JP2008060208A - 多層配線基板およびそれを用いたプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】伝送損失が小さく、動作信頼性に優れた多層配線基板を提供すること。
【解決手段】複数の絶縁層２からなる基板２０と、基板２０上に形成された複数の電源電極３と、複数の絶縁層２間に形成された信号用配線パターン５と、複数の絶縁層２間に形成されており、複数の貫通導体８を介して複数の電源電極３と電気的に接続された電源用配線パターン４とを有し、複数の絶縁層２のうち、信号用配線パターン５の上層または下層の絶縁層２が、複数の電源電極３が形成された絶縁層２より厚い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多層配線基板およびそれを用いたプローブカードに関するものである。

多層配線基板には、信号系統の配線導体と、電源系統の配線導体とを備えているものがある。信号系統の配線導体は、複数の絶縁層間に形成された信号用配線パターンと、この信号用配線パターンに接続された貫通導体とからなる。電源系統の配線導体は、複数の絶縁層間に形成された電源用配線パターンと、この電源用配線パターンに接続された貫通導体とからなる。基板上には、複数の貫通導体を介して電源用配線パターンに電気的に接続された電源電極が形成されている。

このような多層配線基板は、半導体素子の電気的特性を検査するためのプローブカードなどとして用いられる。
特開２００４−１３４７２４号公報

このような多層配線基板においては、インピーダンス整合を行いつつ信号系統の配線導体（特に、信号用配線パターン）の電気抵抗を低減させるとともに、電源系統の配線導体（特に、電源電極が形成された絶縁層に設けられた貫通導体と電源用配線パターンとの接続箇所）における電気抵抗を低減させる必要があった。特に、半導体素子の高速化が進む近年においてこの必要性が増している。

本発明は上記課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、電気的特性に優れた多層配線基板をおよびそれを用いたプローブカードを提供することにある。

本発明の多層配線基板は、複数の絶縁層のうち、信号用配線パターンの上層または下層の絶縁層が、複数の電源電極が形成された絶縁層より厚いことを特徴とするものである。

本発明の多層配線基板において、複数の絶縁層のうち、信号用配線パターンの上層または下層の絶縁層が、複数の電源電極が形成された絶縁層より厚いことにより、信号系統の配線導体における信号伝送の特性を向上させることができるとともに、電源系統における電気的特性を向上させることができる。

すなわち、本発明の多層配線基板において、信号用配線パターンの上層または下層の絶縁層が比較的厚く形成されていることにより、信号用配線パターンの幅を広くして電気抵抗を低減させることができるとともに、インピーダンス整合を図りやすくすることができる。また、本発明の多層配線基板において、複数の電源電極が形成された絶縁層が比較的薄く形成されていることにより、電源電極に接続された貫通導体と電源用配線パターンとの接続箇所において電気抵抗を低減させることができ、電気的特性を向上させることができる。

また、本発明のプローブカードは、上記本発明の多層配線基板を備えたことにより、電気抵抗が小さく、特性インピーダンスを適合させることができ、電気的信頼性の高いプローブカードとすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る多層配線基板とプローブカードについて図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の多層配線基板の実施の形態の一例（第１実施形態）を示す模式的断面図であり、図２は、図１の多層配線基板を平面視し、信号用配線パターンを透視した際の平面透視図、図３は図１の多層配線基板を平面視し、第２の絶縁層２Ｂを透視した際の平面透視図である。なお、図１は、図２および図３に示すＡ−Ａ’線における断面図であり、図２および図３の中央領域には、後述の複数の電源電極３と、信号端子６を示している。

本実施形態における多層配線基板は、複数の絶縁層２からなり、表面（第１の面）１ａに複数の電源電極３が形成された基板２０と、絶縁層２間に形成された信号用配線パターン５と、絶縁層２間に形成されており、貫通導体８を介して複数の電源電極３と電気的に接続された電源用配線パターン４とを有している。本実施形態において、図１に示す多層配線基板１は、第１の面（図１における上面）１ａとは反対側に位置する第２の面（図１における下面）１ｂが支持部材１０上に配置されている。

このような複数の絶縁層２のうち、信号用配線パターン５を表面に有する絶縁層２（信号用配線パターン５の上層または下層の絶縁層２）は、複数の電源電極３が形成された絶縁層２より厚く形成されている。

絶縁層２は、例えば、ポリイミド，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン），エポキシ樹脂，フッ素系樹脂などからなり、このような樹脂で形成することにより、微細で高密度な配線を行うことができる。図１に示した構造において、多層配線基板１を構成する複数の絶縁層２は、多層配線基板１の第２の面１ｂ側から第１の絶縁層２ａ、第２の絶縁層２ｂ、第３の絶縁層２ｃと重ねられた構成である。

多層配線基板１の上面１ａには、図１に示した構造において、電源電極３と信号端子６とが配されている。このような電源電極３は、電源用配線パターン４と電気的に接続されており、信号端子６は、信号用配線パターン５と電気的に接続されている。

本実施の形態において、基板２０には、電源系統として、第１の電源電位が与えられる第１の電源系統と、第２の電源電位が与えられる第２の電源系統とがある。

本実施の形態において、第１の電源系統に与えられる第１の電源電位は、電源電位ＶＤＤ（例えば、３．３Ｖ）である。図１に示した多層配線基板１において、第１の電源系統は、電源電極３（電源端子３Ａ）と、電源用配線パターン４（電源ＶＤＤ配線パターン４Ａ）と、これらを電気的に接続する貫通導体とからなる。

本実施の形態において、第２の電源系統に与えられる第２の電源電位は、接地電位ＧＮＤ（０Ｖ）である。図１に示した多層配線基板１において、第２の電源系統は、電源電極３（グランド端子３Ｂ）と、電源用配線パターン４（グランドパターン４Ｂ）と、これらを電気的に接続する貫通導体８とからなる。図１に示す断面図においては、グランド端子３Ｂは、隣り合う複数の端子３Ｂから成り（図１においては、図の簡便化のために２つの端子で表している）、第３の絶縁層４ｃに形成された貫通導体８を介して、第２の絶縁層２ｂと第３の絶縁層２ｃとの間に配置されたグランドパターン４Ｂと電気的に接続されている。つまり、複数のグランド端子３Ｂは、同一のグランドパターン４Ｂと電気的に接続されている。

電源用配線パターン４および信号用配線パターン５は、例えば、電源用配線パターン４、信号用配線パターン５が形成された絶縁層２側から、密着層としてのＴｉ層、拡散防止層としてのＴｉ−Ｗ合金層、主導体層としてのＣｕ層、絶縁層との密着層としてのＣｒ層の４層構成からなる構造を有し、導体パターン４の厚みは０．５〜５０μｍがよい。０．５μｍ未満では、導体パターン４の導通抵抗値が高くなる傾向にあり、５０μｍを超えると、微細な配線パターンに加工するのが困難となる傾向がある。

支持部材１０は、外部の回路基板に接続される電極１３を有する面１０Ａを有しており、内部に電極１３と接続される貫通導体１５を有している。このような支持部材１０は、例えば、アルミナセラミックス，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、エポキシ樹脂等の樹脂、または金属から成り、多層配線基板１を支持する支持部材として機能する。

本実施形態において、多層配線基板は、信号用配線パターン５よりも上方に２層以上の絶縁層を有しており（図１においては第２の絶縁層２ｂと第３の絶縁層２ｃ）、信号用配線パターン５を表面に有する第１の絶縁層２ａの厚みＴ１と第２の絶縁層２ｂの厚みＴ２は、複数の電源電極３を表面に有する第３の絶縁層２ｃの厚みＴ３よりも厚い。本実施の形態の多層配線基板１は、このような構成により、信号用配線パターン５と、第１の絶縁層２ａを貫通する貫通導体８の抵抗を小さくし、電気特性を向上することができる。

すなわち、本実施形態の多層配線基板は、信号用配線パターン５と接する位置の絶縁層２の厚みＴ１またはＴ２を第３の絶縁層（多層配線基板１の最表層）の厚みＴ３よりも厚くしたことで、インピーダンス整合を行いつつ絶縁層間を引き回される信号用配線パターン５の幅を広くして抵抗を小さくし、また、最表層における貫通導体８の厚みが薄くなることで、貫通導体のテーパー形状（つまり太さが細くなる部分）を小さくでき、貫通導体と電源用配線パターン４との接合信頼性を高めることができる。従って、信号の伝送損失や電源用の配線パターンの電位の変動等を低減でき、多層配線基板に搭載される半導体素子などの動作信頼性を向上することができる。

特に、電源端子３〜第２の面１ｂまでの電気抵抗は、最表層である第３の絶縁層２Ｃに形成された貫通導体８の厚みに依存する。（図１においてはグランド端子３Ｂのみを示している。）このため、本実施形態の多層配線基板１の構成において、第３の絶縁層２Ｃの厚みＴ３を他の層の厚みＴ１またはＴ２より薄くしたことにより、第３の絶縁層２Ｃにおける貫通導体８は、第１、第２の絶縁層２Ａ，２Ｂにおける貫通導体よりも径の変化する部分が小さい構造（図１においては、第１の面１ａから第２の面１ｂに向かう方向に従って、ビアの径が小さく、抵抗が大となる部分が少なくなった構造）となる。よって、最表層における貫通導体８の抵抗を小さくすることができ、また、貫通導体８と電源用配線パターンの接触性も向上でき、信頼性の高い多層配線基板とすることができる。

また、図１に示すように、本実施の形態における多層配線基板は、信号用配線パターン５とともにストリップライン構造をなす第１のグランド導体７Ａと第２のグランド導体７Ｂとを有している。このような構造により、信号用配線パターン５と第１のグランド導体７Ａおよび第２のグランド導体７Ｂとの間の容量成分を一定に保つことができ、特性インピーダンスを一定（一般的には５０Ω）としやすい。

次に、本実施形態の多層配線基板の製造方法について、図６を用いて簡単に説明する。

（イ）表面に配線パターン１２を有する支持部材１０上に、厚みＴ１を有する第１の絶縁層４Ａを配置する。（図６ａ）
（ロ）第１の絶縁層４Ａに、配線パターン１２が露出するように、ビアホール１１と凹部１４とを形成する。（図６ｂ〜図６ｃ）
（ハ）ビアホール１１と凹部１４とに導体を充填し貫通導体８、電源用配線パターン４、信号用配線パターン５を形成。（図６ｄ〜図６ｅ）
（ニ）第１の絶縁層上に厚みＴ２を有する第２の絶縁層を積層し、（ロ）〜（ハ）の工程を繰り返した後、厚みＴ３（Ｔ３＜Ｔ１）の第３の絶縁層を積層し、（ロ）〜（ハ）の工程を繰り返す。（図６ｆ〜ｇ）
以上（イ）〜（ニ）の工程を経ることにより、本実施形態の多層配線基板とすることができる。

ここで、工程（イ）において、支持部材１０上に第１の絶縁層４Ａを積層する方法としては、スピンコート法、ロールコート法、ダイコート法または印刷法等で塗布する方法や、フィルム状に加工された樹脂シートを被着させる方法等が挙げられる。

工程（ロ）において、第１の絶縁層４Ａの所望の部分を除去する方法としては、スパッタリングやレーザ穿設加工、エッチング等が挙げられる。

また、工程（ハ）において、貫通導体８、電源用配線パターン４、信号用配線パターン５を形成する方法としては、無電解メッキ法や電解メッキ法等が挙げられる。その際、図６（ｄ）に示すようにメッキが絶縁層上で全面にもり上がる様に形成し、図６（ｅ）に示すように、機械的もしくは化学的、あるいは、その両方を組み合わせて、メッキ層表面を研磨加工することによって本実施形態の多層配線基板１が得られる。

このように構成される多層配線基板を使用して、被検査対象６０の検査を行う状態について図９を参照し説明する。

図９において、多層配線基板１は、インターポーザーとして機能している。多層配線基板１は、プリント板３０と電気的に接続されており、このプリント板３０の電源電極３０ａが外部のテスターと電気的に接続される。

検査作業を行う場合には、検査を行う必要のある被検査対象６０の電極６０ａに、接触端子５０を介して多層配線基板１を電気的に接続することで、被検査対象２０がテスター４０に接続されて、そのテスターの作動による検査を行うことができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の多層配線基板の第２実施形態の構造を示す断面図である。この多層配線基板は、第１実施形態に示したものとは、信号用配線パターン５の厚みが、電源用配線パターン４の厚みと異なる点で相違する。

すなわち、図４に示した多層配線基板の断面図において、電源用の配線パターン４Ａの厚みＹ、およびグランドパターン４Ｂの厚みＺは、第１の絶縁層４Ａにおいて、近接して配置された信号用配線パターン５の厚みＸよりも厚く形成されている。このため、パターン間のクロストークを低減することができる。

具体的には、厚みＹ、Ｚは１０μｍ以上が好ましく、厚みＸに対する厚みＹ、Ｚの値を２００％以上とすることで、特に、パターン間の干渉を低減できる。

このような多層配線基板の製造方法としては、例えば、第１実施形態において示した（ロ）の工程において、図７（ａ）に示すように、凹部１４を形成したのち、図７（ｂ）〜（ｃ）に示すように凹部１４の電源用配線パターン４（電源用の配線パターン４Ａ、グランドパターン４Ｂ）となる部分をさらに除去し、凹部１４の深さを深くすることで得られる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の多層配線基板の第３実施形態の構造を示す断面図である。この多層配線基板は、第２実施形態に示したものとは、電源用配線パターン４の形成される位置が異なる点で相違する。

すなわち、図５に示した多層配線基板の断面図において、電源用の配線パターン４Ａとグランドパターン４Ｂとは、複数の絶縁層２に跨って形成されており、異なる絶縁層２に埋入された第１の部分４００Ａと第２の部分４００Ｂとからなる。つまり、図５において、電源用の配線パターン４Ａとグランドパターン４Ｂとは、第１の絶縁層４Ａおよび第２の絶縁層４Ｂ、第２の絶縁層４Ｂおよび第３の絶縁層４Ｃに共通して埋設されている。このような構成により、仮に、多層配線基板の作動時に応力が加わっても、複数積層された絶縁層２の位置ずれが生じにくく、安定した多層配線基板とすることができる。また、電源用配線パターン４の厚みＹ，Ｚを信号用配線パターン５の厚みＸに対して調節しやすいため、多層配線基板の信号伝送特性を向上できる。

本実施形態の多層配線基板の製造方法としては、例えば、第１実施形態において示した（ハ）の工程で、図８（ａ）〜（ｂ）に示すように、電源用配線パターン４の第１の部分４００Ａを形成した後、図（ｃ）に示すように、電源用配線パターン４の第１の部分４００Ａ上に、電源用配線パターン４Ｂの第２の部分４００Ｂとなる導体をさらに塗布し、その後、第１の絶縁層に第２の絶縁層を積層することでなされる。このような製造方法によると、信号用配線パターンと電源用配線パターンの第１の部分との厚みｒ１を等しく形成した後、電源用配線パターン４の第１の部分４００Ａ上に、厚みｒ２の電源用配線パターン４の第２の部分４００Ｂを形成することができ、簡便に電源用配線パターン４の厚みを調整することができる。

本発明の第１実施形態による多層配線基板の断面図である。 本発明の第１実施形態による多層配線基板の信号用配線パターンを示す平面透視図である。（中央領域には平面視の電源電極３と信号端子６を示している。） 本発明の第１実施形態による多層配線基板のグランドパターンを示す平面透視図である。（中央領域には平面視の電源電極３と信号端子６を示している。） 本発明の第２実施形態による多層配線基板の断面図である。 本発明の第３実施形態による多層配線基板の断面図である。 （ａ）〜（ｇ）本発明の第１実施形態による多層配線基板の製造工程の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）本発明の第２の実施形態による多層配線基板の製造工程の一部を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）本発明の第３の実施形態による多層配線基板の製造工程の一部を示す図である。 本発明の多層配線基板を用いたプローブカード示す概略断面図である。

符号の説明

１：多層配線基板
２：絶縁層
２Ａ：第１の絶縁層
２Ｂ：第２の絶縁層
２Ｃ：第３の絶縁層
３：電源電極
３Ａ：電源端子
３Ｂ：グランド端子
４：電源用配線パターン
４Ａ：電源用の配線パターン
４Ｂ：グランドパターン
５：信号用配線パターン
６：信号端子
２０：基板

Claims (6)

1. 複数の絶縁層を有する基板と、
   前記基板上に形成された電源電極と、
   前記複数の絶縁層間に形成された信号用配線パターンと、
   前記複数の絶縁層間に形成されており、貫通導体を介して前記電源電極と電気的に接続された電源用配線パターンとを有し、
   前記複数の絶縁層のうち、前記信号用配線パターンの上層または下層の絶縁層が、前記電源電極が形成された絶縁層より厚いことを特徴とする多層配線基板。
2. 前記基板内に、前記信号用配線パターンとともにストリップライン構造をなす第１のグランド導体および第２のグランド導体を有することを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 前記電源用配線パターンが、前記信号用配線パターンより厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の多層配線基板。
4. 前記電源用配線パターンは、第１の絶縁層に埋設された第１の部分と、第２の絶縁層に埋設された第２の部分とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層配線基板。
5. 前記複数の絶縁層が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多層配線基板。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の多層配線基板と、
   該多層配線基板の前記複数の電源電極に電気的に接続されており、被検査対象に設けられた複数の電極に接触する複数の端子と、を備えたことを特徴とするプローブカード。

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