(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック焼結体から成る絶縁基体と、該絶縁基板に埋設され該絶縁基板と一体化した厚さが５０μｍ以上の直線的に形成された配線導体と、前記配線導体の外周近傍に前記配線導体に沿うように配設されるとともに前記配線導体の長さよりも抵抗値を測定する長さが長い直線状の抵抗変化計測用の配線と、を有する配線基板であって、前記配線の抵抗値を測定する部分の両端が等距離ずつ前記配線導体を越えるように形成されており、前記配線の抵抗測定長さＬ１と前記配線導体部分の長さＬ２の差（Ｌ１−Ｌ２）が、前記配線と前記配線導体間の最短距離Ｌ３の８倍以上であることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記配線の厚さが、配線導体の厚さの１／１００〜１／１０であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子が収容搭載される半導体素子収納用パッケージや、半導体素子の他にコンデンサや抵抗体等の各種電子部品が搭載される混成集積回路装置等に好適な低抵抗の配線導体を有する配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子収納用パッケージや混成集積回路装置等に用いられる配線基板は、一般にアルミナ質焼結体等の電気絶縁性のセラミック焼結体から成る絶縁基体を用い、その上面の略中央部に設けた凹部周辺から下面に、あるいはその内部及び表面に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属から成る複数の配線導体を配設するとともに、各配線導体を絶縁基体内に設けた前記同様の高融点金属から成るスルーホール導体で接続した構造を成している。
【０００３】
そして、前述のように構成された配線基板は、例えば半導体素子収納用パッケージでは、その絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガラスあるいは樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに、半導体素子の各電極が凹部周辺に位置する配線導体にボンディングワイヤを介して電気的に接続され、金属やセラミックス等から成る蓋体を前記凹部を塞ぐように前記接着剤と同様の封止剤を介して接合し、絶縁基体の凹部内に半導体素子を気密に収容することにより最終製品としての半導体装置となる。
【０００４】
尚、前記配線基板は、絶縁基体に設けた配線導体の一部に鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金等から成る外部リード端子が銀ロウ等のロウ材を介して取着されており、外部リード端子を外部電気回路に接続することによって、半導体素子の各電極は配線導体、ボンディングワイヤ及び外部リード端子を介して外部電気回路に電気的に接続されている。
【０００５】
しかしながら、前記従来の配線基板は、配線導体及びスルーホール導体を形成するＷやＭｏの電気抵抗値が４〜８×１０-6Ω・ｃｍと極めて高いため、配線間の電気抵抗値が小さいことが要求されるような配線基板、具体的には昨今の配線導体のより低抵抗化が望まれている各種制御機器や情報通信機器等をはじめとする用途には適用できなかった。
【０００６】
そこで、前述の様な配線基板における配線導体の抵抗値を低減するために、配線基板を構成する絶縁基体中に配線用空間部を形成し、該配線用空間部に配線導体を厚く充填したものが提案されている（特開昭６３−１９４号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記配線基板では、絶縁基体を構成するセラミック焼結体、例えばアルミナ質焼結体では、その熱膨張係数は６．０〜８．０×１０-6／℃を示し、他方配線導体を形成するＷやＭｏ等の高融点金属の熱膨張係数は４．５〜５．５×１０-6／℃と、両者は大きく相違することになる。
【０００８】
従って、ＷやＭｏ等の高融点金属粉末から成る金属ペーストを所定パターンに印刷塗布したセラミックグリーンシートを焼成して配線基板とする場合には、絶縁基体と５０μｍ以上の厚さを有する配線導体との間に、両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力が発生するとともに、該応力が配線基板内に残留し、特に配線導体端部近傍のセラミックスに応力が集中して大きな応力となり、その結果、前記絶縁基体にクラックを発生させたり、該クラックが進展して他の内部配線を断線する等の課題があった。
【０００９】
また、前記クラックは、配線導体端部近傍で停止して絶縁基体表面まで到達しないこともあり、浸透探傷法等で基板表面を検査する方法では検知できない場合があり、かかるクラックは絶縁基体を配線導体を含む断面で切断する等、何らかの破壊を伴う検査でなければ検出できないものである。
【００１０】
そこで、最終製品の信頼性を向上するためには、外力負荷によるプルーフ試験や熱衝撃試験など破壊を伴う検査や、配線基板の残留応力をＸ線応力測定法により測定する非破壊検査等のスクリーニング試験を実施して不良品を除去しなければならず、検査工程が煩雑となり、検出感度も低く製品歩留りも悪くなることから、製品コストの増大をもたらすという課題があった。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は前記課題に鑑み成されたもので、その目的はかなりの厚さを有する配線導体を絶縁基体と一体化した配線基板にあって、内部配線の断線などを招く絶縁基体のクラックの有無を簡単に、かつ確実に検出し、低コストで製品歩留りの良い信頼性の高い低抵抗配線導体を有する配線基板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、かなりの厚さを有する配線導体を絶縁基体と一体化した配線基板において、該配線基板に特定の条件下で設けた配線自体の抵抗値の変化を計測することにより絶縁基体のクラックの有無が検出できることを知見し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明の配線基板は、セラミック焼結体から成る絶縁基体に埋設されて直線的に形成され、その厚さが５０μｍ以上である配線導体を一体的に形成して成る配線基板であって、かかる配線導体近傍の絶縁基体に、抵抗値の変化を計測することによりクラックの発生及び進展を検出でき、配線導体の長さよりも抵抗値を測定する長さが長い直線状の配線を、配線導体に沿うように形成し、且つ、前記配線の抵抗値を測定する部分の両端が等距離ずつ前記配線導体を越えるように配設するとともに、配線の抵抗測定長さ、即ち、配線の抵抗値測定の距離Ｌ１に対して配線導体部分の長さＬ２の差（Ｌ１−Ｌ２）が、配線と配線導体間の最短距離Ｌ３の８倍以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記配線はそれが配線導体により絶縁基体に生じる応力分布に影響を与えないことが望ましく、その厚さは前記配線導体の厚さの１／１００〜１／１０であればより望ましいものである。
【００１５】
【作用】
本発明の配線基板によれば、セラミック焼結体から成る絶縁基体に一体的に形成した厚さが５０μｍ以上である配線導体近傍に抵抗変化を計測できる配線を有し、配線の抵抗測定長さＬ１に対する配線導体部分の長さＬ２の差（Ｌ１−Ｌ２）が、配線と配線導体間の最短距離Ｌ３の８倍以上としたことから、前記配線導体近傍の絶縁基体にクラックが生じた場合、該クラックは最大主応力の方向と直交方向に生じ易く、その結果、最大主応力の方向と平行に存在する配線に引っ張り応力が加わり、前記配線の抵抗値が変化し、それを計測することによりクラックの発生及び進展を検出できることになり、絶縁基体表面にまで到達していないクラックも、前述のような破壊検査や非破壊検査等による煩雑なコストアップを招くスクリーニング試験を行う必要なく検出可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板は、直線的に形成された厚さ５０μｍ以上の配線導体を有する半導体素子収納用パッケージや、混成集積回路装置用多層配線基板等にあって、特に大電流伝送用の厚さ２５０μｍ以上の低抵抗の配線導体を有するものが、前記最大主応力も大であり、絶縁基体にクラックを発生し易いものであることから、適用するのに最適なものである。
【００１７】
本発明の配線基板において、５０μｍ以上の配線導体に用いられる導体材料としては、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｎ（マンガン）等の高融点金属や、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）等の低抵抗金属等が挙げられるが、絶縁基体としてアルミナ質焼結体を用いる場合には、その焼結温度との整合から前記高融点金属が、またガラスセラミック質焼結体を用いる場合には、同様の理由により前記低抵抗金属が好適である。
【００１８】
また、前記抵抗変化測定可能な配線としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）等の高融点金属で、比抵抗の比較的高く、引っ張り応力等が加わった場合に抵抗変化が大である材料が良いが、コスト等を考慮するとＷ、Ｍｏが最適である。
【００１９】
更に、前記配線はその存在が絶縁基体に一体化した配線導体により、該絶縁基体に発生する熱応力の分布に影響を及ぼさず、かつ前述のようにクラックの進展により配線の形状が変化した際の抵抗変化が大きく現れる形状であることが望ましいことから、その厚さは配線導体の１／１００〜１／１０、具体的には５〜１０μｍ程度が最適であり、その幅も５０〜１００μｍ程度がより望ましいものである。
【００２０】
次いで、絶縁基体に設けた前記配線の方向は、配線導体の直線部に沿うように平行に形成されている。
【００２１】
また、配線の抵抗測定長さＬ１に対する配線導体部分の長さＬ２の差（Ｌ１−Ｌ２）が、配線と配線導体間の最短距離Ｌ３の８倍未満では、配線導体から発生して進展したクラックが、設定した配線に触れることなく進展して行き、クラックを確実に検出できない恐れがあることから、前記配線導体から発生進展したクラックが設定した配線に突き当たり、該クラックを確実に検出するためには８倍以上であることが必要となり、配線基板の配線密度の点からは８〜１０倍が最適となる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の配線基板を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の配線基板を該配線基板に埋設した抵抗計測用配線と厚さが５０μｍ以上の配線導体が重なるように平面視した時の図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面の要部を拡大した断面図である。
【００２３】
図１及び図２において、１は絶縁基体２と一体化した厚さが５０μｍ以上の配線導体３と抵抗変化計測用の配線４を有する配線基板である。
【００２４】
前記抵抗変化計測用の配線４は、配線導体３と平行な方向に埋設されており、前記配線の全長の内、抵抗値を測定する長さＬ１と該配線４の長さＬ２との差（Ｌ１−Ｌ２）が、抵抗変化計測用の配線４と配線導体３の最短距離Ｌ３の８倍以上を示すもので、抵抗変化計測用の配線４は配線導体３と間隔を設けて上下に挟むように形成され、前記配線４はそれぞれ絶縁基体２の両面に設けた抵抗測定用パッド６とスルーホール７により電気的に接続されている。
【００２５】
本発明の配線基板を評価するに際し、アルミナ質焼結体から成る絶縁基体として以下の手順にて作製した。
【００２６】
先ず、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯ等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿を調製し、該泥漿を周知のドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成形技術により厚さ約３００μｍのセラミックグリーンシートを成形する。
【００２７】
次いで、前記セラミックグリーンシートの所定位置に打ち抜き加工を施して配線導体用空間部とスルーホールを形成した。
【００２８】
尚、抵抗変化計測用配線４と配線導体３との間に挟み込むための厚さ約６０μｍのセラミックグリーンシートを別途成形し、該セラミックグリーンシートの所定位置に前記同様に打ち抜き加工を施してスルーホールを形成した。
【００２９】
その後、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属を主成分とする粉末に、アルミナ粒子を適量添加し、適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、前記配線導体用空間部とスルーホール部分等にスクリーン印刷あるいは圧力充填法により充填した。
【００３０】
また、クラック検出のための抵抗変化計測用配線パターンは、前記配線導体を埋設した絶縁基体の熱応力分布に影響を及ぼさず、かつ形状変形が大きく抵抗変化に現れるように厚さ１０〜２０μｍ、幅１００〜３００μｍとした。
【００３１】
次に、配線導体３に対して平行となる方向に、種々の長さの配線を前記金属ペーストを用いて前記厚さ約６０μｍのグリーンシート表面にスクリーン印刷した。
【００３２】
尚、配線導体と絶縁基体の両者の熱膨張率差に起因して発生する熱応力の状態を種々設定する為に、擬似的に配線導体へのアルミナ粒子添加量を調整した。
【００３３】
その後、印刷塗布した前記グリーンシートを積層し、これを水素（Ｈ2 ）と窒素（Ｎ2 ）の混合ガスから成る還元性雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成して、厚さ４５〜５００μｍの配線導体と厚さの異なる前記抵抗変化計測用配線をそれぞれ内蔵した５〜６層から成る評価用の配線基板を作製し、厚さ４５μｍの配線導体を有するものを比較例とした。
【００３４】
尚、前記配線導体の厚さは、配線導体を含む断面で前記評価用の配線基板を切断し、該断面をマイクロメータ付き顕微鏡を用いて計測した。
【００３５】
【表１】
0003810148.tif 000002
【００３６】
かくして得られた評価用の配線基板を用いて、抵抗変化計測用配線とスルーホールにより電気的に導通している抵抗測定用パッドから該配線の抵抗を４端子法により測定し、比較例として作製した厚さ４５μｍの配線導体を有する配線基板の抵抗変化計測用配線を前記同様に測定した時の抵抗値に対する抵抗変化率を算出した。
【００３７】
次に、前記抵抗変化検査を実施した評価用の配線基板を、配線導体を含む断面で切断し、該切断面をレッドチェック液等の浸透探傷液で処理した後、顕微鏡で目視検査を行い、配線導体周囲の絶縁基体のクラックの有無を確認した。
【００３８】
更に、車載用の電子制御装置等に前記該配線基板が用いられることを想定し、評価用の配線基板に高温設定温度１５０℃、低温設定温度−４０℃の熱衝撃を６サイクル加える熱衝撃試験を行い、前記同様に浸透探傷液で処理して残留する熱応力と熱衝撃の効果により進行した配線基板の絶縁基体表面にクラックが存在するか否かを確認した。
【００３９】
また、前記熱衝撃試験前後の抵抗変化計測用配線の抵抗値も測定し、試験前後の抵抗変化率と、残留する前記熱応力と熱衝撃により進行した絶縁基体の内部及び表面のクラックの有無の関係を確認した。
【００４０】
【表２】
0003810148.tif 000003
【００４１】
表から明らかなように、抵抗変化計測用配線の抵抗値に変化が見られず、絶縁基体のクラックも認められない配線導体の厚さが４５μｍの比較例である試料番号１に対して、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ３の値が８未満の本発明の請求範囲外である試料番号４、７、１６では、絶縁基体にクラックが認められるのに抵抗変化計測用配線の抵抗値に変化が全く認められず、クラックの検出が不能となっている。
【００４２】
それに対して、本発明ではいずれも絶縁基体のクラックに対して抵抗変化計測用配線の抵抗値が１５％以上の変化を示しており、クラックの検出が可能であることが分かる。また、（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ３の値が１０を越える試料番号９、１８では、他の配線密度が小となる傾向が認められるもののクラックの検出は可能である。
【００４３】
尚、本発明は前述の実施例に限定されものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更が可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の配線基板は、５０μｍ以上の厚さを有する配線導体近傍の絶縁基体に、抵抗変化を計測することによりクラックの発生及び進展を検出するための配線を有することから、前記配線基板の配線導体端部近傍の絶縁基体に生じたクラックで、特に絶縁基体表面まで到達していないもので断線を引き起こす可能性のあるクラックの検出を、プルーフ試験や熱衝撃試験などの破壊を伴う検査や、かかる配線基板に生じている残留応力をＸ線応力測定法により測定する非破壊検査等のスクリーニング試験を行うことなく検出することができ、検査工程を簡略化できるため製品のコスト低減が実現でき、信頼性の高い配線基板を供給できるものである。
【００４５】
また、前記配線基板が稼働中、抵抗変化計測用の配線の抵抗値をモニタリングすることにより、リアルタイムで配線基板の不具合を検出することも可能であり、更に必要に応じて抵抗値の変動を安全装置等を始動させるためのデータとして用いることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板を該配線基板に埋設した抵抗計測用配線と厚さが５０μｍ以上の配線導体が重なるように平面視した時の図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面の要部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１      配線基板
２      絶縁基体
３      配線導体
４      抵抗変化計測用の配線
５      最大主応力の方向
Ｌ1     抵抗変化計測用配線の抵抗測定長さ
Ｌ2     配線導体部分の長さ
Ｌ3     抵抗変化計測用配線と配線導体間の最短距離
【図１】
0003810148.tif 000004
【図２】
0003810148.tif 000005