KR102591652B1 - 반도체 칩 분리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈을 수용하기 위한 용기, 용기에 수용되어 솔더볼을 용해하는 분리 화학 용액, 용기에 수용되고, 반도체 모듈을 수용하여 반도체 모듈이 분리 화학 용액과 혼합되도록 하는 배럴; 및 배럴을 회전하는 구동부를 포함하여 구성되어, 반도체 칩의 열적 불량을 방지할 수 있고 공정이 비교적 단순하여 공정 단가를 절감 할 수 있다.
Description
본 문서는 반도체 칩 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리장치에 관련된다.
일반적으로 반도체 모듈은 PCB(Printed Circuit Board) 상에 DRAM, DDR, SSD(Solid State Drive) 등 메모리 반도체 소자 또는 LED, CPU, SoC 등 비메모리 반도체 소자를 포함하는 반도체 칩를 포함하여 캐패시터, 인덕터, 저항 등 능동 및 수동 소자를 SMT(Surface Mounting Technology) 공정을 통해 실장 내지 부착한다. 반도체 모듈은 스마트폰, TV, 게임기, 서버 등 각종 전자기기에 탑재된다.
도 1은 일반적인 반도체 모듈을 설명하는 측면도이다. 도시된 바와 같이, 반도체 모듈(100)은 PCB(20)상에 복수개의 반도체 칩(10)을 포함하여 저항(R), 인덕터(L), 케패시터(C)가 실장되어 있다. 반도체 칩은 SMT 방식에 의해 솔더볼(Solder ball)로 PCB에 실장되고 고정되어 있다.
그런데 반도체 모듈에 있어서 PCB, 캐패시터, 인덕터, 또는 저항에 결함이 발생하게 되면 고가의 반도체 칩을 PCB에서 분리하여 재활용할 필요가 있게 되는데 이러한 분리 공정은 현재 Hot plate, 히터건, 히터챔버, 히터블록와 같은 열발생 장치를 이용하여 250℃ - 260℃ 이상의 고온의 에너지를 PCB에 직접 가하여 반도체 칩의 솔더볼을 용융시켜 PCB와 반도체 칩을 분리하는 방식을 적용하고 있다.
이와 같은 종래의 고온 열에너지 적용 방식은 몇가지 문제점이 초래될 수 있다. 즉, 메모리 칩은 200℃ 이상의 온도에 노출이 되면 메모리 반도체의 신뢰성(Reliability) 문제로 메모리 칩에 열에너지가 가해진 후 일정시간이 흐른 뒤 발생되는 불량의 유형으로 보존성(Retention), 내구성(Endurance)을 감소시키고, 교란성(Disturbance), 간섭성(Interference)을 증가시키는 등의 신뢰성 문제를 야기 시키게 된다. 반도체는 열과 습기에 취약하며 특히, 집적도가 높은 메모리 반도체 소자들의 경우, 종래의 PCB와 메모리 칩 분리를 위해 고온의 열에너지를 적용하는 경우 열화특성으로 인해 메모리 반도체의 신뢰성 문제점들이 발생하게 된다. 더군다나 높은 집적도를 가지는 메모리 칩의 경우 반도체의 회로 선폭이 좁아지고 용량이 커질수록, 교란성 및 간섭성 관련 신뢰성 불량이 많이 발생되며 특히, 높은 전압을 사용해 프로그램을 동작(데이터를 저장)시킬 경우 불량은 가속누적 될 수 있다. 따라서 고온의 열에너지를 가하지 않고 반도체 칩을 PCB로부터 분리하는 방식이 연구되고 있다.
이와 같은 종래의 고온 열에너지 적용 방식의 문제점을 해결하기 위하여 한국특허공보(등록공보번호: 10-1681027, “반도체 칩 분리 방법”)는 상온에서 '초음파'를 이용하여 분리하는 방식을 제시하고 있으나, 주석, 은, 구리, 납 등의 성분으로 혼합되어 반도체 칩을 PCB에 견고하게 고정하고 있는 솔더 볼에 물리적인 충격을 가하여 분리하기에는 운동 에너지가 낮다는 문제가 있다.
본 발명은 반도체 칩 분리장치에 관한 것으로서, 종래의 열에너지 인가 방식을 적용하지 않고 케미컬 솔루션(Chemical Solution)을 적용하여 반도체 칩을 PCB에서 분리하여 열에 의한 반도체 칩의 품질 저하는 방지하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 일 양상에 따라, 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리장치는,
반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈을 수용하기 위한 용기,
용기에 수용되어 솔더볼을 용해하는 분리 화학 용액,
용기에 수용되고, 반도체 모듈을 수용하여 반도체 모듈이 분리 화학 용액과 혼합되도록 하는 배럴 및
배럴을 회전하는 구동부를 포함하여 반도체 칩의 품질을 유지하면서 반도체 칩을 PCB로부터 분리할 수 있다.
본 발명은 종래의 열에너지 인가 방식을 적용하지 않고 케미컬 솔루션(Chemical Solution)을 적용함으로 인해 반도체 칩의 열적 불량을 방지할 수 있고 공정이 비교적 단순하여 공정 단가를 절감 할 수 있다. 또한, 주석 성분을 포함하여 구성된 솔더볼만 선별적으로 식각 내지 용융시켜 반도체 칩을 PCB로부터 분리하므로 반도체 칩에 물리적인 손상(Damage)을 최소화할 수 있다.
또한, 반도체 칩의 Data Retention Time(=tREF)이나 Write Recovery Time(=tWR) 등 동작 특성이 저하되지 않는다.
또한, 케미컬 솔루션에 대한 별도의 온도 조절 없이 일반적인 Room temperature 환경에서도 적용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 일반적인 반도체 모듈을 설명하는 측면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리장치를 설명하는 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리장치를 설명하는 측면도이다.
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리장치를 설명하는 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리장치를 설명하는 측면도이다.
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한 전술한, 그리고 추가적인 발명의 양상들은 후술하는 실시예들을 통해 명백해질 것이다. 본 명세서에서 선택적으로 기재된 양상이나 선택적으로 기재된 실시예의 구성들은 비록 도면에서 단일의 통합된 구성으로 도시되었다 하더라도 달리 기재가 없는 한 당업자에게 기술적으로 모순인 것이 명백하지 않다면 상호간에 자유롭게 조합될 수 있는 것으로 이해된다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리장치를 설명하는 측면도이다. 도시된 바와 같이, 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리장치는, 용기(200), 분리 화학 용액(300), 배럴(400), 구동부(500)를 포함할 수 있다. 반도체 칩이 PCB로부터 분리되 것과 그렇지 않은 것이 혼재되어 도시되어 있다.
용기(200)는 반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈을 수용할 수 있다. 용기(200)는 비교적 내구성이 높은 금속 성분으로 이루어져 있을 수 있다. 용기(200)는 전원에 의해 내용물의 온도를 가열하거나 냉각시킬 수 있다.
솔더볼은 주석(Sn)을 주성분으로 하여 은(Ag), 구리(CU), 납(Pb), 니켈(Ni) 등이 첨가되어 이루어 질 수 있다. 솔더볼은 직경 1mm 이하의 크기를 가질 수 있다.
분리 화학 용액(300)은 용기에 수용되어 솔더볼을 용해할 수 있다. 일 실시예에 따라, 분리 화학 용액(300)은 메탄 술포산(Methanesulfonic acid, CH₃SO₃H) 및 탈이온수(Deionized Water, DI Water)가 저온 상태에서 중합되어 형성될 수 있다. 메탄 술포산은 35~45%의 중량비를 가지고, 탈이온수는 50~60%의 중량비를 가지는 것이 바람직하다. 분리 화학 용액(300)은 이와 같이 주석(Sn) 성분 위주로 선별적으로 용융시키는 일종의 식각액(Selective Sn Etchant)로서의 기능을 수행할 수 있고 20℃ ~ 30℃ 정도의 온도에서 적용될 수 있으며 바람직하게는 25℃이다. 이러한 적용 상온은 용기의 구동에 의해 달성될 수 있지만 25℃ 정도는 일반적으로 Room Temperature이므로 별도의 온도 구동 없이도 도달될 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에 따라, 첨가제가 더 추가될 수 있다. 첨가제는 질산, FeCl3, NaCl, 과산화수소 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.
이와 같은 성분과 중량비를 가지는 분리 화학 용액(300)은 주석(Sn)을 용융시키는데 탁월한 효과를 가지며, 상기 중량비의 범위를 벗어나면, 탈거 효과가 낮아지는 것으로 조사되었다.
배럴(400)은 용기에 수용되고, 반도체 모듈(100)을 수용하여 반도체 모듈이 분리 화학 용액(300)과 혼합되도록 할 수 있다. 이를 통해 반도체 칩의 솔더볼이 분리 화학 용액(300)에 직접 노출(Exposure)되어 용이하게 용융될 수 있다. 배럴(400)은 개구부가 마련이 되어 용기 내의 분리 화학 용액(300)은 배럴 내로 유입이 가능하다. 반면에 배럴 내의 반도체 모듈은 배럴 외부로 이탈되지 않도록 구조화되어 있는 것이 바람직하다. 개구부의 면적은 반도체 칩의 면적 보다 작은 것이 바람직하다. 이로 인해, PCB에서 분리된 반도체 칩이 계속 배럴 내에 머물러 있어 반도체 칩만 선별적으로 수거하는 데에 유리하다. 배럴(400)은 도시된 바와 같이 다각형인 것이 반도체 모듈에 충격을 가할 수 있어 반도체 칩의 탈거에 유리하나 형상에 제한은 없다. 구동부(500)는 배럴을 회전할 수 있다. 구동부(500)는 스텝 모터일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리방법을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리방법은, 용기에 솔더볼을 용해하는 분리 화학 용액이 채워지는 단계(S100), 반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈이 배럴에 수용되고 분리 화학 용액에 침적되는 단계(S200); 및 배럴을 회전하는 구동부가 구동되어 교반되는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 침적 및 교반은 수십분 동안 수행될 수 있다. 또한 더 나아가 PCB에서 분리된 반도체 칩이 분류되는 단계(S400) 및 분류된 반도체 칩이 세정되는 단계(S500), 수분 제거를 위한 건조 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리장치를 설명하는 측면도이다. 도시된 바와 같이, 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리장치는, 용기(200), 분리 화학 용액(300), 구동부(500), 트레이(600)를 포함할 수 있다. 반도체 칩이 PCB로부터 분리되 것과 그렇지 않은 것이 혼재되어 도시되어 있다.
용기(200)는 반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈을 수용할 수 있다. 용기(200)는 비교적 내구성이 높은 금속 성분으로 이루어져 있을 수 있다. 용기(200)는 전원에 의해 내용물의 온도를 가열하거나 냉각시킬 수 있다.
용기(200)는 반도체 모듈(100)을 수용하여 반도체 모듈이 분리 화학 용액(300)과 혼합되도록 할 수 있다. 이를 통해 반도체 칩의 솔더볼이 분리 화학 용액(300)에 에 직접 노출(Exposure)되어 용이하게 용융될 수 있다.
솔더볼은 주석(Sn)을 주성분으로 하여 은(Ag), 구리(CU), 납(Pb), 니켈(Ni) 등이 첨가되어 이루어 질 수 있다. 솔더볼은 직경 1mm 이하의 크기를 가질 수 있다.
분리 화학 용액(300)은 용기에 수용되어 솔더볼을 용해할 수 있다. 일 실시예에 따라, 분리 화학 용액(300)은 메탄 술포산(Methanesulfonic acid, CH₃SO₃H) 및 탈이온수(Deionized Water, DI Water)가 저온 상태에서 중합되어 형성될 수 있다. 메탄 술포산은 35~45%의 중량비를 가지고, 탈이온수는 50~60%의 중량비를 가지는 것이 바람직하다. 분리 화학 용액(300)은 이와 같이 주석(Sn) 성분 위주로 선별적으로 용융시키는 일종의 식각액(Selective Sn Etchant)로서의 기능을 수행할 수 있고 20℃ ~ 30℃ 정도의 온도에서 적용될 수 있으며 바람직하게는 25℃이다. 이러한 적용 온도는 용기의 구동에 의해 달성될 수 있지만, 25℃ 정도는 일반적으로 Room Temperature이므로 별도의 온도 구동 없이도 도달될 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에 따라, 첨가제가 더 추가될 수 있다. 첨가제는 계면 활성제로 이루어져 있을 수 있다. 이와 같은 성분과 중량비를 가지는 분리 화학 용액(300)은 주석(Sn)을 용융시키는데 탁월한 효과를 가지며, 상기 중량비의 범위를 벗어나면, 탈거 효과가 낮아지는 것으로 조사되었다.
일 실시예에 따라, 첨가제가 더 추가될 수 있다. 첨가제는 질산, Fecl3, Nacl, 과산화수소 중 적어도 어느 하나가 포함될 수 있다.
트레이(600)는 용기 하부에 구비되어 용기를 지지할 수 있다. 구동부(400)는 트레이 하부에 구비되어 트레이를 진동할 수 있다. 진동으로 인해 용기 내의 분리 화학 용액에서 소용돌이(Vortex)가 발생될 수 있다. 이로 인해 교반이 효율적으로 이루어 질 수 있다.
교반하는 방식은 상기의 도 2 및 도 4의 방식 이외에도 다양한 방식이 적용될 수 있다.
도 5는 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 칩 분리방법을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리방법에 있어서, 용기에 솔더볼을 용해하는 분리 화학 용액이 채워지는 단계(S100), 반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈이 용기에 수용되고 분리 화학 용액에 침적되는 단계(S200) 및 용기를 진동 또는 회전하는 구동부가 구동되어 교반되는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 침적 및 교반은 수십분 동안 수행될 수 있다. 또한 더 나아가 PCB에서 분리된 반도체 칩이 분류되는 단계(S400) 및 분류된 반도체 칩이 세정되는 단계(S500), 수분 제거를 위한 건조 단계(S600)를 더 포함할 수 있다
1 : 솔더볼
10 : 반도체 칩
20 : PCB
100 : 반도체 모듈
200 : 용기
300 : 분리 화학 용액
400 : 배럴
500 : 구동부
600 : 트레이
10 : 반도체 칩
20 : PCB
100 : 반도체 모듈
200 : 용기
300 : 분리 화학 용액
400 : 배럴
500 : 구동부
600 : 트레이
Claims (10)
- 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리장치에 있어서,
반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈을 수용하기 위한 용기;
용기에 수용되어 솔더볼을 용해하는 분리 화학 용액;
용기에 수용되고, 반도체 모듈을 수용하여 반도체 모듈이 분리 화학 용액과 혼합되도록 하는 배럴; 및
배럴을 회전하는 구동부;를 포함하고,
분리 화학 용액은,
메탄 술포산 및 탈이온수가 각각 35~45%의 중량비 및 50~60%의 중량비가 포함되어 중합되고, FeCl3가 첨가되고,
배럴은,
다각의 형상 및 폐쇄된 구조를 가지고, 구동부에 의해 상하 교번 방식으로 회전되는 반도체 칩 분리장치. - 주석(Sn)을 포함하는 솔더볼을 가지는 반도체 칩을 PCB에서 분리하는 반도체 칩 분리방법에 있어서,
용기에 솔더볼을 용해하는 분리 화학 용액이 채워지는 단계(S100);
반도체 칩이 솔더볼에 의해 PCB에 부착된 반도체 모듈이 배럴에 수용되고 분리 화학 용액에 침적되는 단계(S200); 및
배럴을 회전하는 구동부가 구동되어 교반되는 단계(S300);를 포함하고,
분리 화학 용액은,
메탄 술포산 및 탈이온수가 각각 35~45%의 중량비 및 50~60%의 중량비가 포함되어 중합되고, FeCl3가 첨가되고,
배럴은,
다각의 형상 및 폐쇄된 구조를 가지고, 구동부에 의해 상하 교번 방식으로 회전되는 반도체 칩 분리방법. - 제2항에 있어서,
PCB에서 분리된 반도체 칩이 분류되는 단계(S400); 및
분류된 반도체 칩이 세정되는 단계(S500);
를 더 포함하는 반도체 칩 분리방법. - 삭제
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Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210095919A KR102591652B1 (ko) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 반도체 칩 분리장치 및 방법 |
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Publications (2)
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|---|---|
| KR20230014502A KR20230014502A (ko) | 2023-01-30 |
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| KR1020210095919A KR102591652B1 (ko) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 반도체 칩 분리장치 및 방법 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102591652B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000156562A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Sony Corp | 処理装置及び方法 |
| JP2016514362A (ja) * | 2013-02-07 | 2016-05-19 | グリーン リヨン グループ, インコーポレーテッドGreene Lyon Group, Inc. | 液体熱媒体を使用してのプリント配線基板からの電子チップおよびその他の構成部品の除去 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| SG10201502960YA (en) * | 2010-04-15 | 2015-06-29 | Entegris Inc | Method for recycling of obsolete printed circuit boards |
-
2021
- 2021-07-21 KR KR1020210095919A patent/KR102591652B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000156562A (ja) * | 1998-11-19 | 2000-06-06 | Sony Corp | 処理装置及び方法 |
| JP2016514362A (ja) * | 2013-02-07 | 2016-05-19 | グリーン リヨン グループ, インコーポレーテッドGreene Lyon Group, Inc. | 液体熱媒体を使用してのプリント配線基板からの電子チップおよびその他の構成部品の除去 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230014502A (ko) | 2023-01-30 |
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