JP2017073424A - 配線基板及びその製造方法 - Google Patents

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広幸 松浦
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寿毅 関
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俊和 堀尾
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Masataka Iwasaki
将任 岩崎
山本 洋
Hiroshi Yamamoto
洋 山本
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Abstract

【課題】ガラス基板の割れを防止することにより、信頼性の向上を図ることが可能な配線基板を提供すること。【解決手段】本発明の配線基板10は、ガラス基板11及び積層部30,40を備え、厚さ方向から見たときに複数の角部61を有する形状をなす。積層部30,40は、樹脂絶縁層31〜33,38,41〜43,48を積層した構造を有する。配線基板10の側面20には、ガラス基板11の端面21と樹脂絶縁層31〜33,38,41〜43,48の端面22〜29とが露出する。また、各角部61には面取り部62が形成される。面取り部62において、樹脂絶縁層31〜33,38,41〜43,48の端面22〜29は、ガラス基板11の端面21よりも配線基板10の中央部側に引き下がっている。【選択図】図4

Description

本発明は、板状のガラス基板と、ガラス基板の両面に設けられ、複数の樹脂絶縁層を積層した構造を有する積層部とを備える配線基板及びその製造方法に関するものである。
近年、電気機器、電子機器の小型化に伴い、これらの機器に搭載される配線基板にも小型化や高密度化が要求されている。このような配線基板としては、例えば、樹脂絶縁層を積層した構造を有する積層部をコア基板の両面に形成したものが実用化されている。なお、一般的に、配線基板は、配線基板となるべき形成領域が平面方向に沿って複数配置された多数個取り用配線基板を、ダイシングブレードを用いて形成領域の外形線に沿って切断することにより、得ることができる。
ところで、近年、配線基板のさらなる小型化や高密度化が要求されており、例えば、コア基板をガラス基板にすることが提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。ガラス基板は、主面及び裏面の平坦度が高いため、寸法精度が高く、配線の微細化に有利だからである。
特開2012−236764号公報(図1等) 特開2009−280452号公報(図1等) 特開2014−22465号公報(図1等)
しかし、図15に示されるように、コア基板がガラス基板101である場合には、以下の問題が生じてしまう。即ち、配線基板は、上記したように、ダイシングブレードを用いた多数個取り用配線基板の切断によって得られ、厚さ方向から見たときに複数の角部を有する形状となる。ところが、多数個取り用配線基板の切断時には、チッピングの発生により、ガラス基板101の端面102に多数の凹部103が生じるおそれがある。この場合、ガラス基板101と樹脂絶縁層104(積層部)との熱膨張差に起因して、配線基板の角部に位置する凹部103に熱応力が集中するため、ガラス基板101に凹部103を起点としたクラック105が発生し、ガラス基板101の一部が剥れるように割れてしまう可能性が高い。その結果、配線基板の歩留まりが低下してしまうため、配線基板に必要とされる所定の信頼性を付与できないという問題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス基板の割れを防止することにより、信頼性の向上を図ることが可能な配線基板を提供することにある。また、別の目的は、信頼性に優れた配線基板を製造することが可能な配線基板の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するための手段(手段1)としては、主面及び裏面を有する板状のガラス基板と、前記主面上及び前記裏面上の両方にそれぞれ設けられ、複数の樹脂絶縁層を積層した構造を有する積層部とを備え、厚さ方向から見たときに複数の角部を有する形状をなす配線基板であって、前記配線基板の側面に、前記ガラス基板の端面と前記樹脂絶縁層の端面とが露出しており、前記複数の角部に面取り部が形成され、前記面取り部において、前記樹脂絶縁層の端面は、前記ガラス基板の端面よりも前記配線基板の中央部側に引き下がっていることを特徴とする配線基板がある。
従って、手段1に記載の発明によると、ガラス基板と樹脂絶縁層(積層部)との熱膨張差に起因する熱応力が配線基板の角部に加わったとしても、角部への応力集中が、面取り部を設けることによって緩和される。しかも、面取り部では、樹脂絶縁層の端面が、ガラス基板の端面よりも配線基板の中央部側に引き下がっているため、ガラス基板の端面に対する上記した熱応力の応力集中が緩和される。以上の結果、ガラス基板の端面に生じた凹部を起点とするガラス基板の割れの発生を防止することができる。ゆえに、配線基板の歩留まりを向上させることができるため、配線基板の信頼性が向上する。
上記配線基板を構成する積層部は、複数の樹脂絶縁層を積層した構造を有している。樹脂絶縁層は、絶縁性、耐熱性、耐湿性等を考慮して適宜選択することができる。樹脂絶縁層の形成材料の具体例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂や感光性樹脂等が挙げられる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料、あるいは、連続多孔質PTFE等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料等を使用してもよい。
上記配線基板を構成するガラス基板は、主面及びその反対側に位置する裏面を有している。ガラス基板の形成材料は、コスト性、加工性、絶縁性、機械的強度などを考慮して適宜選択することができる。ガラス基板の形成材料としては、ホウケイ酸ガラス、ガラスセラミック等が好適に使用される。
なお、ガラス基板は、ガラス基板を厚さ方向に貫通するとともに、主面側及び裏面側を導通させる貫通導体を有していることがよい。このようにすれば、貫通導体を介して、主面側の積層部と裏面側の積層部とを確実に電気的に接続できる。ここで、貫通導体は、例えば、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、スズ、鉛、タングステンなどの導電性金属からなるが、特には、導電性が高く安価な銅からなることがよい。
また、ガラス基板の厚さは特に限定されないが、例えば1.0mm以下であることがよい。仮に、ガラス基板の厚さが1.0mmよりも大きくなると、ガラス基板、ひいては配線基板が肉厚になってしまう。
さらに、上記配線基板が有する複数の角部には面取り部が形成される。面取り部を構成するガラス基板の端面は、配線基板の厚さ方向から見て直線状をなしていてもよいし、配線基板の厚さ方向から見て配線基板の外周側に突出する円弧状をなしていてもよいが、円弧状をなしていることがよい。このようにすれば、面取り部を構成するガラス基板の端面に「角」が存在しなくなるため、応力集中をより確実に緩和することができる。しかも、面取り部を構成するガラス基板の端面の曲率半径は、0.3mm以上であることがよい。仮に、面取り部を構成するガラス基板の端面の曲率半径が0.3mm未満であると、応力集中を確実に緩和できないため、ガラス基板に割れが生じる可能性がある。さらに、面取り部を構成するガラス基板の端面の曲率半径は、2.0mm以下であることがよい。仮に、面取り部を構成するガラス基板の端面の曲率半径が2.0mmよりも大きくなると、配線基板を厚さ方向から見たときの面積が小さくなるため、配線基板へのICチップの搭載が困難になったり、配線基板に多くの配線を設けることが困難になったりする可能性がある。ここで、ガラス基板の端面の「曲率」とは、ガラス基板を厚さ方向から見たときの円弧状をなす面取り部の曲率をいう。
また、面取り部を構成するガラス基板の端面の表面粗さRaは、0.06μm以下であることがよい。このようにすれば、チッピングによってガラス基板の端面に生じる凹部が小さくなる。その結果、ガラス基板と樹脂絶縁層(積層部)との熱膨張差に起因する熱応力がガラス基板の端面に生じた凹部に集中しにくくなるため、凹部を起点とするクラックの発生を防止することができる。その結果、配線基板の歩留まりを向上させることができるため、配線基板の信頼性が向上する。
ここで、本明細書で述べられている「表面粗さRa」とは、JIS B0601:2001で定義されている算術平均粗さRaである。なお、表面粗さRaの測定方法はJIS B0651:2001に準じるものとする。例えば、ガラス基板の端面の表面粗さRaは以下のようにして測定される。まず、ガラス基板の端面(具体的には、ガラス基板の厚さ方向における中心から主面または裏面までの範囲を100%としたときにガラス基板の厚さ方向における中心から80%の範囲内)に、5つの測定領域(縦10μm×横10μm)を設定する。次に、各測定領域に対して、レーザ顕微鏡を用いて表面粗さの測定を行った後、得られた測定値の平均値を算出する。そして、この算出された平均値が表面粗さRaとなる。
なお、隣接する面取り部同士の間においては、配線基板の側面を構成するガラス基板の端面と、配線基板の側面を構成する樹脂絶縁層の端面とが面一になっていることがよい。このようにすれば、樹脂絶縁層によってガラス基板を保護できるため、ガラス基板の破損を防止することができる。その結果、配線基板の歩留まりが向上するため、配線基板の信頼性がよりいっそう向上する。
上記課題を解決するための別の手段(手段2)としては、上記手段1に記載の配線基板を製造する方法であって、前記ガラス基板となるべき基板形成領域が平面方向に沿って複数配置された多数個取り用ガラス基板を準備するガラス基板準備工程と、前記ガラス基板準備工程後、前記多数個取り用ガラス基板の前記主面上及び前記裏面上の両方にそれぞれ前記積層部が設けられた多数個取り用配線基板を形成する積層部形成工程とを含み、前記積層部形成工程後、前記多数個取り用配線基板において前記配線基板の角部となる部分を非機械的に除去する加工を行うことにより、前記面取り部を形成する面取り部形成工程と、前記多数個取り用配線基板を前記基板形成領域の外形線に沿って機械的な加工を行うことにより、複数個の前記配線基板に分割する分割工程とを行うことを特徴とする配線基板の製造方法がある。
従って、手段2に記載の発明によると、面取り部形成工程において、角部に面取り部を形成するため、完成した配線基板の角部に対して、ガラス基板と樹脂絶縁層(積層部)との熱膨張差に起因する熱応力が加わったとしても、角部への応力集中が面取り部によって緩和される。その結果、角部への応力集中を起因とするガラス基板の割れの発生を防止することができる。ゆえに、配線基板の歩留まりを向上させることができるため、配線基板の信頼性が向上する。
しかも、ガラス基板準備工程では、ガラス基板となるべき基板形成領域が平面方向に沿って複数配置された多数個取り用ガラス基板を準備し、積層部形成工程では、多数個取り用ガラス基板の主面上及び裏面上の両方にそれぞれ積層部が設けられた多数個取り用配線基板を形成し、分割工程では、多数個取り用配線基板を基板形成領域の外形線に沿って機械的な加工を行うことにより、複数個の配線基板に分割している。このため、複数個の配線基板を効率良く製造することができる。
ここで、面取り部形成工程において、多数個取り用配線基板において配線基板の角部となる部分を非機械的に除去する加工を行う手法としては、レーザの照射によって配線基板の角部となる部分を除去する方法や、エッチング液によって配線基板の角部となる部分を除去する方法、などが挙げられる。また、分割工程において、多数個取り用配線基板を基板形成領域の外形線に沿って機械的な加工を行う手法としては、ダイシングブレードを用いて多数個取り用配線基板を機械的に切断する方法や、基板形成領域の外形線に沿ってブレイク溝を形成した後、多数個取り用配線基板をブレイク溝に沿って分割する方法、などが挙げられる。
なお、面取り部形成工程後に分割工程を行ってもよいし、分割工程後に面取り部形成工程を行ってもよいが、特には、面取り部形成工程後に分割工程を行うことがよい。この場合、例えば、面取り部を形成するための面取り用貫通穴を1つ形成すれば、複数の面取り部が得られるため、複数個の配線基板を効率良く製造することができる。
本実施形態における配線基板を示す概略平面図。 図1のA−A線断面図。 配線基板を示す要部平面図。 図1のB−B線断面図。 ガラス基板準備工程を示す説明図。 多数個取り用ガラス基板を示す概略平面図。 第1層の樹脂絶縁層を形成する工程を示す説明図。 ガラス基板に貫通孔を形成する工程を示す説明図。 スルーホール導体及び金属配線層を形成する工程を示す説明図。 第2層の樹脂絶縁層を形成する工程を示す説明図。 第2層の樹脂絶縁層にビア孔を形成する工程を示す説明図。 第3層の樹脂絶縁層を形成する工程を示す説明図。 多数個取り用配線基板を示す概略平面図。 面取り部形成工程を示す説明図。 従来技術の問題点を示す概略断面図。
以下、本発明の配線基板10を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1,図2に示されるように、本実施形態の配線基板10は、ICチップ搭載用の配線基板である。配線基板10は、略矩形板状のガラス基板11と、ガラス基板11の主面12(図2では上面)上に設けられた主面側ビルドアップ層30(積層部)と、ガラス基板11の裏面13(図2では下面)上に設けられた裏面側ビルドアップ層40(積層部)とからなる。
図2に示されるように、ガラス基板11は、主面12及び裏面13を有し、略矩形板状をなしている。本実施形態のガラス基板11は、絶縁性を有する無機材料(本実施形態ではホウケイ酸ガラス)からなる基板である。なお、ガラス基板11の大きさは、縦20mm×横20mmに設定されている。また、ガラス基板11の厚さは、1.0mm以下(本実施形態では0.1mm(=100μm))に設定されている。本実施形態において、ガラス基板11の熱膨張係数は、15ppm/℃未満、具体的には3.8ppm/℃となっている。なお、ガラス基板11の熱膨張係数は、30℃〜400℃間の測定値の平均値をいう。
また、ガラス基板11には、主面12及び裏面13の両方にて開口する複数の貫通孔15が格子状に形成されている。そして、かかる貫通孔15内には、銅からなるスルーホール導体16(貫通導体)が形成されている。これらスルーホール導体16は、ガラス基板11を厚さ方向に貫通するとともに、主面12側及び裏面13側を導通させている。なお、スルーホール導体16の内部は、例えばエポキシ樹脂などの閉塞体17で埋められている。
図2に示されるように、主面側ビルドアップ層30は、厚さ20μmのプライマー樹脂(熱硬化性エポキシ樹脂)からなる1層の樹脂絶縁層31と、厚さ23μmの熱硬化性エポキシ樹脂からなる2層の樹脂絶縁層32,33と、厚さ8μmの銅からなる金属配線層34,35,36とを積層した構造を有している。本実施形態において、樹脂絶縁層31〜33の完全硬化状態での熱膨張係数は、10〜100ppm/℃程度であり、具体的には23ppm/℃となっている。即ち、上記したガラス基板11の熱膨張係数(3.8ppm/℃)は、樹脂絶縁層31〜33の熱膨張係数よりも小さくなっている。なお、樹脂絶縁層31〜33の完全硬化状態での熱膨張係数は、25℃〜150℃間の測定値の平均値をいう。
そして、第1層の樹脂絶縁層31の表面上にある金属配線層34の一部は、スルーホール導体16の上端に電気的に接続されている。さらに、樹脂絶縁層32,33内には、それぞれ銅めっきによって形成されたビア導体37が設けられている。また、樹脂絶縁層33の表面は、エポキシ樹脂からなる厚さ30μm程度のソルダーレジスト層38(樹脂絶縁層)によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト層38の所定箇所には、金属配線層36を露出させる開口部39が形成されている。そして、金属配線層36の表面上には、複数のはんだバンプ51が配設されている。各はんだバンプ51は、ICチップの面接続端子に電気的に接続される。
また、図2に示されるように、裏面側ビルドアップ層40は、上述した主面側ビルドアップ層30と略同じ構造を有している。即ち、裏面側ビルドアップ層40は、厚さ20μmのプライマー樹脂(熱硬化性エポキシ樹脂)からなる1層の樹脂絶縁層41と、厚さ23μmの熱硬化性エポキシ樹脂からなる2層の樹脂絶縁層42,43と、厚さ8μmの銅からなる金属配線層44,45,46とを積層した構造を有している。本実施形態において、樹脂絶縁層41〜43の完全硬化状態での熱膨張係数は、10〜100ppm/℃程度であり、具体的には23ppm/℃となっている。即ち、上記したガラス基板11の熱膨張係数(3.8ppm/℃)は、樹脂絶縁層41〜43の熱膨張係数、及び、上記した樹脂絶縁層31〜33の熱膨張係数(23ppm/℃)よりも小さくなっている。なお、樹脂絶縁層41〜43の完全硬化状態での熱膨張係数は、25℃〜150℃間の測定値の平均値をいう。
そして、図2に示されるように、第1層の樹脂絶縁層41の下面上にある金属配線層44の一部は、スルーホール導体16の下端に電気的に接続されている。さらに、樹脂絶縁層42,43内には、それぞれ銅めっきによって形成されたビア導体47が設けられている。また、樹脂絶縁層43の下面は、エポキシ樹脂からなる厚さ30μm程度のソルダーレジスト層48(樹脂絶縁層)によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト層48の所定箇所には、金属配線層46を露出させる開口部49が形成されている。そして、金属配線層46の表面上には、図示しないマザーボード側との電気的な接続を図るための複数のはんだバンプ52が配設されている。なお、各はんだバンプ52により、図2に示される配線基板10はマザーボード上に実装される。
図2,図4に示されるように、配線基板10の側面20には、ガラス基板11の端面21全体が露出している。同様に、側面20には、樹脂絶縁層31の端面22全体、樹脂絶縁層32の端面23全体、樹脂絶縁層33の端面24全体、樹脂絶縁層41の端面25全体、樹脂絶縁層42の端面26全体、樹脂絶縁層43の端面27全体、ソルダーレジスト層38の端面28全体、及び、ソルダーレジスト層48の端面29全体が露出している。
図1,図3に示されるように、配線基板10は、厚さ方向から見たときに4つの角部61を有する平面視略矩形状をなしている。各角部61には、曲面状の面取り部62が形成されている。各面取り部62は、配線基板10において隣接する2つの側面20の境界部分に形成されている。また、面取り部62を構成するガラス基板11の端面21は、配線基板10の厚さ方向から見て配線基板10の外周側に突出する円弧状をなしている。面取り部62を構成するガラス基板11の端面21の曲率半径R1(図3参照)は、0.3mm以上(本実施形態では0.4mm)である。なお、各面取り部62の形成により、面取り部62を構成するガラス基板11の端面21の表面粗さRa(算術平均粗さRa)が、0.06μm以下(本実施形態では0.01μm)となる。
図3,図4に示されるように、面取り部62において、樹脂絶縁層31〜33,41〜43の端面22〜27、及び、ソルダーレジスト層38,48の端面28,29は、ガラス基板11の端面21よりも配線基板10の中央部側に引き下がっている。樹脂絶縁層31〜33,41〜43及びソルダーレジスト層38,48はガラス基板11よりもレーザの吸収率が高いため、レーザを照射した際に、樹脂絶縁層31〜33,41〜43及びソルダーレジスト層38,48の端部が熱で消失し、端面22〜29が端面21よりも引き下がった状態となる。詳述すると、樹脂絶縁層32,42の端面23,26は、樹脂絶縁層31,41の端面22,25よりも配線基板10の中央部側に引き下がっており、樹脂絶縁層33,43の端面24,27は、樹脂絶縁層32,42の端面23,26よりも配線基板10の中央部側に引き下がっている。さらに、ソルダーレジスト層38,48の端面28,29は、樹脂絶縁層33,43の端面28,29よりも配線基板10の中央部側に引き下がっている。ここで、端面28の上端において、面取り部62を構成するガラス基板11の端面21に対するソルダーレジスト層38の引き下がり量の最大値は、20μmとなっている。同様に、端面29の下端において、面取り部62を構成するガラス基板11の端面21に対するソルダーレジスト層48の引き下がり量の最大値は、20μmとなっている。なお、樹脂絶縁層31,41の端面22,25の曲率半径は、面取り部62を構成するガラス基板11の端面21の曲率半径R1(0.4mm)よりも大きく、本実施形態では0.5mm以上0.7mm以下となっている。樹脂絶縁層32,42の端面23,26の曲率半径は、樹脂絶縁層31,41の端面22,25の曲率半径よりも大きく、本実施形態では0.7mm以上0.9mm以下となっている。樹脂絶縁層33,43の端面24,27の曲率半径は、樹脂絶縁層32,42の端面23,26の曲率半径よりも大きく、本実施形態では0.9mm以上1.1mm以下となっている。ソルダーレジスト層38,48の端面28,29の曲率半径は、樹脂絶縁層33,43の端面24,27の曲率半径よりも大きく、本実施形態では1.2mm以上1.5mm以下となっている。
また、図4に示されるように、面取り部62において、ガラス基板11の主面12と端面21との境界部分、及び、ガラス基板11の裏面13と端面21との境界部分には、面取り部63がそれぞれ形成されている。各面取り部63は、ガラス基板11の外側に凸となる曲面状をなし、曲率半径が0.1mmとなっている。
なお、図2に示されるように、隣接する面取り部62同士の間において、配線基板10の側面20を構成する樹脂絶縁層31〜33,41〜43の端面22〜27、及び、側面20を構成するソルダーレジスト層38,48の端面28,29は、側面20を構成するガラス基板11の端面21から引き下がっておらず、端面21と面一になっている。
次に、本実施形態の配線基板10の製造方法を説明する。
まず、ガラス基板準備工程では、主面12及び裏面13を有するガラス基板11をあらかじめ準備しておく(図5参照)。具体的には、無アルカリ薄ガラス基板を用意する。無アルカリ薄ガラス基板は、縦150mm×横150mm×厚さ0.1mm(=100μm)の矩形板状をなしている。なお、無アルカリ薄ガラス基板は、ガラス基板11となるべき基板形成領域111が平面方向に沿って縦横に複数配置された多数個取り用ガラス基板110である(図6参照)。
そして、ガラス基板準備工程後、洗浄工程を実施し、ガラス基板11(多数個取り用ガラス基板110)の主面12及び裏面13を洗浄する。次に、従来公知のシランカップリング剤(例えば、信越化学工業株式会社製のもの)を用いて、主面12全体及び裏面13全体に対するカップリング処理を行う。
続く積層部形成工程では、従来周知の手法に基づいて、多数個取り用ガラス基板110の主面12上に主面側ビルドアップ層30を形成するとともに、多数個取り用ガラス基板110の裏面13上に裏面側ビルドアップ層40を形成する。具体的に言うと、まず、カップリング処理が施された主面12に、未硬化状態の樹脂絶縁層31となる主面側樹脂シートをラミネートする。また、同じくカップリング処理が施された裏面13に、未硬化状態の樹脂絶縁層41となる裏面側樹脂シートをラミネートする。なお、主面側樹脂シート及び裏面側樹脂シートは、プライマー樹脂(本実施形態では熱硬化性エポキシ樹脂)からなり、縦150mm×横150mm×厚さ20μmの矩形板状をなしている。その後、加熱処理(仮キュア)を所定時間行うと、主面側樹脂シートが硬化して第1層の樹脂絶縁層31となるとともに、裏面側樹脂シートが硬化して第1層の樹脂絶縁層41となる(図7参照)。
次に、炭酸ガスレーザを用いてレーザ孔あけ加工を行い、ガラス基板11及び樹脂絶縁層31,41を貫通する貫通孔15を多数個形成する(図8参照)。さらに、貫通孔15内に残存するスミアを除去するデスミア工程を行う。
次に、セミアディティブ法を用いて無電解銅めっき及び電解銅めっきを行うことにより、貫通孔15内にスルーホール導体16を形成するとともに、樹脂絶縁層31,41の表面上にそれぞれ金属配線層34,44を形成する(図9参照)。なお、スルーホール導体16及び金属配線層34,44を別の方法、例えば、サブトラクティブ法やフルアディティブ法を用いて形成してもよい。
そして、金属配線層34,44の表面を粗化する表面粗化工程を行った後、スルーホール導体16内に閉塞体17を充填形成する(図10参照)。次に、厚さ23μmの熱硬化性エポキシ樹脂を樹脂絶縁層31,41上に被着(貼付)することにより、第2層の樹脂絶縁層32,42を形成する(図10参照)。なお、熱硬化性エポキシ樹脂を被着する代わりに、液晶ポリマーや感光性エポキシ樹脂等の絶縁樹脂を被着してもよい。さらに、YAGレーザまたは炭酸ガスレーザを用いてレーザ孔あけ加工を行い、ビア導体37,47が形成されるべき位置にビア孔121,122を形成する(図11参照)。具体的には、樹脂絶縁層32を貫通するビア孔121を形成し、金属配線層34の表面を露出させるとともに、樹脂絶縁層42を貫通するビア孔122を形成し、金属配線層44の表面を露出させる。
さらに、ビア孔121,122内に残存するスミアを除去するデスミア工程を行う。次に、ビア孔121,122の内側面、樹脂絶縁層32の表面(図11では上面)、及び、樹脂絶縁層42の表面(図11では下面)に対して、セミアディティブ法を用いて無電解銅めっき及び電解銅めっきを行う。その結果、ビア孔121,122内にそれぞれビア導体37,47が形成されるとともに、樹脂絶縁層32,42の表面上にそれぞれ金属配線層35,45が形成される(図12参照)。
次に、厚さ23μmの熱硬化性エポキシ樹脂を樹脂絶縁層32,42上に被着(貼付)することにより、第3層の樹脂絶縁層33,43を形成する(図12参照)。なお、熱硬化性エポキシ樹脂を被着する代わりに、液晶ポリマーや感光性エポキシ樹脂等の絶縁樹脂を被着してもよい。さらに、YAGレーザまたは炭酸ガスレーザを用いてレーザ孔あけ加工を行い、ビア導体37,47が形成されるべき位置にビア孔(図示略)を形成する。具体的には、樹脂絶縁層33を貫通するビア孔を形成し、金属配線層35の表面を露出させるとともに、樹脂絶縁層43を貫通するビア孔を形成し、金属配線層45の表面を露出させる。
さらに、ビア孔内に残存するスミアを除去するデスミア工程を行う。次に、ビア孔の内側面、樹脂絶縁層33の表面(図12では上面)、及び、樹脂絶縁層43の表面(図12では下面)に対して、それぞれセミアディティブ法を用いて無電解銅めっき及び電解銅めっきを行う。その結果、樹脂絶縁層33,43に形成されたビア孔内にそれぞれビア導体37,47が形成されるとともに、樹脂絶縁層33,43の表面上にそれぞれ金属配線層36,46が形成される(図12参照)。
次に、樹脂絶縁層33の表面上に感光性エポキシ樹脂を塗布して硬化させることにより、ソルダーレジスト層38を形成する。また、樹脂絶縁層43の表面上に感光性エポキシ樹脂を塗布して硬化させることにより、ソルダーレジスト層48を形成する。次に、所定のマスクを配置した状態で露光及び現像を行い、ソルダーレジスト層38に開口部39を形成するとともに、ソルダーレジスト層48に開口部49を形成する。なお、この状態のものは、多数個取り用ガラス基板110の主面12上及び裏面13上の両方にそれぞれビルドアップ層30,40が設けられた多数個取り用配線基板131(図13参照)であると把握することができる。
さらに、樹脂絶縁層33の表面上に形成された金属配線層36上に、はんだペーストを印刷する。また、樹脂絶縁層43の表面上に形成された金属配線層46上に、はんだペーストを印刷する。次に、はんだペーストが印刷された多数個取り用配線基板131をリフロー炉内に配置して、はんだの融点より10〜40℃高い温度に加熱する。この時点で、はんだペーストが溶融し、半球状に盛り上がった形状のICチップ搭載用のはんだバンプ51が形成されるとともに、同じく半球状に盛り上がった形状のマザーボード実装用のはんだバンプ52が形成される。
積層部形成工程後の面取り部形成工程では、多数個取り用配線基板131において配線基板10の角部61となる部分を非機械的(即ち、熱的)に除去する加工を行うことにより、面取り部62を形成するための面取り用貫通穴132を形成する(図14参照)。詳述すると、面取り部形成工程では、多数個取り用配線基板131にレーザ照射装置(図示略)を向けた状態で、基板形成領域111の外形線L1の交差部分に対してレーザ(本実施形態では炭酸ガスレーザ)を照射する。このとき、レーザ照射装置は、多数個取り用配線基板131の平面方向に移動しながらレーザを照射する。ここで、レーザが入射する入射方向と多数個取り用配線基板131の表面の法線とで形成されるレーザの入射角は、0°に設定される。
その結果、外形線L1の交差部分が熱で消失し、面取り用貫通穴132が形成される。なお、面取り用貫通穴132の内側面は、4つの凸曲面からなる。各凸曲面は、多数個取り用配線基板131の厚さ方向から見て面取り用貫通穴132の中央部側に突出する円弧状をなしている。また、面取り用貫通穴132の内側面の表面粗さRaは、0.06μm以下(本実施形態では0.01μm)となる。
なお、照射されたレーザの一部は、ガラス基板11だけでなく、樹脂絶縁層31〜33,41〜43及びソルダーレジスト層38,48にも照射されてしまう。このとき、レーザの吸収率が比較的低いガラス基板11よりも、レーザの吸収率が比較的高い樹脂絶縁層31〜33,41〜43及びソルダーレジスト層38,48の方がより多く消失するようになる。その結果、樹脂絶縁層31〜33,41〜43の端面22〜27及びソルダーレジスト層38,48の端面28,29が、ガラス基板11の端面21よりも基板形成領域111(配線基板10)の中央部側に引き下がった状態となる(図4参照)。
そして、面取り部形成工程後(即ち積層部形成工程後)に分割工程を行う。分割工程では、多数個取り用配線基板131を基板形成領域111の外形線L1に沿って機械的な加工を行う。具体的に言うと、分割工程では、従来周知の切断装置(本実施形態ではダイシング装置)を用いて、多数個取り用配線基板131を基板形成領域111の外形線L1に沿って切断する。本実施形態では、♯1000相当、刃厚0.03mmのダイシングブレードを用いて、切断速度0.8mm/s、回転数30000rpmの条件下で多数個取り用配線基板131を機械的に切断する。その結果、基板形成領域111同士が分割され、ガラス基材11の端面21、樹脂絶縁層31〜33,41〜43の端面22〜27、及び、ソルダーレジスト層38,48の端面28,29が露出した配線基板10が複数個同時に得られる(図2参照)。
その後、配線基板10にICチップを載置する。このとき、ICチップ側の面接続端子と各はんだバンプ51とを位置合わせする。そして、220〜240℃程度の温度に加熱して各はんだバンプ51をリフローすることにより、各はんだバンプ51と面接続端子とを接合し、配線基板10側とICチップ側とを電気的に接続する。その結果、配線基板10にICチップが搭載される。
次に、配線基板の評価方法及びその結果を説明する。
(1)配線基板の形状が信頼性に与える影響
まず、測定用サンプルを次のように準備した。角部に面取り部が形成され、面取り部において樹脂絶縁層の端面がガラス基板の端面よりも引き下がっている配線基板、即ち、本実施形態の配線基板10と同じ配線基板を準備し、これをサンプル3(実施例)とした。また、ガラス基板にサンプル3と同じ曲率半径(0.4mm)の面取り部が形成されるものの、面取り部において樹脂絶縁層の端面の引き下がりがない配線基板を準備し、これをサンプル2(比較例2)とした。さらに、角部に面取り部自体が形成されていない配線基板を準備し、これをサンプル1(比較例1)とした。なお、測定用サンプルは、それぞれ22個ずつ準備した。
次に、各測定用サンプル(サンプル1〜3)に対して、−65℃〜150℃の熱サイクルを複数回付与する熱衝撃試験(T/S)を行った。そして、熱サイクルの回数が100回、500回、1000回に到達した際に、各測定用サンプルのガラス基板にクラックが発生したか否かを観察した。その後、各測定用サンプルの歩留まり(クラックの発生が確認されないものの割合)を算出した。以上の結果を表1に示す。
Figure 2017073424
その結果、サンプル1,2では、熱サイクルが500回及び1000回に到達した際に、歩留まりが100%にならないことが確認された。特に、サンプル1では、熱サイクルが500回及び1000回に到達した際に、歩留まりが50%未満になること(即ち、半分以上の測定用サンプルにクラックが発生すること)が確認された。一方、全てのサンプル1〜3において、付与される熱サイクルが100回であるときに、歩留まりが100%になることが確認された。特に、サンプル3では、熱サイクルの付与回数が異なる熱衝撃試験の全てにおいて、歩留まりが100%になることが確認された。
以上のことから、角部に面取り部を形成し、面取り部において、樹脂絶縁層の端面をガラス基板の端面よりも配線基板の中央部側に引き下げれば、ガラス基板にクラックが発生しにくくなり、配線基板の歩留まりが高くなることが証明された。
(2)面取り部を構成するガラス基板の端面の曲率半径が信頼性に与える影響
まず、測定用サンプルを次のように準備した。ガラス基板にサンプル3と同じ曲率半径(0.4mm)の面取り部が形成された配線基板を準備し、これをサンプル3−3とした。また、ガラス基板に曲率半径が0.1mmの面取り部が形成された配線基板を準備し、これをサンプル3−1とした。さらに、ガラス基板に曲率半径が0.3mmの面取り部が形成された配線基板をサンプル3−2とし、ガラス基板に曲率半径が0.7mmの面取り部が形成された配線基板をサンプル3−4とした。
次に、各測定用サンプル(サンプル3−1〜3−4)に対して、熱サイクルを複数回付与する熱衝撃試験を行った。そして、熱サイクルが100回、500回、1000回に到達した際に、各測定用サンプルのガラス基板にクラックが発生したか否かを観察した。その後、各測定用サンプル部の歩留まりを算出した。以上の結果を表2に示す。
Figure 2017073424
その結果、サンプル3−1では、熱サイクルが500回及び1000回に到達した際に、歩留まりが100%にならないことが確認された。一方、全てのサンプル3−1〜3−4において、付与される熱サイクルが100回であるときに、歩留まりが100%になることが確認された。特に、サンプル3−2〜3−4では、熱サイクルの付与回数が異なる熱衝撃試験の全てにおいて、歩留まりが100%になることが確認された。
以上のことから、面取り部を構成するガラス基板の端面の曲率半径を0.3mm以上にすれば、ガラス基板にクラックが発生しにくくなり、配線基板の歩留まりが高くなることが証明された。
(3)面取り部を構成するガラス基板の端面の表面粗さRaが信頼性に与える影響
まず、測定用サンプルを次のように準備した。ガラス基板に曲率半径が0.3mm、表面粗さRaが0.01μmの面取り部が形成された配線基板を準備し、これをサンプルA1とした。また、サンプルA1に対して、表面粗さRaを0.03μmに変更した配線基板をサンプルA2とし、表面粗さRaを0.06μmに変更した配線基板をサンプルA3とし、表面粗さRaを0.08μmに変更した配線基板をサンプルA4とし、表面粗さRaを0.15μmに変更した配線基板をサンプルA5とした。
同様に、ガラス基板に曲率半径が0.4mm、表面粗さRaが0.01μmの面取り部が形成された配線基板を準備し、これをサンプルB1とした。また、サンプルB1に対して、表面粗さRaを0.03μmに変更した配線基板をサンプルB2とし、表面粗さRaを0.06μmに変更した配線基板をサンプルB3とし、表面粗さRaを0.08μmに変更した配線基板をサンプルB4とし、表面粗さRaを0.15μmに変更した配線基板をサンプルB5とした。
さらに、ガラス基板に曲率半径が0.5mm、表面粗さRaが0.01μmの面取り部が形成された配線基板を準備し、これをサンプルC1とした。また、サンプルC1に対して、表面粗さRaを0.03μmに変更した配線基板をサンプルC2とし、表面粗さRaを0.06μmに変更した配線基板をサンプルC3とし、表面粗さRaを0.08μmに変更した配線基板をサンプルC4とし、表面粗さRaを0.15μmに変更した配線基板をサンプルC5とした。
次に、各測定用サンプル(サンプルA1〜A5,B1〜B5,C1〜C5)に対して、熱サイクルを複数回付与する熱衝撃試験を行った。そして、熱サイクルが100回、500回、1000回に到達した際に、各測定用サンプルのガラス基板にクラックが発生したか否かを観察した。その後、各測定用サンプル部の歩留まりを算出した。以上の結果を表3〜表5に示す。
Figure 2017073424
Figure 2017073424
Figure 2017073424
その結果、曲率半径が0.3mm、0.4mm、0.5mmのいずれの場合においても、表面粗さRaが0.08μm及び0.15μmとなるサンプルA4,A5,B4,B5,C4,C5では、熱サイクルが500回及び1000回に到達した際に、歩留まりが100%にならないことが確認された。一方、全てのサンプルA1〜A5,B1〜B5,C1〜C5において、付与される熱サイクルが100回であるときに、歩留まりが100%になることが確認された。特に、サンプルA1〜A3,B1〜B3,C1〜C3では、熱サイクルの付与回数が異なる熱衝撃試験の全てにおいて、歩留まりが100%になることが確認された。
以上のことから、面取り部を構成するガラス基板の端面の表面粗さRaを0.06μm以下にすれば、ガラス基板にクラックが発生しにくくなり、配線基板の歩留まりが高くなることが証明された。
(4)配線基板の形状が信頼性に与える影響
まず、測定用サンプルを次のように準備した。上記したサンプル3(厚さ方向から見て円弧状をなす面取り部が形成され、面取り部において樹脂絶縁層の端面がガラス基板の端面よりも引き下がっている配線基板)と、上記したサンプル1(角部に面取り部自体が形成されていない配線基板)とを準備した。また、厚さ方向から見て直線状をなす面取り部(いわゆるC面)が形成され、面取り部において樹脂絶縁層の端面がガラス基板の端面よりも引き下がっている配線基板を準備し、これをサンプル4(比較例3)とした。サンプル4において、ガラス基板の1つの端面を基準とした面取り部の面取り量を0.4mmとした。なお、測定用サンプルは、それぞれ22個ずつ準備した。
次に、各測定用サンプル(サンプル1,3,4)に対して、熱サイクルを複数回付与する熱衝撃試験を行った。そして、熱サイクルが100回、500回、1000回に到達した際に、各測定用サンプルのガラス基板にクラックが発生したか否かを観察した。その後、各測定用サンプル部の歩留まりを算出した。以上の結果を表6に示す。
Figure 2017073424
その結果、サンプル1,4では、熱サイクルが500回及び1000回に到達した際に、歩留まりが100%にならないことが確認された。一方、全てのサンプル1,3,4において、付与される熱サイクルが100回であるときに、歩留まりが100%になることが確認された。特に、サンプル3では、熱サイクルの付与回数が異なる熱衝撃試験の全てにおいて、歩留まりが100%になることが確認された。
以上のことから、厚さ方向から見て円弧状をなす面取り部を形成し、面取り部において、樹脂絶縁層の端面をガラス基板の端面よりも配線基板の中央部側に引き下げれば、ガラス基板にクラックが発生しにくくなり、配線基板の歩留まりが高くなることが証明された。
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態の配線基板10によれば、ガラス基板11とビルドアップ層30,40との熱膨張差に起因する熱応力が角部61に加わったとしても、角部61への応力集中が、面取り部62を設けることによって緩和される。しかも、面取り部62では、樹脂絶縁層31〜33,41〜43の端面22〜27、及び、ソルダーレジスト層38,48の端面28,29が、ガラス基板11の端面21よりも配線基板10の中央部側に引き下がっているため、ガラス基板11の端面21に対する上記した熱応力の応力集中が緩和される。以上の結果、ガラス基板11の端面21に生じた凹部103(図15参照)を起点とするガラス基板11の割れの発生を防止することができる。ゆえに、配線基板10の歩留まりを向上させることができるため、配線基板10の信頼性が向上する。
(2)特開2014−22465号公報に記載の従来技術には、ガラス基板の端面を樹脂によって保護する技術が開示されている。しかしながら、ガラス基板の端面を覆う樹脂が必要になるため、配線基板の製造コストが上昇するという問題がある。一方、本実施形態では、ガラス基板の端面を覆う樹脂を準備しなくても済むため、配線基板10の製造に必要な材料が少なくなり、配線基板10の低コスト化を図ることが可能となる。
(3)本実施形態では、ガラス基板11の熱膨張係数(3.8ppm/℃)が、樹脂絶縁層31〜33,41〜43の熱膨張係数(23ppm/℃)よりも小さくなっている。この場合、ガラス基板11と樹脂絶縁層31,41との熱膨張差に起因する熱応力は、樹脂絶縁層31〜33,41〜43よりも硬いガラス基板11に集中する。その結果、ガラス基板11の変形に起因した、ガラス基板11と樹脂絶縁層31,41との界面の密着性の低下が防止されるため、ガラス基板11からの樹脂絶縁層31,41の剥離(デラミネーション)が発生しにくくなる。なお、ガラス基板11の熱膨張係数が樹脂絶縁層31〜33,41〜43の熱膨張係数よりも大きくなると、ガラス基板11よりも柔らかい樹脂絶縁層31〜33,41〜43に熱応力が集中するため、樹脂絶縁層31〜33,41〜43が変形しやすくなり、ガラス基板11と樹脂絶縁層31,41との界面の密着性が低下するおそれがある。
(4)本実施形態のICチップは、ガラス基板11及びビルドアップ層30,40の真上に配置される。その結果、ICチップと、ガラス基板11及びビルドアップ層30,40とを電気的に接続する導通経路が最短となる。ゆえに、ICチップに対する電源供給をスムーズに行うことができる。また、ICチップと、ガラス基板11及びビルドアップ層30,40との間で侵入するノイズを極めて小さく抑えることができるため、誤動作等の不具合を生じることもなく高い信頼性を得ることができる。
また、ICチップは、高剛性であって、樹脂絶縁層31〜33,41〜43よりも熱膨張係数が小さく、ICチップに熱膨張係数が近いガラス基板11によって支持される。よって、ガラス基板11が変形しにくくなるため、ガラス基板11を備えた配線基板10に実装されるICチップをより安定的に支持できる。従って、大きな熱応力に起因するICチップのクラックや接続不良を防止することができる。ゆえに、ICチップとして、熱膨張差による応力(歪)が大きくなり熱応力の影響が大きく、かつ発熱量が大きく使用時の熱衝撃が厳しい10mm角以上の大型のICチップや、脆いとされるLow−k(低誘電率)のICチップを用いることができる。
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、全ての面取り部62を構成するガラス基板11の端面21が、配線基板10の厚さ方向から見て配線基板10の外周側に突出する円弧状をなしていたが、配線基板10の厚さ方向から見て直線状をなしていてもよい。また、少なくとも1つの面取り部62を構成するガラス基板11の端面21が、配線基板10の厚さ方向から見て円弧状をなすとともに、残りの面取り部62を構成するガラス基板11の端面21が、配線基板10の厚さ方向から見て直線状をなしていてもよい。
・上記実施形態では、スルーホール導体16が、ガラス基板11の主面12側及び裏面13側を導通させる貫通導体として用いられていた。しかし、スルーホール導体16とは異なる導体を貫通導体として用いてもよい。例えば、貫通孔15内をめっきや導電性ペーストで完全に満たすようにして形成した導体を、貫通導体として用いてもよい。
・上記実施形態では、配線基板10のパッケージ形態がBGA(ボールグリッドアレイ)となっているが、BGAのみに限定されず、例えばPGA(ピングリッドアレイ)やLGA(ランドグリッドアレイ)等であってもよい。
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)上記手段1において、前記ガラス基板の厚さが1.0mm以下であることを特徴とする配線基板。
(2)上記手段1において、前記ガラス基板は、前記ガラス基板を厚さ方向に貫通するとともに、前記主面側及び前記裏面側を導通させる貫通導体を有することを特徴とする配線基板。
(3)上記手段1において、前記複数の樹脂絶縁層はソルダーレジスト層を含むことを特徴とする配線基板。
(4)技術的思想(3)において、前記面取り部において、前記ソルダーレジスト層の端面は、前記樹脂絶縁層の端面よりも前記配線基板の中央部側に引き下がっていることを特徴とする配線基板。
(5)上記手段2において、前記面取り部形成工程では、前記多数個取り用配線基板において前記基板形成領域の外形線が交差する部分に対してレーザを照射することにより、前記交差する部分を熱で消失させる加工を行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
10…配線基板
11…ガラス基板
12…ガラス基板の主面
13…ガラス基板の裏面
20…配線基板の側面
21…ガラス基板の端面
22,23,24,25,26,27,28,29…樹脂絶縁層の端面
30…積層部としての主面側ビルドアップ層
31,32,33,41,42,43…樹脂絶縁層
38,48…樹脂絶縁層としてのソルダーレジスト層
40…積層部としての裏面側ビルドアップ層
61…角部
62…面取り部
110…多数個取り用ガラス基板
111…基板形成領域
131…多数個取り用配線基板
L1…基板形成領域の外形線
R1…曲率半径

Claims (7)

  1. 主面及び裏面を有する板状のガラス基板と、前記主面上及び前記裏面上の両方にそれぞれ設けられ、複数の樹脂絶縁層を積層した構造を有する積層部とを備え、厚さ方向から見たときに複数の角部を有する形状をなす配線基板であって、
    前記配線基板の側面に、前記ガラス基板の端面と前記樹脂絶縁層の端面とが露出しており、
    前記複数の角部に面取り部が形成され、
    前記面取り部において、前記樹脂絶縁層の端面は、前記ガラス基板の端面よりも前記配線基板の中央部側に引き下がっている
    ことを特徴とする配線基板。
  2. 前記面取り部を構成する前記ガラス基板の端面は、前記配線基板の厚さ方向から見て前記配線基板の外周側に突出する円弧状をなしていることを特徴とする請求項1に記載の配線基板。
  3. 前記面取り部を構成する前記ガラス基板の端面の曲率半径が、0.3mm以上であることを特徴とする請求項2に記載の配線基板。
  4. 前記面取り部を構成する前記ガラス基板の端面の表面粗さRaが、0.06μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線基板。
  5. 隣接する前記面取り部同士の間において、前記配線基板の側面を構成する前記ガラス基板の端面と、前記配線基板の側面を構成する前記樹脂絶縁層の端面とが面一になっていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の配線基板。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の配線基板を製造する方法であって、
    前記ガラス基板となるべき基板形成領域が平面方向に沿って複数配置された多数個取り用ガラス基板を準備するガラス基板準備工程と、
    前記ガラス基板準備工程後、前記多数個取り用ガラス基板の前記主面上及び前記裏面上の両方にそれぞれ前記積層部が設けられた多数個取り用配線基板を形成する積層部形成工程と
    を含み、
    前記積層部形成工程後、
    前記多数個取り用配線基板において前記配線基板の角部となる部分を非機械的に除去する加工を行うことにより、前記面取り部を形成する面取り部形成工程と、
    前記多数個取り用配線基板を前記基板形成領域の外形線に沿って機械的な加工を行うことにより、複数の前記配線基板に分割する分割工程と
    を行うことを特徴とする配線基板の製造方法。
  7. 前記面取り部形成工程後に前記分割工程を行うことを特徴とする請求項6に記載の配線基板の製造方法。
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