JP5506984B2 - 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ビルドアップ構造の多層配線基板に関する。

ビルドアップ構造の多層配線基板は、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配線基板である。この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が交互に重ね合わされた構造を有し、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、一般的なビルドアップ構造の多層配線基板について説明する。図１２にビルドアップ構造の多層配線基板１００ｇ（以降、場合により「基板」と略す）の一部の断面を示す。基板１００ｇ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、通常、平織の繊維束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１２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交互に重ねた状態で加圧・加熱して樹脂を硬化させることにより形成される。また配線層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。

図には示されていないが、樹脂基材層Ｂにはビアホールもしくはスルーホールが形成されており、隣り合う配線層Ｃは、これらのビアホールやスルーホールにより電気的に接続されている。なお上記した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ベース層１０４と、ベース層１０４の上下に積層されるビルドアップ層１０５とに分けられる。ベース層１０４およびビルドアップ層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、ビルドアップ層１０５の各層の樹脂基材については、繊維束の織り組織と含有率が同じである単一の材料が用いられる。

基板１００ｇ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１００ｇ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）がそれぞれの配線層で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１２を参照しながら具体的に説明する。

図１３に示す基板１００ｈ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（ともにビルドアップ層１０５）、Ｂ３（ベース層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともにビルドアップ層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、ベース層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、残銅率の平均値はベース層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１３に示す基板１００ｈにおいては、ベース層１０４を境にした上側の熱膨張量が大きく、下側の熱膨張量が小さい。したがって、温度を負荷した場合、基板は上側に凸に反る。

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１２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同じになるようにしていた。

特開２０００−１５１０１５号公報

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

しかし、高密度実装が要求される小型電子機器用の基板では、電子部品実装用のランドの占める面積が増加し、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ない。また、高周波で動作する部品を基板に搭載する場合には、ダミーパターンを形成するとノイズ発生の原因となるため、ダミーパターンを設けることが制限されるという問題がある。このようにダミーパターンを設ける従来の対策では、基板の反りを低減する上で限界があった。

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十分なスペースがない場合、もしくはダミーパターンを設けることができない場合でも、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、本発明にかかる多層配線基板は、
導電材料からなる配線および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、繊維束およびこれに含浸された絶縁性の樹脂で構成された（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少なくとも１層は、その繊維束の交錯点の密度が他の層のそれと異なることを特徴とする。）

本発明にかかる多層配線基板において、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＋１）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層は、その繊維束の交錯点の密度が他の層のそれよりも小さいことが好ましい。

ここで、前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の繊維束の織り組織は綾織、朱子織、または不織布であり、他の層の繊維束の織り組織は平織であることが好ましい。もしくは前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の繊維束の織り組織は朱子織または不織布であり、他の層の繊維束の織り組織は綾織であることが好ましい。もしくは前記樹脂基材層のうち少なくとも１層の繊維束の織り組織は不織布であり、他の層の繊維束の織り組織は朱子織であることが好ましい。

本発明にかかる多層配線基板において、
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層は、その繊維束の交錯点の密度が他の層のそれよりも大きいことが好ましい。
前記１番目の樹脂基材層は、その繊維束の交錯点の密度が他の層のそれよりも大きいことが好ましい。

また、例えば、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層は、その繊維束の交錯点の密度が他の層のそれよりも小さいことも好ましい。

また、例えば、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層は、その繊維束の交錯点の密度が他の層のそれよりも大きいことも好ましい。

本発明にかかる多層配線基板は、少なくとも１層の樹脂基材層に、交錯点の密度が他の層のそれと異なる繊維束を用いることにより、各樹脂基材層の間で熱膨張量に差が生じるようにしている。すなわち、それぞれの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、樹脂基材層間の熱膨張量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反りを低減することができる。

本発明にかかる多層配線基板の構成を示す断面図である。 基本的な織り組織の組織図である。 反りシミュレーションのＮｏ．１で用いた、本発明の実施の形態にかかる多層配線基板の構成を示す断面図である。 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である。 反りシミュレーションのＮｏ．３で用いた多層配線基板の構成を示す断面図である。 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である。 反りシミュレーションのＮｏ．４で用いた多層配線基板の構成を示す断面図である。 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である。 反りシミュレーションのＮｏ．６で用いた多層配線基板の構成を示す断面図である。 図９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である。 本発明の他の実施の形態にかかる多層配線基板の構成を示す断面図である。 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である。 反りシミュレーションのＮｏ．２で用いた、従来の多層配線基板の構成を示す断面図である。 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である。 反りシミュレーションのＮｏ．５で用いた、従来の多層配線基板の構成を示す断面図である。 図１５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である。

以下、本発明にかかる多層配線基板について、図面を参照して説明する。最初に、多層配線基板の反りを低減するための原理について説明する。

図１に本発明にかかる多層配線基板１００ａの一部の断面を示す。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。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。また樹脂基材層Ｂは、織布状もしくは不織布状の繊維束１０２に絶縁性の樹脂１０３が含浸されて構成されている。これらの構成は、前述した図１２に示した従来の基板の構成と同様であり、また各構成要素の機能も変わりはない。以後の説明においても同様とする。

本発明にかかる多層配線基板では、少なくとも１層の樹脂基材層（図１ではＢ１）に、交錯点の密度すなわち糸と糸が交錯する点の密度が、他の層のそれと異なる繊維束を用いている。

発明者は実験を重ねた結果、繊維束の含有率が等しい樹脂基材層であっても、交錯点の密度が異なる繊維束を用いると、樹脂基材層の熱膨張量に差が出ることを見出した。すなわち、交錯点の密度の高い繊維束ほど熱膨張量が小さく、結果として、その繊維束を含む樹脂基材層の熱膨張量が小さくなる。従って、各樹脂基材層に交錯点の密度が異なる繊維束を用いれば、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、樹脂基材層間の熱膨張量の差により打ち消すことができる。

そして、一般的に、交錯点の密度は織り組織によって異なるため、繊維束の織り組織を変えることによって交錯点の密度を調整することができる。すなわち、織り組織の異なる繊維束を用いた複数の樹脂基材層を組み合わせることによって、樹脂基材層間の熱膨張量を調整して配線層間の熱膨張量の差を打ち消し、結果として、基板の反りを低減できる。

図２に基本的な繊維束の織り組織を示す。（Ａ）は平織、（Ｂ）は綾織、（Ｃ）は朱子織、そして（Ｄ）は不織布の組織図である。同じ糸を用いて繊維束を作製した場合、一般に交錯点の密度は、平織、綾織、朱子織、および不織布の順で低くなる。この違いは織り方に起因している。以下、それぞれの織り組織について簡単に説明する。

「平織」は、図２（Ａ）に示すように、たて糸１１とよこ糸１２が１本ずつ交互に交錯しており、織り組織の中で交錯点の密度が一番高い。

「綾織」は、図２（Ｂ）に示すように、たて糸１１またはよこ糸１２が２本以上並んで、よこ糸１２やたて糸１１に交錯して組み合わされている。平織の織り方は１種類しかないが、綾織および次に説明する朱子織には複数の織り方がある。図２（Ｂ）に示す綾織は、「３／１正則４枚斜分」と呼ばれている。

「朱子織」は、図２（Ｃ）に示すように、たて糸１１またはよこ糸１２が並行して飛び飛びに交錯点をもつ。図２（Ｃ）に示す朱子織は、「３飛び５枚朱子」と呼ばれている。

「不織布」は、上記３つの織り組織とは異なり、図２（Ｄ）に示すように、物理的・化学的手段や機械的手段により、比較的短い繊維１３同士を絡ませたり接着したりして作る。不織布は、その名の通り繊維や糸を織ったものではなく、通常は織り組織には含まれないが、本明細書では便宜上、織り組織の一種として扱う。

図２（Ａ）〜（Ｄ）に示す織り組織の繊維束を用いた樹脂基材層Ｂの縦弾性係数と線膨張係数のシミュレーション結果を表１に示す。本シミュレーションにおいて、樹脂１０３の縦弾性係数を１００００（ＭＰａ）、線膨張係数を５０×１０^-6（１／℃）、繊維束１０２の縦弾性係数を１０００００（ＭＰa）、線膨張係数を５×１０^-6（１／℃）としている。繊維束１０２は熱硬化した樹脂１０３の中に埋設されており、繊維束の含有率は３３％である。

なお、よこ糸の配列方向をＸ方向、たて糸の配列方向をＹ方向としたときに、綾織や朱子織では、部分的に見るとＸ方向とＹ方向で交錯点の分布に違いがあるが、交錯点が一定の周期で繰り返されるため、シミュレーションでは方向性がないものとして計算した。

表１のシミュレーション結果からわかるように、樹脂基材層Ｂの線膨張係数は、平織、綾織、朱子織、不織布の順に大きくなっている。

現時点では、繊維束の交錯点の密度が異なることによって熱膨張量に差が出るメカニズムは解明されていない。推測すると、以下のようなメカニズムにより樹脂基材層の熱膨張量に差が出るものと思われる。

図１に示すように、繊維束１０２は熱硬化した樹脂１０３の中に埋設されている。繊維束に交錯点がなければ、たて糸とよこ糸は各々自由に延びることができる。しかし、交錯点があると、例えば、たて糸が自由に伸びようとするのをよこ糸が拘束し、たて糸は繊維の配列方向と直交する方向に変形する。このような現象がたて糸とよこ糸でそれぞれ発生し、結果として、交錯点の密度が高い繊維束ほど繊維の配列方向への熱膨張が抑制されるものと思われる。

上述した理由により、本発明にかかる多層配線基板では、織り組織の異なる複数の繊維束を用いることで、樹脂基材層間の熱膨張量に差を持たせている。

なお、図２（Ｄ）に示す不織布では、繊維同士が重なり合っておらず、交錯点がないように見える。図２（Ｄ）は、短い繊維１３が無秩序に配列されている状態を端的に表現したものであり、実際には繊維同士が絡み合って交錯点が形成されている。ただし、繊維同士の拘束の程度は、平織などの繊維が織られた組織に比べて弱い。

図３に、本実施の形態にかかる多層配線基板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（ともにビルドアップ層１０５）、Ｂ３（ベース層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともにビルドアップ層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。なお、図中、図１２および図１３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。

上述した通り、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。ベース層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、残銅率の平均値はベース層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。また樹脂基材層Ｂの熱膨張量は、用いる繊維束の織り組織によって変わる。すなわち、熱膨張量は、平織より綾織の方が、綾織より朱子織の方が、さらに、朱子織より不織布の方が大きくなる。従って、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）ベース層１０４の下側のビルドアップ層１０５（樹脂基材層Ｂ４およびＢ５）のうち少なくとも１層に、他のビルドアップ層１０５の熱膨張量より熱膨張量が大きい織り組織の繊維束を用いる。
（２）ベース層１０４の上側のビルドアップ層１０５（樹脂基材層Ｂ１およびＢ２）のうち少なくとも１層に、他のビルドアップ層１０５の熱膨張量より熱膨張量が小さい織り組織の繊維束を用いる。

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、基板の反りを低減するのに有効である。

なお、上述した方法では、繊維束の織り組織が異なる２種類の樹脂基材層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。これ以外の方法として、織り組織がそれぞれ異なる樹脂基材層を用いることも考えられる。しかしその場合、基板の製造時に、織り組織の異なる複数種類の樹脂基材層を用意する必要があり、多層配線基板を製造する際のコストアップを招くため、好ましくない。

以下、本実施の形態にかかる基板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、Ｂ２、Ｂ３およびＢ５には平織の繊維束を用い、Ｂ４（図２で※印を付与）のみ綾織の繊維束を用いた。なお、樹脂基材層の繊維束の含有率は全て３３％である。

最初に、基板１００ｂの製造方法について説明する。まず、繊維束の織り組織が異なる２種類の樹脂基材層を製造した。繊維束として、断面の長半径２５μｍ、短半径１０μｍの楕円形のガラス繊維を布状に編んだものを用い、絶縁性の樹脂としてエポキシ樹脂を用いた。繊維束を製造する際に、繊維の織り方を変えて、織り構造の異なる２種類の繊維束を製造した。

次に、このようにして製造した布状の繊維束に樹脂を含浸させて、織り組織の異なる２種類の繊維束を用いた樹脂基材層を作製した。織り組織が異なる繊維束を用いた樹脂基材層を作製する際に、樹脂に、絶縁性等に影響を与えない程度の色素を加えて一方の樹脂基材層の色を変えると、見分けが容易となる。その結果、繊維束の織り組織が異なる樹脂基材層が誤った位置に配置される事態を防止でき、生産性の向上に寄与する。

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層目の樹脂基材層の上に、樹脂基材層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３に示す順序で繊維束の織り組織が異なる２種類の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い、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の各層の厚みは約１０μｍ、樹脂基材層Ｂの各層の厚みは約３０μｍ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６６８μｍであった。

比較例として、図１３に示す構成の基板１００ｈを、基板１００ｂと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１００ｈとで異なるのは、樹脂基材層Ｂ４の繊維束の織り組織が基板１００ｂでは綾織であるのに対し、基板１００ｈでは他の樹脂基材層と同様に平織である点である。基板１００ｈ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８４０μｍであった。

次に、４層のビルドアップ層１０５のうち１層のビルドアップ層（樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ４およびＢ５のいずれか）の繊維束の織り組織をそれぞれ変えた場合の基板の反りについて説明する。実際に１層の樹脂基材層の繊維束の織り組織を変えた基板を製造しようとすると、多額（１００万円単位）の追加費用が必要となる。このため、以下の説明では多層配線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１００ｈを用いて実測した反りの値とシミュレーション結果がほぼ同じ値になるように計算式のパラメータを定めた。

＜反りシミュレーションＮｏ．１＞
最初に、図３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、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５には平織の繊維束を用い、Ｂ４のみ綾織の繊維束を用いた場合についてシミュレーションを行った。なお、上記の平織と綾織の繊維束の樹脂基材層の繊維束含有率はともに３３％である。各配線層の残銅率はＣ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。配線層Ｃの各層の厚みは１０μｍ、樹脂基材層Ｂの各層の厚みは３０μｍである。また基板の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍである。

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１００００（ＭＰａ）、線膨張係数を５０×１０^-6（１／℃）、繊維束１０２の縦弾性係数を１０００００（ＭＰa）、線膨張係数を５×１０^-6（１／℃）としている。

図４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４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６６８μｍと同じ値である。

＜反りシミュレーションＮｏ．２＞
次に、図１３に示す従来の基板１００ｈ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１００ｈでは、５層の樹脂基材層（Ｂ１〜Ｂ５）に平織の繊維束を用いている。各配線層の残銅率は上述した例と同じ、すなわち図１２に示した配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％である。配線層Ｃの各層の厚み（１０μｍ）、樹脂基材層Ｂの各層の厚み（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、従来の基板１００ｈ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８４０μｍと同じ値である。前述した図４の結果と図１４の結果を比較すると、図４（基板１００ｂ）では６６８μｍの反り量を呈しているのに対し、図１４（基板１００ｈ）では８４０μｍの反り量を呈しており、本発明によって反りが約２０％低減されていることがわかる。

図１３に示す、樹脂基材層Ｂの織り組織が単一の平織の繊維束で構成されている基板１００ｈ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１００ｈ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１００ｈを上に凸に反らせる力が働く。

これに対して、図３に示す基板１００ｂでは、樹脂基材層Ｂ４の繊維束の織り組織（綾織）が他のビルドアップ層の織り組織（平織）と異なり、樹脂基材層Ｂ４のみが他の樹脂基材層より熱膨張量が大きいため、５層の樹脂基材層Ｂには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５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（ともにビルドアップ層１０５）、Ｂ３（ベース層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともにビルドアップ層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５の基板１００ｃは、樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に平織の繊維束を用い、下側に位置する最外層の樹脂基材層Ｂ５（図５に※印を付与）のみに綾織の繊維束を用いている。

上記以外の構成、すなわち配線層Ｃの各層の厚み、樹脂基材層Ｂの各層の厚みおよび基板の大きさは、基板１００ｂと同じであり、平織と綾織の繊維束を用いた樹脂基材層の繊維束含有率も基板１００ｂと同様、ともに３３％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１４の結果と比較すると、図６（基板１００ｃ）では４８３μｍの反り量を呈しているのに対し、図１４（基板１００ｈ）では８４０μｍの反り量を呈しており、本発明によって反りが約４３％低減されていることがわかる。

図５に示す基板１００ｃでは、樹脂基材層Ｂ５の織り組織（綾織）が他の樹脂基材層の織り組織（平織）と異なり、樹脂基材層Ｂ５のみが他の樹脂基材層より熱膨張量が大きいため、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。

＜反りシミュレーションＮｏ．４＞
図７にベースとなる樹脂基材層の織り組織が綾織である基板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（ともにビルドアップ層１０５）、Ｂ３（ベース層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともにビルドアップ層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７の基板１００ｄは、樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５に綾織の繊維束を用い、ベース層１０４を境にして下側に位置する樹脂基材層Ｂ４（図７に※印を付与）のみに朱子織の繊維束を用いている。

上記以外の構成、すなわち配線層Ｃの各層の厚み、樹脂基材層Ｂの各層の厚みおよび基板の大きさは基板１００ｂと同じであり、綾織と朱子織の繊維束を用いた樹脂基材層の繊維束含有率も基板１００ｂと同様、ともに３３％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反り形状を示す。シミュレーションの反り量は８８３μｍであった。

＜反りシミュレーションＮｏ．５＞
次に、図１５に示す基板１００ｉについて反りシミュレーションの結果を説明する。基板１００ｉは、図１３に示す従来の基板１００ｈに対し、５層の樹脂基材層（Ｂ１〜Ｂ５）の織り組織を、平織から綾織に変えたものであり、基板１００ｉの樹脂基材層の繊維束含有率は従来の基盤１００ｈの繊維束含有率と同じ３３％である。各配線層の残銅率、配線層Ｃの各層の厚み、樹脂基材層Ｂの各層の厚みおよび基板の大きさ共に、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１６に、基板１００ｉ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１０５８μｍであった。前述した図８の結果と図１６の結果を比較すると、図８（基板１００ｄ）では８８３μｍの反り量を呈しているのに対し、図１６（基板１００ｉ）では１０５８μｍの反り量を呈しており、本発明によって反りが約１７％低減されていることがわかる。

図１５に示す、樹脂基材層Ｂが単一の織り組織（綾織）で構成されている基板１００ｉ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１００ｉ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１００ｉを上に凸に反らせる力が働く。

これに対して、図７に示す基板１００ｄでは、樹脂基材層Ｂ４の織り組織（朱子織）が他のビルドアップ層の織り組織（綾織）と異なり、樹脂基材層Ｂ４のみが他の樹脂基材層より熱膨張量が大きいため、５層の樹脂基材層Ｂには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９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（ともにビルドアップ層１０５）、Ｂ３（ベース層１０４）、Ｂ４、Ｂ５（ともにビルドアップ層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９の基板１００ｅは、樹脂基材層Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に綾織の繊維束を用い、下側に位置する最外層の樹脂基材層Ｂ５（図９に※印を付与）のみに朱子織の繊維束を用いている。

上記以外の構成、すなわち配線層Ｃの各層の厚み、樹脂基材層Ｂの各層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１０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１０の結果を図１６の結果と比較すると、図１０（基板１００ｅ）では６９４μｍの反り量を呈しているのに対し、図１６（基板１００ｉ）では１０５８μｍの反り量を呈しており、本発明により約３４％反りが低減されていることがわかる。

図９に示す基板１００ｅでは、樹脂基材層Ｂ５の繊維束の織り組織（朱子織）が他の樹脂基材層の織り組織（綾織）と異なり、樹脂基材層Ｂ５のみが他の樹脂基材層より熱膨張量が大きいため、５層の樹脂基材層Ｂには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の結果に示すように、基板１００ｃは基板１００ｂに比較し、基板の反りを低減する効果が大きい。また、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、樹脂基材層の配置に起因するものであり、樹脂基材層の最外層に、ベースとなる織り組織の繊維束とは異なる織り組織の繊維束を用い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。

表２は、ベースとした織り組織の繊維束を含む樹脂基材層に対して、１層のみ異なる織り組織の繊維束を含む樹脂基材層を採用した場合の反りシミュレーション結果をまとめたものである。対象とした基板は、図３の基板１００ｂと同様に、各配線層の残銅率が配線層Ｃ１から順に、３２％、２８％、３７％、４６％、５２％、５４％であり、配線層Ｃの各層の厚み、樹脂基材層Ｂの各層の厚み、繊維束含有率も基板１００ｂと同じである。

同表の横の行は、ベースとなる繊維束の織り組織を示しており、縦の列は１層の異なる繊維束の織り組織と、その異なる層を示している。表中の数字は反りシミュレーションの結果である反り量を示しており、数字を四角で囲っているものは、異なる織り組織を採用せず、単一の織り組織で樹脂基材層を構成したものである。また下線が引かれている数字は、単一の織り組織で樹脂基材層を構成したものより反りが低減できているものである。これに対し、斜体字の数字は、単一の織り組織で樹脂基材層を構成したものより反りが増加しているもの、あるいは逆反り現象が生じているものである。なお、上記のシミュレーションＮｏ．１〜Ｎｏ．６の結果には、表中にそれぞれ※１〜※６の印を付した。

表２の下線を付した反り量からわかるように、５層の樹脂基材層Ｂのうち１層の織り組織として、ベースとした層と異なる織り組織（すなわち交錯点の密度が異なる）の繊維束を用いることにより、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、反りの増加や逆反りを引き起こさずに、基板の反りを低減することができる。

ただし、表２のうち、ベースとなる織り組織に平織または綾織を用い、かつ１層のみ異なる織り組織として不織布を用いた場合、その１層をＢ５に配置すると、例外的に逆反りが生じる。これは、１層の樹脂基材層を不織布としたことによって生じた、基板を下に凸に反らせる力が大きすぎ、上に凸であった基板の反りが逆転したためである。

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種類以上の織り組織を採用した場合に、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、上記実施の形態では、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。また上記実施の形態では、基板の中央にベース層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、図１１に示すように、基板の中央にベース層１０４がなく、基板１００ｆがビルドアップ層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）基板の下側のビルドアップ層１０５のうち少なくとも１層に、他のビルドアップ層１０５の熱膨張量より熱膨張量が大きい織り組織の繊維束を用いる。
（２）基板の上側のビルドアップ層１０５のうち少なくとも１層に、他のビルドアップ層１０５の熱膨張量より熱膨張量が小さい織り組織の繊維束を用いる。

また上記実施の形態では、１層の樹脂基材層の繊維束の織り組織を、その層を除く他の樹脂基材層の繊維束の織り組織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繊維束の織り組織を、それらの層を除く他の樹脂基材層の繊維束の織り組織と異ならせる場合にも適用できる。

さらに上記実施の形態では、各樹脂基材層の繊維束含有率を一定とした場合について説明した。しかし樹脂基材層の繊維束含有率を変えることによっても樹脂基材層の熱膨張量を調整できる。従って、本発明の交錯点の密度の異なる繊維束を用いることと、樹脂基材層の繊維束含有率を変えることとを組み合わせることにより、多層配線基板の反りの低減に対して、より柔軟に対応できる。

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
１１ たて糸
１２ よこ糸
１３ 繊維
１００ｂ〜１００ｆ 多層配線基板
１０１ 銅配線
１０２ 繊維束
１０３ 樹脂
１０４ ベース層
１０５ ビルドアップ層
１０８ ダミーパターン

Claims (10)

1. 導電材料からなる配線および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、繊維束およびこれに含浸された絶縁性の樹脂で構成された（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、
   ｎは偶数であり、
   一方の実装面から数えて（ｎ／２＋１）番目の樹脂基材層から（ｎ−１）番目の樹脂基材層のうち少なくとも１層は、その繊維束の交錯点の密度が、他の層のそれよりも小さいとともに、織り組織が、他の層のそれと異なり、
   かつ、前記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における、配線層面積に占める銅配線の面積比である残銅率の平均値が、（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いことを特徴とする多層配線基板。
2. 導電材料からなる配線および絶縁性の樹脂で構成されたｎ（ｎは３以上の整数）層の配線層と、繊維束およびこれに含浸された絶縁性の樹脂で構成された（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、
   ｎは奇数であり、
   一方の実装面から数えて（ｎ＋１）／２番目の樹脂基材層から（ｎ−１）番目の樹脂基材層のうち少なくとも１層は、その繊維束の交錯点の密度が、他の層のそれよりも小さいとともに、織り組織が、他の層のそれと異なり、
   かつ、前記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における、配線層面積に占める銅配線の面積比である残銅率の平均値が、（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も小さいことを特徴とする多層配線基板。
3. 前記繊維束の交錯点の密度が小さい樹脂基材層の繊維束の織り組織は綾織、朱子織、または不織布であり、他の層の繊維束の織り組織は平織であることを特徴とする、請求項１または２記載の多層配線基板。
4. 前記繊維束の交錯点の密度が小さい樹脂基材層の繊維束の織り組織は朱子織、または不織布であり、他の層の繊維束の織り組織は綾織であることを特徴とする、請求項１または２記載の多層配線基板。
5. 前記繊維束の交錯点の密度が小さい樹脂基材層の繊維束の織り組織は不織布であり、他の層の繊維束の織り組織は朱子織であることを特徴とする、請求項１または２記載の多層配線基板。
6. 導電材料からなる配線および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、繊維束およびこれに含浸された絶縁性の樹脂で構成された（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、
   ｎは偶数であり、
   一方の実装面から数えて１番目の樹脂基材層から（ｎ／２−１）番目の樹脂基材層のうち少なくとも１層は、その繊維束の交錯点の密度が、他の層のそれよりも大きいとともに、織り組織が、他の層のそれと異なり、
   かつ、前記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における、配線層面積に占める銅配線の面積比である残銅率の平均値が、（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いことを特徴とする多層配線基板。
7. 導電材料からなる配線および絶縁性の樹脂で構成されたｎ（ｎは３以上の整数）層の配線層と、繊維束およびこれに含浸された絶縁性の樹脂で構成された（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、
   ｎは奇数であり、
   一方の実装面から数えて１番目の樹脂基材層から（ｎ−１）／２番目の樹脂基材層のうち少なくとも１層は、その繊維束の交錯点の密度が、他の層のそれよりも大きいとともに、織り組織が、他の層のそれと異なり、
   かつ、前記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における、配線層面積に占める銅配線の面積比である残銅率の平均値が、（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も小さいことを特徴とする多層配線基板。
8. 前記繊維束の交錯点の密度が大きい樹脂基材層の繊維束の織り組織は平織であり、他の層の繊維束の織り組織は綾織、朱子織、または不織布であることを特徴とする、請求項６または７記載の多層配線基板。
9. 前記繊維束の交錯点の密度が大きい樹脂基材層の繊維束の織り組織は綾織であり、他の層の繊維束の織り組織は朱子織、または不織布であることを特徴とする、請求項６または７記載の多層配線基板。
10. 前記繊維束の交錯点の密度が大きい樹脂基材層の繊維束の織り組織は朱子織であり、他の層の繊維束の織り組織は不織布であることを特徴とする、請求項６または７記載の多層配線基板。

Images