JP2018078195A - セラミック配線基板、プローブ基板およびプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】研磨面を有するセラミック基板への突出部材の接合強度が優れたセラミック配線基板を提供する。【解決手段】互いに対向する第１の主面４１および第２の主面４２を有し、少なくとも第１の主面４１が研磨面であるセラミック基板４と、セラミック基板４の第１の主面４１、第２の主面４２および内部に設けられた配線導体５と、セラミック基板４の第１の主面４１に設けられた、底面６１と内壁面６２とを有する凹部６と、一端が凹部６の底面６１のみに接合材８を介して接合されており、他端が第１の主面から突出している突出部材７とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、セラミック配線基板およびこれを用いたプローブ基板ならびにプローブカードに関するものである。

半導体素子の電気的検査に用いられるプローブカードは、プローブピンを備えたプローブ基板と、プローブ基板と接続され、外部回路と接続される回路基板とを備えている。プローブ基板は、回路基板の外部回路に接続される端子電極と、プローブピンが接触する半導体素子の微小な電極との間を電気的に接続するためのものである。プローブ基板の回路基板に対向する面には金属製の突出部材が接合されており、プローブ基板は、この突出部材を介して回路基板に固定されている（例えば特許文献１を参照）。

突出部材は、突出した端部をねじ（ボルト）にして、回路基板側に設けたナット等により端部の位置を調整することによって、プローブ基板の平坦性を調整することにも用いられている（例えば特許文献２を参照）。

また、プローブ基板としてはセラミック基板に配線を形成したセラミック配線基板が用いられている。セラミック配線基板を作製する際に、セラミック基板の主面を研磨する場合がある（例えば特許文献３を参照）。これにより、平坦な主面および微細な配線を有するプローブ基板を作製することができる。

特開２０１１−１６５９４５号公報 特開２０１１−１４１２６３号公報 特開２０１０−９３１９７号公報

従来のプローブ基板において、突出部材はプローブカードの主面に設けられた金属層にろう材で接合されている。突出部材には、プローブ基板の回路基板への固定時、平坦性の調整時等に外力が加わるものである。突出部材がろう材および金属層を介して接合されたプローブ基板の主面が平坦化のために研磨加工されている場合には、この研磨加工による研磨面である主面には、マイクロクラックが存在している。そのため、突出部材に外力が加わると、プローブ基板の主面にも応力が加わり、マイクロクラックを起点としてセラミック基板が破壊しやすくなるので、突出部材の接合強度が小さいものとなることがあった。特に、ムライトや低温焼成セラミックのような低熱膨張や低抵抗導体との同時焼成が可能な材料を用いるような場合は、アルミナ等の従来からよく用いられている基板材料に比較して強度が小さいので、突出部材の接合強度が小さいものになりやすかった。

本開示のセラミック配線基板は、互いに対向する第１の主面および第２の主面を有し、少なくとも前記第１の主面が研磨面であるセラミック基板と、該セラミック基板の前記第１の主面、前記第２の主面および内部に設けられた配線導体と、前記セラミック基板の第１の主面に設けられた、底面と内壁面とを有する凹部と、一端が前記凹部の前記底面のみに接合材を介して接合されており、他端が前記第１の主面から突出している突出部材とを備える。

また、本開示のプローブ基板は、上記のセラミック配線基板と、該セラミック配線基板の前記配線導体に電気的に接続されたプローブピンとを備える。

また、本開示のプローブカードは、上記プローブ基板と、該プローブ基板の前記セラミック配線基板の前記第１の主面に対向して配置され、前記突出部材を介して前記プローブ基板が固定されている回路基板とを備える。

本開示のセラミック配線基板によれば、セラミック基板の第１の主面が研磨面であっても、第１の主面に設けられた凹部の底面は研磨面ではなく、研磨加工によるマイクロクラックは存在しないので、凹部の底面のみに接合された突出部材の接合強度は高いものとなる。

また、このようなセラミック配線基板を用いた本開示のプローブ基板およびこのプローブ基板を用いた本開示のプローブカードは、突出部材の接合強度が高いので、信頼性の高いものとなる。

プローブカードの実施形態の一例を示す断面図である。 （ａ）は図１に示すプローブカードにおけるセラミック配線基板のＡ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセラミック配線基板の一部を省略して示す平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセラミック配線基板の一部を省略して示す平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセラミック配線基板の一部を省略して示す平面図である。 （ａ）はセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセラミック配線基板の一部を省略して示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、ともにセラミック配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。 プローブカードの他の例の要部を拡大して示す断面図である。

以下、セラミック配線基板３、プローブ基板２およびプローブカード１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１はプローブカード１の実施形態の一例を示す断面図であり、図２は図１に示すプローブカード１におけるセラミック配線基板３のＡ部を拡大して示す断面図である。また、図３〜図６はセラミック配線基板３の他の例の要部を拡大して示しており、各図において（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

図１に示すプローブカード１は、セラミック配線基板３の配線導体５にプローブピン１２が接続されたプローブ基板２が、セラミック配線基板３の突出部材７と固定部材１４とで回路基板１３に固定されて構成されている。

本開示のセラミック配線基板３は、互いに対向する第１の主面４１および第２の主面４２を有し、少なくとも第１の主面が研磨面であるセラミック基板４と、セラミック基板４の第１の主面４１、第２の主面４２および内部に設けられた配線導体と、セラミック基板４の第１の主面４１に設けられた、底面６１と内壁面６２とを有する凹部６と、一端が前記凹部６の底面６１のみに接合材８を介して接合されており、他端が前記第１の主面４１から突出している突出部材７とを備えている。

本開示のセラミック配線基板３によれば、セラミック基板４の第１の主面４１が研磨面であっても、第１の主面４１に設けられた凹部６の底面６１は研磨面ではなく、研磨加工によるマイクロクラックは存在しないので、凹部６の底面６１のみに接合された突出部材７の接合強度は高いものとなる。

突出部材７は、図３および図５に示す例のように、接合材８を介して凹部６の底面６１に直接接合されていてもよい。この場合の、セラミックに直接接合することのできる接合材８としては、例えば、樹脂接着剤または活性金属を含むろう材（活性ろう材）を用いることができる。

また、図１および図２に示す例のように、凹部６の底面６１に接合材８の接合性を高める膜等を設けて、この膜を介して凹部６の底面６１に接合されていてもよい。具体的には、図１および図２に示す例のように、凹部６内において底面６１のみに金属膜９が設けられており、突出部材７の一端が金属膜９にろう材８１を介して接合されていてもよい。すなわち、突出部材７の一端は、接合材８であるろう材８１および金属膜９を介して凹部６の底面６１のみに接合されていてもよい。突出部材７は、研磨面ではない凹部６の底面６１に設けられた金属膜９に接合されているので、上記のように接合強度は高いものとなる。また、接合材８が樹脂接着剤である場合に比較して、耐熱性および接合強度がより向上する。接合材８が活性ろう材である場合に比較して、製造時の手間やコストを低減することができる。

ここで、金属膜９が凹部６の底面６１だけでなく内壁面６２にも設けられていると、突出部材７に外力が加わった場合に、ろう材８１および内壁面６２の金属膜９を介して内壁面６２に応力が加わってしまう。例えば、内壁面６２を引っ張るような応力が加わることになり、これにより内壁面６２に接する第１の主面４１にも引っ張り応力が加わることになる。第１の主面４１に応力が加わると、第１の主面４１に存在するマイクロクラックを起点としてセラミック基板４に大きなクラックが発生し、内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう場合がある。半導体素子の電気検査時に、欠けによって発生した粒子が微細なプローブや半導体素子の電極に接触すると、検査を正確に行なうことができなくなってしまう。これは、金属膜９を有さない場合、すなわち突出部材７が接合材８を介して凹部６の底面６１および内壁面６２に接合されている場合も同様である。

しかしながら、本開示のセラミック配線基板３によれば、金属膜９は凹部６内において底面６１のみに設けられ、内壁面６２には設けられていないので、突出部材７に外力が加わっても、ろう材８１および金属膜９を介して第１の主面４１に応力が加わることが抑えられ、凹部６の内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう可能性がほぼなくなる。これは、接合材８を介して凹部６の底面６１のみに直接接合されている場合においても同様である。

また、図２に示す例および図４に示す例においては、いずれも金属膜９が底面６１の全面を覆うように設けられている。しかしながら、図４に示す例では、ろう材８１（接合材８）は金属膜９の全面を覆うように設けられているのに対して、図２に示す例では、ろう材８１（接合材８）は、金属膜９の外縁より内側に位置しており、凹部６の内壁面６２から離れて設けられている。図４に示す例の場合においても、ろう材８１は金属膜９のみに接合されており、内壁面６２と接触していても接合はされていない。金属膜９が底面６１の全面を覆うとともに、ろう材８１が金属膜９の全面を覆っていると、ろう材８１が凹部６の内壁面６２に接しやすくなる。ろう材８１の量が多いと特にそのようになりやすい。ろう材８１が凹部の内壁面６２に接していると、突出部材７に外力が加わった際にろう材８１を介して内壁面６２に応力が加わる場合がある。また、ろう材８１自身の熱膨張等によって内壁面６２に応力が加わる場合がある。しかしながら、図２に示す例のように、ろう材８１（接合材８）が、金属膜９の外縁より内側に位置し、凹部６の内壁面６２から離れて設けられていると、ろう材８１によって内壁面６２に直接応力が加わることがないので、内壁面６２に接する第１の主面４１に応力が加わることがない。そのため、凹部６の内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう可能性がさらに低減される。

また、プローブ基板の回路基板１３への固定時および平坦性の調整時等に突出部材７に外力が加わると、凹部６の底面６１に応力が加わり、凹部６の底面６１と内壁面６２との間の角部に応力が集中して、この角部を起点にセラミック基板４にクラックが発生する可能性がある。また、底面６１と内壁面６２との間の角部に応力が加わると、内壁面６２にも応力が加わり、第１の主面４１にも応力が加わる場合がある。金属膜９が底面６１の全面を覆っていても、ろう材８１（接合材８）が、金属膜９の外縁より内側に位置し、凹部６の内壁面６２から離れて設けられていると、金属膜９の外縁の下に位置する底面６１に加わる応力が低減されて、底面６１と内壁面６２との間の角部に加わる応力が低減される。そのため、底面６１と内壁面６２との間の角部にクラックが発生する可能性が低減されるとともに、第１の主面４１に加わる応力が低減されて内壁面６２と第１の主面４１との間の角部の欠けがより低減される。これは、図５に示す例における接合材８が底面６１の全面を覆っているのに対して、図３に示す例における接合材８は、底面６１の外縁より内側に位置し、凹部６の内壁面６２から離れて設けられている場合においても同様である。すなわち、金属膜８の有無に関わらず、接合材８は、凹部６の底面６１の外縁より内側に位置し、凹部６の内壁面６２から離れて設けられていると、内壁面６２と第１の主面４１との間の角部の欠けがより低減されるとともに、底面６１と内壁面６２との間の角部にクラックが発生する可能性が低減される。

図２および図４に示す例においては、金属膜９は凹部６の底面６１の全面を覆っており、金属膜９の外側面は凹部６の内壁面６２に接している。これに対して、図６に示す例のように、金属膜９は、凹部６の底面６１において凹部６の内壁面６２から離れていてもよい。このようにすると、金属膜９に接合されているろう材８１が凹部６の内壁面６２に接することがなくなるので、突出部材７に加わった外力に起因する応力が内壁面６２へ伝わることがなくなる。また、ろう材８１は、凹部６の底面６１の外縁より内側に位置し、凹部６の内壁面６２から離れて設けられることになるので、底面６１と内壁面６２との間の角部近傍に加わる応力が低減される。よって、凹部６の内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう可能性がより低減されるとともに、底面６１と内壁面６２との間の角部にクラックが発生する可能性が低減される。

図７および図８はセラミック配線基板３の他の例の要部を拡大して示しており、両図において（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセラミック配線基板３の一部を省略して示す平面図である。金属膜９と金属柱１０の位置関係を見やすくするために、セラミック配線基板３における突出部材７および接合材８を省略し、金属膜９に隠れている金
属柱１０を透過して破線で示している。

セラミック配線基板３は、図７および図８に示す例のように、金属膜９に接続され、凹部６の底面６１からセラミック基板４の内部に延びる金属柱１０を有していてもよい。このような構成とした場合には、金属膜９に接続された金属柱１０がセラミック基板４に打ち込まれた杭のように働くので、金属膜９のセラミック基板４への接合強度がより高いものとなる。

金属柱１０の長さ（深さ）は、特に制限はないが、セラミック基板４が、複数のセラミック層からなる多層基板である場合には、少なくともセラミック層１層分の長さである。金属柱１０の太さ（径）についても特に制限はなく、金属柱１０の数および配置についても特に制限はない。突出部材７が金属膜９に接合される側の端部に鍔部（フランジ）を有し、鍔部の厚みが比較的薄い場合には、金属膜９における平面視で鍔部より内側に位置する部分に大きな応力が加わりやすいので、ここに接続するように金属柱１０を配置すると効果的である。また、金属膜９の外周部分も大きな応力が加わりやすいので金属膜９の外縁部に接続するように金属柱１０を配置することも効果的である。この場合は、金属膜９内での応力の偏りを抑えるために、金属膜９の外周に沿って周方向に等間隔に同じ大きさの金属柱１０を配置することもできる。図７に示す例においては、金属膜９の中央部に径の大きいものを１つ、金属膜９の外縁部に径の小さいものを周方向に等間隔で８つ配置している。図８に示す例は、図７に示す例に対して、金属膜９の径が小さく、その外縁が凹部６の内壁面６２から離れているので、外縁部に接続されている金属柱１０も、図７に示す例と比較して凹部６の内壁面６２から離れている。

また、図９に示す例のように、セラミック配線基板３は、金属膜９とは離れており、凹部６の底面６１と内壁面６２との間の角部からセラミック基板４の内部まで延びて設けられている第２の金属膜１１を有していてもよい。プローブ基板の回路基板１３への固定時および平坦性の調整時等に突出部材７に外力が加わると、凹部６の底面６１に応力が加わり、凹部６の底面６１と内壁面６２との間の角部に応力が集中して、この角部を起点にセラミック基板４にクラックが発生する可能性がある。この角部からセラミック基板４の内部まで延びて設けられている第２の金属膜１１を有していると、セラミックに比較して軟質である第２の金属層により応力が緩和されるので、角部を起点とするクラックが発生する可能性を低減することができる。また、第２の金属膜１１は金属膜９とは離れている、すなわち金属膜９は凹部６の底面６１において凹部６の内壁面６２から離れている。そのため、上述したように、底面６１と内壁面６２との間の角部近傍に加わる応力が低減され、凹部６の内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう可能性がより低減される。

第２の金属膜１１は、角部から凹部６の内側へも延びていてもよい。この場合であっても、第２の金属膜１１は金属膜９とは離れているものである。そのため、上述したように、ろう材８１が凹部６の内壁面６２に接することがなく、また、底面６１と内壁面６２との間の角部近傍に加わる応力が低減されるので、凹部６の内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう可能性をより低減できる。

また、図１０に示す例のように、金属膜９は、凹部６の底面６１から凹部６の底面６１と内壁面６２との間の角部を越えて、セラミック基板４の内部まで延びて設けられていてもよい。言い換えれば金属膜９の外縁部が、凹部６の周囲のセラミック基板４の内部に位置している。金属膜９が内壁面６２まで延びて、第２の金属膜１１と一体となったものということもできる。このような場合においても、第２の金属膜１１に相当する、セラミック基板４の内部に位置する金属膜９の縁部によって応力が緩和されて、角部を起点とするクラックが発生する可能性を低減することができる。

図９に示す例のように金属膜９と第２の金属膜１１とが離れている場合と、図１０に示す例のように、金属膜９と第２の金属膜１１とが接して一体となったような場合とを比較すると、どちらも、金属膜９の角部からセラミック基板４の内部まで延びる部分または第２の金属膜１１によって応力は緩和される。しかしながら、金属膜９と第２の金属膜１１とが離れている場合は、底面６１と内壁面６２との間の角部近傍に加わる応力そのものが低減されるので、底面６１と内壁面６２との間の角部にクラックが発生する可能性をより低減することができる。

図１１に示す例のように、凹部６の内壁面６２は、底面６１から第１の主面４１の間において屈曲している部分および湾曲している部分の少なくとも一方を有していてもよい。図１１（ａ）に示す例の内壁面６２は、底面６１から第１の主面４１の間において屈曲している部分を有しており、図１１（ｂ）に示す例の内壁面６２は、底面６１から第１の主面４１にかけて全体が湾曲した凹面となっている。このような構成にすると、凹部６の底面６１から第１の主面４１へ応力が伝わる際に、屈曲している部分および湾曲している部分において応力が分散されるので、第１の主面４１へ伝わる応力が小さいものとなる。そのため、凹部６の内壁面６２と第１の主面４１との間の角部が欠けてしまう可能性をより低減できる。

また、図１１（ａ）に示す例においては、内壁面６２における屈曲部の上下に位置する部分は、上側が紙面に対して右側に位置し、下側が左側に位置している。凹部６の底面６１より上側（第１の主面４１側）が２層のセラミック層からなる場合であれば、上下のセラミック層間で同じ大きさの孔が左右方向にずれて配置されていると、このような内壁面６２を有する凹部６となる。同様に凹部６の底面６１より上側が２層のセラミック層からなる場合であれば、上下のセラミック層間で孔の大きさが互いに異なっていると、屈曲部の上側が（左右方向の）外側あるいは内側に位置するような内壁面６２を有する凹部６となる。

セラミック基板４は、例えば、アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体からなり、互いに対向する第１の主面４１および第２の主面４２を有する板状の基板である。セラミック基板４は、これらのセラミック焼結体からなる複数のセラミック層が積層されてなる多層セラミック基板とすることができる。セラミック基板４としてムライトを用いた場合には、ムライトはシリコンウエハとの熱膨張係数が近似しているので、セラミック配線基板３にプローブピン１２を設けたプローブ基板２を備えたプローブカード１を用いてバーンインテストを行なうと、高温（例えば１２５℃）と低温（例えば−４０℃）でのテストを行う場合でも、セラミック配線基板３上のプローブピン１２の先端の位置がシリコンウエハ上の端子からずれにくいものとなる。また、ガラスセラミックはいわゆる低温焼成基板とも呼ばれるものであり、配線導体５に低抵抗な銅や銀等を使用することができるので、電源特性や高周波特性等の電気的な特性に優れたセラミック配線基板３、プローブ基板およびプローブカード１となる。

セラミック基板４の平面視の形状は、例えば、正方形状、長方形状および八角形状のような多角形板状、あるいは円形状である。例えば、厚さが３ｍｍ〜１０ｍｍで、方形の場合であれば１００ｍｍ×１００ｍｍ〜３００ｍｍ×３００ｍｍとすることができ、円形状の場合であれば直径１００ｍｍ〜３００ｍｍとすることができる。セラミック基板４の少なくとも第１の主面４１は研磨によって平坦化されている。この平坦化された第１の主面４１は、プローブカード１において回路基板１３と対向する面であり、第１の主面４１上の配線導体５と回路基板１３の配線導体とが電気的に接続される。この接続がセラミック配線基板４の第１の主面４１の全面において均一なものとなるように平坦化されている。同様に、プローブピン１２を介してシリコンウエハ上の半導体素子と電気的に接続される
第２の主面４２も研磨して平坦化されていてもよい。セラミック基板４の両主面が研磨面であると、上記のセラミック基板４の厚みは全面でほぼ均一なものとなり、回路基板１３およびシリコンウエハ上の半導体素子のような検査対象との電気的接続が良好になる。

配線導体５は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、クロム、ニッケル、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。また、配線導体５は、これらの金属材料の合金材料からなるものであってもよい。これらの金属材料（合金材料）は、例えばメタライズ導体（厚膜導体）、薄膜導体またはめっき導体等の形態でセラミック基板４の第１の主面４１、第２の主面４２および内部に設けられている。セラミック基板４の第１の主面４１、第２の主面４２および内部（セラミック層間）には、膜状の導体が設けられ、膜状の導体同士を接続するためにセラミック層を貫通する柱状の導体（貫通導体）が設けられる。膜状の導体の厚みは例えば５μｍ〜２０μｍであり、柱状の導体は、例えば直径が３０μｍ〜１００μｍの円柱状である。

配線導体５が形成されたセラミック基板４の第２の主面４２に、ポリイミド等の樹脂からなる複数の絶縁層を設け、この樹脂層を介してセラミック基板４の表面に配線導体５を設けてもよい。この樹脂層と樹脂層の表面および内部に設けられる配線導体５は、薄膜導体で形成し、より微細な配線とすることができる。これによって、樹脂層の表面に形成された配線導体５に接続されるプローブピン１２の間隔をより小さいものとすることができる。

凹部６は、セラミック基板４の第１の主面４１に設けられており、底面６１と内壁面６２とを有する。上述のように第１の主面４１は研磨面であるが、凹部６の底面６１は研磨面ではない。内壁面６２も研磨面ではないが、第１の主面４１を研磨する際に第１の主面４１のごく近傍が研磨されていてもよい。

凹部６の平面視の形状は、図２〜図１０に示す例においては円形状であるが、これに限られるものではなく、例えば方形状等の多角形状であってもよい。凹部６の底面６１に接合される突出部材７の形状に応じて選択すればよい。また、図２〜図６に示す例では、突出部材７の接合面の形状が円形であるのに対して、凹部６の平面視の形状も円形であるが、突出部材７とは異なる形状であってもよい。凹部６の形状（底面６１の形状）が突出部材７（の接合面）の形状と同じ（相似形）であると、凹部６の底面６１と内壁面６２の間の角に加わる応力のバラつきを小さくすることができ、応力が集中し難くなるので、底面６１と内壁面６２の間の角にクラックが発生する可能性を低減することができる。また、底面６１の形状が、円形状のような角部を有さない形状であると、応力が集中する部分を有さないので、底面６１と内壁面６２の間の角にクラックが発生する可能性をより低減することができる。

凹部６の大きさに関して、凹部６の深さはセラミック基板４の厚みの例えば３％〜３０％とすることができる。凹部６の深さが深いと、例えば接合強度を高めるために突出部材７のフランジ部の厚みを厚くしても、回路基板１３と干渉し難くなる。また、凹部６の深さが深すぎると、セラミック基板４の強度が低下しやすくなる。一方、凹部６の深さが浅すぎると、凹部６の底面６１と第１の主面４１との距離が近くなりすぎ、底面６１に加わった応力が第１の主面４１に伝わりやすくなり、突出部材７の接合強度が低下する可能性がある。そのため、凹部６の深さは、具体的には０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度としてもよい。

凹部６の平面視の大きさは、第１の主面４１上に設けられる配線導体５の配置や突出部材７の大きさに応じて設定することができる。突出部材７の大きさより一回り大きくすればよく、セラミック基板４の強度が低下しすぎない程度にするとよい。具体的には、例えば、凹部６の平面視の形状が方形の場合であれば８ｍｍ×８ｍｍ〜４０ｍｍ×４０ｍｍと
することができ、円形状の場合であれば直径８ｍｍ〜４０ｍｍとすることができる。なお、ここで示した凹部６の平面視の大きさは、底面６１または開口の大きさである。図１１（ｂ）に示す例のように、凹部６の平面視の大きさは、底面６から第１の主面４１（開口）にかけて一定であるものに限られない。また、凹部６の平面視の形状も、底面６から第１の主面４１（開口）にかけて一定であるものに限られない。

上述したように、凹部６の内壁面６２は、底面６１から第１の主面４１の間において屈曲している部分および湾曲している部分の少なくとも一方を有していてもよい。図１１に示す例においては、内壁面６２は屈曲している部分または湾曲した部分のいずれかを有しているが、凹部６の内壁面６２は屈曲している部分と湾曲している部分の両方を有していてもよい。例えば、内壁面６２において屈曲している部分の上下に位置する部分が湾曲した面となっていてもよい。

金属膜９は、配線導体５の膜状の導体と同じ金属材料および同じ形態とすることができ、セラミック基板４の凹部６の底面６１に設けられている。上述したように、金属膜９は、凹部６内において底面６１のみに設けられ、内壁面６２には設けられていない。金属膜９の平面視の形状および大きさは、突出部材７（の底面）の形状および大きさに応じて設定することができる。金属膜９の大きさを突出部材７（の底面）の大きさより一回り大きくすると、突出部材７の底面とともに側面も接合面とすることができ、突出部材７の接合強度を大きくすることができる。具体的には、例えば、金属膜９の平面視の形状が方形の場合であれば８ｍｍ×８ｍｍ〜２０ｍｍ×２０ｍｍとすることができ、金属膜９の平面視の形状が円形状の場合であれば直径８ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。金属膜９が内壁面６２から離れている場合は、例えば内壁面６２から全周に渡って０．５ｍｍ〜４ｍｍ離れていればよい。また、金属膜９が凹部６の底面６１から凹部６の底面６１と内壁面６２との間の角部を越えて、セラミック基板４の内部まで延びて設けられている場合は、角部から０．５ｍｍ〜４ｍｍの位置まで設けることができる。金属膜９の厚みは例えば５μｍ〜２０μｍとすることができる。図２〜図６に示す例では、突出部材７の接合面の形状が円形であるのに対して、金属膜９の平面視の形状も円形であるが、金属膜９の平面視の形状は突出部材７とは異なる形状であってもよい。また、金属膜９の形状は、凹部６の底面６１の形状とも異なる形状であってもよい。

第２の金属膜１１は、配線導体５の膜状の導体と同じ金属材料でメタライズ導体（厚膜導体）とすることができ、凹部６の底面６１と内壁面６２との間の角部からセラミック基板４の内部まで延びて設けられている。第２の金属膜１１は、例えば、角部からセラミック基板４の内部へ０．５ｍｍ〜４ｍｍ延びて設けることができる。また、角部から凹部６の内側、凹部６の底面６１状に延びている場合には、第２の金属膜１１は、例えば、角部から０．５ｍｍ〜３ｍｍ延びて設けることができる。第２の金属膜１１は、金属膜９とは離れて設けられるが、例えば０．５ｍｍ〜４ｍｍ離して設けることができる。

金属柱１０は、一端が金属膜９に接続され、他端が凹部６の底面６１からセラミック基板４の内部に延びて設けられている。金属柱１０は、配線導体５の柱状の導体（貫通導体）と同じ金属材料、同じ方法で形成することができる。凹部６の底面６１からセラミック基板４の内部に延びる長さは、セラミック層の厚みおよび貫通するセラミック層の層数により、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍとすることができる。金属柱１０は、例えば円柱状であり、直径は配線導体５の柱状の導体（貫通導体）と同様に、例えば３０μｍ〜１００μｍとすることができる。また、上述したように、複数の金属柱１０は互いに異なる径であってもよいし、長さについても互いに異なるものであってもよい。図７および図８に示す例においては、金属膜９の中央部に接続される金属柱１０は、径の大きいものが１つ配置されているが、これに変えて、径の小さいもの、例えば金属膜９の外縁部に配置されたものと同じ径のものを、小さい間隔で複数個配置しても同様の効果が得られる。また、配線導
体５の貫通導体、金属膜９の外縁部の金属柱１０および金属膜９の中央部の金属柱１０を同じ径にすることで、効率よく形成することができる。

突出部材７は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の合金材料からなるものを用いることができ、プレス加工や切削加工等で形成することができる。セラミック基板４と熱膨張係数が近似している材料からなる場合には、セラミック基板４と接合した後の残留応力が小さく接合強度が低下し難い。表面保護のために、上記のような合金からなるものの表面にニッケルめっき等を施した突出部材７であってもよい。接合材８としてろう材を使用する場合には、ろう材の濡れ性を考慮してニッケルめっき後に金めっきを施してもよい。

突出部材７の形状は、例えば、図１に示す例の場合は、雄ねじ（ボルト）であり、接合される側の端部に鍔部（フランジ）を有する。突出部材７は、鍔部を有さない円柱状のものであってもよいし、いわゆる六角ボルトであってもよい。通常の六角ボルトの頭は厚みが厚く、凹部６から頭が大きく突出して回路基板１３と干渉しやすくなるので、図１〜図１１に示す例のように、円柱状のねじ部の接合される側の端部（一端）に円板状の鍔部（フランジ）を有するものとすることができる。鍔部を有することで、全体の大きさを大きくすることなくセラミック基板４との接合面積を増加して接合強度を高くすることができる。これらの例では突出部材７の一端部（一端面）は円形状であるが、これに限られるものではなく、例えば方形状等の多角形状であってもよい。一端面が円形状のような角部を有さない形状であると、突出部材７に外力が加わった際に、セラミック基板１との接合部において応力が集中しやすい部分がないので、接合強度が高いものとなる。突出部材７の形状はこれに限られるものではなく、例えば図１２に示す例のような雌ねじを有するもの（ナット）であってもよいし、雄ねじである場合であっても一端から他端まで一体でなく、分割可能なものであってもよい。分割可能な突出部材としては、例えば、一端側は図１に示すような雄ねじであり、他端側は、一端にこの雄ねじが結合する雌ねじ部を有し、他端に固定部材１４に結合される雄ねじ部を有しているものが挙げられる。また、突出部材７は、ねじ部を有さない一端部とねじ部を有する他端部とが接合されたものであってもよい。突出部材７の一端部が第１の主面４１に対して傾いて接続された場合であっても、その後にねじ部を有する他端部の傾きを修正して接合することで、セラミック基板４との接合部に均一に応力が加わるようにすることができる。

突出部材７の寸法は、一端が凹部６内に収まる大きさで、プローブ基板２と回路基板１３との距離等に応じた長さであれば特に限定されるものではない。突出部材７の形状が例えば図１に示す例のような場合であれば、ねじ部は、例えば径が２ｍｍ〜１５ｍｍで長さが４ｍｍ〜５０ｍｍで、フランジは例えば径が７ｍｍ〜１９ｍｍで、厚みが０．５ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。

また、突出部材７の、凹部６の底面６１または金属膜９に接合される一端部は、図１２に示す例のように、凹部６の底面６１に対向する接合面から凹部６の内壁面６２に対向する側面にかけて、Ｃ面もしくはＲ面を有する形状とすることができる。突出部材７の接合面側の周縁部に接合材８が溜まりやすくなるため、接合材８が外側に濡れ広がる長さを抑えながら突出部材７の側面には濡れ広がりやすくなるので、容易にメニスカスを形成し且つメニスカスの広がりを抑えやすくなるので、設計の自由度が向上する。これは、突出部材７の形状が図１〜図１１に示す例のように、ねじ部の接合される側の端部に鍔部（フランジ）を有する形状の場合も同様である。

接合材８は、樹脂接着剤やろう材、活性ろう材を使用することができる。樹脂接着剤としては、接着強度が強く、耐熱性もある樹脂を使用するのがよく、例えば、エポキシ系樹脂が挙げられる。樹脂接着剤には、必要に応じて熱膨張係数を低下させてセラミック基板
４および突出部材の熱膨張係数に近づけるために、樹脂成分より低熱膨張係数の無機充填材を添加してもよい。ろう材としては、各種銀ろう、Ａｕ−Ｓｎ共晶合金、各種半田を使用することができるが、銀ろう、Ａｕ−Ｓｎ共晶合金を使用すると長期の温度サイクル信頼性や耐熱性の劣化が発生しにくい。活性ろう材は、各種銀ろうにチタンやハフニウムおよびジルコニウムのうち少なくとも１種の活性金属材料の粉末をさらに添加したものである。活性ろうを使用した場合には真空中や不活性雰囲気とすることで、直接セラミック基板４にろう材を接合することができるようになる。

上記のようなセラミック配線基板３の製造方法の一例について説明する。

セラミック基板４は、セラミック層となるグリーンシートを複数枚積層して焼成することによって作製することができる。セラミック基板４が、例えばムライト質焼結体からなる場合であれば、グリーンシートの作製においては、まず、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）粉末と添加剤として、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末、ＴｉＯ_２粉末およびＭｏＯ_３粉末等を添加した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する。このスラリー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ことができる。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こともできる。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。

混合粉末には、ムライト質焼結体の緻密化と、配線導体５との同時焼結性を高めるために、さらに、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、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添加してもよい。

このグリーンシートに対して、例えば、金型パンチング、マイクロドリル、レーザー等の孔形成方法により貫通孔を形成する。この貫通孔は、配線導体５の貫通導体となる部分、凹部６となる部分および金属柱１０となる部分に設ける。

また、グリーンシートに対して、導体ペーストを、例えばスクリーン印刷により貫通導体用および金属柱１０用の貫通孔内に充填し、スクリーン印刷、グラビア印刷などの印刷方法により、セラミック層間の配線導体５、金属膜９および第２の金属膜１１の形状でグリーンシートの主面に印刷塗布する。導体ペーストは、例えば、銅（Ｃｕ）粉末とタングステン（Ｗ）粉末またはモリブデン（Ｍｏ）粉末とを所定の比率となるように混合した混合金属粉末に対して有機バインダ、溶媒等を添加して三本ミル等を用いて十分に混合させることで調製することができる。なお、この導体ペースト中には、セラミック基板４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セラミック基板４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添加してもよい。

なお、導体ペーストは、すべて同一の組成である必要はなく、必要とされる配線抵抗や電気特性に応じて、部分的に組成を変えても構わない。例えば、配線導体５において、径が３０〜１００μｍ程度ある貫通導体は、一般的に厚みが５〜２０μｍ程度で幅が２０〜１００μｍ程度のセラミック層間の膜状の導体に比べて断面積が大きくなる傾向があるので、貫通導体や幅の広いセラミック層間の膜状の導体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。このようにすると、電気特性への影響を抑えつつ、セラミック層と貫通導体との焼成収縮の違いによる部分的な変形を緩和することができる。

その後、凹部６となる貫通孔を有し、導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを含む複数のグリーンシートを位置合わせして積層圧着して積層体を作製する。凹部６となる貫通孔を有するものと有さないもの、全てのグリーンシートを一括で積層圧着してもよいし、凹部６となる貫通孔を有する複数のグリーンシートだけを積層圧着した積層体と、凹部６となる貫通孔を有さない複数のグリーンシートだけを積層圧着した積層体とを作製し、それぞれの積層体を積層して圧着してもよい。

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）中で焼成することで、配線導体５および凹部６を備えた配線基板となる。

次に、この配線基板の凹部６を有する主面を凹部６の底面が研磨されないように研磨することで、研磨面である第１の主面４１に凹部６を持つ配線基板となる。凹部６を有さない主面も研磨して、第１の主面４１および第２の主面４２の両主面とも研磨面としてもよい。研磨加工は、砥石や砥粒を用いる機械研磨、砥粒を反応性の溶媒に懸濁した研磨材を用いる化学機械研磨によって行なわれる。この研磨加工によってできた研磨面にはマイクロクラックが発生する。研磨加工の仕上げとして、遊離砥粒を用いたラッピング研磨を行なうことで、マイクロクラックを低減することもできる。また、配線導体５を薄膜で形成する場合には、研磨面の表面粗さは、例えば算術平均粗さ（Ｒａ）が０．３μｍ以下となるようにしてもよい。

セラミック基板４の主面上の配線導体５は、例えば以下のようにして作製することができる。例えばスパッタ法等の薄膜形成法を用いて、まず、セラミック基板４の内部に配線導体５を有する配線基板の主面の全面に０．１〜３μｍ程度のチタンやクロム等の接合金属層を形成する。次に、この接合金属層の全面に２〜１０μｍ程度の銅等の主導体層を形成して、導電性薄膜層を形成する。必要に応じてバリア層等を形成してもよい。そして、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することで薄膜の配線導体５を形成することができる。

このとき、金属膜９を予め導体ペーストでメタライズ層として形成している場合は、メタライズ層を露出させてもよいし、メタライズ層の上に薄膜導体層をさらに設けて金属膜９としてもよい。また、金属膜９の中央部をメタライズ層で形成し、外縁部を薄膜で形成することもできる。より応力が大きく加わる中央部を接合強度のより高いメタライズ層で形成し、外形を形成する外縁部を寸法精度の高い薄膜で形成するので、接合強度と寸法精度を高いレベルで両立させることができる。なお、メタライズ層で金属膜９を形成しない場合は、配線導体５の形成と同時に、金属層９も薄膜で形成され、寸法精度のより高いものとなる。

配線導体５の表面および金属膜９の表面には、１〜１０μｍ程度のニッケル膜および０．１〜３μｍ程度の金膜を順に形成して、配線導体５および金属膜９の表面を保護するとともに、ろう材やはんだ等の接合性を高めることができる。ニッケル膜および金膜は、電解めっきによるめっき膜あるいは薄膜で形成することができる。

次に、凹部６の底面６１に接合材８を介して突出部材７を接合することでセラミック配線基板３となる。接合材８が接着剤である場合には、例えば液状の熱硬化性エポキシ接着剤を突出部材７の一端面に塗布し、この一端面を凹部６の底面６に押し付けて、接着剤の硬化条件（例えば１５０℃を６０分間保持）の熱履歴を与えることで、接着剤を硬化させて接合することができる。接合材８が活性ろう材の場合には、例えば突出部材７の一端面に活性共晶銀ろうペーストを塗布し、この一端面を凹部６の底面６に押し付けて、活性共晶銀ろうの溶融条件（例えば不活性雰囲気中で８３０℃を１０分間保持）の熱履歴を与えることで溶融接合することができる。接着剤や活性ろう材が凹部６の内壁面６２に接合さ
れないように、その量や一端面を押し付ける際の力を調整する。また、接合材８がろう材の場合には、例えば金属膜９と突出部材７の間にＡｕ−Ｓｎ共晶合金ろうのシートを配置し、Ａｕ−Ｓｎ共晶合金ろうの溶融条件（例えば、窒素雰囲気中で３２０℃を１０分間保持）のの熱履歴を与えることで溶融接合することができる。

なお、図４に示す例では接合材８は金属膜９全面を覆い、接合材８の外周端は金属膜９の外周端に位置しているのに対して、図２および図６に示す例では、接合材８の外周端は金属膜９の外周端より内側に位置して外周端から離れている。このような構成にすると、露出している金属膜９の外縁部分で、突出部材７を接合する際の熱による接合材８および突出部材７とセラミック基板４との間の熱応力に起因する残留応力を緩和することができるので、突出部材７の接合強度が高くなる。

ここで、接合材８（ろう材８１）として例えば厚みがＡｕ−Ｓｎ合金ろうのシートを用いた場合には、金属膜９の表面の金めっき厚みを突出部材７の表面の金めっき厚みより厚く形成してもよおい。このようにすると、接合時に加えた熱で接合材８（ろう材８１）が溶融した場合に金属膜９の表面の金めっきが突出部材７の表面の金めっきより接合材８（ろう材８１）に多く溶け込むことになるので、Ａｕ−Ｓｎ合金の組成は金属膜９側がより共晶組成から大きくずれて融点が高くなる。そして、接合材８（ろう材８１）が金属膜９の外周側に流れるより、突出部材７の接合部の側面を這い上がる高さが大きくなりやすくなる。そのため、接合材８（ろう材８１）が金属膜９の外周端まで流れにくくなるので、突出部材７の接合強度が高くなる。結果として、金属膜８を小さくすることもできるので、設計の自由度が高いものとなる。

なお、突出部材７は凹部６の底面６１に垂直に接合するのではなく、セラミック基板４の第１の主面４１に垂直になるように接合すると、効果的にセラミック基板４が変形することを突出部材７で防ぐことができる。

プローブ基板２は、上記のようなセラミック配線基板３と、セラミック配線基板３の配線導体５に電気的に接続されたプローブピン１２とを備える。より具体的には、セラミック基板４の第２の主面４２上に位置する配線導体５にプローブピン１２が接合されている。

プローブピン１２は、例えば、ニッケルやタングステンなどの金属からなるものである。プローブピン１２がニッケルからなる場合であれば、例えば、以下のようにして作製される。まず、シリコンウエハの１面にエッチングにより複数のプローブピンの雌型を形成し、雌型を形成した面にめっき法を用いてニッケルから成る金属を被着させる。そして、さらに雌型をニッケルで埋め込み、埋め込まれたニッケル以外のウエハ上のニッケルをエッチング法等の加工を用いて除去して、ニッケル製プローブピンが埋設されたシリコンウエハを作製する。このシリコンウエハに埋設されたニッケル製プローブピンをセラミック基板４の第２の主面４２上に位置する配線導体５にはんだ等の接合材で接合する。そして、シリコンウエハを水酸化カリウム水溶液で除去することによって、プローブ基板２が得られる。

このようなプローブ基板２は、突出部材７の接合強度が高いので、プローブカード１に用いた場合に、回路基板１３への取り付け固定時や平坦性の調整時等に外力が加わっても突出部材７が■れたり、セラミック基板４が欠けたりする可能性が低減されたものとなる。

図１に示す例においては、プローブ基板２の第２の主面４２の中央部には配線導体５およびプローブピン１２が設けられていないが、測定する半導体素子の電極の配置に応じて
プローブピン１２は配置されるものであるので、この例に限られるものではない。

プローブカード１は、上記のプローブ基板２と、プローブ基板２のセラミック配線基板３の第１の主面４１に対向して配置され、突出部材７を介してプローブ基板２が固定されている回路基板１３とで基本的に構成される。より具体的には、例えば図１に示す例のように、プローブ基板２を回路基板１３に支持部材１５と突出部材７および固定部材１４で固定するとともに、セラミック配線基板３の第１の主面４１上の配線導体５と回路基板１３の表面の電極１６とを接続部材１７で電気的に接続することでプローブカード１となる。

このようなプローブカード１は、突出部材７の接合強度が高いので、信頼性の高いものとなる。

回路基板１３は、半導体素子の動作状態を判断するテスターとプローブ基板２（プローブピン１２）との接続を仲介するためのプリント回路基板であり、ガラスエポキシ多層基板で形成されている。

接続部材１７は、金属製のピン等である。接続部材１７の一端は、セラミック配線基板３の第１の主面４１上の配線導体５にろう材やはんだ等で固定されている。接続部材１７の他端は回路基板１３に接触されている。これにより、回路基板１３とプローブ基板２とが電気的に接続されている。

支持部材１５は、枠状であり、回路基板１３の外縁部に固定されている。不図示の枠体とともに回路基板１３とプローブ基板２とを周縁部で機械的に固定している。支持部材１５および枠体は主に４２アロイやインバーのように高剛性で、低熱膨張な金属で形成される。なお、図１に示す例おいては、支持部材１５をセラミック基板４の周縁部に引っかける形状として、プローブ基板２の周縁部を支持部材１５で固定し、プローブ基板２の中央部は突出部材７および固定部材１４で固定している。プローブ基板２の周縁部を支持部材１５で固定した状態で、突出部材１７と固定部材１４とによりプローブ基板２の中央部と回路基板１３の中央部との距離を調節することで、プローブ基板２の平坦度を調節することができる。

なお、図１に示す例おいては、凹部６をセラミック基板４の中央の１ケ所だけに設けて固定部材７を１つだけ接合しているが、この例に限られるものではない。例えば、セラミック基板４の中央部以外にも複数の凹部６を設けて、各凹部６の底面６１にそれぞれ突出部材７を接合してもよい。複数の突出部材７を有する場合には、より細かく平坦度の調整することができる。

また、プローブカード１は図１に示す例に限られるものではなく、例えば、回路基板１３とプローブ基板２との間にさらにインターポーザー基板を設けたものであってもよい。

１・・・プローブカード
２・・・プローブ基板
３・・・セラミック配線基板
４・・・セラミック基板
４１・・第１の主面
４２・・第２の主面
５・・・配線導体
６・・・凹部
６１・・底面
６２・・内壁面
７・・・突出部材
８・・・接合材
８１・・ろう材
９・・・金属膜
１０・・金属柱
１１・・第２の金属膜
１２・・プローブピン
１３・・回路基板
１４・・固定部材
１５・・支持部材
１６・・電極
１７・・接続部材

Claims (9)

1. 互いに対向する第１の主面および第２の主面を有し、少なくとも前記第１の主面が研磨面であるセラミック基板と、
   該セラミック基板の前記第１の主面、前記第２の主面および内部に設けられた配線導体と、
   前記セラミック基板の第１の主面に設けられた、底面と内壁面とを有する凹部と、
   一端が前記凹部の前記底面のみに接合材を介して接合されており、他端が前記第１の主面から突出している突出部材と
   を備えるセラミック配線基板。
2. 前記凹部内において前記底面のみに金属膜が設けられており、前記突出部材の前記一端が前記金属膜にろう材を介して接合されている請求項１に記載のセラミック配線基板。
3. 前記金属膜に接続され、前記凹部の前記底面から前記セラミック基板の内部に延びる金属柱を有している請求項２に記載のセラミック配線基板。
4. 前記金属膜は、前記凹部の前記底面において前記凹部の前記内壁面から離れている請求項２または請求項３に記載のセラミック配線基板。
5. 前記凹部の前記底面と前記内壁面との間の角部から前記セラミック基板の内部まで延びて設けられている第２の金属膜を有している請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック配線基板。
6. 前記金属膜は、前記凹部の前記底面から前記凹部の前記底面と前記内壁面との間の角部を越えて、前記セラミック基板の内部まで延びて設けられている請求項２または請求項３に記載のセラミック配線基板。
7. 前記凹部の前記内壁面は、前記底面から前記第１の主面の間において屈曲している部分および湾曲している部分の少なくとも一方を有している請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のセラミック配線基板。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のセラミック配線基板と、該セラミック配線基板の前記配線導体に電気的に接続されたプローブピンとを備えるプローブ基板。
9. 請求項８に記載のプローブ基板と、該プローブ基板の前記セラミック配線基板の前記第１の主面に対向して配置され、前記突出部材を介して前記プローブ基板が固定されている回路基板とを備えるプローブカード。
   

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