JP6947708B2 - 配線基板 - Google Patents

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本開示は、配線基板に関する。
プローブカードは、複数の半導体素子が形成されたウェハを電気検査するための治具である。プローブカードは、複数のプローブが取り付けられたプローブカード用配線基板を有する。プローブカード用配線基板は、セラミック基板の表面に樹脂基板を重ね合わせたものであり、樹脂基板上にプローブを取り付けるためのパッドが設けられている。
プローブカード用配線基板では、例えばセラミック基板のわずかな歪によって、プローブの位置ずれが生じ、検査精度が低下し得る。そこで、歪を矯正しつつプローブカード用配線基板を検査装置のテストヘッドに固定するために、例えば複数のネジが固定具としてプローブカード用配線基板に設けられる。
配線基板は、複数のネジによってテストヘッドに固定されることで、歪が矯正されると共に、ウェハに対する位置ずれが抑制される。
特開２０１７−９００６７号公報
上述のプローブカード用配線基板では、セラミック基板と樹脂基板との間の熱膨張率の差が大きいため、温度変化によって反りが発生し得る。この反りは、セラミック基板の両面に樹脂基板を配置することで抑制できる。
このようにセラミック基板の両面に樹脂基板を設けたプローブカード用配線基板では、上述のネジは樹脂基板に取り付けられる。しかし、ネジを樹脂系接着剤で樹脂基板に接合すると、加熱及び冷却を繰り返す熱サイクルによって接着剤が劣化するため、ネジの接合強度が低下する。
また、このような金属部材の接合強度の低下は、プローブカード用配線基板以外の用途の配線基板において、セラミック基板に積層された樹脂基板に金属部材を取り付ける場合にも生じ得る。
本開示の一局面は、セラミック基板を含む配線基板全体の反りを抑制しつつ、金属部材の接合強度を高められる配線基板を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、セラミックを主成分とする少なくとも１つのセラミック絶縁層と少なくとも１つのセラミック絶縁層に配置された配線とを有するセラミック基板と、樹脂を主成分とする少なくとも１つの樹脂絶縁層と少なくとも１つの樹脂絶縁層に配置された配線とをそれぞれ有する第１樹脂基板及び第２樹脂基板と、を備える配線基板である。
配線基板は、第２樹脂基板に取り付けられた少なくとも１つの金属部材をさらに備える。第１樹脂基板は、セラミック基板の片方の面に重ね合わされる。第２樹脂基板は、セラミック基板の第１樹脂基板とは反対側の面に重ね合わされると共に、セラミック基板とは反対側の面に配置された少なくとも１つの金属製の接合用パッドを有する。少なくとも１つの金属部材は、少なくとも１つの接合用パッドにろう接されている。
このような構成によれば、第１樹脂基板及び第２樹脂基板によってセラミック基板が挟まれることで、配線基板全体の反りが抑制される。また、金属部材が第２樹脂基板にろう接（つまり、ろう付け又ははんだ付け）されるので、熱サイクルを経る際の金属部材の接合強度の低下が抑制できる。
本開示の一態様では、第１樹脂基板及び第２樹脂基板それぞれの少なくとも１つの樹脂絶縁層は、ポリイミドを主成分としてもよい。このような構成によれば、金属部材のろう接時における樹脂絶縁層の耐熱性を確保しつつ、第１樹脂基板及び第２樹脂基板の耐薬品性を高めることができる。
本開示の一態様では、少なくとも１つのセラミック絶縁層は、アルミナ、又は低温同時焼成セラミックを主成分としてもよい。このような構成によれば、セラミック基板の製造コストを低減することができる。
本開示の一態様は、少なくとも１つの金属部材として、少なくとも１つの固定用金具を備えてもよい。このような構成によれば、ウェハの検査精度を高められる信頼性の高いプローブカード用配線基板が得られる。
本開示の一態様では、少なくとも１つのセラミック絶縁層の熱膨張率は、６×１０−６ｍ／Ｋ以下であってもよい。このような構成によれば、配線基板全体の反りの抑制を促進することができる。
実施形態の配線基板の模式的な平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線での模式的な部分断面図である。 図１の配線基板における接合用パッド周辺の模式的な部分拡大平面図である。
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１及び図２に示す配線基板１は、セラミック基板２と、第１樹脂基板３と、第２樹脂基板４と、複数の金属部材５とを備える。
本実施形態の配線基板１は、複数の半導体素子が形成されたウェハを電気検査するために用いられるプローブカード用配線基板である。配線基板１は、複数のプローブが取り付けられることでウェハの検査に供される。なお、図１では、配線基板１の平面形状は円形であるが、配線基板１の形状は円形に限定されず、検査対象のウェハの形状に対応して適宜設計される。
＜セラミック基板＞
セラミック基板２は、セラミックを主成分とする複数のセラミック絶縁層２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄと、これらのセラミック絶縁層２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄに配置された配線とを有する。
ここで、「主成分」とは、９０質量％以上含まれる成分である。なお、図２では、セラミック絶縁層は４層としているが、セラミック絶縁層は４層以外であってもよく、セラミック絶縁層は単層であってもよい。
図２では、セラミック基板２が有する配線のうち、各セラミック絶縁層を厚み方向に貫通する複数の導体（つまりビア）２２のみを図示している。複数の導体２２は、それぞれ、第１樹脂基板３の配線と、第２樹脂基板４の配線とを電気的に接続している。
セラミック基板２が有する配線の材質としては、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、これらの合金等が挙げられる。これらの中でも、焼成時の耐熱性の観点からタングステンが好適に使用される。
各セラミック絶縁層を構成するセラミックは、特に限定されず、アルミナ、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、中温同時焼成セラミック（ＭＴＣＣ）等が使用できる。これらの中でも、アルミナ又はＬＴＣＣが好ましい。アルミナを用いることで、セラミック基板２の製造コストを低減することができる。また、ＬＴＣＣを用いることで、セラミック基板２の焼成温度を下げられるため、配線として銅合金（例えばＣｕ−Ｗ）を使用することができる。その結果、セラミック基板２の製造コストを低減しつつ、配線の導電性を高めることができる。
各セラミック絶縁層の熱膨張率としては、３×１０−６ｍ／Ｋ以上６×１０−６ｍ／Ｋ以下が好ましい。各セラミック絶縁層の熱膨張率が大きすぎると、第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４との熱膨張差により、配線基板１に反りが発生しやすくなるおそれがある。
＜第１樹脂基板＞
第１樹脂基板３は、樹脂を主成分とする複数の樹脂絶縁層３１Ａ，３１Ｂと、これらの樹脂絶縁層３１Ａ，３１Ｂに配置された配線とを有する。なお、図２では、第１樹脂基板３が有する配線のうち、複数のプローブパッド３２のみを図示している。
第１樹脂基板３は、セラミック基板２の片方の面に重ね合されている。具体的には、第１樹脂基板３は、セラミック基板２と重ね合される面に設けられた熱融着層の融着によって、セラミック基板２の表面に接合されている。
図２では、第１樹脂基板３の樹脂絶縁層は２層としているが、樹脂絶縁層は２層以外であってもよく、樹脂絶縁層は単層であってもよい。
第１樹脂基板３の各樹脂絶縁層は、後述する金属部材５のろう接時に溶融しない（つまり、ろう材又ははんだの融点よりも融点が高い）樹脂を主成分とする。このような樹脂としては、例えば、ポリイミド等が挙げられる。これらの中でも、耐薬品性の観点からポリイミドが好ましい。
第１樹脂基板３が有する配線は、複数のプローブパッド３２以外に、各樹脂絶縁層を貫通する導体、各樹脂絶縁層の表面に配置された配線パターン等を含んでいる。第１樹脂基板３が有する配線の材質としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｇ、これらの合金等が挙げられる。
複数のプローブパッド３２は、それぞれ、ウェハ検査用のプローブが取り付けられる端子である。各プローブパッド３２は、第１樹脂基板３の内部配線、セラミック基板２の配線、及び第２樹脂基板４の内部配線を介して、後述する第２樹脂基板４の各電極パッド４２と電気的に接続されている。
＜第２樹脂基板＞
第２樹脂基板４は、樹脂を主成分とする複数の樹脂絶縁層４１Ａ，４１Ｂと、これらの樹脂絶縁層４１Ａ，４１Ｂに配置された配線と、複数の接合用パッド４３とを有する。なお、図２では、第２樹脂基板４が有する配線のうち、複数の電極パッド４２のみを図示している。
第２樹脂基板４は、セラミック基板２の第１樹脂基板３とは反対側の面に重ね合されている。具体的には、第２樹脂基板４は、セラミック基板２と重ね合される面に設けられた熱融着層の融着によって、セラミック基板２の裏面に接合されている。
図２では、第２樹脂基板４の樹脂絶縁層は２層としているが、樹脂絶縁層は２層以外であってもよく、樹脂絶縁層は単層であってもよい。
第２樹脂基板４の各樹脂絶縁層は、第１樹脂基板３の各樹脂絶縁層に使用される樹脂と同じものが使用できる。特に、耐薬品性の観点から各樹脂絶縁層はポリイミドを主成分とするとよい。
第２樹脂基板４が有する配線は、複数の電極パッド４２以外に、各樹脂絶縁層を貫通する導体、各樹脂絶縁層の表面に配置された配線パターン等を含んでいる。第２樹脂基板４が有する配線の材質としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｇ、これらの合金等が挙げられる。
複数の電極パッド４２は、図３に示すように、それぞれ、複数の平面電極パッドを格子状に並べたいわゆるＬＧＡである。複数の平面電極パッドは、それぞれ、検査対象の半導体素子に対応して設けられている。
複数の接合用パッド４３は、第２樹脂基板４のセラミック基板２とは反対側の面（つまり、樹脂絶縁層４１Ａの露出面）に配置されている。各接合用パッド４３には、後述する複数の金属部材５が一つずつ接合されている。
複数の接合用パッド４３は、金属製である。各接合用パッド４３は、第２樹脂基板４の配線と同じ材料を用いるとよい。これにより、複数の接合用パッド４３を、例えば複数の電極パッド４２と同時に形成することができる。
また、複数の接合用パッド４３は、第２樹脂基板４の配線とは導通されていない。図３に示すように、各接合用パッド４３は、最表層の樹脂絶縁層４１Ａ上において、周囲の電極パッド４２と離間して配置されている。
なお、図１では、複数の接合用パッド４３のうち、一部の接合用パッド４３が電極パッド４２に囲まれるように配置され、残りの接合用パッド４３が電極パッド４２の外側に配置されているが、これらの配置はあくまで一例である。また、接合用パッド４３の平面形状は円形に限定されない。つまり、複数の接合用パッド４３の配置及び形状は、任意に設計可能である。
＜金属部材＞
複数の金属部材５は、少なくとも表面が金属で構成された部材である。本実施形態では、複数の金属部材５は、配線基板１を検査装置のテストヘッドに固定するための固定用金具であり、具体的には金属ネジである。ただし、金属部材５として、ネジ以外の固定用金具が用いられてもよい。
各金属部材５の材質は特に限定されないが、配線基板１の位置精度を保つ観点から、熱膨張率が小さい材質が好ましい。このような材質として、例えばコバール（Ｎｉ−Ｃｏ合金）が挙げられる。
各金属部材５は、図２に示すように、接合金属６によって、各接合用パッド４３にろう接されている。接合金属６は、ろう材又ははんだである。ろう材又ははんだとしては、第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４の樹脂絶縁層よりも融点の低いものが好ましく、例えばＡｕＳｎが使用できる。
＜製造方法＞
配線基板１は、例えば、セラミック基板２を形成する工程と、セラミック基板２に第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４を接合する工程と、複数の金属部材５を取り付ける工程と、を備える製造方法にて得ることができる。
セラミック基板２を形成する工程では、未焼成の複数のセラミックグリーンシートを用意し、導電性ペーストをそれぞれのセラミックグリーンシートに印刷する。これらのセラミックグリーンシートを重ねた状態で焼成することで、セラミック基板２が得られる。
セラミック基板２に第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４を接合する工程では、まず、公知の方法で配線が形成された第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４を用意する。これらの樹脂基板が熱融着層を介してセラミック基板２に重ね合わせられた状態で加熱及び加圧することで、セラミック基板２に第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４が接合される。なお、セラミック基板２の接合面に、アンカーとして表面をエッチングにより粗化した金属パッドを設けてもよい。
複数の金属部材５を取り付ける工程では、セラミック基板２に接合された第２樹脂基板４の各接合用パッド４３の上にろう材又ははんだを介して金属部材５を載せる。この状態で、ろう材又ははんだの融点以上の温度にて加熱することで、複数の金属部材５をそれぞれ接合用パッド４３に接合する。
［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１樹脂基板３及び第２樹脂基板４によってセラミック基板２が挟まれることで、配線基板１全体の反りが抑制される。また、金属部材５が第２樹脂基板４にろう接されるので、熱サイクルを経る際の金属部材５の接合強度の低下が抑制できる。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
（２ａ）上記実施形態の配線基板１は、プローブカード以外の用途にも適用可能である。例えば、配線基板１は、接合用パッド４３に接合される金属部材５として、例えばリード等の導通用部材を備えてもよい。また、第１樹脂基板３は、必ずしも複数のプローブパッド３２を備えなくてもよい。
（２ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
１…配線基板、２…セラミック基板、３…第１樹脂基板、４…第２樹脂基板、
５…金属部材、６…接合金属、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…セラミック絶縁層、
２２…導体、３１Ａ，３１Ｂ…樹脂絶縁層、３２…プローブパッド、
４１Ａ，４１Ｂ…樹脂絶縁層、４２…電極パッド、４３…接合用パッド。

Claims (5)

  1. セラミックを主成分とする少なくとも１つのセラミック絶縁層と前記少なくとも１つのセラミック絶縁層に配置された配線とを有するセラミック基板と、
    樹脂を主成分とする少なくとも１つの樹脂絶縁層と前記少なくとも１つの樹脂絶縁層に配置された配線とをそれぞれ有する第１樹脂基板及び第２樹脂基板と、
    を備える配線基板であって、
    前記第２樹脂基板に取り付けられた少なくとも１つの金属部材をさらに備え、
    前記第１樹脂基板は、前記セラミック基板の片方の面に重ね合わされ、
    前記第２樹脂基板は、前記セラミック基板の前記第１樹脂基板とは反対側の面に重ね合わされると共に、前記セラミック基板とは反対側の面に配置された少なくとも１つの金属製の接合用パッドを有し、
    前記少なくとも１つの金属部材は、前記少なくとも１つの接合用パッドにろう接されている、配線基板。
  2. 前記第１樹脂基板及び前記第２樹脂基板それぞれの前記少なくとも１つの樹脂絶縁層は、ポリイミドを主成分とする、請求項１に記載の配線基板。
  3. 前記少なくとも１つのセラミック絶縁層は、アルミナ、又は低温同時焼成セラミックを主成分とする、請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
  4. 前記少なくとも１つの金属部材として、少なくとも１つの固定用金具を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配線基板。
  5. 前記少なくとも１つのセラミック絶縁層の熱膨張率は、６×１０−６ｍ／Ｋ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の配線基板。
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