配線基板およびプローブカードならびに電子装置
【課題】 絶縁樹脂層とセラミック配線基板との間に熱応力発生したとしても、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板を提供すること。
【解決手段】 セラミック配線基板１と、セラミック配線基板１の上面に積層された複数の絶縁樹脂層２と、複数の絶縁樹脂層２それぞれの上面の配線層３と、絶縁樹脂層２の上下に位置する配線層３・３間を接続するビア導体４と、最下層の絶縁樹脂層２の上面からセラミック配線基板１内に至り、最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３とセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａとを接続する貫通導体６とを具備する配線基板。熱応力が大きくなるセラミック配線基板１と最下層の絶縁樹脂層２との界面に、比較的接続強度の弱いビア導体４の端面と外部配線７ａとの接続部を有さないので、配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性の配線基板となる。
【解決手段】 セラミック配線基板１と、セラミック配線基板１の上面に積層された複数の絶縁樹脂層２と、複数の絶縁樹脂層２それぞれの上面の配線層３と、絶縁樹脂層２の上下に位置する配線層３・３間を接続するビア導体４と、最下層の絶縁樹脂層２の上面からセラミック配線基板１内に至り、最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３とセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａとを接続する貫通導体６とを具備する配線基板。熱応力が大きくなるセラミック配線基板１と最下層の絶縁樹脂層２との界面に、比較的接続強度の弱いビア導体４の端面と外部配線７ａとの接続部を有さないので、配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性の配線基板となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブカードに用いられる配線基板または半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するための配線基板、ならびにそのような配線基板を用いたプローブカードおよび電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・高密度化に伴い、電子機器に使用される半導体素子のみならず、その半導体素子が搭載されるパッケージや配線基板、あるいは半導体素子の電気的な検査をするためのプローブカードに対しても配線の微細化および高密度化が要求されている。また、半導体素子の高速化に伴って高周波信号の伝送が可能であることも求められ、プローブカードに対しては平坦性に優れていることも求められている。
【０００３】
このような要求にこたえるものとして、微細なパターン加工が可能であり、平坦性および高周波特性に優れた基板として、研磨加工により平坦化したセラミック基板上に薄膜導体と薄膜の絶縁層とを複数層形成した多層配線部を形成した、いわゆるビルドアップ方式の配線基板がある（例えば、特許文献１を参照。）。図６は、従来の配線基板の一例を示す断面図である。従来の配線基板は、複数のセラミック絶縁層18と内部配線15および外部配線17とから成るセラミック配線基板11の上面に絶縁樹脂層12と配線層13とを交互に積層して形成されていた。そして、絶縁樹脂層12の上下に位置する配線層13同士、および最下層の絶縁樹脂層12の上面の配線層13とセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとはビア導体14により接続されているものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004−214586号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の配線基板は、最下層の絶縁樹脂層12に形成されたビア導体14とセラミック配線基板11の上面に形成された外部配線17ａとの接続部に、絶縁樹脂層12の熱膨張係数とセラミック配線基板11の熱膨張係数の差による熱応力が加わりやすいものであった。これは、セラミック配線基板11の上面の外部配線17ａはその厚みが薄く、絶縁樹脂層12に比べてセラミック配線基板11のセラミック絶縁層18との接合強度が高いので、熱膨張の挙動は、セラミック配線基板11（セラミック絶縁層18）の挙動に準じた挙動を示し、ビア導体14は絶縁樹脂層12内に形成されているので絶縁樹脂層12の挙動に準じた挙動を示すことから、最下層の絶縁樹脂層12に形成されたビア導体14とセラミック配線基板11の上面に形成された外部配線17ａとの接合界面の位置が、セラミック配線基板11と絶縁樹脂層12との間の熱応力が大きくなる位置と実質的に一致するからである。
【０００６】
このような従来の配線基板に対して、配線層13のさらなる微細化が求められ、ビア導体14のセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとの接続部が、例えば直径50μｍ程度以下の小さいものとなると、ビア導体14とセラミック配線基板11の上面に形成された外部配線17ａとの接続強度が小さくなる。また、半導体素子の電気的な検査はウエハ上の多数の半導体素子をプローブカードにて同時に行なうが、半導体素子のコスト低下のためにこのウエハの大きさが大きくなると、プローブカードも大型にする必要があり、プローブカード用の配線基板が大型になると、ビア導体14のセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとの接続部に加わる熱応力も大きいものとなる。そのため、最下層の絶縁樹脂層12のビア導体14とセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとの間で断線しやすくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁樹脂層12とセラミック配線基板11との間に熱応力発生したとしても、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の配線基板は、セラミック配線基板と、該セラミック配線基板の上面に積層された複数の絶縁樹脂層と、複数の該絶縁樹脂層それぞれの上面の配線層と、前記絶縁樹脂層の上下に位置する前記配線層間を接続するビア導体と、セラミック配線基板内から最下層の前記絶縁樹脂層の上面に至り、セラミック配線基板の表面配線層と最下層の前記絶縁樹脂層の上面の前記配線層とを接続する貫通導体とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板は、上記構成において、前記貫通導体は最下層の前記絶縁樹脂層の上面から最下層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層内に突出していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のプローブカードは、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続されたプローブピンとを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の電子装置は、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続された電子部品とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の配線基板によれば、最下層の絶縁樹脂層の上面からセラミック配線基板内に至り、最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層とセラミック配線基板の上面の外部配線とを接続する貫通導体とを具備することから、熱応力が大きくなるセラミック配線基板と最下層の絶縁樹脂層との界面に、比較的接続強度の弱いビア導体の端面と外部配線との接続部を有さず、貫通導体は熱応力によりせん断破壊され難いので、配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性の配線基板となる。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、上記構成において、貫通導体が最下層の絶縁樹脂層の上面から最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層内に突出しているときには、絶縁樹脂層とセラミック配線基板との界面に最も近い貫通導体と最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層との接続部において、貫通導体と最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層との接続界面に平行な方向に働く熱応力に対して、貫通導体と最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層との接続面積が大きく、かつ貫通導体の突出した部分の側面でも応力を受ける構造となっているので、この接続部の接続強度が高いものとなり、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板となる。
【００１４】
本発明のプローブカードによれば、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続されたプローブピンとを具備することから、大型のウエハに対応する大型のものであっても、温度変化により配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性のプローブカードとなる。
【００１５】
本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続された電子部品とを具備することから、温度変化により配線が破断してしまう可能性が小さいので、微細配線の半導体素子のようなより小型の電子部品が搭載されたより小型で高信頼性の電子装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】従来の配線基板の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の配線基板ならびにそれを用いたプローブカードおよび電子装置について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図２は、図１のＡ部を拡大して示す断面図である。図３〜図５は、図２と同様の本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。図１〜図５において、１はセラミック配線基板、２は絶縁樹脂層、３は絶縁樹脂層２の上に形成された配線層、４は絶縁樹脂層２を貫通して形成されたビア導体、５はセラミック配線基板１の内部配線、６は貫通導体、７はセラミック配線基板１の表面の外部配線、７ａはセラミック配線基板１の上面の外部配線、８はセラミック配線基板１のセラミック絶縁層である。図１に示す例では、配線基板の最表面の配線層３は４つで、絶縁樹脂層２は２層、セラミック配線基板１のセラミック絶縁層８も３層と簡略化した例を示している。配線基板に搭載する電子部品の端子の数や、プローブカードで検査するウエハ上の半導体素子の数および半導体素子の端子の数、およびそれらの配置に応じて、絶縁樹脂層２,配線層３,ビア導体４,内部配線５,貫通導体６,外部配線７の大きさや配置が設定される。
【００１８】
本発明の配線基板は、図１〜図５に示す例のように、セラミック配線基板１と、セラミック配線基板１の上面に積層された複数の絶縁樹脂層２と、複数の絶縁樹脂層２それぞれの上面の配線層３と、絶縁樹脂層２の上下に位置する配線層３・３間を接続するビア導体４と、最下層の絶縁樹脂層２の上面からセラミック配線基板１内に至り、最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３とセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａとを接続する貫通導体６とを具備することを特徴とするものである。このような構成としたことから、熱応力が大きくなるセラミック配線基板１と最下層の絶縁樹脂層２との界面に、比較的接続強度の弱いビア導体４の端面と外部配線７ａとの接続部を有さず、貫通導体６は熱応力によりせん断破壊され難いので、配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性の配線基板となる。また、図１〜図５に示す例のように、貫通導体６は、セラミック配線基板１の内部配線５とはセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａを介して接続しているので、貫通導体６の寸法やセラミック配線基板１内に埋設された部分の深さをセラミック配線基板１の内部配線５の大きさや配置を考慮せずに決めることができるので、設計の自由度の高い配線基板となる。
【００１９】
また、本発明の配線基板は、図３に示す例のように、上記構成において、貫通導体６は最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面に位置する配線層３内に突出していることが好ましい。このような構成としたときには、絶縁樹脂層２とセラミック配線基板１との界面に最も近い貫通導体６と最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３との接続部において、貫通導体６と最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３との接続界面に平行な方向に働く熱応力に対して、貫通導体６と最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３との接続面積が大きく、かつ貫通導体６の突出した部分の側面でも応力を受ける構造となっているので、この接続部の接続強度が高いものとなり、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板となる。
【００２０】
本発明のプローブカードは、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続されたプローブピンとを具備することを特徴とするものである。このことにより、大型のウエハに対応する大型のものであっても、温度変化により配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性のプローブカードとなる。
【００２１】
また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続された電子部品とを具備することを特徴とするものである。このことにより、大型のウエハに対応する大型のものであっても、温度変化により配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性のプローブカードとなる。
【００２２】
セラミック配線基板１は、セラミックスから成る絶縁基体とその表面に形成された外部配線７・７ａおよび内部に形成された内部配線５を有する。絶縁基体を図１〜図５に示す例のように複数のセラミック絶縁層８で構成し、内部配線５を展開することでセラミック配線基板１の下面の外部配線７の間隔を大きくすることができる。絶縁樹脂層２の上面の配線層３の間隔が大きい場合は、内部配線５を展開する必要がないので、セラミック絶縁層８は１層で構成してもよい。セラミック配線基板１の下面の外部配線７は配線基板を外部回路に接続するためのものであり、セラミック配線基板１の上面の外部配線７ａはその上の絶縁樹脂層２に形成されたビア導体４および配線層３と貫通導体６を介して接続するためのものである。内部配線５は、セラミック配線基板１の下面の外部配線７と絶縁樹脂層２に形成された配線層３等とをセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａを介して電気的に接続するためのものであり、セラミック絶縁層８・８間の内部配線層と、セラミック絶縁層８を貫通して内部配線層間や内部配線層と外部配線７とを接続する内部貫通導体とがある。
【００２３】
セラミック配線基板１のセラミック絶縁層８は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）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成るものである。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（Ａｌ２Ｏ３）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成るものであると、配線基板上にプローブ端子を形成する際に、プローブ端子やプローブ端子の接合部に加わる、プローブ端子とともに接合されるウエハと配線基板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。
【００２４】
セラミック配線基板１の内部配線５および外部配線７・７ａは、セラミック絶縁層８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。
【００２５】
このようなセラミック配線基板１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８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８となる複数のセラミックグリーンシートを作製する。
【００２６】
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。
【００２７】
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配線基板１が作製される。セラミック配線基板１の外部配線７・７ａ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５（内部貫通導体）のセラミック配線基板１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。
【００２８】
セラミック配線基板１の上面の外部配線７ａは、外部配線７ａを有さないセラミック配線基板１を作製して、その上面を研磨するなどして平坦にした後に、モリマン法等のメタライズ法や蒸着法，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形成してもよい。メタライズ法の場合は、例えば、スクリーン印刷法等によってセラミック配線基板１の所定位置にタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の金属粉末と適当な樹脂バインダおよび溶剤を含む金属ペーストを塗布し、1400℃以上の高温で熱処理することにより作製される。薄膜形成法の場合は、セラミック配線基板１の上面の全面に、0.1μｍ〜３μｍ程度の厚みの、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ合金層やチタン（Ｔｉ）−Ｃｕ合金層から成る下地導体層を形成し、その上に外部配線７ａ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外部配線７ａが形成される。その表面には、さらに、めっき法によりニッケルや金のめっき層を形成するとよい。
【００２９】
絶縁樹脂層２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。
【００３０】
セラミック配線基板１の上に絶縁樹脂層２を形成するには、例えば、ポリイミド樹脂からなる場合には、ワニス状のポリイミド前駆体を基板１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、これをセラミック配線基板１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、絶縁樹脂層２にビア導体４および配線層３を形成して上記工程を必要な絶縁樹脂層２の数だけ繰り返すことで複数の絶縁樹脂層２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。
【００３１】
絶縁樹脂層２にはビア導体４が形成されるので、この部分には例えば、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、まず絶縁樹脂層２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絶縁樹脂層２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絶縁樹脂層２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，ＣＯ２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。
【００３２】
配線層３の形成は、まず、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、絶縁樹脂層２の主面の全面に、0.1μｍ〜３μｍ程度の厚みの、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ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、下地導体層の上に配線層３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配線層３が形成される。最上層の配線層３の表面には、外部配線７と同様に、めっき法によりニッケルや金のめっき層を形成するとよい。
【００３３】
配線層３は、図４に示す例のように、絶縁樹脂層２に配線層３と同形状の凹部を形成しておき、その凹部内に配線層３を形成すると、絶縁樹脂層２の上面と配線層３の上面との間に段差がなく平坦になるので、複数の絶縁樹脂層２を積層しても配線基板の上面は平坦となり、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に電子部品やプローブピンをより良好に接続することが可能となるので好ましい。絶縁樹脂層２に凹部を形成するには、絶縁樹脂層２の表面に配線層３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絶縁樹脂層２の露出した部分の表面を除去して形成すればよい。
【００３４】
貫通導体６が最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出している場合は、最下層の絶縁樹脂層２の上面から突出する貫通導体６を形成しておき、それに重なるように上記の方法で配線層３を形成すればよい。図３に示す例では貫通導体６の上面にも配線層３が形成されて接続されているが、配線層３を貫通導体６が貫通して貫通導体６の側面と配線層３とが接続されていてもよい。
【００３５】
ビア導体４は、配線層３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を絶縁樹脂層２の貫通孔に充填しておくことにより、図１〜図５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。導体ペーストは、銅等の金属粉末と樹脂と溶媒から成り、貫通孔に充填した後に乾燥させることにより固化するものである。あるいは、配線層３を形成する際に、貫通孔の内面にも下地導体層および主導体層を形成することにより、配線層３と同時に形成してもよい。この場合のビア導体４は、絶縁樹脂層２の貫通孔の内面に被着して形成され、貫通孔は導体により充填されたものとはならない。主導体層を形成する際のめっき厚みを厚くすると、図１〜図５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。ビア導体４を配線層３と同時に形成する場合は、貫通孔の内面に薄膜により下地導体層を良好に形成することができるように、図１〜図５に示す例のように、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。
【００３６】
貫通導体６は、最下層の絶縁樹脂層２の上面からセラミック配線基板１内に至るもの、あるいは、さらに最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出しているものであるが、最下層の絶縁樹脂層２のビア導体４がセラミック配線基板１内まで延びているものであってもよく、セラミック配線基板１と同時焼成で形成され、セラミック配線基板１の最上層のセラミック絶縁層８から突出しているものであってもよい。
【００３７】
貫通導体６が、最下層の絶縁樹脂層２のビア導体４がセラミック配線基板１内まで延びたものである場合は、以下のようにして形成することができる。まず、上面に貫通導体６の下部が入る穴を有するセラミック配線基板１を作製する。上記のようにしてセラミック配線基板１を作製した後にレーザ加工やマスクを用いたブラスト加工により穴を形成してもよいし、焼成前の積層体あるいは最上層のセラミック絶縁層８となるセラミックグリーンシートにレーザ加工等により穴を形成してもよい。このようにして作製したセラミック配線基板１は、例えば、図１〜図４に示す例のようなものとなる。あるいは、最上層のセラミック絶縁層８となるセラミックグリーンシートに、穴となる貫通孔を形成しておいてセラミック配線基板１を作製してもよい。このようにして作製したセラミック配線基板１は図５に示す例のようなものとなる。次に、この穴を有するセラミック配線基板１の上に絶縁樹脂層２を形成して貫通孔を形成する。そして、上記したビア導体４の形成方法により貫通導体６が形成される。貫通導体６を最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出させる場合は、必要に応じて最下層の絶縁樹脂層２の貫通孔の周囲に予めレジストを形成しておき、貫通導体６となるめっき皮膜の厚みを厚くすればよい。このときに、めっきは電解めっきとし、内部配線５を電極として内部配線５上に銅等のめっき皮膜が析出するようにすると、アスペクト比が高い場合であってもボイドが含まれない貫通導体６を形成できるので、高強度で高接合信頼性、低電気抵抗な貫通導体６となるので好ましい。
【００３８】
あるいは、上記ビア導体４と同様に、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を絶縁樹脂層２の貫通孔に充填することでも、図１〜図５に示す例のような、貫通孔が導体により充填された貫通導体６を形成することができる。
【００３９】
このような、貫通導体６が最下層の絶縁樹脂層２のビア導体４がセラミック配線基板１内まで延びたものである場合で、ワニス状の樹脂を塗布して絶縁樹脂層２を形成するときは、セラミック配線基板１の上面の穴にワニス状の樹脂が入らないように、孔の上部の絶縁樹脂層２に開口する貫通孔が形成されるように、孔の周囲に塗布するとよい。孔へのワニス状の樹脂の流入を防止するためには、図５に示す例のように、絶縁樹脂層２の貫通孔の径をセラミック配線基板１の上面の穴の径より大きくなるように塗布するのが好ましい。ただし、ワニスが穴に入った場合であってもレーザやＲＩＥ等のエッチングにより除去することは可能である。樹脂シートを加熱プレスにより接着する方法の場合は、セラミック配線基板１の上面の穴に樹脂が流入することがないので好ましい。
【００４０】
貫通導体６が、セラミック配線基板１と同時焼成で形成され、セラミック配線基板１の最上層のセラミック絶縁層８から突出したものである場合は、以下のようにして形成することができる。まず、貫通導体６が上から２番目のセラミック絶縁層８から最上層のセラミック絶縁層８にかけて形成され、最上層のセラミック絶縁層８には内部配線５が形成されていないセラミック配線基板１を作製する。この配線セラミック配線基板１の上面を平坦に研磨し、貫通導体６が上面に露出した部分にレジスト膜を形成する。次にセラミック配線基板１の上面をサンドブラストで研削することにより最上層のセラミック絶縁層８だけを研削した後、レジストを剥離することによって、貫通導体６の一部が上面から突出するとともに内部配線５が表面に露出したセラミック配線基板１が製作される。
【００４１】
または、貫通導体６よりセラミック絶縁層８の方がエッチングレートが大きいエッチング方法を用いてもよい。例えば、セラミック絶縁層８がガラスセラミックスであり、貫通導体６が銅を主成分とする場合であれば、貫通導体６の銅よりもセラミック絶縁層８のガラスセラミックスの方がＲＩＥエッチングの加工レートが速いので、銅を主成分とする貫通導体６の上部を柱状に残したままセラミック絶縁層８の表面の除去が可能である。フッ化アンモニウム等のガラスが溶解しやすく、金属は溶解しにくいものをエッチング液として用いても同様にできる。
【００４２】
あるいは、セラミック配線基板１を作製する際に、貫通導体６用の導体ペーストをセラミックグリーンシートより焼結収縮が小さい組成、あるいはセラミックグリーンシートより低い温度で焼結収縮してセラミックグリーンシートが焼結収縮するときには収縮しないような組成の導体ペーストを用いて焼成することにより、貫通導体６が突出したセラミック配線基板１を作製することができる。さらに、セラミック絶縁層８がガラスセラミックスから成る場合であれば、セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結収縮しない、アルミナ等を主成分とする拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、拘束グリーンシートによりセラミックグリーンシートは積層面方向の焼結収縮が抑えられ、厚み方向により収縮しやすくなるので、貫通導体６を突出させるのがより容易になるとともに、平面方向の収縮が小さく収縮ばらつきや寸法精度が良好なセラミック配線基板１が得られるので好ましい。
【００４３】
このような、貫通導体６の一部が最上層のセラミック絶縁層８から突出したセラミック配線基板１の上面に最下層の絶縁樹脂層２を形成するには、例えば、以下のようにすればよい。まず、予めワニス状のポリイミド樹脂を半硬化状態のフィルム状に成形し、それをセラミック配線基板１の上に載せて加熱プレスすることでポリイミド樹脂を硬化し、貫通導体６の上面まで絶縁樹脂層２に覆われた状態にする。そして、貫通導体６が露出するまで絶縁樹脂層２を研磨するとセラミック配線基板１内から最下層の絶縁樹脂層２の上面に至る貫通導体６となる。このときの研磨を機械研磨だけで行うと貫通導体６が機械研磨時の力で曲がり易いので、貫通導体６の上のポリイミド樹脂等の樹脂層の厚みが50μｍ程度になるまでの粗研磨は機械研磨で行い、その後はＲＩＥを用いて絶縁樹脂層２表面全面をエッチングして平坦にすることが好ましい。特に、最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出させる場合は、機械研磨により貫通導体６が露出するまで絶縁樹脂層２を研磨した場合であっても、その後はＲＩＥを用いて絶縁樹脂層２の表面全面をエッチングすることで貫通導体６の変形や径の減少を防ぎつつ貫通導体６を最下層の絶縁樹脂層２の上面から突出させることができるので好ましい。
【００４４】
貫通導体６は、上記のような製造方法および材質の場合には、その径が75μｍ〜200μｍ程度であれば、絶縁樹脂層２の熱膨張係数とセラミック配線基板１の熱膨張係数の差による熱応力により破断してしまう可能性が小さい。また、このとき、貫通導体６の最下層の絶縁樹脂層２とセラミック配線基板１との界面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３までの長さ（＝最下層の絶縁樹脂層２の厚み）が20μｍ〜50μｍ程度であり、貫通導体６の最下層の絶縁樹脂層２とセラミック配線基板１との界面からセラミック配線基板１内に位置する下端までの長さ（＝図５に示す例では、セラミック配線基板１の最上層のセラミック絶縁層８の厚み）が100μｍ〜500μｍ程度であれば、熱応力により貫通導体６と配線層３との接続部や貫通導体６と内部配線５との接続部で破断してしまう可能性が小さい。
【００４５】
本発明のプローブカードは、上記のような本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続されたプローブピンとを具備するものである。プローブピンは、例えば、以下のようにして作製され、本発明の配線基板に取り付けられる。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ピンの雌型を形成し、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、埋め込まれたニッケル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、ニッケル製プローブピン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ピンを配線基板の最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層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、プローブカードが得られる。
【００４６】
本発明の電子装置は、上記のような本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続された電子部品とを具備するものである。電子部品は、例えばＩＣチップ等の半導体素子や水晶振動子等の圧電振動子であり、チップコンデンサ等の受動素子も必要に応じて搭載される。このような電子部品の配線層３への接続は、はんだ付けや導電性接着剤による接着、およびワイヤボンディングにより行なわれる。
【符号の説明】
【００４７】
１：セラミック配線基板
２：絶縁樹脂層
３：配線層
４：ビア導体
５：内部配線
６：貫通導体
７：外部配線
７ａ：セラミック配線基板の上面の外部配線
８：セラミック絶縁層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブカードに用いられる配線基板または半導体素子や圧電振動子等の電子部品を搭載するための配線基板、ならびにそのような配線基板を用いたプローブカードおよび電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化・高密度化に伴い、電子機器に使用される半導体素子のみならず、その半導体素子が搭載されるパッケージや配線基板、あるいは半導体素子の電気的な検査をするためのプローブカードに対しても配線の微細化および高密度化が要求されている。また、半導体素子の高速化に伴って高周波信号の伝送が可能であることも求められ、プローブカードに対しては平坦性に優れていることも求められている。
【０００３】
このような要求にこたえるものとして、微細なパターン加工が可能であり、平坦性および高周波特性に優れた基板として、研磨加工により平坦化したセラミック基板上に薄膜導体と薄膜の絶縁層とを複数層形成した多層配線部を形成した、いわゆるビルドアップ方式の配線基板がある（例えば、特許文献１を参照。）。図６は、従来の配線基板の一例を示す断面図である。従来の配線基板は、複数のセラミック絶縁層18と内部配線15および外部配線17とから成るセラミック配線基板11の上面に絶縁樹脂層12と配線層13とを交互に積層して形成されていた。そして、絶縁樹脂層12の上下に位置する配線層13同士、および最下層の絶縁樹脂層12の上面の配線層13とセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとはビア導体14により接続されているものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004−214586号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の配線基板は、最下層の絶縁樹脂層12に形成されたビア導体14とセラミック配線基板11の上面に形成された外部配線17ａとの接続部に、絶縁樹脂層12の熱膨張係数とセラミック配線基板11の熱膨張係数の差による熱応力が加わりやすいものであった。これは、セラミック配線基板11の上面の外部配線17ａはその厚みが薄く、絶縁樹脂層12に比べてセラミック配線基板11のセラミック絶縁層18との接合強度が高いので、熱膨張の挙動は、セラミック配線基板11（セラミック絶縁層18）の挙動に準じた挙動を示し、ビア導体14は絶縁樹脂層12内に形成されているので絶縁樹脂層12の挙動に準じた挙動を示すことから、最下層の絶縁樹脂層12に形成されたビア導体14とセラミック配線基板11の上面に形成された外部配線17ａとの接合界面の位置が、セラミック配線基板11と絶縁樹脂層12との間の熱応力が大きくなる位置と実質的に一致するからである。
【０００６】
このような従来の配線基板に対して、配線層13のさらなる微細化が求められ、ビア導体14のセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとの接続部が、例えば直径50μｍ程度以下の小さいものとなると、ビア導体14とセラミック配線基板11の上面に形成された外部配線17ａとの接続強度が小さくなる。また、半導体素子の電気的な検査はウエハ上の多数の半導体素子をプローブカードにて同時に行なうが、半導体素子のコスト低下のためにこのウエハの大きさが大きくなると、プローブカードも大型にする必要があり、プローブカード用の配線基板が大型になると、ビア導体14のセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとの接続部に加わる熱応力も大きいものとなる。そのため、最下層の絶縁樹脂層12のビア導体14とセラミック配線基板11の上面の外部配線17ａとの間で断線しやすくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁樹脂層12とセラミック配線基板11との間に熱応力発生したとしても、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の配線基板は、セラミック配線基板と、該セラミック配線基板の上面に積層された複数の絶縁樹脂層と、複数の該絶縁樹脂層それぞれの上面の配線層と、前記絶縁樹脂層の上下に位置する前記配線層間を接続するビア導体と、セラミック配線基板内から最下層の前記絶縁樹脂層の上面に至り、セラミック配線基板の表面配線層と最下層の前記絶縁樹脂層の上面の前記配線層とを接続する貫通導体とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の配線基板は、上記構成において、前記貫通導体は最下層の前記絶縁樹脂層の上面から最下層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層内に突出していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のプローブカードは、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続されたプローブピンとを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の電子装置は、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続された電子部品とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の配線基板によれば、最下層の絶縁樹脂層の上面からセラミック配線基板内に至り、最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層とセラミック配線基板の上面の外部配線とを接続する貫通導体とを具備することから、熱応力が大きくなるセラミック配線基板と最下層の絶縁樹脂層との界面に、比較的接続強度の弱いビア導体の端面と外部配線との接続部を有さず、貫通導体は熱応力によりせん断破壊され難いので、配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性の配線基板となる。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、上記構成において、貫通導体が最下層の絶縁樹脂層の上面から最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層内に突出しているときには、絶縁樹脂層とセラミック配線基板との界面に最も近い貫通導体と最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層との接続部において、貫通導体と最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層との接続界面に平行な方向に働く熱応力に対して、貫通導体と最下層の絶縁樹脂層の上面の配線層との接続面積が大きく、かつ貫通導体の突出した部分の側面でも応力を受ける構造となっているので、この接続部の接続強度が高いものとなり、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板となる。
【００１４】
本発明のプローブカードによれば、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続されたプローブピンとを具備することから、大型のウエハに対応する大型のものであっても、温度変化により配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性のプローブカードとなる。
【００１５】
本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続された電子部品とを具備することから、温度変化により配線が破断してしまう可能性が小さいので、微細配線の半導体素子のようなより小型の電子部品が搭載されたより小型で高信頼性の電子装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】従来の配線基板の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の配線基板ならびにそれを用いたプローブカードおよび電子装置について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図２は、図１のＡ部を拡大して示す断面図である。図３〜図５は、図２と同様の本発明の配線基板の他の例の要部を拡大して示す断面図である。図１〜図５において、１はセラミック配線基板、２は絶縁樹脂層、３は絶縁樹脂層２の上に形成された配線層、４は絶縁樹脂層２を貫通して形成されたビア導体、５はセラミック配線基板１の内部配線、６は貫通導体、７はセラミック配線基板１の表面の外部配線、７ａはセラミック配線基板１の上面の外部配線、８はセラミック配線基板１のセラミック絶縁層である。図１に示す例では、配線基板の最表面の配線層３は４つで、絶縁樹脂層２は２層、セラミック配線基板１のセラミック絶縁層８も３層と簡略化した例を示している。配線基板に搭載する電子部品の端子の数や、プローブカードで検査するウエハ上の半導体素子の数および半導体素子の端子の数、およびそれらの配置に応じて、絶縁樹脂層２,配線層３,ビア導体４,内部配線５,貫通導体６,外部配線７の大きさや配置が設定される。
【００１８】
本発明の配線基板は、図１〜図５に示す例のように、セラミック配線基板１と、セラミック配線基板１の上面に積層された複数の絶縁樹脂層２と、複数の絶縁樹脂層２それぞれの上面の配線層３と、絶縁樹脂層２の上下に位置する配線層３・３間を接続するビア導体４と、最下層の絶縁樹脂層２の上面からセラミック配線基板１内に至り、最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３とセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａとを接続する貫通導体６とを具備することを特徴とするものである。このような構成としたことから、熱応力が大きくなるセラミック配線基板１と最下層の絶縁樹脂層２との界面に、比較的接続強度の弱いビア導体４の端面と外部配線７ａとの接続部を有さず、貫通導体６は熱応力によりせん断破壊され難いので、配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性の配線基板となる。また、図１〜図５に示す例のように、貫通導体６は、セラミック配線基板１の内部配線５とはセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａを介して接続しているので、貫通導体６の寸法やセラミック配線基板１内に埋設された部分の深さをセラミック配線基板１の内部配線５の大きさや配置を考慮せずに決めることができるので、設計の自由度の高い配線基板となる。
【００１９】
また、本発明の配線基板は、図３に示す例のように、上記構成において、貫通導体６は最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面に位置する配線層３内に突出していることが好ましい。このような構成としたときには、絶縁樹脂層２とセラミック配線基板１との界面に最も近い貫通導体６と最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３との接続部において、貫通導体６と最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３との接続界面に平行な方向に働く熱応力に対して、貫通導体６と最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３との接続面積が大きく、かつ貫通導体６の突出した部分の側面でも応力を受ける構造となっているので、この接続部の接続強度が高いものとなり、配線が破断してしまう可能性がより低減された高信頼性の配線基板となる。
【００２０】
本発明のプローブカードは、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続されたプローブピンとを具備することを特徴とするものである。このことにより、大型のウエハに対応する大型のものであっても、温度変化により配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性のプローブカードとなる。
【００２１】
また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続された電子部品とを具備することを特徴とするものである。このことにより、大型のウエハに対応する大型のものであっても、温度変化により配線が破断してしまう可能性が低減された高信頼性のプローブカードとなる。
【００２２】
セラミック配線基板１は、セラミックスから成る絶縁基体とその表面に形成された外部配線７・７ａおよび内部に形成された内部配線５を有する。絶縁基体を図１〜図５に示す例のように複数のセラミック絶縁層８で構成し、内部配線５を展開することでセラミック配線基板１の下面の外部配線７の間隔を大きくすることができる。絶縁樹脂層２の上面の配線層３の間隔が大きい場合は、内部配線５を展開する必要がないので、セラミック絶縁層８は１層で構成してもよい。セラミック配線基板１の下面の外部配線７は配線基板を外部回路に接続するためのものであり、セラミック配線基板１の上面の外部配線７ａはその上の絶縁樹脂層２に形成されたビア導体４および配線層３と貫通導体６を介して接続するためのものである。内部配線５は、セラミック配線基板１の下面の外部配線７と絶縁樹脂層２に形成された配線層３等とをセラミック配線基板１の上面の外部配線７ａを介して電気的に接続するためのものであり、セラミック絶縁層８・８間の内部配線層と、セラミック絶縁層８を貫通して内部配線層間や内部配線層と外部配線７とを接続する内部貫通導体とがある。
【００２３】
セラミック配線基板１のセラミック絶縁層８は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）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成るものである。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（Ａｌ２Ｏ３）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成るものであると、配線基板上にプローブ端子を形成する際に、プローブ端子やプローブ端子の接合部に加わる、プローブ端子とともに接合されるウエハと配線基板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。
【００２４】
セラミック配線基板１の内部配線５および外部配線７・７ａは、セラミック絶縁層８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。
【００２５】
このようなセラミック配線基板１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８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８となる複数のセラミックグリーンシートを作製する。
【００２６】
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。
【００２７】
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配線基板１が作製される。セラミック配線基板１の外部配線７・７ａ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５（内部貫通導体）のセラミック配線基板１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。
【００２８】
セラミック配線基板１の上面の外部配線７ａは、外部配線７ａを有さないセラミック配線基板１を作製して、その上面を研磨するなどして平坦にした後に、モリマン法等のメタライズ法や蒸着法，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形成してもよい。メタライズ法の場合は、例えば、スクリーン印刷法等によってセラミック配線基板１の所定位置にタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の金属粉末と適当な樹脂バインダおよび溶剤を含む金属ペーストを塗布し、1400℃以上の高温で熱処理することにより作製される。薄膜形成法の場合は、セラミック配線基板１の上面の全面に、0.1μｍ〜３μｍ程度の厚みの、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ合金層やチタン（Ｔｉ）−Ｃｕ合金層から成る下地導体層を形成し、その上に外部配線７ａ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外部配線７ａが形成される。その表面には、さらに、めっき法によりニッケルや金のめっき層を形成するとよい。
【００２９】
絶縁樹脂層２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。
【００３０】
セラミック配線基板１の上に絶縁樹脂層２を形成するには、例えば、ポリイミド樹脂からなる場合には、ワニス状のポリイミド前駆体を基板１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、これをセラミック配線基板１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、絶縁樹脂層２にビア導体４および配線層３を形成して上記工程を必要な絶縁樹脂層２の数だけ繰り返すことで複数の絶縁樹脂層２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。
【００３１】
絶縁樹脂層２にはビア導体４が形成されるので、この部分には例えば、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、まず絶縁樹脂層２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絶縁樹脂層２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絶縁樹脂層２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，ＣＯ２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。
【００３２】
配線層３の形成は、まず、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、絶縁樹脂層２の主面の全面に、0.1μｍ〜３μｍ程度の厚みの、例えばクロム（Ｃｒ）−Ｃｕ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、下地導体層の上に配線層３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配線層３が形成される。最上層の配線層３の表面には、外部配線７と同様に、めっき法によりニッケルや金のめっき層を形成するとよい。
【００３３】
配線層３は、図４に示す例のように、絶縁樹脂層２に配線層３と同形状の凹部を形成しておき、その凹部内に配線層３を形成すると、絶縁樹脂層２の上面と配線層３の上面との間に段差がなく平坦になるので、複数の絶縁樹脂層２を積層しても配線基板の上面は平坦となり、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に電子部品やプローブピンをより良好に接続することが可能となるので好ましい。絶縁樹脂層２に凹部を形成するには、絶縁樹脂層２の表面に配線層３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絶縁樹脂層２の露出した部分の表面を除去して形成すればよい。
【００３４】
貫通導体６が最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出している場合は、最下層の絶縁樹脂層２の上面から突出する貫通導体６を形成しておき、それに重なるように上記の方法で配線層３を形成すればよい。図３に示す例では貫通導体６の上面にも配線層３が形成されて接続されているが、配線層３を貫通導体６が貫通して貫通導体６の側面と配線層３とが接続されていてもよい。
【００３５】
ビア導体４は、配線層３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を絶縁樹脂層２の貫通孔に充填しておくことにより、図１〜図５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。導体ペーストは、銅等の金属粉末と樹脂と溶媒から成り、貫通孔に充填した後に乾燥させることにより固化するものである。あるいは、配線層３を形成する際に、貫通孔の内面にも下地導体層および主導体層を形成することにより、配線層３と同時に形成してもよい。この場合のビア導体４は、絶縁樹脂層２の貫通孔の内面に被着して形成され、貫通孔は導体により充填されたものとはならない。主導体層を形成する際のめっき厚みを厚くすると、図１〜図５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。ビア導体４を配線層３と同時に形成する場合は、貫通孔の内面に薄膜により下地導体層を良好に形成することができるように、図１〜図５に示す例のように、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。
【００３６】
貫通導体６は、最下層の絶縁樹脂層２の上面からセラミック配線基板１内に至るもの、あるいは、さらに最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出しているものであるが、最下層の絶縁樹脂層２のビア導体４がセラミック配線基板１内まで延びているものであってもよく、セラミック配線基板１と同時焼成で形成され、セラミック配線基板１の最上層のセラミック絶縁層８から突出しているものであってもよい。
【００３７】
貫通導体６が、最下層の絶縁樹脂層２のビア導体４がセラミック配線基板１内まで延びたものである場合は、以下のようにして形成することができる。まず、上面に貫通導体６の下部が入る穴を有するセラミック配線基板１を作製する。上記のようにしてセラミック配線基板１を作製した後にレーザ加工やマスクを用いたブラスト加工により穴を形成してもよいし、焼成前の積層体あるいは最上層のセラミック絶縁層８となるセラミックグリーンシートにレーザ加工等により穴を形成してもよい。このようにして作製したセラミック配線基板１は、例えば、図１〜図４に示す例のようなものとなる。あるいは、最上層のセラミック絶縁層８となるセラミックグリーンシートに、穴となる貫通孔を形成しておいてセラミック配線基板１を作製してもよい。このようにして作製したセラミック配線基板１は図５に示す例のようなものとなる。次に、この穴を有するセラミック配線基板１の上に絶縁樹脂層２を形成して貫通孔を形成する。そして、上記したビア導体４の形成方法により貫通導体６が形成される。貫通導体６を最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出させる場合は、必要に応じて最下層の絶縁樹脂層２の貫通孔の周囲に予めレジストを形成しておき、貫通導体６となるめっき皮膜の厚みを厚くすればよい。このときに、めっきは電解めっきとし、内部配線５を電極として内部配線５上に銅等のめっき皮膜が析出するようにすると、アスペクト比が高い場合であってもボイドが含まれない貫通導体６を形成できるので、高強度で高接合信頼性、低電気抵抗な貫通導体６となるので好ましい。
【００３８】
あるいは、上記ビア導体４と同様に、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を絶縁樹脂層２の貫通孔に充填することでも、図１〜図５に示す例のような、貫通孔が導体により充填された貫通導体６を形成することができる。
【００３９】
このような、貫通導体６が最下層の絶縁樹脂層２のビア導体４がセラミック配線基板１内まで延びたものである場合で、ワニス状の樹脂を塗布して絶縁樹脂層２を形成するときは、セラミック配線基板１の上面の穴にワニス状の樹脂が入らないように、孔の上部の絶縁樹脂層２に開口する貫通孔が形成されるように、孔の周囲に塗布するとよい。孔へのワニス状の樹脂の流入を防止するためには、図５に示す例のように、絶縁樹脂層２の貫通孔の径をセラミック配線基板１の上面の穴の径より大きくなるように塗布するのが好ましい。ただし、ワニスが穴に入った場合であってもレーザやＲＩＥ等のエッチングにより除去することは可能である。樹脂シートを加熱プレスにより接着する方法の場合は、セラミック配線基板１の上面の穴に樹脂が流入することがないので好ましい。
【００４０】
貫通導体６が、セラミック配線基板１と同時焼成で形成され、セラミック配線基板１の最上層のセラミック絶縁層８から突出したものである場合は、以下のようにして形成することができる。まず、貫通導体６が上から２番目のセラミック絶縁層８から最上層のセラミック絶縁層８にかけて形成され、最上層のセラミック絶縁層８には内部配線５が形成されていないセラミック配線基板１を作製する。この配線セラミック配線基板１の上面を平坦に研磨し、貫通導体６が上面に露出した部分にレジスト膜を形成する。次にセラミック配線基板１の上面をサンドブラストで研削することにより最上層のセラミック絶縁層８だけを研削した後、レジストを剥離することによって、貫通導体６の一部が上面から突出するとともに内部配線５が表面に露出したセラミック配線基板１が製作される。
【００４１】
または、貫通導体６よりセラミック絶縁層８の方がエッチングレートが大きいエッチング方法を用いてもよい。例えば、セラミック絶縁層８がガラスセラミックスであり、貫通導体６が銅を主成分とする場合であれば、貫通導体６の銅よりもセラミック絶縁層８のガラスセラミックスの方がＲＩＥエッチングの加工レートが速いので、銅を主成分とする貫通導体６の上部を柱状に残したままセラミック絶縁層８の表面の除去が可能である。フッ化アンモニウム等のガラスが溶解しやすく、金属は溶解しにくいものをエッチング液として用いても同様にできる。
【００４２】
あるいは、セラミック配線基板１を作製する際に、貫通導体６用の導体ペーストをセラミックグリーンシートより焼結収縮が小さい組成、あるいはセラミックグリーンシートより低い温度で焼結収縮してセラミックグリーンシートが焼結収縮するときには収縮しないような組成の導体ペーストを用いて焼成することにより、貫通導体６が突出したセラミック配線基板１を作製することができる。さらに、セラミック絶縁層８がガラスセラミックスから成る場合であれば、セラミックグリーンシートが焼結する温度では焼結収縮しない、アルミナ等を主成分とする拘束グリーンシートを積層体の両面に積層して焼成すると、拘束グリーンシートによりセラミックグリーンシートは積層面方向の焼結収縮が抑えられ、厚み方向により収縮しやすくなるので、貫通導体６を突出させるのがより容易になるとともに、平面方向の収縮が小さく収縮ばらつきや寸法精度が良好なセラミック配線基板１が得られるので好ましい。
【００４３】
このような、貫通導体６の一部が最上層のセラミック絶縁層８から突出したセラミック配線基板１の上面に最下層の絶縁樹脂層２を形成するには、例えば、以下のようにすればよい。まず、予めワニス状のポリイミド樹脂を半硬化状態のフィルム状に成形し、それをセラミック配線基板１の上に載せて加熱プレスすることでポリイミド樹脂を硬化し、貫通導体６の上面まで絶縁樹脂層２に覆われた状態にする。そして、貫通導体６が露出するまで絶縁樹脂層２を研磨するとセラミック配線基板１内から最下層の絶縁樹脂層２の上面に至る貫通導体６となる。このときの研磨を機械研磨だけで行うと貫通導体６が機械研磨時の力で曲がり易いので、貫通導体６の上のポリイミド樹脂等の樹脂層の厚みが50μｍ程度になるまでの粗研磨は機械研磨で行い、その後はＲＩＥを用いて絶縁樹脂層２表面全面をエッチングして平坦にすることが好ましい。特に、最下層の絶縁樹脂層２の上面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３内に突出させる場合は、機械研磨により貫通導体６が露出するまで絶縁樹脂層２を研磨した場合であっても、その後はＲＩＥを用いて絶縁樹脂層２の表面全面をエッチングすることで貫通導体６の変形や径の減少を防ぎつつ貫通導体６を最下層の絶縁樹脂層２の上面から突出させることができるので好ましい。
【００４４】
貫通導体６は、上記のような製造方法および材質の場合には、その径が75μｍ〜200μｍ程度であれば、絶縁樹脂層２の熱膨張係数とセラミック配線基板１の熱膨張係数の差による熱応力により破断してしまう可能性が小さい。また、このとき、貫通導体６の最下層の絶縁樹脂層２とセラミック配線基板１との界面から最下層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３までの長さ（＝最下層の絶縁樹脂層２の厚み）が20μｍ〜50μｍ程度であり、貫通導体６の最下層の絶縁樹脂層２とセラミック配線基板１との界面からセラミック配線基板１内に位置する下端までの長さ（＝図５に示す例では、セラミック配線基板１の最上層のセラミック絶縁層８の厚み）が100μｍ〜500μｍ程度であれば、熱応力により貫通導体６と配線層３との接続部や貫通導体６と内部配線５との接続部で破断してしまう可能性が小さい。
【００４５】
本発明のプローブカードは、上記のような本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続されたプローブピンとを具備するものである。プローブピンは、例えば、以下のようにして作製され、本発明の配線基板に取り付けられる。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ピンの雌型を形成し、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、埋め込まれたニッケル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、ニッケル製プローブピン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ピンを配線基板の最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層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、プローブカードが得られる。
【００４６】
本発明の電子装置は、上記のような本発明の配線基板と、最上層の絶縁樹脂層２の上面の配線層３に接続された電子部品とを具備するものである。電子部品は、例えばＩＣチップ等の半導体素子や水晶振動子等の圧電振動子であり、チップコンデンサ等の受動素子も必要に応じて搭載される。このような電子部品の配線層３への接続は、はんだ付けや導電性接着剤による接着、およびワイヤボンディングにより行なわれる。
【符号の説明】
【００４７】
１：セラミック配線基板
２：絶縁樹脂層
３：配線層
４：ビア導体
５：内部配線
６：貫通導体
７：外部配線
７ａ：セラミック配線基板の上面の外部配線
８：セラミック絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック配線基板と、該セラミック配線基板の上面に積層された複数の絶縁樹脂層と、複数の該絶縁樹脂層それぞれの上面の配線層と、前記絶縁樹脂層の上下に位置する前記配線層間を接続するビア導体と、最下層の前記絶縁樹脂層の上面からセラミック配線基板内に至り、最下層の前記絶縁樹脂層の上面の前記配線層と前記セラミック配線基板の上面の外部配線とを接続する貫通導体とを具備することを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記貫通導体は最下層の前記絶縁樹脂層の上面から最下層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層内に突出していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続されたプローブピンとを具備することを特徴とするプローブカード。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続された電子部品とを具備することを特徴とする電子装置。
【請求項１】
セラミック配線基板と、該セラミック配線基板の上面に積層された複数の絶縁樹脂層と、複数の該絶縁樹脂層それぞれの上面の配線層と、前記絶縁樹脂層の上下に位置する前記配線層間を接続するビア導体と、最下層の前記絶縁樹脂層の上面からセラミック配線基板内に至り、最下層の前記絶縁樹脂層の上面の前記配線層と前記セラミック配線基板の上面の外部配線とを接続する貫通導体とを具備することを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記貫通導体は最下層の前記絶縁樹脂層の上面から最下層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層内に突出していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続されたプローブピンとを具備することを特徴とするプローブカード。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の配線基板と、最上層の前記絶縁樹脂層の上面の配線層に接続された電子部品とを具備することを特徴とする電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９２７８４（Ｐ２０１０−１９２７８４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７３４４（Ｐ２００９−３７３４４）
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２０日（２００９．２．２０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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