JP2016092318A - 配線基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】配線基板の接続端子とハンダの接触面積が少ないために十分な接合強度が得られない場合がある。また、隣接する接続端子のハンダ同士が短絡する可能性がある。【解決手段】配線基板は、電気絶縁性を有する基層と、導電性を有し基層上に形成された接続端子と、電気絶縁性を有し基層上における接続端子の周囲に充填された表層とを備える。表層からは少なくとも接続端子の上端が露出しており、接続端子の側面は、表層と当接する第1側面部と、表層との間に溝部を形成する第2側面部とを、有する。また、基層の表面に平行であって接続端子及び溝部を通る平面で配線基板を仮想的に切断したときの仮想切断平面上に、第1側面部と第2側面部とが連続して配置された部分が現れるように構成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、配線基板に関する。
従来から、半導体チップを実装可能な配線基板が知られている(例えば、特許文献1,2)。このような配線基板には、半導体チップと接続するための複数の接続端子が形成されている。半導体チップを配線基板上に接合する際には、ハンダを用いて配線基板と半導体チップの接続端子同士を接合する。
特許第5475077号公報 特許第5415632号公報
しかしながら、従来の配線基板では、配線基板の接続端子とハンダの接触面積が少ないために十分な接合強度が得られない場合があるという課題があった。また、配線基板の接続端子が隣接した状態で複数個設けられている場合には、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性があるという課題があった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本発明の一形態によれば、電気絶縁性を有する基層と、導電性を有し前記基層上に形成された接続端子と、電気絶縁性を有し前記基層上における前記接続端子の周囲に充填された表層とを備える配線基板が提供される。前記配線基板は、前記表層から少なくとも前記接続端子の上端が露出しており、前記接続端子の側面は、前記表層と当接する第1側面部と、前記表層との間に溝部を形成する第2側面部とを、有し、前記基層の表面に平行であって前記接続端子及び前記溝部を通る平面で前記配線基板を仮想的に切断したときの仮想切断平面上に、前記第1側面部と前記第2側面部とが連続して配置された部分が現れるように構成されていることを特徴とする。
この配線基板によれば、半導体チップを配線基板上に接合する際にハンダが溝部に流れ込むので、ハンダと配線基板の接続端子の接合強度が向上する。また、ハンダが溝部に流れ込むので、配線基板の接続端子が隣接した状態で複数個設けられている場合に、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。
(2)上記配線基板において、前記表層は、開口部が形成された第1表面と、前記開口部の内側において前記第1表面に対して前記基層側に窪んだ第2表面と、を有し、前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、複数の前記接続端子が前記第2表面から突出しており、前記第2表面から突出している複数の前記接続端子のうち少なくとも1つの前記接続端子は、前記第1側面部と前記第2側面部とを有しているものとしてもよい。
この配線基板によれば、第2表面から突出している接続端子の側面と表層との間に溝部が形成されているので、ハンダと接続端子の接合強度が向上する。また、ハンダが溝部に流れ込むので、接続端子が隣接した状態で複数個設けられている場合には、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。また、表層の第2表面が第1表面に対して基層側に窪んでいるので、半導体チップとの接合の際に、アンダーフィル材を充填し易く、配線基板に対する半導体チップの接合強度が向上する。
(3)上記配線基板は、前記溝部が前記基層に達していてもよい。
この配線基板によれば、溝部が基層に達しているので、ハンダと接続端子の接合強度がより向上する。
(4)上記配線基板において、前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、隣接する2つの接続端子の互いに対向する2つの側面のそれぞれと前記表層との間に形成された複数の前記溝部は、互いに対向しないようにずれた位置に配置されているものとしてもよい。
この配線基板によれば、隣接する2つの接続端子のそれぞれと表層との間に形成された複数の溝部が互いに対向しないようにずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。また、隣接する2つの接続端子の間の距離を短くすることが可能である。
(5)上記配線基板において、前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、複数の前記接続端子のうち隣接する2つの接続端子は、帯状をなして並設されており、前記表層は、前記2つの接続端子の間に充填された充填部を有しており、前記2つの接続端子の側面と前記充填部との間に複数の前記溝部が形成されており、前記2つの接続端子のうち一方の接続端子の有する前記第2側面部と、他方の接続端子の有する前記第2側面部とが、前記充填部との間に互いに異なる前記溝部を形成しており、複数の前記溝部は、前記2つの接続端子の短手方向において互いに対向しないように前記2つの接続端子の長手方向にずれた位置に配置されているものとしてもよい。
この配線基板によれば、隣接する2つの接続端子と表層との間に形成される溝部が互いに対向しないようにずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子上に形成されるハンダ同士が短絡する可能性を低減できる。また、隣接する2つの接続端子の間の距離を短くすることが可能である。
本発明は、配線基板や、配線基板の製造方法等の種々の形態で実現することができる。
第1実施形態としての配線基板の平面図。 第1実施形態の配線基板の部分断面図。 半導体チップを実装した第1実施形態の配線基板の部分断面図。 第1実施形態の配線基板の製造方法を示す部分断面図。 第2実施形態の配線基板の部分断面図。 第3実施形態としての配線基板の平面図。 第3実施形態の配線基板の部分断面図。
A.第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態としての配線基板10の平面図である。配線基板10は、有機材料を用いて形成されており、有機基板(オーガニック基板)とも呼ばれる板状の部材である。この配線基板10は、半導体チップを実装可能に構成されたフリップチップ実装基板として構成されている。図1には、相互に直交するXYZ軸を描いている。このXYZ軸は、他の図におけるXYZ軸に対応する。
配線基板10の第1表面141には、4つの開口部150が形成されている。4つの開口部150の各々は、長方形形状を有しており、配線基板10の中央領域を四方から取り囲むように配置されている。第1実施形態では、4つの開口部150の各々は、配線基板10の4つの辺にそれぞれ平行に配置されている。各開口部150の内側には、複数の第2表面142および複数の接続端子130が形成されている。後述するように、第2表面142は、第1表面141に対して窪んだ表面である。複数の接続端子130の各々は、開口部150の短辺方向に沿って開口部150の一端から他端に向けて帯状に形成されている。なお、各開口部150内に形成される接続端子130の数は1以上の任意の数に設定可能である。なお、図1では、接続端子130の側面に沿って形成されている溝部(後述)の図示が省略されている。
図2(A)は第1実施形態の配線基板10の構成を模式的に示す部分縦断面図であり、図2(B)はその2B−2B断面図である。なお、図2(A)は図2(B)の2A−2A線に沿った断面図に相当する。なお、図2では、図示の便宜上、図1に比べて接続端子130の数を少なく描いている。
配線基板10は、基層120と、接続端子130と、表層140とを備える。接続端子130は、基層120の上に形成されている。表層140は、接続端子130を露出させた状態で基層120の上に形成されている。
基層120は、少なくともその表面層が絶縁性材料で形成された板状部材である。第1実施形態では、基層120の絶縁性材料は光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂である。基層120の内部には、スルーホール、スルーホール導体などを形成して、接続端子130に接続する配線の一部を構成してもよい。また、基層120は、複数の導体層と複数の絶縁層とを交互に積層した多層構造を有するものとして形成することが可能である。このような多層構造としては、例えば、本願の出願人により開示された上記特許文献2に記載された構造(コア基板の両面又は片面にビルドアップ層が形成された構造)を採用可能である。
表層140は、ソルダレジスト等の絶縁性材料で形成された絶縁層である。表層140は、第1表面141と、第2表面142と、壁面148とを有する。図1で説明した第1表面141と第2表面142は、表層140の第1表面141と第2表面142と同じものである。表層140の第1表面141には、開口部150が形成されている。表層140の第2表面142は、開口部150の内側において第1表面141に対して基層120側に窪んだ表層140の表面である。図1および図2に示すように、第2表面142からは、接続端子130の上端が露出している。表層140の壁面148は、積層方向(Z軸方向)に沿って第1表面141と第2表面142との間を繋ぐ面であり、開口部150の輪郭を画定する。なお、図2(B)では、図示の便宜上、壁面148の位置を破線で描いている。
配線基板10の接続端子130は、基層120上に形成された銅からなる導体部である。接続端子130は、例えば、基層120の表面上に形成された銅メッキ層を所望の形状にエッチングすることによって形成される。また、第1実施形態では、基層120の上には複数の接続端子130が帯状に並設されている。ここで、「帯状」とは、円形や正方形のように長手方向が無い形状ではなく、長手方向に沿って長く延びた形状を意味している。図2においては、接続端子130の長手方向はY方向であり、短手方向はX方向である。接続端子130は、表層140の第2表面142から露出している。なお、本実施形態において、接続端子130の側面はすべて基層120の表面に垂直な平面であり、また、Z軸を含む面で切断したときの接続端子130の断面形状(図2(A))は長方形状である。
図2(B)に示すように、接続端子130の周囲には、表層140が充填された充填部146が存在する。また、接続端子130の4つの側面のうちの対向する2つの側面に沿って、表層140が充填されていない溝部144が複数個それぞれ形成されている。この例では、溝部144は、直方体形状であり、その平面形状は帯状の矩形である。溝部144に面している接続端子130の側面は、接続端子130の長手方向に延びる側面である。これらの側面は、表層140と当接する第1側面部131と、表層140との間に溝部144を形成する第2側面部132とに区分できる。換言すれば、溝部144は、接続端子130の第2側面部132と、表層140との間に形成されている。また、溝部144は、基層120の表面に達している。
前述したように、図2(B)は図2(A)の2B−2B断面であり、表層140の表面141に平行であって接続端子130及び溝部144を通る平面で配線基板10を仮想的に切断したときの仮想切断平面上の構成を示している。この仮想切断平面上には、接続端子130の第1側面部131と第2側面部132とが連続して配置された部分(すなわち、第1側面部131と第2側面部132に相当する線分が連続している部分)が現れていることが理解できる。この図2(B)において、互いに隣接する2つの接続端子130の一方の接続端子130の第2側面部132と、他方の接続端子130の第2側面部132には、表層140の充填部146との間に互いに異なる溝部144が形成されている。すなわち、隣接する2つの接続端子130の対向する2つの側面の各々と表層140の充填部146との間に設けられた複数の溝部144は連続しておらず、互いに離間している。更に、これらの溝部144は、隣接する2つの接続端子130の短手方向(X方向)において互いに対向しないように2つの接続端子130の長手方向(Y方向)にずれた位置に配置されている。このような溝部144の配置の利点については後述する。
図3は、半導体チップ20を実装した配線基板10の構成を模式的に示す部分断面図である。半導体チップ20の実装時には、配線基板10の接続端子130は、ハンダ220を介して半導体チップ20の接続端子230と接続される。また、配線基板10と半導体チップ20との隙間には、アンダーフィル材240が充填される。表層140の第2表面142は、第1表面141に対して基層120側に窪んでいるので、半導体チップ20との接合の際に、アンダーフィル材240を充填し易く、配線基板10に対する半導体チップ20の接合強度が向上する。
第1実施形態では、配線基板10の接続端子130の側面と表層140との間に溝部144が形成されているので、ハンダ220が溝部144の中に流れ込む。この結果、溝部144が無い場合に比べて、ハンダ220と接続端子130の接触面積が増大し、接合強度が向上する。特に、溝部144は、基層120の表面に達しているので、ハンダ220と接続端子130の接合強度をより向上させることができる。更に、隣接する接続端子130と表層140との間の複数の溝部144は連続しておらず互いに離間しているので、隣接する接続端子130上に形成されるハンダ220同士が短絡する可能性を低減できる。特に、第1実施形態では、複数の溝部144は、隣接する2つの接続端子130の短手方向(X方向)において互いに対向しないように2つの接続端子130の長手方向(Y方向)にずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子130上に形成されるハンダ220同士が短絡する可能性を更に低減できる。この結果、隣接する2つの接続端子130の間の距離を短くすることが可能である。
図4は、第1実施形態の配線基板10の製造方法を示す部分断面図である。図4(A)の工程では、まず、基層120を準備し、基層120の上に接続端子130を形成するとともに、基層120及び接続端子130の上に表層材料140pを塗布する。接続端子130は、例えば、基層120の表面上に銅メッキ層を形成した後、この銅メッキ層を所望の形状にエッチングすることによって形成することが可能である。その後、基層120及び接続端子130の表面に、光硬化性樹脂の表層材料140pが塗布される。図4(B)の工程では、表層材料140pのうちで後に開口部150(図2)となるべき領域を第1のマスクMS1で遮光して表層材料140pを露光することによって、開口部150の外側にある表層材料140pを光硬化させる。図4(C)の工程では、未硬化の表層材料140pを一定深さまで除去する。この除去処理は、例えば、炭酸ナトリウム水溶液(濃度1重量%)を表層材料140p上に塗布して若干膨潤させ、水洗して膨潤した表層材料140pを乳化させた後に、膨潤・乳化した表層材料140pを除去することによって実行される。この際、光硬化していない表層材料140pの表面142(表層140の第2表面142)が接続端子130の上端より低い位置となるまで、浸漬と水洗をそれぞれ1回又は数回繰り返すことが好ましい。図4(D)の工程では、未硬化の表層材料140pのうちで後に溝部144となるべき領域を第2のマスクMS2で遮光して表層材料140pを露光することによって、溝部144以外の位置にある残りの表層材料140pを光硬化させる。その後、残りの未硬化の表層材料140pを除去することによって、図4(E)に示すように、図2で説明した構造が得られる。なお、図4(E)の工程の後に、接続端子130の上面に、ハンダや、メッキ膜、有機被膜などの層を形成する処理を実行してもよい。
図4(A)〜(D)で説明した処理の代わりに、以下の処理を行って表層140や溝部144を形成することも可能である。この処理では、まず、基層120及び接続端子130の上に熱硬化性樹脂の表層材料140pを厚く塗布して熱硬化させた後、後に開口部150となるべき領域以外の領域をマスクし、接続端子130の上端よりも低くなるまで表層140をRIE(Reactive Ion Etching)等によりドライエッチングすることによって、接続端子130の周囲に溝部144の無い表層140を形成する。その後、溝部144となるべき領域以外の領域をマスクして溝部144となるべき領域をドライエッチングすることによって、溝部144を形成することが可能である。なお、ドライエッチングの代わりに、レーザ光やサンドブラストを用いて表層140の第2表面142や溝部144を形成するようにしてもよい。
以上のように、第1実施形態では、接続端子130の側面と表層140との間に溝部144が形成されているので、半導体チップ20を配線基板10上に接合する際に、ハンダ220が溝部144に流れ込むことによってハンダ220と接続端子130の接合強度が向上する。また、ハンダ220が溝部144に流れ込むので、隣接する接続端子130のハンダ220同士が短絡する可能性を低減することができる。
B.第2実施形態
図5は、第2実施形態の配線基板10aの部分断面図であり、第1実施形態の図2に対応する図である。第2実施形態の配線基板10aは、溝部144の位置が第1実施形態と異なる点を除いて、第1実施形態の配線基板10と同じ構成を有している。すなわち、第2実施形態の配線基板10aでは、複数の溝部144は、隣接する2つの接続端子130の短手方向(X方向)において互いに対向する位置に配置されている。一方、前述した第1実施形態の配線基板10では、複数の溝部144は、隣接する2つの接続端子130の短手方向(X方向)において互いに対向しないように2つの接続端子130の長手方向(Y方向)にずれた位置に配置されている。
第2実施形態の配線基板10aは、第1実施形態の配線基板10とほぼ同様な利点を有する。但し、第1実施形態の配線基板10は、隣接する2つの接続端子130の溝部144が互いに対向しないようにずれた位置に配置されているので、隣接する接続端子130のハンダ220同士が短絡する可能性がより低い点で第2実施形態よりも好ましい。
C.第3実施形態
図6は、第3実施形態の配線基板10bの平面図であり、第1実施形態の図1に対応する図である。第3実施形態の配線基板10bでは、開口部150が配線基板10bの中央に1つだけ設けられており、この開口部150の中に複数の接続端子130がn行m列(nおよびmは1以上の整数)の行列状に配置されている。この例ではn=m=5である。但し、nとmは1以上の任意の整数にそれぞれ設定可能である。なお、複数の接続端子130は、隣り合う接続端子130同士を交互にずらして千鳥状に配置されていてもよい。各接続端子130の平面形状は正方形である。
図7は、第3実施形態の配線基板10bの部分断面図であり、第1実施形態の図2に対応する図である。この配線基板10bの断面は、第1実施形態の配線基板10とほぼ同様の構成を有している。すなわち、接続端子130の側面は、表層140と当接する第1側面部131と、表層140との間に溝部144を形成する第2側面部132とに区分されている。また、溝部144は、接続端子130の第2側面部132と、表層140との間に形成されている。更に、溝部144は、基層120の表面に達している。図7(B)は、図7(A)の7B−7B断面(仮想切断平面)である。この仮想切断平面上には、第1実施形態と同様に、接続端子130の第1側面部131と第2側面部132とが連続して配置された部分が現れている。
なお、第3実施形態のように接続端子130の平面形状が正方形である場合には、その4つの側面のそれぞれに1つ以上の溝部144を形成することが好ましい。一方、上述した第1及び第2実施形態のように、接続端子130の平面形状が長手方向を有する形状である場合には、その長手方向に沿って延びる2つの側面のそれぞれに1つ以上の溝部144を形成することが好ましい。
第3実施形態においても、第1実施形態と同様に、隣接する2つの接続端子130の側面と表層140との間に設けられた複数の溝部144は連続しておらず、互いに離間している。更に、隣接する2つの接続端子130の互いに対向する2つの側面のそれぞれと表層140との間に形成された複数の溝部144は、互いに対向しないように互いにずれた位置に配置されている。この第3実施形態の配線基板10bも、第1実施形態の配線基板10とほぼ同様な利点を有する。
・変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
・変形例1:
上述した各実施形態では、溝部144が直方体形状に形成されているものとしたが、溝部144の形状としては直方体以外の任意の形状(円柱状や半円柱状など)を採用可能である。
また、上述した各実施形態では、溝部144は、基層120の表面にまで達しているものとしたが、基層120の表面に達している必要はなく、溝部144の底面が基層120の表面から離れていても良い。このとき、溝部144の底面は表層140の表面の一部となる。但し、溝部144が基層120の表面に達するように溝部144を形成すれば、ハンダ220と接続端子130の接合強度がより向上する点で好ましい。
更に、上述した各実施形態では、接続端子130の第1側面部131と第2側面部132は同一平面状の側面を形成しており、表層140の中に凹状の溝部144が形成されていたが、接続端子130の第2側面部132を凹状に形成してもよい。この説明から理解できるように、溝部144は、接続端子130の第2側面部132と表層140との間に形成されていれば良く、溝部144を画定する壁面や底面としては、種々の形状を採用可能である。
・変形例2:
上述した各実施形態では、表層140が第1表面141と第2表面142を有する2段の表面構造を有しているものとしたが、第1表面141と第2表面142が同じ高さになるように表層140を形成してもよい。また、表層140が3段以上の表面構造を有するように形成しても良い。但し、表層140に開口部150を設けて2段以上の表面を形成した多段構造とすれば、半導体チップとの接合の際に、開口部150の中にアンダーフィル材を充填しやすいので、配線基板に対する半導体チップの接合強度が向上するという利点がある。
上述した各実施形態では、半導体チップ20を実装した配線基板10において、接続端子130の側面と表層140との間に形成される溝部144にハンダ220が流れ込んだ構造であったが、溝部144にハンダ220の他にアンダーフィル材240が流れ込んだ構造としてもよい。このようにすれば、配線基板に対する半導体チップの接合強度がより向上するという利点がある。
上述した各実施形態では、接続端子130の側面が基層120の表面に垂直な平面であり、また、Z軸を含む面で切断したときの接続端子130の断面形状(図2(A),図5(A),図7(A))が長方形状であるものとしたが、接続端子13の形状としてはこれ以外の任意の形状を採用可能である。例えば、Z軸を含む面で切断したときの接続端子130の断面形状としては、正方形、半円状、台形状などの任意の形状を採用可能である。また、接続端子130の側面を、基層120の表面に垂直でない平面や曲面として形成してもよい。或いは、接続端子130の外形の全体が曲面で形成されていてもよい。このように任意の形状をなす接続端子130の側面とは、基層120との接触面を除く表面のうち、接続端子130の上端よりも基層120側の表面のことを意味する。
10,10a,10b…配線基板
20…半導体チップ
120…基層
130…接続端子
131…第1側面部
132…第2側面部
140…表層
140p…表層材料
141…第1表面
142…第2表面
144…溝部
146…充填部
148…壁面
150…開口部
220…ハンダ
230…接続端子
240…アンダーフィル材

Claims (5)

  1. 電気絶縁性を有する基層と、導電性を有し前記基層上に形成された接続端子と、電気絶縁性を有し前記基層上における前記接続端子の周囲に充填された表層とを備える配線基板であって、
    前記表層から少なくとも前記接続端子の上端が露出しており、
    前記接続端子の側面は、前記表層と当接する第1側面部と、前記表層との間に溝部を形成する第2側面部とを、有し、
    前記基層の表面に平行であって前記接続端子及び前記溝部を通る平面で前記配線基板を仮想的に切断したときの仮想切断平面上に、前記第1側面部と前記第2側面部とが連続して配置された部分が現れるように構成されていることを特徴とする配線基板。
  2. 請求項1に記載の配線基板であって、
    前記表層は、
    開口部が形成された第1表面と、
    前記開口部の内側において前記第1表面に対して前記基層側に窪んだ第2表面と、
    を有し、
    前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、
    複数の前記接続端子が前記第2表面から突出しており、
    前記第2表面から突出している複数の前記接続端子のうち少なくとも1つの前記接続端子は、前記第1側面部と前記第2側面部とを有していることを特徴とする配線基板。
  3. 請求項1または2に記載の配線基板であって、
    前記溝部が前記基層に達していることを特徴とする配線基板。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の配線基板であって、
    前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、
    隣接する2つの接続端子の互いに対向する2つの側面のそれぞれと前記表層との間に形成された複数の前記溝部は、互いに対向しないようにずれた位置に配置されていることを特徴とする配線基板。
  5. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の配線基板であって、
    前記接続端子は前記基層上に複数個設けられており、
    複数の前記接続端子のうち隣接する2つの接続端子は、帯状をなして並設されており、
    前記表層は、前記2つの接続端子の間に充填された充填部を有しており、
    前記2つの接続端子の側面と前記充填部との間に複数の前記溝部が形成されており、
    前記2つの接続端子のうち一方の接続端子の有する前記第2側面部と、他方の接続端子の有する前記第2側面部とが、前記充填部との間に互いに異なる前記溝部を形成しており、
    複数の前記溝部は、前記2つの接続端子の短手方向において互いに対向しないように前記2つの接続端子の長手方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする配線基板。
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