JP2013122962A - 配線基板 - Google Patents

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敏徳 肥田
Kenji Suzuki
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Abstract

【課題】コア材と、このコア材に積層して形成される絶縁層との密着性を向上させた配線基板を提供すること。
【解決手段】本発明に係る配線基板は、第1の主面と第1の主面に対向する第2の主面とを有し、第1の主面から第2の主面に貫通する複数の貫通孔が形成されたコア材と、複数の貫通孔に充填された複数の樹脂部材と、複数の樹脂部材に形成された複数のスルーホールと、複数のスルーホールの内周面に形成された複数のスルーホール導体と、複数のスルーホール導体と電気的に接続され、複数のスルーホールの端面を覆う複数の蓋めっきと、第1の主面側又は第2の主面側の少なくとも一方に位置する配線層と、を備え、複数の蓋めっきのうち一部の蓋めっきは、配線層の配線と電気的に接続されていないことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、コア基板を備えた配線基板に関する。
放熱性を高めるために金属板をコア基板として使用した配線基板が従来から用いられている。コア基板は、通常、次のように形成される。初めに、金属板に貫通穴を形成した後、金属板の表面及び裏面に絶縁層となるプリプレグをラミネートする。次に、プリプレグを加熱しながらプレス成形し、加熱により硬化したプリプレグにスルーホールを形成する。最後に、配線パターンを形成し、コア基板とする。
上記形成方法では、金属板に形成された貫通孔にプリプレグが充填される。このため、貫通孔が密に形成された領域は、貫通孔が密に形成されていない領域に比べ、プリプレグを加熱硬化後に形成される絶縁層の厚みが薄くなる問題が生じていた。そこで、従来の配線基板には、スルーホールを形成する位置以外にダミーの貫通孔を金属板に形成し、金属板に形成する貫通孔の密度が金属板の全領域において略同一となるようにした配線基板ある(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−31812号公報
以上のように、金属板をコア基板として使用した配線基板では、金属板にプリプレグをラミネートしている。しかしながら、金属板とプリプレグとの密着性が弱いため、プリプレグを加熱硬化後に形成される絶縁層が金属板から容易に剥がれてしまうという問題があった。そこで、従来は、金属板とプリプレグとの間に接着層を設けるなどしていたが、工程数や材料費が増えるため、配線基板の製造コストが増加するという問題があった。
本発明は、上記の事情に対処してなされたものであり、コア材と、このコア材に積層して形成される絶縁層との密着性を向上させた配線基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明の配線基板は、
第1の主面と第1の主面に対向する第2の主面とを有し、第1の主面から第2の主面に貫通する複数の貫通孔が形成されたコア材と、複数の貫通孔に充填された複数の樹脂部材と、複数の樹脂部材に形成された複数のスルーホールと、複数のスルーホールの内周面に形成された複数のスルーホール導体と、複数のスルーホール導体と電気的に接続され、複数のスルーホールの端面を覆う複数の蓋めっきと、第1の主面側又は第2の主面側の少なくとも一方に位置する配線層と、を備え、複数の蓋めっきのうち一部の蓋めっきは、配線層の配線と電気的に接続されていないことを特徴とする。
上記配線基板では、第1の主面側又は第2の主面側の少なくとも一方に位置する配線層と電気的に接続されていないダミーの蓋めっきが形成されている。また、このダミーの蓋めっきは、スルーホールの内周面に形成されたスルーホール導体の端面を覆うようにして形成されている。このため、コア材の第1,第2の主面に積層して形成される絶縁層は、このスルーホール導体及び蓋めっきにより互いに締結された状態となるので、コア材と、このコア材に積層して形成される絶縁層との密着性がさらに向上する。
また、本発明の他の態様において、配線基板のコア材は、ダミーを含む貫通孔が等間隔で形成されている。このため、他の領域比べて貫通孔の密度が低い領域、つまり、絶縁層が剥がれやすい領域がなく、コア材に積層して形成される絶縁層が剥がれにくい配線基板を得ることができる。
また、本発明の他の態様において、配線基板のコア材は、端部近傍により多くの貫通孔が形成されている。コア材に積層された絶縁層は、通常、端部から剥がれ易いので、端部近傍により多くの貫通孔を形成することにより、コア材に積層して形成される絶縁層が剥がれにくい配線基板を得ることができる。
さらに、本発明の他の態様において、配線基板のコア材は、金属を主成分とする。コア材を金属を主成分とすることで、配線基板の放熱性が向上する。
以上説明したように、本発明によれば、コア材と、このコア材に積層して形成される絶縁層との密着性を向上させた配線基板を提供することができる。
第1の実施形態に係る配線基板の平面図。 第1の実施形態に係る配線基板の断面図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態に係る配線基板の製造工程図。 第1の実施形態の変形例に係る金属板の平面図。 第2の実施形態に係る配線基板の構成図。
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、以下の説明では、コア基板上にビルドアップ層を形成した配線基板を例に、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、半導体チップ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する。
(第1の実施形態)
図1は、配線基板100の平面図である。図1には、金属板11に形成された貫通孔11c及び貫通孔11dを破線で図示した。図2は、図1の一点鎖I−Iにおける線配基板200の断面図である。以下、図1及び図2を参照して、配線基板100の構成について説明する。
(配線基板の構成)
図2に示すように、配線基板100は、コア基板10、ビルドアップ層20、ソルダーレジスト層31及びソルダーレジスト層41を備える。
(コア基板の構成)
コア基板10は、金属板11(コア材)と、層間絶縁層14と、スルーホールH内に形成されたスルーホール導体19cと、スルーホール導体19cの中空部に充填された充填樹脂16と、層間絶縁層14の表面及び裏面に形成された表面配線層19a及び裏面配線層19bと、充填樹脂16の両端に形成された蓋めっき層17,18とを備える。
金属板11は、鉄(Fe)とニッケル(Ni)との合金を主成分とする。金属板11は、第1の主面11a(表面)と、この第1の主面11aに対向する第2の主面11b(裏面)とを有する。図3に示すように、金属板11には、第1の主面11aから第2の主面11bに貫通する複数の貫通孔11c,11dが等間隔で形成されている。なお、この実施形態では、金属板11として、鉄(Fe)とニッケル(Ni)との合金を使用しているが、銅など、他の金属(合金を含む)を使用してもよい。
貫通孔11cは、内部に形成されたスルーホール導体19cの両端に形成されている蓋めっき層17,18が配線層23,26と電気的に接続される正規の貫通孔である。一方、貫通孔11dは、内部に形成されたスルーホール導体19cの両端に形成されている蓋めっき層17,18が配線層23,26と電気的に接続されないダミーの貫通孔である。
層間絶縁層14の貫通孔11c,11dに対応する位置には、スルーホールHが形成され、このスルーホールHの内周面には、表面配線層19aと裏面配線層19bとを互いに導通させるスルーホール導体19cが形成されている。また、スルーホール導体19cの中空部は、エポキシ樹脂等の充填樹脂16により充填されている。さらに、充填樹脂16の両端は、蓋めっき層17,18により封止されている。
図2に示すように、金属板の貫通孔11c,11dに対応する位置には、スルーホールH、スルーホール導体19c及び蓋めっき層17,18(蓋めっき)が形成されているが、貫通孔11cに対応する位置に形成された蓋めっき層17,18は、配線層23,26と電気的に接続された正規の蓋めっきとなっているのに対し、貫通孔11dに対応する位置に形成された蓋めっき層17,18は、配線層23,26と電気的に接続されていないダミーの蓋めっきとなっている。
ここで、蓋めっき層17,18は、スルーホールHの内周面に形成されたスルーホール導体19cの端面を覆うようにして形成されているので、金属板11の第1,第2の主面11a,11bに積層して形成される層間絶縁層14は、このスルーホール導体19c及び蓋めっき層17,18により締結された状態となる。
すなわち、この実施形態に係る配線基板100は、ダミーの貫通孔11dにも、スルーホールH、スルーホール導体19c及び蓋めっき層17,18を形成しているので、金属板11と、この金属板11に積層して形成される層間絶縁層14との密着性が向上する。
なお、この実施形態では、スルーホール導体19c内に充填樹脂16を充填しているが、スルーホールH内をスルーホール導体19cで充填するようにしてもよい。この場合、スルーホールH内がスルーホール導体19cで満たされるため、充填樹脂16は必要としない。
(ビルドアップ層の構成)
ビルドアップ層20は、コア基板10の表面側に積層された絶縁層21,24(層間樹脂層)と、配線層23,26と、ビア導体22,25とを備える。なお、この第1の実施形態では、ビア導体22,25をフィルドビアとしているが、コンフォーマルビアとしてもよい。
絶縁層21は、熱硬化性樹脂組成物からなり、コア基板10の表面に積層される。絶縁層21の表面には、配線層23が形成されている。また、絶縁層21には、コア基板10の表面配線層19aと配線層23とを電気的に接続するビア導体22が形成されている。
絶縁層24は、熱硬化性樹脂組成物からなり、配線層23上に積層される。絶縁層24の表面には、配線層26が形成されている。また、絶縁層24には、配線層23と配線層26とを電気的に接続するビア導体25が形成されている。
(ソルダーレジスト層の構成)
ソルダーレジスト層31は、熱硬化性又は/及び光硬化性の樹脂組成物からなるフィルム状のソルダーレジストをビルドアップ層20の配線層26上に積層して形成される。ソルダーレジスト層31には、複数の開口31aが形成されている。ソルダーレジスト層31の開口31a内には、半田バンプ33が形成されており、その上端は、ソルダーレジスト層31の上面31bから突出している。なお、この実施形態では、ソルダーレジスト層31として、フィルム状のソルダーレジストを使用しているが、ワニス状のソルダーレジストを塗布して、ソルダーレジスト層31を形成してもよい。
半田バンプ33は、図示しない半導体チップの電極との接続端子であり、Ni層及びAu層からなるメタル層32を介して、配線層26と電気的に接続されている。半田バンプ33は、Sn−Ag系、Pb−Sn系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Cu系、Sn−Zn系などの低融点合金からなる。なお、この実施形態では、半田バンプ33は、Ni層及びAu層からなるメタル層32を介して配線層26と電気的に接続されているが、例えば、メタル層32を、Ni、Pd及びAuから構成してもよいし、Sn、Ni又はAuから選択される金属で構成してもよい。さらに、半田バンプ33を、メタル層32を介さずに配線層26と電気的に接続してもよい。
ソルダーレジスト層41は、熱硬化性又は/及び光硬化性の樹脂組成物からなるフィルム状のソルダーレジストをコア基板の裏面配線層19b上に積層して形成される。ソルダーレジスト層41には、複数の開口41aが形成されている。ソルダーレジスト層41の開口41aの底部には、裏面配線層19bが位置する。開口41aから露出した裏面配線層19bの表面には、Ni層及びAu層からなるメタル層42が被覆されている。該メタル層42は、図示しないマザーボード等との接続端子として使用される。なお、この実施形態では、ソルダーレジスト層41として、フィルム状のソルダーレジストを使用しているが、ワニス状のソルダーレジストを塗布して、ソルダーレジスト層41を形成してもよい。また、メタル層42を、Ni、Pd及びAuから構成してもよいし、Sn、Ni又はAuから選択される金属で構成してもよい。
(配線基板の製造方法)
図3〜図16は、第1の実施形態に係る配線基板100の製造工程を示す図である。以下、図3〜図16を参照して、配線基板100の製造方法について説明する。
(コア基板形成工程)
鉄(Fe)とニッケル(Ni)との合金を主成分とする金属板11に等間隔に正規の貫通孔11c及びダミーの貫通孔11dを形成する。貫通孔11c及び貫通孔11dは、レーザー加工、ドリル加工、エッチング加工等により形成する(図3参照)。
金属板11の第1の主面11a及び第2の主面11bに、厚みが約20〜80μmでエポキシ樹脂からなるドライタイプの樹脂フィルム12,13(プリプレグ)をラミネートする(図4参照)。なお、樹脂フィルム12,13をラミネートする前に、既存の鉄―ニッケル合金用マイクロエッチング液(例えば、硫酸、硫化鉄、塩化アンモニウムを含むエッチング剤)で金属板11の表面を粗化しておくことが好ましい。なお、この実施形態では、樹脂フィルム12,13として、エポキシ樹脂からなるドライタイプの樹脂フィルムを使用しているが、例えば、ポリイミド系など、他の樹脂系からなる樹脂フィルムを使用するようにしてもよい。
次に、金属板11及び樹脂フィルム12,13の積層物を真空圧着熱プレス機で加圧加熱し、樹脂フィルム12,13を熱硬化させながら圧着して、表面が層間絶縁層14で被覆された金属板11を得る(図5参照)。また、押圧の際に、樹脂フィルム12,13の一部が貫通孔11c及び貫通孔11d内に進入するため、貫通孔11c及び貫通孔11d内が樹脂フィルム12,13が硬化した層間絶縁層14で充填された状態となる。
次に、金属板11の貫通孔11c及び貫通孔11dの略中心をとおるように、YAGレーザーまたは炭酸ガスレーザーを用いた孔あけ加工によりスルーホールHを形成する(図6参照)。スルーホールHの内径は、例えば、約150μmである。なお、スルーホールH形成工程の後、加工部分のスミアを除去するデスミア処理を行うことが好ましい。なお、スルーホールHは、ドリル加工により形成してもよい。
スルーホールHの内周面を含む層間絶縁層14の表面に、Pdを含むメッキ触媒を被覆した後、無電解銅めっき及び電解銅めっきを行い、銅めっき層15を形成する(図7参照)。この銅めっき層15は、図2に示した表面配線層19a、裏面配線層19b及びスルーホール導体19cとなる。
その後、スルーホール導体19c内をエポキシ樹脂等の充填樹脂16で充填する。なお、充填樹脂16を充填後、充填樹脂16の両端を研磨する(図8参照)。
充填樹脂16の両端及び銅めっき層15上に、Pdを含むメッキ触媒を被覆した後、無電解銅めっき及び電解銅めっきを行い、蓋めっき層17,18を形成する(図9参照)。
蓋めっき層17,18上に、感光性樹脂からなる樹脂フィルムを貼り付け、当該フィルムに対して露光および現像(フォトグラフィ技術)を施して、所定のパターンを有するエッチングレジストを形成する。この際、ダミーの貫通孔11dに充填された層間絶縁層14内に形成されたスルーホール導体19cと電気的に接続された蓋めっき層17,18が、配線層23,26と電気的に接続しないようにエッチングレジストを形成しておく。
次に、上記所定のパターン間から露出する蓋めっき層17,18及び銅めっき層15をエッチングする。その結果、表面配線層19aと裏面配線層19bとが形成される(図10参照)。
(ビルドアップ層形成工程)
次に、コア基板10の表面にビルドアップ層20を形成する。このビルドアップ層20は、セミアディティブ法により形成される。
初めに、コア基板10の表面を粗化した後、コア基板10の表面に絶縁層21となるエポキシ樹脂を主成分とするフィルム状絶縁樹脂材料を積層し、この積層物を真空圧着熱プレス機で加圧加熱し、フィルム状絶縁樹脂材料を熱硬化させながら圧着する。次に、従来周知のレーザー加工装置を用いてレーザー照射を行い、絶縁層21にビアホール21aを形成する(図11参照)。
続いて、絶縁層21の表面を粗化した後、無電解めっきを行い、ビアホール21aの内壁を含む絶縁層21上に無電解銅めっき層を形成する。次にフォトレジストを絶縁層21上に形成された無電解銅めっき層上にラミネートして、露光・現像を行い、所望の形状にめっきレジストを形成した後、このめっきレジストをマスクとして、電解めっきにより、銅をめっきして、所望の銅めっきパターンを得る。次に、めっきレジストを剥離して、めっきレジスト下に存在していた無電解銅めっき層を除去して、配線層23を得る。また、この際に、ビアホール21a内にビア導体22も形成される(図12参照)。
次に、絶縁層21、配線層23及びビア導体22を形成した時と同様にして、絶縁層24、配線層26及びビア導体25を形成する(図13参照)。
(ソルダーレジスト層形成工程)
ビルドアップ層20の表面及びコア基板10の裏面に、それぞれフィルム状のソルダーレジストをプレスして積層する。積層したフィルム状のソルダーレジストを露光・現像して、開口31aが形成されたソルダーレジスト層31と、開口41aが形成されたソルダーレジスト層41とを得る(図14参照)
(めっき工程)
次に、ソルダーレジスト層31,41のそれぞれ開口31a,41aから露出した配線層26、ビア導体25及び裏面配線層19bを過硫酸ナトリウム等によりエッチングして、表面の酸化膜等の不純物を除去した後、無電解還元めっきにより、Ni層及びAu層からなるメタル層32,42を形成する(図15参照)。
(バックエンド工程)
半田印刷により、メタル層32上に半田ペーストを塗布した後、所定の温度と時間でリフローを行い、半田バンプ33を形成する(図16参照)。なお、この実施形態では、半田ペーストの塗布により半田バンプ33を形成しているが、半田ボールをメタル層32上に搭載するいわゆるマイクロボールマウント法や、半田をメタル層32上にめっきするめっき法により半田バンプ33を形成してもよい。
以上のように、この第1の実施形態に係る配線基板100は、蓋めっき層17,18は、スルーホールHの内周面に形成されたスルーホール導体19cの端面を覆うようにして形成されているので、金属板11の第1,第2の主面11a,11bに積層して形成される層間絶縁層14は、このスルーホール導体19c及び蓋めっき層17,18により互いに締結された状態となっている。
また、ダミーの貫通孔11dにも、スルーホールH、スルーホール導体19c及び蓋めっき層17,18を形成しているので、金属板11と、この金属板11に積層して形成される層間絶縁層14との密着性が向上する。このため、金属板11に積層して形成される層間絶縁層14が剥がれにくい配線基板100を得ることができる。
また、この実施形態に係る配線基板100は、金属板11に貫通孔11c及び貫通孔11dが等間隔で形成されており層間絶縁層14が剥がれやすい領域がないため、金属板11に積層して形成された層間絶縁層14が剥がれにくくなる。
また、この実施形態に係る配線基板100は、金属板11と層間絶縁層14との間に接着層を設ける必要がなく、かつ、正規の貫通孔11cとダミーの貫通孔11dにそれぞれ形成されるスルーホール導体19c及び蓋めっき層17,18は、同じ工程で形成することができる。このため、工程数や材料費が増加することがない。この結果、配線基板100の製造コストを抑制することができる。
さらに、金属板11は、鉄(Fe)とニッケル(Ni)との合金を主成分とする。鉄とニッケルとの合金を主成分とすることで、配線基板100の熱膨張を低減することができる。また、鉄とニッケルとの合金は、好適な熱伝導性を有しているため、配線基板100の放熱性が向上する。
(第1の実施形態の変形例)
上記第1の実施形態に係る配線基板100では、図1に示すように、金属板11に等間隔で貫通孔11c,11dを形成しているが、図17に示すように、金属板11の端部近傍にダミーの貫通孔11dを形成するようにしてもよい。
金属板11に積層された層間絶縁層14は、通常、端部から剥がれ易いので、端部近傍によりダミーの貫通孔11dを形成して、金属板11の端部近傍により多くの貫通孔を形成することで、金属板11に積層して形成される層間絶縁層14が剥がれにくい配線基板を得ることができる。
(第2の実施形態)
図18は、第1の実施形態に係る配線基板100の裏面側にビルドアップ層50を設けた配線基板200の断面図である。以下、図18を参照して、第2の実施形態に係る配線基板200の構成を説明するが、図1〜図16を参照して説明した配線基板100と同じ構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図18に示すように、第2の実施形態に係る配線基板200は、コア基板10の裏面側にビルドアップ層50が形成されている点が、図1〜図16を参照して説明した配線基板100と異なる。ビルドアップ層50は、コア基板10の裏面側に積層された絶縁層51,54(層間樹脂層)と、配線層53,56と、ビア導体52,55とを備える。なお、この実施形態では、ビア導体52,55をフィルドビアとしているが、コンフォーマルビアとしてもよい。
絶縁層51は、熱硬化性樹脂組成物からなり、コア基板10の裏面に積層される。絶縁層51の表面には、配線層53が形成されている。また、絶縁層51には、コア基板10の裏面配線層19bと配線層53とを電気的に接続するビア導体52が形成されている。絶縁層54は、熱硬化性樹脂組成物からなり、配線層53上に積層される。絶縁層54の表面には、配線層56が形成されている。また、絶縁層54には、配線層53と配線層56とを電気的に接続するビア導体55が形成されている。
以上のように、コア基板10の裏面側にビルドアップ層50を形成しても、図1〜図16を参照して説明した配線基板100配線基板100と同じ効果を得ることができる。また、この第2の実施形態に係る配線基板200Aでも、図17を参照して説明したように、金属板11の端部近傍にダミーの貫通孔11dを形成するようにしてもよい。金属板11の端部近傍により多くの貫通孔を形成することで、金属板11に積層して形成される層間絶縁層14が剥がれにくい配線基板を得ることができる。
上記実施形態では、コア基板10の表面側及び裏面側に、それぞれビルドアップ層が2層ずつ形成されているが、ビルドアップ層は、2層に限られず、何層であってもよい。また、コア基板10の表面側及び裏面側で、形成されるビルドアップ層の数異なっていても構わない。
(その他の実施形態)
以上、本発明を、具体例を挙げながら詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記具体例では、配線基板100,200,300A,300Bが半田ボールを介してマザーボード等と接続するBGA基板である形態について説明しているが、半田ボールBの代わりにピンもしくはランドを設けた、いわゆるPGA(Pin Grid Array)基板もしくはLGA(Land Grid Array)基板として配線基板100,200,300A,300Bをマザーボード等と接続するようにしてもよい。
10…コア基板、11…金属板(コア材)、11a…第1の主面、11b…第2の主面、11c…貫通孔、11d…貫通孔、12,13…樹脂フィルム、14…層間絶縁層、15…銅めっき層、16…充填樹脂、17,18…蓋めっき層(蓋めっき)、19a…表面配線層、19b…裏面配線層、19c…スルーホール導体、20…ビルドアップ層、21,24…絶縁層(層間樹脂層)、22,25…ビア導体、23,26…配線層、31,41…ソルダーレジスト層、32…メタル層、32,42…メタル層、33…半田バンプ、50…ビルドアップ層、51,54…絶縁層(層間樹脂層)、52,55…ビア導体、53,56…配線層、100,200…配線基板。

Claims (4)

  1. 第1の主面と前記第1の主面に対向する第2の主面とを有し、前記第1の主面から前記第2の主面に貫通する複数の貫通孔が形成されたコア材と、
    前記複数の貫通孔に充填された複数の樹脂部材と、
    前記複数の樹脂部材に形成された複数のスルーホールと、
    前記複数のスルーホールの内周面に形成された複数のスルーホール導体と、
    前記複数のスルーホール導体と電気的に接続され、前記複数のスルーホールの端面を覆う複数の蓋めっきと、
    前記第1の主面側又は前記第2の主面側の少なくとも一方に位置する配線層と、
    を備え、
    前記複数の蓋めっきのうち一部の蓋めっきは、前記配線層の配線と電気的に接続されていないことを特徴とする配線基板。
  2. 前記コア材は、前記複数の貫通孔が等間隔で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記コア材は、端部近傍により多くの貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  4. 前記コア材は、金属を主成分とする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。
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