JPH04258195A - 電子素子の除去方法およびその装置 - Google Patents

電子素子の除去方法およびその装置

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JPH04258195A
JPH04258195A JP3250229A JP25022991A JPH04258195A JP H04258195 A JPH04258195 A JP H04258195A JP 3250229 A JP3250229 A JP 3250229A JP 25022991 A JP25022991 A JP 25022991A JP H04258195 A JPH04258195 A JP H04258195A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子素子の加工方法に
係り、特に、はんだ付けされた素子を基板から除去する
ためにロボットを使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子回路システムは、一般に、半導体チ
ップ内に複合集積回路構造を形成し、このチップを回路
パッケージ基板に接合し、さらに、このパッケージをプ
リント配線板に接合することによって製造される。相互
接続および構造上の接合のために、”フリップチップ”
技術による製造が多く行われており、この技術において
、集積回路チップは、チップの導体パターンが基板に面
するようにして、基板の表面上に直接はんだ付けされる
。
【０００３】周知の”表面実装”技術によると、複数の
はんだの”隆起”がチップと基板の一方または両方に形
成される。そして、この構造物を加熱してはんだを溶融
（またはリフロー）させることにより、再びはんだが硬
化した時点でチップが基板に接合される。接合部分は、
チップと基板を構造上接合させると同時に、それらの回
路を電気的に相互接続する。
【０００４】素子パッケージが、その上部に回路が形成
されたセラミック基板から成り、その回路が、基板上に
実装された数個のチップと接続されている場合、これを
一般に混成集積回路（ＨＩＣ）と称する。現在のチップ
のより高い回路密度に適応するために、基板上の複合回
路として、セラミック基板上に好都合に形成され得る複
合回路よりさらに複合度の高い複合回路の実現が要求さ
れている。
【０００５】これらの要求を満たすために、その上に二
倍以上のレベルのより高密度な回路パターンの形成が可
能なシリコン基板が開発された。このようなパッケージ
は、全般的に依然として開発途上段階にあるが、高度化
ＶＬＳＩパッケージ（ＡＶＰ）と称されている。
【０００６】ＡＶＰパッケージは、通常、各々が多数の
はんだ接合部によって基板に接続され、基板と共に複合
システムまたはサブシステムを形成する多数のチップを
含む。チップおよび回路全体が複雑であることから、回
路パッケージの組み立て完了後には、チップのうちの一
つを修復または交換のために除去する必要性がしばしば
生じる。
【０００７】この場合には、はんだ接合部を切断または
溶融し、チップを除去した後、代替用のまたは修復され
たチップを、前述の表面実装技術を用いて再接合すると
いう一連の作業が行われる。しかしながら、はんだ接合
部の切断は、困難かつ時間のかかる作業であり、基板を
損傷する恐れがある。基板上の全てのはんだ接合部の溶
融は、除去しないチップの相互接続に損傷を与える恐れ
がある。すなわち、溶融したはんだによって、基板上の
隣接する接合パッド間に疑似的な短絡を生じたり、チッ
プ除去後に、その接合部のはんだが不都合に残留するな
どの欠点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、基板に対して多数の接合パッドにおいてはんだ付け
された電子素子（集積回路チップ）を、周囲の素子や基
板および回路全体に悪影響を及ぼすことなしに、基板か
ら選択的かつ容易に除去することの可能な装置および方
法を提供することである。具体的には、例えば、基板の
隣接する接合パッド間に疑似的な短絡を生じないように
すること、また、チップ除去後、残留するはんだを好都
合に除去可能とすることなどが目的とされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明においては、ロボ
ットによって制御されるピックアップ手段に、このピッ
クアップ手段に生じる応力を示す信号を発生するロード
セルを接続することによって、このピックアップ手段を
改良する。ピックアップ手段は、除去されるべきチップ
に向けて駆動され、ロードセルが第一の応力レベルを示
す第一の信号を発生した時点で、その移動を停止する。 ピックアップ手段の移動停止に加えて、第一の信号は、
ピックアップ手段を加熱させ、チップと基板を接合して
いるはんだを溶融するために十分な温度まで上昇させる
。
【００１０】はんだ接合部の溶融は、ピックアップ手段
の応力を減少させ、これによって、ロードセルに、第二
の応力レベルを示す第二の信号を発生させる。第二の信
号は、チップをピックアップ手段に付着させる。この場
合、典型的には、ピックアップ手段は真空ピックアップ
手段であり、第二の信号によって真空化され、チップを
付着する。第二の信号はまた、ピックアップ手段の移動
を開始させ、チップを基板から除去する。
【００１１】この一連の動作は、自動装置によって容易
に実行可能であり、この動作によって、目的とするチッ
プを基板から除去することができる。この場合、はんだ
の溶融は、非常に局所化可能であり、かつ、高度に制御
可能であるため、チップおよび基板上のどちらにおいて
も、溶融したはんだによって隣接する接合パッド間に短
絡を生じることはない。また、チップの除去後には、適
切な制御により、残留はんだを好都合に除去することが
できるため、近傍のチップに対して、この除去処理によ
る悪影響を及ぼすことはない。
【００１２】
【実施例】図面における寸法は、理解を容易にするため
に適宜設定されているため、必ずしも実際の数値とは一
致しない。
【００１３】図１において、真空ピックアップ手段１１
の目的は、はんだ接合部１３によって基板１４に接合さ
れた集積回路チップ１２に接触し、はんだ接合部を溶融
し、チップを基板から除去することである。基板１４と
集積回路チップ１２は、隣接する集積回路チップ１６お
よび１７と共に、ＡＶＰモジュールの一部分を構成する
。
【００１４】すなわち、基板１４表面上の複合回路は、
多数のはんだ接合部１３によって、集積回路チップ１２
の基板に向かい合う表面上の複合回路と相互接続されて
いる。はんだ接合部はまた、集積回路チップをＡＶＰモ
ジュール上へ構造的に支持する。
【００１５】ヒーター２０が、真空ピックアップ手段の
接触部品２１を取り囲むように配置されている。真空ピ
ックアップ手段１１がチップ１２と接触した後、ヒータ
ー２０は、はんだ接合部が溶融されて真空ピックアップ
が可能となるまで十分にチップを加熱する。真空チャネ
ル２２を選択的に真空化することにより、チップをピッ
クアップし、続いて、モジュールから除去する。
【００１６】真空ピックアップ手段の回転移動は、電気
モーター２４によって選択的に行われる。このモーター
には、例えば、モデルＮｏ．ＲＢＥ０１５００として知
られ、アリゾナ州シエラビスタ（Ｓｉｅｒｒａ　Ｖｉｓ
ｔａ）のインランド・モーター・カンパニー（Ｉｎｌａ
ｎｄ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されてい
るモーターを使用できる。モジュール符号器２５は、真
空ピックアップ手段の動作を監視する手段である。この
モジュール符号器としては、例えば、カリフォルニア州
ゴレタ（Ｇｏｌｅｔａ）のレンコ・カンパニー（Ｒｅｎ
ｃｏ　Ｃｏｍｐａｎｙ）　から市販されているモデルＲ
８０を使用できる。
【００１７】ロードセル２６は、接触部品２１に生じる
応力を示す電気信号を発生するために、接触部品２１に
固定されている。図２にしめすように、ロードセル２６
は、圧縮応力に反応する二つの歪ゲージ部分２７と、引
張り応力に反応する二つの歪ゲージ部分２８を含む。こ
れらの歪ゲージは、ロードセル２６に伝達される応力Ｆ
を示す出力信号を発生するために、周知の様式の抵抗ブ
リッジの四本のアームのうちの二本として接続される。
【００１８】図１の真空ピックアップ手段１１は、例え
ば、カリフォルニア州トランス（Ｔｏｒｒａｎｃｅ）の
セイコー・インスツルメンツ・ＵＳＡ（Ｓｅｉｋｏ　Ｉ
ｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ＵＳＡ）から市販されているセ
イコーロボット（Ｓｅｉｋｏ　ｒｏｂｏｔ　）に取り付
けられる。ピックアップ手段１１の三次元の動作は、既
知の方法によって、接触部品２１が集積回路チップのう
ち選択された一つ（例えばチップ１２）に接触可能であ
るように制御される。
【００１９】図３に示すように、ロボットはコンピュー
タ３０によって制御され、従ってピックアップ手段１１
もコンピュータ３０によって制御される。ロードセル２
６からの電気信号は、コンピュータに伝送され、入力さ
れる。コンピュータはまた、ヒーター２０によって生成
される熱を制御し、ヒーターから温度データを受け取る
。
【００２０】動作時において、真空ピックアップ手段１
１は、ロボットによって、選択された集積回路チップと
接触するように駆動される。接触部品２１がチップ１２
と物理的に接触した時点で、図２に示すように、ロード
セル２６に伝達される応力Ｆにより、ロードセル２６は
直ちに出力を発生する。図５において、曲線３２は、ロ
ードセル２６に伝達される応力Ｆの経時的変化をポンド
の単位で示しており、ロードセルによって伝送される信
号はこのような応力に比例している。
【００２１】ロードセルに伝達される応力が、第一のし
きい値３３（例えば０．４ポンド）を越えると、第一の
信号が生成される。図３のコンピュータ３０は、第一の
信号に応答して、真空ピックアップ手段１１の垂直方向
の動作を停止させ、同時に図１のヒーター２０を作動さ
せるようにプログラムされる。この時点で接触部品２１
はチップ１２と接触しており、ヒーター２０は、接触部
品２１を介して、はんだ接合部１３を溶融するようにチ
ップを加熱する。図５の曲線３２の下降部分によって明
らかなように、この加熱は真空ピックアップ手段に生じ
る応力を減少させる効果がある。
【００２２】曲線３２が第二のしきい値３４（例えば０
．０３ポンド）を横切ると、第二の信号が生成される。 図３のコンピュータ３０は、第二の信号に応答して、真
空ピックアップ手段を作動させる。すなわち、図１の真
空チャネル２２を真空化させ、これによって集積回路チ
ップ１２を真空ピックアップ手段に付着させる。 第二の信号はまた、真空ピックアップ手段１１を垂直方
向における上方に移動させ、チップ１２を基板から除去
する。
【００２３】その後、ロボットは通常の方法で動作して
集積回路チップ１２を適切な容器に収納し、次の動作サ
イクルのために真空ピックアップ手段１１を再配置する
。
【００２４】図４に示すように、本発明の適用対象とな
るＡＶＰモジュールにおいて、接合パッドの各辺の長さ
ａは１００ミクロンであり、連続する接合パッド間の間
隔ｂは１００ミクロンである。各はんだ接合部の高さｈ
は約９０ミクロンである。集積回路チップの一辺の長さ
が８ミリメートルであれば、チップの各辺には約８０個
の接合パッドが存在することになる。
【００２５】チップの各辺に８０個の接合パッドが存在
する場合、集積回路チップと基板の間には約３００のは
んだ接合部１３が存在することになり、これらのはんだ
接合部は、構造上の接合用および電気的相互接続用とし
て使用される。ところで、仮に、はんだ接合部の溶融と
集積回路チップのピックアップ除去が注意深く制御され
ない場合には、溶融したはんだによって隣接する接合パ
ッド間に短絡を生じる、すなわち”ブリッジング”とし
て知られる不具合を生じる危険がある。
【００２６】これに対し、本実施例においては、はんだ
接合部１３におけるある適切な深さｄまで溶融が進んだ
時点を検出するために、歪ゲージを使用する。適切な深
さまでのこのようなはんだの溶融によって、図５の曲線
３２は下降し、第二のしきい値３４を横切る。従って、
はんだ接合部１３の主部分の溶融が完了する以前に、ピ
ックアップ手段を移動し、チップを除去することが可能
である。
【００２７】このチップ除去方法によって、ブリッジン
グ発生の危険性を大幅に減少することができ、基板１４
上には、予測可能な量の残留はんだが残される。そして
、この残留はんだは、例えば、１９９０年５月８日発行
のリウ（Ｌｉｕ）らによる米国特許第４，９２３，５２
１号に記載されている装置を用いて除去可能である。リ
ウらの特許では、加熱したはんだ芯を使用して、基板上
の接合パッドから毛管現象によって残留はんだを除去す
る方法が記載されている。
【００２８】あるＡＶＰモジュールは一つの基板上に約
２４個の集積回路チップを有する。このようなモジュー
ル上に形成された電子回路は極めて複雑であり、完成し
たモジュールから一つのチップの除去を要求される場合
が非常に多い。特に、多数のはんだ接合部が非常に狭い
間隔で存在し、ブリッジング問題の回避が肝要である場
合において、本発明は非常に有効である。
【００２９】本発明により、隣接する集積回路チップま
たはそのはんだ接合部をほとんど加熱することなく、チ
ップを除去可能である。真空ピックアップ手段を制御す
るためのロボットの操作に付いては、当業者には容易に
理解できるため、その詳細は記述しないが、当業者であ
れば、前述の説明から、周知のロボット手段に本発明を
容易に適用することができる。
【００３０】なお、以上の説明において、”ロードセル
”とは、圧電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　）素子お
よび加えられた力に反応して電気信号を発生する歪ゲー
ジのような素子、またはそれらの集合体を意味する。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ピックアップ手段にロードセルを取り付け、その信号に
よってピックアップ手段を自動制御することにより、周
囲のチップや基板および回路全体に悪影響を及ぼすこと
なしに、基板（ＡＶＰ）上から一つの集積回路チップを
選択的かつ容易に除去できる。そして、はんだ接合部を
完全に溶融する以前に除去を行うことにより、隣接する
接合パッド間に溶融はんだによる短絡を生じることがな
く、また、基板上に残留するはんだも好都合に除去可能
である。さらに、この方法によれば、隣接するチップや
そのはんだ接合部に、影響を与えるほどの熱が伝導され
ることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に使用される、ロボット制御
の真空ピックアップ手段を示す断面図である。
【図２】図１の装置に使用されるロードセルを示す斜視
図である。
【図３】図１のピックアップ手段の動作を示すブロック
図である。
【図４】図１の部分拡大図であり、チップ部分と基板部
分を相互接続するはんだ接合部を示す拡大断面図である
。
【図５】図１のピックアップ手段に生じる応力の経時的
変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１１　　真空ピックアップ手段 １２　　集積回路チップ １３　　はんだ接合部 １４　　基板 １６　　集積回路チップ １７　　集積回路チップ ２０　　ヒーター ２１　　接触部品 ２２　　真空チャネル ２４　　電気モーター ２５　　モジュール符号器 ２６　　ロードセル ２７　　歪ゲージ ２８　　歪ゲージ ３０　　コンピュータ ３２　　ロードセルに伝達される応力Ｆの経時的変化を
示す曲線 ３３　　第１のしきい値 ３４　　第２のしきい値

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　基板表面上にはんだ付けされた電子素
    子の除去方法において、ロードセルをピックアップ手段
    に取り付け、ロードセルによって目的物に対するピック
    アップ手段の機械的応力を示す電気信号を発生させるス
    テップと、ロードセルが第一の応力レベルを示す第一の
    信号を発生するまで、ピックアップ手段をはんだ付けさ
    れた素子に接触させ、押圧させるステップと、第一の信
    号に応答して、ピックアップ手段を十分な温度まで加熱
    し、素子を基板に接合しているはんだを溶融させ、この
    溶融によって、ピックアップ手段の応力レベルを、第一
    の応力レベルより低い第二の応力レベルに低減させ、さ
    らに、ロードセルによって第二の応力レベルを示す第二
    の信号を発生させるステップと、第二の信号に応答して
    ピックアップ手段を移動させるステップと、ピックアッ
    プ手段を使用して素子を基板上から除去するステップと
    を有することを特徴とする電子素子の除去方法。
  2. 【請求項２】　　電子素子が集積回路チップであること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　ピックアップ手段が真空ピックアップ
    手段であり、第二の信号に応答してピックアップ手段を
    真空化し、それによって素子をピックアップ手段に付着
    させるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  4. 【請求項４】　　第一の信号に応答してピックアップ手
    段を加熱し、第二の信号に応答して真空化を行うために
    、自動制御回路を使用することを特徴とする請求項３記
    載の方法。
  5. 【請求項５】　　第一の信号に応答してピックアップ手
    段の移動を停止させるステップと、第二の信号に応答し
    てピックアップ手段の移動を開始させるステップを含む
    ことを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】　　ロードセルが少なくとも一つの歪ゲー
    ジを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】　　ロードセルが、抵抗ブリッジのアーム
    として接続される一対の歪ゲージを含むことを特徴とす
    る請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】　　基板表面上にはんだ付けされた電子素
    子の除去装置においてピックアップ手段と、ピックアッ
    プ手段に接続されたロードセルを含み、目的物に対する
    ピックアップ手段の機械的応力を示す電気信号を発生す
    る手段と、ロードセルが第一の応力レベルを示す第一の
    信号を発生するまで、ピックアップ手段をはんだ付けさ
    れた素子に接触させ、押圧させる手段と、第一の信号に
    応答して、ピックアップ手段を十分な温度まで加熱し、
    素子を基板に接合しているはんだを溶融させ、この溶融
    によって、ピックアップ手段の応力レベルを、第一の応
    力レベルより低い第二の応力レベルに低減させる手段と
    、前記ロードセルを含み、第二の応力レベルを示す第二
    の信号を発生する手段と、第二の信号に応答してピック
    アップ手段を移動させ、ピックアップ手段によって素子
    を基板上から除去させる手段とを有することを特徴とす
    る電子素子の除去装置。
  9. 【請求項９】　　電子素子が集積回路チップであること
    を特徴とする請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】　　ピックアップ手段が真空ピックアッ
    プ手段であり、さらに、第二の信号に応答してピックア
    ップ手段を真空化し、それによって素子をピックアップ
    手段に付着させる手段を含むことを特徴とする請求項８
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】　　さらに、第一の信号に応答してピッ
    クアップ手段を加熱し、第二の信号に応答して真空化を
    行うための自動制御回路を含むことを特徴とする請求項
    １０記載の装置。
  12. 【請求項１２】　　さらに、第一の信号に応答してピッ
    クアップ手段の移動を停止させる手段と、第二の信号に
    応答してピックアップ手段の移動を開始させる手段を含
    むことを特徴とする請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】　　ロードセルが歪ゲージを含むことを
    特徴とする請求項８記載の装置。
  14. 【請求項１４】　　ロードセルが、抵抗ブリッジのアー
    ムとして接続される第一および第二の歪ゲージを含むこ
    とを特徴とする請求項１３記載の装置。
JP3250229A 1990-09-19 1991-09-04 電子素子の除去方法およびその装置 Expired - Fee Related JPH0736470B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/584,831 US5065933A (en) 1990-09-19 1990-09-19 Electronic device manipulating apparatus and method
US584831 1996-01-11

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Publication Number Publication Date
JPH04258195A true JPH04258195A (ja) 1992-09-14
JPH0736470B2 JPH0736470B2 (ja) 1995-04-19

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US (1) US5065933A (ja)
EP (1) EP0476912B1 (ja)
JP (1) JPH0736470B2 (ja)
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DE (1) DE69110596T2 (ja)
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