JP2009231709A - 多層配線基板及びこれを用いた電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を実装するための電極に破損や剥離が生じても、補修が容易であり、補修後の電子部品の内部配線への電気的接続条件や補修箇所の機械的強度に及ぼす影響を低減する。
【解決手段】多層配線基板１０は、それぞれが内部配線１６を備える複数の配線シート１２と、複数の電気絶縁シート１４とがそれらシートの厚さ方向に交互に配置され、内部配線１６に電気的に接続されて電子部品を実装するための複数の電極２２が最上層のシートの表面に形成されている。多層配線基板１０は、さらに、それぞれが前記電極２２に対応された複数の予備電極４２であって、対応する前記電極２２が接続された内部配線１６に電気的に接続された複数の予備電極４２を、前記最上層のシート１４ａの直下に位置するシート１２ａにあって、対応する前記電極２２の直下に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路、キャパシタ、抵抗、リレー等の電子部品を上面に実装可能の多層配線基板及び、これを用いた電気的接続装置に関する。

この種の配線基板の１つとして、特許文献１〜４に記載されたものがある。それらの１つを、多層配線基板の上面に実装された１つの電子部品の近傍を拡大した断面図として図７に示す。

図７を参照するに、多層配線基板１１０は、複数の配線シート１１２ａ，１１２ｂと複数の電気絶縁シート１１４ａ，１１４ｂ、１１４ｃとをそれらシート１１２ａ，１１２ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃの厚さ方向に交互に積層している。

図示の例では、２つの配線シート１１２ａ，１１２ｂと３つの電気絶縁シート１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃとを示しているにすぎないが、それ以上の配線シート及び電気絶縁シートを備えていることもある。

配線シート１１２ａ，１１２ｂのそれぞれは、銅のような導電性材料で形成された複数の内部配線１１６を、セラミックスやポリイミド樹脂等から形成されたシート状部材の少なくとも上面に備えている。

電気絶縁シート１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃのそれぞれは、ポリイミド樹脂のような接着性を有する材料から形成されており、また内部配線１１６を覆うように配線シート１１２ａ，１１２ｂに重ね合わされている。

多層配線基板１１０の最上層に位置する電気絶縁シート１１４ａは、電子部品１２０を実装するための複数の電極１２２を上面に有する。各電極１２２は、環状又は矩形の平坦なランドに形成されている。

配線シート１１２ａ，１１２ｂの各内部配線１１６と、最上層の電気絶縁シート１１４ａの各電極１２２とは、多層配線基板１１０を厚さ方向に貫通する導電性スルーホールのような導電部１２４により電気的に接続されている。

図示の例では、２つの電極１２２、２つの導電部１２４及び１つの電子部品１２０を示すにすぎないが、実際にはそれ以上の電極、導電部及び電子部品が備えられている。

各電極１２２は、銅等の導電性材料により層状のフットパターン１２６を最上層の電気絶縁シート１１４ａの上面に形成し、電子部品１２２を実装するための接続ランド１２８をフットパターン１２６の上面に形成することにより、製作されている。

各電子部品１２０は、部品本体１３０と、部品本体１３０から突出する一対の端子１３２とを有しており、また隣り合う電極１２２に半田、導電性接着剤等の接合材１３４により両端子１３２において取り付けられている。

図示の例では、多層配線基板１１０の最下層に位置する電気絶縁シート１１４ｃも、その下面に複数の電極１３６を有している。各電極１３６は、導電性部１２４に電気的に接続されており、また多層配線基板１１０の下側に配置される他の基板に電気的に接続される。図示の例では、２つの電極１３６を示すにすぎないが、実際にはそれ以上の、特に導電性部１２４と同数程度の電極１３６が備えられている。

この種の多層配線基板１１０においては、フットパターン１２６（ひいては、電極１２２）と最上層の電気絶縁シート１１４ａとの密着性（特に、接着性）の不足、多層配線基板１１０に加わる衝撃等に起因して、フットパターン１２６が最上層の電気絶縁シート１１４ａから剥離することがある。

上記のようにフットパターン１２６が剥離すると、フットパターン１２６の上に形成された接続ランド１２８が破損する、接続ランド１２８がフットパターン１２６と共に最上層の電気絶縁シート１１４ａから剥離する等により、電極１２２自体が破損する、電気絶縁シート１１４ａから剥離する等の故障を生じる。

その結果、従来の多層配線基板１１０では、電子部品１２０が内部配線１１６から電気的に切り離されるか、又は電子部品１２０が多層基板１１０から脱落してしまい、多層配線基板１１０及びこれを備えた装置が使用不能になる。

上記のように電極１２２が破損又は剥離したとき、破損又は剥離した電極１２２に取り付けられた電子部品１２０を対応する内部配線１１６に電気的に接続する修理、すなわち補修が行われる。

従来の多層配線基板１２０では、最上層の電気絶縁シート１１４ａに電極１２２ａを設けているにすぎないから、破損又は剥離した電極１２２、特にフットパターン１２６を樹脂で覆うことにより電気絶縁シート１１４ａに維持させる、フットパターン１２６と共に剥離した接続ランド１２８に銅箔のような材料を半田付けする等の手法による補修を行わざるを得ない。

しかし、上記のような補修方法では、その補修作業に多大な労力と熟練とを必要とし、また補修後における電子部品１２０と電極１２２との間のインピーダンスマッチングのような電気的な接続特性や、補修箇所及びその近傍の機械的強度に悪影響を及ぼす、という問題を招く。

上記のような電極１２２の破損や剥離は、電極１２２がフットパターン１２６と接続ランド１２８とにより形成されている場合のみならず、電極１２２が単層に形成されている場合にも生じる。

特開５−２１８２１８号公報 特開６−１５２１４１号公報 特許第２９６１８５９号公報 特開２００６−１２０７３８号公報

本発明の目的は、電子部品を実装するための電極に破損や剥離が生じても、補修が容易であり、補修後の電子部品の内部配線への電気的接続条件や補修箇所の機械的強度に及ぼす影響を低減することにある。

本発明に係る多層配線基板は、各々が内部配線を備える複数の配線シートと、複数の電気絶縁シートとがそれらシートの厚さ方向に交互に配置され、前記内部配線に電気的に接続されて電子部品を実装するための複数の電極が最上層のシートの表面に形成されている。

そのような多層配線基板は、さらに、前記電子部品を実装するための電極に対応する複数の予備電極であって、前記電子部品を実装するための電極と接続した内部配線と電気的に接続するように前記最上層のシートの直下に位置するシートに設けた複数の予備電極を、該予備電極に対応する前記電子部品を実装するための電極の直下に設けている。

前記実装するための電極と、これに対応する前記予備電極とは、前記配線シート及び前記電気絶縁シートをこれらの厚さ方向に貫通する導電性部材により電気的に接続されていてもよい。

前記予備電極は、前記最上層のシートの直下に位置するシートの上面に形成されていてもよい。

前記実装するための電極は、前記最上層のシートの直下に位置するシートの上面に形成されていてもよい。

本発明に係る電気的接続装置は、上記のような多層配線基板と、該多層配線基板の前記実装するための電極に電気的に接続された状態に前記多層配線基板の上面に配置された複数の電子部品とを含む。

電気的接続装置は、さらに、前記多層配線基板の下側に配置された板状基板であって、前記配線基板の内部配線に電気的に接続された内部配線を備える板状基板と、該板状基板の下側に配置されて前記板状基板の内部配線に電気的に接続された接触子とを含むことができる。

前記板状基板は、前記多層配線基板の下側に配置されたセラミック基板であって、前記配線基板の前記内部配線に電気的に接続された内部配線を有するセラミック基板と、該セラミック基板の下側に配置されたプローブ基板であって、前記セラミック基板の内部配線に電気的に接続された内部配線を有するプローブ基板とを備えることができる。

本発明によれば、多層配線基板には、電子部品実装用の電極と同じ機能を有する予備電極が最上層の配線シートの直下のシートに形成されている。このため、実装用電極に故障や破損が生じた場合、その部分を除去して予備電極を露出させ、露出した予備電極に電子部品を新たに実装することができ、補修が容易である。

また、本発明によれば、予備電極が、これに対応する実装用電極が接続された内部配線に電気的に接続されているから、破損又は剥離した実装用電極を除去しても、補修後の電子部品の内部配線への電気的接続特性や補修箇所の機械的強度に及ぼす影響が低減する。

用語の定義

本発明においては、多層配線基板の厚さ方向において、電子部品が実装される側が上といい、それと逆の側を下という。しかし、使用の際しては、そのような上下方向が、逆となる状態、鉛直方向となる状態、斜めとなる状態のいずれの状態で用いてもよい。

多層配線基板の実施例

図１を参照するに、多層配線基板１０は、複数の配線シート１２ａ，１２ｂと複数の電気絶縁シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃとをそれらシート１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃの厚さ方向に交互に積層しており、また板状に形成されている。

図示の例では、２つの配線シート１２ａ，１２ｂと３つの電気絶縁シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを示しているにすぎないが、それ以上の配線シート及び電気絶縁シートを備えていてもよい。

配線シート１２ａ，１２ｂのそれぞれは、ガラス入りエポキシ樹脂、セラミックス、ポリイミド樹脂等、電気絶縁性を有するシート層の少なくとも上面に銅のような導電性材料で形成された複数の内部配線１６を設けている。各内部配線１６は、前記したシート層の上に印刷技術のような適宜な手法により形成された配線パターンの一部である。

電気絶縁シート１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれは、ポリイミド樹脂のような接着性を有する材料で層状に形成されており、また内部配線１６を覆うように配線シート１２の上に重ね合わされている。

多層配線基板１０の最上層に位置する電気絶縁シート１４ａは、電子部品２０を実装するための複数の電極２２を上面に有する。図示の例では、1つの電子部品２０及び一対の電極２２を示すにすぎないが、実際にはそれ以上の電子部品及び電極が備えられている。

各電極２２は、多層配線基板１０を厚さ方向に貫通する導電性スルーホールのような導電性部２４により、いずれかの内部配線１６に電気的に接続されている。各導電性部２４は、銅のような高導電性を有する金属材料（導電性部材）で形成されている。

各電極２２は、銅のような導電性材料により層状のフットパターン２６を最上層の電気絶縁シート１４の上面に形成し、電子部品２０を取り付ける接続ランド２８をフットパターン２６の上面に銀や金のような高導電性の金属材料で形成することにより、環状又は矩形の平坦なランドに製作されている。

各電極２２は、少なくともフットパターン２６において、対応する導電性部２４を介して内部配線１６に電気的に接続されている。このため、フットパターン２６は、導電性部２４と同じ材料で製作してもよい。

各電子部品２０は、部品本体３０と、部品本体３０から突出する一対の端子３２とを有しており、また隣り合う電極２２に半田や導電性接着剤のような接合材３４により端子３２において取り付けられている。

図示の例では、最下層に位置する電気絶縁シート１４も、その下面に複数の電極３６を有している。各電極３６は、多層配線基板１０の下側に配置されるセラミック基板やプローブ基板のような他の基板に電気的に接続される。

各電極３６も、銅等の導電性材料により層状のフットパターン３８を最下層の電気絶縁シート１４の下面に形成し、他の基板に接続される接続ランド４０をフットパターン３８の下面に銀や金のような高導電性金属材料で形成することにより、環状又は矩形の平坦なランドに製作されている。各電極３６は、少なくともフットパターン３８において、対応する導電性部２４を介して対応する内部配線１６に電気的に接続されている。

多層配線基板１０は、また、電極２２に一対一の形に対応された複数の予備電極４２を、対応する電極２２の直下に配置している。図示の例では、一対の電極４２を示すにすぎないが、実際には電極２２と同数以上の予備電極が備えられている。

予備電極４２は、最上層の電気絶縁シート１４ａの直下に位置する配線シート１２ａの上面に設けられており、また対応する電極２２が接続された内部配線１６に、対応する導電性部２４を介して電気的に接続されている。

予備電極４２は、電極２２を備える電気絶縁シート１４ａをその直下の配線シート１２ａの上に形成する前に、金、銀、銅等の高導電性金属材料を用いる印刷技術のような適宜な手法により最上層の電気絶縁シート１４ａの直下の配線シート１２ａの上面に形成することができる。

多層配線基板１０における、電子部品２０、電極２２、導電性部２４及び内部配線２６の関係を図２に概略的に示す。図２は、配線シート１２ａ及び電気絶縁シート１４ａの素材を除去した状態で示す平面図である。

電子部品２０は、その各端子３２を対応する電極２２の上に載せて、半田や導電性接着剤のような接合材１６（図２には図示せず）により対応する電極２２に取り付けることにより、それらの電極２２に電気的に接続されている。

多層配線基板１０においても、フットパターン２６（ひいては、電極２２）と最上層の電気絶縁シート１４ａとの密着性（特に、接着性）の不足、多層配線基板１０に加わる衝撃等に起因して、フットパターン２６が最上層の電気絶縁シート１４ａから剥離することを避けることはできない。

そのようにフットパターン２６が剥離すると、接続ランド２８が破損したり、接続ランド２８がフットパターン２６と共に最上層の電気絶縁シート１４ａから剥離する。その結果、電極２２自体が破損する、電極２２が電気絶縁シート１４ａから剥離する等、電極２２が故障する。

このため、多層配線基板１０においても、破損又は剥離された電極２２に取り付けられた電子部品２０を対応する内部配線１６に電気的に接続する修理すなわち補修が行われる。

こうした補修は、多層配線基板１０の場合、電極２２の直下に予備電極４２が設けられているから、図３及び図４に示すように行うことができる。かかる補修の手順を以下に説明する。

補修方法の実施例

先ず、既存の接合材３４を除去し、故障した電極２２に取り付けられている電子部品２０をその電極２２及び隣の電極２２から取り外す。

次いで、故障した電極２２及びそれの隣の電極２２の各一部（又は全て）とそれらの近傍の最上層のシート１４の素材とを、レーザー光線等の適宜な手段を用いる削り取り加工のような技術により除去して、それらの電極２２に対応する２つの予備電極４２を上方に露出させる。

次いで、電子部品２０の各端子３２を露出された予備電極４２に載せた状態で、半田や導電性接着剤のような接合材４４を、電極の一部又は全てとそれらの近傍の最上層のシート１４ａの素材とが除去された空間に充填すると共に盛り上げ、それにより電子部品２０を、その各端子３２を接合材４４により両予備電極４２に取り付けることにより、それらの予備電極４２に電気的に接続する。

多層配線基板１０においては、上記のように、故障した電極２２からの電子部品２０の取り外し、故障した電極２２及びその近傍の素材の除去による対応する予備電極４２の露出、露出された予備電極４２への電子部品２０の取り付け等の作業を行うのみで、補修をすることができる。このため、補修作業が従来の多層配線基板に比べ著しく容易になる。

また、多層配線基板１０においては、予備電極４２自体が導電性部２４を介して内部配線１６に電気的に接続されているから、予備電極４２に取り付けられた電子部品２０も、予備電極４２及び導電性部２４を介して内部配線１６に電気的に接続される。このため、破損又は剥離した電極２２を除去しても、補修後の電子部品２０の内部配線１６への電気的接続条件や補修箇所の機械的強度に及ぼす影響が従来の多層配線基板に比べ低減する。

電気的接続装置の実施例

図５及び図６を参照するに、電気的接続装置５０は、半導体ウエーハに形成された被検査体としの集積回路（図示せず）が仕様書通りに製造されているか否かを調べる電気的試験において、集積回路の電極とテスターとを電気的に接続するために用いられる。

集積回路は、半導体ウエーハに形成された未切断のものである。電気的接続装置５０は、半導体ウエーハに形成された未切断の複数の集積回路を一回で又は複数回に分けて検査する。

電気的接続装置５０は、既に述べた板状の多層配線基板１０と、多層配線基板１０の下面に取り付けられたセラミック基板５２と、セラミック基板５２の下面に取り付けられたプローブ基板５４と、多層配線基板１０の上面に取り付けられた電気絶縁性金属材料製の支持部材５６と、プローブ基板５４の下側に配置された複数の接触子５８と、多層配線基板１０の上面に配置された複数の電子部品２０とを含む。

多層配線基板１０は、図示しないテスターに電気的に接続される複数のコネクタ６０を上面の外周縁部に有している。各コネクタ６０の各端子は多層配線基板１０の前記した内部配線１６に直接又は電子部品２０を介して電気的に接続されている。

セラミック基板５２は、多層配線基板１０の前記した内部配線１６に前記した電極３６を介して電気的に接続される複数の内部配線（図示せず）を有する。

プローブ基板５４は、セラミック基板５２の内部配線に電気的に接続された複数の内部配線（図示せず）を多層に有していると共に、それらの内部配線に電気的に接続された複数の接続ランドを下面に有している。プローブ基板５４は、複数のねじ部材（図示せず）によりセラミック基板５２の下面に組み付けられている。

支持部材５６は、ステンレス板のような金属材料で平坦な下面を有する平板状の正面形状に製作されており、その下面を多層配線基板１０の上面に当接させた状態に多層配線基板１０の上面に複数のねじ部材６２により組み付けられている。それらのねじ部材６２は、支持部材５６を上方から下方に貫通して多層配線基板１０に螺合されている。

支持部材５６は、図６に示すように、円板状の中央部５６ａと、中央部５６ａの周りを同軸的に伸びる環状部５６ｂと、中央部５６ａから半径方向外方へ伸びて環状部５６ｂを連結する複数の連結部５６ｃと、環状部５６ｃの外側に一体的に続きかつ環状部５６ｃから半径方向外方へ伸びる放射状部５６ｄとを有している。

支持部材５６の平面形状は船の操舵環のような形状を有するが、支持部材２０の正面から見た正面形状は板状である。コネクタ６０は支持部材５６の環状部５６ｂの外側に配置されており、電子部品２０は環状部５６ｂの内側にあって環状部５６ｂと連結部５６ｃとにより形成される各空間内に配置されている。

図６は、複数の電子部品２０が環状部５６ｂと連結部５６ｃとにより形成される２つの空間のそれぞれに配置されているにすぎないように示しているが、実際にはこれら空間内には複数の電子部品２０が配置されている。

支持部材５６は、多層配線基板１０と共同してセラミック基板５２及びプローブ基板５４を支持している。このため、セラミック基板５２は、支持部材５６及び多層配線基板１０を上方から下方に貫通してセラミック基板５２に螺合された複数のねじ部材６４により、支持部材５６及び多層配線基板１０に組み付けられている。

接触子５８は、針先を下方としかつプローブ基板５４への取り付け部を上方とする板状をしたクランク状の形状を有している。そのような接触子５４は、フォトリソグラフィー技術、堆積技術等により、製作することができる。接触子５２は、針先が下方となる状態に、半田や導電性接着剤等の接合材により、プローブ基板５４の接続ランドに片持ち梁状に取り付けられている。

上記のような電気的接続装置５０は、既知のように、テスターに取り付けられて、テスターの電気回路と、被検査体としての集積回路との電気的な接続に用いられる。

上記のような電極の破損や剥離は、電極がフットパターンと接続ランドとにより形成されている場合のみならず、電極が単層に形成されている場合にも生じる。このため、本発明は、単層の電極を備える多層配線基板にも適用することもできる。

また、上記した実施例では、電気絶縁シート１４ａを最上層に位置させて、その電気絶縁シート１４ａの上面に電極２０を形成している。しかし、本発明は、他の配線シートを最上層に位置させて、その配線シートの上面に電極２０を形成した多層配線基板にも適用することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。

本発明に係る多層配線基板の一実施例を示す断面図であって上面に実装された電子部品の近傍を拡大した断面図である。 配線シート及び電気絶縁シートの素材を除去した状態で、電子部品、電極及び導電性部の関係を概略的に示す平面図である。 図２における３−３線に沿って得た拡大断面図であって補修後の状態を示す。 図２における４−４線に沿って得た拡大断面図であって補修後の状態を示す。 本発明に係る多層配線基板を用いた電気的接続装置の一実施例を示す平面図である。 図５に示す電気的接続装置の正面図である。 従来の多層配線基板を示す断面図であって上面に実装された電子部品の近傍を拡大した断面図である。

符号の説明

１０ 多層配線基板
１２ 配線シート
１４ 電気絶縁シート
１６ 内部配線
２０ 電子部品
２２，３６ 電極
２４ 導電性部
２６，３８ フットパターン
２８，４０ 接続ランド
３０ 電子部品の部品本体
３２ 電子部品の端子
３４，４４ 接合材
４２ 予備電極
５０ 電気的接続装置
５２ セラミック基板
５４ プローブ基板
５６ 支持部材
５８ 接触子
６０ コネクタ

Claims (6)

1. 各々が内部配線を備える複数の配線シートと、複数の電気絶縁シートとがそれらシートの厚さ方向に交互に配置され、前記内部配線に電気的に接続されて電子部品を実装するための複数の電極が最上層のシートの表面に形成された多層配線基板であって、
   前記電子部品を実装するための電極に対応する複数の予備電極であって、前記電子部品を実装するための電極と接続した内部配線と電気的に接続するように前記最上層のシートの直下に位置するシートに設けた複数の予備電極を、該予備電極に対応する前記電子部品を実装するための電極の直下に設けた、多層配線基板。
2. 前記予備電極を実装するための電極と、該電極に対応する前記予備電極とを、前記配線シート及び前記電気絶縁シートを貫通して設けた導電性部材により電気的に接続した、請求項１に記載の多層配線基板。
3. 前記予備電極は前記最上層のシートの直下に位置するシートの上面に形成した、請求項１又は２に記載の多層配線基板。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の多層配線基板と、該多層配線基板の前記電子部品を実装するための電極上に実装した少なくとも１つの電子部品とを含む、電気的接続装置。
5. 前記多層配線基板の下側に配置された基板であって、前記配線基板の内部配線に電気的に接続された内部配線を備える基板と、該基板の下側に配置され、該基板の内部配線に電気的に接続した接触子とをさらに含む、請求項４に記載の電気的接続装置。
6. 前記多層配線基板の下側に配置された基板は、前記多層配線基板の前記内部配線と電気的に接続した内部配線を有するセラミック基板と、該セラミック基板の下側に配置したプローブ基板であって、前記セラミック基板の内部配線と電気的に接続した内部配線を有すると共に、前記接触子を設けたプローブ基板とを備える、請求項５に記載の電気的接続装置。

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