JP3971627B2

JP3971627B2 - 中間層回路の特性評価方法

Info

Publication number: JP3971627B2
Application number: JP2002049263A
Authority: JP
Inventors: 茂典中塚; 晃井上; 健一郎長明
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003249766A; US6859990B2; US20030162310A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック多層基板の配線パターンの評価に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のセラミック多層基板５０の構成を示す斜視図である。セラミック多層基板５０は、下から順に第３層５３、第２層５２、第１層５１と積層され、最後にキャップ５５が付けられる。図には、キャップ５５を付ける前の最上層（第１層）５１の構成が示されている。第１層５１は、上面配線およびチップ部品５４が配されている。第２層５２および第３層５３についても同様である。
【０００３】
図６は、各層に垂直な方向で切断したセラミック多層基板５０の断面図である。第１層５１（図５）の配線６４、第２層５２（図５）の配線６５、第３層５３（図５）の内部配線６６は、それぞれ、電源回路、ＲＦ配線、回路間の接続配線等の回路配線である。第１層５１（図５）の電源回路は、例えば、抵抗Ｒ、容量Ｃ、インピーダンスＬ等のチップ部品を用いて構成されている。各層の配線の電気的な接続は、バイアホール（例えば、バイアホール６８）により確保される。
【０００４】
セラミック多層基板５０の中央部には、半導体素子６１が配置されるように予め穴が設けられている。より詳しくは、半導体素子６１の形状、バイアホールの位置等の物理的な条件は各層ごとに異なるので、セラミック多層基板５０の組み立てに際しては、予め所定の穴をあけておく必要がある。このため、焼き入れにより硬質化する前に、セラミックの粘土状材料で配線を挟み込み、中央部の穴、バイアホール等を形成しておく。焼き入れにより、形成された各セラミック層が形成できる。各セラミック層が積層されると、穴に配置された半導体素子６１は、ワイヤ６２により所定の層（例えば、第２層５２（図５）の配線６５）に接続される。
【０００５】
第３層５３（図５）の外部に露出された面、すなわち、キャップ５５と反対側の面には、配線６７および端子６９が設けられている。配線６７は、セラミック多層基板５０が接地を確保するための接地配線６７である。端子６９は、セラミック多層基板５０と外部との電気的接続を確保する、例えば、電力を出力する端子６９である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
セラミック多層基板５０では、最上層の配線６４からしか配線を検査できないため、中間層配線の特性を直接確認できず、また回路相互の影響を評価することもできない。その理由は、以下のとおりである。第１に、セラミック多層基板５０では、焼き入れ後の硬質化した中間層まで穴を空け、中間層上の配線を切断することなく加工することは困難である。第２に、配線の検査は、プローブ針を配線に接触させて行われるところ、最上層の配線６４からでは測定誤差が大きくなり、またＳパラメータを計れないため、モジュールの状態で専用基板にボンディングしてからでなければ、評価できない。さらに、最上層の配線６４からでは、直流的な特性の評価しか行うことができない。
【０００７】
本発明の目的は、セラミック多層基板の中間層の回路特性を直接評価できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法は、複数の基板を積層した多層基板の、最上層と最下層の間に位置する中間層に設けられた中間層回路の特性を評価する方法であって、
前記中間層回路は、配線と、前記配線の近傍に形成され、接地電位を保持する接地パッドとを有しており、
前記上層基板には、所定の回路が設けられており、前記所定の回路は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の前記領域を避けて配置されており、
評価方法は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の領域を、レーザを照射して所定の厚さに削るステップと、
前記所定の厚さに削られた上層基板を硬質の研磨具を用いて研磨し、前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方を露出させるステップと、
露出した前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方に、プローブ針を接触させて前記中間層回路の特性を評価するステップと、
前記露出させるステップにより露出した前記配線および前記接地パッドを、回路素子を用いて電気的に接続するステップと、を含む。
【０００９】
また本発明による方法は、複数の基板を積層した多層基板の、最上層と最下層の間に位置する中間層に設けられた中間層回路の特性を評価する方法であって、
前記中間層回路は、配線と、前記配線の近傍に形成され、接地電位を保持する接地パッドとを有しており、前記配線は、互いに絶縁された２本の配線要素を含み、
前記上層基板には、所定の回路が設けられており、前記所定の回路は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の前記領域を避けて配置されており、
評価方法は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の領域を、レーザを照射して所定の厚さに削るステップと、
前記所定の厚さに削られた上層基板を硬質の研磨具を用いて研磨し、前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方を露出させるステップと、
露出した前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方に、プローブ針を接触させて前記中間層回路の特性を評価するステップと、
前記露出させるステップにより露出した前記２本の配線要素を、回路素子を用いて電気的に接続するステップと、を含む。
【００１０】
前記多層基板は、セラミック多層基板であってもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明によるセラミック多層基板１０の構成を示す斜視図である。セラミック多層基板１０は、内部に設けられる半導体素子（図示せず）の動作に応じて、所定の機能、例えば、外部に供給する電力を制御するパワーモジュールとしての機能を実現する。
【００１５】
図に示すセラミック多層基板１０は、３層から構成されている。図の最上層には、セラミック多層基板１０を接地するための接地メタル配線１７が設けられている。なお、最上層には、接地メタル配線１７以外の配線、端子、素子等が設けられてもよく、また、最下層にも、必要な配線、端子、素子等が設けられてもよいが、図では特に明示しない。
【００１６】
最上層と最下層の間に位置する中間層１１には、信号配線１５と、信号配線１５の両側に接地パッド１２、１３、１４とが設けられている。続いて図２は、中間層１１の具体的な構成を示す斜視図である。信号配線１５−１、１５−２は、形成された回路の信号を伝送できる導体、例えば、アルミで形成された幅約１００μｍの配線である。複数の接地パッド１２、１３、１４は、信号配線１５と同様、アルミで形成された、約１００μｍ角の端子である。各接地パッドは、バイアホール（図示せず）により下層の接地配線（図示せず）と接続され、接地電位を維持している。図から明らかなように、接地パッド１２および１３は、中間層１１中央部の途中で切れた配線近傍に設けられている。また接地パッド１４は、信号配線１５の基板端部に設けられている。信号配線１５−１、１５−２は、領域２１に示すように、電気的には接続していないとする。
【００１７】
以下、本発明の主要な特徴を説明する。本発明は、セラミック基板が積層されたセラミック多層基板の中間層を検査する処理に関している。本実施の形態では、セラミック多層基板の中間層１１の上層に位置する基板（以下、「上層基板」という）に穴を空け、その穴から、中間層１１を検査する。そのため、中間層１１には、検査に必要となる接地パッドを設けている。また、中間層１１の上層基板に穴を空けることから、上層基板では、穴が空く領域を避けて、信号配線およびチップ部品等の回路要素が配置される。従来のセラミック多層基板５０（図５、図６）では、従来のセラミック多層基板の中間層（図５の中間層５２）は直接検査できなかったので、当然に接地パッドは存在しない。また、中間層の上層基板には穴を空けないため、回路要素の配置の観点からは、中間層基板と上層基板とは、無関係に設計されている。
【００１８】
中間層を検査の対象とした理由を説明する。配線が回路を構成する素子と接続された場合、インピーダンスがどの程度ずれるかが問題となる。インピーダンスによっては、発振する周波数が存在するからである。モジュール等のＲＦ端子は、動作時に、例えば、５０Ω近傍になるように設計される。この「５０Ω」は、インピーダンスを表すスミスチャート図の中心を意味する。ところが、シミュレーションにより、素子と配線とを接続し、インピーダンスが５０Ωになるように配線を設計しても、実際に回路を作製すると、インピーダンスがずれていることが多い。このずれは、特に中間層において大きい。よって、本発明では、中間層を検査の対象とした。
【００１９】
図３は、本実施の形態による中間層の検査手法を示す図である。より具体的には、（ａ）は、レーザ３１により穴を空ける工程を示す図である。（ｂ）は、ダイヤモンドバー３２により配線１５を削り出す工程を示す図である。（ｃ）は、プローブ針を当てて検査を行う工程を示す図である。まず（ａ）を参照して、エキシマレーザ３１を、中間層１１の接地パッドの上方、または、領域２１（図２）の上方に位置する上層基板の領域に照射し、中間層１１の信号配線１５の直前まで、上層の基板を削る。ここで、「直前まで」とは、中間層１１の信号配線１５が薄く見える程度の厚さまで、という意味である（例えば、０．５ｍｍ）。先に述べたように、レーザを照射する当該領域には、信号配線およびチップ部品等の回路要素は存在しないように設計されている。エキシマレーザ３１を利用したのは、熱による基板への悪影響をなくすことができ、また、微細な加工ができるからである。より具体的には、上層基板のチップ部品、他の信号配線を損傷しないように加工できるからである。
【００２０】
次に図３の（ｂ）を参照して、エキシマレーザ３１で削った中間層１１に対し、次に、硬質の研磨具である、先端にダイヤモンドが設けられたダイヤモンドバー３２を使って、中間層１１の接地パッド、または、信号配線１５が現れるまで上層基板を研磨して、穴を空ける。すなわち、上層基板をさらに削って、穴を空ける。例えば、プローブ針の針先の幅が２５０μｍとすると、約４００μｍ角、または、直径約４００μｍの穴を空ければよい。図３の（ｃ）には、このようにして空けられた穴３３が示されている。例えば、接地パッド１４、および、パッド間に存在する信号配線１５が露出していることが理解される。図に示すように、穴は、同時に、または順に、複数空けることができる。エキシマレーザ３１だけでなく、ダイヤモンドバー３２をも使って上層基板に穴を空けるので、確実に微細加工でき、よって、中間層１１の信号配線１５の断線を招くこともなくなる。
【００２１】
以上のようにして上層基板に空けた穴を通して、プローブ針３４を、接地パッド１２〜１４、および／または、信号配線１５に接触させることで、接地パッド１２〜１４、信号配線１５、および、回路間の特性等をマイクロ波等を用いて検査できる。なお、図では、プローブ針３４は、先端が細くなった棒状体で描かれているが、周知のプローブ針は、その先端に、所定の間隔をおいて１列に並んだ３本の針を有している。このうち、両端は接地用針であり、中央は検査対象の配線に接触させる配線用針である。周知のプローブ針はこのように構成されているので、上述したように、接地パッドを信号配線１５の両側に設けることが必要である。この結果、信号配線１５の特性（例えば、Ｓパラメータ）、半導体素子の配線による影響を評価できる。
【００２２】
評価の手順を例示すると、まずプローブ針を２本準備し、各プローブ針を、Ｓパラメータ測定装置であるネットワークアナライザの２つのＲＦ接続端子に接続する。そして、接続したプローブ針のうち、中央の配線用針を配線に接触させ、両端の接地用針を配線両側の接地パッドに接触させる。そして、ネットワークアナライザから広域周波数の信号を流し、Ｓパラメータ特性等を測定する。
【００２３】
ここで、「Ｓパラメータ」とは、高周波領域の回路の特性を評価するパラメータである。通常、高周波では、低周波のように電圧や電流を測定することは、非常に困難である。例えば、電圧測定のためにプローブ等を配線に接触させると、そのプローブがスタブのように機能し、回路構成が変化する。また接触させなくても、配線パターン周囲の電磁界を乱すような物を近づければ、回路本来の特性を乱してしまう。高周波領域でも安定して正確に測定可能な量は電力であるため、回路に入力される電力と、出力される電力とを関係付けられれば、高周波でも回路網をブラックボックスとして扱うことができる。そこで、回路の各端子対（ポート）から入出力される電力に関係する波の大きさと位相によって、回路の特性を規定した散乱行列（Ｓマトリクス；Scattering matrix）を求めることが有用である。そして、Ｓマトリクスの各要素が、ここでいうＳパラメータである。Ｓパラメータを用いて所定の回路を作製し、回路を構成する素子の特性が最適になるように調整することができる。
【００２４】
中間層１１の信号配線１５の特性を評価した後は、上層基板に穴が空けられたセラミック多層基板１０に新たに回路を形成できる。図４の（ａ）および（ｂ）は、中間層１１に形成可能な回路を説明する模式図である。（ａ）を参照して、信号配線１５−１および１５−２は、領域２１において切断されているため、電気的な導通は存在しない。すなわち、信号配線１５−１および１５−２は、絶縁されている。しかし、信号配線１５−１および１５−２の両方に接続するように、領域２１上に、無抵抗の０Ωチップ４１、または、抵抗Ｒ、容量Ｃ、インピーダンスＬ等のチップ部品を設ける。これにより、信号配線１５−１および１５−２を、１本の信号配線として機能させることができる。一方、（ｂ）を参照すると、切断されていない信号配線１５と、接地パッド１２とを接続することもできる。すなわち、信号配線１５および接地パッド１２の両方に接続するように、領域４３上に、無抵抗のチップ４２、または、Ｃ・Ｒ・Ｌチップを設ければよい。なお、（ａ）に示す例では、接地パッド１２と信号配線１５−１とをチップ４１で接続してもよい。このように、中間層１１の信号配線の近傍に接地パッドを設けることにより、新たなチップ等を配置し、回路を形成できる。例えば、発振対策部品、インピーダンス調整用部品等を追加できるようになるので、評価により得られた特性をさらに良好にすることもできる。
【００２５】
以上のように、中間層配線の評価が終了し、さらに、必要であれば上述の手法により新たな回路を形成した後は、セラミック多層基板にキャップを被せて半導体モジュールが完成する。キャップは、従来と同様、図５、６で示すキャップ５５を利用できる。
【００２６】
【発明の効果】
レーザおよび硬質の研磨具を用いて上層基板を削り、中間層まで穴を空けるので、中間層の配線、パッド等を傷つけることなく露出させることができる。さらに穴を通して、露出した中間層の配線等に、評価用のプローブ針を直接接触させることができるので、確実かつ容易に回路特性を評価できる。
【００２７】
上層基板の回路は、中間層の接地パッドの上方に位置する上層基板の領域を避けて配置されている。すなわち、レーザが照射される上層基板の領域には、回路が配置されていない。これにより、上層基板の回路要素を損傷することなく、中間層まで穴を空けることができる。
【００２８】
露出した配線および接地パッド、または、露出した２本の配線要素を、回路素子を用いて電気的に接続することにより、例えば、中間層回路を調整した新たな回路を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセラミック多層基板の構成を示す斜視図である。
【図２】中間層の具体的な構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、レーザにより穴を空ける工程を示す図である。（ｂ）は、ダイヤモンドバーにより配線を削り出す工程を示す図である。（ｃ）は、プローブ針を当てて検査を行う工程を示す図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、中間層に形成可能な回路を説明する模式図である。
【図５】従来のセラミック多層基板の構成を示す斜視図である。
【図６】各層に垂直な方向で切断したセラミック多層基板の断面図である。
【符号の説明】
１０セラミック多層基板、１１中間層、１２〜１４接地パッド、１５信号配線、１６バイアホール、１７接地メタル配線、３１エキシマレーザ、３２ダイヤモンドバー、３３穴、３４プローブ針

Claims

複数の基板を積層した多層基板の、最上層と最下層の間に位置する中間層に設けられた中間層回路の特性を評価する方法であって、
前記中間層回路は、配線と、前記配線の近傍に形成され、接地電位を保持する接地パッドとを有しており、
前記上層基板には、所定の回路が設けられており、前記所定の回路は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の前記領域を避けて配置されており、
評価方法は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の領域を、レーザを照射して所定の厚さに削るステップと、
前記所定の厚さに削られた上層基板を硬質の研磨具を用いて研磨し、前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方を露出させるステップと、
露出した前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方に、プローブ針を接触させて前記中間層回路の特性を評価するステップと、
前記露出させるステップにより露出した前記配線および前記接地パッドを、回路素子を用いて電気的に接続するステップと、
を含む、評価方法。
複数の基板を積層した多層基板の、最上層と最下層の間に位置する中間層に設けられた中間層回路の特性を評価する方法であって、
前記中間層回路は、配線と、前記配線の近傍に形成され、接地電位を保持する接地パッドとを有しており、前記配線は、互いに絶縁された２本の配線要素を含み、
前記上層基板には、所定の回路が設けられており、前記所定の回路は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の前記領域を避けて配置されており、
評価方法は、中間層の前記接地パッドの上方に位置する上層基板の領域を、レーザを照射して所定の厚さに削るステップと、
前記所定の厚さに削られた上層基板を硬質の研磨具を用いて研磨し、前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方を露出させるステップと、
露出した前記配線および前記接地パッドの少なくとも一方に、プローブ針を接触させて前記中間層回路の特性を評価するステップと、
前記露出させるステップにより露出した前記２本の配線要素を、回路素子を用いて電気的に接続するステップと、
を含む、評価方法。
前記多層基板はセラミック多層基板である、請求項１または２記載の評価方法。