(57)【要約】【課題】電気的信頼性に優れた多層配線基板を提供すること。【解決手段】第１の面２ａおよび第２の面２ｂを有し、内部に配線導体５を有する基板２と、第１の面２ａに形成された第１の電極パッド２１と、第１の電極パッド２１と配線導体５を介して電気的に接続されており、第２の面２ｂに形成された第２の電極パッド２２と、第１の熱膨張係数αを有し、基板２の第１の面２ａに接合された第１の絶縁層４と、第１の熱膨張係数αより大きい第２の熱膨張係数βを有し、基板２の第２の面２ｂに接合された第２の絶縁層５とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面および第２の面を有するとともに、内部に配線導体を有しており、樹脂からなる基板と、
該基板の前記第１の面に形成された第１の電極パッドと、
前記配線導体を介して、前記第１の電極パッドに電気的に接続されており、前記基板の前記第２の面に形成された第２の電極パッドと、
第１の熱膨張係数を有し、前記基板の前記第１の面に接合された第１の絶縁層と、
前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有し、前記基板の前記第２の面に接合された第２の絶縁層と、を備えた配線基板。
【請求項２】
前記基板は、前記第１の熱膨張係数より大きく、前記第２の熱膨張係数より小さい第３の熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記配線導体が前記第１の面および第２の面間を貫通する金属線からなることを特徴とする請求項１または２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記金属線が絶縁材料に被覆されていることを特徴とする請求項３に記載の配線基板。
【請求項５】
前記第１の絶縁層において、前記第１の電極パッドに接合された第１の領域の熱膨張係数が、前記第１の領域を囲む第２の領域の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の配線基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の配線基板と、
該配線基板の前記基板に形成された前記第１の電極パッドに電気的に接続されており、被検査対象に設けられた電極に接触する端子と、を備えたことを特徴とするプローブカード。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の配線基板と、
該配線基板の前記基板に形成された前記第１の電極パッドに電気的に接続された半導体素子と、
前記配線基板の前記第２の層に形成された前記第２の電極に電気的に接続されたプリント配線基板と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
第１の面および第２の面を有し、貫通孔を有する基板と、
複数の第１の電極パッドが形成された下面を有しており、第１の熱膨張係数を有するとともに、前記基板の前記第１の面に接合された第１の絶縁層と、
複数の第２の電極パッドが形成された上面を有しており、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有するとともに、前記基板の前記第２の面に接合された第２の絶縁層と、
前記複数の第１の電極パッドと前記複数の第２の電極パッドとを電気的に接続しており、前記基板の前記貫通孔内に配置された複数の配線導体とを備えた配線基板。
【請求項９】
前記基板の前記貫通孔内が真空とされていることを特徴とする請求項８に記載の配線基板。
【請求項１０】
前記第１の絶縁層において、前記第１の電極パッドが形成された第１の領域の熱膨張係数が、前記第１の領域を囲む第２の領域の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項８または９に記載の配線基板。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載の配線基板と、
該配線基板の前記第１の層に形成された前記第１の電極パッドに電気的に接続されており、被検査対象に設けられた電極に接触する端子と、を備えたことを特徴とするプローブカード。
【請求項１２】
請求項８〜１０のいずれかに記載の配線基板と、
該配線基板の前記第１の層に形成された前記第１の電極パッドに電気的に接続された半導体素子と、
前記配線基板の前記第２の層が有する前記第２の電極に電気的に接続されたプリント配線基板と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板およびそれを用いた半導体装置とプローブカード。
【背景技術】
【０００２】
従来の配線基板は、複数の絶縁層からなり、上面と下面とに電極を有する基板と、基板内部に形成されており、上面および下面の電極を電気的に接続する配線導体とからなる。このような従来の配線基板において、配線導体は、複数の絶縁層間に配置された配線パターンと、この配線パターンに接続された貫通導体とからなる。
【０００３】
このような配線基板は、上面の電極に半導体素子の電極が電気的に接続されるとともに、下面がプリント配線基板に二次実装されることで、半導体装置やプローブカードなどとして用いられる。
【特許文献１】特開２００４−１３４７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような配線基板においては、配線基板の上面に接続される部材と、配線基板の下面に接続される部材とが異なるため、その熱膨張係数差に起因して、配線基板に応力が生じ、配線基板の電気的特性が劣化するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、電気的特性に優れた配線基板をおよびそれを用いた半導体装置、プローブカードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の多層配線基板は、基板の第１の面に形成されており、第１の熱膨張係数を有する第１の絶縁層と、基板の第２の面に形成されており、第２の熱膨張係数を有する第２の絶縁層とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の配線基板は、内部に配線導体を有する基板の第１の面に形成されており、第１の熱膨張係数を有する第１の絶縁層と、内部に配線導体を有する基板の第２の面に形成されており、第２の熱膨張係数を有する第２の絶縁層とを備えていることにより、配線基板と接合される部材と配線基板との間に生じる応力を低減して、基板の変形を低減することができる。このように、本発明の配線基板において、第１の絶縁層と第２の絶縁層との熱膨張係数を異ならせ、第１の熱膨張係数と第２の熱膨張係数との関係に工夫を施したことにより、配線基板の電気的特性を向上させることができる。
【０００８】
本発明の半導体装置は、配線基板の第１の電極に電気的に接続された半導体素子と、配線基板の第２の電極に電気的に接続されたプリント配線基板とを備えることにより、半導体素子の動作時の発熱などにより、配線基板に生じる変形を低減でき、半導体装置の電気的信頼性を向上できる。ここで、一般的にプリント配線基板の熱膨張係数は、半導体素子の熱膨張係数よりも大きい。本発明において、半導体素子側に配置される第１の絶縁層の第１の熱膨張係数を、第２の絶縁層の第２の熱膨張係数よりも小さくすることにより、配線基板の半導体素子に接合される側を拘束し、半導体素子と配線基板との電気的接続を向上することができるとともに、配線基板のプリント配線基板側とプリント基板との接続信頼性を向上することができる。
【０００９】
また、配線基板の複数の第１の電極に電気的に接続されており、被検査対象に設けられた複数の電極に接触する複数の端子と、上面に半導体素子が搭載された配線基板とを備えるプローブカードとして配線基板が用いられる場合、プローブカードのバーンインテスト時などに配線基板に生じる変形が抑制されるため、プローブカードの電気的特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る配線基板について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）本発明の第１の実施の形態について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明における第１の実施の形態に係る配線基板１の構造を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した配線基板１のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【００１２】
本実施形態の配線基板１は、基板２と、基板２の第１の面２ａ上に形成された第１の絶縁層３と、基板２の第２の面２ｂ上に形成された第２の絶縁層４とを備えている。
【００１３】
本実施形態における基板２は、複数の層２ｓからなり、複数の第１の電極パッド２１が形成された第１の面（図１（ｂ）における上面）２ａと、複数の第２の電極パッド２２が形成された第２の面（図１（ｂ）における下面）２ｂとを有している。複数の第１の電極パッド２１と複数の第２の電極パッド２２とは、基板２の内部に形成された配線導体５を介して電気的に接続されている。
【００１４】
また、本実施形態において基板２は、第１の絶縁層３と第２の絶縁層４とを固定（支持）している。このような基板２を構成する複数の絶縁層２ｓは、例えば、ポリイミド，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン），エポキシ樹脂，フッ素系樹脂などからなり、このような樹脂で形成することにより、微細で高密度な配線を行うことができる。図１において、複数の層２ｓは、エポキシ樹脂からなり、配線導体５は、複数の絶縁層２ｓの各々の表面に形成された配線パターンと、複数の絶縁層２ｓの各々を貫通する貫通導体とからなる。
【００１５】
第１の絶縁層３は、基板２の第１の面２ａ上に形成されており、第１の熱膨張係数αを有する。図１において、第１の絶縁層３は、表面（図１（ｂ）における上面）３ａに複数の電極３１を有している。第１の絶縁層３の上面３ａに形成された複数の電極３１は、第１の絶縁層３を貫通するビア導体を介して、基板２の上面２ａに形成された複数の電極２１と電気的に接続されている。このような第１の絶縁層３の上面３ａには、例えば、半導体素子などが搭載され、半導体素子が有する複数の電極と、第１の絶縁層３の複数の電極３１とが電気的に接続される。
【００１６】
第２の絶縁層４は、基板２の第２の面２ｂ上に形成されており、第２の熱膨張係数βを有する。図１（ｂ）において、第２の絶縁層４は、表面（図１（ｂ）における下面）４ａに複数の電極４２を有している。第２の絶縁層４の下面４ａに形成された複数の電極４２は、第２の絶縁層４を貫通するビア導体を介して、基板２の下面２ｂに形成された複数の電極２２と電気的に接続されている。このような第２の絶縁層４の下面４ａは、半田等を介して、例えば、プリント配線基板（マザーボード）に実装される。
【００１７】
このような第１の絶縁層３と第２の絶縁層４とは、内部に配線導体５を有する基板２を介して接合されていることにより、第１の絶縁層３と第２の絶縁層４とが接着剤を介して直接接合されている場合と比べて、それぞれの歪みにより第１の絶縁層３および第２の絶縁層４間に互いに及ぼしあう応力を低減することができる。
【００１８】
本実施の形態における第２の絶縁層４は、第１の絶縁層３の第１の熱膨張係数αよりも大きい第２の熱膨張係数βを有する。本実施の形態の配線基板１は、このような構成により、配線基板１の電気的信頼性を向上することができる。
【００１９】
このような第１の絶縁層３として、例えばシリコンに熱膨張係数が近いムライト、チッ化アルミなどのセラミックスを用い、第２の絶縁層４として、例えばプリント配線基板に熱膨張係数が近いガラスセラミックスを用いることができる。このように絶縁性に優れたガラスセラミックスを用い、その熱膨張率を第１の絶縁層３と第２の絶縁層４において異ならせることで、電気的特性に優れた配線基板１とすることができる。
【００２０】
ここで、このように構成される配線基板１を用いる例を図８（ａ）（ｂ）を参照し説明する。図８（ａ）は、本発明の配線基板１を用いた半導体装置１０を示す断面図、図８（ｂ）は、本発明の配線基板１を用いたプローブカードを示す断面図である。
【００２１】
図８（ａ）に示す半導体装置１０において、配線基板１は、半導体素子６０をプリント配線基板７０上に支持する機能を有している。半導体素子６０の電極６１は、配線基板１の第１の絶縁層３上の複数の第１の電極３１と、半田３５を介して、電気的に接続されており、プリント配線基板７０の電極７１は、配線基板１の第２の絶縁層４上（図８ａにおいては、第２の絶縁層４の下面側）の第２の電極４２と、半田７５を介して、電気的に接続されている。
【００２２】
ここで、半導体素子６０を配線基板１の第１の絶縁層３上に搭載し、このような配線基板１をプリント配線基板７０上に二次実装する場合、一般的に、半導体素子６０の熱膨張率は、プリント配線基板７０よりも小さいため、配線基板１全体に配線基板１が下に凸となるような反り変形が生じようとする。本実施の形態においては、このような反りが生じようとしても、配線基板１の半導体素子６０側に位置する第１の絶縁層３の熱膨張係数αを、プリント配線基板７０側に位置する第２の絶縁層４の熱膨張係数βより小さく設定しておくことで、配線基板１と半導体素子６０とを接合する半田３５や、配線基板１とプリント配線基板７０とを接合する半田７５にクラックが発生し、破断する不具合を低減することができ、半導体装置１０の電気的特性を向上できる。
【００２３】
また、図８（ｂ）において、配線基板１は、インターポーザー（中継基板）として機能している。配線基板１の第２の絶縁層４の複数の電極４２は、プリント配線基板７０の電極７１と電気的に接続されており、このプリント配線基板７０の電極７２が、外部のテスターと電気的に接続される。
【００２４】
検査作業を行う場合には、検査を行う必要のある被検査対象の半導体素子６０の電極６１に、接触端子８０を介して、配線基板１の第１の絶縁層３の複数の電極３１を電気的に接続することで、被検査対象６０がテスターに接続されて、そのテスターの作動による検査を行うことができる。図８（ｂ）に示すプローブカードにおいて、本実施形態の配線基板１が用いられるため、半田３５を介する配線基板１とプローブピン８０との接続および半田７５を介する配線基板１とプリント配線基板７０との接続が強固となり、プローブカードの電気的信頼性が向上する。
【００２５】
このように、本実施形態の配線基板１を用いられた半導体装置１０とプローブカードにおいては、クラックなどにより電気的特性に不具合が生じにくく、信頼性の高い半導体装置およびプローブカードとすることができる。
【００２６】
また、基板２が、第１の熱膨張係数αより大きく、第２の熱膨張係数βより小さい第３の熱膨張係数γを有することで、配線基板２の電気的特性をさらに向上することができる。すなわち、複数の絶縁層２ｓからなる基板２の第３の熱膨張係数γを、第１の熱膨張係数αと第２の熱膨張係数βとの間の値とすることで、基板２の第１の面２ａ側から第２の面２ｂ側に向かって徐々に熱膨張係数を大きくすることができる。このため、配線導体５を有する基板２の内部における熱膨張による応力も低減することができ、基板２の全体に生じる応力を低減することができ、配線基板１の電気的特性が向上する。
【００２７】
このような第１の膨張係数α、第２の熱膨張係数β、第３の熱膨張係数γは、ＴＭＡ（ＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて求めることができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）図２、３を用いて本発明の第２の実施の形態に係る配線基板について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係る配線基板の構成を示す断面図である。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る配線基板の製造方法の一例を示す工程図である。
【００２９】
本実施の形態の配線基板１において、図１に示した第１の実施の形態の配線基板と異なる構成は、基板２０が単層構造からなる点である。図２において、基板２０は樹脂からなり、基板２０の第１の面２０ａに形成された複数の第１の電極パッド２１と、第２の面２０ｂに形成された複数の第２の電極パッド２２とは、基板２０を貫通する配線導体５０を介して電気的に接続されている。このような配線導体５０は、第１の電極２１と第２の電極２２とを短い距離で接続することができるため、配線基板１の電気的特性を向上することができる。
【００３０】
すなわち、本実施の形態の配線基板１は、基板２０の内部に形成された配線導体５０が、基板２０の内部を引き回される距離を短くすることができるため、配線導体５０の抵抗を低減することができる。
【００３１】
図２において、拡大図で示すように、複数の配線導体５０は、ワイヤ５０ａと、ワイヤ５０ａを被覆する絶縁材料５０ｂとからなる。このような構造により、配線基板１の電気的特性を向上することができる。例えば、第１の絶縁層３上に搭載される半導体素子のファインピッチ化に対応して、配線基板１に形成された第１および第２の複数の電極２１，２２が多数形成される場合に、仮に、基板２０の内部において複数の配線導体５０同士が接触したとしても、ショートなどの不具合が生じ難い。
【００３２】
このような本実施の形態に係る配線基板の製造方法について図３を用いて説明する。
【００３３】
（イ）複数の第１の電極３１を有する第１の絶縁層３と、複数の第２の電極４２を有する第２の絶縁層４と、ホルダーＨに固定された配線導体５０とを準備する。（図３ａ）
（ロ）第１の絶縁層３の複数の第１の電極３１を、複数の配線導体５０の一端に接続し、第２の絶縁層４の複数の第２の電極４２を、複数の配線導体５０の他端に接続する。（図３ｂ〜図３ｅ）
（ハ）第１の絶縁層および第２の絶縁層と接続された配線導体５０を、型Ｍで固定し、型Ｍの中に、基板２０となる部材を注入する。（図３ｆ）
（ニ）型Ｍを取り除く。（図３ｇ）
以上（イ）〜（ニ）の工程を経ることにより、本実施形態の配線基板とすることができる。
【００３４】
ここで、工程（ロ）において、複数の電極３１と複数の配線導体５０の一端とが接続される際、および複数の第２の電極４２と複数の配線導体５０の他端とが接続される際、複数の配線導体５０の各々のホルダーＨから突出した部分は、切断、研磨されることによりその接合端を接合に適した形とされる。（図３ｂ）また、このような切断、研磨の際に配線導体５０とホルダーＨとの位置ずれを低減するため、配線導体５０をホルダーＨに接着剤を介して固定しておくとよい。
【００３５】
また、図３に示す工程（ロ）において、複数の第１の電極３１および複数の配線導体５０の一端の接続と、複数の第２の電極４２および複数の配線導体５０の他端の接続とは、半田３５、４５を介して行われる。（図３ｃ、図３ｅ）
工程（ハ）において、基板２０となる部材の注入は、図３（ｆ）に矢印で示すように、型Ｍの開口側から行う。このような部材として、樹脂を用いることにより、弾性に優れた配線基板１とすることができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）図４を用いて本発明の第３の実施の形態に係る配線基板について説明する。図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る配線基板１の構成を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の配線基板１の第１の絶縁層３を取り除いた斜視図である。
【００３７】
本実施の形態の配線基板１は、第１の面２００ａおよび第２の面２００ｂを有し、貫通孔Ｓを有する基板２００と、第１の熱膨張係数αを有するとともに、基板２００の第１の面２００ａに接合された第１の絶縁層３と、第１の熱膨張係数αより大きい第２の熱膨張係数βを有するとともに、基板２００の第２の面２００ｂに接合された第２の絶縁層４とを有する。
【００３８】
本実施の形態において、第１の絶縁層３は、複数の第１の電極パッド２１が形成された下面（図４ａにおいて、基板２００の上面２００ａと接合される面）を有している。また、第２の絶縁層４は、複数の第２の電極パッド２２が形成された上面を有している。本実施の形態において、複数の第１の電極パッド２１と複数の第２の電極パッド２２とは、基板２００の貫通孔Ｓ内に配置された複数の配線導体５０を介して、電気的に接続されている。本実施形態の配線基板１において、複数の配線導体５０が第１の電極２１と第２の電極２２との間を短い距離で接続することができるため、配線基板１の電気的特性を向上することができる。
【００３９】
また、本実施の形態において、貫通孔Ｓ内を真空とすることで、第１の絶縁層３、基板２００および第２の絶縁層４との接合信頼性を向上することができる。
【００４０】
（第４の実施の形態）図５を用いて本発明の第４の実施の形態に係る配線基板について説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る配線基板１の構成を示す断面図である。
【００４１】
本実施の形態の配線基板１は、複数の絶縁層からなる基板５００を有している。図５において、複数の絶縁層は、基板５００の第１の面５００ａ側から第２の面５００ｂ側に向かって第１の絶縁層５００ｌ、第２の絶縁層５００ｍ、第３の絶縁層５００ｎと順に配置されており、第１の絶縁層３は、第１の絶縁層５００ｌ上に接合される。また、第２の絶縁層４は、第３の絶縁層５００ｎ上に接合される。
【００４２】
本実施の形態の基板５００は、第１の面５００ａから第２の面５００ｂに向かうに伴って、熱膨張係数が漸次大きく形成されている。すなわち、図５において、第１の絶縁層５００ｌから第３の絶縁層５００ｎに向かって熱膨張係数を漸次大きくされている。このような構成により、配線基板１に熱が負荷された場合においても、配線基板１の全体において熱による歪みが低減されるため、配線基板１の電気的特性が向上される。
【００４３】
本実施形態の配線基板１の他の例としては、基板５００として、図２に示した単層構造の基板を用いる。このような単層構造の基板５００において、第１の面５００ａから第２の面５００ｂに向かうに従って、徐々に熱膨張率を大きく形成することにより、電気抵抗が低減され、信頼性が向上した配線基板１とすることができる。
【００４４】
（第５の実施の形態）図６を用いて本発明の第５の実施の形態に係る配線基板について説明する。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る配線基板１の構成を示す断面図である。
【００４５】
本実施の形態の配線基板１において、第１の絶縁層３は二つ部分３０Ａ、３０Ｂからなる。第１の部分３０Ａは、第１の絶縁層３の複数の第１の電極３１に接合される第１の領域Ａに配置されており、第４の熱膨張係数ζを有する。第２の部分３０Ｂは、第１の部分３０Ａを囲む第２の領域Ｂに形成されており、第４の熱膨張係数ζより小さい第５の熱膨張係数θを有する。このように、基板２の半導体素子などが搭載される第１の領域Ａに配置された第１の部分３０Ａの第４の熱膨張率ζを、その周囲に位置する第２の領域Ｂに配置された第２の部分３０Ｂの第５の熱膨張率θよりも大きくすることにより、第１の部分３０Ａと第２の部分３０Ｂとの間に生じるクラックを低減することができる。すなわち、第１の部分３０Ａの熱膨張を第２の部分３０Ｂで拘束することで、第１の絶縁層３における破断を低減することができる。
【００４６】
なお、第４の熱膨張係数ζ、第５の熱膨張係数θは、ＴＭＡ（ＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて求めることができる。
【００４７】
本実施の形態において、第２の部分３０Ｂをチッ化アルミにより形成することで、例えば、配線基板１に搭載された半導体素子の動作時の熱などを良好に放散することができる。
【００４８】
このような第１の絶縁層３を二つの部分３０Ａ、３０Ｂとから構成する構造の他の例を図７に示す。図７において、基板２０を単層構造とし、第１の面２０ａと第２の面２０ｂとを貫通する配線導体５０を介して、複数の第１の電極２１と複数の第２の電極２２とを電気的に接続する。このように図７に示す構造の場合、電気抵抗が低減され、信頼性が向上した配線基板１とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態による多層配線基板の平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による配線基板の断面図と、配線導体５０の拡大図とを示している。
【図３】（ａ）〜（ｇ）本発明の第２実施形態による配線基板の製造工程の一例を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態による配線基板の断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態による配線基板の断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第５実施形態による多層配線基板の一例を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ’線における断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態による多層配線基板の他の例を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＺ−Ｚ’線における断面図である。
【図８】（ａ）本発明の配線基板を用いた半導体装置の概略断面図である。（ｂ）本発明の配線基板を用いたプローブカード示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：配線基板
２：基板
３：第１の絶縁層
４：第２の絶縁層
５：配線導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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