KR102368837B1 - 배선기판 - Google Patents

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고우타 기마타
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 세라믹 기판을 포함하는 배선기판 전체의 뒤틀림을 억제하면서, 금속부재의 접합강도를 높일 수 있는 배선기판을 제공한다.
(해결수단) 본 개시의 일 형태는, 세라믹을 주된 성분으로 하는 세라믹 절연층과 상기 세라믹 절연층에 배치된 배선을 가지는 세라믹 기판과, 수지를 주된 성분으로 하는 수지 절연층과 상기 수지 절연층에 배치된 배선을 각각 가지는 제 1 수지 기판 및 제 2 수지 기판을 구비하는 배선기판이다. 배선기판은 제 2 수지 기판에 장착된 금속부재를 더 구비한다. 제 1 수지 기판은 세라믹 기판의 편측의 면에 겹쳐진다. 제 2 수지 기판은 세라믹 기판의 제 1 수지 기판과는 반대측의 면에 겹쳐짐과 아울러, 세라믹 기판과는 반대측의 면에 배치된 금속제의 접합용 패드를 가진다. 금속부재는 접합용 패드에 납땜 접합되어 있다.

Description

배선기판{WIRING BOARD}
본 개시는 배선기판에 관한 것이다.
프로브 카드는 복수의 반도체 소자가 형성된 웨이퍼를 전기검사하기 위한 지그이다. 프로브 카드는 복수의 프로브가 장착된 프로브 카드용 배선기판을 가진다. 프로브 카드용 배선기판은 세라믹 기판의 표면에 수지 기판을 겹친 것이고, 수지 기판 상에 프로브를 장착하기 위한 패드가 형성되어 있다.
프로브 카드용 배선기판에서는, 예를 들면 세라믹 기판의 약간의 변형에 의해서 프로브의 위치 변위가 생김으로써 검사 정밀도가 저하될 수 있다. 그래서, 변형을 교정하면서 프로브 카드용 배선기판을 검사장치의 테스트 헤드에 고정하기 위해서, 예를 들면 복수의 나사가 고정구로서 프로브 카드용 배선기판에 설치된다.
배선기판은 복수의 나사에 의해서 테스트 헤드에 고정됨으로써, 변형이 교정됨과 동시에 웨이퍼에 대한 위치 변위가 억제된다.
특허문헌 1 : 일본국 특개2017-90067호 공보
상기한 프로브 카드용 배선기판에서는 세라믹 기판과 수지 기판 간의 열팽창율의 차이가 크기 때문에, 온도 변화에 의해서 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이 뒤틀림은 세라믹 기판의 양면에 수지 기판을 배치함으로써 억제할 수 있다.
이와 같이 세라믹 기판의 양면에 수지 기판을 설치한 프로브 카드용 배선기판에서는, 상기한 나사는 수지 기판에 장착된다. 그러나, 나사를 수지계 접착제로 수지 기판에 접합하면, 가열 및 냉각을 반복하는 열사이클에 의해서 접착제가 열화되기 때문에, 나사의 접합강도가 저하된다.
또, 이러한 금속부재의 접합강도의 저하는, 프로브 카드용 배선기판 이외의 용도의 배선기판에 있어서, 세라믹 기판에 적층된 수지 기판에 금속부재를 장착하는 경우에도 생길 수 있다.
본 개시의 일 국면은, 세라믹 기판을 포함하는 배선기판 전체의 뒤틀림을 억제하면서 금속부재의 접합강도를 높일 수 있는 배선기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 형태는, 세라믹을 주된 성분으로 하는 적어도 1개의 세라믹 절연층과 상기 적어도 1개의 세라믹 절연층에 배치된 배선을 가지는 세라믹 기판과, 수지를 주된 성분으로 하는 적어도 1개의 수지 절연층과 상기 적어도 1개의 수지 절연층에 배치된 배선을 각각 가지는 제 1 수지 기판 및 제 2 수지 기판을 구비하는 배선기판이다.
배선기판은 제 2 수지 기판에 장착된 적어도 1개의 금속부재를 더 구비한다. 제 1 수지 기판은 세라믹 기판의 편측의 면에 겹쳐진다. 제 2 수지 기판은 세라믹 기판의 제 1 수지 기판과는 반대측의 면에 겹쳐짐과 아울러, 세라믹 기판과는 반대측의 면에 배치된 적어도 1개의 금속제의 접합용 패드를 가진다. 적어도 1개의 금속부재는 적어도 1개의 접합용 패드에 납땜 접합되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 수지 기판 및 제 2 수지 기판에 의해서 세라믹 기판이 사이에 끼워짐으로써, 배선기판 전체의 뒤틀림이 억제된다. 또, 금속부재가 제 2 수지 기판에 납땜(즉, 연납땜 또는 경납땜) 접합되기 때문에, 열사이클을 거칠 때의 금속부재의 접합강도의 저하를 억제할 수 있다.
본 개시의 일 형태에서는, 제 1 수지 기판 및 제 2 수지 기판 각각의 적어도 1개의 수지 절연층은 폴리이미드를 주된 성분으로 하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 금속부재의 납땜 접합시에 있어서의 수지 절연층의 내열성을 확보하면서, 제 1 수지 기판 및 제 2 수지 기판의 내약품성을 높일 수 있다.
본 개시의 일 형태에서는, 적어도 1개의 세라믹 절연층은 알루미나 또는 저온 동시 소성 세라믹을 주된 성분으로 하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 세라믹 기판의 제조 코스트를 저감할 수 있다.
본 개시의 일 형태에서는, 적어도 1개의 금속부재로서 적어도 1개의 고정용 쇠장식을 구비하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 웨이퍼의 검사 정밀도를 높일 수 있는 신뢰성이 높은 프로브 카드용 배선기판을 얻을 수 있다.
본 개시의 일 형태에서는, 적어도 1개의 세라믹 절연층의 열팽창율은 6×10-6m/K 이하이어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 배선기판 전체의 뒤틀림의 억제를 촉진시킬 수 있다.
도 1은 실시형태의 배선기판의 모식적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에서의 모식적인 부분 단면도이다.
도 3은 도 1의 배선기판에 있어서의 접합용 패드 주변의 모식적인 부분 확대 평면도이다.
이하, 본 개시가 적용된 실시형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
[1. 제 1 실시형태]
[1-1. 구성]
도 1 및 도 2에 나타내는 배선기판(1)은 세라믹 기판(2)과 제 1 수지 기판(3)과 제 2 수지 기판(4)과 복수의 금속부재(5)를 구비한다.
본 실시형태의 배선기판(1)은 복수의 반도체 소자가 형성된 웨이퍼를 전기검사하기 위해서 이용되는 프로브 카드용 배선기판이다. 배선기판(1)은 복수의 프로브가 장착됨으로써 웨이퍼의 검사에 제공된다. 또한, 도 1에서는 배선기판(1)의 평면형상이 원형이지만, 배선기판(1)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 검사 대상인 웨이퍼의 형상에 대응하여 적절히 설계된다.
＜세라믹 기판＞
세라믹 기판(2)은 세라믹을 주된 성분으로 하는 복수의 세라믹 절연층(21A, 21B, 21C, 21D)과, 이들 세라믹 절연층(21A, 21B, 21C, 21D)에 배치된 배선을 가진다.
여기서, "주된 성분"이란 90질량% 이상 포함되는 성분이다. 또한, 도 2에서는 세라믹 절연층을 4층으로 하고 있으나, 세라믹 절연층은 4층 이외이어도 좋고, 세라믹 절연층은 단층이어도 좋다.
도 2에서는 세라믹 기판(2)이 가지는 배선 중에서 각 세라믹 절연층을 두께방향으로 관통하는 복수의 도체(즉, 비아)(22)만을 도시하고 있다. 복수의 도체(22)는 각각 제 1 수지 기판(3)의 배선과 제 2 수지 기판(4)의 배선을 전기적으로 접속하고 있다.
세라믹 기판(2)이 가지는 배선의 재질로서는, 예를 들면 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 구리(Cu), 은(Ag), 이것들의 합금 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도 소성시의 내열성의 관점에서 텅스텐이 매우 적합하게 사용된다.
각 세라믹 절연층을 구성하는 세라믹은 특히 한정되지 않으며, 알루미나, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC), 중온 동시 소성 세라믹(MTCC) 등을 사용할 수 있다. 이것들 중에서도 알루미나 또는 LTCC가 바람직하다. 알루미나를 이용함으로써 세라믹 기판(2)의 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또, LTCC를 이용함으로써 세라믹 기판(2)의 소성 온도를 낮출 수 있기 때문에, 배선으로서 구리 합금(예를 들면 Cu-W)을 사용할 수 있다. 그 결과, 세라믹 기판(2)의 제조 코스트를 저감하면서 배선의 도전성을 높일 수 있다.
각 세라믹 절연층의 열팽창율로서는 3×10-6m/K 이상 6×10-6m/K 이하가 바람직하다. 각 세라믹 절연층의 열팽창율이 너무 크면, 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)과의 열팽창율의 차이에 의해서 배선기판(1)에 뒤틀림이 발생하기 쉬워질 우려가 있다.
＜제 1 수지 기판＞
제 1 수지 기판(3)은 수지를 주된 성분으로 하는 복수의 수지 절연층(31A, 31B)과, 이들 수지 절연층(31A, 31B)에 배치된 배선을 가진다. 또한, 도 2에서는 제 1 수지 기판(3)이 가지는 배선 중에서 복수의 프로브 패드(32)만을 도시하고 있다.
제 1 수지 기판(3)은 세라믹 기판(2)의 편측의 면에 겹쳐져 있다. 구체적으로는, 제 1 수지 기판(3)은 세라믹 기판(2)과 겹쳐지는 면에 형성된 열융착층의 융착에 의해서 세라믹 기판(2)의 표면에 접합되어 있다.
도 2에서는 제 1 수지 기판(3)의 수지 절연층을 2층으로 하고 있으나, 수지 절연층은 2층 이외이어도 좋고, 수지 절연층은 단층이어도 좋다.
제 1 수지 기판(3)의 각 수지 절연층은 후술하는 금속부재(5)의 납땜 접합시에 용융되지 않는(즉, 연납재 또는 경납재의 융점보다도 융점이 높은) 수지를 주된 성분으로 한다. 이러한 수지로서는, 예를 들면 폴리이미드 등을 들 수 있다. 이것들 중에서도 내약품성의 관점에서 폴리이미드가 바람직하다.
제 1 수지 기판(3)이 가지는 배선은 복수의 프로브 패드(32) 이외에, 각 수지 절연층을 관통하는 도체, 각 수지 절연층의 표면에 배치된 배선 패턴 등을 포함하고 있다. 제 1 수지 기판(3)이 가지는 배선의 재질로서는, 예를 들면 W, Mo, Mn, Cu, Ag, 이것들의 합금 등을 들 수 있다.
복수의 프로브 패드(32)는 각각 웨이퍼 검사용의 프로브가 장착되는 단자이다. 각 프로브 패드(32)는 제 1 수지 기판(3)의 내부 배선, 세라믹 기판(2)의 배선, 및 제 2 수지 기판(4)의 내부 배선을 통해서 후술하는 제 2 수지 기판(4)의 각 전극 패드(42)와 전기적으로 접속되어 있다.
＜제 2 수지 기판＞
제 2 수지 기판(4)은 수지를 주된 성분으로 하는 복수의 수지 절연층(41A, 41B)과, 이들 수지 절연층(41A, 41B)에 배치된 배선과, 복수의 접합용 패드(43)를 가진다. 또한, 도 2에서는 제 2 수지 기판(4)이 가지는 배선 중에서 복수의 전극 패드(42)만을 도시하고 있다.
제 2 수지 기판(4)은 세라믹 기판(2)의 제 1 수지 기판(3)과는 반대측의 면에 겹쳐져 있다. 구체적으로는, 제 2 수지 기판(4)은 세라믹 기판(2)과 겹쳐지는 면에 형성된 열융착층의 융착에 의해서 세라믹 기판(2)의 이면에 접합되어 있다.
도 2에서는 제 2 수지 기판(4)의 수지 절연층을 2층으로 하고 있으나, 수지 절연층은 2층 이외이어도 좋고, 수지 절연층은 단층이어도 좋다.
제 2 수지 기판(4)의 각 수지 절연층은 제 1 수지 기판(3)의 각 수지 절연층에 사용되는 수지와 같은 것을 사용할 수 있다. 특히, 내약품성의 관점에서 각 수지 절연층은 폴리이미드를 주된 성분으로 하면 좋다.
제 2 수지 기판(4)이 가지는 배선은 복수의 전극 패드(42) 이외에, 각 수지 절연층을 관통하는 도체, 각 수지 절연층의 표면에 배치된 배선 패턴 등을 포함하고 있다. 제 2 수지 기판(4)이 가지는 배선의 재질로서는, 예를 들면 W, Mo, Mn, Cu, Ag, 이것들의 합금 등을 들 수 있다.
복수의 전극 패드(42)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각각 복수의 평면 전극 패드를 격자형상으로 늘어놓은 이른바 LGA이다. 복수의 평면 전극 패드는 각각 검사 대상의 반도체 소자에 대응하여 형성되어 있다.
복수의 접합용 패드(43)는 제 2 수지 기판(4)의 세라믹 기판(2)과는 반대측의 면{즉, 수지 절연층(41A)의 노출면}에 배치되어 있다. 각 접합용 패드(43)에는 후술하는 복수의 금속부재(5)가 1개씩 접합되어 있다.
복수의 접합용 패드(43)는 금속제이다. 각 접합용 패드(43)는 제 2 수지 기판(4)의 배선과 같은 재료를 이용하면 좋다. 이것에 의해서, 복수의 접합용 패드(43)를 예를 들면 복수의 전극 패드(42)와 동시에 형성할 수 있다.
또, 복수의 접합용 패드(43)는 제 2 수지 기판(4)의 배선과는 도통되어 있지 않다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 접합용 패드(43)는 최표층인 수지 절연층(41A) 상에 있어서, 주위의 전극 패드(42)와 이간하여 배치되어 있다.
또한, 도 1에서는 복수의 접합용 패드(43) 중 일부의 접합용 패드(43)가 전극 패드(42)에 둘러싸이도록 배치되고, 나머지 접합용 패드(43)가 전극 패드(42)의 외측에 배치되어 있으나, 이것들의 배치는 어디까지나 일례이다. 또, 접합용 패드(43)의 평면형상은 원형에 한정되지 않는다. 즉, 복수의 접합용 패드(43)의 배치 및 형상은 임의로 설계 가능하다.
＜금속부재＞
복수의 금속부재(5)는 적어도 표면이 금속으로 구성된 부재이다. 본 실시형태에서는, 복수의 금속부재(5)는 배선기판(1)을 검사장치의 테스트 헤드에 고정하기 위한 고정용 쇠장식이며, 구체적으로는 금속 나사이다. 다만, 금속부재(5)로서 나사 이외의 고정용 쇠장식이 이용되어도 좋다.
각 금속부재(5)의 재질은 특히 한정되지 않으나, 배선기판(1)의 위치 정밀도를 유지하는 관점에서 열팽창율이 작은 재질이 바람직하다. 이러한 재질로서, 예를 들면 코바르(Ni-Co합금)를 들 수 있다.
각 금속부재(5)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 접합 금속(6)에 의해서 각 접합용 패드(43)에 납땜 접합되어 있다. 접합 금속(6)은 연납재 또는 경납재이다. 연납재 또는 경납재로서는 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)의 수지 절연층보다도 융점이 낮은 것이 바람직하며, 예를 들면 AuSn을 사용할 수 있다.
＜제조방법＞
배선기판(1)은, 예를 들면 세라믹 기판(2)을 형성하는 공정과, 세라믹 기판(2)에 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)을 접합하는 공정과, 복수의 금속부재(5)를 장착하는 공정을 구비하는 제조방법에 의해서 얻을 수 있다.
세라믹 기판(2)을 형성하는 공정에서는, 미소성의 복수의 세라믹 그린 시트를 준비하고, 도전성 페이스트를 각각의 세라믹 그린 시트에 인쇄한다. 이들 세라믹 그린 시트를 겹친 상태에서 소성함으로써, 세라믹 기판(2)이 얻어진다.
세라믹 기판(2)에 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)을 접합하는 공정에서는, 우선 공지의 방법에 의해서 배선이 형성된 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)을 준비한다. 이들 수지 기판이 열융착층을 사이에 두고서 세라믹 기판(2)에 겹쳐진 상태에서 가열 및 가압함으로써, 세라믹 기판(2)에 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)이 접합된다. 또한, 세라믹 기판(2)의 접합면에, 앵커로서 표면을 에칭에 의해서 조화(粗化)한 금속 패드를 형성하여도 좋다.
복수의 금속부재(5)를 장착하는 공정에서는, 세라믹 기판(2)에 접합된 제 2 수지 기판(4)의 각 접합용 패드(43) 상에 연납재 또는 경납재를 사이에 두고서 금속부재(5)를 얹어놓는다. 이 상태에서 연납재 또는 경납재의 융점 이상의 온도로 가열함으로써, 복수의 금속부재(5)를 각각 접합용 패드(43)에 접합한다.
[1-2. 효과]
이상 상세하게 설명한 실시형태에 의하면, 이하의 효과가 얻어진다.
(1a) 제 1 수지 기판(3) 및 제 2 수지 기판(4)에 의해서 세라믹 기판(2)이 사이에 끼워짐으로써, 배선기판(1) 전체의 뒤틀림이 억제된다. 또, 금속부재(5)가 제 2 수지 기판(4)에 납땜 접합되기 때문에, 열사이클을 거칠 때의 금속부재(5)의 접합강도의 저하를 억제할 수 있다.
[2. 다른 실시형태]
이상, 본 개시의 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 개시는 상기 실시형태로 한정되는 일 없이 여러 가지 형태를 채택할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
(2a) 상기 실시형태의 배선기판(1)은 프로브 카드 이외의 용도에도 적용 가능하다. 예를 들면, 배선기판(1)은 접합용 패드(43)에 접합되는 금속부재(5)로서, 예를 들면 리드 등의 도통용 부재를 구비하여도 좋다. 또, 제 1 수지 기판(3)은 반드시 복수의 프로브 패드(32)를 구비하지 않아도 좋다.
(2b) 상기 실시형태에 있어서의 1개의 구성요소가 가지는 기능을 복수의 구성요소로서 분산시키거나 복수의 구성요소가 가지는 기능을 1개의 구성요소에 통합하여도 좋다. 또, 상기 실시형태의 구성의 일부를 생략하여도 좋다. 또, 상기 실시형태의 구성의 적어도 일부를 다른 실시형태의 구성에 대해서 부가, 치환 등을 하여도 좋다. 또한, 특허청구범위에 기재된 문언으로부터 특정되는 기술사상에 포함되는 모든 형태가 본 개시의 실시형태이다.
1 - 배선기판 2 - 세라믹 기판
3 - 제 1 수지 기판 4 - 제 2 수지 기판
5 - 금속부재 6 - 접합 금속
21A, 21B, 21C, 21D - 세라믹 절연층
22 - 도체 31A, 31B - 수지 절연층
32 - 프로브 패드 41A, 41B - 수지 절연층
42 - 전극 패드 43 - 접합용 패드

Claims (5)

  1. 세라믹을 주된 성분으로 하는 적어도 1개의 세라믹 절연층과 상기 적어도 1개의 세라믹 절연층에 배치된 배선을 가지는 세라믹 기판과;
    수지를 주된 성분으로 하는 적어도 1개의 수지 절연층과 상기 적어도 1개의 수지 절연층에 배치된 배선을 각각 가지는 제 1 수지 기판 및 제 2 수지 기판;을 구비하는 배선기판으로서,
    상기 제 2 수지 기판에 장착된 적어도 1개의 금속부재를 더 구비하고,
    상기 제 1 수지 기판은 상기 세라믹 기판의 편측의 면에 겹쳐지고,
    상기 제 2 수지 기판은 상기 세라믹 기판의 상기 제 1 수지 기판과는 반대측의 면에 겹쳐짐과 아울러, 상기 세라믹 기판과는 반대측의 면에 배치된 적어도 1개의 금속제의 접합용 패드를 가지며,
    상기 적어도 1개의 금속부재는 상기 적어도 1개의 접합용 패드에 납땜 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 배선기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 수지 기판 및 상기 제 2 수지 기판 각각의 상기 적어도 1개의 수지 절연층은 폴리이미드를 주된 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 배선기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 1개의 세라믹 절연층은 알루미나 또는 저온 동시 소성 세라믹을 주된 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 배선기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 1개의 금속부재로서 적어도 1개의 고정용 쇠장식을 구비하는 것을 특징으로 하는 배선기판.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 1개의 세라믹 절연층의 열팽창율은 6×10-6m/K 이하인 것을 특징으로 하는 배선기판.
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