JPH04196392A - 薄膜配線回路用はんだ付け電極 - Google Patents
薄膜配線回路用はんだ付け電極Info
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- JPH04196392A JPH04196392A JP2322812A JP32281290A JPH04196392A JP H04196392 A JPH04196392 A JP H04196392A JP 2322812 A JP2322812 A JP 2322812A JP 32281290 A JP32281290 A JP 32281290A JP H04196392 A JPH04196392 A JP H04196392A
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Classifications
-
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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-
- H—ELECTRICITY
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Multi-Conductor Connections (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は薄膜配線回路の構成に係り、特にマイクロソル
ダリングと呼ばれる微小電極のはんだ付けに好適な電極
を備えた薄膜配線回路に関するものである。
ダリングと呼ばれる微小電極のはんだ付けに好適な電極
を備えた薄膜配線回路に関するものである。
[従来の技術]
従来の配線回路基板におけるはんだ付け電極の端子構造
の一例を第1図及び第3図で説明する。
の一例を第1図及び第3図で説明する。
第1図は絶縁性基板上に形成された薄膜多層配線回路の
一例で、この配線基板上にははんだ付けによってLSI
などの半導体素子が接続実装されるため、配線上には接
続端子となるはんだ付け電極が形成される。第3図はこ
の電極部を示す第1図A部の詳細断面図である。薄膜配
線回路は絶縁性基板1上にアルミニウム(A ] )
、 銅(Cu ) すど固有抵抗の小さい導体材料から
なる主要配線導体2(21,22,23)をパターン形
成し、層間絶縁層3(31,32,33)のスルーホー
ルを界して多層に構成された一般的な構造の場合であり
、最上層にはんだ接続を行う電極端子4が形成されLS
Iなどの半導体素子5側から提供されるはんだ6で溶融
接続される。
一例で、この配線基板上にははんだ付けによってLSI
などの半導体素子が接続実装されるため、配線上には接
続端子となるはんだ付け電極が形成される。第3図はこ
の電極部を示す第1図A部の詳細断面図である。薄膜配
線回路は絶縁性基板1上にアルミニウム(A ] )
、 銅(Cu ) すど固有抵抗の小さい導体材料から
なる主要配線導体2(21,22,23)をパターン形
成し、層間絶縁層3(31,32,33)のスルーホー
ルを界して多層に構成された一般的な構造の場合であり
、最上層にはんだ接続を行う電極端子4が形成されLS
Iなどの半導体素子5側から提供されるはんだ6で溶融
接続される。
この時の電極端子は、第3図のようであり薄膜で形成さ
れる場合は、−船釣にウェットエツチングによって加工
されるため、電極端子を構成する下層の接着用金属層4
】が上層の拡散防止層42酸化防止層43よりサイドエ
ツチングの発生によってパターンが小さく加工される。
れる場合は、−船釣にウェットエツチングによって加工
されるため、電極端子を構成する下層の接着用金属層4
】が上層の拡散防止層42酸化防止層43よりサイドエ
ツチングの発生によってパターンが小さく加工される。
通常では、電極4の構成材料は接着金属層41として、
クロム(Or)、チタン(T i ) 、チタン−タン
グステン(Ti−W)など、拡散防止用金属層42とし
て、銅(Cu)、ニッケルN<i)及びこれらの合金系
など、酸化防止層43として金(Au)などを積層した
構造が一般的で、広く適用されているが、これらの材料
を一括でエツチング処理できないことから、このサイド
エッチ(図中 △Wで表示)が数μm〜数10 p m
発生する。
クロム(Or)、チタン(T i ) 、チタン−タン
グステン(Ti−W)など、拡散防止用金属層42とし
て、銅(Cu)、ニッケルN<i)及びこれらの合金系
など、酸化防止層43として金(Au)などを積層した
構造が一般的で、広く適用されているが、これらの材料
を一括でエツチング処理できないことから、このサイド
エッチ(図中 △Wで表示)が数μm〜数10 p m
発生する。
また、薄膜多層配線回路の層間絶縁層3(31,32,
33)としては、各主要配線導体2(21,22,23
)の膜厚が比較的厚い場合など、カバレージ性(被覆性
)及び平坦性を考慮して、スピン塗布による形成が簡便
なポリイミド樹脂などの有機材料を適用することが多い
。この構成で前記電極端子4を形成した場合、接着金属
層41が有機膜上で基本的に十分な接着性が得難く、接
続した端子をビーリングなどで剥離すると、本来ではけ
んだ6で破断すべきものが接着金属層41と有機絶縁層
3との界面剥離が大半を占めるように、接続強度が低く
接続信頼性が不十分となる。これらの傾向は高融点金属
からなる接着金属層41を含め構成材料の内部応力が比
較的大きな引っ張り応力を有している点、また同時に、
溶融したはんだ金属6が有機絶縁層3膜面にも接触した
状態となるほど、はんだの濡れ状態も電極端子ごとに不
均一(不揃い)となり易く、はんだの張力もこの部分に
集中することなどを考慮するとさらに顕著になる。これ
らは電極端子4のパターン形状がサイドエッチの発生に
よって、有機絶縁層3との接着領域(面積)が実質小さ
くなったことが主要原因の一つで、端子構造の最適化が
望ましい。
33)としては、各主要配線導体2(21,22,23
)の膜厚が比較的厚い場合など、カバレージ性(被覆性
)及び平坦性を考慮して、スピン塗布による形成が簡便
なポリイミド樹脂などの有機材料を適用することが多い
。この構成で前記電極端子4を形成した場合、接着金属
層41が有機膜上で基本的に十分な接着性が得難く、接
続した端子をビーリングなどで剥離すると、本来ではけ
んだ6で破断すべきものが接着金属層41と有機絶縁層
3との界面剥離が大半を占めるように、接続強度が低く
接続信頼性が不十分となる。これらの傾向は高融点金属
からなる接着金属層41を含め構成材料の内部応力が比
較的大きな引っ張り応力を有している点、また同時に、
溶融したはんだ金属6が有機絶縁層3膜面にも接触した
状態となるほど、はんだの濡れ状態も電極端子ごとに不
均一(不揃い)となり易く、はんだの張力もこの部分に
集中することなどを考慮するとさらに顕著になる。これ
らは電極端子4のパターン形状がサイドエッチの発生に
よって、有機絶縁層3との接着領域(面積)が実質小さ
くなったことが主要原因の一つで、端子構造の最適化が
望ましい。
以上、従来技術のはんだ接続用電極端子の構成は例えば
、ファクシミリ用感熱記録ヘッドなどに適用された事例
が多く、rcMoSドライバ搭載形高搭載形態精細感熱
記録ヘッド論 Vol、67隘7」にも見受けられる。
、ファクシミリ用感熱記録ヘッドなどに適用された事例
が多く、rcMoSドライバ搭載形高搭載形態精細感熱
記録ヘッド論 Vol、67隘7」にも見受けられる。
これらは上記の課題を有しており、さらに、接続信頼性
の点で改善が必要である。
の点で改善が必要である。
上記従来技術は有機層間膜を適用した薄膜多層配線回路
基板に半導体素子などを接続実装するためのはんだ付け
電極端子の構造に配慮がされておらず、接続信頼性の面
で問題があった。
基板に半導体素子などを接続実装するためのはんだ付け
電極端子の構造に配慮がされておらず、接続信頼性の面
で問題があった。
本発明は、積層された薄膜からなるはんだ付け電極端子
の構造を改善し、はんだの濡れ状態を均一にし、かつ、
接続信頼性を向上することを目的とする。
の構造を改善し、はんだの濡れ状態を均一にし、かつ、
接続信頼性を向上することを目的とする。
上記目的は、はんだ付け電極端子の下地層である接着金
属層のパターン形状を積層された上層の拡散防止層及び
酸化防止層の寸法より大きくすることで達成される。接
着金属層パターンの大きさは、好ましくははんだ接続を
行う拡散防止層及び酸化防止層の寸法形状より、1.5
〜2倍と設計上許容される範囲で大きくすることが望ま
しく、界面となく有機膜面との接着面積を拡大せしめ、
素子から供給されるはんだの接続が接着金属層で規制さ
れ、拡散防止層及び酸化防止層のパターンにのみ均一に
濡れた状態となり、接続強度の増加と同時に信頼性が向
上する。
属層のパターン形状を積層された上層の拡散防止層及び
酸化防止層の寸法より大きくすることで達成される。接
着金属層パターンの大きさは、好ましくははんだ接続を
行う拡散防止層及び酸化防止層の寸法形状より、1.5
〜2倍と設計上許容される範囲で大きくすることが望ま
しく、界面となく有機膜面との接着面積を拡大せしめ、
素子から供給されるはんだの接続が接着金属層で規制さ
れ、拡散防止層及び酸化防止層のパターンにのみ均一に
濡れた状態となり、接続強度の増加と同時に信頼性が向
上する。
マイクロソルダリング用として形成される微小電極の構
造で特に、拡散防止層の膜厚は、はんだの溶融に対して
安定に濡れるだけの膜厚が必要で例えば通常用いられる
銅(Cu)の場合には1回の溶融に対して約1μmが喰
われるため〜数μmの膜厚が必要となる。これらは対象
とするデバイスの仕様で様々なメタライズ構成で対応が
できるが電極端子は十分に安定であることが重要である
。
造で特に、拡散防止層の膜厚は、はんだの溶融に対して
安定に濡れるだけの膜厚が必要で例えば通常用いられる
銅(Cu)の場合には1回の溶融に対して約1μmが喰
われるため〜数μmの膜厚が必要となる。これらは対象
とするデバイスの仕様で様々なメタライズ構成で対応が
できるが電極端子は十分に安定であることが重要である
。
ビーリングテストによる評価では通常はんだ/はんだ部
で破断するのが一般的なモードであるが下地膜との接着
状態が不完全な場合はこの界面で剥離することがある。
で破断するのが一般的なモードであるが下地膜との接着
状態が不完全な場合はこの界面で剥離することがある。
本発明の有機膜を適用した多層膜構造の場合などでも、
このモードが発生しやすく、接続強度が低くなる。この
対策としては下地層との接着面積を拡大することが最も
簡便な方法で、電極端子を構成する薄膜の形成条件(ス
パッタリング条件)の適正化と併せて、接続信頼性の改
善が可能となる。以下は、実験で得られた実績値で、は
んだ金属組成 90Pb/10Snの素子をリフロー接
続(リフロー温度 〜310℃)した後、素子単位でピ
ーリングを行った結果従来技術の電極構造では、端子外
径 100t、Lmφの場合、50〜80g/はんだポ
ールの強度が得られた。これに対して、下地接着金属層
のパターン形状を拡大した(各層の構成材料、拡散防止
層/酸化防止層のパターン形状は同等)場合では、接着
金属層の外径:150μmφの場合、80〜100g/
はんだポール、外径 200μmφの場合、90−11
0g/はんだポールと素子単位では強度の改善が図られ
た。またこの時の破断モードは有機膜上の界面剥離が低
減し、はんだ破断が支配的な良好な接続性が得られた。
このモードが発生しやすく、接続強度が低くなる。この
対策としては下地層との接着面積を拡大することが最も
簡便な方法で、電極端子を構成する薄膜の形成条件(ス
パッタリング条件)の適正化と併せて、接続信頼性の改
善が可能となる。以下は、実験で得られた実績値で、は
んだ金属組成 90Pb/10Snの素子をリフロー接
続(リフロー温度 〜310℃)した後、素子単位でピ
ーリングを行った結果従来技術の電極構造では、端子外
径 100t、Lmφの場合、50〜80g/はんだポ
ールの強度が得られた。これに対して、下地接着金属層
のパターン形状を拡大した(各層の構成材料、拡散防止
層/酸化防止層のパターン形状は同等)場合では、接着
金属層の外径:150μmφの場合、80〜100g/
はんだポール、外径 200μmφの場合、90−11
0g/はんだポールと素子単位では強度の改善が図られ
た。またこの時の破断モードは有機膜上の界面剥離が低
減し、はんだ破断が支配的な良好な接続性が得られた。
以下、本発明の一実施例を第1図、第2図及び第4図に
より説明する。第1図は絶縁性基板上に形成された薄膜
多層配線回路の一例で、従来技術と基本的な構成は同一
である。第2図は第1図A部の詳細断面図で、薄膜多層
配線回路上に接続実装される半導体素子などを接続する
はんだ付け電極部の詳細を示してしる。第4図は基板上
に実装した半導体素子の接続強度の測定結果を表す特性
図である。薄膜配線回路はアルミナセラミックスなどの
絶縁性基板1上にアルミニウム(A1)、銅(Cu)な
ど固有抵抗の小さい導体材料からなる主要配線導体2(
21,22,23)をパターン形成し、ポリイミド樹脂
などの有機材料からなる層間絶縁層3(31,32,3
3)のスルーホールを界して多層に構成された一般的な
構造の場合であり、最上層にはんだ接続を行う電極端子
4が形成されLSIなどの半導体素子5側から供給され
るはんだ6で溶融接続される。薄膜多層配線の概要は主
要配線導体2(21,22,23)としてアルミニウム
(Aり、膜厚2.0μm、層間絶縁層3(31,32,
33)としてポリイミド樹脂、膜厚80μmを各層に形
成した。はんだ付け電極端子4の詳細は、接着金属層4
1としてクロム(Cr)、拡散防止用金属42として、
銅(Cu)、酸化防止層43として金(Au)をスパッ
タリングによって形成し、それぞれ0. 1μrn/4
.OAlmlo、05μmの膜厚である。
より説明する。第1図は絶縁性基板上に形成された薄膜
多層配線回路の一例で、従来技術と基本的な構成は同一
である。第2図は第1図A部の詳細断面図で、薄膜多層
配線回路上に接続実装される半導体素子などを接続する
はんだ付け電極部の詳細を示してしる。第4図は基板上
に実装した半導体素子の接続強度の測定結果を表す特性
図である。薄膜配線回路はアルミナセラミックスなどの
絶縁性基板1上にアルミニウム(A1)、銅(Cu)な
ど固有抵抗の小さい導体材料からなる主要配線導体2(
21,22,23)をパターン形成し、ポリイミド樹脂
などの有機材料からなる層間絶縁層3(31,32,3
3)のスルーホールを界して多層に構成された一般的な
構造の場合であり、最上層にはんだ接続を行う電極端子
4が形成されLSIなどの半導体素子5側から供給され
るはんだ6で溶融接続される。薄膜多層配線の概要は主
要配線導体2(21,22,23)としてアルミニウム
(Aり、膜厚2.0μm、層間絶縁層3(31,32,
33)としてポリイミド樹脂、膜厚80μmを各層に形
成した。はんだ付け電極端子4の詳細は、接着金属層4
1としてクロム(Cr)、拡散防止用金属42として、
銅(Cu)、酸化防止層43として金(Au)をスパッ
タリングによって形成し、それぞれ0. 1μrn/4
.OAlmlo、05μmの膜厚である。
この電極端子4のパターン化は、はんだ接続面となる酸
化防止層43/拡散防止用金属層42の形成、接着金属
層41の形成と2回のフォトリソ工程で行い、それぞれ
ウェットエツチングで処理した。この時酸化防止層43
/拡散防止用金属層42のAu/Cuはヨー素系のエツ
チング液で同時にエツチング処理が可能で、接着金属層
41のOrはフェリシアン系のエツチング液を使用した
。
化防止層43/拡散防止用金属層42の形成、接着金属
層41の形成と2回のフォトリソ工程で行い、それぞれ
ウェットエツチングで処理した。この時酸化防止層43
/拡散防止用金属層42のAu/Cuはヨー素系のエツ
チング液で同時にエツチング処理が可能で、接着金属層
41のOrはフェリシアン系のエツチング液を使用した
。
酸化防止層43/拡散防止用金属層42の加工形状(図
中・WOで表示)は100μmφ、接着金属層41の加
工形状(図中:Wlで表示)は150μmφである。
中・WOで表示)は100μmφ、接着金属層41の加
工形状(図中:Wlで表示)は150μmφである。
以上の電極端子4を形成した薄膜配線回路基板上に半導
体素子5をはんだフラックスを塗布した後、位置合わせ
を行いはんだ溶融接続法により実装した。処理条件はり
フロー温度 M a x 310”C(280’C1分
)である。
体素子5をはんだフラックスを塗布した後、位置合わせ
を行いはんだ溶融接続法により実装した。処理条件はり
フロー温度 M a x 310”C(280’C1分
)である。
上記工程で作成した半導体素子5の接続性評価手段とし
て、ビーリングテストによる接続強度の測定を行った。
て、ビーリングテストによる接続強度の測定を行った。
その結果を第4図に示す。電極端子4の大きさは100
μmφである。接着金属層4】の大きさを拡大すること
によって、特に接続点数の多い半導体素子単位では大幅
な接続強度の改善が実現できる。また、この時の破断面
もはんだ界面のモードが支配的な結果となり、安定な接
続状態が実現できていることがわかった。こilははん
だの濡れ状態が下地接着金属層41で規制されるため、
均一なポール形状となり、また接着金属層41の拡大化
で局部的な張力の集中を低減できたことによる効果であ
る。
μmφである。接着金属層4】の大きさを拡大すること
によって、特に接続点数の多い半導体素子単位では大幅
な接続強度の改善が実現できる。また、この時の破断面
もはんだ界面のモードが支配的な結果となり、安定な接
続状態が実現できていることがわかった。こilははん
だの濡れ状態が下地接着金属層41で規制されるため、
均一なポール形状となり、また接着金属層41の拡大化
で局部的な張力の集中を低減できたことによる効果であ
る。
本発明のはんだ付け電極の構造によれば、有機膜材料か
らなる絶縁膜上に十分安定な接着性が得られ、接続強度
の改善がなされる。これは薄膜で積層された電極端子の
下地層となる接着金属層のパターン形状の大きさを、は
んだ濡れ面となる上層の酸化防止層/拡散防止金属層よ
り大きな形状としたことで下地面との接着領域(面積)
を拡大し、接続強度の増加を図った。また同時に、はん
だの濡れ面積を接着金属層で規制できるため多数の接続
点において、均一な接続性が得られ、半導体素子などL
SIチップの接続信頼性の向上がなされる。
らなる絶縁膜上に十分安定な接着性が得られ、接続強度
の改善がなされる。これは薄膜で積層された電極端子の
下地層となる接着金属層のパターン形状の大きさを、は
んだ濡れ面となる上層の酸化防止層/拡散防止金属層よ
り大きな形状としたことで下地面との接着領域(面積)
を拡大し、接続強度の増加を図った。また同時に、はん
だの濡れ面積を接着金属層で規制できるため多数の接続
点において、均一な接続性が得られ、半導体素子などL
SIチップの接続信頼性の向上がなされる。
第1図は本発明及び従来技術における薄膜多層配線回路
基板に半導体素子が接続実装された概要を示す断面構造
図。第2図は本発明のはんだ付け電極の構造を示し、第
1図A部のはんだ付け電極の詳細を示す断面構造図。第
3図は従来技術のはんだ付け電極の構造を示し、第1図
A部のはんだ付け電極の詳細を示す断面構造図。第4図
は本発明の効果を示すはんだ接続強度の測定結果の特性
図である。 1−絶縁性基板、 2・・・配線導体(21,22,23)、3 ・層間絶
縁層(3]、32.33)、4 ・はんだ付け電極 41・接着金属層、42 ・拡散防止用金属層、43・
・酸化防止層 5−・半導体素子、6・はんだ。 一¥、/ 図 隼 2 図 享 3 図 亮4図 下旭接塵令風層の太ご之Wt(μt)
基板に半導体素子が接続実装された概要を示す断面構造
図。第2図は本発明のはんだ付け電極の構造を示し、第
1図A部のはんだ付け電極の詳細を示す断面構造図。第
3図は従来技術のはんだ付け電極の構造を示し、第1図
A部のはんだ付け電極の詳細を示す断面構造図。第4図
は本発明の効果を示すはんだ接続強度の測定結果の特性
図である。 1−絶縁性基板、 2・・・配線導体(21,22,23)、3 ・層間絶
縁層(3]、32.33)、4 ・はんだ付け電極 41・接着金属層、42 ・拡散防止用金属層、43・
・酸化防止層 5−・半導体素子、6・はんだ。 一¥、/ 図 隼 2 図 享 3 図 亮4図 下旭接塵令風層の太ご之Wt(μt)
Claims (2)
- 1.配線回路上に半導体素子などがはんだ付けによって
接続実装された多層構造を有する薄膜配線回路において
、該半導体素子を接続する薄膜配線回路上の電極端子の
構造が、下地層から接着金属層、拡散防止用金属層、酸
化防止層と積層された構成で、かつ、接着金属層のパタ
ーン形状を積層された上層の拡散防止用金属層、酸化防
止層のパターン形状より1.5〜2.0倍広い(大きい
)形状とすることで、下地となる層間絶縁膜との接着領
域を拡大し、はんだ接続強度を向上したことを特徴とす
る薄膜配線回路用はんだ付け電極。 - 2.請求項第1項に記載された薄膜配線回路用はんだ付
け電極が接着金属層として、クロム(Cr),チタン(
Ti),チタン−タングステン(Ti−W)の中から選
ばれた1種類の金属層、拡散防止用金属層として、銅(
Cu)、ニッケル(Ni)及びこれらの合金系の中から
選ばれた1種類の金属層、酸化防止層として金(Au)
が積層された構造であることを特徴とする薄膜配線回路
用はんだ付け電極。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2322812A JPH04196392A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 薄膜配線回路用はんだ付け電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2322812A JPH04196392A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 薄膜配線回路用はんだ付け電極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04196392A true JPH04196392A (ja) | 1992-07-16 |
Family
ID=18147892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2322812A Pending JPH04196392A (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 薄膜配線回路用はんだ付け電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04196392A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0730242A (ja) * | 1993-07-14 | 1995-01-31 | Nec Corp | 薄膜回路基板 |
JPH09232742A (ja) * | 1996-02-28 | 1997-09-05 | Hitachi Ltd | 電子回路装置の製造方法 |
JP2006156996A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-06-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 半導体部品付き配線基板 |
JP2007103816A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Nec Electronics Corp | 配線基板および電子回路装置 |
JP2007103840A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Nec Electronics Corp | 電子回路装置の製造方法 |
US7825513B2 (en) | 2007-09-04 | 2010-11-02 | Panasonic Corporation | Electrode structure in semiconductor device and related technology |
KR101005504B1 (ko) * | 2002-09-17 | 2011-01-04 | 신꼬오덴기 고교 가부시키가이샤 | 배선 기판의 제조 방법 |
US9545016B2 (en) | 2014-04-21 | 2017-01-10 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Wiring substrate and method for manufacturing wiring substrate |
JP2021044087A (ja) * | 2019-09-06 | 2021-03-18 | 帝国通信工業株式会社 | 回路基板 |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP2322812A patent/JPH04196392A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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