(57)【要約】【課題】電気検査用基板の強度を向上させる。【解決手段】電気検査用基板は、複数のセラミック層が積層されて表面および裏面を有するセラミック基板を備える。複数のセラミック層は、ガラスを含む層である。セラミック基板は、複数のセラミック層として、第１結晶化ガラス層と、第２結晶化ガラス層と、少なくとも１つの非結晶ガラス層とを備える。第１結晶化ガラス層は、セラミック基板の表面に配置されて、結晶化したガラスを含む。第２結晶化ガラス層は、セラミック基板の裏面に配置されて、結晶化したガラスを含む。非結晶ガラス層は、第１結晶化ガラス層と第２結晶化ガラス層との間に配置されて、非晶質のガラスを含む。第１結晶化ガラス層および第２結晶化ガラス層は、非結晶ガラス層より、ガラスの非晶質成分が少ない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック層が積層されて表面および裏面を有するセラミック基板と、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形成された電極とを備える電気検査用基板であって、
前記複数のセラミック層は、ガラスを含む層であり、
前記セラミック基板は、前記複数のセラミック層として、
前記セラミック基板の前記表面に配置されて、結晶化したガラスを含む第１結晶化ガラス層と、
前記セラミック基板の前記裏面に配置されて、結晶化したガラスを含む第２結晶化ガラス層と、
前記第１結晶化ガラス層と前記第２結晶化ガラス層との間に配置されて、非晶質のガラスを含む少なくとも１つの非結晶ガラス層とを備え、
前記第１結晶化ガラス層および前記第２結晶化ガラス層は、前記少なくとも１つの非結晶ガラス層より、ガラスの非晶質成分が少ない電気検査用基板。
【請求項２】
請求項１に記載の電気検査用基板であって、
前記第１結晶化ガラス層の厚さと前記第２結晶化ガラス層の厚さを加算した値は、前記少なくとも１つの非結晶ガラス層の全ての厚さを加算した値より小さい電気検査用基板。
【請求項３】
電気検査用基板の製造方法であって、
結晶化ガラス粉末とセラミック粉末とを用いてシート状に成形された第１グリーンシートを複数準備する第１準備工程と、
非晶質ガラス粉末とセラミック粉末とを用いてシート状に成形された第２グリーンシートを少なくとも１つ準備する第２準備工程と、
複数の前記第１グリーンシートと少なくとも１つの前記第２グリーンシートとを積層してグリーンシート積層体を得る積層工程と、
前記グリーンシート積層体を、前記第１グリーンシートと前記第２グリーンシートとが積層された積層方向に加圧しながら焼成する焼成工程とを備え、
前記グリーンシート積層体の表面と裏面とに前記第１グリーンシートが配置され、前記グリーンシート積層体の前記表面と前記裏面とに配置された２つの前記第１グリーンシートの間に前記第２グリーンシートが配置される電気検査用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、セラミック基板を備える電気検査用基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７１２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、複数のセラミック層が積層されて表面および裏面を有するセラミック基板と、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。
【０００７】
複数のセラミック層は、ガラスを含む層である。セラミック基板は、複数のセラミック層として、第１結晶化ガラス層と、第２結晶化ガラス層と、少なくとも１つの非結晶ガラス層とを備える。第１結晶化ガラス層は、セラミック基板の表面に配置されて、結晶化したガラスを含む。第２結晶化ガラス層は、セラミック基板の裏面に配置されて、結晶化したガラスを含む。少なくとも１つの非結晶ガラス層は、第１結晶化ガラス層と第２結晶化ガラス層との間に配置されて、非晶質のガラスを含む。
【０００８】
第１結晶化ガラス層および第２結晶化ガラス層は、少なくとも１つの非結晶ガラス層より、ガラスの非晶質成分が少ない。
このように構成された本開示の電気検査用基板は、結晶化したガラスを含む層が電気検査用基板の表面および裏面に配置されることにより、電気検査用基板の表面および裏面の強度を向上させることができる。
【０００９】
また、焼成により第１結晶化ガラス層および第２結晶化ガラス層となる第１グリーンシートと、焼成により非結晶ガラス層となる少なくとも１つの第２グリーンシートとを積層したグリーンシート積層体を積層方向に加圧しながら焼成することにより本開示の電気検査用基板を作製することができる。この焼成時に、第２グリーンシートよりも第１グリーンシートの方で先にガラスの結晶化が進行する。そして、ガラスの結晶化が進行している第１グリーンシートは、加圧されているために、クラックが発生するおそれがある。しかし、第１グリーンシートはグリーンシート積層体の表面および裏面に配置され、第２グリーンシートは第１グリーンシートの間に挟まれている。これにより、加圧焼成中の高温時において第２グリーンシートが第１グリーンシートの緩衝材となる。このため、本開示の電気検査用基板は、第１結晶化ガラス層および第２結晶化ガラス層においてクラックが発生するのを抑制することができる。この緩衝の効果は、非結晶ガラス層が厚いほど大きくなる。このため、本開示の一態様では、第１結晶化ガラス層の厚さと第２結晶化ガラス層の厚さを加算した値は、少なくとも１つの非結晶ガラス層の全ての厚さを加算した値より小さいようにするとよい。
【００１０】
本開示の別の態様は、電気検査用基板の製造方法であって、第１準備工程と、第２準備工程と、積層工程と、焼成工程とを備える。
第１準備工程では、結晶化ガラス粉末とセラミック粉末とを用いてシート状に成形された第１グリーンシートを複数準備する。第２準備工程では、非晶質ガラス粉末とセラミック粉末とを用いてシート状に成形された第２グリーンシートを少なくとも１つ準備する。
【００１１】
積層工程では、複数の第１グリーンシートと少なくとも１つの第２グリーンシートとを積層してグリーンシート積層体を得る。焼成工程では、グリーンシート積層体を、第１グリーンシートと第２グリーンシートとが積層された積層方向に加圧しながら焼成する。
【００１２】
そして、本開示の電気検査用基板の製造方法では、グリーンシート積層体の表面と裏面とに第１グリーンシートが配置され、グリーンシート積層体の表面と裏面とに配置された２つの第１グリーンシートの間に第２グリーンシートが配置される。
【００１３】
このように構成された本開示の電気検査用基板の製造方法は、結晶化したガラスを含む層を電気検査用基板の表面および裏面に配置することができ、電気検査用基板の表面および裏面の強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電気検査用治具の使用方法を示す図である。
【図２】電気検査用基板の断面図である。
【図３】セラミック基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】積層体および積層焼結体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。セラミック層１１，１４は、結晶化したガラスをセラミック層１２，１３より多く含む層である。すなわち、セラミック層１１，１４は、セラミック層１２，１３よりも、ガラスの非晶質成分が少ない。セラミック層１１，１４は、結晶化したガラスを５０％〜１００％の割合で含んでいることが好ましい。セラミック層１２，１３は、非晶質のガラスをセラミック層１１，１４より多く含む層である。本実施形態では、セラミック層１１，１４において、結晶化したガラスと非晶質のガラスとの割合は、７０：３０である。
【００２１】
また電気検査用基板１は、セラミック層１１の厚さとセラミック層１４の厚さを加算した加算値が、セラミック層１２の厚さとセラミック層１３の厚さを加算した加算値より小さくなるように形成されている。
【００２２】
配線層２１〜２３およびビア導体３１〜３４は、例えば、ガラスセラミックの焼成の際に低温で同時焼成可能な、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。
【００２３】
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。
次に、電気検査用基板１の製造方法を説明する。
【００２４】
電気検査用基板１を製造するためには、図３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ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３を含む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。
【００２５】
そして、上記のホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ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アルミナ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アルミナ粉末との総量が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、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。
【００２６】
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ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３を含み７５０℃程度で結晶化する結晶化ガラス粉末と、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。
【００２７】
そして、上記の結晶化ガラス粉末とアルミナ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、結晶化ガラス粉末とアルミナ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アルミナ粉末との総量が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０．２５ｍｍの表層用グリーンシートを作製する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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４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。
【００３３】
そして、Ｓ７０の工程が終了すると、図３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４に示す積層焼結体ＳＢ２を作製する。
【００３４】
そして、Ｓ８０の工程が終了すると、図３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４に示す積層焼結体ＳＢ３を作製する。
【００３５】
そして、Ｓ９０の工程が終了すると、図３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。
【００３６】
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１１，１２，１３，１４が積層されて表面および裏面を有するセラミック基板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。
【００３７】
複数のセラミック層１１，１２，１３，１４は、ガラスを含む層である。セラミック層１４は、セラミック基板３の表面を成し、結晶化したガラスを含む。セラミック層１１は、セラミック基板３の裏面を成し、結晶化したガラスを含む。セラミック層１２，１３は、セラミック層１４とセラミック層１１との間に配置されて、非晶質のガラスを含む。
【００３８】
セラミック層１１，１４は、セラミック層１２，１３より、ガラスの非晶質成分が少ない。
このように電気検査用基板１は、結晶化したガラスを含む層が電気検査用基板１の表面および裏面に配置されることにより、電気検査用基板１の表面および裏面の強度を向上させることができる。したがって、電気検査用基板１全体として十分な強度を得ることができる。
【００３９】
また、焼成によりセラミック層１１，１４となる表層用グリーンシートＧＳ４，ＧＳ３と、焼成によりセラミック層１２，１３となる内層用グリーンシートＧＳ２，ＧＳ１とを積層したグリーンシート積層体ＧＢ２を積層方向ＳＤに加圧しながら焼成することにより電気検査用基板１を作製することができる。この焼成時に、内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２よりも表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４の方で先にガラスの結晶化が進行する。そして、ガラスの結晶化が進行している表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４は、加圧されているために、クラックが発生するおそれがある。しかし、表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４はグリーンシート積層体ＧＢ２の表面および裏面に配置され、内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２は表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４の間に挟まれている。これにより、加圧焼成中の高温時において内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２が表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４の緩衝材となる。このため、電気検査用基板１は、セラミック層１１，１４においてクラックが発生するのを抑制することができる。この緩衝の効果は、セラミック層１２，１３が厚いほど大きくなる。このため、セラミック層１１の厚さとセラミック層１４の厚さを加算した値は、セラミック層１２の厚さとセラミック層１３の厚さを加算した値より小さいようにするとよい。つまり、セラミック層１１とセラミック層１４との間に挟まれるセラミック層の厚みをセラミック層１１の厚さとセラミック層１４の厚さを加算した値より大きくするとよい。
【００４０】
また、電気検査用基板１の製造方法は、第１準備工程と、第２準備工程と、積層工程と、焼成工程とを備える。
第１準備工程では、結晶化ガラス粉末とアルミナ粉末とを用いてシート状に成形された表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４を準備する。第２準備工程では、ホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを用いてシート状に成形された内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２を準備する。
【００４１】
積層工程では、表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４と内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２とを積層してグリーンシート積層体ＧＢ２を得る。焼成工程では、グリーンシート積層体ＧＢ２を、積層方向ＳＤに加圧しながら焼成する。
【００４２】
そして、電気検査用基板１の製造方法では、グリーンシート積層体ＧＢ２の表面と裏面とに表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４が配置され、グリーンシート積層体ＧＢ２の表面と裏面とに配置された表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４の間に内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２が配置される。
【００４３】
このように電気検査用基板１の製造方法は、結晶化したガラスを含む層を電気検査用基板１の表面および裏面に配置することができ、電気検査用基板１の表面および裏面の強度を向上させることができる。したがって、電気検査用基板１全体として十分な強度を得ることができる。さらに、結晶化したガラスを含む層の間に挟まれて非晶質のガラスを含む層が配置されていることで、結晶化したガラスを含む層へのクラックの発生を抑制することができる。
【００４４】
以上説明した実施形態において、セラミック層１４は第１結晶化ガラス層に相当し、セラミック層１１は第２結晶化ガラス層に相当し、セラミック層１２，１３は非結晶ガラス層に相当する。
【００４５】
また、Ｓ２０は第１準備工程としての処理に相当し、Ｓ１０は第２準備工程としての処理に相当し、Ｓ７０は積層工程としての処理に相当し、Ｓ８０は焼成工程としての処理に相当する。
【００４６】
また、アルミナ粉末はセラミック粉末に相当し、表層用グリーンシートＧＳ３，ＧＳ４は第１グリーンシートに相当し、ホウケイ酸系ガラス粉末は非晶質ガラス粉末に相当し、内層用グリーンシートＧＳ１，ＧＳ２は第２グリーンシートに相当する。
【００４７】
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。
上記実施形態では、非晶質の（結晶化していない）ガラスを含む非結晶ガラス層（セラミック層１２，１３）が２層である場合を例示したが、非結晶ガラス層は少なくとも１層であればよく、３層以上であってもよい。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、非結晶ガラス層の表面側に配置されている結晶化ガラス層（セラミック層１４）及び裏面側に配置されている結晶化ガラス層（セラミック層１１）はそれぞれ１層である場合を例示したが、複数の結晶化ガラス層がそれぞれ非結晶ガラス層の表面側と裏面側に配置されていてもよい。
【００４９】
また、上述の結晶化ガラス層（セラミック層１１，１４）において、結晶化ガラス層は非結晶ガラス層よりもガラスの非晶質成分が少なければよく、結晶化ガラス層に含まれるガラス成分が全て結晶化していてもよいし、ガラス成分の一部が結晶化していてもよい。
【００５０】
さらに、上述の非結晶ガラス層（セラミック層１２，１３）において、非結晶ガラス層は結晶化ガラス層よりもガラスの非晶質成分を多く含んでいればよく、非結晶ガラス層に含まれるガラス成分が全て結晶化されていない非晶質のガラスでもよいし、ガラス成分の一部が結晶化していてもよい。
【００５１】
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。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。
【符号の説明】
【００５２】
１…電気検査用基板、３…セラミック基板、４，５…電極、１１，１２，１３，１４…セラミック層、ＧＢ２…グリーンシート積層体、ＧＳ１，ＧＳ２…内層用グリーンシート、ＧＳ３，ＧＳ４…表層用グリーンシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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