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

セラミック多層回路基板及びその製造方法 Download PDF

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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（Ａｌ２Ｏ３）及びジルコニア（ＺｒＯ２）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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