JP2008085009A - 回路基板および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板および電子機器を提供すること。
【解決手段】回路基板1は、可撓性を有する絶縁基材111と、この絶縁基材111上に形成された回路層112とを備える。絶縁基材111の端部と、この端部上に形成された回路層112と、この回路層112上に形成された金属層114と、この金属層114上に形成された保護膜(本実施形態では、燐酸塩被膜)118と、を含んで端子部1Aが構成されている。金属層114は、回路層112上に形成された錫または錫合金を含んで構成される第一金属層114Aと、この第一金属層114A上に形成された錫または錫合金を含んで構成される第二金属層114Bとを備える。第一金属層114Aは、平均粒径が0.5μm以上、5μm以下の無光沢めっき層であり、第二金属層114Bは平均粒径0.1μm以下の光沢めっき層である。
【選択図】 図2
Description
本発明は、回路基板およびこの回路基板を備えた電子機器に関する。
従来、電子機器のメインボード等には、回路基板、たとえば、リジッドフレックス回路基板が使用されている。具体的には、回路基板に端子部を設けるとともに、メインボードにコネクタを設ける。回路基板の端子部をメインボードに接続されたコネクタに挿入することで、回路基板とメインボードとが接続されることとなる。
ここで、回路基板の端子部は、たとえば、回路パターン上に第一の錫めっき層を形成し、さらにこの第一の錫めっき層上に第二の錫めっき層を形成したものである(特許文献1参照)。特許文献1では、錫めっき層を2重に形成することで、ウィスカの発生を防止することができるとされている。
さらには、特許文献2には、ウィスカの発生を抑制するために、下地層として無光沢錫めっき層を形成し、上層として光沢錫めっき層を形成することが開示されている。
ここで、回路基板の端子部は、たとえば、回路パターン上に第一の錫めっき層を形成し、さらにこの第一の錫めっき層上に第二の錫めっき層を形成したものである(特許文献1参照)。特許文献1では、錫めっき層を2重に形成することで、ウィスカの発生を防止することができるとされている。
さらには、特許文献2には、ウィスカの発生を抑制するために、下地層として無光沢錫めっき層を形成し、上層として光沢錫めっき層を形成することが開示されている。
しかしながら、本発明者が検討した結果、特許文献1、2に記載の技術では、コネクタに回路基板の端子部を嵌合させた際に、ウィスカが発生し、ウィスカの発生を抑制することが困難であることがわかった。
本発明の目的は、ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板、およびこの回路基板を備えた電子機器を提供することである。
本発明によれば、絶縁基材と、この絶縁基材上に形成された回路層とを備える回路基板であって、前記絶縁基材の端部と、この端部上に形成された前記回路層と、この回路層上に形成された金属層と、この金属層上に形成される保護膜と、を含んで端子部が構成され、前記金属層は、前記回路層上に形成された第一金属層と、この第一金属層上に形成され、前記保護膜により被覆された第二金属層とを有し、第一金属層は、無光沢めっき層であり、第二金属層は、錫または錫合金を含んで構成される光沢めっき層である回路基板が提供される。
端子部の金属層を構成する第一金属層は、無光沢めっき層であるので、比較的粒径が大きく、第一金属層で発生する内部応力は低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから第一金属層に力が直接加わるとウィスカが発生してしまう。
本発明では、第一金属層上に粒径が比較的小さい光沢めっき層である第二金属層を設けているので、第一金属層に直接コネクタからの力が加わらず、第一金属層でのウィスカの発生を防止することができる。
また、光沢めっき層である第二金属層は無光沢めっき層である第一金属層よりも被膜硬度が高いため、コネクタからの力が加わっても、ウィスカが発生しにくい。これに加え、本発明では、第二金属層上には、保護膜が形成されている。保護膜は第二金属層表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、第二金属層表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
本発明では、第一金属層上に粒径が比較的小さい光沢めっき層である第二金属層を設けているので、第一金属層に直接コネクタからの力が加わらず、第一金属層でのウィスカの発生を防止することができる。
また、光沢めっき層である第二金属層は無光沢めっき層である第一金属層よりも被膜硬度が高いため、コネクタからの力が加わっても、ウィスカが発生しにくい。これに加え、本発明では、第二金属層上には、保護膜が形成されている。保護膜は第二金属層表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、第二金属層表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
また、端子部の金属層を無光沢めっき層を有しないものとし、たとえば、光沢めっき層を2層形成した場合には、端子部の金属層の内部応力が高くなり、ウィスカが発生してしまう。
これに対し、本発明では、端子部の金属層を内部応力の低い無光沢めっき層である第一金属層と、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である第二金属層とを備える構成としているので、端子部の金属層の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
ここで、本発明において、光沢めっき層とは、いわゆる半光沢めっき層をも含む概念である。
これに対し、本発明では、端子部の金属層を内部応力の低い無光沢めっき層である第一金属層と、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である第二金属層とを備える構成としているので、端子部の金属層の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
ここで、本発明において、光沢めっき層とは、いわゆる半光沢めっき層をも含む概念である。
この際、前記保護膜は、燐酸塩被膜であってもよく、また、イミダゾールを含有する膜であってもよい。
保護膜を燐酸塩被膜とする場合には、燐酸塩被膜は、電解研磨により形成されたものであることが好ましい。
このような回路基板は、第二金属層を形成した後、第二金属層を電解研磨することにより製造される。電解研磨により第二金属層の表面がなめらかになり、第二金属層表面の金属粒子が飛び出しにくくなる。これにより、ウィスカの発生を防止できる。さらに、これに加え、電解研磨により、第二金属層表面には燐酸塩被膜が形成されるので、この燐酸塩被膜によっても、第二金属層表面の金属粒子が飛び出しにくくなり、さらにウィスカの発生を確実に抑制することができる。
このような回路基板は、第二金属層を形成した後、第二金属層を電解研磨することにより製造される。電解研磨により第二金属層の表面がなめらかになり、第二金属層表面の金属粒子が飛び出しにくくなる。これにより、ウィスカの発生を防止できる。さらに、これに加え、電解研磨により、第二金属層表面には燐酸塩被膜が形成されるので、この燐酸塩被膜によっても、第二金属層表面の金属粒子が飛び出しにくくなり、さらにウィスカの発生を確実に抑制することができる。
また、保護膜をイミダゾールを含む膜とした場合には、第二金属層表面の酸化が防止されることにより第二金属表面が酸化による体積膨張が抑えられ、その結果、内部応力が増大しないことから安定な第二金属表面を維持することにより、第二金属層表面の金属粒子が飛び出しにくくなり、ウィスカの発生を確実に抑制することができる。
この際、前記第一金属層は、錫または錫合金を含む無光沢めっき層であることが好ましい。
また、前記第一金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層であってもよい。
また、前記第一金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層であってもよい。
前記第二金属層は、金属粒子の平均粒径が第一金属層の金属粒子の平均粒径よりも小さい金属で構成されることが好ましい。
さらに、前記第一金属層は、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下であることが好ましい。このようにすることで、第一金属層で発生する内部応力を確実に低減させることができる。また、第一金属層の硬度の低下を防止することができる。
第二金属層は、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下であることが好ましい。
さらに、前記第一金属層は、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下であることが好ましい。このようにすることで、第一金属層で発生する内部応力を確実に低減させることができる。また、第一金属層の硬度の低下を防止することができる。
第二金属層は、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下であることが好ましい。
前記第一金属層の厚みは15μm以下であり、前記第二金属層の厚みは5μm以下であることが好ましい。
第一金属層の厚みを15μm以下とすることで、第一金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。
さらに、第二金属層の厚みを5μm以下とすることで、第二金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部でのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
第一金属層の厚みを15μm以下とすることで、第一金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。
さらに、第二金属層の厚みを5μm以下とすることで、第二金属層中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部でのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
また、前記回路層上に直接前記第一金属層が形成されていることが好ましい。
回路層上に直接第一金属層を形成することで金属層の内部応力を低減できる。
回路層上に直接第一金属層を形成することで金属層の内部応力を低減できる。
さらに、前記絶縁基材は、可撓性を有することが好ましい。
また、本発明によれば、上述したいずれかの回路基板と、前記回路基板の端子部に接触する接触端子を備えたコネクタとを有し、前記回路基板の端子部と、前記コネクタの接触端子との接触部分を覆うように、イミダゾールを含有する膜が設けられている電子機器を提供することができる。
回路基板の端子部と、コネクタの接触端子との接触部分を覆うように、イミダゾールを含有する膜を設けることで、回路基板の端子部でのウィスカの発生をより確実に抑制することができる。
回路基板の端子部と、コネクタの接触端子との接触部分を覆うように、イミダゾールを含有する膜を設けることで、回路基板の端子部でのウィスカの発生をより確実に抑制することができる。
本発明によれば、ウィスカの発生を確実に抑制することができる回路基板、および電子機器が提供される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第一実施形態)
図1には、本実施形態の回路基板1が示されている。
まず、はじめに、回路基板1の概要について説明する。
回路基板1は、絶縁基材111と、この絶縁基材111上に設けられた回路層112とを備える。
絶縁基材111の端部と、この端部上に形成された回路層112と、この回路層112上に形成された金属層114と、この金属層114上に形成された保護膜(本実施形態では、燐酸塩被膜)118と、を含んで端子部1Aが構成されている。
金属層114は、回路層112上に形成された錫または錫合金を含んで構成される第一金属層114Aと、この第一金属層114A上に形成された錫または錫合金を含んで構成される第二金属層114Bとを備える。
第一金属層114Aは、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下の無光沢めっき層であり、第二金属層114Bは粒径が0.1μm以下の光沢めっき層である。
(第一実施形態)
図1には、本実施形態の回路基板1が示されている。
まず、はじめに、回路基板1の概要について説明する。
回路基板1は、絶縁基材111と、この絶縁基材111上に設けられた回路層112とを備える。
絶縁基材111の端部と、この端部上に形成された回路層112と、この回路層112上に形成された金属層114と、この金属層114上に形成された保護膜(本実施形態では、燐酸塩被膜)118と、を含んで端子部1Aが構成されている。
金属層114は、回路層112上に形成された錫または錫合金を含んで構成される第一金属層114Aと、この第一金属層114A上に形成された錫または錫合金を含んで構成される第二金属層114Bとを備える。
第一金属層114Aは、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下の無光沢めっき層であり、第二金属層114Bは粒径が0.1μm以下の光沢めっき層である。
次に、回路基板1の構造について詳細に説明する。
回路基板1は、絶縁基材111と、この絶縁基材111上に設けられた回路層112と、表面被覆層113と、金属層114とを備える。
絶縁基材111は、樹脂フィルム基材から構成されている。ここで、樹脂フィルム基材としては、可撓性を有するものが好ましく、例えば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリエーテルイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム等のポリアミド樹脂系フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルムが挙げられる。このうち、弾性率と耐熱性を向上させる観点から、特にポリイミド樹脂系フィルムが好ましく用いられる。
絶縁基材111の厚さは、特に限定されないが、5〜50μmが好ましく、特に12.5〜25μmが好ましい。厚さがこの範囲内であると、特に屈曲性に優れる。
回路基板1は、絶縁基材111と、この絶縁基材111上に設けられた回路層112と、表面被覆層113と、金属層114とを備える。
絶縁基材111は、樹脂フィルム基材から構成されている。ここで、樹脂フィルム基材としては、可撓性を有するものが好ましく、例えば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリエーテルイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム等のポリアミド樹脂系フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルムが挙げられる。このうち、弾性率と耐熱性を向上させる観点から、特にポリイミド樹脂系フィルムが好ましく用いられる。
絶縁基材111の厚さは、特に限定されないが、5〜50μmが好ましく、特に12.5〜25μmが好ましい。厚さがこの範囲内であると、特に屈曲性に優れる。
回路層112は、銅等の導体から構成されており、絶縁基材111の表面側にのみ設けられている。この回路層112のうち、絶縁基材111の端部に形成された部分は、前述した端子部1Aを構成する。
表面被覆層113は、回路層112の回路パターンの隙間部分を埋めるように設けられており、表面被覆層113の開口部からは、回路層112のうち、絶縁基材111の端部上に形成された部分を含む回路層112の一部が露出している。
この表面被覆層113は、いわゆるカバーレイフィルムであり、接着層113Aと、接着層113A上に設けられた樹脂フィルム113Bとを備えている。
接着層113Aとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されていることが好ましい。これらの中でもエポキシ系樹脂が好ましい。これにより、密着性を向上することができる。さらに、耐熱性を向上することもできる。
樹脂フィルム113Bとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
この表面被覆層113は、いわゆるカバーレイフィルムであり、接着層113Aと、接着層113A上に設けられた樹脂フィルム113Bとを備えている。
接着層113Aとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されていることが好ましい。これらの中でもエポキシ系樹脂が好ましい。これにより、密着性を向上することができる。さらに、耐熱性を向上することもできる。
樹脂フィルム113Bとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
金属層114は、回路層112上に直接形成され、錫または錫合金から構成される第一金属層114Aと、この第一金属層114A上に形成された錫または錫合金から構成される第二金属層114Bとを備える。
第一金属層114Aは、第二金属層114Bにより全面が被覆されている。また、この第一金属層114Aは、回路層112上に直接形成されている。
第一金属層114Aは、Pbフリーめっきであり、本実施形態では、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Sn−Cu、Sn−Bi、Sn−Ag等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいSn−Cuを使用することが好ましい。
この第一金属層114Aは、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上5μm以下のいわゆる無光沢めっき層である。ここでいう無光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上5μm以下のものをいう。
第一金属層114Aは、Pbフリーめっきであり、本実施形態では、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Sn−Cu、Sn−Bi、Sn−Ag等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいSn−Cuを使用することが好ましい。
この第一金属層114Aは、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上5μm以下のいわゆる無光沢めっき層である。ここでいう無光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上5μm以下のものをいう。
なかでも第一金属層114Aの金属粒子の平均粒径は1μm以上であることが好ましい。このようにすることで、第一金属層114Aで発生する内部応力を確実に低減させることができる。また、金属粒子の平均粒径は3μm以下とすることが好ましい。このようにすることで、第一金属層114Aの硬度の低下を防止することができる。
第一金属層114Aの厚みは、2μm以上、15μm以下であることが好ましい。なかでも、5μm以上であることが好ましい。5μm以上とすることで、金属層114の厚みを確保することができる。
また、第一金属層114Aの厚みは、10μm以下であることがより好ましい。10μm以下とすることで、第一金属層114A中で発生する内部応力を確実に低減させることができる。
第一金属層114Aの厚みは、2μm以上、15μm以下であることが好ましい。なかでも、5μm以上であることが好ましい。5μm以上とすることで、金属層114の厚みを確保することができる。
また、第一金属層114Aの厚みは、10μm以下であることがより好ましい。10μm以下とすることで、第一金属層114A中で発生する内部応力を確実に低減させることができる。
第二金属層114BもPbフリーめっきであり、具体的には、錫または錫合金から構成される。錫合金としては、Sn−Cu、Sn−Bi、Sn−Ag等が例示できる。なかでも、ウィスカの発生しにくいSn−Cuを使用することが好ましい。
第二金属層114Bは、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下である、いわゆる光沢めっき層である。光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下であればよい。第二金属層114Bを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
第二金属層114Bは、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下である、いわゆる光沢めっき層である。光沢めっき層とは、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下であればよい。第二金属層114Bを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
第二金属層114Bの厚みは、0.5μm以上、5μm以下であることが好ましい。なかでも、1μm以上であることが好ましい。1μm以上とすることで第二金属層表面の微小欠損が小さくなり、第一金属層の粒子が飛び出しにくくなるという効果がある。また、第二金属層114Bの厚みは、3μm以下であることがより好ましい。3μm以下とすることで第二金属層表面が酸化された場合でも内部応力の発生が小さく粒子が押し出されることがないという効果がある。
第一金属層114Aと第二金属層114Bとの膜厚の比率(第一金属層114A:第二金属層114B)は1:1以上、30:1以下であることが好ましい。
第一金属層114Aと第二金属層114Bとの膜厚の比率(第一金属層114A:第二金属層114B)は1:1以上、30:1以下であることが好ましい。
このような第二金属層114B上には、燐酸塩被膜118が形成されている。
この燐酸塩被膜118は、第二金属層114B上に直接形成されており、第二金属層114Bを完全に覆っている。
このような燐酸塩被膜118は、電解研磨により形成することが好ましい。第二金属層114Bの表面を電解研磨することで、第二金属層114B表面が溶解し、不溶性の燐酸塩被膜118が第二金属層114Bの表面に形成される。この燐酸塩被膜118は不動態化被膜であり、酸化防止膜としても機能する。
燐酸塩被膜118の厚みは、通常1nm以上、100nm以下であることが好ましい。
この燐酸塩被膜118は、第二金属層114B上に直接形成されており、第二金属層114Bを完全に覆っている。
このような燐酸塩被膜118は、電解研磨により形成することが好ましい。第二金属層114Bの表面を電解研磨することで、第二金属層114B表面が溶解し、不溶性の燐酸塩被膜118が第二金属層114Bの表面に形成される。この燐酸塩被膜118は不動態化被膜であり、酸化防止膜としても機能する。
燐酸塩被膜118の厚みは、通常1nm以上、100nm以下であることが好ましい。
なお、第一金属層114A、第二金属層114Bの金属粒子の径は、金属層114の断面をSEM観察することによって計測することができ、また、第一金属層114A、第二金属層114B、燐酸塩被膜118の膜厚も、端子部1Aの断面をSEM観察することによって計測することができる。
ここで、端子部1Aは、図1に示すように、絶縁基材111の端部と、回路層112のうち、この絶縁基材111の端部上に形成された部分と、金属層114のうち、絶縁基材111の端部上に形成された回路層112上に設けられた部分と、燐酸塩被膜118とを含んで構成されている。
また、端子部1Aは、絶縁基材111の裏面に設けられた補強部115を有する。
補強部115は、絶縁基材111の裏面上に設けられた粘着剤115Aと、この粘着剤115Aにより絶縁基材111裏面に貼り付けられる補強フィルム115Bと備える。
補強フィルム115Bとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
このような端子部1Aは、メインボード等に設けられたコネクタに接続され、電子機器を構成することとなる。
ここで、図2に示すように、回路基板1の端子部1Aの表面にコネクタCの接触端子C1を接触させ、端子部1Aとコネクタの接触端子との接触部分を覆うようにイミダゾールを含有する膜120を形成することが好ましい。
イミダゾールを含有する膜120としては、たとえば、アルキル基を有するイミダゾールを含む被膜が好ましく、アルキルイミダゾール、アルキルベンゾイミダゾール等を含む被膜があげられる。
イミダゾールを含有する膜120の厚みは、通常100nm以上、1000nm以下であることが好ましい。
イミダゾールを含有する膜120は、イミダゾールを含む水溶液、あるいは、イミダゾールを含むアルコール溶液を塗布することで形成することができる。
また、端子部1Aは、絶縁基材111の裏面に設けられた補強部115を有する。
補強部115は、絶縁基材111の裏面上に設けられた粘着剤115Aと、この粘着剤115Aにより絶縁基材111裏面に貼り付けられる補強フィルム115Bと備える。
補強フィルム115Bとしては、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリアミドイミド樹脂フィルム等のポリイミド樹脂系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等のポリエステル樹脂系フィルム等があげられる。
このような端子部1Aは、メインボード等に設けられたコネクタに接続され、電子機器を構成することとなる。
ここで、図2に示すように、回路基板1の端子部1Aの表面にコネクタCの接触端子C1を接触させ、端子部1Aとコネクタの接触端子との接触部分を覆うようにイミダゾールを含有する膜120を形成することが好ましい。
イミダゾールを含有する膜120としては、たとえば、アルキル基を有するイミダゾールを含む被膜が好ましく、アルキルイミダゾール、アルキルベンゾイミダゾール等を含む被膜があげられる。
イミダゾールを含有する膜120の厚みは、通常100nm以上、1000nm以下であることが好ましい。
イミダゾールを含有する膜120は、イミダゾールを含む水溶液、あるいは、イミダゾールを含むアルコール溶液を塗布することで形成することができる。
次に、図3を参照して、回路基板1の製造方法について説明する。
まず、はじめに、図3(A)に示すように、絶縁基材111と、この絶縁基材111の表面に金属箔(たとえば、銅箔)212が設けられた積層板21を用意する。
次に、図3(B)に示すように、金属箔212の一部をエッチング等により、選択的に除去し、回路層112を形成する。
その後、図3(C)に示すように、回路層112上に開口部が形成された表面被覆層113を貼り付ける。ここで、表面被覆層113の開口部は、あらかじめカバーレイフィルムをパンチングすることで形成される。表面被覆層113を回路層112に積層する条件は、特に限定されないが、温度80〜220℃、圧力0.2〜10MPaで熱圧成形装置により圧着することが好ましい。
まず、はじめに、図3(A)に示すように、絶縁基材111と、この絶縁基材111の表面に金属箔(たとえば、銅箔)212が設けられた積層板21を用意する。
次に、図3(B)に示すように、金属箔212の一部をエッチング等により、選択的に除去し、回路層112を形成する。
その後、図3(C)に示すように、回路層112上に開口部が形成された表面被覆層113を貼り付ける。ここで、表面被覆層113の開口部は、あらかじめカバーレイフィルムをパンチングすることで形成される。表面被覆層113を回路層112に積層する条件は、特に限定されないが、温度80〜220℃、圧力0.2〜10MPaで熱圧成形装置により圧着することが好ましい。
次に、図3(D)に示すように、絶縁基材111の端部上に配置された回路層112上に金属層114を形成する。具体的には、表面被覆層113の開口部から露出した回路層112にSn電解めっき、あるいはSn合金の電解めっきを施し、回路層112を覆う第一金属層114Aを形成する。第一金属層114Aを形成するためのめっき液中には、光沢剤が添加されていないことが好ましい。
その後、第一金属層114A上に第一金属層114Aを覆う第二金属層114Bを形成する。具体的には、第一金属層114Aに対し、Sn電解めっき、あるいはSn合金の電解めっきを施して、第二金属層114Bを形成する。第二金属層114Bを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
次に、第二金属層114Bを電解研磨する。これにより、第二金属層114B表面が研磨され、なめらかになるとともに、第二金属層114B表面上に燐酸塩被膜118が形成されることとなる。
電解研磨は、たとえば、以下のようにして行うことができる。
燐酸水溶液、あるいは、燐酸と硫酸とを混合した溶液を電解研磨液を用意し、所定の温度の前記電解研磨液中に、金属層114を浸積させる。そして、第二金属層114Bがアノードとなるようにし、電流密度がたとえば、3A/dm2〜60A/dm2となるように調整することで、電解研磨を行うことができる。
その後、第一金属層114A上に第一金属層114Aを覆う第二金属層114Bを形成する。具体的には、第一金属層114Aに対し、Sn電解めっき、あるいはSn合金の電解めっきを施して、第二金属層114Bを形成する。第二金属層114Bを形成するためのめっき液中には光沢剤が添加されている。
次に、第二金属層114Bを電解研磨する。これにより、第二金属層114B表面が研磨され、なめらかになるとともに、第二金属層114B表面上に燐酸塩被膜118が形成されることとなる。
電解研磨は、たとえば、以下のようにして行うことができる。
燐酸水溶液、あるいは、燐酸と硫酸とを混合した溶液を電解研磨液を用意し、所定の温度の前記電解研磨液中に、金属層114を浸積させる。そして、第二金属層114Bがアノードとなるようにし、電流密度がたとえば、3A/dm2〜60A/dm2となるように調整することで、電解研磨を行うことができる。
その後、絶縁基材111の端部裏面に補強部115を貼り付ける。以上のような工程により、回路基板1を得ることができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
端子部1Aの金属層114を構成する第一金属層114Aは、無光沢めっき層であり、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下と比較的粒径が大きいため、第一金属層114Aで発生する内部応力低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから第一金属層114Aに力が直接加わるとウィスカが発生してしまう。
本実施形態では、第一金属層114A上に平均粒径が0.1μm以下の光沢めっき層である第二金属層114Bを設けているので、第一金属層114Aに直接コネクタからの力が加わらず、第一金属層114Aでのウィスカの発生を防止することができる。
また、光沢めっき層である第二金属層114Bは被膜硬度が無光沢めっき層である第一金属層114Aよりも高いため、コネクタCからの力が加わっても、ウィスカが発生しにくい。これに加え、第二金属層114B上には、燐酸塩被膜118が形成されている。この燐酸塩被膜118は第二金属層114B表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、第二金属層114B表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
端子部1Aの金属層114を構成する第一金属層114Aは、無光沢めっき層であり、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下と比較的粒径が大きいため、第一金属層114Aで発生する内部応力低い。しかしながら、被膜硬度が低いため、コネクタに接続した際にコネクタから第一金属層114Aに力が直接加わるとウィスカが発生してしまう。
本実施形態では、第一金属層114A上に平均粒径が0.1μm以下の光沢めっき層である第二金属層114Bを設けているので、第一金属層114Aに直接コネクタからの力が加わらず、第一金属層114Aでのウィスカの発生を防止することができる。
また、光沢めっき層である第二金属層114Bは被膜硬度が無光沢めっき層である第一金属層114Aよりも高いため、コネクタCからの力が加わっても、ウィスカが発生しにくい。これに加え、第二金属層114B上には、燐酸塩被膜118が形成されている。この燐酸塩被膜118は第二金属層114B表面の金属粒子を押さえる役割を果たすと推測される。これにより、第二金属層114B表面での金属粒子の飛び出しを防止でき、ウィスカの発生を防止することができる。
また、端子部の金属層を無光沢めっき層を有しないものとし、たとえば、光沢めっき層を2層形成した場合には、端子部の金属層の内部応力が高くなり、ウィスカが発生してしまう。
これに対し、本実施形態では、端子部1Aの金属層114を内部応力の低い無光沢めっき層である第一金属層114Aと、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である第二金属層114Bとを備える構成としているので、端子部1Aの金属層114の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
これに対し、本実施形態では、端子部1Aの金属層114を内部応力の低い無光沢めっき層である第一金属層114Aと、比較的内部応力が高くなりやすい光沢めっき層である第二金属層114Bとを備える構成としているので、端子部1Aの金属層114の内部応力を低く抑えることができ、ウィスカの発生を抑制することができる。
さらに、本実施形態では、第二金属層114Bを形成した後、第二金属層114Bの表面を電解研磨している。この電解研磨により第二金属層114Bの表面がなめらかになり、第二金属層114B表面の金属粒子が飛び出しにくくなる。これにより、ウィスカの発生を防止できる。さらに、これに加え、電解研磨により、第二金属層114B表面には燐酸塩被膜118が形成されるので、この燐酸塩被膜118によっても、第二金属層114B表面の金属粒子が飛び出しにくくなり、ウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、第一金属層114Aの厚みを15μm以下としているため、第一金属層114A中で発生する内部応力を低減させることができる。
また、第一金属層114Aの厚みを2μm以上とすることで、金属層114の厚みを確保することができ、コネクタとの接合を確実なものとすることができる。
また、第一金属層114Aの厚みを2μm以上とすることで、金属層114の厚みを確保することができ、コネクタとの接合を確実なものとすることができる。
さらに、第二金属層114Bの厚みを5μm以下とすることで、第二金属層114B中で発生する内部応力を低減させることができる。これにより、端子部1Aでのウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
また、第二金属層114Bの厚みを0.5μm以上とすることで、金属層114全体としての硬度を確保することができる。
また、第二金属層114Bの厚みを0.5μm以上とすることで、金属層114全体としての硬度を確保することができる。
本実施形態では、回路層上に直接第一金属層114Aを形成している。
回路層上に下地層としてNi層等を形成してもよいが回路層上に直接第一金属層114Aを形成することで、回路基板の製造効率を高めることができる。
また、回路基板上に直接第一金属層114Aを形成することで金属層114の内部応力を低減することができる。
回路層上に下地層としてNi層等を形成してもよいが回路層上に直接第一金属層114Aを形成することで、回路基板の製造効率を高めることができる。
また、回路基板上に直接第一金属層114Aを形成することで金属層114の内部応力を低減することができる。
さらに、本実施形態では、回路基板1の端子部1Aの表面にコネクタの接触端子を接触させ、端子部1Aとコネクタの接触端子との接触部分を覆うようにイミダゾールを含有する膜120を形成している。イミダゾールを含有する膜120により、端子部1A表面の第二金属層114Bの金属粒子の飛び出しを確実に抑制することができ、端子部1Aでのウィスカの発生をより確実に抑制することができる。
(第二実施形態)
前記実施形態では、金属層114上に、保護膜として、燐酸塩被膜118を形成した。これに対し、本実施形態の回路基板3では、図4に示すように、金属層114上に保護膜として、イミダゾールを含む被膜(以下、イミダゾール被膜という)119を形成している。他の点は第一実施形態と同じである。
イミダゾール被膜119は、第二金属層114B上に直接形成され、第二金属層114Bを完全に覆っている。
イミダゾールを含有する被膜120としては、たとえば、アルキル基を有するイミダゾールを含む被膜が好ましく、アルキルイミダゾール、アルキルベンゾイミダゾール等を含む被膜があげられる。
イミダゾールを含有する120の厚みは、通常100nm以上、1000nm以下であることが好ましい。
イミダゾール被膜119は、たとえば、第二金属層114B上にイミダゾールを含む水溶液、あるいは、イミダゾールを含むアルコール溶液を塗布することで形成される。
このイミダゾール被膜119は酸化防止膜としても機能する。
前記実施形態では、金属層114上に、保護膜として、燐酸塩被膜118を形成した。これに対し、本実施形態の回路基板3では、図4に示すように、金属層114上に保護膜として、イミダゾールを含む被膜(以下、イミダゾール被膜という)119を形成している。他の点は第一実施形態と同じである。
イミダゾール被膜119は、第二金属層114B上に直接形成され、第二金属層114Bを完全に覆っている。
イミダゾールを含有する被膜120としては、たとえば、アルキル基を有するイミダゾールを含む被膜が好ましく、アルキルイミダゾール、アルキルベンゾイミダゾール等を含む被膜があげられる。
イミダゾールを含有する120の厚みは、通常100nm以上、1000nm以下であることが好ましい。
イミダゾール被膜119は、たとえば、第二金属層114B上にイミダゾールを含む水溶液、あるいは、イミダゾールを含むアルコール溶液を塗布することで形成される。
このイミダゾール被膜119は酸化防止膜としても機能する。
このような回路基板を前記実施形態と同様に、コネクタの接触端子を接触させ、端子部1Aとコネクタの接触端子との接触部分を覆うようにイミダゾールを含有する膜120を形成することが好ましい。
このような本実施形態によれば、第一実施形態と略同様の効果を奏することができる。
すなわち、イミダゾール被膜119により、第二金属層114B表面の酸化が防止され、第二金属層114B表面の金属粒子が飛び出しにくくなり、ウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
すなわち、イミダゾール被膜119により、第二金属層114B表面の酸化が防止され、第二金属層114B表面の金属粒子が飛び出しにくくなり、ウィスカの発生をさらに確実に抑制することができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記各実施形態では、絶縁基材111の表面側にのみ回路層112が形成されていたが、これに限らず、絶縁基材の裏面側にも回路層が形成されていてもよい。
さらに、本発明にかかる回路基板は、リジッド回路基板であってもよく、また、リジッドフレックス回路基板等としてもよい。
また、回路基板を複数の絶縁基板を有する多層構成としてもよい。
さらに、前記各実施形態では、絶縁基材111を可撓性を有するものとしたが、これに限らず、絶縁基材111を硬質板から構成してもよい。
たとえば、前記各実施形態では、絶縁基材111の表面側にのみ回路層112が形成されていたが、これに限らず、絶縁基材の裏面側にも回路層が形成されていてもよい。
さらに、本発明にかかる回路基板は、リジッド回路基板であってもよく、また、リジッドフレックス回路基板等としてもよい。
また、回路基板を複数の絶縁基板を有する多層構成としてもよい。
さらに、前記各実施形態では、絶縁基材111を可撓性を有するものとしたが、これに限らず、絶縁基材111を硬質板から構成してもよい。
さらに、前記各実施形態では、端子部1Aの金属層114の第一金属層114Aを錫または錫合金を含む無光沢めっき層としたが、これに限らず、第一金属層114Aは、無光沢めっき層であればよく、金属粒子の粒径を0.5μm以上5μm以下とすることが好ましい。たとえば、第一金属層をNiあるいはNi合金の無光沢めっき層から構成してもよい。ニッケル合金としては、たとえば、Ni−P、Ni−Co、Ni−B等が例示できる。
第一金属層をNiあるいはNi合金の無光沢めっき層とする場合には、第一金属層の膜厚を1μm以上、特に3μm以上とすることが好ましく、また、7μm以下、特に5μm以下とすることが好ましい。
第一金属層をNiあるいはNi合金の無光沢めっき層とする場合には、第一金属層の膜厚を1μm以上、特に3μm以上とすることが好ましく、また、7μm以下、特に5μm以下とすることが好ましい。
前記第一実施形態では、燐酸塩被膜118を電解研磨により形成していたが、これに限らず、たとえば、リン酸溶液あるいは、リン酸金属塩水溶液に、金属層114を浸積させて、燐酸塩被膜118を形成してもよい。このようにすることで、より簡便に燐酸塩被膜118を形成することができる。
以下、本発明の実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
厚さ25μmのポリイミド基材(絶縁基材)の片面に厚さ18μmの銅箔を有する両面銅張板(積層板)を用意した。
次に、前記銅箔の一部を選択的に除去し、最小回路幅75μm、最小回路間75μmの回路層を作製した。
さらに、予め開口部を設けた表面被覆層(ポリイミド樹脂基材絶縁被覆フィルム)を最高温度160℃、圧力4MPaの熱圧成形装置にて圧着した。その後、回路層上に端子部を構成する金属層を形成した。さらに、金属層上に燐酸塩被膜を形成し、端子部を有する回路基板を製造した。
ここで金属層の形成方法は以下の通りである。
(実施例1)
厚さ25μmのポリイミド基材(絶縁基材)の片面に厚さ18μmの銅箔を有する両面銅張板(積層板)を用意した。
次に、前記銅箔の一部を選択的に除去し、最小回路幅75μm、最小回路間75μmの回路層を作製した。
さらに、予め開口部を設けた表面被覆層(ポリイミド樹脂基材絶縁被覆フィルム)を最高温度160℃、圧力4MPaの熱圧成形装置にて圧着した。その後、回路層上に端子部を構成する金属層を形成した。さらに、金属層上に燐酸塩被膜を形成し、端子部を有する回路基板を製造した。
ここで金属層の形成方法は以下の通りである。
第一金属層
第一金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表1に示す。
第一金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表1に示す。
また、電流密度は、2.0A/dm2とした。なお、第一金属層用のめっき液中には光沢剤は添加されていない。
第二金属層
第二金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表2に示す。
第二金属層を電解めっき法により形成した。
使用しためっき液の組成を表2に示す。
また、電流密度は、3.0A/dm2とした。なお、第二金属層用のめっき液中には光沢剤としてNF−111A(日本マクダーミッド(株)社製)が30ml/L添加されている。
燐酸塩被膜
金属層をアノード、カソードロッカーによる陽動を行いながら、電解研磨液温度30℃、電流密度10A/dm2の条件で電流を連続的に流して電解研磨した。電解研磨に使用した溶液は、燐酸濃度70%硫酸30%の燐酸硫酸水溶液である。
金属層をアノード、カソードロッカーによる陽動を行いながら、電解研磨液温度30℃、電流密度10A/dm2の条件で電流を連続的に流して電解研磨した。電解研磨に使用した溶液は、燐酸濃度70%硫酸30%の燐酸硫酸水溶液である。
次に、得られた回路基板の金属層の第一金属層の金属粒子の平均粒径、膜厚、第二金属層の金属粒子の平均粒径、膜厚を計測した。
金属粒子の平均粒径、膜厚は、金属層の断面をSEM観察することで測定した。
結果を表3に示す。
金属粒子の平均粒径、膜厚は、金属層の断面をSEM観察することで測定した。
結果を表3に示す。
(実施例2)
本実施例では、実施例1の燐酸塩被膜に変えて、イミダゾール被膜を形成した。
イミダゾール被膜の形成方法は以下の通りである。
本実施例では、実施例1の燐酸塩被膜に変えて、イミダゾール被膜を形成した。
イミダゾール被膜の形成方法は以下の通りである。
金属層が形成された回路基板を、5%硫酸水溶液で洗浄し、表面に形成された酸化被膜を除去した後水洗し、イミダゾールとして、アルキルベンゾイミダゾールであるタフエースE2L(四国化成(株)製)を40℃に加温し、60秒浸漬した後水洗し乾燥した。
(実施例3)
実施例3では、実施例2で製造した回路基板にコネクタの接触端子を接触させ、回路基板の端子部とコネクタの接触端子との接触部分をイミダゾール被膜で被覆した。
回路基板の端子部とコネクタの接触端子との接触部分を覆うイミダゾール被膜は、回路基板の端子部のイミダゾール被膜と同様の材料で構成される。
実施例3では、実施例2で製造した回路基板にコネクタの接触端子を接触させ、回路基板の端子部とコネクタの接触端子との接触部分をイミダゾール被膜で被覆した。
回路基板の端子部とコネクタの接触端子との接触部分を覆うイミダゾール被膜は、回路基板の端子部のイミダゾール被膜と同様の材料で構成される。
(比較例1)
端子部の金属層を第一金属層、第二金属層を有するものとし、燐酸塩被膜、イミダゾールを含む被膜は形成しなかった。他の条件は実施例1と同じである。
端子部の金属層を第一金属層、第二金属層を有するものとし、燐酸塩被膜、イミダゾールを含む被膜は形成しなかった。他の条件は実施例1と同じである。
実施例および比較例について、ウィスカの発生に関して比較を行った。
ウィスカの発生試験の条件は以下の通りである。また、結果を表4に示す。
ウィスカの発生試験の条件は以下の通りである。また、結果を表4に示す。
回路基板の、金属層が形成された端子部の周辺を試験片として切り出す。切り出した試験片を、厚さ3mmのアクリル板を用いて挟み込み、1kg/cm2の圧力をかけた状態で、室温下1000時間放置後ウィスカの発生状況を目視にて観察した。
比較例に比べ、実施例ではウィスカの発生を抑制することができることがわかった。
1 回路基板
1A 端子部
3 回路基板
21 積層板
111 絶縁基材
112 回路層
113 表面被覆層
113A 接着層
113B 樹脂フィルム
114 金属層
114A 第一金属層
114B 第二金属層
115 補強部
115A 粘着剤
115B 補強フィルム
118 燐酸塩被膜
119 イミダゾール被膜
120 膜
212 金属箔
C コネクタ
C1 接触端子
1A 端子部
3 回路基板
21 積層板
111 絶縁基材
112 回路層
113 表面被覆層
113A 接着層
113B 樹脂フィルム
114 金属層
114A 第一金属層
114B 第二金属層
115 補強部
115A 粘着剤
115B 補強フィルム
118 燐酸塩被膜
119 イミダゾール被膜
120 膜
212 金属箔
C コネクタ
C1 接触端子
Claims (14)
- 絶縁基材と、この絶縁基材上に形成された回路層とを備える回路基板であって、
前記絶縁基材の端部と、この端部上に形成された前記回路層と、この回路層上に形成された金属層と、この金属層上に形成される保護膜と、を含んで端子部が構成され、
前記金属層は、前記回路層上に形成された第一金属層と、この第一金属層上に形成され、前記保護膜により被覆された第二金属層とを有し、
第一金属層は、無光沢めっき層であり、
第二金属層は、錫または錫合金を含んで構成される光沢めっき層である回路基板。 - 請求項1に記載の回路基板において、
前記保護膜は、燐酸塩被膜である回路基板。 - 請求項2に記載の回路基板において、
前記燐酸塩被膜は、電解研磨により形成されたものである回路基板。 - 請求項1に記載の回路基板において、
前記保護膜は、イミダゾールを含有する膜である回路基板。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の回路基板において、
前記第一金属層は、錫または錫合金を含む無光沢めっき層である回路基板。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の回路基板において、
前記第一金属層は、ニッケルまたはニッケル合金を含む無光沢めっき層である回路基板。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の回路基板において、
前記第二金属層は、金属粒子の平均粒径が第一金属層の金属粒子の平均粒径よりも小さい金属で構成される回路基板。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の回路基板において、
前記第二金属層は、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下である回路基板。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の回路基板において、
前記第一金属層は、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下である回路基板。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の回路基板において、
前記第一金属層は、金属粒子の平均粒径が0.5μm以上、5μm以下であり、
第二金属層は、金属粒子の平均粒径が0.1μm以下である回路基板。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載の回路基板において、
前記第一金属層の厚みは15μm以下であり、前記第二金属層の厚みは5μm以下である回路基板。 - 請求項1乃至11のいずれかに記載の回路基板において、
前記回路層上に直接前記第一金属層が形成されている回路基板。 - 請求項1乃至12のいずれかに記載の回路基板において、
前記絶縁基材は、可撓性を有する回路基板。 - 請求項1乃至13のいずれかに記載の回路基板と、
前記回路基板の端子部に接触する接触端子を備えたコネクタとを有し、
前記回路基板の端子部と、前記コネクタの接触端子との接触部分を覆うように、イミダゾールを含有する膜が設けられている電子機器。
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