多層配線基板及び電子機器

【課題】各絶縁層を構成する繊維の層間に生ずるひずみが低減された領域を形成することが可能な多層配線基板及び電子機器を提供する。
【解決手段】多層配線基板、複数の繊維が予め決められた繰り返しパターンで織られ、樹脂が含浸されて板状に形成された第１の絶縁層２１と、複数の繊維が予め決められた繰り返しパターンで織られ、樹脂が含浸されて板状に形成された第２の絶縁層２２と、第１の絶縁層２１と第２の絶縁層２２とを接着する樹脂層２３とを備え、第１の絶縁層２１の繰り返しパターン及び第２の絶縁層２２の繰り返しパターンは、向きが揃うように配置され、且つ、第１の絶縁層２１の繰り返しパターンの位置が、第２の絶縁層２２の繰り返しパターンの位置に対して、予め決められた距離ずれている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層配線基板及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器は、複数の電子部品によって構成されている。これら電子部品は、多層配線基板によって固定され、配線される。その多層配線基板の一例としては、特許文献１に記載の多層プリント回路基板が挙げられる。この多層プリント回路基板は、複数のフッ素樹脂系基材層が積層されて形成され、内部に少なくとも１つの導電体層を備えている。多層プリント回路基板は、この導電体層を備えた基材層とこれに隣接する基材層とが、液晶ポリマーからなる接着層を介して接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６８３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで一般に、電子機器のＯＮ／ＯＦＦ動作や周囲温度の変化等によって、冷熱サイクル負荷にさらされると、多層配線基板は膨張及び収縮する。特に、多層配線基板の厚み方向にひずみ（寸法変化）が生じる。
その結果、多層配線基板の導電体層の間を電気接続するために形成されるビア導体は、そのひずみにより疲労破壊して接合不良が生じる場合がある。
【０００５】
従来、絶縁層及び樹脂層が積層されて構成される多層配線基板は、いずれの場所でも材質が実質的に均一である均質体とみなされていた。そのため、ビア導体の疲労破壊は、多層配線基板の厚み方向のひずみによっていずれの場所にも均等に生じうると考えられていた。
しかしながら、本願発明者らは、多層配線基板のいずれの場所においても均一なひずみが発生するものではない、と考えた。
本発明は、多層配線基板の各絶縁層を構成する繊維の層間に生ずるひずみが低減された領域を形成することが可能な多層配線基板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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、複数の繊維が予め決められた繰り返しパターンで織られ、樹脂が含浸されて板状に形成された第１の絶縁層と、
複数の繊維が前記予め決められた繰り返しパターンで織られ、樹脂が含浸されて板状に形成された第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とを接着する樹脂層とを備え、
前記第１の絶縁層の繰り返しパターン及び前記第２の絶縁層の繰り返しパターンは、向きが揃うように配置され、且つ、前記第１の絶縁層の繰り返しパターンの位置が、前記第２の絶縁層の繰り返しパターンの位置に対して、予め決められた距離ずれている多層配線基板が適用される。
【０００７】
また、他の観点によれば、本発明に係る多層配線基板を用いた電子機器が適用される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多層配線基板の各絶縁層を構成する繊維の層間に生ずるひずみが低減された領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る多層配線基板を有する電子機器の説明図である。
【図２】同多層配線基板の構造を示す断面図である。
【図３Ａ】同多層配線基板の解析モデルを示す説明図である。
【図３Ｂ】同多層配線基板のガラス繊維の寸法を示す説明図である。
【図３Ｃ】同多層配線基板の各層の厚みを示す説明図である。
【図３Ｄ】同多層配線基板の解析モデルの材料定数である。
【図４】実施例１に係る多層配線基板に与える繰り返しの温度負荷を示すグラフである。
【図５】実施例１に係る多層配線基板の比率ｘとひずみの程度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１に係る多層配線基板に形成されたビアを示す説明図である。
【図７Ａ】実施例２に係る多層配線基板の樹脂層の厚みｔと、ひずみの程度の比ｓとの関係を示すグラフである。
【図７Ｂ】実施例２に係る多層配線基板の樹脂層の厚みｔと、ひずみの程度の比ｓの近似式からの差との関係を示すグラフである。
【図８】実施例３に係る多層配線基板を構成する樹脂層の厚みのばらつきを示すグラフである。
【図９】実施例３に係る多層配線基板の比率ｘとひずみの程度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
【００１１】
本発明の一実施の形態に係る多層配線基板１０は、図１に示すように、例えば電子機器１２に内蔵されている。
多層配線基板１０は、図２に示すように、少なくともｙ軸方向に積層される第１の絶縁層２１、第２の絶縁層２２及び樹脂層２３を有している。第１の絶縁層２１の上側には、樹脂層２５が積層されている。第２の絶縁層２２の下側には、樹脂層２７が積層されている。
多層配線基板１０は、例えば、ＦＲ−４である。
【００１２】
同図２に示すように、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２は、それぞれ例えばガラス繊維を束ねた繊維束の経糸ｆｘと緯糸ｆｚとが、例えば平織りにより織られ、樹脂が含浸されて板状に形成されている。即ち、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２は、それぞれ、複数の繊維が予め決められた繰り返しパターンで織られて形成されている。１回分の繰り返しパターンに対応する長さλは、例えば、０．５〜２．０ｍｍとすることができる。
第２の絶縁層２２のガラス繊維は、第１の絶縁層２１のガラス繊維が延びる方向に延びている。つまり、第１の絶縁層２１のガラス繊維及び第２の絶縁層２２のガラス繊維は、それぞれ同方向に延びるように配置されている。ここで、「同方向」とは、厳密な意味ではない。即ち、「同方向」とは、設計上、製造上の誤差が許容され、「略同方向」という意味である。具体的には、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２を平面視して、それぞれのガラス繊維が、例えば±５度の範囲内で互いに立体的に交差（以下、単に「交差」という。）していてもよい。なお、互いに５度の角度で交差したとしても、ずれの誤差への影響は、１回分の繰り返しパターンに対応する長さλの１％以下であり、製造誤差に含まれるので特に問題はない。
【００１３】
第１の絶縁層２１のガラス繊維及び第２の絶縁層２２のガラス繊維は、互いに、経糸ｆｘが延びるｘ軸方向又は緯糸ｆｚが延びるｚ軸方向に距離δずれている。
即ち、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２の繰り返しパターンは、そのパターンの向きが揃うように配置され、且つ、第１の絶縁層２１の繰り返しパターンの位置が、第２の絶縁層２２の繰り返しパターンの位置に対して、予め決められた距離δずれている。
樹脂層２３は、第１の絶縁層２１と第２の絶縁層２２とを接着することができる。樹脂層２３の厚みｔは、製造時に生じるばらつきを考慮すると、例えば、１０〜３０μｍとすることができる。
【００１４】
次に、実施例（シミュレーションによる解析例）を示し、本発明の一実施の形態に係る多層配線基板１０について更に説明する。
【実施例１】
【００１５】
一般に、多層配線基板には、多くのビア導体が形成されている。金属膜等により形成されるビア導体は、多層配線基板において特に疲労破壊しやすい部分である。また、ビア導体の疲労破壊の大半は、各絶縁層を構成するガラス繊維の層間の部分（樹脂層の部分）で起こっている。そのため、ビア導体をモデルとしてその挙動を解析することにより、絶縁層を構成するガラス繊維の層間に生ずるひずみの程度を把握することができると考えられる。
そこで、上記ビア導体、多層配線基板の各絶縁層を構成するガラス繊維、及びガラス繊維の層間に介在し、各ガラス繊維を接着する樹脂を含むモデルを作成し、このモデルに対する解析を行った。
具体的には、多層配線基板１０の解析モデルに繰り返しの温度負荷を加え、前述の繰り返しパターンのずれ量（距離）δと多層配線基板１０に形成されたビア導体に生じるひずみとの関係について、有限要素法によるシミュレーションを行い解析した。
このシミュレーションに用いたソフトウェアは、「ＡＮＳＹＳｍｅｃｈａｎｉｃａｌＶｅｒ．１２．１」（ＡＮＳＹＳ社）である。
解析条件は、以下の通りである。
【００１６】
（１）要素タイプ及び要素寸法
要素タイプは、４面体要素である。
要素寸法は、図３Ａに示すように、上方（ｙ軸の正方向）からみて、略円形のビア導体の中央を中心とする一辺の長さが１．４〜１．５ｍｍの四角形の範囲を、図３Ｃに示すコア材厚み４００μｍの厚さまで、約３０μｍのピッチで分割したものである。
【００１７】
（２）解析モデル
解析モデルは、多層配線基板（ＦＲ−４）１０のガラス繊維の経糸ｆｘ及び緯糸ｆｚの形状をモデル化し、任意の位置に非貫通ビアＩＶＨを形成したモデルである。ここで、非貫通ビア（以下、単に「ビア」という。）ＩＶＨは、第１の絶縁層２１の表面から第２の絶縁層２２まで貫通したビアである（図６参照）。
詳細には、解析モデルは、図３Ａに示すように、ガラス繊維が平織りされたガラスクロスに樹脂を含浸させた板状の第１及び第２の絶縁層２１、２２が、樹脂層２３を介して積層されたモデルである。多層配線基板１０に形成されたビアＩＶＨは銅めっきにより形成されている。
【００１８】
ガラス繊維の寸法（ガラス繊維の厚さＡ、ガラス繊維の幅Ｂ、１回分の繰り返しパターンに対応する長さλ、及びガラス繊維のピッチλ／２）は、図３Ｂに示す通りである。また、第１の絶縁層２１、第２の絶縁層２２及び各樹脂層２３、２５、２７の厚みは図３Ｃに示す通りである。
なお、ガラス繊維は、繊維一本の直径が９μｍであり、経糸及び緯糸ともに、この繊維を４００本束ねたものとした。また、ビアＩＶＨの穴の外径は５００μｍ、長さ（高さ）は４００μｍとした。銅めっきの厚さは２０μｍとした。
【００１９】
（３）拘束条件
図３Ａの○印で示す点Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ拘束した。点Ｐ１、Ｐ２は、多層配線基板１０の底面の２つの角点である。点Ｐ３は、点Ｐ１、Ｐ２により固定された辺と対向する辺の中点である。各点Ｐ１〜Ｐ３の拘束方向は、同図３Ａの△印で示している。
【００２０】
（４）材料定数
材料定数は、図３Ｄに示す値である。
【００２１】
（５）温度負荷
解析モデルに対し、図４に示す繰り返しの温度負荷（−６０℃〜１２０℃）を均一に与えた。
【００２２】
第１の絶縁層２１の繰り返しパターンの位置を、第２の絶縁層２２に対して、繰り返しパターンに対応する長さλの１／２の距離まで、ｘ軸方向にずらして解析した。このとき、ｚ軸方向の繰り返しパターンは、ずれ量を０として固定した。また、ｘｚ平面上の任意の位置にビアＩＶＨを複数形成し、それぞれ、ビアＩＶＨに生じるひずみの程度を求めた。
なお、１回分の繰り返しパターンに対応する長さλの１／２の距離までずらして解析することにより、第１の絶縁層２１と第２の絶縁層２２の相対的な位置関係を全て網羅することができる。例えば、ｘ軸方向に＋１／４λずらしたときと−１／４λずらしたときの第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２の相対的な位置関係は、互いに逆方向からみれば同様とみなすことができる。
【００２３】
解析結果を図５に示す。同図５に示すグラフの横軸は、長さλ（１回分の繰り返しパターンに対応する長さ）に対するずれ量（距離）δの比率ｘ（＝δ／λ）を示している。つまり、比率ｘは、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２の繰り返しパターンのずれの程度を示している。グラフの縦軸は、ビアＩＶＨに生じるひずみの程度である。ここで、ひずみの程度とは、繰り返しの温度負荷における２サイクル目の間に生ずるひずみの累積値の１／２の値（一般には、塑性ひずみ振幅ともいう。）である。ひずみの程度は、相対的なひずみの大きさを示している。
【００２４】
同グラフ中、○印は、各ビアＩＶＨにそれぞれ生じたひずみのうち、最も小さい最低ひずみに関するひずみの程度であり、前述のように相対的なひずみの大きさを示している。□印は、各ビアＩＶＨにそれぞれ生じたひずみのうち、最も大きい最高ひずみに関するひずみの程度を示している。
同グラフから分かるように、第１の絶縁層２１の繰り返しパターンの位置を、第２の絶縁層２２の繰り返しパターンの位置に対して、任意の距離ずらすことによって、ビアＩＶＨに生ずるひずみの程度をコントロールすることができる。
以下、明示しない限り、「ひずみの程度」は最低ひずみに関するひずみの程度を示すものとして説明する。
【００２５】
同図５に示すように、０≦ｘ≦０．１５又は０．３７≦ｘ≦０．５０の範囲（ハッチング領域）については、ひずみの程度は、従来のように第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２のずれ量を全く管理しない場合の平均値以下となっている。つまり、０≦ｘ≦０．１５又は０．３７≦ｘ≦０．５０の範囲であれば、ビアＩＶＨに生ずる最低ひずみが低減された領域を形成することができる。
【００２６】
ずれの程度（比率ｘ）を同図５に示すハッチング領域に設定することによって、例えば、図６に示すように、多層配線基板には領域Ａ及び領域Ｂが形成される。
領域Ａは、経糸ｆｘと緯糸ｆｚが交差する部分におけるガラス繊維の端部（同図６に示した○印）が含まれる領域である。ただし、領域Ａは、経糸ｆｘ及び緯糸ｆｚの頂点（同図６に示した△印）が含まれない領域である。
領域Ｂは、経糸ｆｘと緯糸ｆｚが交差する部分において少なくともいずれかの頂点が含まれる領域である。
【００２７】
領域Ａは、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２の各ガラス繊維の層がともに薄くなり、各ガラス繊維間に介在する樹脂の層（樹脂層）が厚くなる。このように、ガラス繊維の層が薄く、樹脂の層が厚くなると、ガラス繊維によってビアＩＶＨが拘束される影響が小さくなり、樹脂によってビアＩＶＨに加わる応力を分散する効果が高くなる。すなわち、ビアＩＶＨに生じるひずみが低減されるものと考えられる。
一方、領域Ｂは、第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２の各ガラス繊維の層がともに厚くなり、各ガラス繊維間に介在する樹脂の層が薄くなる。この領域では、領域Ａと異なり、ビアＩＶＨに加わる応力を分散する効果が小さくなり、ひずみが増大する。
従って、従来のように第１の絶縁層２１及び第２の絶縁層２２のずれ量を管理しない場合の多層配線基板に対し、上記のように、互いの絶縁層を予め決められた距離ずらして、上記の領域Ａにビア（非貫通ビア以外のビアを含む）を形成すると、多層配線基板の信頼性が向上する。
【００２８】
ただし、領域Ａに必ずしもビア（非貫通ビア以外のビアを含む）を形成しない場合、即ち、領域Ａを考慮せずに任意の位置に同ビアを形成する場合には、最低ひずみに関するひずみの程度が平均値よりも大きく、かつ最高ひずみに関するひずみの程度が小さくなる０．１５＜ｘ＜０．３７の範囲の方が、それ以外の範囲よりも多層配線基板の信頼性が向上する。
【実施例２】
【００２９】
多層配線基板１０の樹脂層２３の厚みｔを変更し、樹脂層２３の厚みｔと前述のひずみの程度との関係について解析した。
基礎となる解析モデルは実施例１で用いたモデルである。
【００３０】
解析結果を図７Ａに示す。同図７Ａに示すグラフの横軸は、樹脂層２３の厚みｔを示している。グラフの縦軸は、ひずみの程度の比ｓを示している。このひずみの程度の比ｓとは、樹脂層２３の厚みｔが２０μｍの場合の歪みの程度を基準とした際の、ひずみの程度の相対的な大きさを示す。
同図７Ａに示すように、少なくとも樹脂層２３の厚みが３０μｍ以下の範囲では、樹脂層２３の厚みｔとひずみの程度の比ｓとの相関が高い。
なお、得られたデータについて最小二乗法により直線近似すると、次式の関係が得られる。
【００３１】
ｓ＝０．０１２９１６ｔ＋０．７５１８（式１）
【００３２】
ここで、ｓ：ひずみの程度の比、ｔ：樹脂層２３の厚みである。なお、図７Ａ中、点線は、近似式（式１）により求めたひずみの程度の比の±３％に対応するデータを示している。
【００３３】
図７Ｂは、図７Ａから求めたグラフである。図７Ｂに示すグラフの横軸は、樹脂層２３の厚みｔを示している。グラフの縦軸は、前述の近似式（式１）から求められたひずみの程度の比ｓからの差を示している。
同図７Ｂから、樹脂層２３の厚みが３０μｍ以下であって、０≦ｘ≦０．１５又は０．３７≦ｘ≦０．５０の範囲（○印と△印と□印を含む範囲）について、ビアＩＶＨのひずみの程度の比は、前述の式１により求まるひずみの程度の比の±３％の範囲に収まることが分かる。なお、±３％の範囲であれば、解析誤差と同等であり、実用に影響しない。
【実施例３】
【００３４】
一般的に用いられる多層配線基板（ＦＲ−４）の樹脂層２３の厚みを実測すると、図８に示すように、１０〜３０μｍの間でばらつく。データの中央値は、２０μｍとなる。
そこで、樹脂層２３の厚みｔのばらつきの最大値（２７μｍ：１σ）以下の範囲において、ひずみの程度を、ずれ量δを考慮しない場合の平均値以下に抑えられる比率ｘ（ずれの程度）の範囲を解析した。
解析モデルは実施例１のモデルを用い、図３Ｃに示す樹脂層２３の厚みを変更して解析した結果である。
【００３５】
解析結果を図９に示す。同図９に示すグラフの横軸は、１回分の繰り返しパターンに対応する長さλに対する予め決められた距離δの比率ｘ（＝δ／λ）を示している。グラフの縦軸は、ビアＩＶＨに生じるひずみの程度を示している。
同図９に示すように、樹脂層２３の厚みｔが２０μｍの場合における、第１及び第２の絶縁層２１、２２の繊維の繰り返しパターンのずれによって生ずるひずみの程度の平均値の大きさをＭとすると、樹脂層２３の厚みｔが２７μｍ以下の範囲において、ひずみの程度をこの平均値Ｍ以下とすることができる比率ｘ（ずれの程度）の範囲は、ハッチングにて示した０．０３≦ｘ≦０．１０又は０．４３≦ｘ≦０．４６となる。
【００３６】
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述の実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３７】
前述の実施の形態に係る多層配線基板１０を用いた電子機器として、電源回路や駆動回路にスイッチングを行うための半導体素子が備えられたインバータ装置、工作機械、産業用ロボットの制御装置等が挙げられる。また、その他の電子機器として、航空、宇宙機器用電子機器等、任意の電子機器が挙げられる。
また、前述の実施の形態において、経糸と緯糸の織り方は平織りに限定されるものではなく、例えば、綾織であっても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１０：多層配線基板、１２：電子機器、２１：第１の絶縁層、２２：第２の絶縁層、２３、２５、２７：樹脂層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繊維が予め決められた繰り返しパターンで織られ、樹脂が含浸されて板状に形成された第１の絶縁層と、
複数の繊維が前記予め決められた繰り返しパターンで織られ、樹脂が含浸されて板状に形成された第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とを接着する樹脂層とを備え、
前記第１の絶縁層の繰り返しパターン及び前記第２の絶縁層の繰り返しパターンは、向きが揃うように配置され、且つ、前記第１の絶縁層の繰り返しパターンの位置が、前記第２の絶縁層の繰り返しパターンの位置に対して、予め決められた距離ずれている多層配線基板。
【請求項２】
請求項１記載の多層配線基板において、１回分の前記繰り返しパターンに対応する長さに対する前記予め決められた距離の比率をｘとしたとき、０≦ｘ≦０．１５又は０．３７≦ｘ≦０．５０となるように設定されている多層配線基板。
【請求項３】
請求項２記載の多層配線基板において、前記樹脂層の厚さが３０μｍ以下である多層配線基板。
【請求項４】
請求項２又は３記載の多層配線基板において、前記複数の繊維は、経糸及び緯糸により構成され、
ビア導体が、平面視して前記経糸と前記緯糸が交差する部分にて、前記経糸及び前記緯糸のそれぞれの頂点を含まない領域に形成されている多層配線基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層配線基板を用いた電子機器。

【図１】