CN103182855A - 通过淀积导电墨水的缺陷互连的pcb修复 - Google Patents

通过淀积导电墨水的缺陷互连的pcb修复 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通过淀积导电墨水的互连缺陷的PCB修复。提供一种系统，其可包括：计算机，其被配置为处理电路的缺失导电材料的缺陷的区域的图像以及确定缺陷修正方案，所述缺陷修正方案定义至少一个缺失导电材料的缺陷应被修补的方式；以及导电墨水打印机，其被配置为响应所述缺陷修正方案而打印导电墨水以修复所述至少一个缺失导电材料的缺陷。

Description

通过淀积导电墨水的缺陷互连的PCB修复
相关的申请
本申请要求2012年1月2日申请的美国临时专利系列号61/582,417的权益，其作为参考在此并入。
背景技术
电子器件的基本部分是包含功能部分的电路板。这些部分需互连以实现器件的所需功能。一般地，这些互连由根据设置要求的置于基板上且图案化为轨迹和其它形状的例如铜的导电材料形成。该各种图案具有在所有三个维度中的几何特征以提供该所需的性能。
在打印电路板(PCB)制造中各种缺陷可能出现。这些缺陷可为各种不必要的额外的或缺少的导电材料造成的结果，由此扰乱电流。由于最常用的导电材料是铜，此文件将涉及它，虽然应理解，出于各种目的，“铜”可由工业中使用的任何其它材料替代。
不必要的额外的铜的去除可通过操作员使用简单的工具例如解剖刀在检查过程简单地处理。多余的铜的去除也可通过自动机器完成。例如，一旦由检测器件鉴别且定位出这样的多余的铜，激光切除器件即可去除之。
需使用功能相似的导电材料以添加部分地或完全地缺失的铜。该添加的材料需以这样的方式物理地配置为模仿该缺失的初始的铜的物理和电学特性。
修复该缺失的铜常由熟练的操作者使用特定的工具在其他的地点完成。
提供有效的方法和系统以修复的需求日益增长，特别是涉及贵重的电子线路的情况。
在如下的器件和制造技术的例子中，这样的修复是有益的：
●PCB细线制造线制造具有12-50微米维度的线或间距(I/S)的特征的PCB。
●高密度互连基板。
●通孔曝光器形成支柱。
●互连凸块。
●光伏太阳电池导体。
●由大数目层(典型地50-60层)制造的面板。
●医学探测器芯片。
上面提及的一些制造技术使用非常细的特征且如果不是互连的所有的空间特征都得以保持则极易受到故障的影响。
除了完全地缺失的铜的明显缺陷，不合适的局部的厚度变化称为“倒盘(dish-downs)”，部分地缺失的铜或凹痕称为“鼠咬(mouse bites)”，比规格细的轨迹(可能由于过刻蚀)需要在处理前修复以继续制造阶段。图1包括第一铜导体1的顶视图，其示出鼠咬缺陷2、由于过刻蚀导致的部分地缺失铜缺陷3和少铜导致的开路4。图1也包括第二导体5的三维视图，其示出导致第二导体在某些点比期望的更细的倒盆缺陷6。
除了上述以外，某些制造技术使用焊球或“凸块”以允许连接电子器件该电路板。这些凸块由导电材料制成且凸出在电路板上以促进器件的接地焊盘()(landing pad)至电路板的接地焊盘的连接。所有附属于具体器件的凸块具有相同的高度且具有相同的外形以形成合适的连接。高度或外形的任何偏移都可导致缺陷连接。
现有技术中焊块的制造工艺包括(a)在晶片上形成集成电路(芯片)且在集成电路的表面上金属化焊盘，(b)在每一焊盘上淀积焊滴，(c)翻转芯片且以对准于需连接至焊盘的外电路的连接头的方式定位所述芯片；(d)再-熔化所述焊块，以及(e)用电绝缘粘合剂填充芯片和外电路之间的空隙。
导电材料需合适地添加以修复缺陷凸块。除了修复缺陷导电焊球，如果检测到缺失，可能也需要添加绝缘材料。
提供了执行上述修复的方法和系统。
发明内容
可提供一种系统和方法，以选择性地修复在打印电路板(PCB)或任何其它具有缺失导电材料的缺陷的基板上发现的互连缺陷。所述PCB可为，但不限于，用于半导体器件的互连基板、多个元件将配置于其上的功能电路或具有多功能电路的面板。所述PCB可具有各种几何特征，包括，但不限于，非常细的细节、小和大的特征、各种厚度的互连以及基于所述几何以及所使用的材料的功能特征。
根据发明的一实施例，修复由于缺失导电材料导致的可完全地或部分地扰乱电路的运行的缺陷。应指出，缺陷可被认为是无法被修复的缺陷，例如，当导电材料的实质上的(和/或长的)量缺失或空隙无论如何无法以适当的方式桥接的时候。
根据发明的一实施例，可提供一种系统，其可包括：计算机，其被配置为处理电路的缺失导电材料的缺陷的区域的图像以及确定缺陷修正方案，所述缺陷修正方案定义至少一个缺失导电材料的缺陷应被修补的方式；以及导电墨水打印机，其被配置为响应所述缺陷修正方案而打印导电墨水以修复所述至少一个缺失导电材料的缺陷。
所述系统可包括图像传感器，其被配置为获取所述缺失导电材料的缺陷的区域的图像。
所述导电墨水打印机，其可被配置为：基于所述缺陷修正方案，在多种彼此不同的且可导入所述导电墨水打印机的导电墨水中选择一种选定的墨水；以及打印所述选定的墨水以处理所述缺失导电材料的缺陷中的一个。所述选择可响应由所述计算机发送的命令而完成。
所述导电墨水打印机可包括多个打印头，其中不同的打印头用于打印不同的导电墨水。所述不同的导电墨水依据导电率和/或粘性和/或其他物理或化学特性而彼此不同。
所述导电墨水打印机可被配置为打印具有至少一种导电墨水的多层，以修复缺失导电材料的缺陷。
所述计算机可被配置为宣告缺失导电材料的缺陷是无法修复的。
所述系统可包括处理模块，其用于至少部分地处理被打印在所述电路上的导电墨水。
所述导电墨水打印机可被配置为打印具有至少一种导电墨水的多层以修复缺失导电材料的缺陷；以及其中所述处理模块可被配置为在打印另一导电墨水层之前至少部分地处理一导电墨水层。
所述系统可适合于执行检验步骤以确定所述一个或更多的缺失导电材料的缺陷被修复。
所述导电墨水打印机可被进一步配置为响应所述缺陷修正方案以打印导电墨水和非导电墨水。
根据发明的各种实施例，提供一种方法且可包括：通过计算机处理电路的缺失导电材料的缺陷的区域的图像以及确定缺陷修正方案，所述缺陷修正方案定义至少一个缺失导电材料的缺陷应被修补的方式；通过响应所述缺陷修正方案，导电墨水打印机打印导电墨水以修复所述至少一个缺失导电材料的缺陷。
所述方法进一步可包括：通过图像传感器获取所述缺失导电材料的缺陷的区域的图像。
所述方法可包括：基于所述缺陷修正方案，在多种彼此不同且可导入所述导电墨水打印机的导电墨水中选择一种选定的墨水；以及打印所述选定的墨水以处理所述缺失导电材料的缺陷中的一个。
所述打印可包括或可通过在所述导电墨水打印机的多个打印头中选择一个打印头而执行，其中不同的打印头用于打印不同的导电墨水。所述不同的导电墨水依据导电率和/或粘性和/或其它物理或化学特性而彼此不同。
所述方法可包括打印具有至少一种导电墨水的多层，以修复缺失导电材料的缺陷。
所述方法可包括宣告缺失导电材料的缺陷是无法修复的。
所述方法可包括至少部分地处理被打印在所述电路上的导电墨水。
所述方法可包括打印具有至少一种导电墨水的多层以修复缺失导电材料的缺陷；以及在打印另一导电墨水层之前至少部分地处理一导电墨水层。
所述方法可包括执行检验步骤以确定所述一个或更多的缺失导电材料的缺陷被修复。
所述方法可包括响应所述缺陷修正方案以打印导电墨水和非导电墨水。
应理解，所述方法和所述系统不限于上面描述的实施例，且可具有更多的不同的构型。
附图说明
可理解，为了示例的简化和清楚，图中示出的元件无需按比例绘制。例如，为了清楚，相比于其它元件，一些元件的尺寸可被放大。进一步，考虑到合适性，参考数字在图中可能重复以指代相应的或类似的元件。
图1示出现有技术中缺失铜的缺陷；
图2示出根据发明的实施例的系统；
图3示出根据发明的实施例的系统；
图4示出根据发明的实施例的系统；
图5示出根据发明的实施例的系统；以及
图6示出根据发明的实施例的方法。
具体实施方式
在下面的具体描述中，阐明了许多具体的细节以提供发明的充分的理解。但是，应理解，本领域技术人员无需这些具体细节即可实施本发明。在其它情况下，公知的方法、步骤和元件没有具体描述，旨在不使本发明晦涩。
图2和3示出根据发明的实施例的系统8。系统8可包括计算机12、图像传感器10、导电墨水打印机16、用于存储数据库14的存储器件以及用于支撑和移动目标20的机械台18。所述导电墨水打印机16可打印一种或更多的导电墨水以及也可打印一种或更多的绝缘(非导电)墨水。图3也示出打印支撑单元11。
所述导电墨水打印机16可由计算机12控制。
所述计算机可被配置为分析由所述图像传感器10获取的目标20的图像。
所述分析可包括：
a.找到一个或更多的缺失材料的缺陷，例如，通过与存储在数据库14中的指示目标的所需形状和尺寸的参考图像或信息比较这些图像，或相互比较这些图像，
b.确定需采取一个或更多的修正行为以修正所述一个或更多的缺陷，且所述确定可由缺陷修正方案表示。所述缺陷修正方案可为针对导电墨水打印机、机械台、图像传感器、处理模块或类似物的一组指令或命令。
c.参与(例如触发、控制或类似的)所述的一个或更多的修正行为。所述一个或更多的修正行为可包括打印导电墨水(执行导电墨水淀积)。
根据发明的另一实施例，一个或更多的修正行为可包括打印绝缘(非导电)墨水以及可包括导电和绝缘墨水的组合。所述绝缘墨水可由导电墨水打印机16或由额外的打印机打印。所述绝缘墨水可被打印以补偿绝缘材料的缺失。例如，非导电墨水可形成基底，所述导电墨水打印在其上。另一例子，所述非导电墨水可涂覆之前打印的导电墨水。
如果配置为打印不同的材料(所有的导电的或一些导电的以及一些绝缘的)，所述导电墨水打印机16可具有被分配为打印一个或多个特性彼此不同的不同的材料的不同的打印头。
根据发明的另一实施例，系统8非光学地获取所述图像(可不具有图像传感器10)且可将从其它系统得到的图像存储在数据库14中。
相据发明的实施例，图像传感器10可由全检测器件替代。
根据发明的再另一实施例，系统8不存储数据库14且所述数据库14可存储在另一系统中，例如，另一系统具有全计算机辅助设计或计算机辅助制造(CAD/CAM)功能。
回到图2和3，机械台18可根据所述图像传感器10和导电墨水打印机16移动目标20。应注意，所述图像传感器10可根据所述目标20而被移动。相同的方式可应用于所述导电墨水打印机16。
所述导电墨水打印机16可具有一个或多个打印模块(例如打印头)，其能够打印若干类型的材料。基于所需的修复，所述材料可为导电的或绝缘的。它们也可具有不同的化学组成和特性。
例如，所述导电墨水可为银基墨水、炭黑基墨水、碳基墨水或铜基墨水，虽然银基墨水和铜基墨水易于氧化。
所述导电墨水在打印后可能需经过处理工艺(例如物理或化学处理，例如，用于改善施加特性的热固化、用于改善施加特性的光化学固化、烧结或在上升温度在摄氏度100°至300°范围内的干燥)以变成导电的。所述处理工艺也可包括根据化学式、成分和颗粒尺寸而加热所述打印的导电墨水至几百度，。处理工艺也可用放射线辐照所述导电墨水。图4示出根据发明的实施例的系统8’。系统8’也包括用于处理所述墨水的处理模块30。
采用导电墨水打印可包括打印导电线/轨迹(在例如PCBs的目标上)。
回到图2-3，所述数据库14可存储缺失铜的性质和位置的信息。
所述图像传感器10可获得区域的图像以评估现有图案的性质以及提供信息给计算机以能够分析。
计算机12可处理由所述传感器提供的图像，且与数据库14中的信息比较它们，以及确定导电墨水应打印在所述缺失铜的位置的方式，并且发送控制信号至所述打印机。
所述计算机12可指示所述打印机16打印一层或多层导电墨水。
计算机12也可确定所述缺失导电材料的缺陷是否可以或不可以通过打印一种或更多种导电墨水进行处理，例如，如果导电材料(例如铜)与导电墨水之间的导电率的差异以及缺失铜的尺寸或形状太大以至于使用所述导电墨水无法有效桥接。计算机12也可响应于缺陷的尺寸以及，额外地或可替换地，施加在修复步骤上的时间限制，确定墨水的粘性。
如此，系统可自动地修复缺失铜以及可补偿线的宽度\高度\切口。
系统可作为独立系统或作为已经包括传感器、数据库和计算机的检验和修复(CVR)或自动光学检测(AOI)系统的附加而提供。图5示出根据发明实施例的系统8”。系统8”不同于系统8，其具有替代图像传感器10的检验模块60。检验模块60包括其自身的图像传感器62和用于向用户显示图像的监视器64。所述同样的图像传感器可用于检验和修复目的。
结合的检测和修复系统可减少为了传送目标至专用的铜修复台所需的面板装载\卸载，可减少修理时间以及容许修理现有的铜修补设备无法修复的细缺陷(缺失铜的小区域)。
回到图2和3，计算机12可从(Job\Defect)数据库14获得关于缺陷位置(以及，额外地或可替换地，关于缺陷的类型)和在面板的此处的物体的信息。
一旦提供了可疑位置的信息，所述台18可移动目标20，以使图像传感器10可反映缺失铜的位置，抓取所述区域及其附近的图像，容许计算机12分析所述图像、构建修理工艺至所述具体的缺陷，以及容许导电墨水打印机16通过使用具体的方法在所述缺陷区域打印导电墨水以修理缺陷。
图像传感器10也可在修理缺失铜的位置之后抓取一个或更多的额外的图像以容许计算机12检验所述缺陷被修理好。
任意系统8、8’和8”可执行缺失铜修理的反复的工艺直至缺失铜的缺陷被修复。
图6示出根据发明的实施例的方法200。
方法200可由阶段210开始，其检测在例如PCB的电路上的缺失导电材料的缺陷(例如缺失铜的缺陷)的位置或重新得到所述缺失导电材料的缺陷的位置。
阶段210之后是阶段220，其获取包括缺失导电材料的缺陷的位置的区域的图像。阶段220之后是阶段230，其通过计算机处理所述区域的图像，以及确定在缺失导电材料的缺陷的位置处应打印导电墨水的方式，以修复所述缺失导电材料的缺陷。阶段230可包括定义至少一个缺失导电材料的缺陷应被修补的方式的缺陷修正方案。
阶段230之后是阶段240，其通过导电墨水打印机在所述缺失导电材料的缺陷的位置处打印一种或更多的导电墨水，以至少部分地处理所述缺失导电材料的缺陷。阶段240可包括打印多层的导电墨水以及在打印另一层导电墨水之前至少部分地处理一层或更多层的导电墨水以提供三维的导电元件。阶段240的打印响应所述缺陷修正方案。
阶段240之后是检验阶段250，其获取修复的位置的图像，以及处理所述图像，以检验打印步骤成功且所述缺失导电材料的缺陷被处理。如果确定需要一个或更多的额外的打印序列，那么阶段250之后可进行阶段240。
阶段240之后也可为阶段260，其烧结所述一种或更多的导电墨水。
根据发明的实施例的方法200可应用于万一导电的和非导电的材料均缺失时需要打印导电的和非导电的墨水的情形。在此情况下，230可包括通过计算机处理包括缺失材料的缺陷的区域的图像以及确定需要打印导电墨水和非导电墨水的方式，以修复所述缺失材料的缺陷。
阶段230之后是阶段240，其通过导电墨水打印机打印一种或更多的导电墨水和一种或更多的绝缘墨水，以至少部分地弥补所述缺失材料的缺陷。
根据发明的各种实施例，所述方法可包括打印来自具有不同导电特性的多种材料中的一种或多种至特定的位置以有效地修复所述缺陷。如果缺陷也包括缺失绝缘材料，那么所述方法也可包括打印绝缘墨水。
在另一实施例中，所述缺陷的位置和性质可由，例如但不限于，检测机器的另一设备来确定。
在另一实施例的方法中，上述步骤中的一个或多个可用其它系统执行，同时所述协作和通信在一个或更多计算机设备中执行。
虽然发明的某些特征在此被示例和描述，但是本领域技术人员现在将发现许多修正、替代、变化或等同物。因此，应理解，所附的权利要求旨在覆盖所有落入发明的实质精神内的这样修正和改变。

Claims (26)

1.一种系统，包括：
计算机，其被配置为处理电路的缺失导电材料的缺陷的区域的图像以及确定缺陷修正方案，所述缺陷修正方案定义至少一个缺失导电材料的缺陷应被修补的方式；以及
导电墨水打印机，其被配置为响应所述缺陷修正方案而打印导电墨水以修复所述至少一个缺失导电材料的缺陷。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括图像传感器，其被配置为获取所述缺失导电材料的缺陷的区域的图像。
3.根据权利要求1的系统，其中所述导电墨水打印机被配置为：
基于所述缺陷修正方案，在多种彼此不同且可导入所述导电墨水打印机的导电墨水中选择一种选定的导电墨水；以及
打印所述选定的导电墨水以处理所述缺失导电材料的缺陷中的一个。
4.根据权利要求3的系统，其中所述导电墨水打印机包括多个打印头，其中不同的打印头用于打印不同的导电墨水。
5.根据权利要求3的系统，其中所述不同的导电墨水依据导电率而彼此不同。
6.根据权利要求3的系统，其中所述不同的导电墨水依据粘性而彼此不同。
7.根据权利要求3的系统，其中所述不同的导电墨水依据化学特性和物理特性中的至少一者而彼此不同。
8.根据权利要求1的系统，其中所述导电墨水打印机被配置为打印具有至少一种导电墨水的多层，以修复缺失导电材料的缺陷。
9.根据权利要求1的系统，其中所述计算机被配置为宣告缺失导电材料的缺陷是无法修复的。
10.根据权利要求1的系统，进一步包括用于至少部分地处理被打印在所述电路上的导电墨水的处理模块。
11.根据权利要求10的系统，其中所述导电墨水打印机被配置为打印具有至少一种导电墨水的多层以修复缺失导电材料的缺陷；以及
其中所述处理模块被配置为在打印另一导电墨水层之前至少部分地处理导电墨水层。
12.根据权利要求1的系统，进一步适合于执行检验步骤以确定所述一个或更多的缺失导电材料的缺陷被修复。
13.根据权利要求1的系统，其中所述导电墨水打印机被进一步配置为响应所述缺陷修正方案以打印导电墨水和非导电墨水。
14.一种方法，包括：
通过计算机处理电路的缺失导电材料的缺陷的区域的图像以及确定缺陷修正方案，所述缺陷修正方案定义至少一个缺失导电材料的缺陷应被修补的方式；以及
通过响应所述缺陷修正方案，导电墨水打印机打印导电墨水以修复所述至少一个缺失导电材料的缺陷。
15.根据权利要求14的方法，进一步包括：通过图像传感器获取所述缺失导电材料的区域的图像。
16.根据权利要求14的方法，包括：
基于所述缺陷修正方案，在多种彼此不同且可导入所述导电墨水打印机的导电墨水中选择一种选定的导电墨水；以及
打印所述选定的导电墨水以处理所述缺失导电材料的缺陷中的一个。
17.根据权利要求16的方法，其中所述打印包括在所述导电墨水打印机的多个打印头中选择一个打印头，其中不同的打印头用于打印不同的导电墨水。
18.根据权利要求16的方法，其中所述不同的导电墨水依据导电率而彼此不同。
19.根据权利要求16的方法，其中所述不同的导电墨水依据粘性而彼此不同。
20.根据权利要求16的方法，其中所述不同的导电墨水依据化学特性和物理特性中的至少一者而彼此不同。
21.根据权利要求13的方法，包括打印具有至少一种导电墨水的多层，以修复缺失导电材料的缺陷。
22.根据权利要求13的方法，包括宣告缺失导电材料的缺陷是无法修复的。
23.根据权利要求13的方法，包括至少部分地处理被打印在所述电路上的导电墨水。
24.根据权利要求21的方法，包括打印具有至少一种导电墨水的多层以修复缺失导电材料的缺陷；以及在打印另一导电墨水层之前至少部分地处理导电墨水层。
25.根据权利要求13的方法，包括执行检验步骤以确定所述一个或更多的缺失导电材料的缺陷被修复。
26.根据权利要求13的方法，包括响应所述缺陷修正方案以打印导电墨水和非导电墨水。
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