JP2013008789A - 表面実装型部品の取り外し方法、表面実装型部品取り外し装置及び半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面実装型部品の取り外し方法、表面実装型部品取り外し装置及び半導体パッケージの製造方法に関し、はんだ溶融時を正確に検知して過剰加熱を防止する。
【解決手段】 基板上にはんだ固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持する工程と、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加える工程と、前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融する工程と、前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知する工程と、前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離する工程とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面実装型部品（ＢＧＡ：Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ、ＣＳＰ：Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のリワーク時における表面実装型部品の取り外し方法、表面実装型部品取り外し装置及び半導体パッケージの製造方法に関するものである。

携帯電話やパーソナルコンピュータなどの基板には、高密度化されたＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型或いはＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）型の半導体部品が用いられている。

これらの表面実装型部品は、基板にクリームハンダで位置決めされ仮固定の状態で、温風リフローなどの手段で、裏面に配したハンダボールを溶融して基板へ実装している。この際に、初期の位置ずれなどの要因で、隣接間ショートなど電気的な不具合が生じるケースがある。そのため、不具合のある表面実装型部品を一旦基板から取り外して、再度基板に実装する修正（リワーク）工程が必要になる。

図１２は、従来の表面実装型部品の取り外し工程におけるはんだ溶融工程の概念的構成図である。図に示すように、基板８０にはんだボール８２により実装したＢＧＡ型或いはＣＳＰ型等の表面実装型の半導体部品８１の背面に熱伝導体治具８３を接触させ、その上方に熱源８４を配置する。この場合の熱源８４としては、伝導熱でも、放射熱でも或いは熱風でも良く、その熱源８４の熱によりはんだボール８２を溶融させて半導体部品８１を基板８０から取り外す。

図１３は従来の熱源の概念的構成図であり、図１３（ａ）は熱風方式の溶融装置であり、図１３（ｂ）は赤外線加熱方式の溶融装置である。熱風方式の溶融装置の場合には、図１３（ａ）に示すように、抵抗加熱体等の熱源９１をフード９２により覆い、空気を熱源９１に吹き付けて、加熱され熱風を半導体部品８１に吹き付けてはんだボール８２を溶融している。

一方、赤外線加熱方式の溶融装置の場合には、図１３（ｂ）に示すように、ハロゲンランプ等のランプ９３を反射体を兼ねるランプホルダ９４内に収容して、赤外線を半導体部品８１に照射してはんだボール８２を溶融している。

これらの工程においては、修正（リワーク）対象の半導体部品８１の加熱温度を管理し、はんだの融点以上の温度となった時点で溶融と判断し修正を開始する。なお加熱効率を高めるため、基板８０の裏面からも予備加熱を行うこともある。

また、はんだボールの溶融時における半導体部品８１の沈み込みによる変位を検出して溶融判定を行う手法もある。

特開２０１０−１６１１２３号公報 特開平１０−３０３５４６号公報 特開平０４−２５８１９５号公報

リワーク工程においては、リワーク対象部品のみを正確に加熱できれば問題ないが、熱風・赤外線加熱は、近傍の弱熱チップ部品にも加熱時の影響を与え、接触不具・破壊など電気的な影響が生じる虞がある。

また、溶融検知方式においては、加熱時間管理あるいは溶融時の部品沈み込みを検知して行うため、特に、ＣＳＰチップでは狭小ピッチ化された部品であるため、沈み込み量が極めて小さくなり、検知感度低下によって、過剰加熱が避けられないという問題がある。

したがって、本発明は、はんだ溶融時を正確に検知して過剰加熱を防止することを目的とする。

開示する一観点からは、基板上にはんだ固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持する工程と、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加える工程と、前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融する工程と、前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知する工程と、前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離する工程とを有することを特徴とする表面実装型部品の取り外し方法が提供される。

また、開示する別の観点からは、基板上にはんだ固定された表面実装型部品を把持する把持ハンドを備えたハンド機構と、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に与圧を加える予圧手段と、前記ハンド機構に設けられ、前記予圧手段から前記表面実装型部品に印加される予圧による横ずれに起因する変動を検知する予圧力検知機構と、前記ハンド機構を昇降する昇降機構と、前記表面実装型部品のはんだを加熱溶融する加熱手段とを備えたことを特徴とする表面実装型部品取り外し装置が提供される。

また、さらに開示する別の観点からは、基板上にはんだ固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持し、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加え、前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融し、前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知し、前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離することを特徴とする半導体パッケージの製造方法が提供される。

開示の表面実装型部品の取り外し方法、表面実装型部品取り外し装置及び半導体パッケージの製造方法によれば、はんだ溶融時を正確に検知して過剰加熱を防止することが可能になる。

本発明の実施の形態における把持ハンド解放状態の説明図である。 本発明の実施の形態における把持ハンド部品支持状態の説明図である。 本発明の実施例１における把持ハンド解放状態の説明図である。 本発明の実施例１における把持ハンド部品支持状態の説明図である。 本発明の実施例１における予圧印加状態の説明図である。 本発明の実施例１におけるはんだ加熱溶融状態の説明図である。 本発明の実施例１におけるはんだ溶融横滑り現象後の説明図である。 本発明の実施例１における半導体チップ取り外し工程の説明図である。 本発明の実施例１の動作フロー図である。 本発明の実施例１の動作フローにおける和合成出力及び差合成出力の説明図である。 本発明の実施例２の表面実装部品の取り外し装置の概念的構成図である。 従来の表面実装型部品の取り外し工程におけるはんだ溶融工程の概念的構成図である。 従来の熱源の概念的構成図である。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の表面実装型部品の取り外し方法を説明する。図１は、把持ハンド解放状態の説明図であり、図１（ａ）に示すように、表面実装型部品の取り外し装置は、把持ハンド１２を備えたハンド機構１１、予圧印加手段１３、予圧力検知機構１６、加熱手段１７、昇降機構１８を備えている。

ハンド機構１１は、回転チャック機構或いは並進チャック機構により、基板１にはんだボール等のはんだ３によって溶融固定された表面実装型部品２を把持する。また、把持ハンド１２は熱遮蔽機能或いは断熱機能を有する部材で構成することが望ましい。なお、図における符号４は周辺チップ部品である。

予圧印加手段１３は、横方向、即ち、基板の主面方向に沿って予圧を印加できる機構であれば何でも良いが、例えば、スライドガイド１５を備えたプッシュプル型のエアーシリンダ１４を用いる。また、予圧力検知機構１６としては、はんだ溶融完了直後の検知感度を高めるために典型的には歪ゲージを用い、一つの把持ハンド１２の外側に接着して予圧を検知する。

加熱手段１７は、熱風、ハロゲンランプ等の赤外線ランプまたはヒーターのいずれか、或いは、それら内の少なくとも２つを組み合わせたものを用いる。また、昇降機構１８は、半導体製造装置に用いられている一般的な昇降機構を用いれば良い。

なお、加熱効率を高めるために、対向する把持ハンド１２で形成される一対の辺とは別の一対の辺（紙面に平行方向の面）に、熱遮蔽または断熱機能を持った遮蔽板を配して、４方を閉鎖構造化して熱の周囲拡散を防止することが望ましい。

図１（ｂ）は予圧力検知機構の検知出力の説明図であり、図１（ａ）に示すように把持ハンドが解放状態の場合には、出力は検出されない。

図２は、把持ハンド部品支持状態の説明図であり、ハンド機構１１を駆動して表面実装型部品２を把持ハンド１２で把持し、予圧印加機構１３により横方向の予圧を印加した状態で、加熱手段１８により熱を印加してはんだ３を溶融する。

図２（ｂ）は予圧力検知機構の検知出力の説明図であり、把持ハンド１２により把持した状態で予圧を印加すると、予圧力検知機構の検知出力は徐々に上昇して所定の予圧力で一定となる。この状態で加熱溶融を行うと、はんだ３が溶融を開始すると印加される予圧により横ずれが発生し、拘束力が徐々に開放されて予圧力検知機構の検知出力は徐々に低下し、最終的には出力は０になる。

この場合、予め閾値を設定して、検出出力が閾値Ｘ以下になった時点で昇降機構１９を駆動して、表面実装型部品２を基板１から取り外す。閾値Ｘとしては０でも良いし、０以外の値でも良く、表面実装型部品２にダメージを与えることなく確実に取り外しのできる値を実験的に定めれば良い。

このように、本発明の実施の形態においては、表面実装型部品の沈み込みではなく、横方向の予圧を印加して横滑りの変位を検出しているので、狭小ピッチ化された表面実装型部品の場合にも、はんだ溶融時を正確に検知して過剰加熱を防止することが可能になる。

次に、図３乃至図１０を参照して、本発明の実施例１の表面実装型部品の取り外し方法及び表面実装型部品取り外し装置を説明する。図３は、把持ハンド解放状態の説明図であり、図３（ａ）に示すように、表面実装型部品の取り外し装置は、把持ハンド３２_１，３２_２を備えた回転チャック機構を有するハンド機構３１にスライダガイド３５及びプッシュプル型エアーシリンダ３４を備えた予圧印加手段３３が固着されている。また、他方の面には、長さがｄの弾性部材３６が備えられており、初期位置への復帰機能を有している。

一対の把持ハンド３２_１，３２_２の対向する外側面に歪ゲージ３７_１，３７_２が取り付けられており、この歪ゲージ３７_１，３７_２が予圧力検知機構を構成する。歪ゲージ３７_１，３７_２は、それぞれ把持ハンド３２_１，３２_２の外側の面に、引張りおよび圧縮方向に変位が有った場合に、その変位に応じて抵抗値が増減し、そのときの状態を電気信号として検知する。

また、ハンド機構３１と予圧印加機構３３との間の空間にはハロゲンランプ３８からなる加熱手段が配置されている。スライドガイド３５には昇降機構３９が接続されており、表面実装型の半導体チップ２２を把持する場合には、下降させ、はんだボール２３の溶融が完了した段階で上昇させる。

なお、加熱効率を高めるために、対向する把持ハンド３２_１，３２_２で形成される一対の辺とは別の一対の辺（紙面に平行方向の面）に、熱遮蔽または断熱機能を持った遮蔽板（図示は省略）を配して、４方を閉鎖構造化している。

図３（ｂ）は歪ゲージの出力の説明図であり、歪ゲージ３７_１及び歪ゲージ３７_２は無負荷状態であるので、出力はともに０である。

図４は、把持ハンド部品支持状態の説明図であり、図４（ａ）に示すように、ハンド機構３１の回転チャック機構を駆動して半導体チップ２２を押圧力Ｆで把持する。図４（ｂ）は歪ゲージの出力の説明図であり、歪ゲージ３７_１及び歪ゲージ３７_２はともに押圧力Ｆによる歪ａ，ｂを検出している。この検出出力に基づいて、和合成出力（ａ＋ｂ）と差合成出力（ａ−ｂ）を得る。なお、この段階ではａ＝ｂであるので、差合成出力（ａ−ｂ）は０である。

図５は、予圧印加状態の説明図であり、図５（ａ）に示すように、プッシュプル型エアーシリンダ３４を駆動して予圧を印加する。この時、基板２１に設けたランド（図示は省略）の再生を容易にするために、弾性部材３６の長さｄ′が、（ｄ−ｄ′）の値がはんだボール２３のピッチと等しい値になるように予圧Ｐを印加する。

図５（ｂ）は歪ゲージの出力の説明図であり、左側の把持ハンド３２_１に取り付けられた歪ゲージ３７_１からは予圧Ｐによる歪出力αが加算された値が出力される。一方、右側の把持ハンド３２_２に取り付けられた歪ゲージ３７_２からは予圧Ｐに基づく歪出力αが減算された値が出力される。その結果、和合成出力（ａ＋ｂ）は同じままで、差合成出力（ａ−ｂ）は２αとなる。

図６は、はんだ加熱溶融状態の説明図であり、図６（ａ）に示すように、ハンド機構３１に予圧を印加した状態でハロゲンランプ３８を点灯して半導体チップ２２を加熱してはんだボール２３を溶融する。

図６（ｂ）は、歪ゲージの出力の説明図であり、和合成出力（ａ＋ｂ）は一定であるが、差合成出力（ａ−ｂ）は、はんだボール２３の溶融が始まると徐々に低下し、完全に溶融した状態で０になるので、この時点で溶融完了と判断してハロゲンランプ３８を消灯する。

図７は、はんだ溶融横滑り現象後の説明図であり、はんだボール２３の溶融により横滑り現象が生じて半導体チップ２２がはんだボール２３の１ピッチ分だけ横方向（図における左方向）にずれて、歪ゲージ３７_１，３７_２は押圧力Ｆによる変位しか出力しなくなる。

図８は、半導体チップ取り外し工程の説明図であり、昇降機構３９を駆動して半導体チップ２２をハンド機構３１とともに上方に退避させて、半導体チップ２２を基板２１から取り外す。以降は、基板２１のパッド（ランド）上の残留ハンダを、別途クリーニング機能によって掃除することによって、基板２１を再度実装可能な状態に復帰させる。

図９は、以上の工程を纏めた本発明の実施例１の動作フロー図であり、まず、把持検知ステップとして、
Ａ．リワーク対象の半導体チップ２２上で、加熱系を含めたハンド機構３１を所定位置まで下降させる。次いで、
Ｂ．把持ハンド３２を動作させて半導体チップ２２に接触後、歪みゲージ３７_１，３７_２の出力が所定の押圧力Fになる信号を得るまで信号をモニタしながら挟み込みを継続する。その結果、
Ｃ．所定の信号を得て把持検知が行われ把持の完了が判断される。

次いで、予圧印加検知ステップとして、
Ｄ．与圧印加機構３３により基板２１の主面と同方向に与圧Ｐを加え、歪ゲージ３７_１，３７_２の出力が、所定の予圧に応じた歪量αを加算或いは減算した値を出力するまで予圧を印加する。
Ｅ．歪ゲージ３７_１，３７_２の出力が、歪量αを加算或いは減算した値を出力した時点でハロゲンランプ３８を添加して加熱を開始する。

次いで、はんだ溶融検知ステップとして、
Ｆ．歪ゲージ３７_１，３７_２の差合成出力（ａ−ｂ）の絶対値が所定の値Ｘ以下、典型的には０になるまで加熱を継続する。
Ｇ．歪ゲージ３７_１，３７_２の差合成出力（ａ−ｂ）の絶対値が所定の値以下になった時点ではんだ溶融完了と見做して、ハロゲンランプ３８を消灯して、加熱を終了する。

最後に、
Ｈ．昇降機構３９を駆動して半導体チップ２２を上方へ退避させ、
Ｉ．所定位置に達した時点でハンド機構３１の回転チャック機構を作動させて把持状態から解放状態にして半導体チップ２２を取り出すことで、本発明の実施例１の動作フローは完了することなる。

図１０は、本発明の実施例１の動作フローにおける和合成出力及び差合成出力の説明図であり、和合成出力（ａ＋ｂ）は把持ハンド３２_１，３２_２による把持が行われた時点からは一定の値に維持される。一方、差合成出力（ａ−ｂ）は予圧が所定の値まで印加された状態で２αとなり、はんだ溶融が始まると急減に低下し、はんだが完全に溶融した時点で０になる。

このように、本発明の実施例１においては、従来の垂直方向の与圧方式とは異なり横方向の予圧印加方式を採用しているので、はんだボールが狭ピッチ化した半導体チップの場合にも、はんだ溶融時点を正確に検知することができる。それによって、過剰加熱が回避されるので、周辺チップ部品２４に対する熱的影響を軽減することができる。

次に、図１１を参照して、本発明の実施例２の表面実装部品取り外し装置を説明する。図１１は本発明の実施例２の表面実装部品の取り外し装置の概念的構成図であり、図３に示した本発明の実施例１の表面実装部品の取り外し装置におけるチャック機構を回転チャック機構から並進チャック機構に変更したものであり、その他の構成は同等である。

図１１に示すように、ハンド機構３１には把持ハンド３２_１，３２_２に固定された並進機構４０_１，４０_２を備えており、この並進機構４０_１，４０_２を水平方向に移動させることによって、半導体チップ２２を把持する。

この本発明の実施例２においても、従来の垂直方向の与圧方式とは異なり横方向の予圧印加方式を採用しているので、はんだボールが狭ピッチ化した半導体チップの場合にも、はんだ溶融時点を正確に検知することができる。それによって、過剰加熱が回避されるので、周辺チップ部品２４に対する熱的影響を軽減することができる。

ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）基板上にはんだで固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持する工程と、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加える工程と、前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融する工程と、前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知する工程と、前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離する工程とを有することを特徴とする表面実装型部品の取り外し方法。
（付記２）前記予め定めた値が、前記はんだのピッチが、前記予圧の印加方向における滑り量と等しくなる時の値であることを特徴とする付記２に記載の表面実装型部品の取り外し方法。
（付記３）基板上にはんだ固定された表面実装型部品を把持する把持ハンドを備えたハンド機構と、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に与圧を加える予圧印加手段と、前記ハンド機構に設けられ、前記予圧印加手段から前記表面実装型部品に印加される予圧による横ずれに起因する変動を検知する予圧力検知機構と、前記ハンド機構を昇降する昇降機構と、前記表面実装型部品のはんだを加熱溶融する加熱手段と、を備えたことを特徴とする表面実装型部品取り外し装置。
（付記４）前記予圧検知機構が、前記把持ハンドに固着されたひずみゲージであることを特徴とする付記３に記載の表面実装型部品取り外し装置。
（付記５）前記ハンド機構が、熱遮蔽機能或いは断熱機能を有するとともに、前記表面実装型部品の前記把持ハンドにより把持される一対の面と異なる一対の面に沿って、熱遮蔽機能或いは断熱機能を有する遮蔽板を有することを特徴とする付記３または付記４に記載の表面実装型部品取り外し装置。
（付記６）前記ハンド機構が、前記基板を把持するための回転機構或いは並進機構のいずれかからなる開閉機構を備えていることを特徴とする付記３乃至付記５のいずれか１に記載の表面実装型部品取り外し装置。
（付記７）前記加熱手段が、熱風、赤外線ランプまたはヒーターのいずれか、或いは、それらの内の少なくとも２つを組み合わせ加熱手段からなる付記１乃至付記３のいずれか１に記載の表面実装型部品取り外し装置。
（付記８）基板上にはんだ固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持し、前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加え、前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融し、前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知し、前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

１ 基板
２ 表面実装型部品
３ はんだ
４ 周辺チップ部品
１１ ハンド機構
１２ 把持ハンド
１３ 予圧印加手段
１４ エアーシリンダ
１５ スライドガイド
１６ 予圧力検知機構
１７ 加熱手段
１８ 昇降機構
２１ 基板
２２ 半導体チップ
２３ はんだボール
２４ 周辺チップ部品
３１ ハンド機構
３２_１，３２_２ 把持ハンド
３３ 予圧印加手段
３４ プッシュプル型エアーシリンダ
３５ スライダガイド
３６ 弾性部材
３７_１，３７_２ 歪ゲージ
３８ ハロゲンランプ
３９ 昇降機構
４０_１，４０_２ 並進機構
８０ 基板
８１ 半導体部品
８２ はんだボール
８３ 熱伝導体治具
８４ 熱源
９１ 熱源
９２ フード
９３ ランプ
９４ ランプホルダ

Claims (6)

1. 基板上にはんだ固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持する工程と、
   前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加える工程と、
   前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融する工程と、
   前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知する工程と、
   前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離する工程と
   を有することを特徴とする表面実装型部品の取り外し方法。
2. 前記予め定めた値が、前記はんだのピッチが、前記予圧の印加方向における滑り量と等しくなる時の値であることを特徴とする請求項２に記載の表面実装型部品の取り外し方法。
3. 基板上にはんだ固定された表面実装型部品を把持する把持ハンドを備えたハンド機構と、
   前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に与圧を加える予圧印加手段と、
   前記ハンド機構に設けられ、前記予圧印加手段から前記表面実装型部品に印加される予圧による横ずれに起因する変動を検知する予圧力検知機構と、
   前記ハンド機構を昇降する昇降機構と、
   前記表面実装型部品のはんだを加熱溶融する加熱手段と、
   を備えたことを特徴とする表面実装型部品取り外し装置。
4. 前記予圧検知機構が、前記把持ハンドに固着されたひずみゲージであることを特徴とする請求項３に記載の表面実装型部品取り外し装置。
5. 前記ハンド機構が、熱遮蔽機能或いは断熱機能を有するとともに、
   前記表面実装型部品の前記把持ハンドにより把持される一対の面と異なる一対の面に沿って、熱遮蔽機能或いは断熱機能を有する遮蔽板を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の表面実装型部品取り外し装置。
6. 基板上にはんだ固定された表面実装型部品をハンド機構に設けた把持ハンドにより把持し、
   前記ハンド機構に前記基板の表面に沿った方向に一定の与圧を加え、
   前記表面実装型部品を加熱して前記はんだを溶融し、
   前記はんだの溶融時に前記表面実装型部品の横ずれによる前記予圧の変動を検知し、
   前記予圧の変動が予め定めた値より大きくなった時に、前記把持ハンドを上方退避させて前記表面実装型部品を前記基板から分離することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。

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