子回路装置では、LSIの樹脂封止を行なって
LSIの信頼性を確保した場合には、基板上に電子部品
等を高密度で実装することが困難であり、一方、LSI
に隣接する電子部品の間隔を狭くして、LSIと電子部
品とを樹脂封止した場合には、新たに接続不良が発生す
るという問題があった。
【0007】そこで、本発明は、LSIと受動チップ部
品等の電子部品とを、電子回路基板に高密度(部品間隔
で0.3〜5mm)で実装可能であり、かつ、高い信頼
性を有する電子回路装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、配線基板、この基板上にバンプにより実
装された半導体素子、および5mm以下の部品間隔をも
ってこの半導体素子に隣接し、かつ前記基板上に導電性
接続部材により実装された受動素子部品を具備し、前記
基板と半導体素子との間および半導体素子の周囲に樹脂
が配置された電子回路装置であって、前記半導体素子の
周囲に配置された樹脂は、基板表面から樹脂表面にわた
って、前記半導体素子に隣接する受動素子部品を基板に
実装するための導電性接続部材から離間して配置されて
いることを特徴とする電子回路装置を提供する。
【0009】
【作用】従来の電子回路装置においては、図8(b)に
示されるようにLSIと受動チップ部品とを近接して実
装し、一括して樹脂封止を行なった場合には、受動チッ
プ部品の接続部にオープン不良が発生するため、信頼性
を向上させつつ高密度化とを図ることは困難であった。
【0010】本発明者らは、このような電子回路装置に
おける受動チップ部品の接続部のオープン不良は、受動
チップ部品の側面電極部分が樹脂で封止されてしまうこ
とに起因することを見出だした。特に、樹脂基板に受動
チップ部品を実装した場合には、この部品の接続方法に
依存せずにオープン不良が発生することから、樹脂基板
に特有の現象であることが判明した。
【0011】すなわち、樹脂基板が吸湿し、この水分は
再加熱の際にガス状となり基板から放出されるので、受
動チップ部品側面電極と封止樹脂との間のハンダ部が溶
けて、水分を放出するための通路となる。さらに、図8
(b)に示されるように、接続部のハンダ71が押し上
げられて、空洞70が形成されるために受動チップ部品
の接続不良が発生する。
【0012】本発明の電子回路装置では、樹脂を、受動
チップ部品の接続部から離間して配置しているので、樹
脂と接続部との間には隙間が形成される。このため、水
分を放出するための経路が確保されるので、前述のよう
なハンダの押し上げの問題を回避することができ、接続
不良の発生を防止して、受動チップ部品の接続部の信頼
性を著しく向上させることが可能となった。しかも、受
動チップ部品は、5mm以下の間隔でLSIに隣接して
実装できるので、信頼性の向上とともに高密度化を図る
ことができる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明をより詳細に説
明する。図1に、本発明の電子回路装置の一例の断面図
を示す。図1に示すように、本発明の電子回路装置10
においては、LSI3は、ハンダバンプ5aによって配
線基板1の部品搭載用パッド2a上に実装され、基板1
との隙間およびLSI3の周囲には、封止樹脂6が配置
されている。また、受動チップ部品7は、ハンダバンプ
5bまたはフィレット9により、配線基板1の部品搭載
用パッド2cおよび2bに実装されている。
【0014】前記受動チップ部品7のハンダバンプ5b
およびフィレット9と、封止樹脂6との間には隙間11
が形成されているので、これらは直接接触しない。かか
る電子回路装置は、以下のようにして製造される。
【0015】図2および図3に、本発明の電子回路装置
の製造工程の一例を表わす断面図を示す。まず、図2
(a)に示すように、配線基板1の部品搭載用パッド2
cおよび2b上に、クリームハンダ等を用いて受動チッ
プ部品7をハンダバンプ2bおよびフィレット9でリフ
ローハンダ付けにより実装する。
【0016】次いで、前記配線線基板1の部品搭載パッ
ド2a上に、LSI3をハンダバンプ5aによりリフロ
ー実装して図2(b)に示す構造を得、さらに、LSI
3に隣接して実装されている受動チップ部品7およびハ
ンダバンプ5bおよびフィレット9の周囲に、図2
(c)に示すように溶融性の絶縁材料12を塗布する。
【0017】溶融性の絶縁材料とは、樹脂の硬化温度で
溶融する材料であり、例えばパラフィン、カルナバワッ
クス、および高級脂肪酸エステル等を使用することがで
きる。パラフィンを用いる場合は、任意の方法で塗布す
ることができ、予め溶融させたパラフィンを塗布する、
または固体状のパラフィンを受動チップ部品等にこすり
付けるようにして塗布してもよい。さらに、トルエン等
の溶媒に溶解させて塗布することも可能であり、パラフ
ィンの塗布量を制御することができる。
【0018】なお、溶融性の絶縁材料を塗布する際に
は、LSI3の樹脂封止部、すなわちLSI3の側面お
よびハンダバンプ5a等に、この材料が付着するのを防
止する必要がある。
【0019】続いて、図3(a)に示すように、封止樹
脂6をディスペンサー13のニードル14を用いてLS
I3の周辺に配置する。封止樹脂としては、例えば、エ
ポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等を使用することがで
き、この際、必要に応じて配線基板1をホットプレート
などにより加熱してもよい。
【0020】さらに、封止樹脂6を塗布した配線基板1
に、封止樹脂の硬化温度(例えば、150℃以上)で1
20分程度べーキング処理を施して樹脂を硬化させる。
先の工程で受動チップ部品等に塗布された絶縁材料は、
このベーキング中に溶融して、受動チップ部品7の接続
部であるハンダバンプ5bおよびフィレット9を包囲す
るので、これらの接続部が封止樹脂6と直接接触するこ
とが防止される。
【0021】封止樹脂が硬化した後には、絶縁材料は、
ハンダバンプ5b等の受動チップ部品の導電性接続部材
の側面と、LSI3を封止する樹脂6との間にサンドイ
ッチ状に挟まれて残る。場合によっては、この絶縁材料
をトルエン等により洗浄除去してもよい。
【0022】樹脂封止後の基板1は、図3(b)に示す
ようにハンダバンプ17によりマザーボード15上に実
装することができる。導電性接続部材と樹脂との間に絶
縁材料が残留している場合には、この絶縁材料は実装工
程中にハンダバンプ5bまたはフィレット9より先に溶
融するので、これらの接続部と樹脂との間には、基板表
面から樹脂表面にわたって隙間が形成される。なお、こ
の隙間は、受動チップ部品等に塗布された溶融性の絶縁
材料に起因するので、極めて微細なものであり、通常
0.1〜100μm程度の寸法である。
【0023】樹脂基板を加熱した場合には、通常基板か
ら水分が発生するが、前述のように隙間が形成される
と、水分が放出されるための経路となり得るので、マザ
ーボードに実装する際に問題となっていた、受動チップ
部品の接続不良を防止することができる。また、絶縁材
料を洗浄除去した場合も、受動チップ部品を基板に実装
するための導電性接続部材と、樹脂との間に隙間が形成
されるので、同様にして受動チップ部品のオープン不良
を防止することができる。
【0024】以下、具体例を示して、本実施例の電子回
路装置をより詳細に説明する。本実施例においては、ま
ず、前述の図2(a)に示されるように、受動チップ部
品(通称1005部品、1mm×0.05mm)を、部
品搭載パッド2bおよび2cにハンダバンプ5bを用い
て実装した。なお、部品間隔は0.3mmとし、実装に
当たっては、220℃のリフロー炉を通過させた。ま
た、受動チップ部品とLSIとの間隔は1mmとにし
た。
【0025】次いで、一辺が5mmのLSIを、220
℃のリフロー炉を通過させることによって、ハンダバン
プ5aを介して配線基板1の部品搭載パッド2aに実装
し、溶かしたパラフィンを、受動チップ部品を基板に実
装するためのバンプ等の周辺に筆により塗布した。続い
て、この配線基板のLSI周辺へ、ディスペンサーを用
いて封止樹脂を塗布し、120℃のオーブン中でこの樹
脂を硬化させて実施例(I−1)の電子回路装置を得
た。なお、この電子回路装置においては、1cm2 当た
りの実装密度は38個であった。
【0026】さらに、実装密度を34(個/cm2 )、
30(個/cm2 )および28(個/cm2 )と変化さ
せる以外は、同様にして、実施例(I−2)〜(I−
4)の配線基板を製造した。
【0027】各電子回路装置は、次のような加熱工程を
施し、受動チップ部品の電気的チェックを行なって、そ
の接続不良の有無を調べた。具体的には、マザーボード
への実装を想定して220℃のリフロー炉により再リフ
ローし、その後の受動チップ部品の接続を調べた。な
お、再リフローは、リペアを考慮して5回行ない、それ
ぞれについての接続不良の個数を、実装密度とともに下
記表1に示す。
【0028】また、パラフィンを塗布せずに樹脂を配置
して、比較例(I−1)および(I−2)の電子回路装
置を得た。なお、これらの比較例(I−1)および(I
−2)の実装密度は、それぞれ7.2(個/cm2 )お
よび8.0(個/cm2 )であった。これらの比較例に
ついても、前述と同様にして接続不良の数を調べ、下記
表1に示した。
【0029】
【表1】
【0030】表1に示すように、本発明の電子回路装置
は、5回の再リフローを行なった後も、接続不良は全く
発生せず、しかも、1cm2 当たり28個以上という高
密度で実装することができる。
【0031】これに対して、比較例の電子回路装置は、
1回の再リフローで全て接続不良となり、信頼性が劣っ
ていることがわかる。さらに、実装密度は、8個/cm
2 以下と、本発明と比較して著しく小さい。なお、本発
明と同様の30個/cm2 で実装した場合には、封止樹
脂が塗布された受動チップ部品は、1回の再リフローで
全てオープンになるという不良が発生した。
【0032】したがって、受動チップ部品の接続部と樹
脂とが直接接触していない本発明の電子回路装置は、高
い信頼性を有することがわかる。以上、一例を示して本
発明の電子回路装置を説明したが、本発明はこれに限定
されるものではない。
【0033】図4に、本発明の電子回路装置の他の例の
断面図を示す。図4に示すように、本発明の電子回路装
置30においては、LSI23は、ハンダバンプ25a
によって配線基板21の部品搭載用パッド22a上に実
装され、基板21との隙間およびLSI23の周囲に
は、封止樹脂26が配置されている。また、受動チップ
部品27は、ハンダバンプ25bまたはフィレット29
により、配線基板21の部品搭載用パッド22cおよび
22bに実装されている。
【0034】前記受動チップ部品27のハンダバンプ2
5bおよびフィレット29と、封止樹脂26との間には
テーパーを有する隙間31が形成されているので、これ
らは直接接触しない。
【0035】かかる電子回路装置は、以下のようにして
製造される。図5および図6に、本発明の電子回路装置
の製造工程の他の例を表わす断面図を示す。
【0036】まず、図5(a)に示すように、配線基板
21の部品搭載用パッド22cおよび22b上に、クリ
ームハンダ等を用いて受動チップ部品27をハンダバン
プ22bおよびフィレット29でリフローハンダ付けに
より実装する。
【0037】次いで、前記配線線基板1の部品搭載パッ
ド22a上に、LSI23をハンダバンプ25aにより
リフロー実装して図5(b)に示す構造を得、受動チッ
プ部品27とLSI23とを、図5(c)に示すよう
に、例えば、テーパーの付いた型32で隔離する。
【0038】なお、ここで用いられる型32は、封止樹
脂の硬化温度に耐え、所望の形状に加工が可能な任意の
材料で構成することができ、例えば、ステンレスまたは
樹脂等が挙げられる。受動チップ部品とLSIとを隔離
する部分の厚さは、例えば、0.1〜0.5mm程度と
することができ、型にテーパーを付けておくことで、容
易に取り外すことが可能となるので好ましい。また、型
を配置する前には、予めシリコーン等の離型剤を表面に
塗布しておくことがこの好ましい。
【0039】続いて、図6(a)に示すように、封止樹
脂26をディスペンサー33のニードル34を用いてL
SI23の周辺に配置する。封止樹脂としては、例え
ば、前述と同様のエポキシ樹脂系、シリコーン系樹脂等
を使用することができ、この際、必要に応じて配線基板
21をホットプレートなどにより加熱してもよい。
【0040】さらに、封止樹脂26を塗布した配線基板
21に、封止樹脂の硬化温度(例えば、150℃)以上
で120分間程度べーキング処理を施して樹脂を硬化さ
せる。このベーキング工程中、型はそのままの状態に維
持しておき、受動チップ部品27の接続部であるハンダ
バンプ25bおよびフィレット29が、封止樹脂と直接
接触するのを防止する。
【0041】封止樹脂が硬化した後、型を取り外すこと
により、ハンダバンプ25bまたはフィレット29と封
止樹脂26との間には、基板表面から樹脂表面にわたっ
て空間31が形成される。図6(b)に示すようなマザ
ーボード35への実装時に、配線基板21を加熱した場
合には、通常は、基板から水分が発生して受動チップ部
品の接続不良の原因となるが、本発明では、前述のよう
にして形成された空間が水分の放出経路となる。したが
って、受動チップ部品の接続不良の発生を防止すること
ができる。
【0042】以下、具体例を示して、本実施例の電子回
路装置をより詳細に説明する。本実施例においては、ま
ず、前述の図5(a)に示されるように、受動チップ部
品(通称1005部品、1mm×0.05mm)を、部
品搭載パッド22bおよび22cにハンダバンプ25b
を用いて実装した。なお、部品間隔は0.3mmとし、
実装に当たっては、220℃のリフロー炉を通過させ
た。また、受動チップ部品とLSIとの間隔は、1mm
となるようにした。
【0043】次いで、一辺が5mmのLSIを、220
℃のリフロー炉を通過させることによって、ハンダバン
プ25aを介して配線基板1の部品搭載パッド22aに
実装し、ステンレス製の型を取り付けてLSIと受動チ
ップ部品とを隔離した。なお、型の表面には、離型剤と
してのシリコーンを予め塗布した。
【0044】続いて、この配線基板のLSI周辺へ、デ
ィスペンサーを用いて封止樹脂を塗布し、120℃のオ
ーブン中でこの樹脂を硬化させて実施例(II−1)の電
子回路装置を得た。なお、この配線基板においては、1
cm2 当たりの実装密度は38個であった。
【0045】さらに、実装密度を34(個/cm2 )、
30(個/cm2 )および28(個/cm2 )と変化さ
せる以外は、同様にして、実施例(II−2)〜(II−
4)の電子回路装置を製造した。
【0046】各電子回路装置は、次のような加熱工程を
施し、受動チップ部品の電気的チェックを行なって、そ
の接続不良の有無を調べた。具体的には、マザーボード
への実装を想定して220℃のリフロー炉により再リフ
ローし、その後の受動チップ部品の接続を調べた。な
お、再リフローは、リペアを考慮して5回行ない、それ
ぞれについての接続不良の個数を、実装密度とともに下
記表2に示す。
【0047】また、型を取り付けずに樹脂を配置して、
比較例(II−1)および(II−2)の電子回路装置を得
た。なお、これらの比較例(II−1)および(II−2)
の実装密度は、それぞれ7.2(個/cm2 )および
8.0(個/cm2 )であった。これらの比較例につい
ても、前述と同様にして接続不良の数を調べ、下記表2
に示した。
【0048】
【表2】
【0049】表2に示すように、本発明の電子回路装置
は、5回の再リフローを行なった後も、接続不良は全く
発生せず、しかも、1cm2 当たり28個以上という高
密度で実装することができる。
【0050】これに対して、比較例の電子回路装置は、
1回の再リフローで全て接続不良となり、信頼性が劣っ
ていることがわかる。さらに、実装密度は、8個/cm
2 以下と、本発明と比較して著しく小さい。なお、本発
明と同様の30個/cm2 で実装した場合には、封止樹
脂を塗布した受動チップ部品は再リフロー1回で全てオ
ープンになるという不良が発生した。したがって、受動
チップ部品の接続部と樹脂とが直接接触していない本発
明の電子回路装置は、著しく高い信頼性を有することが
わかる。
【0051】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
LSIと受動チップ部品とを基板上に高密度で実装さ
れ、かつ、再加熱時における受動チップ部品の接続不良
の発生を防止した電子回路装置が提供される。したがっ
て、信頼性を著しく向上させた電子回路装置が得られ、
かかる電子回路装置は、種々の機器に適用可能であり、
その工業的価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子回路装置の一例を示す断面図。
【図2】本発明に電子回路装置の製造工程の一例を示す
断面図。
【図3】本発明に電子回路装置の製造工程の一例を示す
断面図。
【図4】本発明の電子回路装置の他の例を示す断面図。
【図5】本発明に電子回路装置の製造工程の他の例を示
す断面図。
【図6】本発明に電子回路装置の製造工程の他の例を示
す断面図。
【図7】従来の電子回路装置を示す断面図。
【図8】従来の電子回路装置を示す断面図。
【符号の説明】
1…配線基板,2…部品搭載パッド,3…LSI,4…
LSIパッド 5…ハンダバンプ,6…封止樹脂,7…受動チップ部品 8…受動チップ部品電極,9…ハンダフィレット,10
…電子回路装置 11…樹脂と導線性接続部材との間の隙間,12…パラ
フィン 13…ディスペンサー,14…ニードル,15…マザー
ボード 16…マザーボードパッド,17…ハンダバンプ,18
…配線基板パッド 21…配線基板,22…部品搭載パッド,23…LS
I,24…LSIパッド 25…ハンダバンプ,26…封止樹脂,27…受動チッ
プ部品 28…受動チップ部品電極,29…ハンダフィレット,
30…電子回路装置 31…樹脂と導線性接続部材との間の隙間,32…型,
33…ディスペンサー 34…ニードル,35…マザーボード,36…マザーボ
ードパッド 37…ハンダバンプ,38…配線基板パッド 50…電子回路装置,51…配線基板,52…部品搭載
パッド,53…LSI 54…LSIパッド,55…ハンダバンプ,56…封止
樹脂 57…受動チップ部品,58…受動チップ部品電極,5
9…ハンダフィレット 60…電子回路装置,61…配線基板,62…部品搭載
パッド,63…LSI 64…LSIパッド,65…ハンダバンプ,66…封止
樹脂 67…受動チップ部品,68…受動チップ部品電極,6
9…ハンダフィレット 70…空洞,71…ハンダ,72…マザーボード,73
…マザーボードパッド 74…配線基板パッド,75…ハンダバンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栂嵜 隆 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線基板、この基板上にバンプにより実
    装された半導体素子、および5mm以下の部品間隔をも
    ってこの半導体素子に隣接し、かつ前記基板上に導電性
    接続部材により実装された受動素子部品を具備し、前記
    基板と半導体素子との間および半導体素子の周囲に樹脂
    が配置された電子回路装置であって、 前記半導体素子の周囲に配置された樹脂は、基板表面か
    ら樹脂表面にわたって、前記半導体素子に隣接する受動
    素子部品を基板に実装するための導電性接続部材から離
    間して配置されていることを特徴とする電子回路装置。
  2. 【請求項2】 前記配線基板は、樹脂基板である請求項
    1に記載の電子回路装置。
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