JP2009021470A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性率を保ちつつ、ねじれの発生を抑制でき、さらに、現状の基板製造時におけるスケーリング技術をそのまま適用して、容易に形成できる。
【解決手段】繊維１１ａに樹脂１１ｂを含浸させたプリプレグ１１が複数積層された中間層１２が、中間層１２のねじれ方向に配向させた繊維１４ａに樹脂１４ｂを含浸させたプリプレグ１４に挟持されて、中間層１２の最上および最下に形成されたプリプレグ１４と中間層１２とに生じる応力を相殺するようにした。これにより、現状の基板製造時におけるスケーリング技術をそのまま適用し、かつ回路基板１０に生じるねじれによる変形を大幅に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は回路基板に関し、特に、プリプレグが複数積層して構成される回路基板に関する。

パッケージ基板、放熱部品、コネクタ、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）およびＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）などの実装部品を担持する基板として、絶縁樹脂で構成される回路基板が利用されている。回路基板に絶縁樹脂を利用することで、実装部品を電気的に接続する伝送線路（配線）や、層間を接続するビアやスルーホールなどの導体間ならびに実装部品の絶縁を行うことができる。

ところが、絶縁樹脂自体は、弾性率が低く、実装部品を支える構造用材料としては強度が不足しているため、弾性率の高いガラスファイバのような繊維で構成された織布に絶縁樹脂を含浸させることで高い耐久性を実現させたＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）が一般的に利用されている。さらに、ＦＲＰを多層化する際に繊維方向を揃えることで、安定した基板特性を実現させることができる。

しかし、ＦＲＰでは、繊維の配向に依存して回路基板に強度の斑が生じる。このため、例えば、熱が印加されることにより発生した応力は、クロスで補強されていない方向、つまり回路基板の強度が弱い方向へ開放されて、回路基板にねじれによる変形が発生することにより、回路基板の信頼性を著しく低下させてしまう。

そこで、ＦＲＰの最大の特徴である高い弾性率を保ちつつ、繊維の配向に依存したねじれによる回路基板の変形を抑制させるために、回路基板の内層に繊維の配向方向が異なるＦＲＰを交互に配置することなど（例えば、特許文献１，２参照）がこれまでに提案されてきた。
特許第３４０２３９２号公報 特許第３８２１４６７号公報

しかし、回路基板の内層に繊維の配向方向が異なるＦＲＰを交互に配置することによって、ノウハウとして基板製造メーカで蓄積した高精度な位置合わせ（スケーリング）技術の適用が困難となってしまうため、上記従来技術は実用に至っていないという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弾性率を保ちつつ、ねじれの発生を抑制でき、さらに、現状の基板製造時におけるスケーリング技術をそのまま適用して、容易に形成できる回路基板を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、繊維１１ａに樹脂１１ｂを含浸させたプリプレグ１１が複数積層された中間層１２と、中間層１２のねじれ方向に配向させた繊維１４ａに樹脂１４ｂを含浸させたプリプレグ１４と、を有し、中間層１２は、プリプレグ１４に挟持されていることを特徴とする回路基板１０が提供される。

このような回路基板によれば、繊維に樹脂を含浸させたプリプレグが複数積層された中間層が、中間層のねじれ方向に配向させた繊維に樹脂を含浸させたプリプレグに挟持されて、中間層の最上および最下に形成されたプリプレグと中間層とに生じる応力を相殺するようになる。

本発明では、繊維に樹脂を含浸させたプリプレグが複数積層された中間層が、中間層のねじれ方向に配向させた繊維に樹脂を含浸させたプリプレグに挟持されて、中間層の最上および最下に形成されたプリプレグと中間層とに生じる応力を相殺するようにした。これにより、現状の基板製造時におけるスケーリング技術をそのまま適用し、かつ回路基板に生じるねじれによる変形を大幅に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されない。
本実施の概要について図面を参照して説明し、その後に、本発明の概要に基づいた実施の形態について、同様に図面を参照して説明する。

では、本発明の概要について図１を用いて以下に説明する。
図１は、本発明の概要図である。
回路基板１０は、図１（Ａ）に示すように、中間層１２と、中間層１２の最上および最下の表層に形成された一対のプリプレグ１４とによって構成されている。なお、図１（Ａ）では、便宜上、中間層１２とプリプレグ１４とを離して示しているが、実際に中間層１２とプリプレグ１４とを積層させた回路基板１０の断面図は、図１（Ｂ）に示すとおり、中間層１２の最上および最下の表層に一対のプリプレグ１４が形成されている。

中間層１２は、プリプレグ１１を複数積層して構成させている。なお、プリプレグ１１は、配向させた繊維１１ａを樹脂１１ｂで含浸させており、このプリプレグ１１の積層では、プリプレグ１１同士の繊維１１ａが重なるようにしている。

このような構成である中間層１２に対して応力が生じた場合、中間層１２は繊維１１ａの配向方向に対して強度を有するため、応力は繊維１１ａが配向させていない箇所に集中してしまう。例えば、図１（Ａ）では、中間層１２は繊維１１ａの配向方向に対して強度を有するために、中間層１２に生じた応力は図中の「ねじれ方向１３」に集中して、中間層１２にねじれが生じて、歪みの原因となってしまう。

一方、プリプレグ１４は、プリプレグ１１と同様に、配向させた繊維１４ａを樹脂１４ｂで含浸させて構成させており、さらに、プリプレグ１４の繊維１４ａはねじれ方向１３と同方向に配向させている。ねじれ方向１３と同方向に繊維１４ａを配向させると、中間層１２の説明で触れたように、プリプレグ１４に応力が生じると、プリプレグ１４はねじれ方向１３に沿った、繊維１４ａの配向方向に対して強度を有するようになり、そして、応力は繊維１４ａが配向させていない箇所に集中してしまう。すなわち、プリプレグ１４に生じた応力は、中間層１２の繊維１１ａの配向と同方向に集中し、プリプレグ１４にねじれが生じてしまう。

したがって、中間層１２の最上および最下の表層に、繊維１４ａが配向させたプリプレグ１４をそれぞれ形成することによって、回路基板１０のねじれを制御することができる。すなわち、中間層１２の最上および最下の表層に、中間層１２のねじれ方向１３に沿って繊維１４ａが配向させたプリプレグ１４をそれぞれ形成することによって、回路基板１０上の実装部品の熱などにより、中間層１２とプリプレグ１４とに生じた応力を相殺させることができ、回路基板１０へのねじれを抑制することができる。また、このような構成を得るために、中間層１２はプリプレグ１１を同方向に積層しただけであり、ねじれ方向１３と同方向に配向させた繊維１４ａを備える一対のプリプレグ１４を中間層１２の表層に形成しただけであるため、現状の製造プロセスをそのまま利用でき、高精度な位置合わせも可能となる。

次に実施の形態について図２〜図５を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の概要に基づいた実施例１〜実施例３を例に挙げて説明する。なお、本実施の形態において用いられるプリプレグを、本発明の概要で触れたように、配向させた繊維に樹脂を含浸させて構成させているとする。

（実施例１）
実施例１では、直交する２方向に繊維を配向させたプリプレグを利用した場合を例に挙げて説明する。

図２は、本実施の形態における実施例１の斜視および断面模式図である。
回路基板２０は、図２（Ａ）に示すように、コア層２１を中心として、コア層２１の上下にビルドアップ層２２，２３、最表層２４，２５が順に形成された鏡面構造が構成されている。なお、図２（Ａ）では、便宜上、コア層２１、ビルドアップ層２２，２３および最表層２４，２５を離して示しているが、実際にコア層２１、ビルドアップ層２２，２３および最表層２４，２５を積層させた回路基板２０の断面図は、図２（Ｂ）に示すとおり、コア層２１を中心として、コア層２１の上下にビルドアップ層２２，２３および最表層２４，２５が順に形成されている。

コア層２１はプリプレグ２７で構成されていて、プリプレグ２７は繊維２７ａに樹脂２７ｂを含浸させて構成させている。このようなコア層２１には、所望の回路配線などが形成される。なお、プリプレグ２７の繊維２７ａはプリプレグ２７の縦および横の各辺にそれぞれ平行な２方向に配向させている。また、繊維２７ａに適用される材料としては、ガラスクロス、アラミドまたは炭素繊維などが考えられる。

ビルドアップ層２２，２３は、コア層２１の上下にそれぞれ形成されている。また、ビルドアップ層２２，２３はそれぞれ２層のプリプレグ２７で構成されている。なお、プリプレグ２７同士の繊維２７ａがそれぞれ重なるように、コア層２１およびビルドアップ層２２，２３のプリプレグ２７を積層している。

最表層２４，２５は、ビルドアップ層２２，２３の外側にそれぞれ形成されている。また、最表層２４，２５はプリプレグ２６で構成されている。なお、プリプレグ２６は、プリプレグ２７と同様に、繊維２６ａに樹脂２６ｂを含浸させて構成させており、さらに、プリプレグ２６の繊維２６ａは、コア層２１およびビルドアップ層２２，２３のねじれ方向、すなわち、プリプレグ２６の繊維２６ａを４５度回転させた方向に配向させている。

このように、繊維２７ａが各辺と平行に配向させたプリプレグ２７から構成されるコア層２１およびビルドアップ層２２，２３にて、コア層２１の上下にビルドアップ層２２，２３を形成し、さらに、繊維２７ａに対して４５度回転させた繊維２６ａを備えたプリプレグ２６から構成される最表層２４，２５をそれぞれ形成することで、回路基板２０上の実装部品の熱などにより、コア層２１およびビルドアップ層２２，２３と、最表層２４，２５とに生じた応力を相殺させることができ、回路基板２０へのねじれを抑制することができる。また、このような構成は、コア層２１およびビルドアップ層２２，２３はプリプレグ２７を同方向に積層させただけであり、そして、繊維２７ａに対して４５度回転させた繊維２６ａを備える一対の最表層２４，２５をコア層２１およびビルドアップ層２２，２３の表層に形成しただけであるため、現状の製造プロセスをそのまま利用でき、高精度な位置合わせも可能となる。

次に、実施例１を利用した回路基板の具体例について以下に説明する。
図３は、本実施の形態における実施例１を利用した回路基板の断面模式図である。
回路基板３０は、コア層３１を中心として、コア層３１の上下にビルドアップ層３２，３３、最表層３４，３５が順に形成された鏡面構造が構成されている。さらに、最表層３４，３５には、ソルダーレジスト３６，３７が形成されて、回路基板３０のショートを防ぎ、絶縁性が保たれて保護されている。

このような回路基板３０は以下のような工程によって形成することができる。
まず、コア基板（横×縦×厚さ：５１０ｍｍ×３４０ｍｍ×４００μｍ）として、日立化成製のＭＣＬ−Ｅ−６７９ＦＧを用い、回路配線をエッチングにより形成して、その後に２層のコア基板を積層熱プレスして、コア層３１を作製した。

次に、コア層３１の上下両側に、２方向に繊維が配向させたプリプレグ（横×縦×厚さ：５１０ｍｍ×３４０ｍｍ×６０μｍ）として日立化成製のＧＥＡ−６７９ＦＧを積層プレスして、２層のビルドアップ層３２，３３をそれぞれ形成した。その後に、炭酸ガスレーザー加工により開口したブラインドビアホール（ＩＶＨ：Inner Via Hole）にビアフィルによる銅めっきによりビア３８ａを形成した。

ビルドアップ層３２，３３を形成した後、さらに、最表層３４，３５としてＧＥＡ−６７９ＦＧを、ビルドアップ層３２，３３のＧＥＡ−６７９ＦＧに対して４５度回転させて貼り合わせる。最表層３４，３５を貼り合わせた後、配線およびビア形成加工を行う。

配線およびビア形成加工後、ソルダーレジスト３６，３７として太陽インキ製のＰＳＲ−４０００・ＡＭ０１ＮＢを塗布して、露光・現像・硬化させた。そして、ソルダーレジスト３６，３７の所定の位置に開口部を設け、スルーホールをドリル加工により形成し、無電解および電解めっきを施して、スルーホール面にスルービア３８ｂを形成し、ソルダーレジスト３６，３７の表面のパターンと電気的な接続を形成する。そして、このようにして形成された回路基板３０に対して、例えば、ＬＳＩ回路３０ａなどを実装し、ＬＳＩ回路３０ａに対して電源を供給できる。

以上、回路基板３０は、コア層３１とビルドアップ層３２，３３とを、配向させた繊維が重なるように積層させて、さらにビルドアップ層３２，３３の表面に、ビルドアップ層３２，３３と４５度回転させて最表層３４，３５をそれぞれ形成することで、回路基板３０上の実装部品の熱などにより、コア層３１およびビルドアップ層３２，３３と、最表層３４，３５とに生じた応力を相殺させることができ、回路基板３０へのねじれを抑制することができる。また、このような構成は、コア層３１およびビルドアップ層３２，３３はプリプレグを同方向に積層させただけであり、そして、ビルドアップ層３２，３３に対して４５度回転させた最表層３４，３５をコア層３１およびビルドアップ層３２，３３の表層に形成しただけであるため、現状の製造プロセスをそのまま利用でき、高精度な位置合わせも可能となる。

（実施例２）
実施例２では、１方向に繊維を配向させたプリプレグを利用した場合を例に挙げて説明する。

図４は、本実施の形態における実施例２の斜視模式図である。
回路基板４０は、コア層４１を中心として、コア層４１の上下にビルドアップ層４２，４３、最表層４４，４５が順に形成された鏡面構造が構成されている。なお、図４では、便宜上、コア層４１、ビルドアップ層４２，４３および最表層４４，４５を離して示しているが、実際にコア層４１、ビルドアップ層４２，４３および最表層４４，４５を積層させた回路基板４０の断面図は、図２（Ｂ）に示したような、コア層４１を中心とした鏡面構造が形成される。

コア層４１はプリプレグ４７で構成されていて、プリプレグ４７は繊維４７ａに樹脂４７ｂを含浸させて構成させている。このようなコア層４１には、所望の回路配線などが形成される。なお、プリプレグ４７の繊維４７ａはプリプレグ４７の縦（または横）の辺にそれぞれ平行な１方向に配向させている。また、繊維４７ａに適用される材料としては、ガラスクロス、アラミドまたは炭素繊維などが考えられる。

ビルドアップ層４２，４３は、コア層４１の上下にそれぞれ形成されている。また、ビルドアップ層４２，４３はそれぞれ２層のプリプレグ４７で構成されている。なお、プリプレグ４７同士の繊維４７ａがそれぞれ重なるように、コア層４１およびビルドアップ層４２，４３のプリプレグ４７を積層している。

最表層４４，４５は、ビルドアップ層４２，４３の外側にそれぞれ形成されている。また、最表層４４，４５はプリプレグ４６で構成されている。なお、プリプレグ４６は、プリプレグ４７と同様に、繊維４６ａに樹脂４６ｂを含浸させて構成させており、さらに、プリプレグ４６の繊維４６ａは、コア層４１およびビルドアップ層４２，４３のねじれ方向、すなわち、プリプレグ４６の繊維４６ａを９０度回転させた方向に配向させている。

このように、繊維４７ａが縦（または横）の辺と平行に配向させたプリプレグ４７から構成されるコア層４１およびビルドアップ層４２，４３にて、コア層４１の上下にビルドアップ層４２，４３を形成し、さらに、繊維４７ａに対して９０度回転させた繊維４６ａを備えたプリプレグ４６から構成される最表層４４，４５をそれぞれ形成することで、回路基板４０上の実装部品の熱などにより、コア層４１およびビルドアップ層４２，４３と、最表層４４，４５とに生じた応力を相殺させることができ、回路基板４０へのねじれを抑制することができる。また、このような構成は、コア層４１およびビルドアップ層４２，４３はプリプレグ４７を同方向に積層させただけであり、そして、繊維４７ａに対して９０度回転させた繊維４６ａを備える一対の最表層４４，４５をコア層４１およびビルドアップ層４２，４３の表層に形成しただけであるため、現状の製造プロセスをそのまま利用でき、高精度な位置合わせも可能となる。

（実施例３）
実施例３では、最表層が複数積層したプリプレグから構成される場合を例に挙げて説明する。

図５は、本実施の形態における実施例３の斜視模式図である。
回路基板５０は、コア層５１を中心として、コア層５１の上下にビルドアップ層５２，５３、最表層５４，５５が順に形成された鏡面構造が構成されている。なお、図５では、便宜上、コア層５１、ビルドアップ層５２，５３および最表層５４，５５を離して示しているが、実際にコア層５１、ビルドアップ層５２，５３および最表層５４，５５を積層させた回路基板５０の断面図は、図２（Ｂ）に示したような、コア層５１を中心とした鏡面構造が形成される。また、図５に示す実施例３では、実施例１（図２）の２方向に配向させたプリプレグを利用した場合に適用させた例を挙げて説明するが、実施例２（図４）の１方向に配向させたプリプレグを利用した場合にも適用させると、同様の効果を得ることできる。

コア層５１はプリプレグ５７で構成されていて、プリプレグ５７は繊維５７ａに樹脂５７ｂを含浸させて構成させている。このようなコア層５１には、所望の回路配線などが形成される。なお、プリプレグ５７の繊維５７ａはプリプレグ５７の縦および横の各辺にそれぞれ平行な２方向に配向させている。また、繊維５７ａに適用される材料としては、ガラスクロス、アラミドまたは炭素繊維などが考えられる。

ビルドアップ層５２，５３は、コア層５１の上下にそれぞれ形成されている。また、ビルドアップ層５２，５３はそれぞれ２層のプリプレグ５７で構成されている。なお、プリプレグ５７同士の繊維５７ａがそれぞれ重なるように、コア層５１およびビルドアップ層５２，５３のプリプレグ５７を積層している。

最表層５４，５５は、ビルドアップ層５２，５３の外側にそれぞれ形成されている。また、最表層５４，５５は、実施例１，２と異なり、２層のプリプレグ５６で構成されている。なお、プリプレグ５６は、プリプレグ５７と同様に、繊維５６ａに樹脂５６ｂを含浸させて構成させており、さらに、プリプレグ５６の繊維５６ａは、コア層５１およびビルドアップ層５２，５３のねじれ方向、すなわち、プリプレグ５７の繊維５７ａを４５度回転させた方向に配向させている。また、最表層５４，５５は、プリプレグ５６同士の繊維５６ａが重なるように、それぞれ積層している。

このように、繊維５７ａが各辺と平行に配向させたプリプレグ５７から構成されるコア層５１およびビルドアップ層５２，５３にて、コア層５１の上下にビルドアップ層５２，５３を形成し、さらに、繊維５７ａに対して４５度回転させた繊維５６ａを備えた複数のプリプレグ５６から構成される最表層５４，５５をそれぞれ形成することで、実施例１および実施例２と同様に、回路基板５０上の実装部品の熱などにより、コア層５１およびビルドアップ層５２，５３と、最表層５４，５５とに生じた応力を相殺させることができ、回路基板５０へのねじれを抑制することができる。さらに、実施例３では最表層５４，５５を複数のプリプレグ５６から構成させているために、最表層５４，５５の繊維５６ａの配向方向への応力に対する強度が大きくなる。このため、コア層５１およびビルドアップ層５２，５３に大きな応力が生じる場合、最表層５４，５５のプリプレグ５６の積層数を増加させることで、互いの応力を相殺させることができる。また、このような構成は、コア層５１およびビルドアップ層５２，５３はプリプレグ５７を同方向に積層させただけであり、そして、繊維５７ａに対して４５度回転させた繊維５６ａを備える一対の最表層５４，５５をコア層５１およびビルドアップ層５２，５３の表層に形成しただけであるため、現状の製造プロセスをそのまま利用でき、高精度な位置合わせも可能となる。

本発明の概要図である。 本実施の形態における実施例１の斜視および断面模式図である。 本実施の形態における実施例１を利用した回路基板の断面模式図である。 本実施の形態における実施例２の斜視模式図である。 本実施の形態における実施例３の斜視模式図である。

符号の説明

１０ 回路基板
１１，１４ プリプレグ
１１ａ，１４ａ 繊維
１１ｂ，１４ｂ 樹脂
１２ 中間層
１３ ねじれ方向

Claims (5)

1. 第１の繊維に樹脂を含浸させた第１のプリプレグが複数積層された中間層と、
   前記中間層のねじれ方向に配向させた第２の繊維に樹脂を含浸させた第２のプリプレグと、を有し、前記中間層は、前記第２のプリプレグに挟持されていることを特徴とする回路基板。
2. 前記第１のプリプレグが、互いに交わる２方向に配向した前記第１の繊維を備え、前記第２のプリプレグが、前記第１の繊維に対して４５度回転し、かつ互いに交わる２方向に配向した前記第２の繊維を備えることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
3. 前記第１のプリプレグが、１方向に配列した前記第１の繊維を備え、前記第２のプリプレグが、前記第１の繊維に対して直交した前記第２の繊維を備えることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
4. 前記繊維は、ガラスクロス、アラミドおよび炭素繊維であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回路基板。
5. 前記第２のプリプレグを複数積層させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路基板。

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