JPH1126942A

JPH1126942A - 多層配線基板

Info

Publication number: JPH1126942A
Application number: JP9173837A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sasaki; 康博佐々木; Shinya Terao; 慎也寺尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁基体に厚い低抵抗配線導体を設けても、絶
縁基体のクラックや、その進展による他の配線導体の断
線等がなく、低抵抗配線導体が絶縁基体から剥離してそ
れに接続された他の配線導体を断線したりせず、配線導
体の低抵抗化を実現して大電流化に適応した信頼性の高
い多層配線基板を得る。【解決手段】複数の絶縁層２から成る絶縁基体３と一体
化した５０μｍ以上の厚さ５を有する低抵抗配線導体６
が、低抵抗配線導体６を同一層内に有する絶縁層２と低
抵抗配線導体６との境界に０．０１〜０．５ｍｍの間隙
４を有するようにして多層配線基板１を形成する。

Description

【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で、大電流を流すことが可能な低
抵抗配線導体を有する多層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多層配線基板は、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（Ｍ
ｎ）等の高融点金属から成る複数の配線導体を配設する
と共に、各配線導体を絶縁基体内に設けた前記同様の高
融点金属から成るビア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多層配線
基板は、例えば半導体素子収納用パッケージに適用した
場合には、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
ると共に、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していた。

【０００４】かかる半導体装置は、その絶縁基体に設け
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、該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、前記従来の多層配線基板
は、配線導体及びビア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を小さくして、例えば２５〜６
０Ａもの大電流を流せることが要求されるような多層配
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、例えば、車載環境のような厳しい環境下で
使用される各種制御機器等をはじめとする用途には適用
できなかった。

【０００６】従って、前述のような多層配線基板におけ
る配線導体の抵抗値を低減して大電流を流せるようにす
るために、多層配線基板を構成する絶縁基体に銅（Ｃ
ｕ）の厚膜や無電解メッキにより配線導体を形成するこ
とが行われていた。

【０００７】しかし、かかる配線導体では、配線の高密
度化のために配線パターンの線幅が多層配線基板の面積
により制限され、一定以上に幅広く形成することができ
ず、しかも、前記配線導体の形成方法では後の工程に悪
影響を及ぼさず短時間に低コストで充分な厚さの配線導
体を得ることが困難であり、前記低抵抗化を満足するも
のではなかった。

【０００８】そこで、配線導体の抵抗値を低減して大電
流を流せるようにするために、多層配線基板を構成する
絶縁基体に配線用空間部や溝を形成し、該配線用空間部
や溝に電気抵抗値の低い銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）等の低
融点金属から成る配線導体材料を厚く充填して低抵抗配
線導体としたものが提案されている（特開平５−２１６
３５号公報、特開昭６３―１９４号公報参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記低
抵抗配線導体を、例えば５０μｍ以上に厚く形成する
と、該低抵抗配線導体と絶縁基体との熱膨張差に起因す
る熱応力が多層配線基板内に残留し、特に、低抵抗配線
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配線導体を断線した
り、前記絶縁基体の配線用空間部や溝に充填して形成し
た低抵抗配線導体が、該配線用空間部や溝から剥離して
低抵抗配線導体に接続された他の配線導体と断線する恐
れがある等の課題があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、前記課題を解消せんとして成
されたもので、その目的は絶縁基体に５０μｍ以上の厚
さを有する低抵抗配線導体を設けても、該低抵抗配線導
体との熱膨張差による絶縁基体のクラックや、該クラッ
クの進展による他の配線導体の断線等が発生せず、更
に、低抵抗配線導体が絶縁基体の配線用空間部や溝から
剥離せず、従って低抵抗配線導体に接続された他の配線
導体を断線したりすることがなく、配線導体の低抵抗化
を実現して大電流を流すことが可能な、信頼性の高い低
抵抗配線導体を有する多層配線基板を提供することにあ
る。

【００１１】

【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、低抵抗配線導体を
複数の絶縁層から成る絶縁基体と一体化した多層配線基
板において、厚さが５０μｍ以上と成る低抵抗配線導体
と該低抵抗配線導体を同一層内に有する絶縁層との界面
に間隙を設けることにより、絶縁基体のクラックや低抵
抗配線導体の剥離等、前記課題が解消できることを知見
し、本発明に至った。

【００１２】即ち、本発明の多層配線基板は、複数の絶
縁層から成る絶縁基体と一体化した厚さが５０μｍ以上
の低抵抗配線導体が、該低抵抗配線導体を同一層内に有
する絶縁層の低抵抗配線導体との境界に０．０１〜０．
５ｍｍの間隙を有することを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明の多層配線基板によれば、絶縁基体と一
体化した厚さ５０μｍ以上の低抵抗配線導体を同一層内
に有する絶縁層の低抵抗配線導体との境界に間隙を設け
たことから、絶縁基体と低抵抗配線導体との熱膨張率の
相違に起因する熱応力が全く発生せず、従って、前記熱
応力が関与する課題は全て解消することになり、絶縁基
体のクラックや低抵抗配線導体が絶縁基体の配線用空間
部や溝から剥離して該低抵抗配線導体に接続された他の
配線導体を断線することもなく、配線導体の低抵抗化を
実現して大電流を流すことが可能となる

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の多層配線基板を図
面に基づき詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の多層配線基板の一実施例
を示す断面図であり、図２は、本発明の多層配線基板を
低抵抗配線導体を含む断面で切断した斜視図である。

【００１６】図１及び図２において、１は複数の絶縁層
２から成る絶縁基体３と、絶縁基体３の表層での絶縁層
２との境界に、間隙４を設けて一体化した５０μｍ以上
の厚さ５を有する低抵抗配線導体６を設けた多層配線基
板である。

【００１７】多層配線基板１の表層に形成された低抵抗
配線導体６は、図１に示すように内部の絶縁層２に設け
た低抵抗配線導体６と接続したビアホール導体７から絶
縁層間の配線導体８に、更に配線導体８からビアホール
導体９に接続されると共に、他方の表層に設けたビアホ
ール導体１０に接続することにより絶縁基体３の他方の
面に導出されている。

【００１８】また、図３は本発明の多層配線基板の他の
実施例を示す断面図であり、多層配線基板１は一方の表
層に絶縁層２との境界に間隙４を設けて低抵抗配線導体
６を複数配設し、低抵抗配線導体６から他方の表層にサ
ーマルビアを兼ねたビアホール導体７が導出されて表面
に形成された配線導体１１に接続されている。

【００１９】本発明の多層配線基板における低抵抗配線
導体と絶縁層との境界に設けた間隙は、低抵抗配線導体
の対象となる側面に直角方向の該低抵抗配線導体の長さ
Ｌと、低抵抗配線導体の熱膨張係数α₁と絶縁基体のの
熱膨張係数α₂との熱膨張係数の差Δα、及び絶縁基体
の製造工程から稼働時の全熱履歴中の最高温度と最低温
度の差ΔＴとの相関から、Ｌ・Δα・ΔＴ／２（１−Δ
Ｔ・α₂）が必要な間隙として理論上、算出される。

【００２０】しかしながら、前記間隙が０．０１ｍｍ未
満では前記熱応力の発生を完全に阻止することができな
い場合を生じ、しかも、例えば低抵抗配線導体を設ける
のに、前記絶縁基体の配線用空間部や溝に導電材料の粉
末を充填後、加熱して形成した場合、前記導電材料の粉
末を粒度配合することにより該導電材料の線収縮率を
０．１％程度まで制御することが可能ではあるが、焼成
収縮にバラツキがあるために前記間隙を０．０１ｍｍ未
満に制御することが困難である。

【００２１】また、前記間隙が０．５ｍｍを越えると多
層配線基板の配線の高密度化ができなくなり、更に配線
上にスクリーン印刷法によりオーバーコート層や半田塗
布等を行う際に、該オーバーコート剤や半田が前記間隙
に侵入して所定の印刷パターンが形成できなかったり、
塗布量がばらつく他、メッキ法により間隙を保持したま
ま被覆できない等の問題が発生することから、前記間隙
は０．０１〜０．５ｍｍの範囲に限定される。

【００２２】また、本発明における低抵抗配線導体の厚
さは、低抵抗配線導体の低抵抗化をはかり、かつ前記課
題を解消するためにはその厚さは５０μｍ以上となる。

【００２３】尚、本発明の多層配線基板において、低抵
抗配線導体を構成する導電材料は、低抵抗で大電流を流
すことができるものであればいずれでも良く、例えば銅
（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げ
られ、特に熱伝導性に優れ加工が容易で安価である等の
点からは銅（Ｃｕ）が最適である。

【００２４】また、ビアホール導体はタングステン
（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、コバ
ルト（Ｃｏ）等の高融点金属を主成分とするものが挙げ
られ、特に絶縁基体との熱膨張率の整合性及びコストの
点からはＭｏが好適である。

【００２５】一方、配線導体については、セラミックス
から成る絶縁基体と配線導体を同時焼成で形成する場
合、前記スルーホール導体と同様の高融点金属が使用で
き、更に熱伝導性や低抵抗配線が必要とされる場合、ポ
ストファイヤー法やメッキ法により銅（Ｃｕ）や銀（Ａ
ｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等で形
成でき、前記同時焼成の場合には焼成温度と融点の関係
からＷが、ポストファイヤー法やメッキ法で形成する場
合には、電気特性上、Ｃｕが好適となる。

【００２６】また、前記ビアホール導体は、表面実装さ
れたパワーＭＯＳＦＥＴ等からの発熱を熱伝導により表
層に形成された低抵抗配線導体と接続することで、該低
抵抗配線導体とヒートシンクの効果を奏するものであ
る。

【００２７】また、前記絶縁基体は一般に多層配線基板
に適用されるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）や窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等を主成分とす
るセラミック焼結体であればいずれにも適用できるが、
とりわけアルミナ質焼結体から成るものが望ましく、例
えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）、マ
グネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の原料粉末
に周知の有機性バインダーと有機溶剤、可塑剤、分散剤
等を添加混合して調製した泥漿を、周知のドクターブレ
ード法やカレンダーロール法等のシート成形法により成
形したセラミックグリーンシートに所定の打ち抜き加工
を施すと共にこれを複数枚積層し、約１６００℃の温度
で焼成することにより得られる。

【００２８】更に、本発明の多層配線基板に大電流を必
要とするパワーＭＯＳＦＥＴ等を表面実装する際、パワ
ーＭＯＳＦＥＴ用配線にも低抵抗の配線導体を形成して
おくと共に、前述のようにパワーＭＯＳＦＥＴが表面実
装される部分にサーマルビアを兼用したビアホール導体
を多数設け、低抵抗配線導体のヒートシンク作用と併用
して熱放散性を向上させることが望ましい。

【００２９】

【実施例】次に、以下のようにして本発明の多層配線基
板を評価した。先ず、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ、
ＣａＯ等の原料粉末にアクリル系の有機性バインダーと
可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿を調製し、該泥漿をド
クターブレード法により厚さ約３００μｍのシート状に
成形した。

【００３０】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低抵抗配線導体用空間
部とスルーホールをそれぞれ形成した後、Ｗを主成分と
する印刷用ペーストを用いて所定の配線パターンを印刷
形成すると共に、スルーホールにも所定のペーストを充
填した。

【００３１】その後、前記低抵抗配線導体用空間部を有
するセラミックグリーンシートを表層とし、それらを所
定の厚さとなるように複数枚積層した後、配線パターン
を形成し、スルーホールに所定のペーストを充填したセ
ラミックグリーンシートを複数枚積層後、約１６００℃
の温度で焼成して縦５０ｍｍ、横５ｍｍ、深さがそれぞ
れ０．１、０．５、１．０ｍｍの低抵抗配線導体用空間
を有する絶縁基体を作製した。

【００３２】かくして得られた絶縁基体の低抵抗配線導
体用空間部に、低抵抗配線導体として長手方向に種々の
間隙を設定して粒度配合したＣｕ粉末を充填して加熱融
着させたもの、及び同じく長手方向に種々の間隙を設定
して寸法を決定した銅板を接合させたものをそれぞれ作
製して評価用の多層配線基板を得た。

【００３３】尚、前記間隙を設けずに低抵抗配線導体を
絶縁基体の低抵抗配線導体用空間部に形成したものを比
較例とした。

【００３４】かくして得られた前記評価用の多層配線基
板を用いて、−６５℃と１５０℃の温度をそれぞれ１０
分間加える履歴を１サイクルとする冷熱サイクルを３０
００サイクルまで実施して液槽熱衝撃信頼性試験を行っ
た。

【００３５】前記試験後、デジタルマイクロスコープを
用いて前記評価用の多層配線基板の間隙内部の接合部分
及び熱応力が最も集中する間隙の四隅を外観検査し、前
記低抵抗配線導体のクラックや剥離、あるいは絶縁層の
クラック等の欠陥の有無を調査した。

【００３６】その後、前記評価用の多層配線基板の低抵
抗配線導体の中央部に直径が０．８ｍｍの銅線を半田で
接合し、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り試験を行
い、破断モードと接合強度を測定した。

【００３７】一方、前記評価用の多層配線基板の配線導
体の導通評価は、６０Ａの電流を１分間通電して遮断す
るのを１サイクルとする通電サイクル試験を３００００
サイクル実施し、通電サイクル試験前後の抵抗値を、低
抵抗配線導体と該低抵抗配線導体と接続し、絶縁基板の
他方の表面に導出した配線導体との間で測定して抵抗変
化率を算出し、該抵抗変化率が５％以下を優、６〜１０
％を良、１１〜２０％を可、２１％以上を不良と評価し
た。

【００３８】

【表１】

【００３９】表から明らかなように、比較例の試料番号
１、７、１３、１９、２５、３１には、いずれにも低抵
抗配線導体のクラックや剥離、あるいは絶縁層のクラッ
ク等の欠陥が認められ、導通不良を起こしており、ま
た、本発明の請求範囲外である試料番号６、１２、１
８、２４、３０、３６ではいずれも空隙に半田が侵入し
ており、クラック等の欠陥が認められた。

【００４０】それに対して本発明では、いずれも前記結
果は認められず、接合強度も１０．０ｋｇｆ／ｍｍ²以
上と高く、６０Ａもの大電流にも充分対応可能であるこ
とが確認できた。

【００４１】尚、本発明の実施例は低抵抗配線導体を絶
縁基体の表層に形成した多層配線基板で説明したが、本
発明はこれ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が可能であり、例え
ば、前記低抵抗配線導体を絶縁基体内部に埋設して多層
配線基板としたものにも適用し得るものである。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の多層配線
基板によれば、絶縁基体と一体化した厚さが５０μｍ以
上の低抵抗配線導体を同一層内に有する絶縁層と該低抵
抗配線導体との境界に０．０１〜０．５ｍｍの間隙を設
けたことから、多層配線基板を構成する絶縁基体や低抵
抗配線導体自体にもクラックが発生したり、該低抵抗配
線導体が絶縁基体から剥離したりせず、従って低抵抗配
線導体に接続された配線導体や他の配線導体にも断線等
が起こらず、しかも低抵抗配線導体を厚くすることが可
能となり、高密度化と共に低抵抗化が実現でき、大電流
に適応し得る信頼性に優れた、例えば、車載環境のよう
な厳しい環境下においても故障することなく稼働させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多層配線基板の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の多層配線基板を低抵抗配線導体を含む
断面で切断した斜視図である。

【図３】本発明の多層配線基板の他の実施例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１多層配線基板２絶縁層３絶縁基体４間隙５厚さ６低抵抗配線導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の絶縁層から成る絶縁基体と一体化し
た厚さ５０μｍ以上の低抵抗配線導体を有する多層配線
基板であって、前記低抵抗配線導体と該低抵抗配線導体
を同一層内に有する絶縁層との間に０．０１〜０．５ｍ
ｍの間隙を設けたことを特徴とする多層配線基板。