JP2011228727A

JP2011228727A - 配線基板、並びにその配線基板を備えた電子装置およびプローブカード

Info

Publication number: JP2011228727A
Application number: JP2011130343A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tega; 仁手賀; Tadashi Miyawaki; 匡史宮脇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】絶縁基板の主面に設けられた表面導体と絶縁基板の内部に設けられたビア導体との接続部分においてそれらの熱膨張差による応力が上記主面に平行な方向に発生した場合に、表面導体とビア導体との間の断線を防止することができる配線基板を提供する。
【解決手段】配線基板は、絶縁基板（５）の主面に表面導体（４）が設けられるとともに、表面導体（４）が絶縁基板（５）内に形成されたビア導体（３）に電気的に接続されて成る。この配線基板において、表面導体（４）は、ビア導体（３）の先端部を導入する孔部を有し、ビア導体（３）は、先端部の外周面が孔部の内周面に接するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品が搭載される配線基板およびプローブカードに用いられる配線基板、並びにそのような配線基板を備えた電子装置およびプローブカードに関する。

近年、電子機器の小型化・高密度化に伴い、電子機器に使用される半導体素子のみならず、その半導体素子が搭載されるパッケージや回路基板に対しても高集積化の要求がなされている。これにより、近年の回路基板は、微細なパターン加工が可能であること、平坦性に優れていること、および高周波領域でも機能すること等の特性が求められている。

微細なパターン加工が可能であり、平坦性および高周波特性に優れた基板として、表裏面を研磨し薄膜加工を施したセラミックスの多層配線基板がある。図３は、従来の多層配線基板の構成例を示す断面図である。図３に示されるように、従来の多層配線基板は、セラミックスから成る絶縁層１０１と金属から成る内部配線層１０２とが交互に積層された積層構造を有し、上下に位置する内部配線層１０２同士がそれらの間の絶縁層１０１に形成されたビア導体１０３を介して電気的に接続されている。また、絶縁層１０１が積層されて成る絶縁基板１０５は、その表裏面、すなわち対向する２つの主面が研磨加工されており、それらの各主面に金属薄膜から成る表層の導体層（以下、「表面導体」という。）１０４が設けられている。

図３に示された配線基板では、絶縁層１０１として、硬度に優れたセラミックスを用いることから、研磨加工により絶縁基板１０５の平坦性を増大させることができる。また、表面導体１０４として、微細加工に適した薄膜を用いることから、高周波特性に優れた配線基板を実現することができる。

なお、セラミックスは焼成の際にビア導体が収縮するという特性を持つため、そのビア導体の製法には工夫が施されている。例えば、従来のセラミック配線基板には、絶縁層の各単板に形成された貫通孔に金属をそれぞれ充填メッキすることによりビア導体が形成されるものがあった（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−１９１０９１号公報

しかし、従来の多層配線基板は、表面導体１０４とビア導体１０３とが、ビア導体１０３の端面を介して接続されていることから、層方向における接続強度が弱く、その端面付近で表面導体１０４またはビア導体１０３に層方向の力が加わると、表面導体１０４とビア導体１０３との間が断線しやすいという課題があった。実際に、多層配線基板に電子部品を実装する場合等に加熱を行うと、表面導体１０４とビア導体１０３との熱膨張差による応力が層方向に発生することから、表面導体１０４とビア導体１０３との間が断線しやすいという課題が生じていた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁基板の主面に設けられた表面導体と絶縁基板の内部に設けられたビア導体との接続部分においてそれ
らの熱膨張差による応力が上記主面に平行な方向に発生した場合に、表面導体とビア導体との間の断線を防止することができる配線基板を提供することにある。

本発明の一つの態様によれば、配線基板は、絶縁基板の主面に表面導体が設けられるとともに、該表面導体が前記絶縁基板内に形成されたビア導体に電気的に接続されて成る配線基板において、前記表面導体は、前記ビア導体の先端部を導入する孔部を有し、前記ビア導体は、前記先端部の外周面が前記孔部の内周面に接するように形成されている。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、配線基板と、該配線基板の前記表面導体に電気的に接続された電子部品とを備えている。

本発明の他の態様によれば、配線基板と、該配線基板の前記表面導体に電気的に接続されたプローブピンとを備えている。

本発明の一つの態様によれば、配線基板は、絶縁基板の主面に表面導体が設けられるとともに、該表面導体が前記絶縁基板内に形成されたビア導体に電気的に接続されて成る配線基板において、前記表面導体は、前記ビア導体の先端部を導入する孔部を有し、前記ビア導体は、前記先端部の外周面が前記孔部の内周面に接するように形成されていることによって、表面導体とビア導体との接続強度が増大されている。

本発明の他の態様によれば、電子装置は、配線基板と、該配線基板の前記表面導体に電気的に接続された電子部品とを備えていることによって、表面導体とビア導体との接続強度が増大されている。

本発明の他の態様によれば、プローブカードは、配線基板と、該配線基板の前記表面導体に電気的に接続されたプローブピンとを備えていることによって、表面導体とビア導体との接続強度が増大されている。

本発明の実施の形態による配線基板の構成例を示す断面図である。本発明の実施の形態による配線基板の他の構成例を示す断面図である。従来の配線基板の構成例を示す断面図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態による配線基板の構成例を示した断面図である。図１に示されるように、本実施の形態による配線基板は、絶縁層１、内部配線層２、ビア導体３、および表面導体４を備えている。図１の配線基板は、絶縁層１と内部配線層２とが交互に積層された多層配線基板であり、各絶縁層１にはビア導体３がそれぞれ形成されている。また、各絶縁層１は積層されて絶縁基板５を構成している。

表面導体４は、絶縁基板５の表裏面、すなわち対向する２つの主面に全体が埋め込まれるようにしてそれぞれ設けられている。具体的に、表面導体４は、絶縁基板５の最上層および最下層の各絶縁層１に全体が埋め込まれるようにしてそれぞれ設けられている。なお、複数の内部配線層２および複数のビア導体３は、接続されて内部導体をなす。この内部導体により、絶縁基板５の各主面にそれぞれ設けられた表面導体４は電気的に接続されている。

図１に示されるように、本実施の形態による多層配線基板では、最上層の絶縁層１内のビア導体３の先端部が、その絶縁層１に埋め込まれた表面導体４を貫通している。また、最下層の絶縁層１内に設けられたビア導体３の先端部は、その絶縁層１に埋め込まれた表面導体４を貫通している。

絶縁基板５は、熱膨張率がウエハーを形成するシリコン（Ｓｉ）に近く、絶縁性に優れる絶縁材料である酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスから成る。

上述したように内部導体が形成された絶縁基板５は、以下の方法により製作される。例えば、配線基板５が酸化アルミニウム質焼結体で形成される場合には、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウム，および酸化カルシウムの原材料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレード法等によってセラミックグリーンシートに成形し、絶縁基板５となる複数のセラミックグリーンシートに裁断する。絶縁基板５にビア導体３が必要な場合には、しかる後、セラミックグリーンシートのビア導体３が形成される所定位置に適当な打ち抜き加工により孔を形成する。

次に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）合金等の融点の高い金属粉末や適当な樹脂バインダー等から成る導体ペーストを準備し、スクリーン印刷法等によって所定のセラミックグリーンシートの所定位置に内部配線層２となる導体ペースト層を10〜15μｍの厚みに形成するとともにビア導体３が形成される孔に導体ペーストを充填する。最後に、これらセラミックグリーンシートを重ね合わせ、高温で焼成し、所定の形状に分割することによって製作される。

絶縁基板５の主面に設けられる表面導体４の導電体パターンを絶縁基板５の最表層の絶縁層１に埋め込むためには、例えば以下の製法を行なう。まず、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法やブラスト加工等を用いて所望の導電体パターンの形状のセラミックスを除去する。絶縁基板５がガラスセラミックスであり、ビア導体３が銅である場合、ビア導体３の銅よりも絶縁層１のガラスセラミックスの方がＲＩＥエッチングの加工レートが早く、銅を柱状に残したままセラミックスの除去が可能である。

ここで、ビア導体３と絶縁層１におけるＲＩＥエッチングの加工レートがほぼ同じ場合でも、ビア導体３よりも少し小さめにレジストを加工し、ブラスト加工等でセラミックスおよびビア導体３の側面を除去することによって、同様な形状に加工することは可能である。

次に、一部が除去された絶縁基板５の主面の全面に、蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成法によって、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ合金層やチタン（Ｔｉ）−Ｃｕ合金層等をそれぞれ成膜し、さらにその上にめっき等で全面に銅や金等の導体を形成する。そして、その導体が形成された絶縁基板５の主面を、表層のセラミックスが露出するまで研磨することにより、最終的に主面に埋め込まれた表面導体４が得られる。なお、表面導体４は、内部配線層２を構成する導体と同一の導体であってよい。また、得られた表面導体４に対しては、表面導体４の腐食等を防止するために、および半導体素子や有機基板等との実装性を向上するためにＮｉ−Ａｕのめっきを施すのが望ましい。

本実施の形態による配線基板によれば、最上層および最下層の各絶縁層１に表面導体４が埋め込まれるようにしてそれぞれ設けられるとともに、その最上層および最下層の各絶縁層１内の導体ビア３が、埋め込まれた表面導体４を貫通するようにそれぞれ形成されて
いることから、層方向における表面導体４とビア導体３との接続強度が大きくなり、上記層方向に表面導体４とビア導体３との熱膨張差による応力が発生しても、表面導体４とビア導体３との接続を維持することができる。よって、表面導体４とビア導体３との間の断線を防止することができる。

なお、表面導体４のヤング率は、ビア導体３のヤング率よりも小さいことが好ましい。これを実現する方法として、例えば、ビア導体３を、タングステンから成る導体ペーストを焼成することにより形成し、表面導体４を、銅を用いてめっき、スパッタ、および蒸着等により形成する方法がある。このように表面導体４のヤング率がビア導体３のヤング率よりも小さい場合は、ビア導体３の軸方向の熱膨張に対して表面導体４が適度に弾性変形するため、ビア導体３と表面導体４との接続を良好に維持できる。

ここで、ビア導体３および表面導体４のヤング率は、例えばナノインデンテーション法により測定することができる。ナノインデンテーション法とは、測定試料に対して例えばダイヤモンド製の圧子をある荷重まで押し込んだ後、その圧子を取り除くまでの荷重と変位との関係から、硬さやヤング率を求める方法である。このナノインデンテーション法を用いて表面導体４のヤング率を測定する場合は、表面導体４に圧子をそのまま押し込めばよい。一方、ビア導体３のヤング率を測定する場合は、絶縁基板５をその主面に垂直な方向に切断する等してビア導体３を露出させ、その露出したビア導体３に圧子を押し込めばよい。これは、内部配線層２のヤング率を測定する際にも適用可能である。

なお、ビア導体３は、図１に示されるように表面導体４を貫通している必要はなく、表面導体４に埋設された状態であってもよい。図２は、そのような場合の配線基板の構成例を示した断面図である。図２に示された配線基板では、ビア導体３の先端部は、絶縁基板５の主面の下部に位置され、表面導体４に埋設されている。

図２に示された配線基板でも、従来の配線基板と比較して、層方向における表面導体４とビア導体３との接続強度が大きくなることから、上記層方向に表面導体４とビア導体３との熱膨張差による応力が発生しても、表面導体４とビア導体３との接続を維持することができる。よって、表面導体４とビア導体３との間の断線を防止することができる。

なお、図２に示されるようにビア導体３の先端部を表面導体４に埋設させるようにすれば、ビア導体３は、ビア導体３の端面およびビア導体３の先端部の外周面を介して表面導体４に接続されることから、ビア導体３の先端部を表面導体４に貫通させた場合よりも、ビア導体３と表面導体４との接続面積は大きくなり、層方向における表面導体４とビア導体３との接続強度が大きくなる。これにより、表面導体４とビア導体３との間の断線をより効果的に防止することができる。

また、図２に示されるようにビア導体３の先端部を表面導体４に埋設させるようにすれば、絶縁基板５の主面にビア導体３が露出することはないことから、表面導体４に比べてめっきとの密着性が低いビア導体３によって主面に施しためっきが剥がれるといったことがなく、主面に対するめっきの密着性が向上する。

なお、本実施の形態では、表面導体４は、絶縁基板５の各主面に全体が埋め込まれるようにしてそれぞれ設けられていたが、各主面に一部が埋め込まれるようにしてそれぞれ設けられていてもよい。さらに、表面導体４は、絶縁基板５の主面に埋め込まれず、主面上に設けられていてもよい。すなわち、表面導体４が絶縁基板５に埋め込まれているか否かに関わらず、表面導体４がビア導体３の先端部を導入する孔部を有し、ビア導体３が、そのビア導体３の先端部の外周面が上記孔部の内周面に接するように形成されていれば、上記主面に平行な方向におけるビア導体３と表面導体４と接続強度が大きくなることから、
表面導体４とビア導体３との間の断線を防止することができる。ただし、表面導体４が上記各主面にその全体が埋め込まれるようにしてそれぞれ設けられ、ビア導体３が各表面導体４を貫通するようにまたは各表面導体４に埋設されるようにそれぞれ形成されると、より平坦性に優れた配線基板を実現することができる。

なお、これまでは、絶縁基板５の最表層の絶縁層１に設けられた表面導体４と、その絶縁層１に設けられたビア導体３との接続について説明したが、配線基板５の内部に設けられた内部配線層２とビア導体３との接続についても同様のことがいえる。すなわち、内部配線層２がビア導体３の先端部を導入する孔部を有し、ビア導体３の先端部の外周面が上記孔部の内周面に接している場合には、層方向におけるビア導体３と内部配線層２との接続強度が大きくなり、上記層方向にビア導体３と内部配線層２との熱膨張差による応力が発生しても、ビア導体３と内部配線層２との接続は維持される。よって、内部配線層２とビア導体３との間の断線を防止することができる。さらに、内部配線層２を構成する導体のヤング率が、ビア導体３のヤング率よりも小さい場合には、ビア導体３の軸方向の熱膨張に対して内部配線層２が適度に弾性変形するため、ビア導体３と内部配線層２との接続を良好に維持できる。

また、これまでの説明では、多層配線基板を例に挙げたが、単層の配線基板であっても同様のことがいえる。すなわち、単層の絶縁基板の主面に表面導体を設けるとともに、ビア導体を、絶縁基板内で表面導体を貫通するように又は表面導体に埋設されるように形成することにより、上記主面に平行な方向におけるビア導体と表面導体との接続強度が大きくなる。よって、上記層方向にビア導体と表面導体との熱膨張差による応力が発生しても、ビア導体と表面導体との接続は維持されることから、表面導体４とビア導体３との間の断線を防止することができる。

なお、本発明による配線基板の表面導体４に電子部品を電気的に接続することにより電子装置を構成することができる。このような電子装置は、配線基板の主面に平行な方向に表面導体と内部導体との熱膨張差による応力が発生してもそれらの間が断線しないことから、長期にわたって安定して電子部品を作動させることができる。なお、ここでいう電子部品とは、ＩＣチップ等の半導体素子および水晶振動子等の圧電振動子を含む。

また、本発明による配線基板の表面導体４にプローブピンを電気的に接続することによりプローブカードを構成することができる。このようなプローブカードは、配線基板の主面に平行な方向に表面導体と内部導体との熱膨張差による応力が発生してもそれらの間が断線しないことから、測定対象となる電子部品の電気的特性を長期にわたって安定して測定ことができる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例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あれば種々の変更は可能である。

１：絶縁層
２：内部配線層
３：ビア導体
４：表層の導体層（表面導体）
５：絶縁基板

Claims

絶縁基板の主面に表面導体が設けられるとともに、該表面導体が前記絶縁基板内に形成されたビア導体に電気的に接続されて成る配線基板において、前記表面導体は、前記ビア導体の先端部を導入する孔部を有し、前記ビア導体は、前記先端部の外周面が前記孔部の内周面に接するように形成されていることを特徴とする配線基板。
請求項１に記載された配線基板と、該配線基板の前記表面導体に電気的に接続された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。
請求項１に記載された配線基板と、該配線基板の前記表面導体に電気的に接続されたプローブピンとを備えていることを特徴とするプローブカード。