JPH05251516A - 半導体チップの交換方法 - Google Patents

半導体チップの交換方法

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JPH05251516A
JPH05251516A JP3344822A JP34482291A JPH05251516A JP H05251516 A JPH05251516 A JP H05251516A JP 3344822 A JP3344822 A JP 3344822A JP 34482291 A JP34482291 A JP 34482291A JP H05251516 A JPH05251516 A JP H05251516A
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resin
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bump
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Abstract

(57)【要約】 【目的】フェイス・ダウン・ボンデイングされた樹脂封
止半導体チップを簡単に且つ信頼性を低下させずに交換
すること 【構成】フェイス・ダウン・ボンデイングされ、樹脂１
４によって封止された半導体チップ４を切削用エンド・
ミル２６で切削し、基板２から除去する。次に、基板２
上に残った樹脂１４およびバンプ電極６を仕上げ用のエ
ンド・ミルで元の高さのほぼ半分の高さまで研削し、平
坦化する。バンプ電極６Ａを有する別のチップ４Ａを基
板２上のバンプ電極６と位置合わせして、フェイスダウ
ン・ボンデイングする。最後に、チップ４Ａと基板２と
の間の隙間およびチップ４Ａの回りに樹脂１４Ａを流
し、封止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板にフェイス・ダウ
ン・ボンデイングされた樹脂封止の半導体チップを交換
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＣＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｈｉｐ Ａｔ
ｔａｃｈｍｅｎｔ）方式のパッケージにおいて、半導体
チップをプリント回路基板に取り付けた後に不良チップ
が発見された場合、またはＥＣ（技術変更）を行なう場
合は、チップを交換する必要性が生じる。チップが半田
バンプによってフェイス・ダウン・ボンデイングされる
場合、もしチップが樹脂封止されていなければ、チップ
を加熱して半田バンプを溶融することによって簡単にチ
ップを基板から取り外し、別のチップと交換することが
できる。
【０００３】しかしながら、図１に示すように、基板２
とチップ４の下面との間のスペースに樹脂、例えばエポ
キシ系樹脂、を流入させてチップを樹脂封止した場合
は、問題が生じる。即ち、樹脂はチップ４および基板２
と接着しており、チップおよび樹脂を簡単に取り外すこ
とができない。チップおよび樹脂を無理に剥がそうとす
ると、基板や基板上の回路が損傷を受け、再び使用する
ことができなくなる。
【０００４】特開昭５８−４８９３２号は、封止樹脂が
ガラスなどの基板に接着するのを防止するため、封止樹
脂と接着しないまたは接着しにくい材料、例えばシリコ
ーン系樹脂の層、を基板表面に形成することによって、
樹脂封止されたチップの交換を容易にする技術を開示し
ている。チップ・バンプはこの樹脂層の開孔を介して基
板上の電極パッドに接続される。しかしながら、この方
法では封止樹脂と基板との接着力が弱いため、十分な封
止機能が得られず、またチップと基板との間の結合の機
械的強度の点でも問題がある。
【０００５】また、別の方法として、封止樹脂を溶剤な
どの薬剤で処理し、溶解または分解する方法が考えられ
る。しかし、この場合は様々な問題が生じる。先ず、基
板や部品が薬剤によって悪影響を受ける可能性がある。
また、特定のチップのみを薬剤処理するためには、チッ
プを必要間隔だけ離して装着する必要があり、チップ実
装密度が制限される。さらに、チップと基板との間の間
隔は例えば０．１ｍｍと小さいため、これらの間に薬剤
を浸透させて樹脂を除去するのは厄介であり、処理時間
が長くなる。
【０００６】さらに、半田バンプのようなバンプ電極に
よってフェイス・ダウン・ボンデイングされたチップを
取り外した場合は、バンプ電極が破壊される。したがっ
て、チップ交換時には、良好なバンプ接続を再形成する
必要がある。また、樹脂封止されたチップでは、チップ
取り外しによって樹脂封止も破壊されるため、樹脂封止
をし直さなければならない。これらは容易に行うことが
でき且つ交換後もチップの信頼性を維持できるものでな
ければならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、基板やその上に形成された回路および部品に機
械的または化学的損傷を与えずに、比較的簡単にチップ
を交換することができ且つ交換後も信頼性を維持できる
ような半導体チップの交換方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来のよう
に、交換されるべき半導体チップの封止樹脂を無理に引
き剥がしたりあるいは除去するのではなく、基板上の封
止樹脂およびその中に封じ込められたバンプ電極の一部
を基板上に残すという発想に基づくものである。封止樹
脂およびバンプ電極は、基板側の損傷を最少にし且つ交
換後の信頼性を維持するのに適した形で残され、これを
基台として、その上に良好なチップを取り付ける。
【０００９】本発明では、先ず、チップを基板から除去
する。これはミリング加工でチップを切削することによ
って行なうのが好ましい。次に、基板上に残った封止樹
脂およびその中に封じ込まれたバンプ電極を所定の高さ
まで研削し、表面を平坦化する。この研削もミリング加
工で行なうのが好ましい。次に、バンプ電極を介して別
のチップを基板上のバンプ電極に結合する。最後に、チ
ップの下面と基板との間のスペースに樹脂を充填して封
止する。
【００１０】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の良好な実施例
について説明する。図１−図５は、本発明に従ってチッ
プを交換するための工程を示している。図１は交換され
るべき樹脂封止された半導体チップ４を例示している。
チップ４は、この例では半田で形成されているバンプ電
極６によって基板２にフェイス・ダウン・ボンデイング
されている。基板２は公知の任意の基板でよいが、この
例では、エポキシ含浸ガラス基板である。半田バンプ６
は、例えば、錫３−５％／鉛９５−９７％の高融点半田
であり、この例では、融点３２５℃の錫３％／鉛９７％
の半田である。基板２の表面上には、配線導体８が形成
されている。配線導体８は感光性エポキシ樹脂層１０に
よって覆われ、エポキシ樹脂層１０には、バンプ接続領
域を露出させる開孔１２が形成されている。半田バンプ
６は開孔１２を介して配線導体８と接続される。
【００１１】チップ４は半田バンプ６の高さによって基
板２の表面から離隔されている。チップ４の下面と基板
２の表面との間隔は０．１ｍｍ程度である。チップ４は
熱硬化性樹脂１４によって封止されている。樹脂１４
は、例えば、松下電工株式会社から商品名ＣＶ５１８
３、ＣＶ５１８３Ｓで市販されている液性のビスフェノ
ールＡ型エポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂は１２
７℃のガラス転移点を有し、その熱膨脹係数は４５ｐｐ
ｍである。樹脂１４はチップ４と基板２との間の隙間を
埋めている。エポキシ樹脂は基板表面の樹脂層１０とチ
ップ４とを接着し、同時にチップの周囲を密封してい
る。
【００１２】不良チップを交換する場合、またはＥＣ
（技術変更）を行なう場合は、先ずチップを除去する必
要がある。チップ４の基板２からの除去は、図２に示す
ように、ミリング加工によってチップ４を機械的に切削
することによって行なうのが好ましい。
【００１３】第６図は、ミリング動作の概要を示してい
る。チップ４が取り付けられた基板２を機械加工用のル
ーター２０（碌碌産業株式会社（静岡，日本）から市販
されているＰＨＲシリーズのルーター）のＸ−Ｙステー
ジ２２上にセットし、真空吸着によってステージ２２に
固着する。加工スピンドル２４の先端には、エンド・ミ
ル２６が固着されている。切削用エンド・ミル２６とし
ては、断面がほぼ半円形で、先端と側面にダイヤモンド
砥粒が植え付けられた、ユニオン・ツール株式会社（東
京、日本）製のＲＴＺシリーズ半月形ダイヤモンド・カ
ッター（φＤ＝１．１ｍｍ）を用いた。切削時には、Ｘ
−Ｙステージ２２を制御し、エンド・ミル２６を、除去
されるべきチップ４の近くに位置付ける。エンド・ミル
２６の下端がほぼチップの下面の高さに位置するよう
に、制御／駆動装置２８によりスピンドル２４のＺ方向
の位置を調節する。エンド・ミル２６を高速度で回転さ
せながらＸ−Ｙステージ２２を往復移動させ、チップ４
を切削する。
【００１４】チップ４の切削は、チップが完全に除去さ
れるまで行なわれる。封止樹脂１４は基板表面と強固に
接着しており、また半田バンプ６は封止樹脂１４によっ
てその全体がしっかりと保持されているため、基板部分
がミリングによる機械的衝撃や振動によって損傷を受け
ることはなく、ミリング加工をチップの除去に有効に使
用しうることが判明した。ミリング加工によれば、縦１
２ｍｍ×横１２ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのチップの場合、
約９０秒でチップを除去することができた。
【００１５】代替的には、加熱下でチップを取り外すこ
とも可能である。この場合、基板をオーブンに入れ、封
止樹脂のガラス転移点よりも高い温度に基板を加熱し
て、封止樹脂を軟化させる。ここで用いられたエポキシ
樹脂のガラス移転点は１２７℃であり、例えば、１４０
℃に加熱する。次いで、チップの下面にけがき針を挿入
しチップを引き剥がす。エポキシ樹脂のチップに対する
接着強度はそれ程高くないので、チップを取り外すこと
が可能である。もう一つの代替方法は、基板を加熱した
後、グリッパでチップの側面を掴み、チップを回転させ
て取り外す方法である。しかし、けがき針を用いる方法
および回転取り外し方法は、基板上に残される樹脂およ
び半田バンプに損傷を与える可能性があり、またチップ
の全表面を覆うように樹脂封止した場合は、これらの方
法は使用困難である。したがって、チップ除去には、ミ
リング加工が好ましい。
【００１６】次の工程は、図３に示すように、基板上に
残された樹脂層１４および半田バンプ６を研削し、表面
を平坦化することである。これは、上記のチップ切削用
のエンド・ミルに代えて仕上げ用のエンド・ミルを用い
て樹脂表面を研削することによって行うことができる。
この仕上げ用のエンド・ミルとしては、ユニオン・ツー
ル株式会社（東京、日本）製のＳＭシリーズ超硬半月形
カッター（φＤ＝１．０ｍｍ）を用いた。残される樹脂
層および半田バンプの高さＨは樹脂層中の半田バンプの
元の高さ、すなわち基板２とチップ下面との間の間隔、
のほぼ５０％以上にするのが好ましい。樹脂層を深く研
削すると、樹脂層の半田バンプ保持力が弱くなり、研削
時に半田が剥がされたり、それに伴って下側の電極パッ
ドが損傷を受ける可能性がある。したがって、研削は半
田バンプの高さのほぼ半分以上が残るように行なうのが
望ましい。研削された表面が平坦であれば、残される樹
脂層および半田バンプの高さに格別上限はないが、通
常、半田バンプの元の高さの７０％程度である。樹脂研
削の後、基板を水で洗浄する。
【００１７】次に、基板上に残された半田バンプに低融
点半田を付着させる。この低融点半田は、例えば、錫６
３％／鉛３７％の共晶半田である。基板への低融点半田
の付着は、キャリアに電気めっきで形成された半田を基
板に転写する方法、あるいは溶融半田をノズルから押し
出して基板に直接付着する方法などの任意の適当な方法
によって行なうことができる。低融点半田は、取り付け
られるべきチップの高融点半田バンプおよび基板上の半
田バンプのいずれか一方にまたはその両方に付着するこ
ともできる。勿論、高融点半田および低融点半田として
は、任意の適当な半田を使用できる。
【００１８】次に、新しいチップの半田バンプと基板上
の半田バンプとを整列させるようにチップを位置合わせ
する。低融点半田の融点よりも高いが高融点半田の融点
よりも低い温度に基板を加熱して低融点半田をリフロー
する。これにより、新しいチップがフェイス・ダウン・
ボンデイングされる。図４において、新しいチップ４Ａ
の高融点半田バンプ６Ａは、基板２上に残された半球状
の高融点半田バンプ６に低融点半田１６によって接続さ
れている。
【００１９】最後に、図４に示すように、市販の樹脂供
給装置のデイスペンス・ニードル１８をチップの側縁に
沿って移動させながら、毛細管現象によりチップ下面と
基板との間に上述したエポキシ樹脂１４Ａを浸入させる
と共に、チップの周囲を樹脂被覆する。所定量の樹脂を
供給した後、基板をオーブンにおいて１２０℃で２時間
３０分加熱し、熱硬化させる。これによって、図５に示
す最終構造体が得られる。
【００２０】本明細書では特定の実施例を説明したが、
本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、バン
プ電極として高融点半田を用いたが、金バンプあるいは
金被覆銅バンプなども使用できる。また、ミリング・ツ
ールとして、基板表面に垂直に配置される縦型エンド・
ミルを用いたが、基板表面に平行に配置されチップおよ
び樹脂をその上面から削る横型ミルを使用することもで
きる。さらに、本発明は、例えば、ノボラック型エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、フィラー添加
型シリコーン樹脂など、任意の適当な樹脂を使用した任
意の樹脂封止型チップの交換に使用できる。
【００２１】
【発明の効果】封止樹脂およびバンプ電極の一部を残
し、これを新たなチップの装着のための基台として利用
する本発明によれば、基板に対する機械的、化学的損傷
を最少にして簡単にチップを交換することができる。特
に、ミリング加工を用いた場合は、比較的短時間に簡単
にチップを除去でき、しかもどのような形態の樹脂封止
チップにも適用できる。また、封止樹脂およびバンプ電
極の一部を残し表面を平坦化する方法によれば、基板上
に残されたバンプ電極の高さを一定に揃えることがで
き、したがって新チップを確実に接続できる。半田結合
を用いた場合、チップの結合は、低融点半田と高融点半
田との半田同志の結合によって行なわれるため、確実で
ある。さらに、バンプ電極の高さが約１．５倍以上に長
くなるから、熱応力に対する耐性が向上し、また高さの
違いによって交換チップを識別することが可能であり、
後の維持管理や試験の際に好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図１】フェイス・ダウン・ボンデイングされた樹脂封
止チップを示す図である。
【図２】半導体チップ除去のために、ミリング加工によ
ってチップを切削する工程を示す図である。
【図３】チップ除去後、ミリング加工によって基板上の
樹脂層および半田バンプを研削し、表面を平坦化する工
程を示す図である
【図４】チップ交換後の樹脂封止工程を示す図である。
【図５】チップ交換後の最終構造体を示す図である。
【図６】ミリング加工を示す図である。
【符合の説明】
２ 基板 ４ チップ ６、６Ａ 高融点半田バンプ ８ 配線導体 １０ エポキシ樹脂層 １２ 開孔 １４、１４Ａ 封止樹脂 １６ 低融点半田 １８ デイスペンス・ニードル ２０ ルーター ２２ Ｘ−Ｙステージ ２４ スピンドル ２６ エンド・ミル ２８ 制御／駆動装置

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】バンプ電極によって基板にフェイス・ダウ
    ン・ボンデイングされ且つその下面と上記基板との間の
    スペースが封止樹脂で充填されている半導体チップを交
    換する方法にして上記基板から上記チップを除去し、 上記基板上に残っている上記樹脂およびバンプ電極を所
    定の高さまで研削して表面を平坦にし、 バンプ電極を介して別のチップを上記基板上のバンプ電
    極に結合し、 上記別のチップの下面と上記基板との間に樹脂を充填し
    て封止することを含む半導体チップの交換方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、上記チップの除去は、
    ミリング加工によって上記チップを切削することによっ
    て行なうことを特徴とする半導体チップの交換方法。
  3. 【請求項３】請求項１において、上記研削はミリング加
    工によって行なうことを特徴とする半導体チップの交換
    方法。
  4. 【請求項４】請求項３において、上記ミリング加工は、
    上記基板上に残される上記樹脂およびバンプ電極の高さ
    が上記樹脂中のバンプ電極の元の高さのほぼ半分以上に
    なるように行なうことを特徴とする半導体チップの交換
    方法。
  5. 【請求項５】請求項１において、上記基板上のバンプ電
    極および上記別のチップを上記基板上のバンプ電極に結
    合するためのバンプ電極は半田よりなり、後者のバンプ
    電極は上記別のチップに取り付けられていることを特徴
    とする半導体チップの交換方法。
  6. 【請求項６】請求項５において、上記基板上の半田バン
    プおよび上記別のチップの半田バンプの融点よりも低い
    融点を有する半田を上記基板上の半田バンプおよび上記
    別のチップの半田バンプの少なくとも一方に付着する工
    程を含むことを特徴とする半導体チップの交換方法。
  7. 【請求項７】請求項６において、上記別のチップの結合
    は上記付着される半田の融点よりも高いが上記別のチッ
    プおよび上記基板上の半田バンプの融点よりも低い温度
    に加熱することによって行なうことを特徴とする半導体
    チップの交換方法。
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