(57)【要約】  【課題】  接合部材と配線導体との接合強度の高い多層配線基板を提供する。  【解決手段】  互いに積層された複数の絶縁層１と、複数の絶縁層１の間に設けられた配線層２と、金属材料から成る接合部材３によって配線層２に電気的に接続されたビア導体４とを有しており、縦断面視において、接合部材３の幅Ｗ１がビア導体４の幅Ｗ２よりも小さい。ビア導体４は、複数の絶縁層１のうち配線層２上に設けられた絶縁層１内において上下方向に設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層された複数の絶縁層と、
該複数の絶縁層の間に設けられた配線層と、
前記複数の絶縁層のうち前記配線層上に設けられた絶縁層内において上下方向に設けられており、金属材料から成る接合部材によって前記配線層に電気的に接続されたビア導体とを備えており、
縦断面視において、前記接合部材の幅が前記ビア導体の幅よりも小さいことを特徴とする多層配線基板。
【請求項２】
前記接合部材の下端部が前記配線層に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の多層配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに積層された複数の絶縁層と複数の絶縁層の間に設けられた配線層とを有する多層配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の絶縁層と、複数の絶縁層の間に設けられた配線層と、複数の絶縁層のうち配線層上に設けられた絶縁層内において上下方向に設けられており、金属材料から成る接合部材によって配線層に電気的に接続されたビア導体とを有する配線基板が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このような配線基板として、例えば、半導体素子を上面の端子に接続し、この端子と電気的に接続された下面の接続パッドを外部電気回路に電気的に接続するスペーストランスフォーマー基板が知られている。
【０００３】
スペーストランスフォーマー基板として、例えば薄膜配線層をセラミック基板の上面に積層されてなる多層配線基板が知られている。このようなスペーストランスフォーマー基板において、薄膜配線層およびセラミック基板にはそれぞれビア導体および配線層が設けられている。薄膜配線層のビア導体と薄膜配線層の配線層との間、または薄膜配線層のビア導体とセラミック基板の配線層との間は接合部材によって接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003−218531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、上記従来の多層配線基板では、積層圧が加えられる際の圧力不足等によって、接合部材と配線層との密着強度が低く、接合部材と配線層との接合強度も低くなることがあった。接合部材と配線層との接合強度が低い場合、接合部材と配線層との境界面にデラミネーションが生じて、配線層とビア導体との間の電気的な接続が妨げられる可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様による多層配線基板は、互いに積層された複数の絶縁層と、複数の絶縁層の間に設けられた配線層と、金属材料から成る接合部材によって配線層に電気的に接続されたビア導体とを有しており、縦断面視において、接合部材の幅がビア導体の幅よりも小さい。ビア導体は、複数の絶縁層のうち配線層上に設けられた絶縁層内において上下方向に設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様による多層配線基板によれば、縦断面視において、接合部材の幅がビア導体の幅よりも小さいことから、積層圧が加えられる際に、ビア導体よりも小さい幅を有する接合部材の下端部に力が集中して、接合部材と配線層との密着強度が向上されている。したがって、ビア導体と配線層との接合強度が向上されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態における多層配線基板を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ部を拡大して示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は図１のＢ部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明の第２の実施形態における多層配線基板の要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における多層配線基板は、図１および図２に示された例のように、互いに積層された複数の絶縁層１と、複数の絶縁層１の間に設けられた配線層２と、金属材料から成る接合部材３によって配線層２に電気的に接続されたビア導体４とを有している。絶縁層１はセラミック基板11および薄膜配線層12を含んでいる。絶縁層１はセラミック基板11上に接合層５によって薄膜配線層12が接合されている。配線層２はセラミック基板11に設けられた配線導体21と薄膜配線層12に設けられた薄膜導体層22とを含んでいる。
【００１１】
セラミック基板11は、多層配線基板全体の剛性を確保する機能を有している。セラミック基板11上に薄膜配線層12が設けられていることによって、半導体素子の電極に対応し得る微細な配線が、剛性の高い基板上に設けられてなる、プローブカード等に使用可能な多層配線基板を形成することができる。多層配線基板は、プローブカードとして用いられる場合、半導体素子に対する電気的な接続を確実なものとするために、半導体素子に対して所定の圧力で押し付けられる。
【００１２】
セラミック基板11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミック焼結体，ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラスまたは雲母またはチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体を材料として用いることができる。このようなセラミック材料は、金属材料とほぼ同等の精密な機械加工が可能ないわゆるマシナブルセラミックスである。
【００１３】
セラミック基板11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作できる。まず、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤を添加混合して作製したスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等のシート成形技術でシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製する。その後、セラミックグリーンシートを切断加工または打ち抜き加工によって適当な形状および寸法とするとともに、これを約1300〜1500℃の温度で焼成することによって製作することができる。
【００１４】
セラミック基板11の上面には配線導体21が設けられている。配線導体21は、接合部材３を介して薄膜配線層12と電気的に接続されている。また、配線導体21は、セラミック基板11の内部に設けられた貫通導体等の内部導体を介して、セラミック基板11の下面に設けられた接続パッド６と電気的に接続されている。
【００１５】
配線導体21、内部導体および接続パッド６は、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，パラジウム，金または白金等の金属材料によって設けられている。なお、これらの金属材料は、複数のものが合金等の形態で併用されていても構わない。これらの金属材料は、メタライズ法またはめっき法等の方法で、セラミック基板11の所定部位に被着されている。
【００１６】
配線導体21、内部導体および接続パッド６は、例えばタングステンからなる場合であれば、タングステンのペーストをセラミック基板11となるセラミックグリーンシートの表面またはあらかじめ形成しておいた貫通孔の内部等に塗布または充填し、セラミックグリー
ンシートと同時焼成することによって被着させることができる。
【００１７】
セラミック基板11の内部にはビア導体４が設けられている。ビア導体４は上記の配線導体21と同様の材料を用いることができる。セラミック基板11のビア導体４は、例えばセラミック基板11の一部にＣＯ２レーザまたはＹＡＧレーザ等によるレーザ加工，打ち抜き金型を用いた打ち抜き加工等で厚み方向に貫通する貫通孔（符号なし）を形成し、この貫通孔内にビア導体４となる導体材料を、スパッタリング法，蒸着法，めっき法または導体ペーストの充填等の方法で充填することによって形成することができる。
【００１８】
セラミック基板11のビア導体４は、例えば上記のビア導体４用の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダと混練して作製した金属ペーストをセラミック基板11の貫通孔内に充填し、その後加熱して有機成分を除去することによって形成することができる。この場合、めっき法またはスパッタリング法等の金属膜形成技術を併用してもよい。
【００１９】
薄膜配線層12は、薄膜導体層22が樹脂絶縁層121の表面に被着されるとともに、樹脂絶
縁層121の内部にビア導体４が設けられた構造を有している。薄膜導体層22およびビア導
体４は、例えば、銅，銀，パラジウム，金，白金，アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト，チタン等の金属材料またはこれらの金属材料の合金材料からなる。
【００２０】
薄膜配線層12は、薄膜導体層22と樹脂絶縁層121とが交互に積層された構造を有してい
る。樹脂絶縁層121の表面の薄膜導体層22は、樹脂絶縁層121内において上下方向に設けられたビア導体４を介して互いに電気的に接続されている。互いに異なる樹脂絶縁層121に
設けられた、ビア導体４と薄膜導体層22とは接合部材３によって接合されている。複数の樹脂絶縁層121は接合層５によって互いに接合されている。なお、接合部材３および接合
層５の詳細については後述する。
【００２１】
薄膜導体層22は、上記の金属材料をスパッタリング法，蒸着法またはめっき法等の方法で樹脂絶縁層121の主面に被着させ、必要に応じてマスキングまたはエッチング等のトリ
ミング加工を施すことによって、所定のパターンで樹脂絶縁層121の表面に形成すること
ができる。
【００２２】
樹脂絶縁層121は薄膜導体層22を形成するための基材として機能している。また、樹脂
絶縁層121は、薄膜導体層22同士の電気的な絶縁性を確保するための絶縁材として機能し
ている。
【００２３】
樹脂絶縁層121は、例えば長方形状または正方形状等の四角形状、または円形状等で、
厚みが約25μｍ程度の層状に設けられている。このような樹脂絶縁層121は、例えば、エ
ポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，ポリアミドイミド樹脂，ポリエーテルイミド樹脂または液晶ポリマー等の樹脂を材料として用いることができる。
【００２４】
樹脂絶縁層121は、例えば上記樹脂材料の未硬化物を層状に成形して硬化させることに
よって作製できる。なお、樹脂材料の未硬化物の成形の際には、ポリエチレン樹脂等の樹脂フィルム等を成形用の基材として用いればよい。樹脂材料を硬化させた後に基材を除去すれば、層状に成形された樹脂絶縁層121を得ることができる。
【００２５】
樹脂絶縁層121のビア導体４は、例えば樹脂絶縁層121の一部にＣＯ２レーザまたはＹＡＧレーザ等によるレーザ加工，ＲＩＥ（リアクティブ  イオン  エッチング）または溶剤によるエッチング等の孔あけ加工で厚み方向に貫通する貫通孔（符号なし）を形成し、この貫通孔内にビア導体４となる導体材料を、スパッタリング法，蒸着法，めっき法または導体ペーストの充填等の方法で充填することによって形成することができる。
【００２６】
樹脂絶縁層121のビア導体４は、例えば上記のビア導体４用の金属材料の粉末を有機溶
剤およびバインダと混練して作製した金属ペーストを樹脂絶縁層121の貫通孔内に充填し
、その後加熱して有機成分を除去することによって形成することができる。この場合、めっき法またはスパッタリング法等の金属膜形成技術を併用してもよい。
【００２７】
薄膜配線層12は以下のようにして作製する。まず、薄膜導体層22およびビア導体４が設けられた複数の樹脂絶縁層121を用意する。ビア導体４の下端部に接合部材３を配置する
。次に、接合部材３の下端部と薄膜導体層22とが接するように、複数の樹脂絶縁層121を
互いに積層する。その後、積層された複数の樹脂絶縁層121を加熱すると共に加圧して、
薄膜配線層12を作製する。なお、積層する際に最下層に位置する樹脂絶縁層121は、例え
ばポリエチレン樹脂等の樹脂フィルムからなる成形用の基材の上に設けられていればよく、樹脂絶縁層121の積層後に基材を除去すればよい。
【００２８】
薄膜配線層12の最上面に設けられた薄膜導体層22は、例えば半導体素子の電極とプローブ７を介して電気的に接続されるためのものである。また、薄膜配線層12の最下面に露出するように設けられたビア導体４が接合部材３の上端部と直接に接続されている。
【００２９】
本実施形態の多層配線基板において、接合部材３の下端部がセラミック基板11の配線導体21と接合されるとともに電気的に接続されているので、薄膜導体層22と電気的に接続された半導体素子の電極は、セラミック基板11の下面の接続パッド６と電気的に接続される。この接続パッド６を検査用の電気回路に電気的に接続すれば、半導体素子の電気的な検査（正常に演算または記憶等を行なうか否か等）を行なうことができる。なお、半導体素子としては、ＩＣまたはＬＳＩ等の半導体集積回路素子、半導体基板の表面に微小な電子機械機構が設けられてなるマイクロマシン（いわゆるＭＥＭＳ素子）等が挙げられる。
【００３０】
接合部材３は、図１および図２に示された例のように、縦断面視において上端部とビア導体４とが接合されており、下端部と薄膜配線層12または配線導体21とが接合されている。接合部材３の幅Ｗ１は、縦断面視においてビア導体４の幅Ｗ２よりも小さい。このような接合部材３は、例えば平面透視においてビア導体４よりも小さい面積を有している。また、平面透視において接合部材３の全体がビア導体４と重なっている。なお、接合部材３の上端部および下端部を除いた周囲には、接合層５が設けられている。
【００３１】
このように縦断面視において、接合部材３の幅Ｗ１がビア導体４の幅Ｗ２よりも小さいことから、多層配線基板に積層圧が加えられるときに、接合部材３の下端部に力が集中するので、接合部材３と配線導体21（配線層２）との密着強度が向上された多層配線基板が得られる。
【００３２】
接合部材３の材料は、例えば、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），銅（Ｃｕ）およびこれらの合金を主成分とする金属である。
【００３３】
このような接合部材３は、ビア導体４と配線導体21との間に設けられている場合には、例えば接合層５に設けられた貫通孔に、板状またはペースト状の上記金属材料を配置することによって設けられる。また、接合部材３は、ビア導体４と薄膜導体層22との間に設けられている場合には、例えば、ビア導体４が薄膜配線層12から露出した部分にめっき法によって形成される。
【００３４】
接合部材３の幅Ｗ１は、縦断面視において薄膜配線層12内のビア導体４の幅Ｗ２よりも小さい。したがって、ビア導体４の下端に接合部材３は薄膜配線層12内に設けられている面積の小さい薄膜導体層22との接合強度を高めることができる。
【００３５】
本実施形態の多層配線基板は、薄膜配線層12の熱膨張率はセラミック基板11の熱膨張率よりも大きい。このような本実施形態の多層配線基板においては、縦断面視において、セラミック基板11と薄膜配線層12との間における接合部材３の幅Ｗ１は、薄膜配線層12のビア導体４の幅Ｗ２および配線導体21よりも小さいことが好ましい。セラミック基板11と薄膜配線層12との熱膨張差によって、平面視で接合部材３とビア導体４との接合箇所がずれたとしても、接合部材３の下端部の全体を加圧できるので、接合部材３と配線導体21との接合強度を高めることができる。
【００３６】
セラミック基板11と薄膜配線層12との間における接合層５は弾性率の互いに異なる材料を積層した構造であることが好ましい。すなわちセラミック基板11側の接着層の弾性率が薄膜配線層12側の接着層の弾性率より大きいことが好ましい。このような場合には、セラミック基板11側において薄膜配線層12側よりも接合層５が変形しやすいことから、多層配線基板を加圧する際に、接合部材３の上端部よりも下端部が周囲の接合層５から加圧されるので、接合部材３の下端部の幅が広がるように変形することを抑制できる。したがって、接合部材３の下端部に力を集中させて、接合部材３と配線導体21との密着強度を向上する上でより有効である。
【００３７】
接合層５は、セラミック基板11上に薄膜配線層12を接合するため、または樹脂絶縁層121を互いに接合するためのものである。接合層５は、接合部材３の上端部および下端部を
除く周囲を囲むように設けられている。接合層５を介してセラミック基板11上に薄膜配線層12が接合された多層配線基板は、生産性または実用性（いわゆる多品種対応）に優れている。すなわち、別々に作製したセラミック基板11と薄膜配線層12とを接合層５を介して接合することによって多層配線基板が製作されるため、セラミック基板11の上面に薄膜配線層12を直接積層する場合に比べて、多層配線基板が容易に製作できる。また、種々のパターンの薄膜配線層12をまとめて準備できるため、いわゆる多品種対応も容易である。なお、接合層５の厚みは、例えば約５〜20μｍ程度である。
【００３８】
また、接合層５の材料は、ポリイミド樹脂、ポリキノリン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３９】
接合層５の形成方法の例を以下に記載する。まず、接合層５が未硬化の状態で薄膜配線層12の下面に接着するように配置される。次に、下面に接合層５が接合された薄膜配線層12をセラミック基板11の上面にセットする。その後、接合層５の各熱硬化性樹脂材料を加熱して硬化させれば、セラミック基板11上に接合層５を介して薄膜配線層12を積層して接合することができる。また、上記接合の際に、薄膜配線層12の上面側から下方に圧力を加えることによって、セラミック基板11および薄膜配線層12と接合層５との密着性が高められている。
【００４０】
ここで、接合層５を介したセラミック基板11と薄膜配線層12との接合工程についてより具体的に説明する。
【００４１】
まず、セラミック基板11および薄膜配線層12を作製する。セラミック基板11および薄膜配線層12は、例えば上記した方法で作製することができる。
【００４２】
次に、接合層５を作製する。接合層５は、ポリエチレンフィルム等の樹脂フィルム上に接合層５を形成した後に、貫通孔を形成する。貫通孔は樹脂フィルムも貫通している。貫通孔の形成後に樹脂フィルムを除去すれば、接合層５を作製できる。なお、この工程において接合層５は半硬化状態である。
【００４３】
接合層５および樹脂フィルムを貫通する貫通孔は、例えば上述した薄膜配線層12におけるビア導体４形成の際と同様の方法（レーザ加工またはエッチング等）で形成できる。
【００４４】
作製した接合層５は、接合部材３の端部と薄膜配線層12のビア導体４とが対向するように位置合わせして薄膜配線層12上に接合する。
【００４５】
また、接合部材３は、上記した金属材料からなる板状のはんだ材を貫通孔内に位置するように、配線導体21上に配置することによって形成される。
【００４６】
その後、薄膜配線層12上に接合層５を接合したものを、上下ひっくり返してセラミック基板11の上面に積層し、接合層５および接合部材３を加熱して硬化させることによって、薄膜配線層12とセラミック基板11とを接合する。この場合、接合部材３の端部と配線導体21の所定部位とが対向し合うように位置合わせする。
【００４７】
また、上述したように、この接合の際には、薄膜配線層12の上面側から下方に、プレス機等を用いて加圧する。この加圧によって、セラミック基板11および薄膜配線層12と接合層５との密着性を向上させることができる。
【００４８】
ここで、縦断面視において接合部材３の幅Ｗ１はビア導体４の幅Ｗ２よりも小さいことから、上記加圧によってビア導体４から接合部材３に加わる力が、接合部材３の下端部に集まるので、接合部材３と配線導体21との密着強度が向上される。
【００４９】
以上の多層配線基板は、上述したように例えば半導体素子の電気的な検査用のプローブカードとして用いられる。薄膜配線層12の最上面に設けられた薄膜導体層22がプローブ７を介して半導体素子の電極と電気的に接続され、セラミック基板11の下面に設けられた接続パッド６が電気検査用の外部回路と電気的に接続される。これらの電気的な接続を確実なものとするために、多層配線基板を半導体素子に押し付ける方向に圧力が加えられる。そして、半導体素子と外部回路とが多層配線基板を介して電気的に接続され、半導体素子が正常に動作し得るか否かが検査される。
【００５０】
この場合、半導体素子の電極と接続される薄膜導体層22は、外部回路に接続される接続パッド６に比べて微細なパターンで、隣接間隔を小さくして設けられる。また、薄膜配線層12においては、最上面に近いほど薄膜導体層22がより微細かつ狭ピッチで設けられている。これによって、微細な半導体素子の電極と、これに比べて大きく、隣接間隔も広い外部回路との電気的な接続が容易に行なわれる。
【００５１】
本実施形態の多層配線基板は、互いに積層された複数の絶縁層１と、複数の絶縁層１の間に設けられた配線層２と、金属材料から成る接合部材３によって配線層２に電気的に接続されたビア導体４とを有しており、縦断面視において、接合部材３の幅Ｗ１がビア導体４の幅Ｗ２よりも小さい。ビア導体４は、複数の絶縁層１のうち配線層２上に設けられた絶縁層２内において上下方向に設けられている。縦断面視において、接合部材３の幅Ｗ１がビア導体４の幅Ｗ２よりも小さいことから、多層配線基板に積層圧が加えられる際に、ビア導体４よりも小さい幅を有する接合部材３の下端部に力が集中するので、接合部材３と配線層２との密着強度が向上されて、ビア導体と配線層との接合強度が向上されたものとなる。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による多層配線基板について、図３を参照しつつ説明する。
【００５３】
本発明の第２の実施形態における多層配線基板において、上記した第１の実施形態の多層配線基板と異なる点は、図３に示された例のように接合部材３の下端部が配線層２に埋めこまれている点である。接合部材３の下端部および接合部材３の下端部側の側面と配線導体21とが接合されているので、多層配線基板の側面方向から力が加わった際に、接合部材３と配線導体21との間にデラミネーションが生じることを低減できる。
【００５４】
このような接合部材３の下端部が配線層２に埋めこまれた多層配線基板は以下のようにして作製する。すなわち接合部材３が、ビア導体４の下端部にめっき法または板状の金属部材を配置することによって設けられた後、薄膜配線層12または薄膜配線層12およびセラミック基板11を加圧することによって、接合部材３を加圧すればよい。接合部材３が比較的密度の高い状態であるので、接合部材３の下端部を配線層２に埋設させることができる。
【００５５】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、縦断面視において、接合部材３の幅がビア導体４に接する上端部から配線導体21に接する下端部に向かって、漸次小さくなっていても良い。接合部材３に加わる力を下端部においてより有効に集中させることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・絶縁層
11・・・セラミック基板
12・・・薄膜配線層
121・・・樹脂絶縁層
２・・・配線層
21・・・配線導体
22・・・薄膜導体層
３・・・接合部材
４・・・ビア導体
５・・・接合層       
６・・・接続パッド
７・・・プローブ
【図１】
2013191678.tif 000003
【図２】
2013191678.tif 000004
【図３】
2013191678.tif 000005