JP2009200185A - 半導体素子搭載基板 - Google Patents

Abstract

【課題】外的環境の変化による反りの発生を防止するとともに、内蔵する半導体素子の基板からの剥離を防止することが可能な半導体素子搭載基板を提供すること。
【解決手段】半導体素子搭載基板１０は、一方の面に凹部１１を備えた凹部付き基板１と、凹部１１内に搭載された半導体素子２と、凹部１１を埋め込む第１の層３と、凹部付き基板１の第１の層３とは反対側に設けられ、第１の層３と材料およびその組成比率が同じである第２の層４とを有し、第１の層３および第２の層４は、主として、シアネート樹脂を含む樹脂材料と無機充填材とで構成されたものであり、第１の層３および第２の層４の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される第１の層３および第２の層４のガラス転移点Ｔｇ_ａ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、４０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子搭載基板に関するものである。

電子機器には、ＩＣチップやコンデンサー等の半導体素子が接続された基板が搭載されている。

近年、電子機器の小型化、高機能化に伴い、１つの基板上に搭載する半導体素子の数が増大してきており、半導体素子の実装面積不足といった問題があった。

このような問題を解決するため、半導体素子を多層配線基板内に埋め込むことにより、半導体素子の実装面積を確保し、高密度パッケージ化を図る試みが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このように半導体素子を内蔵した半導体素子搭載基板では、その構造が上下で非対称となり、また、物性的にも非対称となるため、基板に反り等が生じてしまい、半導体素子搭載基板の信頼性が低下してしまうといった問題があった。

特開２００４−２９６５６２号公報

本発明の目的は、外的環境の変化による反りの発生を防止するとともに、内蔵する半導体素子の基板からの剥離を防止することが可能な半導体素子搭載基板を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１１）の本発明により達成される。
（１） 一方の面に凹部を備えた凹部付き基板と、
前記凹部内に搭載された半導体素子と、
前記凹部を埋め込む第１の層と、
前記凹部付き基板の前記第１の層とは反対側に設けられ、前記第１の層と材料およびその組成比率が同じである第２の層とを有し、
前記第１の層および前記第２の層は、主として、シアネート樹脂を含む樹脂材料と無機充填材とで構成されたものであり、
前記第１の層および前記第２の層の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される前記第１の層および前記第２の層のガラス転移点Ｔｇ_ａ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、４０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする半導体素子搭載基板。

（２） 前記第１の層および前記第２の層中における前記樹脂材料の含有量は、３０〜７０重量％である上記（１）に記載の半導体素子搭載基板。

（３） 前記第１の層および前記第２の層中における前記無機充填材の含有量は、５〜４０重量％である上記（１）または（２）に記載の半導体素子搭載基板。

（４） 前記第１の層および前記第２の層中におけるシアネート樹脂の含有量は、１〜２０重量％である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（５） 前記樹脂材料は、エポキシ樹脂をさらに含み、
前記樹脂材料中の前記シアネート樹脂の含有率をＡ［重量％］、前記樹脂材料中のエポキシ樹脂の含有率をＢ［重量％］としたとき、０．５≦Ｂ／Ａ≦４である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（６） 前記樹脂材料は、フェノキシ樹脂をさらに含み、
前記樹脂材料中の前記シアネート樹脂の含有率をＡ［重量％］、前記樹脂材料中のフェノキシ樹脂の含有率をＣ［重量％］としたとき、０．２≦Ｃ／Ａ≦２である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（７） 前記第１の層および前記第２の層の、２５℃におけるヤング率は、４〜１５ＧＰａである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（８） ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される前記第１の層および前記第２の層のガラス転移点Ｔｇ_ａは、１００〜３００℃の範囲内である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（９） 前記凹部付き基板の２５℃におけるヤング率は、２０〜５０ＧＰａである上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（１０） 前記凹部付き基板の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される前記基板のガラス転移点Ｔｇ_ｃ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、１３ｐｐｍ／℃以下である上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

（１１） 前記半導体素子は、フィルムを介して前記凹部内に搭載されている上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

本発明によれば、外気温度や外気湿度等の外的環境の変化による反りの発生を防止するとともに、内蔵する半導体素子の基板からの剥離を防止することが可能な半導体素子搭載基板を提供することができる。

以下、本発明の半導体素子搭載基板について好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の半導体素子搭載基板の好適な実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」という。

図１に示すように、半導体素子搭載基板１０は、一方の面に凹部１１を備えた凹部付き基板１と、凹部１１内に搭載された半導体素子２と、半導体素子２を埋め込むように形成された第１の層３と、凹部付き基板１の下側に形成された第２の層４とを有している。また、凹部付き基板１、第１の層３および第２の層４上には、それぞれ、図示せぬ配線パターンが形成されており、それぞれが電気的に接続されるよう構成されている。また、半導体素子２は、第１の層３上の配線パターンと電気的に接続されている。

凹部付き基板１は、半導体素子２を搭載するための凹部１１を有しており、搭載された半導体素子２を支持する機能を有している。

また、凹部付き基板１は、絶縁性が高く、かつ、剛性（ヤング率）の高い材料で構成されたものである。

凹部付き基板１は、上記特性を有するものであれば、いかなる材料で構成されたものであってもよいが、主として、繊維基材と、樹脂材料と、無機充填材とで構成されているのが好ましい。

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、ポリアミド樹脂繊維、芳香族ポリアミド樹脂繊維、全芳香族ポリアミド樹脂繊維等のポリアミド系樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、芳香族ポリエステル樹脂繊維、全芳香族ポリエステル樹脂繊維等のポリエステル系樹脂繊維、ポリイミド樹脂繊維、フッ素樹脂繊維等を主成分とする織布または不織布で構成される合成繊維基材、クラフト紙、コットンリンター紙、リンターとクラフトパルプの混抄紙等を主成分とする紙基材等が挙げられる。これらの中でもガラス繊維基材が好ましい。これにより、凹部付き基板１の剛性をより高いものとすることができ、また、凹部付き基板１を薄くすることができる。さらに、凹部付き基板１の熱膨張係数も小さくすることができ、それによって、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより効果的に低減し、搭載した半導体素子２への応力を低減する事ができ、搭載後の半導体素子２での不良発生が防止できる。

このようなガラス繊維基材を構成するガラスとしては、例えば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、それによって凹部付き基板１の熱膨張係数をより小さくすることができる。

また、凹部付き基板１における繊維基材の含有率は、３０〜７０重量％であることが好ましく、４０〜６０重量％であることがより好ましい。これにより、凹部付き基板１の熱膨張係数をより効果的に小さくすることができる。

また、凹部付き基板１を構成する樹脂材料としては、絶縁性を有するものであれば特に限定されないが、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。これにより、半導体素子搭載基板１０の耐熱性を向上させることができる。

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油、アマニ油、クルミ油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ユリア（尿素）樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂等が挙げられる。

また、凹部付き基板１を構成する樹脂材料としては、後述する第１の層３等を構成する樹脂材料と同等のものを用いるのが好ましい。これにより、凹部付き基板１の熱膨張係数をより効果的に小さくすることができ、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより効果的に低減することができる。

凹部付き基板１中における樹脂材料の含有量は、１５〜４０重量％であるのが好ましく、２０〜３５重量％であるのがより好ましい。これにより、凹部付き基板１の剛性をより効果的に高いものとすることができる。

また、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、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等を挙げることができる。

凹部付き基板１中における無機充填材の含有量は、１２〜３５重量％であるのが好ましく、１８〜３０重量％であるのがより好ましい。これにより、凹部付き基板１の剛性をより効果的に高いものとすることができる。

凹部付き基板１の２５℃におけるヤング率は、２０〜５０ＧＰａであるのが好ましく、２５〜４０ＧＰａであるのがより好ましい。これにより、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより効果的に低減することができる。

また、凹部付き基板１の２５０℃におけるヤング率は、１０〜４５ＧＰａであるのが好ましく、１３〜３５ＧＰａであるのがより好ましい。これにより、加熱時における剛性に優れるので、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより確実に低減させることができ、半導体素子搭載基板１０の信頼性を向上させることができる。

また、凹部付き基板１の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定されるコア基板１のガラス転移点Ｔｇ_ｃ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、１３ｐｐｍ／℃以下であるのが好ましく、３〜１１ｐｐｍ／℃であるのがより好ましい。これにより、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をさらに効果的に低減し、搭載した半導体素子２への応力を低減することができる。

凹部付き基板１の平均厚さ（凹部を除いた、図中、Ｘで表される厚さ）は、１３００〜１５０μｍであるのが好ましく、９００〜２００μｍであるのがより好ましい。
凹部１１は、その内部に、半導体素子２を搭載する機能を有している。
また、凹部１１は、その底面が平滑面となっている。

凹部１１の深さは、特に限定されないが、半導体素子２の高さよりも大きいのが好ましい。これにより、搭載した半導体素子２への応力をより効果的に低減することができる。凹部１１の深さは、具体的には、１２００〜５０μｍであるのが好ましく、８００〜１００μｍであるのがより好ましい。

半導体素子２は、図１に示すように、凹部１１内において、接着フィルム５を介して凹部付き基板１に接合されている。

このような半導体素子２としては、例えば、ＩＣチップ、コンデンサー、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ等が挙げられる。

接着フィルム５は、可撓性を有する部材で、主として、接着剤で構成されたものである。このように、接着フィルム５を介して半導体素子２を凹部付き基板１に接合することにより、後述する第１の層３に、使用環境における外部環境温度・湿度等の変化によって発生する寸法の変化等によって半導体素子２に外力がかかった場合であっても、この接着フィルム５によってその外力をより確実に緩和することができる。その結果、凹部付き基板１から半導体素子２が剥離する事や、半導体素子２が割れてしまう事等の不良発生をより効果的に防止することができる。

接着フィルム５を構成する接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等を使用したフィルム状の接着フィルムが挙げられる。この接着フィルム５には、フィルム中に導電粒子を添加し、導電性機能を付与した物を用いても構わない。また、同様の樹脂を使用した液状接着剤の形状で使用しても構わない。

このような接着フィルム５は、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される接着フィルム５のガラス転移点Ｔｇ_ａ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数が、３０〜３００ｐｐｍ／℃であるのが好ましく、５００〜１６０ｐｐｍ／℃であるのがより好ましい。これにより、接着フィルム５は半導体素子２の寸法の変動により確実に追従することができる。その結果、凹部付き基板１から半導体素子２が不本意に剥離するのをより確実に防止することができる。

また、接着フィルム５の、２５℃におけるヤング率は、５〜９００ＭＰａ程度であるのが好ましく、１０〜４００ＭＰａ程度であるのがより好ましい。これにより、接着フィルム５は半導体素子２の寸法の変動により確実に追従することができる。その結果、凹部付き基板１から半導体素子２が不本意に剥離するのをより確実に防止することができる。

凹部付き基板１の両面には、図１に示すように、前述した凹部１１（半導体素子２）を埋め込むように形成された第１の層３と、第２の層４とが形成されている。

第１の層３および第２の層４は、構成材料およびその組成比率が同じであり、同等の物性（熱膨張係数、ヤング率等）を有するものである。また、第１の層３および第２の層４は、絶縁性の高い材料で構成されている。

本発明において、第１の層（第２の層）は、主として、シアネート樹脂を含む樹脂材料と無機充填材とで構成されたものである。

また、本発明において、第１の層（第２の層）は、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される第１の層（第２の層）のガラス転移点Ｔｇ_ａ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数が、４０ｐｐｍ／℃以下の層である。

このような組成および物性の第１の層および第２の層を設けることにより、外気温度や外気湿度等の外的環境の変化によって生じる半導体素子搭載基板の寸法の変化を抑制することができる。その結果、半導体素子搭載基板の反りの発生を防止することができる。また、半導体素子搭載基板は、耐熱性に優れたものとなる。また、第１の層および第２の層を薄膜化（厚さ１００μｍ以下）にしても強度に優れたものとすることができる。

上述したように、第１の層３（第２の層４）の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される第１の層３（第２の層４）のガラス転移点Ｔｇ_ａ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、４０ｐｐｍ／℃以下であるが、３〜３０ｐｐｍ／℃であるのがより好ましい。これにより、本発明の効果をより顕著なものとすることができる。

また、第１の層３（第２の層４）の２５℃におけるヤング率は、４〜２０ＧＰａであるのが好ましく、５〜１５ＧＰａであるのがより好ましい。これにより、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより効果的に低減することができる。

また、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される第１の層３（第２の層４）のガラス転移点Ｔｇ_ａは、１９０〜３００℃の範囲内であるのが好ましく、２３０〜２８０℃の範囲であるのがより好ましい。これにより、半導体素子搭載基板１０の反りの発生を低減することができるとともに、半導体素子搭載基板１０の耐熱性をより高いものとすることができる。

第１の層３（第２の層４）の平均厚さ（図中、Ｙで表される厚さ）は、２０〜２００μｍであるのが好ましく、３０〜６０μｍであるのがより好ましい。

前述したように第１の層３（第２の層４）は、シアネート樹脂を含んでいる。このシアネート樹脂は、耐熱性に優れた材料である。

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得られるプレポリマーを硬化させることにより得ることができる。シアネート樹脂としては、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。シアネート樹脂は、トリアジン環を有しているからである。さらに、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。さらに、第１の層３（第２の層４）を薄膜化（厚さ１００μｍ以下）した場合であっても、第１の層３（第２の層４）に優れた剛性を付与することができる。特に加熱時における剛性に優れるので、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより確実に低減させることができ、半導体素子搭載基板１０の信頼性を向上させることができる。

ノボラック型シアネート樹脂のプレポリマーとしては、例えば式（Ｉ）で示されるものを使用することができる。

式（Ｉ）で示されるノボラック型シアネート樹脂のプレポリマーの平均繰り返し単位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。平均繰り返し単位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、平均繰り返し単位ｎが前記上限値を超えると溶融粘度が高くなりすぎ、第１の層３（第２の層４）の成形性が低下する場合がある。

シアネート樹脂のプレポリマー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であるのが好ましく、特に６００〜３，０００であるのがより好ましい。

シアネート樹脂等の樹脂材料やプレポリマー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。

ＧＰＣ測定は、例えば装置：東ソー製 ＨＬＣ−８２００ＧＰＣを用い、カラムとしてＴＳＫ＝ＧＥＬ ポリスチレンを用い、溶剤としてＴＨＦ(テトラハイドロフラン)を用いて測定することができる。

第１の層３（第２の層４）中におけるシアネート樹脂の含有量は、特に限定されないが、１〜２０重量％であるのが好ましく、特に３〜１５重量％であるのがより好ましい。含有量が前記下限値未満であると第１の層３（第２の層４）を形成するのが困難となる場合があり、前記上限値を超えると第１の層３（第２の層４）の強度が低下する場合がある。

また、第１の層３（第２の層４）中には、上述したシアネート樹脂以外の樹脂材料が含まれていてもよい。

このような樹脂材料としては、特に限定されないが、熱硬化性樹脂（シアネート樹脂以外の熱硬化性樹脂）を用いることができる。これにより、半導体素子搭載基板１０の反りの発生を低減することができるとともに、半導体素子搭載基板１０の耐熱性をより高いものとすることができる。

熱硬化性樹脂としては、前述した凹部付き基板１の説明で例示したものを用いることができる。

上述した中でも、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂（実質的にハロゲン原子を含まない）をさらに含んでいるのが好ましい。

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、第１の層３（第２の層４）の吸湿半田耐熱性および難燃性を向上させることができる。

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のプレポリマーは、例えば式（ＩＩ）で示すことができる。

上記式（ＩＩ）で示されるビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂のプレポリマーの平均繰り返し単位ｎは、特に限定されないが、１〜１０であるのが好ましく、特に２〜５であるのがより好ましい。平均繰り返し単位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、平均繰り返し単位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。

樹脂材料中のシアネート樹脂の含有率をＡ［重量％］、前記樹脂材料中のエポキシ樹脂の含有率をＢ［重量％］としたとき、０．５≦Ｂ／Ａ≦４であるのが好ましく、１≦Ｂ／Ａ≦３であるのがより好ましい。これにより、第１の層３（第２の層４）の耐熱性を向上させることができるとともに、熱膨張係数を特に小さいものとすることができる。

第１の層３（第２の層４）中におけるエポキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、３〜２５重量％であるのが好ましく、特に５〜２０重量％であるのがより好ましい。含有量が前記下限値未満であるとシアネート樹脂のプレポリマー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。

エポキシ樹脂のプレポリマー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。

また、熱硬化性樹脂として、実質的にハロゲン原子を含まないフェノキシ樹脂をさらに含有するのが望ましい。これにより、樹脂付き金属箔や基材付き絶縁シートを製造する際の製膜性を向上することができる。ここで、実質的にハロゲン原子を含まないとは、例えば、フェノキシ樹脂中のハロゲン原子の含有量が１重量％以下のものをいう。

上記フェノキシ樹脂としては特に限定されないが、例えば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ノボラック骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造を有するフェノキシ樹脂を用いることもできる。これらの中でも、ビフェニル骨格と、ビスフェノールＳ骨格とを有するものを用いることができる。これにより、ビフェニル骨格が有する剛直性によりガラス転移温度を高くすることができるとともに、ビスフェノールＳ骨格により、多層プリント配線板を製造する際のメッキ金属の付着性を向上させることができる。また、ビスフェノールＡ骨格とビスフェノールＦ骨格とを有するものを用いることができる。これにより、多層プリント配線板の製造時に内層回路基板への密着性を向上させることができる。また、上記ビフェニル骨格とビスフェノールＳ骨格とを有するものと、ビスフェノールＡ骨格とビスフェノールＦ骨格とを有するものとを、併用することができる。これにより、これらの特性をバランスよく発現させることができる。上記ビスフェノールＡ骨格とビスフェノールＦ骨格とを有するもの（１）と、上記ビフェニル骨格とビスフェノールＳ骨格とを有するもの（２）とを併用する場合、その併用比率としては特に限定されないが、例えば、（１）：（２）＝２：８〜９：１とすることができる。

フェノキシ樹脂の分子量としては特に限定されないが、重量平均分子量が５０００〜５００００であることが好ましい。さらに好ましくは１００００〜４００００である。重量平均分子量が上記下限値未満であると、製膜性を向上させる効果が低下する場合がある。また、上記上限値を超えると、フェノキシ樹脂の溶解性が低下する場合がある。

第１の層３（第２の層４）中におけるフェノキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、１〜３０重量％であることが好ましい。さらに好ましくは３〜２０重量％である。含有量が上記下限値未満であると製膜性を向上させる効果が低下する場合がある。また、上記上限値を超えると、低熱膨張性を付与する効果が低下することがある。

樹脂材料中のシアネート樹脂の含有率をＡ［重量％］、前記樹脂材料中のフェノキシ樹脂の含有率をＣ［重量％］としたとき、０．２≦Ｃ／Ａ≦２であるのが好ましく、０．３≦Ｃ／Ａ≦１．５であるのがより好ましい。これにより、成膜性を向上させることができるとともに、熱膨張係数を特に小さいものとすることができる。

さらに、シアネート樹脂（特にノボラック型シアネート樹脂）とフェノキシ樹脂（ビフェニル骨格、ビスフェノールＳ骨格を有するフェノキシ樹脂）とエポキシ樹脂（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）との組合せを用いた場合、本発明の効果をより顕著に発揮させることができる。

なお、第１の層３（第２の層４）を構成する樹脂材料として、上記樹脂材料の他、フェノール樹脂、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を併用してもよい。

上述したような樹脂材料の第１の層３（第２の層４）中における含有量は、３０〜７０重量％であるのが好ましく、３０〜６０重量％であるのがより好ましい。これにより、第１の層３（第２の層４）の耐熱性を高いものとしつつ、第１の層３（第２の層４）の熱膨張係数を好適に前述したような範囲のものとすることができる。
また、第１の層３（第２の層４）は、無機充填材を含んでいる。

無機充填材としては、凹部付き基板１の説明で記載したものを用いることができる。上述した無機充填材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。

無機充填材が略球形である場合、無機充填材の平均粒子径は、特に限定されないが、０．０１〜５．０μｍであるのが好ましく、特に０．２〜２．０μｍであるのがより好ましい。

第１の層３（第２の層４）中における無機充填材の含有量は、５〜４０重量％であるのが好ましく、１０〜３０重量％であるのがより好ましい。含有量が前記範囲内であると、第１の層３（第２の層４）の熱膨張係数をより効果的に小さいものとすることができる。その結果、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより効果的に低減することができる。

また、第１の層３および第２の層４中には、上記成分の他、前記凹部付き基板１で説明した繊維基材を含んでいるのが好ましい。これにより、第１の層３（第２の層４）の熱膨張係数を特に小さいものとすることができる。その結果、半導体素子搭載基板１０の反りの発生をより効果的に低減することができる。

＜半導体素子搭載基板の製造方法＞
次に、上述したような半導体素子搭載基板の製造方法の一例について説明する。

図２は、半導体素子搭載基板の製造方法の一例を示す図である。
まず、図２（ａ）に示すように、未硬化の第１のコア材１２を用意する。なお、本明細書中において未硬化とは、構成する樹脂材料が硬化に至らない状態のことを指す。

次に、未硬化の第２のコア材１３を用意し、図２（ｂ）に示すように、第２のコア材１３に、穴１１’を形成する。この穴１１’は、例えば、ルータ加工により形成することができる。ここで、ルーター加工に用いるドリルとしては、機械ドリル意外に、例えばＣＯ_２レーザー、ＵＶ−ＹＡＧレーザー等を用いることができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、第１のコア材１２上に、穴１１’を形成した第２のコア材１３を積層する。

次に、図２（ｄ）に示すように、加熱等によって、第１のコア材１２および第２のコア材１３を硬化させ、凹部１１を備えた凹部付き基板１を得る。

次に、図２（ｅ）に示すように、凹部１１の内部に、接着フィルム５を介して半導体素子２を搭載する。すなわち、凹部付き基板１と半導体素子２とを接合する。

一方、前述したような第１の層３および第２の層４を構成する材料をシート状にした絶縁シート３’および絶縁シート４’を用意する。

次に、この絶縁シート３’および絶縁シート４’を、それぞれ、凹部付き基板１の半導体素子２側およびその反対側の面に圧着させる（図２（ｆ）参照）。この圧着の際に、絶縁シート３’の一部が、凹部１１内に充填される。

その後、絶縁シート３’および絶縁シート４’を硬化させて、図１に示すような半導体素子搭載基板１０（本発明の半導体素子搭載基板）を得る。

以上、本発明の半導体素子搭載基板について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。

例えば、前述した実施形態では、半導体素子２が１つ搭載されたものについて説明したが、これに限定されず、半導体素子は２つ以上搭載されていてもよい。

また、前述した実施形態では、第１の層および第２の層が両面にそれぞれ１層ずつ形成されたものとして説明したが、これに限定されず、第１の層および第２の層が両面に２層以上形成されたものであってもよい。

また、前述した実施形態では、構成材料をシート状にしたものを用いて、第１の層および第２の層を形成するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、各層は、各層を構成する材料を塗布することにより形成するものであってもよい。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜１＞実施例および比較例で用いる原材料
実施例及び比較例において用いた原材料は以下の通りである。
（１）シアネート樹脂Ａ：ノボラック型シアネート樹脂（ロンザ社製、商品名「プリマセットＰＴ−３０」、重量平均分子量７００）
（２）シアネート樹脂Ｂ：ノボラック型シアネート樹脂（ロンザ社製、商品名「プリマセットＰＴ−６０」、重量平均分子量２６００）
（３）エポキシ樹脂：ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂（日本化薬社製、商品名「ＮＣ−３０００」、エポキシ当量２７５、重量平均分子量２０００）
（４）フェノキシ樹脂Ａ：ビフェニルエポキシ樹脂とビスフェノールＳエポキシ樹脂との共重合体であり、末端部はエポキシ基を有している樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名「ＹＸ−８１００Ｈ３０」、重量平均分子量３００００）
（５）フェノキシ樹脂Ｂ：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との共重合体であり、末端部はエポキシ基を有している樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名「エピコート４２７５」、重量平均分子量６００００）
（６）硬化触媒：イミダゾール化合物（四国化成工業社製、商品名「２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール」）
（７）無機充填材：球状溶融シリカ（アドマテックス社製、商品名「ＳＯ−２５Ｈ」、平均粒径０．５μｍ）
（８）カップリング剤：エポキシシランカップリング剤（日本ユニカー社製、商品名「Ａ−１８７」）

＜２＞半導体素子搭載基板の製造
（実施例１）
［１］樹脂ワニスの調製
シアネート樹脂Ａ：１５重量部、シアネート樹脂Ｂ：１０重量部、エポキシ樹脂：２５重量部、フェノキシ樹脂Ａ：５重量部、フェノキシ樹脂Ｂ：５重量部、硬化触媒：０．４重量部をメチルエチルケトンに溶解、分散させた。さらに、無機充填材：４０重量部とカップリング剤：０．２重量部を添加して、高速攪拌装置を用いて１０分間攪拌して、固形分５０重量％の樹脂ワニスを調製した。

［２］基材付き絶縁シートＡの作製
上記のようにして得られた樹脂ワニスを、ガラス織布（ＷＥＡ−１０３５、厚さ：２８μｍ、日東紡績製）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成分）が５０ｗｔ％のプリプレグを得た。このプリプレグを用い、厚さ３８μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの片面に、ラミネーター装置を用いて乾燥後の絶縁フィルムの厚さが８０μｍとなるように貼り付け、これを１６０℃の乾燥装置で１０分間乾燥して、基材付き絶縁シートＡを製造した。

［３］凹部付き基板の作製
両面銅張積層板（住友ベークライト株式会社製：ＥＬＣ−４７８５ＧＳ）の銅箔をエッチング処理し取り除く事で、厚さ４００μｍ、４０ｍｍ角のコア基板を得た。この基板の中央部に、ルーター加工で８ｍｍ角の穴を作成し、８ｍｍ角の穴を有する、厚さ４００μｍ、４０ｍｍ角のコア基板を得た。

上記のようにして得られた樹脂ワニスを、ガラス織布（ＷＥＡ−２３１９、厚さ：８０μｍ、日清紡製）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成分）が約５０ｗｔ％で、厚さ１００μｍのプリプレグ厚さ１００μｍを得た。このプリプレグを用い、ラミネーター装置を用いて、８ｍｍ角の穴を有する厚さ４００μｍ、４０ｍｍ角のコア基板に貼り付け、これを１６０℃の乾燥装置で１０分間乾燥して、４０ｍｍ角の凹部付き基板を得た。

［４］半導体素子搭載基板の作製
上記のようにして得られた凹部付き基板の凹部内（凹部の底面）に、厚さ３５０μｍ、７．６５ｍｍ角の半導体素子（チップ）を２５μｍ厚のフィルム形状の接着剤（住友ベークライト社製：ＩＢＦ−８５４０）を用い、１３０℃で熱圧着した。

次に、前記凹部付き基板の、チップ搭載側およびチップ未搭載側の両方に、上記のようにして得られた基材付絶縁シートＡの絶縁シート層面を内側にして、重ね合わせ、これを、真空加圧式ラミネーター装置を用いて、圧力０．８ＭＰａ、温度８０℃で３０秒間、真空加熱加圧成形した後、熱風乾燥機にて温度２００℃、時間６０分間で加熱硬化させた後、基材を剥離除去した。これにより、第１の層および第２の層が形成され、半導体素子搭載基板を得た。

（実施例２）
上記のようにして得られた樹脂ワニスを、厚さ３８μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの片面に、コンマコーター装置を用いて乾燥後の絶縁フィルムの厚さが８０μｍとなるように塗工し、これを１６０℃の乾燥装置で１０分間乾燥して、基材付き絶縁シートＢを製造した。

実施例１と同様にして作製した、チップ搭載済みの凹部付き基板のチップ搭載側およびチップ未搭載側の両方に、上記基材付き絶縁シートＢの絶縁シート層面を内側にして、重ね合わせ、これを、真空加圧式ラミネーター装置を用いて、圧力１．０ＭＰａ、温度１０５℃で３０秒間、真空加熱加圧成形した後、基材を剥離除去し、熱風乾燥機にて温度１８０℃、時間９０分間で加熱硬化させた後、基材を剥離除去した。これにより、第１の層および第２の層が形成され、半導体素子搭載基板を得た。

（比較例）
実施例１と同様にして作製した、チップ搭載済みの凹部付き基板のチップ搭載側およびチップ未搭載側の両方に、市販の基材付絶縁シートＣ（味の素ファインケミカル株式会社製：ＡＢＦ−ＧＸ１３、エポキシ樹脂シート）の絶縁シート層面を内側にして、重ね合わせ、これを、真空加圧式ラミネーター装置を用いて、圧力１．０ＭＰａ、温度１０５℃で３０秒間、真空加熱加圧成形した後、基材を剥離除去し、熱風乾燥機にて温度１８０℃、時間９０分間で加熱硬化させた後、基材を剥離除去した。これにより、第１の層および第２の層が形成され、半導体素子搭載基板を得た。

上記各実施例および各比較例で得られた半導体素子搭載基板の第１の層（第２の層）の組成、線膨張係数、ヤング率およびガラス転移点を以下に示すように測定し、これらの結果を表１に示した。また、凹部付き基板の線膨張係数、ヤング率およびガラス転移点も表１に示した。

・線膨張係数
上記各実施例および各比較例の半導体素子搭載基板の第１の層（第２の層）の形成に用いた基材付き絶縁シート２枚を、絶縁シート側どうしを内側にして重ね合わせ、これを、真空プレス装置を用いて圧力２ＭＰａ、温度２００℃で２時間加熱加圧成形を行った後、基材を剥離除去して、絶縁シート硬化物を得た。得られた絶縁シート硬化物から４ｍｍ×２０ｍｍの評価用試料を採取し、ＴＭＡ装置（ＴＡインスツルメント社製）を用いて、１０℃／分で２０℃からガラス転移点まで昇温して、面方向および厚さ方向における熱膨張係数を測定した。

・ヤング率
上記各実施例および各比較例の半導体素子搭載基板の第１の層（第２の層）の形成に用いた基材付き絶縁シート２枚を、絶縁シート側どうしを内側にして重ね合わせ、これを、真空プレス装置を用いて圧力２ＭＰａ、温度２００℃で２時間加熱加圧成形を行った後、基材を剥離除去して、絶縁シート硬化物を得た。得られた絶縁シート硬化物から８ｍｍ×３５ｍｍの評価用試料を採取し、ＤＭＡ装置（ＴＡインスツルメント社製、ＤＭＡ２９８０、測定モード：引張り、測定長：２０ｍｍ、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、測定
温度域：０〜３５０℃、周波数：１Ｈｚ）を用いて、２５℃におけるヤング率を測定した。

・ガラス転移点
上記各実施例および各比較例の半導体素子搭載基板の第１の層（第２の層）の形成に用いた基材付き絶縁シート２枚を、絶縁シート側どうしを内側にして重ね合わせ、これを、真空プレス装置を用いて圧力２ＭＰａ、温度２００℃で２時間加熱加圧成形を行った後、基材を剥離除去して、絶縁シート硬化物を得た。得られた絶縁シート硬化物から、１０ｍｍ×３０ｍｍの評価用試料を切り出し、ＤＭＡ（ＴＡインスツルメント社製）を用いて、５℃／分で昇温し、ｔａｎδのピーク位置をガラス転移温度とした。

＜３＞半導体素子搭載基板の評価
上記各実施例および比較例で得られた半導体素子搭載基板各１０枚を用いて、温度８５℃、湿度８５％の環境に１６８時間静置し、吸湿させた後、温度２６０℃の環境に各１０秒、３回繰り返して、熱履歴を与えた。その後、冷熱サイクル試験（冷却状態−５５℃、加熱状態１２５℃で１０００サイクルおよび３０００サイクル）を行い、半導体素子への保護性能を比較評価した。

冷熱サイクル処理後、評価用デバイス搭載基板を断面観察し、搭載した半導体素子のクラック、搭載した半導体素子とコア基板または第１の層との界面での剥離が発生していない物を良品としてカウントした。これらの結果を表２に示した。

また、冷熱サイクル（冷却状態−５５℃、加熱状態１２５℃）の冷却状態時と加熱状態時での反りを測定し、その変動値を求め、合わせて表２に示した。

表２から分かるように、本発明の半導体素子搭載基板は、外的環境の変化による半導体素子のクラックや基板からの剥離が防止され、また、反りの発生が防止されたものであった。これに対して、比較例では、満足な結果が得られなかった。

本発明の半導体素子搭載基板の好適な実施形態を示す縦断面図である。 本発明の半導体素子搭載基板の製造方法の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 半導体素子搭載基板
１ 凹部付き基板
１１ 凹部
１１’ 穴
１２ 第１のコア材
１３ 第２のコア材
２ 半導体素子
３ 第１の層
３’ 絶縁シート
４ 第２の層
４’ 絶縁シート
５ 接着フィルム

Claims (11)

1. 一方の面に凹部を備えた凹部付き基板と、
   前記凹部内に搭載された半導体素子と、
   前記凹部を埋め込む第１の層と、
   前記凹部付き基板の前記第１の層とは反対側に設けられ、前記第１の層と材料およびその組成比率が同じである第２の層とを有し、
   前記第１の層および前記第２の層は、主として、シアネート樹脂を含む樹脂材料と無機充填材とで構成されたものであり、
   前記第１の層および前記第２の層の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される前記第１の層および前記第２の層のガラス転移点Ｔｇ_ａ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、４０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする半導体素子搭載基板。
2. 前記第１の層および前記第２の層中における前記樹脂材料の含有量は、３０〜７０重量％である請求項１に記載の半導体素子搭載基板。
3. 前記第１の層および前記第２の層中における前記無機充填材の含有量は、５〜４０重量％である請求項１または２に記載の半導体素子搭載基板。
4. 前記第１の層および前記第２の層中におけるシアネート樹脂の含有量は、１〜２０重量％である請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
5. 前記樹脂材料は、エポキシ樹脂をさらに含み、
   前記樹脂材料中の前記シアネート樹脂の含有率をＡ［重量％］、前記樹脂材料中のエポキシ樹脂の含有率をＢ［重量％］としたとき、０．５≦Ｂ／Ａ≦４である請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
6. 前記樹脂材料は、フェノキシ樹脂をさらに含み、
   前記樹脂材料中の前記シアネート樹脂の含有率をＡ［重量％］、前記樹脂材料中のフェノキシ樹脂の含有率をＣ［重量％］としたとき、０．２≦Ｃ／Ａ≦２である請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
7. 前記第１の層および前記第２の層の、２５℃におけるヤング率は、４〜１５ＧＰａである請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
8. ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される前記第１の層および前記第２の層のガラス転移点Ｔｇ_ａは、１００〜３００℃の範囲内である請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
9. 前記凹部付き基板の２５℃におけるヤング率は、２０〜５０ＧＰａである請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
10. 前記凹部付き基板の、２０℃以上、ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される前記基板のガラス転移点Ｔｇ_ｃ［℃］以下でのＪＩＳ Ｃ ６４８１に準拠して測定される面方向の熱膨張係数は、１３ｐｐｍ／℃以下である請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。
11. 前記半導体素子は、フィルムを介して前記凹部内に搭載されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体素子搭載基板。

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