Gedrukte bedrading kan zichzelf herstellen

Een fysicus van het Thomas J. Watson Research Center van IBM in Yorktown Heights (VS) heeft een verrassend eenvoudige manier gevonden om fouten in de gedrukte bedrading tussen bijvoorbeeld computerchips te kunnen herstellen. Deze gedrukte bedrading bestaat uit een warwinkel van zeer smalle koperlijnen op een plaatje niet-geleidend materiaal, door wegetsen uitgespaard in een koperfilm die aanvankelijk het gehele plaatje bedekte. Deze koperlijnen of 'draden' kunnen elektronische componenten met elkaar verbinden.

Sommige plaatjes bevatten duizenden metalen doorverbindingen. Vele blijken nadat ze zijn gemaakt minstens een fout te hebben, die moet worden opgespoord en hersteld. Maar alleen het opsporen ervan is al een heidens karwei. Het moeilijkst te vinden zijn de insnoeringen: kleine barstjes, plaatsen waar de strips te smal zijn, of gebiedjes waar zich verontreinigingen hebben opgehoopt. Door mechanische belasting of een te sterke stroom kunnen deze insnoeringen echte onderbrekingen worden, waardoor het gehele elektronische systeem kan uitvallen.

Het herstellen van deze bijna-defecten is een van de kostbaarste en tijdrovendste werkzaamheden bij de bouw van grote computers. Tot nu toe spoorde men bij IBM deze verborgen defecten op door tijdens het fabricageproces een flinke stroom door het systeem te sturen, zodat de insnoeringen echte onderbrekingen werden. Na te zijn opgespoord, werden deze dan gesoldeerd: alles bij elkaar een lastig karwei dat gemakkelijk tot nieuwe beschadigingen kan leiden.

Bij de nu ontwikkelde reparatietechniek wordt gebruik gemaakt van het feit dat de insnoeringen een hogere elektrische weerstand hebben dan de rest van de doorverbinding. De gedrukte bedrading wordt nu in een oplossing van kopersulfaat en (een weinig) zwavelzuur gedompeld. Wordt nu een stroom door het systeem gestuurd, dan wordt het op die insnoeringen warmer dan elders. En dit heeft weer tot gevolg dat er koperionen uit de oplossing worden aangetrokken. Zij slaan neer op het punt van insnoering en wel net zo lang totdat het materiaal hier even dik is geworden als elders in de strip en er geen extra weerstand meer is. Met behulp van deze techniek, elektrodepositie genaamd, is het dus niet nodig om te weten waar de fout zich bevindt. Verder kunnen meer defecten tegelijk mee worden hersteld en wel in volgorde van afnemende weerstand c.q. insnoering. En ten slotte schakelt het proces zichzelf automatisch uit wanneer alle defecten hersteld zijn. Het materiaal van de 'las' blijkt in alle gevallen van dezelfde kwaliteit te zijn als dat van de rest van de strip.

Deze reparatietechniek zal vooral van nut zijn bij de fabricage van gecompliceerde gedrukte bedradingen met zeer smalle strips, aangezien complexiteit en geringe afmetingen de kans op fouten doen toenemen. IBM verwacht dat de produktiekosten van gedrukte bedradingen met behulp van deze techniek aanzienlijk zal kunnen worden gereduceerd.

Applied Physics Letters 56, p. 2411.