JPS5933996B2 - 未焼結セラミツクの検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の分野 本発明は電子回路チップのために多層セラミック（ＭＬ
Ｃ）支持体に係り、更に具対的に云えば、焼結前に於け
るＭＬＣ積層体、準積層体（ｓｕｂｌａｍｉｎａｔｅｓ
）、及び未焼結材料を検査するための装置に係る。

先行技術 今日、多層セラミック回路モジュールは、電子、産業に
於て大規模集積（ＬＳＩ）回路チップを支持及び相互接
続するために用いられている。

一般に積層化されたＭＬＣ（又は単にＭＬＣ）モジュー
ル又は基板として知られているその様なモジュールの１
つの型は次の様にして形成される。可撓性の未焼結セラ
ミック（グリーン・セラミック）材料のシートが流し込
み成形される。

その未焼結セラミック・シートに開孔部ちバイアと称せ
られる貫通孔が所望のパターンにパンチされる。そのパ
ンチされたシートは、上記バイアをベーストで充填し、
表面上にペースト路即ち導体路を形成し、場合によつて
は表面上にペーストの大きな領域即ちパッドを形成する
所望のパターンが形成される様にスクリーン印刷される
。未焼結のスクリーン印刷されたシート即ち未焼結シー
トは次に光学的に検査され得る。それから、一般的に異
なるパターンにスクリーン印刷されている多数の未焼結
シートが相互に積重ねられそしてブレスされて、積層体
が形成される。それから、その積層体は、導体路、絶縁
層、層相互間の接続、並びに基準及び電力平面の所望の
構造を得るために、炉中で焼成又は焼結される。次に、
焼結された積層体が金属でめつきされそして電気的にテ
ストされる。この時点でピン及びチツブが取付られて、
然るべき位置に配置されたチツブのテストが行われる。
モジユールの配線は、この時点で又は初期の電気的テス
トの後に、表面の導体路をレーザで削除することによつ
て又は超音波接続により取付けられた個別配線を加える
ことによつて変更され得る。この方法については、例え
ば、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉＯｎｓＯｎＣＯｍｐＯ
ｎｅｎｔｓ費ＨｙｂｒｉｄｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕ
ｒｉｒｌｇＴｅｃｈｎＯｌＯｇｙ第ＣＨＭＴ−３巻第１
号、第８９頁乃至第９３頁（１９８０年３月）に於ける
Ｂ，Ｃｌａｒｋ等による″ＩＢＭＭｕｌｔｉｃｈｉｐＭ
ｕｌｔｉｌａｙｅｒＣｅｒａｍｉｃＭＯｄｕｌｅｓｆＯ
ｒＬＳＩＣｈｉｐｓ−ＤｅｓｉｇｎｆＯｒＰｅｒｆＯｒ
ｍａｎｃｅａｎｄＤｅｎｓｉｔｙ″と題する論文、及び
ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉＯｎｓＯｎＣＯｍｐＯｎｅ
ｎｔｓＨｙｂｒｉｄｓ，ａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｌ
ｎｇＴｅｃｈｎＯｌＯＧｙ，第ＣＨＭＴ−３巻、第４号
、第２８３頁乃至第２８５頁（１９８０年１２月）に於
けるＡ，ＢｌＯｄｇｅｔｔ，Ｊｒ．による６ＡＭｕ１ｔ
ｉ１ａｙｅｒＣｅｒａｍｉｃ，Ｍｕ１ｔｉ−ＣｈｉｐＭ
Ｏｄｕｌｅ″と題する論文に、極めて詳細に記載されて
いる。

これらの処理工程が用いられた場合、始めの電気的テス
トは、重要な製造コストが既に費されている時点である
、焼結及びめつきの後に行われる。

焼結後且つめつき前の電気的テストは、コストの点から
は好ましいが、恐らくは金属ペーストの焼成の結果生じ
る表面の性質そして現在のテスト技術に於ける或る種の
欠陥のために、この分野では行われていない。未焼結シ
ートの光学的検査は未焼結シートに於ける欠陥のあるも
のを検出し得るが、例えばペースト中の内部空隙等は検
出され得ない。明らかに、過去に於て、積層体の光学的
テストは内部欠陥を検出し得なかつた。焼結前の電気的
テストも、金属ペーストが未焼成の状態に於ては絶縁体
であると考えられていたために、この分野ではこれ迄行
われていない。しかしながら、驚くべきことに、ＭＬＣ
モジユールの形成に用いられる型の未焼成金属ペースト
は、ＭＬＣモジユールの形成に用いられる型の未焼成セ
ラミツク材料のマトリツクス内で電気的にテストされ得
る様な電気的特性を有していることが発見された。

これ迄、それらの材料の電気的特性は、焼結後でなけれ
ば、実際の電気的テストには適さないと考えられていた
。従つて、未焼結のＭＬＣセラミツク材料を電気的にテ
ストし得ることによつて、望ましい部分積層体の形成及
び電気的テストが容易になつた。これらの発見について
は、既に本出願人により提示されている。未焼結のＭＬ
Ｃ積層体及び部分積層体並びに未焼結シートを電気的に
テストする場合に遭遇する問題の１つは、未焼成の材料
が極めて軟く、容易に損傷されることである。

電子回路又はモジユールに電気的に接触するための従来
の方法は非常にしばしば軟い未焼成の試料に物理的損傷
を与え、従つて電気的テストの結果多くの試料がその製
造工程に於て更に使用され得なくなつた。従つて、その
ために非接触的方法力不出願人により既に提案されてい
る。本発明の要約 本発明は、ＬＳＩチツブのための積層化されたＭＬＣ支
持体を最終的に形成するために一般に用いられる型の金
属ペースト・パターンを含む又は支持している未焼結の
単一層又は多層のセラミツク試料を検査するための装置
を提供する。

未焼結セラミツク試料の比較的大きな表面領域（ペース
ト・パターンの最小部分寸法と比較して大きい）が接触
面に形状が適合する電極で一時的に電気的に接触される
。接触面に形状適合する電極は、その接触面に露出して
いる如何なる金属ペーストにも何ら損傷を与えずにそれ
らに電気的接触を達成する。この電極により、動作モー
ドに応じて、電荷が集められ又は供給される。電極に接
触し、未焼成のセラミツク試料中を経て、電極により接
触されていない表面位置へ延びる金属ペースト路の電気
的接続性は、電荷を他方の表面位置に供給しそして電極
により集められた電荷をそれに関連づけることによつて
、又は電極により電荷を該電極に接触するすべてのペー
スト路に供給しそして他方の表面位置に於ける電荷の存
在を検出することによつてテストされる。その様な他方
の表面位置に電荷を供給するための又はその様な他方の
表面位置に於て電荷を検出するための好ましい方法は、
電子プローブ・ビームを用いる方法である。接触面に順
応する電極の種々の実施例が本明細書に示されている。
本発明の実施例 第１図に於て、未焼結の多層セラミツク積層体又は部分
積層体試料の典型的構造体が、該試料を電気的にテスト
するための装置とともに示されている。

多層セラミツク試料１０は典型的には、積層化された未
焼結のセラミツク基体２０内にペースト路１２，１４，
１６及び１８を有している。基体２０内の垂直方向のペ
ースト路又はペースト路の部分は個々の未焼結シート中
の貫通孔が相互に整合されたときに形成され、水平方向
のペースト路又はペースト路の部分は未焼結シートに於
けるペースト路から形成されている。ペースト路１２，
１４，１６及び１８は理想的には、製造中に焼結されて
電気的導体路を形成する金属ペースト材料で完全に充填
されている。その金属ペーストは典型的には、セラミツ
ク基体２０の表面と完全に同一の表面を形成しない。従
つて、或るぺースト２２は典型的にセラミツク基体表面
よ９も低い表面を有し、他のペースト２４はセラミツク
基体表面よりも高い表面を有している。或る場合には、
ペースト２６の如く、セラミツク基体表面よりも一部は
低くそして他の一部は高い表面を有している。未焼結シ
ートに金属ペーストを付着するためのスクリーン印刷方
法によリ、ペーストは典型的には一方の側（この場合に
は、上側）に於てセラミツク表面よリも高くそして他方
の側（この場合には、下側）に於てセラミツク表面と同
平面になる。典型的には、ペースト路は或る主表面から
他の表面へ延び（ペースト路１２及び１４）、又或る主
表面からセラミツク基体中を経て同一の主表面へ戻る（
ペースト路１６及び１８）。多層セラミツク試料に於て
生じる典型的内部欠陥はペースト路２４中に示されてい
る如き空隙である。充分に大きな空隙は焼成後に破壊さ
れた電気的導体路を生ぜしめる。もう１つの典型的内部
欠陥は、ペースト路が誤つて他のペースト路に接続され
た場合であジ、これは焼成後・に２つの電気的導体路間
に短絡を生ぜしめる。それらの内部欠陥に加えて、更に
表面欠陥が単一層又は多層のセラミツク試料に存在し得
る。それらは、試料が他の試料と積層化されて、よ９多
数の層を有する試料が形成されたときに、内部欠陥とな
る。その様な表面欠陥の１例は、完全に充填されていな
い貫通孔（バイア）であジ、充填されなかつた空間はそ
の試料が他の試料と積層化されたときに内部空隙（ＶＯ
ｉｄ）となる。又、貫通孔は過度に充填されることもあ
り、その場合にはその試料が他の試料と積層化されたと
きに、余分のペーストが接続を予定していない２つのペ
ースト路を接続し得る。表面欠陥のもう１つの例は、表
面のペースト路に於ける破壊である。これらの欠陥を検
出し得ることが望ましく、その様な欠陥は、本発明に従
つて未焼成の単一層又は多層のセラミツク試料を損傷さ
せずに接触面に形状力顧応し得る広領域を有する少くと
も１つの電気的接触を用いて、ペースト路の導電率を電
気的にテストすることによつて少くとも部分的に検出さ
れ得る。第１図に示されている接触面に順応し得る電極
３０は、相互に実質的に平行に配向され且つ相互に並ん
で接触している導電性繊維３４の配列体を支持する、硬
いそして好ましくは導電性のプレート３２を含む。

導電性繊維３４は、好ましくは導電性の接着剤３６によ
り、その配向に保持されている。その接着剤は又上記繊
維の配列体をプレート３２に接着させてもよく又はさせ
なくともよい。電極３０の導電性繊維３４への電気的接
続は、好ましくはプレート３２への電気的接触によリ、
リード線３８を経て行われる。又は、繊維配列体への或
は導電性である場合には接着剤３６へのリード線３８に
よる直接的な電気的接触も可能である。プレート３２を
介しての繊維配列体への間接的な電気的接続の場合には
、プレート３２が導電性でぁリそして好ましくは接着剤
３６も導電性であることが必要である。導電性の接着剤
は一般に容易に入手され得る。繊維３４は、典型的には
未焼結の単一層又は多層のセラミツク試料の如き不規則
な接触面にその配列体の上面を順応させる様に個々に湾
曲するために充分な可撓性を有している。

繊維配列体の弾性に関連する試料の重量に応じて、接触
面に順応した接触が、試料上に動く重力によつて自動的
に生ぜしめられ得る。接触面に順応する接触を達成する
ために、必要であれば、更に力が任意の簡便な方法で加
えられてもよい。第１図に示されている如き試験的電極
構造体３０は実際には以下に示す如く形成された。

市販のカーボン繊維布が、繊維が各条片を横断する様に
配向されている、約５００個の実質的に同一の細い条片
（約９ｍｍ×６０ｍｍ）に切断され、それらの条片がフ
レーム中に横に並べて積重ねられ、密着する様に相互に
押し付けられ、そして該配列体の一方の側に於て銀ペー
ストによリ接着された。その接着された構造体には、１
ｍｍ当リ約１０個の条片が存在した。それから、条片中
の縦方向のカーボン繊維がピンセツトを用いて除かれ、
接着されていない側が通常の電気シエーバを用いてより
平坦にされた。その結果得られた構造体は、ベルベツト
の布に極めて似ている、接触面に順応する表面を有した
。カーボン繊維又は同種のものからベルベツト状表面を
形成するための他の方法も用いられ得ることは明らかで
ある。カーボン繊維が好ましいが、任意の細い、可撓性
の導電性繊維が用いられ得る。形成されたベルベツト状
電極が硬い金属プレート上に配置されそして未焼成の多
層セラミツク試料がその上に配置された。

その試料の重量は、上記電極が該電極に接触する底面領
域に露出されているすべてのペースト路との間に共通の
電気的接触を形成するために充分であり、未焼成の金属
ペースト又はセラミツクに何ら損傷は生じなかつた。第
１図は、接触面に順応する広領域の電気的接触を用いて
未焼結のセラミツク試料を電気的にテストするための１
つの装置を示している。制御装置４０はリード線３８を
経て電極３０に電気的信号を供給する。リード線３８の
電圧レベルが制御されてもよく、電極３０へ或は電極３
０から流れる電流が制御されてもよく、又は電極３０か
ら供給又は取出される電荷が制御されてもよい。いずれ
の場合も、電荷はセラミツク基体２０中のペーストで充
填されたペースト路を経て流れて、接続されたペースト
路の他端に於けるペーストの電圧レベルを変化させる。
図に於て、電極３０から遠方のペースト路１２及び１８
の端部は電圧レベルの変化を生ずる。ペースト路１４の
遠方の端部はそのペースト路を経て流れる電荷が空隙２
８により阻止される（又は、少くとも妨げられる）ため
に、同一の変化を生じない。それから、ペースト路１２
，１４及び１６の遠方の端部に於ける電圧レベルが走査
電子プローブ、ビーム４２を用いて検出される。プロー
ブ・ビーム４２は、ラスタ走査モード又はベクトル走査
モードで走査され得る従来のＳＥＭ型電子プローブ・ビ
ームである。

ＳＥＭ型電子プローブ・ビームの構成は周知であ９、本
明細書に於ては詳述しない。電子ビームを照射された表
面の電圧レベルは表面から放出される二次電子のエネル
ギに影響を与える。

この現象については、例えば前述の本出願人による提案
に極めて詳細に述べられている。適当な検出装置４４が
、ペースト路１２の遠方の端部に於て予測され得る如き
変化した電圧状態に対応するエネルギを有する二次電子
とペースト路１４の遠方の端部に於て予測される変化し
ていない電圧状態に対応するエネルギを有する二次電子
４６とを識別して、信号４８を生じる。この種の二次電
子検出装置は容易に入手可能であジ、当分野に於て周知
であるので、本明細書に於ては詳述しない。信号４８は
表示装置５０上に表示される。

制御装置４０は線５２を経て電子プローブ・ビームの位
置を制御し、線５４を経て表示装置をそれと同期化させ
る。表示装置５０は、ＣＲＴの如き２次元の映像表示装
置であることが好ましい。しかしながら、他の表示装置
も月いられ得る。又、信号４８は、上記表示装置に加え
て又はその代りに、第２，１図に示されている如きデー
タ処理装置９６に送られてもよい。第２，１図は、接触
面に順応し得る異なる電極を用いた異なるテスト装置を
示している。

Ｍｙｌａｒ（商品名）又は他の同様なブラスチツクよリ
成る薄い可撓性のシート６０はその上面に付着された導
電性の膜６２を支持しており、又開孔６６を有する平坦
なプレート６４上に坦持されている。

プレート６４は、取付板７０によ９限定される一定の体
積で包囲された空胴６８上に配置される。プレート６４
及び取付体７０は開孔６６を除き空胴６８を完全に包囲
している。シート６０はすべての開孔６６を完全に覆つ
ており、取付体７０の上部周辺部に封止されていて、真
空の密封状態が達成され得る。空胴６８は排気口７２を
経て所定の部分的大気圧に排気されて、封止部材７４に
より封止される。未焼結シート７６が、導電性の膜６２
と接触しているシート６０上に配置され、そして取付体
７０から未焼結シート中にパンチされた開孔を貫通して
延びる整合ピン７８によつて正確に位置付けられる。

フレーム８０は未焼結シートの周辺部を可捺囲の導電性
の膜に対して保持するための重しとして働く。上記組立
体が電子ビーム装置の真空チエンバ８２中に配置されて
該チエンバが排気されたとき、空胴６８中の部分的大気
圧は可撓性のシート６０を未焼結シート７６の下側に対
して均一に押し付けて未焼結シートの不規則な表面に順
応させる。

可撓性のシート６０は、電気的テスト中に未焼結シート
７６を包囲する真空チエンバ中のガス圧よリも高い空胴
６８中のガス圧によつて、未焼結シートに順応して接触
している状態に保持される。従つて、可撓性のシート６
０上の導電性の膜６２は未焼結シート７６の下側に露出
されているすべての金属ペーストに、何ら損傷を与える
ことなく電気的に接触する。第２，２図は第２，１図に
示されている未焼結シート７６並びに可撓性のシート６
０及びプレート６４を拡大して示している。

未焼結シート７６は、ペーストが貫通孔中に過度に押し
込まれて未焼結シートの底面がら突出しているペースト
路８３、及びペーストが貫通孔中に充分に押し込まれず
に完全に充填されていないペースト路８４を有している
。それらのペースト路は、積層化中に未焼結シートが相
互に押し付けられるので、実際に於て有害なペースト路
ではない。更に、積重ねられた未焼結シートの下の未焼
結シートのペースト路６３は、典型的にそうである様に
、それらのぺースト路の上部に示されている如きペース
ト突出部６１を恐らくその上部に有している。図に示さ
れている如く、可撓性のシート６０は、導電性の膜６２
がペースト路８３及び８４の両方に接触する様に、その
様な小さな不規則部分に順応する。再び第２，１図に於
て、電子ビーム源８６は電子ビーム４２を発生し、電子
ビーム４２はブランキング手段９０によつてブランキン
グ又はターン・オフされる。電子ビーム４２は１つ又は
それ以上の焦結コイル９２によつて焦結されそじて偏向
コイル９４によつて２次元に偏向され得る。データ処理
装置９６は、例えば、未焼結シート７６のための正しい
電気的テスト・パターンの表示を含み得る。処理装置９
６から線１００を経て電子ビーム制御装置９８へ供給さ
れた信号は、制御装置９８に未焼結シートを所望のパタ
ーンで走査する様に指示し、これは制御装置９８により
各々線１０２及び１０４上のブランキング信号及び偏向
信号によつて達成される。処理装置９６が制御装置９８
のための同期化信号を発生してもよいが、図に示されて
いる装置に於ては、制御装置９８が同期化信号を発生し
てそれらを線１０６を経て処理装置９６に供給している
。同期化信号（又は、ベクトル走査モードが用いられる
場合には、Ｘ一Ｙ位置決め信号）は又、線１１０を経て
表示装置１０８にも供給される。線１１２は導電性の膜
６２と電気的に接触しており、信号を接触面に順応し得
る電極８８から表示装置１０８及び処理装置９６へ供給
する。適当なエネルギの電子ビームがペースト路の上部
の如き表面を照射すると、その表面は帯電される。

実質的な空隙を有していないペースト路（及びすべての
一般的導電性ペースト路）は電荷をペースト路の遠方の
端部に移動させる。その遠方の端部が接触面に順応し得
る電極と電気的に接触していれば、その電荷は該電極に
より信号として集められる。信号が、電荷信号、電流信
号（実際には、電荷の流量）、又は電圧信号（実際には
、電荷の蓄積）の形であ９得ることは明らかである。本
明細書の説明に於て、電荷が供給又は検出されるという
ことは、それが電圧又は電流を供給又は検出することに
よつて行われ得ることを云う。又電荷なる用語は正及び
負の電荷を云う。電極により集められた電荷信号又はパ
ターンは電子ビーム走査と同期して表示されそして／又
は欠陥を自動的に検出するために処理装置９６に於て正
しい信号又はパターンと比較され得る。第３図は、接触
面に順応し得る、更にもう１つの電極１１３を示してい
る。

軟い海綿状材料１１４が、電荷を供給し又は集め得る線
１１８に電気的接続を有する導電性の膜１１６を支持し
ている。未焼成のセラミツク試料１０が電極１１３上に
担持されている。海綿状材料１１４は、試料１０上に働
く下向きの力（例えば、重力の働きによつて生じる）に
逆つて導電性の膜１１６上に働く均一に分配された上向
きの力を与え、膜１１６を試料１０の底面に順応させて
、該試料に電気的に接触させる。第３図は更に、電極が
順応して接触している同一表面の他の一部に遠方の端部
を有しているペースト路に電荷を供給し又はその電荷状
態を感知している電子ビーム１２０を示している。２つ
の電子ビームを同時に用いることも出来、又所望の電気
的テストの種類、性質及び複雑さに応じて、接触面に順
応し得る１つ以上の電極を用いることも出来ることは明
らかである。

接触面に順応し得る電極に関連して用いられる電気的テ
スト方法又は動作モードは本発明の要旨を成すものでは
なく、本明細書に於ては詳述しない。その様な方法及び
動作モードについては、前述の本出願人による提案及び
従来技術に於て詳述されている。第４図は、接触面に順
応し得る更に他の電極を示している。この実施例に於て
は、接触面に順応し得る電極は、線１２４によ９電気的
接触が達成される、導電性エラストマ１２２のプロツク
又はプレートから成る。本発明の要旨及び範囲を逸脱す
ることなく多くの変更が成され得ることは当業者に明ら
かでぁる。

例えば、上述の接触面に順応し得る電極はすべて電荷を
供給する電極としても又は電荷を集める電極としても用
いられ、又未焼結シート又は未焼結シートの積層化され
た組立体或は部分組立体とともに用いられ得ることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は接触面に順応し得る１つの型の電極を用いて金
属ペースト路を含む未焼結のセラミツク試料を電気的に
テストするための装置を１つの動作モードに於て示す図
であり、第２，１図及び第２，２図は接触面に順応し得
る他の型の電極を用いて金属ペースト路を含む未焼結の
セラミツク試料を電気的にテストするための他の装置を
他の動作モードに於て示す図であリ、第３図は接触面に
順応し得る更に他の型の電極を電気的テストの変形とと
もに示す図であリ、第４図は接触面に順応し得る更にも
う１つの型の電極を示す図である。 １０・・・多層セラミツク試料、１２，１４，１６１８
，６３，８３，８４・・・ペースト路、２０・・・セラ
ミツク基体、２８・・・空隙、３０，８８，１１３・・
・接触面に順応し得る電極、３２，６４・・・プレート
、３４・・・導電性繊維、３６・・接着剤、３８・・・
リード線、４２，１２０・・・電子ビーム、４６・・・
二次電子、６０・・・可撓性のシート、６１・・・ペー
スト突出部、６２，１１６・・・導電性の膜、６６・・
・開孔、６８・・・空胴、７０・・・取付体、７４・・
・封止部材、７６・・・未焼結シート、７８・・・整合
ピン、８０・・・フレーム、８２・・・真空チエンバ、
８６・・・電子ビーム源、９０・・・ブランキング手段
、９２・・・焦結コイル９４・・・偏向コイル、１１４
・・・海綿状材料、１２２・・・導電性エラストマのプ
ロツク又はプレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ペースト路及びバイアを含む未焼結の単一層又は多
   層のセラミックの相対的に大きな表面領域に一時的に電
   気的に接触するための広い接触面に形状が適合する電極
   であつて、上記表面領域に露出されている任意のペース
   トに対して、損傷を与える事なく、均一な共通の電気的
   接触を形成しうる様構成された電極を用いることを特徴
   とする、未焼結セラミックの検査装置。 ２ 接触面に形状適合する電極が導電性エラストマより
   成ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の
   装置。 ３ 接触面に形状適合する電極が少くとも一方の側に於
   て導電性である可撓性のシートより成ることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第２項に記載の装置。