JP2010080486A - 多層配線基板、プローブカード、及び、多層配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多層配線基板、プローブカード、及び、多層配線基板の製造方法に関し、熱膨張率を低減したままヒータを多層配線基板に内蔵する。
【解決手段】 カーボン材料からなるヒータと平板状の導電性を有する材料とを含むコア基材と、前記コア基材の表面に絶縁層と前記絶縁層に形成された導体層からなる多層配線構造を少なくとも有するとともに、前記コア基材に複数の貫通孔を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は多層配線基板、プローブカード、及び、多層配線基板の製造方法に関するものであり、例えば、ヒータを内臓した多層配線基板の熱膨張率を低減するための構成に関する。

近年、電子機器の高性能化、小型化が急速に進展している。これに伴い、電子機器を構成する半導体素子、及び半導体素子を実装するための配線基板には、小型薄型であること、高い性能を有すること、高い信頼性を有すること等が要求されている。このような要求に応えるべく、半導体素子の実装方法としては、プリント基板等の配線基板上に半導体素子を直接実装するベアチップ実装技術が用いられている。

また、半導体素子の多ピン化に伴い、半導体素子を実装するための配線基板として、配線層を多層化した多層配線基板の重要性が高まっている。また、半導体素子をテストするためのテスターボードにおいても、配線層の多層化は必要不可欠なものとなっている。

このような多層配線基板としては、例えば、絶縁層と導体層とが交互に積層された配線形成層がコア基板の片面又は両面に形成されたビルトアップ方式のものが用いられている。

ところで、ウェーハレベルテストにおいては、シリコンの熱膨張係数は約３．５ｐｐｍ／℃であるのに対し、プローブカードとなるガラスエポキシ樹脂基板の熱膨張係数は１２〜２０ｐｐｍ／℃である、このように、シリコンウェーハとガラスエポキシ樹脂基板の熱膨張係数は大きく異なっているため、シリコンウェーハの熱膨張率に近似させたプローブカードが必要となる。

実装基板の熱膨張係数を低減する手法としては、低熱膨張率の金属であるインバー等をコアとして用いるメタルコア基板や、ガラスエポキシ樹脂基板の基材として用いられるガラス布に代えて、熱膨張係数が１．０ｐｐｍ／℃以下であるカーボンファイバを用いる手法がある。

これらの実装基板においては、低熱膨張率材料が配線層の熱膨張を抑制できる構造であれば効果が大きい。しかしながら、ウェーハを試験する場合は加熱することが多く、８５〜１２５℃、場合によっては１５０〜２００℃での試験がある。

一般的には、プローバのウェーハチャックが加熱源となるため、プローブカードはウェーハからの輻射熱で加熱される。このような構成から、プローブカードは片面加熱によって基板の表裏温度差が生じ、反りを発生させる。この反りは基板表裏温度差が緩和するまで反り挙動が安定せず、試験時のプローブのコンタクトにも影響するため、すぐに試験開始できない。

このため、実装基板にヒータを取り付け、実装基板自体も加熱させて挙動を安定させることが行われている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。実装基板にヒータを取り付ける場合、最も望ましいのは実装基板の内部であり、中心付近のレイヤに内蔵させることが望ましい。実装基板のプローブ側や裏面側には充分なスペースを確保するには制約があるためである。

一般的に、ヒータといえば、ニクロム線やステンレス線を抵抗体として蛇行配線したもの、抵抗金属箔を印刷したもの、ならびに導電性カーボンを合成ゴムに練り込んだものなどが挙げられる。
特開平０５−１７５２８９号公報 特開平０６−１５１５３０号公報 特開２０００−２４１４５４号公報 特開２０００−３４６８７５号公報

しかし、これらのヒータは発熱の安定性を求めるため、単体ではなく、金属線と複合させて用いることが多く、ヒータの熱膨張率はほぼ金属の物性と同様なものになっている。このようなヒータを基板に内蔵した場合、基板全体の熱膨張率が大きい方向に振れるため、望ましい内蔵ヒータとはならない。

したがって、本発明は、熱膨張率を低減したままヒータを多層配線基板に内蔵することを目的とする。

本発明の一観点からは、カーボン材料からなるヒータと平板状の導電性を有する材料とを含むコア基材と、前記コア基材の表面に絶縁層と前記絶縁層に形成された導体層からなる多層配線構造を少なくとも有するとともに、前記コア基材に複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする多層配線基板が提供される。

また、本発明の別の観点からは、上記の多層配線基板の一方の面に探針と、前記探針を支持するカイド部材を設けたことを特徴とするプローブカードが提供される。

さらに、別の観点からは、貫通孔が形成された平板状の導電性を有する材料とヒータ層とを積層してコア基材を形成する工程と、前記コア基材の表面に絶縁層と前記絶縁層に形成された導体層からなる多層配線構造を形成する工程とを有することを特徴とする多層配線基板の製造方法が提供される。

開示の多層配線基板、プローブカード、及び、多層配線基板の製造方法によれば、多層配線基板温度をＳｉの温度に近接させることによって、Ｓｉと実装基板の温度差を無くし、Ｓｉから熱の影響を受けずに、多層配線基板自身の温度勾配や温度変化を低減できる。

また、それによって、多層配線基板の反り等を防ぐことができるため、コンタクトエラーを低減させることができる。また、複合させたヒータ層も低熱膨張率であることから、多層配線基板全体の熱膨張率を大きくすることなくヒータを内蔵させることができる。

ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態のプローブカードを説明する。
図１は本発明の実施の形態のプローブカードの概念的構成図であり、ヒータ２と低熱膨張率コア層３を積層させて導電性コア基材１を構成する。この場合、ヒータ２の両面を低熱膨張率コア層３で挟んでも良いし、或いは、低熱膨張率コア層３の両面をヒータ２で挟んでも良い。

この場合のヒータ２を構成するヒータ層は、カーボンナノチューブ、カーボン短繊維、或いは、カーボン長繊維の少なくとも一つを含むものであり、低熱膨張率のヒータ層を構成する。なお、カーボン長繊維とは、カーボン繊維が絡み合って一体になったものであり、カーボン単繊維とは、カーボン繊維が絡み合わずにバラバラな状態なっているものである。また、ヒータ層の両端にはヒータ電極７、特に、一方向性炭素繊維を用いたヒータ電極７を設けることが望ましい。

また、低熱膨張率コア層３は、カーボン繊維を平織りにした織布にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグ、即ち、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）、インバー、コバール、或いは、４２アロイの少なくとも１つを含むものであり、熱膨張率が６ｐｐｍ／℃以下の性質を持ち、いずれも導電性を有するので導電性コア層となる。したがって、ヒータ２と積層する場合には、ヒータ２との間に絶縁層、例えば、ガラス／エポキシプリプレグ等の絶縁性プリプレグを設ける必要がある。なお、低熱膨張率コア層３に用いられるエポキシ系樹脂組成物には、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラー、シリカフィラー等の無機フィラーが混合され熱膨張率が低減されている。

このヒータ２と低熱膨張率コア層３を積層させて導電性コア基材１の表面に、信号用、電源用、或いは、グラウンド用の配線パターン６を形成した樹脂絶縁層５からなる配線形成層４を所定の層数だけ積層することによって多層配線基板を構成する。また、多層配線基板にスルーホールを設けて導電性部材で埋め込むことによって、ヒータ電極７と電気的に接続するスルービア８を形成する。なお、ヒータ電極７として一方向性炭素繊維を用いた場合には、一方向性繊維層は、繊維方向には高い導電性を示すが、繊維と垂直方向では高導電性を示さない。

このようなスルービア８は、配線レイアウト等に応じて所定の数のスルーホールが形成されており、このスルーホールには導電性コア基材１と絶縁するためのクリアランスホールが形成され、それぞれのクリアランスホールには絶縁樹脂が充填されて埋込絶縁層９を形成している。この場合のクリアランスホールの直径は、例えば０．８ｍｍとし、クリアランスホールを貫通するスルーホールの直径を０．３ｍｍとする。

また、配線形成層４に形成された配線パターン６は、スルーホールの内壁面に形成されたスルービアにより電気的に接続されている。また、配線形成層４と導電性コア基材１との間は絶縁層１０、例えば、ガラス／エポキシプリプレグ等の絶縁性プリプレグにより絶縁されている。

この多層配線基板の一方の面に探針となるカンチレバー１１と、カンチレバー１１を支持するガイド１２を設ける。多層配線基板の他方の面には、コンデンサ等の受動素子、スティフナー、或いは、ポゴ基板に対する接続端子等の裏面部品１３を設けることによって、プローブカードの基本構成が得られる。

加熱されたＳｉウェーハ等の半導体ウェーハ１５の試験時において、プローブカードの基板部分の温度が、半導体の温度と同等になるように、スルービア８を介してヒータ２に通電することによって加熱する。この場合、導電性コア基材１を構成するヒータ２、ヒータ電極７、及び、低熱膨張率コア層３の全てが低熱膨張率であるのでＳｉ等の半導体の熱膨張率に近似させることができる。なお、図における符号１４は半導体ウェーハ１５を保持するステージである。

このように、本発明においては導電性コア基材の低熱膨張率化とともに、ヒータ層の低熱膨張率化を図ることにより、低熱膨張率化を実現しながら基板そのものを加熱できるため、より被試験半導体の熱膨張率に近似させながら、反り挙動も安定した多層配線基板を実現することができる。

以上を前提として、次に、図２乃至図４を参照して本発明の実施例１の多層配線基板の製造工程を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ヒータ材料として、エポキシ樹脂中にカーボンナノチューブを例えば１０ｖｏｌ％分散させた厚さが、例えば、０．１ｍｍのヒータ層２１とのその両端に設けた一方向性炭素繊維からなるヒータ電極２２とをガラス／エポキシプリプレグからなる絶縁性プリプレグ２３で挟んでヒータ２０を構成する。

次いで、図２（ｂ）に示すように、厚さが、例えば、０．２ｍｍのカーボンファイバ織布とエポキシ系樹脂組成物とを複合化してなる導電性プリプレグ３１を例えば３枚積層したのち、ドリル加工によりヒータ電極２２に対するスルービアのためのクリアランスホールを形成する。このクリアランスホールの直径は例えば、０．８ｍｍであり、この内部をエポキシ樹脂等で埋め込んで埋込絶縁層３２としてＣＦＲＰコア層３０を構成する。なお、導電性プリプレグ３１を構成するエポキシ系樹脂組成物には、例えば、組成物全体の１０ｗｔ％のシリカフィラーを混合した。

次いで、図２（ｃ）に示すように、一枚のヒータ２０の両側にＣＦＲＰコア層３０を積層するとともに、ＣＦＲＰコア層３０の両側に厚さが、例えば、０．１ｍｍのガラス／エポキシプリプレグからなる絶縁性プリプレグ４１を積層したのち圧着して、例えば、全体の厚さを約１．７ｍｍとする。

次いで、図２（ｄ）に示すように、ドリル加工により後工程で積層する多層配線構造を構成する信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線に対するスルービアのためのクリアランスホールを例えば、約５０００個形成する。このクリアランスホールの直径は例えば、１．０ｍｍであり、この内部をエポキシ樹脂等で埋め込んで埋込絶縁層４２として導電性コア基材４０が得られる。

次いで、図３（ｅ）に示すように、厚さが、例えば、１００μｍのガラスエポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層５１の両面に厚さが、例えば、３５μｍの銅箔を貼り付けた両面板を用い、ドライフィルムレジスト（図示は省略）でパターニング後、ウェットエッチングにより銅箔パターン５２を形成して配線形成層５０を形成する。なお、銅箔パターン５２はその積層位置に応じて信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線を構成する。

次いで、信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線を設けた配線形成層５０を、厚さが、例えば、０．１ｍｍのガラス／エポキシプリプレグからなる絶縁性プリプレグ５３を介して導電性コア基材４０の両面に必要とする層数分レイアップする。

次いで、図３（ｆ）に示すように、レイアップした積層物を金型にセットし、例えば、１８５℃に加熱した状態で真空プレスによって一体化積層を行った。

次いで、図４（ｇ）に示すように、一体化積層した基板に対してドリル加工により埋込絶縁層３２，４２に対する位置にスルーホール５４を形成する。この場合、埋込絶縁層３２に対するスルーホール５４の直径は０．３ｍｍとし、埋込絶縁層４２に対するスルーホール５４の直径は０．３ｍｍとする。

次いで、図４（ｈ）に示すように、デスミア処理、無電解銅めっき、電解銅めっきを順次行うことによってスルーホール５４を銅で埋め込む。次いで、ドライフィルムレジスト（図示は省略）でパターニングを行いエッチングする、所謂テンティング法によって、表面パターンを形成するともに、配線用スルービア５５及びヒータ用スルービア５６を形成する。最後に、ソルダーレジスト（図示は省略）を両面に形成することによって多層配線基板を完成させた。

以降は、図１の示したのと同様に、この多層配線基板の一方の面に探針となるカンチレバーと、カンチレバーを支持するガイドを設ける。また、多層配線基板の他方の面には、コンデンサ等の受動素子、スティフナー、或いは、ポゴ基板に対する接続端子等の裏面部品を設けることによって、プローブカードが完成することになる。

本発明の実施例１においては、導電性コア基材４０を構成する各種材料を低熱膨張率の材料を用いて構成しているので、この導電性コア基材４０は、温度範囲２０〜２００℃において、面方向の平均熱膨張率が２ｐｐｍ／℃で、Ｓｉの熱膨張係数（約３．５ｐｐｍ／℃）に近い値となる。なお、厚さ方向の平均熱膨張率が８０ｐｐｍ／℃であった。

次に、図５乃至図７を参照して本発明の実施例２の多層配線基板の製造工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、実施例１と同様に、ヒータ材料として、エポキシ樹脂中にカーボンナノチューブを例えば１０ｖｏｌ％分散させた厚さが、例えば、０．１ｍｍのヒータ層２１とのその両端に設けた一方向性炭素繊維からなるヒータ電極２２とをガラス／エポキシプリプレグからなる絶縁性プリプレグ２３で挟んでヒータ２０を構成する。

次いで、図５（ｂ）に示すように、厚さが、例えば、０．２ｍｍのカーボンファイバ織布とエポキシ系樹脂組成物とを複合化してなる導電性プリプレグ６１を積層したのち、ドリル加工によりヒータ電極２２に対するスルービアのためのクリアランスホールを形成する。このクリアランスホールの直径は例えば、０．８ｍｍであり、この内部をエポキシ樹脂等で埋め込んで埋込絶縁層６２としてＣＦＲＰコア層６０を構成する。なお、導電性プリプレグ６１を構成するエポキシ系樹脂組成物には、例えば、組成物全体の１０ｗｔ％のシリカフィラーを混合した。

次いで、図５（ｃ）に示すように、一枚のＣＦＲＰコア層６０の両側にヒータ２０を積層したのち圧着する。

次いで、図５（ｄ）に示すように、ドリル加工により後工程で積層する多層配線構造を構成する信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線に対するスルービアのためのクリアランスホールを例えば、約５０００個形成する。このクリアランスホールの直径は例えば、１．０ｍｍであり、この内部をエポキシ樹脂等で埋め込んで埋込絶縁層７１として導電性コア基材７０が得られる。

次いで、図６（ｅ）に示すように、厚さが、例えば、１００μｍのガラスエポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層５１の両面に厚さが、例えば、３５μｍの銅箔を貼り付けた両面板を用い、ドライフィルムレジスト（図示は省略）でパターニング後、ウェットエッチングにより銅箔パターン５２を形成して配線形成層５０を形成する。なお、銅箔パターン５２はその積層位置に応じて信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線を構成する。

次いで、信号配線、電源配線、或いは、グラウンド配線を設けた配線形成層５０を、厚さが、例えば、０．１ｍｍのガラス／エポキシプリプレグからなる絶縁性プリプレグ５３を介して導電性コア基材７０の両面に必要とする層数分レイアップする。

次いで、図６（ｆ）に示すように、レイアップした積層物を金型にセットし、例えば、１８５℃に加熱した状態で真空プレスによって一体化積層を行った。

次いで、図７（ｇ）に示すように、一体化積層した基板に対してドリル加工により埋込絶縁層６２，７２に対する位置にスルーホール５４を形成する。この場合、埋込絶縁層６２に対するスルーホール５４の直径は０．３ｍｍとし、埋込絶縁層７１に対するスルーホール５４の直径は０．３ｍｍとする。

次いで、図７（ｈ）に示すように、デスミア処理、無電解銅めっき、電解銅めっきを順次行うことによってスルーホール５４を銅で埋め込む。次いで、ドライフィルムレジスト（図示は省略）でパターニングを行いエッチングする、所謂テンティング法によって、表面パターンを形成するともに、配線用スルービア５５及びヒータ用スルービア５６を形成する。最後に、ソルダーレジスト（図示は省略）を両面に形成することによって多層配線基板を完成させた。

以降は、図１の示したのと同様に、この多層配線基板の一方の面に探針となるカンチレバーと、カンチレバーを支持するガイドを設ける。また、多層配線基板の他方の面には、コンデンサ等の受動素子、スティフナー、或いは、ポゴ基板に対する接続端子等の裏面部品を設けることによって、プローブカードが完成することになる。

本発明の実施例２においても、導電性コア基材７０を構成する各種材料を低熱膨張率の材料を用いて構成しているので、この導電性コア基材７０のをＳｉの熱膨張係数に近い値とすることができる。

また、本発明の実施例２においては、ＣＦＲＰコア層を中間にして２つのヒータを設けているので、大きな発熱量が必要な場合に有効になる。なお、図においては、上下のヒータに対して同じスルービアにより電力を供給しているが、ヒータ電極に予め互いに位置のずれた埋込絶縁層を設けたクリアランスホールを設けておき、２つのヒータに対して独立に電力を供給することができる。この場合、２つのヒータに対して独立に電力を供給することにより多層配線基板の反りを精度良く矯正することができる。

本発明の実施の形態のプローブカードの概念的構成図である。 本発明の実施例１の多層配線基板の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の多層配線基板の図２以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例１の多層配線基板の図３以降の製造工程の説明図である。 本発明の実施例２の多層配線基板の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例２の多層配線基板の図５以降の途中までの製造工程の説明図である。 本発明の実施例２の多層配線基板の図６以降の製造工程の説明図である。

符号の説明

１ 導電性コア基材
２ ヒータ
３ 低熱膨張率コア層
４ 配線形成層
５ 樹脂絶縁層
６ 配線パターン
７ ヒータ電極
８ スルービア
９ 埋込絶縁層
１０ 絶縁層
１１ カンチレバー
１２ ガイド
１３ 裏面部品
１４ ステージ
１５ 半導体ウェーハ
２０ ヒータ
２１ ヒータ層
２２ ヒータ電極
２３ 絶縁性プリプレグ
３０ ＣＦＲＰコア層
３１ 導電性プリプレグ
３２ 埋込絶縁層
４０ 導電性コア基材
４１ 絶縁性プリプレグ
４２ 埋込絶縁層
５０ 配線形成層
５１ 樹脂絶縁層
５２ 銅箔パターン
５３ 絶縁性プリプレグ
５４ スルーホール
５５ 配線用スルービア
５６ ヒータ用スルービア
６０ ＣＦＲＰコア層
６１ 導電性プリプレグ
６２ 埋込絶縁層
７０ 導電性コア基材
７１ 埋込絶縁層

Claims (7)

1. カーボン材料からなるヒータと平板状の導電性を有する材料とを含むコア基材と、
   前記コア基材の表面に絶縁層と前記絶縁層に形成された導体層からなる多層配線構造を少なくとも有するとともに、
   前記コア基材に複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする多層配線基板。
2. 前記コア基材が、前記ヒータの両面に前記平板状の導電性を有する材料を積層して構成されることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 前記コア基材が、前記平板状の導電性を有する材料の両面に前記ヒータを積層して構成されることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
4. 前記カーボン材料が、カーボンナノチューブ、カーボン短繊維、或いは、カーボン長繊維の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多層配線基板。
5. 前記ヒータの電極が一方向性炭素繊維からなり、前記一方向性炭素繊維が前記複数の貫通孔の一部と電気的に導通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多層配線基板。
6. カーボン材料からなるヒータと平板状の導電性を有する材料とを含むコア基材と、前記コア基材の表面に絶縁層と前記絶縁層に形成された導体層からなる多層配線構造を少なくとも有するとともに、前記コア基材に複数の貫通孔が設けられている多層配線基板の一方の面に、
   探針と、前記探針を支持するカイド部材を
   設けたことを特徴とするプローブカード。
7. 貫通孔が形成された平板状の導電性を有する材料とヒータ層とを積層してコア基材を形成する工程と、
   前記コア基材の表面に絶縁層と前記絶縁層に形成された導体層からなる多層配線構造を形成する工程と
   を有することを特徴とする多層配線基板の製造方法。

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