JP2009188362A - セラミック積層基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波特性上の反射を抑え、周波数特性を改善することが可能なセラミック積層基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
表面にパッドを、内部に内部配線を備えた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板であって、上記セラミック層に対して所定角度傾斜して設けられたビアを用いて上記セラミック層間の電気的接続を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカードのトランスフォーマーなどに用いるセラミック基板およびその製造方法に関する。

半導体デバイスの高集積化、高速化（高周波化）、高機能化、低消費電力化が進み、それを検査するプローブカードもそれに合わせ、狭いピッチに配置される小さなボンディングパッドに対応でき、低電圧で高速な（=高周波）電気信号を正確に伝達でき、なおかつ低針圧でデバイスに与えるダメージを少なく、一度により多数個(マルチ)測定ができるものが求められている。

特に、ＭＥＭＳ技術を用いて製作した高密度プローブカードにおいて、近年要求周波数がだんだんと高くなっており、帯域では１．６ＧＨｚ以上が理想とされている。

このスピードは従来の約２倍であり、これに対応するためには、プローブカードに用いられているスペーストランスフォーマーの周波数特性の改善が求められている。

上記スペーストランスフォーマーは、セラミック積層基板と薄膜から構成されているが、本発明ではセラミック積層基板に関して、周波数特性を改善する方法について述べていく。

スペーストランスフォーマーに用いられている従来のセラミック積層基板１２は、両面にパッド５が設けられ、上記パッド５同士を基板内に設けたビア１３と内部配線６によって電気信号を伝達する構造としている。

図６に示すように、上記ビア１３は、基板１２をストレートに貫通する形で形成されており、上記内部配線６あるいは上記パッド５と直角に接続されることになる。このように配線を直角に曲げていると、高周波で用いた場合、電気信号を伝達する際に反射が起こり、周波数特性に悪影響を与えるという問題があった。

本願発明では、このような問題点を鑑みて、高周波特性上の反射を抑え、周波数特性を改善することが可能なセラミック積層基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のセラミック積層基板は、表面にパッドを、内部に内部配線を備えた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板であって、
上記セラミック層に対して所定角度傾斜して設けられたビアを用いて上記セラミック層間の電気的接続を行うようにしたことを特徴とする。

本発明のセラミック積層基板の製造方法は、表面にパッドを、内部に内部配線を設けた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板の製造方法であって、グリーンシートにレーザーを用い積層面に対して所定の角度で傾斜したビアホールを設け、上記ビアホールに導体を充填してビアを形成し、所定の角度で傾斜した上記ビアを有する第１のグリーンシートを形成する工程、傾斜した上記ビアが形成された第１のグリーンシートを複数枚形成し、上記第１のグリーンシートを互いのビアが直線状あるいは折線状になるように配置して積層する工程、および、上記複数の第１のグリーンシートを積層したものを焼成する工程を有することを特徴とする。

さらに、本発明のセラミック積層基板の製造方法は、グリーンシートにレーザーを用い積層面に対して垂直にビアホールを設け、上記ビアホールに導体を充填してビアを形成し、垂直な上記ビアを有する第２のグリーンシートを形成する工程、および、垂直な上記ビアが形成された第２のグリーンシートを複数枚形成し、上記第２のグリーンシート同士、および／または上記第１のグリーンシートと上記第２のグリーンシートを、上記ビアが重なるように積層する工程を含む。

本発明のセラミック積層基板は、表面にパッドを、内部に内部配線を備えた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板であって、
上記セラミック層に対して所定角度傾斜して設けられたビアを用いて上記セラミック層間の電気的接続を行うようにしたことにより、電気信号を伝達する際に、反射を抑制することが可能となり、周波数特性に優れている。

本発明のセラミック積層基板の製造方法は、表面にパッドを、内部に内部配線を設けた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板の製造方法であって、グリーンシートにレーザーを用い積層面に対して所定の角度で傾斜したビアホールを設け、上記ビアホールに導体を充填してビアを形成し、所定の角度で傾斜した上記ビアを有する第１のグリーンシートを形成する工程、傾斜した上記ビアが形成された第１のグリーンシートを複数枚形成し、上記第１のグリーンシートを互いのビアが直線状あるいは折線状になるように配置して積層する工程、および、上記複数の第１のグリーンシートを積層したものを焼成する工程を有することにより、電気信号を伝達する際に、反射を抑制し、周波特性に優れたセラミック積層基板を製造することができる。

さらに、本発明のセラミック積層基板の製造方法は、グリーンシートにレーザーを用い積層面に対して垂直にビアホールを設け、上記ビアホールに導体を充填してビアを形成し、垂直な上記ビアを有する第２のグリーンシートを形成する工程、および、垂直な上記ビアが形成された第２のグリーンシートを複数枚形成し、上記第２のグリーンシート同士、および／または上記第１のグリーンシートと上記第２のグリーンシートを、上記ビアが重なるように積層する工程を含むことにより、電気信号を伝達する際に、反射を抑制し周波数特性を向上することが可能なより厚いセラミック積層基板を製造することができるようになる。

本発明を実施するための最良の形態

以下に図を用いて本発明のセラミック積層基板１およびその製造方法について、詳しく説明する。図１に示すのが第１の実施形態のセラミック積層基板１の概略断面図である。

本発明のセラミック積層基板１は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板であって、表面にパッド５を、内部に内部配線６を備えている。そして、上記パッド５と上記内部配線６を接続するためのビア３，４が各層に設けられている。また、内部には、ＧＮＤ７も設けられている。

上記ビア３，４は、グリーンシート２、２’にビアホール９、９’を形成し、導体１０を充填することにより形成されている。従来のビアは、上記ビア４のように積層面に対して垂直に形成されていた。しかし、本発明では、垂直に形成したビア４だけでなく、積層面に対して所定角度傾斜して形成されたビア３を用いている。

そして、所定角度傾斜して形成された上記ビア３を上記パッド５および上記内部配線６との接続部分に用い、上記ビア３を接続するために、垂直に形成された上記ビア４を上記ビア３の間に用いている。

上記ビア３は所定角度傾斜して（本実施形態では４５°に傾斜して）形成されているので、上記パッド５および上記内部配線６に対して直角に接続するのではなく、図２に示すように、所定角度（４５°）傾斜して接続することになる。このように、上記パッド５および上記内部配線６との接続が、斜めに接続されることにより、このような構造で電気信号が伝達されると、従来の直角に接続していたときに生じていた反射を抑えることが可能となり、周波数特性に優れたセラミック積層基板１が実現する。

本実施形態のセラミック積層基板１の製造方法について図２を用いて説明する。

図２に示すのが、積層面に対して所定角度傾斜して形成された上記ビア３を有する第１のグリーンシート２の形成方法である。まず初めに、図２（ａ）に示すように、１層目となるグリーンシート２にビアホール９を形成する。ここでは、レーザーを用いて、上記グリーンシート２に対して４５°で、上記ビアホール９を形成する。

上記ビアホール９を形成したら、次に図２（ｂ）に示すように、上記ビアホール９に導体１０を充填し、ビア３を形成する。これにより、積層面に対して４５°傾斜したビア３が形成された第１のグリーンシート２が出来上がる。

次に、同じ手順で、２層目となる第１のグリーンシート２を形成する。上記グリーンシート２に形成するビア３は、上述の手順と同様に、レーザーを用いて斜め４５°にビアホール９を形成し導体１０を充填して形成する。

このときに、１層目となる上記第１のグリーンシート２と同じ場所に上記ビア３を形成するのではなく、１層目の第１のグリーンシート２と２層目の第１のグリーンシート２を積層した時に、２つの上記ビア３が互いに、図２（ｄ）に示すような直線状に接続される位置に形成する。これにより、セラミック積層基板１の状態となったときに、ビア３が直線状に形成されることになる。

上述の工程を繰り返し、積層面に対して所定角度傾斜したビア３を有する第１のグリーンシート２をセラミック積層基板１の厚さに応じて所定枚数形成する。

また、従来と同じ積層面に対して垂直なビア４を有する第２のグリーンシート２’を形成する。形成方法は、従来と同じで、グリーンシート２’に対して垂直にビアホール９’を形成し、導体１０を充填することにより上記ビア４を形成する。上記第２のグリーンシート２’もセラミック積層基板の厚さに応じて所定枚数形成する。

そして、上記グリーンシート２の内、積層した時に、最上部と最下部になる上記第１のグリーンシート２には、上記ビア３と接続する位置に電極５を形成する。また、所定のグリーンシート２には、内部配線６、あるいは、ＧＮＤ７を形成する。

このようにして、上記ビア３，４、上記電極５、上記内部配線６、およびＧＮＤ７が形成されたグリーンシート２、２’を図１のような状態に積層し、熱圧着を行い、高温（約１３００〜１７００℃）で焼成し、セラミック積層基板１を得る。

このようにして得られたセラミック積層基板１は、上記パッド５および上記内部配線６に対して、上記ビア３が所定角度傾斜して接続されているので、従来であれば電気信号が伝達される際にこの接続部で生じていた反射を抑えることが可能となり、周波数特性に優れた基板を得ることができる。

本実施形態では、角度を４５°としたが、特にこの角度に限定するものではなく、グリーンシート２，２’の厚み、層数、あるいはセラミック積層基板１全体の厚み等に応じて適切な角度を選択することが可能である。

次に、第２の実施形態のセラミック積層基板１’について図３を用いて説明する。

第２の実施形態のセラミック積層基板１’は、第１の実施形態のセラミック積層基板１と同様に、複数のセラミック層を積層してなり、表面にパッド５を、内部に内部配線６を備えている。そして、上記パッド５と上記内部配線６を接続するためのビア３’、４が各層に設けられている。また、内部には、ＧＮＤ７も設けている。

上記ビア３’，４は、グリーンシート２’’、２’にビアホール９’’、９’を形成し、導体１０を充填することにより形成している。本実施形態では、上述の第１の実施形態と同様に、垂直に形成したビア４だけでなく、積層面に対して所定角度傾斜して形成したビア３’を用いている。

第１の実施形態では、各層のビア３は同じ角度で形成していたが、本実施形態では、各層のビア３’の角度を変えて形成し積層することにより、上記ビア３’を折線状に接続している。これにより、上記第１のグリーンシート２を積層し各層のビア３’を接続した時に、図３に示すような略曲線状のビア３’を形成することができる。

このように、本実施形態では、各層のビア３’の角度を変えて折線状に接続し全体が略曲線状となるようにすることで、より効果的に従来の直角に接続していたときに生じていた反射を抑えることが可能となり、周波数特性に優れたセラミック積層基板１’が実現する。

第２の実施形態のセラミック積層基板１’の製造方法について図４を用いて説明する。

まず初めに、図４（ａ）に示すように、１層目となるグリーンシート２’’にビアホール９’’を形成する。ここでは、レーザーを用いて、上記グリーンシート２’’に積層面に対して２２．５°で、上記ビアホール９’’を形成する。

上記ビアホール９を形成したら、次に図２（ｂ）に示すように、上記ビアホール９’’に導体１０を充填し、ビア３’を形成する。これにより、積層面に対して２２．５°傾斜したビア３’が形成された１層目となる第１のグリーンシート２’’が出来上がる。

次に、２層目となる第１のグリーンシート２’’を形成する。２層目となる第１のグリーンシート２’’に形成するビア３’は、１層目とは角度を変えて積層面に対して４５°にビアホール９’’を形成し導体１０を充填してビア３’を形成する。

さらに同じ手順で３層目となる第１のグリーンシート２’’に、積層面に対して６７．５°でビアホール９’’を形成し導体１０を充填してビア３’を形成する。このような工程により、積層面に対する角度を徐々に変化させたビア３’を形成した第１のグリーンシート２’’をセラミック積層基板１の厚さに応じて所定枚数形成する。

各グリーンシート２’’に形成したビア３’の角度は、上述のような角度に限定するものではなく、グリーンシートの厚み、積層数等に応じて０°から９０°の間で徐々に角度を変えていくことが可能である。

また、従来と同じ積層面に対して垂直なビア４を有する第２のグリーンシート２’を形成する。形成方法は、従来と同じで、グリーンシート２’に対して垂直にビアホール９’を形成し、導体１０を充填することにより上記ビア４を形成する。上記第２のグリーンシート２’もセラミック積層基板の厚さに応じて所定枚数形成する。

そして、上記グリーンシート２’’、２’の内、積層した時に、最上部と最下部になるグリーンシート２’’には、上記ビア４’と接続する位置に電極５を形成する。また、所定のグリーンシート２’’、２’には、内部配線６、あるいは、ＧＮＤ７を形成する。

このようにして、上記ビア３’、４、上記電極５、上記内部配線６、およびＧＮＤ７が形成されたグリーンシート２’’、２’を図４の状態となるように積層し、熱圧着を行い、高温（約１３００〜１７００℃）で焼成し、セラミック積層基板１’を得る。

この時、第１のグリーンシート２’’に形成された上記ビア３’が互いに折線状になるように積層する。これにより、セラミック積層基板１’には、略曲線状のビア３’を設けることが可能となる。

このようにして得られたセラミック積層基板１’は、ビア３’が略曲線状となることにより、上記パッド５および上記内部配線６に対してより緩い角度で接続されるので、電気信号伝達の際により効果的にこの接続部で生じていた反射を抑えることが可能となり、周波数特性に優れた基板をえることができる。

さらに第３の実施形態のセラミック積層基板１’’について図５を用いて説明する。

本実施形態のセラミック積層基板１’’は、第１の実施形態のセラミック積層基板１を同軸構造あるいは同軸構造に近い構造としたものである。

本実施形態のセラミック積層基板１’’は、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板であって、表面にパッド５を、内部に内部配線６を備えている。そして、上記パッド５と上記内部配線６を接続するためのビア３，４が各層に設けられている。また、内部には、ＧＮＤ７も設けられている。

さらに、本実施形態のセラミック積層基板１’’は、表面にはＧＮＤ用電極８を設け、基板内部の上記ＧＮＤ７と接続するためのビア１１、１１’をグリーンシート２，２’に設けている。

上記ビア１１、１１’は、上記ビア３，４に対して同軸構造に近い構造となるように、上記ビア３，４の両側で、上記ＧＮＤ用電極と内部のＧＮＤ７を接続するように配置している。上記ビア１１，１１’は、上記ビア３，４と同様の手順で形成している。

第１のグリーンシート２には、上記ビア３とその両側に２つの上記ビア１１、合計３個のビアを積層面に対して所定角度傾斜して設ける。また、第２のグリーンシート２’には、上記ビア４とその両側に２つの上記ビア１１’、合計３個のビアを積層面に対して垂直に設ける。

上記第１のグリーンシート２と上記第２のグリーンシート２’を複数枚形成し、互いにビアが接続するように配置し積層する。そして、熱圧着を行い焼成することで、電気信号用のビア３，４をＧＮＤ用ビア１１，１１’で挟み込んだ同軸構造に近い構造のセラミック積層基板１’が完成する。

完全な同軸構造とする場合は、上記ビア１１，１１’を上記ビア３，４を取り囲む環状に形成することによって実現できる。

このような電気信号を伝達するビアをＧＮＤ用ビアで取り囲む同軸あるいは同軸に近い構造を用いることは、電気信号をデンタルする際に接続部で生じていた反射を抑え、周波数特性に優れた基板を得るためには、特に有効である。

本発明の第１の実施形態のセラミック積層基板の概略断面図である。 第１の実施形態のセラミック積層基板の製造方法を示す断面図であり、（ａ）が、１層目のグリーンシートにビアホールを形成した状態を示し、（ｂ）が１層目のグリーンシートにビアを形成した状態を示し、（ｃ）が２層目のグリーンシートにビアを形成した状態を示し、（ｄ）が１層目と２層目のグリーンシートを積層した状態を示す。 本発明の第２の実施形態のセラミック積層基板の概略断面図である。 第２の実施形態のセラミック積層基板の製造方法を示す断面図であり、（ａ）が、１層目のグリーンシートにビアホールを形成した状態を示し、（ｂ）が１層目のグリーンシートにビアを形成した状態を示し、（ｃ）が２層目のグリーンシートにビアを形成した状態を示し、（ｄ）が１層目と２層目のグリーンシートを積層した状態を示す。 本発明の第３の実施形態のセラミック積層基板の概略断面図である。 従来のセラミック積層基板の概略断面図である。

符号の説明

１、１’、１’’ セラミック積層基板
２、２’、２’’ グリーンシート
３、３’、３’’ ビア
４、 ビア
５ パッド
６ 内部配線
７ ＧＮＤ
８ ＧＮＤ用パッド
９、９’ ビアホール
１０ 導体
１１、１１’ ビア
１２ 従来のセラミック積層基板
１３ ビア

Claims (3)

1. 表面にパッドを、内部に内部配線を備えた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板であって、
   上記セラミック層に対して所定角度傾斜して設けられたビアを用いて上記セラミック層間の電気的接続を行うようにしたことを特徴とするセラミック積層基板。
2. 表面にパッドを、内部に内部配線を設けた、複数のセラミック層を積層してなるセラミック積層基板の製造方法であって、
   グリーンシートにレーザーを用い積層面に対して所定の角度で傾斜したビアホールを設け、上記ビアホールに導体を充填してビアを形成し、所定の角度で傾斜した上記ビアを有する第１のグリーンシートを形成する工程、
   傾斜した上記ビアが形成された第１のグリーンシートを複数枚形成し、上記第１のグリーンシートを互いのビアが直線状あるいは折線状になるように配置して積層する工程、
   および、上記複数の第１のグリーンシートを積層したものを焼成する工程を有することを特徴とするセラミック積層基板の製造方法。
3. グリーンシートにレーザーを用い積層面に対して垂直にビアホールを設け、上記ビアホールに導体を充填してビアを形成し、垂直な上記ビアを有する第２のグリーンシートを形成する工程、
   および、垂直な上記ビアが形成された第２のグリーンシートを複数枚形成し、上記第２のグリーンシート同士、および／または上記第１のグリーンシートと上記第２のグリーンシートを、上記ビアが重なるように積層する工程を含むことを特徴とする請求項２に記載のセラミック積層基板の製造方法。

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