JP2010078541A - 配線基板、この配線基板の製造方法、多層配線基板及びプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力のように、導電部材から絶縁性基板に向かって応力が加わる場合、及び、外部からセラミック基板に応力が加わることにより、絶縁性基板から導電部材に向かって応力が加わる場合に、導体部とセラミック基板の界面の一部に応力が集中して、導体部がセラミック基板から剥離する可能性がある。
【解決手段】第１の絶縁性基板と、第１の絶縁性基板上に配設され、ビアホールを備えた第２の絶縁性基板と、ビアホールに充填された導電部材とを有する配線基板であって、第２の絶縁性基板を断面視した場合に、ビアホールを第２の絶縁性基板の主面側の上端部の径よりも第２の絶縁性基板の裏面側の開口部の径が大きく、表面が内側に凸となる曲線形状とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プローブカードに用いられる配線基板に関するものである。プローブカードは半導体ウェハに形成された半導体素子や半導体集積回路の電気的特性を測定する評価試験において利用される。

従来から、プローブカードに使用される配線基板としては、主面を備えた第１の絶縁性基板と、第１の絶縁性基板の主面上に配設され、主面と裏面と主面から裏面にかけて貫通するビアホールとを備えた第２の絶縁性基板と、ビアホール内に配設された導電部材とを有するものが用いられている。

このような配線基板を用いてプローブカードを作製した場合、プローブピンの実装工程のような加熱処理工程において、絶縁性基板と導電部材との間で熱膨張率に差があることから、導電部材から絶縁性基板に向かって熱応力が加わる。このとき、導電部材が柱状体であると、導電部材の中心から、第１の絶縁性基板の主面に対して平行な方向に放射状に熱応力が加わるので、配線基板の一部にクラックが生じる可能性があった。

そこで、特許文献１に記載のセラミック基板のように、略円錐台形状の導体部を用いることにより、基板の積層方向に熱応力を分散させることが堤案されている。特許文献１に記載のセラミック基板では、略円錐台形状の導体部を用いることにより、導電部材から絶縁性基板に向かって加わる熱応力を、第１のセラミック基板の主面又は裏面側に傾斜下方向にさせることができる。そのため、配線基板の一部にクラックが生じる可能性を小さくすることができる。
特開２００７−３２４４１９号公報

特許文献１に記載のセラミック基板は、セラミック基板の主面に対して垂直な断面において導体部とセラミック基板の界面が直線状となっている。そのため、上記の熱応力のように、導電部材から絶縁性基板に向かって応力が加わる場合、及び、外部からセラミック基板に応力が加わることにより、絶縁性基板から導電部材に向かって応力が加わる場合に、導体部とセラミック基板の界面の一部に応力が集中して、導体部がセラミック基板から剥離する可能性がある。

近年、半導体ウェハの大型化が進む中で、半導体素子の狭ピッチ、微細配線化が進んでいる。また、これに伴い、プローブカード及びこれに用いられる配線基板においても、導体パターンの微細配線化が進んでいる。そのため、導電部材と絶縁性基板の接合面積が小さくなっているので、導電部材が絶縁性基板から剥離しやすくなっている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、導電部材と絶縁性基板の接合性を高め、電気的な信頼性を高めた配線基板を提供することを目的とする。

本発明の配線基板は、主面を備えた第１の絶縁性基板と、該第１の絶縁性基板の主面上に配設され、主面と裏面と前記主面から前記裏面にかけて貫通するビアホールとを備えた第２の絶縁性基板と、前記ビアホール内に配設された導電部材とを有している。そして、前記第２の絶縁性基板の主面に対して垂直な断面において前記第２の絶縁性基板を断面視した場合に、前記ビアホールは、前記第２の絶縁性基板の主面側の上端部の径よりも前記第２の絶縁性基板の裏面側の下端部の径が大きく、前記ビアホールの表面が内側に凸となる曲線形状である。

本発明の配線基板によれば、第２の絶縁性基板の主面に対して垂直な断面において第２の絶縁性基板を断面視した場合に、ビアホールは、第２の絶縁性基板の主面側の上端部の径よりも第２の絶縁性基板の裏面側の下端部の径が大きく、ビアホールの表面が内側に凸となる曲線形状である。これにより、導電部材と絶縁性基板の接合面積が増加する。また、ビアホールの表面が内側に凸となる曲線形状であることから、導電部材から絶縁性基板に向かって応力が加わる場合、及び、絶縁性基板から導電部材に向かって応力が加わる場合においても、絶縁性基板及び導電部材が変形しにくくなる。結果として、導電部材と絶縁性基板の接合性が高められ、電気的な信頼性が高められる。

以下、本発明の配線基板について図面を用いて詳細に説明する。

図１、２に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる配線基板１は、主面３ａを備えた第１の絶縁性基板３と、第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に配設され、主面５ａと主面５ａと反対側の裏面５ｂと主面５ａから裏面５ｂにかけて貫通するビアホール７とを備えた第２の絶縁性基板５と、ビアホール７内に配設された導電部材９とを有している。そして、第２の絶縁性基板５の主面５ａに対して垂直な断面において第２の絶縁性基板５を断面視した場合に、ビアホール７は、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側の上端部の径Ｒ１よりも第２の絶縁性基板５の裏面５ｂ側の下端部の径Ｒ２が大きく、ビアホール７の表面が内側に凸となる曲線形状である。

このように、本実施形態の配線基板１におけるビアホール７は、ビアホール７の表面が内側に凸となる曲線形状であることから、第２の絶縁性基板５と導電部材９との接合面に大きな応力が加わった場合であっても、第２の絶縁性基板５と導電部材９の接合面の広範囲に応力を分散させるとともに、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側若しくは裏面５ｂ側へ応力を逃がすことができる。そのため、絶縁性基板及び導電部材９が変形しにくくなるので、導電部材９と絶縁性基板の接合性が高められ、電気的な信頼性が高められる。

ビアホール７は、主面５ａ側の上端部及び裏面５ｂ側の下端部の径よりも第２の絶縁性基板５の厚み方向の中央部分における径が小さい括れ形状であっても良いが、主面５ａ側の上端部から裏面５ｂ側の下端部に向かって径が漸次増加することが好ましい。第２の絶縁性基板５と導電部材９との接合面に大きな応力が加わった場合であっても、第２の絶縁性基板５の厚み方向の中央部分に応力がこもることを抑制し、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側若しくは裏面５ｂ側へ応力を逃がすことができるからである。

本実施形態の第１の絶縁性基板３は、主面３ａを備えている。第１の絶縁性基板３としては、絶縁性の良好な部材を用いればよい。具体的には、セラミックス部材及び樹脂を用いることができる。

本実施形態の第２の絶縁性基板５は、第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に配設されている。また、本実施形態の第２の絶縁性基板５は、主面５ａと主面５ａと反対側の裏面５ｂと主面５ａから裏面５ｂにかけて貫通するビアホール７とを備えている。第２の絶縁性基板５としては、第１の絶縁性基板３と同様に、絶縁性の良好な部材を用いればよい。具体的には、セラミックス部材及び樹脂を用いることができる。

第２の絶縁性基板５の主面５ａが第１の絶縁性基板３の主面３ａと接するように、第２の絶縁性基板５を第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に配設しても良いが、本実施形態のように、第２の絶縁性基板５の裏面５ｂが第１の絶縁性基板３の主面３ａと接するように、第２の絶縁性基板５を第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に配設することが好ましい。これにより、第２の絶縁性基板５の上方から第２の絶縁性基板５に加わる応力を、第２の絶縁性基板５の下方の広範囲に分散させやすくなるからである。

本実施形態の配線基板１をプローブカード２１に用いる場合には、被測定物である半導体素子への接触性を考慮して、第１の絶縁性基板３として剛性の高いセラミックス部材を用いるとともに第２の絶縁性基板５としてピッチ精度を高めやすい樹脂を用いることが好ましい。

本実施形態の導電部材９は、第２の絶縁性基板５のビアホール７内に配設されている。導電部材９は、ビアホール７全体に充填されていてもよいが、ビアホール７表面と接するとともに空隙又は凹部を有することが好ましい。空隙や凹部を有している場合には、これらの部分で応力を吸収することができるので、導電部材９と第２の絶縁性基板５の接合性を向上させることができるからである。導電部材９としては、電気伝導性の良好な部材を用いればよい。具体的には、Ｓｎ，Ａｇ，Ａｕ及びＣｕのような金属導体を用いることができる。特にＷ，Ｍｏ及びＭｎのような融点の高い金属導体を用いることが好ましい。

次に、本発明の第２の実施形態にかかる配線基板１について説明する。

図３に示すように、本実施形態にかかる配線基板１は、第１の実施形態にかかる配線基板１と比較して、第２の絶縁性基板５の主面５ａに対して垂直な断面において、ビアホール７の主面５ａ側の上端部の中心がビアホール７の裏面５ｂ側の下端部の中心よりも第２の絶縁性基板５の側面に近い形状である。これにより、配線基板１の側面側に応力を分散させる効果も高めることができる。

次に、本発明の一実施形態にかかる多層配線基板について説明する。

図４、５に示すように、本実施形態の多層配線基板１１は、上記の実施形態に代表される配線基板１と、第２の絶縁性基板５の主面５ａ上に配設され、主面１３ａと裏面１３ｂと主面１３ａから裏面１３ｂにかけて貫通する第２のビアホール１５とを備えた第３の絶縁性基板１３とを備えている。また、第３の絶縁性基板１３の主面１３ａに対して垂直な断面において第３の絶縁性基板１３を断面視した場合に、第２のビアホール１５は、第３の絶縁性基板１３の主面１３ａ側の上端部の径よりも第３の絶縁性基板１３の裏面１３ｂ側の下端部の径が大きく、第２のビアホール１５の表面が内側に凸となる曲線形状である。そして、第２の絶縁性基板５における第１のビアホール７の曲率半径が、第２のビアホール１５の曲率半径よりも大きい。

第１のビアホール７及び第２のビアホール１５が上記のように形成されていることにより、導電部材９と絶縁性基板の接合性が高められ、電気的な信頼性が高められる。第１のビアホール７は、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側の上端部の径よりも第２の絶縁性基板５の裏面５ｂ側の下端部の径が大きい形状であることから、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側から第２の絶縁性基板５に加わる応力により、第２の絶縁性基板５と導電部材９との界面に加わる応力を第２の絶縁性基板５と導電部材９との界面の広範囲に分散させることができる。

また、第２のビアホール１５は、第３の絶縁性基板１３の主面１３ａ側の上端部の径よりも第３の絶縁性基板１３の裏面１３ｂ側の下端部の径が大きい形状であることから、第３の絶縁性基板１３の主面１３ａ側から第３の絶縁性基板１３に加わる応力により、第３の絶縁性基板１３と導電部材９との界面に加わる応力を第３の絶縁性基板１３と導電部材９との界面の広範囲に分散させることができる。

このとき、第３の絶縁性基板１３が第２の絶縁性基板５の主面５ａ上に配設されていることから、第２の絶縁性基板５よりも第３の絶縁性基板１３に局所的に大きな応力が加わりやすい。しかしながら、本実施形態にかかる配線基板１では、第２の絶縁性基板５における第１のビアホール７の曲率半径が、第２のビアホール１５の曲率半径よりも大きいことから、第３の絶縁性基板１３と導電部材９との界面に局所的に加わる大きな応力を第３の絶縁性基板１３と導電部材９との界面の広範囲に分散させるとともに、第２の絶縁性基板５と導電部材９との界面に加わる応力を第２の絶縁性基板５と導電部材９との界面のさらに広範囲に分散させることができる。言い換えれば、局所的に加わる強い応力を段階的に分散させることができる。そのため、多層配線基板１１全体の耐久性を向上させることができる。

また、第２の絶縁性基板５と第３の絶縁性基板１３との間に接着材層を介在させることが好ましい。これにより、第２の絶縁性基板５と第３の絶縁性基板１３の接合性を高めることができるので、多層配線基板１１の耐久性を向上させることができるからである。

次に、本発明の配線基板の製造方法について説明する。

図６、７に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる配線基板１の製造方法は、主面３ａを備えた第１の絶縁性基板３と、主面５ａと裏面５ｂとを備えた第２の絶縁性基板５とを準備する工程（第１の工程）と、第２の絶縁性基板５に主面５ａから裏面５ｂにかけて貫通するビアホール７を形成し、ビアホール７内に導電部材９を配設する工程（第２の工程）と、第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に、第２の絶縁性基板５を配設する工程（第３の工程）と、第１の押圧部材１７を用いて第２の絶縁性基板５の主面５ａ側から裏面５ｂ側に向かって第２の絶縁性基板５を押圧する工程（第４の工程）と、第１の押圧部材１７よりも硬度の小さい第２の押圧部材１９を用いて第２の絶縁性基板５の主面５ａ側から裏面５ｂ側に向かって第２の絶縁性基板５を押圧する工程（第５の工程）と、を有している。

このように、本実施形態にかかる配線基板１の製造方法は、第４の工程及び第５の工程という２つの第２の絶縁性基板５を押圧する工程を備えている。第４の工程において、第１の絶縁性基板３と第２の絶縁性基板５の位置決めを図ることができる。そして、第５の工程において、第１の押圧部材１７よりも硬度の小さい第２の押圧部材１９を用いていることにより、第２の押圧部材１９が第２の絶縁性基板５に密着するので、第１の絶縁性基板３と第２の絶縁性基板５との接合性を高めることができる。

第２の絶縁性基板５を押圧する工程が第５の工程のみである場合、第１の絶縁性基板３と第２の絶縁性基板５との間で位置ずれが生じる可能性があるが、本実施形態のように、第４の工程及び第５の工程を備えていることにより、第１の絶縁性基板３と第２の絶縁性基板５との間での位置ずれの発生を抑制できる。

さらに、第２の押圧部材１９が第２の絶縁性基板５に密着することにより、第２の絶縁性基板５の広範囲にばらつきの小さな押圧力を加えることができる。そのため、第２の絶縁性基板５に加わる応力が、第２の絶縁性基板５の下方に位置する第１の絶縁性基板３だけでなく、導電部材９にも加わりやすくなる。そのため、この第５の工程により、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側の上端部の径よりも第２の絶縁性基板５の裏面５ｂ側の下端部の径が大きく、表面が内側に凸となる曲線形状のビアホール７を容易に形成することができる。結果として、第２の絶縁性基板５と導電部材９の結合面をビアホール７の中心側に凸となる曲線形状とすることができるので、導電部材９と第２の絶縁性基板５の接合性が高められ、電気的な信頼性が高められる。

より具体的に説明すると、先ず第１の工程において、主面３ａを備えた第１の絶縁性基板３と、主面５ａと裏面５ｂとを備えた第２の絶縁性基板５とを準備する。そして、第２の工程において、第２の絶縁性基板５に主面５ａから裏面５ｂにかけて貫通するビアホール７を形成し、ビアホール７内に導電部材９を配設する。さらに、第３の工程として、第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に、第２の絶縁性基板５を配設する。

このとき、第２の工程の後、第３の工程を行ってもよく、第３の工程の後、第２の工程を行ってもよい。つまり、第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に第２の絶縁性基板５を配設したのち、第２の絶縁性基板５にビアホール７を形成し、ビアホール７内に導電部材９を配設してもよく、また、第２の絶縁性基板５にビアホール７を形成し、ビアホール７内に導電部材９を配設したのち、第１の絶縁性基板３の主面３ａ上に第２の絶縁性基板５を配設してもよい。

さらに、第４の工程として、図６に示すように、第１の押圧部材１７を用いて第２の絶縁性基板５の主面５ａ側から裏面５ｂ側に向かって第２の絶縁性基板５を押圧する。第１の押圧部材１７としては、第２の押圧部材１９と比較して相対的に硬度の大きい部材を用いればよく、具体的には、ガラス板又は金属板を用いることができる。

最後に、第５の工程として、図７に示すように、第１の押圧部材１７よりも硬度の小さい第２の押圧部材１９を用いて第２の絶縁性基板５の主面５ａ側から裏面５ｂ側に向かって第２の絶縁性基板５を押圧する。第２の押圧部材１９としては、第１の押圧部材１７と比較して相対的に硬度の小さい部材を用いればよく、具体的には、樹脂性シートなどの軟質部材を用いることができる。

ビアホール７を形成する工程において、第２の絶縁性基板５の主面５ａ側の上端部の径よりも第２の絶縁性基板５の裏面５ｂ側の開口部の径が大きいビアホール７を形成することが好ましい。これにより、第２の絶縁性基板５と導電部材９との接合面に第５の工程における押圧力が伝わりやすくなるので、第２の絶縁性基板５と導電部材９の結合面をビアホール７の中心側に凸となる曲線形状により形成しやすくなるからである。

また、第２の押圧部材１９は、導電部材９よりも硬度が小さく、第２の絶縁性基板５よりも硬度が大きいことが好ましい。これにより、導電部材９の厚み方向の変形を抑えつつ第２の絶縁性基板５の厚み方向の変形を促進させることができるので、第２の絶縁性基板５と導電部材９の接合面をビアホール７の中心側に凸となる曲線形状に変形させ易くなるからである。

次に、本発明の一実施形態にかかるプローブカードについて説明する。

図８に示すように、本実施形態のプローブカード２１は、上記の実施形態に代表される配線基板１を具備し、主面及び裏面を有する測定用配線基板２３と、測定用配線基板２３の主面上に配設された測定端子２５と、測定用配線基板２３の裏面上に配設された接続端子２７と、を備えている。

本実施形態において、測定端子２５は、測定用配線基板２３の主面上に配設された配線導体２９を介して導電部材９と電気的に接続されている。また、接続端子２７は、第１の絶縁性基板３を貫通する貫通導体３１を介して導電部材９と電気的に接続されている。

本実施形態のプローブカード２１においては、被測定物である半導体素子の端子をプローブカード２１の測定端子２５に電気的に接続し、半導体素子に通電する。ここで、通電するとは、単に電圧を印加する場合だけでなく、半導体素子に信号を入力することも意図している。そして、接続端子２７を介して取り出した出力を測定して期待値と比較することで半導体素子の良否を判定することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。

本発明の第１の実施形態における配線基板を示す斜視図である。 図１に示す配線基板の断面図である。 本発明の第２の実施形態における配線基板を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる多層配線基板を示す斜視図である。 図４に示す多層配線基板の断面図である。 本発明の一実施形態にかかる配線基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる配線基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかるプローブカードを示す断面図である。

符号の説明

１・・・配線基板
３・・・第１の絶縁性基板
３ａ・・・主面
５・・・第２の絶縁性基板
５ａ・・・主面
５ｂ・・・裏面
７・・・ビアホール（第１のビアホール）
９・・・導電部材
１１・・・多層配線基板
１３・・・第３の絶縁性基板
１３ａ・・・主面
１３ｂ・・・裏面
１５・・・第２のビアホール
１７・・・第１の押圧部材
１９・・・第２の押圧部材
２１・・・プローブカード
２３・・・測定用配線基板
２５・・・測定端子
２７・・・接続端子
２９・・・配線導体
３１・・・貫通導体

Claims (8)

1. 主面を備えた第１の絶縁性基板と、該第１の絶縁性基板の主面上に配設され、主面と裏面と前記主面から前記裏面にかけて貫通するビアホールとを備えた第２の絶縁性基板と、前記ビアホール内に配設された導電部材とを有する配線基板であって、
   前記第２の絶縁性基板の主面に対して垂直な断面において前記第２の絶縁性基板を断面視した場合に、前記ビアホールは、前記第２の絶縁性基板の主面側の上端部の径よりも前記第２の絶縁性基板の裏面側の下端部の径が大きく、前記ビアホールの表面が内側に凸となる曲線形状であることを特徴とする配線基板。
2. 前記第２の絶縁性基板の主面に対して垂直な断面において、前記ビアホールは、前記ビアホールの前記主面側の上端部の中心が前記ビアホールの前記裏面側の下端部の中心よりも前記第２の絶縁性基板の側面に近い形状であることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記ビアホールは、前記主面側の上端部から前記裏面側の下端部に向かって径が漸次増加することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
4. 請求項１に記載の配線基板と、前記第２の絶縁性基板の主面上に配設され、主面と裏面と前記主面から前記裏面にかけて貫通する第２のビアホールとを備えた第３の絶縁性基板とを備えた多層配線基板であって、
   前記第３の絶縁性基板の主面に対して垂直な断面において前記第３の絶縁性基板を断面視した場合に、前記第２のビアホールは、前記第３の絶縁性基板の主面側の上端部の径よりも前記第３の絶縁性基板の裏面側の下端部の径が大きく、前記第２のビアホールの表面が内側に凸となる曲線形状であって、
   前記第２の絶縁性基板のビアホールを第１のビアホールとした場合に、該第１のビアホールの曲率半径が、前記第２のビアホールの曲率半径よりも大きいことを特徴とする多層配線基板。
5. 主面を備えた第１の絶縁性基板と、主面と裏面とを備えた第２の絶縁性基板とを準備する工程と、
   前記第２の絶縁性基板に前記主面から前記裏面にかけて貫通するビアホールを形成し、該ビアホール内に導電部材を配設する工程と、
   前記第１の絶縁性基板の主面上に、前記第２の絶縁性基板を配設する工程と、
   第１の押圧部材を用いて前記第２の絶縁性基板の主面側から裏面側に向かって前記第２の絶縁性基板を押圧する工程と、
   前記第１の押圧部材よりも硬度の小さい第２の押圧部材を用いて前記第２の絶縁性基板の主面側から裏面側に向かって前記第２の絶縁性基板を押圧する工程と、を有する配線基板の製造方法。
6. 前記ビアホールを形成する工程において、前記第２の絶縁性基板の主面側の上端部の径よりも前記第２の絶縁性基板の裏面側の下端部の径が大きいビアホールを形成することを特徴とする請求項５に記載の配線基板の製造方法。
7. 前記第２の押圧部材は、前記導電部材よりも硬度が小さく、前記第２の絶縁性基板よりも硬度が大きいことを特徴とする請求項５に記載の配線基板の製造方法。
8. 請求項１に記載の配線基板を具備し、主面及び裏面を有する測定用配線基板と、該測定用配線基板の主面上に配設された測定端子と、前記測定用配線基板の主面上に配設された接続端子と、を備えたプローブカード。

Images