プリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器
【課題】異方性を最小限に抑制するプリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器を提供する。
【解決手段】繊維方向Ｄ１に配向した繊維材料で形成する基材２と、基材２の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、基材２の面部上に周期的に複数区画されたセル３と、回路チップの接続端子に対応し、セル３内に形成した複数の貫通孔４とを有し、繊維方向Ｄ１に対して略４５度斜め方向に基材２上でセル３を面付けした。
【解決手段】繊維方向Ｄ１に配向した繊維材料で形成する基材２と、基材２の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、基材２の面部上に周期的に複数区画されたセル３と、回路チップの接続端子に対応し、セル３内に形成した複数の貫通孔４とを有し、繊維方向Ｄ１に対して略４５度斜め方向に基材２上でセル３を面付けした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Large Scale Integration）パッケージングが実装されるプリント配線板の熱膨張率は、パターニングされる銅配線の材料に整合して、17ppm/℃程度のものが一般的である。しかしながら、近年では、熱膨張率が3〜3.5ppm/℃程度のシリコンウエハに近い低熱膨張率のプリント配線板が求められているのが実情である。
【０００３】
そこで、FR4、FR5、FR6（Flame Retardant：プリント配線板の部材である銅張積層板の耐燃性の等級を示す記号）やＢＴ（ビスマレイミドトリアジン樹脂）レンジ等の中から熱膨張率の低い樹脂材料を含浸したプリプレグ材料がある。このプリプレグ材料を使用してプリント配線板の基材を形成している。更に、プリプレグ化する場合に使用する繊維材料として、一般的なＥガラス繊維(熱膨張率：約5.5ppm/℃、弾性率：約70GPa)の代わりに、Ｔガラス繊維等の低熱膨張特性のガラス繊維（熱膨張率：約3ppm/℃、弾性率：約80GPa）を使用している。つまり、プリプレグ材料やプリプレグ化に使用する繊維材料を適宜選択することで、プリント配線板の基材の低熱膨張化を図ろうとしている。しかしながら、このようなプリント配線板の基材は、概ね12ppm/℃以上の熱膨張率となるため、シリコンウエハに近い熱膨張率を得るのは難しい。
【０００４】
また、プリプレグ材料には、フィラメントと呼ばれる細いガラス繊維を束にした繊維糸（ヤーン）にし、これら繊維糸を縦横方向に交互に編み込んだ織布（平織りの織布）や、これら繊維糸を平らに敷き詰めるように織らないまま整列させた状態の不織布がある。そして、プリプレグ材料は、織布又は不織布に樹脂を含浸させ、この含浸させた織布又は不織布を半硬化（Ｂステージ化）することで形成している。この際、織布に圧力等をかけて扁平させる方法や、糸束を平らに延ばした状態で織り上げる方法である開繊と呼ばれる技術を使用して、プリプレグ材料の薄型化を図ることが知られている。
【０００５】
図１１は、ガラス繊維の織布を用いたプリプレグ材料の断面図、図１２は、ガラス繊維の織布の一部を示す平面図である。図１１に示すプリプレグ材料２００は、繊維糸２０１を縦横方向に交互に編み込んだ平織りの織布に樹脂２０２を含浸させたものである（図１２参照）。一般的にプリプレグ材料に用いられるガラス繊維は、Eガラスと呼ばれるものである。Eガラス繊維の熱膨張率は、約5.5ppm/℃と小さいが、数十ppm/℃の熱膨張率を有するエポキシ樹脂等が含有されることにより、プリント配線板の配線に使用される銅配線と整合の取れた約17ppm/℃程度の熱膨張率となっている。しかしながら、シリコンウエハに近い熱膨張率を得るのは難しい。
【０００６】
そこで、更なる改善方法として、ガラス繊維に代えて、約100GPaを超える高弾性率で、かつ、1ppm/℃以下の低熱膨張率のアラミド繊維等の有機繊維やカーボン繊維等の無機繊維に樹脂を含浸したプリプレグ材料を基材に使用することが知られている。尚、有機繊維は絶縁材料であるのに対して、無機繊維は導電性材料である。
【０００７】
そこで、このような改善方法を採用したプリント配線板について説明する。図１３は、導電性材料の基材を使用したプリント配線板の断面図である。図１３に示すプリント配線板１００Ａは、カーボン繊維等の低熱膨張率の導電性材料を基材１０１Ａに使用している。プリント配線板１００Ａでは、基材１０１Ａが導電性材料であるため、配線層１０２Ａ間を接続するスルーホール１０３Ａを基材１０１Ａから電気的に絶縁する構造が必要となる。従って、プリント配線板１００Ａでは、スルーホール１０３Ａを形成する部分に大きい下孔１０４Ａを形成してエポキシ等の樹脂材料１０５Ａで穴埋めして、基材１０１Ａとスルーホール１０３Ａとの間を樹脂材料１０５Ａで電気的に絶縁する二重構造としている。
【０００８】
しかし、ガラス繊維と樹脂材料を組合わせたプリプレグ材料を使用したプリント配線板も同様であるが、ガラス繊維の代わりに、アラミド繊維等の有機繊維又はカーボン繊維等の無機繊維を使用した場合、異なる材料の組合せによる物性の問題は顕著である。図１４は、物性の異なる材料の組合わせの関係を示す説明図である。図１４において材料の異なる材料Ａと材料Ｂとの配列関係において材料Ａと材料Ｂとの横方向に着目すると、材料Ａと材料Ｂとは直列的に組み合わされたと言える。更に、材料Ａと材料Ｂとの縦方向に着目すると、材料Ａと材料Ｂとは並列的に組み合わされたと言える。例えば、材料Ａの長さをLa, 熱膨張率をαa、弾性率をEaとし、材料Ｂの長さをLb, 熱膨張率をαb、弾性率をEbとする。直列的に組み合わされた場合の熱膨張率α'は、α'＝(αa×La＋αb×Lb）/(La＋Lb)となる。また、並列的に組み合わされた場合の熱膨張率α'は、α'＝(αa×Ea×La＋αb×Eｂ＋Lb）/(Ea×La＋Eｂ×Lb)となる。
【０００９】
その結果、物性が異なる材料Ａ及び材料Ｂが並べて組み合わされた織布のプリプレグ材料では、縦方向と横方向とで熱膨張率が異なる。この点、不織布に樹脂材料を含浸したプリプレグ材料にも同様なことが言える。
【００１０】
所定繊維方向に繊維糸を並べたものに樹脂材料を含浸させた場合、この繊維方向を縦方向とし、その繊維方向に対する直角方向を幅方向とすると、前述した式の通り、縦方向の熱膨張率は並列的に組み合わされた場合の式となる。また、横方向の熱膨張率は直列的に組み合わされた場合の式となる。従って、縦方向の熱膨張率と横方向の熱膨張率とは異なる。
【００１１】
また、縦方向の弾性率は並列的に組み合わされた場合となるため、Ｅ'＝（La+Lb）/（La/Ea+Lb/Eb）となり、横方向の弾性率は直列的に組み合わされた場合となるため、E'=(La×Ea＋Lb×Ｅb）/(La+Lb)となる。従って、縦方向の弾性率と横方向の弾性率とも異なる。
【００１２】
しかも、実際には繊維同士が接触し得るため、より複雑に接触部分の接触率等を経験的に求めて、並列式にも直列式の係数等を加えて計算することで縦横方向の熱膨張率及び弾性率を計算する方法が知られている。
【００１３】
また、例えば、０度方向の不織布及び９０度方向の不織布を２枚用いると、０度の不織布及び９０度の不織布で物性が異なるため熱膨張率の差で反りが発生してしまう。そこで、このような事態を解消するために、例えば、０度の不織布＋９０度の不織布＋９０度の不織布＋０度の不織布の如く、中心から対称性を持たせて配置する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２８９１１４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４２５３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２８２６号公報
【特許文献４】特開２００１−３３２８２８号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】植村益次, 山脇弘一; 東京大学宇宙航空研究所報告Vol.4,No.3(B),Oct.(1968)
【非特許文献２】S.W.Tsai; Structural Behavior of Composite Materials, NASA CR-71 (1964)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記プリント配線板では、基材にカーボン繊維等の導電性材料を使用して製造した場合、配線層間を接続するスルーホールを導電性材料から樹脂材料で電気的に絶縁する二重構造としている。従って、スルーホールを形成する部分に大きい下孔を形成しなければならず、この下孔形成によって基材の繊維を細かく寸断した構造となる。
【００１７】
しかも、樹脂材料の熱膨張率は基材の熱膨張率よりも格段に高いため、スルーホールの配置に偏りがあると、縦方向の熱膨張率と横方向の熱膨張率とに大きな差が生じる。しかも、低熱膨張の繊維材料を用いた場合には、繊維の寸断に応じて繊維長のバラツキが大きくなり、基材自体の物性が部分的に変化する。その結果、縦横方向の熱膨張差が生じて異方性が生じる。
【００１８】
図１５は、プリント配線板の一部を示す平面図である。尚、説明の便宜上、図１５は、スルーホール部位を白丸で示す。図１５に示すプリント配線板の基材２０１は、繊維方向Ｄ１の繊維糸と、繊維方向Ｄ１に対して直交する繊維方向Ｄ２の繊維糸とを縦横方向に編み込んだ織布を形成する。その基材２０１の面部には、回路チップの１チップ分に対応したセル２０２を複数区画する。更に、基材２０１の面部には、例えば、繊維方向Ｄ１に対して０度（又は９０度）方向にセル２０２を周期的に面付けした。各セル２０２内には、回路チップの各接続端子に対応し、繊維方向Ｄ１と直交する繊維方向Ｄ２にスルーホール部位２０３を配列した。
【００１９】
図１６は、セル２０２内のスルーホール部位２０３と繊維方向Ｄ１（Ｄ２）との関係を示す説明図である。図１６に示すセル２０２内には、基材２０１の繊維方向Ｄ２に対して０度方向（又は９０度方向）に所定ピッチで複数のスルーホール部位２０３が配列してある。その結果、セル２０２では、スルーホール部位２０３の配置位置に応じて基材２０１の繊維が寸断し、セル２０２内の主要部分、すなわち中央部分に着目しても、繊維長のバラツキが大きい。尚、一般的に異なる繊維長を樹脂材料で含浸したプラスチックの物性は繊維長に応じて異なる。つまり、スルーホール部位２０３形成の繊維寸断による繊維長のバラツキと、スルーホール部位２０３形成の下孔の穴埋めに使用する材料特性と基材２０１の材料特性との相違によって、縦横方向の熱膨張差が生じる。
【００２０】
図１６に示す横方向（繊維方向Ｄ２）の熱膨張率をＸ、縦方向（繊維方向Ｄ１）の熱膨張率をＹとして、実際の熱膨張係数をシミュレーションした場合、その熱膨張率の大きさはＸ＜Ｙとなる。尚、物性計算上、繊維方向Ｄ２の熱膨張率Ｘはスルーホール部位２０３と繊維部分との並列性が高く、繊維方向Ｄ１の熱膨張率Ｙは直列性が高くなるためである。この際、本織布を用いた基材と同一の熱膨張率、弾性率及びポアソン比を備えた材料があったと仮定し、この材料でスルーホール部位２０３形成時の下孔を穴埋めした場合の繊維方向Ｄ２の熱膨張率をＸ’、繊維方向Ｄ１の熱膨張率をＹ’とする。この際、Ｘ＜Ｘ’＜Ｙ’＜Ｙの関係が成立する。
【００２１】
つまり、スルーホール部位２０３の形成によって繊維長のバラツキが大きくなると、熱膨張の異方性が表れる。しかも、スルーホール部位２０３の形成による下孔の穴埋めに基材と同一材料を使用せず、樹脂材料を使用する場合、熱膨張の異方性は顕著となる。
【００２２】
１つの側面では、異方性を最小限に抑制するプリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本願の開示するプリント配線板は、一つの態様において、所定繊維方向に配向した繊維材料で形成する基材と、前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に周期的に複数区画されたセルと、前記回路チップの接続端子に対応し、前記セル内に形成した複数の貫通孔とを有する。そして、前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けした。
【発明の効果】
【００２４】
異方性を最小限に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例１のプリント配線板の一部を示す平面図である。
【図２】図２は、実施例２のプリント配線板の断面図である。
【図３】図３は、実施例２のプリント配線板で使用する基材の面部の外形を示す平面図である。
【図４】図４は、実施例２のプリント配線板の一部を示す平面図である。
【図５】図５は、実施例２のセル内のスルーホール部位と繊維方向との関係を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例２のプリント配線板の製造工程を示す説明図である。
【図７】図７は、６層プリント配線板の断面図である。
【図８】図８は、ビルドアップ配線板の断面図である。
【図９】図９は、ビルドアップ配線板の断面図である。
【図１０】図１０は、他の実施例のセル内のスルーホール部位と繊維方向との関係を示す説明図である。
【図１１】図１１は、ガラス繊維の織布を用いたプリプレグ材料の断面図である。
【図１２】図１２は、ガラス繊維の織布の一部を示す平面図である。
【図１３】図１３は、導電性材料の基材を使用したプリント配線板の断面図である。
【図１４】図１４は、物性の異なる材料の組合わせの関係を示す説明図である。
【図１５】図１５は、プリント配線板の一部を示す平面図である。
【図１６】図１６は、セル内のスルーホール部位と繊維方向との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて、本願の開示するプリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１は、実施例１のプリント配線板の一部を示す平面図である。図１に示すプリント配線板１は、基材２と、セル３と、貫通孔４とを有する。基材２は、所定繊維方向Ｄ１（Ｄ２）に配向した繊維材料で形成する。セル３は、基材２の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、基材２の面部上に周期的に複数区画される。貫通孔４は、回路チップの各接続端子に対応し、セル３内に複数形成する。そして、プリント配線板１は、所定繊維方向Ｄ１（Ｄ２）に対して、例えば４５度の所定斜め方向に基材２上でセル３を面付けした。
【００２８】
実施例１では、基材２の所定繊維方向Ｄ１（Ｄ２）に対して、例えば４５度の所定斜め方向に基材２上でセル３を面付けしたので、セル３内の主要部分の貫通孔４間の繊維長のバラツキが小さくなるため、その繊維長バラツキによる異方性を最小限に抑制できる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、実施例２のプリント配線板の断面図である。図２に示すプリント配線板１０は、基材１２と、基材１２の表面及び裏面に積層した配線層１３と、配線層１３上に形成した配線パターン１４とを有する。更に、基材１２の面部１２Ａには、スルーホール部位１５を有する。スルーホール部位１５は、基材１２の面部１２Ａを表裏に貫通するスルーホール１５Ａを備え、基材１２と異なる熱膨張率の樹脂材料等の絶縁材料１６Ｂを使用した部位である。
【００３０】
図３は、実施例２のプリント配線板１０で使用する基材１２の面部１２Ａの外形を示す平面図、図４は、実施例２のプリント配線板１０の一部を示す平面図である。尚、説明の便宜上、図４では、スルーホール部位１５を白丸で示す。図３に示す基材１２の面部１２Ａは、製品部分３１と、製品外部分３２とを有し、製品部分３１は、複数の所定区画のセル２０が区画してある。
【００３１】
図４に示すプリント配線板１０の基材１２は、繊維方向Ｄ１の繊維糸と、繊維方向Ｄ１に対して直交する繊維方向Ｄ２の繊維糸とを縦横方向に編み込んだ織布のプリプレグ材料で形成する。その基材１２の面部１２Ａには、回路チップの１チップ分に対応したセル２０が複数区画される。更に、基材１２の面部１２Ａには、例えば、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にセル２０を面付けした。各セル２０内には、回路チップの各接続端子に対応し、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にスルーホール部位１５を配列した。
【００３２】
図５は、セル２０内のスルーホール部位１５と繊維方向Ｄ１（Ｄ２）との関係を示す説明図である。セル２０内には、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にスルーホール部位１５が配列してある。セル２０内のスルーホール部位１５は、例えば、９個のスルーホール部位１５を含む第１スルーホール群５１と、第１スルーホール群５１に対向して配列し、例えば、９個のスルーホール部位１５を含む第２スルーホール群５２とを有する。尚、セル２０内の主要部分は、第１スルーホール群５１内のスルーホール部位５１Ａ〜５１Ｄと、第２スルーホール群５２内のスルーホール部位５２Ａ〜５２Ｄとで構成する。その結果、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にスルーホール部位１５Ａを配列したので、第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２の主要部分の関係は次のようになる。
【００３３】
繊維方向Ｄ１の直線上のスルーホール部位５１Ｃとスルーホール部位５２Ａとの間の繊維長Ｌ１と、スルーホール部位５１Ｄとスルーホール部位５２Ｂとの間の繊維長Ｌ２とが同一長の関係となる。更に、繊維方向Ｄ１に対して直交する繊維方向Ｄ２の直線上のスルーホール部位５１Ｂとスルーホール部位５２Ｄとの間の繊維長Ｌ３と、スルーホール部位５１Ａとスルーホール部位５２Ｃとの間の繊維長Ｌ４とが同一長の関係となる。しかも、繊維方向Ｄ１の繊維長Ｌ１，Ｌ２と、繊維方向Ｄ２の繊維長Ｌ３，Ｌ４とは同一長の関係となる。つまり、主要部分の繊維長のバラツキが小さくなる。
【００３４】
次に、プリント配線板１０の製造工程について説明する。図６は、実施例２のプリント配線板１０の製造工程を示す説明図である。先ず、レイアウト設計工程では、基材１２の面部１２Ａにセル２０を複数区画する際、基材１２の繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に面付けするように配置するレイアウト構成を設計する。つまり、各セル２０内の第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２が繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に配列するレイアウト構成となる。更に、各セル２０内の第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２の主要部内の繊維方向Ｄ１の繊維長Ｌ１，Ｌ２と繊維方向Ｄ２の繊維長Ｌ３，Ｌ４とが同一長の関係となるように第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２を配列するレイアウト構成を設計する。
【００３５】
そして、基材形成工程(ステップＳ１１)では、基材１２を形成する複数のプリプレグ材料１２Ｂを積層し、これら積層したプリプレグ材料１２Ｂを熱プレスして基材１２を形成する。尚、プリプレグ材料１２Ｂとしては、カーボン繊維の織布に樹脂を含浸してＢステージ化した材料である。そのカーボン繊維の織布は、繊維方向Ｄ１の繊維糸に繊維方向Ｄ２の繊維糸を縦横方向に編み込んだ平織り布である。カーボン繊維は、例えば、熱膨張率が約0ppm/℃、弾性率が約370GPaの繊維を使用する。更に、このカーボン繊維は、ＦＲ４等で使用する樹脂を塗工しても、硬化後の低熱膨張基材(ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）)の物性値で熱膨張率が約0ppm/℃、弾性率が約80GPaの特性が得られる。
【００３６】
次に、下孔形成工程(ステップＳ１２)では、レイアウト設計工程で設計したレイアウト構成に基づき、スルーホール部位１５の配置位置に応じて基材１２の面部１２Ａをドリルで穿孔して下孔１６Ａを形成する。つまり、下孔形成工程では、面部１２Ａ上に繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に下孔１６Ａが配列されたことになる。尚、下孔１６Ａの直径は、例えば、Φ0.8ｍｍとする。更に、下孔１６Ａ形成時のカーボンの切粉による樹脂の汚染を防止する目的で下孔１６Ａの内周壁面に25μmの銅メッキを施すものとする。
【００３７】
次に、絶縁部分形成工程(ステップＳ１３)では、基材１２の面部１２Ａに形成した下孔１６Ａに穴埋め用の絶縁材料１６Ｂを充填する。尚、穴埋め用の絶縁材料１６Ｂは、例えば、その熱膨張率を低下させる目的でシリカフィラーを混合した熱膨張率が約33ppm/℃、弾性率が4.7GPaの樹脂を使用する。更に、基材１２の面部２１Ａから漏れ出た絶縁材料１６Ｂの部分を研削して面部１２Ａを平坦化する。
【００３８】
更に、銅箔積層工程(ステップＳ１４)では、絶縁部分１６を形成した基材２の表裏面にＦＲ４のプリプレグ材料１７を使用して銅箔１８を積層する。尚、プリプレグ材料１７は、カーボン繊維の露出を防止するためにガラス繊維入りのプリプレグ材料とする。
【００３９】
更に、スルーホール形成工程(ステップＳ１５)では、レイアウト構成に基づき、スルーホール部位１５の配置位置に対応した絶縁材料１６Ｂを充填した部分を表裏にドリルで穿孔してスルーホール１５Ａを形成する。
【００４０】
更に、スルーホールメッキ形成工程(ステップＳ１６)では、形成されたスルーホール１５Ａの内周壁面に、熱膨張率が約17ppm/℃の銅メッキ１５Ｂを施してセル２０内にスルーホール部位１５を形成する。尚、スルーホール部位１５は、基材１２の表裏を電気的に接続する。そして、面部１２Ａ上には、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に下孔１６Ａが配列したことになる。
【００４１】
更に、配線パターン形成工程(ステップＳ１７)では、スルーホール１５Ａの内周壁面に銅メッキ１５Ｂを施した後、銅箔１８上にドライフィルムレジストを形成する。更に、配線パターン形成工程(ステップＳ１７)では、基材１２の面部１２Ａ上の銅箔１８をエッチングすることで面部１２Ａ上に配線パターン１４を形成する。その結果、約3〜7ppm/℃の熱膨張率を有する両面タイプのプリント配線板１０を得た。
【００４２】
そこで、基材１２の製品部分３１を試作し、通常通り、繊維方向Ｄ１に０度又は９０度方向にセル２０を面付けし（図１５参照）、基材１２の繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率をＸ、基材１２の繊維方向Ｄ１（縦方向）の熱膨張率をＹとする。この場合、繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率×=6.3ppm/℃、繊維方向Ｄ１（縦方向）Y=7.0ppm/℃となる。その結果、縦横方向の熱膨張率の差はΔ0.7ppm/℃となる。これに対して、実施例で説明した通り、繊維方向Ｄ１に４５度斜め方向にセル２０を面付けし（図４参照）、基材１２の繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率を×、基材１２の繊維方向Ｄ１（縦方向）の熱膨張率をＹとする。この場合、繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率×=6.8ppm/℃、繊維方向Ｄ１（縦方向）の熱膨張率Y=7.2ppm/℃となる。その結果、縦横方向の熱膨張率の差はΔ0.4ppm/℃となる。
【００４３】
つまり、本発明を採用することで、セル２０内の縦横方向の熱膨張率の差分を抑制できることが判明した。尚、配置精度を高めることでセル２０内の縦横方向の熱膨張率の差をほぼ“０”に近づけることが可能である。
【００４４】
実施例２では、基材２の繊維方向Ｄ１（又は繊維方向Ｄ２）に対して４５度斜め方向にセル２０を基材１２上に面付けしたので、セル２０内の主要部分の繊維方向Ｄ１の繊維長Ｌ１，Ｌ２と主要部分の繊維方向Ｄ２の繊維長Ｌ３，Ｌ４とが同一となる。その結果、セル２０内の主要部の繊維長のバラツキを小さくし、その繊維長のバラツキによる異方性を最小限に抑制できる。
【００４５】
また、実施例２では、基材１２にカーボン繊維の導電性材料を使用し、スルーホール部位１５及び基材１２間を樹脂材料で電気的に絶縁する二重構造としているため、繊維長バラツキによる材料相違による熱膨張差への影響が大である。しかしながら、実施例２では、繊維長バラツキを小さくするため、材料相違による熱膨張差への影響を最小限に抑制できる。
【００４６】
尚、上記実施例では、基材２の繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に複数のセル２０を面付けしたが、繊維方向Ｄ２に対して４５度斜め方向にセル２０を面付けするようにしても良い。
【００４７】
また、上記実施例では、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に複数のセル２０を面付けしたが、４５度に限定されるものではなく、例えば、４５度±１０度の範囲内であれば良い。
【００４８】
尚、上記実施例では、図２に示す通り、両面タイプのプリント配線板１０を例に挙げて説明したが、多層タイプのプリント配線板にも適用可能である。図７は、６層プリント配線板の断面図である。尚、図２に示すプリント配線板１０と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図７に示す６層プリント配線板１０Ａは、両面タイプのプリント配線板１０の表裏に積層した配線パターン１４の銅箔上に、回路を形成した両面銅張板１９を挟み込んでプリプレグ材料で積層することで６層構造とした。つまり、６層プリント配線板１０Ａにも本実施例を適用できる。
【００４９】
図８は、ビルドアップ配線板の断面図である。尚、図２に示すプリント配線板１０と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図８に示すビルドアップ配線板１０Ｂは、両面タイプのプリント配線板１０に形成したスルーホール１５Ａ内に穴埋め用の絶縁材料４１を充填して蓋メッキ４２をした後、その配線パターン１４上にビルドアップ配線層４３を積層する構造とした。つまり、ビルドアップ配線板１０Ｂにも本実施例を適用できる。
【００５０】
図９は、ビルドアップ配線板の断面図である。尚、図２に示すプリント配線板１０と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図９に示すビルドアップ配線板１０Ｃは、両面タイプのプリント配線板１０に形成したスルーホール１５Ａ内に穴埋め用の絶縁材料４１を充填した後、その配線パターン１４上にビルドアップ配線層４３を積層配置する構造とした。つまり、ビルドアップ配線板１０Ｃにも本実施例を適用できる。
【００５１】
尚、図２、図７乃至図９のプリント配線板１０の基材１２にカーボン繊維等の導電性材料を使用した例について説明した。しかしながら、基材１２としてアラミド繊維、ポリ−Ｐベンゾビスオキサゾール又は芳香族ポリエステル繊維の絶縁材料の有機繊維の織布若しくは不織布を熱膨張の制御材料として使用したプリプレグ材料で形成しても良い。この場合、基材１２が絶縁材料となるため、スルーホール１５Ａと基材１２との間を電気的に絶縁する絶縁材料１６Ｂが必要ない構造となる。
【００５２】
また、上記実施例２では、繊維方向Ｄ１を基準とし、図１０に示すように、その基準の繊維方向Ｄ１に対して４５度に繊維方向を変えた繊維方向Ｄ１１の繊維糸と、繊維方向Ｄ１１に対して直交する繊維方向Ｄ１２の繊維糸とを編み込んだプリプレグ材をラミネート法で作成する。このプリプレグ材料を使用して、実施例２の基材１２に比較して繊維方向を４５度変えた基材１２Ｂを形成する。その基材１２Ｂの面部に通常の繊維方向Ｄ１に対して０度又は９０度方向、すなわち通常配置でセル２０を面付けしても良い。この場合、セル２０の通常配置の面付け方向を変更しなくても、基材１２の繊維方向Ｄ１１に対して４５度斜め方向にセル２０を面付けできる。そして、セル２０内の主要部分の繊維方向Ｄ１１の繊維長Ｌ５，Ｌ６と、主要部分の繊維方向Ｄ１２の繊維長Ｌ７，Ｌ８とが同一となる。その結果、主要部分の繊維方向Ｄ１１の繊維長及び繊維方向Ｄ１２の繊維長のバラツキを小さくして、その繊維長のバラツキによる異方性を最小限に抑制できる。
【００５３】
また、上記実施例では、大きめのプリプレグ材料から４５度方向でワークサイズ用のプリプレグ材料を切り出し、このプリプレグ材料の基材に通常配置の面付けを行うようにしても良い。
【００５４】
上記実施例では、プリント配線板を例に挙げて説明したが、プリント配線板を試験するプロブカードに適用しても良い。
【００５５】
また、上記実施例では、プリント配線板を製造する材料の熱膨張率、弾性率や寸法等の数値を具体的に明記したが、これら明記した数値は本願発明の一例に過ぎず、これら数値によって本願発明の技術的思想が限定されてしまうようなことは到底ない。
【符号の説明】
【００５６】
１ プリント配線板
２ 基材
２Ａ 面部
３ セル
４ 貫通孔
１２ 基材
１２Ａ 面部
１６Ａ 下孔
１６Ｂ 絶縁材料
１０ プリント配線板
１５ スルーホール部位
１５Ａ スルーホール
２０ セル
Ｄ１ 繊維方向
Ｄ２ 繊維方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Large Scale Integration）パッケージングが実装されるプリント配線板の熱膨張率は、パターニングされる銅配線の材料に整合して、17ppm/℃程度のものが一般的である。しかしながら、近年では、熱膨張率が3〜3.5ppm/℃程度のシリコンウエハに近い低熱膨張率のプリント配線板が求められているのが実情である。
【０００３】
そこで、FR4、FR5、FR6（Flame Retardant：プリント配線板の部材である銅張積層板の耐燃性の等級を示す記号）やＢＴ（ビスマレイミドトリアジン樹脂）レンジ等の中から熱膨張率の低い樹脂材料を含浸したプリプレグ材料がある。このプリプレグ材料を使用してプリント配線板の基材を形成している。更に、プリプレグ化する場合に使用する繊維材料として、一般的なＥガラス繊維(熱膨張率：約5.5ppm/℃、弾性率：約70GPa)の代わりに、Ｔガラス繊維等の低熱膨張特性のガラス繊維（熱膨張率：約3ppm/℃、弾性率：約80GPa）を使用している。つまり、プリプレグ材料やプリプレグ化に使用する繊維材料を適宜選択することで、プリント配線板の基材の低熱膨張化を図ろうとしている。しかしながら、このようなプリント配線板の基材は、概ね12ppm/℃以上の熱膨張率となるため、シリコンウエハに近い熱膨張率を得るのは難しい。
【０００４】
また、プリプレグ材料には、フィラメントと呼ばれる細いガラス繊維を束にした繊維糸（ヤーン）にし、これら繊維糸を縦横方向に交互に編み込んだ織布（平織りの織布）や、これら繊維糸を平らに敷き詰めるように織らないまま整列させた状態の不織布がある。そして、プリプレグ材料は、織布又は不織布に樹脂を含浸させ、この含浸させた織布又は不織布を半硬化（Ｂステージ化）することで形成している。この際、織布に圧力等をかけて扁平させる方法や、糸束を平らに延ばした状態で織り上げる方法である開繊と呼ばれる技術を使用して、プリプレグ材料の薄型化を図ることが知られている。
【０００５】
図１１は、ガラス繊維の織布を用いたプリプレグ材料の断面図、図１２は、ガラス繊維の織布の一部を示す平面図である。図１１に示すプリプレグ材料２００は、繊維糸２０１を縦横方向に交互に編み込んだ平織りの織布に樹脂２０２を含浸させたものである（図１２参照）。一般的にプリプレグ材料に用いられるガラス繊維は、Eガラスと呼ばれるものである。Eガラス繊維の熱膨張率は、約5.5ppm/℃と小さいが、数十ppm/℃の熱膨張率を有するエポキシ樹脂等が含有されることにより、プリント配線板の配線に使用される銅配線と整合の取れた約17ppm/℃程度の熱膨張率となっている。しかしながら、シリコンウエハに近い熱膨張率を得るのは難しい。
【０００６】
そこで、更なる改善方法として、ガラス繊維に代えて、約100GPaを超える高弾性率で、かつ、1ppm/℃以下の低熱膨張率のアラミド繊維等の有機繊維やカーボン繊維等の無機繊維に樹脂を含浸したプリプレグ材料を基材に使用することが知られている。尚、有機繊維は絶縁材料であるのに対して、無機繊維は導電性材料である。
【０００７】
そこで、このような改善方法を採用したプリント配線板について説明する。図１３は、導電性材料の基材を使用したプリント配線板の断面図である。図１３に示すプリント配線板１００Ａは、カーボン繊維等の低熱膨張率の導電性材料を基材１０１Ａに使用している。プリント配線板１００Ａでは、基材１０１Ａが導電性材料であるため、配線層１０２Ａ間を接続するスルーホール１０３Ａを基材１０１Ａから電気的に絶縁する構造が必要となる。従って、プリント配線板１００Ａでは、スルーホール１０３Ａを形成する部分に大きい下孔１０４Ａを形成してエポキシ等の樹脂材料１０５Ａで穴埋めして、基材１０１Ａとスルーホール１０３Ａとの間を樹脂材料１０５Ａで電気的に絶縁する二重構造としている。
【０００８】
しかし、ガラス繊維と樹脂材料を組合わせたプリプレグ材料を使用したプリント配線板も同様であるが、ガラス繊維の代わりに、アラミド繊維等の有機繊維又はカーボン繊維等の無機繊維を使用した場合、異なる材料の組合せによる物性の問題は顕著である。図１４は、物性の異なる材料の組合わせの関係を示す説明図である。図１４において材料の異なる材料Ａと材料Ｂとの配列関係において材料Ａと材料Ｂとの横方向に着目すると、材料Ａと材料Ｂとは直列的に組み合わされたと言える。更に、材料Ａと材料Ｂとの縦方向に着目すると、材料Ａと材料Ｂとは並列的に組み合わされたと言える。例えば、材料Ａの長さをLa, 熱膨張率をαa、弾性率をEaとし、材料Ｂの長さをLb, 熱膨張率をαb、弾性率をEbとする。直列的に組み合わされた場合の熱膨張率α'は、α'＝(αa×La＋αb×Lb）/(La＋Lb)となる。また、並列的に組み合わされた場合の熱膨張率α'は、α'＝(αa×Ea×La＋αb×Eｂ＋Lb）/(Ea×La＋Eｂ×Lb)となる。
【０００９】
その結果、物性が異なる材料Ａ及び材料Ｂが並べて組み合わされた織布のプリプレグ材料では、縦方向と横方向とで熱膨張率が異なる。この点、不織布に樹脂材料を含浸したプリプレグ材料にも同様なことが言える。
【００１０】
所定繊維方向に繊維糸を並べたものに樹脂材料を含浸させた場合、この繊維方向を縦方向とし、その繊維方向に対する直角方向を幅方向とすると、前述した式の通り、縦方向の熱膨張率は並列的に組み合わされた場合の式となる。また、横方向の熱膨張率は直列的に組み合わされた場合の式となる。従って、縦方向の熱膨張率と横方向の熱膨張率とは異なる。
【００１１】
また、縦方向の弾性率は並列的に組み合わされた場合となるため、Ｅ'＝（La+Lb）/（La/Ea+Lb/Eb）となり、横方向の弾性率は直列的に組み合わされた場合となるため、E'=(La×Ea＋Lb×Ｅb）/(La+Lb)となる。従って、縦方向の弾性率と横方向の弾性率とも異なる。
【００１２】
しかも、実際には繊維同士が接触し得るため、より複雑に接触部分の接触率等を経験的に求めて、並列式にも直列式の係数等を加えて計算することで縦横方向の熱膨張率及び弾性率を計算する方法が知られている。
【００１３】
また、例えば、０度方向の不織布及び９０度方向の不織布を２枚用いると、０度の不織布及び９０度の不織布で物性が異なるため熱膨張率の差で反りが発生してしまう。そこで、このような事態を解消するために、例えば、０度の不織布＋９０度の不織布＋９０度の不織布＋０度の不織布の如く、中心から対称性を持たせて配置する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−２８９１１４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４２５３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２８２６号公報
【特許文献４】特開２００１−３３２８２８号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】植村益次, 山脇弘一; 東京大学宇宙航空研究所報告Vol.4,No.3(B),Oct.(1968)
【非特許文献２】S.W.Tsai; Structural Behavior of Composite Materials, NASA CR-71 (1964)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記プリント配線板では、基材にカーボン繊維等の導電性材料を使用して製造した場合、配線層間を接続するスルーホールを導電性材料から樹脂材料で電気的に絶縁する二重構造としている。従って、スルーホールを形成する部分に大きい下孔を形成しなければならず、この下孔形成によって基材の繊維を細かく寸断した構造となる。
【００１７】
しかも、樹脂材料の熱膨張率は基材の熱膨張率よりも格段に高いため、スルーホールの配置に偏りがあると、縦方向の熱膨張率と横方向の熱膨張率とに大きな差が生じる。しかも、低熱膨張の繊維材料を用いた場合には、繊維の寸断に応じて繊維長のバラツキが大きくなり、基材自体の物性が部分的に変化する。その結果、縦横方向の熱膨張差が生じて異方性が生じる。
【００１８】
図１５は、プリント配線板の一部を示す平面図である。尚、説明の便宜上、図１５は、スルーホール部位を白丸で示す。図１５に示すプリント配線板の基材２０１は、繊維方向Ｄ１の繊維糸と、繊維方向Ｄ１に対して直交する繊維方向Ｄ２の繊維糸とを縦横方向に編み込んだ織布を形成する。その基材２０１の面部には、回路チップの１チップ分に対応したセル２０２を複数区画する。更に、基材２０１の面部には、例えば、繊維方向Ｄ１に対して０度（又は９０度）方向にセル２０２を周期的に面付けした。各セル２０２内には、回路チップの各接続端子に対応し、繊維方向Ｄ１と直交する繊維方向Ｄ２にスルーホール部位２０３を配列した。
【００１９】
図１６は、セル２０２内のスルーホール部位２０３と繊維方向Ｄ１（Ｄ２）との関係を示す説明図である。図１６に示すセル２０２内には、基材２０１の繊維方向Ｄ２に対して０度方向（又は９０度方向）に所定ピッチで複数のスルーホール部位２０３が配列してある。その結果、セル２０２では、スルーホール部位２０３の配置位置に応じて基材２０１の繊維が寸断し、セル２０２内の主要部分、すなわち中央部分に着目しても、繊維長のバラツキが大きい。尚、一般的に異なる繊維長を樹脂材料で含浸したプラスチックの物性は繊維長に応じて異なる。つまり、スルーホール部位２０３形成の繊維寸断による繊維長のバラツキと、スルーホール部位２０３形成の下孔の穴埋めに使用する材料特性と基材２０１の材料特性との相違によって、縦横方向の熱膨張差が生じる。
【００２０】
図１６に示す横方向（繊維方向Ｄ２）の熱膨張率をＸ、縦方向（繊維方向Ｄ１）の熱膨張率をＹとして、実際の熱膨張係数をシミュレーションした場合、その熱膨張率の大きさはＸ＜Ｙとなる。尚、物性計算上、繊維方向Ｄ２の熱膨張率Ｘはスルーホール部位２０３と繊維部分との並列性が高く、繊維方向Ｄ１の熱膨張率Ｙは直列性が高くなるためである。この際、本織布を用いた基材と同一の熱膨張率、弾性率及びポアソン比を備えた材料があったと仮定し、この材料でスルーホール部位２０３形成時の下孔を穴埋めした場合の繊維方向Ｄ２の熱膨張率をＸ’、繊維方向Ｄ１の熱膨張率をＹ’とする。この際、Ｘ＜Ｘ’＜Ｙ’＜Ｙの関係が成立する。
【００２１】
つまり、スルーホール部位２０３の形成によって繊維長のバラツキが大きくなると、熱膨張の異方性が表れる。しかも、スルーホール部位２０３の形成による下孔の穴埋めに基材と同一材料を使用せず、樹脂材料を使用する場合、熱膨張の異方性は顕著となる。
【００２２】
１つの側面では、異方性を最小限に抑制するプリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本願の開示するプリント配線板は、一つの態様において、所定繊維方向に配向した繊維材料で形成する基材と、前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に周期的に複数区画されたセルと、前記回路チップの接続端子に対応し、前記セル内に形成した複数の貫通孔とを有する。そして、前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けした。
【発明の効果】
【００２４】
異方性を最小限に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例１のプリント配線板の一部を示す平面図である。
【図２】図２は、実施例２のプリント配線板の断面図である。
【図３】図３は、実施例２のプリント配線板で使用する基材の面部の外形を示す平面図である。
【図４】図４は、実施例２のプリント配線板の一部を示す平面図である。
【図５】図５は、実施例２のセル内のスルーホール部位と繊維方向との関係を示す説明図である。
【図６】図６は、実施例２のプリント配線板の製造工程を示す説明図である。
【図７】図７は、６層プリント配線板の断面図である。
【図８】図８は、ビルドアップ配線板の断面図である。
【図９】図９は、ビルドアップ配線板の断面図である。
【図１０】図１０は、他の実施例のセル内のスルーホール部位と繊維方向との関係を示す説明図である。
【図１１】図１１は、ガラス繊維の織布を用いたプリプレグ材料の断面図である。
【図１２】図１２は、ガラス繊維の織布の一部を示す平面図である。
【図１３】図１３は、導電性材料の基材を使用したプリント配線板の断面図である。
【図１４】図１４は、物性の異なる材料の組合わせの関係を示す説明図である。
【図１５】図１５は、プリント配線板の一部を示す平面図である。
【図１６】図１６は、セル内のスルーホール部位と繊維方向との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて、本願の開示するプリント配線板、プリント配線板の製造方法及び電子機器の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１は、実施例１のプリント配線板の一部を示す平面図である。図１に示すプリント配線板１は、基材２と、セル３と、貫通孔４とを有する。基材２は、所定繊維方向Ｄ１（Ｄ２）に配向した繊維材料で形成する。セル３は、基材２の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、基材２の面部上に周期的に複数区画される。貫通孔４は、回路チップの各接続端子に対応し、セル３内に複数形成する。そして、プリント配線板１は、所定繊維方向Ｄ１（Ｄ２）に対して、例えば４５度の所定斜め方向に基材２上でセル３を面付けした。
【００２８】
実施例１では、基材２の所定繊維方向Ｄ１（Ｄ２）に対して、例えば４５度の所定斜め方向に基材２上でセル３を面付けしたので、セル３内の主要部分の貫通孔４間の繊維長のバラツキが小さくなるため、その繊維長バラツキによる異方性を最小限に抑制できる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、実施例２のプリント配線板の断面図である。図２に示すプリント配線板１０は、基材１２と、基材１２の表面及び裏面に積層した配線層１３と、配線層１３上に形成した配線パターン１４とを有する。更に、基材１２の面部１２Ａには、スルーホール部位１５を有する。スルーホール部位１５は、基材１２の面部１２Ａを表裏に貫通するスルーホール１５Ａを備え、基材１２と異なる熱膨張率の樹脂材料等の絶縁材料１６Ｂを使用した部位である。
【００３０】
図３は、実施例２のプリント配線板１０で使用する基材１２の面部１２Ａの外形を示す平面図、図４は、実施例２のプリント配線板１０の一部を示す平面図である。尚、説明の便宜上、図４では、スルーホール部位１５を白丸で示す。図３に示す基材１２の面部１２Ａは、製品部分３１と、製品外部分３２とを有し、製品部分３１は、複数の所定区画のセル２０が区画してある。
【００３１】
図４に示すプリント配線板１０の基材１２は、繊維方向Ｄ１の繊維糸と、繊維方向Ｄ１に対して直交する繊維方向Ｄ２の繊維糸とを縦横方向に編み込んだ織布のプリプレグ材料で形成する。その基材１２の面部１２Ａには、回路チップの１チップ分に対応したセル２０が複数区画される。更に、基材１２の面部１２Ａには、例えば、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にセル２０を面付けした。各セル２０内には、回路チップの各接続端子に対応し、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にスルーホール部位１５を配列した。
【００３２】
図５は、セル２０内のスルーホール部位１５と繊維方向Ｄ１（Ｄ２）との関係を示す説明図である。セル２０内には、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にスルーホール部位１５が配列してある。セル２０内のスルーホール部位１５は、例えば、９個のスルーホール部位１５を含む第１スルーホール群５１と、第１スルーホール群５１に対向して配列し、例えば、９個のスルーホール部位１５を含む第２スルーホール群５２とを有する。尚、セル２０内の主要部分は、第１スルーホール群５１内のスルーホール部位５１Ａ〜５１Ｄと、第２スルーホール群５２内のスルーホール部位５２Ａ〜５２Ｄとで構成する。その結果、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向にスルーホール部位１５Ａを配列したので、第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２の主要部分の関係は次のようになる。
【００３３】
繊維方向Ｄ１の直線上のスルーホール部位５１Ｃとスルーホール部位５２Ａとの間の繊維長Ｌ１と、スルーホール部位５１Ｄとスルーホール部位５２Ｂとの間の繊維長Ｌ２とが同一長の関係となる。更に、繊維方向Ｄ１に対して直交する繊維方向Ｄ２の直線上のスルーホール部位５１Ｂとスルーホール部位５２Ｄとの間の繊維長Ｌ３と、スルーホール部位５１Ａとスルーホール部位５２Ｃとの間の繊維長Ｌ４とが同一長の関係となる。しかも、繊維方向Ｄ１の繊維長Ｌ１，Ｌ２と、繊維方向Ｄ２の繊維長Ｌ３，Ｌ４とは同一長の関係となる。つまり、主要部分の繊維長のバラツキが小さくなる。
【００３４】
次に、プリント配線板１０の製造工程について説明する。図６は、実施例２のプリント配線板１０の製造工程を示す説明図である。先ず、レイアウト設計工程では、基材１２の面部１２Ａにセル２０を複数区画する際、基材１２の繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に面付けするように配置するレイアウト構成を設計する。つまり、各セル２０内の第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２が繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に配列するレイアウト構成となる。更に、各セル２０内の第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２の主要部内の繊維方向Ｄ１の繊維長Ｌ１，Ｌ２と繊維方向Ｄ２の繊維長Ｌ３，Ｌ４とが同一長の関係となるように第１スルーホール群５１及び第２スルーホール群５２を配列するレイアウト構成を設計する。
【００３５】
そして、基材形成工程(ステップＳ１１)では、基材１２を形成する複数のプリプレグ材料１２Ｂを積層し、これら積層したプリプレグ材料１２Ｂを熱プレスして基材１２を形成する。尚、プリプレグ材料１２Ｂとしては、カーボン繊維の織布に樹脂を含浸してＢステージ化した材料である。そのカーボン繊維の織布は、繊維方向Ｄ１の繊維糸に繊維方向Ｄ２の繊維糸を縦横方向に編み込んだ平織り布である。カーボン繊維は、例えば、熱膨張率が約0ppm/℃、弾性率が約370GPaの繊維を使用する。更に、このカーボン繊維は、ＦＲ４等で使用する樹脂を塗工しても、硬化後の低熱膨張基材(ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）)の物性値で熱膨張率が約0ppm/℃、弾性率が約80GPaの特性が得られる。
【００３６】
次に、下孔形成工程(ステップＳ１２)では、レイアウト設計工程で設計したレイアウト構成に基づき、スルーホール部位１５の配置位置に応じて基材１２の面部１２Ａをドリルで穿孔して下孔１６Ａを形成する。つまり、下孔形成工程では、面部１２Ａ上に繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に下孔１６Ａが配列されたことになる。尚、下孔１６Ａの直径は、例えば、Φ0.8ｍｍとする。更に、下孔１６Ａ形成時のカーボンの切粉による樹脂の汚染を防止する目的で下孔１６Ａの内周壁面に25μmの銅メッキを施すものとする。
【００３７】
次に、絶縁部分形成工程(ステップＳ１３)では、基材１２の面部１２Ａに形成した下孔１６Ａに穴埋め用の絶縁材料１６Ｂを充填する。尚、穴埋め用の絶縁材料１６Ｂは、例えば、その熱膨張率を低下させる目的でシリカフィラーを混合した熱膨張率が約33ppm/℃、弾性率が4.7GPaの樹脂を使用する。更に、基材１２の面部２１Ａから漏れ出た絶縁材料１６Ｂの部分を研削して面部１２Ａを平坦化する。
【００３８】
更に、銅箔積層工程(ステップＳ１４)では、絶縁部分１６を形成した基材２の表裏面にＦＲ４のプリプレグ材料１７を使用して銅箔１８を積層する。尚、プリプレグ材料１７は、カーボン繊維の露出を防止するためにガラス繊維入りのプリプレグ材料とする。
【００３９】
更に、スルーホール形成工程(ステップＳ１５)では、レイアウト構成に基づき、スルーホール部位１５の配置位置に対応した絶縁材料１６Ｂを充填した部分を表裏にドリルで穿孔してスルーホール１５Ａを形成する。
【００４０】
更に、スルーホールメッキ形成工程(ステップＳ１６)では、形成されたスルーホール１５Ａの内周壁面に、熱膨張率が約17ppm/℃の銅メッキ１５Ｂを施してセル２０内にスルーホール部位１５を形成する。尚、スルーホール部位１５は、基材１２の表裏を電気的に接続する。そして、面部１２Ａ上には、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に下孔１６Ａが配列したことになる。
【００４１】
更に、配線パターン形成工程(ステップＳ１７)では、スルーホール１５Ａの内周壁面に銅メッキ１５Ｂを施した後、銅箔１８上にドライフィルムレジストを形成する。更に、配線パターン形成工程(ステップＳ１７)では、基材１２の面部１２Ａ上の銅箔１８をエッチングすることで面部１２Ａ上に配線パターン１４を形成する。その結果、約3〜7ppm/℃の熱膨張率を有する両面タイプのプリント配線板１０を得た。
【００４２】
そこで、基材１２の製品部分３１を試作し、通常通り、繊維方向Ｄ１に０度又は９０度方向にセル２０を面付けし（図１５参照）、基材１２の繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率をＸ、基材１２の繊維方向Ｄ１（縦方向）の熱膨張率をＹとする。この場合、繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率×=6.3ppm/℃、繊維方向Ｄ１（縦方向）Y=7.0ppm/℃となる。その結果、縦横方向の熱膨張率の差はΔ0.7ppm/℃となる。これに対して、実施例で説明した通り、繊維方向Ｄ１に４５度斜め方向にセル２０を面付けし（図４参照）、基材１２の繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率を×、基材１２の繊維方向Ｄ１（縦方向）の熱膨張率をＹとする。この場合、繊維方向Ｄ２（横方向）の熱膨張率×=6.8ppm/℃、繊維方向Ｄ１（縦方向）の熱膨張率Y=7.2ppm/℃となる。その結果、縦横方向の熱膨張率の差はΔ0.4ppm/℃となる。
【００４３】
つまり、本発明を採用することで、セル２０内の縦横方向の熱膨張率の差分を抑制できることが判明した。尚、配置精度を高めることでセル２０内の縦横方向の熱膨張率の差をほぼ“０”に近づけることが可能である。
【００４４】
実施例２では、基材２の繊維方向Ｄ１（又は繊維方向Ｄ２）に対して４５度斜め方向にセル２０を基材１２上に面付けしたので、セル２０内の主要部分の繊維方向Ｄ１の繊維長Ｌ１，Ｌ２と主要部分の繊維方向Ｄ２の繊維長Ｌ３，Ｌ４とが同一となる。その結果、セル２０内の主要部の繊維長のバラツキを小さくし、その繊維長のバラツキによる異方性を最小限に抑制できる。
【００４５】
また、実施例２では、基材１２にカーボン繊維の導電性材料を使用し、スルーホール部位１５及び基材１２間を樹脂材料で電気的に絶縁する二重構造としているため、繊維長バラツキによる材料相違による熱膨張差への影響が大である。しかしながら、実施例２では、繊維長バラツキを小さくするため、材料相違による熱膨張差への影響を最小限に抑制できる。
【００４６】
尚、上記実施例では、基材２の繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に複数のセル２０を面付けしたが、繊維方向Ｄ２に対して４５度斜め方向にセル２０を面付けするようにしても良い。
【００４７】
また、上記実施例では、繊維方向Ｄ１に対して４５度斜め方向に複数のセル２０を面付けしたが、４５度に限定されるものではなく、例えば、４５度±１０度の範囲内であれば良い。
【００４８】
尚、上記実施例では、図２に示す通り、両面タイプのプリント配線板１０を例に挙げて説明したが、多層タイプのプリント配線板にも適用可能である。図７は、６層プリント配線板の断面図である。尚、図２に示すプリント配線板１０と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図７に示す６層プリント配線板１０Ａは、両面タイプのプリント配線板１０の表裏に積層した配線パターン１４の銅箔上に、回路を形成した両面銅張板１９を挟み込んでプリプレグ材料で積層することで６層構造とした。つまり、６層プリント配線板１０Ａにも本実施例を適用できる。
【００４９】
図８は、ビルドアップ配線板の断面図である。尚、図２に示すプリント配線板１０と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図８に示すビルドアップ配線板１０Ｂは、両面タイプのプリント配線板１０に形成したスルーホール１５Ａ内に穴埋め用の絶縁材料４１を充填して蓋メッキ４２をした後、その配線パターン１４上にビルドアップ配線層４３を積層する構造とした。つまり、ビルドアップ配線板１０Ｂにも本実施例を適用できる。
【００５０】
図９は、ビルドアップ配線板の断面図である。尚、図２に示すプリント配線板１０と同一のものには同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。図９に示すビルドアップ配線板１０Ｃは、両面タイプのプリント配線板１０に形成したスルーホール１５Ａ内に穴埋め用の絶縁材料４１を充填した後、その配線パターン１４上にビルドアップ配線層４３を積層配置する構造とした。つまり、ビルドアップ配線板１０Ｃにも本実施例を適用できる。
【００５１】
尚、図２、図７乃至図９のプリント配線板１０の基材１２にカーボン繊維等の導電性材料を使用した例について説明した。しかしながら、基材１２としてアラミド繊維、ポリ−Ｐベンゾビスオキサゾール又は芳香族ポリエステル繊維の絶縁材料の有機繊維の織布若しくは不織布を熱膨張の制御材料として使用したプリプレグ材料で形成しても良い。この場合、基材１２が絶縁材料となるため、スルーホール１５Ａと基材１２との間を電気的に絶縁する絶縁材料１６Ｂが必要ない構造となる。
【００５２】
また、上記実施例２では、繊維方向Ｄ１を基準とし、図１０に示すように、その基準の繊維方向Ｄ１に対して４５度に繊維方向を変えた繊維方向Ｄ１１の繊維糸と、繊維方向Ｄ１１に対して直交する繊維方向Ｄ１２の繊維糸とを編み込んだプリプレグ材をラミネート法で作成する。このプリプレグ材料を使用して、実施例２の基材１２に比較して繊維方向を４５度変えた基材１２Ｂを形成する。その基材１２Ｂの面部に通常の繊維方向Ｄ１に対して０度又は９０度方向、すなわち通常配置でセル２０を面付けしても良い。この場合、セル２０の通常配置の面付け方向を変更しなくても、基材１２の繊維方向Ｄ１１に対して４５度斜め方向にセル２０を面付けできる。そして、セル２０内の主要部分の繊維方向Ｄ１１の繊維長Ｌ５，Ｌ６と、主要部分の繊維方向Ｄ１２の繊維長Ｌ７，Ｌ８とが同一となる。その結果、主要部分の繊維方向Ｄ１１の繊維長及び繊維方向Ｄ１２の繊維長のバラツキを小さくして、その繊維長のバラツキによる異方性を最小限に抑制できる。
【００５３】
また、上記実施例では、大きめのプリプレグ材料から４５度方向でワークサイズ用のプリプレグ材料を切り出し、このプリプレグ材料の基材に通常配置の面付けを行うようにしても良い。
【００５４】
上記実施例では、プリント配線板を例に挙げて説明したが、プリント配線板を試験するプロブカードに適用しても良い。
【００５５】
また、上記実施例では、プリント配線板を製造する材料の熱膨張率、弾性率や寸法等の数値を具体的に明記したが、これら明記した数値は本願発明の一例に過ぎず、これら数値によって本願発明の技術的思想が限定されてしまうようなことは到底ない。
【符号の説明】
【００５６】
１ プリント配線板
２ 基材
２Ａ 面部
３ セル
４ 貫通孔
１２ 基材
１２Ａ 面部
１６Ａ 下孔
１６Ｂ 絶縁材料
１０ プリント配線板
１５ スルーホール部位
１５Ａ スルーホール
２０ セル
Ｄ１ 繊維方向
Ｄ２ 繊維方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定繊維方向に配向した繊維材料で形成する基材と、
前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に周期的に複数区画されたセルと、
前記回路チップの接続端子に対応し、前記セル内に形成した複数の貫通孔とを有し、
前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けすることを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
前記斜め方向は、前記所定繊維方向に対して略４５度斜め方向であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記基材は、
カーボン繊維の無機繊維を熱膨張の制御材料として使用した導電性のプリプレグ材料で形成し、
当該導電性の基材と前記貫通孔との間に絶縁樹脂を充填することで、前記基材と前記貫通孔との電気的接続を絶縁することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
前記基材は、
アラミド繊維、ポリ−Ｐベンゾビスオキサゾール又は芳香族ポリエステル繊維の有機繊維を熱膨張の制御材料として使用したプリプレグ材料で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板。
【請求項５】
前記基材の面部に形成した前記貫通孔を絶縁樹脂で充填した後、当該貫通孔の内周壁面と電気的に接続するビルドアップ配線層を前記基材の面部上に配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のプリント配線板。
【請求項６】
所定繊維方向に配向した繊維材料で基材を形成する基材形成工程と、
前記基材形成工程にて形成された前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に周期的に複数区画されたセル内に、前記回路チップの接続端子に対応した複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けする面付け工程と
を含むことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【請求項７】
所定繊維方向に配向した繊維材料で形成する基材と、前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に複数区画されたセルと、前記回路チップの接続端子に対応し、前記セル内に形成した複数の貫通孔とを有し、前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けしたプリント配線板を内部に搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
所定繊維方向に配向した繊維材料で形成する基材と、
前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に周期的に複数区画されたセルと、
前記回路チップの接続端子に対応し、前記セル内に形成した複数の貫通孔とを有し、
前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けすることを特徴とするプリント配線板。
【請求項２】
前記斜め方向は、前記所定繊維方向に対して略４５度斜め方向であることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板。
【請求項３】
前記基材は、
カーボン繊維の無機繊維を熱膨張の制御材料として使用した導電性のプリプレグ材料で形成し、
当該導電性の基材と前記貫通孔との間に絶縁樹脂を充填することで、前記基材と前記貫通孔との電気的接続を絶縁することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板。
【請求項４】
前記基材は、
アラミド繊維、ポリ−Ｐベンゾビスオキサゾール又は芳香族ポリエステル繊維の有機繊維を熱膨張の制御材料として使用したプリプレグ材料で形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板。
【請求項５】
前記基材の面部に形成した前記貫通孔を絶縁樹脂で充填した後、当該貫通孔の内周壁面と電気的に接続するビルドアップ配線層を前記基材の面部上に配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のプリント配線板。
【請求項６】
所定繊維方向に配向した繊維材料で基材を形成する基材形成工程と、
前記基材形成工程にて形成された前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に周期的に複数区画されたセル内に、前記回路チップの接続端子に対応した複数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けする面付け工程と
を含むことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
【請求項７】
所定繊維方向に配向した繊維材料で形成する基材と、前記基材の面部上に搭載する回路チップの外形に対応し、前記基材の面部上に複数区画されたセルと、前記回路チップの接続端子に対応し、前記セル内に形成した複数の貫通孔とを有し、前記所定繊維方向に対して斜め方向に前記基材上で前記セルを面付けしたプリント配線板を内部に搭載したことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−９４５６３（Ｐ２０１２−９４５６３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７９９０（Ｐ２０１０−２３７９９０）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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