(57)【要約】【課題】  低コストで、高周波帯域での伝送損失を効果的に低減することのできる多層配線回路基板を提供する。【解決手段】  リジッド型の多層配線回路基板は、１層以上の絶縁層と、前記絶縁層の各々に形成された配線層とを含み、前記配線層は、銅の中に、金または銀などの表面プラズモン励起効果を有する他元素を極微量添加した材料で形成される単層構造の配線である。【選択図】  図３
2006024640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１層以上の絶縁層と、
前記絶縁層の各々に形成された配線層と
を含み、前記配線層は、銅の中に表面プラズモン励起効果を有する他元素を添加した材料で形成される単層構造の配線であることを特徴とするリジッド型の多層配線回路基板。
【請求項２】
前記銅に添加される他元素は、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線回路基板。
【請求項３】
前記添加される他元素の添加量は、０．１atm％未満であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線回路基板。
【請求項４】
前記配線層は、前記他元素が添加された銅箔で構成されることを特徴とする請求項１に記載の多層配線回路基板。
【請求項５】
貼り合わせプリント基板と、
前記貼り合わせプリント基板の少なくとも一方の面に形成された１層以上の絶縁層と、
前記絶縁層の各々に形成された配線層と
を含み、前記配線層は、銅の中に金または銀を極微量添加した材料で形成される単層構造の配線であることを特徴とする多層配線回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波対応の大型多層配線回路基板に関し、特に、１ＧＨｚを超える動作周波数でも、コストの上昇をまねくことなく効果的に伝送損失を低減することのできる多層配線回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｌｙｎａｘ（登録商標）サーバや通信用高速ルータなどの電子機器用のマザーボード、あるいはバックパネルと呼ばれる大型の多層配線回路基板では、配線長が２００ｍｍ以上と長く、動作周波数は１ＧＨｚ以下のものがほとんどであった。したがって、開発の主眼は、絶縁材量の低誘電率化による伝搬遅延の低減にあり、配線材料としては、安価で体積抵抗率が低い銅を用いるのが一般的であった。
【０００３】
しかし、多層配線回路基板の動作周波数が１ＧＨｚを越える高周波になるに到って、多層配線回路基板開発の主要な課題は、伝搬遅延よりも、伝送損失の低減に移ってきた。これは、伝送損失は周波数依存性があり、周波数が高くなるほど伝送損失も増大することに起因する。
【０００４】
一方、ＬＳＩの微細化は、それを実装する多層配線基板内の配線の微細化を求めているが、配線の微細化もまた、伝送損失の増加の要因となる。
【０００５】
従来の１ＧＨｚ未満の周波数領域では、誘電率＝３．５、誘電損失＝０．００４の既存材料で、機器の動作に必要なシグナル／ノイズ比を確保することが可能であった。例えば、日立化成ＭＣＬ−ＬＸ−６７により、幅１００μｍ、厚さ３５μｍの銅配線で、−８ｄＢ／ｍを確保することができる。これに対し、１ＧＨｚを超える動作周波数では、予想される配線の微細化を考慮すると、絶縁材料の低誘電率化、低損失化だけでは物理的な限界があり、機器が求める仕様を満足することが困難となっている。
【０００６】
また、配線材料として用いる銅箔の表面粗さを低減することにより、伝送損失はある程度まで低減できるが、現在、工業的な製造に用いるレベルとしては、例えば古河電工Ｆ０−ＷＳ（表面粗さＲｚ＝１．５μｍ）であり、飽和状態に達している。
【０００７】
伝送損失は、絶縁材料に依存する誘電損失と、配線材料（導体）に依存する導体損失の和である。このうち、導体損失は、表面粗さによる損失と、導体そのものによる損失に分けられる。絶縁材料と表面粗さの改善が限界になっている現状では、さらなる伝送損失の改善を実現するためには、導体そのものによる伝送損失の低減を図る必要がある。
【０００８】
導体そのものによる伝送損失を低減する例として、図１に示すように、絶縁基板上に設けられた配線を構成する各層（最表層、中間層、ボトム層など）を非磁性体金属で形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１の方法では、セラミックス基板１０１に形成される高周波集積回路の配線１０５を、タングステン（Ｗ）のボトム層１０２と、銅（Ｃｕ）の中間層１０３と、金（Ａｕ）の最表層１０４で構成している。セラミックス基板を用いる場合、配線の主要導体材料（Ｃｕ、Ａｕなど）と基板との密着性を高め、電気抵抗を低減するために、通常は、基板と主要導体材料の間にニッケル層が挿入される。図１の方法では、配線層からニッケル層を排除することによって、配線材料中の磁性体（ニッケル層）に起因する電力損失を低減している。
【０００９】
上記文献はまた、配線１０５中にニッケル層が含まれる場合であっても、最表層である金層１０４に微量のニッケルを拡散させることによって、電力損失を低減する方法を開示している。
【特許文献１】特開平１０−４１３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図１に示す高周波集積回路は、同図中、アルミナセラミック基板１０１表面に形成された積層構造の配線１０５を前提としており、配線材料中にニッケル等の磁性体が含まれることに起因する電力損失の低減を目的とするものである。図１のような積層配線を、配線が垂直方向に複数層に渡って形成される多層プリント配線基板に適用しようとすると、コスト的に見合わない。
【００１１】
そこで、本発明では、低コストの銅箔単層構造の配線を前提とし、銅箔そのものにおいて高周波領域での伝送損失を改善した多層配線回路基板を提供することを課題とする。
【００１２】
本発明はまた、基地局ルータ用のマザーボードやバックパネルのように、高周波モジュールを高密度に実装することのできるリジッド基板において、銅箔ベースの単層配線で、効果的に伝送損失を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、配線（導体）材料を検討した結果、銅（Ｃｕ）以外で、銅よりも体積抵抗率が低く安価な素材はないことから、銅材料の改良によって伝送損失の低減を目指す方向を採用することとした。
【００１４】
製造方法、純度などが異なる銅箔を用いて伝送特性を比較検討した結果、１００ＭＨｚ以上の周波数領域では、導体そのものによる伝送損失は、体積抵抗率と一義的な関係にはないことがわかった。従来は、銅の純度を高くすれば高周波特性が良くなると考えられていたが、発明者は、表面プラズモン励起効果を有する元素を極微量、銅の中に添加することで、体積抵抗に依存することなく、伝送損失を低減できることを見出した。このときの他元素の添加量は、０．１atm％未満であり、銅箔中に金（Ａｕ）あるいは銀（Ａｇ）を添加元素として用いた場合でも、コストの上昇は、工業的に許容できる範囲に抑えることができる。
【００１５】
そこで、本発明では、配線材料に銅を用いる高周波用の多層配線回路基板において、銅の中に特定の他元素を添加した配線材料を使用することによって、伝送損失を低減する。
【００１６】
具体的には、本発明の第１の側面では、リジッド型の多層配線基板を提供する。リジッド型の多層配線基板は、１層以上の絶縁層と、前記絶縁層の各々に形成された配線層とを含み、配線層は、銅の中に表面プラズモン励起効果を有する他元素を添加した材料で形成される単層構造の配線である。
【００１７】
このようなリジッド型の多層配線基板は、１ＧＨｚ以上の高周波帯域で伝送損失低減効果を有し、高周波で動作する電子部品を高密度に実装する回路基板として好適である。
【００１８】
本発明の第２の側面では、多層配線回路基板は、貼り合わせプリント基板と、この貼り合わせプリント基板の少なくとも一方の面に形成された１層以上の絶縁層と、前記絶縁層の各々に形成された配線層とを含み、配線層は、銅の中に金または銀を極微量添加した材料で形成される単層構造の配線である。
【００１９】
プリント基板はコアとして機能し、多層配線回路基板に、多数の高周波モジュールを搭載する支持体としての剛性を与える。
【発明の効果】
【００２０】
上述した構成を採用することにより、低コストを維持したまま、１ＧＨｚを超える高周波帯域での伝送損失を効果的に低減することができる。
【００２１】
従来の多層配線構造をそのまま利用して、高周波対応の大型多層配線回路基板を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。
【００２３】
図２および図３は、本発明で用いる導体材料の伝送損失の低減効果を示す図である。図２は、それぞれ体積抵抗率の異なる銅箔を示す表、図３は、図２の材料を用いて測定した周波数と導体伝送損失の関係を示すグラフである。
【００２４】
図２の表において、上段の従来電界銅箔は、多層配線回路基板に一般的に用いられている電界銅箔であり、その体積抵抗率は、４点プローブ法による２度の実測の平均値で２．２０μΩ・ｃｍである。中段の無酸素銅箔は、工業的に製造されている銅素材としては最も純度が高く、体積低効率が低いとされている銅箔である。その体積抵抗率は、４点プローブ法による２度の実測結果の平均値で１．８５μΩ・ｃｍである。下段は、本発明に用いた銅箔であり、銅中に０．０５atm％の銀（Ａｕ）を添加した銅箔である。体積抵抗率は、２度の平均値で１．９０μΩ・ｃｍであり、無酸素銅箔に比べ、体積抵抗率がやや高くなっている。
【００２５】
これらの材料を用いて、同一条件でストリップラインを形成し、導体伝送損失を比較した。サンプルの配線幅は１００μｍ、厚さ１８μｍ、配線長さ２５０ｍｍとした。比較結果は、図３のグラフに示すとおりである。
【００２６】
無酸素銅は、最も純度が高く、体積抵抗率が低い銅素材として知られ、伝送線材料として用いられているが、一般の銅素材としては高価である。無酸素銅箔で配線を形成した場合、従来の電界銅箔による配線よりも、高周波帯域で、伝送損失が多少改善されることがわかる。
【００２７】
一方、本発明の一実施形態で用いた銅箔は、無酸素銅よりも純度が劣る安価な銅（Ｃｕ）素材に０．１atm％未満の銀（Ａｇ）を添加したものである。この銅箔の体積抵抗率は無酸素銅よりも高いが、伝送損失低減の効果は明らかである。特に、高周波になるほど、伝送損失の差が大きくなり、伝送損失低減の効果が顕著になる。また、無酸素銅よりも安価であり、コストの抑制にも寄与することができる。
【００２８】
銅に極微量の銀または金を添加することにより、高周波側になるほど伝送損失低減効果が向上する理由として、銅中の不純物（Ａｇ、Ａｕなど）が交流の電界の印加により励起され、高周波で振られて奪われるエネルギーが相対的に小さくなるからだと推測される。入射光による金属薄膜あるいは金属微粒子の励起は、表面プラズモン共鳴として知られているが、高周波の信号伝送時に、このような表面プラズモンによる励起モードが生じると考えられる。
【００２９】
金あるいは銀などの表面プラズモン励起効果のある金属粒子を添加した銅箔は、１ＧＨｚ以上の高周波で動作する電子部品を搭載する多層配線回路基板に特に有用である。１ＨＧｚ以下で動作する場合は、導体伝送損失の問題はそれほど顕在化せず、むしろ伝送遅延を低減するために、体積抵抗率が小さく、純度の高い銅配線を用いればよいからである。さらに、ひとつの配線を積層構造とすることなく、銅箔の単層構造で高周波特性を大幅に改善することができるので、コスト面や配線の微細化の面でも有利である。
【００３０】
図４は、極微量の銀を添加した銅材料で配線を形成した多層配線回路基板の構成例を示す図である。多層配線回路基板１０は、一括積層張り合わせ工程によるプリント基板１０Ａと、プリント基板１０Ａの両側に形成したビルドアップ部１０Ｂとを含む。プリント基板１０Ａは、ガラスエポキシ材などの絶縁層１２と、銅箔などの導体で形成される配線層１３とで構成されるコア層１１に、たとえばプリプレグ（絶縁層）１４ａと、銅箔１５ａを一括積層で張り合わせたものである。ビルドアップ部１０Ａは、絶縁層１４ｂと配線層１５ｂを交互に積層し、異なる層の配線をビアコンタクト１７で接続した多層配線を構成する。多層配線回路基板１０を貫通して、貫通ビア１９が設けられている。
【００３１】
多層配線回路基板１０は、高周波で動作する電子部品（高周波モジュール）１６をハンダバンプ１８で高密度に実装するリジッド基板である。リジッド基板とは、作製後に変形させることを必要とせず、複数の部品を搭載する支持体としての剛性を有する基板であり、フレキシブル基板と区別される。このようなリジッドな多層配線基板は、導体の伝送損失を効果的に低減することができるので、高周波で動作する電子部品を多数搭載する通信用ルータなどのマザーボードや、バックパネルに好適に用いられる。
【００３２】
多層配線回路基板１０の製造方法は、特に図示しないが、コア層１１の両面銅箔上にレジストマスクを形成し、化学エッチングなどで銅箔を所定の形状にパターニングして配線層１３を形成する。レジストマスクを除去し、コア層１１の両側にプリプレグ１４ａと銅箔１５ａを重ね、真空中で加熱プレスする。ドリル加工あるいはレーザ加工により所定の箇所に張り合わせ基板を貫通するスルーホールを形成し、スルーホール内壁にメッキ層を形成する。最表面のメッキと銅箔を化学エッチングでパターニングして、配線層１５ａを形成してプリント基板１０Ａを作製する。
【００３３】
このプリント基板１０Ａの両面に、エポキシ樹脂シートなどの絶縁層１４ｂと、０．０５atm％の銀を添加した銅箔とを接着し、ビアコンタクト１７に対応する位置に、たとえばレーザ加工によりビアホールを形成し、メッキによりビアコンタクト１７を形成する。また、銅箔を所定のパターンに加工して、配線１５ｂを形成する。２層目のビルドアップ層についても同様に、絶縁層１４ｂと銅箔とを接着し、所定の位置にビアコンタクト１７を形成し、配線パターン１５ｂを形成する。
【００３４】
ビルドアップ部１０Ｂを構成する絶縁層１４ｂと配線層１５ｂは、たとえば、銅箔付き樹脂を用いてもよいし、ガラス布入りプリプレグと銅箔とを積層してもよい。いずれの場合も、銅箔には、０．１atm％未満の銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）が添加されている。
【００３５】
最後に、多層配線回路基板１０を貫通するスルーホールを形成し、スルーホール内壁にメッキ層を形成して貫通ビア１９を形成する。
【００３６】
図４の例では、ビルドアップ部１０Ｂの配線層１５ｂにのみ、銀を極微量添加した銅箔を用いているが、コアとしての張り合わせプリント基板１０Ａの配線層１５ａに、銀添加銅箔を用いてもよい。また、必ずしもプリント基板１０Ｂの両側にビルドアップ部１０Ａを設ける必要はなく、一方の面だけでビルドアップしてもよい。
【００３７】
さらに、図４の例では、コアとして一括積層による張り合わせプリント基板１０Ａを用いているが、コア基板を用いずに、ガラス繊維や炭素繊維入りのプリプレグ（絶縁層）と銀添加銅箔をスタックアップして、コアレスのリジッド基板としてもよい。
【００３８】
このように、従来の多層配線の手法をそのまま利用して、コスト上昇をまねくことなく高周波対応の大型回路基板が実現される。伝送損失低減効果は、高周波になるほど顕著になるので、将来１０ＧＨｚ帯域で動作するモジュールを搭載する場合にも、十分に対応可能である。
【００３９】
最後に、以上の説明に関して、以下の付記を開示する。
（付記１）  １層以上の絶縁層と、
前記絶縁層の各々に形成された配線層と
を含み、前記配線層は、銅の中に表面プラズモン励起効果を有する他元素を添加した材料で形成される単層構造の配線であることを特徴とするリジッド型の多層配線回路基板。
（付記２）  前記銅に添加される他元素は、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）であることを特徴とする付記１に記載の多層配線回路基板。
（付記３）  前記添加される他元素の添加量は、０．１atm％未満であることを特徴とする付記１に記載の多層配線回路基板。
（付記４）  前記配線層は、前記他元素が添加された銅箔で構成されることを特徴とする付記１に記載の多層配線回路基板。
（付記５）  前記多層配線回路基板は、高周波電子部品実装用の大型回路基板であることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の多層配線回路基板。
（付記６）  貼り合わせプリント基板と、
前記貼り合わせプリント基板の少なくとも一方の面に形成された１層以上の絶縁層と、
前記絶縁層の各々に形成された配線層と
を含み、前記配線層は、銅の中に金または銀を極微量添加した材料で形成される単層構造の配線であることを特徴とする多層配線回路基板。
（付記７）  前記金または銀の添加量は、０．１atm％未満であることを特徴とする付記６に記載の多層配線回路基板。
（付記８）  前記プリント基板は、銅の中に金または銀を極微量添加した材料で形成される単層構造の配線を有することを特徴とする付記６に記載の多層配線回路基板。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の高周波集積回路の配線構造の一例を示す図である。
【図２】異なる銅箔材料の体積抵抗率を示す表である。
【図３】図３の銅箔材料を用いて形成した配線の各々の伝送層損失低減効果を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る多層配線回路基板の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  多層配線回路基板
１０Ａ  プリント基板
１０Ｂ  ビルドアップ部
１１  コア層
１２  絶縁層（ガラスエポキシ）
１３  配線層
１４ａ，１４ｂ  絶縁層
１５ａ、１５ｂ  配線層
１６  高周波電子部品
１７  ビアコンタクト
１８  ハンダバンプ
１９  貫通ビア
【図１】
2006024640.tif 000003
【図２】
2006024640.tif 000004
【図３】
2006024640.tif 000005
【図４】
2006024640.tif 000006