JP3872232B2 - はんだ除去装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、はんだ除去装置に係り、特に、LSI等の接続面に形成された接続用のはんだを除去するに好適なはんだ除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
大型コンピュータ等で用いられる高密度モジュールでは、多層配線基板の上に、複数のLSIを接続する際に、はんだボールを用いたボールグリッドアレイ(BGA)接続することにより、接続密度を向上させるようにしている。しかしながら、例えば、20mm角のLSIにおいては、接続に用いられるはんだボールの個数は、約5000個あり、多層配線基板とLSIの接続端子間の未接続による接続不良が発生する。このような接続不良が発生すると、一旦、LSIを多層配線基板から外した上で、再接続するリペア作業が必要となる。この際、多層配線基板から外されたLSIの接続面には、はんだが付着しているため、このはんだは、はんだ除去装置により除去し、改めてはんだボールを形成するようにしている。
【0003】
ここで、従来から用いられているはんだ除去装置においては、LSIの接続面に付着しているはんだを加熱し、溶融したはんだを、加熱した銅板に付着させることにより、LSIに付着したはんだを除去するようにしている。そのために、はんだ除去装置は、銅板を加熱ステージに搬送するための銅板吸着ヘッドと、LSIを加熱された銅板の上に搬送するためのLSI吸着ヘッドと、未使用の銅板や使用済みの銅板やLSIや加熱ステージをX−Y方向に移動するX−Yステージを備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のはんだ除去装置においては、銅板吸着ヘッドとLSI吸着ヘッドは、それぞれ独立して離れた位置に備えられ、2つのヘッドがそれぞれ独立して上下動するとともに、X−YステージがX−Y方向に移動することにより、銅板の搬送やLSIの搬送を行うようにしているため、LSIのはんだ除去処理に時間を要し、スループットが低いという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、スループットの向上したはんだ除去装置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に、本発明は、第1の部材を吸着する第1のヘッドと、第2の部材を吸着する第2のヘッドを有し、上記第2のヘッドによって吸着した上記第2の部材を加熱部に移動して加熱し、この第2の部材の上に、上記第1のヘッドによって吸着した上記第1の部材を載置して、上記第1の部材に付着したはんだを溶融した状態で第2の部材に付着させることにより、第1の部材からはんだを除去するはんだ除去装置において、上記第1のヘッドと上記第2のヘッドをそれぞれ独立して上下移動可能に一体として構成し、上記第1のヘッドと上記第2のヘッドを同軸的に配置したものである。かかる構成により、はんだ除去作業におけるヘッドの第1,第2の部材の相対的な移動距離を短くして、作業に要する時間を短縮でき、スループットを向上し得るものとなる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図15を用いて、本発明の一実施形態によるはんだ除去装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態によるはんだ除去装置の全体構成について説明する。
【0008】
本実施形態によるはんだ除去装置は、X−Yステージ10と、ヘッド部20と、制御部30とから構成されている。
X−Yステージ10は、銅板供給部12と、LSI供給部14と、銅板排出部16と、加熱部18とを備えている。銅板供給部12には、複数の新しい銅板12a,12b,12c,…が載置されている。LSI供給部14には、複数のLSI14a,14b,14c,14d,…が載置されている。LSI供給部14に載置されるLSI14a,…の個数は、図示の例では、20個であるが、この個数に限るものではない。銅板排出部16には、LSI14a,…の接続面から除去したはんだの付着した使用済みの銅板を載置する。加熱部18には、銅板12a及びLSI14aが順次載置される。加熱部18は、LSI14aの接続面に付着したはんだの融点以上に、銅板12a及びLSI14aを加熱し、はんだを溶融すると共に、溶融したはんだは、銅板12aに付着する。はんだの除去されたLSI14aは、元のLSI供給部14に戻され、はんだの付着した銅板12aは、銅板排出部16に排出される。X−Yステージ10は、図示するX方向及びY方向に移動可能であり、ヘッド部20の下の位置に、銅板供給部12,LSI供給部14,銅板排出部16,加熱部18を、それぞれ位置付けることができる。
なお、LSIに用いられているはんだの融点が、例えば、230℃の場合、加熱部18は、250℃程度まで、銅板12a及びLSI14aを加熱する。また、LSIの大きさが、20mm角の場合、銅板の大きさは、35mm角のものを使用している。
【0009】
ヘッド部20は、LSI吸着ヘッド22と、銅板吸着ヘッド24とを備えている。ここで、本実施形態において特徴的なことは、LSI吸着ヘッド22と、銅板吸着ヘッド24とは、同軸的に配置されていることである。即ち、LSI吸着ヘッド22及び銅板吸着ヘッド24は、それぞれ、Z方向に往復動可能であり、このとき、LSI吸着ヘッド22がZ方向に移動する際の移動軸中心と、銅板吸着ヘッド24がZ方向に移動する際の移動軸中心は、同軸に配置されている。また、換言すると、LSI吸着ヘッド22は、銅板吸着ヘッド24の内側に配置されている。即ち、銅板吸着ヘッド24は、その先端に吸着部24a,24bを備えており、この吸着部24a,24bを用いて、銅板供給部12に載置された複数の銅板12a,…の内、最上部に載置された銅板12aを吸着する。一方、LSI吸着ヘッド22も、その先端に、吸着部22aを備えており、この吸着部22aを用いて、LSI供給部14に載置された複数のLSI14a,…を順次吸着する。ここで、銅板吸着ヘッド24の吸着部24a,24bに吸着される銅板の投影面内に、LSI吸着ヘッド22が配置されている。従って、LSI吸着ヘッド22によってLSIを吸着した状態で、銅板吸着ヘッド24により銅板を吸着することができる。なお、従来のはんだ除去装置においては、LSI吸着ヘッドと、銅板吸着ヘッドとは、全く独立して設けられていた。
なお、LSI吸着ヘッド22は、その内部にヒータを内臓しており、LSIを、例えば、150℃まで加熱する。これは、加熱部18の上に、銅板及びLSIを載置して加熱する際、その上からLSI吸着ヘッド22により押さえており、LSI吸着ヘッド22が常温のままであると、加熱部18の熱がLSI吸着ヘッド22から熱ヒケを起こし、はんだの温度が融点以上まで高まらなくなることを防止するためである。
【0010】
制御部30は、X−Yステージ10のX方向及びY方向の移動を制御し、また、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22及び銅板吸着ヘッド24のZ方向の移動を制御する。なお、制御部30の具体的な制御内容,即ち、本実施形態によるはんだ除去装置の動作については、図2以降を用いて詳述する。
X−Yステージ10とヘッド部20とは、窒素ガス等の不活性ガスが充填されたガスパージチャンバー40内に配置されており、はんだ溶融時に、はんだが酸化する事を防止している。
【0011】
次に、図2〜図15を用いて、本実施形態によるはんだ除去装置の動作について説明する。
最初に、図2及び図3を用いて、初期状態について説明する。
図2は、本実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置の初期状態を示す平面図であり、図3は、本実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態の初期状態を示す正面図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
【0012】
図2に示すように、初期状態においては、ヘッド部20は、X−Yステージ10の右側の位置に位置付けられてる。この初期位置を、(0,0)とする。また、図3に示すように、初期状態においては、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22及び銅板吸着ヘッド24は、共に、最上部に持ち上げられた状態となっている。LSI吸着ヘッド22及び銅板吸着ヘッド24は、共に、図示の状態から下方向(Z方向)に移動することができる。
【0013】
次に、図4及び図5を用いて、LSI吸着工程について説明する。
図4に示すように、LSI吸着工程においては、制御部30は、X−Yステージ10を、X方向に、例えば,距離x1移動し、また、Y方向に、例えば,距離y1移動して、ヘッド部20を、LSI供給部14のLSI14aの上の、位置(x1,y1)に位置付けられる。その後、図5(A)に示すように、制御部30は、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22を下降する。そして、図5(B)に示すように、LSI吸着ヘッド22の先端の吸着部がLSI14aに接触すると、吸着部によって吸着する。次に、図5(C)に示すように、LSI吸着ヘッド22は、LSI14aを吸着したまま、上昇して、元の最上部の位置に戻る。なお、LSIの吸着状態において、LSIの接続面のはんだが付着した面は、下方を向いている。
なお、LSI吸着部14には、図1に示したように、複数のLSI14a,14b,…が載置されているので、LSI吸着工程においてLSI14aのはんだ除去作業が終了すると、次のLSI吸着工程においては、制御部30は、LSI14bの上にヘッド部20を位置付ける。
【0014】
次に、図6及び図7を用いて、銅板吸着工程について説明する。
図6に示すように、銅板吸着工程においては、制御部30は、X−Yステージ10を、X,Y方向に移動して、ヘッド部20を、銅板供給部12の上の位置(x2,y2)に位置付ける。このとき、図5(C)において説明したように、LSI吸着ヘッド22はLSI14aを吸着したままである。その後、図7(A)に示すように、制御部30は、ヘッド部20の銅板吸着ヘッド24を下降する。そして、図7(B)に示すように、銅板吸着ヘッド24の先端の吸着部が最上部にある銅板12aに接触すると、吸着部によって吸着する。次に、図7(C)に示すように、銅板吸着ヘッド24は、銅板12aを吸着したまま、上昇して、元の最上部の位置に戻る。
【0015】
次に、図8及び図9を用いて、はんだ吸取り工程について説明する。
図8に示すように、はんだ吸取り工程においては、制御部30は、X−Yステージ10を、X,Y方向に移動して、ヘッド部20を、加熱部18の上の位置(x3,y3)に位置付ける。このとき、図7(C)において説明したように、LSI吸着ヘッド22はLSI14aを吸着しており、また、銅板吸着ヘッド24は銅板12aを吸着したままである。その後、図9(A)に示すように、制御部30は、ヘッド部20の銅板吸着ヘッド24を下降して、銅板12aを加熱部18の上に載せる。次に、図9(B)に示すように、制御部30は、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22を下降して、LSI14aを銅板12aの上に載せる。次に、図9(C)に示すように、銅板吸着ヘッド24は、銅板12aの吸着を解放してから、上昇して、元の最上部の位置に戻る。
【0016】
加熱部18は、はんだの融点以上に加熱されるため、その熱が銅板12aを介してLSI14aの接続面のはんだに伝達され、はんだが溶融する。このとき、LSI吸着ヘッド22は、LSI14aを銅板12aに押しつけている。そして、LSI吸着ヘッド22は、上述したように内部にヒータを有しており、例えば、150℃まで加熱することにより、LSI吸着ヘッド22からの熱ヒケを防止している。なお、銅板吸着ヘッド24は、ヒータを内蔵していないため、図9(C)に示したように、上部に移動しており、銅板12aとは接触していないものである。
このはんだ吸取り工程により、LSI14aの接続面に付着したはんだは、溶融して、銅板12aに付着し、LSI14aからはんだを除去できる。はんだの加熱時間は、約20〜30秒である。
【0017】
次に、図10及び図11を用いて、吸取り終了工程について説明する。
図10に示すように、吸取り終了工程においては、X−Yステージ10は移動せず、図8において説明したと同じく、ヘッド部20は、加熱部18の上の位置(x3,y3)に位置している。はんだの溶融が終了すると、図11(A)に示すように、制御部30は、ヘッド部20の銅板吸着ヘッド24を下降して、銅板12aを吸着する。次に、図11(B)に示すように、制御部30は、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22によってLSI14aを吸着したまま上昇する。次に、図11(C)に示すように、銅板吸着ヘッド24は、銅板12aを吸着した状態で上昇して、元の最上部の位置に戻る。このとき、溶融したはんだは、銅板12aに付着し、LSI14aに付着していたはんだが、除去される。
【0018】
次に、図12及び図13を用いて、銅板排出工程について説明する。
図12に示すように、銅板排出工程においては、制御部30は、X−Yステージ10を、X,Y方向に移動して、ヘッド部20を、銅板排出部16の上の位置(x4,y4)に位置付ける。このとき、図11(C)において説明したように、LSI吸着ヘッド22はLSI14aを吸着しており、また、銅板吸着ヘッド24は銅板12aを吸着したままである。その後、図13(A)に示すように、制御部30は、ヘッド部20の銅板吸着ヘッド24を下降する。次に、図13(B)に示すように、制御部30は、ヘッド部20の銅板吸着ヘッド24による吸着を解放して、吸着していた銅板12aを、その下に位置する銅板排出部16内に落下させる。次に、図13(C)に示すように、銅板吸着ヘッド24は、上昇して、元の最上部の位置に戻る。
【0019】
次に、図14及び図15を用いて、LSI排出工程について説明する。
図14に示すように、LSI排出工程においては、制御部30は、X−Yステージ10を、X,Y方向に移動して、ヘッド部20を、LSI供給部14の上の位置(x1,y1)に位置付ける。この位置は、LSI吸着工程において、LSI14aを吸着して、空いている位置である。その後、図15(A)に示すように、制御部30は、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22を下降する。次に、図15(B)に示すように、制御部30は、ヘッド部20のLSI吸着ヘッド22による吸着を解放して、吸着していたLSI14aを、その下に位置するLSI供給部14内に落下させる。次に、図15(C)に示すように、LSI吸着ヘッド22は、上昇して、元の最上部の位置に戻る。
【0020】
以上のようにして、図2〜図15において説明した工程により、LSI14aの接続面に付着していたはんだは、銅板12aに付着することにより除去され、はんだの除去されたLSI14aは、LSI供給部14の元の位置に収納され、また、はんだの付着した銅板12aは、銅板排出部16に排出される。以上の工程が終了すると、X−Yステージ10は、図2に示した初期状態の位置に復帰する。なお、図14に示した状態から、図2に示す位置までX−Yステージ10が移動して、次のLSI14bのはんだ除去作業を行うこともできる。
【0021】
以上のように、本実施形態においては、LSI吸着ヘッド22と、銅板吸着ヘッド24とは、同軸的に配置されているので、はんだ除去作業におけるX−Yステージ10の移動量を少なくすることができ、はんだ除去作業のスループットを向上できるものであり、その点について、以下に具体的に説明する。
図2に示した初期状態から図4に示したLSI吸着工程において、X−Yステージ10は、位置(0,0)から位置(x1,y1)まで移動する。従って、ヘッド部20とX−Yステージ10の相対的な移動量は、(x12+y121/2である。なお、以下の説明においては、理解を容易にするため、X方向とY方向を独立に考え、位置(0,0)から位置(x1,y1)まで移動量は、X方向に距離x1移動し、Y方向に距離y1移動するものとする。
【0022】
次に、図4に示したLSI吸着工程から図6に示した銅板吸着工程において、X−Yステージ10は、位置(x1,y1)から位置(x2,y2)まで移動する。従って、ヘッド部20とX−Yステージ10の相対的な移動量は、X方向に距離(x2−x1)であり、Y方向に距離(y2−y1)である。なお、ここで、x1,x2,y1,y2の大小関係は、図2,図4,図6に示した位置関係を基準として、x2>x1とし、y2>y1とする。
同様にして、図6に示した銅板吸着工程から図8に示したはんだ吸取り工程におけるヘッド部20とX−Yステージ10の相対的な移動量は、X方向に距離(x2−x3)であり、Y方向に距離(y2−y3)である。なお、ここで、x2,x3,y2,y3の大小関係は、図2,図6,図8に示した位置関係を基準として、x2>x3とし、y2>y3とする。
【0023】
また、図10に示した吸取り終了工程から図12に示した銅板排出工程におけるヘッド部20とX−Yステージ10の相対的な移動量は、X方向に距離(x4−x3)であり、Y方向に距離(y3−y4)である。なお、ここで、x3,x4,y3,y4の大小関係は、図2,図8,図12に示した位置関係を基準として、x4>x3とし、y3>y4とする。
さらに、図12に示した銅板排出工程から図14に示したLSI排出工程におけるヘッド部20とX−Yステージ10の相対的な移動量は、X方向に距離(x1−x4)であり、Y方向に距離(y4−y1)である。なお、ここで、x1,x4,y1,y4の大小関係は、図2,図12,図14に示した位置関係を基準として、x1>x4とし、y4>y1とする。
【0024】
最後に、図14に示したLSI排出工程から図2に示した初期状態におけるヘッド部20とX−Yステージ10の相対的な移動量は、X方向に距離x1であり、Y方向に距離y1である。
以上の結果、X方向の総移動距離は、2・x1+2・x2−2・x3であり、Y方向の総移動距離は、2・y2−2・y3となる。
【0025】
ここで、比較のため、銅板吸着ヘッドとLSI吸着ヘッドが独立して配置されている従来のはんだ除去装置における移動距離について説明する。ここで、例えば、銅板吸着ヘッドの初期状態における位置を(0,0)として、LSI吸着ヘッドの初期状態における位置を(α0,0)とする。この位置は、例えば、図2に示す状態において、X−Yステージ10の右側に位置するヘッド20の位置を(0,0)とするとき、X−Yステージ10の左側に位置するものである。α0>x1,x2,x3,x4とする。
【0026】
全体的な処理工程,即ち、X−Yステージの移動の動きは、次のようになる。最初に、位置(0,0)にあった銅板吸着ヘッドが、位置(x2,y2)に位置するように、X−Yステージが移動して、銅板吸着ヘッドを用いて、銅板吸着部から新しい銅板を吸着し、次に、位置(x3、y3)に移動して、加熱部に銅板を載置する。このとき、移動量は、X方向に距離x2+(x2−x3)であり、Y方向に距離y2+(y2−y3)である。
【0027】
次に、LSI吸着ヘッドが、位置(x1,y1)に位置するように、X−Yステージが移動して、LSI吸着ヘッドを用いて、LSI吸着部から新しいLSIを吸着し、次に、位置(x3、y3)に移動して、加熱部の銅板の上にLSIを載置する。銅板吸着ヘッドが位置(x3,y3)にあるとき、LSI吸着ヘッドは、銅板吸着ヘッドから距離α0だけ離れた位置にあるので、LSI吸着ヘッドの初期位置は((x3+α0),0)であるので、移動量は、X方向に距離((x3+α0)−x1)+(x3−x1)であり、Y方向に距離(y1−y3)+(y1−y3)である。
次に、LSI吸着ヘッドが、位置(x1,y1)に位置するように、X−Yステージが移動して、LSI吸着ヘッドを用いて、はんだの除去されたLSIをLSI吸着部に戻す。このときのX−Yステージの移動量は、X方向に距離(x3−x1)であり、Y方向に距離(y1−y3)である。
【0028】
次に、銅板吸着ヘッドが、位置(x3,y3)に位置するようにして、銅板吸着ヘッドを用いて、はんだの付着した銅板を吸着して、位置(x4,y4)の銅板排出部に移動し、銅板を排出し、次に、位置(α0,0)まで銅板吸着ヘッドが戻る。LSi吸着ヘッドが位置(x1,y1)にあるとき、銅板吸着ヘッドは、LSI吸着ヘッドから距離α0だけ離れた位置にあるので、銅板吸着ヘッドは、位置((x1+α0),y1)にあるので、移動量は、X方向に距離((x1+α0)−x3)+(x3−x4)+(α0−x4)であり、Y方向に距離(y1−y3)+(y4−y3)+y4である。
以上の結果、X方向の総移動距離は、−2・x1+2・x2+3・α0+2・x3であり、Y方向の総移動距離は、4・y1+2・y2−6・y3+2・y4となる。
【0029】
従って、従来のはんだ除去装置においては、本実施形態におけるはんだ除去装置に比べて、X方向に、4(x3−x1)+3α0だけ多く移動し、Y方向に、4(y1−y3)+2・y4だけ多く移動する。ここで、x3>x1であり、y1>y3であるので、X方向及びY方向のいずれも正の数値となり、従来のはんだ除去装置の方がX−Yステージの移動距離が長いことになる。従って、本実施形態においては、1個のLSIからはんだを除去するのに要する時間を、従来よりも短縮でき、はんだ除去作業のスループットを短縮することができる。なお、従来のはんだ除去装置においては、1個のLSIのはんだ除去に約3分を要したものを、約2分まで短縮することができる。
また、銅板吸着ヘッドとLSI吸着ヘッドが同軸的に配置されている本実施形態におけるはんだ除去装置においては、ヘッド部の設置スペースが従来の約半分となるので、ヘッド部とX−Yステージを収容するガスパージチャンバーを小型化することができるので、チャンバー内を窒素ガス雰囲気にするのに要する時間を短くすることができる。
【0030】
なお、上述した説明では、ヘッド部はZ方向に移動し、X−YステージをX方向及びY方向に移動するようにしているが、ヘッド部自体を、X,Y,Zの3軸方向に移動可能にすることもできる。
また、LSIの接続面に付着したはんだを除去するものとして説明したが、基板等に付着したはんだ除去にも用いることができるものである。
はんだを付着させるための板材としては、銅板以外も用いることができるものである。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、はんだ除去装置におけるスループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置の全体構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置の初期状態を示す平面図である。
【図3】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態の初期状態を示す正面図である。
【図4】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置のLSI吸着工程を示す平面図である。
【図5】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態のLSI吸着工程を示す正面図である。
【図6】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置の銅板吸着工程を示す平面図である。
【図7】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態の銅板吸着工程を示す正面図である。
【図8】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置のはんだ吸取り工程を示す平面図である。
【図9】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態のはんだ吸取り工程を示す正面図である。
【図10】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置の吸取り終了工程を示す平面図である。
【図11】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態の吸取り終了工程を示す正面図である。
【図12】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置の銅板排出工程を示す平面図である。
【図13】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態の銅板排出工程を示す正面図である。
【図14】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド位置のLSI排出工程を示す平面図である。
【図15】本発明の一実施形態によるはんだ除去装置におけるヘッド状態のLSI排出工程を示す正面図である。
【符号の説明】
10…X−Yステージ
12…銅板供給部
12a,12b…銅板
14…LSI供給部
14a,14b…LSI
16…銅板排出部
18…加熱部
20…ヘッド部
22…LSI吸着部
24…銅板吸着部
30…制御部
40…ガスパージチャンバ

Claims (2)

  1. 第1の部材を吸着する第1のヘッドと、第2の部材を吸着する第2のヘッドを有し、上記第2のヘッドによって吸着した上記第2の部材を加熱部に移動して加熱し、この第2の部材の上に、上記第1のヘッドによって吸着した上記第1の部材を載置して、上記第1の部材に付着したはんだを溶融した状態で第2の部材に付着させることにより、第1の部材からはんだを除去するはんだ除去装置において、
    上記第1のヘッドと上記第2のヘッドをそれぞれ独立して上下移動可能に一体として構成し、上記第1のヘッドと上記第2のヘッドを同軸的に配置したことを特徴とするはんだ除去装置。
  2. 請求項1記載のはんだ除去装置において、
    上記第2のヘッドの内側に、上記第1のヘッドを配置したことを特徴とするはんだ除去装置。
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