JP2010062522A - セラミック多層回路基板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】セラミック多層回路基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】ビア電極を含む少なくともひとつのセラミックグリーンシートが積層された複数のセラミックブロックを形成する段階、複数のセラミックブロックを夫々焼成する段階、焼成された複数のセラミックブロックを整列する段階、複数のセラミックブロックに含まれたビア電極と対応する位置に接合電極が形成された接合グリーンシートを少なくともひとつ以上備える段階、整列された複数のセラミックブロックのうち互いに向かい合うセラミックブロックに接合グリーンシートを挿入する段階、及び複数のセラミックブロック及び上記接合グリーンシートを接合して焼成する段階を含むセラミック多層回路基板の製造方法を提供する。
【選択図】図2c

Description

本発明は、セラミック多層回路基板及びその製造方法に関する。より詳細には、プローブカードに利用されるセラミック多層回路基板及びその製造方法に関する。
一般的な半導体テスト装置は、テスター(Tester)、パフォーマンスボード(Performance Board)、プローブカード(Probe Card)を備え、ウエハに製造されたチップの電気的な特性をテストする。そして、半導体テスト装置のプローブカードは、テスターで発生した信号をパフォーマンスボードから伝達され、これをウエハ内チップのパッドへ伝達する役割及びチップのパッドから出力される信号をパフォーマンスボードを通じてテスターに伝達する役割を担う。
従来のプローブカードは、高温同時焼成処理されたセラミック多層回路基板を利用していた。具体的には、ビア電極及び内部電極が形成された複数のセラミックグリーンシートを積層し、高温焼成してセラミック多層回路基板を製造し、セラミック多層回路基板上にプローブピンを接合し、プローブカードを製造した。プローブカードを製造する際、焼成過程において複数のセラミックグリーンシートが収縮することによって、ビア電極又は内部電極の位置が変更されてしまうことがあった。
図1は、従来のセラミック多層回路基板の接合パッドの形成面を示した図である。図1を参照すると、セラミック多層回路基板10の表層面には電極パターン11が露出しており、電極パターン11上には接合パッド20が形成されている。この場合、接合パッド20上にプローブピン(不図示)を接合することによってプローブカードを形成することができる。
図1を参照すると、セラミック多層回路基板10は、複数のセラミックグリーンシートから成るもので、焼成過程において複数のセラミックグリーンシートの収縮により電極パターン11の位置が変更される。これによって、電極パターン11と接合パッド20の位置が正確にマッチングされない現象が発生する。このような現象が酷い場合には、電極パターン11とプローブピンは電気的に接続されず、セラミックプローブカードの製品の歩留まりが減少するようになることが問題であった。従って、0.2〜1.2mmの直径を有する電極パターン11の位置変更を考慮し、接合パッド20が少なくとも0.4mmの直径を有するように製造することによって、プローブカードの製造の歩留まりを10%程度に実現することができるようになった。しかし、この場合には接合パッド20の大きさを減少させ、高集積化することは困難であった。
このような課題を解決するために、無収縮工法を利用した低温焼成処理したプローブカードを製造した。しかし、無収縮工法を利用しても、セラミックプローブカードを製造するための複数のセラミックグリーンシートが1.5mm以上の厚さを有する場合には面方向に収縮が発生し、ビア電極又は内部電極の位置が変更されてしまうという問題があった。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、本発明は、電極パターンを含む既焼成の複数のセラミックブロックを接合グリーンシートを用いて接合させることによって、焼成過程における複数のセラミックブロック間の電極パターンの位置の変更を防止し、複数のセラミックブロックの間の接合力を向上させることができるセラミック多層回路基板及びその製造方法を提供することをその目的の一つとする。
以上のような目的を達成するために、本発明の一実施例にかかるセラミック多層回路基板の製造方法は、ビア電極を含む少なくともひとつのセラミックグリーンシートが積層された複数のセラミックブロックを形成する段階、上記複数のセラミックブロックを夫々焼成する段階、上記焼成された複数のセラミックブロックを整列する段階、上記複数のセラミックブロックに含まれたビア電極に対応する位置に接合電極が形成された接合グリーンシートを少なくともひとつ備える段階、上記整列された複数のセラミックブロックのうち、互いに向かい合うセラミックブロックに上記接合グリーンシートを挿入する段階、及び上記複数のセラミックブロック及び上記接合グリーンシートを接合して焼成する段階を含む。
ここで、上記複数のセラミックブロックを焼成する段階は、上記複数のセラミックブロックの両面に夫々上記複数のセラミックブロックの焼成温度で焼成されない無機粉末を含む拘束層を形成する段階、上記拘束層が形成された複数のセラミックブロックを個別に焼成する段階、及び上記焼成された複数のセラミックブロック上で上記拘束層を除去する段階を含む。
本発明において上記複数のセラミックブロックは、夫々1.5mm以下の厚さで形成されることが好ましい。
一方、上記接合グリーンシートを少なくともひとつ備える段階は、セラミック組成物を利用してセラミックグリーンシートを製造する段階、上記セラミックグリーンシートにおいて、上記複数のセラミックブロックに含まれたビア電極と対応する位置を打ち抜いて少なくともひとつ以上のビアホールを形成する段階、及び上記ビアホールに金属物質を充填させ接合電極を形成する段階を含む。ここで、上記金属物質は、銀ペーストであることが好ましい。
また、上記接合グリーンシートは、夫々40〜100μmの厚さを有することができ、上記接合電極は、夫々45〜130μmの厚さを有することができる。
一方、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板は、ビア電極を含む少なくともひとつ以上のセラミックグリーンシートが積層された複数のセラミックブロック、及び上記複数のセラミックブロックのうち互いに向かい合うセラミックブロックの間に挿入され、上記複数のブロックに含まれたビア電極に対応する位置に形成された上記接合電極を含む接合グリーンシートを含む。
本発明によると、電極パターンを有する1.5mm以下の厚さである複数のセラミックブロックは、接合電極に含まれた接合グリーンシートを利用して接合されることによって、焼成過程において電極パターンの位置が変更されることを防ぐことができるようになる。これによって、プローブカード形成時、電極パターン上に接合パッドが正確にマッチングされ、プローブピンの電気的な接続が良好になる。結果的に、セラミックプローブカードの製品の歩留まりを向上させることができるようになる。
また、既焼成された複数のセラミックブロックを、それと同一の特性を有する物質から成る接合グリーンシートを利用して接合させることによって、複数のセラミックブロックの間の接合力を向上させることができる。
図1は、従来のセラミック多層回路基板の接合パッドの形成面を表した図である。 図2aは、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板の製造方法を説明する図である。 図2bは、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板の製造方法を説明する図である。 図2cは、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板の製造方法を説明する図である。 図2dは、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板の製造方法を説明する図である。 図3aは、本発明の一実施例による接合グリーンシートの製造方法を説明する図である。 図3bは、本発明の一実施例による接合グリーンシートの製造方法を説明する図である。 図3cは、本発明の一実施例による接合グリーンシートの製造方法を説明する図である。 図4は、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板を利用したプローブカードを表した図である。 図5は、本発明のセラミックプローブカードの接合パッドの形成面を示した図である。 図6は、本発明のセラミックプローブカードの接合パッドの形成面を示した図である。
以下、添付された図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。図2a〜図2dは、本発明の一実施例によるセラミック多層回路基板の製造方法を説明する図である。先ず、図2aに示されたように、複数のセラミックグリーンシートから成る第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150を備える。
具体的に、第1セラミックブロック110は、ビア電極110c及び内部電極110dを含む第1セラミックグリーンシート110a及び第2セラミックグリーンシート110bを含み、第2セラミックブロック120は、ビア電極120c及び内部電極120dを含む第3セラミックグリーンシート120a及び第4セラミックグリーンシート120bを含む。また、第3セラミックブロック130は、ビア電極130c及び内部電極130dを含む第5セラミックグリーンシート130a及び第6セラミックグリーンシート130bを含み、第4セラミックブロック140は、ビア電極140c及び内部電極140dを含む第7セラミックグリーンシート140a及び第8セラミックグリーンシート140bを含む。そして、第5セラミックブロック150は、ビア電極150c及び内部電極150dを含む第9セラミックグリーンシート150a及び第10セラミックグリーンシート150bを含む。
第1〜第10セラミックグリーンシート110a、110b、120a、120b、130a、130b、140a、140b、150a、150bは、ガラス成分−セラミック無機粉末に有機バインダー、分散剤、及びトルエンとエタノールの混合溶媒を添加してスラリーを製造した後、このスラリーをドクターブレード法を利用して塗布及び乾燥して製造することができる。この場合、複数のセラミックグリーンシートから成る第1〜第5セラミックブロック110〜150は、夫々1.5mm以下の厚さで製造されることが好ましい。
図2aでは、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150の夫々が2個のセラミックグリーンシートで構成されるものとして図示及び説明されたが、第1セラミックブロック110〜第5セラミックブロック150を構成するセラミックグリーンシートの数は1.5mmの厚さを超えない範囲内で3個又はそれ以上で設計されることもできる。
次に、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150を焼成する。代表して、第1セラミックブロック110について説明する。図2bに示されたように、第1セラミックブロック110の上面及び下面上に、第1セラミックブロック110の焼成温度で焼結されない拘束層200a、200bを積層する。この場合、第1セラミックブロック110の焼成温度は、約700〜900℃であり、拘束層200a、200bの焼成温度はそれより高い温度とすることができ、約1000℃以上であることが好ましい。このような条件を満たす物質としては、アルミナ(Al)及びジルコニア(ZrO)等を用いることができる。
その後、拘束層200a、200bが形成された第1セラミックブロック110を約700〜900℃の温度で焼成する。この場合、第1セラミックブロック110は、拘束層200a、200bにより面方向の収縮が抑制され、厚さ方向に収縮が発生する。本発明の第1〜第5セラミックブロックは、1.5mm以下の厚さで製造されるため、焼成過程において収縮しても面方向の収縮抑制率が高く、各セラミックブロックに含まれたビア電極及び内部電極の位置が大きく変更されない。この場合、焼成完了した第1セラミックブロック110は、焼成過程においての厚さ方向の収縮により約1.0mmの厚さを有することができる。
次に、図2cに示されたように、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150の焼成が完了したら、拘束層200a、200bを除去する。また、拘束層200a、200bが除去されると、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150の表面に露出しているビア電極の表面の粗さを減少させるために研磨を行うことができる。そして、研磨されたビア電極をNi/Auメッキすることができる。
この後、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150の間に第1〜第4接合グリーンシート310、320、330、340を挿入する。具体的に、ビア電極及び内部電極と同じ電極パターンが相互マッチングされる第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150を順番に整列した後、第1セラミックブロック110及び第2セラミックブロック120の間に第1接合グリーンシート310を挿入し、第2セラミックブロック120及び第3セラミックブロック130の間に第2接合グリーンシート320を挿入する。そして、第3セラミックブロック130及び第4セラミックブロック140の間に第3接合グリーンシート330を挿入し、第4セラミックブロック140及び第5セラミックブロック150の間に第4接合グリーンシート340を挿入する。この場合、第1〜第4接合グリーンシート310、320、330、340は、互いに向かい合うセラミックブロックに含まれたビア電極に対応する位置に形成された接合電極310a、320a、330a、340aを含む。これによって各接合電極310a、320a、330a、340aは、互いに向かい合うセラミックブロックを接合して電気的に接続することができるようになる。
次に、図2dに示されたように、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150とその間に挿入された第1〜第4接合グリーンシート310、320、330、340を接合した後、焼成してセラミック多層回路基板100を製造する。このようなセラミック多層回路基板100は、既焼成された第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150を、第1〜第4接合グリーンシート310、320、330、340を利用して接合する方式で製造されるものであって、第1〜第5セラミックブロックを110、120、130、140、150に含まれたビア電極及び内部電極の位置が変更されるのを減少させることができるようになる。これによって、セラミック多層回路基板100上に接合パッド(不図示)を利用してプローブピンを接合させる場合、セラミック多層回路基板100に表層面に露出された電極パターンと接合パッドが正確にマッチングされることができるようになる。
図3a〜図3cは、本発明の一実施例による接合グリーンシートの製造方法を説明するための図である。代表して、図2cに示された第1接合グリーンシート310に対する製造方法を説明する。先ず、図3aに示されたように、セラミック無機粉末を含むセラミックグリーンシート300を製造する。具体的には、セラミックグリーンシート300は、ガラス成分及びセラミック無機粉末に分散剤と混合溶媒を添加してスラリーを製造した後、このスラリーを塗布して乾燥させる方法を利用してセラミックグリーンシート300を備えることができる。この場合、セラミック無機粉末は、図2cに示された第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150を構成する各セラミックグリーンシートに含まれたセラミック無機粉末と同一のものを利用することが好ましい。
また、セラミックグリーンシート300は、夫々40〜100μmの厚さで製造することができる。仮に、セラミックグリーンシート300が40μm以下の厚さであれば、互いに向かい合うセラミックブロックの接合力が低下し、セラミックグリーンシート300が100μm以上の厚さであれば、焼成時に面方向の収縮が発生することがある。
その後、セラミックグリーンシート300の一部領域を打ち抜いて図3bに示されたように、複数のビアホール330を形成する。この場合、ビアホール330は、第1セラミックブロック110及び第2セラミックブロック120の間のビア電極110c、120cにマッチングされる位置に形成される。
次に、図3cに示されたように、セラミックグリーンシート300のビアホール330に電極ペーストを充填することによって、図2cのように接合電極310aが含まれた第1接合グリーンシート310を製造することができるようになる。この場合、電極ペーストは、銀金属を含むものであることが好ましい。また、接合電極310aは、約45〜130μmの厚さで形成されることができる。これは、第1セラミックブロック110及び第2セラミックブロック120の間に第1接合グリーンシート310を挿入して焼成する場合、焼成によって収縮し、発生する空間を補償するためのものであって、第1接合グリーンシート310より厚いことが好ましい。
また、図によって示されてはいないが、図2cに示された第2〜第4接合グリーンシート320、330、340も図3a〜図3cに示された方法と同一の方法で製造されることができる。
一方、図4は、本発明の一実施例によるセラミックプローブカードを表した図である。具体的には、図4に示されたセラミックプローブカード600は、図2dに示されたセラミック多層回路基板100を利用して製造されたもので、セラミック多層回路基板100、接合パッド400及びプローブピン500を含む。
セラミック多層回路基板は、第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150を含み、第1〜第5セラミックブロックの間に位置した第1〜第4接合グリーンシート310、320、330、340を含む。この場合、第1〜第4接合グリーンシート310、320、330、340は、第1〜第5セラミックブロック110、120、130,140、150に含まれたビア電極に対応する位置に接合電極310a、320a、330a、340aを含むことができる。そして、この接合電極310a、320a、330a、340aを通じて第1〜第5セラミックブロック110、120、130、140、150は電気的に接続される。
接合パッド400は、セラミック多層回路基板の表層面に露出したビア電極に形成され、接合パッド400上にプローブピン500が形成されて、セラミックプローブカード600を形成することができる。この場合、セラミック多層回路基板に含まれたビア電極及び内部電極の位置の正確さが向上することにより、接合パッド400とのマッチング整合度が高くなる。従って、接合パッド400が形成される領域内にビア電極が位置するようになり、セラミックプローブカード600の製造の歩留まりを増加させることができるようになる。
図5及び図6は、本発明のセラミックプローブカードの接合パッドの形成面を示した図である。図5は、図4に示されたセラミックプローブカード600の接合パッド400の形成面を示した図である。図5を参照すると、セラミックプローブカード600の表層面には、接合パッド400が形成されており、接合パッド400の下には、ビア電極110cが形成されている。この場合、ビア電極110cは約0.2〜1.2mmの直径を有するもので、0.4mmの直径を有する接合パッド400領域内に位置する。このように、ビア電極110cの位置が変更されなくなり、ビア電極110cと接合パッド400とのマッチングの整合度が高くなる。従って、プローブピン500の電気的接続は向上し、セラミックプローブカード600の製造の歩留まりが増加するようになる。
図6は、本発明により製造されたセラミックプローブカードに高集積度のプローブパッドを形成した図である。図6を参照すると、セラミックプローブカード210の表面には、ビア電極211が露出しており、ビア電極211上に接合パッド550が形成されている。図5に示された接合パッド400と比較すると、図6に示された接合パッド550は、その大きさが減少し、上下左右の接合パッド550との間隔が減少したことがわかる。すなわち、接合パッド550が高集積化されたことがわかる。これは、ビア電極211の位置の正確さが向上したことによるもので、図5に示されたものより小さい接合パッド550を利用しても、ビア電極211と接合パッド550の接続が容易になる。
以上、本発明の好ましい実施例について図示して説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨を外れず、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により多様な変形による実施が可能なことは勿論、このような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別に理解されてはならない。
100 セラミック多層回路基板
110 第1セラミックブロック
120 第2セラミックブロック
130 第3セラミックブロック
140 第4セラミックブロック
150 第5セラミックブロック
310 第1接合グリーンシート
320 第2接合グリーンシート
330 第3接合グリーンシート
340 第4接合グリーンシート

Claims (8)

  1. ビア電極を含む少なくともひとつのセラミックグリーンシートが積層された複数のセラミックブロックを形成する段階と、
    前記複数のセラミックブロックを夫々焼成する段階と、
    前記焼成された複数のセラミックブロックを整列する段階と、
    前記複数のセラミックブロックに含まれたビア電極と対応する位置に接合電極が形成された接合グリーンシートを少なくともひとつ備える段階と、
    前記整列された複数のセラミックブロックのうち互いに向かい合うセラミックブロックに前記接合グリーンシートを挿入する段階と、
    前記複数のセラミックブロック及び前記接合グリーンシートを接合して焼成する段階と、
    を含むセラミック多層回路基板の製造方法。
  2. 前記複数のセラミックブロックを焼成する段階は、
    前記複数のセラミックブロックの夫々の両面に前記複数のセラミックブロックの焼成温度で焼成されない無機粉末を含む拘束層を形成する段階と、
    前記拘束層が形成された複数のセラミックブロックを個別に焼成する段階と、
    前記焼成された複数のセラミックブロック上において前記拘束層を除去する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のセラミック多層回路基板の製造方法。
  3. 前記複数のセラミックブロックは、夫々1.5mm以下の厚さで形成されることを特徴とする請求項1に記載のセラミック多層回路基板の製造方法。
  4. 前記接合グリーンシートを少なくともひとつ備える段階は、
    セラミック組成物を利用してセラミックグリーンシートを製造する段階と、
    前記セラミックグリーンシートにおいて前記複数のセラミックブロックに含まれたビア電極と対応する位置を打ち抜いて少なくともひとつ以上のビアホールを形成する段階と、
    前記ビアホールに金属物質を充填させて前記接合電極を形成する段階と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のセラミック多層回路基板の製造方法。
  5. 前記金属物質は、銀ペーストであることを特徴とする請求項4に記載のセラミック多層回路基板の製造方法。
  6. 前記接合グリーンシートは夫々、40〜100μmの厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のセラミック多層回路基板の製造方法。
  7. 前記接合電極は、夫々45〜130μmの厚さを有することを特徴とする請求項6に記載のセラミック多層回路基板の製造方法。
  8. ビア電極を含む少なくともひとつのセラミックグリーンシートが積層された複数のセラミックブロックと、
    前記複数のセラミックブロックのうち互いに向かい合うセラミックブロックの間に挿入され、前記複数のブロックに含まれたビア電極に対応される位置に形成された接合電極を含む接合グリーンシートと、を含むセラミック多層回路基板。
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