JP2011179001A - プリプレグ、回路基板および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、基板の性能を向上させることにより回路配線のパターンの自由度を広げることが可能なプリプレグ、回路基板およびそれを用いた半導体装置を提供すること。
【解決手段】本発明のプリプレグは、シアネート樹脂および／またはそのプレポリマーと、無機充填材とを含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなるプリプレグであって、前記プリプレグの面上で互いに直行するＸ、Ｙ方向を設定したとき、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］が１０ｐｐｍ以下である。また、本発明の回路基板は、上記に記載のプリプレグの硬化物で構成されている。また、本発明の半導体装置は、上記に記載の回路基板に半導体素子が搭載されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリプレグ、回路基板および半導体装置に関する。

近年、電子機器の高機能化等の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、高密度実装化等が進んでいる。そのため、これらに使用される高密度実装対応のプリント配線板等は、従来にも増して、小型化かつ高密度化されている。このようなプリント配線板等の高密度化への対応として、ビルドアップ多層配線板が多く採用されている。
一般的なビルドアップ多層配線板は、コア基板に樹脂のみで構成される１００μｍ以下の絶縁層と、導体層とを積み重ねながら積層していくものである。

このようなビルドアップ方法においても電子部品を高密度実装化等に対応するため、回路配線を高密度に配線する必要があった。しかし、基板に発生する反り等により回路配線のパターンに制約が生じる場合があった。

また、ビルドアップ方法による多層配線板では、微細なビアにより層間接続されるので接続強度が低下したり、熱衝撃を受けると絶縁樹脂と導体層の間に発生する応力によりクラックや断線が生じたりして接続信頼性が低下する場合があった。

また、半導体素子を搭載する半導体素子搭載用基板としてビルドアップ多層配線板を用いる場合、半導体素子の小型化、かつ多ピン化に対応するためバンプの微細化が必要となっていた。しかし、バンプの微細化により、半導体素子と基板との接合強度の不足等に起因した接続信頼性が低下する場合があった。そこで、バンプ接続部分の信頼性を得るため、半導体素子と半導体素子搭載用基板との間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填して、バンプ接続部分を封止、補強する検討がされている。しかし、アンダーフィルを充填し、硬化させる工程が必要となるため、製造工程が複雑化し、製造コストが高くなるという問題がある（特許文献１参照）。

特開２００２−２９３８８３号公報

本発明の目的は、基板の性能を向上させることにより回路配線のパターンの自由度を広げることが可能なプリプレグ、回路基板およびそれを用いた半導体装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、製造工程を複雑にすること無く、接続信頼性を向上することができるプリプレグ、回路基板およびそれを用いた半導体装置を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（９）に記載の本発明により達成される。
（１）シアネート樹脂と、無機充填材とを含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなるプリプレグであって、前記プリプレグの面上で互いに直行するＸ、Ｙ方向を設定したとき、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とするプリプレグ。
（２）前記繊維基材は、縦糸と横糸とを平織りしたものである上記（１）に記載のプリプレグ。
（３）前記Ｘ方向は前記繊維基材を構成する繊維の縦糸方向であり、前記Ｙ方向は前記繊維基材を構成する繊維の横糸方向である上記（１）または（２）に記載のプリプレグ。
（４）前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］と、前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］との差の絶対値が５ｐｐｍ以下である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のプリプレグ。
（５）前記繊維基材を構成する主な繊維は、ガラス繊維である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のプリプレグ。
（６）前記ガラス繊維を構成するガラスは、Ｔガラスである上記（５）に記載のプリプレグ。
（７）前記無機充填材の含有量は、前記樹脂組成物全体の６０〜８０重量％である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のプリプレグ。
（８）上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のプリプレグの硬化物を有する回路基板。
（９）上記（８）に記載の回路基板に半導体素子が搭載されていることを特徴とする半導体装置。

本発明によれば基板の性能を向上させることにより回路配線のパターンの自由度を広げることが可能なプリプレグ、回路基板およびそれを用いた半導体装置を得ることができる。
また、本発明によれば、製造工程を複雑にすること無く、接続信頼性を向上することができるプリプレグ、回路基板およびそれを用いた半導体装置を得ることができる。
また、繊維基材として特定のガラス繊維基材を用いた場合、特にプリプレグの面方向の熱膨張係数を小さくすることができ、それによってこのプリプレグを用いて得られる回路基板に半導体素子を搭載した場合の接続信頼性を向上することができる。

プリプレグの一例を模式的に示す斜視図である。 回路基板を製造する過程の一例を示す斜視図である。 回路基板の一例を示す斜視図である。 回路配線が形成された回路基板の一例を示す斜視図である。 回路配線が形成された回路基板の一例を示す斜視図である。 回路配線が形成された回路基板の一例を示す斜視図である。 半導体装置の一例を示す側面図である。

以下、本発明のプリプレグ、回路基板および半導体装置について詳細に説明する。
本発明のプリプレグは、シアネート樹脂および／またはそのプレポリマーと、無機充填材とを含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなるプリプレグであって、前記プリプレグの面上で互いに直行するＸ、Ｙ方向を設定したとき、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］が１０ｐｐｍ以下である。
また、本発明の回路基板は、上記に記載のプリプレグの硬化物で構成されている。
また、本発明の半導体装置は、上記に記載の回路基板に半導体素子が搭載されている。

まず、プリプレグについて説明する。

本発明のプリプレグは、シアネート樹脂（シアン酸エステル系樹脂）と、無機充填材とを含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなる。これにより、耐熱性および誘電特性に優
れる。
前記シアネート樹脂は、シアネート樹脂、シアネート樹脂のプレポリマーの両方を含む意味である。
前記シアネート樹脂は、例えばハロゲン化シアン化合物とフェノール類とを反応させ、必要に応じて加熱等の方法でプレポリマー化することにより得ることができる。具体的には、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールＡ型シアネート樹脂、ビスフェノールＥ型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネート樹脂等のビスフェノール型シアネート樹脂等を挙げることができる。これらの中でもノボラック型シアネート樹脂が好ましい。これにより、架橋密度増加による耐熱性向上と、樹脂組成物等の難燃性を向上することができる。ノボラック型シアネート樹脂は、その構造上ベンゼン環の割合が高く、炭化しやすいためと考えられる。

前記ノボラック型シアネート樹脂としては、例えば式（Ｉ）で示されるものを使用することができる。

前記式（Ｉ）で示されるノボラック型シアネート樹脂の繰り返し単位ｎは、特に限定されないが、１〜１０が好ましく、特に２〜７が好ましい。繰り返し単位ｎが前記下限値未満であるとノボラック型シアネート樹脂は結晶化しやすくなり、汎用溶媒に対する溶解性が比較的低下するため、取り扱いが困難となる場合がある。また、繰り返し単位ｎが前記上限値を超えると架橋密度が高くなりすぎ、耐水性の低下や、硬化物が脆くなる等の現象を生じる場合がある。

前記シアネート樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、重量平均分子量５００〜４，５００が好ましく、特に６００〜３，０００が好ましい。重量平均分子量が前記下限値未満であるとプリプレグを作製した場合にタック性が生じ、プリプレグ同士が接触したとき互いに付着したり、樹脂の転写が生じたりする場合がある。また、重量平均分子量が前記上現値を超えると反応が速くなりすぎ、プリント配線板とした場合に、成形不良が生じたり、層間ピール強度が低下したりする場合がある。
前記シアネート樹脂等の重量平均分子量は、例えばＧＰＣで測定することができる。

前記シアネート樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の５〜６０重量％が好ましく、特に１０〜５０重量％が好ましい。含有量が前記下限値未満であると耐熱性や低熱膨張化する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えると架橋密度が高くなり自由体積が増えるため耐湿性が低下する場合がある。

本発明のプリプレグでは、無機充填材を用いる。これにより、低熱膨張化および難燃性の向上が図れる。
また、前述したシアネート樹脂（特にノボラック型シアネート樹脂）と無機充填材との組合せにより、特に回路基板の弾性率を向上させることができる。

前記無機充填材としては、例えばタルク、アルミナ、ガラス、シリカ、マイカ等を挙げることができる。これらの中でもシリカが好ましく、溶融シリカ（特に球状溶融シリカ）
が低熱膨張性に優れる点で好ましい。その形状は破砕状、球状があるが、繊維基材への含浸性を確保するために樹脂組成物の溶融粘度を下げるには球状シリカを使う等、その目的にあわせた使用方法が採用される。

前記無機充填材の平均粒径は、特に限定されないが、０．０１〜５．０μｍが好ましく、特に０．２〜２．０μｍが好ましい。無機充填材の粒径が前記下限値未満であるとワニスの粘度が高くなるため、プリプレグ作製時の作業性に影響を与える場合がある。また、前記上限値を超えると、ワニス中で無機充填剤の沈降等の現象が起こる場合がある。

更に平均粒径５．０μｍ以下の球状シリカ（特に球状溶融シリカ）が好ましく、特に平均粒径０．０１〜２．０μｍの球状溶融シリカが好ましい。これにより、無機充填剤の充填性を向上させることができる。

前記無機充填材の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の５０〜８０重量％が好ましく、特に６０〜７０重量％が好ましい。含有量が前記範囲内であると低熱膨張、低吸水とすることができる。

前記樹脂組成物には、特に限定されないが、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。前記エポキシ樹脂としては、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でもアリールアルキレン型エポキシ樹脂が好ましい。これにより、吸湿半田耐熱性を向上させることができる。

前記アリールアルキレン型エポキシ樹脂とは、繰り返し単位中に一つ以上のアリールアルキレン基を有するエポキシ樹脂をいう。例えばキシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でもビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂が好ましい。ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂は、例えば式（II）で示すことができる。

前記式（II）で示されるビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂の繰り返し単位ｎは、特に限定されないが、１〜１０が好ましく、特に２〜５が好ましい。繰り返し単位ｎが前記下限値未満であるとビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂は結晶化しやすくなり、汎用溶媒に対する溶解性が比較的低下するため、取り扱いが困難となる場合がある。また、繰り返し単位ｎが前記上限値を超えると樹脂の流動性が低下し、成形不良等の原因となる場合がある。

更に、前述のシアネート樹脂（特にノボラック型シアネート樹脂）とフェノール樹脂とアリールアルキレン型エポキシ樹脂（特にビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂）との組合せを用いてプリント配線板を作製した場合、特に優れた寸法安定性を得ることが出来る。

前記エポキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の１〜５５重量％が好ましく、特に２〜４０重量％が好ましい。含有量が前記下限値未満であるとシアネー
ト樹脂の反応性が低下したり、得られる製品の耐湿性が低下したりする場合があり、前記上限値を超えると耐熱性が低下する場合がある。

前記エポキシ樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、重量平均分子量５００〜２０，０００が好ましく、特に８００〜１５，０００が好ましい。重量平均分子量が前記下限値未満であるとプリプレグにタック性が生じる場合が有り、前記上限値を超えるとプリプレグ作製時、基材への含浸性が低下し、均一な製品が得られない場合がある。
前記エポキシ樹脂の重量平均分子量は、例えばＧＰＣで測定することができる。

前記樹脂組成物には、特に限定されないが、フェノール樹脂を用いることが好ましい。前記フェノール樹脂としては、例えばノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、アリールアルキレン型フェノール樹脂等が挙げられる。これらの中でもアリールアルキレン型フェノール樹脂が好ましい。これにより、さらに吸湿半田耐熱性を向上させることができる。

前記アリールアルキレン型フェノール樹脂としては、例えばキシリレン型フェノール樹脂、ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂等が挙げられる。ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂は、例えば式（III）で示すことができる。

前記式（III）で示されるビフェニルジメチレン型フェノール樹脂の繰り返し単位ｎは
、特に限定されないが、１〜１２が好ましく、特に２〜８が好ましい。繰り返し単位ｎが前記下限値未満であると耐熱性が低下する場合がある。また、前記上限値を超えると他の樹脂との相溶性が低下し、作業性が悪くなる場合があるため好ましくない。

前述のシアネート樹脂（特にノボラック型シアネート樹脂）とアリールアルキレン型フェノール樹脂との組合せにより、架橋密度をコントロールし、金属と樹脂との密着性を向上することができる。

前記フェノール樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体の１〜５５重量％が好ましく、特に５〜４０重量％が好ましい。含有量が前記下限値未満であると耐熱性が低下する場合があり、前記上限値を超えると低熱膨張の特性が損なわれる場合がある。

前記フェノール樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、重量平均分子量４００〜１８，０００が好ましく、特に５００〜１５，０００が好ましい。重量平均分子量が前記下限値未満であるとプリプレグにタック性が生じる場合があり、前記上限値を超えるとプリプレグ作製時、基材への含浸性が低下し、均一な製品が得られない場合がある。
前記フェノール樹脂の重量平均分子量は、例えばＧＰＣで測定することができる。

前記樹脂組成物には、特に限定されないが、カップリング剤を用いることが好ましい。前記カップリング剤は、前記シアネート樹脂と、前記無機充填材との界面の濡れ性を向上させることにより、基材に対してシアネート樹脂等および無機充填材を均一に定着させ、耐熱性、特に吸湿後の半田耐熱性を改良することができる。
前記カップリング剤としては、通常用いられるものなら何でも使用できるが、具体的に
はエポキシシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アミノシランカップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる１種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。これにより、無機充填材の界面との濡れ性を高くすることができ、それによって耐熱性をより向上させることできる。

前記カップリング剤の含有量は、特に限定されないが、無機充填材１００重量部に対して０．０５〜３重量部が好ましく、特に０．１〜２重量部が好ましい。含有量が前記下限値未満であると無機充填材を十分に被覆できないため耐熱性を向上する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えると反応に影響を与え、曲げ強度等が低下する場合がある。

前記樹脂組成物には、必要に応じて硬化促進剤を用いても良い。前記硬化促進剤としては公知の物を用いることが出来る。例えばナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロ［２，２，２］オクタン等の３級アミン類、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−エチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシイミダゾール等のイミダゾール類、フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物、酢酸、安息香酸、サリチル酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸等、またはこの混合物が挙げられる。

前記硬化促進剤の含有量は、特に限定されないが、前記樹脂組成物全体の０．０５〜５重量％が好ましく、特に０．２〜２重量％が好ましい。含有量が前記下限値未満であると硬化を促進する効果が現れない場合があり、前記上限値を超えるとプリプレグの保存性が低下する場合がある。

前記樹脂組成物では、上記シアネート樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂等に加えて、ビニルエステル樹脂、メラミン樹脂等の他の熱硬化性樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂と併用しても良い。
また、前記樹脂組成物には、必要に応じて、顔料、酸化防止剤等の上記成分以外の添加物を添加することが出来る。

このような樹脂組成物を繊維基材に含浸してプリプレグを得るが、その繊維基材としては、例えばガラス織布、ガラス不織布等のガラス繊維基材、あるいはガラス以外の無機化合物を成分とする織布または不織布等の無機繊維基材、芳香族ポリアミド樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の有機繊維で構成される有機繊維基材等が挙げられる。これら繊維基材の中でも強度、吸水率の点でガラス織布に代表されるガラス繊維基材が好ましい。

前記ガラス繊維基材を構成するガラスとしては、Ｅガラス、Ｃガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラス、Ｔガラス、Ｈガラス等が挙げられる。これらの中でもＴガラスが好ましい。これにより、ガラス繊維基材の熱膨張係数を小さくすることができ、それによってプリプレグの熱膨張係数を小さくすることができる。

前記繊維基材（特にガラス繊維基材）の厚さは、特に限定されないが、１０〜３００μｍが好ましく、特に１５〜１００μｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、比較的薄いプリプレグにおいてもプリプレグの面方向の異方性（面方向での熱膨張差）を小さくすることができる。

前記繊維基材としては、織布、不織布に大別されるが、これらの中でも織布が好ましく、特に縦糸と横糸とが平織りされている織布で構成されているもの（特にガラス繊維基材）が好ましい。これにより、前記繊維基材の面上で互いに直交するＸ、Ｙ方向を設定したとき、各Ｘ、Ｙ方向での熱膨張係数を小さくすることができ、それによって得られる前記プリプレグのＸ、Ｙ方向の熱膨張係数を小さくすることができる。

前記ガラス繊維基材は平織りされているものが好ましいが、その場合、ガラス繊維基材を構成する縦糸の織密度および横糸の織密度は、ほぼ同じであることが好ましい。具体的には、縦糸の織密度および横糸の織密度との差が２０本／インチ以下で、特に１５本／インチ以下であることが好ましい。これにより、Ｘ、Ｙ方向の熱膨張係数の差を特に小さくすることができる。

前記繊維基材の３０〜１５０℃での熱膨張係数は、特に限定されないが、１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に０．１〜５ｐｐｍであることが好ましい。熱膨張係数が前記範囲内であると、特にプリプレグの熱膨張係数を小さくすることができ、それによって回路基板とした場合に半導体素子との熱膨張係数の差を小さくすることができる。回路基板と、半導体素子との熱膨張係数の差が小さくなると、接続部へ生じる応力等を小さくでき、それによって接続信頼性を向上することができる。

前記樹脂組成物を前記繊維基材に含浸させる方法は、例えば前記樹脂組成物を溶媒に溶解して得られる樹脂ワニスに前記繊維基材を浸漬する方法、各種コーターによる塗布する方法、前記樹脂ワニスをスプレーにより吹き付ける方法等が挙げられる。これらの中でも、前記繊維基材を樹脂ワニスに浸漬する方法が好ましい。これにより、前記繊維基材に対する前記樹脂組成物の含浸性を向上させることができる。なお、前記繊維基材を樹脂ワニスに浸漬する場合、通常の含浸塗布設備を使用することができる。

前記樹脂ワニスに用いられる溶媒は、前記樹脂組成物に対して良好な溶解性を示すことが望ましいが、悪影響を及ぼさない範囲で貧溶媒を使用しても構わない。良好な溶解性を示す溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等が挙げられる。

前記樹脂ワニスの固形分は、特に限定されないが、前記樹脂組成物の固形分３０〜８０重量％が好ましく、特に４０〜７０重量％が好ましい。これにより、樹脂ワニスの繊維基材への含浸性を向上させることができる。
前記繊維基材に前記樹脂組成物を含浸させ、例えば８０〜２００℃で乾燥させることによりプリプレグを得ることが出来る。

このようにして得られるプリプレグの厚さについては、使用する繊維基材、その繊維基材に付着させる樹脂量、乾燥条件等を調整することで所定の厚さとすることができる。
また回路基板の絶縁層の厚さをどれぐらいに設定するかによって、必要なプリプレグの厚さが決定される。
前記プリプレグの厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１ｍｍが好ましく、特に０．０２〜０．２ｍｍ、さらには０．０２〜０．１ｍｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、比較的薄いプリプレグにおいても、プリプレグの面方向の異方性を小さくすることができる。

このようにして得られたプリプレグは、その面方向（図１）で熱膨張係数の異方性が小さいことが好ましい。プリプレグの面上で互いに直交するＸ、Ｙ方向を任意に設定できるが、ここでは平織りの繊維基材の縦糸方向をＸ方向、横糸方向をＹ方向とした場合につい
て説明する。
前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。これにより、前記プリプレグを用いた回路基板の面方向における熱膨張係数の等方性が向上でき、それによって回路配線パターンの自由度を広げることができる。
従来の回路基板では、回路基板を構成するプリプレグの面方向（２次元方向）の異方性（面方向での熱膨張差）があるため、回路配線パターンもそれを考慮して設計する必要があった。例えば、熱膨張が大きい方向に沿って配線間ピッチが２０μｍ以下の微細な回路の配線を形成すると、回路がずれてしまうことがあった。したがって、線幅を太くしたり、配線間ピッチを大きくしたりする必要があった。
これに対して、本発明のプリプレグを用いると面方向での異方性を低減することができる。ゆえに、回路配線をどのように設計しても熱膨張係数の差が小さいので、従来のように回路のずれ等を考慮すること無く、自由に配線できる。また、回路基板の方向性を考慮して配線間ピッチを変更する必要も無くなる。
すなわち、図４ないし図６に示すように回路配線の方向を自由に設計することができる。

前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は、より具体的には８ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に３〜６ｐｐｍであることが好ましい。
また、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は、より具体的には８ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に３〜６ｐｐｍであることが好ましい。
さらには、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は、より具体的には８ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に３〜６ｐｐｍであることが好ましく、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は、より具体的には８ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に３〜６ｐｐｍであることが好ましい。これにより、半導体素子と前記プリプレグで構成されている基板との熱膨張差を小さくすることができ、それによって接続信頼性をより向上できる。

このように前記プリプレグの硬化物の前記Ｘ、Ｙ方向の熱膨張係数を上述のような値とした場合に半導体素子と、基板との接続信頼性を向上できる理由は以下のように考えられる。
半導体素子の熱膨張係数（Ｘ、Ｙ方向共に）は、およそ３．５ｐｐｍ／℃である。ゆえに、この半導体素子を搭載する回路基板（半導体素子搭載用基板）のＸ、Ｙ方向の熱膨張係数と前記半導体素子の熱膨張係数との差が小さくなると、半導体素子と回路基板との間に熱膨張係数の差によって生じる応力、反りが軽減する。応力等が軽減すると、耐熱衝撃性が向上し、その結果として接続信頼性が向上する。

また、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］と、前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］との差の絶対値は、特に限定されないが、５ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に１〜４ｐｐｍであることが好ましい。差が前記範囲内であると、接続信頼性に優れることに加え、回路設計の自由度が特に向上する。

前記熱膨張係数は、熱機械分析（ＴＭＡ）装置を用いて、ＪＩＳ Ｋ−７１９７に記載される方法にて測定することができる。具体的には、測定試料をステージにセットし、一定荷重の負荷をかけ、等速で昇温し、生じる膨張量を差動トランスで電気的出力として検出し、温度との関係を調べる。

また、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での面方向の熱膨張係数は、特に限定されないが、１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に２〜５ｐｐｍであることが好ましい。熱膨張係数が前記範囲内であると、半導体素子と回路基板との接続信頼性を向上することができる。
ここで面方向とは、プリプレグの流れ方向（プリプレグの機械方向）を示す縦方向と、プリプレグの幅方向（プリプレグの反機械方向）を示す横方向を意味するものである。

前記プリプレグの硬化物とは、プリプレグを構成する樹脂の官能基の反応が完結した状態を意味し、例えばＤＳＣで発熱量を測定することにより評価することができる。具体的には、ＤＳＣで測定した発熱量がほとんど検出されない状態を意味する。
このようなプリプレグの硬化物を得る条件は、特に限定されないが、１２０〜２２０℃×３０〜１８０分間加熱処理することが好ましく、特に１５０〜２００℃×４５〜１２０分間加熱処理することが好ましい。

このように前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］が１０ｐｐｍ以下とすることにより、性能に優れる回路基板を得ることができる。このようなプリプレグを得る方法として、上述したようにシアネート樹脂と無機充填材との割合の変更、熱膨張係数の小さい繊維基材の選択等を挙げることができる。

以上のように前記プリプレグについて、縦糸および横糸で織られてなる平織りの繊維基材の例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、不織布、綾織、朱子、各種編物等であって良い。これらの繊維基材であっても任意に設定したＸ、Ｙ方向での熱膨張係数が前記範囲内であることが好ましい。

次に、上述のプリプレグ（図１）を用いた回路基板について説明する。
図２は、加熱・加圧前の回路基板を模式的に示した側面図である。
図２に示すように上述したプリプレグ１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）複数枚と、プリプレグ１の片面に金属層２とを積層した後、加熱・加圧して図３に示すような回路基板１０を得る。これにより、回路配線のパターンの自由度が広い回路基板１０を得ることができる。

前記加熱する温度は、特に限定されないが、１２０〜２２０℃が好ましく、特に１５０〜２００℃が好ましい。
前記加圧する圧力は、特に限定されないが、１．５〜５ＭＰａが好ましく、特に２〜４ＭＰａが好ましい。
また、必要に応じて高温漕等で１５０〜３００℃の温度で後硬化を行ってもかまわない。

金属層２を構成する金属は、例えば銅または銅系合金、アルミまたはアルミ系合金、鉄または鉄系合金が挙げられる。

そして、図３の回路基板１０の金属層２にエッチング処理等を施すことにより図４〜図６に示すような回路配線２１を形成する。

図３の回路基板では、複数のプリプレグ１を用いた場合について説明したが、１枚のプリプレグで回路基板を作製しても良い。
また、図３の回路基板では、プリプレグ１の片面のみに金属層２が設けられていたが、両面に設けられていても良い。

このような回路基板１０の厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１ｍｍが好ましく、特に０．０２〜０．２ｍｍ、さらには０．０２〜０．１ｍｍが好ましい。厚さが前記範囲内であると、比較的薄い回路基板１０においても、回路基板１０の面方向の異方性を小さくすることができる。

次に、半導体装置について説明する。
図７に示すように半導体装置１００は、上述した回路基板１０に設けられた回路配線２１に半導体素子４を、半田ボール４１を介して搭載して得られる。
従来の回路基板では、面方向での熱膨張係数の異方性により接続信頼性が不十分となる場合があった。そこで、半導体素子と回路基板との間にアンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填して、接続部分を封止、補強していた。
これに対して、本発明の回路基板１０を用いると、面方向での熱膨張係数の異方性が小さいことに加え、その値も小さいので半導体素子と回路基板との間にアンダーフィルを充填すること無く接続信頼性を向上することができるものである。また、アンダーフィルを用いたとしても、そのアンダーフィルは封止する機能を優先して材料の条件を選択すれば良いので（すなわち、補強効果を奏することを要しない）、アンダーフィルの条件等を考慮して選択する際にその範囲を広げることができる。
図４では、半田ボール４１を用いて半導体素子４と回路配線２１とを接続している実施形態を説明したが、本発明の半導体装置はこれに限定されず、例えばリードフレーム等で半導体素子と回路基板とが接続されていても良い。

以下、本発明を実施例および比較例により詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。まず、プリント配線板（回路基板）について説明する。
（実施例１）
（１）樹脂ワニスの調製
シアネート樹脂としてノボラック型シアネート樹脂（ロンザジャパン社製、プリマセット ＰＴ−６０、重量平均分子量約２，６００）１５重量％（以下、％と略す）、エポキシ樹脂としてビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＮＣ−３０００Ｐ、エポキシ当量２７５）８％、フェノール樹脂としてビフェニルジメチレン型フェノール樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１−Ｓ、水酸基当量２０３）７％およびカップリング剤としてエポキシシラン型カップリング剤（日本ユニカー社製、Ａ−１８７）を後述する無機充填材１００重量部に対して０．３重量部（以下、部と略す）をメチルエチルケトンに常温で溶解し、無機充填材として球状溶融シリカＳＦＰ−１０Ｘ（電気化学工業社製、平均粒径０．３μｍ）２０％および球状溶融シリカＳＯ−３２Ｒ（アドマテックス社製、平均粒径１．５μｍ）５０％を添加し、高速攪拌機を用いて１０分攪拌して樹脂ワニスを調製した。

（２）プリプレグの製造
上述の樹脂ワニスをガラス織布（Ｅガラスで構成されている平織りの基材、厚さ１００μｍ、縦糸の織密度６０本／インチ、横糸の織密度５８本／インチ、日東紡績社製、ＷＥＡ−１１６Ｅ、室温から２５０℃での熱膨張係数６ｐｐｍ／℃）に含浸し、１２０℃の加熱炉で２分間乾燥してワニス固形分（プリプレグ中に樹脂とシリカの占める割合）が約５０％のプリプレグを得た。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向（ガラス織布の縦方向）の熱膨張係数［Ａｘ］は６ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向（ガラス織布の横方向）の熱膨張係数［Ａｙ］は８ｐｐｍであった。
ここで、熱膨張係数は、次のように行なった。硬化したプリプレグから縦・横方向それぞれ４ｍｍ×２０ｍｍのテストピースを切り出し、熱機械分析装置（ＴＡインスツルメント社製ＴＭＡ２９４０）を用いてＸ（縦）・Ｙ（横）方向の熱膨張係数を５℃／分で測定
した。

（３）プリント配線板（回路基板）の製造
上述のプリプレグを１枚、両面に１８μｍの銅箔を重ねて、圧力４ＭＰａ、温度２００℃で２時間加熱加圧成形することによって０．１ｍｍの両面銅張りプリント配線板を得た。他の厚さのプリント配線基板は、プリプレグをそれに応じた枚数積層する事によって得た。

（実施例２）
ガラス織布をＷＥＡ−０５Ｅ（Ｅガラスで構成されている平織りの基材、厚さ５３μｍ、縦糸の織密度６０本／インチ、横糸の織密度４７本／インチ、日東紡績社製、室温から２５０℃での熱膨張係数６ｐｐｍ／℃）に代えた以外は、実施例１と同様にした。
なお、このプリプレグを２３０℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向（ガラス織布の縦方向）の熱膨張係数［Ａｘ］は６ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向（ガラス織布の横方向）の熱膨張係数［Ａｙ］は７ｐｐｍであった。

（実施例３）
ガラス織布をＷＴＸ−１１６Ｅ（Ｔガラスで構成されている平織りの基材、厚さ１００μｍ、縦糸の織密度６０本／インチ、横糸の織密度５８本／インチ、日東紡績社製、室温から２５０℃での熱膨張係数３ｐｐｍ／℃）に代えて、樹脂ワニスの配合を以下のようにした以外は、実施例１と同様にした。
ノボラック型シアネート樹脂（プリマセット ＰＴ−６０）２０％、ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂（ＮＣ−３０００Ｐ）１１％、ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂（ＭＥＨ−７８５１−Ｓ）９％およびエポキシシラン型カップリング剤（Ａ−１８７）０．３部をメチルエチルケトンに常温で溶解し、球状溶融シリカＳＦＰ−１０Ｘ（電気化学工業社製、平均粒径０．３μｍ）１０％および球状溶融シリカＳＯ−３２Ｒ（アドマテックス社製、平均粒径１．５μｍ）５０％を添加した。
なお、このプリプレグを２３０℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向（ガラス織布の縦方向）の熱膨張係数［Ａｘ］は５ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向（ガラス織布の横方向）の熱膨張係数［Ａｙ］は６ｐｐｍであった。

（実施例４）
ガラス織布をＷＴＸ−０５Ｅ（Ｔガラスで構成されている平織りの基材、厚さ５３μｍ、縦糸の織密度６０本／インチ、横糸の織密度４７本／インチ、日東紡績社製、室温から２５０℃での熱膨張係数３ｐｐｍ／℃）に代えた以外は、実施例３と同様にした。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は５ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は７ｐｐｍであった。

（実施例５）
樹脂ワニスの配合を以下の通りにした以外は、実施例１と同様にした。
ノボラック型シアネート樹脂（プリマセット ＰＴ−６０）５％、ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂（ＮＣ−３０００Ｐ）２０％、ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂（ＭＥＨ−７８５１−Ｓ）１５％、及びエポキシシラン型カップリング剤（Ａ−１８７）０．３部をメチルエチルケトンに常温で溶解し、球状溶融シリカ（ＳＦＰ−１０Ｘ）１０％および球状溶融シリカ（ＳＯ−３２Ｒ）５０％を添加した。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は９ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は１０ｐｐｍであった。

（実施例６）
ガラス織布をＷＴＸ１１６Ｅ（厚み１００μｍ、日東紡績社製）とし、シアネート樹脂としてビスフェノールＡ型シアネート樹脂（Ａｃｒｏｃｙ Ｂ−３０、住友化学社製）を用いた以外は、実施例１と同様にした。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は７ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は９ｐｐｍであった。

（実施例７）
ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂を以下の通りにした以外は、実施例３と同様にした。ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂に代えて、ノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業社製、エピクロン Ｎ−７７５、エポキシ当量１９０）を用いた。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は８ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は９ｐｐｍであった。

（実施例８）
ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂およびガラス織布を以下の通りにした以外は、実施例４と同様にした。ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂に代えて、ノボラック樹脂（住友ベークライト社製、ＰＲ−５１７１４、水酸基当量１０３）を用い、ガラス織布（ＷＴＸ−０５Ｅ）に代えて、ガラス織布（ＷＥＡ−１１６Ｅ）を用いた。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は８ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は９ｐｐｍであった。

（実施例９）
球状溶融シリカを以下の通りにした以外は、実施例３と同様にした。球状溶融シリカＳＦＰ−１０ＸおよびＳＯ−３２Ｒに代えて、ＦＢ−５ＳＤＸ（電気化学工業社製、平均粒径５μｍ）を用いた。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は７ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は８ｐｐｍであった。

（比較例１）
樹脂ワニスの配合を以下の通りにした以外は、実施例１と同様にした。
ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂（ＮＣ−３０００Ｐ）２３％、ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂（ＭＥＨ−７８５１−Ｓ）１７％、硬化助剤２−メチルイミダゾール（四国化成工業社製、２ＭＺ）０．４部およびエポキシシラン型カップリング剤（Ａ−１８７）０．３部をメチルエチルケトンに常温で溶解し、球状溶融シリカ（ＳＦＰ−１０Ｘ）１０％および球状溶融シリカ（ＳＯ−３２Ｒ）５０％を添加した。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は１４ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は１６ｐｐｍであった。

（比較例２）
樹脂ワニスの配合を以下の通りにした以外は、実施例３と同様にした。
ノボラック型シアネート樹脂（プリマセット ＰＴ−６０）２０％、ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂（ＮＣ−３０００Ｐ）２８％、ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂（ＭＥＨ−７８５１−Ｓ）２２％、球状溶融シリカ（ＳＦＰ−１０Ｘ）１０％及び球状溶融シリカ（ＳＯ−３２Ｒ）２０％を添加した。
なお、このプリプレグを２００℃×３０分間処理して得られた硬化物の面上での３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］は１６ｐｐｍであり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］は１８ｐｐｍであった。

実施例および比較例で得られたプリント配線板について、以下の評価を行った。評価項目を、評価方法と共に示す。得られた結果を表１に示す。
１．反り量
厚さ０．４ｍｍのプリント配線を作製し、一辺に４４個、０．２ｍｍ間隔のバンプ（０．１ｍｍ径、ＳｎＡｇ）を介して、ＴＥＧチップ（一辺１０ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍ）を搭載し、チップの反り量を測定した。

２．ガラス転移温度
厚さ０．６ｍｍのプリント配線板を全面エッチングし、得られた積層板から１０ｍｍ×６０ｍｍのテストピースを切り出し、ＴＡインスツルメント社製動的粘弾性測定装置ＤＭＡ９８３を用いて３℃／分で昇温し、ｔａｎδのピーク位置をガラス転移温度とした。

３．難燃性
ＵＬ−９４規格に従い、１．０ｍｍ厚のテストピースを垂直法により測定した。

４．吸水率
厚さ０．６ｍｍの両面プリント配線板を全面エッチングし、得られた積層板から５０ｍｍ×５０ｍｍのテストピースを切り出し、ＪＩＳ Ｃ６４８１に従い測定した。

５．吸湿半田耐熱性
厚さ０．６ｍｍの両面プリント配線板から５０ｍｍ×５０ｍｍに切り出し、ＪＩＳ Ｃ
６４８１に従い半面エッチングを行ってテストピースを作成した。１２５℃のプレッシャークッカーで処理した後、２６０℃の半田槽に銅箔面を下にして浮かべ、１８０秒後に膨れが発生する処理時間を計測した。

６．回路配線の設計
回路配線の設計の自由度は、銅箔をエッチングしてテストパターンを形成して加熱処理後のパターンのずれ等を評価した。各符号は、以下の通りである。
◎：配線のずれが、配線幅の１／３以下である。
○：配線のずれが、配線幅の１／３を超え、１／２以下である。
△：配線のずれが、配線幅の１／２を超え、２／３以下である。
×：配線のずれが、配線幅の２／３を超える。

表１から明らかなように、実施例１〜９は、反り量が小さく、回路配線の設計の自由度が高かった。
また、実施例１〜９は、ガラス転移温度が高く、難燃性も高かった。
また、実施例１〜６および実施例８〜９は、吸水率が低く、吸湿半田耐熱性にも優れていた。

次に、半導体装置の実施例および比較例について説明する。
実施例１〜９および比較例１、２で得られた回路基板に、Ｐｂ３６重量％−Ｓｎ６４重量％の共晶半田ペーストを印刷法にて印刷した。接続部の大きさはφ０．０８ｍｍ、ピッチ０．１６ｍｍにてマトリックス状に配設した。
その後、一辺に４４個、０．１６ｍｍ間隔、φ０．０８ｍｍの共晶半田ボールを介して、ＴＥＧチップ（一辺１０ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍ）を位置合わせして載置し、リフロー処理を行い、半導体装置を作製した。
得られた半導体装置について、接続信頼性を評価したところ実施例１〜９で得られた半導体装置については優れた接続信頼性が確認された。

本発明のプリプレグは回路基板に好適に用いることができ、特に半導体素子が搭載され
る半導体素子搭載用回路基板に好適に用いることができる。
本発明の半導体装置は、高い接続信頼性が要求されるような用途に好適に用いることができる。

１ プリプレグ
１ａ プリプレグ
１ｂ プリプレグ
１ｃ プリプレグ
１ｄ プリプレグ
２ 金属層
２１ 回路配線
４ 半導体素子
４１ 半田ボール
１０ 回路基板
１００ 半導体装置

Claims (9)

1. シアネート樹脂と、無機充填材とを含む樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなるプリプレグであって、
   前記プリプレグの面上で互いに直行するＸ、Ｙ方向を設定したとき、前記プリプレグを硬化してなる硬化物の３０〜１５０℃での、前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とするプリプレグ。
2. 前記繊維基材は、縦糸と横糸とを平織りしたものである請求項１に記載のプリプレグ。
3. 前記Ｘ方向は前記繊維基材を構成する繊維の縦糸方向であり、前記Ｙ方向は前記繊維基材を構成する繊維の横糸方向である請求項１または２に記載のプリプレグ。
4. 前記Ｘ方向の熱膨張係数［Ａｘ］と、前記Ｙ方向の熱膨張係数［Ａｙ］との差の絶対値が５ｐｐｍ以下である請求項１ないし３のいずれかに記載のプリプレグ。
5. 前記繊維基材を構成する主な繊維は、ガラス繊維である請求項１ないし４のいずれかに記載のプリプレグ。
6. 前記ガラス繊維を構成するガラスは、Ｔガラスである請求項５に記載のプリプレグ。
7. 前記無機充填材の含有量は、前記樹脂組成物全体の５０〜８０重量％である請求項１ないし６のいずれかに記載のプリプレグ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のプリプレグの硬化物を有する回路基板。
9. 請求項８に記載の回路基板に半導体素子が搭載されていることを特徴とする半導体装置。