JP2014160050A - Substrate for probe card and probe card - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe card that suppresses a reduction in insulation resistance between a plurality of internal wirings even when surface polishing is performed.SOLUTION: A substrate 3 for a probe card includes a base substance 1 including a plurality of mullite particles, and a plurality of internal wirings 2 formed inside the base substance 1. A distance between the plurality of internal wirings 2 is 50 to 250 μm, and an average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.0 to 3.0 μm.

Description

本発明は、半導体ウェハの電気特性を測定するための微細な配線を備えたプローブカード用基板およびこれを用いたプローブカードに関するものである。   The present invention relates to a probe card substrate having fine wiring for measuring electrical characteristics of a semiconductor wafer and a probe card using the same.

上記半導体素子の不良品を検出するものとして、半導体ウェハの状態のまま同時に多数の半導体素子の電気特性を一括して検査することができるプローブカードが知られている(例えば、特許文献1を参照)。   As a device for detecting a defective product of the semiconductor element, a probe card capable of simultaneously inspecting electrical characteristics of a large number of semiconductor elements at the same time in a semiconductor wafer state is known (see, for example, Patent Document 1). ).

このプローブカードは、絶縁基体の主面および内部に微細な配線が形成されている配線基板と、この配線基板の表面に精度よく配置された複数のプローブピンと呼ばれる測定端子とを含んでおり、このプローブピンを多数の半導体素子の端子にあてて、電圧をかけたときの出力を測定して期待値と比較することで、多数の半導体素子の良否を一括して判定するものである。   This probe card includes a wiring board on which fine wiring is formed on the main surface and inside of an insulating base, and a plurality of measuring terminals called probe pins arranged on the surface of the wiring board with high precision. The probe pins are applied to the terminals of a large number of semiconductor elements, and the output when a voltage is applied is measured and compared with an expected value, whereby the quality of the large number of semiconductor elements is collectively determined.

このようなプローブカードにおいて、プローブカード用基板と半導体ウェハとの熱膨張係数の差を低減させるために、プローブカード用基板の絶縁基体としてムライト質焼結体を適用する試みが行われている(例えば、特許文献2を参照)。   In such a probe card, in order to reduce the difference in thermal expansion coefficient between the probe card substrate and the semiconductor wafer, an attempt has been made to apply a mullite sintered body as an insulating base of the probe card substrate ( For example, see Patent Document 2).

特開平11−160356号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-160356 特開2012−73162号公報JP 2012-73162 A

プローブカード用基板は、焼成直後においては、ムライト質焼結体から成る基体の内部における複数の内部配線間の絶縁抵抗が良好であるが、プローブカード用基板の表面に設けられるプローブピンの先端高さを揃えるために、プローブカード用基板の表面を研摩するとプローブカード用基板の複数の内部配線間の絶縁抵抗が低下することがある、将来、複数の内部配線間の距離が小さくなった場合には、絶縁抵抗に関する課題が顕著となる可能性がある。   Immediately after firing, the probe card substrate has good insulation resistance between a plurality of internal wires inside the base made of mullite sintered body, but the tip of the probe pin provided on the surface of the probe card substrate is high. If the surface of the probe card substrate is polished to align the thickness, the insulation resistance between the multiple internal wires of the probe card substrate may decrease. In the future, if the distance between the multiple internal wires is reduced There is a possibility that a problem related to insulation resistance becomes conspicuous.

本発明の一つの態様によるプローブカード用基板は、複数のムライト粒子を含む基体と、基体内に形成された複数の内部配線とを含んでいる。複数の内部配線の距離は、50〜250μmであり、複数のムライト粒子の平均粒径は、2.0〜3.0μmである。   A probe card substrate according to an aspect of the present invention includes a base including a plurality of mullite particles and a plurality of internal wirings formed in the base. The distance between the plurality of internal wirings is 50 to 250 μm, and the average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.0 to 3.0 μm.

本発明の他の態様によるプローブカードは、上記構成のプローブカード用基板と、プローブカード用基板に設けられたプローブ端子とを含んでいる。   A probe card according to another aspect of the present invention includes the probe card substrate configured as described above and a probe terminal provided on the probe card substrate.

本発明の一つの態様によるプローブカード用基板において、複数の内部配線の距離が50〜250μmであり、複数のムライト粒子の平均粒径が2.0〜3.0μmであることによって、複数の内部配線間の絶縁抵抗に関して向上されている。すなわち、本発明の一つの態様によるプローブカード用基板は、今後、複数の内部配線の高密度化が進んで、複数の内部配線間の距離が50〜250μmとなった場合にも、複数の内部配線間の絶縁抵
抗に関して十分な特性を確保することができる。
In the probe card substrate according to one aspect of the present invention, the distance between the plurality of internal wirings is 50 to 250 μm, and the average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.0 to 3.0 μm. The insulation resistance between wiring is improved. That is, the probe card substrate according to one aspect of the present invention has a plurality of internal wirings even when the density of the internal wirings is increased and the distance between the internal wirings is 50 to 250 μm. Sufficient characteristics can be ensured regarding the insulation resistance between the wirings.

本発明の他の態様によるプローブカードは、上記構成のプローブカード用基板と、プローブカード用基板に設けられたプローブ端子とを含んでいることによって、半導体ウエハの電気特性の検査精度を向上させることができる。   A probe card according to another aspect of the present invention includes a probe card substrate configured as described above and a probe terminal provided on the probe card substrate, thereby improving the inspection accuracy of the electrical characteristics of the semiconductor wafer. Can do.

(a)は本発明の実施形態におけるプローブカードを示す平面図であり、(b)は(a)に示されたプローブカードのA−A線における縦断面図である。(A) is a top view which shows the probe card in embodiment of this invention, (b) is a longitudinal cross-sectional view in the AA of the probe card shown by (a). 図1(b)に示されたプローブカードにおいて符号Bによって示された部分の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a portion indicated by a symbol B in the probe card shown in FIG. (a)は図2に示されたプローブカードの上面図であり、(b)は図2に示されたプローブカードにおいてC−C線によって示された位置の平面図であり、(c)は図2に示されたプローブカードの下面図である。(A) is a top view of the probe card shown in FIG. 2, (b) is a plan view of the position indicated by line CC in the probe card shown in FIG. 2, (c) FIG. 3 is a bottom view of the probe card shown in FIG. 2. プローブカード用基板の基体におけるクラックを説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the crack in the base | substrate of the board | substrate for probe cards. プローブカード用基板の基体におけるチタン酸マンガン粒子を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the manganese titanate particles in the base of the probe card substrate.

本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の実施形態におけるプローブカードは、プローブカード用基板3と、プローブカード用基板3上に設けられたプローブ端子5とを含んでいる。   The probe card in the embodiment of the present invention includes a probe card substrate 3 and probe terminals 5 provided on the probe card substrate 3.

図1〜図3に示されているように、プローブカード用基板3は、セラミック焼結体からなる基体1と、基体1の内部に設けられた内部配線2(内層パターン2aとビア導体2bとから成る)と、基体1の表面に形成された表面配線層4とを含んでいる。   As shown in FIGS. 1 to 3, the probe card substrate 3 includes a base 1 made of a ceramic sintered body, and internal wiring 2 (inner layer pattern 2a and via conductor 2b provided inside the base 1). And a surface wiring layer 4 formed on the surface of the substrate 1.

基体1は、複数のセラミック絶縁層1aから成るもので、それぞれのセラミック絶縁層1aは、ムライトを主成分とするセラミック焼結体により形成されている。以下、ムライトを主成分とするセラミック焼結体のことをムライト質焼結体ともいう。   The substrate 1 is composed of a plurality of ceramic insulating layers 1a, and each ceramic insulating layer 1a is formed of a ceramic sintered body containing mullite as a main component. Hereinafter, a ceramic sintered body containing mullite as a main component is also referred to as a mullite sintered body.

ここで、本実施形態のプローブカード用基板3では、基体1を構成するムライト質焼結体の主成分であるムライトは粒子状に存在している。   Here, in the probe card substrate 3 of the present embodiment, the mullite which is the main component of the mullite sintered body constituting the base 1 is present in the form of particles.

本実施形態においては、複数のムライト粒子の平均粒径は2.0〜3.0μmであることが望ましい。本実施形態のプローブカード用基板3は、このような構成であることによって、今後、複数の内部配線2の高密度化が進んで、複数の内部配線2の間の距離が50〜250μmとなった場合にも、1×10〜1×1011Ωという十分な絶縁抵抗を確保することができる。 In the present embodiment, the average particle size of the plurality of mullite particles is desirably 2.0 to 3.0 μm. Since the probe card substrate 3 of the present embodiment has such a configuration, the density of the plurality of internal wirings 2 will increase in the future, and the distance between the plurality of internal wirings 2 will be 50 to 250 μm. In this case, a sufficient insulation resistance of 1 × 10 9 to 1 × 10 11 Ω can be ensured.

図4に示されているように、プローブカード用基板3の表面を研摩する際に基体1にクラックは生じることがある。本実施形態のプローブカード用基板3においては、複数のムライト粒子の平均粒径が2.0μm以上であることによって、仮にクラックが入りかけたとしても、そのクラックの進行方向において、クラックの進行を妨げるようなムライト粒子の表面が現れる可能性が高く、複数の内部配線2の間の絶縁抵抗の低下にはつながりにくくなっている。なお、後述するように、表面配線層4の形成精度の観点から、複数のムライト粒子の平均粒径は、3.0μm以下であることが望ましい。   As shown in FIG. 4, when the surface of the probe card substrate 3 is polished, cracks may occur in the base 1. In the probe card substrate 3 of the present embodiment, since the average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.0 μm or more, even if a crack starts to enter, the crack progresses in the progress direction of the crack. There is a high possibility that the surface of the mullite particles that will interfere is likely to appear, and it is difficult to lead to a decrease in insulation resistance between the plurality of internal wirings 2. As will be described later, the average particle diameter of the plurality of mullite particles is preferably 3.0 μm or less from the viewpoint of the formation accuracy of the surface wiring layer 4.

なお、本実施形態のプローブカード用基板3においては、複数のムライト粒子の平均粒径は、2.4〜3.0μmであると、複数の内部配線2の間の絶縁抵抗をさらに向上させることができる。   In the probe card substrate 3 of the present embodiment, when the average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.4 to 3.0 μm, the insulation resistance between the plurality of internal wirings 2 is further improved. Can do.

なお、複数のムライト粒子の平均粒径は、インターセプト法によって測定される。具体的にはプローブカード用基板3からムライト質焼結体の部分(基体1の一部)を切り出し、研磨し、エッチングした後にSEM写真を倍率500倍で撮影することで断面の組織の写真を得て、さらにその写真上に10本の直線を描き、各ムライト粒子を横切る直線部分の長さの平均値を算出してこれを平均粒径とした。   The average particle size of the plurality of mullite particles is measured by the intercept method. Specifically, a portion of the mullite sintered body (a part of the substrate 1) is cut out from the probe card substrate 3 and polished, etched, and then photographed at a magnification of 500 times to obtain a photograph of the cross-sectional structure. Further, 10 straight lines were drawn on the photograph, and the average value of the lengths of the straight line portions crossing each mullite particle was calculated and used as the average particle diameter.

なお、絶縁基体1がムライト質焼結体であると、絶縁基体1の熱膨張係数(室温〜300℃)を3〜5×10−6/℃の範囲にできる。これにより、本実施形態のプローブカード用基板3は、熱負荷試験時において、プローブカード用基板3に設けられた測定端子とSiウェハの表面に形成された測定パッドとの位置ずれを低減でき、電気特性の検査に好適に使用できるものとなる。   When the insulating substrate 1 is a mullite sintered body, the thermal expansion coefficient (room temperature to 300 ° C.) of the insulating substrate 1 can be set in the range of 3 to 5 × 10 −6 / ° C. Thereby, the probe card substrate 3 of the present embodiment can reduce misalignment between the measurement terminal provided on the probe card substrate 3 and the measurement pad formed on the surface of the Si wafer during the thermal load test, It can be suitably used for inspection of electrical characteristics.

次に、上記のプローブカード用基板3の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of said probe card board | substrate 3 is demonstrated.

まず、基体1を形成するために、ムライト(3Al・2SiO)粉末として、純度が99%以上、平均粒径が0.5〜2.5μmのものを用いる。ムライト粉末の平均粒径を0.5μm以上とすることでシート成形性を良好なものとし、2.5μm以下とすることで1420℃以下の温度での焼成によっても緻密化を促進させることが可能となる。 First, in order to form the substrate 1, a mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ) powder having a purity of 99% or more and an average particle size of 0.5 to 2.5 μm is used. By making the average particle size of mullite powder 0.5 μm or more, sheet formability is improved, and by making it 2.5 μm or less, it is possible to promote densification by firing at a temperature of 1420 ° C. or less. It becomes.

次に、ムライト粉末100質量部に対して、Mn粉末を2.0〜4.0質量部、TiO粉末を4.0〜8.0質量部およびMoO粉末を0.4〜2.1質量部添加する。この場合、添加剤として用いるMn粉末は平均粒径が0.5〜3μm、TiO粉末は0.5〜2μm、MoO粉末は0.5〜2μmであるものを用いるのがよい。 Next, with respect to 100 parts by mass of mullite powder, 2.0 to 4.0 parts by mass of Mn 2 O 3 powder, 4.0 to 8.0 parts by mass of TiO 2 powder, and 0.4 to 0.4% of MoO 3 powder. Add 2.1 parts by weight. In this case, the Mn 2 O 3 powder used as an additive should have an average particle diameter of 0.5 to 3 μm, a TiO 2 powder of 0.5 to 2 μm, and a MoO 3 powder of 0.5 to 2 μm. .

なお、Mn粉末、TiO粉末、MoO粉末の純度はともに99質量%以上であるものがよい。これにより、シート成形性を良好なものとし、Mn、Ti、Moの拡散を向上させ、1380℃〜1420℃の温度での焼結性を高めることができる。 The purity of Mn 2 O 3 powder, TiO 2 powder, and MoO 3 powder is preferably 99% by mass or more. Thereby, sheet moldability can be improved, diffusion of Mn, Ti, and Mo can be improved, and sinterability at a temperature of 1380 ° C. to 1420 ° C. can be improved.

プローブカード用基板3を製造する場合、ムライト粉末に対して、Mn粉末およびTiO粉末とともにMoO粉末を添加すると、ガラス相の染み出しを抑えられるため、異物付着による外観不良が生じ難くなる。MoO粉末とTiO粉末とを所定の割合にしたときには、得られる基体1の配線近傍の白化を抑制でき、これにより基体1と配線との色のコントラストを高めることができ、その結果、配線を検査するときの数値ばらつきを小さくすることが可能になる。 When the probe card substrate 3 is manufactured, if the MoO 3 powder is added together with the Mn 2 O 3 powder and the TiO 2 powder to the mullite powder, the seepage of the glass phase can be suppressed, resulting in poor appearance due to foreign matter adhesion. It becomes difficult. When the MoO 3 powder and the TiO 2 powder are in a predetermined ratio, whitening in the vicinity of the wiring of the base body 1 obtained can be suppressed, thereby increasing the color contrast between the base body 1 and the wiring. It is possible to reduce the numerical variation when inspecting.

なお、Mn、Ti、Moは、上述した酸化物粉末以外に焼成によって酸化物を形成しうる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加しても良い。   Mn, Ti, and Mo may be added as carbonates, nitrates, acetates, and the like that can form oxides by firing in addition to the oxide powders described above.

さらに、ムライト質焼結体の緻密化と、基体1および内部配線2との同時焼結性を高めるという理由から、ムライト粉末100質量部に対して、Ca、Sr、BおよびCrの群から選ばれる1種以上の酸化物粉末(CaO粉末、SrO粉末、B粉末、Cr粉末)または焼成によって酸化物を形成しうる炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩からなる粉末を、本実施形態のプローブカード用基板3の熱膨張係数を大きく変化させず、また耐薬品性を著しく劣化させない程度の割合で添加してもよい。 Furthermore, for the reason that densification of the mullite-based sintered body and simultaneous sintering of the base body 1 and the internal wiring 2 are enhanced, it is selected from the group of Ca, Sr, B and Cr with respect to 100 parts by mass of mullite powder. One or more oxide powders (CaO powder, SrO powder, B 2 O 3 powder, Cr 2 O 3 powder) or a powder comprising carbonate, nitrate, acetate that can form oxides by firing The thermal expansion coefficient of the probe card substrate 3 in the form may not be greatly changed, and the chemical resistance may not be significantly deteriorated.

次に、この混合粉末に対して有機バインダ、溶媒を添加してボールミル等を用い十分に混合、分散させることでスラリーを作製した後、これをドクターブレード法、射出法などの成形方法によってグリーンシートを作製する。あるいは、混合粉末に有機バインダを添加し、プレス成形、圧延成形等の方法により所定の厚みのグリーンシートを作製する。なお、グリーンシートの厚みはたとえば50〜300μmとすることができるが、特に限定されない。   Next, an organic binder and a solvent are added to the mixed powder, and a slurry is prepared by thoroughly mixing and dispersing using a ball mill or the like. Then, the slurry is formed into a green sheet by a molding method such as a doctor blade method or an injection method. Is made. Alternatively, an organic binder is added to the mixed powder, and a green sheet having a predetermined thickness is produced by a method such as press molding or rolling. In addition, although the thickness of a green sheet can be 50-300 micrometers, for example, it is not specifically limited.

そして、適宜、このグリーンシートに対して、金型パンチング、マイクロドリル、レーザー等により直径50〜250μmの貫通孔を形成する。   Then, a through hole having a diameter of 50 to 250 μm is appropriately formed on the green sheet by die punching, micro drill, laser, or the like.

このようにして作製されたグリーンシートに対して、銅(Cu)粉末とタングステン(W)粉末とを所定の比率(Cuが40〜60体積%、Wが40〜60体積%)となるように混合して導体ペーストを調製し、この導体ペーストを各グリーンシートの貫通孔内に充填しビアホール導体2bとなる導体を形成し、またスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により印刷塗布して内層パターン2aとなるパターンを形成する。   Thus, with respect to the produced green sheet, copper (Cu) powder and tungsten (W) powder become a predetermined ratio (Cu is 40 to 60% by volume, W is 40 to 60% by volume). A conductor paste is prepared by mixing, and the conductor paste is filled into the through holes of each green sheet to form a conductor to be a via-hole conductor 2b, and is printed and applied by a method such as screen printing or gravure printing to form the inner layer pattern 2a. A pattern is formed.

なお、この導体ペースト中には、基体1との密着性を高めるために、上記の金属粉末以外にアルミナ粉末あるいは基体1と同一組成物の混合粉末を添加してもよく、さらにはTi等の活性金属あるいはそれらの酸化物を導体ペースト全体に対して0.05〜2体積%の割合で添加してもよい。   In this conductor paste, alumina powder or a mixed powder of the same composition as that of the substrate 1 may be added in addition to the above metal powder in order to improve the adhesion to the substrate 1, and further, such as Ti. You may add an active metal or those oxides in the ratio of 0.05-2 volume% with respect to the whole conductor paste.

なお、導体ペーストは、上記組成に限った組成である必要はなく、配線抵抗が小さくなる組成であれば構わない、また、配線抵抗や電気特性に影響の小さい部位については、部分的に組成を変えても構わない。例えば、ビアホール導体2bは一般的に内層パターン2aに比べて断面積が大きくなる傾向があるので、ビアホール導体2bや幅の広い内層パターン2aについては部分的にタングステン(W)、モリブデン(Mo)やその合金で形成しても構わない。   The conductor paste need not have a composition limited to the above composition, and may be any composition that reduces the wiring resistance. In addition, a part of the composition that has a small influence on the wiring resistance and electrical characteristics is partially composed. You can change it. For example, since the via hole conductor 2b generally tends to have a larger cross-sectional area than the inner layer pattern 2a, the via hole conductor 2b and the wider inner layer pattern 2a are partially made of tungsten (W), molybdenum (Mo), You may form with the alloy.

その後、導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを位置合わせして積層圧着した後、この積層体を非酸化性雰囲気(窒素雰囲気あるいは窒素と水素との混合雰囲気)中で焼成する。   Thereafter, the green sheet on which the conductor paste is printed is aligned and laminated and pressure-bonded, and then the laminate is fired in a non-oxidizing atmosphere (nitrogen atmosphere or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen).

ここで、この焼成中の最高温度を1380℃〜1420℃とするのがよい。焼成中の最高温度を1380℃〜1420℃とすると、この範囲の温度において保持時間を調整することにより、ムライト質焼結体を緻密化させることができるようになる。   Here, the maximum temperature during firing is preferably set to 1380 ° C. to 1420 ° C. When the maximum temperature during firing is 1380 ° C. to 1420 ° C., the mullite sintered body can be densified by adjusting the holding time at a temperature in this range.

また、本実施形態のプローブカード用基板3を構成する基体1であるムライト質焼結体では、少なくともMn、TiおよびMoを所定量含有させて焼成すると、ムライト粒子のネック成長が抑えられるためムライトの異常粒成長を抑制でき、ヤング率の高いムライト質焼結体を得ることができる。   Further, in the mullite sintered body that is the base body 1 constituting the probe card substrate 3 of the present embodiment, when a predetermined amount of at least Mn, Ti, and Mo is contained and fired, neck growth of mullite particles can be suppressed, so that mullite. Thus, a mullite sintered body having a high Young's modulus can be obtained.

図5に示されているように、Mn粉末およびTiO粉末とを配合したムライト質焼結体からなる基体1中には、チタン酸マンガン結晶相(MnTiO)が針状の粒子(以下チタン酸マンガン粒子6ともいう)として析出する。このチタン酸マンガン粒子6が基体1に対して質量比で1.1%以上含有されていると、基体1の耐薬品性が向上するので好ましい。 As shown in FIG. 5, in the substrate 1 made of a mullite sintered body containing Mn 2 O 3 powder and TiO 2 powder, manganese titanate crystal phase (MnTiO 3 ) is acicular particles. (Hereinafter also referred to as manganese titanate particles 6). It is preferable that the manganese titanate particles 6 are contained in a mass ratio of 1.1% or more with respect to the substrate 1 because the chemical resistance of the substrate 1 is improved.

このときの基体1の耐薬品性の指標としては、ムライト質焼結体の初期の質量および100℃の水酸化カリウム40質量%水溶液に5時間浸漬させた後のムライト質焼結体の質量を測定し、重量減少率(「ムライト質焼結体の初期質量」−「100℃の水酸化カリウ
ム40質量%水溶液に5時間浸漬させた後のムライト質焼結体の質量」)/「ムライト質焼結体の初期質量」×100[%]を算出し、質量変化率が0.12質量%以下の場合を合格とする指標とした。
As an index of chemical resistance of the substrate 1 at this time, the initial mass of the mullite sintered body and the mass of the mullite sintered body after being immersed in a 40% by weight aqueous solution of potassium hydroxide at 100 ° C. for 5 hours are used. Measured weight loss rate (“initial mass of mullite sintered body” − “mass of mullite sintered body after being immersed in an aqueous solution of 40 mass% potassium hydroxide at 100 ° C. for 5 hours”) / “mullite quality The initial mass of the sintered body ”× 100 [%] was calculated, and the case where the mass change rate was 0.12% by mass or less was used as an index for passing.

また、チタン酸マンガン粒子6のムライト質焼結体に対する質量比が1.5質量%を超えるようになると、チタン酸マンガン結晶は絶縁抵抗値が低いので、ムライトの平均粒径が上述したような2.4〜3.0μmであっても、内部配線2間の絶縁抵抗値が1×10〜1×1011Ωとなり絶縁抵抗が多少低下するようになる。よって、チタン酸マンガン粒子6のムライト質焼結体に対する質量比は1.5質量%以下であることが好ましい。 Further, when the mass ratio of the manganese titanate particles 6 to the mullite sintered body exceeds 1.5 mass%, the manganese titanate crystal has a low insulation resistance value, so that the average particle size of mullite is as described above. Even if the thickness is 2.4 to 3.0 μm, the insulation resistance value between the internal wirings 2 is 1 × 10 9 to 1 × 10 11 Ω, and the insulation resistance is somewhat reduced. Therefore, the mass ratio of the manganese titanate particles 6 to the mullite sintered body is preferably 1.5% by mass or less.

また、チタン酸マンガン粒子の最大粒径が15μm以下であると、内部配線2間の距離が50μm程度と小さい場合であっても、配線間の絶縁抵抗が低下する可能性を低減できるので好ましい。   Further, it is preferable that the maximum particle size of the manganese titanate particles is 15 μm or less because the possibility that the insulation resistance between the wirings is lowered can be reduced even when the distance between the internal wirings 2 is as small as about 50 μm.

すなわち、本実施形態のプローブカード用基板3においては、基体1には最大粒径が15μm以下の粒径を持つ複数のチタン酸マンガン粒子6をムライト質焼結体に対して1.1〜1.5質量%含んでいることによって、複数の内部配線2間の絶縁抵抗に関してより高い特性を確保することができ、内部配線2間の距離が50μm程度と小さい場合であっても、配線間の絶縁性をより安定的に向上させることができるようになる。   That is, in the probe card substrate 3 of the present embodiment, the base 1 is provided with a plurality of manganese titanate particles 6 having a maximum particle size of 15 μm or less, 1.1 to 1 with respect to the mullite sintered body. .5 mass% can ensure higher characteristics regarding the insulation resistance between the plurality of internal wirings 2, and even if the distance between the internal wirings 2 is as small as about 50 μm, Insulation can be improved more stably.

基体1中に含まれるチタン酸マンガン粒子6の最大径は、以下のようにして求めることができる。なおチタン酸マンガン粒子6は針状結晶であるため、チタン酸マンガン粒子6の長径をチタン酸マンガン粒子6の粒径とした。まず、分析用に研磨加工した試料の表面の300μm角の領域をX線マイクロアナライザー(EPMA)を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察し、チタン酸マンガン粒子6を確認する。300μm角の領域内で確認できたチタン酸マンガン粒子6の中で、最も大きい粒子の長径を測定し、チタン酸マンガン粒子6の最大径とした。   The maximum diameter of the manganese titanate particles 6 contained in the substrate 1 can be obtained as follows. Since the manganese titanate particles 6 are needle-like crystals, the major axis of the manganese titanate particles 6 is the particle size of the manganese titanate particles 6. First, an area of 300 μm square on the surface of the sample polished for analysis is observed using a scanning electron microscope provided with an X-ray microanalyzer (EPMA) to confirm the manganese titanate particles 6. Among the manganese titanate particles 6 confirmed in the 300 μm square region, the longest diameter of the largest particle was measured and set as the maximum diameter of the manganese titanate particles 6.

なお、チタン酸マンガンの結晶相がムライト質焼結体中に含まれる質量比率については、基体1を粉砕し、X線回折による定量分析を行なって、ムライト質焼結体に対する質量比を算出することによって求めることができる。   In addition, about the mass ratio in which the crystalline phase of manganese titanate is contained in a mullite sintered body, the base | substrate 1 is grind | pulverized and the quantitative analysis by X-ray diffraction is performed, and the mass ratio with respect to a mullite sintered body is calculated. Can be determined by

また、本実施形態のプローブカード用基板3を作製する場合、ムライト質焼結体を緻密化するという1000℃から焼成最高温度までの昇温速度は50℃/hr〜150℃/hr、特に、75℃/hr〜100℃/hrにすることが望ましく、焼成最高温度から1000℃までの降温速度は、50℃/hr〜300℃/hr、特に、50℃/hr〜100℃/hrにすることが望ましい。   Further, when producing the probe card substrate 3 of the present embodiment, the rate of temperature increase from 1000 ° C. to densify the mullite sintered body to the highest firing temperature is 50 ° C./hr to 150 ° C./hr, It is desirable that the temperature is 75 ° C./hr to 100 ° C./hr, and the rate of temperature decrease from the highest firing temperature to 1000 ° C. is 50 ° C./hr to 300 ° C./hr, in particular 50 ° C./hr to 100 ° C./hr. It is desirable.

またさらに、焼成時の雰囲気は、内部配線2中のCuの拡散を抑制するという理由から、水素および窒素を含み、その露点が+30℃以下、特に+25℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。焼成時の露点が+30℃以下であると、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成しこの酸化膜と銅とが反応してしまう可能性が低減されており、導体の低抵抗化が図られる。なお、この雰囲気には所望によりアルゴンガス等の不活性ガスを混入してもよい。   Furthermore, the firing atmosphere is a non-oxidizing atmosphere containing hydrogen and nitrogen and having a dew point of + 30 ° C. or lower, particularly + 25 ° C. or lower, for the purpose of suppressing diffusion of Cu in the internal wiring 2. desirable. If the dew point during firing is + 30 ° C or less, the oxide ceramics react with moisture in the atmosphere during firing to form an oxide film, which reduces the possibility of this oxide film reacting with copper. The resistance of the conductor can be reduced. Note that an inert gas such as argon gas may be mixed in this atmosphere as desired.

次に、焼結した配線基板の表面を研磨し、スパッタ法を用いて、配線基板の表面の全面にチタンやクロム等の接合金属層および銅等の主導体層を順に形成し、導電性薄膜層とする。必要に応じてバリア層等を形成しても良い。次に、フォトリソグラフィーにより導電性薄膜層をパターン加工して薄膜配線を形成した。次に、この薄膜配線の表面にニッケルおよび金の電解めっき膜を順に形成して、配線基板の表面に表面配線層4を形成すること
で、プローブカード用基板3とした。
Next, the surface of the sintered wiring board is polished, and a sputter method is used to sequentially form a bonding metal layer such as titanium and chromium and a main conductor layer such as copper on the entire surface of the wiring board, and then a conductive thin film Layer. You may form a barrier layer etc. as needed. Next, the conductive thin film layer was patterned by photolithography to form a thin film wiring. Next, an electrolytic plating film of nickel and gold was formed in order on the surface of the thin film wiring, and the surface wiring layer 4 was formed on the surface of the wiring board, whereby the probe card substrate 3 was obtained.

以上述べた方法により作製されたプローブカード用基板3は、CuおよびWを主成分として含み、配線抵抗の低い内部配線2を有し、熱膨張係数が検査対象であるSiウェハの熱膨張係数に近いものとなる。   The probe card substrate 3 manufactured by the method described above includes Cu and W as main components, has an internal wiring 2 with low wiring resistance, and has a thermal expansion coefficient equal to that of the Si wafer to be inspected. It will be close.

次に、このプローブカード用基板3の表面に形成した表面配線層4の表面にSi製のプローブ端子5を接合してプローブカードを作製する。   Next, a Si probe terminal 5 is joined to the surface of the surface wiring layer 4 formed on the surface of the probe card substrate 3 to produce a probe card.

純度が99%で平均粒子径が2.1μmのムライト粉末100質量部に対して、純度が99%で平均粒径が1.5μmのMn2O3粉末を2質量%、純度が99%で平均粒径が1.0μmのTiO粉末を4質量%、純度が99%で平均粒子径が1.0μmのMoO粉末を0.5質量%の割合で混合した後、さらに成形用有機樹脂(有機バインダー)としてアクリル系バインダと、有機溶媒としてトルエンとを混合してセラミックスラリーを作製した後、ドクターブレード法にて厚さ200μmのシート状に成形し、セラミックグリーンシートを作製した。 For 100 parts by mass of mullite powder with a purity of 99% and an average particle size of 2.1 μm, 2% by mass of Mn 2 O 3 powder with a purity of 99% and an average particle size of 1.5 μm and an average particle size of 99% purity Is mixed with 4% by mass of 1.0 μm of TiO 2 powder and 99% of purity and MoO 3 powder with an average particle diameter of 1.0 μm at a ratio of 0.5% by mass, and further molded organic resin (organic binder). ) Was mixed with an acrylic binder and toluene as an organic solvent to prepare a ceramic slurry, which was then formed into a 200 μm thick sheet by a doctor blade method to prepare a ceramic green sheet.

作製したグリーンシートに対して、Cu粉末とW粉末とをCuが45体積%、Wが55体積%となるように調製した導体ペーストを各グリーンシートの表面に印刷等により形成することで内層パターン2aを形成するとともに貫通孔内に導体ペーストを充填してビアホール導体2bが形成されたセラミックグリーンシート構造体を作製した。   An inner layer pattern is formed by printing on the surface of each green sheet a conductor paste prepared with Cu powder and W powder so that Cu is 45% by volume and W is 55% by volume on the produced green sheet. A ceramic green sheet structure in which a via hole conductor 2b was formed by forming 2a and filling a through-hole with a conductive paste was produced.

このとき、内層パターンの一部に、絶縁抵抗測定用として、焼き上げ後に幅が100μm、長さが100mmの直線パターンとなり、各パターン距離が表1〜表5の各寸法となる評価パターンを51本(パターンの距離が50ケ所測定できるように)計5層に形成し
た。この内層パターン2aをビアホール導体2bに接続するようにし、さらに、内層パターン2aの端部にはビアホール導体2bとの接続用としてランドパターンを形成した。
At this time, a part of the inner layer pattern is a linear pattern having a width of 100 μm and a length of 100 mm after baking for measuring the insulation resistance, and 51 evaluation patterns having each pattern distance of each dimension in Tables 1 to 5 are provided. A total of five layers were formed (so that the pattern distance could be measured at 50 locations). The inner layer pattern 2a was connected to the via hole conductor 2b, and a land pattern was formed at the end of the inner layer pattern 2a for connection to the via hole conductor 2b.

こうして作製した各セラミックグリーンシート構造体を位置合わせして30層積層圧着して積層体を作製した。   Each ceramic green sheet structure produced in this way was aligned and 30 layers were laminated and pressed to produce a laminate.

得られた積層体を室温から600度の温度において、露点を+25℃とした窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き焼成を行った。焼成温度は1380℃付近として露点を+25℃とした窒素水素混合雰囲気で焼成を行った後冷却して、ムライト質焼結体を得た。基板サイズは340mm×340mm、厚みが5mmであった。   The obtained laminate was degreased at room temperature to 600 ° C. in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of + 25 ° C., and then fired. The firing temperature was around 1380 ° C., and firing was performed in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a dew point of + 25 ° C., followed by cooling to obtain a mullite sintered body. The substrate size was 340 mm × 340 mm and the thickness was 5 mm.

スラリー調整条件、焼成温度、温度プロファイル、キープ時間等の条件を調整することで、ムライト粒子の径の調整を行った。それによって一つの基板中にパターン距離5水準を含んだ、ムライト粒子の平均粒径が1.4μm〜3.6μmまで12水準のサンプルを作製した。   The diameter of the mullite particles was adjusted by adjusting conditions such as slurry adjustment conditions, firing temperature, temperature profile, and keep time. As a result, samples of 12 levels were prepared with an average particle size of mullite particles ranging from 1.4 μm to 3.6 μm, including 5 levels of pattern distance in one substrate.

次に、作製した配線基板の表面を研磨し、スパッタ法を用いて、配線基板の表面の全面に厚みが約2μmのチタンおよび銅の導電性薄膜を順に形成した。   Next, the surface of the produced wiring board was polished, and a conductive thin film of titanium and copper having a thickness of about 2 μm was sequentially formed on the entire surface of the wiring board using a sputtering method.

次に、フォトリソグラフィーによりチタンおよび銅の導電性薄膜をパターン加工して薄膜配線を形成した。評価用表面配線パターンとして、幅が50μm、長さが100mmの直線パターンを形成した。   Next, a thin film wiring was formed by patterning a conductive thin film of titanium and copper by photolithography. As a surface wiring pattern for evaluation, a linear pattern having a width of 50 μm and a length of 100 mm was formed.

金属顕微鏡を用い薄膜形成性の評価を行った。評価用表面配線パターンに幅方向に5μ
m以上のパターン欠けが発生した場合はパターン形成性が不十分と判断して「不良」とし、幅方向のパターン欠け寸法が5μm未満の場合は十分なパターン形成性があると判断して「良好」とした。ムライト粒子の平均粒径が3.2μm以上では、薄膜パターンの形成性が不十分となったが、これはムライト粒子の平均粒径が大きくなると研摩時にムライト粒子の脱粒が発生し易くなることで、パターン欠けが発生し易くなっていると思われる。
Thin film formation was evaluated using a metallographic microscope. 5μ in the width direction on the surface wiring pattern for evaluation
If a pattern chipping of m or more occurs, it is determined that the pattern forming property is insufficient, and “bad” is determined, and if the pattern chipping dimension in the width direction is less than 5 μm, it is determined that there is sufficient pattern forming property and “good” " When the average particle size of the mullite particles is 3.2 μm or more, the formability of the thin film pattern becomes insufficient. It seems that pattern defects are likely to occur.

次に、この薄膜配線の表面にニッケルおよび金の電解めっき膜を順に形成して、配線基板の表面に表面配線層4を形成することで、プローブカード用基板3とした。   Next, an electrolytic plating film of nickel and gold was formed in order on the surface of the thin film wiring, and the surface wiring layer 4 was formed on the surface of the wiring board, whereby the probe card substrate 3 was obtained.

Figure 2014160050
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各ムライト粒子の平均粒径の水準毎に内部配線2の距離毎の絶縁抵抗値を測定した。テスト端子間に100Vの電圧を印加して流れた電流を測定することで、絶縁抵抗を測定した。   The insulation resistance value for each distance of the internal wiring 2 was measured for each level of the average particle diameter of each mullite particle. The insulation resistance was measured by measuring the current that flowed by applying a voltage of 100 V between the test terminals.

50ケ所の測定値全ての内部配線2間の絶縁抵抗範囲が1×10〜1×1011Ωの場合に高密度回路基板として使用可能と判断し「可」、内部配線2間の絶縁抵抗範囲が1×10〜1×1012Ωの場合に高密度回路基板として十分な特性を持つと判断して「良好」とし、絶縁抵抗に1×10Ωより小さい値が含まれた場合は使用出来ないと判断し「不良」とした。 When the insulation resistance range between the internal wirings 2 of all 50 measured values is 1 × 10 9 to 1 × 10 11 Ω, it is judged that it can be used as a high-density circuit board, and the insulation resistance between the internal wirings 2 When the range is 1 × 10 9 to 1 × 10 12 Ω, it is judged as having a sufficient characteristic as a high-density circuit board, and “good”, and the insulation resistance includes a value smaller than 1 × 10 9 Ω Was judged as “bad” because it was judged unusable.

薄膜パターン形成性と内部配線2間絶縁抵抗が共に可もしくは良好な物をプローブカード用基板3として使用可能と判断し、可もしくは良好と判断した。   It was judged that the thin film pattern formability and the insulation resistance between the internal wirings 2 were both good or good as the probe card substrate 3, and it was judged good or good.

以上から、内部配線2の距離を50〜250μmの高密度に形成しても絶縁抵抗が1×10〜1×1011Ωとなるので、ムライトの平均粒径は2.0〜3.0μmであることが望ましい。 From the above, since the insulation resistance is 1 × 10 9 to 1 × 10 11 Ω even if the distance between the internal wirings 2 is formed as high as 50 to 250 μm, the average particle size of mullite is 2.0 to 3.0 μm. It is desirable that

また、内部配線2の距離を50〜250μmの高密度に形成しても絶縁抵抗が1×10〜1×1012Ωとなるので、ムライトの平均粒径は2.4〜3.0μmであることがより望ましい。 Even if the distance between the internal wirings 2 is 50 to 250 μm, the insulation resistance is 1 × 10 9 to 1 × 10 12 Ω. Therefore, the average particle size of mullite is 2.4 to 3.0 μm. More desirable.

内層パターン間距離を50μmだけとした評価パターンとした以外は、実施例1と同様にして積層体を作成した。   A laminate was prepared in the same manner as in Example 1 except that the evaluation pattern was set such that the distance between the inner layer patterns was only 50 μm.

そして、スラリー調整条件、焼成温度、温度プロファイル、キープ時間等の条件を調整することで、表6〜表8にあるようにムライト粒子の径が2.0μm〜3.0μmで、その各々のムライト粒子径に対してチタン酸マンガン粒子6の最大粒径が5μm〜35μmとなるように調整を行った以外は、実施例1と同様にして表6〜表8に示す各サンプルを
作成した。それによってパターン間距離が50μmで、2.0μm、2.4μm、3.0μmのムライト粒子の平均粒径を持つ各々の基板に対して、チタン酸マンガン粒子6の最大粒径が5μm〜35μmとなる各々7水準のサンプル、計21種類のサンプルを作製した。
And by adjusting conditions such as slurry adjustment conditions, firing temperature, temperature profile, keep time, etc., as shown in Table 6 to Table 8, the diameter of mullite particles is 2.0 μm to 3.0 μm. Samples shown in Tables 6 to 8 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the maximum particle size of the manganese titanate particles 6 was adjusted to 5 μm to 35 μm with respect to the particle size. Accordingly, the maximum particle size of the manganese titanate particles 6 is 5 μm to 35 μm with respect to each substrate having an average particle size of mullite particles of 2.0 μm, 2.4 μm, and 3.0 μm with a distance between patterns of 50 μm. A total of 21 types of samples were prepared.

薄膜形成性の評価を実施例1と同様に評価した。全てのサンプルにおいて、パターン欠けは発生しておらず、良好な形成性があることが分かった。実施例1と同様にして配線基板の表面に表面配線層4を形成することで、プローブカード用基板3とした。   Evaluation of thin film formation was evaluated in the same manner as in Example 1. In all the samples, no pattern chipping occurred and it was found that there was good formability. In the same manner as in Example 1, the surface wiring layer 4 was formed on the surface of the wiring substrate, whereby the probe card substrate 3 was obtained.

Figure 2014160050
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研磨加工した各サンプルの表面の300μm角の領域をX線マイクロアナライザー(EPMA)を付設した走査型電子顕微鏡を用いて観察し、チタン酸マンガン粒子6を確認することで、サンプルのチタン酸マンガン粒子6の最大径を確認した。   A 300 μm square region on the surface of each polished sample is observed using a scanning electron microscope equipped with an X-ray microanalyzer (EPMA), and the manganese titanate particles 6 are confirmed to confirm the sample manganese titanate particles. A maximum diameter of 6 was confirmed.

チタン酸マンガンの結晶相のムライト質焼結体中に対する質量比率(含有率)については、基体1から約1gを切り出して粉砕し、X線回折による定量分析を行なって、ムライト質焼結体に対するチタン酸マンガンの結晶相の質量比を算出することによって求めた。なお、切り出す場合には、ムライト質焼結体に対するチタン酸マンガン結晶相の質量比がより正確に測定できるように、内部配線2や表面配線層4が含まれていない部分を切り出すようにするのが良い。   About the mass ratio (content rate) of the crystalline phase of manganese titanate in the mullite sintered body, about 1 g is cut out from the substrate 1 and pulverized, and quantitative analysis by X-ray diffraction is performed. It calculated | required by calculating the mass ratio of the crystal phase of manganese titanate. In the case of cutting out, a portion not including the internal wiring 2 or the surface wiring layer 4 is cut out so that the mass ratio of the manganese titanate crystal phase to the mullite sintered body can be measured more accurately. Is good.

実施例1と同様にして内部配線2間の絶縁抵抗値を測定した。絶縁抵抗値の範囲が1×10〜1×1011Ωの場合に高密度回路基板として使用可能と判断し「可」、内部配線2間の絶縁抵抗範囲が1×1010〜1×1011Ωの場合に高密度回路基板として十
分な特性を持つと判断して「良好」とした。内部配線2間の絶縁抵抗範囲が1×1010〜1×1012Ωの場合には高密度回路基板として優れた絶縁特性を持つと判断して「優良」とした。
In the same manner as in Example 1, the insulation resistance value between the internal wirings 2 was measured. When the range of the insulation resistance value is 1 × 10 9 to 1 × 10 11 Ω, it is determined that it can be used as a high-density circuit board, and the insulation resistance range between the internal wirings 2 is 1 × 10 10 to 1 × 10. In the case of 11 Ω, it was judged as “good” because it was judged to have sufficient characteristics as a high-density circuit board. When the insulation resistance range between the internal wirings 2 is 1 × 10 10 to 1 × 10 12 Ω, it is judged as “excellent” because it is judged to have excellent insulation characteristics as a high-density circuit board.

実施例2においては、薄膜パターン形成性は全てのサンプルで良好であった。内部配線2間の絶縁抵抗が「可」であるものをプローブカード用基板3として使用可能と判断し、総合判断において「可」とした。同様に、内部配線2間絶縁抵抗が「良好」もしくは「優良」であるものをプローブカード用基板3としてより優れていると判断し、総合判断において「良好」もしくは「優良」とした。   In Example 2, the thin film pattern formability was good in all samples. Those having an insulation resistance between the internal wirings 2 of “Yes” were judged to be usable as the probe card substrate 3, and “Yes” was determined in the overall judgment. Similarly, it was determined that the insulation resistance between the internal wirings 2 was “good” or “excellent” as the probe card substrate 3 and was determined as “good” or “excellent” in the overall determination.

表6〜表8の結果から、複数のチタン酸マンガン粒子6の最大粒径が15μm以下の場合には、内部配線間の絶縁抵抗は、チタン酸マンガン粒子6の最大粒径が20μm以上の場合に比べて、より安定的に向上していることがわかった。このときチタン酸マンガン粒子6の含有率は1.1〜1.5質量%であった。   From the results of Tables 6 to 8, when the maximum particle size of the plurality of manganese titanate particles 6 is 15 μm or less, the insulation resistance between the internal wirings is the case where the maximum particle size of the manganese titanate particles 6 is 20 μm or more. It was found that the improvement was more stable than At this time, the content rate of the manganese titanate particle 6 was 1.1-1.5 mass%.

なお、内部配線2の距離が50μmより広い場合には、内部配線2間の絶縁抵抗はより絶縁性が高くなることは明らかである。このことから、ムライトの平均粒径が2.0〜3.0μmである場合に、内部配線2の距離を50〜250μmの高密度に形成しても絶縁抵抗が1×1010Ω以上となる。 In addition, when the distance of the internal wiring 2 is wider than 50 μm, it is clear that the insulation resistance between the internal wirings 2 becomes higher. From this, when the average particle diameter of mullite is 2.0 to 3.0 μm, the insulation resistance becomes 1 × 10 10 Ω or more even if the distance between the internal wirings 2 is formed at a high density of 50 to 250 μm. .

1・・・・・基体
1a・・・・セラミック絶縁層
2・・・・・内部配線
2a・・・・内層パターン
2b・・・・ビアホール導体
3・・・・・プローブカード用基板
4・・・・・表面配線層
5・・・・・プローブ端子
6・・・・・チタン酸マンガン粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base 1a ... Ceramic insulating layer 2 ... Internal wiring 2a ... Inner layer pattern 2b ... Via hole conductor 3 ... Probe card substrate 4 ... ... Surface wiring layer 5 ... Probe terminal 6 ... Manganese titanate particles

Claims (4)

複数のムライト粒子を含む基体と、
該基体内に形成された複数の内部配線とを備えており、
前記複数の内部配線の距離が50〜250μmであり、前記複数のムライト粒子の平均粒径が2.0〜3.0μmであることを特徴とするプローブカード用基板。
A substrate comprising a plurality of mullite particles;
A plurality of internal wirings formed in the substrate,
A probe card substrate, wherein a distance between the plurality of internal wirings is 50 to 250 μm, and an average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.0 to 3.0 μm.
前記複数のムライト粒子の平均粒径が2.4〜3.0μmであることを特徴とする請求項1に記載のプローブカード用基板。   2. The probe card substrate according to claim 1, wherein an average particle diameter of the plurality of mullite particles is 2.4 to 3.0 μm. 前記基体には最大粒径が15μm以下の粒径を持つ複数のチタン酸マンガン粒子を含んでいることを特徴とする請求項1もしくは請求項2に記載のプローブカード用基板。   3. The probe card substrate according to claim 1, wherein the base includes a plurality of manganese titanate particles having a maximum particle size of 15 μm or less. 請求項1に記載のプローブカード用基板と、
該プローブカード用基板に設けられたプローブ端子とを備えていることを特徴とするプローブカード。
A probe card substrate according to claim 1;
A probe card comprising: a probe terminal provided on the probe card substrate.
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