JP7700526B2 - Glass wiring substrate and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス配線基板及びガラス配線基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a glass wiring substrate and a method for manufacturing a glass wiring substrate.
近年、電子機器の高機能化及び小型化が進んでいる。これに伴い、電子機器に搭載される半導体モジュールの高密度化が要求されている。このような要求に応えるために、半導体チップを実装するための配線基板の配線密度を高めることが検討されている。 In recent years, electronic devices have become more functional and smaller. This has led to a demand for higher density semiconductor modules mounted on electronic devices. In order to meet this demand, efforts are being made to increase the wiring density of wiring boards on which semiconductor chips are mounted.
配線基板に含まれるコア材としては、一般的にガラスエポキシ樹脂が用いられている(特許文献1)。近年、コア材としてガラス板を用いたガラス配線基板が注目されている。 Glass epoxy resin is generally used as the core material in wiring boards (Patent Document 1). In recent years, glass wiring boards that use a glass plate as the core material have been attracting attention.
ガラス板は、ガラスエポキシ樹脂からなるコア材と比較して、より高い平滑度を実現できる。そのため、ガラス配線基板では、超微細配線の形成が可能である。それゆえ、ガラス配線基板を用いると、高密度な実装が可能になる。 Glass plates can achieve a higher degree of smoothness than core materials made of glass epoxy resin. This makes it possible to form ultra-fine wiring on glass wiring boards. Therefore, the use of glass wiring boards makes high-density mounting possible.
また、ガラス板の20℃乃至260℃の温度範囲における線膨張係数(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)は、シリコン基板を用いた半導体チップの20℃乃至260℃の温度範囲における線膨張係数とほぼ一致する。それゆえ、ガラス配線基板を用いると、残留応力が小さな実装が可能である。 The coefficient of thermal expansion (CTE) of a glass plate in the temperature range of 20°C to 260°C is almost the same as the coefficient of thermal expansion of a semiconductor chip using a silicon substrate in the temperature range of 20°C to 260°C. Therefore, the use of a glass wiring substrate allows for mounting with little residual stress.
さらに、ガラス配線基板は、シリコンインターポーザよりも誘電正接(tanδ)が低く、高速伝送に優れている。 In addition, glass wiring substrates have a lower dielectric tangent (tan δ) than silicon interposers, making them excellent for high-speed transmission.
以上のことから、ガラス配線基板は、高性能な電子機器に搭載される半導体モジュールの配線基板の一つとして注目されている。 For these reasons, glass wiring substrates are attracting attention as one of the wiring substrates for semiconductor modules mounted in high-performance electronic devices.
ガラス配線基板は、ガラス板上に導体層が形成されたものである。ガラス配線基板として、図1に示すようなガラス板10上にコンデンサを形成したガラス配線基板1が提案されている。
A glass wiring board is a board in which a conductor layer is formed on a glass plate. As a glass wiring board, a
図1に示すガラス配線基板1は、チタンスパッタ層M101と銅スパッタ層M102と電解銅めっき層M103からなる導体層M100と、チタンスパッタ層M201と銅スパッタ層M202と電解銅めっき層M203からなる導体層M200と、誘電体層DEと、チタンスパッタ層M301と銅スパッタ層M302と電解銅めっき層M303からなる導体層M300と、樹脂層ILとを備える。導体層M100は配線又はパッドとして機能する。導体層M200と誘電体層DEと導体層M300はコンデンサを成し、導体層M200は下電極として機能し、導体層M300は上電極として機能する。なお、チタンスパッタは各層間の密着性確保、銅スパッタは電解銅めっき層形成時のシード層として活用するのが目的である。
The
ここで、導体層M100と導体層M200と誘電体層DEと導体層M300の総厚tは、およそ30μmとなるが、この場合、導体層M100と導体層M200と誘電体層DEと導体層M300の中で支配的な銅と、ガラス板10との線膨張係数の差(銅:17ppm/K、ガラス:3ppm/K)により、図1に示す、導体層とガラス板が接する部分の端部P1でガラスにクラックが発生することがあった。端部P1でガラスにクラックが入るのは、導体層M100と導体層M200と誘電体層DEと導体層M300の応力がガラス板に作用するためである。 Here, the total thickness t of the conductor layers M100, M200, DE, and M300 is approximately 30 μm. In this case, due to the difference in the linear expansion coefficient between the copper that is dominant in the conductor layers M100, M200, DE, and M300, and the glass plate 10 (copper: 17 ppm/K, glass: 3 ppm/K), cracks may occur in the glass at the end P1 where the conductor layers and the glass plate contact as shown in FIG. 1. The glass cracks at the end P1 because the stresses of the conductor layers M100, M200, DE, and M300 act on the glass plate.
そこで、本発明は、ガラス配線基板において、ガラス板上に形成された導体層の端部におけるガラスクラックの発生を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a technology that can suppress the occurrence of glass cracks at the ends of a conductor layer formed on a glass plate in a glass wiring substrate.
上記の課題を解決するために、代表的な本発明のガラス配線基板の一つは、ガラス板と、ガラス板上に形成された導体層とを備える。そして、導体層は、ガラス板側から第1の金属層と第2の金属層と第3の金属層と第4の金属層とが順次積層された構造を有し、断面視において、第4の金属層の幅が、第1の金属層の幅、第2の金属層の幅、第3の金属層の幅よりも狭い。 In order to solve the above problem, one representative glass wiring substrate of the present invention comprises a glass plate and a conductor layer formed on the glass plate. The conductor layer has a structure in which a first metal layer, a second metal layer, a third metal layer, and a fourth metal layer are laminated in order from the glass plate side, and in a cross-sectional view, the width of the fourth metal layer is narrower than the width of the first metal layer, the width of the second metal layer, and the width of the third metal layer.
本発明によると、ガラス配線基板において、ガラス板上に形成された導体層の端部におけるガラスクラックの発生を抑制することができる。 The present invention makes it possible to suppress the occurrence of glass cracks at the ends of a conductor layer formed on a glass plate in a glass wiring substrate.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiment of the invention below.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する各部分には、同一符号を用いて、重複する説明は省略する。本開示において、「金属層の幅」は、ガラス板の主面に垂直な断面における金属層の一端から他端までの長さを意味する。例えば、図3に示されたコンデンサが積層されるパッドとして機能する導体層M10の第1の金属層M11の幅は、一端aから他端bまでの長さであり、貫通孔THの周囲に形成されたパッドとして機能する導体層の第1の金属層M11の幅は、一端cから他端dまでの長さである。図2に示された2つのパッドを接続する配線として機能する導体層を構成する金属層の幅は長手方向に垂直な方向の長さである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. In the following description, the same elements or parts having the same functions are denoted by the same reference numerals, and duplicated descriptions are omitted. In this disclosure, the "width of the metal layer" means the length from one end to the other end of the metal layer in a cross section perpendicular to the main surface of the glass plate. For example, the width of the first metal layer M11 of the conductor layer M10 functioning as a pad on which the capacitor shown in FIG. 3 is stacked is the length from one end a to the other end b, and the width of the first metal layer M11 of the conductor layer functioning as a pad formed around the through hole TH is the length from one end c to the other end d. The width of the metal layer constituting the conductor layer functioning as the wiring connecting the two pads shown in FIG. 2 is the length perpendicular to the longitudinal direction.
図2は、本発明の一実施形態に係るガラス配線基板の一部を概略的に示す平面図である。図2に示すように、ガラス配線基板2は、貫通孔THを有するガラス板10と、導体層ML1と、導体層ML2とからなる。なお、導体層ML1は、図2には示されない導体層又は層間ビアとともに、所望の回路を成してもよい。
Figure 2 is a plan view that shows a schematic diagram of a portion of a glass wiring substrate according to one embodiment of the present invention. As shown in Figure 2, the
図3は、図2に示すガラス配線基板2のF2-F2線に沿った断面図である。図3は、導体層ML1のうちコンデンサが積層されるパッドとして機能する導体層M10と、導体層ML2のうち貫通孔THの周囲に形成されたパッドとして機能する部分に本発明が適用された場合の断面図である。本発明が適用された導体層は、第1の金属層M11(以下、金属層M11)と第2の金属層M12(以下、金属層M12)と第3の金属層M13(以下、金属層M13)と第4の金属層M14(以下、金属層M14)とからなる。図2に示された導体層ML2のうち2つのパッドを接続する配線として機能する部分にも本発明が適用される。
Figure 3 is a cross-sectional view taken along line F2-F2 of the
図1に示された導体層M200と誘電体層DEと導体層M300と同様に、図3に示された導体層M20と誘電体層DEと導体層M30はコンデンサを成し、導体層M20は、金属層M21と金属層M22と金属層M23とからなり、導体層M30は、金属層M31と金属層M32と金属層M33とからなる。ガラス配線基板2は、貫通孔TH内が樹脂層ILにより充填されている。
Similar to the conductor layer M200, dielectric layer DE, and conductor layer M300 shown in FIG. 1, the conductor layer M20, dielectric layer DE, and conductor layer M30 shown in FIG. 3 form a capacitor, with the conductor layer M20 consisting of metal layers M21, M22, and M23, and the conductor layer M30 consisting of metal layers M31, M32, and M33. In the
また、図4に示すように、ガラス配線基板2は、貫通孔TH内が金属層M14によって充填されていてもよい。なお、ガラス配線基板2は、図3と図4には示されない触媒層を含むことがある。
Also, as shown in FIG. 4, the through holes TH of the
ガラス板10は、典型的には、光透過性を有する。ガラス板10を構成するガラス材料の成分及びその配合比率は特に限定されない。ガラス板10としては、例えば、無アルカリガラス、アルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、サファイアガラス、感光性ガラスなど、ケイ酸塩を主成分とするガラスを用いることができる。ガラス板10としては、半導体パッケージ及び半導体モジュールに用いられるという観点からは、無アルカリガラスを用いることが望ましい。無アルカリガラスに含まれるアルカリ成分の含有率は、0.1質量%以下であることが好ましい。
The
ガラス板10の厚さは、貫通孔THの形成容易性や製造時のハンドリング性を考慮すると、0.1mm以上0.8mm以下の範囲内にあることが好ましいが、貫通孔THの形成が不要な場合、厚みは特に限定されない。
Considering the ease of forming the through holes TH and the ease of handling during manufacturing, the thickness of the
ガラス板10の製造方法としては、例えば、フロート法、ダウンドロー法、フュージョン法、アップドロー法、ロールアウト法などが挙げられる。ガラス板10は、いずれの方法によって作製されたものを用いてもよい。
Methods for manufacturing the
ガラス板10の線膨張係数は、20℃乃至260℃の温度範囲において、0.5×10-6/K以上15.0×10-6/K以下の範囲内にあることが好ましく、1×10-6/K以上8.0×10-6/K以下の範囲内にあることがより好ましく、1×10-6/K以上4.0×10-6/K以下の範囲内にあることが更に好ましい。ガラス板10の線膨張係数がこの範囲内にあると、ガラス配線基板2上に表面実装されるシリコン基板を用いた半導体チップの線膨張係数との差が小さい傾向にある。なお、線膨張係数とは、温度の上昇に対応して長さが変化する割合を意味している。
The linear expansion coefficient of the
ガラス板10の少なくとも一方の主面は、機能層を備えていてもよい。機能層としては、例えば、微粒子を含む反射防止層、赤外線吸収剤を含む赤外線遮蔽層、ハードコート材料を含む強度付与層、帯電防止剤を含む帯電防止層、着色剤を含む着色層、光学薄膜を含む光学フィルタ層、光散乱膜を含むテクスチャ制御層、アンチグレア層などを挙げることができる。このような機能層は、例えば、蒸着法、スパッタ法、ウエット方式などの表面処理技術によって形成することができる。
At least one of the main surfaces of the
ガラス板10は貫通孔THを具備していてもよい。貫通孔の長さ方向に対して平行な断面の形状は、長方形であってもよく、Xシェイプ、すなわち、貫通孔のトップ径及びボトム径に対して、中央部の径がより小さい形状であってもよく、テーパ状、すなわち、貫通孔のトップ径に対してボトム径がより小さい形状であってもよく、Oシェイプ、すなわち、貫通孔のトップ径及びボトム径に対して、中央部の径がより大きい形状であってもよく、その他の形状であってもよい。貫通孔の長さ方向に対して垂直な断面の形状は、円形であってもよく、楕円形であってもよく、多角形であってもよい。
The
図5は、図3、図4に示す導体層ML1の拡大図である。図5に示すように、導体層M10を段差形状とすることにより、導体層M20と導体層M30と金属層M14の応力がガラス板10と樹脂層ILとに分散して作用し、導体層とガラス板が接する部分の端部P2でのガラスクラックを抑制することができる。
Figure 5 is an enlarged view of the conductor layer ML1 shown in Figures 3 and 4. As shown in Figure 5, by forming the conductor layer M10 in a stepped shape, the stresses of the conductor layers M20, M30, and the metal layer M14 act in a distributed manner on the
このような形状を構成するため、金属層M11と、金属層M12と、金属層M13と、金属層M14の酸性エッチング剤中でのエッチング速度の関係はM14>M12>M13>>M11にする必要がある。このようなエッチング速度の差異により、製造工程における金属層M12をエッチング除去する際に、本実施形態に係る図5に示した段差形状を得ることができる。具体的には、この段差形状とは、金属層M14の幅L-M14が、金属層M11の幅L-M11、金属層M12の幅L-M12、金属層M13の幅L-M13よりも狭い(L-M14<L-M11、L-M12、L-M13)形状を成したものである。 To achieve this shape, the relationship of the etching rates of metal layers M11, M12, M13, and M14 in an acidic etching agent must be M14>M12>M13>>M11. Due to this difference in etching rate, when the metal layer M12 is etched away in the manufacturing process, the step shape shown in FIG. 5 according to this embodiment can be obtained. Specifically, this step shape is one in which the width L-M14 of metal layer M14 is narrower than the width L-M11 of metal layer M11, the width L-M12 of metal layer M12, and the width L-M13 of metal layer M13 (L-M14<L-M11, L-M12, L-M13).
金属層M11と金属層M12と金属層M13と金属層M14は酸性エッチング剤中でのエッチング速度の関係がM14>M12>M13>>M11であれば、どのような金属を選択してもよいが、金属層M11は、ガラスとの密着性確保と酸性エッチング剤中で難溶解性を示すチタンが望ましく、チタンよりなる金属層M11、金属層M13との密着性を考慮して、金属層M12は銅を選択するのが望ましい。金属層M11、金属層M12は、製造容易性、製造コストを考慮して、スパッタ法により形成されるのが望ましい。また、金属層M11、金属層M12、金属層M13、金属層M14中で最も膜厚が厚い金属層M14は、配線抵抗や製造容易性、製造コストを考慮して、電解めっき法により形成した銅であることが望ましい。 Any metal may be selected for the metal layers M11, M12, M13, and M14 as long as the etching speed relationship in the acidic etching agent is M14>M12>M13>>M11. However, the metal layer M11 is preferably titanium, which ensures adhesion to glass and is difficult to dissolve in the acidic etching agent, and the metal layer M12 is preferably copper, taking into consideration the adhesion to the titanium metal layers M11 and M13. The metal layers M11 and M12 are preferably formed by sputtering, taking into consideration ease of manufacture and manufacturing costs. In addition, the metal layer M14, which has the thickest film thickness among the metal layers M11, M12, M13, and M14, is preferably copper formed by electrolytic plating, taking into consideration the wiring resistance, ease of manufacture, and manufacturing costs.
金属層M13は、金属層M14、金属層M12と比較して、酸性エッチング剤中でのエッチング速度が最も遅いニッケルが望ましい。ニッケルは真空中で成膜してもよく、無電解ニッケルめっき膜でもよい。ただし、ガラス板10に貫通孔THが具備される場合は、金属層M13は無電解ニッケルめっき膜を用いるのが望ましい。
Metal layer M13 is preferably made of nickel, which has the slowest etching rate in an acidic etching agent compared to metal layers M14 and M12. Nickel may be formed in a vacuum or may be an electroless nickel plating film. However, if the
無電解ニッケルを成膜した場合、無電解ニッケルめっき液中に含まれる還元剤である次亜リン酸系の化合物由来のリンが膜中に共析する。 When electroless nickel is deposited, phosphorus derived from hypophosphorous acid compounds, which are reducing agents contained in the electroless nickel plating solution, is co-deposited in the film.
金属層M13が無電解ニッケルめっき膜の場合、膜中に含有されるリン濃度は特に限定されず、例えば、0.1wt%から12wt%までの範囲内で選択をすることが可能である。 When the metal layer M13 is an electroless nickel plating film, the phosphorus concentration contained in the film is not particularly limited and can be selected, for example, within the range of 0.1 wt % to 12 wt %.
無電解ニッケルめっきよりなる金属層M13の厚みは、1μmより厚くなると貫通孔TH内部でのガラスとの密着性が低下するため、膜厚は1μm以下が望ましく、より望ましくは0.3μm以下、更に望ましくは0.1μm以下である。膜厚を薄くすることで無電解ニッケルめっきの成膜にかかる時間を短縮できる。 The thickness of the metal layer M13 made of electroless nickel plating is preferably 1 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, and even more preferably 0.1 μm or less, because adhesion to the glass inside the through hole TH decreases if the thickness is greater than 1 μm. By making the thickness thinner, the time required for forming the electroless nickel plating can be shortened.
また、無電解ニッケルめっき膜には還元剤に由来する共析物であるリン以外にも、無電解ニッケルめっき液中に含まれる硫黄や鉛やビスマスなどが含まれていてもよい。あるいは、還元剤にホウ素を含む薬剤を使用することで、無電解ニッケルめっき膜中にホウ素を含有させてもよい。 In addition to phosphorus, which is a co-deposit derived from the reducing agent, the electroless nickel plating film may also contain sulfur, lead, bismuth, and other substances contained in the electroless nickel plating solution. Alternatively, boron may be included in the electroless nickel plating film by using a chemical containing boron as the reducing agent.
金属層M13が無電解ニッケルめっき膜(リン含有率が5wt%以下)の場合、金属層M12の除去を目的として、酸性エッチング剤に浸漬すると、エッチング速度の関係はM14>M12>M13>>M11のため、段差形状が形成される。 When metal layer M13 is an electroless nickel plating film (phosphorus content 5 wt % or less), if it is immersed in an acidic etching agent in order to remove metal layer M12, a step shape will be formed because the etching rates are M14>M12>M13>>M11.
また、金属層M13が無電解ニッケルめっき膜(リン含有率が5wt%よりも高い)の場合、金属層M12の除去を目的として、酸性エッチング剤に浸漬すると、エッチング速度の関係はM14>M12>>M13、M11のため、段差形状が形成される。 In addition, if the metal layer M13 is an electroless nickel plating film (with a phosphorus content higher than 5 wt%), when the metal layer M12 is immersed in an acidic etching agent in order to remove it, a step shape is formed because the etching rates are M14>M12>>M13, M11.
すなわち、無電解ニッケルめっき膜中のリン含有率に依存することなく、段差形状を得ることができ、目的とするガラスクラック抑制効果を得ることができる。 In other words, the step shape can be obtained regardless of the phosphorus content in the electroless nickel plating film, and the desired effect of suppressing glass cracks can be achieved.
金属層M13が無電解ニッケルめっきで、金属層M12が銅の場合、金属層M13と金属層M12との界面には、無電解ニッケルめっき成膜時に銅表面に施す触媒のパラジウムが介在する。銅上のパラジウムの処理量は限定されない。 When metal layer M13 is electroless nickel plating and metal layer M12 is copper, the interface between metal layer M13 and metal layer M12 contains palladium, a catalyst applied to the copper surface during electroless nickel plating. The amount of palladium applied to the copper is not limited.
酸性エッチング剤としては、硫酸と過酸化水素水の混合物、あるいは過硫酸ナトリウムなどを使用することができる。 As an acidic etching agent, a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide, or sodium persulfate, etc. can be used.
金属層M21と金属層M22、金属層M31と金属層M32には、例えば、スパッタ法又はCVD法によって形成され、例えば、Cu、Al、Ti、Cr、Mo、W、Ta、Au、Ir、Ru、Pd、Pt、AlSi、AlSiCu、AlCu、NiFe、ITO、IZO、AZO、ZnO、PZT、TiN、Cu3N4、Cu合金単体又は複数組み合わせたものを適用することができる。本実施形態では、電気特性、製造の容易性の観点及びコスト面を考慮して、金属層M21、金属層M31にはチタンスパッタ膜を、金属層M22、金属層M32には銅スパッタ膜を用いるのが好ましい。このチタン/銅スパッタ膜の構成にすることで、ガラスと導体層間、導体層と導体層、誘電体層と導体層の各層間で良好な密着性が確保できる。なお、スパッタ工程のタクト短縮のため、チタンと銅の合計膜厚は1μm以下とするのが望ましい The metal layers M21 and M22, and the metal layers M31 and M32 are formed by, for example, a sputtering method or a CVD method, and may be, for example, Cu, Al, Ti, Cr, Mo, W, Ta, Au, Ir, Ru, Pd, Pt, AlSi, AlSiCu, AlCu, NiFe, ITO, IZO, AZO, ZnO, PZT, TiN, Cu 3 N 4 , or a Cu alloy alone or in combination. In this embodiment, in consideration of electrical characteristics, ease of manufacture, and cost, it is preferable to use a titanium sputtered film for the metal layers M21 and M31, and a copper sputtered film for the metal layers M22 and M32. This titanium/copper sputtered film configuration ensures good adhesion between the glass and the conductor layer, between the conductor layer and the conductor layer, and between the dielectric layer and the conductor layer. In order to shorten the tact time of the sputtering process, it is desirable to keep the total thickness of the titanium and copper films to 1 μm or less.
金属層M23、金属層M33は、電解めっき法によって形成される。金属層M23、金属層M33は、製造コストや製造容易性、配線抵抗を考慮して電解めっき法により銅を形成するのが好ましい。 Metal layer M23 and metal layer M33 are formed by electrolytic plating. Taking into consideration manufacturing costs, ease of manufacturing, and wiring resistance, it is preferable to form metal layer M23 and metal layer M33 from copper by electrolytic plating.
誘電体層DEは、スパッタ法、CVD法などの真空プロセスによって形成され、アルミニウム、チタン、タンタル、クロム、ランタン、サマリウム、イッテルビウム、イットリウム、ガドリニウム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ガリウム、セリウム、シリコンなどの窒化物や酸化物から選択することができる。誘電体層DEには誘電率が低く絶縁性に優れたシリコンナイトライドや酸化アルミ二ウムを用いるのが望ましい。 The dielectric layer DE is formed by a vacuum process such as sputtering or CVD, and can be selected from nitrides or oxides of aluminum, titanium, tantalum, chromium, lanthanum, samarium, ytterbium, yttrium, gadolinium, zirconium, niobium, hafnium, gallium, cerium, silicon, etc. It is preferable to use silicon nitride or aluminum oxide, which has a low dielectric constant and excellent insulating properties, for the dielectric layer DE.
段差形状は、金属層M14の幅L-M14と、金属層M11の幅L-M11と、金属層M12の幅L-M12と、金属層M13の幅L-M13の関係が、L-M14<L-M13<L-M12<L-M11の場合でも、L-M14<L-M13、L-M12<L-M11の場合でも本発明に係る効果を得ることができる。 The effect of the present invention can be obtained even when the relationship between the width L-M14 of metal layer M14, the width L-M11 of metal layer M11, the width L-M12 of metal layer M12, and the width L-M13 of metal layer M13 is L-M14<L-M13<L-M12<L-M11, or when L-M14<L-M13, L-M12<L-M11.
次に、図6A~図6Fを用いて、貫通孔THを具備したガラス板10上の導体層M10の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing a conductor layer M10 on a
図6Aに示すように、ガラス板10の両面に、金属層M11と金属層M12をスパッタ法により形成する。具体的には、金属層M11としてチタンスパッタ膜を、金属層M12として銅スパッタ膜を形成する。また、金属層M12上とガラス板10のTH内には触媒層CAを形成する。
As shown in FIG. 6A, metal layers M11 and M12 are formed by sputtering on both sides of
次に、図6Bに示すように、触媒層CA上にレジスト層REを形成し、レジスト層REに開口部REOを形成する。レジスト層REの形成前に触媒層CAを形成せずに、レジスト層REの形成後に触媒層CAを形成すると、レジスト層RE上にも触媒が吸着する。この場合、レジスト層RE上にも次工程で形成する無電解ニッケルめっき膜が析出し、目的とする構造が得られなくなるため、望ましくない。 Next, as shown in FIG. 6B, a resist layer RE is formed on the catalyst layer CA, and an opening REO is formed in the resist layer RE. If the catalyst layer CA is not formed before the formation of the resist layer RE, but is instead formed after the formation of the resist layer RE, the catalyst will also be adsorbed onto the resist layer RE. In this case, the electroless nickel plating film formed in the next process will also be deposited on the resist layer RE, making it impossible to obtain the desired structure, which is undesirable.
次に、図6Cに示すように、レジスト層REの開口部REO内に金属層M13を形成する。金属層M13は無電解ニッケルめっき膜である。無電解ニッケルめっきは、次亜リン酸を含有する溶液中に浸漬することで形成される。このとき、無電解ニッケルめっき膜中にはリンが不純物として共析する。 Next, as shown in FIG. 6C, a metal layer M13 is formed in the opening REO of the resist layer RE. The metal layer M13 is an electroless nickel plating film. The electroless nickel plating is formed by immersing in a solution containing hypophosphorous acid. At this time, phosphorus is co-deposited as an impurity in the electroless nickel plating film.
金属層M13を無電解めっき法で形成する場合、金属層M13は、触媒層CAが露出した部分に選択的に形成することができる。ただし、ガラス板10が貫通孔THを具備しない場合においては、金属層M13は無電解ニッケルめっき膜には限定されず、またニッケルにも限定されない。すなわち、酸性溶液中でのエッチング速度がM14>M12>M13>>M11であれば、金属種は限定されない。
When the metal layer M13 is formed by electroless plating, the metal layer M13 can be selectively formed on the portion where the catalyst layer CA is exposed. However, if the
次に、図6Dに示すように、金属層M13上に金属層M14を電解めっき法により形成する。具体的には、金属層M14として電解銅めっき膜を形成する。 Next, as shown in FIG. 6D, metal layer M14 is formed on metal layer M13 by electrolytic plating. Specifically, an electrolytic copper plating film is formed as metal layer M14.
次に、図6Eに示すように、レジスト層REを剥離するとともに、触媒層CAと金属層M12を除去する。触媒層CAと金属層M12は酸性溶液中で除去する。レジスト層REの形成後に金属層M13を形成せずに、レジスト層REの形成前に金属層M13を形成する工法では、金属層M13がリン含有率の高い無電解ニッケルめっき膜の場合、金属層M13を除去するには、高温高濃度アルカリ溶液中に浸漬する必要があり、この際、ガラス板10が脆化する懸念があるが、本実施形態の工法では無電解ニッケルめっき膜のエッチングそのものが不要である。すなわち、触媒層CAと銅よりなる金属層M12を酸性溶液中でエッチングすればよいため、ガラス板10の脆化を抑制できる。
Next, as shown in FIG. 6E, the resist layer RE is peeled off, and the catalyst layer CA and the metal layer M12 are removed. The catalyst layer CA and the metal layer M12 are removed in an acidic solution. In a method in which the metal layer M13 is formed before the formation of the resist layer RE, and the metal layer M13 is not formed after the formation of the resist layer RE, if the metal layer M13 is an electroless nickel plating film with a high phosphorus content, it is necessary to immerse the metal layer M13 in a high-temperature, high-concentration alkaline solution to remove it, and there is a concern that the
酸性溶液としては、例えば硫酸や過酸化水素を含むエッチング剤、あるいは過硫酸ナトリウムなどを含む溶液を用いることができる。金属層M13の無電解ニッケルめっき膜中に含まれるリンの含有率が高い場合、金属層M13はエッチングされない。そのため、触媒層CAと金属層M12をエッチングする際に、金属層M14の一部がエッチングされることで、導体層M10の断面が段差形状となる。 The acidic solution may be, for example, an etching agent containing sulfuric acid or hydrogen peroxide, or a solution containing sodium persulfate. If the electroless nickel plating film of the metal layer M13 contains a high content of phosphorus, the metal layer M13 will not be etched. Therefore, when etching the catalyst layer CA and the metal layer M12, part of the metal layer M14 is etched, resulting in a stepped cross section of the conductor layer M10.
一方、金属層M13の無電解ニッケルめっき膜中に含まれるリンの含有率が低い場合、触媒層CAと金属層M12を除去する際に、金属層M13と金属層M14もエッチングされるが、エッチング速度の差により、金属層M14の幅は、金属層M12の幅、金属層M13の幅よりも狭くなる。すなわち、リン含有率が高い場合と同様に、導体層M10の断面が段差形状となる。 On the other hand, if the phosphorus content in the electroless nickel plating film of metal layer M13 is low, metal layers M13 and M14 are also etched when removing catalyst layer CA and metal layer M12, but due to the difference in etching speed, the width of metal layer M14 is narrower than the width of metal layer M12 and the width of metal layer M13. In other words, the cross section of conductor layer M10 has a stepped shape, just as when the phosphorus content is high.
次に、図6Fに示すように、チタンよりなる金属層M11を弱アルカリ溶液中に浸漬することで、エッチング除去し、ガラス配線基板2を得ることができる。このとき、段差形状を維持するために、金属層M12と、金属層M13と、金属層M14はアルカリエッチング剤により、ほとんどエッチングされない必要がある。なお、チタンエッチング剤は弱アルカリ性であるため、ガラスは脆化されない。
Next, as shown in FIG. 6F, the metal layer M11 made of titanium is immersed in a weak alkaline solution and etched away to obtain the
弱アルカリ性エッチング剤としては、過酸化水素水とリン酸塩の混合物などを使用することができる。 As a weak alkaline etching agent, a mixture of hydrogen peroxide and phosphate can be used.
以上、本実施形態の工法を用いることにより、導体層を段差形状とすることができ、これにより、線膨張係数差による導体層とガラス板が接する部分でのガラスクラックの発生を抑制することができる。 As described above, by using the method of this embodiment, the conductor layer can be formed into a stepped shape, which makes it possible to suppress the occurrence of glass cracks at the contact points between the conductor layer and the glass plate due to differences in the linear expansion coefficient.
次に、上述したようなガラス配線基板2の構成とその製造方法を用いた場合の作用効果について、実施例を示す図7及び比較例を示す図8を参照して説明する。
Next, the effects of using the above-described configuration of the
<実施例1~4>
図7を用いて、実施例1~4について説明する。図7は実施例に係るガラス配線基板の一部を示す断面図である。層の構成は図9に示した。実施例1~4における層の構成は、無電解ニッケルめっき膜(金属層M13)のリン含有率及び電解銅めっき膜(金属層M14)の厚さのみが異なる。すなわち、無電解ニッケルめっき膜(金属層M13)のリン含有率が実施例1及び実施例2では1wt%、実施例3及び実施例4では7wt%であり、電解銅めっき膜(金属層M14)の厚さが実施例1及び実施例3では10μm、実施例2及び実施例4では15μmである。
<Examples 1 to 4>
Examples 1 to 4 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a portion of a glass wiring substrate according to the example. The layer configuration is shown in FIG. 9. The layer configurations in Examples 1 to 4 differ only in the phosphorus content of the electroless nickel plating film (metal layer M13) and the thickness of the electrolytic copper plating film (metal layer M14). That is, the phosphorus content of the electroless nickel plating film (metal layer M13) is 1 wt % in Examples 1 and 2 and 7 wt % in Examples 3 and 4, and the thickness of the electrolytic copper plating film (metal layer M14) is 10 μm in Examples 1 and 3 and 15 μm in Examples 2 and 4.
導体層M10のパターンサイズは500μm□、導体層M20、誘電体層DEのパターンサイズは300μm□、導体層M30のパターンサイズは250μm□とした。ガラス板10には、厚さが0.5mmの低膨張タイプのガラスを使用した。酸性エッチング剤には、硫酸と過酸化水素水の混合物を使用し、弱アルカリ性エッチング剤には、過酸化水素水とリン酸塩の混合物を使用した。
The pattern size of the conductor layer M10 was 500 μm square, the pattern size of the conductor layer M20 and the dielectric layer DE was 300 μm square, and the pattern size of the conductor layer M30 was 250 μm square. A low-expansion type glass with a thickness of 0.5 mm was used for the
金属層M14の幅L-M14が、金属層M11の幅L-M11、金属層M12の幅L-M12、金属層M13の幅L-M13よりも狭くなり、段差形状を成している。 The width L-M14 of metal layer M14 is narrower than the width L-M11 of metal layer M11, the width L-M12 of metal layer M12, and the width L-M13 of metal layer M13, forming a stepped shape.
<比較例1>
図8を用いて、比較例1について説明する。図8は比較例に係るガラス配線基板の一部を示す断面図である。層の構成は図9に示した。実施例1、実施例3及び比較例1における層の構成は、無電解ニッケルめっき膜(金属層M13)の有無のみが異なる。すなわち、実施例1及び実施例3には無電解ニッケルめっき膜(金属層M13)があり、比較例1には無電解ニッケルめっき膜(金属層M13)がない。
<Comparative Example 1>
Comparative Example 1 will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a cross-sectional view showing a portion of a glass wiring substrate according to the comparative example. The layer configuration is shown in Fig. 9. The layer configurations in Example 1, Example 3, and Comparative Example 1 differ only in the presence or absence of an electroless nickel plating film (metal layer M13). That is, Example 1 and Example 3 have an electroless nickel plating film (metal layer M13), while Comparative Example 1 does not have an electroless nickel plating film (metal layer M13).
導体層M10のパターンサイズは500μm□、導体層M20、誘電体層DEのパターンサイズは300μm□、導体層M30のパターンサイズは250μm□とした。ガラス板10には、厚さが0.5mmの低膨張タイプのガラスを使用した。酸性エッチング剤には、硫酸と過酸化水素水の混合物を使用し、弱アルカリ性エッチング剤には、過酸化水素水とリン酸塩の混合物を使用した。
The pattern size of the conductor layer M10 was 500 μm square, the pattern size of the conductor layer M20 and the dielectric layer DE was 300 μm square, and the pattern size of the conductor layer M30 was 250 μm square. A low-expansion type glass with a thickness of 0.5 mm was used for the
金属層M14の幅L-M14が、金属層M11の幅L-M11、金属層M12の幅L-M12、金属層M13の幅L-M13よりも狭くならず、段差形状を成していない。 The width L-M14 of metal layer M14 is not narrower than the width L-M11 of metal layer M11, the width L-M12 of metal layer M12, and the width L-M13 of metal layer M13, and does not form a step shape.
<作用効果の確認>
本実施形態の効果の確認として、実施例1~4と比較例1で作製したガラス配線基板にて、以下の評価を実施した。
<Confirmation of action and effect>
To confirm the effect of this embodiment, the glass wiring substrates produced in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were evaluated as follows.
<評価方法と条件>
図9記載の仕様の実施例1~4及び比較例1に係るガラス配線基板を温度サイクル試験(TCT)によりガラスクラック耐性を評価した。
試験条件:-55℃/15分⇔125℃/15分、1000サイクル
<Evaluation method and conditions>
The glass wiring substrates according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 having the specifications shown in FIG. 9 were evaluated for glass crack resistance by a temperature cycle test (TCT).
Test conditions: -55°C/15 min ⇔ 125°C/15 min, 1000 cycles
<評価結果>
導体層M10が段差形状を示す実施例1~4では図7記載の端部P2において、ガラスクラックは発生しなかったが、比較例1の段差形状のない導体層M10では図8記載の端部P2において、クラックが生じた。これにより、導体層M10を段差形状とすることによるガラス板に対する導体層の応力緩和効果が確認された。また、実施例1~4では無電解ニッケルめっき膜(金属層M13)のリン含有率及び電解銅めっき膜(金属層M14)の厚さによらず、ガラスにはクラックが発生しなかった。
<Evaluation Results>
In Examples 1 to 4 in which the conductor layer M10 had a stepped shape, no glass cracks occurred at the end P2 shown in Fig. 7, but in the conductor layer M10 of Comparative Example 1 in which there was no stepped shape, cracks occurred at the end P2 shown in Fig. 8. This confirmed the effect of making the conductor layer M10 stepped to relieve stress on the glass plate. Furthermore, in Examples 1 to 4, no cracks occurred in the glass, regardless of the phosphorus content of the electroless nickel plating film (metal layer M13) and the thickness of the electrolytic copper plating film (metal layer M14).
上述の実施形態は一例であって、その他、具体的な細部構造などについては適宜に変更可能であることは勿論である。 The above-mentioned embodiment is merely an example, and other specific details of the structure can of course be modified as appropriate.
また、コンデンサが積層されるパッドとして機能する導体層と、貫通孔の周囲に形成されたパッドとして機能する導体層に本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は、ガラス板とガラス板上に形成された導体層とを備えるガラス配線基板一般に適用可能である。 In addition, although the embodiment has been described in which the present invention is applied to a conductor layer that functions as a pad on which a capacitor is stacked and a conductor layer that functions as a pad formed around a through hole, the present invention is generally applicable to glass wiring boards that include a glass plate and a conductor layer formed on the glass plate.
本発明は、主基板にも、主基板とICチップとの間に介在するインターポーザとして機能する配線基板にも利用可能である。 The present invention can be used for both main boards and wiring boards that function as interposers between the main board and IC chips.
CA 触媒層
TH 貫通孔
DE 誘電体層
IL 樹脂層
RE レジスト層
REO レジスト層REの開口部
1、2 ガラス配線基板
10 ガラス板
M11、M12、M13、M14、M21、M22、M23、M31、M32、M33 金属層
ML1、ML2 導体層
M10、M20、M30 導体層
M100、M200、M300 導体層
M101、M201、M301 チタンスパッタ層
M102、M202、M302 銅スパッタ層
M103、M203、M303 電解銅めっき層
L-M11 第1の金属層M11の幅
L-M12 第2の金属層M12の幅
L-M13 第3の金属層M13の幅
L-M14 第4の金属層M14の幅
CA Catalyst layer TH Through hole DE Dielectric layer IL Resin layer RE Resist
Claims (5)
前記ガラス板上に形成された導体層と、
を備えるガラス配線基板であって、
前記導体層は、
前記ガラス板側から第1の金属層と第2の金属層と第3の金属層と第4の金属層とが順次積層された構造を有し、
断面視において、前記第3の金属層の直上に積層された前記第4の金属層の幅が、前記第1の金属層の幅、前記第2の金属層の幅、前記第3の金属層の幅よりも狭く、
前記第4の金属層の酸性溶液中でのエッチング速度が、前記第3の金属層の酸性溶液中でのエッチング速度よりも速い、
ガラス配線基板。 A glass plate and
A conductor layer formed on the glass plate;
A glass wiring substrate comprising:
The conductor layer is
A first metal layer, a second metal layer, a third metal layer, and a fourth metal layer are laminated in this order from the glass plate side,
In a cross-sectional view, a width of the fourth metal layer laminated directly on the third metal layer is narrower than a width of the first metal layer, a width of the second metal layer, and a width of the third metal layer;
the etching rate of the fourth metal layer in an acidic solution is faster than the etching rate of the third metal layer in an acidic solution;
Glass wiring board.
前記第1の金属層はチタンスパッタ膜であり、
前記第2の金属層は銅スパッタ膜であり、
前記第3の金属層は無電解ニッケルめっき膜であり、
前記第4の金属層は電解銅めっき膜である、
ガラス配線基板。 2. The glass wiring substrate according to claim 1,
the first metal layer is a titanium sputtered film;
the second metal layer is a copper sputtered film;
the third metal layer is an electroless nickel plating film;
The fourth metal layer is an electrolytic copper plating film.
Glass wiring board.
前記ガラス板は貫通孔を有し、
前記貫通孔の側壁には、前記ガラス板側から順に前記第3の金属層と前記第4の金属層とが形成されている、
ガラス配線基板。 3. The glass wiring substrate according to claim 1 ,
The glass plate has a through hole,
the third metal layer and the fourth metal layer are formed on a side wall of the through hole in this order from the glass plate side;
Glass wiring board.
前記ガラス板上に形成された、前記ガラス板側から第1の金属層と第2の金属層と第3の金属層と第4の金属層とが順次積層された構造を有し、前記第4の金属層の酸性溶液中でのエッチング速度が、前記第3の金属層の酸性溶液中でのエッチング速度よりも速い、導体層と、
を備えるガラス配線基板の製造方法であって、
前記ガラス板上に前記第1の金属層を設ける工程と
前記第1の金属層上に前記第2の金属層を設ける工程と、
前記第2の金属層上に触媒層を設ける工程と、
前記触媒層上にレジストを設ける工程と、
前記レジストに開口部を設ける工程と、
前記レジストの開口部内に前記第3の金属層を設ける工程と、
前記第3の金属層上に前記第4の金属層を設ける工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記触媒層と前記第2の金属層とを除去する工程と、
前記第1の金属層を除去する工程と、
を有するガラス配線基板の製造方法。 A glass plate and
a conductor layer formed on the glass plate, the conductor layer having a structure in which a first metal layer, a second metal layer, a third metal layer, and a fourth metal layer are laminated in this order from the glass plate side, the fourth metal layer having an etching rate in an acidic solution being faster than the etching rate of the third metal layer in the acidic solution ;
A method for manufacturing a glass wiring substrate comprising:
providing the first metal layer on the glass plate; and providing the second metal layer on the first metal layer.
providing a catalyst layer on the second metal layer;
providing a resist on the catalyst layer;
providing an opening in the resist;
providing the third metal layer in the opening in the resist;
providing the fourth metal layer on the third metal layer;
removing the resist;
removing the catalyst layer and the second metal layer;
removing the first metal layer;
The method for producing a glass wiring substrate comprising the steps of:
前記ガラス板は貫通孔を有し、
前記第2の金属層上に触媒層を設ける工程は、前記第2の金属層上と前記貫通孔の側壁上に触媒層を設ける工程である、
ガラス配線基板の製造方法。 The method for producing a glass wiring substrate according to claim 4 ,
The glass plate has a through hole,
The step of providing a catalyst layer on the second metal layer is a step of providing a catalyst layer on the second metal layer and on a side wall of the through hole.
A method for manufacturing a glass wiring substrate.
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