JP3410601B2 - 部品の取外し方法及びはんだ付け方法 - Google Patents

部品の取外し方法及びはんだ付け方法

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JP3410601B2 JP02192096A JP2192096A JP3410601B2 JP 3410601 B2 JP3410601 B2 JP 3410601B2 JP 02192096 A JP02192096 A JP 02192096A JP 2192096 A JP2192096 A JP 2192096A JP 3410601 B2 JP3410601 B2 JP 3410601B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路
(LSI)等の電子部品と回路基板を接続する電子回路
の製造方法に関し、特に、はんだ付けされた部品の取外
し方法および該取外し方法で取外された部品のはんだ付
け方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子回路等に使用される半導体集積回路
(以後、LSIと記す)は種々の要求により、はんだ付
けした後、このはんだを溶融して、一旦取り外し、再び
はんだ付けして利用する場合が多い。この様にする理由
としては、たとえば、 LSIの性能を確認するためテスト用基板にLSIを
はんだ付けし通電テストにより良否を確認しテスト用基
板から取り外して回路基板に接続する。 回路基板に、はんだ付けした後、位置ズレ等製造トラ
ブルにより取り外して付けかえる。 電子回路の高性能化のため新しい機能のLSIと交換
する等がある。 図1は従来技術を用いてフリップチップタイプのLSI
をテスト用基板から取外した例を示したものであり、
(a)はLSI取り外し前の状態を示し、(b)は取外
した状態を示す。(a)の状態でLSI2がはんだ付け
されたテストボード1はホットプレート4により加熱さ
れる。はんだ3が溶融された状態で真空ピンセット5等
でLSIを持ち上げるとLSI2はテストボード1から
離れ(b)に示す状態になる。はんだ3は融点を越える
と急速に表面の酸化が進行し、この状態で部品を取外す
と、表面の酸化膜6´によりはんだの流動が妨げられ、
(b)に示す様に、LSIに残されたはんだ6は突起状
になり、はんだ量も一定しない。
【0003】フリップチップ端子のLSIを接続する場
合は、接続に供されるはんだ量を一定の精度に保つこと
が必須条件となる。また、この様な接続では接合部の良
否が接続完了後は外観から判定できないため予めLSI
側のはんだ量をはんだ高さにより計測する方法を用いる
が図1に示した様な従来の方法では、はんだ量が一定せ
ず、はんだの形状も不定形のためこのまま接続が不可能
となる。このため図2に示すごとく、LSI例のはんだ
を一旦除去し、しかる後に、はんだ量の一定したはんだ
ボール等ではんだを供給し、さらにフラックスを塗布後
再度はんだを加熱溶融により球体化して、はんだ量検査
を可能にする必要があった。この様な技術については、
たとえば特開昭4−61191号に述べられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記した様な従来技術
を検討すると、以下のような問題点がある。 はんだ付けされたLSIのはんだを大気中で溶融し取
外す方法は、はんだの表面に酸化膜が形成される。 この酸化膜ははんだの表面張力による流動を妨げ、外
した後のはんだの形状は突起状となり一定化しない。こ
の様な不定形状のはんだは、はんだ量の測定が困難とな
る。 酸化膜の形成により、LSI側、基板側に残るはんだ
量は、不均一となり、接続のために必要な均一なはんだ
量を確保できない。 部品外し時に酸化膜が形成されるため、このはんだを
そのまま用いて接続する場合はフラックス等の酸化膜除
去手段を用いないと正常な接続が得られない。LSI
外し時に、はんだ付けパット、メタライズが露出した場
合、このメタライズが酸化し、はんだぬれ不良が発生す
る。 はんだ表面の酸化を防止するためフラックスを塗布し
てから部品の取外しを行う工法も有るが、洗浄が必要と
なる。また、フラックスのこげつきやミスト等により設
備のメンテナンスに多大の工数を要する。
【0005】本発明の目的は、複雑なプロセスを使用す
ることなく、上記問題点を解決するはんだ付けした部品
の取外し方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、上記取外し方法により取外された部品の基板へのは
んだ付け方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、はんだ材により接続された部品を低酸素
濃度雰囲気中で加熱し、はんだを溶融後、この雰囲気中
で部品を分離するようにしている。また、前記低酸素濃
度雰囲気の酸素濃度が1000PPM以下であるように
している。また、はんだ溶融後、部品の分離を真空吸引
手段により行ない、該真空吸引手段と部品とが非接触状
態で該分離を開始するようにしている。また、はんだ溶
融後、部品の分離開始時の前記真空吸引手段の吸引ノズ
ルと部品との距離が0.05〜0.3であるようにして
いる。また、前記部品の分離後における部品のパターン
上に残るはんだ量を該部品の端子パターンの径を変える
ことによりコントロールするようにしている。また、部
品と該部品を取付ける基板の接続において部品の端子パ
ターン径を基板の端子パターン径より大きくし、該部品
と基板の接続分離後のはんだ量が基板よりも部品に多く
残るようにしている。また、部品と該部品を取付ける基
板の接続において部品の端子パターン径を基板の端子パ
ターン径より小さくし、該部品と基板の分離後のはんだ
量が部品より基板側に多く残るようにしている。はんだ
材により接続された部品を低酸素濃度雰囲気中で加熱
し、はんだを溶融後、この雰囲気中で部品を分離した部
品を、該部品が取り付けられていた基板とは異る基板の
接続個所に、有機溶材を塗布後搭載し、酸素濃度2PP
M以下の雰囲気で該部品及び基板を同時に加熱し、はん
だ付けを行うようにしている。
【0007】
【実施例】
〔実施例1〕図3は本発明をLSIの取外しに適用した
実施例1を説明するための図である。1はテストボー
ド、2はLSI、3ははんだ、4はホットプレート、5
は真空ピンセット、6は分離後のはんだ、7はLSI端
子パターン、8はテスト基板端子パターン、9はチャン
バー、10はチャンバー開閉扉、11はN2ガス導入
孔、12はN2ガス分配板である。
【0008】本実施例1で示す部品取外し方法はN2
スを充填した低酸素濃度チャンバー9中でLSI2とテ
ストボード1を分離する方法である。図3の左側は分離
前の状態を、図3の右側は分離後の状態を示す。テスト
ボード1にはんだ付けされたLSI2はホットプレート
4上で加熱される。この時チャンバー9内にはN2ガス
が導入されており、部品を取り囲む雰囲気の酸素濃度は
大気中に比較し充分低くなっている。分離前の状態(図
3の左側)はんだ3が溶融後、真空ピンセット5が下降
しLSI2と一定の距離(l)から吸着し、テストボード
1と分離し、図の右側の状態になる。はんだは融点より
10〜40℃くらい高く加熱され、この温度に到達後、
分離を開始する。また、LSIを吸着するときの真空ピ
ンセットとLSIの距離(l)0.05〜0.3の間隔を
保つ必要がある。その理由は、はんだが溶融した状態で
真空ピンセット5がLSIに接触すると、はんだがつぶ
れ、均一な分離が困難となり、また、間隔が大きすぎる
とLSI2が分離する際に傾めに上昇するため、はんだ
量が不均一となるためである。また、この場合の部品の
サイズは10〜20mm、部品重量は0.5〜2g程
度、真空ピンセットの吸着口径(d)は部品面積(被吸
着面)の40〜80%程度に設計し、吸着力(F)(実
際は風速)は(部品重量はんだ表面張力による固定力)
の1.2倍以上とした。
【0009】図4は、はんだの組成がSn97%、Ag
3%のものを使用し、LSIの端子のパターン7の径が
0.15φ、テストボードパターン8の径が0.15φ
を使用した時のチャンバー内雰囲気の酸素濃度において
分離後のLSIのはんだ6が球形化する割合を示したも
のであり、このサンプルでは、酸素濃度1000PPM
以下にする必要がある。この様な方法によれば、はんだ
溶融時に形成される酸化膜厚は薄くなり、酸化膜により
はんだの流動を拘束する力は、はんだの表面張力により
流動する力に対して充分小さくなるため、分離後のはん
だが球体化すると共に、はんだはLSI及びテストボー
ドの端子パターンにそれぞれ均一に分離することが可能
となる。
【0010】〔実施例2〕図5は本発明の実施例2を説
明するための図である。図5の(a)はLSI2とテス
トボード2の分離前の状態を、図5の(b)は分離後の
状態を示す。LSI2の端子パターン7の径はテストボ
ード1の端子パターン8の径に対して大きく設計されて
いる。この様なLSIと基板がはんだ付けされたものを
実施例1に示した方法で分離すると図5の(b)の様に
なる。すなわち、酸化膜の形成が充分小さい状態では、
LSI2とテストボード1が分離する際、接続されたは
んだ3は、それぞれの端子パターン7,8の径により表
面張力が最も安定する形状に分配される。したがって端
子パターン径が大きい方に多量のはんだが、端子パター
ン径の小さい方に少量のはんだがが均一に分離される。
【0011】実施例2によれば、接続される部品及び基
板のパターン径を任意の比率に設計することにより分離
後のはんだ量を任意の比率にしかも均一に分配すること
が可能となる。たとえば、接続品質を確保するためにL
SIに供給する必要なはんだ量aが決定している場合、
テストボードに残るはんだ量bを加えた(a+b)のは
んだ量を、LSIとテストボード接合時に供給すること
により必要なはんだ量を確保することができる。
【0012】〔実施例3〕実施例1、実施例2に示した
方法で分離したLSIは、はんだ量が均一であり、球体
化されているため、従来技術に示した様に、はんだを除
去後、再度はんだ供給する必要がない。また、球体化し
ているため、はんだ量の検査が容易に実施可能となる。
さらに、このはんだ表面には、ごく薄い酸化膜しか生成
していないため、通常のはんだ付けで必要とするフラッ
クスを必要とせずはんだ付けが可能となる。
【0013】図6は本発明の実施例3を説明するための
図である。2はLSI、6はLSI側のはんだバンプ、
14は基板、15は基板端子パターン、13は仮固定
液、17ははんだ付けチャンバー、18は真空ポンプ、
19はHe(ヘリウム)導入ポート、16はカーボンヒ
ータを示す。
【0014】LSI2のはんだバンプ6は実施例1に示
す方法でテストボードから分離されたLSIのはんだバ
ンプである。LSIが実装される基板14には仮固定液
13が所定の量塗布された後、基板14の端子パターン
15の位置にLSIが搭載されている。仮固定液はLS
I2を基板14に搭載した際に搬送で位置がズレないこ
とや、はんだ付け時の微量の、酸化を防止する目的で塗
布するもので通常ペンタエチレングリコールや、ポリエ
チレングリコールが使用される。
【0015】はんだ付けは2PPM以下の低酸素雰囲気
で行う。17はこのための、はんだ付けチャンバーで、
真空ポンプ18によりチャンバー内の空気を排出後、H
eガス等の不活性ガス、あるいは水素等の還元性ガスを
導入し槽内の酸素濃度が2PPM以下(モニタは図示せ
ず)になったことを確認してカーボンヒータに通電して
加熱しはんだを溶融して、接続を行う。尚仮固定液は加
熱時、あるいは冷却時の真空脱気により蒸発させる。
【0016】本方法によれば、はんだ付け時、酸化膜を
除去するために必要なフラックスを使用することなくは
んだ付けが可能となり、洗浄作業が不要となる。また、
LSIのはんだバンプ6上にできた微量の酸化膜を、エ
キシマレーザー等の、波長の短いレーザーで除去するこ
とにより一層顕著な効果を得ることができる。本実施例
では、フリップチップタイプのLSIを実施例として、
とりあげ説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はない。QFP等のフラットリードタイプのLSIにつ
いても同様に適用できる。
【0017】
【発明の効果】本発明により、部品取外し後、部品ある
いは基板側に残ったはんだをそのまま使用することが可
能となり、接続に必要なはんだを再供給するための残っ
たはんだの除去、はんだの再供給、はんだ球体化等の処
理が不要となる。従って従来これに要した工数及び設備
投資そしてはんだ材が不要となり、大巾な原価低減、工
程の簡略化が可能となる。また、後工程での部品はんだ
付けにフラックスを用いること無くはんだ付けできるた
めフラックス除去のための洗浄が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】部品取外しの従来方法を説明するための図であ
る。
【図2】部品取外し後のはんだ供給の従来方法を説明す
るための図出ある。
【図3】本発明の実施例1を説明するための図である。
【図4】横軸に雰囲気中の酸素濃度、縦軸にはんだ球体
化率をとり、両者の関係をプロットしたグラフを示す図
である。
【図5】本発明の実施例2を説明するための図である。
【図6】本発明の実施例3を説明するための図である。
【符号の説明】
1 テストボード 2 LSI 3 はんだ(分離前) 4 ホットプレート 5 真空ピンセット 6 はんだ(分離後) 6´ はんだ表面酸化膜 7 LSI端子パターン 8 テスト基板端子パターン 9 チャンバー 10 チャンバー開閉扉 11 N2ガス導入孔 12 N2ガス分配板 13 仮固定液 14 基板 15 基板端子パターン 16 カーボンヒーター 17 はんだ付けチャンバー 18 真空ポンプ 19 He導入ポート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 光範 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部 内 (72)発明者 小野 薫 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社 日立製作所 汎用コンピュータ事業部 内 (56)参考文献 特開 平6−244548(JP,A) 特開 平7−235763(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 3/34

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 はんだ材により基板に接続された部品を
    低酸素濃度雰囲気中で加熱し、はんだを溶融後、この雰
    囲気中で部品を分離する部品取外し方法において、 前記はんだ溶融後、部品の分離を真空吸引手段により行
    ない、該真空吸引手段と部品とが非接触状態で該分離を
    開始することを特徴とする部品取外し方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の部品取外し方法におい
    て、 はんだ溶融後、部品の分離開始時の前記真空吸引手段の
    吸引ノズルと部品との距離が0.05〜0.3mmであ
    ることを特徴とする部品取外し方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の部品取外し方法におい
    て、 前記部品の分離後における部品のパターン上に残るはん
    だ量を該部品または基板の端子パターンの径を変えるこ
    とによりコントロールすることを特徴とする部品取外し
    方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の部品取外し方法におい
    て、 部品と該部品を取付ける基板の接続において部品の端子
    パターン径を基板の端子パターン径より大きくし、該部
    品と基板の接続分離後のはんだ量が基板よりも部品に多
    く残るようにすることを特徴とする部品取外し方法。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の部品取外し方法におい
    て、 部品と該部品を取付ける基板の接続において部品の端子
    パターン径を基板の端子パターン径より小さくし、該部
    品と基板の分離後のはんだ量が部品より基板側に多く残
    るようにすることを特徴とする部品取外し方法。
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