JP5874322B2 - 配線基板ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板ユニット及びその製造方法に関する。

半導体装置の製造工程では、半導体回路をウェハ上に形成した後、プローブカードを用いて半導体回路をテストしている。プローブカードは、配線が形成されたプローブカード基板に複数のプローブ針が取り付けられた配線基板ユニットであり、各プローブ針をウェハ上に形成された電極に電気的に接触させることで、半導体回路の動作をチェックする。

近年では、半導体装置に含まれる半導体回路の高速化や、高密度化が進んでおり、半導体装置の表面に配列される電極のピッチが微細化されている。これに伴って、電極に接触させるプローブ針のピッチも微細化されている。その結果、プローブカードのプローブ針と半導体装置の電極との位置ずれが生じ易くなっている。このために、プローブ針と電極のそれぞれの位置精度を向上させる必要がある。

ここで、従来のプローブカード基板は、セラミック材料を用いて製造されていた。しかしながら、セラミック材料を用いて大型のプローブカード基板を製造することは困難であった。また、セラミック製のプローブカード基板を大型化させると、製造コストが増大する。そこで、プローブカードを大型化するときには、プローブカード基板にプリント基板が用いられる。

プリント基板は、主にガラス繊維とエポキシ樹脂からなる基板材料を用いて製造されており、基板材料の表面には、配線がプリントされている。このようなプリント基板は、吸湿性を有することが知られている。プリント基板材料が吸湿すると、吸湿した分だけプリント基板が膨張してしまう。サイズの大きなプリント基板では、特に基板端部が外側に伸び易い。このために、基板端部のプローブ針の位置が設計値からずれてしまう。その結果、プローブ針の先端と、ウェハの電極との位置がずれて、両者の接触不良が生じ易くなる。そこで、従来では、プリント基板の吸湿を防止するために、プリント基板の全体を損傷防止剤でコーティングした上からエステル系塗布剤で被覆していた。エステルが水分を吸収して分解することで、プリント基板の防湿性が保持される。

また、水分は、プリント基板の端部の切断面から吸収され易いことが知られている。このために、従来のプリント基板には、有機材料からなる被覆層でプリント基板を覆ったものがある。被覆層には、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が用いられる。プリント基板の絶縁層と、被覆層の有機材料を同一の材料にすると、被覆層を絶縁層に強固に結合できる。

特開昭６３−２８４８８９ 特開２００２−１８５１４６

しかしながら、プローブカード基板の長期にわたる使用環境では、プリント基板が徐々に吸湿して吸湿材の吸着能力を超えることがあった。この場合には、吸湿材で吸着し切れなかった水分がプリント基板の内部に浸入して、プリント基板が膨張させてしまう。一方
、プローブカード基板を乾燥した環境で使用した場合、乾燥によってプリント基板が収縮してしまうことがあった。このように、使用環境の湿度によってプリント基板が膨張又は収縮すると、プローブ位置がずれて、ウェハ上方の電極とのコンタクト位置がずれしてしまう。このような場合には、半導体装置の正確な検査ができなくなることがあった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、配線基板ユニットが周囲の湿度の変化に影響を受け難くすることを目的とする。

実施形態の一観点によれば、ガラス繊維と樹脂を有し、前記ガラス繊維が前記樹脂内にランダムな向きに混入された配線基板と、前記配線基板の側面に取り付けられ、外部の湿度変化に伴って水分の吸収と、外部及び前記配線基板への水分の放出が可能な調湿部と、を備えることを特徴とする配線基板ユニットが提供される。

また、実施形態の別の観点によれば、外部の湿度変化に伴って水分の吸収と、外部及び前記配線基板への水分の放出が可能な多孔質材料を基材上に接着して調湿部を形成する工程と、前記調湿部をガラス繊維と樹脂を有し、前記ガラス繊維が前記樹脂内にランダムな向きに混入された配線基板の側面に接着する工程と、を備えることを特徴とする配線基板ユニットの製造方法が提供される。

周囲の湿度が高いときには、水分が調湿部に吸収され、配線基板の膨張が抑制される。周囲の湿度が低いときには、水分が調湿部から配線基板に供給され、配線基板の収縮が抑制される。

図１は、本発明の実施の形態に係るプローブカード基板の一例を示す斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ったプローブカード基板の側部断面の一例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るプローブカード基板の製造工程の一例を説明する図である（その１）。 図４は、本発明の実施の形態に係るプローブカード基板の製造工程の一例を説明する図である（その２）。 図５は、本発明の実施の形態に係るプローブカード基板において使用環境の湿度が高いときの作用の一例を説明する図であって、（ａ）は水分の動きを説明する断面図であり、（ｂ）は場所ごとの水分量を模式的に示す図である。 図６は、本発明の実施の形態に係るプローブカード基板において使用環境の湿度が低いときの作用の一例を説明する図であって、（ａ）は水分の流れを説明する断面図であり、（ｂ）は場所ごとの水分量を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るプローブカード基板の調湿層の吸湿特性及び放湿特性の一例を示す図である。

発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。

図１に配線基板ユニットの一例であるプローブカード基板の斜視図を示す。プローブカード１は、配線基板であるプローブカード基板２を有し、プローブカード基板２の外側面２Ａには調湿層３（調湿部）で囲まれている。プローブカード基板２の上面の中央には、検査対象のウェハＷの表面に配列された不図示の電極パッドを接触させるウェハコンタク
ト部１０を有する。ウェハコンタクト部１０は、電極パッド１１が複数配列されている。

図２に図１のＡ−Ａ断面図を示すように、プローブカード基板２は、複数のプリント基板２１を積層して形成されている。プリント基板２１は、例えば、ガラス繊維をランダムな向きに重ね合わせた基材に、エポキシ樹脂を含浸させて形成されている。各プリント基板２１には、ウェハＷの検査に必要な配線２２などが印刷されている。また、ビアホール２４を利用した貫通電極２５によって、上下に配置された複数のプリント基板２１の間で信号をやりとりしている。最上層のプリント基板２１の上には、電極パッド１１が配列されている。さらに、電極パッド１１を除くプローブカード基板２の上面と下面は、防湿性のソルダーレジスト２７が塗布されている。

調湿層３は、プローブカード基板２の側面に接着される接着層３１を有する。接着層３１は、例えば、エポキシ樹脂シートから形成される。また、接着層３１の外側には、調湿機能を有する調湿材層３２が配置されている。調湿材層３２は、例えば、ケイ酸カルシウム水和物や、ケイ酸アルミニウム水和物などの多孔質の調湿材と樹脂が混合されており、この層で水分の吸放湿を行う。ケイ酸カルシウム水和物の具体例としては、例えば、トバモライトがある。さらに、調湿材層３２の外側には、保護層３３が設けられており、保護層３３によって最外層が形成されている。保護層３３は、ガラス繊維を織った織布で形成され、補強と通気性の機能を担う。保護層３３としては、例えば配線層を有しないプリント回路基板（アンクラッド材）がある。

ここで、接着層３１は、プローブカード基板２と調湿材層３２とに吸収されることがある。この場合に、調湿層３は、調湿材層３２と保護層３３とから形成される。また、保護層３３を設けずに、調湿層３を調湿材層３２のみ、又は接着層３１と調湿材層３２から形成しても良い。

次に、プローブカード１の製造方法について説明する。
最初に、プローブカード基板２を製造する。プローブカード基板２は、配線２２が印刷されたプリント基板２１を張り合わせて形成する。この後、穴あけ加工によってビアホール２４を形成する。ビアホール２４の内壁には、メッキ法によって導電性材料、例えば銅がメッキされ、これによって貫通電極２５が形成される。さらに、最上層及び最下層のプリント基板２１のそれぞれに表面にレジスト液を塗布し、パターニングして電極パッド１１を形成する。この後、プリント基板２１上のレジスト膜を除去する。続いて、ソルダーレジストを例えば印刷法によってプリトン基板２１の上面及び下面に塗布する。ソルダーレジストは、電極パッド１１の少なくとも一部が露出するようにプリント基板２１上に塗布される。この後、ソルダーレジストを硬化させと、プローブカード基板２が形成される。プローブカード基板２は、例えば、外径がφ３５０ｍｍに相当し、かつ厚さ２ｍｍのサイズに形成される。

続いて、調湿層３の製造工程について図３を主に参照して説明する。
図３（ａ）に示すように、保護層３３として、例えば、５５０ｍｍ×５５０ｍｍ、厚さ６０μｍのアンクラッド材４１（基材）を用いる。アンクラッド材４１は、例えば、配線層を形成していない樹脂基板が用いられる。即ち、アンクラッド材４１は、ガラス繊維をランダムな向きに重ね合わせた母材に、エポキシ樹脂を含浸させた構成を有する。

図３（ｂ）に示すように、アンクラッド材４１の上面の全体に常温硬化のエポキシ接着剤４２を塗布する。続いて、図３（ｃ）に示すようにエポキシ接着剤４２の上に調湿材として、平均粒子径１７μｍのケイ酸カルシウム水和物からなる粉末状のトバモライト４３（多孔質材料）を全体に略均一に降りかける。この状態で、アンクラッド材４１を放置してエポキシ接着剤４２を硬化させる。エポキシ接着剤４２が硬化したら、エアブローして
エポキシ接着剤４２によって接着されていない余分なトバモライト４３を除去する。これによって、図３（ｄ）に示すように、調湿材層３２が形成される。

さらに、図３（ｅ）に示すように、半硬化状態のＢステージのエポキシ樹脂シート４５を調湿材層３２の上に１２０℃に加熱しながら仮貼りして積層体４６を形成する。

この後、図４（ａ）に示すように、積層体４６を所定の幅、例えば２ｍｍ幅に切断すると、２ｍｍ×５５０ｍｍのテープ状の調湿層３が形成される。続いて、図４（ｂ）に示すように、プローブカード基板２の外側面２Ａに、２本のテープ状の調湿層３をＢステージのエポキシ樹脂シート４５が接触するように仮貼りする。

さらに、図４（ｃ）に示すように、調湿層３を貼り付けたプローブカード基板２を例えば樹脂製の真空バッグ５１に入れ、オートクレーブ５２にセットし、真空ライン５２Ａを使って真空バッグ５１内を真空引きしながら１５０℃まで加熱する。これによって、エポキシ樹脂シート４５が硬化してプローブカード基板２の側面に調湿層３が強固に固定され、プローブカード１が形成される。この後、プローブカード１を冷却させてから、オートクレーブ５２及び真空バッグ５１からプローブカード１を取り出す。

次に、プローブカード１の作用について説明する。
通常、プローブカード１は、クリーンルームなどに搬入され、不図示の半導体テスタと共にウェハＷの検査に用いられる。検査対象であるウェハＷには、絶縁膜や導体膜を用いて半導体素子や半導体回路が形成されており、最上層に信号の入出力や電力供給用の電極パッドなどが形成されている。ここで、電極パッドは、ウェハＷの上方に多数配列されている。

図１に示すように、検査時には、プローブカード１の上にウェハＷを載置する。ウェハＷは、電極パッドがプローブカード１に面するように下向きに配置される。これによって、プローブカード１のウェハコンタクト部１０の電極パッド１１が、ウェハＷ上の電極パッドに電気的に接触する。不図示の半導体テスタの制御装置から所定の信号パターンがウェハコンタクト部１０を介してウェハＷに入力される。これに伴って半導体回路で生成された信号が、ウェハＷの別の電極パッドから、ウェハコンタクト部１０の電極パッド１１に出力される。この出力信号に基づいて半導体テスタの制御装置がウェハＷ上の半導体素子や半導体回路の動作をチェックする。

ここで、プローブカード１は、周囲の湿度に応じて水分を吸収したり、放出したりする。例えば、図５（ａ）に一部拡大した断面図に模式的に示すように、周囲の湿度が高いときには、水分が保護層３３を通して調湿材層３２に侵入する。これは、保護層３３は、樹脂内にガラス繊維がランダムな向きに混入されているので、水分は保護層３３を通過できるためである。そして、調湿材層３２では、粉末状のトバモライト４３が水分を吸収する。このために、調湿材層３２及び接着層３１を通過して水分がプローブカード基板２に侵入しなくなる。プローブカード基板２の吸湿が防止され、プローブカード基板２の変形が大幅に抑制される。

即ち、図５（ｂ）に水分量の分布の一例を示すように、プローブカード１の外側の外気の水分量（湿度）と、調湿層３の水分量（湿度）に対して、プローブカード基板２内の水分量（湿度）は低く保たれる。このときのプローブカード基板２の水分量は、各プリント基板２１が膨張しても、電極パッド１１のシフトが所定範囲に収まる範囲内である。従って、外気の水分量が多い状態でも、プローブカード基板２とウェハＷの電気的な接続を確保でき、ウェハＷ上の半導体回路の検査ができる。

ここで、外気の湿度を高めた状態でプローブカード１の電極パッド１１のシフト量を調べた結果の一例について説明する。プローブカード１を例えば８５℃、８５％Ｒｈの恒温恒湿槽において５０時間処理したところ、プローブカード基板２の中心から１５０ｍｍの位置にある電極パッド１１は、処理前と比較して５μｍ外側にシフトしていた。比較のため、基板端面に調湿層３を設けていないプローブカードを８５℃、８５％Ｒｈの恒温恒湿槽において５０時間処理したところ、基板中心から１５０ｍｍの位置にある電極パッドは、処理前と比較して３０μｍ外側にシフトしていた。このように、調湿層３を持つプローブカード１では、湿度の影響を受けず、基板寸法が安定していることがわかった。

一方、図６（ａ）に示すように、プローブカード１の周囲が乾燥したときには、調湿材層３２に蓄えられていた水分が放出される。放出された水分は、一部が保護層３３を通して外部に放出される。また、放出された水分の一部は、接着層３１を通してプローブカード基板２に供給される。これは、プローブカード基板２は、樹脂内にガラス繊維がランダムな向きに混入されているので、水分はプローブカード基板２内に侵入できるためである。これによって、プローブカード基板２内の湿度低下が防止され、プローブカード基板２の変形が大幅に抑制される。

即ち、図６（ｂ）に示すように、外気の水分量（湿度）が低く乾燥しているのに対し、プローブカード基板２は調湿層３から水分が供給された外気より高い水分量（湿度）になる。特に、プローブカード基板２１の水分量は、プローブカード基板２が収縮しても、電極パッド１１のシフトが所定範囲に収まる範囲内である。従って、外気の水分量が少ない状態でも、プローブカード基板２とウェハＷの電気的な接続を確保でき、ウェハＷ上の半導体回路の検査ができる。

さらに、図７に調湿層３の吸湿特性及び放湿特性を示す。横軸は時間の経過を示し、縦軸は吸湿率を示す。ラインＬ１は、調湿層３に用いられるトバモライトの吸湿特性及び放湿特性を示す。また、ラインＬ２は、比較例として、ゼオライトの吸湿特性及び放湿特性を示す。

吸湿特性及び放湿特性を調べたトバモライトは、例えば、気孔率が６６％で、かさ比重が０．１３、比表面積が５５ｍ^２／ｇのものを使用した。また、ゼオライトは、気孔率が５８．３％で、かさ比重が０．９９、比表面積が２９５ｍ^２／ｇのものを使用した。

ラインＬ１に示すように、トバモライトは、２５℃、９０％Ｒｈの条件下において吸湿率が時下の経過と共に上昇する。即ち、外気の水分が調湿材層３２に吸収、保持される。その後、外気の湿度を下げて、２５℃、５０％Ｒｈに設定すると、保持している水分がトバモライトから放出される。水分の放出は速やかに行われ、トバモライトの吸湿率が急速に低下する。即ち、調湿材層３２に吸収されていた水分が速やかに放出され、周囲が加湿される。

これに対し、ラインＬ２に示す比較例のゼオライトは、２５℃、９０％Ｒｈの条件下において吸湿率が時下の経過と共に上昇する。即ち、外気の水分がゼオライトの細孔に吸収、保持される。しかしながら、外気の湿度を下げて、２５℃、５０％Ｒｈに設定しても吸湿率は殆ど代わらない。即ち、ゼオライトの細孔からは水分が殆ど放出されない。

このように、この実施の形態の調湿層３では、周囲の湿度が高い時は水分を吸着してプローブカード基板２内の水分量の著しい増加を防止し、周囲が乾燥したときには水分を放出してプローブカード基板２内の水分量の著しい低下を防止する。このように、使用環境の水分量に応じて、プローブカード基板２の水分量を調整する調湿機能を有することで、プローブカード基板２の水分量変動によるプローブカード１の収縮を低減できる。このた
めに、電極パッド１１と、ウェハＷ上の電極パッドとの間の位置ずれを低減でき、半導体回路の検査を確実に行える。このような調湿層３に使用される調湿材の種類や形状、使用量は、使用環境の湿度に関係なくプローブカード基板２を使用に適した所定の湿度範囲に保てるものが用いられる。

また、調湿層３は、トバモライトを樹脂製の接着剤を用いてアンクラッド材４１に接着すれば良いので、製造工程が簡単である。
さらに、調湿材を多数の球形の材料から構成したので、調湿材の表面積を多くできる。このために、吸湿量を増大させることができると共に、速やかな吸湿や放湿を実現できる。

ここで、プローブカード１は、電極パッド１１にプローブ針を取り付けても良い。
プローブカード１のプローブカード基板２は、四角形上に限定されない。プローブカード基板２は、例えば、リング形状でも良い。この場合のプローブカード１は、外側面と内側面のそれぞれに調湿層３が設けられる。

配線基板ユニットは、プローブカード１に限定されない。例えば、半導体装置の配線基板の側面に調湿層３を形成することで配線基板ユニットを形成しても良い。ここでの半導体装置は、半導体素子や半導体回路が基板上に形成された半導体チップを配線基板ユニットに実装して形成される。

ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。

以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
（付記１） ガラス繊維と樹脂を有する配線基板と、前記配線基板の側面に取り付けられ、水分の吸収及び放出が可能な調湿部と、を備えることを特徴とする配線基板ユニット。（付記２） 前記調湿部は、ケイ酸カルシウム水和物又はケイ酸アルミニウム水和物の多孔質材料を含むことを特徴とする付記１に記載の配線基板ユニット。
（付記３） 前記調湿部は、前記配線基板側から順番に、接着層と、多孔質材料を有する層と、ガラス繊維及び樹脂を有する保護層とが積層されていることを特徴とする付記１又は付記２の記載の配線基板ユニット。
（付記４） 前記配線基板に、半導体回路の動作をテストするための信号を入出力する電極を形成したことを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか一項に記載のプローブカード。
（付記５） 水分の吸収及び放出が可能な多孔質材料を基材上に接着して調湿部を形成する工程と、前記調湿部をガラス繊維と樹脂を有する配線基板の側面に接着する工程と、を備えることを特徴とする配線基板ユニットの製造方法。
（付記６） 前記多孔質材料は、ケイ酸カルシウム水和物又はケイ酸アルミニウム水和物であることを特徴とする付記５に記載の配線基板ユニットの製造方法。
（付記７） 前記調湿部を形成する工程は、ガラス繊維と樹脂を有する基材の上に接着剤を用いて、多孔質材料を接着させる工程と、前記多孔質材料の上に半硬化状態の樹脂シートを載せる工程と、を含み、前記樹脂シートを前記配線基板の側面に接着することを特徴とする付記５又は付記６に記載の配線基板ユニットの製造方法。

１ プローブカード（配線基板ユニット）
２ プローブカード基板（配線基板）
２Ａ 外側面
３ 調湿層（調湿部）
３１ 接着層
３２ 調湿材層
３３ 保護層
４１ アンクラッド材（基材）
４２ エポキシ接着剤
４３ トバモライト（多孔質物質）
４５ エポキシ樹脂シート

Claims (5)

1. ガラス繊維と樹脂を有し、前記ガラス繊維が前記樹脂内にランダムな向きに混入された配線基板と、
   前記配線基板の側面に取り付けられ、外部の湿度変化に伴って水分の吸収と、外部及び前記配線基板への水分の放出が可能な調湿部と、
   を備えることを特徴とする配線基板ユニット。
2. 前記調湿部は、ケイ酸カルシウム水和物又はケイ酸アルミニウム水和物の多孔質材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の配線基板ユニット。
3. 前記調湿部は、前記配線基板側から順番に、接着層と、多孔質材料を有する層と、ガラス繊維及び樹脂を有する保護層とが積層されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の記載の配線基板ユニット。
4. 外部の湿度変化に伴って水分の吸収と、外部及び前記配線基板への水分の放出が可能な多孔質材料を基材上に接着して調湿部を形成する工程と、
   前記調湿部をガラス繊維と樹脂を有し、前記ガラス繊維が前記樹脂内にランダムな向きに混入された配線基板の側面に接着する工程と、
   を備えることを特徴とする配線基板ユニットの製造方法。
5. 前記多孔質材料は、ケイ酸カルシウム水和物又はケイ酸アルミニウム水和物であることを特徴とする請求項４に記載の配線基板ユニットの製造方法。
   

Images