JP2016119336A

JP2016119336A - 半導体部品分離方法

Info

Publication number: JP2016119336A
Application number: JP2014256594A
Authority: JP
Inventors: 賢冨田; Ken Tomita; 良雄竹内; Yoshio Takeuchi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP6455129B2

Abstract

【課題】半導体部品を損傷することなく基板から分離することを課題とする。【解決手段】半導体部品分離方法は、分離対象となる半導体部品と基板との間隔の５０％〜９０％の直径を有する線状部材を前記基板との間に配置された樹脂材の端部に接触させる工程と、前記半導体部品と、前記基板との間に配置されたはんだと前記樹脂材とを軟化させる工程と、前記線状部材を前記樹脂材の端部に接触させた状態で前記基板の表面に沿って移動させる工程と、を含む。前記線状部材を前記基板の表面に沿って移動させる際は、前記樹脂材の端部に接触させた前記線状部材を前記基板側へ押し付ける。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体部品分離方法に関する。

昨今の電子機器の小型化に伴い、基板への半導体部品の実装率が高まっている。このような半導体部品の高実装率の実現には、基板へ実装される部品の小型化、部品間隔の狭小化、さらには、基板両面への部品実装が必須となってきている。このように、一枚の基板に実装される半導体部品の数が増すと、基板全体として不良発生率が高くなるが、その一方で、原因部品の特定は困難となる。このような事情を背景に、多数の半導体部品を実装した基板に不良の発生が認められたとき、基板に実装された半導体部品の中でも高価な部品に部類されるＩＣチップ、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＭＣＰ（Multi Chip Package）といったＢＧＡ（Ball grid array）を基板から剥離し再利用するリワーク作業の要請が高まってきている。基板に搭載されたＢＧＡには、外力に起因する応力の緩和や、温度、湿度といった環境に依存する腐食対策として、基板とＢＧＡとの間に液状硬化性樹脂、いわゆるアンダーフィルが塗布されることが多い。アンダーフィルが施工されたＢＧＡを策利するためには、加熱によるはんだボール部の溶融のみならず、外力によるアンダーフィルの剥離が必要となる。このようなリワーク作業における半導体チップの取り外し装置や、半導体チップの取り外し方法は、種々提案されている。例えば、特許文献１に開示された半導体チップの取り外し方法では、半導体チップと配線基板との接合部を線状または帯状の切断部材によって切断する。このように半導体チップと配線基板との接合部を切断することにより、半導体チップを配線基板から取り外すことができる。

特開２００４−２５３７４４号公報

ところで、リワーク作業の対象となる基板には、反りが生じていることがある。反りの程度は、対象となる基板が受けてきた応力や、加熱の履歴によって異なる。このように、反りの程度が異なる可能性がある基板上のＢＧＡに対し、闇雲に切断部材による切断を行うと、基板の反りの程度によっては、切断部材がＢＧＡに接触する可能性がある。切断部材がＢＧＡに接触すると、ＢＧＡを損傷し、ＢＧＡを基板から取り外すことができても、そのＢＧＡを再利用に供することができなくなる可能性がある。

１つの側面では、本明細書開示の半導体部品分離方法は、半導体部品を損傷することなく基板から分離することを課題とする。

本明細書開示の半導体部品分離方法は、分離対象となる半導体部品と基板との間隔の５０％〜９０％の直径を有する線状部材を前記半導体部品と前記基板との間に配置された樹脂材の端部に接触させる工程と、前記半導体部品と、前記基板との間に配置されたはんだと前記樹脂材とを軟化させる工程と、前記線状部材を前記樹脂材の端部に接触させた状態で前記基板の表面に沿って移動させる工程と、を含む。

本明細書開示の半導体部品分離方法によれば、半導体部品を損傷することなく基板から分離することができる。

図１は実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置の概略構成を示す斜視図である。図２（Ａ）は実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置を模式的に示す平面図であり、図２（Ｂ）は実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置を模式的に示す側面図である。図３はＢＧＡと基板との間隔ΔＳとワイヤー材の直径Ｄとの関係を示す説明図である。図４（Ａ）は小径のワイヤー材を用いた場合のワイヤー材の動きを模式的に示す説明図であり、図４（Ｂ）は大径のワイヤー材を用いた場合のワイヤー材の動きを模式的に示す説明図である。図５（Ａ）はワイヤー材を樹脂材の端部に接触させる様子を模式的に示す平面図であり、図５（Ｂ）はワイヤー材を樹脂材の端部に接触させる様子を模式的に示す側面図である。図６（Ａ）ははんだと樹脂材とを軟化させる様子を模式的に示す平面図であり、図６（Ｂ）ははんだと樹脂材とを軟化させる様子を模式的に示す側面図である。図７（Ａ）はワイヤー材を樹脂材の端部に接触させた状態で基板の表面に沿って移動させる様子を模式的に示す平面図であり、図７（Ｂ）はワイヤー材を樹脂材の端部に接触させた状態で基板の表面に沿って移動させる様子を模式的に示す側面図である。図８（Ａ）はワイヤー材を樹脂材の端部に接触させた状態を示す説明図であり、図８（Ｂ）はＢＧＡが基板上を移動する様子を示す説明図である。図９はＢＧＡを基板から取り外す様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。また、以下の説明において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、図２に示す方向とする。

（実施形態）
まず、図１、図２を参照しつつ、本実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置１００について説明する。図１は実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置１００の概略構成を示す斜視図である。図２（Ａ）は実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置１００を模式的に示す平面図である。図２（Ｂ）は実施形態の半導体部品分離方法に用いられる半導体部品分離装置１００を模式的に示す側面図である。

本実施形態において、基板１から分離される対象となる半導体部品は、ＢＧＡ２であり、具体的には、ＣＰＵである。基板１は、プリント基板である。ＢＧＡ２は、その下面に設けられたボール状のはんだ（以下、はんだボールという）３を介して基板１に実装されている。ＢＧＡ２と基板１との間には、樹脂材４が充填されている。樹脂材４は、いわゆるアンダーフィルである。樹脂材４の周縁は、ＢＧＡ２の外形線の外側にはみ出た状態とされている。

半導体部品分離装置１００は、基台１０１上に設置された加熱ステージ１０２を備える。基板１は、加熱ステージ１０２上に設置される。半導体部品分離装置１００は、加熱ステージ１０２上に基板１を固定するためのクランプ部１０３、また、線状部材に相当するワイヤー材５をガイドするガイド部１０４を備える。ガイド部１０４は、ハンドル部１０４ａと軸部１０４ｂ及びガイド板１０４ｃを含む。ガイド部１０４は、軸部１０４ｂを支点として回転することができる。これにより、ワイヤー材５をガイドする状態とワイヤー材５を開放する状態とを切り替えることができる。図１を参照すると、クランプ部１０３とガイド部１０４とは、基板１を挟んで対向配置されている。すなわち、それぞれ基板１の長手方向に沿う辺縁（図２に示すＸ方向）の側方に配置されている。なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、基板１の周辺をその長手方向（図２に示すＸ方向）に沿った辺縁に対向する側から観察した状態を模式的に示した図である。このため、説明の都合上、ガイド部１０４は、図１に示した実際の設置箇所とは異なる位置に描かれており、その形状も図１に描かれた形状とは異なっている。半導体部品分離装置１００は、ＸＹＺ方向移動ステージ１０５を備える。ＸＹＺ方向移動ステージ１０５上には、第１リール１０６、第２リール１０７及びワイヤーテンショナー１０８が設置されている。第１リール１０６には、ワイヤー材５の新線が巻き取られている。すなわち、第１リール１０６は、ワイヤー材５を供給する側のリールである。一方、第２リール１０７は、ワイヤー材５を巻き取る側のリールである。第１リール１０６及び第２リール１０７には、それぞれ、ワイヤー材５の端部が固定されている。第１リール１０６及び第２リール１０７は、それぞれ、リールストッパー１０６ａ、１０７ａを備える。リールストッパー１０６ａ、１０７ａの少なくともいずれか一方を固定状態とすることにより、ワイヤー材５の第１リール１０６からの引き出しを停止することができる。第１リール１０６と第２リール１０７は、水平軸ＡＸ１上に並列して配置されている。なお、第１リール１０６と第２リール１０７は、その機能を入れ替えて使用してもよい。ＸＹＺ方向移動ステージ１０５は、処理する基板１の状態に応じて第１リール１０６、第２リール１０７及びワイヤーテンショナー１０８の位置を調整する。

ワイヤーテンショナー１０８は、ワイヤー材５の張力を調節する。ワイヤーテンショナー１０８は、第１リール１０６からの距離と第２リール１０７からの距離とが一定となる位置に設置されている。ワイヤーテンショナー１０８は、軸部材１０８ａと、その上部に設けられたボビン部１０８ｃを備える。ボビン部１０８ｃには、ワイヤー材５が巻きつけられており、巻きつけられたワイヤー材５は、第１リール１０６及び第２リール１０７に巻き取られている。軸部材１０８ａは、Ｘ方向に移動可能に設置されている。ワイヤーテンショナー１０８は、バネ部材１０８ｂを備える。バネ部材１０８ｂは、軸部材１０８ａを、Ｘ方向に沿って基板１から遠ざける方向に付勢している。ワイヤーテンショナー１０８の中心軸は、ワイヤー材５がＢＧＡ２に装着されていない状態で、水平軸ＡＸ２ａと一致している。このように、バネ部材１０８ｂにより、軸部材１０８ａを、Ｘ方向に沿って基板１から遠ざける方向に付勢することより、ワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させる方向に引きつけることができる。これにより、後に詳説するように、樹脂材４をＢＧＡ２とともに、押し動かすことができる。

また、基板１のワイヤーテンショナー１０８と対向する端縁１ａは、ボビン部１０８ｃよりも上側に配置されている。これにより、ボビン部１０８ｃに巻きつけられたワイヤー材５は、基板１の端縁１ａに押し付けられるように下方に引っ張られる状態となり、後に詳述するように樹脂材４に接触させられるワイヤー材５に適切な張力を与えやすくなる。なお、図２（Ｂ）を参照すると、基板１が右肩上がりに設置され様子が描かれている。これは、基板１が反っていることを誇張して描いたものであり、基板１に生じうる反りは、このような態様に限定されるものではなく、様々な態様に反ることが考えられる。例えば、図２（Ｂ）に示す基板１の端縁１ａが右肩下がりとなるように基板１が反っていることも考えられる。基板１の端縁１ａと、ボビン部１０８ｃとの位置関係を端縁１ａが上側に来るように設定しておけば、基板１がどのような反り方をしていても、ワイヤー材５を端縁１ａに押し付け、ワイヤー材５に適切な張力を発生させることができる。

半導体部品分離装置１００は、ヒータ１０９及び伝熱キャップ１１０を備える。伝熱キャップ１１０を分離対象となるＢＧＡ２に装着し、伝熱キャップ１１０にヒータ１０９の熱を照射すると、ＢＧＡ２の下側に位置するはんだボール３や樹脂材４は溶融、軟化する。なお、はんだボール３は、おおよそ２４０℃程度で溶融し、樹脂材４は、９０℃程度で軟化し始める。一方、ＢＧＡ２の耐熱温度は、これらの温度よりも高く設定されているため、樹脂材４が軟化し、はんだボール３が溶融しても、ＢＧＡ２が熱的損傷を受けることは回避される。伝熱キャップ１１０を用いることにより、対象となるＢＧＡ２を適切に加熱することができる。本実施形態では、基板１の両面に部品が実装されている。この点から、基板１のＢＧＡ２が実装されている面側から加熱すると都合がよい。例えば、ＢＧＡ２が実装されている位置の裏側に他の部品が実装されていないような場合は、裏面側から加熱してもよい。なお、図１では、説明の都合上、ワイヤー材５、ヒータ１０９及び伝熱キャップ１１０は省略している。また、図２（Ａ）においても、ヒータ１０９は描かれていない。

ここで、図３、図４を参照しつつ、本実施形態の半導体部品分離方法に用いるワイヤー材５の直径Ｄと、ＢＧＡ２と基板１との間隔ΔＳとの関係について説明する。ワイヤー材５の直径Ｄは、間隔ΔＳの５０％以上、より具体的に、間隔ΔＳの５０％〜９０％に設定される。ワイヤー材５の直径Ｄを間隔ΔＳの５０％以上とすることにより、ワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させた状態で基板１の表面に沿って移動させることができるようになる。すなわち、樹脂材４を切断するのではなく、樹脂材４をＢＧＡ２と一体として押し動かすことができるようになる。仮に、図４（Ａ）に示すように、直径Ｄが間隔ΔＳよりも非常に小径であるワイヤー材６を用いると、ワイヤー材６は、樹脂材４を切断しながら、樹脂材４内を進行することが想定される。樹脂材４内を進行するワイヤー材５は、ＢＧＡ２に接触し、ＢＧＡ２を損傷させる可能性がある。また、図４（Ｂ）に示すように、直径Ｄが間隔ΔＳの９０％以上のワイヤー材７を用いるとワイヤー材７は、ＢＧＡ２を樹脂材４ととともに押し動かすことができるが、その一方で、ワイヤー材７は、ＢＧＡ２に接触する可能性が高まる。ワイヤー材７がＢＧＡ２に接触すると、ＢＧＡ２を損傷させる可能性がある。そこで、ワイヤー材５の直径Ｄを適切な範囲に設定することにより、ＢＧＡ２を樹脂材４とともに押し動かすとともに、ワイヤー材５のＢＧＡ２への接触を回避することができる。

つぎに、以上のような半導体部品分離装置１００を用いた、半導体部品分離方法につき、図５（Ａ）乃至図９を参照しつつ説明する。図５（Ａ）はワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させる様子を模式的に示す平面図である。図５（Ｂ）はワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させる様子を模式的に示す側面図である。図６（Ａ）ははんだボール３と樹脂材４とを軟化させる様子を模式的に示す平面図である。図６（Ｂ）ははんだボール３と樹脂材４とを軟化させる様子を模式的に示す側面図である。図７（Ａ）はワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させた状態で基板１の表面に沿って移動させる様子を模式的に示す平面図である。図７（Ｂ）はワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させた状態で基板１の表面に沿って移動させる様子を模式的に示す側面図である。図８（Ａ）はワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触させた状態を示す説明図である。図８（Ｂ）はＢＧＡ２が基板１上を移動する様子を示す説明図である。図９はＢＧＡ２を基板１から取り外す様子を示す説明図である。

まず、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照すると、第１リール１０６と第２リール１０７との間に、ワイヤーテンショナー１０８を介して環状に設置されたワイヤー材５を準備する。そして、ピンセット８を用いてワイヤー材５を樹脂材４の端部４ａに接触するように配置する。ここで、樹脂材４の端部４ａは、ワイヤーテンショナー１０８から遠い側の端部である。そして、図５（Ｂ）に示すようにガイド部１０４を操作し、ガイド板１０４ｃでワイヤー材５を基板１側へ押し付けるようにする。これにより、ワイヤー材５が基板１の表面に沿って移動できるようにワイヤー材５をガイドし、ワイヤー材５が浮き上がり、ワイヤー材５がＢＧＡ２に接触することを回避する。また、ガイド板１０４ｃでワイヤー材５を基板側に押し付けることにより、ワイヤー材５のずれを抑制し、ワイヤー材５が外れることを回避する。ここで、ガイド板１０４ｃは、自重により、ワイヤー材５を基板１側へ押し付けることができる重量を有している。すなわち、ガイド板１０４ｃは、ワイヤー材５が浮き上がらないように基板１側に押しけることができる重量を有している。なお、ガイド部１０４は、少なくともワイヤー材５が樹脂材４の端部４ａに接触し、ある程度、樹脂材４に食い込む状態までワイヤー材５が浮き上がらないようにガイドすることができればよい。このため、例えば、バネ材等の弾性部材により、ワイヤー材５を基板１側に押し付けるようにしてもよい。なお、ピンセット８によりワイヤー材５をつかみ、ワイヤー材５を引き出すときは、リールストッパー１０６ａ及びリールストッパー１０７ａはいずれも固定解除した状態とされている。これにより、第１リール１０６からワイヤー材５が引き出される。また、ワイヤー材５が引き出されるとき、ワイヤーテンショナー１０８は、バネ部材１０８ｂを圧縮し、基板１側に近づくようにＸ方向に移動する。これにより、ワイヤーテンショナー１０８の中心軸は、水平軸ＡＸ２ａに一致する位置から水平軸ＡＸ２ｂに一致する位置に移動する。

ワイヤー材５をＢＧＡ２に装着した後は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、ＢＧＡ２に伝熱キャップ１１０を装着し、ヒータ１０９の熱を照射する。これにより、はんだボール３と樹脂材４とを軟化させる。樹脂材４が軟化し始めると、ワイヤー材５の張力を調整しているワイヤーテンショナー１０８により、ワイヤー材５がワイヤーテンショナー１０８側に引き寄せられる。この結果、ワイヤー材５が、樹脂材４の端部４ａに食い込む。なお、このとき、ワイヤー材５は、ガイド部１０４により基板１側に押し付けられているため、ワイヤー材５は、樹脂材４の端部４ａにおいて、基板１に近い側に食い込む。

ワイヤー材５が樹脂材４の端部４ａに食い込んだことが確認されたら、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、第１リール１０６のリールストッパー１０６ａを固定状態に切り替える。そして、第２リール１０７を時計回りに回転させて、ワイヤー材５を巻き取る。これにより、樹脂材４には、第１リール１０６及び第２リール１０７側に引き寄せられる力が作用する。これにより、樹脂材４は、ＢＧＡ２と一体となって、第１リール１０６及び第２リール１０７側に移動する。なお、ワイヤー材５が巻き取られることにより、ワイヤー材５は、ガイド部１０４の位置から移動するが、ワイヤー材５は、樹脂材４に食い込んだ状態となっているため、浮き上がることはなく、基板１の表面に沿って移動することができる。

ワイヤー材５が巻き取られると、図８（Ａ）に模式的に示す当初の状態から図８（Ｂ）に模式的に示すように、ＢＧＡ２及び樹脂材４が、例えば、距離Ｘ１だけ移動したことが確認された、加熱を停止する。そして、図９に示すように、ガイド部１０４を外し、ピンセット８等でＢＧＡ２を基板１から取り外す。基板１から取り外したＢＧＡ２は、過負荷を避けて樹脂材４を取り除き、再度はんだボール３を搭載して再利用に供する。

以上説明したように、本実施形態の半導体部品分離方法によれば、樹脂材４を切断することなく、ＢＧＡ２とともに押し動かして基板１と分離するため、ＢＧＡ２を損傷することがない。また、ＢＧＡ２を基板１から分離し、取り外す際に、例えばへら状の部材を基板１とＢＧＡとの間に差し入れ、へら状の部材をこじるようにしてＢＧＡ２を基板１から引き剥がすことも考えられる。しかしながら、このような操作では、ＢＧＡ２に曲げ応力が作用し、内部での断線等を引き起こす可能性がある。これに対し、本実施形態の半導体部品分離方法によれば、ＢＧＡ２を樹脂材４とともに、基板１上を滑らせるようにして取り外すため、ＢＧＡ２の損傷を回避することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１基板
２ＢＧＡ（半導体部品）
３はんだボール
４樹脂材
５ワイヤー材
６ワイヤー材（小径）
７ワイヤー材（大径）
８ピンセット
１００半導体部品分離装置
１０１基台
１０２加熱ステージ
１０３クランプ部
１０４ガイド部
１０４ａハンドル部
１０４ｂ軸部
１０４ｃガイド板
１０５ＸＹＺ方向移動ステージ
１０６第１リール
１０６ａリールストッパー
１０７第２リール
１０７ａリールストッパー
１０８ワイヤーテンショナー
１０８ａ軸部材
１０８ｂバネ部材
１０８ｃボビン部
１０９ヒータ
１１０伝熱キャップ

Claims

分離対象となる半導体部品と基板との間隔の５０％〜９０％の直径を有する線状部材を前記半導体部品と前記基板との間に配置された樹脂材の端部に接触させる工程と、
前記半導体部品と、前記基板との間に配置されたはんだと前記樹脂材とを軟化させる工程と、
前記線状部材を前記樹脂材の端部に接触させた状態で前記基板の表面に沿って移動させる工程と、
を含む半導体部品分離方法。
前記線状部材を前記樹脂材の端部に接触させる際に、ガイド部によって前記線状部材を前記基板側へ押し付ける請求項１に記載の半導体部品分離方法。
前記樹脂材の端部に接触させた前記線状部材をガイド部によって前記基板側へ押し付けつつ、前記線状部材を前記基板の表面に沿って移動させる請求項１又は２に記載の半導体部品分離方法。
前記はんだと前記樹脂材とを軟化させる工程において、前記線状部材は、前記樹脂材の前記端部に接触させる方向に引きつけられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体部品分離方法。
前記線状部材は、前記線状部材を前記樹脂材の端部に接触させた状態で前記基板の表面に沿って移動させる工程において、前記基板における前記線状部材の移動方向の端部に押し付けられるように前記基板の下方に引っ張られている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体部品分離方法。