JP2010027660A - 回路基板の配線補修方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線の下側に設けられた電気絶縁膜を損傷することなく、回路基板の配線補修を容易に行える方法及び装置を提供すること。
【解決手段】 配線補修技術は、回路基板(10)の補修すべき配線欠損部分(20)に金属微粒子(24)を供給し、加熱されたガスであって酸素を含むガス(22ａ)を前記配線欠損部分(20)に供給された金属微粒子(24)に吹き付けて、該金属微粒子を焼成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が組み込まれた液晶表示装置用のガラス基板のような電子回路基板の配線の補修に適した配線補修方法及び装置に関する。

回路基板に配線を形成技術の１つとして、ナノメータのオーダの粒径を有する金属微粒子を含むペースト（金属微粒子と、該金属微粒子をナノ単位の粒径に保つための溶剤）を回路基板に配置して所定の配線パターンを形成した後、配置された金属微粒子を、レーザ光を用いて焼成させる技術が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この技術を、ＴＦＴを備えたガラス基板のようなアレイ基板の配線の欠損部分を補修する技術に用いると、レーザ光は高いエネルギー密度を有すること、レーザ光のエネルギー密度を微細に調整することが難しいこと等から、配線の裏側（ゲート線及びデータ線と、透明導電膜との間）に設けられている電気絶縁膜のうち、特に配線欠損部分に対応する箇所が破壊される虞があり、取り扱いが容易でない。

上記のことから、還元ガスを用いた大気プラズマ発生装置により発生されたプラズマガスを金属微粒子の焼成に用いる技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

最近のアレイ基板においては、上記の電気絶縁膜として、有機系の絶縁膜が形成されている。そのような有機系絶縁膜を備えた回路基板における金属微粒子の焼成にプラズマガスを用いると、プラズマガスに対する有機系絶縁膜の反応性が高すぎ、金属微粒子が焼成されるだけではなく、有機系絶縁膜がプラズマガスとの科学反応により除去されて、破壊されてしまう。

特開２００４−２５３４４９号公報 特開２００７−２５８２１３号公報

本発明の目的は、配線の下側に設けられた電気絶縁膜を損傷することなく、回路基板の配線補修を容易に行える方法及び装置を提供することにある。

本発明に係る配線補修方法は、回路基板の補修すべき配線欠損部分に金属微粒子を供給し、加熱されたガスであって酸素を含むガスを前記配線欠損部分に供給された金属微粒子に吹き付けて、該金属微粒子を焼成することを含む。

本発明に係る配線補修装置は、補修すべき配線欠損部分を有する回路基板が配置されるＸ−Ｙ平面を規定する支持台と、該支持台上の前記回路基板の上方でＹ軸方向に沿って配置されかつＸ軸方向へ移動可能の可動フレームと、前記可動フレームにＹ軸方向へ移動可能に支持され、金属微粒子を前記配線欠損部分に供給する供給ノズルと、前記配線欠損部分に供給された金属微粒子を加熱する加熱されたガスであって酸素を含むガスを発生する加熱ガス発生装置とを含む。

本発明において、回路基板の配線欠損部分に供給された金属微粒子は、酸素を含む加熱されたガスの吹き付けにより、例えば２２０℃〜５００℃、好ましくは２５０℃〜３１０℃程度の温度に急速に加熱されて、短時間で昇温する。このため、配線欠損部分に配置された金属微粒子は、前記のようなベーキング処理、アニーリング処理等の加熱処理により、短時間で焼成されて、固化し、配線の残存部分と一体化される。

上記本発明で用いるガスは、酸素を含むガスを単に加熱することにより、発生することができるから、加熱ガス発生装置の構成の簡素化を図ることができ、またレーザ光のような高密度エネルギーを照射する必要がないから、補修すべき箇所、特に電気絶縁膜に熱損傷を与える虞がなく、その取り扱いが容易になる。

前記ガスは、空気や酸素自体であってもよく、要するに酸素は含むがプラズマは含まないガスであればよい。また、前記金属粒子を前記ガスにより２２０℃から５００℃に加熱してもよい。さらに、前記金属微粒子はナノ粒子を含むことができ、この場合ペースト状のものを用いることができる。

前記加熱ガス発生装置は、空気を含むガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置から供給されるガスを加熱し、加熱されたガスを前記配線欠損部分に供給された金属微粒子に吹き付けて該金属粒子を加熱するガス加熱装置とを備えることができる。

前記ガス供給装置は、空気を前記ガスとして前記ガス加熱装置に供給するファン、及び空気を含む一定量のガスを供給するマスフローコントローラのいずれか一方を含むことができる。

前記可動フレームにはＹ軸方向へ移動可能のベースプレートが配置され、該ベースプレートには、前記供給ノズルがノズル口を前記回路基板へ向けてＺ軸方向へ昇降可能に支持されていると共に、前記加熱ガス発生装置がそのガス噴射口を前記回路基板へ向けてＺ軸方向へ昇降可能に支持されていてもよい。

前記可動フレームには、前記配線欠損部分を観察するためのビデオカメラがＹ軸方向へ移動可能に支持されていてもよい。

本発明によれば、前記したように、補修用の金属微粒子の焼成に用いるガスとして、酸素を含む加熱されたガスを用いることにより、配線の裏側に設けられた電気絶縁膜に加熱による損傷を与えることなく、金属微粒子に適正な加熱処理を施すことができる。したがって、回路基板、特に配線の裏側に設けられた電気絶縁膜に加熱による損傷を与えることなく、金属微粒子と配線欠損部分とを短時間で一体化することができ、従来に比較して容易に回路基板の配線の補修が可能となる。

先ず、図１を参照して、回路基板１０の配線の補修方法の一実施例について説明する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）の各上段部には補修対象となる回路基板１０が縦断面で示されており、図１（Ａ）〜（Ｃ）の各下段部には回路基板１０の平面図が示されている。図１に示す回路基板１０は、例えばガラス板１２上に配線１４が施された回路基板である。

このような回路基板１０のより具体的な例として、ＴＦＴアレイ基板からなる液晶基板を図２に示す。この回路基板１０は、ガラス板１２上に複数のゲートライン１４ａを相互に間隔をおいて平行に形成している。

それらゲートライン１４ａと直角に配置された複数のソースライン１４ｂは、層間絶縁膜（図示せず）によりゲートライン１４ａから電気的に隔離された状態で、互いに平行に形成されている。

各ライン１４ａ、１４ｂの交差によって区画された各領域には、透明な画素電極１６が形成されており、また薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１８が各画素電極１６の作動制御のためのスイッチングトランジスタとして形成されている。

各トランジスタ１８は、一般的に、対応するソースライン１４ｂに接続されたソースと、対応する画素電極１６に接続されたドレインと、ソース及びドレイン間のチャンネルを制御するゲートとを備える電界効果トランジスタである。ゲートは対応するゲートライン１４ａに接続されている。

上記のような回路基板１０は、ゲートライン１４ａ及びソースライン１４ｂからなる配線１４（１４ａ、１４ｂ）への通電を制御することにより、選択されたトランジスタ１８を作動させることができ、そのトランジスタ１８に対応する画素電極１６に表示動作をさせることができる。

配線補修方法は、上記のような回路基板１０の配線１４（１４ａ、１４ｂ）自体の欠損（断線）、又は各配線１４とトランジスタ１８のゲート又はソースとの接続部分の配線の欠損（断線）等の補修に適用することができる。

以下、説明の簡素化のために、配線１４自体の欠損の補修方法について、図１を参照して、説明する。

先ず、図１（Ａ）に示すように、ガラス板１２上の配線１４（１４ａ、１４ｂ）に欠損部分２０が見つかると、必要に応じてこの欠損部分２０が前記した層間絶縁膜、最表層に位置する保護膜等から露出される。

欠損部分２０が露出されると、図１（Ｂ）に示すように、金や銀のような導電材料からなりかつナノ単位の粒径を有する金属微粒子を含む補修導電材料２４が、供給ノズル２６から欠損部分２０に供給されて、欠損部分２０及びその近傍に線状に堆積される。補修導電材料２４は、前記した金属微粒子と、該金属微粒子をナノ単位の粒径に保つための溶剤とからなるペースト状のものを用いることができる。

補修導電材料２４の堆積には、配線１４の幅寸法に対応した口径を有する噴射口を備えた供給ノズルを用いることができる。しかし、欠損部分２０への補修導電材料２４の線状の供給は、必要に応じて、エアー吹き付け（Aerosol Jet Deposition）方式、インクジェット方式等のその他の技術を適宜採用することができる。

次いで、図１（Ｃ）に示すように、酸素は含む加熱されたガス２２ａが加熱ガス発生装置２２から欠損部分２０に短時間吹き付けられる。ガス２２ａは、酸素は含むがプラズマは含まないガスであることが好ましい。この場合、ガス２２ａは、空気自体や酸素自体であってもよいし、空気や酸素と、不活性ガスのような他のガスとの混合ガスであってもよい。

ガス２２aは、加熱ガス発生装置２２により、欠損部分２０を、例えば２０秒〜６０秒、好ましくは３０秒〜５０秒程度の間に、２２０℃〜５００℃、好ましくは２５０℃〜３１０℃程度に加熱することができる温度に加熱されている。これにより、ガス２２ａを用いたベーキング、アニーリング等の加熱処理が行われる。

上記した加熱処理により、欠損部分２０に堆積された補修導電材料２４は、上記した２５０℃〜３１０℃程度の温度に急速に加熱されて、短時間で昇温する。この加熱処理により、欠損部分２０に配置された補修導電材料２４中の溶剤が除去され、残存する金属微粒子は、短時間で焼成されて、固化し、配線１４の残存部分と一体化する。

次に、図３を参照して、加熱ガス発生装置２２の一実施例を説明する。図３は、前記したクリーニング処理及び加熱処理に用いる加熱ガス発生装置２２の一実施例を示す。

加熱ガス発生装置２２は、空気は含むが、プラズマは含まないガスを供給するガス供給装置３０と、ガス供給装置３０から供給されるガスを加熱し、加熱されたガス２２ａを配線欠損部分２０に供給された、既に述べた補修導電材料２４に吹き付けて、その補修導電材料２４を加熱するガス加熱装置３２とを備える。

ガス供給装置３０は、空気を前記ガスとしてガス加熱装置３２に供給するファン、及び酸素は含むがプラズマは含まない一定量のガスをガス加熱装置３２に供給するマスフローコントローラのいずれか一方とすることができる。

ガス加熱装置３２は、ニクロム線のような加熱源をガラス管内に配置したヒータ３４をシース管３６の内側に配置し、ガス供給装置３０から供給されるガスをヒータ３４とシース管３６との間の空間に導いて加熱し、加熱されたガス２２ａを、シース管３６に設けられたガス噴射口３８から補修導電材料２４に向けて噴射する。

加熱されたガス２２ａが空気以外のガスである場合、ガス供給装置３０は、酸素は含むがプラズマは含まないガスの源からのガスの供給を受け、受けたガスを加熱装置３２に送る。加熱されたガスが空気である場合、ガス供給装置３０は、周囲の空気をガス加熱装置３２に送る。

次に、図４から図６を参照して、補修方法の実施に好適な補修装置の一実施例について説明する。

補修装置４０は、図４及び図５に示すように、矩形のＸ−Ｙ平面４２を規定する支持台４４と、支持台４４に支持された可動フレーム４６とを備える。Ｘ−Ｙ平面４２の幅方向（Ｙ軸方向）における各側部には、金属製の一対のレール４８、４８がそれぞれＸ−Ｙ平面４２の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されている。

Ｘ−Ｙ平面４２の上には、この面４２の両側部に配置されたレール４８間に補修すべき配線欠損部分を有する回路基板１０が配置される。この回路基板１０を跨ぐように、可動フレーム４６がＹ軸方向に沿って配置されている。

可動フレーム４６は、門型を呈しており、また回路基板１０の上方でＸ軸方向に伸びる梁部４６ａと、梁部４６ａの両端に一体的に形成された両脚部４６ｂとを備える。各脚部４６ｂには、対応する各レール４８に嵌合する摺動子５０が設けられている。この摺動子５０と対応するレール４８との移動可能の嵌合により、可動フレーム４６は、Ｘ−Ｙ平面４２上をＸ軸方向へ移動可能である。

可動フレーム４６は、例えばリニアモータを駆動源とする移動機構によりＸ軸方向へ移動される。したがって、移動機構を制御することにより、可動フレーム４６をＸ軸方向へ移動させて、所望位置に停止させることができる。

可動フレーム４６の梁部４６ａには、その長手方向に沿って一対のレール５２、５２が設けられており、両レール５２には、両レール５２と共に前記したと同様のリニアモータを構成するベースプレート５４が支持されている。

したがって、ベースプレート５４は、可動フレーム４６上で当該フレーム４６の梁部４６ａに沿ってＹ軸方向へ駆動可能である。ベースプレート５４には、それぞれ前記した加熱ガス発生装置２２及び供給ノズル２６が支持されており、さらに図示の例ではＣＣＤカメラのようなビデオカメラ５６が支持されている。

これら加熱ガス発生装置２２、供給ノズル２６及びビデオカメラ５６を上下方向であるＺ軸方向へ移動可能に保持するために、図６に示すように、ベースプレート５４には互いに平行に上下方向へ伸びるレール５８〜６２が固定されている。

加熱ガス発生装置２２、供給ノズル２６及びビデオカメラ５６は、それぞれに対応するレール５８〜６２に嵌合された各摺動子６４に固定されている。これにより、図５に示すように、加熱ガス発生装置２２はそのガス噴射口３８を支持台４４上の回路基板１０へ向け、また供給ノズル２６は、そのノズル口を回路基板１０へ向け、さらにビデオカメラ５６はその対物レンズを回路基板１０に向けて、それぞれベースプレート５４に移動可能に配置されている。

各摺動子６４は、例えばリニアモータを駆動源とする移動機構によりＺ軸方向へ移動される。したがって、移動機構を制御することにより、各摺動子６４をＺ軸方向へ移動させて、所望位置に停止させることができる。

上記の結果、加熱ガス発生装置２２のガス噴射口３８は、被処理物である回路基板１０との間隔を例えば１〜１００ｍｍの間で調整可能である。また、供給ノズル２６及びビデオカメラ５６の各々も同程度に調整可能である。

支持台４４のＸ−Ｙ平面４２上への回路基板１０の配置時及びＸ−Ｙ平面４２からの回路基板１０の取り出し時には、加熱ガス発生装置２２、供給ノズル２６及びビデオカメラ５６を最上方の待避位置に退避させることができる。これにより、これらと回路基板１０との干渉を防止して、回路基板１０のＸ−Ｙ平面４２上への配置作業及びこれからの取り出し作業を迅速かつ容易に行なうことができる。

本実施例では、図５及び図６に示すように、ベースプレート５４の上部に金属微粒子を保留するタンク６６が保持されており、タンク６６から供給ノズル２６に伸びる配管６８を経て、金属微粒子を含むペースト状の補修金属材料が供給される。

補修装置４０では、可動フレーム４６をＸ軸方向へ移動させ、ベースプレート５４をＹ軸方向へ移動させることにより、回路基板１０の所望位置にビデオカメラ５６の視野を移動させることができる。このビデオカメラ５６の画面は、必要に応じて液晶のような表示装置に映し出すことができ、その画面上で、回路基板１０の配線１４上の欠損部分２０を観察することができる。

ビデオカメラ５６の位置から、補修すべき欠損部分２０の位置（ｘ、ｙ）が求められると、ベースプレート５４の移動により、供給ノズル２６が、ビデオカメラ５６に代えて、その欠損部分２０の位置（ｘ、ｙ）に移動される。

この際、供給ノズル２６は、図１（Ｂ）に示すように、金属微粒子を含むペースト状の補修導電材料２４を欠損部分２０に供給しながら、必要に応じて欠損部分２０近傍を走査するように移動される。これにより、金属微粒子を含む必要量の補修導電材料２４が欠損部分２０に堆積される。

金属微粒子の堆積が完了すると、供給ノズル２６に代えて、加熱ガス発生装置２２が欠損部分２０の位置（ｘ、ｙ）に移動される。このとき、加熱ガス発生装置２２は、加熱されたガス２２ａを、欠損部分２０に堆積された補修金属材料２４に吹き付ける。これにより、その補修金属材料２４中の溶剤は除去され、欠損部２０に残存する金属微粒子は加熱されて、焼成される。その結果、欠損部２０に残存する金属微粒子が配線１４の残存部と一体化される。

これにより、配線１４の補修は終了する。しかし、必要に応じて、加熱ガス発生装置２２に代えて、ビデオカメラ５６を補修箇所に再び移動させることにより、該補修箇所の補修状態を観察することができる。

前記したように、補修装置４０を用いることにより、補修材料である金属微粒子の補修箇所への供給及びその加熱処理を支持台４４上で行うことができる。

ビデオカメラ５６を不要とすることができるが、前記したように、支持台４４上で配線１４の欠損部分２０を観察し、また補修後の状態を観察することができるから、より確実な補修を迅速に行う上で、ビデオカメラ５６を可動フレーム４６に設けることが望ましい。

可動フレーム４６及びベースプレート５４等の駆動機構としてリニアモータの例を示したが、これに代えて種々の駆動機構を用いることができ、またこれらを手動操作することもできる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。

本発明に係る補修方法の各工程を説明する概略図であり、図１（Ａ）は補修を受ける回路基板の補修箇所を示し、図１（Ｂ）は補修導電材料の堆積工程を示し、図１（Ｃ）は加熱処理工程を示し、各図の上段部には補修を受ける回路基板が縦断面図で示され、同下段部にはその平面図が示されている。 補修を受ける回路基板の一例を示す電気回路図である。 本発明で用いる加熱ガス発生装置の一実施例を概略的に示す図である。 本発明に係る配線補修装置の一実施例を示す斜視図である。 図４に示す配線補修装置の側面図である。 図４に示す配線補修装置の要部を拡大して示す斜視図である。

符号の説明

１０ 回路基板
１４ 配線
２０ 配線欠損部分
２２ 加熱ガス発生装置
２２ａ 加熱されたガス
２４ 金属微粒子を含む補修導電材料
２６ 供給ノズル
３０ ガス供給装置
３２ ガス加熱装置
３４ ヒータ
３６ シース管
３８ ガス噴出口
４０ 補修装置
４４ 支持台
４６ 可動フレーム
５４ ベースプレート

Claims (10)

1. 回路基板の補修すべき配線欠損部分に金属微粒子を供給し、加熱されたガスであって酸素を含むガスを前記配線欠損部分に供給された金属微粒子に吹き付けて、該金属微粒子を焼成することを含む、回路基板の配線補修方法。
2. 前記ガスは、酸素は含むがプラズマは含まない、請求項１に記載の配線補修方法。
3. 前記ガスとして空気を用いる、請求項１及び２のいずれか１項に記載の配線補修方法。
4. 前記金属粒子を前記ガスにより２２０℃から５００℃に加熱する、請求項１から３のいずれか１項に記載の配線補修方法。
5. 前記金属微粒子はナノ粒子を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の配線補修方法。
6. 補修すべき配線欠損部分を有する回路基板が配置されるＸ−Ｙ平面を規定する支持台と、該支持台上の前記回路基板の上方でＹ軸方向に沿って配置されかつＸ軸方向へ移動可能の可動フレームと、前記可動フレームにＹ軸方向へ移動可能に支持され、金属微粒子を前記配線欠損部分に供給する供給ノズルと、前記配線欠損部分に供給された金属微粒子を加熱する加熱されたガスであって酸素を含むガスを発生する加熱ガス発生装置とを含む、回路基板の配線補修装置。
7. 前記加熱ガス発生装置は、酸素を含むガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置から供給されるガスを加熱し、加熱されたガスを前記配線欠損部分に供給された金属微粒子に吹き付けて該金属粒子を加熱するガス加熱装置とを備える、請求項６に記載の配線補修装置。
8. 前記ガス供給装置は、空気を前記ガスとして前記ガス加熱装置に供給するファン、及び空気を含むガスを供給するマスフローコントローラのいずれか一方を含む、請求項７に記載の配線補修装置。
9. 前記可動フレームにはＹ軸方向へ移動可能のベースプレートが配置され、該ベースプレートには、前記供給ノズルがノズル口を前記回路基板へ向けてＺ軸方向へ昇降可能に支持されていると共に、前記加熱ガス発生装置がそのガス噴射口を前記回路基板へ向けてＺ軸方向へ昇降可能に支持されている、請求項６から８のいずれか１項に記載の配線補修装置。
10. さらに、前記可動フレームには、前記配線欠損部分を観察するためのビデオカメラがＹ軸方向へ移動可能に支持されている、請求項６から９のいずれか１項に記載の配線補修装置。

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