CN102208357A - 具有底面电极的部件的拆除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有底面电极的部件的拆除方法。在最初状态中，具有诸如BGA的底面电极的部件附接到基板。使诸如低熔点焊料的传热材料填充在基板和具有底面电极的部件之间的间隙，并且加热所述传热材料和充当底面电极的BGA。通过加热使传热材料和BGA熔化，使得从基板拆除具有底面电极的部件。

Description

具有底面电极的部件的拆除方法
技术领域
本文中所讨论的实施方式涉及具有底面电极的部件的拆除方法。
背景技术
近年来，随着电子部件高度集成并且在其内合并高级功能，诸如球栅阵列(BGA：Ball Grid Array)等的底面电极已经广泛用于电子部件。此外，已知这样一种技术：该技术通过用树脂等填充电子部件和基板之间的间隙以通过接合到基板来固定电子部件，来改善电子部件的工作稳定性。
进一步地，由于服务器或主干装置昂贵，因此在具有底面电极的部件(诸如，BGA和电源模块)中，在需要版本更新、发现部件的缺点、出现安装错误等时，需要对部件单元进行分析，然后再利用，而不是丢弃。
由于这个原因，需要执行从服务器或主干装置拆除该部件并且附接新部件的一些操作。
在具有底面电极的部件中，连接部可以在使用烙铁进行直接加热下不熔化。因此，以下述的方式从基板拆除该部件或向基板附接该部件：通过热风型再加工装置来加热整个部件或基板，使得向部件的底表面的接合部施加与焊料的熔点相对应或大于焊料的熔点的热量，以使接合部熔化。为了使接合部熔化，SnPb基焊料需要加热到190℃以上，而SAC基焊料需要加热到225℃以上。相关技术的示例包括日本特开专利公报特开平10-163270、日本特开专利公报No.2003-246828、日本特开专利公报特开平11-168156、和日本特开专利公报No.2006-019452。
在电极部件中，为了确保电子部件的工作，将耐受次数(在预定温度或更高温度加热电子部件的情况的允许次数)设置为耐热次数。例如，当电子部件的耐热次数是2时，在相关技术中，在最初附接电子部件时发生第一次热损伤，而在拆除该电子部件时发生第二次热损伤。当将拆除后的部件再次附接到基板时，发生第三次热损伤，这就超过了耐热次数。
进一步地，当具有底面电极的电子部件安装在基板上并且通过热风型再加工装置将该部件附接到基板或从基板拆除时，令人担心的是当对象电子部件和相邻电子部件之间的间隙狭窄时，可以对相邻部件产生热影响。当为了防止相邻电子部件被热损伤而加宽部件之间的间隙时，可能妨碍高密度安装。
具体地，已经要求接合部无铅。进一步地，在BGA中，用具有大约225℃的熔点的SAC代替具有大约190℃的熔点的共晶体，因此焊料的熔点增加了大约35℃。过去，在通过加热到大约190℃来安装或拆除电子部件的前提下，设计部件之间的间隙，以防止相邻部件被热损伤。但是，随着焊料的熔点变高，安装或拆除电子部件时使用的热风温度变高。进一步地，随着加热时间变长，相邻部件变得更会受到热影响。当根据对SAC的代替而改变基板内部件的布局设计时，存在的问题是由于重新设计使制造成本增加、或者部件的安装密度降低。
因此，本发明的实施方式的一个方面的目的是提供一种具有底面电极的部件的拆除方法。当从基板拆除该部件时，该方法抑制了该部件被热损伤。
发明内容
根据本发明的实施方式的一个方面，一种具有底面电极的部件的拆除方法包括：填充步骤，用传热材料来填充基板和通过底面电极焊接到基板的部件之间的间隙；加热步骤，对传热材料和底面电极进行加热；以及拆除步骤，从基板拆除该部件。
附图说明
图1是示出了根据一个实施方式的底面电极型部件的拆除方法的示例性图；
图2是示出了使用图1中所示的镍铬线的加热操作的示例性图；
图3是示出了利用回流装置拆除和安装底面电极部件的操作的比较例的示例性图；
图4是示出了小型电子部件的拆除操作的比较例的示例性图；
图5是示出了小型电子部件的再安装操作的比较例的示例性图；
图6是示出了根据实施方式的利用回流拆除底面电极部件的操作的示例性图；
图7是示出了传热材料的填充操作的示例性图；
图8是示出了从具有通孔的基板拆除底面电极部件的操作的(第一)示例性图；
图9是示出了从具有通孔的基板拆除底面电极部件的操作的(第二)示例性图；
图10是示出了从具有通孔的基板拆除底面电极部件的操作的(第三)示例性图；
图11是示出了BGA和传热材料之间的混合的示例性图；以及
图12是示出了混合焊料的熔点的示例性图。
具体实施方式
下文中，将参照附图说明本发明的实施方式。此外，本发明不限于下面的详细实施方式。
图1是示出了根据一个实施方式的具有底面电极的部件的拆除方法的示例性图。如图1所示，在最初步骤S10中，具有BGA 31的底面电极部件(具有底面电极的部件)21附接到基板10。
在根据该实施方式的具有底面电极的部件的拆除方法中，在步骤S11中，传热材料41填充在底面电极部件21和基板10之间的间隙。接着，在步骤S12中，对传热材料41和充当底面电极的BGA 31进行加热。在步骤S13中，通过加热使传热材料41和BGA 31熔化，使得从基板10拆除底面电极部件21。
低熔点焊料可以用作传热材料41，其中，低熔点焊料的熔点比BGA 31的熔点低。进一步地，在对传热材料41和BGA 31进行加热的步骤中，例如，使充当加热构件的镍铬线51与传热材料41和BGA 31成为一体的区域接触，使得通过热传递来对该区域进行加热。
图2是示出了利用镍铬线51的加热操作的示例性图。在附图中例示出的示例中，在基板上设置底面电极部件21至27。底面电极部件22、23和26在底面电极部件21的四个边中的三个边与底面电极部件21相邻。底面电极部件21的一个边具有额外的安装区域。对镍铬线51进行加热的加热装置50设置在具有额外安装区域的剩余边上，并且通过使热传递材料41与BGA 31成为一体而形成的区域被镍铬线51包围并且被加热，使得对底面电极部件21进行加热。
通过镍铬线51的热传递来执行加热，即使当底面电极部件22、23和26各个与底面电极部件21之间的间隙是大约1mm至3mm时，也可以拆除底面电极部件21，而未对底面电极部件22、23和26造成热损伤。进一步地，由于对电极部分进行局部加热，因此可以抑制对底面电极部件21的热损伤。
图3是示出了利用回流装置拆除和安装底面电极部件的操作的比较例的示例性图。在图3中所示的示例中，考虑到再加工时相邻部件之间的热影响，大型底面电极部件和小型底面电极部件都设计为具有间隙，并且各底面电极部件的耐热次数被设置为2。对于普通电子部件的保证，耐热150℃或更小，并且150℃以上的耐热次数(热计数)是2或更小。
在图3中所示的步骤S21中，在通过回流装置60来罩住大型底面电极部件28的同时，臂部61接触大型底面电极部件28，并且向底面电极部件28吹热风，以熔化BGA。为了将BGA的接合部加热到230℃并且使其熔化，除了回流装置60，在基板10的相对侧附加设置回流装置62，并且通过加热板63来加热整个基板10。此时，从回流装置60和62吹出的热风A1和A2的温度大致等于300℃。
在步骤S21中所示的构造中，在底面电极部件28和各相邻底面电极部件23和24之间设置10mm以上的间隙。当在间隙中设置阻挡从回流装置60吹出的热风的防风构件64时，可以防止底面电极部件23和24受到用于拆除底面电极部件28的热的影响。
但是，在部件之间的间隙被设置得大并且在间隙中设置防风构件64的设计中，降低了安装密度。进一步地，由于与该部件的耐热相对应的热风或超过该部件热耐的热风施加到底面电极部件28，因此存在由于底面电极部件28的损坏而可能难以进行故障分析等的可能性。
在步骤S22中例示出的构造中，底面电极部件28和各个底面电极部件23和24之间的间隙被设置得小，并且提高了安装密度。在步骤S22中例示的构造中，当拆除底面电极部件28时，在底面电极部件23和24中发生热损伤。由于在附接底面电极部件23和24时在底面电极部件23和24中出现一次热损伤，因此当从基板拆除底面电极部件28时，在底面电极部件23和24中出现热损伤的情况的次数变为2。因此，当在拆除底面电极部件28之后，新的底面电极部件附接到基板时，在底面电极部件23和24中出现热损伤的情况的总次数变为3，由此存在底面电极部件23和24被破坏的可能性。
通过回流装置单独加热诸如底面电极部件28等的大型电子部件。但是，在小型电子部件的情况下，可以通过回流装置同时加热多个电子部件。
图4和图5是示出了小型电子部件的拆除操作和安装操作的比较例的示例性图。进一步地，在图4和图5中，未示出回流装置62或加热板63，并且不重复其描述。在图4中所示的步骤S31中，按照底面电极部件22、底面电极部件21和底面电极部件23的顺序，在基板10上安装小型底面电极部件21至23。在安装操作时，在底面电极部件21至23中出现一次热损伤。
当拆除底面电极部件21时，在通过回流装置60罩住底面电极部件21至23的同时，臂部61接触底面电极部件21，并且通过热风A1使BGA 31熔化，以拆除底面电极部件21(步骤S32)。
结果，如在步骤S33中所示，拆除了底面电极部件21，并且在底面电极部件22和23中出现热损伤的情况的次数变为2。
如图5所示，在步骤S34中，新的底面电极部件29装载在底面电极部件22和23之间，并且在通过回流装置60罩住底面电极部件22、23和29的同时，通过热风A3加热BGA并且使其熔化，由此底面电极部件29安装到基板上。结果，如步骤S35中所示，在底面电极部件22和23中出现热损伤的情况的总次数变为3，由此存在底面电极部件被破坏的可能性。
同样地，在如比较例所示的底面电极部件拆除方法中，再一次出现对相邻部件的热损伤。普通部件对于回流的耐热次数是2。因为由于在组装时的回流被计为一次热损伤，因此剩余的耐热次数是1。当如比较例中，由于再加工(拆除)对相邻部件施加了第二次热损伤时，在下一次组件安装操作时，出现第三次热损伤。当为了避免出现热损伤而保证部件之间的间隙为10mm以上时，组件的高密度被降低。
进一步地，将共晶体球的BGA部件之间的间隙设计为最小是10mm。但是，当为了无铅而用SAC代替共晶体时，改变设计，使得由于在针对共晶体的设计中可能无法避免出现对相邻部件的热损伤，因此增大间隙。
接着，关于拆除后的部件，如果在拆除时出现热损伤，则其导致经受两次热损伤，即，在安装时和拆除时，由此拆除后的部件被损坏。因此，拆除后的部件可能无法被分析并无法被再利用。
作为示例，BGA的耐热可以确保在大约240℃至260℃的范围中。当为了通过使用回流装置在230℃(作为BGA接合部的熔化温度)拆除BGA接合部而向BGA的顶部吹300℃以上的热风时，BGA中部件的温度变为260℃以上，使得BGA中的部件被破坏。
与比较例相反，在本实施方式中所公开的方法中，将低熔点焊料(如，焊料粉、焊料糊或熔化焊料)注入到作为拆除对象的底面电极部件的接合部的间隙，使得BGA的球体之间短路，并且接合部的周围被加热元件包围。当直接加热接合部时，可以拆除该底面电极部件，而没有对相邻部件造成热影响。
此外，当直接加热接合部时，抑制了底面电极部件的内部元件的温度升高，由此可以防止内部元件的损坏。即，在本文中所公开的方法中，不仅可以避免出现对对象部件的热损伤而且可以避免出现对相邻部件的热损伤。进一步地，部件之间的间隙可以实现在大约1至大约3mm的范围中。为此，可以实现安装密度的提高，并且通过使用SAC作为现有设计中的焊料可以实现无铅。
进一步地，由于通过使用熔点比BGA 31的熔点低的低熔点焊料作为传热材料41使焊料与BGA 31的接合部混合，因此可以降低拆除时的加热温度。
将描述由焊料的混合所造成的熔点变化。原子的移动随着温度升高而变得更容易，并且出现扩散现象。扩散的速度和量由温度和时间决定。当不同种类的金属互相物理接触时，出现不同种类的金属原子朝向彼此移动的相互扩散现象。即使当金属处于固态时也出现扩散现象。这被称为固相扩散。
接着，当金属的温度达到多种金属中一种金属的熔点该金属变为液态时，出现扩散速度比固相扩散速度快的液相扩散。当在金属之间的接触部出现液相扩散时，金属原子互相混合，并且金属在合金成分的熔点熔化的状态迅速扩大。结果，即使具有高熔点的金属也在更低温度变为液态，因此金属在大致低熔点的熔化状态下互相成为一体。
因此，当通过使用熔点比BGA 31的熔点低的低熔点焊料作为传热材料41来加热接合部时，可以在BGA 31和传热材料41的合金熔点拆除底面电极部件21，其中，合金的熔点比BGA 31的熔点低。
因此，如上所述，加热方法不限于使用镍铬线51等的热传递，并且即使当使用回流时，也可以抑制在底面电极部件的拆除操作时出现热损伤。图6是示出了根据实施方式的通过回流拆除底面电极部件的操作的示例性图。
在图6的示例中，将描述在以底面电极部件22、底面电极部件21和底面电极部件23的顺序在基板10上安装底面电极部件21至23的同时，拆除底面电极部件21的情况。
首先，步骤S41中，传热材料41填充基板10和充当拆除对象的底面电极部件21之间的间隙。接着，步骤S42中，在通过回流装置60罩住底面电极部件21至23的同时，臂部61接触底面电极部件21，并且通过热风A1来加热BGA 31和传热材料41，并且使它们熔化，以拆除底面电极部件21。
拆除加热温度可以被设置为这样的温度：在该温度底面电极部件21至23没有由于BGA31的熔点通过与传热材料41的混合而降低的原因而被热损伤。为此，在步骤S43中拆除底面电极部件21之后，在底面电极部件22和23中出现热损伤的情况的次数是1。进一步地，即使在拆除的底面电极部件21中出现热损伤的情况的次数也是1。因此，即使当底面电极部件22和23之间安装新部件时，可以确保底面电极部件22和23的操作。以相同的方式，甚至拆除的底面电极部件21也可以被分析并且被再利用。
进一步地，使用镍铬线51等的热传递进行加热、使用回流装置60和62的热风进行加热和使用加热板63进行加热可以组合使用。例如，通过回流装置60和62以及加热板63在部件确保温度，例如，150℃以下，对整个单元进行加热。因此，注入到底面电极部件21和基板10之间的间隙的低熔点焊料熔化，并且使整个BGA接合部一体化。
接着，通过镍铬线51进一步直接加热通过低熔点焊料一体化的接合部。此时，将镍铬线51加热到例如大约200℃。通过加热，低熔点焊料的温度升高，并且使BGA31的焊料球熔化。
当由于BGA 31的焊料球的熔化使接合部的整个区域熔化时，可以拆除底面电极部件21。进一步地，在使用SnIn作为低熔点焊料时，通过将该低熔点焊料与BGA31的焊料球混合而获得的熔点大约是155℃，而在使用SnBi作为低熔点焊料时，通过将该低熔点焊料与BGA 31的焊料球混合而获得的熔点是大约170℃。
在拆除底面电极部件21之后，拆除残留在接合部中的焊料，并且清洁接合部。之后，可以通过普通的再加工方法来安装新的电子部件。
图7是示出了传热材料41的填充操作的示例性图。关于传热材料41，如图7所示，例如，通过注入器40可以注入糊状的低熔点焊料。进一步地，当基板具有穿孔(即，通孔)时，可以通过通孔注入传热材料41。
图8、图9和图10是示出了从具有通孔的基板拆除底面电极部件的操作的示例性图。首先，如图8中的步骤S51中所示，上面安装有底面电极部件21的基板11具有在BGA 31的焊盘之间形成的通孔12。
步骤S51中，线状焊料42绕在底面电极部件21的BGA 31的接合部周围，并且阻挡基板11和BGA 31之间的间隙，以防止将要描述的焊料粉43的泄露。期望线状焊料42的熔点等于或低于BGA 31的熔点，例如，诸如具有大约150℃的熔点的铟焊料等的低熔点焊料。
随后，在步骤S52中，两边或四边形成有爪部71并且内置有加热器72的加热夹具70与底面电极部件21的上部紧密接触，并且爪部71在设置在底面电极部件21的接合部的间隙中的同时钩住底面电极部件21的接合部，以按压并且固定线状焊料42。进一步地，加热夹具70可以具有例如，陶瓷加热器等。
接着，在步骤S53中，基板11设置为使得图9的底面电极部件21的下侧面向重力方向，并且通过通孔12向BGA 31注入焊料43。通过使用例如，漏斗形工具可以注入焊料粉43。进一步地，期望甚至焊料粉43也是如线状焊料42的、具有150℃以下熔点的低熔点焊料。
随后，以可以确保部件或基板的耐热没有任何问题的温度(如，大约150℃)，通过设置在底面电极部件21的相反侧上的加热板65来加热基板11，并且将加热夹具70的爪部71加热到BGA 31的熔点以上，例如，225℃以上(S54)。
通过加热，如图10所示，在BGA 31的接合部中填充的低熔点焊料(线状焊料42和焊料粉43)在大约150℃熔化，并且BGA 31的球体互相连接。由于焊料和球体彼此成为一体，因此可以均匀且高效地加热BGA 31。接着，步骤S55，当BGA 31达到熔点时，BGA 31和低熔点焊料变为混合焊料44，并且通过加热夹具70的自身重量使底面电极部件21落下。由此，可以不对相邻部件或基板造成热影响地拆除底面电极部件21。
进一步地，本文中已经描述了通过重力拆除底面电极部件21的情况。但是，例如，可以在加热夹具70中设置弹性体等，并且可以沿着从基板11拆除底面电极部件的方向，向底面电极部件21施加力。
图11是示出了BGA和传热材料的混合的示例性图。在图11中所示的示例中，底面电极部件21的BGA 31的球体的直径和高度是0.4mm，并且BGA 31的球体的节距是1mm。在这种情况下，BGA 31的接合部的体积是0.05024mm3，并且传热材料41的体积是0.34976mm3。熔化后的传热材料41的体积是0.20986mm3，这是0.34976mm3的60％。因此，熔化之后的体积比如下。
BGA 31的接合部∶传热材料41＝0.05∶0.20＝1∶4。
图12是示出了混合焊料的熔点的示例性图。当SAC焊料用作BGA 31并且SnIn用作传热材料41时，获得体积比，使得SAC是20.000％而SnIn是80.000％，并且获得质量比，使得SAC是19.838％，而SnIn是80.162％。
关于元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]，锡(Sn)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是7.28g/cm3和60.828wt％，而银(Ag)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是10.49g/cm3和0.595wt％。接着，铜(Cu)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是8.92g/cm3和0.099wt％，而铟(In)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是7.28g/cm3和38.478wt％。由于Sn-48In的共晶熔点是117℃，因此根据Sn-In二维相图推断的液相温度是155℃。
当SAC焊料用作BGA 31并且SnBi用作传热材料41时，获得体积比，使得SAC是20.000％而SnBi是80.000％，并且获得质量比，使得SAC是22.532％而SnBi是77.468％。
关于元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]，锡(Sn)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是7.28g/cm3和54.280wt％，而银(Ag)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是10.49g/cm3和0.676wt％。接着，铜(Cu)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是8.92g/cm3和0.113wt％，而铋(Bi)的元素质量密度[g/cm3]和混合成分比[wt％]是9.8g/cm3和44.931wt％。由于Sn-58Bi的共晶熔点是139℃，因此根据Sn-Bi二维相图推断的液相温度是170℃。
如上所述，根据该实施方式的具有底面电极的部件的拆除方法以这样的方式执行：用传热材料填充基板和通过底面电极焊接到基板的底面电极部件之间的间隙，并且传热材料和底面电极彼此成为一体并且被加热，以从基板被拆除。
由于这个原因，拆除对象部件可以被拆除，而没有在拆除对象部件或相邻部件中出现热损伤，并且可以更换、再使用以及分析该部件。进一步地，因为提高了该部件的安装密度，因此可以不用由于无铅而改变设计。
进一步地，该实施方式仅是示例，并且可以适当修改具有底面电极的部件的种类或形状、电极的材料或形状、传热材料的材料、加热方法等。
在本发明中公开的具有底面电极的部件的拆除方法具有的优点是提供了一种能够拆除具有底面电极的部件的方法，该方法抑制了对电子部件的热损伤。

Claims (7)

1.一种具有底面电极的部件的拆除方法，该拆除方法包括以下步骤：
填充步骤，用传热材料填充基板和通过所述底面电极焊接到所述基板上的所述部件之间的间隙；
加热步骤，对所述传热材料和所述底面电极进行加热；以及
拆除步骤，从所述基板拆除所述部件。
2.根据权利要求1所述的具有底面电极的部件的拆除方法，
其中，所述传热材料由熔点比所述底面电极的熔点低的焊料材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的具有底面电极的部件的拆除方法，
其中，使用加热构件来执行所述加热步骤，该加热构件在与所述传热材料和所述底面电极成为一体的区域接触的同时，通过热传递对该区域进行加热。
4.根据权利要求3所述的具有底面电极的部件的拆除方法，
其中，所述加热构件包括被构造为保持所述部件的爪部。
5.根据权利要求4所述的具有底面电极的部件的拆除方法，
其中，由所述爪部通过热传递对所述区域进行加热。
6.根据权利要求3所述的具有底面电极的部件的拆除方法，
其中，沿着从所述基板拆除所述部件的方向，向所述部件施加力。
7.根据权利要求1或2所述的具有底面电极的部件的拆除方法，
其中，所述基板设置有通孔，并且
所述传热材料通过所述通孔填充到所述间隙中。
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