JP2019060817A

JP2019060817A - 電子部品検査装置用配線基板

Info

Publication number: JP2019060817A
Application number: JP2017187789A
Authority: JP
Inventors: 奈須　孝有; Takaari Nasu; 孝有奈須; 正臣服部; Masaomi Hattori
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US20190098769A1; KR20190037133A; US10674614B2; KR102165507B1

Abstract

【課題】セラミック製の第１積層体の裏面に接合した複数のスタッドのボルト部またはナット筒体部に対し、これらの軸方向に沿った外力が加えられても、スタッドのフランジ部の周縁に隣接する第１積層体の裏面におけるセラミックにクラックが生じ難い電子部品検査装置用配線基板を提供する。【解決手段】複数のセラミック層ｃ１〜ｃ３を積層してなり、表面５および裏面６を有する第１積層体３と、該１積層体３の裏面６に接合された複数のスタッド２０ａとを備え、上記スタッド２０ａは、底面視が円形のフランジ部２１と、該フランジ部２１の外側面における中央部から垂設されたボルト部２６とからなり、フランジ部２１は、ボルト部２６が突出する外側面において、ボルト部２６の基端側から該フランジ部２１の外周縁に向かって、該フランジ部２１の内側面２２側に順次接近する円錐台形状を呈している、電子部品検査装置用配線基板１。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、シリコンウェハーの表面に沿って形成された多数の半導体素子などの電子部品における電気的特性を検査するための電子部品検査装置に用いられる配線基板に関する。

前記のような多数の電子部品に対し、複数のプローブピンを均一且つ個別に接触させるべく、前記配線基板の姿勢を前記検査装置において調整するため、該配線基板において、上記プローブピンを配置するためのプローブ用パッドを設けた表面と反対側の裏面には、該裏面に対してボルトが垂直となるように、該ボルトを含むスタッドの平面視が円形で且つ平坦なフランジが接合されている。例えば、前記スタッドが接合された裏面において、該スタッドの周囲にビア導体（隣層間接続導体部）が位置している場合、前記スタッドに大きな外力が加わっても、前記ビア導体の近傍における基板にクラックが発生し難くするため、前記スタッドを前記裏面に形成された表面金属層に接合しているロウ材層の外接円と、前記ビア導体の中心軸との距離などの関係を規定した多層セラミック基板およびその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、前記多層セラミック基板およびその製造方法では、前記スタッドに対し、そのボルトの軸方向に沿って外側に引っ張る大きな外力が加えられた場合、該スタッドにおける平坦なフランジの外周縁と、前記多層セラミック基板における裏面との間に、該多層セラミック基板の厚み方向に沿った剪断力が作用する。その結果、上記スタッドにおけるフランジの外周縁に隣接する上記多層セラミック基板の裏面付近のセラミックに、該基板の厚み方向に沿ったクラックを生じるおそれがあった。該クラックが発生した場合、被検査対象である複数の電子部品に対し、正確な検査を行い難くなると共に、上記多層セラミック基板自体が破損してしまう、という問題があった。

特開２０１１−１６５９４５号公報（第１〜２０頁、図１〜７）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、セラミック製の第１積層体を含む基板本体を備え、前記第１積層体の裏面に接合した複数のスタッドのボルト部またはナット筒体部に対し、これらの軸方向に沿った外力が加えられても、上記スタッドのフランジ部の周縁に隣接する上記第１積層体の裏面におけるセラミックにクラックが生じ難い電子部品検査装置用配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、前記スタッドのフランジ部の外側面を、該外側面の中央側から外周縁に向かって、該フランジ部の内側面に順次接近する円錐台形状とする、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の電子部品検査装置用配線基板（請求項１）は、複数のセラミック層を積層してなり、表面および裏面を有する第１積層体と、該第１積層体の裏面に接合された複数のスタッドと、を備えた電子部品検査装置用配線基板であって、上記スタッドは、底面視が円形のフランジ部と、該フランジ部の外側面における中央部から垂設されたボルト部あるいはナット筒体部とからなり、上記フランジ部は、上記ボルト部あるいはナット筒体部が突出する外側面において、上記ボルト部の基端側あるいはナット筒体部の基端側から該フランジ部の外周縁に向かって、該フランジ部の内側面側に順次接近する円錐台形状を呈している、ことを特徴とする。

前記電子部品検査装置用配線基板によれば、以下の効果（１）が得られる。
（１）前記スタッドは、そのフランジ部の外側面が、該外側面の中央部に垂設されたボルト部あるいはナット筒体部の基端側から、該フランジ部の外周縁に向かって、該フランジ部の内側面側に順次接近する円錐台形状を呈するように傾斜している。そのため、上記ボルト部あるいはナット筒体部の軸方向に沿って、第１積層体の裏面から離間する方向の外力を受けた際に、上記フランジ部において比較的薄肉の外周縁に作用する前記外力の応力（分力）が軽減される。従って、上記フランジ部の外周縁に隣接する前記第１積層体の裏面付近におけるセラミック層にクラックが生じる事態を確実に抑制ないし低減することが可能となる。

尚、前記第１積層体を構成する前記セラミック層は、例えば、ガラス−セラミックのような低温焼成セラミック、あるいは、アルミナなどの高温焼成セラミックからなる。
また、前記第１積層体の内部には、互いに導通可能な内層配線やビア導体が適宜形成される。該内層配線やビア導体は、銅や銅合金、または銀や銀合金、あるいは、タングステンまたはモリブデンなどからなる。
更に、前記スタッドは、例えば、コバール（Ｆｅ−２９％Ｎｉ−１７％ｃｏ）、４２アロイ（Ｆｅ−４２％Ｎｉ）、１９４合金（Ｃｕ−２．３％Ｆｅ−０．０３％Ｐ）、あるいは、ステンレス鋼からなる。
加えて、前記スタッドは、例えば、フランジ部の直径が、１０〜１４ｍｍである場合、該フランジ部の中央部の厚みは、３〜７ｍｍである。該スタッドのボルト部やナット筒体部のネジ（ネジの呼び）は、例えば、Ｍ４，Ｍ５である。

また、本発明には、前記スタッドの前記フランジ部の前記外側面は、前記ボルト部あるいはナット筒体部の軸方向に沿った垂直断面において、単一の傾斜線であるか、あるいは、複数の傾斜線からなる、電子部品検査装置用配線基板（請求項２）も含まれる。
上記２つの形態のうち、前記フランジ部の前記外側面が、前記ボルト部あるいはナット筒体部の軸方向に沿った垂直断面において、複数の傾斜線からなる形態によれば、上記外側面の外周縁側の傾斜面を、該外側面の中央部側の傾斜面よりも、前記第１積層体の裏面に対する傾斜角度を小さくし且つ薄肉にできる。従って、前記効果（１）を一層確実に得ることができる。
尚、前記フランジ部の外側面を構成する前記傾斜線は、前記第２積層体の裏面に対し、５度以上２０度以下の範囲（例えば、８度や１５度）で傾斜している。

更に、本発明には、前記スタッドの前記フランジ部における前記外側面の外周縁と、前記内側面の外周縁との間には、前記ボルト部あるいはナット筒体部の軸方向に沿った長さが２００μｍ以下の円環面が位置している、電子部品検査装置用配線基板（請求項３）も含まれる。
これによれば、前記効果（１）に加えて、更に以下の効果（２）が得られる。
（２）前記フランジ部の内側面と後述する金属層との間に配設されるロウ材層の外周部を、上記円環面の軸方向に沿って濡れ広がるフィレット形状にできる。その結果、上記ロウ材層の外周部が、不用意に上記金属層の外側における前記第１積層体の裏面に濡れ広がる事態を抑制できる。従って、前記第１積層体の裏面において、前記スタッドごとに隣接してファインピッチで形成された接続端子などとの不用意な短絡を防ぐことがてきる。
尚、前記円環面の軸方向に沿った長さの下限は、１００μｍである。

また、本発明には、前記スタッドは、該スタッドの前記フランジ部の内側面と、前記第１積層体の裏面に形成された金属層との間に配設されるロウ材層を介して、前記第１積層体の裏面に接合されている、電子部品検査装置用配線基板（請求項４）も含まれる。
これによれば、セラミックからなる前記第１積層体の裏面に対し、予め、該裏面に形成された金属層に対し、前記スタッドにおけるフランジ部の内側面を容易にロウ付けできるので、前記効果（１）をより確実なものとすることができる。
尚、前記金属層は、例えば、スパッタリングによるチタンの薄膜層、同じく銅の薄膜層、および電解メッキによるニッケル層と銅層を順次積層し、更にこれらの外側面全体に亘って電解メッキによる金膜を被覆したものである。
また、前記ロウ材層となるロウ材は、例えば、金ロウや銀ロウであり、該金ロウには、例えば、Ａｕ−Ｓｎ系合金やＡｕ−Ｃｕ系合金が例示され、前記銀ロウには、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系合金やＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金が例示される。
更に、上記ロウ材は、例えば、前記金属層の表面またはスタッドのフランジ部の内側面に対し、ディスペンサーによって溶融状態で供給されるか、あるいは、平面視で前記フランジ部の外形と相似形にプリフォームされたものが配設される。

加えて、本発明には、前記第１積層体の表面には、複数の樹脂層を積層してなる第２積層体が配置されており、該第２積層体の表面には複数のプローブ用パッドが形成されている、電子部品検査装置用配線基板（請求項５）も含まれる。
これによれば、前記効果（１），（２）に加えて、更に以下の効果（３）が得られる。
（３）前記複数のスタッドを介して、被検査対象であるシリコンウェハーなどの表面に対し、本配線基板の姿勢を調整することによって、複数の上記プローブ用パッドごとの上面に追って個別に配置されるプローブピンを、ファインピッチ（極狭い間隔）で配置することが容易となり、上記シリコンウェハーなどの表面に形成された複数の電子部品に個別に接触させて、所望の電気的な検査を正確且つ迅速に行うことが可能となる。
尚、前記プローブ用パッドには、追ってプローブピンが個別に配置される。
また、前記第２積層体の樹脂層は、例えば、耐熱性に優れたポリイミドからなり、該第２積層体の内部にも、互いに導通可能な内層配線やビア導体が適宜形成される。該内層配線やビア導体は、銅または銅合金、あるいは銀または銀合金からなる。

本発明による一形態の電子部品検査装置用配線基板を示す垂直断面図。上記配線基板の垂直断面図における１つのスタッド付近を示す拡大図。異なる形態のスタッド付近を示す上記同様の拡大図。更に異なる形態のスタッド付近を示す上記同様の拡大図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による一形態の電子部品検査装置用配線基板（以下、単に、配線基板と称する）１を示す垂直断面図、図２は、該配線基板１における１つのスタッド２０ａ付近を示す拡大図である。
上記配線基板１は、図１に示すように、セラミックからなる第１積層体３、および、該第１積層体３の表面５の上に積層され且つ樹脂からなる第２積層体４から構成された基板本体２と、前記第１積層体３の裏面６に接合された複数のスタッド２０ａと、を備えている。
上記第１積層体３は、図１に示すように、３層（複数）のセラミック層ｃ１〜ｃ３を一体に積層し、且つ対向する表面５および裏面６を有してなり、前記表面５には、複数の表面配線９が形成され、上記セラミック層ｃ１〜ｃ３の層間ごとにも複数の内層配線１０が形成されていると共に、上記裏面６には、前記複数のスタッド２０ａに隣接して複数の接続端子１２が互いに離れて形成されている。

前記表面配線９、内層配線１０、および接続端子１２の間は、前記セラミック層ｃ１〜ｃ３を任意に貫通するビア導体１１を介して、電気的に接続されている。
尚、前記セラミック層ｃ１〜ｃ３は、例えば、ガラス−セラミックらなり、上表面配線９、内層配線１０、ビア導体１１、および接続端子１２は、例えば、銅または銅合金からなる。
また、前記第２積層体４は、図１に示すように、３層（複数）の樹脂層ｊ１〜ｊ３を一体に積層し、且つ対向する表面７および裏面８を有してなり、前記表面７には、複数のプローブ用パッド１５が形成され、上記樹脂層ｊ１〜ｊ３間には、複数の内層配線１４が形成されている。上記プローブ用パッド１５ごとの上面には、図１に示すように、追ってプローブピン１８が個別に配置される。
上記プローブ用パッド１５と内層配線１４との間や、層間が相違する内層配線１４同士の間は、樹脂層ｊ１〜ｊ３を個別に貫通するビア導体（フィルドビア）１３を介して電気的に接続されている。

尚、前記樹脂層ｊ１〜ｊ３は、例えば、耐熱性に優れたポリイミドからなり、前記ビア導体１３、内層配線１４、およびプローブ用パッド１５は、例えば、銅または銅合金からなる。
また、前記樹脂層ｊ３を貫通するビア導体１３と、前記第１積層体３の表面配線９とが電気的に接続するように、前記第１積層体３の表面５と、第２積層体４の裏面８との間は、図示しない接着層を介して接合されている。
更に、図１に示すように、前記第１積層体３の裏面６において、前記接続端子１２ごとに隣接して複数の金属層１６が形成されている。該金属層１６は、セラミック層ｃ３が有する裏面６に対し、スパッタリングによるチタンの薄膜層および銅の薄膜層と、電解メッキによる銅層およびニッケル層とを、これらの厚み方向に沿って順次形成すると共に、これら全体の外側面に電解メッキによる金膜（何れも図示せず）を被覆したものである。

図２に示すように、前記金属層１６の表面上には、ロウ材層３０を介して、スタッド２０ａが接合されている。前記スタッド２０ａは、例えば、コバールの一体物からなり、全体が円錐台形状のフランジ部２１と、平面視で前記フランジ部２１の外側面２３（第１積層体３の裏面６と対向する面と反対側の面）における中央部から垂設されたボルト部２６とを備えている。上記フランジ部２１は、平面視が円形の内側面２２（第１積層体３の裏面６と対向する側の面）と、前記ボルト部２６の基端側から外周縁に向かって前記内側面２２に順次接近するように傾斜した外側面２３と、該外側面２３および前記内側面２２の外周縁同士間に位置するリング状の円環面２４とを有している。該円環部２４の軸方向の長さｙは、２００μｍ以下である。

前記外側面２３のフランジ部２１の内側面２２に対する傾斜角度θは、５度以上２０度以下の範囲（例えば、１５度）である。即ち、該外側面２３は、単一の傾斜面からなる。また、前記ボルト部２６の外周面には、雄ネジ２５が螺旋状に刻設されている。
因みに、前記フランジ部２１の直径が、例えば、１０〜１４ｍｍの場合、該フランジ部２１の中央部の厚みは、３〜７ｍｍであり、該フランジ部２１を含む前記スタッド２０ａにおけるボルト部２６の雄ネジ２５は、例えば、Ｍ４である。

図２に示すように、前記金属層１６とスタッド２０ａのフランジ部２１との間には、円盤状のロウ材層３０が配設され、該ロウ材層３０と上記金属層１６とを介して、上記スタッド２０ａが前記第１積層体３の裏面６に接合されている。
上記ロウ材層３０は、例えば、Ａｕ−Ｓｕ系合金からなり、スタッド２０ａのフランジ部２１の外周縁よりも外側（径方向）に長さｘが２００μｍ以下ではみ出る外周部３１を有する。該外周部３１は、金属層１６の表面および前記円環部２４にそれぞれ沿った断面ほぼＬ字形状のフィレット形状を呈している。

図３は、前記スタッド２０ａの異なる形態を示す前記同様の部分拡大図である。
該スタッド２０ａは、図３に示すように、前記同様のフランジ部２１と、ボルト部２６とを備えており、前記フランジ２１の外側面は、平面視で中央側の傾斜面（外側面）２３ａと外周側の傾斜面（外側面）２３ｂとの２つからなる。このうち、外周側の傾斜面２３ｂは、フランジ部２１の内側面２２に対して、前記中央側の傾斜面２３ａよりも比較的小さい（緩やかな）傾斜角度を有している。

図４は、更に異なる形態のスタッド２０ｂを示す前記同様の部分拡大図である。
上記スタッド２０ｂは、前記同様のコバールの一体物からなり、図４に示すように、前記同様のフランジ部２１と、該フランジ部２１の外側面２３の中央部から垂設され、且つ全体が円柱形状を呈するナット筒体部２８とを備えている。該ナット筒体部２８の中心軸に沿った中空部内には、軸方向に沿った雌ネジ２７が螺旋形状に刻設されている。尚、上記フランジ部２１の外側面２３は、前記２つの傾斜面２３ａ，２３ｂからなる形態としても良い。

以上において説明した本発明の前記配線基板１によれば、前記スタッド２０ａ，２０ｂは、そのフランジ部２１の外側面２３が、該外側面２３の中央部に垂設されたボルト部２６またはナット筒体部２８の基端側から、該フランジ部２１の外周縁に向かって、該フランジ部２１の内側面２２側に順次接近する円錐台形状を呈するように傾斜している。そのため、ボルト部２６またはナット筒体部２８の軸方向に沿って、前記第１積層体３の裏面６の外側に向かう外力を受けた際に、上記フランジ部２１において比較的薄肉の円環面２４側に作用する前記外力の応力（分力）が軽減される。従って、上記フランジ部２１の外周縁に隣接する第１積層体３の裏面６付近におけるセラミック層ｃ３にクラックが生じる事態を確実に抑制ないし低減することができる。該効果（１）は、前記フランジ部２１の外側面２３が２つの傾斜面２３ａ，２３ｂからなる形態では一層顕著に得られる。

また、前記フランジ部２１の内側面２２と金属層１６との間に配設されるロウ材層３０の外周部３１が、前記円環面２４の軸方向に沿って濡れ広がるフィレット形状とされている。その結果、上記ロウ材層３０の外周部３１が、不用意に上記金属層１６の外側における前記第１積層体３の裏面６にはみ出る事態を抑制できるので、前記裏面６において前記スタッド２０ａ，２０ｂごとに隣接してファインピッチで形成された接続端子１２などとの不用意な短絡を防止できる。

更に、前記複数のスタッド２０ａ，２０ｂを介して、被検査対象のシリコンウェハーなどの表面に対し、前記配線基板１の姿勢を調整することによって、複数の前記プローブ用パッド１５ごとの上面に追って個別に植設されるプローブピン１８を、上記シリコンウェハーなどの表面に形成された複数の電子部品に個別に接触させて、所望の電気的な検査を正確に行うことが可能となる。
従って、前記配線基板１によれば、前記効果（１）〜（３）が確実に得られる。

ここで、本発明の前記配線基板１の実施例について説明する。
予め、同じガラス−セラミックからなり且つ全体の厚みおよび寸法が同じである第１積層体３と、同じポリイミド樹脂からなり且つ全体の厚みおよび寸法が同じである第２積層体４とを積層した２０個の基板本体２を製作した。これらごとの第１積層体３の裏面６における中心部は、１個ずつの同じ構成材料および構造を有する金属層１６を形成した。
上記２０個の基板本体２のうち、１０個については、同じＡｕ−Ｓｕ系合金からなり、且つ予め同じ寸法の円盤状にプリフォームされたロウ材を介して、上記金属層１６ごとの表面に対し、同じコバールからなり且つ形状および寸法を有するフランジ部２１およびボルト部２６を有するスタッド２０ａを接合した。前記フランジ部２１の外側面２３は、該フランジ部２１の内側面２２に対し、８度傾斜していた。かかる１０個の基板本体２を実施例とした。

一方、前記２０個の基板本体２のうち、残りの１０個についても、同じＡｕ−Ｓｕ系合金からなり、且つ予め同じ寸法の円盤状にプリフォームされたロウ材を介して、前記金属層１６ごとの表面に対し、同じコバールからなり且つ形状および寸法を有するフランジ部およびボルト部２６を有するスタッドを接合した。前記フランジ部全体の厚みは、前記スタッド２０ａのフランジ部２１の中央部の厚みと同じで且つ平坦面であった。かかる１０個の基板本体２を比較例とした。

以上の１個ずつの実施例および比較例の基板本体２ごとに対し、前記ボルト部２６を軸方向に引っ張って、フランジ部（２１）の外周部に隣接する第１積層体３の裏面６にクラックを生じた荷重（破壊強度）を、各例の基板本体２ごとに測定した。
その結果、実施例の基板本体２では、破壊強度（Ｎ：ニュートン）が全て約１０００〜１３５０Ｎの高い範囲にあった。これに対し、比較例の基板本体２では、破壊強度（Ｎ）が全て約６００〜６５０Ｎの低い範囲にあった。
以上のような実施例によって、本発明の優位性が裏付けられた。

本発明は、以上において説明した各形態や実施例に限定されるものではない。
例えば、前記第１積層体３を構成するセラミック層は、２層あるいは４層以上でも良く、該セラミック層のセラミックは、アルミナ、窒化アルミニウム、あるいはムライトなどにしても良い。
また、前記第２積層体４を構成する樹脂層も、２層あるいは４層以上としても良いし、該樹脂層をエポキシ系樹脂からなるものとしても良い。
更に、前記スタッド２０ａ，２０ｂは、４２アロイ、１９４合金、あるいは各種のステンレス鋼からなるものとしても良い。

更に、前記スタッド２０ａ，２０ｂのフランジ部２１は、それらの外側面２３に３つ以上の傾斜面を平面視で同心円状に併有している形態としても良い。
加えて、前記スタッド２０ａのボルト部２６の中心軸に沿って、内周面に雌ネジ２７が刻設された雌ネジ穴を併設しても良いし、前記スタッド２０ｂのナット筒体部２８の外周面に雄ネジ２５を更に刻設した形態としても良い。

本発明によれば、セラミック製の第１積層体の裏面に接合した複数のスタッドのボルト部またはナット筒体部に対し、これらの軸方向に沿った外力が加えられても、上記スタッドのフランジ部の周縁に隣接する上記第１積層体の裏面におけるセラミックにクラックが生じ難い電子部品検査装置用配線基板を提供できる。

１…………………電子部品検査装置用配線基板／配線基板
３…………………第１積層体
４…………………第２積層体
５，７……………表面
６…………………裏面
１５………………プローブ用パッド
１６………………金属層
２０ａ，２０ｂ…スタッド
２１………………フランジ部
２２………………内側面
２３………………外側面／傾斜面
２３ａ，２３ｂ…傾斜面
２４………………円環面
２６………………ボルト部
２８………………ナット筒体部
３０………………ロウ材層
ｃ１〜ｃ３………セラミック層
ｊ１〜ｊ３………樹脂層

Claims

複数のセラミック層を積層してなり、表面および裏面を有する第１積層体と、該１積層体の裏面に接合された複数のスタッドと、を備えた電子部品検査装置用配線基板であって、
上記スタッドは、底面視が円形のフランジ部と、該フランジ部の外側面における中央部から垂設されたボルト部あるいはナット筒体部とからなり、
上記フランジ部は、上記ボルト部あるいはナット筒体部が突出する外側面において、上記ボルト部の基端側あるいはナット筒体部の基端側から該フランジ部の外周縁に向かって、該フランジ部の内側面側に順次接近する円錐台形状を呈している、
ことを特徴とする電子部品検査装置用配線基板。
前記スタッドの前記フランジ部の前記外側面は、前記ボルト部あるいはナット筒体部の軸方向に沿った垂直断面において、単一の傾斜線であるか、あるいは、複数の傾斜線からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品検査装置用配線基板。
前記スタッドの前記フランジ部における前記外側面の外周縁と、前記内側面の外周縁との間には、前記ボルト部あるいはナット筒体部の軸方向に沿った長さが２００μｍ以下の円環面が位置している、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品検査装置用配線基板。
前記スタッドは、該スタッドの前記フランジ部の内側面と、前記第１積層体の裏面に形成された金属層との間に配設されるロウ材層を介して、前記第１積層体の裏面に接合されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電子部品検査装置用配線基板。
前記第１積層体の表面には、複数の樹脂層を積層してなる第２積層体が配置されており、該第２積層体の表面には複数のプローブ用パッドが形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電子部品検査装置用配線基板。