JP2014049588A - 薄膜多層基板、プローブカード用基板および薄膜多層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばプローブに用いられる場合に、熱および力が加わった際にも断線する可能性を低減させること。
【解決手段】薄膜多層基板は、セラミック基板１と、セラミック基板１の上面に設けられた配線導体５と、セラミック基板１の上面に積層された複数の樹脂絶縁層２と、複数の樹脂絶縁層２のうち少なくとのセラミック基板１に近い下部に設けられた複数の樹脂絶縁層２を厚み方向に連続して貫通しており、配線導体５に電気的に接続されており、一体的に形成された貫通導体４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、セラミック基板上に薄膜配線導体と樹脂絶縁層とが積層されてなる薄膜配線基板等に関するものである。

従来、半導体素子を上面の端子に接続し、この端子と電気的に接続された下面の接続パッドを外部電気回路に電気的に接続するための配線基板（スペーストランスフォーマー基板）として、セラミック基板上に複数の薄膜配線導体と複数の樹脂絶縁層とが順次積層されてなる薄膜配線基板が知られている。薄膜配線基板は、例えば、半導体素子の電気的な検査を行なう、いわゆるプローブカード用の基板として用いられている。

セラミック基板は、例えば酸化アルミニウム質焼結体等からなる。セラミック基板には、薄膜配線導体と電気的に接続された配線導体が設けられている。配線導体を介して、薄膜配線導体がセラミック基板の下面、つまり薄膜配線基板の下面等に電気的に導出されている。

また、複数の樹脂絶縁層のそれぞれには、その単一の樹脂絶縁層を厚み方向に貫通するビア導体が設けられている。そして、複数の樹脂絶縁層に設けられた複数のビア導体によって、複数の樹脂絶縁層における厚み方向の電気的経路が実現されている。

特開平10−65340号公報

例えば半導体集積回路素子の電気的特性の測定であるプローブに用いられる場合に、熱が加わった際に、セラミック基板と樹脂絶縁層との熱膨張係数の差によって生じる応力が原因となり複数の樹脂絶縁層の層間において複数のビアの接合部が切れてしまう可能性があった。

本発明の一つの態様による薄膜多層基板は、セラミック基板と、該セラミック基板の上面に設けられた配線導体と、前記セラミック基板の前記上面に積層された複数の樹脂絶縁層と、該複数の樹脂絶縁層のうち少なくとの前記セラミック基板に近い下部に設けられた複数の樹脂絶縁層を厚み方向に連続して貫通しており、前記配線導体に電気的に接続されており、一体的に形成された貫通導体とを備えている。

本発明の一つの態様による薄膜多層基板は、複数の樹脂絶縁層のうち少なくとのセラミック基板に近い下部に設けられた複数の樹脂絶縁層を厚み方向に連続して貫通しており、配線導体に電気的に接続されており、一体的に形成された貫通導体を備えていることによって、例えばプローブに用いられる場合に、熱が加わった際に、セラミック基板と樹脂絶縁層との熱膨張係数の差によって生じる応力が原因となり複数の樹脂絶縁層の層間において電気的経路が切断されてしまう可能性が低減されている。

本発明の実施形態におけるプローブカード用基板の縦断面図を示している。 図１に示されたプローブカード用基板の要部を示す縦断面図である。 薄膜多層基板の製造方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態におけるプローブカード用基板について図面を参照して説明する。

プローブカード用基板は、薄膜配線基板と、薄膜配線基板上に設けられたプローブ６とを含んでいる。

薄膜配線基板は、セラミック基板１の上面に樹脂絶縁層２および薄膜配線導体３が順次積層された構造を有している。複数の樹脂絶縁層２を厚み方向に貫通する貫通導体４が設けられている。貫通導体４を介して、樹脂絶縁層２の上下の薄膜配線導体３同士が互いに電気的に接続されている。

セラミック基板１は、薄膜配線基板全体の剛性を確保する機能を有している。セラミック基板１上に薄膜配線導体３が形成されていることによって、半導体素子（図示せず）の電極（図示せず）に対応し得る微細な配線が、剛性の高いセラミック基板１上に設けられてなる、プローブカード等に使用可能な薄膜配線基板が形成される。薄膜配線基板は、プローブカードとして用いられる場合、半導体素子に対する電気的な接続を確実なものとするために、半導体素子に対して所定の圧力で押し付けられる。薄膜配線基板がプローブカードとして用いられる場合には、薄膜配線導体３の露出した部分に、半導体素子の電極等との接続用のプローブ６が接続される。

セラミック基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミック焼結体，ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラスまたは雲母やチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体からなる、金属材料とほぼ同等の精密な機械加工が可能なセラミック材料（いわゆるマシナブルセラミックス）等のセラミック材料により形成されている。

セラミック基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。すなわち、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤を添加混合して作製したスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等のシート成形技術でシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製して、その後、セラミックグリーンシートを切断加工または打ち抜き加工によって適当な形状および寸法とするとともに、これを約1300〜1500℃の温度で焼成することによって製作することができる。

この実施形態の薄膜配線基板において、セラミック基板１の上面から下面にかけて、厚膜法により形成された配線導体５が設けられている。配線導体５は、薄膜配線導体３と電気的に接続されている。配線導体５を介して、薄膜配線導体３がセラミック基板１の下面等に電気的に導出されている。配線導体５は、セラミック基板１を厚み方向に貫通する貫通導体を含んでいる。

配線導体５は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金または白金等の金属材料によって形成されている。なお、これらの金属材料は、複数のものが合金等の形態で併用されていても構わない。これらの金属材料は、メタライズ法またはめっき法等の方法で、セラミック基板１の所定部位に被着されている。

配線導体５は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンのペーストをセラミック基板１となるセラミックグリーンシートの表面またはあらかじめ形成しておいた貫通孔の内部等に塗布または充填し、セラミックグリーンシートと同時焼成することによって被着させることができる。

樹脂絶縁層２は薄膜配線導体３を形成するための基材として機能している。また、樹脂絶縁層２は、薄膜配線導体３同士の電気的な絶縁性を確保するための絶縁材として機能している。

樹脂絶縁層２は、例えば長方形状または正方形状等の四角形状、若しくは円形状等で、厚みが約25μｍ程度の層状に形成されている。樹脂絶縁層２は、例えば、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，ポリアミドイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂または液晶ポリマー等の樹脂材料により形成されている。

樹脂絶縁層２は、例えば上記樹脂材料の未硬化物を層状に成形して硬化させることによって作製することができる。

薄膜配線導体３は、例えば、銅，銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルトまたはチタン等の金属材料若しくはこれらの金属材料の合金材料からなる薄膜配線導体３が樹脂絶縁層２の表面に被着されて形成されている。

薄膜配線導体３は、上記の金属材料をスパッタリング法または蒸着法，めっき法等の方法で樹脂絶縁層２の主面に被着させ、必要に応じてマスキングまたはエッチング等のトリミング加工を施すことによって、所定のパターンで樹脂絶縁層２の表面に形成することができる。

樹脂絶縁層２の上下の薄膜配線導体３は、樹脂絶縁層２に形成された貫通導体４等を介して互いに電気的に接続されている。

樹脂絶縁層２の貫通導体４は、例えば樹脂絶縁層２の一部にＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザ等によるレーザ加工，ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）または溶剤によるエッチング等の孔あけ加工で厚み方向に貫通する貫通孔（符号なし）を形成し、この貫通孔内に貫通導体４となる導体材料を、スパッタリング法や蒸着法，めっき法，導体ペーストの充填等の方法で充填することによって形成することができる。樹脂絶縁層２の貫通導体４は、例えば、銅や銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，スズ、ビスマス、インジウム、クロム，ニッケル，コバルト，チタン，タングステン等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料からなる。樹脂絶縁層２の貫通導体４は、例えば上記の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダと混練して作製した金属ペーストを樹脂絶縁層２の貫通孔内に充填し、その後加熱して有機成分を除去することによって形成することができる。この場合、めっき法やスパッタリング法等の金属膜形成技術を併用してもよい。

また、１０〜１００μｍの厚みの金属箔のエッチングやめっきにより貫通導体４をあらかじめ形成した後、熱可塑性樹脂からなる樹脂絶縁層２と積層して、加熱プレスすることにより、樹脂絶縁層２を貫通した貫通導体４を形成するように作製してもよい。

最上層の樹脂絶縁層２に形成された薄膜配線導体３が、例えば半導体素子の電極とプローブ６を介して電気的に接続される。

本実施形態の薄膜多層基板において、貫通導体は、複数の樹脂絶縁層を厚み方向に連続して貫通しており、配線導体と接続パッドとを電気的に接続しており、一体的に形成され
ている。本実施形態の薄膜多層基板は、このような構成を有していることによって、例えばプローブに用いられる場合に、熱および力が加わった際にも、貫通導体が途中で断線する可能性が低減されている。

また、貫通導体は、下部において上部よりも横断面の面積が大きい。セラミック基板１と樹脂絶縁層２との熱膨張係数の差によるせん断応力は下方ほど大きくなる。その大きいせん断応力を横断面の面積がより広い下部において受けることによって、貫通導体４と配線導体５との接合部が切れてしまう可能性を低減できる。

また、貫通導体は、平面視で円形状であり、上端から下端に向かって漸次径が大きくなっている。そのため、貫通導体の体積を最小限にすることができ、貫通導体と樹脂絶縁層間の熱応力を小さくし、接続信頼性をさらに向上させることができる。

また、貫通導体は、一体構造であることから、電気抵抗を小さくすることができる。したがって、薄膜配線導体３と樹脂絶縁層２との境界における剥がれ等の機械的な破壊を抑制することが可能な薄膜配線基板を提供することができる。

図３を参照して製法の一つの例について説明する。

薄膜多層基板の製造方法は、次の工程を有している。
（ａ）セラミック基板１の上面に配線導体５を設ける工程
（ｂ）セラミック基板１の前記上面に、下端の少なくとも一部が配線導体５と接続するように柱状の金属部材（貫通導体４）を設ける工程
（ｃ）複数の樹脂絶縁層２を積層して樹脂絶縁層２の積層体を作製する工程
（ｄ）柱状の金属部材（貫通導体４）が積層体を厚み方向に貫通するように積層体をセラミック基板１の上面に積層する工程
工程（ｃ）において、柱状の金属部材（貫通導体４）は、１０〜１００μｍの厚みの金属箔のエッチングやめっきにより貫通導体４をあらかじめ形成した後、熱可塑性樹脂からなる樹脂絶縁層２と積層して、加熱プレスすることにより、樹脂絶縁層２を貫通した貫通導体４を形成するように作製される。

酸化アルミニウム質焼結体からなるセラミック基板の上面に、樹脂絶縁層と薄膜配線導体とを順次積層して作製した薄膜配線基板用いて効果を確認した。

セラミック基板には、上面からの下面にかけて、貫通導体を含む配線導体を設けた。セラミック基板の配線導体は、タングステンの金属ペーストをセラミック基板用のセラミックグリーンシートと同時焼成するメタライズ法で形成した。

樹脂絶縁層は、熱可塑性樹脂を用いて、約25μｍの厚みで設けた。

薄膜配線導体はＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）によって所望の配線形状をした溝を形成し、スパッタリング法およびめっき法により溝に充填された導体材料を平坦化することによって設けた。

貫通導体は、75μｍの厚みの銅箔をエッチングし、貫通導体４をあらかじめ形成した後、熱可塑性樹脂からなる樹脂絶縁層２と積層して、加熱プレスすることにより、樹脂絶縁層２を貫通した貫通導体４を形成した。貫通導体は、平面視において直径が約50μｍの円形状（円柱状）とした。

なお、薄膜配線導体は２層、樹脂絶縁層３層とした。薄膜配線導体のうち最下層の樹脂絶縁層に設けたものは、セラミック基板の配線導体と貫通導体４を介して接続した。

実施例の薄膜配線基板において、また、前記貫通導体は、下部において上部よりも横断面の面積が大きく、上端から下端に向かって漸次径を大きくした。

また、比較例として、上記貫通導体を有していない薄膜配線導体を含む薄膜配線基板を作成した。比較例の薄膜配線基板は、貫通導体を有していない点以外は実施例の薄膜配線基板と同様であった。

これらの実施例および比較例の薄膜配線基板について、デジタルマルチメータによりデイジーチェンの接続抵抗値を測定した。試験方法は、まず初期の抵抗値を測定し、次に、配線基板をヒーターブロック上で、約235℃の温度で複数回（４回）繰り返して加熱し、
その後再度抵抗値を測定する。更に、−55℃〜125℃の条件下における温度サイクル試験
（ＴＣＴ）を1000サイクル実施した後の抵抗値を測定し、初期の抵抗値に対する接続抵抗値の変化を比較した。抵抗値は、薄膜配線導体と、この薄膜配線導体と電気的に接続したセラミック基板の下面の配線導体との間の導通抵抗として測定した。

その結果、実施例の薄膜配線基板では薄膜配線層とセラミック基板の配線導体および接続パッドとの断線や抵抗値増大がみられず、薄膜配線導体と樹脂絶縁層との間における剥がれ等の機械的な破壊が抑制されていることが確認された。これに対して、比較例の薄膜配線基板では、温度サイクル試験後において導通抵抗値の増大や、薄膜配線導体と樹脂絶縁層との間の剥がれに起因した薄膜配線基板表面の膨れが確認された。

以上により、本発明の実施例の薄膜配線基板における、薄膜配線導体と樹脂絶縁層との間の剥がれ等の機械的な破壊を抑制する効果を確認することができた。

１・・・セラミック基板
２・・・樹脂絶縁層
３・・・薄膜配線導体
４・・・貫通導体
５・・・配線導体
６・・・プローブ

Claims (5)

1. セラミック基板と、
   該セラミック基板の上面に設けられた配線導体と、
   前記セラミック基板の前記上面に積層された複数の樹脂絶縁層と、
   該複数の樹脂絶縁層のうち少なくとの前記セラミック基板に近い下部に設けられた複数の樹脂絶縁層を厚み方向に連続して貫通しており、前記配線導体に電気的に接続されており、一体的に形成された貫通導体とを備えていることを特徴とする薄膜多層基板。
2. 前記貫通導体は、下部において上部よりも横断面の面積が大きいことを特徴とする請求項１記載の薄膜多層基板。
3. 前記貫通導体は、平面視において円形状であり、上端から下端に向かって漸次径が大きくなっていることを特徴とする請求項２記載の薄膜多層基板。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の薄膜多層基板と、
   該薄膜多層基板上に設けられたプローブとを備えることを特徴とするプローブカード用基板。
5. セラミック基板の上面に配線導体を設ける工程と、
   前記セラミック基板の前記上面に、下端の少なくとも一部が前記配線導体と接続するように柱状の金属部材を設ける工程と、
   複数の樹脂絶縁層を積層して樹脂絶縁層の積層体を作製する工程と、
   前記柱状の金属部材が前記積層体を厚み方向に貫通するように前記積層体を前記セラミック基板の前記上面に積層する工程とを備えていることを特徴とする薄膜多層基板の製造方法。

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