JP5996971B2

JP5996971B2 - 多層配線基板およびそれを用いたプローブカード

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Publication number: JP5996971B2
Application number: JP2012190961A
Authority: JP
Inventors: 啓介戸田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: JP2014049589A

Description

本発明は、多層配線基板およびそれを用いたプローブカードに関するものである。

従来、電子部品搭載用等に使用される配線基板として、多層配線基板が用いられている。このような配線基板は、例えば、セラミック基板等からなる回路基板の上面に、ポリイミド樹脂等から成り、カーテンコート法やスピンコート法等によって樹脂の前駆体を塗布し加熱硬化させることによって形成される樹脂絶縁層と、銅やアルミニウム等の金属から成り、めっき法や気相成膜法等の薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって形成される配線導体層とを交互に多層に積層させた構造となっており、樹脂絶縁層の一方主面側に露出した貫通導体の端面に回路基板の回路導体が電気的に接続されるとともに、樹脂絶縁層の他方主面側に露出した貫通導体の端面に半導体集積回路素子等の電子部品の電極や電子部品の電気検査を行なうためのプローブが接続される。そして、貫通導体を介して電子部品が回路基板の回路導体と電気的に接続され、信号の送受や、電子部品に対する電気的な検査等が行なわれる。

なお、近年、このようなプローブカード用等の多層配線基板においては、半導体素子等の電子部品の高密度化に応じて絶縁層に形成される貫通導体および接続パッドの小型化（平面視における小面積化）が進んでいるため、プローブの接続パッドに対する位置合わせが難しくなりつつある。

特開平11-160356号公報

例えばプローブカード用として用いられる多層配線基板は、上面に接続パッドを設けており、多層配線基板において、接続パッドにプローブを押し当てる際に、平面透視で接続パッドに接続される貫通導体と重なる箇所からプローブがずれた位置に押し当てられることがあり、接続パッドが多層配線基板の内部に押し込まれてしまい、その結果、接続パッドが変形したり、多層配線基板から剥がれて断線してしまうことがあった。

本発明の一つの態様による多層配線基板は、積層体と、接続パッドと、貫通導体と、薄膜導体層とを備えている。積層体は、複数の樹脂絶縁層が積層されてなる。接続パッドは、積層体の上面に設けられている。貫通導体は、最上層の樹脂絶縁層から積層体の厚み方向に設けられている。薄膜導体層は、平面透視で接続パッドと重なる位置において複数の樹脂絶縁層の層間に設けられ、貫通導体を介して接続パッドと接続されている。貫通導体は、接続パッドと薄膜導体層との間において、厚み方向の一部を外側に張り出してなり、平面透視において接続パッドよりも大きい凸部を有しており、一体に形成されている。

本発明の他の態様によれば、プローブカードは、上面を有するセラミック基板と、セラミック基板の上面に積層された上記構成の多層配線基板と、多層配線基板の接続パッドに接続されたプローブとを備えている。

本発明の一つの態様による多層配線基板において、複数の樹脂絶縁層が積層されてなる積層体と、積層体の上面に設けられた接続パッドと、最上層の樹脂絶縁層から積層体の厚み方向に設けられた貫通導体と、平面透視で接続パッドと重なる位置において複数の樹脂絶縁層の層間に設けられ、貫通導体を介して接続パッドと接続された薄膜導体層とを有しており、接続パッドと薄膜導体層との間において、貫通導体は、厚み方向の一部を外側に張り出してなり、平面透視において接続パッドよりも大きい凸部を有しており、一体に形成されていることによって、接続パッドにプローブを押し当てる場合に、平面透視で接続パッドに接続する貫通導体と重なる位置からプローブがずれた位置に押し当てられても、接続パッドが多層配線基板の内部に押し込まれることを効果的に抑制し、その結果、接続パッドが変形したり、多層配線基板から剥がれてしまうことを防止することができ、多層配線基板とプローブとの接続信頼性に関して向上されたものとすることができる。

本発明の他の態様によれば、プローブカードは、上面を有するセラミック基板と、セラミック基板の上面に積層された上記構成の多層配線基板と、多層配線基板の接続パッドに接続されたプローブとを備えていることによって、接続信頼性に関して向上されている。

（ａ）は本発明の実施形態における多層配線基板およびセラミック基板を示す断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示された多層配線基板のＡ部を拡大して示す断面図である。（ａ）は本発明の実施形態における多層配線基板の変形例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示された多層配線基板を示す平面透視図である。本発明の実施形態における多層配線基板の他の変形例の要部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

図１〜図３を参照して本発明の実施形態における多層配線基板について説明する。本実施形態における多層配線基板１は、積層体２と、接続パッド３と、貫通導体４と、薄膜導体層５とを備えている。

積層体２は、複数の樹脂絶縁層２ａが積層されてなる。樹脂絶縁層２ａは、ポリイミド樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂，エポキシ樹脂，ビスマレイミドトリアジン樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，ポリキノリン樹脂，フッ素樹脂等の絶縁性の樹脂から成るものである。

例えば、樹脂絶縁層２ａがポリイミド樹脂から成る場合には、ワニス状のポリイミド前駆体を後述するセラミック基板11の上面にスピンコート法、ダイコート法、カーテンコート法、印刷法等の塗布法により塗布し、しかる後、400℃程度の熱で硬化させてポリイミ
ド化させることによって10μｍ〜50μｍ程度の厚みに形成する。あるいは、上記樹脂から成る10μｍ〜50μｍ程度のシートの下面に、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂，シロキサン変性ポリイミド樹脂，ポリイミド樹脂,ビスマレイミドトリアジン樹脂，エポキシ
樹脂等の樹脂接着剤を乾燥厚みで５μｍ〜20μｍ程度にドクターブレード法等の塗布法にて塗布して乾燥させることで接着剤層を形成し、これをセラミック基板11の上に重ねて加熱プレスすることで形成する。いずれの方法においても、樹脂絶縁層２ａに貫通導体４および薄膜導体層５を形成して上記工程を必要な樹脂絶縁層２ａの数だけ繰り返すことで複数の樹脂絶縁層２ａが形成される。フィルムの樹脂を用いる方法は、複数のフィルムを一括してプレスすることが可能であり、１層毎に塗布および硬化を行なう必要がないので、製造工程を短くすることができる。

積層体２において、最上層の樹脂絶縁層２ａから積層体２の厚み方向に貫通導体４が設けられている。例えば、樹脂絶縁層２ａに直径20μｍ〜100μｍの貫通孔が形成される。
この貫通孔の形成方法は、まず樹脂絶縁層２ａに開口を有するレジスト膜を形成するとともにこのレジスト膜の開口に位置する樹脂絶縁層２ａをエッチングすることによって、あるいはレーザを使い直接樹脂絶縁層２ａの一部を除去することによって形成される。このときのレーザはエキシマレーザ，ＣＯ_２レーザ等を用いることができるが、貫通孔の内壁の形状を垂直に近く調整でき、さらに貫通孔の内壁面を滑らかに加工できる紫外線レーザで形成しておくのが望ましい。あるいは、ワニス状の樹脂を塗布する方法の場合であれば、感光性の樹脂を用いて、例えば露光により貫通孔が形成される部分以外を硬化させて、貫通孔が形成される部分の樹脂をエッチングにより除去することにより貫通孔を形成してもよい。

また積層体２において、上面に接続パッド３が設けられており、また平面透視で接続パッド３と重なる位置において複数の樹脂絶縁層２ａの層間に薄膜導体層５が設けられ、貫通導体４を介して接続パッド３と接続されている。接続パッド３および薄膜導体層５は、例えば蒸着法やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜形成法により、樹脂絶縁層２ａの主面の全面に、0.1μｍ〜３μｍ程度の厚みの、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃ
ｕ合金層やチタン（Ｔｉ）−Ｃｕ合金層から成る下地導体層を形成する。次に、下地導体層の上に接続パッド３および薄膜導体層５のパターン形状の開口を有するレジスト膜を形成して、このレジスト膜をマスクとしてめっき等で銅や金等の電気抵抗の小さい金属から成る、２μｍ〜10μｍ程度の厚みの主導体層を形成する。そして、レジスト膜を剥離除去し、下地導体層の露出した部分をエッチングにより除去することで接続パッド３および薄膜導体層５が形成される。積層体２の上面に設けられている接続パッド３の表面には、腐食防止やプローブとの接続性のために、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層および厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層を順次形成するとよい。

貫通導体４は、接続パッド３および薄膜導体層５を形成する前に、例えば、銅等の金属粉末と樹脂を主成分とする導体ペーストまたは溶融させたはんだ等を樹脂絶縁層２ａの貫通孔に充填しておくことにより、図１〜図３に示す例のような、貫通孔が導体により充填されたものが形成される。あるいは、接続パッド３および薄膜導体層５を形成する際に、貫通孔にも導体層を銅またははんだなどのめっきにより形成することにより、接続パッド３および薄膜導体層５と同時に形成してもよい。この場合、導体層を形成する際のめっき厚みを厚くすると、図１〜図３に示す例のような、貫通孔が導体により充填されたものとすることができる。貫通導体４を接続パッド３および薄膜導体層５と同時に形成する場合は、貫通孔に導体層を良好に形成することができるように、貫通孔は絶縁樹脂層２の上面側のほうが大きくなるような形状にするのが好ましい。このような形状の貫通孔は、エッチングにより貫通孔を形成する場合はエッチング条件により、レーザにより貫通孔を形成する場合はレーザの出力等の調節により、感光性樹脂を用いる場合は露光条件やエッチング条件により形成することができる。

本実施形態の多層配線基板１においては、複数の樹脂絶縁層２ａが積層されてなる積層体２と、積層体２の上面に設けられた接続パッド３と、最上層の樹脂絶縁層２ａから積層体２の厚み方向に設けられた貫通導体４と、平面透視で接続パッド３と重なる位置において複数の樹脂絶縁層２ａの層間に設けられ、貫通導体４を介して接続パッド３と接続された薄膜導体層５とを含み、接続パッド３と薄膜導体層５との間において、貫通導体４は、厚み方向の一部を外側に張り出してなる凸部６を有しており、一体に形成されている。

このように、貫通導体４が厚み方向の一部を外側に張り出してなる凸部６を有しており、一体に形成されていることによって、接続パッド３にプローブを押し当てる場合に、平面透視で接続パッド３に接続する貫通導体４と重なる位置からプローブがずれた位置に押し当てられても、接続パッド３が多層配線基板１の内部に押し込まれることを効果的に抑制し、その結果、接続パッド３が変形したり、多層配線基板１から剥がれてしまうことを
防止することができ、多層配線基板１は、接続信頼性に関して向上されたものとすることが可能となる。

凸部６は、樹脂絶縁層２ａに凸部６と同形状の凹部を形成しておき、その凹部内に貫通導体４と同様の材料を充填して形成する。この場合、例えば、銅等の金属粉末と樹脂を主成分とする導体ペーストまたは溶融させたはんだ等を、凹部と貫通導体４を形成するための貫通孔とに同時に充填すると、製造工程が簡略化され好ましい。あるいは、凹部と貫通導体４を形成するための貫通孔とに導体層を銅またははんだなどのめっきにより同時に形成してもよく、製造工程が簡略化され好ましく、導体層を形成する際のめっき厚みを厚くすると、図１〜図３に示す例のような、貫通孔が導体により充填されたものとすることができる。なお、樹脂絶縁層２ａに凸部６と同形状の凹部を形成するには、エキシマレーザ，ＣＯ_２レーザ等のレーザにより樹脂絶縁層２ａの露出した部分の表面を除去するか、あるいは樹脂絶縁層２ａの表面に凸部６のパターン形状の開口を有するレジスト膜を形成して、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のエッチング法により樹脂絶縁層２ａの露出した部分の表面を除去し、除去した箇所を有する樹脂絶縁層２ａと予め作製した他の樹脂絶縁層２ａとを重ねればよい。

また、図２（ｂ）に示されているように、凸部６が平面透視において接続パッド３よりも大きいことによって、接続パッド３にプローブを押し当てる場合に、平面透視で接続パッド３の周縁にプローブが押し当てられても、平面透視において接続パッド３よりも大きい凸部６によって、接続パッド３が多層配線基板１の内部に押し込まれることを確実に抑制し、その結果、接続パッド３が変形したり、多層配線基板１から剥がれてしまうことを効果的に防止することができる。

また、図１、図２（ａ）、図３に示されているように、凸部６が断面視において四角形状である場合には、凸部６の上面が平坦状であるため、平面透視で接続パッド３に接続する貫通導体４と重なる位置からプローブがずれた位置に押し当てられても、接続パッド３の形状を効果的に保持したまま、多層配線基板１の内部に押し込まれることを抑制することができ、好ましい。

また、図３に示されているように、積層体２の厚み方向において凸部６が接続パッド３に近接して設けられている場合には、接続パッド３にプローブを押し当てる場合に、平面透視で接続パッド３に接続する貫通導体４と重なる位置からプローブがずれた位置に押し当てられても、接続パッド３が多層配線基板１の上面に近い箇所で内部に押し込まれることを抑制することができ、その結果、接続パッド３が変形したり、多層配線基板１から剥がれてしまうことをより効果的に防止することができ、好ましい。

上面に多層配線基板１が積層されるセラミック基板11は、セラミック絶縁層11ａを含んでいる。セラミック絶縁層11ａは、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスからなるものである。プローブカードに用いる場合は、熱膨張係数がウエハを形成するシリコン（Ｓｉ）に近い、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体またはガラスセラミックスが好ましい。セラミック絶縁層８がこのようなセラミックスからなるものであると、多層配線基板１上にプローブを接合する場合に、プローブやプローブの接合部に加わる、プローブとともに接合されるウエハと多層配線基板１との熱膨張差による熱応力が比較的小さなものとなるので好ましい。また、プローブカードとして用いた場合に、半導体素子の電気特性の測定時における熱負荷に対する熱変形を有効に防止でき、さらに、高い熱伝達性により内部に熱を滞留させることがない。

セラミック基板11の内部配線12および外部配線13は、セラミック絶縁層11ａと同時焼成
により形成される、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）合金，銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），銀−パラジウム（Ｐｄ）合金等の金属を主成分とするメタライズからなるものである。

このようなセラミック基板11は、以下の方法により製作される。例えば、セラミック絶縁層11ａが酸化アルミニウム質焼結体で形成される場合には、まず、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムの原材料粉末に適当な有機バインダおよび溶媒を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法等によってシート状に成形し、セラミック絶縁層11ａとなる複数のセラミックグリーンシートを作製する。

次に、セラミックグリーンシートの内部貫通導体が形成される所定位置に適当な打ち抜き加工により貫通孔を形成するとともに、貫通孔に導体ペーストを充填する。また、スクリーン印刷法等によってセラミックグリーンシートの所定位置に内部配線層となる導体ペースト層を10〜20μｍの厚みに形成する。導体ペーストは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）合金等の融点の高い金属粉末と適当な樹脂バインダおよび溶剤とを混練することにより作製される。

最後に、これらセラミックグリーンシートを重ね合わせて圧着して積層体を作製し、この積層体を1500℃〜1600℃程度の高温で焼成することによりセラミック基板11が作製される。セラミック基板11の外部配線13の表面には、腐食防止や外部回路との接続性のために、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層および厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層を順
次形成するとよい。内部配線12（内部貫通導体）のセラミック基板11の表面に露出する部分にも同様のめっき層を形成してもよい。

プローブカードは、上記構成のセラミック基板11と、セラミック基板11の上面に積層された上記構成の多層配線基板１と、多層配線基板１の接続パッド３に接続されたプローブを含んでいる。

プローブは、例えば、以下のように本実施形態の多層配線基板１に接続される。まず、シリコンウエハの１面にエッチングにより複数のプローブの雌型を形成する。ついで、雌型を形成した面にめっき法によりニッケルから成る金属を被着させるとともに雌型をニッケルで埋め込み、埋め込まれた部分以外のウエハ上のニッケルをエッチング等の加工を施すことにより除去して、ニッケル製のプローブが埋設されたシリコンウエハを作製する。このシリコンウエハに埋設されたニッケル製プローブを多層配線基板１の上面の接続パッド３にはんだ等の接合材で接合する。そして、シリコンウエハを水酸化カリウム水溶液で除去することによって、セラミック基板11の上面に積層された多層配線基板１の接続パッド３にプローブが接続されたプローブカードが得られる。

本実施形態の多層配線基板１において、貫通導体４は、接続パッド３と薄膜導体層５との間において厚み方向の一部を外側に張り出してなる凸部６を有しており、一体に形成されていることによって、接続パッド３にプローブを押し当てる場合に、平面透視で接続パッド３に接続する貫通導体４と重なる位置からプローブがずれた位置に押し当てられても、接続パッド３が多層配線基板１の内部に押し込まれることを効果的に抑制し、その結果、接続パッド３が変形したり、多層配線基板１から剥がれてしまうことを防止することができ、多層配線基板１とプローブとの接続信頼性に関して向上されたものとすることができる。

本実施形態のプローブカードは、上面を有する上記構成のセラミック基板11と、セラミック基板11の上面に積層された上記構成の多層配線基板１と、多層配線基板１の接続パッ
ド３に接続されたプローブとを備えていることによって、接続信頼性に関して向上されている。

１・・・・・多層配線基板
２・・・・・積層体
２ａ・・・・樹脂絶縁層
３・・・・・接続パッド
４・・・・・貫通導体
５・・・・・薄膜導体層
６・・・・・凸部
11・・・・・セラミック基板

Claims

複数の樹脂絶縁層が積層されてなる積層体と、
該積層体の上面に設けられた接続パッドと、
最上層の前記樹脂絶縁層から前記積層体の厚み方向に設けられた貫通導体と、
平面透視で前記接続パッドと重なる位置において前記複数の樹脂絶縁層の層間に設けられ、前記貫通導体を介して前記接続パッドと接続された薄膜導体層とを備えており、
前記接続パッドと前記薄膜導体層との間において、前記貫通導体は、厚み方向の一部を外側に張り出してなり、平面透視において前記接続パッドよりも大きい凸部を有しており、一体に形成されていることを特徴とする多層配線基板。
前記凸部は、断面視において四角形状であることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
上面を有するセラミック基板と、
該セラミック基板の前記上面に積層された、請求項１または請求項２に記載の多層配線基板と、
該多層配線基板の前記接続パッドに接続されたプローブとを備えることを特徴とするプローブカード。