JPH1041360A - 被加熱対象物の選択的脱着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特性の異なる加熱ヒータしいＬＳＩを複合的
に加熱することにより選択した被加熱対象物を脱着する
ものである。 【解決手段】 特性の異なる加熱ヒータで複合的に加熱
することにより取り外しあるいははんだ付のために選択
された被加熱対象物の脱着を行うものであって、予備加
熱ヒータで予め設定された温度まで基板を均一に加熱
し、次いで局部加熱ヒータにより選択された被加熱対象
物を、その周辺部より高温に加熱することにより、被加
熱対象物の脱着を行うものである。 【効果】 特性の異なる加熱ヒータによる複合加熱法で
あるため、基板を破壊することなく、はんだ溶融に十分
なる熱量を供給することができ、しかも局部加熱は瞬時
であるため被加熱対象物の破壊を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大熱容量を有する
多層基板（またはワーク）上に実装された例えばボール
グリッドアレイ（ＢＧＡ）タイプ、あるいは、ピングリ
ッドアレイ（ＰＧＡ）タイプのＬＳＩの個別取り外し、
あるいは個別はんだ付の場合に使用して好適な被加熱対
象物の選択的脱着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、基板に対するＬＳＩ実装において
は、周知のように高密度化が進行しており、これに対応
すべく、例えばＬＳＩ本体にはんだボールを溶着して基
板にはんだ付するＢＧＡタイプ、あるいは、ＬＳＩ本体
に植設した端子ピンを基板に挿入するＰＧＡタイプの端
子形状が主流となりつつある。上記したようなＬＳＩが
基板に実装された後、ＬＳＩに何らかの事態たとえばＬ
ＳＩのはんだ付不良とか、ＬＳＩの破損、さらにまた新
たな機能のＬＳＩと交換する等の必要が生じた場合、そ
の選択したＬＳＩを個別に取り外したり、あるいは再は
んだ付するために、基板上において選択された被加熱対
象物を脱着しなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような場合、その
被加熱対象物の脱着方法としては、例えばらせん状に巻
いたカンタル線をスリーブに内蔵した熱風ヒータからの
熱風を、選択された被加熱対象物のはんだ付部に局部的
に吹きつけて加熱溶融せしめ脱着を行っていた。しか
し、この方法は、例えば被加熱対象物の取り外しに要す
る熱量より、被加熱対象物の熱容量・熱伝導による逃げ
熱量が大きい場合、過剰熱量を被加熱対象物に供給する
必要があり、結果的に過加熱により被加熱対象物もしく
はその周辺部の破壊をもたらすことになる。例えば、被
加熱対象物のはんだ付部のはんだが溶融する温度として
１８３℃を得る場合は、被加熱対象物を２５０〜３５０
℃以上に昇温させるだけの熱量が必要となる。これは基
板の破壊温度である２８０℃を大きく上まわり、はんだ
溶融より先に基板が破壊されてしまう結果となる。

【０００４】このような問題点を解消するために、抵抗
加熱ヒータを埋め込んだホットプレートを用いて基板上
の選択された被加熱対象物を脱着する方法が提案され
た。すなわち、ホットプレート上にＬＳＩを実装した基
板をのせ、該基板を全体的に予熱し、次いで、前述の熱
風ヒータにより被加熱対象物を局部的に加熱して脱着す
る方法であった。しかし、この方法は、ホットプレート
と基板との接触具合で伝熱効果が大きく異なり、例え
ば、ホットプレートあるいは基板の接触面に凹凸が存在
した場合、基板全体の温度分布が不均一となり、予熱効
果が著しく減少されることになる。

【０００５】本発明者は、被加熱対象物の脱着に際し
て、基板を破壊させることなく、基板を均一温度に設定
した温度まで予備加熱し、次に選択された被加熱対象物
のみを局部加熱して瞬時にはんだ付部を溶融せしめて選
択した被加熱対象物の脱着作業を迅速に行える方法を見
出し、本発明を完成した。本発明は上記の知見に基づい
て完成されたものであって、特性の異なる加熱ヒータで
複合的に加熱することにより選択された被加熱対象物の
脱着を行うものであり、具体的には予備加熱に赤外線を
用いたヒータでＬＳＩが実装された基板を均一に加熱
し、次いで局部加熱ヒータにより選択された被加熱対象
物を、その周辺部より高温に加熱することにより、脱着
の作業時間の短縮とより良好な加熱処理を実現するもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、特性の異なる
加熱ヒータでＬＳＩを複合的に加熱することにより選択
的に被加熱対象物の脱着を行うものであって、予備加熱
ヒータで予め設定された温度まで基板を均一に加熱し、
次いで局部加熱ヒータにより選択された被加熱対象物
を、その周辺部より高温に瞬時加熱することにより、基
板および被加熱対象物ならびにそお他の付属部品類に熱
影響を与えることなく、被加熱対象物の脱着作業を行う
ことを特徴とする被加熱対象物の選択的脱着方法に関す
るものである。

【０００７】すなわち、本発明は、予備加熱ヒータは複
数個が並列して配置されている、近赤外線集光型または
平行照射型ヒータからなる被加熱対象物の選択的脱着方
法に関するものである。本発明はまた、局部加熱ヒータ
は近赤外線集光型または平行照射型ヒータからなる被加
熱対象物の選択的脱着方法に関するものである。本発明
はまた、前記の局部加熱ヒータは熱風ヒータであり、該
ヒータの熱風噴出口に被加熱対象物を包囲するフードを
設け、該フードにより高温雰囲気空間を構成して、該高
温雰囲気空間内で局部加熱を行う被加熱対象物の選択的
脱着方法に関するものである。更に本発明は、被加熱対
象物と熱風噴出口との間に位置し、かつ高温雰囲気空間
内に整流孔を有する整流板を配置し、局部加熱ヒータの
熱風を整流孔により整流して被加熱対象物の表面全体に
均一に噴出せしめる被加熱対象物の選択的脱着方法に関
するものである。

【０００８】本発明はまた、複数個の予備加熱ヒータを
並列して配置し、該ヒータ上にセットした基板との間に
マスクを配置し、該マスクは基板に対する赤外線照射を
選択し、更に局部加熱ヒータと基板との間にマスク開口
を有するマスクを配置し、該マスクにより基板に対する
赤外線照射を局部的に集光させる被加熱対象物の選択的
脱着方法に関するものである。更に本発明は、前記の予
備加熱ヒータにより被加熱対象物を所定温度より若干低
めの温度まで予熱しておき、次いで局部加熱ヒータで被
加熱対象物を局部加熱する被加熱対象物の選択的脱着方
法に関するものである。さらに本発明は、前記の予備加
熱ヒータによる加熱温度は被加熱対象物のはんだ溶融温
度より低くかつ局部加熱ヒータによる加熱温度は基板の
破壊温度より低い温度で加熱する被加熱対象物の選択的
脱着方法に関するものである。

【０００９】例えば局部加熱ヒータが熱風ヒータのみで
ある従来の加熱法では、ある熱容量を有する基板（もし
くはワーク）を所定温度（仮にｔ℃とする）まで昇温さ
せるためには、基板のかなりの広範囲にわたり、相応の
熱量を供給する必要がある。しかし、従来の加熱法で
は、被加熱対象物を直接加熱するため、被加熱対象物の
全体に熱量を供給することは困難であることから、所定
温度ｔ℃に対し、実際にはｔ＋α℃という温度設定にな
ることが多く、被加熱対象物の加熱周辺部への悪影響も
増大することになる。

【００１０】それ故、この場合、ワークにある熱量があ
らかじめ与えられていれば、局部加熱ヒータによる加熱
量を小さくするにもかかわらず、短時間で所定の作業を
遂行することが可能となる。本発明方法は予備加熱に電
磁波、特に可視領域に近い波長を発する近赤外線ヒータ
を使用することにより、たとえワークに凹凸が存在して
いても均等に、かつ大きなエネルギーを供給することが
可能となり、大熱容量を有する基板上の被加熱対象物
を、そのはんだ溶融温度より低い温度で予熱することが
可能となる。

【００１１】すなわち、被加熱対象物を所定温度より若
干低めの温度（ｔ−Δｔ℃）まで予熱しておけば、局部
加熱ヒータによる局部加熱の時間を大幅に短縮すること
ができ、従って被加熱対象物の周辺部への熱影響が大幅
に軽減される。尚、本発明において近赤外線とは、可視
領域に近い赤外領域の波長を有する電磁波の呼称であ
り、概ね０．８〜１．２μｍの波長領域にエネルギーの
ピークを有する電磁波を言う。

【００１２】上記の場合、予備加熱ヒータで十分に熱量
を与えられた被加熱対象物（ただし、温度はｔ−Δｔ
℃）を、予備加熱とは別の局部加熱ヒータで局部的に加
熱することにより、目的の処理作業が迅速かつ簡単に行
えることになる。局部加熱ヒータは被加熱対象物の形
状、材質等により、熱風ヒータ、赤外線ヒータを適宜に
使い分ける。例えば熱風ヒータは特にプラスチックパッ
ケージ型のＬＳＩに好ましく、近赤外線ヒータは特にパ
ッケージレス型のＬＳＩにそれぞれ適用することが好ま
しい。

【００１３】熱風ヒータの場合、近赤外線ヒータに比べ
てエネルギーの伝達効率は劣るが、予備加熱と併用した
場合は、過加熱の危険が少なく、多少の加熱時間超過で
も被加熱対象物を破壊する恐れはなく、かつ、プラスチ
ックパッケージング型のＬＳＩでは、その表面が破壊さ
れる危険性もない。近赤外線ヒータは、近赤外線がＬＳ
Ｉの母材であるシリコンを通過し、ＬＳＩ下面に存在す
るＢＧＡタイプのはんだボールを直接加熱できるため、
パッケージレス型のＬＳＩでは、効率の良い加熱が可能
となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について説明
するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
ではない。図１に示した実施例において符合１は、内部
が空洞２になった基板ジグであり、その空洞２内には予
備加熱ヒータ３が本例の場合、３個相隣接して配置して
あるが、その個数については何ら限定されるものではな
い。予備加熱ヒータ３は電磁波、特に可視領域に近い波
長を発する赤外線ヒータ４を使用することにより、ワー
クである基板５の予備加熱すべき部分を均一に加熱する
ことができる。上記の予備加熱ヒータ３としては近赤外
線集光型または平行照射型ヒータが使用される。このよ
うな予備加熱ヒータ３を使用することにより、凹凸のあ
る基板（またはワーク）に対してでもほぼ均等に、大き
なエネルギーを供給することができることから、大熱容
量を有するワーク５を短時間で予熱することが可能とな
る。

【００１５】基板ジグ１の開口面にはワ−ク５がセット
される。このワ−ク５の表面には周知の実装方法によっ
てＢＧＡタイプまたはＰＧＡタイプのＬＳＩである被加
熱対象物６が多数実装してある。本発明法はこの実装さ
れた被加熱対象物のいずれかを脱着せしめるための方法
であって、ワーク５と前記の予備加熱ヒータ３との間に
は基板保護のためのマスク７が配置してある。保護マス
ク７にはマスク開口８が設けてあり、該マスク開口８を
通して赤外線９が、選択された脱着すべき被加熱対象物
に対応する部分のワーク５に照射される。符合１０は局
部加熱ヒータであり、選択された脱着すべき被加熱対象
物６のみに赤外線を局部的に照射し、電磁波、特に可視
領域に近い波長を発する近赤外線集光型または平行照射
型ヒータ１１が使用される。

【００１６】図２に示した実施例は、局部加熱ヒータ１
０が熱風ヒータからなり、該熱風ヒータはスリーブ１２
を有し、その内部にはらせん状に巻いたカンタル線が公
知のように組み込んであって、図に示す矢印方向から外
気を供給し、通電したカンタル線を介して加熱変換され
た熱風が噴出口１３から被加熱対象物６に対して噴出せ
しめられる。噴出口１３にはフード１４が例えば固定ね
じ１５により着脱可能に取りつけてある。フード１４は
選択された被加熱対象物６のみを完全に包囲して高温雰
囲気空間を構成し、相隣接する被加熱対象物６に熱影響
を与えることなく局部加熱することができる。

【００１７】上記のフード１４は、図３に詳しく示して
あり、該フード１４は取付筒１６と傾斜筒１７とスカー
ト１８とが一体になった形態である。上記の取付筒１６
は固定ねじ１５によりスリーブ１２に着脱可能に取りつ
けてあり、傾斜筒１４の内側には整流板１９が配置して
あり、該整流板１９には多数の整流孔２０が明けてあ
る。整流孔２０は熱風ヒータ１２の噴出口１３から噴出
された熱風を整流し、被加熱対象物６の全面に均等に分
散する。被加熱対象物６は基板５上にはんだボール２１
を介して実装される。しかして、近赤外線により予備加
熱された基板５上の選択された被加熱対象物６にフード
１４を被せ、熱風を送り込めば、フード１４内の局部的
な高温雰囲気空間内で局部加熱の効率化が図れると共に
周辺部への熱影響が抑えられる。

【００１８】上記の局部加熱ヒータ１０が図２ないし図
５に示した熱風ヒータによる場合には、該熱風ヒータを
空圧あるいは油圧シリンダもしくは伝動機を用いた公知
の上下動機構および左右動機構により、基板のＸ方向お
よびＹ方向に可動し得るように配置すれば、フード１４
を任意の選択された被加熱対象物６のところへ移動させ
て脱着すべき被加熱対象物のみに合致させて高温雰囲気
空間を簡単に作ることができると共に被加熱対象物６の
加熱→取り外し及び加熱→押しつけの一連の作業が連続
して行える。

【００１９】即ち、図４に示した実施例のように、熱風
ヒータ１２が上下動機構により双頭の矢印で示すごとく
上下動される構造の場合は、フード１４の傾斜筒１７の
内面にブラケットを介してフックアーム２２、２２の一
端側を枢着する。フックアーム２２、２２は互いに対向
して配置し、その先端にはフック２３、２３を形成して
おき、該フック２３、２３は被加熱対象物６の幅方向の
両側下縁に係脱可能に係合する。フック２３、２３と被
加熱対象物６との係脱はフード１４外から自由に行える
ようにしておく。例えば、その係脱手段としはフックア
ーム２２、２２にフード１４外へ突出する操作アームを
設けておき、該フックアーム２２、２２をフード１４外
から枢動させることにより、被加熱対象物６の加熱と、
取り外しが一連の作業で行えることになる。

【００２０】図４に示した実施例と同様の図５に示した
実施例は、フード１４の傾斜筒１４に過加重逃げ付の押
付機構２４、２４の押圧ピン２５、２５の先端が被加熱
対象物６の上面を適当圧で加圧し、過度の加重がかから
ないようにしてある。即ち、押圧ピン２５、２５は整流
板１９を貫通し、フード１４とは無関係に動き、押付機
構２４、２４により被加熱対象物６への過加重を避け適
度な圧力で被加熱対象物６を押圧する。この実施例の場
合は、はんだ付の時において、加熱と、押しつけが一連
の作業で連続して行えることになる。

【００２１】図６に示した実施例は、予備加熱ヒータ３
と基板５との間にマスク３０を配置する。マスク３０は
図７に示すように、マスク開口３１が設けてあり、該マ
スク開口３１の内径は被加熱対象物６の外径よりも大き
く形成してあり、被加熱対象物６がマスウ開口３１から
完全に露呈される。なお、実装したＬＳＩと反対側の基
板５には各種の部品類３２が実装され、前記のマスク３
０によって被加熱対象物以外の部分がカバーされ、基板
５に赤外線吸収率が異なる部材もしくは部品類が混在し
ている場合でも、赤外線を反射もしくは吸収し、基板５
への直射を防護するから、昇温速度の差による部分的な
破壊を防止できる。

【００２２】更にまた、図８に示す実施例は、局部加熱
ヒータ１０と被加熱対象物６との間に前記マスク３３を
配置する。マスク３３にはマスク開口３４が設けてある
が、該マスク開口３４の内径は被加熱対象物６の外径寸
法とほぼ同じか、それよりも若干小さく形成してある。
局部加熱ヒータ１０からの赤外線は選択された被加熱対
象物６のみに有効に照射され、それ以外の部分へは遮光
せしめられるので被加熱対象物６の周辺部への熱影響を
抑制することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、特性の異なる予備
加熱ヒータと局部加熱ヒータにより複合的に加熱して選
択された被加熱対象物の脱着を行うものであって、予備
加熱ヒータで予め設定された温度まで基板を均一に加熱
し、次いで局部加熱ヒータにより選択された被加熱対象
物を、その周辺部より高温になるまで加熱することによ
り、被加熱対象物の脱着を行う本発明法と、熱風ヒータ
のみによる従来の脱着法との比較実験は下記の通りであ
った。

【００２４】基板上に実装したＬＳＩのうち、何らかの
事情により新たなＬＳＩと交換のために脱着の必要が生
じた場合、従来法による熱風を局部的に吹きつけて、被
加熱対象物およびその周辺部位を高温度で局部加熱した
実験結果は、図９に示す通りであった。図９において、
●−●は熱風の制御温度（℃）であり、■−■は被加熱
対象実度（℃）であり、更に、▲−▲はワークと被加熱
対象物とのはんだ部温度（℃）である。

【００２５】図９の実験結果から明らかなように、被加
熱対象物の取り外しに要する熱量より、被加熱対象物の
熱容量・熱伝導による逃げ熱量が大きく、局部的に過剰
となる熱量を供給する必要がある。すなわち、図９に示
すように、ＬＳＩ端子部において、▲−▲で示したはん
だが溶融する温度として１８３℃を得るには、実際には
被加熱対象物を●−●で示したように２５０〜３５０℃
以上に昇温させるだけの熱量を必要とする。従って、ワ
ーク破壊温度が２８０℃である基板は、はんだ溶融より
先に過加熱によりワーク破壊が起こる。また、被加熱対
象物がはんだ溶融温度以上に加熱されるまでには１０分
間以上もかかることが確認された。

【００２６】本発明法は、予備加熱ヒータで予め設定さ
れた温度まで基板を均一に加熱し、次いで局部加熱ヒー
タにより選択された被加熱対象物を、その周辺部より高
温になるまで加熱することによりはんだ溶融を行う実験
結果は、図１０に示す通りであった。図１０において、
●−●は予備加熱制御温度（℃）であり、■−■は局部
加熱制御温度（℃）であり、▲−▲は被加熱対象物実度
（℃）である。尚、加熱制御は、被加熱対象物を測温
し、そのデータにより予備加熱の温度制御を行うものと
し、測温には一般に熱電対、もしくは赤外線放射温度計
等を使用し、予備加熱用測温として被加熱対象物の全体
的な測温を行うポイントと、局部加熱を制御するための
局部的な測温ポイントを設ける。図１１は図１０のタイ
ムチャートである。

【００２７】図１０の実験結果から明らかなように、予
備加熱ヒータによる●−●で示す予備加熱制御温度
（℃）は、はんだ溶融温度１８３℃よりも低く、かつま
た、局部加熱ヒータによる■−■は被加熱対象物の破壊
温度２８０℃よりも低く、しかも局部加熱時間は１〜２
分程度であるため、選択された被加熱対象物の周辺部へ
の熱影響を抑えることが可能となる。更に、図１０に示
すように、赤外線による予備加熱を行う本発明の複合加
熱法では、基板を破壊することなく、はんだ溶融に十分
なる熱量を供給することがき、しかも局部加熱も短時間
で瞬時に完了でき、被加熱対象物およびワークの破壊と
いう問題も解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための第１実施例によ
る複合加熱法の説明図である。

【図２】本発明の方法を実施するための第２実施例によ
る複合加熱法の説明図である。

【図３】本発明の方法を実施するための第２実施例によ
る方法の局部加熱ヒータ部の拡大説明図である。

【図４】本発明の方法を実施するための第２実施例によ
る方法の局部加熱ヒータ部の変形例を示す拡大説明図で
ある。

【図５】本発明の方法を実施するための第２実施例によ
る方法の局部加熱ヒータ部の更に別の変形例を示す拡大
説明図である。

【図６】本発明の方法を実施するための予備加熱ヒータ
部の変形例を示す拡大説明図である。

【図７】図６に示した実施例に使用のマスクの拡大平面
図を示すものである。

【図８】本発明の方法を実施するための局部加熱ヒータ
部の変形例を示す拡大説明図である。

【図９】従来法による熱風を局部的に吹きつけて、被加
熱対象物およびその周辺部位を局部加熱する実験結果で
ある。

【図１０】本発明法による予備加熱ヒータで予め設定さ
れた温度まで基板を均一に加熱し、次いで局部加熱ヒー
タにより選択した被加熱対象物を、その周辺部より高温
に加熱する実験結果である。

【図１１】図１０に示す本発明法の実験に伴うタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

３ 予備加熱ヒータ ４ 赤外線ヒータ ５ 基板 ６ 被加熱対象物 ７ マスク ８ マスク開口 １０ 局部加熱ヒータ １４ フード

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特性の異なる加熱ヒータで複合的に加熱
   することにより取り外しあるいははんだ付のために選択
   された被加熱対象物の脱着を行うものであって、基板を
   予備加熱ヒータで予め設定された温度まで均一に加熱
   し、次いで局部加熱ヒータにより基板上の選択された被
   加熱対象物を、その周辺部より高温状態に加熱して、被
   加熱対象物の脱着を行うことを特徴とする被加熱対象物
   の選択的脱着方法。
2. 【請求項２】 特性の異なる加熱ヒータが、複数個の予
   備加熱ヒータを並列配置して構成され、該予備加熱ヒー
   タは近赤外線集光型または平行照射型ヒータである請求
   項１に記載の被加熱対象物の選択的脱着方法。
3. 【請求項３】 特性の異なる加熱ヒータが、局部加熱ヒ
   ータから構成され、該局部加熱ヒータは近赤外線集光型
   または平行照射型ヒータである請求項１に記載の被加熱
   対象物の選択的脱着方法。
4. 【請求項４】 局部加熱ヒータは熱風ヒータであり、該
   熱風ヒータの噴出口側に被加熱対象物を包囲するフード
   を着脱可能に設け、該フードは高温雰囲気空間を構成
   し、該高温雰囲気空間内で被加熱対象物を局部加熱する
   ようにした請求項１または３に記載の被加熱対象物の選
   択的脱着方法。
5. 【請求項５】 被被加熱対象物と熱風噴出口との間に位
   置し、かつフード内に整流孔を有する整流板を配置し、
   局部加熱ヒータの熱風が整流孔を介して被加熱対象物の
   表面全体に均一に噴出されるようにしてなる請求項１ま
   たは４に記載の被加熱対象物の選択的脱着方法。
6. 【請求項６】 複数個の予備加熱ヒータを並列配置し、
   該予備加熱ヒータ上にセットした基板との間に該基板上
   の被加熱対象物を十分に包囲する大きさのマスク開口を
   有するマスクを配置し、該マスク開口は基板に対する赤
   外線照射を選択してなる請求項１または２に記載の被加
   熱対象物の選択的脱着方法。
7. 【請求項７】 局部加熱ヒータと被加熱対象物を実装し
   た基板との間に被加熱対象物のみに赤外線を照射するマ
   スク開口を有するマスクを配置し、赤外線照射を局部的
   に集光せしめて行う請求項１または３に記載の被加熱対
   象物の選択的脱着方法。
8. 【請求項８】 予備加熱ヒータにより基板上に実装され
   た被加熱対象物を所定温度より若干低めの温度まで予熱
   し、次いで局部加熱ヒータで被加熱対象物を局部加熱す
   ることからなる請求項１〜７のいずれかに記載の被加熱
   対象物の選択的脱着方法。
9. 【請求項９】 予備加熱ヒータによる加熱温度は被加熱
   対象物のはんだ溶融温度より低くかつ局部加熱ヒータに
   よる加熱温度は基板の破壊温度より低い温度である請求
   項１〜８のいずれかに記載の被加熱対象物の選択的脱着
   方法。