JP7189047B2

JP7189047B2 - 電気検査用基板

Info

Publication number: JP7189047B2
Application number: JP2019030543A
Authority: JP
Inventors: 通孝中村; 敬士加賀; 正樹沓名; 達哉加藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: JP2020134396A

Description

本開示は、セラミック基板を備える電気検査用基板に関する。

特許文献１には、ガラス成分とセラミック成分との混合物を８００～１０５０℃程度の低温にて焼成した低温焼成のガラスセラミックで形成された複数のセラミック層を積層したセラミック基板を備える電気検査用基板が記載されている。

特開２０１０－２７１２９６号公報

しかし、特許文献１に記載の電気検査用基板では、セラミック基板の表面に樹脂層またはスタッドを形成することに起因して発生する応力によって、セラミック基板にクラックが入って破損してしまうことがあった。

本開示は、電気検査用基板の強度を向上させることを目的とする。

本開示の一態様は、複数のセラミック層が積層されたセラミック基板と、セラミック基板における表面および裏面の少なくとも一方に形成された電極とを備える電気検査用基板である。

そして、本開示の電気検査用基板では、複数のセラミック層は、少なくとも、セラミック基板の表面および裏面の少なくとも一方を構成する面セラミック層と、セラミック基板の内部に配置される内部セラミック層とを含む。また、面セラミック層は内部セラミック層より薄く、内部セラミック層には、Ａｇが含まれており、面セラミック層には、Ａｇが含まれていない。

このように構成された本開示の電気検査用基板では、内部セラミック層におけるＡｇの含有率が、面セラミック層におけるＡｇの含有率よりも高い。このため、本開示の電気検査用基板では、内部セラミック層の熱膨張が、面セラミック層の熱膨張よりも大きくなり、内部セラミック層が面セラミック層を圧縮する。これにより、本開示の電気検査用基板は、面セラミック層に圧縮応力が発生し、電気検査用基板の表面強度を向上させることができる。このように、本開示の電気検査用基板では、焼成収縮挙動の差によって圧縮応力を生じさせることで、熱膨張係数を上げずに、電気検査用基板の表面強度を向上させることができる。

本開示の一態様では、面セラミック層は、セラミック基板の表面および裏面の両方に配置され、表面に配置される面セラミック層の厚さは、裏面に配置される面セラミック層の厚さに等しいようにしてもよい。これにより、本開示の電気検査用基板は、電気検査用基板の変形を抑制することができる。

本開示の一態様では、セラミック基板における表面および裏面の少なくとも一方には、樹脂層が積層されるようにしてもよいし、スタッドが設置されるようにしてもよい。

電気検査用治具の使用方法を示す図である。電気検査用基板の断面図である。プローブおよびスタッドの設置位置を示すセラミック基板および樹脂層の断面図である。電気検査用基板の製造方法を示すフローチャートである。積層体および積層焼結体の断面図である。評価試験の結果を示す図表である。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の電気検査用治具１００は、図１に示すように、電気検査用基板１と、導電性の複数のプローブ２とを備える。

電気検査用治具１００は、例えば直径が３００ｍｍのシリコンウエハＳＷに対応し、シリコンウエハＳＷに形成された複数の端子ＴＭにプローブ２を接触させることにより、シリコンウエハＳＷに形成された複数のデバイスの検査を行う。

電気検査用基板１は、図２に示すように、セラミック基板３と、セラミック基板３の表面および裏面に形成された電極４，５とを備える。
セラミック基板３は、例えば、厚さ５ｍｍ×縦３００ｍｍ×横３００ｍｍの直方体状に形成されている。セラミック基板３は、例えば、４層のセラミック層１１，１２，１３，１４と、３層の配線層２１，２２，２３とを備える。

セラミック層１１～１４と、配線層２１～２３とは、積層方向ＳＤに沿って交互に積層される。これにより、配線層２１はセラミック層１１とセラミック層１２との間に配置され、配線層２２はセラミック層１２とセラミック層１３との間に配置され、配線層２３はセラミック層１３とセラミック層１４との間に配置される。

また、セラミック層１１，１２，１３，１４内にはそれぞれ、積層方向ＳＤに延びてセラミック層１１，１２，１３，１４を貫通するビア導体３１，３２，３３，３４が形成される。これにより、セラミック層１１を挟んでセラミック層１１の両面に形成されている電極５と配線層２１とが電気的に接続される。また、セラミック層１２を挟んでセラミック層１２の両面に形成されている配線層２１と配線層２２とが電気的に接続される。また、セラミック層１３を挟んでセラミック層１３の両面に形成されている配線層２２と配線層２３とが電気的に接続される。また、セラミック層１４を挟んでセラミック層１４の両面に形成されている配線層２３と電極４とが電気的に接続される。

セラミック層１１～１４は、ガラス成分とセラミック成分との混合物を焼成したガラスセラミックで形成されている。そして、セラミック層１１の厚さは、セラミック層１２の厚さとセラミック層１３の厚さとの加算値より小さい。同様に、セラミック層１４の厚さは、セラミック層１２の厚さとセラミック層１３の厚さとの加算値より小さい。また、セラミック層１１，１４には、Ａｇが含まれており、セラミック層１２，１３には、Ａｇが含まれていない。また、セラミック層１１の厚さは、セラミック層１４の厚さに等しい。本実施形態では、セラミック層１１，１４の厚さは例えば０．３ｍｍである。

配線層２１～２３およびビア導体３１～３４は、例えば、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｔ合金、Ａｇ／Ｐｄ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの導体で形成されている。
電極４，５は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、ＮｉおよびＡｕの少なくとも１つの導体で形成されている。

図３に示すように、セラミック基板３の表面および裏面にはそれぞれ、樹脂層６および樹脂層７が形成されている。そして、樹脂層６には複数のスタッド８が設置され、樹脂層７には複数のプローブ２が設置される。スタッド８は、電気検査用基板１を電気検査用治具１００に固定するために、電気検査用基板１から突出する部材である。

次に、電気検査用基板１の製造方法を説明する。
電気検査用基板１を製造するためには、図４に示すように、まず、Ｓ１０にて、内層用グリーンシートを準備する。具体的には、まず、セラミック層１２，１３を作製するための原料粉末として、平均粒径が３．０μｍのＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末と、平均粒径が２．０μｍのムライト粉末とを用意する。また、バインダ成分としてのアクリル系バインダと、成形後のグリーンシートに適度な柔軟性を与える可塑剤成分としてのジ・オチクル・フタレート（以下、ＤＯＰ）と、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせる溶剤としてのメチルエチルケトン（以下、ＭＥＫ）とを用意する。また、添加剤としてＡｇを用意する。

そして、上記のホウケイ酸系ガラス粉末とムライト粉末とを所定量秤量して、アルミナ製のポットに入れる。本実施形態では、ホウケイ酸系ガラス粉末とムライト粉末との混合割合は質量比で５０：５０であり、ホウケイ酸系ガラス粉末とムライト粉末との総量が１０００ｇである。また、ポット内のホウケイ酸系ガラス粉末およびムライト粉末に対して外掛けで例えば０．５体積％のＡｇを上記のポットに入れる。さらに、バインダ、ＤＯＰおよびＭＥＫを上記のポットに入れ、５時間混合することにより、セラミックスラリーを得る。そして、ドクターブレード法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上で、得られたセラミックスラリーをシート状とし、厚さが例えば０．２５ｍｍの内層用グリーンシートを作製する。

次にＳ２０にて、表層用グリーンシートを準備する。具体的には、まず、セラミック層１１，１４を作製するための原料粉末として、平均粒径が３．０μｍのＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末と、平均粒径が２．０μｍのムライト粉末とを用意する。また、アクリル系バインダと、ＤＯＰと、ＭＥＫとを用意する。

そして、上記のホウケイ酸系ガラス粉末とムライト粉末とを所定量秤量して、アルミナ製のポットに入れる。本実施形態では、ホウケイ酸系ガラス粉末とムライト粉末との混合割合は質量比で５０：５０であり、結晶化ガラス粉末とムライト粉末との総量が１０００ｇである。さらに、バインダ、ＤＯＰおよびＭＥＫを上記のポットに入れて５時間混合することにより、セラミックスラリーを得る。そして、ドクターブレード法により、キャリアフィルム上で、得られたセラミックスラリーをシート状とし、厚さが例えば０．２５ｍｍの表層用グリーンシートを作製する。

次にＳ３０にて、拘束シートを準備する。具体的には、まず、原料粉末として、平均粒径が２．０μｍのアルミナ粉末を用意する。また、アクリル系バインダと、ＤＯＰと、ＭＥＫとを用意する。そして、上記のアルミナ粉末を所定量秤量して、アルミナ製のポットに入れる。本実施形態では、アルミナ粉末の総量が１０００ｇである。さらに、バインダ、ＤＯＰおよびＭＥＫを上記のポットに入れて３時間混合することにより、セラミックスラリーを得る。そして、ドクターブレード法により、キャリアフィルム上で、得られたセラミックスラリーをシート状とし、厚さが例えば０．５０ｍｍの拘束シートを作製する。

次にＳ４０にて、パンチにより、Ｓ１０で準備した内層用グリーンシートと、Ｓ２０で準備した表層用グリーンシートとに、例えば直径が０．１２ｍｍのビアホールを形成する。

次にＳ５０にて、内層用グリーンシートおよび表層用グリーンシートに形成されたビアホールの内部に、導電性ペーストを充填する。導電性ペーストは、銀粉末１００重量部に対して、軟化点が７００℃のホウケイ酸系ガラス粉末を２重量部添加した粉末原料に、エチルセルロース樹脂を加えるとともに、溶剤としてターピネオールを加え、３本ロールミルにて混練して作製される。

次にＳ６０にて、内層用グリーンシートおよび表層用グリーンシートの表面における必要な箇所に、導電性ペーストを用いて、印刷によって、配線層２１～２３となる配線パターンを形成する。

次にＳ７０にて、内層用グリーンシート、表層用グリーンシートおよび拘束シートを積層して、グリーンシート積層体を作製する。具体的には、図５の積層体ＳＢ１で示すように、まず、内層用グリーンシートＧＳ１と内層用グリーンシートＧＳ２とを積層することにより、グリーンシート積層体ＧＢ１を作製する。さらに、グリーンシート積層体ＧＢ１の表面および裏面のそれぞれに、表層用グリーンシートＧＳ３および表層用グリーンシートＧＳ４を積層することにより、グリーンシート積層体ＧＢ２を作製する。そして、グリーンシート積層体ＧＢ２の表面および裏面のそれぞれに、拘束シートＢＳ１および拘束シートＢＳ２を積層することにより、積層体ＳＢ１を作製する。

そして、Ｓ７０の工程が終了すると、図４に示すように、Ｓ８０にて、図示しないプレス機により積層体ＳＢ１における積層方向ＳＤの両側から積層体ＳＢ１を挟んで積層体ＳＢ１を０．２ＭＰａの圧力で加圧しながら、積層体ＳＢ１を８５０℃にて３０分間焼成（すなわち、脱脂焼成）して、図５に示す積層焼結体ＳＢ２を作製する。

そして、Ｓ８０の工程が終了すると、図４に示すように、Ｓ９０にて、積層焼結体ＳＢ２の表面および裏面に残っている未焼結の拘束シートＢＳ１，ＢＳ２を、水を媒体とした超音波洗浄機により除去し、図５に示す積層焼結体ＳＢ３を作製する。

そして、Ｓ９０の工程が終了すると、図４に示すように、Ｓ１００にて、アルミナ質砥粒を用いたラップ研磨により、積層焼結体ＳＢ３の表面および裏面を研磨する。
次にＳ１１０にて、研磨した積層焼結体ＳＢ３（すなわち、セラミック基板３）の表面および裏面におけるビア導体３１，３４に対応する位置に、例えばＴｉ薄膜をスパッタ法により形成した後に順次Ｃｕメッキ、ＮｉメッキおよびＡｕメッキを施して、電極４，５を形成し、電気検査用基板１の製造を終了する。

次に、電気検査用基板１の強度を評価するために実施した評価試験と、その試験結果について説明する。
本評価試験では、セラミック層１１，１４におけるＡｇの有無と、セラミック層１２，１３におけるＡｇの有無とを変化させて、電気検査用基板１の破壊靭性を評価した。以下、セラミック層１１，１４を面セラミック層、セラミック層１２，１３を内部セラミック層という。

本評価試験では、図６に示すように、実施例１および比較例１～３の電気検査用基板を作製した。
実施例１の電気検査用基板では、面セラミック層にＡｇが含まれておらず、内部セラミック層にＡｇが含まれている。比較例１の電気検査用基板では、面セラミック層および内部セラミック層にＡｇが含まれていない。比較例２の電気検査用基板では、面セラミック層および内部セラミック層にＡｇが含まれている。比較例３の電気検査用基板では、面セラミック層にＡｇが含まれており、内部セラミック層にＡｇが含まれていない。

本評価試験では、電気検査用基板の表面を研磨し、各種測定（例えば、ヤング率、比重、ビッカース硬度の測定）を行い、破壊靭性を測定した。本評価試験では、破壊靭性の評価結果として、比較例１を基準にして破壊靭性の向上が見られる場合に「ＯＫ」、破壊靭性の向上が見られない場合に「ＮＧ」とした。

図６に示すように、実施例１は、破壊靭性において「ＯＫ」であった。一方、比較例２，３は、破壊靭性において「ＮＧ」であった。
このように構成された電気検査用基板１は、複数のセラミック層１１～１４が積層されたセラミック基板３と、セラミック基板３における表面および裏面に形成された電極４，５とを備える。

そして電気検査用基板１では、セラミック層１１，１４は、セラミック基板３の表面および裏面を構成する。セラミック層１２，１３は、セラミック基板３の内部に配置される。また、セラミック層１１，１４はセラミック層１２，１３より薄く、セラミック層１２，１３には、Ａｇが含まれており、セラミック層１１，１４には、Ａｇが含まれていない。

このように電気検査用基板１では、セラミック層１２，１３におけるＡｇの含有率が、セラミック層１１，１４におけるＡｇの含有率よりも高い。このため、電気検査用基板１では、セラミック層１２，１３の熱膨張が、セラミック層１１，１４の熱膨張よりも大きくなり、セラミック層１２，１３がセラミック層１１，１４を圧縮する。これにより、電気検査用基板１は、セラミック層１１，１４に圧縮応力が発生し、電気検査用基板１の表面強度を向上させることができる。このように、電気検査用基板１では、焼成収縮挙動の差によって圧縮応力を生じさせることで、熱膨張係数を上げずに、電気検査用基板１の表面強度を向上させることができる。

また、セラミック層１１，１４は、セラミック基板３の表面および裏面の両方に配置され、表面に配置されるセラミック層１１の厚さは、裏面に配置されるセラミック層１４の厚さに等しい。これにより、電気検査用基板１は、電気検査用基板１の変形を抑制することができる。

以上説明した実施形態において、セラミック層１１，１４は面セラミック層に相当し、セラミック層１２，１３は内部セラミック層に相当する。
以上、本開示の一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ものではなく、種々変形して実施することができる。

例えば上記実施形態では、セラミック基板３における表面および裏面に電極４，５が形成されている形態を示したが、セラミック基板３における表面および裏面の何れか一方に電極が形成されているようにしてもよい。

また上記実施形態では、セラミック層１１，１４にＡｇが含まれていない形態を示したが、セラミック層１１，１４の何れか一方においてＡｇが含まれていないようにしてもよい。

また上記実施形態では、セラミック層１１，１４の厚さが互いに等しい形態を示したが、セラミック層１１，１４の厚さが互いに異なっているようにしてもよい。
また、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に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。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。

１…電気検査用基板、３…セラミック基板、４，５…電極、１１～１４…セラミック層

Claims

複数のセラミック層が積層されたセラミック基板と、前記セラミック基板における表面および裏面の少なくとも一方に形成された電極とを備える電気検査用基板であって、
複数の前記セラミック層は、少なくとも、前記セラミック基板の前記表面および前記裏面の少なくとも一方を構成する面セラミック層と、前記セラミック基板の内部に配置される内部セラミック層とを含み、
前記面セラミック層は前記内部セラミック層より薄く、
前記内部セラミック層には、Ａｇが含まれており、
前記面セラミック層には、Ａｇが含まれていない電気検査用基板。
請求項１に記載の電気検査用基板であって、
前記面セラミック層は、前記セラミック基板の前記表面および前記裏面の両方に配置され、
前記表面に配置される前記面セラミック層の厚さは、前記裏面に配置される前記面セラミック層の厚さに等しい電気検査用基板。
請求項１または請求項２に記載の電気検査用基板であって、
前記セラミック基板における前記表面および前記裏面の少なくとも一方には、樹脂層が積層される電気検査用基板。
請求項１～請求項３の何れか１項に記載の電気検査用基板であって、
前記セラミック基板における前記表面および前記裏面の少なくとも一方には、スタッドが設置される電気検査用基板。