JP2016050815A - 積層配線基板およびこの積層配線基板を備えるプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】プローブカードが備える積層配線基板において、コア基板と、該コア基板の主面から突出して設けられるスタッドとの接合強度の向上を図る。
【解決手段】プローブカード１が備える積層配線基板２ａは、その一方主面がプローブカード１のマザー基板３に対向するように配置され、その他方主面に複数の検査用プローブピン５が接続されるコア基板８と、該コア基板８の一方主面から一端側が突出して設けられるスタッド１３と、コア基板８の一方主面に形成されてスタッド１３の他端が配置される凹部１４と、該凹部１４の内壁面１４ａ，１４ｂに形成された金属膜１５とを備え、コア基板８の一方主面側はセラミック層で形成され、スタッド１３の他端と金属膜１５とが、凹部１４に設けられたろう材１５により接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブカードの検査ピンが接続される積層配線基板およびこれを備えるプローブカードに関する。

ＬＳＩなどの半導体素子の電気検査に使用されるプローブカードでは、マザー基板の外部電極とプローブピンとの間の接続配線を形成する基板として複数のセラミック層の積層体から成る積層配線基板が広く採用されている。また、近年では、半導体素子の高集積化により、その端子数の増加や、端子の狭ピッチ化が進んでいるため、積層配線基板の一部の層を、微細な配線形成が容易なポリイミドなどの樹脂層に置き換えた複合配線基板も用いられるようになっている。

この種のプローブカードでは、各プローブピンの先端の位置調整を行うための突出部材（スタッド）が、積層配線基板のプローブピンが実装される主面と反対側の主面に設けられる場合がある。例えば、特許文献１に記載の積層配線基板１００は、図９に示す通り、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）で形成された複数のセラミック層１０１ａの積層体から成るコア基板１０１を有する。コア基板１０１の一方主面には、検査用のプローブピンを実装するための複数の接続電極１０２が形成されるとともに、他方主面には、マザー基板との接続用の複数の外部電極１０３が形成される。各接続電極１０２は、コア基板１０１内に形成された配線電極１０４やビア導体１０５により所定の外部電極１０３にそれぞれ接続されている。コア基板１０１の他方主面には、複数の外部電極１０３とは別にスタッド１０６の接合用の金属膜１０７が形成され、スタッド１０６と金属膜１０７とがＡｕ−Ｓｎ系のろう材１０８により接合されている。

特開２０１１−１６５９４５号公報（段落００４５〜００６０、図３等参照）

このような積層配線基板１００では、例えば、スタッド１０６に外部応力が作用した場合に、コア基板１０１とスタッド１０６との間で剥がれ等が発生するおそれがある。この場合、ＬＴＣＣで形成されたコア基板１０１は、Ａｕ−Ｓｎ系のろう材１０８よりも強度面で劣るため、このような剥がれは、金属膜１０７とろう材１０８との接合面の端縁が起点となり、コア基板１０１が抉れて剥がれる（破断する）場合が多い。そこで、スタッド１０６とコア基板１０１との間の接合強度を上げるために、金属膜１０７の面積を増やしてろう材１０８との接合面積を増やすことが考えられるが、Ａｕ−Ｓｎ系のろう材１０８は、金属膜１０７への濡れ性が半田と比較して悪い。そのため、金属膜１０７の面積を広げて、ろう材１０８と金属膜１０７との接合面積を増やすのにも限界がある。また、金属膜１０７の面積を広げた場合、コア基板１０１の他方主面に形成する外部電極１０３や他の配線電極の設計自由度が悪くなる。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、プローブカードが備える積層配線基板において、コア基板と、該コア基板の主面から突出して設けられるスタッドとの接合強度の向上を図ることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の積層配線基板は、被検査物の電気検査に使用されるプローブカードが備える積層配線基板において、その一方主面が前記プローブカードのマザー基板に対向するように配置され、その他方主面に複数の検査用プローブピンが接続されるコア基板と、前記コア基板の一方主面から一端側が突出して設けられる突出部材と、前記コア基板の一方主面に形成されて前記突出部材の他端が配置される凹部と、前記凹部の内壁面に形成された金属膜とを備え、前記コア基板の一方主面側はセラミック層で形成され、前記突出部材の前記他端と前記金属膜とが、前記凹部に設けられたろう材により接合されていることを特徴としている。

この場合、突出部材と、コア基板の凹部の内壁面に形成された金属膜とがろう材により接合されることで、突出部材がコア基板に固着される。そうすると、例えば、突出部材に外部応力が作用した場合に、その応力が凹部内で分散されるため、突出部材がコア基板から剥がれるのを抑制できる。換言すれば、コア基板と突出部材との接合強度を向上することができる。

また、前記突出部材の前記他端にフランジ部が形成され、前記フランジ部が前記ろう材に埋もれた状態で前記突出部材と前記金属膜とが前記ろう材により接合されていてもよい。このようにすると、突出部材とろう材との接合面積が増加して、両者の接合強度が向上するため、コア基板と突出部材との接合強度を向上することができる。

また、前記凹部は、底部側に向かって裾広がりに拡開した形状を有していてもよい。このようにすると、突出部材に外部応力が作用した場合に、その応力が凹部内で分散されるため、突出部材がコア基板から剥がれるのを抑制することができる。また、外部応力で突出部材がコア基板から剥がれる際の破断領域（コア基板のセラミックが抉れる領域）を増やすことができるため、突出部材がコア基板から剥がれるのに必要な応力を増やすことができる。換言すれば、コア基板と突出部材との接合強度を向上することができる。また、コア基板と突出部材との接合強度を確保しつつ、凹部の開口部を狭くすることができるため、コア基板の一方主面の配線電極等の設計自由度を向上することもできる。

また、前記凹部の拡開形状が、底部側に向かうに連れて段階的に拡開していてもよい。このようにすると、突出部材に外部応力が作用した場合に、その応力が凹部内で分散されるため、突出部材がコア基板から剥がれるのを抑制できる。

また、前記凹部の前記内壁面は、底壁面と側壁面とで構成され、前記金属膜は、前記凹部の前記底壁面と前記側壁面の少なくとも一部とを被覆して設けられていてもよい。この場合、金属膜の凹部の底壁面を被覆する部分と側壁面を被覆する部分の両方をろう材との接続面として利用することができるため、両者の接続面積を容易に増やすことができる。具体的には、凹部にろう材を充填すると、金属膜の凹部の底壁面を被覆する部分と側壁面を被覆する部分の両方でろう材が濡れ広がるため、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系のろう材のように、金属膜に対する濡れ性が悪い場合であっても、金属膜とろう材との接合面積を増やすことができ、これにより、突出部材とコア基板との接合強度を向上することができる。

また、前記ろう材は、前記金属膜の前記凹部の前記底壁面を被覆する部分、および、前記側壁面を被覆する部分の少なくとも一部に接するように前記凹部に設けられていてもよい。この場合、金属膜の全体に万遍なくろう材を濡れ広がらせることができるため、確実に突出部材とコア基板との接合強度を向上することができる。

また、前記金属膜が、前記コア基板内に形成された内部電極に接続されていてもよい。このようにすると、内部電極も突出部材とコア基板との接合強度の向上に寄与させることができるため、突出部材とコア基板との接合強度をさらに向上することができる。

また、これらの積層配線基板を被検査物の電気検査に使用するプローブカードに使用してもよい。この場合、突出部材とコア基板との接合強度が強いプローブカードを提供することができる。

本発明によれば、突出部材と、コア基板の凹部の内壁面に形成された金属膜とがろう材により接合されることで、突出部材がコア基板に固着される。そうすると、例えば、突出部材に外部応力が作用した場合に、その応力が凹部内で分散されるため、コア基板と突出部材との接合強度を向上することができる。

本発明の第１実施形態にかかるプローブカードの断面図である。 図１の積層配線基板の断面図である。 図１の積層配線基板の変形例を示す図である。 図１の積層配線基板の他の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかる積層配線基板の断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる積層配線基板の断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる積層配線基板の断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる積層配線基板の断面図である。 従来の積層配線基板の断面図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態にかかるプローブカード１について、図１および図２を参照して説明する。なお、図１はプローブカード１の断面図、図２は図１の積層配線基板２ａの断面図である。なお、図２では構成の一部を図示省略している。

本発明にかかるプローブカード１は、複数の半導体素子が形成されたＩＣウェハ４等の被検査物の電気検査に使用されるもので、図１に示すように、マザー基板３と、その一方主面がマザー基板３に対向するように配置された積層配線基板２ａと、該積層配線基板２ａの他方主面に接続された複数の検査用プローブピン５と、マザー基板３と積層配線基板２ａとの間に配設されたインターポーザ基板６とを備える。

マザー基板３は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成されたプリント基板であり、積層配線基板２ａに対向する主面には、複数のパッド電極７が形成される。

積層配線基板２ａは、例えば、複数のセラミック層の積層体から成り、その一方主面がマザー基板３に対向するように配置されるコア基板８を有する。コア基板８の他方主面には、所定の検査用プローブピン５に接続される複数の接続電極９が形成されるとともに、一方主面には、複数の外部電極１０が形成される。各接続電極９には、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系のろう材により検査用プローブピン５が接合される。また、各接続電極９は、コア基板８の内部に形成された配線電極（図示せず）やビア導体（図示せず）により所定の外部電極１０に接続される。

なお、コア基板８を形成する材料としては、例えば、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）や高温焼成セラミック（ＨＴＣＣ）など種々のセラミック材料を使用することができる。また、コア基板８を複合配線基板として、コア基板８のマザー基板３側を複数のセラミック層の積層体で構成し、コア基板８のＩＣウェハ４側を、例えばポリイミドで形成された複数の樹脂層の積層体で構成してもよい。このようにすると、樹脂層側で配線パターンの細線化が容易になるため、検査用プローブピン５を狭ピッチで配置しつつ、外部電極１０間のピッチを広げる再配線構造を容易に形成することができる。

インターポーザ基板６は、例えば、ガラスエポキシ樹脂など、配線基板に使用する一般的な材料で形成される。このインターポーザ基板６の両主面それぞれには、検査用プローブピン５と同種の複数の中間ピン１１が接続されている。ここで一方主面側に接続された各中間ピン１１のそれぞれは、他方主面側の１つの中間ピン１１と対を成しており、対を成す中間ピン１１同士がインターポーザ基板６の内部配線を介して電気的に接続されている。

また、インターポーザ基板６の両主面に接続された各中間ピン１１のうち、積層配線基板２ａ側の各中間ピン１１は、インターポーザ基板６に接続する端部とは反対側の端部で、積層配線基板２ａの所定の外部電極１０にそれぞれ接続される。マザー基板３側の各中間ピン１１は、インターポーザ基板６に接続する端部とは反対側の端部で、マザー基板３の所定のパッド電極７にそれぞれ接続される。このような接続構成により、各検査用プローブピン５それぞれが、マザー基板３の所定のパッド電極７に電気的に接続される。

なお、このようなプローブカード１では、各検査用プローブピン５をＩＣウェハ４の所定の端子１２に接触させて電気検査を行うため、各検査用プローブピン５の先端が同一平面にあって、かつ、この平面がＩＣウェハ４の面と平行であることが望ましい。そこで、この実施形態では、その一端がコア基板８の一方主面から突出するスタッド１３（本発明の「突出部材」に相当）を設け、各検査用プローブピン５の先端の位置調整ができるように構成されている。

具体的には、図２に示すように、コア基板８の一方主面（マザー基板３側）の中央部にはスタッド１３の他端が配置される縦断面矩形状の凹部１４が設けられ、該凹部１４の内壁面には金属膜１５が形成される。

スタッド１３は、例えば、コバール（鉄にニッケル、コバルトを配合した合金）にＡｕめっきが施されて成る。また、一端側にねじ溝が形成され、他端側にフランジ部１３ａが形成されている。金属膜１５は、例えば、コア基板８の凹部１４形成後、スパッタによりＣｕ膜を形成し、その後、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの順にめっき膜を積層することで形成することができる。なお、この実施形態では、金属膜１５は凹部１４の内壁面の全面に形成されている。

凹部１４の内壁面は、底壁面１４ａと側壁面１４ｂとで構成されており、その形状は、上記したように、開口部から底部に至るまで開口面積が略等しく形成された縦断面矩形状を成している。さらに、凹部１４の開口幅は、スタッド１３のフランジ部１３ａの最大幅よりも大きく形成されている。

スタッド１３と凹部１４に形成された金属膜１５とは、凹部１４に設けられたろう材１６により接合される。この場合、ろう材１６は、凹部１４に充填されている。すなわち、金属膜１５の凹部１４の底壁面１４ａを被覆する部分と、凹部１４の側壁面１４ｂを被覆する部分に接するように設けられる。また、スタッド１３のフランジ部１３ａの一部が凹部１４内に入り込んだ状態で配置される。そして、金属膜１５の全面とろう材１６との間、および、スタッド１３のフランジ部１３ａとろう材１６との間それぞれに金属間化合物が形成されることで、金属膜１５とスタッド１３とがろう材１６により接合される。なお、ろう材１６を形成する材料として、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系やＡｇ−Ｓｎ系の合金を用いることができる。

このように、積層配線基板２ａに固着されたスタッド１３は、その一端がマザー基板３のねじ孔に挿通し、裏側からナット１７で締められる（図１参照）。このナット１７の締め具合などにより、各検査用プローブピン５の先端の位置調整が行われる。

したがって、上記した実施形態によれば、スタッド１３のフランジ部１３ａと、コア基板８の凹部１４の内壁面（底壁面１４ａおよび側壁面１４ｂ）に形成された金属膜１５とがろう材１６により接合されることで、スタッド１３がコア基板８に固着される。そうすると、例えば、スタッド１３（突出部材）に外部応力が作用した場合に、その応力が凹部内で分散されるため、コア基板８とスタッド１３との接合強度を向上することができる。

また、金属膜１５は、凹部１４の底壁面１４ａのみならず側壁面１４ｂも被覆して設けられるため、金属膜１５の凹部１４の底壁面１４ａを被覆する部分と側壁面１４ｂを被覆する部分の両方をろう材１６との接合面として利用することができる。この場合、金属膜１５とろう材１６との接合面積を容易に増やすことができ、スタッド１３とコア基板８との接合強度を向上することができる。

すなわち、従来の積層配線基板１００のように、コア基板１０１の主面に金属膜１０７を形成する場合は、ろう材１０８の濡れ性が金属膜１０７とろう材１０８との接合面積に影響する。一方、この実施形態のように、金属膜１５の凹部１４の底壁面１４ａを被覆する部分と側壁面１４ｂを被覆する部分とに接するようにろう材１６を配置すれば、これらの接した部分で金属間化合物が形成され、両者（金属膜１５とろう材１６）の接合面とすることができる。したがって、金属膜１５が凹部１４の側壁面１４ｂも被覆することで、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系のろう材のように、金属膜１５に対する濡れ性が悪い場合であっても、金属膜１５とろう材１６との接合面積を容易に増やすことができる。

なお、図２に示す破線は、スタッド１３に外部応力が作用してスタッド１３がコア基板８から剥がれた場合を想定した、破断領域（コア基板８のセラミックが抉れる部分）を示している。この場合、従来の積層配線基板１００と比較して、凹部１４を設けた分、破断領域がコア基板８の厚み方向に広がっており、破断に至るエネルギーが従来の積層配線基板１００よりも多く必要となることが分かる。これはすなわち、本願の構造であれば、従来の積層配線基板１００と比較して、コア基板８と突出部材１３との接続強度が向上していることを示している。

また、このような積層配線基板２ａをプローブカード１に採用することで、スタッド１３とコア基板８との接合強度が強いプローブカード１を提供することができる。

（積層配線基板の変形例）
次に、この実施形態にかかる積層配線基板１ａの変形例について、図３および図４を参照して説明する。なお、図３および図４それぞれは、積層配線基板１ａの変形例を示す図であり、スタッド１３が配置される凹部１４の周辺部の断面図である。

上記した第１実施形態では、ろう材１６が凹部１４の全領域を埋めるように配置する場合について説明したが、例えば、図３に示すように、ろう材１６が凹部１４の途中までを満たすようにしてもよい。つまり、ろう材１６が、金属膜１５の底壁部分と側壁部分の一部とを被覆するように配置されていてもよい。また、図４に示すように、金属膜１５は、凹部１４の底壁面１４ａと側壁面１４ｂの一部とを被覆するように形成されていてもよい。これらの変形例のように構成しても、第１実施形態の積層配線基板２ａと同様の効果が得られる。また、スタッド１３のフランジ部１３ａを凹部１４内に配置することで、スタッド１３の位置ずれを防止することもできる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態にかかる積層配線基板２ｂについて、図５を参照して説明する。なお、図５は積層配線基板２ｂの断面図である。

この実施形態にかかる積層配線基板２ｂが、図１および図２を参照して説明した第１実施形態の積層配線基板２ａと異なるところは、図５に示すように、フランジ部１３ａがろう材１６に埋もれた状態でスタッド１３と金属膜１５とが接合されていることである。その他の構成は、第１実施形態の積層配線基板２ａと同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

この構成によると、スタッド１３とろう材１６との接合面積が増加して、両者の接合強度が向上するため、コア基板８とスタッド１３との接合強度を向上することができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態にかかる積層配線基板２ｃについて、図６を参照して説明する。なお、図６は積層配線基板２ｃの断面図である。

この実施形態にかかる積層配線基板２ｃが、図５を参照して説明した第２実施形態の積層配線基板２ｂと異なるところは、図６に示すように、凹部１４が、底部側に向かって裾広がりに拡開した形状を有することである。その他の構成は、第２実施形態の積層配線基板２ｂと同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

この場合、凹部１４が底部側に向かって裾広がりに拡開した形状を有することで、凹部１４内の空間が錐台状を成している。この構成によると、第２実施形態の積層配線基板２ｂと比較して、スタッド１３に外部応力が作用して剥がれる際の破断領域（図６の破線参照）を増やすことができるため、スタッド１３がコア基板８から剥がれるのに必要な応力を増やすことができる。したがって、コア基板８とスタッド１３との接合強度を向上することができる。また、凹部１４開口部側が狭くなっているため、スタッド１３が凹部１４から抜け落ちるのを防止することもできる。

また、凹部１４の開口部を狭くすることができるため、コア基板８とスタッド１３との接合強度を確保しつつ、コア基板８の一方主面の配線電極等（例えば、外部電極１０）の設計自由度を向上することもできる。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態にかかる積層配線基板２ｄについて、図７を参照して説明する。なお、図７は積層配線基板２ｄの断面図である。

この実施形態にかかる積層配線基板２ｄが、図６を参照して説明した第３実施形態の積層配線基板２ｃと異なるところは、図７に示すように、凹部１４の拡開形状が、底部側に向かうに連れて段階的に拡開していることである。その他の構成は、第３実施形態の積層配線基板２ｃと同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

このような構成にしても、第３実施形態の積層配線基板２ｃと同様の効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態にかかる積層配線基板２ｅについて、図８を参照して説明する。なお、図８は積層配線基板２ｅの断面図である。

この実施形態にかかる積層配線基板２ｅが、図１および図２を参照して説明した第１実施形態の積層配線基板２ａと異なるところは、図８に示すように、金属膜１５がコア基板８内に形成された内部電極に接続されていることである。その他の構成は、第１実施形態の積層配線基板２ａと同じであるため、同一符号を付すことにより説明を省略する。

具体的には、内部電極として、凹部１４の真下に配置された面内導体１８と、複数のビア導体１９がコア基板８の内部に設けられ、金属膜１５と面内導体１８とが、複数のビア導体１９により接続される。このようにすると、内部電極（面内導体１８，ビア導体１９）もスタッド１３とコア基板８との接合強度の向上に寄与させることができるため、スタッド１３とコア基板８との接合強度をさらに向上することができる。

なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。例えば、スタッド１３がフランジ部１３ａを有していなくてもよい。

また、本発明は、検査用のプローブビンが接続される積層配線基板およびこの積層配線基板を備える種々のプローブカードに広く適用することができる。

１ プローブカード
２ａ〜２ｅ 積層配線基板
３ マザー基板
４ ＩＣウェハ（被検査物）
５ 検査用プローブピン
８ コア基板
１３ スタッド（突出部材）
１４ 凹部
１４ａ 底壁面
１４ｂ 側壁面
１５ 金属膜
１６ ろう材

Claims (8)

1. 被検査物の電気検査に使用されるプローブカードが備える積層配線基板において、
   その一方主面が前記プローブカードのマザー基板に対向するように配置され、その他方主面に複数の検査用プローブピンが接続されるコア基板と、
   前記コア基板の一方主面から一端側が突出して設けられる突出部材と、
   前記コア基板の一方主面に形成されて前記突出部材の他端が配置される凹部と、
   前記凹部の内壁面に形成された金属膜とを備え、
   前記コア基板の一方主面側はセラミック層で形成され、
   前記突出部材の前記他端と前記金属膜とが、前記凹部に設けられたろう材により接合されていることを特徴とする積層配線基板。
2. 前記突出部材の前記他端にフランジ部が形成され、
   前記フランジ部が前記ろう材に埋もれた状態で前記突出部材と前記金属膜とが前記ろう材により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の積層配線基板。
3. 前記凹部は、底部側に向かって裾広がりに拡開した形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の積層配線基板。
4. 前記凹部の拡開形状が、底部側に向かうに連れて段階的に拡開していることを特徴とする請求項３に記載の積層配線基板。
5. 前記凹部の前記内壁面は、底壁面と側壁面とで構成され、
   前記金属膜は、前記凹部の前記底壁面と前記側壁面の少なくとも一部とを被覆して設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の積層配線基板。
6. 前記ろう材は、前記金属膜の前記凹部の前記底壁面を被覆する部分、および、前記側壁面を被覆する部分の少なくとも一部に接するように前記凹部に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の積層配線基板。
7. 前記金属膜が、前記コア基板内に形成された内部電極に接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の積層配線基板。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の積層配線基板を備え、被検査物の電気検査に使用されることを特徴とするプローブカード。
   
   

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