JPH0734502B2 - 導線の修理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、広く導線を修復する新しい方法に関し、特
に、細くなった部分のある導線に関するものである。導
線の細い部分すなわち欠陥部は、大電流を流して加熱さ
れ、修復は、欠陥部の局所熱で起こる電気めっきによっ
て行われる。導線内の空隙を修復する新方式についても
述べる。

B.従来技術 エレクトロニクスの発展により、PCB（プリント回路基
板）上の回路は集積度をますます高めている。所定領域
内の導線をふやすため、より細い導線が必要になる。こ
こから欠陥のある導線がふえることも考えられ、欠陥が
ないか調べるため各PCBを検査することも必要になる。
検査の方法は手動または自動のいずれかである。欠陥が
見つかれば、所定位置にセットして修復しなければなら
ない。現在の方法は、顕微鏡を使って欠陥を目視確認
し、手作業で導体を修復するものである。

プリント回路基板やセラミック・モジュール上の導線の
検査と修復は、パッケージ技術ではもっとも重要な作業
の一つである。電子部品などのハードウェアは信頼性が
高く、欠陥のないものでなければならないからであり、
これらは製造コストが大きく、実際に使用中に欠陥が見
つかった場合、その修復は容易でないからである。将来
発生しうる欠陥も含め、このような欠陥をなくすため相
当な労力が注がれている。

導線の欠陥はたいていマスキングや導電材料の被着不良
による。しかし他の要因も関係しうる。たとえば不純物
や、リソグラフィの解像限度を上回るためなどである。
一般にもっとも多い欠陥は空隙と細部である。

導線の空隙については、現在、大量生産で採用される修
復法として空隙の目視確認と手動のろう付けがある。米
国特許第4418264号では、この種の方法として、金属の
成型材が導体の断続部に置かれ、マイクロ波抵抗溶接に
より金属材が導体に溶接されて断続部が接合される。米
国特許第4704304号には、転写印刷による空隙の修復法
が述べられている。レーザ被着法も回路の空隙を修復す
るため開発されている。本出願人に係る米国特許出願第
248889号（1988年９月23日出願）に開示のとおり、開路
の修復はレーザにより熱電効果（thermobattery effec
t）を応用した電気めっきによって行われる。空隙のあ
る導体の一端がレーザ・ビームで加熱され、高温部（導
体の先端）と低温部（導体の正常な部分）の間に一種の
熱電池が形成される。先端がレーザで加熱されること
で、めっき液中の導電材料が高温部に集積する。このプ
ロセスは、導電材料が成長して空隙の両端が接合され、
電気的な経路が形成されるまで続けられる。

レーザ被着法にはしかし２つの問題がある。レーザ・ビ
ームを顕微鏡下で所定箇所に当てなければならないため
位置合わせが問題となる。また、これを手動で行うにし
ろコンピュータ制御下で行うにしろそのコストは非常に
大きくなる。第２の問題はレーザ照射量の制御である。
これは、照射される表面の反射率が面上の点によって変
わるという事実に関連する。ある位置では過熱され、あ
る位置では被着に充分な熱が得られない。

細部ではさらに慎重な操作を要する。現在、業界で細部
の修復に用いられている方法は、各導線にきわめて高い
電流パルス（10マイクロ秒に50アンペアなど）を通すと
いうものである。これによって生じる高熱によって細部
が焼き切られ空隙ができる。導線は次に開路がないか目
視検査される。空隙は手動で洗浄され、従来法によって
接合が行われる。

最近は非破壊式の電気的な検査法が工夫されている。
（米国特許第4496900号の非線形導電〔NLC〕テスタな
ど）ただしNCLテスタは、クラック、断線、間欠的な空
隙、細部など電流を制限するような欠陥のある電線を発
見するだけであり、細部の正確な位置を示すデータは取
れず、電流を制限する欠陥の修復法は示されていない。
したがって、上記の破壊検査法はなお用いられているは
ずである。欠陥をそのままにしておくよりも断線部を目
視確認するほうが容易だからである。

C.発明が解決しようとする問題点 これまで知られている方法はどれもかなりの時間とコス
トがかかる。これは欠陥部を目視確認するのと、その場
合にのみ修復できるという理由による。しかし、本発明
の方法ははるかに効率が良い。細い部分、狭い部分のあ
る導線内の欠陥部は、修復のためその位置を確かめる必
要がなく、従来法と同程度かそれ以上に効率的な修復が
可能である。本発明の方法は自己誘導的である。すなわ
ち大電流を流して欠陥部に高温部が作られ、導電材料が
その欠陥部に被着される。本発明の方法はまた自制的で
もある。すなわち欠陥が修復されると、処理速度が落
ち、処理は自動終了する。また本発明の方法は製造コス
トを大幅に低減する。

D.問題点を解決するための手段 本発明は、欠陥部のある導線を修復する全く新しい方法
である。すなわち大電流を流して欠陥部を最低１箇所加
熱し、欠陥部に導電材料を被着させ、導線を修復する。

本発明は、空隙が少なくとも１箇所ある導線の修復にも
応用できる。これは２段階のプロセスによる。まず、空
隙の両端をわたって導体を接合、即ち導電性接続を形成
する。この接合部のコンダクタンスはかなり低くなる。
次に大電流を流して導体の接合部を加熱する。こうして
導電材料が接合部に沿って被着され、よって導線の空隙
が修復される。

E.実施例 本発明は、導線の細部をこれを実際に確認する必要なく
自動的に修復する方法を示す。ここで細部とは、通常の
導線よりも単位長さ当たりの抵抗が大きい導線の一部を
指す。細部は様々な形状がありうる。たとえば導線の幅
が部分的に狭いもの、高さや厚みが部分的に少ないも
の、導電率が部分的に通常の導線よりも少ないものなど
である。細部としてはまた、開路の両端にまたがる細い
電気接点やブリッジなども含まれる。

従来法で知られているとおり、比較的大きな電流を回路
の導線に流すことで、細部（細かい部分または導電率の
低い部分）は難なく加熱される。これは導線の細部では
単位長さ当りの抵抗が大きく、正常な部分よりも大きな
ジュール熱を発生するためである。第２に、細部の断面
積が小さいため熱放散が少ない。

このような局所的に発生するジュール熱は、NLCテスタ
など欠陥を電気的に発見するほとんどの方法の基礎とも
なっている。

本発明の基本原理は、欠陥部で発生したジュール熱によ
って欠陥部に金属を被着させることである。

導電材の被着にはいくつかのプロセスがある。気相や液
相を伴うプロセスもこれに含まれる。

電気めっき法では熱電効果が応用される。熱電効果は、
導線の高温部を電気的に負の状態（カソード）にし、低
温部を正の状態（アノード）にする。欠陥部や空隙のあ
る部分に被着する材料は、プローブによるか、または導
線の厚みのある部分によって担持され、欠陥部へ移動す
る。これによって導電材が欠陥部に正確に被着される。
欠陥部は修復が完了するまで負の状態のままである。金
属が導線の厚みのある部分から欠陥部へ移動すると、導
線は被着プロセスが完了した時点で均一になる。

第２のプロセスは、無電解めっき液を用いたものであ
る。被着される材料はめっき液中に置かれる。めっき速
度は温度によって大きく変化する。たとえば室温では高
温部がない限り電線は事実上めっきされない。高温部が
ある場合はその部分だけがめっきされる。大電流を通し
た後、導線の欠陥部は高温になる。高温部は速くめっき
され、導線の他の部分はめっきされない。高温部のめっ
き速度は最初高いが、欠陥部や空隙がめっき材料で埋め
られるにつれ低下し、高温部がなくなるとめっきが止ま
る。

第３のプロセスは、自己誘導CVD（化学的気相成長法）
である。大電流を導線に流して欠陥部に生じたジュール
熱により、導電材の有機金属化合物が被着される。導電
材はここで欠陥部に正確に被着される。

いずれの場合も欠陥部はめっきされるか、または導電材
で覆われ、欠陥のあった導線が修復される。

本発明の利点の一つは自動的に修復されることである。
すなわち欠陥部を見つける必要がない。欠陥があれば電
流がこれを見つけ出して加熱し、欠陥部はこの後、適量
の所定材料で自動的にめっきされるからである。

上記のプロセスも自制的である。金属は欠陥部または空
隙部に被着されるため、導線の欠陥部の断面積は大きく
なる。その結果、局所抵抗は下がり、導線を通じた熱放
散の効率が良くなる。よって欠陥部の温度が下がる。最
後に、この被着プロセスは、欠陥部の断面が導電材で埋
まると終了し、これで、電流は制限されなくなる。

欠陥部は局所的なジュール効果で修復されるため、この
ジュール効果が止めば電気的なテスタ（NCLなど）から
の欠陥信号も送られなくなる。

電気めっき液を用いた場合、導線の一端からもう一端へ
の移動をなくすには交流を流すのが望ましい。ただし周
波数と波形は重要ではないだろう。したがってもっとも
使いやすい電源は、電圧を数ボルトにまで下げた60Hzの
商用電源である。

亀裂や細部などを修復するため欠陥部のある導線に流す
比較的大きな電流は、パルスとして取り出したり変調し
たりできる。電流パルスにより被着プロセスが減速する
可能性は大きくなるが、被着部は均一になるはずであ
る。導線を通る大電流が細部を空隙にするなど導線を破
損させる値以下に電流値を保つような帰還回路も加えら
れよう。

本発明のプロセスを、レーザ被着法や開路間に細いブリ
ッジなど電気的な接続部を形成する方法と組み合わせれ
ば（たとえコンダクタンスが低くても）、この開路もま
た修復することができる。形成される導電部は大電流を
流すことで加熱され、自己誘導による被着プロセスが開
始されれば、信頼できる導線が得られる。

開路または間隙をつなぐため被着される導電材料は、導
線の材料と必ずしも同じにする必要はない。

同様に、細部に被着される導電材料も導線材と同じにす
る必要はない。本発明で使用可能な材料としては、銅、
銀、クロム、アルミニウム、金、プラチナ、モリブデ
ン、タングステン、ニッケル、パラジウム、チタンなど
がある。

本発明の方法はきわめて効率的かつ低コストである。自
動的に修復され、自動的に終了し、高品質の金属被着部
が形成される。現在行なわれている手動による修復プロ
セスに代えることができる。また、電気的な非破壊検査
法と組み合わせれば、PCBの検査と修復を完全に自動化
できる。

この自動修復法をレーザ誘導被着法などと組み合わせる
ことにより、自己誘導により空隙を修復することも可能
である。

本発明の方法は比較的低温で行なわれるため、ポリマな
どの有機材料から作られるPCBに応用できる。導線を持
つセラミック製PCBも使用できる。

実施例１ないし４の試験条件 この新方式を例証するため一連の試験を行なった。この
結果は本発明の原理が有効なことを示している。さらに
非常に簡単であり適用しやすいこともわかった。

例証に用いたサンプルは銅線を使ったプリント回路基板
である。欠陥は、人為的に傷を付け、塩化鉄の溶液で食
刻して形成した。欠陥は細部とし、厚みは約10ないし50
ミクロンとした。

IBMのNLCテスタ（米国特許第4496900号参照）を用いて
欠陥の特性を調べた。使用したサンプルで初期値は10マ
イクロV/A³から10キロマイクロV/A³であった。修復後、
各導線は正常になった。すなわちNCLの値が検出限度以
下に下がった。目視確認から、欠陥部は導電材料（銅）
で充分に覆われていることがわかった。

図示のとおり、一端に電線（22）をつないだ２本のプロ
ーブすなわち電極（20）をプリント回路基板（14）に当
てた。PCB（14）の導線（16）には細部（18）がある。
細部（18）には、図示していないが開路をつなぐ電気的
な接続部すなわちブリッジを形成することもできる。プ
ローブを当てたPCB（14）は、めっき液（12）の容器（1
0）に沈めた。電線（22）は電圧計（24）、１オームの
抵抗（26）、およびトランス（32）に接続した。電流は
可変コンデンサ（30）を介して交流電源（28）から供給
した。

可変コンデンサ（30）とトランス（32）からなる電源
は、商用送電線（28）に接続した。電源からは数ボルト
で最大7.5アンペアの交流電流を供給した。電流は電圧
計（24）でモニタし、電圧計には１オームの抵抗（26）
を電線（16）と直列に接続した。１オーム抵抗（26）は
電流を安定させるためにも用いた。

めっき液は２種類用いた。一方は１モル硫酸銅と0.5モ
ル硫酸の普通の電気めっき液で、もう一方はEnthone社
（米国コネチカット州ウェスト・ヘイブン）のEDTA（エ
チレンジアミン四酢酸）を基にした無電解めっき液であ
る。

欠陥部が修復された後、被着金属の微細構造を高倍率の
SEM（走査電子顕微鏡）顕微鏡写真で観察した。被着金
属は、粒子がほどよい大きさで並んだ結晶構造で、連続
した綿密な組織が見られた。

実施例１ サンプル修復前にIBMのNCLテスタでサンプル試験を行っ
た。サンプルの欠陥レベルは空気中で10マイクロV/A³か
ら10キロマイクロV/A³の範囲であった。

上述の試験条件下、サンプルを１モル硫酸銅と0.5モル
硫酸の電気めっき液を用いて修復した。２本の電極（2
0）は図示のとおり細部を挟んで導線（16）に接続し
た。電流を流した後、欠陥部（18）に高温部ができ、電
流の働きで銅が細部（18）に被着された。この電気めっ
きプロセスを、導線が均一になり高温部がなくなるまで
続けた。修復された導線のPCBを除去して水で洗浄し、
電気めっき液を取り除いた。

サンプルによって修復電流の最適値が異なるのがわかっ
た。修復開始時の電流は約１アンペアから３アンペアの
範囲であった。最初に４アンペアの電流を流したサンプ
ルには空隙のできたものもあった。

２アンペアでは、ほとんどのサンプルで目に見えるほど
の結果は得られなかった。しかし３アンペアからは大半
のサンプルに改良がみられた。４アンペアの電流を数分
間流すことで全サンプルが完全な形となった。

また、電流が大きすぎ、時間が長すぎる場合、導電材に
気泡やスパイクが形成されるなどの結果になることも確
認された。５アンペアの電流を２分間流した場合、欠陥
部はさらに均一になる。しかし銅とPCB基板の界面に気
泡ができ始める。気泡のまわりには、釣鐘状の突部が形
成され始める。被着された銅に孔が増え始める。この気
泡は、たとえば超音波かくはん機などでかくはんすれば
簡単に取り除ける。

２次作用がなく、あらゆる欠陥を修復可能な汎用プロセ
スが考案された。このプロセスは、最初に低アンペアの
交流電流（１アンペアなど）を流し、毎分１ないし２ア
ンペアの速度で、当該導線の最大許容電流である４ない
し4.5アンペアまでゆっくり電流を上げる。電流は２、
３分間４ないし4.5アンペアに保たれ、この後回路の電
源を切った。この方法によれば前述のようなやっかいな
寄生効果を避けることができる。

上記の方法によってサンプルはすべて、NCLテスタが示
すような正常な導線にまで修復できることがわかった。

実施例２ 図示した前記の試験条件で、厚みが50ミクロンで欠陥部
のある銅線（16）を用いた。その細部（18）の最小厚み
は計算では10ミクロンをかなり下回った。細部のあるこ
の銅線に大電流を流し、細部（18）付近を加熱した。En
thone社のEDTAを基にした無電解めっき液を使用して欠
陥部に無電解めっきを施した。このプロセスは銅が充分
に被着されて高温部がなくなってから停止した。導線が
修復されたPCBを容器から取り出し、水で洗浄してめっ
き液を除去した。細部が銅めっきされた後、NLCの値は
検出限度以下であった。欠陥部に金属を被着した後、修
復された細部の最小厚みは40ミクロン以上であった。

電気めっきプロセスと無電解プロセスは両方とも同じよ
うな結果を示した。無電解めっきプロセスの修復速度
は、電気めっきプロセスより２分の１ほど低速であっ
た。

実施例３ 図示した前記の試験条件を用いた。欠陥部のある銅線
（16）を修復した。修復前にはっきりした亀裂があっ
た。NCL値は300マイクロV/A³で、これは重大な欠陥であ
ることを示す。この銅線に大電流を流し、亀裂付近を無
電解めっき法でめっきし、亀裂は銅で覆われた。目視検
査により、亀裂のまわり全体が厚い銅の被膜で覆われて
いるのが確認された。NCLの値は検出限度以下であっ
た。

実施例４ 実施例３と同様の試験条件を用いた。ただし亀裂のある
導線には無電解めっきを施した。大電流で亀裂のまわり
を加熱すると、亀裂は銅で覆われた。目視検査により、
亀裂のまわり全体が厚い銅の被膜で覆われているのが確
認された。NLCの値は検出限度以下であった。

実施例５ ガス・チャンバをトリエチルホスフィン・シクロペンタ
ジエニル銅の飽和蒸気で満たし、欠陥部のある銅線をこ
のガス・チャンバに入れた。１アンペアから５アンペア
まで銅線の電流をゆっくり上げることで欠陥部に高温部
ができ、気相熱分解法または自己誘導式化学的気相成長
法によって銅が欠陥部に被着される。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の方法を用いためっきプロセスにより導線が
修復される様子を示す。 12……めっき液、14……プリント回路基板、18……細
部、20……電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１つの細部欠陥がある導線を修
   理するための方法であって、加熱部位に導電材料が選択
   的に析出付着する系において、上記導線に高電流を流し
   て上記導線の少なくとも１つの上記細部欠陥を選択的に
   加熱することにより、上記加熱された細部欠陥に導電材
   料を付着させ、以て上記導線を修理する、導線の修理方
   法。
2. 【請求項２】少なくとも１つの開路部がある導線を修理
   するための方法であって、 ａ）上記開路部にわたって導電性接続を形成する段階
   と、 ｂ）加熱部位に導電材料が選択的に析出付着する系にお
   いて、上記導線に高電流を流して上記導電性接続を選択
   的に加熱することにより、上記導電性接続に沿って導電
   材料を付着させ、以て上記導線の上記開路部を修理する
   段階を有する、 導線の修理方法。