JP6970137B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本開示は、配線基板に関する。

セラミック絶縁層を備えた配線基板において、例えばプローブ等の端子を接続するための電極パッドがセラミック絶縁層の表面に設けられる（特許文献１参照）。電極パッドは、セラミック絶縁層を貫通する導体（いわゆるビア）と電気的に接続される。

特開２００９−７４８２３号公報

図４に示すように、セラミック絶縁層１０２の表面には、焼成時のセラミックの伸縮によってボイドＶが形成される。このボイドＶには、電極パッド１０４を含む配線の形成に用いられるめっき前処理液、このめっき前処理液と導体１０３との反応物等の残渣が溜まる。

このような残渣が溜まったボイドＶの上に電極パッド１０４が形成されると、セラミック絶縁層１０２に積層された樹脂層のキュア、配線基板への部品のろう付け又ははんだ付け等の加熱工程において、上記残渣が気化し、電極パッド１０４に膨れが発生する。

この膨れによって、セラミック絶縁層１０２を貫通する導体１０３と電極パッド１０４との電気的な接続が不十分となり得る。つまり、電極パッド１０４における接続信頼性が低下する。

本開示の一局面は、セラミック製の絶縁層の表面に配置された電極パッドの接続信頼性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絶縁層と、絶縁層を厚み方向に貫通する導体と、導体と電気的に接続されると共に、絶縁層の表面に配置された電極パッドと、を備える配線基板である。電極パッドは、絶縁層の厚み方向において導体と重ならない位置に設けられると共に、電極パッドを厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有する。

このような構成によれば、電極パッドに設けられた複数の貫通孔のうちボイドと重なった貫通孔から、ボイド内の残渣が気化したガスを排出することができる。そのため、加熱工程における電極パッドの膨れが抑制される。その結果、電極パッドの接続信頼性が高められる。

本開示の一態様では、電極パッドは、複数の貫通孔が設けられた中央部と、中央部を囲むように配置されると共に、複数の貫通孔が設けられない外周部と、を有してもよい。このような構成によれば、電極パッドのうち導体との接続に寄与する中央部において膨れを抑制しつつ、外周部によって電極パッドと絶縁層との接合強度を高めることができる。

本開示の一態様では、複数の貫通孔の開口形状は、四角形であってもよい。このような構成によれば、複数の貫通孔を等間隔に並べた際に、複数の貫通孔間の領域を小さくできる。その結果、複数の貫通孔の大きさを抑えつつ、複数の貫通孔をボイドと重ならせやすくすることができる。

本開示の一態様では、絶縁層は、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、焼成による収縮が比較的大きいためボイドが形成されやすい低温同時焼成セラミックを用いた配線基板において、効果的に電極パッドの膨れを抑制することができる。

本開示の一態様では、絶縁層は、表面に露出したボイドを有してもよい。複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔は、絶縁層の厚み方向においてボイドと重なってもよい。このような構成によれば、ボイド内で発生したガスが貫通孔から電極パッドの外側に効率よく排出される。

実施形態の配線基板の模式的な部分平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線での模式的な断面図である。 図１とは異なる実施形態における配線基板の模式的な部分平面図である。 従来の配線基板の模式的な断面図である。

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に示す配線基板１は、セラミック基板２と、電極パッド４とを備える。なお、図１では、１つの電極パッド４が図示されているが、配線基板１は、複数の電極パッド４を備えてもよい。

本実施形態の配線基板１は、例えば、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として用いられる。プローブカード用配線基板は、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。

＜セラミック基板＞
セラミック基板２は、図２に示すように、セラミックを主成分とする複数の絶縁層２１，２２，２３，２４と、複数の絶縁層２１，２２，２３，２４に配置された配線（図示省略）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１では、絶縁層は４層とされているが、絶縁層は４層以外であってもよく、絶縁層は単層であってもよい。

セラミック基板２の配線は、各絶縁層の表面に配置された少なくとも１つの配線パターンと、各絶縁層を厚み方向に貫通する導体（つまりビア）３とを含む。なお、図１では、１つの導体３が図示されているが、セラミック基板２は、複数の導体３を有してもよい。

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Ｗが好適に使用される。

各絶縁層は、セラミックグリーンシートを焼成することで形成されている。そのため、各絶縁層の表面には、焼成時の収縮に起因するボイドＶが形成され得る。ボイドＶは、絶縁層の厚み方向に凹んだ凹部であり、各絶縁層の表面（特にセラミック基板２の表面）に露出している。ボイドＶの平面視での最大幅は、例えば３０μｍ程度である。

各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、ＬＴＣＣが好ましい。

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。一方で、ＬＴＣＣは、焼成による収縮が比較的大きいためボイドが形成されやすいが、本開示によれば、後述する複数の貫通孔４Ａにより、効果的に電極パッド４の膨れを抑制することができる。

＜電極パッド＞
電極パッド４は、導体３と電気的に接続されると共に、セラミック基板２の表面（つまり、最表層の絶縁層２１の表面）に配置されている。

具体的には、電極パッド４は、セラミック基板２の表面に露出した導体３と重なるように、セラミック基板２の表面に積層されている。セラミック基板２の伸縮による平面方向の位置ずれを考慮して、電極パッド４の平面面積は、導体３の断面面積よりも大きくされている。電極パッド４の平均厚みは、例えば１μｍ以上２０μｍ以下である。

電極パッド４は、電極パッド４を厚み方向に貫通する複数の貫通孔４Ａを有する。複数の貫通孔４Ａは、セラミック基板２の厚み方向（つまり絶縁層２１，２２，２３，２４の厚み方向）において導体３と重ならない位置に設けられている。換言すると、複数の貫通孔４Ａは、セラミック基板２の厚み方向において導体３と重なる位置を避けて設けられている。また、複数の貫通孔４Ａは、セラミック基板２の表面まで到達している。つまり、セラミック基板２の表面のうち複数の貫通孔４Ａと重なる部分は、それぞれ電極パッド４に覆われずに露出している。

したがって、複数の貫通孔４Ａのいずれかと絶縁層２１，２２，２３，２４の厚み方向において重なる位置に存在するボイドＶは、複数の貫通孔４Ａによって電極パッド４の外側と連通している。そのため、ボイドＶ内で発生したガスは、複数の貫通孔４Ａから電極パッド４の外側に排出される。

電極パッド４は、図１に示すように、複数の貫通孔４Ａが設けられた中央部４１と、中央部４１を囲むように配置されると共に、複数の貫通孔４Ａが設けられていない外周部４２とを有する。

中央部４１は、電極パッド４の平面視（つまり、厚み方向視）における中心（例えば幾何学的重心）を含み、導体３と重なり得る部位である。つまり、中央部４１は、電極パッド４の中心からの距離が一定範囲の部位である。

中央部４１の幅（つまり、中央部４１を包含する最小円の径）は、導体３の径と、セラミック基板２のサイズ及び収縮率とによって適宜設計される。
外周部４２は、平面視で電極パッド４において中央部４１よりも外側の部位であり、電極パッド４の外縁を含む。

本実施形態では、複数の貫通孔４Ａは全て同一形状である。また、複数の貫通孔４Ａは、中央部４１において、格子状に（つまり、縦及び横に並列して）、等間隔で配置されている。なお、図１では、導体３との接続面積を大きくするために、中央部４１の中心には貫通孔４Ａが形成されない領域が存在する。また、複数の貫通孔４Ａは、例えば千鳥状に配置されてもよい。

複数の貫通孔４Ａの開口形状は、特に限定されず、図１に示す四角形、四角形以外の多角形、円等とすることができるが、四角形が好ましい。複数の貫通孔４Ａの開口形状を四角形とすることで、複数の貫通孔４Ａを等間隔に並べた際に、複数の貫通孔４Ａ間の領域を小さくできる。その結果、複数の貫通孔４Ａの大きさを抑えつつ、複数の貫通孔４ＡをボイドＶと重ならせやすくすることができる。

複数の貫通孔４Ａの開口形状が四角形の場合、１辺の長さとしては、５μｍ以上８０μｍ以下が好ましい。同様に、複数の貫通孔４Ａの開口形状が円の場合、径としては、５μｍ以上８０μｍ以下が好ましい。

貫通孔４Ａが小さすぎると、いずれの貫通孔４ＡもボイドＶと重ならないおそれがある。一方、貫通孔４Ａが大きすぎると、電極パッド４と絶縁層２１との接続強度が不十分となるおそれがある。

複数の貫通孔４Ａの間隔Ｄとしては、１０μｍ以上２５μｍ以下が好ましい。間隔Ｄが小さすぎると、電極パッド４と絶縁層２１との接続強度が不十分となるおそれがある。一方、間隔Ｄが大きすぎると、いずれの貫通孔４ＡもボイドＶと重ならないおそれがある。

電極パッド４は、下地層と、被覆層とを有する。下地層の材質としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｇ、これらの合金等が挙げられる。被覆層の材質としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）等が挙げられる。例えば、電極パッド４として、Ｃｕ電極をＮｉ及びＡｕで被覆したものが使用できる。

複数の貫通孔４Ａは、例えば、セミアディティブ法により形成できる。具体的には、下地層に貫通孔４Ａに対応するマスクを積層した状態で被覆層をめっきし、その後下地層における貫通孔４Ａの形成部位をエッチングにより除去する。

［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）電極パッド４に設けられた複数の貫通孔４ＡのうちボイドＶと重なった貫通孔４Ａから、ボイドＶ内の残渣が気化したガスを排出することができる。そのため、加熱工程における電極パッド４の膨れが抑制される。その結果、電極パッド４の接続信頼性が高められる。

（１ｂ）電極パッド４が中央部４１と外周部４２とを有することで、電極パッド４のうち導体３との接続に寄与する中央部４１において膨れを抑制しつつ、外周部４２によって電極パッド４と絶縁層２１との接合強度を高めることができる。

［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において、樹脂を主成分とする樹脂絶縁層を有する樹脂基板がセラミック基板２に重ね合わされてもよい。

（２ｂ）上記実施形態の配線基板１において、電極パッド４は、必ずしも外周部４２を有しなくてもよい。つまり、電極パッド４は、平面視で全体に複数の貫通孔４Ａが形成されていてもよい。

（２ｃ）上記実施形態の配線基板１において、導体３及び複数の貫通孔４Ａは、必ずしも電極パッド４の中心に配置されなくてもよい。例えば、図３に示すように、導体３及び複数の貫通孔４Ａ（つまり中央部４１）は、電極パッド４の角部に配置されてもよい。このように電極パッド４の角部に複数の貫通孔４Ａが設けられることで、電極パッド４の中心にプローブ等の端子を取り付ける際に、複数の貫通孔４Ａに端子が引っ掛かることが抑制される。その結果、端子の取り付け不具合が抑えられる。

（２ｄ）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。

［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。

＜実施例１＞
貫通孔４Ａの間隔を２０μｍ、中央部４１の幅を３５０μｍ、全体の平面寸法を９２０μｍ四方、厚みを１６μｍとした図１の複数の電極パッド４をセラミック基板上に形成した試料１−３を用意した。

試料１では貫通孔４Ａの１辺の長さを２５μｍ、試料２では２１μｍ、試料３では１７μｍとした。試料１−３を３３０℃で加熱し、膨れの有無を確認したところ、いずれの試料にも電極パッド４の膨れの発生はなかった。

＜実施例２＞
厚みを５μｍとした以外は、実施例１と同じ形状の複数の電極パッド４をセラミック基板上に形成した試料４−６を用意した。

試料４では貫通孔４Ａの１辺の長さを２５μｍ、試料５では２１μｍ、試料６では１７μｍとした。試料４−６を３３０℃で加熱し、膨れの有無を確認したところ、いずれの試料にも電極パッド４の膨れの発生はなかった。

＜比較例１＞
貫通孔を有さない実施例１と同じ大きさの複数の電極パッドをセラミック基板上に形成した試料７を用意した。３３０℃で加熱し、膨れの有無を確認したところ、膨れが発生した電極パッドの割合は０．０４％であった。

＜比較例２＞
貫通孔を有さない実施例２と同じ大きさの複数の電極パッドをセラミック基板上に形成した試料８を用意した。３３０℃で加熱し、膨れの有無を確認したところ、膨れが発生した電極パッドの割合は１．６％であった。

＜考察＞
実施例１，２と比較例１，２との結果から、複数の貫通孔によって電極パッドの膨れが抑制できることが示された。また、電極パッドの膨れは、電極パッドの厚みが小さい場合に発生しやすいことから、複数の貫通孔による膨れ抑制効果は、薄い電極パッドに対してより有効であることがわかる。

１…配線基板、２…セラミック基板、３…導体、４…電極パッド、４Ａ…貫通孔、
２１，２２，２３，２４…絶縁層、４１…中央部、４２…外周部。

Claims (5)

1. セラミックを主成分とする絶縁層と、
   前記絶縁層を厚み方向に貫通する導体と、
   前記導体と電気的に接続されると共に、前記絶縁層の表面に配置された電極パッドと、
   を備える配線基板であって、
   前記電極パッドは、前記絶縁層の厚み方向において前記導体と重ならない位置に設けられると共に、前記電極パッドを厚み方向に貫通する複数の貫通孔を有し、
   前記複数の貫通孔は、前記絶縁層の表面から前記電極パッドの外側に通じる空洞を有する、配線基板。
2. 前記電極パッドは、
   前記複数の貫通孔が設けられた中央部と、
   前記中央部を囲むように配置されると共に、前記複数の貫通孔が設けられない外周部と、
   を有する、請求項１に記載の配線基板。
3. 前記複数の貫通孔の開口形状は、四角形である、請求項１又は請求項２に記載の配線基板。
4. 前記絶縁層は、低温同時焼成セラミックを主成分とする、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. 前記絶縁層は、前記表面に露出したボイドを有し、
   前記複数の貫通孔のうち少なくとも１つの貫通孔は、前記絶縁層の厚み方向において前記ボイドと重なる、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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