JP3925821B2 - 印刷回路基板修理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子システムに使用される印刷回路基板に関し、より詳細には、はんだボール・グリッド・アレイを含む印刷回路基板を再加工又は修理する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１９８１年７月発行のＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ（ＴＤＢ）、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．２、ページ１２３７の論文には、印刷回路基板（ＰＣＢ）中の貫通孔をふさぐ絶縁素子が示されている。この論文は、本明細書に教示及び請求されている本発明に従った方法及び装置のいずれも教示していない。
【０００３】
１９９０年６月発行のＩＢＭ ＴＤＢ、Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．１Ｂ、ページ４７５の論文は、同軸ケーブルと基板ピンとの接続を用いて印刷回路ネットを修理する装置を教示している。この論文は、伸張された末端部をもつ絶縁された二また状の接続ピンを使用して、ＰＣＢの除去された内部ネットを再生する方法を示しており、このピンには同軸ケーブルを差し込むことができる。この論文は、ボール・グリッド・アレイ中のパッドにコネクタを接続する方法を記述しておらず、更にこの論文中に示された装置の物理的なサイズは、印刷回路基板上のボール・グリッド・アレイ・パターンに使用するには大き過ぎる。いずれにしてもこの論文は、本明細書に教示及び請求している本発明について何ら教示ないし示唆してない。
【０００４】
Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｍａｓｏｎ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｌｔｄ．によって１９９２年１２月に発行された「Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ」Ｎｏ．３４４中のアブストラクトＮｏ．３４４８８には、印刷回路基板中の開放回路の修理法が示されている。しかしこの論文も、本明細書に教示及び請求されている本発明については、何ら教示ないし示唆してない。
【０００５】
１９９３年１２月発行のＩＢＭ ＴＤＢ、Ｖｏｌ．３６、Ｎｏ．１２、ページ１３３の論文は、印刷回路基板上のはんだボール接続の再加工、技術変更、又は配線の追加の技術を教示している。この論文は、パッド中のバイア及びドッグ・ボーン（ｄｏｇ ｂｏｎｅ）構造の両者を示しているが、本明細書に教示及び請求されている配線ループ技術についても剛性のピン（ｒｉｇｉｄ ｐｉｎ）構造についても何ら教示ないし示唆してない。
【０００６】
米国特許第３，２３０，２９７号は、はんだに耐性のある部分をもつコネクタを備えた回路基板を教示している。しかしこの特許は、現在の多層基板ではなく、単純な両面基板の修理法を教示している。したがってこの特許も、本明細書に教示及び請求されているボール・グリッド・アレイに関連する問題には言及してない。
【０００７】
米国特許第３，３６１，８６９号は、印刷回路基板への接続を行い、回路配線の修理を行う装置を教示している。しかしこの特許は、本明細書に教示及び請求されている本発明については、何ら教示ないし示唆してない。
【０００８】
米国特許第３，４０６，２４６号は、両面印刷回路基板上の印刷回路配線の修理用装置について教示している。しかしこの特許も、本明細書に教示及び請求されている本発明については、何ら教示ないし示唆してない。
【０００９】
米国特許第４，４０９，７３２号は、印刷回路基板上の部品試験の間に、接続線の分離に使用される回路分離素子を教示している。しかしこの特許は、本明細書に教示及び請求されている本発明については、何ら教示ないし示唆してない。
【００１０】
米国特許第４，７７８，５５６号は、印刷回路基板の修正ないし修理用の装置を教示している。この特許は、既存の印刷回路基板への導体の追加のみを教示している。したがってこの特許も、本明細書に教示及び請求されている印刷回路の削除についても、ボール・グリッド・アレイの処理についても何ら教示ないし示唆してない。
【００１１】
従来の技術は、一般に印刷回路基板の修理ないし再加工を取り扱っているが、このような従来技術は、極端に間隔の狭い最新技術の印刷回路基板構造での回路分離、及びボール・グリッド・アレイへの再接続の問題には言及してない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、印刷回路基板を効率よくしかも低いコストで再加工ないし修理することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
したがってはんだボール・グリッド・アレイをもつ印刷回路基板を、効率的に低いコストで修理又は再加工する方法及び装置は、（１）印刷回路基板の一表面上のボール・グリッド・アレイ・パッドと、内部回路及び印刷回路基板の反対表面上の回路との間の電気的接続を切断するために、メッキされたスルー・ホール（ｐｌａｔｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｌｅ）を穿孔するステップと、（２）穿孔されたホール中に絶縁スリーブで一部が囲まれた剛性のピンを挿入するステップを含む。このピンの一端には、印刷回路基板の一表面上のボール・グリッド・アレイに接続するための金属線が取り付けられ、他端には金属線を取り付けるための支柱（ｐｏｓｔ）が設けられ、このピンには、穿孔されたホール中でピンの垂直方向の位置を調整するために、ピンの長さ方向に沿って停止部があり、このピンは、バイア代替（ＶＲ）ピンと呼ばれる。
【００１４】
代替的には、メッキされたスルー・ホールが穿孔された後に、線の一部の長さの絶縁を除去した絶縁金属線をこのホールに挿入し、この線を印刷回路基板の一表面上に延長させてもよい。線の裸の部分は、印刷回路基板の表面に沿って曲げられ、はんだリフロー・プロセスで基板に取り付けられる。ドッグ・ボーン構造では、配線は、印刷回路基板の面上のはんだボールが付けられるパッドの周囲に形成される。
【００１５】
印刷回路基板が単線の金属線、より対線、又は同軸ケーブルのいずれの接続にも適合して再加工できることが、本発明の利点である。更に印刷配線基板の再加工が、単純で低費用の方法で行えることが、本発明の利点である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、印刷回路基板（ＰＣＢ）１０の断面図が示されている。印刷回路基板１０は、最上部の印刷回路層１２、複数の内部印刷回路層１３、１４、１５、１６、１７、１８及び底部印刷回路層２０を含む。ＰＣＢ１０は又、多数のメッキされたスルー・ホール２２、２４、２６を含み、これらのスルー・ホールは、複数層ＰＣＢ１０の様々な層間の接続を可能にする。集積回路チップ３０が、はんだ接続３４によって基板３２に搭載されている。基板３２は、はんだボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）３６によって、ＰＣＢ１０の最上部印刷回路層１２に搭載されている。
【００１７】
図１では、はんだボール接続（ＳＢＣ）のいわゆる「ドッグ・ボーン設計」が示されており、ここでははんだボールの位置が、印刷回路基板１０中のメッキされたスルー・ホールの位置からずらされているが、代替の設計では、ＢＧＡ３６のはんだボールを、印刷回路基板１０のメッキされたスルー・ホール２２、２４、２６の軸位置に合わせることもできる。このような代替設計では、ＰＣＢ１０の最上面から延長される金属線は、隣接するはんだボール又はパッドとの短絡を避けるために、短くする必要がある。
【００１８】
説明を単純にするために、はんだボール接続が印刷回路基板１０中のメッキされたスルー・ホールから位置をずらされている、ドッグ・ボーン設計を採用した実施例のみに関して、本発明を説明する。
【００１９】
図２を参照すると、本発明に従ったプロセスが更に説明されている。印刷回路基板１０の修理又は再加工が必要なとき、ホール２２のようなメッキされたスルー・ホールをドリル穿孔し、ホール２２の壁をメッキしていた導電物質を除去してしまう。この導体の除去により、複数層の印刷回路基板１０の様々な層間のホール内の接続も無くなる。
【００２０】
必要な修理又は再加工を行うために、絶縁スリーブ４８、６２（図３、図４、図７を参照）で囲まれたピン４０又は金属線６０を、ＰＣＢ１０中の穿孔されたホール２２に挿入し、その結果、ＰＣＢ１０の最上面のボール・グリッド・アレイ３６と他の金属線との間の必要な接続を行うことができ、この接続では、単一金属線又は同軸ケーブルが、ピン４０（図３参照）の支柱４２、又は金属線６０（図７参照）の尾部に接続される。
【００２１】
図３、図４、図５において、本発明の第１の実施例を説明する。
【００２２】
バイア代替（ＶＲ）ピン４０の正面の断面図が図３に示され、側面の断面図が図４に示され、図５ではこのピンが、複数層印刷回路基板１０中の穿孔ホール（バイア）２２中に挿入され、エポキシのような密で機械的に強固な液状材料で固定されている。ＶＲピン４０は、ＰＣＢ１０の底部より下に突き出る下部の支柱部４２、ホール（バイア）２２中で支柱部４２から上方に延長される尾部４４、およびホール（バイア）２２中でＶＲピン４０の垂直方向位置を管理するＺ停止部４５をもつ。溶接などの適切な導電的取り付け法により、金属線４６が尾部４４に取り付けられる。金属線４６は典型的なものとしては、小さい径（約０．０７６ミリメータ）の金メッキ線である。金属線４６は十分な長さがあり、ホール２２から延びて曲げられ（図５）、ボール・グリッド・アレイ３６に取り付けられる。絶縁スリーブ４８は、金属線４６及びＶＲピン４０の尾部４４を覆う。絶縁スリーブ４８は、ＰＣＢ１０の内部印刷回路層１３、１４、１５、１６、１７、１８のいずれもが、お互いに接触することを防ぐ。支柱４２はＶＲピン４０の堅固な延長部であり、十分な強度をもち、適切な材料から成るか又はメッキされ、置き換え用又は変更用の接続金属線（図には示されてない）が、はんだ付け又は他の方法で取り付けできる。
【００２３】
ここで図４を参照して、ＶＲピン４０の側面の断面図を説明する。金属線４６が、前記のようにＶＲピン４０の尾部４４に溶接される。エポキシ材（例えば、Ａｒａｌｄｉｔｅ−スイスＣｉｂａ社製のエポキシ樹脂の商品名）５０が、スリーブ４８と、尾部４４と金属線４６との間を機械的に保護し、金属線４６及び尾部４４の周囲を液密にシールする。
【００２４】
ホール２２の最上部から延びた金属線４６は、曲げられてドッグ・ボーン５２（図６）に電気的及び機械的に接触するような成形される。このドッグ・ボーン５２上には、はんだボール・グリッド・アレイ３６のはんだボールが取り付けられる。
【００２５】
次に図７を参照して、本発明の代替の実施例を説明する。図７では、金属線６０を絶縁体６２及び接地導線６６が取り囲む同軸ケーブルを示しているが、金属線６０は、絶縁体６２で囲まれた単一の線とし、同軸ケーブルの一部としなくてもよい。
【００２６】
絶縁体６２に囲まれた金属線６０は、印刷回路基板１０中のホール２２を貫通し、ドッグ・ボーン構造に合わせて適切な形に曲げられ（図８参照）、その上にはんだボール・グリッド・アレイ３６のはんだボールを受け取る。金属線及び絶縁体は接着剤６４によって所定の位置に固定されてシールされるが、この接着剤はエポキシ材でよい。同軸ケーブルの接地導線（シールド導体）６６は、印刷回路板上の共通の接地接続部にはんだ付けし、ホール２２の底部は、前記のようにエポキシ材でシールできる。
【００２７】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００２８】
（１）
はんだボール・グリッド・アレイが取り付けられた印刷回路基板を再加工する方法であって、
（ａ）前記印刷回路基板中のホールから導電物質を除去し、前記印刷回路基板の一表面上に取り付けられたボール・グリッド・アレイ・パッドと、内部回路及び前記印刷回路基板の反対表面上の回路との間の電気的接続を切断するステップと、
（ｂ）前記ホール中に周囲が絶縁された導電体を挿入するステップと、
（ｃ）前記導電体の一端に置き換え用金属線を電気的及び機械的に接続するステップと、
（ｄ）前記ボール・グリッド・アレイ・パッドに前記導電体を機械的及び電気的に確実に接触させ、前記ボール・グリッド・アレイ・パッドと前記置き換え用金属線との間に新たな回路を作成するステップと、
を含む方法。
（２）
前記印刷回路基板中の前記ホールが、メッキされたスルー・ホールであり、前記導電物質を除去するステップが、前記メッキされたスルー・ホールの精密穿孔を含む、（１）に記載の方法。
（３）
前記導電体が剛性のピンであり、前記ピンが、その一端に電気的に接続された第１の金属線を有し、前記ピンの他端に支柱を有する、（１）に記載の方法。
（４）
前記導電体の他端を形成するステップが、前記ボール・グリッド・アレイ・パッドの形に一致するように前記導電体を成形するステップを更に含む、（１）に記載の方法。
（５）
同軸ケーブルから成る置き換え用金属線のシールド導体を、前記印刷回路基板上の共通接続パッドに接続するステップを更に含む、（１）に記載の方法。
（６）
はんだボール・グリッド・アレイが取り付けられた印刷回路基板を再加工するための装置であって、
（ａ）前記印刷回路基板中のホールから導電物質を除去し、前記印刷回路基板の一表面上に取り付けられたボール・グリッド・アレイ・パッドと、内部回路及び前記印刷回路基板の反対表面上の回路との間の電気的接続を切断するための手段と、
（ｂ）前記ホールに周囲が絶縁された導電体を挿入するための手段と、
（ｃ）前記導電体の一端に置き換え用金属線を電気的及び機械的に接続するための手段と、
（ｄ）前記ボール・グリッド・アレイ・パッドと前記置き換え用金属線との間に新たな回路を作成するために、前記導電体の他端を成形するための手段と、
を含む装置。
（７）
前記印刷回路基板中の前記ホールが、メッキされたスルー・ホールであり、前記導電物質を除去するための手段が、前記メッキされたスルー・ホールを精密穿孔するための手段を含む、（６）に記載の装置。
（８）
前記導電体が剛性のピンであり、前記ピンがその一端に電気的及び機械的に接続された第１の金属線を有し、前記ピンの他端に支柱を有する、（６）に記載の装置。
（９）
前記導電体の他端を成形する手段が、前記ボール・グリッド・アレイ・パッドの構造に一致するように前記導電体の他端を成形するための手段を更に含む、（６）に記載の装置。
（１０）
前記印刷回路基板の反対表面に沿って前記剛性のピンの前記支柱が曲げられるとき、前記印刷回路基板の反対表面と前記支柱との間に介在させる絶縁ワッシャーを更に含む、（６）に記載の装置。
（１１）
印刷回路基板の再加工に使用するためのバイア代替ピンであって、
（ａ）前記印刷回路基板の第１の表面から突き出る支柱と、
（ｂ）前記印刷回路基板中のバイア・ホール中に前記ピンを位置決めするための垂直方向の停止部と、
（ｃ）前記印刷回路基板の第２の表面に向けその途中まで前記支柱から延びる尾部と、
（ｄ）前記尾部に電気的及び機械的に接続され、前記印刷回路基板の第２の表面から延びる柔軟な金属線と、
を含むピン。
（１２）
前記バイア・ホール内で、前記印刷回路基板から前記尾部及び前記柔軟な金属線を絶縁するための絶縁スリーブを更に含む、（１１）に記載のピン。
（１３）
前記支柱が、前記印刷回路基板の第１の面に沿って曲げられ、前記支柱と前記印刷回路基板の第１の面との間の接続の機械的強度を増加させる、（１１）に記載のピン。
【図面の簡単な説明】
【図１】修理又は再加工前の印刷回路基板の断面図である。
【図２】印刷回路基板のメッキされたスルー・ホールに本発明に従った穿孔操作を行った後の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に従ったＶＲピンの正面の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に従ったＶＲピンの側面の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に従った印刷回路基板中の穿孔ホールに挿入されたＶＲピンの断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に従い、はんだボール・パッドに機械的及び電気的な接続を確実に行うように形成された接続金属線の構造を示す、印刷回路基板の一部の平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例に従い、穿孔後のメッキされたスルー・ホール中に挿入された絶縁された金属線をもつ、印刷回路基板の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施例に従い、はんだボール・パッドに機械的及び電気的な接続を確実に行うように形成された接続金属線の構造を示す、印刷回路基板の平面図である。
【符号の説明】
１０ 印刷回路基板（ＰＣＢ）
１２ 最上部印刷回路層
１３、１４、１５、１６、１７、１８ 内部印刷回路層
２０ 底部印刷回路層
２２、２４、２６ メッキされたスルー・ホール
３０ 集積回路チップ
３２ 基板
３４ はんだ接続
３６ はんだボール・グリッド・アレイ （ＢＧＡ）
４０ バイア代替（ＶＲ）ピン
４２ ピンの支柱
４４ ピンの尾部
４５ Ｚ停止部
４６ 金属線
４８ 絶縁スリーブ
５０ エポキシのアラルダイト材
５２ ドッグ・ボーン構造
６０ 金属線
６２ 絶縁スリーブ
６４ 接着剤
６６ 接地導線

Claims (6)

1. はんだボール・グリッド・アレイが取り付けられた印刷回路基板を再加工する方法であって、
   （ａ）前記印刷回路基板中のホールから導電物質を除去し、前記印刷回路基板の一表面上に取り付けられたボール・グリッド・アレイ・パッドと、内部回路及び前記印刷回路基板の反対表面上の回路との間の電気的接続を切断するステップと、
   （ｂ）前記ホール中に周囲が絶縁スリーブにより絶縁された導電体を挿入するステップと、
   （ｃ）前記導電体の一端に置き換え用金属線を電気的及び機械的に接続するステップと、
   （ｄ）前記ボール・グリッド・アレイ・パッドに前記導電体を機械的及び電気的に確実に接触させ、前記ボール・グリッド・アレイ・パッドと前記置き換え用金属線との間に新たな回路を作成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記印刷回路基板中の前記ホールが、メッキされたスルー・ホールであり、前記導電物質を除去するステップが、前記メッキされたスルー・ホールの精密穿孔を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記導電体が剛性のピンであり、前記ピンが、その一端に電気的に接続された第１の金属線を有し、前記ピンの他端に支柱を有する、請求項１に記載の方法。
4. はんだボール・グリッド・アレイが取り付けられた印刷回路基板を再加工するための装置であって、
   （ａ）前記印刷回路基板中のホールから導電物質を除去し、前記印刷回路基板の一表面上に取り付けられたボール・グリッド・アレイ・パッドと、内部回路及び前記印刷回路基板の反対表面上の回路との間の電気的接続を切断するための手段と、
   （ｂ）前記ホールに周囲が絶縁スリーブにより絶縁された導電体を挿入するための手段と、
   （ｃ）前記導電体の一端に置き換え用金属線を電気的及び機械的に接続するための手段と、
   （ｄ）前記ボール・グリッド・アレイ・パッドと前記置き換え用金属線との間に新たな回路を作成するために、前記導電体の他端を成形するための手段と、
   を含む装置。
5. 印刷回路基板の再加工に使用するためのバイア代替ピンであって、
   （ａ）前記印刷回路基板の第１の表面から突き出る支柱と、
   （ｂ）前記印刷回路基板中のバイア・ホール中に前記ピンを位置決めするための垂直方向の停止部と、
   （ｃ）前記印刷回路基板の第２の表面に向けその途中まで前記支柱から延びる尾部と、
   （ｄ）前記尾部に電気的及び機械的に接続され、前記印刷回路基板の第２の表面から延びる柔軟な金属線と、
   （ｅ）前記バイア・ホール内で、前記印刷回路基板から前記尾部及び前記柔軟な金属線を絶縁するための絶縁スリーブと
   を含むピン。
6. 前記支柱が、前記印刷回路基板の第１の表面に沿って曲げられ、前記支柱と前記印刷回路基板の第１の表面との間の接続の機械的強度を増加させる、請求項５に記載のピン。

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