JP2016066731A - 回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂膜に高い配置密度で接続パッドが設けられた回路装置を提供すること。【解決手段】 絶縁基板１と絶縁基板１上に配置された配線基板２とを有する回路装置であって、配線基板２は、樹脂膜21と、樹脂膜21上に形成された回路配線膜22と、樹脂膜21の上面に設けられ、回路配線膜22と接続される接続パッド23とを有しており、樹脂膜21は、上面に開口する凹部24を有しており、凹部24は、内部の幅が開口における幅よりも大きく、接続パッド23の一部は、凹部24に充填されている。接続パッド23の一部が凹部24に引っかかり、接着強度が高いため接続パッド23の外周を覆う樹脂層等が不要であり、高い配置密度で接続パッド23を設けることができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、半導体素子の検査装置等に用いられるプローブカード用の回路装置に関するものである。

半導体素子の電気的な検査をするためのプローブカードとして、セラミック基板等の絶縁基板上に半導体素子の電極と接続される多数の接続パッドが配置された回路装置が用いられている。接続パッドには、半導体素子の電極との接続のための端子が半田付けされる。

近年、半導体素子の小型化および高密度化等にともない、回路装置の接続パッドについても微細化および高密度化が要求されている。この微細化の要求に対して接続パッドの微細化（平面視における面積の減少）が進んでいる。接続パッド等の微細化に関しては、表面にボイド等の欠陥のあるセラミック基板上に接続パッド等を直接に形成するより、欠陥のより少ない樹脂膜をセラミック基板上に形成し、その樹脂膜上に接続パッド等を薄膜形成技術で形成することで、より高密度に接続パッド等を形成できることが知られている。しかし、セラミック基板上に比べると、樹脂膜上に形成された薄膜導体の接着強度は弱いために、端子が半田付けされたりして比較的大きな応力が加わる接続パッドを樹脂膜上に形成するためには、工夫が必要になる(例えば特許文献１を参照)。

特開平６−252539号公報

上述した従来の回路装置では、例えば薄膜形成技術で形成された接続パッドの周囲を樹脂層で覆うことで、接続パッドが樹脂膜から剥離することを防いでいる。しかし、接続パッドの周囲を覆うための樹脂膜が必要になるため、工数が増える問題がある。また、接続パッドの周囲を樹脂層で覆うために実際の接続パッドより広い面積が必要になるので、接続パッドの配置密度を高めることが難しいという問題があった。

本発明の一つの態様による回路装置は、絶縁基板と、該絶縁基板上に配置された配線基板と、を有する回路装置である。前記配線基板は、樹脂膜と、該樹脂膜上に形成された回路配線膜と、前記樹脂膜の上面に設けられ、前記回路配線膜と接続される接続パッドと、を有している。前記樹脂膜は、上面に開口する凹部を有しており、該凹部は、内部の幅が、前記開口における幅よりも大きく、前記接続パッドの一部は、前記凹部に充填されている。

樹脂膜が上面に開口する凹部を有しており、凹部は、内部の幅が、開口における幅よりも大きく、接続パッドの一部は、凹部に充填されているので、接続パッドの一部が凹部の開口に引っ掛かる。よって、接続パッドが樹脂膜から剥離しにくくなる。したがって、例えば接続パッドの周囲を覆う樹脂層等が不要であり、樹脂膜に対する接着強度および配置密度が高い接続パッドを有する回路装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の回路装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、図１（ａ）のＢ部分を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ部分を拡大して示す断面図である。 図２の凹部周辺を拡大して示す断面図である。 図１の回路装置の変形例における要部を拡大して示す平面図である。

本発明の実施形態の回路装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、上下の区別は説明上の便宜的なものあって実際に回路装置が使用されるときの上下を規制するものではない。

図１（ａ）は本発明の実施形態の回路装置を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ部分を拡大して示す平面図であり、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ部分を拡大して示す断面図である。

実施の形態の回路装置は、絶縁基板１と、絶縁基板１上に設けられた配線基板２とを有している。

絶縁基板１は、互いに積層された複数の絶縁層11を有している。また、絶縁基板１を含む基部（符号なし）は、絶縁層11の層間に設けられた内部配線12と、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。内部配線12および貫通導体13は、絶縁基板１の上面から下面にかけて導電路（符号なし）を形成している。また、絶縁基板１は、上面および下面に表面配線14をさらに有している。表面配線14には貫通導体13の端部が接続されている。

配線基板２は、絶縁基板１の表面（図１および図２の例では上面）に設けられた樹脂膜21と、樹脂膜21の露出表面（上面）に設けられた回路配線膜22および接続パッド23等の導体部分（符号なし）とを有している。樹脂膜21は凹部24を有し、この凹部24内に接続パッド23の一部が充填されている。また、配線基板２は、樹脂膜21を厚み方向に貫通する接続導体25を有している。接続導体25によって回路配線膜22と絶縁基板１の表面配線14とが互いに電気的に接続されている。これによって、樹脂膜21の上面の接続パッド23から絶縁基板１の下面の表面配線14にかけて導電路（符号なし）が形成されている。

絶縁基板１は、例えば回路装置の全体の剛性を確保する機能を有している。絶縁基板１によって回路装置としての剛性が高められ、例えばプローブカード用基板として用いられて半導体素子（図示せず）に検査のために押し付けられるときの変形が抑制されている。

回路装置がプローブカード用基板として用いられる場合には、例えば、接続パッド23にプローブピン（図示せず）が取り付けられる。プローブピンが半導体素子の電極と接続されるように回路装置が半導体素子に押し付けられる。プローブピンと電気的に接続された絶縁基板１の下面の表面配線14が検査用の外部回路（図示せず）と電気的に接続されて、半導体素子の回路に関する動作不良の有無等の種々の検査が行なわれる。

この場合、半導体素子は電気的なチェックを行なうために一時的に回路装置の上面に載置される。半導体素子としては、例えば、ＩＣまたはＬＳＩ等の半導体集積回路素子、または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。

絶縁基板１は、例えば全体として平面視において多角形状または円形状の板状である。この場合、複数の絶縁層11がそれぞれ同様の形状および寸法を有する板状に形成されている。図１の例では、絶縁基板１は八角形板状である。絶縁基板１の平面視における寸法は、例えばプローブカード用基板として使用されるときに、検査される半導体素子の平面視における寸法に応じて適宜設定される。

絶縁基板１に含まれている複数の絶縁層11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック焼結体からなる。

絶縁層11の厚みおよび層数は、例えば後述する内部配線12および貫通導体13の配置の総数および位置等の電気的な条件、絶縁基板１の所望の剛性および経済性等の種々の条件に応じて適宜設定されている。

また、内部配線12、貫通導体13および表面配線14は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の金属材料、もしくは、これらの金属材料の合金材料からなる。これらの金属材料（合金材料）は、例えばメタライズ法またはめっき法等の方法で絶縁基板１上に被着されて形成されている。

複数の絶縁層11および内部配線12等を含む基部は、例えば次のようにして作製することができる。すなわち、酸化アルミニウム等の原料粉末を有機溶剤およびバインダ等とともにシート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製するとともに、タングステン等の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して金属ペーストを作製する。次に、セラミックグリーンシートの主面等に金属ペーストを所定のパターンで印刷した後、これらのセラミックグリーンシートを積層して焼成する。以上の工程によって絶縁基板１を含む基部を作製することができる。

配線基板２は、絶縁基板１上に微細な接続パッド23を設けるための部分である。配線基板２に含まれている樹脂膜21は、その表面が絶縁基板１（セラミック焼結体からなる部分）の表面に比べて表面粗さが小さいため、薄膜形成技術によって微細なパターンで接続パッド23を形成することが容易である。これによって、微細な接続パッド23が形成されている。

接続パッド23は、例えば上記のようにプローブピンを接続するための下地金属層として機能する。回路配線膜22および接続導体25は、例えば接続パッド23と絶縁基板１の表面配線14等の導体とを電気的に接続する導電路として機能する。接続パッド23は回路配線膜22および接続導体25を介して絶縁基板１の上面の表面配線14と電気的に接続されている。前述したように、プローブピンが半導体素子の電極に接続されて、半導体素子の電極と絶縁基板１の下面の表面配線14とが互いに電気的に接続される。すなわち、回路装置の上面側に配置されてプローブピンと接続された半導体素子が、回路装置の上記各導体部分を介して回路装置の下面側に電気的に導出される。

回路配線膜22、接続パッド23および接続導体25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、または、これらの金属材料の合金材料からなる。また、回路配線膜22および接続パッド23は、厚みが、例えば約３〜25μｍ程度である。

回路配線膜22および接続パッド23は、上記の金属材料をスパッタリング法、蒸着法またはめっき法等の方法を用いて樹脂膜21の表面に被着させ、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行なうことによって、所定の配線パターンで樹脂膜21の
表面に形成することができる。

接続導体25は、樹脂膜21を厚み方向（上下方向）に貫通して設けられており、例えば、樹脂膜21の一部に貫通孔（符号なし）を設けることによって形成される。貫通孔は、ＣＯ２レーザまたはＹＡＧレーザによるレーザ加工法、ＲＩＥ（リアクティブ イオン エッチング）法または溶剤によるエッチング法等の孔あけ加工法で形成することができる。接続導体25は、この貫通孔内に接続導体25となる導体材料を、スパッタリング法、蒸着法またはめっき法を用いて貫通孔に設けることによって形成することができる。また、接続導体25は、導体ペーストの充填等の方法を用いて貫通孔に導電材料を充填することによって形成することもできる。

樹脂膜21は、例えば、平面視で絶縁基板１と同様の形状および寸法を有する板状（層状）のものである。絶縁基板１の絶縁層11と配線基板２の樹脂膜21とが互いに同じ形状および寸法に形成されて、例えば全体として八角形板状であり、側面がほぼ平面である回路装置が形成されている。樹脂膜21によって、絶縁基板１のセラミック焼結体からなる部分の表面よりもボイドが小さい表面への接続パッド23等の薄膜導体の形成が可能になっている。つまり、微細な接続パッド23を有する回路装置を形成することができる。

樹脂膜21は、例えばポリイミド樹脂，ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂，エポキシ樹脂，ビスマレイミドトリアジン樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，ポリキノリン樹脂およびフッ素樹脂等の絶縁樹脂から適宜選択された材料からなるものである。

絶縁基板１の上に樹脂膜21を形成するには、例えば、ポリイミド樹脂からなる場合には、ワニス状のポリイミド前駆体を絶縁基板１の上面にスピンコート法、ダイコート法およびカーテンコート法等の印刷法等から適宜選択した塗布法により塗布し、しかる後、400
℃程度の熱で硬化させてポリイミド化させる。これによって、例えば20μｍ〜50μｍ程度の厚みに樹脂膜21を形成することができる。あるいは、上記樹脂からなる20μｍ〜50μｍ程度のシートの下面に、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂接
着剤を乾燥厚みで５μｍ〜20μｍ程度にドクターブレード法等の塗布法にて塗布して乾燥させることで接着剤層を形成し、これを絶縁基板１の上に重ねて加熱プレスすることで形成する。

実施形態の回路装置において、樹脂膜21は表面（上面）に開口する凹部24を有している。また、凹部24は、その内部の幅が、その開口における幅よりも大きい。なお、凹部24の幅とは、凹部24のうち断面視において互いに反対側に位置する部分間の距離を意味する。内部の幅とは、断面視においた互いに反対側に位置する凹部24の内面間の距離であり、開口の幅とは、断面視において互いに反対側に位置する開口の縁同士の間の距離である。凹部24は、例えば図３に示すように、開口から内部に向かって外側に広がっている。図３は、図２の凹部24周辺を拡大して示す断面図である。図３において図２と同様の部位には同様の符号を付している。

この凹部24内に接続パッド23の一部が充填されている。凹部24は、樹脂膜21の表面（上面）から厚み方向の途中までの深さである。すなわち、凹部24は樹脂膜21内に底部を有している。凹部24内に充填された接続パッド23の一部は、凹部24内において露出した樹脂膜21の露出面と直接に接合されている。

凹部24に接続パッド23の一部（導体）を充填するには、例えば以下のようにすればよい
。付回り性の良いスパッタリング法を用いて樹脂膜21の凹部24の内部表面にクロム等の密着金属層（図示せず）を形成する。これによって、上記形態の凹部24の凹部24の内部表面に金属層を形成することができる。その後、回路配線膜22および接続パッド23となる部分以外にフォトリソグラフ法でマスクを形成し、めっき法で銅等の導電性の良い金属をマスクの開口部分に充填する。このめっき法によって凹部24内にも銅等（接続パッドの一部）を充填することができる。その後、マスクを外して不要部の上記めっき金属層をエッチングで除去する。以上のように凹部24にその一部が充填された接続パッド23等を樹脂膜21の表面に形成することができる。

なお、必要に応じて、接続パッド23および回路配線膜22の表面にはさらに保護層としてニッケルや金等のめっき層形成してもよい。また、凹部24表面は平坦になるように研磨等を施してもよい。また、凹部24内に接続パッド23の一部が充填されていれば、接続パッド23の表面（凹部24側と反対側の表面）に窪みがあってもよい。また、上記の密着金属層としてクロムの単層膜でなく、クロム−銅の２層膜としてもよい。この場合には、密着金属層と銅めっき層との密着性も向上する。

接続パッド23の一部が上記のような凹部24に充填されているので、接続パッド23の一部が凹部24の開口に引っ掛かる。つまり、凹部24に充填された接続パッド23の一部は凹部24から抜けにくく、この一部によって接続パッド23全体の樹脂膜21に対する密着強度が向上している。そのため、接続パッド23が樹脂膜21から剥離しにくくなっている。したがって、例えば接続パッド23を介した半導体素子と外部電気回路との電気的な接続信頼性の向上が容易な、プローブカード用基板としての使用が可能な回路装置を提供することができる。

凹部24の平面視における形状（以下、単に形状という）は、例えば四角形状を含む多角形状、円形状、楕円形状等の種々の形状とすることができる。また、凹部24の形状は、複数の形状が組み合わされたものでもよく、角部が円弧状に成形された多角形状、または不定形状等でもよい。

凹部24の大きさは、例えば接続パッド23と樹脂膜21との所望の密着強度、生産性および経済等の種々の条件に応じて適宜されていて構わない。例えば凹部24の形状が長方形状であり、長方形状の接続パッド23（長辺が500〜950μｍであり、短辺が60〜120μｍである
もの）の短辺側の端部分にそれぞれ長方形状の凹部24が配置されている場合であれば、凹部24は、長辺が60〜80μｍであり、短辺が20〜50μｍ、深さ８〜15μｍであるものとすればよい。

凹部24は、例えば、ＲＩＥ法による加工（ＲＩＥ加工）で形成することができる。凹部24をＲＩＥ加工で形成する場合には、装置内に反応性ガスを流す際の装置内圧力と反応性ガスの流量を調整することによってプラズマの直進性を失わせることで樹脂膜21に対して等方性エッチングを行うようにすればよい。これによって、凹部24について、その内部の幅が、その開口における幅よりも大きいものとすることができる。この場合、加工の条件を調整して樹脂膜21を厚み方向に貫通しないように調整する。

また、凹部24は、接続パッド23の外周部に位置しているものであってもよい。この場合には、接続パッド23の外周部でより密着強度を高めることができる。そのため、接続パッド23の外周部からの剥がれ等がより効果的に抑制される。なお、凹部24が接続パッド23の外周部に位置しているとは、樹脂膜21のうち接続パッド23の外周部と対向している部分に凹部24が設けられていることを意味する。

樹脂膜21からの接続パッド23の剥がれは、樹脂膜21と接続パッド23との間に生じる熱応
力等の応力が大きくなる傾向がある接続パッド23の外周部を起点として生じやすい。そのため、接続パッド23の外周部からの剥がれを抑制する効果が高められることによって、接続パッド23全体としての剥がれを抑制する効果もさらに高められる。

図２では、接続パッド23の外周部に凹部24が位置している形態の一例を示している。この例では、上記のように、長方形状の接続パッド23の短辺側の二つの端部、つまり外周部に対向した位置において、それぞれ樹脂膜21の上面に凹部24が設けられている。それぞれの凹部24は、平面視で接続パッド23の短辺（外周）に沿った細長い長方形状（帯状）であって、その四つの角部が円弧状になっている。言い換えれば、接続パッド23のうちその外周に沿った部分が、細長い溝状の凹部24内に入り込んでいる。

接続パッド23が長方形状である場合には、その短辺側の両端部で接続パッド23の剥がれが発生しやすい傾向がある。これに対して、その短辺側の両端部に凹部24が配置されて接続パッド23の一部が凹部24内に充填されているため、接続パッド23の剥がれがより効果的に抑制されている。

また、接続パッド23が平面視で多角形状であるときに、凹部24が接続パッド23の角部分に位置しているものであってもよい。この例を図４に示す。図４は、図１の変形例の回路装置における要部を拡大して示す平面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図４の例では、長方形状の接続パッド23の四つの角部にそれぞれ平面視で円形状の凹部24が配置されている。この場合、凹部24はφ（円形状の開口の直径）15〜30μｍ、深さ８〜15μｍとすればよい。

また、凹部24は、その内側面と底面とが内側に湾曲した曲面でつながっているものであってもよい。この場合には、凹部24内への接続パッド23となる金属材料の入り込みがより容易である。そのため、生産性等の点において有利である。

凹部24について、その内側面と底面とが内側に湾曲した曲面でつながっているものであるときに、凹部24が断面視で外周の一部が切断された円形状（扇形状）であってもよい。この場合には、上記のように等方性エッチングで樹脂膜21の表面部分をエッチングすれば、容易に凹部24を所定の形状（断面の形状）で形成することができる。したがって、生産性の向上等についても有利である。

なお、本発明の回路装置は、上記実施形態の例に限定されず、凹部24が接続パッド23の外周部に位置している場合に、その外周部の全周にわたって凹部24が設けられていてもよい。言い換えれば、凹部24が接続パッド23の外周部に沿って枠状または環状等のパターンで設けられていてもよい。この場合には、接続パッド23の外周の全周において接続パッド23の剥がれを抑制する効果を得ることができる。

また、凹部24の内面がさらに凹凸部分を有するもの（図示せず）であってもよい。この場合には、凹部24内に充填された接続パッド23の一部が凹部24の内面の凹凸部分にさらに引っかかり、いわゆるアンカー効果をさらに高める上では有効である。この場合には、例えば接続パッド23のより一層の小型化に対応しながら、その接続パッド23の剥がれをより確実に抑制することができる。

このような凹部24の内面の凹凸は、例えばＲＩＥ加工のガス流量等の条件を調整することによって形成することができる。この凹凸は、規則的なものであってもよく、不規則なものであってもよい。また、一つの凹部分または凸部分がさらに微細な凹凸を有するものであり、接続パッド23の一部と凹部24の内面との接合面積を大きくする上でより有利なものであってもよい。

また、上記実施形態の回路装置は、プローブカード用の基板以外の用途で用いられても構わない。例えば、接続パッド23に電子部品（図示せず）の電極が電気的に接続され、絶縁基板１上に電子部品が搭載される電子部品搭載用の基板として回路装置が用いられても構わない。この場合には、接続パッド23は、搭載される電子部品の電極の配置位置および個数等に応じて、適宜、その位置および個数等が設定される。

また、樹脂膜21は、１層に限らず複数層（図示せず）であってもよく、互いに異なる種類の樹脂材料からなる複数の樹脂膜（図示せず）が絶縁基板１上に積層されていてもよい。

１・・・・・絶縁基板
11・・・・・絶縁層
12・・・・・内部配線
13・・・・・貫通導体
14・・・・・表面配線
２・・・・・配線基板
21・・・・・樹脂膜
22・・・・・回路配線膜
23・・・・・接続パッド
24・・・・・凹部
25・・・・・接続導体

Claims (4)

1. 絶縁基板と、該絶縁基板上に配置された配線基板と、を有する回路装置であって、
   前記配線基板は、
   樹脂膜と、
   該樹脂膜上に形成された回路配線膜と、
   前記樹脂膜の上面に設けられ、前記回路配線膜と接続される接続パッドと、を有しており、
   前記樹脂膜は、上面に開口する凹部を有しており、
   該凹部は、内部の幅が、前記開口における幅よりも大きく、
   前記接続パッドの一部は、前記凹部に充填されている
   ことを特徴とする回路装置。
2. 前記凹部が、前記接続パッドの外周部に位置していることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 前記接続パッドが平面視で多角形状であり、前記凹部が前記接続パッドの角部分に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路装置。
4. 前記凹部の内側面と底面とが内側に湾曲した曲面でつながっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回路装置。
   

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