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JP2015207722A - 配線基板の製造方法、配線基板 - Google Patents

配線基板の製造方法、配線基板 Download PDF

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JP2015207722A JP2014088740A JP2014088740A JP2015207722A JP 2015207722 A JP2015207722 A JP 2015207722A JP 2014088740 A JP2014088740 A JP 2014088740A JP 2014088740 A JP2014088740 A JP 2014088740A JP 2015207722 A JP2015207722 A JP 2015207722A
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真宏 井上
Masahiro Inoue
真宏 井上
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Abstract

【課題】導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を有する配線基板において、電子部品等の他の部品との接続信頼性が向上した接続端子を備える配線基板及び配線基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る配線基板の製造方法は、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を準備する工程と、電解めっきにより前記積層体の表層に第1の金属層を形成する工程と、Cu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布し、前記第1の金属層上に第2の金属層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を備える配線基板の製造方法及び配線基板に関する。
一般に、電子部品(例えば、半導体チップ)を実装する配線基板として、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層され、表層に接続端子が形成された積層体を備える配線基板が用いられている。このような配線基板では、接続端子上に半田ペーストを塗布した後、半田ペーストをリフローして半田バンブを形成している。ところで、近年では、電子部品の高密度実装に対応するため、接続端子を狭ピッチ化することが求められている。
しかしながら、接続端子上に形成する半田バンプの大きさ(外径)を狭ピッチ化に合わせて小さくしてしまうと、半田バンプが十分な高さを確保することができず、電子部品との接続に不良が生じる虞がある。また、高さの確保を優先して半田バンプの大きさ(外径)を大きくすると、リフロー時に接続端子同士が半田ペーストにより電気的に短絡されてしまう、いわゆる半田ブリッジが生じる虞がある。
従来の配線基板には、接続端子を最表層のレジスト層から突出するようにして形成し、該接続端子上に半田ペーストを塗布した後、半田ペーストをリフローして半田バンブを形成した配線基板がある(例えば、特許文献1)。
特開2012−156325号公報
しかしながら、半田ペーストでは、リフロー時に半田が溶けてしまうため十分な高さの半田バンプを形成することが難しいという問題がある。このため、半田バンプが十分な高さを確保することができず電子部品との接続に不良が生じる虞がある。
また、電解めっきにより接続端子上に柱状の接続端子(柱状端子)を形成することも提案されている。しかし、電解めっきでは、アスペクト比(高さ/幅)が1.5を超える接続端子を形成することが困難であり、十分な高さの接続端子を形成することが困難である。また、電解めっきでは、接続端子の高さにばらつきが生じる。このため、電子部品との接続に不良が生じる虞がある。
本発明は、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層され、表層に接続端子が形成された積層体を有する配線基板及び配線基板の製造方法において、電子部品等の他の部品との接続信頼性が向上した接続端子を備える配線基板及び配線基板の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明の配線基板の製造方法は、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を準備する工程と、電解めっきにより前記積層体の表層に第1の金属層を形成する工程と、Cu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布し、前記第1の金属層上に第2の金属層を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、電解めっきにより前記積層体の表層に第1の金属層を形成した後、Cu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布して、第1の金属層上に第2の金属層を形成している。このため、十分な高さの接続端子を形成することができる。また、導電性に優れるCu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布して第2の金属層を形成しているので、第2の金属層は導電性に優れている。
なお、本発明の一態様では、前記第1の金属層の高さを計測する工程をさらに有し、前記第1の金属層が所定の高さ以下である場合、前記第1の金属層上に前記第2の金属層を積層することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第1の金属層の高さを計測し、所定の高さ以下の第1の金属層に上に第2の金属層を積層しているので、接続端子の高さばらつきを抑制することができる。
また、本発明の他の態様では、前記導電性ペーストを複数回重ねて塗布して、前記第1の金属層上に前記第2の金属層を積層することを特徴とする。
本発明の他の態様によれば、導電性ペーストを複数回重ねて塗布しているので、十分な高さの接続端子を形成することができる。
また、本発明の他の態様では、前記第2の金属層の外径は、前記第1の金属層の外径よりも小さいことを特徴とする。
本発明の他の態様によれば、第2の金属層の外径が第1の金属層の外径よりも小さいため、接続端子の配置をより狭ピッチ化することができる。また、接続端子の外径が小さくなるので、電子部品と配線基板との隙間にモールド樹脂が充填されやすくなる。
また、本発明の他の態様では、前記第2の金属層の外径は、前記第1の金属層の外径よりも大きいことを特徴とする。
本発明の他の態様によれば、第2の金属層の外径が第1の金属層の外径よりも大きいため、接続端子と電子部品との接続が容易となり、接合強度も高くなる。
さらに、本発明の配線基板は、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を有する配線基板であって、前記積層体の表層に形成された第1の金属層と、前記第1の金属層上に形成された第2の金属層と、を備え、前記第2の金属層は、当該第2の金属層の他の部分よりも外径が小さいくびれ部を1以上有することを特徴とする。
本発明の配線基板によれば、第2の金属層は、当該第2の金属層の他の部分よりも外径が小さいくびれ部を1以上有している。そして、このくびれ部にモールド樹脂が充填されることにより、熱による接続端子の伸縮を抑制することができる。この結果、電子部品との接続信頼性が向上する。
以上説明したように、本発明によれば、導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を有する配線基板において、電子部品等の他の部品との接続信頼性が向上した接続端子を備える配線基板及び配線基板の製造方法を提供することができる。
実施形態に係る配線基板の平面図(表面側)。 実施形態に係る配線基板の平面図(裏面側)。 実施形態に係る配線基板の一部拡大断面図。 接続端子の形状の一例を示す図。 実施形態に係る配線基板の製造工程図。 実施形態に係る配線基板の製造工程図。 実施形態に係る配線基板の製造工程図。 実施形態に係る配線基板の製造工程図。 実施形態に係る配線基板の製造工程図。 実施形態に係る配線基板の製造工程図。 実施形態に係る配線基板に半導体チップを実装した断面図。 他の実施形態に係る配線基板の一部拡大断面図。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態に係る配線基板はあくまでも一例であり、導体層と絶縁層とをそれぞれ少なくとも1層有する配線基板であれば特に限定されるものではない。例えば、以下の実施形態では、コア基板を有しない、いわゆるコアレス配線基板を例に本発明を説明している。しかしながら、本発明は、コア基板を有する配線基板についても適用可能である。なお、以下の説明では、半導体チップ等の電子部品が接続される側を表面側とし、マザーボードやソケット等(以下、マザーボード等と称する)が接続される側を裏面側として説明する。
(配線基板)
初めに本実施形態に係る配線基板100の構成について説明する。図1は、配線基板100の表面側の平面図である。図2は、配線基板100の裏面側の平面図である。図3は、図1及び図2に示すI−I線に沿って配線基板100を切断した一部を拡大した断面図である。
図1乃至図3に示す配線基板100は、熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させて構成された第1の樹脂絶縁層21及び第2の樹脂絶縁層22と、銅等の電気的良導体からなり、それぞれ所定のパターンを有する第1の導体層31及び第2の導体層32とが交互に積層された構成を有する。第1の樹脂絶縁層21上には、光硬化性樹脂組成物を光硬化させて構成された第1のレジスト層41が積層されている。第2の樹脂絶縁層22上には、光硬化性樹脂組成物を光硬化させて構成された第2のレジスト層42が積層されている。
なお、第1のレジスト層41、第1の樹脂絶縁層21、第1の導体層31、第2の樹脂絶縁層22、第2の導体層32及び第2のレジスト層42は、積層体を構成する。
第1の樹脂絶縁層21及び第2の樹脂絶縁層22は、例えば、エポキシ系の樹脂シートで構成されている。第1の樹脂絶縁層21及び第2の樹脂絶縁層22には、厚さ方向に貫通するビアホール21A及びビアホール22Aがそれぞれ形成されている。ビアホール21A及び22A内には、ビア導体51及びビア導体52がそれぞれ充填されている。ビア導体52は、第1の導体層31及び第2の導体層32を電気的に接続している。
ここで、第1の導体層31のうち、ビア導体51と電気的に接触する部分はビアランド31Aを構成し、ビア導体51と接触していない部分は配線31Bを構成する。また、第2の導体層32のうち、ビア導体52と電気的に接触する部分はビアランド32Aを構成し、ビア導体52と接触していない部分は配線32Bを構成する。
第1のレジスト層41には、厚さ方向に貫通する開口部41が形成されている。開口部41Aからは、第1の樹脂絶縁層21上に形成された接続端子61が露出している。ビア導体51は、第1の導体層31及び接続端子61を電気的に接続している。
接続端子61は、配線基板100をマザーボードに接続するためのランド(LGAパッド)であり、配線基板100の裏面にアレイ(格子)状に配列されている。
第2のレジスト層42には、厚さ方向に貫通するビアホール42が形成されている。ビアホール42A内には、ビアホール42Aを埋設するようにしてビア導体53が充填されている。また、第2のレジスト層42上には、ビア導体53と連続するようにして第2のレジスト層42の表面から突出した柱状の接続端子62が形成されている。ビア導体53は、第2の導体層32及び接続端子62を電気的に接続している。
接続端子62は、半導体チップ(不図示)をフリップチップ接続するためのパッド(FCパッド)であり半導体素子搭載領域R内にアレイ状に設けられている。半導体素子搭載領域Rは、配線基板100表面の中心部に設けられた半導体チップの実装領域である。
接続端子62は、第1の金属層62Aと、第1の金属層62A上に形成された第2の金属層62Bとを備える。第1の金属層62Aは、電解銅めっきにより形成される。第2の金属層62Bは、導電性ペーストを塗布した後、熱処理(焼結処理)を行うことで形成される。
なお、接続端子62の高さTを幅W(外径の最大値)で割った値T/W(以下、アスペクト比と記載)は、1.5以上であることが好ましい。電解銅めっきだけでは、アスペクト比が1.5以上の接続端子を形成することは困難であるが、この実施形態では電解銅めっきにより第1の金属層62Aを形成した後、導電性ペーストを塗布し、第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを形成することでアスペクト比が1.5以上の接続端子62の形成を実現している。
なお、接続端子62の高さばらつきを抑制したい場合には、第1の金属層62Aが所定の高さ以下である場合に導電性ペーストを塗布して第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを形成するようにしてもよい。高さの足りない第1の金属層62A上にのみ第2の金属層62Bを形成することで接続端子62の高さばらつきを抑制することができる。また、接続端子62が所定の高さとなるまで、導電性ペーストを複数回塗布して、第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを形成してもよい。この場合、十分な高さの接続端子62を形成することができる。
また、導電性ペーストは、インクジェット方式、インジェクション方式及びマスク印刷方式により塗布することができる。なお、これらの方式のうち位置精度や吐出量の精度の観点からインクジェット方式を好適に用いることができる。なお、塗布後の導電性ペーストは、アニール、プラズマへの暴露、レーザ光の照射等により焼結処理を行うことができる。
ここで、導電性ペーストとしては、導電性の高い金属、例えばCu(銅)、Ag(銀)、Au(金)から選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を可溶性バインダー等の有機溶媒に分散させたものが使用できる。なお、分散させる金属粒子は、粒径がナノメートルオーダーの大きさである、いわゆるナノ粒子であることが好ましい。導電性ペーストを塗布した後に行う焼結処理の温度を低くでき配線基板100への熱ダメージを低減することができる。このため、絶縁材料として有機材料を用いたオーガニック基板に好適である。
以上のように、接続端子62は、電解銅めっきで形成した第1の金属層62A上に導電性ペーストを塗布して第2の金属層62Bを形成している。このため、第1の金属層62Aと第2の金属層62Bとの間にいわゆるくびれ部C1が形成される。また、図3に示す接続端子62は、導電性ペーストを複数回重ねて塗布しているので第2の金属層62B自身にも他の部分よりも外径の小さいくびれ部C2が生じている。そして、半導体チップ(不図示)を実装する際に、上記くびれ部C1,C2にモールド樹脂(不図示)が充填される。このため熱による接続端子62の伸縮を抑制することができる。この結果、半導体チップとの接続信頼性が向上する。
図4は、接続端子62の形状の他の一例を示す図である。図4(a)に示す接続端子62は、第2の金属層62Bの外径D2(第2の金属層62Bの外径の最大値)が、第1の金属層62Aの外径D1よりも細くなっている。このため、図4(a)に示す形状の接続端子62では、接続端子62の配列をより狭ピッチ化することができる。また、第2の金属層62Bの外径D2が小さいので半導体チップ(不図示)と配線基板100との隙間にモールド樹脂が充填されやすい。
図4(b)は、接続端子62の形状の他の一例を示す図である。図4(b)に示す接続端子62は、第2の金属層62Bの外径D2(第2の金属層62Bの外径の最大値)が、第1の金属層62Aの外径D1よりも大きくなっている。このため、図4(b)に示す形状の接続端子62では、第2の金属層62Bの外径D2が大きいので半導体チップ(不図示)との接続が容易となり、接合強度も高くなる。
(配線基板の製造方法)
次に、図3、図5〜図10を参照して、本実施形態における配線基板100の製造方法について説明する。なお、図5〜図10に示す断面図は、図3に示す配線基板100の断面図に対応している。
初めに、両面に銅箔12が貼り付けられた支持基板11を準備する。支持基板11は、例えば耐熱性樹脂板(例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板)や、繊維強化樹脂板(例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂板)等から構成することができる。次いで、支持基板11の両面に形成された銅箔12上に、接着層としてのプリプレグ層13を介して、例えば真空熱プレスにより剥離シート14を圧着する(図5参照)。
剥離シート14は、例えば第1の金属膜14a及び第2の金属膜14bからなり、これらの膜間にはCrメッキ等が施されて、外部張力によって互いに剥離可能に構成されている。なお、第1の金属膜14a及び第2の金属膜14bは銅箔で構成することができる。
次に、剥離シート14上に樹脂フィルムを積層し、真空下において加圧加熱することにより硬化させて第1の樹脂絶縁層21を形成する(図6参照)。これにより、剥離シート14の表面が第1の樹脂絶縁層21で覆われる。
次に、第1の樹脂絶縁層21に対して、例えばCOガスレーザやYAGレーザから所定強度のレーザ光を照射し、ビアホール21Aを形成する。その後、ビアホール21Aを含む第1の樹脂絶縁層21に対して粗化処理を実施する。なお、第1の樹脂絶縁層21がフィラーを含む場合は、粗化処理を実施するとフィラーが遊離して第1の樹脂絶縁層21上に残存するようになるので適宜水洗を行う。水洗を実施することで、次のデスミア処理における水洗浄の際に、フィラーが第1の樹脂絶縁層21上に残存することを抑制することができる。
次に、ビアホール21Aに対してデスミア処理及びアウトラインエッチングを施し、ビアホール21A内を洗浄する。
また、上記水洗とデスミア処理との間にエアーブロー処理を行ってもよい。水洗により遊離したフィラーが完全に除去されていない場合でも、エアーブロー処理によりフィラーの残存をより確実に抑制することができる。
次に、第1の樹脂絶縁層21に対してパターンメッキを行い、第1の導体層31及びビア導体51を形成する。なお、第1の導体層31及びビア導体51は、セミアディティブ法によって、以下のようにして形成する。最初に、第1の樹脂絶縁層21上に無電解メッキ膜を形成した後、この無電解メッキ膜上にレジスト材を形成し、このレジスト材の非形成部分に電解銅メッキを行うことによって形成する。第1の導体層31及びビア導体51を形成した後、レジスト材はKOH等の剥離液を用いて剥離除去する。
次に、第1の導体層31に粗化処理を施した後、第1の導体層31を覆うようにして、第1の樹脂絶縁層21上に樹脂フィルムを積層し、真空下において加圧加熱することにより硬化させて第2の樹脂絶縁層22を形成する(図7参照)。
次に、図7を参照して説明した場合と同様にして、第2の樹脂絶縁層22に対して、例えばCOガスレーザやYAGレーザから所定強度のレーザ光を照射し、ビアホール22Aを形成した後、ビアホール22Aを含む第2の樹脂絶縁層22に対して粗化処理を実施する。
次に、ビアホール22Aに対してデスミア処理及びアウトラインエッチングを施し、ビアホール22A内を洗浄する。次に、第2の樹脂絶縁層22に対してパターンメッキを行い、第1の導体層31等の場合と同様に、セミアディティブ法等により第2の導体層32及びビア導体52を形成する。
次に、第2の樹脂絶縁層22上に第2のレジスト層42を形成し、この第2のレジスト層42に対して所定のマスクを介して露光及び現像処理を施して開口部42Aを形成した後、第1の導体層31等の場合と同様に、セミアディティブ法等により第1の金属層62A及びビア導体53を形成する(図8参照)。
次に、インクジェット方式、インジェクション方式及びマスク印刷方式により導電性ペーストを塗布し、第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを形成する。次に、第2の金属層62Bをアニール、プラズマへの暴露、レーザ光の照射等により焼結処理を行い、接続端子62とする(図9参照)。
次に、剥離シート14を構成する第1の金属膜14a及び第2の金属膜14bの剥離界面で剥離して支持基板11を除去する(図10参照)。
次に、剥離シート14の第1の金属膜14aに対してエッチングを施し、第1の樹脂絶縁層21上に接続端子61を形成する。また、第1の樹脂絶縁層21上に、接続端子61が露出するような開口部41Aを有する第1のレジスト層41を形成し、本実施形態の配線基板100を得る(図3参照)。
なお、本実施形態においては、必要に応じて、第1のレジスト層41の開口部41Aから露出する接続端子61や第1の金属層62Aと第2の金属層62Bとからなる接続端子62を覆うようにして、例えばNi/Auメッキ膜やNi/Pb/Auメッキ膜からなるバリアメタル層を形成することができる。
図11は、上記のようにして製造された配線基板100に半導体チップDを実装した断面図である。
以上のように本実施形態に係る配線基板100は、電解めっきにより第1の金属層62Aを形成した後、Cu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布して、第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを形成している。このため、十分な高さの接続端子62を形成することができる。また導電性に優れたCu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布して第2の金属層62Bを形成しているので導電性に優れた接続端子62とすることができる。
また、第1の金属層62Aの高さを計測し、第1の金属層62Aが所定の高さ以下である場合に、第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを積層してもよい。この場合、接続端子62の高さばらつきを効果的に抑制することができる。このため、電子部品等の他の部品との接続信頼性が向上する。
さらに、導電性ペーストを複数回重ねて塗布して、第1の金属層62A上に第2の金属層62Bを積層するようにしてもよい。この場合、十分な高さの接続端子62を形成することができる。
また、第2の金属層62Bの外径D2を第1の金属層62Aの外径D1よりも小さくした場合(図4(a)参照)、接続端子61の配置をより狭ピッチ化することができる。さらに、接続端子62の外径が細くなるので半導体チップDと配線基板100との間にモールド樹脂Mが充填されやすくなる(図11参照)。
また、第2の金属層62Bの外径D2を第1の金属層62Aの外径D1よりも大きくした場合、接続端子62の外径が大きくなるので半導体チップDと配線基板100との接続が容易となり、かつ、接合強度も高くなる。
さらに、第1の金属層62Aの外径D1と第2の金属層62Bの外径D2が異なるために、第1,第2の金属層62A,62Bにより形成される接続端子62にくびれ部C1が形成される(図3参照)。また、金属ペーストを複数回重ねて塗布して第2の金属層62Bを形成した場合は、第2の金属層62B自身にもくびれ部C2が形成される (図3参照)。そして、このくびれ部にモールド樹脂Mが充填されることにより、熱による接続端子62の伸縮を抑制することができる。この結果、半導体チップDと配線基板100の接続信頼性が向上する。
(その他の実施形態)
上記の実施形態では、接続端子62を半導体チップDと接続するための接続端子として用いる形態について説明したが、図12に示すように、接続端子62を他の配線基板200と接続するための接続端子として用いるようにしてもよい。さらに、接続端子62を半導体チップD及び他の配線基板200と接続するための接続端子として用いるようにしてもよい。なお、半導体チップDや配線基板200等の他の部品は、半田を介して接続端子62と接続されてもよい。この場合、接続端子62は、半田の融点以上で加熱するリフローを行うことにより他の部品と接続される。そのため、接続端子62を構成する第1の金属層62Aと第2の金属層62Bの融点は、半田の融点よりも高いことが好ましい。
11…支持基板
13…プリプレグ層
14…剥離シート
21…第1の樹脂絶縁層
22…第2の樹脂絶縁層
31…第1の導体層
32…第2の導体層
41…第1のレジスト層
42…第2のレジスト層
51,52,53…ビア導体
61…接続端子
62…接続端子
62A…第1の金属層
62B…第2の金属層
100…配線基板
200…他の配線基板
C1,C2…くびれ部
D…半導体チップ
M…モールド樹脂

Claims (6)

  1. 導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を準備する工程と、
    電解めっきにより前記積層体の表層に第1の金属層を形成する工程と、
    Cu、Ag、Auから選択される金属粒子又はこれら金属の合金粒子を含む導電性ペーストを塗布し、前記第1の金属層上に第2の金属層を形成する工程と
    を有することを特徴とする配線基板の製造方法。
  2. 前記第1の金属層の高さを計測する工程をさらに有し、
    前記第1の金属層が所定の高さ以下である場合、前記導電性ペーストを塗布し、前記第1の金属層上に前記第2の金属層を形成することを特徴とする請求項1に記載の配線基板の製造方法。
  3. 前記導電性ペーストを複数回重ねて塗布して、前記第1の金属層上に前記第2の金属層を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の配線基板の製造方法。
  4. 前記第2の金属層の外径は、
    前記第1の金属層の外径よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の配線基板の製造方法。
  5. 前記第2の金属層の外径は、
    前記第1の金属層の外径よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の配線基板の製造方法。
  6. 導体層及び絶縁層が各々1層以上積層された積層体を有する配線基板であって、
    前記積層体の表層に形成された第1の金属層と、
    前記第1の金属層上に形成された第2の金属層と、
    を備え、
    前記第2の金属層は、当該第2の金属層の他の部分よりも外径が小さいくびれ部を1以上有することを特徴とする配線基板。
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