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JP2010219181A - 電子部品モジュールおよび電子部品実装方法 - Google Patents

電子部品モジュールおよび電子部品実装方法 Download PDF

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Abstract

【課題】簡便な構成で高密度実装を低コストで実現することができる電子部品モジュールおよびこの電子部品モジュールを製造するための電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】子基板1の少なくとも一方側の面にバンプ付き電子部品7を実装して成り、親基板11に接続されて電子部品実装構造20を構成する電子部品モジュール10において、親基板11において電子部品モジュール10が接続される接続面11aと子基板1において親基板11と対向する一方側の後実装面1aとの間に介在して親基板11と子基板1とを電気的に接続するとともに、親基板11によって子基板1を所定間隔で隔てて保持する基板接続用部品8を、子基板1の後実装面1aの第1の電極6aに第2の半田接合部13*(2)によって予め接合した構成とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、子基板の少なくとも一方側の面に電子部品が実装され、親基板に実装されて3次元的な電子部品実装構造を構成する電子部品モジュールおよびこの電子部品モジュールを製造するための電子部品実装方法に関するものである。
半導体素子などの電子部品は、一般に樹脂基板などの子基板に実装された電子部品を樹脂封止した電子部品モジュールの形で電子機器の親基板に組み込まれる。携帯電話など携帯型の小型の電子機器においては、機能の高度化に伴って実装密度の更なる高度化が求められるようになっており、機器筐体内の限られた容積を最大限に活用するために、種々の実装形態が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。
特許文献1では、多層回路基板に実装された半導体素子を絶縁性部材に埋め込んだ構成の回路部品内蔵モジュールが示されており、このような回路部品内蔵モジュールを複数段積層することにより、高密度実装が可能となっている。ここに示す例では、絶縁性部材に予め半導体素子を埋め込むための凹部を形成しておき、半導体素子が実装された多層回路基板を絶縁性部材とを一体化するプロセス例が示されている。また特許文献2では、半導体チップが実装された多層基板の上方にさらに多層基板を重ねた構成の半導体モジュールの形成において、これらの多層基板をチップ部品などの電子部品を介して積層する構成が示されている。これにより、容易に複数の多層基板を積層することが可能となっている。
特開2007−281160号公報 特開2006−49661号公報
しかしながら上述の特許文献例を含めて、複数の基板を積層して高密度実装を実現する従来技術においては、以下のような課題があった。まず、積層構造において半導体チップなどの部品を3次元的にコンパクトに配置するには、ベース基板や絶縁樹脂層に部品を埋め込む構造が必須となるが、従来技術においてはこのような部品の埋め込み構造を簡便に行うことが困難であった。例えば、特許文献1に示す例では、半導体素子が埋め込まれる絶縁樹脂層に予め凹部を形成することが必要となり、工程の複雑化と工程コストの上昇が避けられなかった。
またこのような積層構造においては、複数の多層基板を相互に固着するとともに、これらの多層基板に形成された配線回路を電気的に導通させることが必要となる。ところが、従来の基板の積層構造においては、多種多様な部品配置を有する積層基板の相互を接続する汎用的な工法が確立されていなかった。例えば特許文献2に示す例においては、複数の積層基板の間に部品を介在させるという簡便な構成ではあるものの、導通させることが可能な回路数が制約されることや、形状が限定されていることから任意の位置に自由に配置することが困難であり、極めて汎用性に欠けるものとなっている。このように、複数の基板を積層して高密度実装を実現する電子部品実装構造においては、簡便な構成で高密度実装を低コストで実現することが困難であるという課題があった。
そこで本発明は、簡便な構成で高密度実装を低コストで実現することができる電子部品モジュールおよびこの電子部品モジュールを製造するための電子部品実装方法を提供することを目的とする。
本発明の電子部品モジュールは、子基板の少なくとも一方側の面に電子部品を実装して成り、親基板に実装されて3次元的な電子部品実装構造を構成する電子部品モジュールであって、前記親基板は、前記電子部品モジュールが接続される接続面に形成された複数の基板接続電極を有し、前記子基板において前記親基板と対向する前記一方側の面に前記基板接続電極と対応して形成された複数の第1の電極と、前記子基板において前記一方側の面に形成され、前記電子部品の接続用端子が接続される部品接続電極と、前記接続面と前記一方側の面との間に介在して前記親基板と子基板とを電気的に接続するとともに前記親基板に前記子基板を所定間隔で隔てて保持させる基板接続用部品と、前記基板接続用部品の上下面にそれぞれ設けられ前記基板接続電極および第1の電極にそれぞれ半田接合される複数の第2の電極および複数の第3の電極と、前記基板接続用部品を上下に挿通して設けられ前記複数の第2の電極と複数の第3の電極とをそれぞれ個別に導通させる複数の導通部と、前記接続用端子と前記部品接続電極とを半田接合する第1の半田接合部と、前記第1の電極と前記第3の電極とを半田接合する第2の半田接合部とを備えた。
本発明の電子部品実装方法は、請求項1に記載の電子部品モジュールを形成する電子部品実装方法であって、前記一方側の面を上向きにした状態の前記子基板において前記複数の部品接続電極および前記複数の第1の電極上に半田を供給する半田供給工程と、前記電子部品および前記基板接続用部品を前記子基板に搭載して、前記接続用端子および前記第3の電極を、前記半田を介して前記部品接続電極および前記第1の電極上にそれぞれ着地させる搭載工程と、前記電子部品および前記基板接続用部品が搭載された前記子基板を加熱することにより、前記接続用端子と前記部品接続電極および前記第3の電極と第1の電極とをそれぞれ半田接合するリフロー工程とを含む。
本発明によれば、子基板の少なくとも一方側の面に電子部品を実装して成り、親基板に接続されて電子部品実装構造を構成する電子部品モジュールにおいて、親基板において電子部品モジュールが接続される接続面と子基板において親基板と対向する一方側の面との間に介在して親基板と子基板とを電気的に接続するとともに、親基板によって子基板を所定間隔で隔てて保持する基板接続用部品を、子基板の一方側の面の第1電極に第2の半田接合部によって予め接合した構成とすることにより、簡便な構成で高密度実装を低コストで実現することができる。
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品実装構造を構成する電子部品モジュールの構成説明図、図2は本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の構成説明図、図3、図4は本発明の一実施の形態の電子部品実装構造における基板接続用部品の構造および機能の説明図、図5、図6は本発明の一実施の形態の基板接続用部品の製造方法を示す工程説明図、図7、図8は本発明の一実施の形態の電子部品実装構造を形成するための電子部品実装方法の工程説明図である。
まず図1を参照して、親基板に実装されて3次元的な電子部品実装構造を構成する電子部品モジュール10について説明する。図1において、子基板1は電子部品モジュール10のベース基板となるものであり、子基板1の両面には、予め電子部品が実装されている。すなわち、先に実装対象となる先実装面1bには、電極3a、電極3bが形成されており、電極3a、電極3bには、下面にバンプ4aが設けられたバンプ付き電子部品4および両側端に端子5aが設けられたチップ型部品5が実装されている。そして後から実装対象となる後実装面1aには、両側端に位置する第1の電極6aおよび第1の電極6aが中央側に延出した部品接続電極6bが形成されている。第1の電極6aは子基板1を上下に貫通する導通電極6cを介して電極3aと導通している。
2つの第1の電極6aのそれぞれには、後述する基板接続用部品8の第3の電極9aが第2の半田接合部13*(2)によって半田接合されている。また部品接続電極6bには、バンプ付き電子部品7に形成された接続用端子であるバンプ7aが第1の半田接合部13*(1)によって半田接合により接続されている。すなわち、第1の半田接合部13*(1)は、接続用端子であるバンプ7aと部品接続電極6bとを半田接合し、第2の半田接合部13*(2)は、後実装面1aの第1の電極6aと基板接続用部品8の第3の電極9aとを半田接合する。
図2は、図1に示す電子部品モジュール10を親基板11に実装して形成された3次元的な電子部品実装構造20を示している。親基板11において、電子部品モジュール10が接続される接続面11aには、親基板11の両側端に位置して複数の基板接続電極12aが形成されている。電子部品モジュール10の子基板1において後実装面1aに形成された複数の第1の電極6aは、親基板11における基板接続電極12aの位置と対応している。すなわち第1の電極6aは、子基板1において親基板11と対向する後実装面1a(一方側の面)に、基板接続電極12aと対応して形成された形態となっている。
図2に示すように、電子部品モジュール10は、親基板11の接続面11aと子基板1の後実装面1aとの間に基板接続用部品8を介在させた形態で、親基板11に接続されている。基板接続用部品8は、親基板11において電子部品モジュール10が接続される接続面11aと子基板1において親基板11と対向する後実装面1a(一方側の面)との間に介在して、親基板11と子基板1とを電気的に接続するとともに、親基板11に子基板1を所定間隔で隔てて保持させる機能を有するものである。
すなわち、基板接続用部品8の上下面には、複数の第3の電極9a、第2の電極9bがそれぞれ設けられており、第3の電極9aは第2の半田接合部13*(2)によって第1の電極6aに半田接合され、第2の電極9bは半田接合部14*によって基板接続電極12aに半田接合される。そして基板接続用部品8は上下に挿通して設けられた複数の導通部9cを備えており、これらの導通部9cは、複数の第3の電極9aと複数の第2の電極9bとをそれぞれ個別に導通させる。これにより、子基板1の第1の電極6aは基板接続用部品8を介して親基板11の基板接続電極12aと導通し、子基板1に予め実装されたバンプ付き電子部品4、チップ型部品5、バンプ付き電子部品7などの電子部品は、親基板11と電気的に接続される。
ここで、図3、図4を参照して、基板接続用部品8の一般的構成および機能について説明する。図3に示すように、基板接続用部品8は、樹脂やセラミックなどの絶縁材料より成る平面視して矩形棒形状の絶縁部材8aを主体としている。絶縁部材8aには、接続電極部9*が所定ピッチpで列状に形成されている。接続電極部9*は、絶縁部材8aの上面8b、下面8cにそれぞれ形成された第3の電極9a、第2の電極9b、絶縁部材8aを上下に挿通して第3の電極9a、第2の電極9bを導通させる導通部9cを、同一平面位置に上下配置した構成となっている。接続電極部9*の所定ピッチpは、接続する対象となる親基板11や子基板1における複数の電極(図4に示す基板接続電極12a参照)間の所定ピッチpに対応して設定される。そして基板接続用部品8の厚みtは、図2において接続面11aと後実装面1aとを隔てる所定間隔に応じて設定される。
図4は、このような構成を有する基板接続用部品8の機能を示しており、図4(a)は、図3に示す矩形棒形状の基板接続用部品8を単体でそのまま用いる例を示している。この場合には、第2の電極9bが基板接続電極12aに一致するように基板接続用部品8を親基板11に対して位置合わせし、さらに基板接続用部品8の上面に子基板1を被せる際には、第3の電極9aが子基板1の後実装面1aの第1の電極6aに一致するように、子
基板1を基板接続用部品8に対して位置合わせする。このように、基板接続用部品8を単体で用いる場合には、図4(a)に示す例のように、複数の基板接続用部品8を並列させ、これらの複数の基板接続用部品8の上に電子部品モジュール10を被せることにより、電子部品モジュール10を複数位置で保持する。
すなわち図2に示すように、基板接続用部品8の上下面(上面8b、下面8c)にそれぞれ設けられた第2の電極9bおよび第3の電極9aは、基板接続電極12aおよび第1の電極6aにそれぞれ半田接合部13*、14*を介して半田接合される。そして基板接続用部品8を上下に挿通して設けられた導通部9cは、複数の第2の電極9bと複数の第3の電極9aとをそれぞれ個別に導通させる。これにより、子基板1の第1の電極6aは、第3の電極9a、導通部9c、第2の電極9bを介して基板接続電極12aと導通する。
図4(b)は、上述の基板接続用部品8を複数用い、枠形状に組み合わせて一体部品とした構成の基板接続用部品8Aを示している。この場合には、基板接続用部品8Aは予め複数の基板接続用部品8を集合させた構成となっていることから、1つの基板接続用部品8Aを搭載するのみで、電子部品モジュール10を保持することが可能となっている。もちろん、4つの単体の要素部品としての基板接続用部品8を組み合わせた枠形状とする代わりに、2つの単体の要素部品としての基板接続用部品8をL字形状に組み合わせて一体部品としてもよい。
なお、図1、図2に示す例では、電子部品モジュール10には後実装面1a(一方側の面)の反対面である先実装面1bにもバンプ付き電子部品4、チップ型部品5が実装されており、これらのバンプ付き電子部品4、チップ型部品5は、電極3a、電極3b、導通電極6c、第1の電極6aを介して基板接続用部品8の第3の電極9a、導通部9c、第2の電極9bと導通し、さらに親基板11の基板接続電極12aと導通する。すなわち、電子部品モジュール10において後実装面1a(一方側の面)の反対面である先実装面1bに実装されたバンプ付き電子部品4、チップ型部品5は、基板接続用部品8を介して親基板11と導通する。なお本発明における電子部品モジュール10としては、子基板1の少なくとも後実装面1aに電子部品が実装されていればよい。すなわちここでは、子基板1の少なくとも一方側の面に電子部品が実装された電子部品モジュール10を対象としている。
このような用途に用いられる基板接続用部品8の製造過程について、図5、図6を参照して説明する。まず図5は、絶縁部材8aに銅などの導電性金属をメッキすることのみによって基板接続用部品8を製造する例を示している。図5(a)において、絶縁部材8aは樹脂やセラミックなどの絶縁性素材を図3に示す厚みtの板状に加工した板材である。絶縁部材8aには、図3に示す接続電極部9*の位置に合わせて所定のピッチで貫通孔8dが形成される。
次いで、図5(b)に示すように、絶縁部材8aは銅メッキの対象となり、上面8b、下面8cの表面が銅メッキ9の被膜で覆われるとともに、貫通孔8dの内部が銅メッキ9によって充填される。この後、図5(c)に示すように、絶縁部材8aの上面8b、下面8cをエッチングして、不要部分の銅メッキ9の被膜を除去することにより、第3の電極9a、第2の電極9bが形成される。そしてこの後、絶縁部材8aを図3に示す基板接続用部品8の平面形状に裁断することにより、上面8b、下面8cにそれぞれ形成された第3の電極9a、第2の電極9b、絶縁部材8aを上下に挿通して第3の電極9a、第2の電極9bを導通させる導通部9cを、同一平面位置に上下配置した構成の接続電極部9*を備えた単体の基板接続用部品8が完成する。
次に図6は、図5に示す基板接続用部品8の製造過程において、導通部9cとして貫通孔8d内に樹脂を充填した例を示している。すなわち、図6(a)において、絶縁部材8aは図5に示す絶縁部材8aと同様の板材であり、絶縁部材8aには同様に所定のピッチで貫通孔8dが形成される。このとき、貫通孔8dの径は、図5(a)に示す例よりも大きく設定される。
次いで、図6(b)に示すように、絶縁部材8aは銅メッキの対象となり、上面8b、下面8cの表面および貫通孔8dの内表面が銅メッキ9の被膜で覆われる。この後、図6(c)に示すように、内表面が銅メッキ9の被膜で覆われた貫通孔8dの内部に、樹脂材料15が充填される。そしてこの後、絶縁部材8aは再び銅メッキの対象となり、図6(d)に示すように、上面8b、下面8cの表面の銅メッキ9にはさらに銅が付着して膜厚が増加した厚膜の銅メッキ9が形成される。そしてこれとともに、貫通孔8dにおいては、充填された樹脂材料15の上下面も同様に厚膜の銅メッキ9によって覆われる。
この後、図6(e)に示すように、絶縁部材8aの上面8b、下面8cをエッチングして、不要部分の銅メッキ9の被膜を除去することにより、第3の電極9a、第2の電極9bが形成される。そしてこの後、図6(f)に示すように、絶縁部材8aを図3に示す基板接続用部品8の平面形状に裁断することにより、上面8b、下面8cにそれぞれ形成された第3の電極9a、第2の電極9b、絶縁部材8aを上下に挿通して第3の電極9a、第2の電極9bを導通させる導通部9cを、同一平面位置に上下配置した構成の接続電極部9*を備えた単体の基板接続用部品8が完成する。
次に、図7、図8を参照して、電子部品実装構造20を形成するための電子部品実装方法について説明する。図7は、図1に示す電子部品モジュール10を形成するための過程を工程順に示している。図7(a)において、子基板1の先実装面1bには、バンプ付き電子部品4やチップ型電子部品5が前工程において予め実装されている。次に、このように先実装面1bへの実装済みの子基板1に対して、後実装面1aを対象とした実装が実行される。すなわち、図7(b)に示すように、後実装面1a(一方側の面)を上向きにした状態の子基板1において、複数の部品接続電極6bおよび複数の第1の電極6a上に、ペースト状の半田13を供給する(半田供給工程)。この半田供給には、スクリーン印刷やディスペンスなどの方法が用いられる。
次いで図7(c)に示すように、バンプ付き電子部品7および基板接続用部品8を子基板1に搭載して(矢印a、b)、接続用端子であるバンプ7aおよび基板接続用部品8の下面側の第3の電極9aを、半田13を介して部品接続電極6bおよび第1の電極6a上にそれぞれ着地させる(搭載工程)。この後、バンプ付き電子部品7および基板接続用部品8が搭載された子基板1は、リフロー装置へ送られる。
そしてここで子基板1を加熱することにより半田13が加熱により溶融固化し、接続用端子であるバンプ7aと部品接続電極6bおよび第3の電極9aと第1の電極6aとをそれぞれ半田接合する(リフロー工程)。すなわち、図7(d)に示すように、バンプ付き電子部品7のバンプ7aを部品接続電極6bに半田接合する第1の半田接合部13*(1)および基板接続用部品8の第3の電極9aを第1の電極6aに半田接合する第2の半田接合部13*(2)が形成され、図1に示す電子部品モジュール10が完成する。
この後、電子部品モジュール10を親基板11に搭載して電子部品実装構造20形成するための工程が実行される。まず図8(a)に示すように、親基板11の接続面11aに形成された複数の基板接続電極12aに、ペースト状の半田14を供給する。基板接続電極12aは、親基板11の内部に形成された内部電極12bと導通している。次いで電子部品モジュール10の搭載が行われる。ここでは図8(b)に示すように、図7(d)に
示す電子部品モジュール10を上下反転して、基板接続用部品8を下側にした姿勢の電子部品モジュール10が親基板11に搭載される。そして基板接続用部品8を基板接続電極12aに位置合わせして電子部品モジュール10を下降させ(矢印c)、基板接続用部品8の第2の電極9bを半田14を介して親基板11の基板接続電極12a上に着地させる。
この後、電子部品モジュール10が搭載された親基板11はリフロー装置へ送られる。ここでは図8(c)に示すように、電子部品モジュール10が搭載された親基板11を加熱することにより、基板接続電極12aと第2の電極9bとを半田接合する(リフロー工程)。すなわち、半田14が加熱により溶融して固化し、基板接続電極12aと第2の電極9bとを半田接合する半田接合部14*が形成される。これにより、図2に示す電子部品実装構造20が完成する。
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品モジュール10は、子基板1の少なくとも一方側の面に電子部品を実装して成り、親基板11に接続されて電子部品実装構造20を構成する電子部品モジュール10において、親基板11において電子部品モジュール10が接続される接続面11aと子基板1において親基板11と対向する一方側の面との間に介在して親基板11と子基板1とを電気的に接続するとともに、親基板11によって子基板1を所定間隔で隔てて保持する基板接続用部品8を、子基板1の一方側の面の第1電極6aに第2の半田接合部13*(2)によって予め接合した構成としたものである。
これにより、半導体チップなどの部品を3次元的にコンパクトに配置するために採用される積層構造において、従来技術では必要とされた複雑で高コストの製造プロセス、例えば部品を埋め込むために絶縁樹脂層に予め凹部を形成するプロセスなどが不要となる。したがって親基板11と子基板1との間に基板接続用部品8を介在させるという極めて簡便な構成で、高密度実装を低コストで実現することができる。
本発明の電子部品モジュールおよび電子部品実装方法は、簡便な構成で高密度実装を低コストで実現することができるという効果を有し、子基板に電子部品が実装された電子部品モジュールを親基板に接続してなる電子部品実装構造において有用である。
本発明の一実施の形態の電子部品実装構造を構成する電子部品モジュールの構成説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の構成説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造における基板接続用部品の構造および機能の説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造における基板接続用部品の構造および機能の説明図 本発明の一実施の形態の基板接続用部品の製造方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の基板接続用部品の製造方法を示す工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造を形成するための電子部品実装方法の工程説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装構造を形成するための電子部品実装方法の工程説明図
1 子基板
1a 後実装面(一方側の面)
1b 先実装面
3a 電極
6a 第1の電極
6b 部品接続電極
7 バンプ付き電子部品
7a バンプ
8 基板接続用部品
9 銅メッキ
9a 第3の電極
9b 第2の電極
9c 導通部
9* 接続電極部
10 電子部品モジュール
11 親基板
11a 接続面
12a 基板接続電極
13,14 半田
13*(1) 第1の半田接合部
13*(2) 第2の半田接合部
20 電子部品実装構造

Claims (3)

  1. 子基板の少なくとも一方側の面に電子部品を実装して成り、親基板に実装されて3次元的な電子部品実装構造を構成する電子部品モジュールであって、
    前記親基板は、前記電子部品モジュールが接続される接続面に形成された複数の基板接続電極を有し、
    前記子基板において前記親基板と対向する前記一方側の面に前記基板接続電極と対応して形成された複数の第1の電極と、前記子基板において前記一方側の面に形成され、前記電子部品の接続用端子が接続される部品接続電極と、前記接続面と前記一方側の面との間に介在して前記親基板と子基板とを電気的に接続するとともに前記親基板に前記子基板を所定間隔で隔てて保持させる基板接続用部品と、
    前記基板接続用部品の上下面にそれぞれ設けられ前記基板接続電極および第1の電極にそれぞれ半田接合される複数の第2の電極および複数の第3の電極と、前記基板接続用部品を上下に挿通して設けられ前記複数の第2の電極と複数の第3の電極とをそれぞれ個別に導通させる複数の導通部と、
    前記接続用端子と前記部品接続電極とを半田接合する第1の半田接合部と、前記第1の電極と前記第3の電極とを半田接合する第2の半田接合部とを備えたことを特徴とする電子部品モジュール。
  2. 前記一方側の面の反対面にも電子部品が実装されており、前記電子部品は前記基板接続用部品を介して前記親基板と導通することを特徴とする請求項1記載の電子部品モジュール。
  3. 請求項1に記載の電子部品モジュールを形成する電子部品実装方法であって、
    前記一方側の面を上向きにした状態の前記子基板において前記複数の部品接続電極および前記複数の第1の電極上に半田を供給する半田供給工程と、
    前記電子部品および前記基板接続用部品を前記子基板に搭載して、前記接続用端子および前記第3の電極を、前記半田を介して前記部品接続電極および前記第1の電極上にそれぞれ着地させる搭載工程と、
    前記電子部品および前記基板接続用部品が搭載された前記子基板を加熱することにより、前記接続用端子と前記部品接続電極および前記第3の電極と第1の電極とをそれぞれ半田接合するリフロー工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
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