JP5497334B2 - 多層配線基板 - Google Patents

Description

本発明は、２層以上の配線層を備えた全層ビルドアップ構造の多層配線基板に関する。

全層ビルドアップ構造の多層配線基板は、複雑な電子回路を高密度に構成し、その上に種々の電子部品を高密度に実装することを目的として開発された電子機器用部材である。この全層ビルドアップ構造の多層配線基板は、銅配線と樹脂で構成される複数の配線層と、樹脂と繊維束で構成される複数の樹脂基材層とを交互に重ね合わせた構造を有し、様々なデジタル機器やモバイル機器に用いられている。

最初に、一般的な全層ビルドアップ構造の多層配線基板について説明する。図９に全層ビルドアップ構造の多層配線基板（場合により「基板」と略す）の基本的な構成を示す。基板１００ａは、ｎ層（ｎは３以上の整数）の配線層（Ｃ１〜Ｃｎ）と（ｎ−１）層の樹脂基材層[Ｂ１〜Ｂ（ｎ−１）]とが、交互に重なり合う状態で積層されている。以降、配線層および樹脂基材層を総称する場合には、それぞれ配線層Ｃおよび樹脂基材層Ｂと表示する。

配線層Ｃは銅配線１０１と絶縁性の樹脂１０３で構成されている。樹脂基材層Ｂは、織布状の繊維束１０２に絶縁性の樹脂１０３が含浸されて構成されている。なお、図では、樹脂基材層Ｂとして、繊維束１０２に樹脂１０３が含浸された状態を模式的に表している。以後の図面においても同様に表示する。

繊維束１０２としては、一般にガラス繊維やアラミド繊維が用いられる。また、絶縁性の樹脂１０３としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ＢＴ樹脂等の熱硬化性の樹脂が用いられる。

通常、配線層Ｃおよび樹脂基材層Ｂは、絶縁性の樹脂が含浸された繊維束と配線パターンが形成された銅箔とを重ねた状態で加圧・加熱して樹脂を硬化させることにより形成される。配線層Ｃを構成する樹脂１０３は、加圧・加熱の際に、繊維束に含浸された樹脂の一部が配線パターンの間に入り込むことにより形成される。

なお、図には示されていないが、各配線層Ｃの間は、樹脂基材層Ｂに形成されたビアホールもしくはスルーホールによって電気的に接続されている。また上記した全層ビルドアップ構造の多層配線基板の構成については、非特許文献１に詳しく定義されている（第２頁の構造例３、４参照）。

樹脂基材層Ｂは、基板製造時の積層プレス工程において多層構造の中央層となるコア基材層１０４と、コア基材層１０４の上下に積層される積層基材層１０５とに分けられる。コア基材層１０４および積層基材層１０５を構成する樹脂基材については、同一の場合と異なる場合がある。これに対し、積層基材層１０５の各層の樹脂基材については、繊維束の含有率が一定である単一の材料が用いられる。

基板１００ａは、リフローはんだ付け工程において、表裏の実装面に電子部品が仮止めされた状態でリフローベルトあるいはリフローパレット上に配置され、常温から２２０℃以上に昇温してはんだ付けされた後、再び常温に降温される。このとき基板１００ａには、残銅率（配線層Ｃの全体の面積に占める銅配線の面積の比率）が各配線層間において異なることによって配線層間の熱膨張量に差が生じ、そのことに起因して反りが生じる。基板の反りが生じるメカニズムを、図１０を参照しながら具体的に説明する。

図１０に示す基板１００ｆは、上部から順にＣ１〜Ｃ６までの６層の配線層を有し、各配線層の間に、上部から順にＢ１、Ｂ２（ともに積層基材層１０５）、Ｂ３（コア基材層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともに積層基材層１０５）の５層の樹脂基材層を有する。各配線層の残銅率は配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。この場合、コア基材層１０４（樹脂基材層Ｂ３）を境にした上側の各配線層（Ｃ１〜Ｃ３）と下側の各配線層（Ｃ４〜Ｃ６）の残銅率の平均値を出すと、残銅率の平均値はコア基材層１０４の下側の方が大きい。

配線層Ｃを構成する銅配線１０１と樹脂１０３とを比較すると、樹脂１０３の方が銅配線１０１より線膨張係数が大きい。このため、残銅率が大きい配線層は温度負荷による熱膨張量が小さくなる。よって、図１０に示す基板１００ｆにおいては、コア基材層１０４を境にした上側の熱膨張量は、残銅率が少ない（樹脂が多い）ので大きく、下側の熱膨張量は残銅率が高い（樹脂が少ない）ので小さい。したがって、温度を負荷した場合、基板は上側に凸に反る。

また、図１０に示す基板１００ｆの左右方向を緯糸方向、紙面に垂直な方向を経糸方向と定義する場合、電子回路の配線は、多層配線基板上に不均等に配置されているため、一般に、基板の反りは、図１２に示すように、緯糸方向と経糸方向の反り量が異なる、いわゆる鞍反りとなる。

リフローはんだ付け工程時に基板の反りが生じたままの状態で電子部品を実装すると、電子部品と基板との間の接続信頼性を著しく低下させることとなる。このことは、多層配線基板を組み込んだ電子回路の品質を悪化させる大きな要因となっている。

リフローはんだ付け工程時の基板の反りを防止するために、従来、特許文献１に示す対策が採られていた。すなわち、前述の図９に示すように、各配線層Ｃにおいて残銅率の違いに由来する熱膨張量の差ができるだけ生じないようにするため、配線層Ｃに、電子回路を構成する本来の銅配線１０１とは別にダミーパターン１０８を形成し、各配線層Ｃの残銅率ができる限り一律になるようにしていた。

特開２０００−１５１０１５号公報

「ＪＰＣＡ規格 ビルドアップ配線版（用語）（試験方法）」長嶋 紀孝 編 （社）日本電子回路工業会

しかし、電子回路の高密度実装が要求される小型電子機器用の基板では、配線層にダミーパターンを設ける十分なスペースを確保することができず、基板の反りを低減することが困難であった。また、上記した鞍反りを抑えるために、ある一方向のみの反り量を低減する有効な手段が無かった。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、配線層にダミーパターンを設けるスペースがない場合でも、鞍反りが低減できる多層配線基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る多層配線基板は、
導電材料からなる配線と絶縁性の樹脂で構成されたｎ（ｎは４以上の整数）層の配線層と、織布状の繊維束に絶縁性の樹脂が含浸された（ｎ−１）層の樹脂基材層とが、交互に重なり合う状態で積層された多層配線基板であって、
前記（ｎ−１）層の樹脂基材層のうち１層において、
繊維束の経糸、または、緯糸のどちらか一方のみの全ての糸が、他の全ての層の繊維束の糸と線膨張係数が異なり、他方の全ての糸が、他の層の繊維束の全ての糸と同じ線膨張係数を有し、
前記各樹脂基材層の前記繊維束の体積含有率が同じであり、
前記各樹脂基材層の厚みが同じであり、
前記各配線層の前記配線の厚みが同じであることを特徴とする。

ここで、ｎが偶数の場合、
ｎ／２番目の前記樹脂基材層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ／２）番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ／２＋１）番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値より小さく、
１番目から（ｎ／２−１）番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数よりも小さいことが好ましい。

また、前記１番目の樹脂基材層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数よりも小さいことが好ましい。

一方、ｎが奇数の場合、
（ｎ＋１）／２番目の前記配線層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ−１）／２番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ＋３）／２番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値より小さく、
１番目から（ｎ−１）／２番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数よりも小さいことが好ましい。

更に、ｎが偶数の場合、
ｎ／２番目の前記樹脂基材層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ／２）番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ／２＋１）番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値より小さく、
ｎ／２番目から（ｎ−１）番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数よりも大きいことが好ましい。

また、前記（ｎ−１）番目の樹脂基材層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数よりも大きいことが好ましい。

一方、ｎが奇数の場合、
（ｎ＋１）／２番目の前記配線層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ−１）／２番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ＋３）／２番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値より小さく、
（ｎ＋１）／２番目から（ｎ−１）番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数よりも大きいことが好ましい。

本発明に係る多層配線基板は、少なくとも１層の樹脂基材層における繊維束の経糸もしくは緯糸の一部の線膨張係数を、他の繊維束の線膨張係数と異ならせている。結果、経糸方向もしくは緯糸方向の一方向のみ、各樹脂基材層の熱膨張量に差が生じる。従って、各配線層の残銅率が異なることによって生じる配線層間の熱膨張率の差に由来する歪を、各樹脂基板層に意図的に与えた経糸と緯糸との熱膨張率の差を利用して打ち消すことにより
、リフローはんだ付けにおける基板の鞍反りを低減することができる。

本発明の実施の形態に係る多層配線基板の構成を示す断面図 図１の多層配線基板の反りシミュレーションの結果を示した図 本発明の実施の形態に係る多層配線基板の他の構成を示す断面図 図３の多層配線基板の反りシミュレーションの結果を示した図 本発明の実施の形態に係る多層配線基板の更に他の構成を示す断面図 図５の多層配線基板の反りシミュレーションの結果を示した図 本発明の実施の形態に係る多層配線基板の更に他の構成を示す断面図 図７の多層配線基板の反りシミュレーションの結果を示した図 全層ビルドアップ構造の多層配線基板の基本構成を示す断面図 従来の多層配線基板（繊維束：ガラス繊維）の構成を示す断面図 図１０の多層配線基板の反りシミュレーションの結果を示した図 鞍反りの説明図 従来の多層配線基板（繊維束：アラミド繊維）の構成を示す断面図 図１３の多層配線基板の反りシミュレーションの結果を示した図 複合歪を示した図

以下、６層の配線層と５層の樹脂基材層を有する基板を例に挙げて、本発明に係る多層配線基板の構成を説明する。図１に、本発明の実施の形態に係る多層配線基板１００ｂの構成を示す。基板１００ｂは、上部から順にＣ１〜Ｃ６までの６層の配線層を有し、各配線層の間に、上部から順にＢ１、Ｂ２（ともに積層基材層１０５）、Ｂ３（コア基材層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともに積層基材層１０５）の５層の樹脂基材層を有する。各配線層の残銅率はＣ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。残銅率は、基板ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）のデータに含まれる各配線層Ｃの残銅率から抽出した。

また、図２に示す基板反りシミュレーションの結果より、基板１００ｂは緯糸方向の反りが大きく、経糸方向の反りが小さい鞍反りになることがわかった。なお、図中、図９および図１０に示す基板と同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。以降の説明においても同様とする。

本実施の形態の具体的な説明に先立ち、基板の鞍反りを低減する原理について説明する。本発明に係る基板では、少なくとも１層の樹脂基材層における繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数を、他の繊維束の線膨張係数と異ならせている。樹脂基材層は繊維束の線膨張係数によって熱膨張量が異なり、繊維束の線膨張係数が小さいほど熱膨張量が小さくなる。従って、各配線層の残銅率が異なることによって生じる配線層間の熱膨張量の差を、一方向のみ線膨張係数が異なることによって生じる樹脂基材層間の異方性をもつ熱膨張量の差により打ち消すことができる。

上述の通り、基板１００ｂの各配線層の残銅率はＣ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。コア基材層１０４を境にした上側の各配線層（Ｃ１〜Ｃ３）と下側の各配線層（Ｃ４〜Ｃ６）の残銅率の平均値を出すと、それぞれ３２％および５１％となり、残銅率の平均値はコア基材層１０４の下側の方が大きい。

前述したように、配線層Ｃは、残銅率が大きいほど熱膨張量が小さくなる。これに対し樹脂基材層Ｂは、用いられる繊維束の線膨張係数が小さいほど熱膨張量が小さくなる。また、基板上の配線の不均等性により緯糸方向の反りが大きい鞍反りになる場合、以下のい
ずれかの方法により、基板１００ｂの反りを低減できる。
（１）コア基材層１０４の上側の積層基材層１０５（樹脂基材層Ｂ１およびＢ２）のうち少なくとも１層において、緯糸方向の繊維束の線膨張係数が、他のそれよりも小さい繊維束を用いる。
（２）コア基材層１０４の下側の積層基材層１０５（樹脂基材層Ｂ４およびＢ５）のうち少なくとも１層において、緯糸方向の繊維束の線膨張係数が、他のそれよりも大きい繊維束を用いる。

上記のいずれの方法においても、基板の各配線層Ｃに働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層Ｂに下に凸に反らせる力を持たせることができ、かつ、緯糸方向の反りが大きい鞍反りに対して、有効な低減策となる。

なお、上述した方法では、経糸、緯糸とも同じ繊維束で製造された樹脂基材層と、経糸と緯糸が異なる材料の繊維束で構成された樹脂基材層の２種類を組み合わせることにより基板１００ｂの反りの低減を図っている。

経糸と緯糸の材質が異なる樹脂基材層の製造は、例えば繊維束を製造する場合に、経糸にガラス繊維、緯糸にアラミド繊維を適用する等の方法により行う。なお、アラミド繊維の線膨張係数はガラス繊維のそれに比べて小さい。

以下、本実施の形態に係る基板１００ｂの構成について具体的に説明する。本実施の形態では、５層の樹脂基材層のうちＢ１、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５には経糸、緯糸ともガラス繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用い、Ｂ２（図１で※印を付与）にのみ経糸にガラス繊維、緯糸にアラミド繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いた。

最初に、基板１００ｂの製造方法について説明する。最初に、ともに断面の長半径２５μｍ、短半径１０μｍであるガラス繊維とアラミド繊維をそれぞれ束状にした繊維束を用意し、まずは、経糸、緯糸ともガラス繊維の繊維束を布状に編んだ。次いで、経糸にガラス繊維の繊維束、緯糸にアラミド繊維の繊維束を配したものを布状に編んだ。

次に、このようにして製造した２種類の繊維束を布状に編んだものに樹脂を含浸させて、経糸と緯糸が同じ材質の樹脂基材層と、経糸と緯糸の繊維束の材質が異なる樹脂基材層の２種類の樹脂基材層を生成した。

次に、このようにして生成した樹脂基材層の所定の位置にレーザ加工等によって孔を開け、その孔にインナービアを形成するため、金属粉と熱硬化性樹脂を混合した導電性樹脂組成物を充填した。次に、一方の面に配線パターンが形成された２枚の離型フィルムで樹脂基材層の両面を覆った後、加圧した状態で加熱し、樹脂を硬化させると共に配線パターンを樹脂基材層に固着した。その後、樹脂基材層から離型フィルムを剥離した。なお、配線パターンの形成については、樹脂基材層の両面を銅箔で覆った後、エッチングによって配線パターンを形成する方法を採用してもよい。

このようにして得られた１層目の樹脂基材層および配線層の上に繊維束および一方の面に配線パターンが形成された離型フィルムを載せ、上述と同様の方法でインナービアを形成した後、加圧・加熱した。図１に示す順序で１層のみ繊維束の緯糸の材質が異なる樹脂基材層を挟み、配線層と樹脂基材層を積み重ねながら、上述の処理を繰り返して行った。そして、最終的に５層の樹脂基材層Ｂおよび６層の配線層Ｃを有する基板１００ｂを製造した。

製造された基板１００ｂの配線層Ｃの厚みは約１０μｍ、樹脂基材層Ｂの厚みは約３０
μｍであった。このようにして製造された基板１００ｂを５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切り出し、リフロー時の最高温度２６０℃を負荷したところ、反りは１．１６ｍｍであった。

比較例として、図１０に示す構成の基板１００ｆを、基板１００ｂと経糸および緯糸に同一の繊維束および樹脂を用いて製造し、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさに切り出した。基板１００ｂと基板１００ｆで異なるのは、樹脂基材層Ｂ２の緯糸方向の繊維束の材質が基板１００ｂはアラミド繊維であるのに対し、基板１００ｆは他の樹脂基材層の繊維束と同じガラス繊維である点である。基板１００ｆについてリフロー時の最高温度２６０℃を負荷したところ、反りは１．６３ｍｍであった。

次に、４層の積層基材層１０５のうち１層の積層基材層（樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４およびＢ５のいずれか）の繊維束の緯糸の材質をそれぞれ変えた場合の基板の反りについて説明する。以下の説明では基板を解析モデル化し、その解析モデルを用いて反りの状態をシミュレーションした結果を示す。なお、解析モデルを作成する際には、基板１００ｂおよび１００ｆを用いて実測した反りの値とシミュレーション結果が同じ値になるように計算式のパラメータを定めた。そのため、このシミュレーションは非常に高い精度で実際の基板の挙動を表わすことができる。

＜反りシミュレーションＮｏ．１＞
最初に、図１に示した本実施の形態の基板１００ｂの構成、すなわち５層の樹脂基材層のうちＢ１、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５には経糸、緯糸ともガラス繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用い、Ｂ２のみ経糸にガラス繊維、緯糸にアラミド繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いた場合についてシミュレーションを行った。各配線層の残銅率はＣ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。各配線層Ｃの厚みは１０μｍ、各樹脂基材層Ｂの厚みは３０μｍである。また基板の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍである。

なお、本反りシミュレーションにおいては、基板の各部材の物性値について、銅配線１０１の縦弾性係数を５００００（ＭＰａ）、線膨張係数を１７×１０^-6（１／℃）、樹脂１０３の縦弾性係数を８０００（ＭＰａ）、線膨張係数を６０×１０^-6（１／℃）、ガラス繊維の繊維束１０２は縦弾性係数を７００００（ＭＰａ）、線膨張係数を５×１０^-6（１／℃）、アラミド繊維の繊維束１０６は縦弾性係数を６５０００（ＭＰａ）、線膨張係数を−１．５×１０^-6（１／℃）とし、樹脂基材層における繊維束の体積含有率は、ガラス繊維を有する層、アラミド繊維を有する層とも６２％としている。

図２は、基板１００ｂのシミュレーション結果における反り形状を図化したものである。図２は基板１００ｂを斜め上から見た状態を示し、図中に表された複数のリングは等高線を示している。四角形状の基板の４つの頂点で形成される平面から中央のリングの中心部Ｔまでの距離が基板１００ｂの反り量を示す。シミュレーション結果の反り量（図中の括弧内の数字）は実測値１．１６ｍｍと同じ値である。

＜反りシミュレーションＮｏ．２＞
次に、図１０に示す従来の基板１００ｆについて反りシミュレーションの結果を説明する。従来の基板１００ｆでは、５層の樹脂基材層（Ｂ１〜Ｂ５）に経糸、緯糸ともガラス繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いている。各配線層の残銅率は上述した例と同じ、すなわち図１０に示した配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。各配線層Ｃの厚み（１０μｍ）、各樹脂基材層Ｂの厚み（３０μｍ）および基板の大きさ（５０ｍｍ×５０ｍｍ）共に、上述した例と同じである。また、反りシミュレーションにおける基板の各部材の物性値についても、上述した例と同じである。

図１１に、従来の基板１００ｆのシミュレーション結果における反り形状を示す。シミュレーションの反り量は実測値１．６３ｍｍと同じ値である。前述した図２の結果と図１１の結果を比較すると、図２（基板１００ｂ）では１．１６ｍｍの反り量を呈しているのに対し、図１１（基板１００ｆ）では１．６３ｍｍの反り量を呈しており、本発明によって反りが約２９％低減されていることがわかる。これは、基板１００ｂでは、樹脂基板層（Ｂ２）の緯糸に用いたアラミド繊維は、他の繊維束であるガラス繊維よりも熱膨張量が小さいからである。

図１０に示す、樹脂基材層Ｂの繊維束が経糸、緯糸とも同じである基板１００ｆでは、温度負荷時の反りは、各配線層Ｃにおける残銅率が各配線層間において異なることに起因する熱膨張量の差によって生じる。基板１００ｆの場合は、残銅率が配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％と下側になるほど高くなるため、６層の配線層Ｃには、基板１００ｆを上に凸に反らせる力が働く。

これに対して、図２に示す基板１００ｂでは、樹脂基材層Ｂ２において、緯糸（アラミド繊維）が経糸（ガラス繊維）より線膨張係数が小さく、この緯糸方向のみ他の樹脂基材層の熱膨張量より膨張量が小さくなるため、樹脂基材層Ｂ２の緯糸方向のみ、基板を下に凸に反らせる力が働く。したがって、各配線層Ｃに働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層Ｂに働く下に凸に反らせる力が打ち消す働きを持ち、反りが低減される。

＜反りシミュレーションＮｏ．３＞
図３は基板１００ｃの構成を示す。基板１００ｃは、上部から順にＣ１〜Ｃ６までの６層の配線層を有し、各配線層Ｃの間に、上部から順にＢ１、Ｂ２（ともに積層基材層１０５）、Ｂ３（コア基材層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともに積層基材層１０５）の５層の樹脂基材層を有している。また各配線層Ｃの残銅率は配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。これらの配置および構成は、前述した基板１００ｂと同じである。

図３の基板１００ｃは、樹脂基材層Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５に経糸、緯糸ともガラス繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用い、上側に位置する最外層の樹脂基材層Ｂ１（図３に※印を付与）のみ経糸にガラス繊維、緯糸にアラミド繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いている。

上記以外の構成、すなわち各配線層Ｃの厚み、各樹脂基材層Ｂの厚みおよび基板の大きさは、基板１００ｂと同じである。また、反りシミュレーションにおける基板の各部材の物性値についても、上述した例と同じである。

図４に、リフロー時の最高温度２６０℃を負荷した場合の反りシミュレーションの結果を示す。図４の結果を図１１の結果と比較すると、図４（基板１００ｃ）では０．６２ｍｍの反り量を呈しているのに対し、図１１（基板１００ｆ）では１．６３ｍｍの反り量を呈しており、本発明によって反りが約６２％低減されていることがわかる。

図３に示す基板１００ｃでは、樹脂基材層Ｂ１において、緯糸（アラミド繊維）が緯糸（ガラス繊維）より線膨張係数が小さく、この緯糸方向のみ他の樹脂基材層の熱膨張量より膨張が小さくなるため、５層の樹脂基材層Ｂには基板１００ｃを下に凸に反らせる力が働く。したがって、各配線層Ｃに働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層Ｂに働く下に凸に反らせる力が打ち消す働きを持ち、反りが低減される。

基板１００ｃおよび１００ｂは、共にコア基材層１０４の上側の樹脂基材層（Ｂ１、Ｂ２）に、線膨張係数が他の繊維束より大きい繊維束を緯糸として用いているが、基板１００ｃは基板１００ｂに比較して、基板の反りを低減する効果が大きい。これは、線膨張係数が大きい緯糸を用いた樹脂基材層の配置に起因するものであり、最外層に経糸と緯糸の線膨張係数が異なる繊維束を適用した樹脂基材層を配置した場合に、最も大きな効果が得られる。

一方、図１３に示す基板１００ｇは、図１０に示す基板１００ｆに対し、繊維束の材質を全てガラス繊維からアラミド繊維に置き換えて製造したものである。基板１００ｇの基板１００ｆに対する相違点は、上述した繊維束の材質のみであり、その他の構成については、基板１００ｆと同様のものである。基板１００ｇについてリフロー時の最高温度２６０℃を負荷したところ、反りは１．５４ｍｍであった。

＜反りシミュレーションＮｏ．４＞
次に、図１３に示す従来の基板１００ｇについて反りシミュレーションの結果を説明する。従来の基板１００ｆと繊維束の材質のみ異なる基板１００ｇでは、５層の樹脂基材層（Ｂ１〜Ｂ５）に経糸、緯糸ともアラミド繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いている。各配線層の残銅率は上述した例と同じ、すなわち図１３に示した配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。各配線層Ｃの厚み（１０μｍ）、各樹脂基材層Ｂの厚み（３０μｍ）および基板の大きさ（５０ｍｍ×５０ｍｍ）共に、上述した例と同じである。また、反りシミュレーションにおける基板の各部材の物性値についても、上述した例と同じである。

図１４に、基板１００ｇのシミュレーション結果における反り形状を示す。シミュレーションの反り量は実測値１．５４ｍｍと同じ値である。

＜反りシミュレーションＮｏ．５＞
図５に基板１００ｄの構成を示す。基板１００ｄは、上部から順にＣ１〜Ｃ６までの６層の配線層を有し、各配線層の間に、上部から順にＢ１、Ｂ２（ともに積層基材層１０５）、Ｂ３（コア基材層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともに積層基材層１０５）の５層の樹脂基材層を有している。また各配線層の残銅率は、Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。これらの配置および構成は、前述した基板１００ｂと同じである。

図５の基板１００ｄは、樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５に経糸、緯糸ともアラミド繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用い、コア基材層１０４を境にして下側に位置する樹脂基材層Ｂ４（図５に※印を付与）のみに経糸にアラミド繊維、緯糸にガラス繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いている。

上記以外の構成、すなわち各配線層Ｃの厚み、各樹脂基材層Ｂの厚みおよび基板の大きさは、基板１００ｂと同じである。また、反りシミュレーションにおける基板の各部材の物性値についても、上述した例と同じである。

図６に、リフロー時の最高温度２６０℃を負荷した場合の反りシミュレーションの結果を示す。図６の結果を図１１の結果と比較すると、図６（基板１００ｄ）では１．０５ｍｍの反り量を呈しているのに対し、図１４（基板１００ｇ）では１．５４ｍｍの反り量を呈しており、本発明により反りが約３２％低減されていることがわかる。

図６に示す基板１００ｄでは、樹脂基材層Ｂ４において、緯糸（ガラス繊維）が経糸（アラミド繊維）より線膨張係数が大きく、この緯糸方向のみ他の樹脂基材層の熱膨張量より膨張が大きくなるため、樹脂基材層Ｂ４の緯糸方向のみ、基板を下に凸に反らせる力が働く。したがって、各配線層Ｃに働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層Ｂに働く下に凸に反らせる力が打ち消す働きを持ち、反りが低減される。

＜反りシミュレーションＮｏ．６＞
図７に基板１００ｅの構成を示す。基板１００ｅは、上部から順にＣ１〜Ｃ６までの６層の配線層を有し、各配線層の間に、上部から順にＢ１、Ｂ２（ともに積層基材層１０５）、Ｂ３（コア基材層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともに積層基材層１０５）の５層の樹脂基材層を有している。各配線層Ｃの残銅率は配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。これらの配置および構成は、前述した基板１００ｂと同じである。

図７の基板１００ｅは、樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に経糸、緯糸ともアラミド繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用い、下側に位置する最外層の樹脂基材層Ｂ５（図７に※印を付与）のみに経糸にアラミド繊維、緯糸にガラス繊維を基材とする繊維束を配した樹脂基材層を用いている。

上記以外の構成、すなわち各配線層Ｃの厚み、各樹脂基材層Ｂの厚みおよび基板の大きさは、基板１００ｂと同じである。また、反りシミュレーションにおける基板の各部材の物性値についても、上述した例と同じである。

図８に、リフロー時の最高温度２６０℃を負荷した場合の反りシミュレーションの結果を示す。図８の結果を図１１の結果と比較すると、図８（基板１００ｅ）では０．５７ｍｍの反り量を呈しているのに対し、図１４（基板１００ｇ）では１．５１ｍｍの反り量を呈しており、本発明により約６３％反りが低減されていることがわかる。

図７に示す基板１００ｅでは、樹脂基材層Ｂ５において、緯糸（ガラス繊維）が経糸（アラミド繊維）より線膨張係数が大きく、この緯糸方向のみ他の樹脂基材層の熱膨張量より膨張が大きくなるため、樹脂基材層Ｂ５の緯糸方向のみ、基板を下に凸に反らせる力が働く。したがって、各配線層Ｃに働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層Ｂに働く下に凸に反らせる力が打ち消す働きを持ち、反りが低減される。

基板１００ｅは基板１００ｄに比較し、基板の反りを低減する効果が大きい。これは、シミュレーションＮｏ．３で説明したのと同様に樹脂基材層の配置に起因するものであり、最外層に経糸と緯糸の線膨張係数が異なる繊維束を適用した樹脂基材層を配置した場合に、最も大きな効果が得られる。

なお、上記例では、ガラス繊維とアラミド繊維を用いた。その線膨張係数の差は、６．５×１０^-6（１／℃）あった。しかし、繊維の特性ばらつきから、その差は、１．０×１０^-6（１／℃）以上あれば、効果ができる。より好ましくは、６．５×１０^-6（１／℃）以上あればよい。

前述したように基板の反りを低減させる方法として、樹脂基材層のうちの１層において、経糸もしくは緯糸に、線膨張係数が他の繊維束より小さい繊維束を用いる方法（シミュレーションＮｏ．１、３）と、樹脂基材層のうちの１層において、経糸もしくは緯糸に、線膨張係数が他の繊維束より大きい繊維束を用いる方法（シミュレーションＮｏ．５、６）がある。反りシミュレーションの結果から明らかなように、これらのいずれの方法においても、基板の各配線層Ｃに働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層Ｂに下に凸に反らせる力を持たせ、基板の反りを低減できる。

以上、基板の反りを低減する種々の実施の形態を示したが、各配線層における配線の不均等性や残銅率の違い、あるいは、各樹脂基材層の繊維束の体積含有率の違いにより、上記の実施の形態による基板反り低減の効果は異なる。また、場合によっては、基板の各配線層に働く上に凸に反らせる力に対して、各樹脂基材層に下に凸に反らせる力が大きすぎ、逆反りが生じることもある。

こうした事態を避けるため、下記の文献に示されている多層ばり理論によって、樹脂基材層に２種類以上の繊維束を採用した場合に、基板の反りが増大しないか、あるいは逆反りにならないかということを予測しておくとよい。その際には、あらかじめ配線層各層の縦弾性係数と線膨張係数、樹脂基材層各層の縦弾性係数と線膨張係数を求めておく。
「多層ばり理論によるプリント基板の応力・変形の評価」 尾田 十八、阿部 新吾 日本機械学会論文集（Ａ編） ５９巻５６３号 ｐ．２０３−２０８
なお、本実施の形態では、５層の樹脂基材層を持つ基板について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また本実施の形態では、基板の中央にコア基材層１０４がある場合、すなわち配線層が偶数ある場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、基板の中央にコア基材層１０４がなく、基板が積層基材層１０５だけで構成されている場合、すなわち配線層が奇数ある場合についても、上述した実施の形態と同様の効果を発揮できる。

例えば、基板の中央にある配線層を除いて、基板の下側にある配線層の残銅率の平均値が、上側にある配線層の残銅率の平均値よりも大きい場合、以下のいずれかの方法により、基板の反りを低減できる。
（１）基板の上側の積層基材層１０５のうち少なくとも１層において、緯糸方向の繊維束の線膨張係数が、他のそれよりも小さい繊維束を用いる。
（２）基板の下側の積層基材層１０５のうち少なくとも１層において、緯糸方向の繊維束の線膨張係数が、他のそれよりも大きい繊維束を用いる。

また本実施の形態では、１層の樹脂基材層の経糸もしくは緯糸の線膨張係数を他の繊維束と異ならせる場合について説明したが、これに限定されない。本発明は、２層以上の樹脂基材層の経糸もしくは緯糸の線膨張係数を他の繊維束と異ならせる場合にも適用できる。

さらに、本発明は１層中の所定の部分で、経糸若しくは緯糸の膨張を変えてもよい。例えば、図１５では、基板の前側は上側に凸にひずみ、基板の後ろ側は下側に凸となっている。この場合、基板の前側では、コア基材層より上の樹脂基材層で緯糸の線膨張係数を小さくし、基板の後ろ側では、コア基材層より下の樹脂基材層で緯糸の線膨張係数を小さくすることで、このような歪をも打ち消すことができる。

図１５の場合は、基板の前側では、コア基材層より下の樹脂基材層で緯糸の線膨張係数を大きくし、基板の後ろ側では、コア基材層より上の樹脂基材層で緯糸の線膨張係数を大きくしても同様の効果を得ることができる。

繊維束の線膨張係数の値を変えるのは繊維の材質である。従って、本発明では、樹脂基材層中の少なくとも１つの樹脂基材層において、経糸若しくは緯糸の繊維束の少なくとも一部が他の繊維束と異なる材質であればよい。

本発明の多層配線基板は、携帯電子機器をはじめ、デジタルモバイル商品などの電子回路形成のために搭載される配線基板として、多くの用途に適用できる。

Ｂ１〜Ｂ５ 樹脂基材層
Ｃ１〜Ｃ６ 配線層
１００ｂ〜１００ｇ 多層配線基板
１０１ 銅配線
１０２ ガラス繊維の繊維束
１０３ 樹脂
１０４ コア基材層
１０５ 積層基材層
１０６ アラミド繊維の繊維束
１０８ ダミーパターン

Claims (9)

1. 導電材料からなる配線と絶縁性の樹脂で構成されたｎ（ｎは４以上の整数）層の配線層と、織布状の繊維束に絶縁性の樹脂が含浸された（ｎ−１）層の樹脂基材層とが、交互に重なり合う状態で積層された多層配線基板であって、
   前記（ｎ−１）層の樹脂基材層のうち１層において、
   繊維束の経糸、または、緯糸のどちらか一方のみの全ての糸が、他の全ての層の繊維束の糸と線膨張係数が異なり、他方の全ての糸が、他の層の繊維束の全ての糸と同じ線膨張係数を有し、
   前記各樹脂基材層の前記繊維束の体積含有率が同じであり、
   前記各樹脂基材層の厚みが同じであり、
   前記各配線層の前記配線の厚みが同じであることを特徴とする多層配線基板。
2. ｎは偶数であり、
   かつｎ／２番目の前記樹脂基材層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ／２）番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ／２＋１）番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値よりも小さく、
   １番目から（ｎ／２−１）番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数より１×１０^−６以上小さいことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 前記１番目の樹脂基材層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数より１×１０^−６以上小さいことを特徴とする請求項２に記載の多層配線基板。
4. ｎは奇数であり、
   かつ（ｎ＋１）／２番目の前記配線層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ−１）／２番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ＋３）／２番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値より小さく、
   １番目から（ｎ−１）／２番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数より１×１０^−６以上小さいことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
5. ｎは偶数であり、
   かつｎ／２番目の前記樹脂基材層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ／２）番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ／２＋１）番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値よりも小さく、
   ｎ／２番目から（ｎ−１）番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数より１×１０^−６以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
6. 前記（ｎ−１）番目の樹脂基材層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数より１×１０^−６以上大きいことを特徴とする請求項５に記載の多層配線基板。
7. ｎは奇数であり、
   かつ（ｎ＋１）／２番目の前記配線層を境として、一方の実装面から数えて１番目から（ｎ−１）／２番目までの前記配線層の残銅率の平均値が、（ｎ＋３）／２番目からｎ番目までの前記配線層の残銅率の平均値より小さく、
   （ｎ＋１）／２番目から（ｎ−１）番目までの前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の前記繊維束の経糸もしくは緯糸の線膨張係数が、前記他の繊維束の糸の前記線膨張係数より１×１０^−６以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
8. 前記少なくとも１層の前記繊維と前記他の層の繊維の前記線膨張係数の差が、６×１０^−６以上大きい請求項２から７のうちいずれか１項に記載の多層配線基板。
9. 前記少なくとも１層の前記繊維がアラミド繊維であり、前記他の層の繊維がガラス繊維である請求項１から８のうちいずれか１項に記載の多層配線基板。