JP2006303266A

JP2006303266A - 半導体装置のリペア方法

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Publication number: JP2006303266A
Application number: JP2005124483A
Authority: JP
Inventors: Motohiko Ando; 元彦安藤; Masato Takeuchi; 正人竹内; Tatsuya Oguchi; 達也大口
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: JP3918004B2

Abstract

【課題】周囲の電子部品に悪影響を及ぼすおそれを無くし、半導体装置を基板から能率良く剥がせるようにする。
【解決手段】半導体装置１４のパッケージ上面よりも大きい良伝熱性の伝熱板２２を熱硬化性樹脂２４を用いてパッケージ上面の全面に密着させて接着し、伝熱板２４にヒータツール３０を押圧することにより伝熱板２４および半導体装置１４を加熱し、アンダーフィル１８を軟化させかつはんだを溶融させると共に熱硬化性樹脂２４を硬化させた状態で、引き剥がし具２６を半導体装置１４のパッケージ上面より外側へ突出した伝熱板２４の突出部２８に係合させて伝熱板２４を半導体装置１４と一体にしてプリント配線板１２から剥がす。
【選択図】図２

Description

本発明はＩＣチップなどの半導体装置をプリント配線板に実装した後で、その半導体装置を取外すためのリペア方法に関するものである。

近年携帯機器などに搭載されるＩＣ（半導体集積回路、半導体装置）は１チップ化が進み、ＩＣの数は少なくなるものの、ＩＣが高機能化するのに伴ってＩＣの単価が高価になってきている。

またＩＣがプリント配線板（基板）に実装された後の基板テストでＩＣが不良であることが判明することがある。この場合にはこの不良なＩＣを搭載した基板を廃棄するよりも、この不良なＩＣを交換することにより基板をリペア再生することがコストアップ防止のために重要となっている。また正常なＩＣであれば廃棄せずに再利用できる。

高機能のＩＣではＢＧＡ（Ball Grid Array）のパッケージ構造を持つものが多く、この場合はＩＣと基板とははんだボールで電気接続され、ＩＣは樹脂（アンダーフィル）で固定される。すなわち基板のＩＣ固定位置に（未硬化の）アンダーフィルを供給し、はんだボールを予め固定したＩＣをその上に押圧し加熱することによりはんだボールを溶融させ、その後アンダーフィルを硬化させてＩＣを固定するものである。また、はんだボールによって接続した後で、ＩＣと基板との間に液状のアンダーフィルを注入し硬化させることもある。

ここに用いるアンダーフィルには、通常熱硬化性樹脂が用いられるが、ＩＣを剥がすことを考慮する場合には熱可塑性樹脂からなるリペアラブルアンダーフィルを用いている。

特開２００２−５７４５３特許第２８０９２０７号特開平８−１７９７３特開平５−１０９８３８

特許文献１，２，３にはノズルで囲んだＩＣに熱風を吹きつけて加熱することによりはんだボール（およびアンダーフィル）を軟化させる加熱方式のリペア方法が示されている。ここにＩＣは吸着ヘッドをＩＣ上面に密着させて真空吸引による負圧によりＩＣを基板から引き剥がしている。このため吸着ヘッドには熱風の通路となるノズル負圧吸着面とが設けられている。

特許文献４には、基板上にベアチップを第１の熱硬化性接着剤で固定した場合に、ベアチップの上面（背面）に第２の熱硬化性接着剤を介してヒートスティックを当接させることにより、第２の熱硬化性接着剤を硬化させる一方、第１の熱硬化性接着剤を加熱劣化させることにより、ベアチップを基板から引き剥がす（リペアする）方法が示されている。

特許文献１，２，３に示されたものは熱風を用いるため、周辺の電子部品のはんだ付け部も加熱されるおそれが生じる。このため取外し対象以外の部品まで外れたり熱による障害を発生させるおそれが生じ、作業が難しいという問題がある。

なお熱風に代えてヒータツール（加熱体）をＩＣに密着させることによりＩＣをヒータツールからの伝熱によって加熱することも考えられる。しかしＩＣを吸着によって基板から引き剥がす場合には、ヒータツールを貫通してＩＣとの密着面に開口する吸気通路をヒータツールに形成しておく必要がある。このためヒータツールのＩＣ密着面積が吸気通路の開口面積分だけ減少することになる。密着面積が減るとヒータツールからＩＣへの熱伝達が悪くなる。そこで吸気通路の開口面積をできるだけ小さくしてヒータツールとＩＣとの密着面積を大きくすると、ＩＣの吸引力が減少し、ＩＣを引き剥がす力が不足することになる。このためナイフなどの工具をＩＣと基板との接着部分に差し込んでこじ開けるといった補助的な作業が必要になり、周囲の部品や基板を損傷するおそれが生じる。

一方特許文献４に示されたものは、ヒータツール（ヒートシンク）とＩＣ上面との接触面積は、ＩＣ上面より少ないため伝熱効率が下がるという問題がある。また基板から剥がしたＩＣはヒータツール（ヒートシンク）側に固着されたままであるから、ヒータツールをそのままでは使用できずＩＣを剥がし、また場合によってはヒータツールに残っている付着物（第２の熱硬化性樹脂）を除去してからでなければ再使用できないという問題もある。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ヒータツールからの熱伝達により半導体装置を加熱することにより周囲の電子部品に悪影響を及ぼすおそれを無くし、半導体装置への伝熱効率を向上させることができ、半導体装置を基板から剥がし易く能率良く剥がせるようにした半導体装置のリペア方法を提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、プリント配線板に加熱によりリペア可能なアンダーフィルを用いて固定された半導体装置を加熱することにより取外す半導体装置のリペア方法において、１）前記半導体装置のパッケージ上面よりも大きい良伝熱性の伝熱板を熱硬化性樹脂を用いて前記パッケージ上面の全面に密着させて接着し、２）前記伝熱板にヒータツールを押圧することにより前記伝熱板および前記半導体装置を加熱し、３）前記アンダーフィルを軟化させかつはんだを溶融させると共に前記熱硬化性樹脂を硬化させた状態で、引き剥がし具を前記半導体装置のパッケージ上面より外側へ突出した前記伝熱板の突出部に係合させて前記伝熱板を前記半導体装置と一体にしてプリント配線板から剥がす、ことを特徴とする半導体装置のリペア方法、によって達成できる。

本発明によれば熱風を用いることなくヒータツールの熱を伝熱板を介して半導体装置に伝えるから、周囲の電子部品に熱による悪影響を及ぼすおそれがない。また伝熱板は半導体装置のパッケージ上面の全面に密着しているから、ヒータツールの熱はこの伝熱板で半導体装置のパッケージ上面全面から半導体装置に伝えられることになり、伝熱効率が向上する。

伝熱板は半導体装置のパッケージ上面より大きく引き剥がし具は伝熱板の半導体装置上面から突出した突出部に係合して伝熱板と半導体装置とを一体として基板から剥がすことになるので、剥がし易く能率良く剥がすことができる。

半導体装置はＢＧＡのパッケージを持つものとすることができ、この場合はボールはんだにより半導体装置と基板とが電気接続される（請求項２）。伝熱板は銅板とするのがよい。この伝熱板は周縁が半導体装置上面の全周に亘って外側へ突出するように大きくするのが望ましい。

伝熱板は上方（すなわち基板に垂直な方向）から見て半導体装置の少なくとも対称位置に少なくとも一対の突出部を設け、これらの突出部を引き剥がし具で掴んで剥がすようにしてもよい（請求項３）。

引き剥がし具は基板に対して垂直に伝熱板および半導体装置を基板から引き剥がすものであってもよいが（請求項４）、伝熱板を基板に対して傾けながら剥がすようにしてもよい（請求項５）。

伝熱板は十分に厚く曲がらない剛性を持つものとしてもよいが、可撓性を持つ薄板であってもよい（請求項６）。この場合には引き剥がし具が伝熱板を引き上げる際の衝撃を薄板自身の弾性で吸収でき、半導体装置やプリント配線板を衝撃から保護することができる。また引き剥がし具が伝熱板に係合する位置は、上方から見て半導体装置の中心に対して非対称な位置とすれば、半導体装置に不均一な引き剥がし力が加わることになり、小さい力で引き剥がしが可能になる（請求項７）。

ヒータツールはパルスヒート方式により加熱温度と加熱時間（温度プロファイル）を制御するのが望ましい。パルスヒート方式は、ヒータツールの電気発熱体に供給する電流を例えばパルス幅制御（ＰＷＭ）することにより発熱量を制御するものであり、この方式によれば急速加熱と正確な温度コントロールとが容易になり、周辺部品への熱影響を少なくすることができる。例えば温度プロファイルは、予備加熱を２７０℃で９秒とし、その後の本加熱を４７０℃で７秒とすることができる。ここに温度は設定温度すなわちヒータツール温度である。例えばヒータツールの伝熱板接触部の温度である。

図１は本発明の一実施例を模式的に示す側断面図、図２は半導体装置の剥離時を模式的に示す断面図である。図３は引き剥がし具の動作例を示す図、図４は同じく他の動作例を示す図、図５は引き剥がし具の配置例を示す図、図６は温度プロファイルの一例を示す図である。

図１において符号１０はワーク保持台、１２はワークとなるプリント配線板である。ヒータ保持台１０はヒータを内蔵して表面に保持されるプリント配線板（基板）１２を一定温度に予備加熱してリペア作業時間の短縮を可能にする。プリント配線板１２には半導体装置（以下ＩＣチップともいう）１４が表面実装されている。半導体装置１４は表面実装型パッケージのものであり、例えばＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）のパッケージを持つＩＣチップである。

この半導体装置１４はプリント配線板１２の表面（上面）にはんだボール１６とアンダーフィル１８を用いて実装されている。ここに半導体装置１４の下面にははんだボール１６が予め形成され、プリント配線板１２の表面には半導体装置１４の搭載位置にアンダーフィル１８を供給しておき、半導体装置１４のはんだボール１６をプリント配線板１２の電極部に位置合わせして押し付け、若干はんだボール１６を押しつぶした状態で（また加熱によりはんだボール１６を溶融させた状態で）ＩＣチップ周辺をアンダーフィル１８で固めてある。

ここに用いるアンダーフィル１８は加熱によりリペア可能な樹脂であり、例えば熱可塑性樹脂である。このようなアンダーフィルの一例は、ヘンケルジャパン社より供給される「ヘンケルロックタイト」（商品名）である。プリント配線板１２には、このＩＣチップ１４の周囲に他の電子部品２０が実装されている。

このようにＩＣチップ１４や他の電子部品２０が実装されたプリント配線板１２をテストした結果、不具合があることが判明した場合にはＩＣチップ１４を取外し、不具合の無い部品の再利用を行う。

ＩＣチップ１４の取外し（リペア）のためには、まずＩＣチップ１４の上面に伝熱板２２を熱硬化型樹脂２４によって固着する。伝熱板２２は銅板などの熱伝導性が良い材料で作られ十分な剛性と厚さを持つ。すなわち図３〜５に示す引き離し具２６がこの伝熱板２２の周縁部を掴んでＩＣチップ１４をプリント配線板１２から引き剥がす際に加わる力Ｆに対して十分に耐え得る剛性を持つ厚さにする。

この伝熱板２２の少なくとも対称な２ヶ所はＩＣチップ１４の上面より外側へ突出し、これらの突出部２８，２８に引き剥がし具２６が係合する。３０はヒータツールである。このヒータツール３０は適切な電気抵抗を持つ金属で作られここに電流を通すことにより発熱する。ヒータツール３０の平坦な下面は伝熱板２２の上面に押圧されて密着する。３２はこのヒータツール２６の下面付近の温度を検出する熱電対などの温度センサである。

３４はコントローラであり、この温度センサ３２の出力に基づいてヒータツール３０の下面の温度をパルスヒート方式によりコントロールする。すなわち図６に示すように予備加熱温度２７０℃で９秒間加熱した後、直ちに本加熱に入り、温度４７０℃で７秒間加熱する。前記アンダーフィル１８の軟化温度Ｔ₁は本加熱温度より低く、熱硬化樹脂２４の硬化温度Ｔ₂は本加熱温度より低い。すなわち、Ｔ₁＜４７０℃、Ｔ₂＜４７０℃である。

引き剥がし具２６は本加熱の終了時点付近で伝熱板２２を引き揚げる。この時ヒータツール３０は伝熱板２２に密着したまま伝熱板２２と一体に引き上げることも可能であるが、ヒータツール３０は伝熱板２２から離して上方へ退避させ、直ちに（短時間後に）伝熱板２２を引き上げるようにしてもよい。本加熱によりアンダーフィル１８は軟化する一方熱硬化樹脂２４は硬化しているから、引き剥がし具２６によって伝熱板２２に上向きの力Ｆ（図１，２）が加わると、アンダーフィル１８が剥離する。この時はんだボール１６も本加熱の加熱温度では十分に溶融しているから、はんだボール１６も切断される。図２はこの状態を示している。

プリント配線板１２から剥離したＩＣチップ１４は、伝熱板２８に固着したまま適宜テストを行うこともできるが、適当な方法で伝熱板２８を分離して伝熱板２８を再利用してもよい。また剥がしたＩＣチップ１４に不具合が無ければ再利用してもよい。

引き剥がし具２６，２６は伝熱板２２を垂直に（プリント配線板１２に垂直に）引き上げる方向に力Ｆを均等に加えるものとすることができる。図３の引き剥がし具２６，２６は、伝熱板２２の突出部２８，２８を両側から挟んで掴み、この掴んだ状態でヒータツール３０と共に上方に同じ速度で上昇する。

図４の引き剥がし具２６，２６は、伝熱板２２の突出部２８，２８を両側から挟んで掴み、この掴んだ状態のままヒータツール３０と共に全体を一体にして傾ける。この場合にはＩＣチップ１４とプリント配線板１２との接合部をこじ開けるように剥がすことになるので、小さい力で能率良く剥がすことが可能になる。

引き剥がし具２６，２６の位置は図５に示すように、平面視で伝熱板２２の対称位置に係合する位置とする。図５の（Ａ）は長方形の伝熱板２２の短辺の中央付近に係合する。図５の（Ｂ）は伝熱板２２の対角位置に係合する。図５の（Ｃ）は伝熱板２２の長辺の中央付近に係合するものである。

図７は他の実施例を示す断面図である。同図（Ａ）は引き剥がし前を、同図（Ｂ）は引き剥がし中の状態を示す。この実施例は前記図３〜５の引き剥がし具２６，２６の一方２６を伝熱板２２の側縁に外側から係合させる一方、他方２６Ａをナイフ状にして支点２６Ｂを中心にして回動可能にしたものである。すなわち引き剥がし具２６Ａの支点２６Ｂを伝熱板２２の外側方に位置させると共に、その回動端（先端）を図７（Ａ）に示すように、伝熱板２２の側縁下面に下方から係合可能としたものである。

ヒータツール３０による加熱によりはんだボール１６およびアンダーフィル１８が軟化した状態で引き剥がし具２６Ａを図７（Ａ）で時計方向に回動させれば、図７（Ｂ）のように伝熱板２２およびＩＣチップ１４は反時計方向に傾き、ＩＣチップ１４は右側（引き剥がし具２６Ａ側）から静かに剥がれていく。なお図７では前記図１〜４と同一部分に同一符号を付したのでその説明は繰り返さない。

図８は他の実施例を示す図である。この実施例は、伝熱板２２Ａの一方の突出部２８Ａを側面視でクランク状に折曲したものである。この場合、引き剥がし具２６Ｃの下端に設けた爪２６Ｄをこの突出部２８Ａに係合させて引き剥がし具２６Ｃを上方へ引き上げる。なお他方の突出部２８は図３〜４，７と同様に（クランク状ではなく）平板状であり、外側縁に引き剥がし具２６が外側から押圧されて係合する。

この実施例によれば伝熱板２２Ａはクランク状の突出部２８Ａ側から上方へ引き揚げられ、ＩＣチップ１４をプリント配線板１２に対して傾けながら引き剥がすことができる。また特にＩＣチップ１４の近傍に他の背の高い部品２０Ａがある場合に、この部品２０Ａとの干渉を避けつつ剥がすことが可能になる。

図９は他の実施例を示す図、図１０は引き剥がし具の移動方向の一例を示す平面図である。この実施例は、伝熱板２２Ｂの両端に図８で説明したクランク状の突出部２８Ａ、２８Ａを設け、図８の引き剥がし具２６Ｃ、２６Ｃをこれら突出部２８Ａ、２８Ａに係合させるものである。

この場合引き剥がし具２６Ｃ、２６Ｃは、伝熱板２２Ｂに対して外側から接近・離隔するように揺動させることにより突出部２８Ａ、２８Ａに係脱させることができる。しかし図１０に示すように引き剥がし具２６Ｃ、２６Ｃを伝熱板２２Ｂの突出部２８Ａ、２８Ａが形成された辺（短辺）に対して平行移動させることによって、突出部２８Ａ、２８Ａに係脱させてもよい。

図１１は他の実施例を示す側断面図である。この実施例は、伝熱板として可撓性の薄板２２Ｃを用いたものである。この薄板２２Ｃは、例えば厚さ０．１mmの鋼板や銅板が適する。

この場合引き剥がし具２６Ｄは図１１（Ａ）に示すように、薄板２２Ｃの突出部２８Ｃを掴んで引き上げるクランプとすることができる。引き剥がし具２６Ｄはクランプに代えて図１１（Ｂ）に示すように、釣り針状のフックとしてもよい。この場合はフックの先を突出部２８Ｃに設けた係合孔に係合させるものである。

このような薄板２２Ｃを用いた場合は、引き剥がし具２６Ｄが上昇した時にＩＣチップ１４に加わる衝撃が薄板２２Ｃの弾性によって吸収される。このためＩＣチップ１４とプリント配線板１２との間に加わる衝撃が緩和され、これらを保護することができる。

図１２は引き剥がし動作例を示す平面図である。以上の各実施例では、引き剥がし具で伝熱板２２あるいは薄板２２Ｃを引き剥がす時に、プリント配線板１２に垂直な方向（上方）に力を加えている。しかしこれに代えて、図１２（Ａ）に示すようにＩＣチップ１４の中心付近を通る垂直軸３４回りに僅かな回転や回転方向の振動を加えたり、同図（Ｂ）に示すように僅かな水平方向の移動あるいは水平方向の振動を加えてもよい。

このような回転、移動、振動を加えることにより、ＩＣチップ１４とプリント配線板１２との固着部分に水平方向の剪断力を加えることができ、一層剥がれ易くすることが可能になる。

本発明の一実施例を模式的に示す側断面図同じく引き剥がし動作を示す図本発明の一実施例の側断面図同じく引き剥がし例を示す図引き剥がし具の配置例を示す平面図温度プロファイルの一例を示す図他の実施例を示す側断面図他の実施例を示す側断面図他の実施例を示す側断面図引き剥がし具の他の実施例を示す平面図他の実施例を示す側断面図引き剥がし動作例を示す平面図

符号の説明

１０ワーク保持台
１２プリント配線板（基板）
１４半導体装置（ＩＣチップ）
１６はんだボール
１８アンダーフィル
２２、２２Ａ、２２Ｂ伝熱板
２２Ｃ薄板（伝熱板）
２４熱硬化性樹脂
２６、２６Ａ、２６Ｃ、２８Ｄ引き剥がし具
２８、２８Ａ、２８Ｃ突出部
３０ヒータツール
３２温度センサ
３４コントローラ

Claims

プリント配線板に加熱によりリペア可能なアンダーフィルを用いて固定された半導体装置を加熱することにより取外す半導体装置のリペア方法において、
１）前記半導体装置のパッケージ上面よりも大きい良伝熱性の伝熱板を熱硬化性樹脂を用いて前記パッケージ上面の全面に密着させて接着し、
２）前記伝熱板にヒータツールを押圧することにより前記伝熱板および前記半導体装置を加熱し、
３）前記アンダーフィルを軟化させかつはんだを溶融させると共に前記熱硬化性樹脂を硬化させた状態で、引き剥がし具を前記半導体装置のパッケージ上面より外側へ突出した前記伝熱板の突出部に係合させて前記伝熱板を前記半導体装置と一体にしてプリント配線板から剥がす、
ことを特徴とする半導体装置のリペア方法。
半導体装置ははんだボールによってプリント配線板に電気接続されアンダーフィルで固定されている請求項１の半導体装置のリペア方法。
伝熱板は上方から見て半導体装置の少なくとも対称位置に突出部を持ち、引き剥がし具はこれら対称位置の突出部に係合して伝熱板および半導体装置をプリント配線板から引き剥がす請求項１の半導体装置のリペア方法。
引き剥がし具は伝熱板を上方に引き揚げる請求項１の半導体装置のリペア方法。
引き剥がし具は、伝熱板の突出部の対称位置の一方を他方よりも速く引き揚げて伝熱板を傾けながらプリント配線板から引き剥がす請求項３の半導体装置のリペア方法。
伝熱板は可撓性の薄板である請求項１〜５のいずれかの半導体装置のリペア方法。
引き剥がし具は、上方から見て半導体装置の非対称な位置で伝熱板の突出部に係合して伝熱板および半導体装置をプリント配線板から引き剥がす請求項１の半導体装置のリペア方法。