JPH0793489B2 - 電気的導体の修理方法 - Google Patents

電気的導体の修理方法

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JPH0793489B2 JP3516583A JP51658391A JPH0793489B2 JP H0793489 B2 JPH0793489 B2 JP H0793489B2 JP 3516583 A JP3516583 A JP 3516583A JP 51658391 A JP51658391 A JP 51658391A JP H0793489 B2 JPH0793489 B2 JP H0793489B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、全般的には電気的導体の開路即ち断線箇所を
修理する新規な方法に関し、より具体的には、基板上に
形成された導体及び保護被膜を有する回路装置の上記導
体の開路即ち断線箇所を修理する方法に関する。
［発明の背景］ 現代の電子技術の出現と共に、プリント回路板（PCB）
またはモジュールまたはチップ上の回路はますます高密
度になってきた。その結果、導体または導体はますます
細く狭くなり、一定の面積にますます多数の導体が配置
できるようになっている。したがって、導体に欠陥のあ
る確率も高まり、導体に障害があるかどうか各電子線キ
ャリアを検査しなければならなくなっている。この検査
は、肉眼（手動）または自動で行うことができ、また導
体を電気的方法で検査することもできる。障害または欠
陥が見つかったときは、その位置を突きとめ、修理しな
ければならない。現代使用されている大部分の方法で
は、障害または欠陥をオペレータが肉眼で見つけ、次い
で顕微鏡を使って欠陥のある導体を手で修理することが
必要である。
導体の試験と修理は、実装技術の最も重要な段階の１つ
である。というのは、電子ハードウェアは製造コストが
高く、現場で欠陥を容易に修理できないので、信頼性が
あり、欠陥のないものでなければならないからである。
その上、シリコンその他のデバイス間の大面積の相互接
続を行うパッケージのサイズが大きい（数十mm）ため、
シリコン・チップの製造で普通に行われているように、
パッケージの欠陥部分を分離して廃棄するのは現実的で
はない。こうした現実的及び潜在的な欠陥をなくすた
め、多大な努力が払われている。
最も普通に見られる欠陥は、開路、導体のひび割れ、ま
たは導体間の短絡である。導体における大部分の欠陥や
障害は、導電性材料のマスキングまたは不適切な付着に
よるものである。しかし、不純な材料や、リソグラフィ
工程の解像度限界の拡大など、他の要因に関係すること
もあった。薄膜再分配導体は、汚染や工程中の事故や物
理的損傷による開路をもつことがある。
開路のもう１つの理由は、プリント回路板やセラミック
・モジュールの組立中に使用する接着及び試験工程での
熱サイクル中に発生する応力によるものである。ひび割
れその他の潜在欠陥をもつ薄膜線も開路を発生させるこ
とがある。他の点では電気的に良好な基板またはモジュ
ールまたはパッケージを使用するには、こうした開路を
修理しなければならない。
具体的には、薄膜加工の際に、薄膜再分配導体及び他の
相互接続導体は、導体の開路をもたらす可能性のある欠
陥を生じやすい。欠陥には、ボイド、金属の欠落、様々
な粒子汚染あるいは物理的損傷が含まれ得る。金属導体
を余分に使用する方式は、欠陥のある導体の数を大幅に
減らすのに役立っているが、それを全くなくすことはで
きない。薄膜電気試験で「開路」と識別された導体は、
ポリイミド・オーバーコート工程の前にレーザ化学蒸着
などの方法で修理することができる。時には、「開路」
を有する導体が試験で検出されず、あるいはその後の熱
処理中に「開路」になることもある。これら欠陥のある
導体は、ピン、コンデンサ、及びチップを接合した後
に、モジュールまたは基板中に現れる。この時点で「開
路」を有する導体が見つかった場合、そのモジュール、
基板またはパッケージが使用できるようにその欠陥を修
理することが不可欠である。
最近、非破壊式電気試験法（たとえば米国特許第449690
0号で開示されているNLC（非線形導電性）テスタ）が開
発された。このNLCテスタは、ひび割れ、断線、断続的
開路、狭いくびれなど電流を制限する欠陥のある導体を
見つけることが出来る。次に、高パルス電流法を使って
欠陥を切開することができる。この工程を利用するの
は、潜在欠陥より完全な開路の方が肉眼で見つけやすい
からである。
論文“Repairing Breaks in Printed Circuits"、IBMテ
クニカル・ディスクロージャ・ブルテン、Vol.8、No.1
1、p.1469（1966年４月）には、室温またはそれより高
い温度で硬化してベース導体材料を形成する材料で断線
のギャップを埋めることにより、小さな断線が修理でき
ることが開示されている。次いで、ベース導体材料の上
に導体金属層をめっきすると、修理が完了する。この方
法を使用するには、チップ、コンデンサ、個別ワイヤを
配置した極めて高密度のパッケージ上で、修理すべきワ
イヤをめっき中に絶縁しておくことが必要となる。その
ため取扱い及び工具に関して大きな問題が生じる。
論文“Open Conductor Repair For Glass Metal Modul
e"、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン、Vo
l.14、No.10、p.2915（1972年３月）には、開路を修理
する別の方法が開示されている。この場合は、金属導体
を開路即ち断線部分の上に位置合せし、レーザ光線を使
って金属層の一部分を断線の各端に溶接する。この論文
はまた、レーザを使って断線部に導体をリフローさせ、
あるいは断線部に蒸着させることができることも教示し
ている。これらの特徴はどれも本発明と一緒に使用する
ことはできない。銅など高温の導電性金属の融解を使用
するからである。レーザでこのような導体を融解するの
に必要なエネルギーは、修理すべき導体に隣接するポリ
イミドに損傷を与えることになる。
開路を修理するためのかなり複雑な方法が米国特許第42
59367号に開示されている。同特許では、絶縁層を介し
て良好な導体に導体パッチ線を相互接続する。それに
は、フォトリソグラフィ技法を使って新しい配線層を追
加する必要があるが、この技法は既に回路素子が配置済
みの基板に対して使用できない。
開路修理のもう１つの方法は、本出願人に譲渡された米
国特許第4704304号に開示されている金属フィルムの転
写によるものである。
電気回路線修理のもう１つの方法は、米国特許第463035
5号に教示されている。導体を付着する前及び導体に開
路が生じた場合に相変更材料の層を付着し、電流を流し
て相変更材料の一部分を導電性にし、ギャップまたは開
路の両端間に電気的橋絡を形成する。この方法は、この
相変更材料がポリイミドに対して接着性がないので、ポ
リイミド被膜上での修理には適していない。
米国特許第4418264号では、導体の経路中断部に特殊な
形の金属部品を載せ、マイクロ抵抗溶接法によって金属
部品を導体に溶接して、中断部を橋絡させる。溶接には
修理材料の融解が伴うが、これは現在の薄膜ポリマー・
パッケージ上で使用するとき、ポリマーに対する構造的
損傷を引き起こす可能性がある。溶接には駆動電流を流
すことも必要であるが、これは様々な位置で修理される
線に接続されている能動素子があるために、本発明とは
相容れない。
開路及び狭いくびれを修理するもう１つの方法は、米国
特許第4919971号に開示されている。細い部分または狭
いくびれを有する導体内の欠陥箇所を、修理を始めるた
めに物理的に位置決めする必要がない。この発明の方法
はまた自己制限式であり、欠陥の修理が終わったとき、
工程はひとりでに減速し停止する。この技法では、基板
をめっき浴に浸し、あるいは有機金属蒸気にさらす必要
があるが、これは、基板上に能動構成要素と受動構成要
素が既に装着済みの線修理方法とは相容れない。
論文“Conductive Line Jumper/Repair Connection in
Glass Metal Module"、IBMテクニカル・ディスクロージ
ャ・ブルテン、Vol.15、No.8、p.2423（1973年１月）
は、開路修理の別の方法を開示している。この場合は、
開路を位置決めした後、開路線の両端間にワイヤを置
き、そのワイヤを開路線の各端に溶接する。溶接後に、
修理済みの平面をガラスで覆い、別の回路層を形成する
のに適した表面を残す。この方法は、機能モジュール・
レベルではなく組立レベルでのキャリアの修理を教示し
ている。この方法ではまた、高融点金属の使用と、その
後の無機材料の焼結が必要である。
開路を修理するためのもう１つの溶接法が、論文“Circ
uit Repair/Work of Metallized Polyimide Substrate
s"、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ブルテン、Vo
l.22、No.9、p.3986（1980年２月）で論じられている。
ワイヤ片を開路の両端間にジャンパ接続し、ジャンパ接
続したワイヤの両端を回路線に溶接して、「連続電気的
導体」を形成する。この方法では、高融点金属の使用も
開示されている。
回路の修理を行うもう１つの方法が、論文“Tailless T
hermo−Compression Bonding"、IBMテクニカル・ディス
クロージャ・ブルテン、Vol.27、No.5、p.3041（1984年
10月）に開示されている。同論文では、２つの電極の間
に電流を通して、回路導体と修理材料を融着させ、回路
導体を修理する。
論文“Josephson Package Repair"、IBMテクニカル・デ
ィスクロージャ・ブルテン、Vol.26、No.12、p.6244〜6
245（1984年５月）は、修理を行うもう１つの例であ
る。障害のある回路をレーザ・スクライビングで切除
し、バッドの近傍で不良線を切断し、第３の配線レベル
を使って適正なパッドに再接続することによって開路を
修理する。この方法には、新しい配線レベルを形成する
のにフォトリソグラフィ技法が必要だという制限があ
る。さらに、チップ、ピンなどを取り付けた後は、追加
の薄膜工程段階が実行できない。
回路の開路を修理するためのレーザ付着方法も開発され
ている。1988年７月25日付けで出願され、本出願人に譲
渡された米国特許出願第223487号の記載によれば、熱電
池効果に基づくレーザ誘導めっき法によって、開路を修
理する。レーザ光線で開路導体の一端を加熱し、高温ス
ポット（導体の先端）と低温部（導体の通常部分）の間
に熱電池を形成する。先端のレーザ加熱によって、めっ
き溶接中に存在する導電性材料が高温の先端に形成され
る。導体材料が成長して、開路の両開端を接合し、連続
する電気経路を形成するまで、この工程が継続される。
薄膜電気回路を相互接続するもう１つの方法は、本出願
人に譲渡された米国特許第4880959号に教示されてい
る。開路の欠陥箇所で、エキシマ・レーザのパルスを使
って既存回路の両端を部分的に融除し、次いでレーザ強
化化学蒸着（LCVD）によって金を付着する。この方法で
は、薄膜付着の直後、その後のモジュール組立の前に
（すなわち基板レベルで）修理を行う。
ある状況下では、米国特許第4572941号に開示されてい
るように、レーザを使ってスポット溶接を行うことがで
きる。レーザのよる融解によって、誘電体や隣接する線
に構造的損傷が生じる可能性がある。
本発明は、基板に能動回路素子及び受動回路素子を既に
取り付けた後の「開路」修理方法を記述する。これは、
低融点導電性材料またはマイクロワイヤ・アタッチメン
トを使って実施することができる。マイクロワイヤに
は、「開路」の長さに応じて、「開路」の両端間に、欠
陥導体に取り付けてそれを電気的に連続させる、ナゲッ
トまたはワイヤ・ジャンパが含まれる。修理材料の取付
けは、マイクロはんだボールなどの低融点導電性材料を
リフローさせることによって修理を行うことがきる。
本発明の方法を使用すると、多数の修理を１段階で実施
することが可能となり、これが他の方法に勝るもう１つ
の利点である。
この方法は、モジュールの組立後に導体の欠陥が修理で
きる点で新規である。
［発明の概要と目的］ 本発明は、パッケージの構造的完全性やデバイスの機能
性に影響を与えずに、様々な組立レベルで薄膜導体の開
路即ち断線箇所を修理できる新規な方法である。
本発明の一目的は、電子パッケージの完全な電気的機能
性を回復することにある。
本発明の他の目的は、元は連続した電気導体であった
が、その後の処理中に欠陥が発生して断線した導体の修
理を可能にすることにある。
本発明の他の目的は、チップなどの能動回路素子及びコ
ンデンサ、ピン、個別ワイヤなどの受動回路素子が存在
する状態で修理を可能にすることにある。
本発明の他の目的は、ポリイミドなどの有機誘電体材料
の上面にある薄膜導体の修理を可能にすることにある。
本発明の他の目的は、導体のどの部分も融解させずに、
はんだやろう付け材などの低融点導電性材料を局部領域
でリフローさせることにより、修理を実施することにあ
る。
本発明の他の目的は、導体を融解させずに、導体と修理
区間の間に金属接続を形成することにある。
本発明の他の目的は、その後の修理で追加の配線層など
が製造できるようにする、平面状修理構造を導体内に作
成することにある。
基板上に形成された導体及び該導体上に形成された保護
被膜を有する回路装置の上記導体の断線箇所に導電経路
を形成する本発明の方法は、 （ａ）上記断線箇所で互いに対面する上記導体の２つの
断面部及び該２つの断面部のそれぞれに連続する上面部
を露出するように上記保護被膜を除去する工程と、 （ｂ）上記断線箇所を埋める量の修理用のリフロー可能
な低融点導電性材料が付着された支持体を、該低融点導
電性材料を上記断線箇所に対面させて該断線箇所の上方
に位置決めする工程と、 （ｃ）上記低融点導電性材料をリフローさせる温度雰囲
気内で加熱して、該低融点導電性材料を上記支持基板か
ら上記露出された２つの断面部及び該２つの断面部のそ
れぞれに連続する上面部に移して接続する工程と、 （ｄ）上記低融点導電性材料の上に新たな保護被膜を付
着する工程とを含む。
上記工程によると、支持体からの低融点導電性材料がリ
フローにより、２つの断面部及びこれら２つの断面部の
それぞれに連続する上面部に正しく位置決めされること
が出来る。
そして、上記低融点導電性材料は、はんだ、Au/Sn、Sn,
In、Pb/In,Pb/Sn、Pb/Sn/Ag、導電性有機金属材料及び
導電性高分子材料からなる群から選ばれる。
そして、上記工程（ａ）は、上記保護被膜をレーザによ
り除去することを含む。
そして、上記支持体はシリコンである。
基板上に形成された導体及び該導体上に形成された保護
被膜を有する回路装置の上記導体の断線箇所に導電経路
を形成する本発明の方法は、 （ａ）上記断線箇所で互いに対面する上記導体の２つの
断面部を露出するように上記保護被膜を除去する工程
と、 （ｂ）リフロー可能な低融点導電性材料で覆われた導電
性部材を上記２つの断面部の間に配置する工程と、 （ｃ）上記低融点導電性材料をリフローさせる温度雰囲
気内で加熱して、該低融点導電性材料を介して上記導電
性部材を上記２つの断面部に接続する工程と、 （ｄ）上記導電性部材の上に新たな保護被膜を付着する
工程とを含む。
上記工程によると、低融点導電性材料のリフローによ
り、導電性部材は、２つの断面部の間に正しく位置決め
されることが出来る。
そして、上記導電性部材が、アルミニウム、アンチモ
ン、ビスマス、クロム、銅、金、インジウム、鉛、モリ
ブデン、ニッケル、パラジウム、白金、銀、スズ、チタ
ン、タングステンまたはそれらの合金からなる群から選
択される。
そして、上記低融点導電性材料は、はんだ、Au/Sn、Sn,
In、Pb/In,Pb/Sn、Pb/Sn/Ag、導電性有機金属材料及び
導電性高分子材料からなる群から選ばれる。
そして、上記工程（ａ）は、上記保護被膜をレーザによ
り除去することを含む。
基板上に形成された導体及び該導体上に形成された保護
被膜を有する回路装置の上記導体の断線箇所に導電経路
を形成する本発明の方法は、 （ａ）上記断線箇所で互いに対面する上記導体の２つの
断面部のそれぞれに連続する２つの上面部を露出するよ
うに上記保護被膜を除去する工程と、 （ｂ）リフロー可能な低融点導電性材料で２つの端部が
覆われた導電性部材の該２つの端部を、上記２つの上面
部のそれぞれの上に配置する工程と、 （ｃ）上記低融点導電性材料をリフローさせる温度雰囲
気内で加熱して、該低融点導電性材料を介して上記導電
性部材の２つの端部を上記２つの上面部のそれぞれに接
続する工程と、 （ｄ）上記導電性部材の上に新たな保護被膜を付着する
工程とを含む。
上記工程によると、低融点導電性材料のリフローによ
り、導電性部材の２つの端部は、２つの上面部にそれぞ
れ正しく位置決めされることが出来る。
［図面の簡単な説明］ 本発明の新規であると考えられる諸特徴及び本発明の特
徴である諸要素は、添付の特許請求の範囲に詳しく記載
されている。図は例示のためのものにすぎず、実寸に比
例していない。しかし、本発明自体は、その編成に関し
ても動作方法に関しても、以下の詳細な説明を添付の図
面と併せ参照すれば最もよく理解できよう。
第1A図は、導体の表面の一部がへこみ、これの上の保護
膜もへこんでいる欠陥を有する導体を示す図である。
第1B図は、導体の経路に屑がたまったため不連続になっ
た導体を示す図である。
第1C図は、基板内のきずによる欠陥を有する導体を示す
図である。
第1D図は、物理的損傷の結果不連続になった導体を示す
図である。
第1E図は、加工中の事故によってきずを有する導体を示
す図である。
第2A図は、開路の修理のための準備を一部終えた基板を
示す図である。
第2B図は、はんだボールが基板から移動されつつある、
第2A図に類似しているが、修理のための準備が終えた基
板を示す図である。
第2C図は、第2B図のはんだボールをリフローさせた後の
修理中の導体を示す図である。
第３図は、本発明の教示による別の電気的導体の修理方
法を示す図である。
第４図は、本発明の教示による別の電気的導体の修理方
法を示す図である。
第５図は、本発明の教示によるさらに別の電気的導体の
修理方法を示す図である。
第６図は、本発明の教示によるさらに別の電気的導体の
修理方法を示す図である。
［実施例］ 本発明では、電気的導体中の開路及び潜在的欠陥を修理
する様々な方法を記述する。
潜在的欠陥には、狭いくびれや細い部分あるいはその他
の汚染による欠陥が含まれる。本明細書では、潜在的欠
陥は、単位長当りの抵抗が正常な導体よりも高い、導体
のくびれた部分をも意味する。狭いくびれは、種々な形
状を含む。たとえば、導体の幅が小さくなっている部
分、あるいは導体の高さが小さくなっている部分を意味
し、また導体の一部分に、この導体を異なる導電性の低
い材料が存在している構造をも意味する。また、細いく
びれは、開路の部分をかろうじて接続している細い電気
的接続、あるいは応力をかけると開路となるひび割れを
も意味する。
当技術分野では、開路とは、その両端間で電流が流れる
ことができない、あるいは著しく妨げられる導体の欠落
をいう。これによって通常、それを越えると導電経路が
開路であると見なされる抵抗閾値が確定される。
本明細書では、欠陥またはきずとは、主として、個別コ
ンポーネントを装着したまたは未装着の薄膜パッケージ
構造中のものをいう。
ナゲットとは、開路の両側に同時に結合され、ギャップ
を橋絡して電気経路を形成する、ワイヤまたは導電性材
料の一区間をいう。
ジャンパとは、導体の良好な部分から欠陥を横切って導
体の他の良好な部分へワイアを結合して電気経路を形成
する、修理方法をいう。
薄膜とは、基板上に形成された非常に小さな寸法（数ミ
クロン程度）の導体を定義するために現在当業界で使用
されている語である。薄膜は、顕微鏡または同様の装置
を使ってやっとはっきり見えるほど非常に小さい。した
がって、このような寸法の導体を修理するのは同様に難
しい。
本発明で開示する方法は、比較的低温で実施され、した
がってこの方法は、基板上で金属／ポリマーの薄膜配
線、または他の有機材料と共に使用できる。また、プリ
ント回路板にも適用できる。
第1A図ないし第1E図に、薄膜導体中に欠陥がどのように
形成されるかを示す。導体の表面の一部がへこみ、これ
の上の保護膜もへこんでいることのよる欠陥16を第1A図
に示す。基板10上に当技術分野で周知の何らかの方法に
よって電気的導体12が形成されているが、処理工程中の
汚染物の存在により導体が正規の寸法より小さくなった
ために、欠陥16が生じている。この欠陥16は、保護被覆
14を塗布した後まで見つからないことがある。大抵の場
合、この保護被覆14はポリイミドまたは他の何らかの誘
電体層または絶縁体層である。通常、薄膜導体用の導電
性材料は、アルミニウム、アンチモン、ビスマス、クロ
ム、銅、金、インジウム、鉛、モリブデン、ニッケル、
パラジウム、白金、銀、スズ、チタン、タングステンま
たはそれらの合金からなる群から選ばれる。
導体が不連続になるもう１つの理由は、導体経路にたま
った屑によるものである。これを第1B図に示す。ここで
は、屑18が導体14が連続的になるのを妨げている。屑18
は、小さなちり粒子、フレーク、繊維あるいは処理工程
の残渣である。同様に、屑18は電気経路の部分的なまた
は完全な切断を生じることがあり、また、その後の処理
中に屑が除去された結果、開路が生じることもある。切
断が部分的なものである場合、後で電気試験の際に完全
な切断が検出されるまで、この導体の切断に気づくこと
が出来ない。
第1C図は、基板10内のきず11のために開路が生じた導体
12を示す。このきず11は、部分的不連続しか生じないほ
ど小さいことも、導体12を完全に開路にするほど大きな
ものであることもある。
部品の物理的損傷の結果生じる不連続は、導体中に開路
を生じるもう１つの形態である。第1D図に、物理的損傷
の結果、引っかき傷または切欠き19ができた電気的導体
12を示す。引っかき傷19は、保護被覆14を損傷させただ
けでなく、基板10内まで到達している。
処理中に、電気的導体自体が第1E図に示すようなきず及
び不連続13を生じることもある。工程中の事故により導
体12に生じた断線またはきず13は、導体12の上に保護被
覆14を形成するときにこの保護被覆15で完全にまたは部
分的に充填される。
開路が形成されたどのケースでも、導体12の少なくとも
一部分を、適当な方法で露出させその後の処理の準備を
しなければならない。場合によっては電気的導体12の複
数の部分を露出させて修理の準備をしなければならない
こともある。大抵の場合は、電気的導体12の一部分だけ
を露出することが必要である。
薄膜回路の相互接続または修理が難しい場合もある。た
とえば、既存の回路中の金属配線が複数の層から構成さ
れることもあり、その場合、最上層はバリア金属、たと
えばクロムであり、これは酸化されて保護絶縁層を形成
する。同様に、回路導体が誘電体材料で保護被覆され
て、故障個所への直接アクセスが妨げられていることも
ある。こうした場合には、接続を行う前に保護層を除去
しなければならず、それも修理または相互接続用の金属
配線と既存の回路の間に良好な機械的及び電気的接触が
行えるような形で行わなければならない。ワイヤまたは
はんだあるいはその組合せを使った修理に必要な操作で
は、この除去工程で、使用するアディティブ工程と相容
れる、すなわちはんだで濡れるあるいはワイヤでボンデ
ィングできる表面も形成しなければならない。この除去
工程は、導体に損傷を与えないように、使用するレーザ
・パルスまたはショットの流束量、波長、及び数を調節
することにより、容易に制御できる。
場合によっては、ポリイミドなどのポリマーの下の薄膜
が、金属層を積層して形成された導体であり、最上層が
金属にボンディング不可能であるために、ボンディング
できる下層を露出することがある。この下層は、レーザ
融除によって露出させることができる。この場合、最上
層は通常はCrであり、ポリイミドまたは同様の絶縁体被
覆を除去した後、Crが酸化されて修理の妨げとなる。こ
のような場合、レーザ融除によって酸化されたCr層を除
去し、導体の修理に使用できるCuなどの下層を露出させ
ることができる。
レーザを用いたこのようなボンディング表面のクリーニ
ングは、論文“Laser Ablative Cleaning of Bonding S
urfaces"、IBMテクニカル・ディスクロージャ・ブルテ
ン、Vol.32、No.4A、pp.429〜430（1989年９月）に開示
されている。
第2A図には、開路24の修理の準備をした後の基板を示
す。図に示すように、導体12の一端22の断面部及びこの
断面部に連続する上面部は修理のために露出され終えて
いるが、導体12の他端23はまだ露出されていない。
第2B図は、第2A図と同様の準備済みの基板を示してい
る。即ち、開路24即ち断線箇所で互いに対面する導体の
一端22及び他端23のそれぞれの２つの断面部（例とし
て、垂直壁で示されている）並びにこれら２つの断面部
のそれぞれに連続する上面部が露出され終えている。支
持体20上にある微少な修理用のはんだボール26が、開路
24の上側で、電気的導体12の両端の間に置かれ、そして
はんだボールはが開路24に移される。加熱により、はん
だボール26は支持体20から離れて開路24内に収まり、導
体12の開放端21、22との間で金属接続を形成する。図に
示すように、導体12の端部21と22の上面の保護被覆が除
去されている。
支持体20を使用した開路の修理では、はんだボール26な
どの低融点導電性材料を当技術分野で周知の方法によっ
て支持体20に固着する。たとえば、はんだボール26をシ
リコン支持体上に、通常の半導体デバイスと同じ方法で
形成することができる。はんだボール24用のはんだ塊の
容積は、開路を充填して、修理後の導体が平面状または
ほぼ平面状になるように選択される。次いで、はんだボ
ール26を開路24の上方に位置決めする。また開路部分の
導体上にはんだフラックスを使用して、はんだの接着を
行う。
次いで、はんだボール26を当技術分野で周知の方法でリ
フローさせる。リフロー後のはんだ28を第2C図に示す。
リフロー後のはんだ28により、導体12は接続される。た
とえばAu/Snなどのろう付け材、あるいはSn、In、Pb/I
n、Pb/Sn、Pb/Sn/Agなど金属ボンドを形成する材料のよ
うな、はんだ以外の材料も使用できる。はんだボール26
の代りに使用できる他の材料としては、たとえば導電性
有機金属材料や導電性高分子材料が挙げられる。
低融点導電性材料またははんだは、たとえば高温ガスに
よるリフロー、炉内でのリフロー、サーモード・リフロ
ー、レーザ・リフローなどのうちから選んだ方法で導体
12に固定することができる。これらの方法のどれも、第
2C図に示す構造に使用できる。この段階で、はんだなど
の低融点導電性材料がリフロー中に銅、金、ニッケルな
どの電気的導体と結合し、開路が容易に修理される。キ
シレンまたは他の適当な溶媒を用いた通常の接合後クリ
ーニング工程で、支持体20とフラックス（図示せず）を
除去する。
本発明の他の電気的導体修理方法を第３図に示す。基板
10にきず11があり、そのために先に論じたように開路24
が生じている。開路の位置を検出した後の第１の段階
は、前述のようにこの開路を有する部分を修理のために
準備することである。図に示すように、導体12の一端21
の断面部及び上面が露出されている。導体12の第２の露
出した断面部36はクリーニングされ、電気的導体12の少
なくとも一部分が後の金属ボンディングに備えて露出し
ている。銅ワイヤなどの導体と同じ材料のワイヤ32を使
って導電性セグメントまたは導電性の金属片30を形成
し、はんだなどの材料34の層でそれを部分的または完全
に被覆する。たとえば、導電性有機金属材料や導電性高
分子材料などの他の材料を使って、材料34の部分的また
は完全な層を形成することもできる。金属片30の寸法
は、それが開路24の開口内にきちんとはまるような寸法
とすべきである。次いで金属片30を加熱すると、はんだ
34が融解してリフローする。それが完了すると、金属ボ
ンドが修理済み区間に形成された、連続する電気的導体
が得られる。ワイヤ32と導体12の間に良好な電気的及び
金属的結合を確保するには、ワイヤ32の端部の少なくと
も一部分が材料34の被覆を備えているべきである。
論文“Solder Coating Thin Copper Wire"、IBMテクニ
カル・ディスクロージャ・ブルテン、Vol.11、No.7、p.
876（1968年12月）は、本発明と共に使用できるはんだ
で被覆したワイヤの一例である。金属片30は、はんだで
被覆したワイヤを、それが開路24の開口内ににきちんと
はまるように適当な長さに切断することによって作成で
きる。
修理を行うもう１つの実施例を第４図に示す。基板10の
表面には欠損区域46があり、その後導体12を形成すると
開路が生じた。電気的導体12の２つの開放端の上面42を
前述のように露出させて準備し、ナゲットまたはジャン
パ・ワイヤ40を、電気的導体12の両端に固定する。ジャ
ンパ・ワイヤ40と電気的導体12の上面42の間に良好な金
属ボンドを得るには、ジャンパ・ワイヤ40の少なくとも
２つの端部を、はんだなどのリフロー可能な低融点導電
性材料で被覆する。
ジャンパ・ワイヤを使って開路を修理するもう１つの方
法を第５図に示す。この場合、基板10には屑18があり、
そのために部分的または完全な開路が生じる。この屑が
十分に大きい場合は、保護被覆14中に僅かな突出部54が
形成されることがある。保護被覆14中の２つの位置に開
口を設けて、導体12の少なくとも上面52と53を露出させ
る。次いで、ジャンパ線40の両端を導体12の上面52、53
に固定すると、電気経路が形成され、開路が修理され
る。この開路修理方法は、導体中に複数の不連続個所が
あり、一回の修理では問題が解決されないある種の状況
で使用できる。他の場合には、開路の位置が、直接修理
できないようなものである。これらすべてのケースで、
第５図に示すような方法が修理の方法となる。前述のよ
うにジャンパ・ワイヤ40と導体12の上面52、53の間の良
好な金属接続は、はんだなどの低融点導電性材料を局部
的にリフローさせて導体12の端部をそれで被覆すること
によって形成できる。
第６図は、本発明の更に他の電気的導体修理方法を示
す。基板10と導体12の両方に欠陥68があり、それによっ
て完全なまたは部分的開路が生じる。導電性セグメント
または金属片60を開路の上に置き、前述の方法によって
電気的導体12の露出した端部61、62の２つの上面部に固
定する。もちろん導電性セグメント60の少なくとも２つ
の端部は、はんだ導電性有機金属材料、導電性高分子材
料などのリフロー可能な低融点導電性材料の部分的また
は完全な被覆（図示せず）を有する。
前述の導体を修理する各方法の後に、絶縁体または誘電
体などの被覆材料の追加の層を修理済みの導体12の上に
塗布することができる。使用した絶縁体はポリイミドで
あった。基板をさらに処理したい場合は、当技術分野で
周知の方法でこの追加被覆を平面化することができる。
本発明で開示する導体の修理方法はそれぞれ、チップな
どの能動素子や、コンデンサ、ワイヤ、ピンなどの受動
素子をモジュールに取り付けたままで実施することがで
きる。もちろん、その下で修理を行わなければならない
素子は取り外し、薄膜導体の修理後に再度取り付けなけ
ればならない。
本発明の教示は、狭いくびれや細い部分の修理にも使用
できる。最初の修理手順は、当業界で現在狭いくびれや
細い部分の修理に使用されている手順と同様にすること
もできる。狭いくびれや細い場所があると、各導体に非
常に強い電流パルスが通って、そこで発生する膨大な熱
によって焼き切れ、開路を生じさせる。次いで導体を肉
眼で検査し、または試験して開路を見つける。次に開路
の導体を露出させて清浄し、本明細書で開示する何らか
の方法で接続する。
例 下記の例は、本発明をさらに詳しく例示するためのもの
であり、いかなる形でも本発明の範囲を制限するもので
はない。
例１ ８ミクロンのポリイミドで保護被覆したセラミック基板
上に、幅14ミクロン、厚さ９ミクロンの導体または薄膜
導体を有し、そして導体が開路を有している薄膜回路に
ついて、ワイヤまたはナゲットによる修理の準備をし
た。308nmで動作する、流束量が3.8J/cm2のエキシマ・
レーザからの８〜10ショットまたはパルスで、長さ160
ミクロン、幅20ミクロンの区域をレーザ融除して、ポリ
イミドを除去した。次いで、開口を小さくして（160ミ
クロン×幅14ミクロン）流束量が12J/cm2のエキシマ・
レーザ１〜３パルスで、金属導体をさらに処理した。こ
の追加処理で、電気的導体の上面から一番上の酸化Cr層
が除去され、ボンディング可能な表面が残った。
波長は、ポリマーが高い吸収力を有し、きれいにエッチ
できるような波長を選定した。ポリイミドの除去は、10
0〜400nmの範囲のパルス式紫外線照射で行った。ポリイ
ミド絶縁体は、流束量が0.025〜40J/cm2のレーザで除去
した。金属薄膜導体は、流束量が0.5〜40J/cm2のレーザ
で処理した。
導体の欠陥部分の上の長さ約120ミクロンのポリイミド
保護被覆を、単一の開口分だけレーザ融除した。ジャン
パ・ワイヤを使用する場合は、欠陥の両側にある導体の
良好部分の上の、120ミクロンの開口２個をレーザ融除
した。
薄膜導体の幅と一致する直径17.8ミクロン（0.7ミル）
の純金線を、上記の方法を用いて欠陥の上にナゲットま
たはジャンパとして固定した。ボンド用のチップがワイ
ヤ及び薄膜導体とまだ接触している間に、ワイヤの未使
用の長い部分を除去すべきである。
幅14ミクロン、厚さ９ミクロンの金属薄膜導体からなる
薄膜回路のひどい損傷を受けた領域について、ワイヤ・
ジャンパの準備をした。上記の方法を用いて、損傷領域
の両端に長さ160ミクロン、幅20ミクロンのボンディン
グ用の開口を２個準備した。まず、ポリマー保護被覆を
レーザ融除し、次いで露出した金属を処理してボンディ
ング可能表面を生成した。次いで、既存の良好な導体に
ワイヤ・ジャンパを固定して、連続する電気経路を作成
した。
例２ 直径15〜20mの特別に作成したワイヤを使って、例１で
使用したものと同様の欠陥導体を準備した。このワイヤ
の寸法は薄膜導体の寸法と一致させた。このワイヤをPb
/Snはんだで被覆する。はんだの組成は、ポリイミドの
完全性が損なわれない温度、及びシステムの最終的温度
階層によって選択した。使用したはんだは、スズ63％と
鉛37％のものであった。修理工程は以下の通りである。
ワイヤの形状など輪郭付きの表面を備えたフットプリン
トを有する、特別に作成したチップで、ワイヤを、修理
しようとする導体の上に定位置に保持した。特別製ボン
ディング・チップの先端の輪郭付き表面は、たとえば平
坦表面、三角形表面、半円表面、楕円表面、正方形表
面、長方形表面、多角形表面などのうちから選定した。
次にこのチップをレーザで加熱して、はんだをその場で
融解させた。はんだと導体の金属の化学反応によっては
んだが導体に接合した。
例３ この新しい方法は、金線及び非金線の修理用に開発した
ものである。この方法では修理手段としてはんだを使用
する。選んだはんだは、鉛97％とスズ３％のものであっ
た。これを選んだのは、それが現在の温度階層と適合す
るからである。この同じ概念は、修理しようとするモジ
ュールまたは構造の温度階層に適合する別のはんだ組成
にも使用できる。
４ミクロンのポリイミドで保護被覆した多段ポリイミド
構造上の、幅30ミクロン、太さ６ミクロンの金属薄膜導
体からなる薄膜回路中の近似開路を、はんだ修理のため
に準備した。308nmで動作する流束量が3.8J/cm2のエキ
シマ・レーザからの５〜６パルスで、ポリイミドの長さ
100ミクロン、幅80ミクロンの区域を融除した。次い
で、開口のサイズをやや小さくして（100ミクロン×30
ミクロン）、流束量が8J/cm2の単一パルスで、露出した
メタラジをさらに処理した。この単一パルスで、一番上
の酸化Cr層は完全に除去され、はんだ修理を受け入れる
ことのできるクリーンな銅表面が生じた。
第2B図及び第2C図に関する上記の方法で20個の回路を修
理した。１回のリフロー後に修理を行い、測定し比較し
た。次いで、修理がデバイスの接合に耐えるようにする
ため、基板を10回リフローさせた。修理した導体の抵抗
は変化していないことが認められた。また、修理した導
体の抵抗が、同様の幾何形状の欠陥のない導体の抵抗に
匹敵することも発見された。
本発明を特定の好ましい実施例に関して詳しく述べた
が、以上の説明に照らせば、当業者には多くの代替方
法、修正及び変形が自明なことは明らかである。したが
って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲及び
趣旨に含まれるそのような代替方法、修正及び変形をす
べて包含するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 インテランテ、マリオ、ジョン アメリカ合衆国ニューヨーク州ニューパル ツ、ミドー・ロード11 (72)発明者 ジャクソン、レイモンド、アレン アメリカ合衆国ニューヨーク州ワッピンガ ーズ・フォールズ、チェルシイー・カイ 717 (72)発明者 マスター、ラジ、ナビンチャンドラ アメリカ合衆国ニューヨーク州ワッピンガ ーズ・フォールズ、スプリット・トリー・ ドライブ８ (72)発明者 レイ、スジプタ、クマー アメリカ合衆国ニューヨーク州ワッピンガ ーズ・フォールズ、ローリング・グリー ン・レーン23 (72)発明者 サブリンスキー、ウイリアム、エドワード アメリカ合衆国ニューヨーク州ビーコン、 ラファヤッテ・アヴェニュー51 (72)発明者 ワッシック、トーマス、アンソニイー アメリカ合衆国ニューヨーク州ワッピンガ ーズ・フォールズ、フィルドストーン・ボ ールヴァード73 (56)参考文献 特開 昭59−177993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−8571（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−47893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−66464（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に形成された導体及び該導体上に形
    成された保護被膜を有する回路装置の上記導体の断線箇
    所に導電経路を形成する方法であって、 （ａ）上記断線箇所で互いに対面する上記導体の２つの
    断面部及び該２つの断面部のそれぞれに連続する上面部
    を露出するように上記保護被膜を除去する工程と、 （ｂ）上記断線箇所を埋める量の修理用のリフロー可能
    な低融点導電性材料が付着された支持体を、該低融点導
    電性材料を上記断線箇所に対面させて該断線箇所の上方
    に位置決めする工程と、 （ｃ）上記低融点導電性材料をリフローさせる温度雰囲
    気内で加熱して、該低融点導電性材料を上記支持基板か
    ら上記露出された２つの断面部及び該２つの断面部のそ
    れぞれに連続する上面部に移して接続する工程と、 （ｄ）上記低融点導電性材料の上に新たな保護被膜を付
    着する工程とを含む上記方法。
  2. 【請求項２】上記低融点導電性材料は、はんだ、Au/S
    n、Sn,In、Pb/In,Pb/Sn、Pb/Sn/Ag、導電性有機金属材
    料及び導電性高分子材料からなる群から選ばれることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】上記工程（ａ）は、上記保護被膜をレーザ
    により除去することを含むことを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  4. 【請求項４】上記支持体はシリコンであることを特徴と
    する請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】基板上に形成された導体及び該導体上に形
    成された保護被膜を有する回路装置の上記導体の断線箇
    所に導電経路を形成する方法であって、 （ａ）上記断線箇所で互いに対面する上記導体の２つの
    断面部を露出するように上記保護被膜を除去する工程
    と、 （ｂ）リフロー可能な低融点導電性材料で覆われた導電
    性部材を上記２つの断面部の間に配置する工程と、 （ｃ）上記低融点導電性材料をリフローさせる温度雰囲
    気内で加熱して、該低融点導電性材料を介して上記導電
    性部材を上記２つの断面部に接続する工程と、 （ｄ）上記導電性部材の上に新たな保護被膜を付着する
    工程とを含む上記方法。
  6. 【請求項６】上記導電性部材が、アルミニウム、アンチ
    モン、ビスマス、クロム、銅、金、インジウム、鉛、モ
    リブデン、ニッケル、パラジウム、白金、銀、スズ、チ
    タン、タングステンまたはそれらの合金からなる群から
    選択されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】上記低融点導電性材料は、はんだ、Au/S
    n、Sn,In、Pb/In,Pb/Sn、Pb/Sn/Ag、導電性有機金属材
    料及び導電性高分子材料からなる群から選ばれることを
    特徴とする請求項５又は６記載の方法。
  8. 【請求項８】上記工程（ａ）は、上記保護被膜をレーザ
    により除去することを含むことを特徴とする請求項５記
    載の方法。
  9. 【請求項９】基板上に形成された導体及び該導体上に形
    成された保護被膜を有する回路装置の上記導体の断線箇
    所に導電経路を形成する方法であって、 （ａ）上記断線箇所で互いに対面する上記導体の２つの
    断面部のそれぞれに連続する２つの上面部を露出するよ
    うに上記保護被膜を除去する工程と、 （ｂ）リフロー可能な低融点導電性材料で２つの端部が
    覆われた導電性部材の該２つの端部を、上記２つの上面
    部のそれぞれの上に配置する工程と、 （ｃ）上記低融点導電性材料をリフローさせる温度雰囲
    気内で加熱して、該低融点導電性材料を介して上記導電
    性部材の２つの端部を上記２つの上面部のそれぞれに接
    続する工程と、 （ｄ）上記導電性部材の上に新たな保護被膜を付着する
    工程とを含む上記方法。
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