JP4950532B2 - 回路基板の配線補修方法およびその装置 - Google Patents

回路基板の配線補修方法およびその装置 Download PDF

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Description

本発明は、TFTが組み込まれた液晶基板のような電子回路基板の配線補修に適した配線補修方法およびその装置に関する。
配線基板の従来の配線補修方法の一つに、配線の断線部分に金属材料を含む修正用液体材料を塗布した後、レーザ光を用いて金属薄膜を析出させる方法がある(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、レーザ光は高いエネルギー密度を有し、微細加工では補修部の近傍に損傷を与える虞があり、取り扱いは容易ではない。
また、半導体製品の製造過程での不純物拡散あるいは半導体結晶の破壊部分の修復のためのアニーリング処理に、大気圧または大気圧に近い真空度で発生させる熱プラズマを用いる方法がある(例えば、特許文献2参照)。この熱プラズマアニール法では、アルゴンがキャリアガスとして用いられており、このキャリアガスに組み合わされるプラズマ生成用ガスとして、窒素あるいはヘリウムのような不活性ガスまたは水素のような還元ガスが用いられている。このようなプラズマ生成用ガスを用いたプラズマアニール法は、半導体内への不純物拡散あるいはアモルファスシリコンの結晶化に有効であるが、この方法によっては、金属微粒子を含む導電材料で良好な導電路を形成することはできない。
さらに、大気圧近傍の圧力下でのプラズマ処理装置を用いて、電子部品の表面に残存する有機物のような異物をクリーニング処理する方法がある(例えば、特許文献3参照)。この方法によれば、プラズマ処理装置の運転条件を考慮することにより、プラズマの温度を適正に維持すると共に安定なプラズマ放電を維持することができる。これにより、周辺部に加熱による損傷を与えることなく、適正なクリーニング処理が可能となる。
特開2001−23929号公報 特開平11−145148号公報 特表WO2003−071839号公報
そこで、本発明の目的は、このような大気プラズマ処理を利用して、配線基板の配線補修を容易に行える方法およびその装置を提供することにある。
本発明に係る回路基板の配線補修方法は、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、この配線欠損部分に供給された金属微粒子に、プラズマ生成用ガスとして酸化ガスを用いた大気プラズマ発生装置からのプラズマガスを吹き付けてアニーリング処理を施すことを特徴とする。
本発明の前記補修方法では、前記回路基板の配線欠損部分に供給された金属微粒子は、プラズマ生成用ガスとして酸化ガスを用いた大気プラズマ発生装置からのプラズマガスの吹き付けにより、例えば230℃〜250℃に迅速に加熱される。これにより、前記金属微粒子は昇温し、その後、徐冷を受ける。
このアニーリング処理すなわち焼鈍処理により、前記金属微粒子は、前記配線部分との一体化が図られる。また、この大気プラズマ発生装置は、負圧を必要とすることがないので、そ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ことがないので、補修すべき箇所の周辺部に熱損傷を与える虞はなく、その取り扱いが容易に行える。
前記配線欠損部分への金属微粒子の供給に先立って、プラズマ生成用ガスとして還元ガスを用いた大気プラズマ発生装置からのプラズマガスを配線欠損部分に吹き付けることができる。この還元ガスを用いたプラズマガスの吹き付けつけによって、該配線欠損部分を例えば60℃〜80℃に迅速に昇温することができる。この低温処理により、配線欠損部分の近傍に加熱による損傷を与えることなく、該配線欠損部分からこれに付着する異物を除去することができる。したがって、金属微粒子が供給される配線欠損部分にクリーニング処理を施すことができることから、金属微粒子と配線との強固な結合を得ることができるので、効率的にしかも確実な補修作業を行うことができる。
還元ガスとして、例えば一酸化炭素または水素ガスを用いることができ、酸化ガスとして、例えば酸素または空気を用いることができる。
本発明に係る回路基板の配線補修装置は、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、金属微粒子を前記回路基板の配線欠損部分に供給するための供給ノズルおよび該供給ノズルにより前記配線欠損部分に供給された金属微粒子を加熱するための大気プラズマ発生装置とを備える。
本発明に係る回路基板の配線補修装置では、前記支持台上でX軸方向へ移動に支持された可動フレームに前記供給ノズルおよび大気プラズマ発生装置がY軸方向に移動可能に支持されている。これにより、前記支持台上の回路基板の所望の配線欠損部分に前記供給ノズルからの前記金属微粒子を供給し、またこの金属微粒子に前記大気プラズマ発生装置からのプラズマガスを吹き付けることができるので、本発明の前記した方法を効率的に実行することができる。
前記大気プラズマ発生装置は、プラズマ生成用ガス源を還元ガスおよび酸化ガス間で切り換え可能とすることができる。このプラズマ生成用ガスの切り換えにより、前記プラズマ発生装置からのプラズマをクリーニングに適した低温(例えば、60℃〜80℃)と、前記補修用導電材料のアニーリング処理に適した高温(例えば、230℃〜250℃)との間で切り換えることができる。したがって、前記支持台上で、回路基板の配線欠損部分のクリーニング処理を含む補修作業を一貫して行うことができるので、補修作業の能率向上を図ることができる。
前記金属微粒子としては、金あるいは銀のような導電性に優れた金属微粒子を用いることが望ましい。また、この金属微粒子には、粒径がナノメートル単位のいわゆるナノ粒子を用いることが望ましい。
前記可動フレームに、該可動フレームの長手方向であるY軸方向へ移動可能の
ベースプレートを配置することができる。このベースプレートに、前記供給ノズルをそのノズル口が前記回路基板へ向くように、Z軸方向へ昇降可能に支持することができる。また、前記ベースプレートに、前記大気プラズマ発生装置をそのプラズマ噴射口が前記回路基板へ向くように、Z軸方向へ昇降可能に支持することができる。
このような支持構造を採用することにより、前記支持台のX−Y面上に配置された回路基板の所望の(X,Y)位置に、前記供給ノズルのノズル口および前記プラズマ発生装置のプラズマ噴射口を正確かつ迅速に移動させることができ、さらに、これらのノズル口およびプラズマ噴射口を前記配線回路の補修箇所から最適の距離に容易に調整することができる。また、前記支持台への前記配線回路の配置作業およびこれからの取り出し作業時に、前記ノズルおよび大気プラズマ発生装置を上昇位置に退避させることができるので、前記配線回路の前記支持台への配置およびこれからの取り出し作業を迅速かつ容易に行うことができる。
さらに、前記可動フレームに、前記配線欠損部分を観察するための顕微鏡をY軸方向へ移動可能に支持することができ、これにより補修すべき箇所の調査、補修前後の確認作業を効率的に行うことができる。
本発明によれば、前記したように、プラズマ生成用ガスとして酸化ガスを用いた大気プラズマ発生装置からのプラズマガスを補修用の金属微粒子に吹き付けることにより、補修箇所の周辺部に加熱による損傷を与えることなく、この金属微粒子に適正なアニーリング処理を施すことができる。したがって、回路基板に加熱による損傷を与えることなく、前記金属微粒子と配線欠損部分との一体化を図ることができ、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。
図1は、本発明に係る回路基板の配線補修方法の手順を示す。図1(a)〜(d)の各上段部には補修対象となる回路基板が縦断面で示されており、図1(a)〜(d)の各下段部にはそ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のより具体的な例として、図2には、従来よく知られたTFTアレイ基板からなる液晶基板10が示されている。この液晶基板10のガラス板12上には、複数のゲートライン14aが相互に間隔をおいて平行に形成されている。また、図示しないが従来よく知られた層間絶縁膜によってゲートライン14aから電気的に隔離された状態で、これらと直角に配置された多数のソースライン14bが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、画素16が形成されており、また、各画素16の作動制御のために、薄膜トランジスタ(TFT)と称されるスイッチングトランジスタ18が形成されている。
このトランジスタ18は、一般的には、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16に接続されたドレインと、前記ソースおよ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。前記ゲートは対応するゲートライン14aに接続されている。この液晶基板10は、ゲートライン14aおよびソースライン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、該トランジスタに対応する画素16を表示動作させることができる。
本発明に係る配線補修方法は、このような回路基板10の配線14(14a、14b)自体の欠損、あるいは各配線14とトランジスタ18の前記ゲートあるいはソースとの接続部分の欠損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自体の欠損の補修について、本発明の補修方法を図1に沿って説明する。
図1(a)に示されているように、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が前記した絶縁膜や保護膜等から露出される。この欠損部分20が露出されると、図1(b)に示されているように、大気プラズマ発生装置22からのプラズマ22aが欠損部分20に吹き付けられる。このプラズマ22aは、後述するように、プラズマ生成用ガスとして還元ガスが用いられていることから、例えば60℃〜80℃の比較的低温を示す。この低温のプラズマ22aを用いたクリーニング処理により、欠損部分20の周辺部に加熱による損傷を与えることなく、該欠損部分に残存する絶縁膜や塵を除去することができる。
クリーニング処理の後、図1(c)に示されるように、金や銀のような導電材料からなる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が欠損部分20に堆積される。この補修導電材料24の堆積には、図示のとおり配線14の幅寸法に対応した口径を有する供給ノズルを用いることが望ましい。
しかしながら、この補修導電材料24の欠損部分20への線状の供給は、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手法を適宜採用することができる。
欠損部分20に堆積された補修導電材料24は、図1(d)に示されるように、好ましくは前記したと同様な大気プラズマ発生装置22を用いて、アニーリング処理を受ける。アニーリング処理のために、大気プラズマ発生装置22のプラズマ生成用ガスとして酸化ガスが用いられる。これにより、大気プラズマ発生装置22からは、例えば230℃〜250℃のアニーリング処理に適した温度のプラズマ22bが補修導電材料24に向けて吹き付けられる。この大気プラズマ発生装置22からのプラズマ22bを用いたアニーリング処理により、欠損部分20近傍に熱損傷を与えることなく、補修導電材料24の金属微粒子がアニーリング温度に高められ、焼鈍によって配線14と一体化される。
前記したクリーニング処理およびアニーリング処理に用いる大気プラズマ発生装置22を図3に示す。この大気プラズマ発生装置22は、上端がガス導入口28aとなり、また下端がプラズマ噴射口28bとなる例えばガラスのような誘電体からなる誘電体管28と、該誘電体管の長手方向に相互に間隔dをおいて配置されそれぞれが誘電体管28を取り巻いて配置される一対の電極30、30と、該両電極間に交番電圧あるいはパルス状電圧を印加するための電源装置32とを備える。
誘電体管28のガス導入口28aには、切り換えバルブ34を経て、一酸化炭素ガスあるいは水素ガスのような還元ガス源36aおよび酸素あるいは空気のような酸化ガス源36bが選択的に接続される。切り換えバルブ34には、窒素あるいはアルゴン等のキャリアガス源38が接続されている。
この切り換えバルブ34の切り換え操作により、図1(b)に示したクリーニング処理工程では、キャリアガス源38からのキャリアガスCaと共に還元ガス源36aからの還元ガスG1が誘電体管28のガス導入口28aに供給される。また、図1(d)に示したアニーリング処理工程では、キャリアガス源38からのキャリアガスCaと共に酸化ガス源36bからの酸化ガスG2が誘電体管28のガス導入口28aに供給される。その結果、クリーニング処理工程では、前記したように、プラズマ生成用ガスとして還元ガスG1が誘電体管28のガス導入口28aから、誘電体管28により形成される流路に沿ってそのプラズマ噴射口28bに向けて案内される。他方、アニーリング処理工程では、前記したように、プラズマ生成用ガスとして酸化ガスG2が誘電体管28のガス導入口28aから誘電体管28により形成される前記流路に沿ってそのプラズマ噴射口28bに向けて案内される。
これらのガスG1、G2が案内される前記誘電体管28の流路には、電源装置32からの電圧が印加される一対の電極30、30によって、該電極間dに対応する領域に誘電体バリア放電による放電空間領域が形成されている。そのため、誘電体管28のガス導入口28aからプラズマ噴射口28bに案内されるいずれのガスG1、G2の流れも、この放電空間領域を経る過程でプラズマ状態におかれる。その結果、それぞれのプラズマ生成用ガスに応じたプラズマ22aまたは22bが誘電体管28のプラズマ噴射口28bから欠損部分20あるいはこれに堆積された補修導電材料24に吹き付けられる。
大気プラズマ発生装置22の運転条件は、例えば 電源装置32から一対の電極30、30に印加される電圧Vの立ち上がり時間または立ち下がり時間の少なくとも一方が100μ秒以下であり、電源装置32からの電圧Vの波形の繰り返し周波数は、0.5〜1000kHzであり、両電極30、30間に適用される電界強度は0.5〜200kV/cmである。
以下、本発明に係る前記補修方法を実施するのに好適な補修装置を図4ないし図6に沿って説明する。本発明に係る補修装置40は、図4および図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、該支持台上に支持される可動フレーム46とを備える。支持台44のX−Y平面42の各側部には、例えばアルミニゥム製の一対のレール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上には、該面の両側部に配置されたレール48間に補修すべき前記したと同様な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、前記可動フレーム46がY軸方向に沿って配置されている。この可動フレーム46は、門型を呈し、回路基板10の上方でX軸方向に伸びる梁部46aと、該梁部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との嵌合によって、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。
図示の例では、可動フレーム46を自走式にするべく、対応する各レール48と摺動子50とで、リニアモータが構成される。このリニアモータの構成のために、各摺動子50には、図示しないが、界磁コイルが組み込まれている。各界磁コイルは、交流電力の供給を受けることにより、移動磁界を発生する。この移動磁界の電磁誘導によって、対応するレール48に誘導電流が発生すると、該誘導電流と摺動子50の各励磁コイルの移動磁界との相互作用によって、摺動子50には、レール48に沿った推進力が作用する。したがって、各摺動子50に組み込まれた前記界磁コイルへの電力供給の制御によって、可動フレーム46をX軸方向へ移動させ、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、該レールには、該レールと共に前記したと同様な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上で該フレームの梁部46aに沿ってY軸方向へ駆動可能である。このベースプレート54には、それぞれ前記した大気プラズマ発生装置22および供給ノズルが支持されており、さらに図示の例では顕微鏡56が支持されている。
これら大気プラズマ発生装置22、供給ノズル26および顕微鏡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。また、大気プラズマ発生装置22、供給ノズル26および顕微鏡56には、それぞれに対応するレール58〜62に嵌合する各摺動子64が固定されている。これにより、図5に示すように、大気プラズマ発生装置22はそのプラズマ噴射口28bを支持台44上の回路基板10へ向け、また供給ノズルは、そのノズル口を回路基板10へ向け、さらに顕微鏡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。また、レール58〜62と該各レールに対応する各摺動子64とで、前記したと同様なリニアモータが構成されている。したがって、該各リニアモータへの前記したと同様な電力供給の制御によって、大気プラズマ発生装置22、供給ノズルおよび顕微鏡56を上下方向へ駆動させることができ、また所望の昇降位置に保持することができる。
これにより、大気プラズマ発生装置22のプラズマ噴射口28bは、被処理物である回路基板10との間隔を例えば1〜20mmの間で調整可能である。また、供給ノズルおよび顕微鏡56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の配置およびX−Y平面42からの回路基板10の取り出し時には、大気プラズマ発生装置22、供給ノズル26および顕微鏡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、該回路基板のX−Y平面42上への配置およ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および図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、該タンクから供給ノズル26に伸びる配管68を経て補修金属材料である金属微粒子が供給される。
本発明に係る補修装置40では、可動フレーム46をX軸方向へ駆動し、またベースプレート54をY軸方向へ駆動することにより、回路基板10の所望位置に顕微鏡56の視界を移動させることができる。この顕微鏡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。
顕微鏡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の移動によって大気プラズマ発生装置22のプラズマ噴射口28bが、顕微鏡56に代えて、その欠損部分20の位置(x、y)に移動される。続いて、大気プラズマ発生装置22の切り換えバルブ34が作動されると、キャリアガス源38と還元ガス源36aとからの混合ガスが誘電体管28に供給される。このガスの供給により、誘電体管28のプラズマ噴射口28bからは図1(b)に示したように、比較的低温のプラズマ22aが欠損部分20に吹き付けられ、該欠損部分にクリーニング処理が施される。
クリーニング処理が終了すると、ベースプレート54が駆動され、供給ノズルが、大気プラズマ発生装置22に代えて、欠損部分20の位置(x、y)に移動され、図1(c)に示したように、金属微粒子を欠損部分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。これにより、必要量の金属微粒子が欠損部分20に堆積する。
金属微粒子の堆積が完了すると、供給ノズルに代えて、再び大気プラズマ発生装置22が欠損部分20の位置(x、y)に移動される。このとき、大気プラズマ発生装置22の切り換えバルブ34が作動され、キャリアガス源38と酸化ガス源36bとの混合ガスが誘電体管28に供給される。このガスの供給により、誘電体管28のプラズマ噴射口28bからは図1(d)に示したように、比較的高温のプラズマ22bが堆積した金属微粒子に吹き付けられ、その後の徐冷によって該金属微粒子と配線14との一体化が図られる。
これにより、配線14の補修は終了するが、必要に応じて、大気プラズマ発生装置22に代えて顕微鏡56を補修箇所に移動させることにより、該補修箇所を観察することができる。
前記したように、本発明に係る補修装置40を用いることにより、クリーニング処理から補修材料である金属微粒子の補修箇所への供給およびそのアニーリング処理までを支持台44上で行うことができる。
また、顕微鏡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ので、より確実な補修を迅速に行う上で、顕微鏡56を可動フレーム46に設けることが望ましい。
さらに、クリーニング処理を他の方法で行うことができるが、補修装置40によれば、大気プラズマ発生装置22の切り換えバルブ34によるガス源36a、36bの切り換えによってクリーニング処理およびアニーリング処理が可能となることから、図示の実施例が望ましい。
また、可動フレーム46およびベースプレート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)は補修箇所へのクリーニング工程を示し、図1(c)は補修導電材料の堆積工程を示し、図1(d)はアニーリング処理工程を示し、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 本発明に係る大気プラズマ発生装置の原理を概略的に示す断面図である 本発明に係る補修方法を実施する回路基板の配線補修装置を示す斜視図である。 図4に示した配線補修装置の側面図である。 図4に示した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 大気プラズマ発生装置
24 補修導電材料(金属微粒子)
26 供給ノズル
34 切り換えバルブ
36a 還元ガス源
36b 酸化ガス源
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 (8)

  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すること、供給された前記金属微粒子に、プラズマ生成用ガスとして酸化ガスを用いた大気プラズマ発生装置からのプラズマガスを吹き付けてアニーリング処理を施すことを特徴とする、回路基板の配線補修方法。
  2. 前記金属微粒子の供給に先立って、プラズマ生成用ガスとして還元ガスを用いた前記大気プラズマ発生装置からのプラズマガスを前記配線欠損部分に吹き付けて、該配線欠損部分にクリーニング処理を施すことを特徴とする、請求項1に記載の配線補修方法。
  3. 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ための供給ノズルおよび該供給ノズルにより前記配線欠損部分に供給された前記金属微粒子を加熱するための大気プラズマ発生装置とを備える、回路基板の配線補修装置。
  4. 前記大気プラズマ発生装置は、プラズマ生成用ガス源を還元ガスおよび酸化ガス間で切り換え可能である、請求項3に記載の配線補修装置。
  5. 前記還元ガスは一酸化炭素または水素ガスであり、前記酸化ガスは酸素または空気である、請求項4に記載の配線補修装置。
  6. 前記金属微粒子はナノ粒子である、請求項3に記載の配線補修装置。
  7. 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、また前記大気プラズマ発生装置がそのプラズマ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3に記載の配線補修装置。
  8. 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顕微鏡がY軸方向へ移動可能に支持されている、請求項7に記載の配線補修装置。
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