JP2014232853A - 多層配線基板およびプローブカード用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミック基板上に、ビア導体等を有する複数の樹脂絶縁層が積層されてなる多層配線基板等において、樹脂絶縁層の層間の剥がれを抑制すること。【解決手段】 セラミック基板10と、セラミック基板10上に積層された複数の樹脂絶縁層１と、複数の樹脂絶縁層１の層間に設けられた薄膜導体層２と、複数の樹脂絶縁層１を厚み方向に貫通しているビア導体３とを備えており、複数の樹脂絶縁層１の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層１のうち一方の樹脂絶縁層１が表面部に凹部１ａを有しており、凹部１ａ内に他方の樹脂絶縁層１の一部が入り込んでいる多層配線基板。凹部１ａによって樹脂絶縁層１間の接合面積が大きくなって接合の強度が向上し、層間の剥がれが抑制される。【選択図】 図２

Description

本発明は、セラミック基板上に複数の樹脂絶縁層と薄膜導体層とが設けられた多層配線基板、および多層配線基板が用いられてなるプローブカード用基板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樹脂絶縁層および薄膜導体層からなる薄膜配線部が設けられてなる多層配線基板が用いられている。多層配線基板は、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。

多層配線基板において、銅のめっき層等からなる薄膜導体層が複数の樹脂絶縁層の層間に設けられている。また、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。ビア導体の端部が薄膜導体層に接続している。ビア導体を介して、上下の薄膜導体層同士が互いに電気的に接続されている。

セラミック基板は、例えばその上面から下面にかけて配線導体が設けられている。配線導体のうちセラミック基板の上面に位置する部分に薄膜導体層が電気的に接続される。この配線導体を介して、薄膜導体層がセラミック基板の下面に電気的に導出され、外部の電気回路と電気的に接続される。

特開2007−173429号公報

上記多層配線基板においては、樹脂絶縁層とセラミック基板との熱膨張係数の差に起因した樹脂絶縁層の剥がれ等を抑制するために、従来よりも熱膨張率が小さい樹脂材料からなる樹脂絶縁層が用いられるようになってきている。

しかしながら、この場合、樹脂絶縁層の熱膨張率がビア導体の熱膨張率よりも小さくなるため、例えばプローブカードとしての作動時に加わる熱により、樹脂絶縁層よりもビア導体の方が大きく膨張しようとする。この膨張の差によって、複数の樹脂絶縁層の層間に樹脂絶縁層を上方向に剥がすような応力が生じ、層間に剥がれが生じやすくなるという問題点があった。なお、薄膜配線部の下側にはセラミック基板が存在してビア導体の伸びが遮られるため、ビア導体が伸びる方向は上方向が主になる。そのため、上方向の応力が生じる。

本発明の一つの態様の多層配線基板は、セラミック基板と、該セラミック基板上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層間に設けられた薄膜導体層と、前記複数の樹脂絶縁層を厚み方向に貫通しているビア導体とを備えている。前記複数の樹脂絶縁層の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層のうち一方の前記樹脂絶縁層が表面部に凹部を有しており、該凹部内に他方の前記樹脂絶縁層の一部が入り込んでいる。

本発明の一つの態様のプローブカード用基板は、上記構成の多層配線基板と、最上層の
前記樹脂絶縁層の上面に設けられた薄膜導体層からなる端子と、該端子に接続されたプローブとを備える。

本発明の一つの態様の多層配線基板によれば、複数の樹脂絶縁層の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層のうち一方の樹脂絶縁層が表面部に凹部を有しており、その凹部内に他方の樹脂絶縁層の表面部の一部が入り込んでいることから、上下の樹脂絶縁層間の接合面積が大きくなる。そのため、上下の樹脂絶縁層間の接合強度が大きくなり、層間の剥がれが抑制される。

本発明の実施形態の多層配線基板およびプローブカード用基板を示す断面図である。 図１に示す多層配線基板およびプローブカード用基板の要部を拡大して示す断面図である。 図１に示す多層配線基板およびプローブカード用基板の変形例における要部を示す断面図である。 図１に示す多層配線基板およびプローブカード用基板の他の変形例における要部を示す断面図である。 図１に示す多層配線基板およびプローブカード用基板の他の変形例における要部を示す断面図である。

本発明の実施形態の多層配線基板およびプローブカード用基板について、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の多層配線基板およびプローブカード用基板を示す断面図であり、図２は、図１における要部を拡大して示す断面図である。

多層配線基板は、セラミック基板10と、セラミック基板１上に積層された複数の樹脂絶縁層１と、複数の樹脂絶縁層１の層間に設けられた薄膜導体層２と、複数の樹脂絶縁層１を厚み方向に貫通しているビア導体３とを有している。多層配線基板の最上層の樹脂絶縁層１の上面にも上記薄膜導体層２と同様の薄膜導体層（符号なし）が設けられ、この薄膜導体層によって端子２ａが形成されている。この端子２ａにプローブ21が接続されてプローブカード用基板が形成されている。

この多層配線基板およびプローブカード用基板は、複数の樹脂絶縁層１の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層１のうち一方の樹脂絶縁層が表面部に凹部１ａを有しており、この凹部１ａ内に他方の樹脂絶縁層１の一部が入り込んでいる。入り込んだ樹脂絶縁層１の一部が凹部１ａ内を充填している。この凹部１ａによって上下の樹脂絶縁層１同士の接合面の面積が大きくなる。そのため、上下の絶縁層１同士の接合強度が向上し、絶縁層１同士の間で剥がれ等が発生する可能性が低減されている。

セラミック基板10は、多層配線基板全体の機械的な強度を確保する部分である。セラミック基板10は、主に、酸化アルミニウム質焼結体またはムライト質焼結体等からなるセラミック絶縁層11が積層されてなるセラミック絶縁基体（符号なし）と、セラミック絶縁層11の主面に設けられた配線導体12と、セラミック絶縁層11を厚み方向に貫通している貫通導体13とを有している。

セラミック基板10の上面に設けられた配線導体12が薄膜導体層２と電気的に接続され、セラミック基板10の下面に設けられた配線導体12が外部の電気回路（図示せず）と電気的に接続される。

セラミック基板10は、例えばムライト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、ムライトを主成分とする原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤とともに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や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。

配線導体12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、またはこれらの金属材料を主成分とする合金等によって形成されている。これらの金属材料等は、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10の所定部位に形成されている。

配線導体６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10となるセラミックグリーンシートの表面や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形成することができる。

樹脂絶縁層１は薄膜導体層２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１は、薄膜導体層２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１は、例えば長方形状や正方形状等の四角形状、または円形状等で、厚みが約25μｍ程度の層状に形成されている。

樹脂絶縁層１は、例えば、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂等の熱可塑性樹脂、またはエポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料により形成されている。液晶ポリマーとしては、ポリエステル系の液晶ポリマー等が挙げられる。

複数の樹脂絶縁層１の積層体は、例えば熱硬化性樹脂からなる場合であれば、上記樹脂材料の未硬化物を所定の層状等に成形して積層し、その後硬化させることによって作製することができる。また、樹脂絶縁層１が熱可塑性樹脂からなる場合であれば、樹脂絶縁層１となるフィルム状等の複数の熱可塑性樹脂を積層し、加熱して互いに密着させることによって作製することができる。

薄膜導体層２は、多層配線基板を厚み方向に電気的に導通する導電路の一部を形成している。薄膜導体層２は、例えば、薄膜導体層２と電気的に接続されるプローブ21と、セラミック基板1の下面に設けられた配線導体12と電気的に接続される外部の電気回路とを電
気的に接続する導電路の一部を形成している。プローブ21と電気的に接続された被試験物としての半導体ウエハが、プローブ21、薄膜導体層２、貫通導体３および配線導体21を介して外部の電気回路と電気的に接続される。この場合の外部の電気回路は、例えば半導体ウエハの作動を検査する検査回路であり、これにより半導体ウエハの各半導体素子が正常に作動するか否かが検査される。

また、薄膜導体層２は、上下の樹脂絶縁層１に設けられたビア導体３の端部同士を電気的に接続する際の接続の容易さ、および確実さを向上させるためのランドとしても機能することもできる。ランドとしての薄膜導体層２の場合であれば、例えば平面視において円形状のビア導体３に対して同心円状等の円形状のパターンで設けられていてもよい。

薄膜導体層２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からなる。また、薄膜導体層２は、これらの
金属材料の合金材料からなるものでもよい。

薄膜導体層２は、上記の金属材料をスパッタリング法や蒸着法，めっき法等の方法で樹脂絶縁層１の主面に被着させ、必要に応じてマスキングや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１の表面に形成することができる。

また、樹脂絶縁層１には、樹脂絶縁層１を厚み方向に貫通するビア導体３が設けられている。ビア導体３を介して、上下の薄膜導体層２同士が互いに電気的に接続されている。ビア導体３の上端部が、上側の薄膜導体層２の下面に直接に接続されている。また、ビア導体３の下端部が、下側の薄膜導体層２の上面に直接に接続されている。

ビア導体３は、例えば、スズ−銀等のはんだ、銅、銀、錫、ビスマス、インジウム、クロム、ニッケル、チタン等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料の少なくとも一種からなる。

ビア導体３は、例えば樹脂絶縁層１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（ビアホール）（符号なし）を形成し、この貫通孔内にビア導体となる導体材料を、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。

積層された複数の樹脂絶縁層１の層間に薄膜導体層２が設けられ、上下の薄膜導体層２同士がビア導体３を介して互いに電気的に接続されて、多層配線基板１の薄膜部分Ａが基本的に形成されている。

このような形態の多層配線基板は、例えば次のようにして製作されている。樹脂絶縁層１が熱可塑性樹脂からなる場合であれば、まず、ポリイミド樹脂等の熱可塑性樹脂のシート（フィルム等）を準備し、次に、銅箔を樹脂絶縁層１の上面に貼り付けた後、マスキングおよびエッチング等のパターン加工手段で、銅箔を所定の薄膜導体層２のパターンに加工する、その後、表面が平坦な硬質基板を薄膜導体層２のパターンの上面に設置し、熱プレスにより絶縁樹脂層２に、薄膜導体層２を埋入させる。その後、薄膜導体層２を埋入させた面とは反対側から、所定位置に貫通孔を形成した後、貫通孔内に例えば導体ペーストを、印刷法によって充填する。その後、他の樹脂絶縁層１となる熱可塑性樹脂のシートを積層し、この積層体を加熱しながら上下に加圧して、熱可塑性樹脂のシート同士を互いに密着させる。この際に、互いに密着された上下の熱可塑性樹脂のシート（樹脂絶縁層１）同士の層間に、所定パターンの銅箔、つまり薄膜導体層２が設けられる。

なお樹脂絶縁層１は、セラミック基板10に対する熱膨張率の差を小さく抑えるために、その熱膨張率が酸化アルミニウム質焼結体またはムライト質焼結体と同じ程度の樹脂材料が用いられる。

複数の樹脂絶縁層１の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層１のうち一方（図２の例では下層）の樹脂絶縁層１が表面部に凹部１ａを有しており、この凹部１ａ内に他方（図２の例では上層）の樹脂絶縁層１の一部が入り込んでいる。

複数の樹脂絶縁層１の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層１のうち一方の樹脂絶縁層１が表面部に凹部１ａを有しており、その凹部１ａ内に他方の樹脂絶縁層１の表面部の一部が入り込んでいることから、例えば凹部１ａ内における上下の樹脂絶縁層１間の接合の面積に応じて、上下の樹脂絶縁層１間の接合面積が大きくなる。そのため、上下の樹脂絶縁層１間の接合強度が大きくなり、層間の剥がれが抑制される。

図２に示す例において、凹部１ａは、薄膜導体層２に隣接している。上下の樹脂絶縁層１同士の間で剥がれを生じさせる応力は、樹脂絶縁層１とビア導体３および薄膜導体層２との間の熱膨張率の差に起因する熱応力であり、この熱応力は薄膜導体層２またはビア導体３に隣接した部分で特に大きい。層間に薄膜導体層２が位置している部分では、薄膜導体層２に隣接する部分で特に大きい。この熱応力が大きい部分で上下の絶縁層１間の接合の強度が向上しているため、上下の樹脂絶縁層１同士の層間における剥がれがより効果的に抑制されている。

また、凹部１ａがビア導体３を囲んでいる場合には、上下の樹脂絶縁層１同士の接合の強度をより効果的に高めることができる。この場合には、上下の樹脂絶縁層１同士の間で生じる応力が比較的大きい部位であるビア導体３の周囲において、凹部１ａによって樹脂絶縁層１同士の接合の強度が向上する。したがって、樹脂絶縁層１同士の接合の強度がより大きくなり、樹脂絶縁層１の層間の剥がれがより効果的に抑制される。

凹部１ａがビア導体３を囲んでいる場合、凹部１ａは、必ずしもビア導体３に隣接している必要はない。例えば、図２に示す例のようにビア導体３の端部に薄膜導体層２が接続されている場合であれば、凹部１ａが直接にビア導体３に接することは難しい。このような場合には、凹部１ａは、ビア導体３の端部に接続された薄膜導体層２に隣接するとともに、平面視においてビア導体３から一定の距離を隔ててビア導体３を囲むように設けられていて構わない。

また、例えば図３に示す例のように、ビア導体３の端部に凹部１ａが隣接していてもよい。なお、図３は図１および図２に示す多層配線基板の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図３において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

図３に示す例においては、複数のビア導体３のうち一つのビア導体３において端部に薄膜導体層２が接続されていない。この例においては、平面視において凹部１ａがビア導体３に隣接している。凹部１ａについて、単に平面視でビア導体３を囲んでいるだけでなく、凹部１ａに隣接しているような場合には、ビア導体３と樹脂絶縁層１との熱膨張率の差に起因する熱応力が特に大きい部位において上下の樹脂絶縁層１同士の接合の強度がより効果的に向上されている。そのため、樹脂絶縁層１同士の層間の剥がれをより効果的に抑制することができる。

なお、ビア導体３について、複数の樹脂絶縁層１に設けられたもの同士が上下につながっている場合には、平面視における多層配線基板中のビア導体３が占める面積を低減する上で有利である。しかし、この場合には複数の樹脂絶縁層１が有する複数のビア導体３が同じ位置で上下に膨張するため、樹脂絶縁層１の層間における剥がれを起こす応力がビア導体３の周囲に集中しやすい。このような場合でも、上記のようにビア導体３の周囲における樹脂絶縁層１同士の接合強度が向上していれば、層間の剥がれが抑制され得る。

なお、凹部１ａは、例えば、薄膜導体層２となる銅箔等を設けた樹脂絶縁層１（熱可塑性樹脂のシート）表面を、銅箔等とともに研磨し、樹脂絶縁層１の表面のうち銅箔等に隣接する部分等の一部において他の部分よりも研磨量を多くすることによって形成することができる。

図４は、図１および図２に示す多層配線基板およびプローブカード用基板の他の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図４において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。図４の例において、凹部１ａの内面にくぼみ部１ｂが含まれ
ている。

くぼみ部１ｂは、凹部１ａの内面の一部が凹部１ａの内部と反対側（外側）の方向に突出している部分である。この場合、凹部１の内面の一部が凹部１ａの内部の方向に突出して、その突出した部分の周囲がくぼみ部１ａになっているとみなすこともできる。

このくぼみ部１ｂ内に、凹部１ａが設けられている一方の樹脂絶縁層１（下側の樹脂絶縁層１等）に積層されている他方の樹脂絶縁層１（上側の樹脂絶縁層１等）の一部が充填されるように入り込んでいる。このくぼみ部１ｂの分、樹脂絶縁層１の層間における接合面積がより大きくなり、樹脂絶縁層１同士の層間の接合の強度がより大きくなる。そのため、樹脂絶縁層１の層間における剥がれがより効果的に抑制される。

なお、図４に示す例のように、くぼみ部１ｂは凹部１ａ内において樹脂絶縁層１の一部がくぼんでなるもの（図４の左側の凹部１ａの形態）でもよく、薄膜導体層２の一部がくぼんでなるもの（図４の右側の凹部１ａの形態）でもよい。また、凹部１ａ内においてビア導体３の一部がくぼんでなるもの（図示せず）でもよい。凹部１ａの内面とは、例えば図４で示されているように、凹部１ａ内における樹脂絶縁層１および薄膜導体層２等の表面である。凹部１ａがビア導体３に隣接している場合には、凹部１ａ内におけるビア導体３の表面（図示せず）も凹部１ａの内面である。

図５は、図１および図２に示す多層配線基板およびプローブカード用基板の他の変形例における要部を拡大して示す断面図である。図５において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

図５の例において、凹部１ａは上下の樹脂絶縁層１の層間において、薄膜導体層２およびビア導体３のいずれとも離れた位置に設けられている。このような場合でも、凹部１ａ内に上側の樹脂絶縁層１の一部が入り込んでいることによって上下の樹脂絶縁層１同士の接合面積が大きくなり、接合の強度が向上する。そのため、樹脂絶縁層１の層間の剥がれを抑制することができる。

なお、このような位置に凹部１ａが設けられている場合には、凹部１ａの存在に伴う薄膜配線導体２またはビア導体３の変形等を考慮する必要がない。また、平面視における凹部１ａを設けるスペース、自由度が比較的大きい。そのため、凹部１ａの平面視における面積または個数等をより大きくする上では有利である。

また、図５に示す例においては、凹部１ａの内面が円弧状に湾曲している。この湾曲した内面の一部は、上下の樹脂絶縁層１同士を上下に剥がそうとする熱応力等の応力の作用方向（上下方向）に対して交差する部分を含んでいる。そのため、その応力による上下の樹脂絶縁層１の層間における剥がれをより効果的に抑制することができる。

前述したように、以上のような多層配線基板は、例えば、最上層の樹脂絶縁層１の上面に露出している薄膜導体層からなる端子２ａにプローブ21が接続されてプローブカード用基板となる。プローブカード用基板は、半導体素子（図示せず）の電極とプローブ21を介して電気的に接続される。また、セラミック基板10の下面に設けられた配線導体12が、電気的な特性計測用等の外部の電気回路（図示せず）に電気的に接続され、半導体素子に対する電気的な特性等の検査が行なわれる。

半導体素子としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路素子や、半導体基板の表面に微小な電子機械機構が形成されてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等が挙げられる。半導体素子の電気的な検査は、例えば演算、記憶または機械的な作動等が正常に行
われるか否かの確認である。

セラミック基板10は、例えばプローブカード用基板として用いられるときの多層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10上に樹脂絶縁層１および薄膜導体層２等が設けられていることによって、半導体素子の電極に対応し得る微細な配線が、剛性の高い基板上に形成されてなる、プローブカード用基板等に使用可能な多層配線基板が形成されている。

なお、本発明の多層配線基板等は、上記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であれば、種々の変更は可能である。例えば、図１に示すような凹部１ａと、図５に示すような凹部１ａとが一つの多層配線基板等において併用されていても構わない。また、これらの各凹部１ａにくぼみ部１ｂが設けられていても構わない。また、配線導体12等の露出部分にニッケルおよび金等のめっき層（図示せず）が被着されていても構わない。

また、上側の樹脂絶縁層１が、その表面部分に凹部１ａを有し、その凹部１ａ内に下側の樹脂絶縁層１の一部が入り込んでいてもよい。

１・・・樹脂絶縁層
１ａ・・・凹部
１ｂ・・・くぼみ部
２・・・薄膜導体層
３・・・ビア導体
10・・・セラミック基板
11・・・セラミック絶縁層
12・・・配線導体
13・・・貫通導体
21・・・プローブ

Claims (6)

1. セラミック基板と、
   該セラミック基板上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層間に設けられた薄膜導体層と、
   前記複数の樹脂絶縁層を厚み方向に貫通しているビア導体とを備えており、
   前記複数の樹脂絶縁層の層間において、上下に隣り合う樹脂絶縁層のうち一方の樹脂絶縁層が表面部に凹部を有しており、該凹部内に他方の樹脂絶縁層の一部が入り込んでいることを特徴とする多層配線基板。
2. 前記凹部が溝状であり、
   平面視において前記凹部が前記ビア導体を囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
3. 平面視において前記凹部が前記ビア導体に隣接していることを特徴とする請求項２に記載の多層配線基板。
4. 前記ビア導体の端部に前記薄膜導体層の一部が直接に接続されており、
   平面視において、前記凹部が、前記薄膜導体層のうち前記ビア導体に直接に接続されている部分に隣接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多層配線基板。
5. 前記凹部の内面にくぼみ部が含まれており、該くぼみ部内に他方の前記樹脂絶縁層の一部が充填されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の多層配線基板。
6. 請求項１に記載の多層配線基板と、
   最上層の前記樹脂絶縁層の上面に設けられた薄膜導体層からなる端子と、
   該端子に接続さ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。

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