JP3773573B2 - 基板の搬送方法および混成集積回路装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の搬送方法および混成集積回路装置の製造方法に関し、特に凹凸或いは厚みの異なる基板の搬送において、表面に影響を与えないで搬送する方法、および混成集積回路基板表面に決まった量のエッチング液を残留させる方法に関するものである。更に後者は、Cuの上にNiを施した際、このNiの庇を取り除き、ニッケルヒゲの発生を防止するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、混成集積回路装置において、例えば導電路としてCuを使うことがある。図7はその一例であり、例えば少なくとも表面が絶縁性を有する基板(1)に所望の回路を達成するための導電路(2)が形成され、この導電路(2)またはこれと一体または島状に独立してなる導電ランドに半導体チップやチップ抵抗等が実装され、前記回路が実現されている。
【0003】
ここでは基板(1)としてはAl金属により成り、表面を陽極酸化して酸化アルミニウム(3)を生成し、導電路との接着性を考えエポキシ系の樹脂(4)がその全面に被着されている。いわゆるホットプレスにより導電路が熱圧着されている。
前記構成において、Cu(5)の酸化防止や金属細線のボンディング性を考慮してその表面にNi(6)がメッキされている。
【0004】
一方、エッチングとしては、ドライエッチとウェットエッチングの2通りが主に有るがスループットを考えてウェットがその主流となっている。一般に数μm〜数十μmの金属をドライで行った場合、数時間以上かかるものが、シャワー式のウェットエッチングで行えば数分〜数十分程度でエッチングできる。
特に全面にCu、Niを被着し、塩化第2鉄(FeCl2)のエッチャントでウェットエッチングをした場合、Cuの方がエッチングレートが大きいため、図7のようにNiの庇(7)が形成される。
【0005】
一方、製造工程中において、レジストゴミやその他のゴミの除去、およびNi表面が平らであるためボンディング性の向上を考えてブラッシングが行われる。つまりこのブラッシングによりゴミは除去され、Niの表面は粗面になる。
しかし図7のようにNiの庇が設けられているため、ブラシの毛足がこの庇に当り、Niヒゲ(8)を生成し、導電路(2)間の短絡を発生させたり、膜剥がれ等を発生させていた。
【0006】
またNiの成膜領域以外をレジストで覆い、電解メッキで選択的にNiを被着させる場合、レジストの周辺に電流が集中し、レジストを除去してみると、Niパターンの周辺に突起が生成され、これがボンディング性を悪化させていた問題もあった。
そのため特開平7−147476号公報のような対策がとられた。つまり、強制供給法であるシャワーによるウェットエッチングでまず庇のある導電路(図2を参照)を形成し、その後に例えば図5のようにエッチング液(塩化第2鉄を主とする水溶液)に基板(1)をディップさせ、Cu(5)側面にエッチング液の一要素、例えば塩素Clと化合した保護膜(塩化銅)を生成した状態で、Ni膜を選択的に除去させることにより、Niの庇を取り除いていた。
【0007】
つまり強制供給法でウェットエッチするとこの保護膜が剥げ、常時新しいCu表面が露出されエッチングが進むが、ディップでしかも液は静止状態に保持されると、この保護膜は、Cuの側辺に付着したままの状態を維持し、Niの選択エッチングが可能となるわけである。
また前述したようにNiの選択エッチングが可能となるため、Niのパターン周辺にできた突起も除去することができるわけである。
【0008】
一方、基板の搬送として例えば実公平5−44080号公報のような技術があった。つまり図6のように、上下対のスポンジローラー33,33により基板20を保持して搬送するものであり、材質がスポンジであるため厚さの異なる基板や凹凸のある基板が搬送可能なものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前記保護膜は、膜と言うよりはCuClx(X=1,2)がCuの表面に残留しており、膜と言うよりは液膜が層状に残留している状態であると推察している。従って、静止状態のエッチング液に基板を投入すれば、最初はCuがエッチングされるが、その後CuClxが生成し、前記保護液層がCuの側壁に残留するあるため、エッチング液がニッケルをアッタクする量が増加してくる。しかし塩化第2鉄の量が多いと、その相対比は程度の差であり、やはりCuをアタックし、NiよりもCuの方が相対的に多く選択される。Cuと比べてエッチングレートは小さいがNiはエッチングはされているのでいつかは庇が無くなるが、やはりエッチング時間が長いことは非常に問題である。
【0010】
またローラーは、スポンジであるため柔軟性があり、配線間の幅の狭い凹み部分を除き、実質全面に当接する。そのためエッチング工程を含め色々な工程で搬送に使おうとすると、配線、配線間に固定された素子等に傷を加えたりする問題があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題に鑑みてなされ、EPTゴム(エチレン・プロピレン・ターポリマー)のような材質で、図3のような凹凸のあるローラーにすることで、特に凹凸のピッチ、山から谷までの高さをコントロールすることでローラー自身に柔軟性を与え、また凹凸があるためにローラーが基板全面に当接しないため、基板の回路構成要素に傷を与えたりすることが無くなる。
【0012】
第2に、ローラーを転がしながエッチング液を切ると、ローラーが基板に接触した際、ローラーのへこみ部分と基板の間の空間にエッチング液が取り込まれながら、エッチング液を切って行くため、基板表面にある程度のエッチング液を残留させることができる。またローラーの加圧具合、あるいはローラーに凹凸や突起を設け、この凹凸や突起のサイズによりエッチング液のコントロールが可能であるため、最適条件の選定により、Ni庇を選択的にエッチングすることができる。
【0013】
第3および第4は、図5の如く、エッチング材料に対してエッチング液が非常に多い体系にせず、エッチング液を減らせば、塩化第2鉄がすぐに反応して無くなり、CuClx(X=1,2)がリッチとなり、この反応生成物はCuよりもNiの方がエッチングレートが高いため、庇が除去されると判断した。従って、図6のように基板表面にローラーを当接させながら転がし、エッチング液を切った。ローラーの加圧程度により基板表面にエッチング液が残留し、すぐに塩化第2鉄が反応して無くなるようにすれば、このエッチング液によりNi庇を選択的にエッチングすることができる。
【0014】
ところが、ローラーとエッチング液の当接界面の表面張力の関係により(実際は原因がはっきりしていない)、図6のSカーブのように導電路間のエッチング液がローラーに吸い取られ(図面では図3に比べて量が減るため模式的にエッチング表面が下に凸Sのように示した。)、逆にエッチング液が足りずNi庇を完全に取るまでに至らない問題があった。そのため第5の手段に至った。
【0015】
第5に、図3のように配線間を主体として、エッチング液を残留させる際、ローラーには凹凸があるため、この基板とへこみ部分の空間にあるエッチング液が配線間に加えられる。従って、この凹凸のサイズにより配線間に加えられるエッチング液をコントロールすることができる。従って、最初Cuの側壁のエッチングが生じるが塩化第2鉄水溶液は量が少ないために、殆ど消費され残ったCuClx(X=1,2)で相対的にNiをアタックし、庇を取り除くことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
まず図6および図3を参照しながら搬送方法について説明する。
図6は、搬送方法においては従来例を示し、詳しくは実公平5−44080号に詳述されている。大まかに説明すれば、スポンジのようなローラーで搬送するため、上下一対のローラーの間を通り、凹凸のある基板、厚みの異なる基板を並列あるいは直列に搬送させることができる。
【0017】
しかしこのローラーでは、配線間の凹み部分(エッチングされた部分)を除き全ての面と当接するため、ローラーの加圧力によっては配線にキズ等を発生させる問題があった。
本発明は、この搬送方法において、ローラーに突出部を設けることであり、基板の当接部分は従来のもの(図6)から比べたら大幅に当接部分を減少させることができる。
【0018】
ここでは、EPTゴム(エチレン・プロピレン・ターポリマー)のような材質で、図3のような凹凸のあるローラーにすることで、特に凹凸のピッチ、山から谷までの高さをコントロールすることでローラー自身に柔軟性を与え、また凹凸があるためにローラーが基板全面に当接しないため、基板の回路構成要素にひっかかったり、傷を与えたりすることが無くなる。従って基板を搬送する全ての工程において有効なものである。
【0019】
次にこのローラーを使ってエッチング液を残留させる方法を説明する。ここで前実施の形態の説明では、図6は公知であったが、これを使って基板の表面に有るエッチング液を切りながら、決まった量だけ基板表面にエッチング液を残留させる方法は、新規であると考えるので、混成集積回路装置の製造方法を図6や図3の2種類のローラーを使って説明してゆく。
【0020】
まず基板構造を図4を使って説明すると、少なくともその表面が絶縁性を有する基板(20)があり、この上には導電路(21)が形成される。この基板(20)は、ここではAl基板よりなり、その表面は陽極酸化により酸化アルミニウム(22)が生成され、更に導電路(21)との接着性を考えて、エポキシ系の樹脂(23)が被膜されている。しかし少なくとも表面が絶縁処理されていればよく、他の方法(例えばスパッタリング等)で直接配線材料が成膜できるのであれば、セラミック、プリント基板またはガラス基板等でも良い。
【0021】
前記導電路(21)は、2層構造で成り、下層の第1の導電路(24)は、Cuで形成され、ここでは35μmの厚さでこの導電路(21)の主となる。また第1の導電路(24)上には、この導電路よりもエッチングレートの小さい材料、例えば数μm〜10μm程度、実際ここでは5μmのNiより成る第2の導電路(25)が被着されている。詳しくは後述するが、第1の導電路(24)の方がエッチングレートが大きいエッチャント(塩化第2鉄水溶液)でウェットエッチングし、第1の導電路(24)と第2の導電路(25)を同時にエッチングすると、どうしても第1の導電路(24)の方が選択されアンダーカッとされ、従来例図7のように庇(7)が形成されるが、本発明の方法を採用することによりNiの庇は除去され、図4のようにCuのパターンの内側に配置される事になる。
従って従来例で説明したように、レジストゴミやその他のゴミの除去、Ni表面の粗面化のためにブラッシングを行っても、Ni庇が形成されないため、Niヒゲが発生せずショート等を抑制することができる。
【0022】
この導電路21は、所定の回路を達成するために所定のパターンに形成されており、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子、ベアのトランジスタチップ、LSIチップ等の能動素子が電気的に接続されている。特に能動素子は、アイランド状の導電路に必要によりヒートシンク等を介して固着される。チップ表面には電極があるため、金属細線がワイヤーボンデイングにより他の導電路と電気的に接続されている。また半導体基板(20)の周辺には、回路の一部が延在されリード端子が形成され、ここには半田を介してリードが電気的に接続されている。
【0023】
また回路規模が大きい場合、これら半導体基板の上には、第2層目の配線が設けられた絶縁性フレキシブルシートが貼着されていても良い。予めパターン化されたもの、またはパターン化されていない銅箔が基板全面に貼り付けられ、その後にフレキシブルシートの銅箔がパターン化されても良い。この場合、Cuパターンの上にNiが被覆される場合、本発明を採用できることは言うまでもない。当然、第2層目の配線にも前記受動素子および能動素子が形成され、第1および第2層目のこれらの要素を含めて所定の回路が実現される。
【0024】
前述した1層または多層の基板は、封止される。金属性のカンで封止されても良いし、樹脂モールドされても良い。またケース材が基板に当てがわれ、中に樹脂が注入されても良い。
続いて製造方法について説明する。
まずAl金属基板(20)を用意し、その表面を陽極酸化して酸化アルミニウム(22)を形成し、エポキシ系の樹脂(23)を成膜した後、この樹脂の接着性を利用して、全面にCu箔(24)をプレス接着し、更にこの全表面にNi層(25)をメッキにより成膜している。ここでは予め全面にNiが被覆されている銅箔を貼着させても良い。またNiはメッキ以外の方法で成膜されても良い(以上図1参照)
続いて、ホトリソグラフィ技術により、導電路(21)を形成する領域にホトレジスト(30)を成膜し、被エッチング面に常時新しいエッチャントが供給されるようにしてウェットエッチングする。この新しいエッチャントを被エッチング面に供給すると同時に、反応物を取り除くためにエッチャントに流れを与える方式を、ここでは強制供給法と仮称する。この方法は、シャワー、液層内を循環させる方法等色々考えられ、ここでエッチャントは塩化第2鉄であり、強制循環方式としてシャワーを採用した。塩化第2鉄のエッチングレートRは、R(Cu)>R(Ni)であるため、図5にも示したような庇(7)がレジスト30の真下に符号31としてでき、この状態で第1の導電路(24)と第2の導電路(25)が形成される。(以上図2参照)
続いて、基板20の面にロール23を転がし、エッチング液を切ると同時に有る程度の量を残留させる工程がある。
【0025】
本工程は、本発明の特徴とするところであり、最大のポイントは、ロールでエッチング液を金属基板の配線間に残し、強制供給法とは異なり、静止したエッチング液でエッチングすることにある。
まず静止したエッチャントについて説明する。つまり静止したエッチングを行うとその反応物がCuのエッチング面に残り、この反応物が保護膜として働き、エッチャントがCuをアタックしにくくなり、相対的にNiがエッチングされやすくなる。ここで「静止した」と表現した意味について説明する。図2のCuのエッチングの場合、エッチング液がシャワーやスクリュのような手段で、エッチング面には絶えず新鮮なエッチング液が供給され、エッチングレートが非常に高くなる。そのため図2までのエッチングは、手段の意味から強制的に循環させて動的に行う意味で強制供給法と名付けた。
【0026】
それに対し、強制循環を弱くすれば、前記保護膜として働く層が破壊されないため、Cuの表面に新鮮なエッチング液が供給されない。つまり強制的に循環させるに対して静的なと表現した。
これはエッチング液が全く静止していた方が良いが、製造工程において静止は難しいので若干前記保護膜が動く程度で有れば、前記動的に対してエッチング液が静止しているといえる事を付け加えておく。つまり保護膜が破壊に至らない程度で有れば静止の範疇に含まれると考える。
【0027】
またこの保護膜は、定かではないが、膜と言うよりはCuClx(X=1,2)がCuの表面に残留しており、液膜が層状に残留している状態であると推察している。従って、静止状態のエッチング液に基板を投入すれば、Cuのエッチングにより生成する前記保護液層がCuの側壁に残留したままであるため、エッチング液のニッケルアッタク量が相対的に多くなるが、塩化第2鉄の量が多いと、その相対比は程度の差であり、やはりCuをアタックし、NiよりもCuの方が相対的に多く選択エッチされやはりNiの庇がエッチングしにくい事が判った。
【0028】
そのため図5の従来例のように、エッチング材料に対してエッチング液が非常に多い体系にせず、エッチング液を減らせば、塩化第2鉄がすぐに反応して無くなり、CuClx(X=1,2)がリッチとなり、これはCuよりもNiの方がエッチングレートが高いため、庇が除去されると判断した。
そこで基板表面にエッチング液を残留させる程度にしたらどうかと考え、図6のように基板(1)表面にローラー33を当接させながら転がし、エッチング液を切ってみた。
【0029】
ここで基板に載せられるエッチング液は、図2の強制供給の時に載せられたものをローリングして量を限定しても良いし、また別途エッチング液を載せ返してローリングしても良い。
図6のようにローラー33の接触強度により基板20に載せられるエッチング液の量がコントロールできる。具体的には、配線21間に示すハッチング領域のように、実質配線間に取り込まれているエッチング液を残留させながら他の余分なエッチング液を切ることができる。
【0030】
従ってエッチング液量を限定でき、CuClx過多に生成されるため、時間を掛ければNiを選択的にエッチングできる。
ところが、ローラー33とエッチング液の当接界面は、表面張力の関係により(実際に原因ははっきりしていない)、導電路間のエッチング液が回転時にローラーに吸い取られ(図面では量が減るためこれを符号Sで示し、模式的にエッチング表面が下に凸のように示した。)、逆にエッチング液が足りずNi庇を全て完全に取るまでに至らない問題があった。また庇の長さは減るが安定して庇を取りずらい問題があった。
【0031】
そこで、配線間を主体として、エッチング液を残留させる際、図3のような凹凸のあるローラーを用い、配線間に、この基板とローラーのへこみ部分の間にあるエッチング液を盛り、図6の残留量よりもエッチング液を多くすることができる。つまりこの凹凸のサイズ、ローラーの柔軟性および加圧によりエッチング液をコントロールして残留させることができる。従って、Cuの側壁をエッチングする塩化第2鉄のエッチング液が最初はあるが、全体としては量が少ないために、殆ど消費され残ったCuClx(X=1,2)で相対的にNiをアタックし、庇を取り除くことができる。
【0032】
ここでローラー32は、基板の上面にしかないが、図6のように下にもローラーを配置して良い。下のローラーは、エッチング液を切る必要がないため、特に凹凸のあるものを用意する必要はない。またローラーの材質としては、EPT(エチレン・プロピレン・ターポリマー)ゴムで、凹凸は、ちょうど算盤玉を複数個貼り合わせたような形状で、ピッチは3ミリ程度、山から谷間での高さは約1ミリ程度である。また図3の谷Vは、1回転すると元の位置に戻る形状であるが、螺旋状に成っていても良い。また和菓子の金平糖のように凹凸部が島状に点在する形状であっても良い。
【0033】
次に、エッチング液を例えば純水で取り除き、その後に従来例で説明したようにブラッシングを行う。従って図4のように最終的にNi庇を除去してパターニングできるので、Niヒゲの発性を抑制することができる。
この後、スクリーン印刷で厚膜抵抗を形成したり、チップ状の受動素子や能動素子を半田、銀ペーストや半田ペースト等を介して電気的に接続し、必要によっては素子と配線とを金属細線にてワイヤーボンディングする。更に必要によりリードを付け、封止される。
【0034】
右側配線21は、エッチング液が流れ出してしまうため、符号Dのように、基板(20)の周辺を囲み、導電手段と同じ材質のダム部を設けても良い。
【0035】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、ローラーに凹凸を設け、このローラーを使用して基板を搬送するので、基板全面にローラーが接触せず、基板に損傷を与えることが少なくなる。
第2に基板表面にローラーを転がすことで、基板表面に有るエッチング液を切りながら、或る一定の量を残留させることができる。従って基板の上に残留させたエッチング液のみでエッチングを行う場合、非常に簡単な手法で簡単に実施できる。また柔軟性を有せば、基板の厚みの異なる複数枚の基板を一度にローリングでき、且つエッチング液を残留させることができる。
【0036】
第3に、Cuの上に庇のあるNi層が積層された配線間において、ローリングによりエッチング液を残留させることができ、配線間の塩化第2鉄エッチング液は極限られた量であるため、すぐにCuと反応してCuClxリッチとなり、Ni庇を取り除くことができる。
第4に、ローラーに凹凸を設ければ、基板とローラーの凹み部分の間の空間にエッチング液を取り込むことができ、このエッチング液を基板に残留させることができる。従って凹凸のないものに比べもエッチング量を増やすことができ、また凹凸のサイズにより量のコントロールも可能となる。つまり機種ごとに配線の間隔、配線の厚みがまちまちであり、エッチング量をコントロールする必要があるが、凹凸のサイズにより量をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を説明する断面図である。
【図2】本発明の製造方法を説明する断面図である。
【図3】本発明の製造方法を説明する断面図である。
【図4】本発明の製造方法を説明する断面図である。
【図5】従来の製造方法を説明する断面図である。
【図6】基板の搬送法またはエッチングの液切りを説明する図である。
【図7】従来の混成集積回路装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
20 基板
21 導電路
24 Cuの導電路
25 Niの導電路
31 庇
32,33 ロール
Claims (5)
- 上面に庇を成すニッケルが生成されたCu配線を有する混成集積回路基板を用意し、
この混成集積回路基板の表面には、前記パターニングの時のエッチング液が浸され、または本工程において前記エッチング液を浸し、
前記混成集積回路基板の上面にローラーを転がし、前記混成集積回路基板上面のエッチング液を切り、実質的に前記パターン間に残ったエッチング液で前記庇状のニッケルをエッチングすることを特徴とした混成集積回路装置の製造方法。 - ニッケルを上層に設けたCuが貼着された混成集積回路基板を用意する工程と、
この混成集積回路基板を塩化第2鉄を主としたエッチング液に浸し、所定のパターンにエッチングする工程と、
前記混成集積回路基板のエッチング液、または改めて浸されたエッチング液が前記パターン間に残るように、この混成集積回路基板上面をローラーで転がしてエッチング液を切る工程と、
実質的に前記パターン間に残ったエッチング液で、前記Cuパターンの上に残った庇状のニッケルをエッチングする工程とを有することを特徴とした混成集積回路装置の製造方法。 - 前記ローラーは、全面に凹凸を有することを特徴とした請求項1または請求項2記載の混成集積回路装置の製造方法。
- 前記混成集積回路基板は、少なくとも表面が絶縁処理されたものである請求項1または請求項2記載の混成集積回路装置の製造方法。
- 前記ローラーの材質は、EPTゴム(エチレン・プロピレン・ターポリマー)である請求項1または請求項2記載の混成集積回路装置の製造方法。
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