JP2007234659A - 基板およびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の製造工程および基板の搭載工程において生じる樹脂層からのガスを効率よく放散し、電気的接続の信頼性が高い電子装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１１は、表面に樹脂層２を有するセラミック等からなる絶縁基板１と、樹脂層２の表面に設けられ、貫通穴３を有する接続パッド４とを備え、樹脂層２が貫通穴３の下に、貫通穴３の位置に対応する凹部５を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子部品が搭載される基板および電子装置に関する。

近年、電子デバイスの小型化、高性能化に伴い、用いられる半導体装置も高密度化、高集積化が要求されている。これに対して、半導体装置を基板に実装する方法も実装密度をあげるため、フリップチップなどの実装方法が採用されている。

電子部品が搭載される従来の基板は、複数の絶縁層が積層された絶縁基板と、絶縁基板の表面に形成された樹脂層とを有しており、樹脂層の表面には、電子部品の電極とろう材を介して接続される、配線導体と接続パッドとを有している。
特開２００４−１５２９１５号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、絶縁基板の上面において樹脂層が加熱硬化される際、あるいは樹脂層の上面に電子部品を実装するためろう材が加熱溶融される際に、樹脂層の内部からガスが発生して、配線導体と樹脂層、接続パッドと樹脂層との界面にガスが滞留するという問題があった。また、このようなガスが発生した後、外部の支持基板に基板を実装する場合、さらに熱が加えられてガスが気化膨張し、接続パッドと樹脂層との界面が剥離しやすくなり、電子装置の信頼性が低下するという問題があった。

本発明は上記従来の問題に鑑みて案出されたものであり、電気的接続の信頼性が高い電子装置を提供することを目的とする。

本発明の基板は、表面に樹脂層を有する絶縁基板と、樹脂層の表面に設けられ、貫通穴を有する接続パッドとを備え、その樹脂層が前記貫通穴の下に凹部を有することを特徴とする。

本発明の基板は、樹脂層の凹部の内面に導電体が形成されていることを特徴とする。

本発明の基板は、前記貫通穴が前記接続パッドに複数形成されており、該複数の貫通穴がメッシュ状に配置されていることを特徴とする。

本発明の基板は、前記貫通穴が前記接続パッドに複数形成されており、絶縁基板の平面視において、接続パッドの貫通穴を除く領域の面積は、凹部の底面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする。

本発明の基板は、凹部の横断面積は、凹部の深さ方向にいくに従って小さくなることを特徴とする。

本発明の基板は、凹部の深さが前記接続パッドの中心領域から接続パッドの端に行くに従って深くなるように形成されていることを特徴とする。

本発明の基板は、絶縁基板は、セラミックスから成る絶縁層を有することを特徴とする。

本発明の電子装置は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の基板と、基板に搭載された電子部品とを具備していることを特徴とする。

本発明の電子装置は、電子部品は、半田を介して接続パッドに接合されていることを特徴とする。

本発明のプローブカードは、上述の基板と、前記基板上に配置され、前記電極パッドと電気的に接続された接触ピンとを有することを特徴とする。

本発明の基板は、表面に樹脂層を有する絶縁基板と、樹脂層の表面に設けられ、貫通穴を有する接続パッドとを備え、その樹脂層の表面の貫通穴の下に凹部を有するため、樹脂層から発生したガスを外部に放出することができ、信頼性の高い基板とすることができる。つまり、ガスが発生する樹脂層の内部から電極パッドの表面にかけて凹部と貫通孔が形成され、樹脂層内部が基板外部に対して露出していることにより、仮に、絶縁基板の上面において樹脂層が加熱硬化される際、あるいは樹脂層の上面に電子部品を実装するためろう材が加熱される際に、樹脂層の内部からガスが発生しても、樹脂層の凹部の内壁および電極の貫通孔を通してガスが外部に放出される。よって、基板を外部の支持基板などに搭載する際に、さらに基板に熱が加えられたとしても、ガスによる不具合が低減された、接続パッドと樹脂層との接続信頼性が高い基板とすることができる。

本発明の基板は、樹脂層の凹部の内面に導電体が形成されているため、貫通穴の面積に関わらず電子部品を安定して実装することが可能となり、接続信頼性が向上する。

本発明の基板は、貫通穴が接続パッドに複数形成されており、複数の貫通穴は、メッシュ状に配置されているため、電子部品を基板に接合する際の加圧の圧力が均等となり、小さな荷重で電子部品を基板に接合することができる。

本発明の基板は、貫通穴が接続パッドに複数形成されており、絶縁基板の平面視において、接続パッドの貫通穴部を除く領域の面積が凹部の底面の面積の合計よりも大きいため、電子部品との接続信頼性がさらに向上する基板とすることができる。

本発明の基板は、凹部の横断面積が、凹部の深さ方向にいくに従って小さくなるため、凹部の横断面積が深さ方向でほぼ同じ場合と比較すると、貫通穴の側面積が大きくなり、脱ガス性がさらに向上する。

本発明の基板は、凹部の深さが、前記接続パッドの中心領域から接続パッドの端に行くに従って深くなるように形成されているため、フリップチップ実装にて接続パッド外周の接続強度を上げることが可能となる。

本発明の基板は、絶縁基板がセラミックスから成る絶縁層を有するため、有機基板のみからなる場合とくらべて硬度が上がるだけでなく、絶縁基板を研磨することにより、平面度、平行度が向上する。

本発明の電子装置は、上述の基板と、基板に搭載された電子部品とを具備しているため、脱ガス性起因の不具合が少なく、接続信頼性が高い電子装置とすることができる。

本発明の電子装置は、電子部品が半田を介して前記接続パッドに接合されているため、電子部品搭載時に半田を溶融するために必要な温度がろう材と比べて低いため、ガスの発生が低減される。よって、ノイズがのりにくく、電子装置の電気特性が向上した電子装置とすることができる。

本発明のプローブカードは、上述の基板と、基板上に配置され、電極パッドと電気的に接続された接触ピンとを有するため、電気的に信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明の基板について図面を参照して詳述する。図１は、本発明の基板の一例を示す概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）に示した構成の電極の平面図である。

本発明の基板１１は、複数の絶縁層が積層された絶縁基板１と、絶縁基板１の表面に積層された樹脂層２と、貫通穴３を有する接続パッド４とを備えている。絶縁基板１と樹脂層２の内部には配線導体が形成されており、この配線導体と、接続パッド４とは電気的に接続されている。図１には、接続パッド４に貫通穴３が複数形成されており、千鳥状に配列された基板を示している。

絶縁基板１は、酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，窒化珪素，ムライト等を主成分とするセラミック材料、ガラス、あるいはガラスとセラミックフィラーとの混合物を焼成して形成されたガラスセラミック材料、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，四フッ化エチレン樹脂を始めとするフッ素系樹脂等の有機樹脂系材料、有機樹脂−セラミック（ガラスも含む）複合系材料等の誘電体材料からなる。

特に、絶縁基板１としてセラミックスを用いる場合、樹脂で絶縁層を構成する有機基板より硬度が上がるだけでなく、絶縁基板１を研磨することにより、平面度や平行度が向上するため好ましい。

絶縁基板１の表面に形成される樹脂層２は、絶縁フィルム層と絶縁性接着剤層とから構成されており、絶縁フィルム層はポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，フッ素樹脂等から成る。また、絶縁性接着剤層はポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，シロキサン変性ポリアミドイミド，ビスマレイミドトリアジン樹脂，エポキシ樹脂等から成る。

複数積層された樹脂層２の最表層には、半導体装置（ＩＣチップ）や電子部品と接続される接続パッド４が形成されている。このような接続パッド４は、図１（ｂ）において平面視で示すように、貫通穴３を複数有しており、千鳥状に形成されている。

樹脂層２は、接続パッド４の貫通穴３の下に位置する部位に凹部５を有している。図１（ａ）に示すように、樹脂層２の凹部５は、対応する接続パッド４の貫通穴３と同じ面積を有するように形成されており、樹脂層１の最表層にのみ形成されている。

このような構成により、基板１１は、電子部品が実装される際に加熱されても樹脂層２の凹部５の内壁を通し、ガスが外部に放出されるため、電子部品と基板１１との間の実装信頼性が向上する。また、このようにガスの通気性に優れていることにより、樹脂層２の表面に形成された配線導体が膨れたり、電子部品が樹脂層から剥離するのを低減することができる。特に樹脂層２として耐熱性が要求される環境で使用されることが多いポリイミドが用いられる場合、電子装置の動作信頼性が高く有用である。

また、図１に示すように、樹脂層２の凹部５には導電体６が形成されている。つまり、図１において、電極パッド４の貫通穴３に対応する位置に形成された、樹脂層２の凹部５の底面に導電体６が形成されており、この導電体６は、電極パッド４と基板１１の外部と電気的に接続されている。

このような構成により、電子部品をろう材を介して電極パッド４に接合する場合に、電気的な信頼性が高い基板とすることができる。すなわち、樹脂層２に導電体６が形成されていない場合と比べて、本構成においては凹部５に入り込んだろう材によっても電子部品の電極と基板１１との電気的な接合ができるため、電極パッド４の貫通穴の面積に関わらず、電気的信頼性の高い基板とすることができる。

また、電極パッド４の貫通穴３と、それに対応する樹脂層２の凹部５との配置および形状は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように複数のパターンが挙げられる。例えば、図２（ａ）（ｂ）に示すように電極パッド３の貫通穴３および樹脂層２の凹部５の配列をメッシュ状、放射状とする場合、電子部品を基板１１に接合する際の加圧の圧力が均等となり、小さな荷重で電子部品を基板１１に接合することができる。

また、図２（ｃ）に示すように平面視で形状を円、配列をメッシュ形状とする場合、配線導体を引き回しやすくなる。

また、図２（ｄ）に示すように平面視で形状を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の手法を用いて多角形とする場合、貫通穴３と凹部５の内壁の総面積が大きくなるため、ガスをさらに外部に放出することができ、基板１１の信頼性がさらに向上する。

また、基板１１を平面視したときに、接続パッド４の凹部５を除く領域の面積は、凹部５の底面の面積の合計よりも大きいほうが好ましい。このような構造により、電極パッド４と、電極パッド４に接合される外部電極との接続信頼性がさらに向上する。なお、ここで接続パッド４の凹部５を除く領域の面積とは、平面視で接続パッド４と樹脂層２とが接合されている領域の面積を意味し、凹部５の底面の面積とは、平面視での凹部５の面積を意味する。

また、図３に示すように、凹部５の横断面積を、凹部５の深さ方向（図３においては基板１１の上面から下面に向かう方向）にいくにしたがって、小さくなるように形成すると、凹部５の横断面積が深さ方向でほぼ同じ場合と比較して、貫通穴３、凹部５の内壁の面積の合計が大きくなり、脱ガス性がさらに高まる。このような貫通穴３は、例えばレーザー加工技術などにより形成することができる。

また、図４に示すように、凹部５の深さは、接続パッド４の中心から接続パッド４の端にいくに従って深くなるように形成されていると、例えば接続パッド４の表面にろう材１０を溶融させた場合、接続パッドと外部端子との接続強度が向上するため好ましい。つまり、ろう材を用いて電子部品をフリップチップ実装する場合、一般的に接続パッドの中心に対して接続パッドの端の方が、ろう材の量が少ないため接続強度が弱くなるが、図４に示す構造のように、接続パッドの中心領域と外周領域において凹部５の深さを変えることにより、接続強度の弱い部分で溶融したろう材10を多く確保できる。このため、ろう材１０の量を増やすことが可能になり、接続パッド４の端、つまり外周領域における電子部品との接続強度を上げることができる。

本発明の基板は以下のようにして作製される。

まず、絶縁基板１を製造する方法として、例えば絶縁基板１が酸化アルミニウム質焼結体で形成される場合、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，酸化カルシウムの原材料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法等によってセラミックグリーンシートに成形し、絶縁基板１となる複数のセラミックグリーンシートに裁断する。絶縁基板１に貫通導体が必要な場合には、しかる後、セラミックグリーンシートの貫通導体が形成される所定位置に適当な打ち抜き加工により孔を形成する。

次に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）合金等の融点の高い金属粉末や適当な樹脂バインダー等から成る金属ペーストを準備し、スクリーン印刷法等によって所定のセラミックグリーンシートの所定位置に内層導体層となる金属ペースト層を10〜15μｍの厚みに形成するとともに貫通導体が形成される孔に金属ペーストを充填する。最後に、これらセラミックグリーンシートを重ね合わせ、高温で焼成し、所定の形状に分割することによって製作される。

絶縁基板１の表裏に形成する配線導体は、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ合金層や、チタン（Ｔｉ）−Ｃｕ合金層層から成り、蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成法によって成膜され、またフォトリソグラフィ法，エッチング法等により加工される。そして、絶縁基板１の上に樹脂層２を配置し、フォトリソグラフィ法やレーザー加工技術によりビアホールを形成する。このビアホールは、樹脂層２の上下に位置する配線導体の各々を電気的に接続する接続路となる。

次に、樹脂層２として、例えば12.5乃至50μｍ程度の絶縁フィルム層に絶縁性接着剤をドクターブレード法等を用いて乾燥厚みで５乃至20μｍ程度に塗布し乾燥させたものを準備する。絶縁基板１の上面に、樹脂層２の下面が絶縁性接着剤層となるように積み重ね、加熱プレス装置を用いて加熱加圧し接着する。

ここで、樹脂層２には配線導体および電極パッド４がスパッタリング法，蒸着法，めっき法等の薄膜形成技術を採用することによって形成されている。例えば、まず樹脂層２の表面に広面積に、銅層を主体としこの銅層の少なくとも一方の主面に拡散防止層（バリア層）としてのクロム，モリブデン，チタン等を被着させて下地導体層を形成する。次に、この上に所望のパターンにフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクにして主導体層の部分をめっき法にて所望の厚みまで形成する。その後、めっきされなかった不要部分のフォトレジストを剥離し、さらに下地導体層をエッチングにて除去することにより、所望のパターンに加工することができる。そして、接続パッド４にマスク層を施し、レーザー加工技術やＲＩＥ法を用いて接続パッド４に貫通穴３と樹脂層２に凹部５を形成する。

本発明の基板をもちいた電子装置について図面を参照して詳述する。図５は本発明の電子装置としてプローブカード１４の一例を示す概略図である。プローブカード１４は、上述の本発明の基板１１と、基板１１の接続パッド４に接続された電子部品１３と、接続パッド４に接続されたプローブピン９と、プローブピン９が形成された面と反対の面に形成された接続パッド４に接続されるプローブカード用配線基板１２とを備え、このようなプローブカード１４に、電子部品８が接続されている。電子部品８の接合に半田を用いる場合、半田を溶融するために必要な温度はろう材の溶融温度と比べて一般的に低いため、基板に加えられる熱が低減され、ガスの発生が抑制される。よって、ノイズがのりにくく、電子装置の電気特性が向上した電子装置とすることができる。

プローブピン９は、主に金やアルミニウム等の金属から成るスプリング性のある針状の接続端子で、接続パッド４に錫や鉛等から成るろう材10を用いて接合することによって取り付けられる。そして、接続パッド４と反対側の面はプローブカード用配線基板12にろう材10やバネを有し垂直方向に収縮するピン（図示せず）等を用いて接続する。

プローブカード用配線基板12は、一般的なガラス繊維入りエポキシ樹脂を基材とする回路基板であり、基板11と電子部品の検査装置（図示せず）とを電気的に接続する機能を有する。プローブカード用配線基板12と電子部品の検査装置（図示せず）はろう材やバネを有し垂直方向に収縮する材料を使用して接続される。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。

例えば、図１〜図４において、凹部５は樹脂層２の最表層のみに設けているが、複数の樹脂層２が絶縁基板１の表面に形成されている場合には、最表層の樹脂層２から絶縁基板１と接する位置の樹脂層２にかけて凹部が形成されていてもよい。このような構成により、脱ガスの効率を向上させることができる。

本発明の基板の一例を示す概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）に示した構成の平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の基板の電極パッドの他の例を示す平面図である。 本発明の基板の他の例を示す断面図である。 本発明の基板の他の例を示す断面図であり、接続パッドに溶融したろう材１０を配置している。 本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す平面図である。

符号の説明

１：絶縁基板
２：樹脂層
３：貫通穴
４：接続パッド
５：凹部
６：導電体

Claims (10)

1. 表面に樹脂層を有する絶縁基板と、
   前記樹脂層の表面に設けられ、貫通穴を有する接続パッドとを備え、
   前記樹脂層の表面の前記貫通穴の下に凹部を有することを特徴とする基板。
2. 前記樹脂層の前記凹部の内面に導電体が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板。
3. 前記貫通穴は前記接続パッドに複数形成されており、該複数の貫通穴は、メッシュ状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板。
4. 前記貫通穴は前記接続パッドに複数形成されており、前記絶縁基板の平面視において、前記接続パッドの前記貫通穴を除く領域の面積は、前記凹部の底面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板。
5. 前記凹部の横断面積は、前記凹部の深さ方向にいくに従って小さくなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の基板。
6. 前記凹部の深さは、前記接続パッドの中心領域から前記接続パッドの端にいくに従って深くなるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の基板。
7. 前記絶縁基板は、セラミックから成る絶縁層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の基板。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の基板と、該基板に搭載された電子部品とを具備していることを特徴とする電子装置。
9. 前記電子部品は、半田を介して前記接続パッドに接合されていることを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
10. 請求項１乃至６のいずれかに記載の基板と、前記基板上に配置され、前記電極パッドと電気的に接続された接触ピンとを有することを特徴とするプローブカード。

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