KR20010039744A

KR20010039744A - 땜납 제거 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010039744A
Application number: KR1020000042134A
Authority: KR
Inventors: 미이쯔다께시; 가따야마가오루; 야마모또야스히로
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 2000-07-22
Publication date: 2001-05-15
Also published as: US6435401B1; KR100370521B1; JP2001036232A

Abstract

본 발명에 있어서 땜납 제거 장치는, 땜납이 부착된 부재를 가열하는 가열부와, 부재까지의 거리를 측정하는 측정부와, 부재상의 용융된 땜납을 흡인하는 땜납 흡인부와, 부재를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 XY 이동부와, 부재를 땜납 흡인부에 대하여 상대적으로 Z 방향으로 이동시키는 Z 이동부와, XY 이동부와 Z 이동부를 제어하는 제어부로 구성된다. 땜납 흡인부가 부재상의 용융된 땜납을 흡인하는 동안에 제어부는 XY 이동부에 부재를 이동시키고, 측정부에 의해서 측정된 거리를 기초로 하여 땜납 흡인부와 부재 사이의 거리가 일정하게 되도록 Z 이동부에 의해 부재를 땜납 흡인부에 대하여 상대적으로 이동시킨다.

Description

땜납 제거 장치 및 방법{AN APPARATUS AND A METHOD FOR REMOVING SOLDER FROM AN OBJECT}

본 발명은 땜납 제거 장치에 관한 것으로, 특히 수리 작업에 이용하기에 적합한 땜납 제거 장치에 관한 것이다.

최근, 전자 부품의 부가 가치가 높아지고 있다. 전자 부품에 불량이 발생했을 때, 그 모든 부품을 파기하는 것은 아니고, 불량 요인을 적절히 제거하거나, 불량 부품만의 교환을 행하는 수리 기술이 중요하다. 전자 부품의 수리 작업에 있어서는 납땜되어 있는 부품을 제거하는 경우가 많다. 그 경우, 부품상에 땜납이 잔류하기 때문에, 불필요해진 땜납을 레벨링하는 기술이 필요하게 된다.

예를 들면, BGA 타입의 LSI가 제거되는 경우, LSI에 부착된 땜납이 가열 용융되고, Cu판을 가압한다. 땜납은 Cu판에 전사하여 레벨링이 완료된다. 그 후, 신규 땜납 볼이 LSI에 공급된다.

또한, 고밀도 모듈에 관해서는, 모듈 전체가 상자형으로 형성되고, 그 내부가 기밀 밀봉되고, 모듈내로의 수분 및 이물의 침입이 방지된다. 모듈의 밀봉부에도 땜납이 이용되고 있다. 수리 작업시에는, 모듈의 밀봉부를 가열용융하여, 모듈을 개봉하지 않으면 안된다. 수리 작업이 완료된 후, 모듈은 재밀봉된다. 이 때, 새롭게 땜납이 모듈의 밀봉부에 공급되고, 밀봉 품질의 열화가 없도록 하고 있다. 이 때, 밀봉부에 적정한 땜납량을 공급하기 위해서는, 밀봉부에 남은 땜납을 미리 레벨링할 필요가 있다. 그러나, 일반적인 레벨링 기술에 있어서는, 솔더링과 땜납인두를 이용하거나 플럭스를 사용항 대기중에서 레벨링이 되고 있다.

그러나, Cu판을 압박하여 땜납을 레벨링하는 방법은, 베어칩과 같이 기판 표면에 전자 회로나 보호막이 형성되어 있는 부품에 손상을 줄 우려가 있다. 또한, BGA 타입의 LSI가 대형화되면, 가열에 의한 LSI의 휘어짐이 커지기 때문에, LSI에 균일하게 Cu판을 가압할 수 없게 된다.

또한, 솔더링과 땜납 인두를 이용하여 모듈의 밀봉부의 땜납을 레벨링하는 방법은 작업성이 나쁘고, 레벨링 품질이 작업자에 따라 달랐었다. 또한, 플럭스가 사용되기 때문에, 플럭스 잔사 세정 공정이 필요했다.

즉, 상술한 방법은 제거 대상 부재 또는 제거 대상 부분에 의해서 적절한 땜납 제거를 할 수 없기 때문에, 범용성이 낮다고 하는 문제가 있었다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 땜납 제거 장치의 전체 구성을 도시하는 측면도.

도2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 땜납 제거 장치에 의한 땜납 제거 작업의 각 공정을 도시하는 공정 흐름도.

도3은 땜납 제거 장치에 있어서의 스테이지의 XY 조정 공정의 설명을 위해 이용되는 도면.

도4는 땜납 제거 장치에 있어서의 스테이지의 XY 미세 조정 공정의 설명을 위해 이용되는 도면.

도5는 땜납 제거 장치에 있어서의 레이저 변위 측정의 공정의 설명을 위해 이용되는 도면.

도6은 레이저 변위 측정의 공정에서의 땜납 부착 부재의 기울기를 구하는 방법의 설명을 위해 이용되는 도면.

도7의 (a) 내지 (d)는 땜납 흡인 공정을 도시하는 도면.

도8은 땜납을 제거하는 대상인 냉각 재킷의 평면도.

도9는 도8의 A-A 단면도.

도10은 레이저 변위 측정의 공정의 설명을 위해 이용되는 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 챔버

20 : 스테이지

30 : 히터

32 : 제1 균등 가열 지그

34 : 제2 균등 가열 지그

40 : 땜납 부착 부재

42 : 기판

44 : 땜납

100 : 스테이지 제어부

110 : 온도 조절기

150 : 땜납 흡인 헤드

160 : 헤드 제어부

따라서, 본 발명은 제거 대상 부재 또는 제거 대상 부분에 구애되지 않는 범용성이 높은 땜납 제거 장치를 제공한다.

본 발명의 땜납 제거 장치는, 땜납이 부착된 부재를 가열하는 가열부와, 부재까지의 거리를 측정하는 측정부와, 부재상의 용융된 땜납을 흡인하는 땜납 흡인부와, 부재를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 XY 이동부와, 부재를 땜납 흡인부에 대하여 상대적으로 Z 방향으로 이동시키는 Z 이동부와, XY 이동부와 Z 이동부를 제어하는 제어부로 구성된다. 땜납 흡인부가 부재상의 용융된 땜납을 흡인하는 동안에, 제어부는 XY 이동부에 의해 부재를 이동시키고, 측정부에 의해서 측정된 거리를 기초로 하여 땜납 흡인부와 부재 사이의 거리가 일정하게 되도록 Z 이동부에 의해 부재를 땜납 흡인부에 대하여 상대적으로 이동시킨다.

땜납 제거 장치는, 땜납 흡인부와 부재 사이의 거리를 일정하게 유지하면서, 땜납 흡인부에 의해서 땜납을 흡인한다. 그 때문에, 부재 자체에 힘을 가하는 일이 없다. 또한, 부재에 요철 등이 있는 경우에도, 효과적으로 땜납을 제거할 수 있다.

땜납의 흡인을 행하기 위해서는, 땜납 부착 부재(40)에 부착한 복수의 땜납(44)의 위에 정확히 땜납 흡인 헤드(150)를 위치시킬 필요가 있다. 프로세스(P60)에 있어서는, 스테이지 제어부(100)는 XY 스테이지(22, 24)를 구동하여 땜납 부착 부재(40A)를 설치한 오목부(34A)의 우측상의 모서리의 위치[좌표; (X1, Y1)]가 CCD 카메라(130)의 시야 내에 들어가도록 스테이지(20)의 위치를 조정한다.

또, 제2 균등 가열 지그(34)는 제1 균등 가열 지그(32)의 오목부에 수납 고정되는 것이기 때문에, 제1 균등 가열 지그(32)와 제2 균등 가열 지그(34) 사이에는 다소의 간극이 있는 경우도 있다. 그 경우, 제2 균등 가열 지그(34)의 우측상의 모서리 위치[좌표; (X0, Y0)]는 변화하는 위치로 되는 경우도 있다. 그와 같은 경우에는, 스테이지 제어부(100)는 제1 균등 가열 지그(32)의 우측상의 모서리의 위치를 기준으로 한다. 그리고, 제1 땜납 부착 부재(40A)를 설치한 오목부(34A)의 우측상의 모서리의 위치가 CCD 카메라(130)의 시야 내에 들어가도록 스테이지(20)의 위치를 대강 조정한다.

프로세스(P70)에 있어서, 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 땜납 부착 부재(40A)의 위의 기준이 되는 포인트가 CCD 카메라(130)의 시야의 중심에 위치하도록 스테이지의 XY 미세 조정을 행한다. 이 기준이 되는 포인트로서 땜납 볼 중앙이나, 배선 패턴, 코너부 등의 불변의 위치가 이용된다.

여기서, 도4를 참조하여, 스테이지 제어부(100)에 의한 스테이지의 XY 미세 조정 공정에 관해서 설명한다.

도4는, 본 실시 형태에 의한 CCD 카메라(130)에 의해서 촬상된 땜납 부착 부재(40) 위의 땜납(44)의 상태를 부분적으로 확대하여 도시하고 있다.

CCD 카메라(130)에 의해서 촬상되고, 표시된 모니터 화면(130A)에는 X 방향의 기준선(BLx)과, Y 방향의 기준선(BLy)이 제공되어 있다. 기준선(BLx)과 기준선(BLy)의 교차점이 CCD 카메라(130) 시야의 중심이다.

도시된 상태에서는 땜납 부착 부재(40)의 기판(42)의 우측 상부 모서리가 시야 내에 있는 상태를 표시하고 있다.

스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 땜납 부착 부재(40)에 부착한 땜납(44) 중, 예를 들면, 기판의 각부 부근에 있는 땜납(44-22)이 CCD 카메라(130)의 시야의 중심에 위치하도록 스테이지의 XY 미세 조정을 행한다. 여기서, 기판의 코너부를 기준으로 하지 않는 이유는 코너부는 절결 등이 발생함으로써, 코너에서 땜납(44)까지의 거리가 불변이 아니기 때문이다. 땜납(44-22)을 CCD 카메라(130)의 시야의 중심에 위치를 부여하도록 스테이지를 미세 조정함으로써, 땜납(44-22)의 위치가, 예를 들면, 좌표(x2, y2)로서 요구된다. 그리고, 이 기준이 되는 땜납(44-22)으로부터 , 그 밖의 땜납까지의 상대 위치는 설계 데이터에서 구할 수 있다. 예를 들면, 땜납(44)은 X 방향으로 거리(Lx)를 두고 등간격으로 배치되고, 또 Y 방향으로 거리(LV)를 두고 등간격으로 배치되어 있다. 이 경우, 땜납(44-22)의 위치가 좌표(x2, y2)인 경우, 예를 들면 땜납(44-31)의 위치는 좌표(x2+Lx, y2-Ly)로서 구해지고, 땜납(44-13)의 위치는 좌표(x2-Lx, y2+Ly)로서 구해진다. 따라서, 복수의 땜납(44)의 위치가 판명되어, 후의 공정에서 땜납 흡인 헤드(150)의 밑으로 복수의 땜납(44)의 중심 위치를 정확히 위치시키는 것이 가능해진다.

다음에, 프로세스(P80)에 있어서, 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 프로세스(P70)의 XY 미세 조정에 의해서 요구된 땜납(44)이 정확한 위치를 기초로 하여, 땜납 부착 부재(40)를 레이저 변위계(140)의 아래까지 이동시킨다. 레이저 변위계(140)는 땜납 부착 부재(40)까지의 거리를 비접촉 방식으로써 측정한다.

여기서, 도5를 참조하여 레이저 변위계(140)에 의한 레이저 변위 측정의 공정에 관해서 설명한다.

땜납 부착 부재(40)가 베어칩 타입의 LSI인 경우, 히터(30)가 땜납 부착 부재(40)를 가열하면 반도체 기판은 휘지 않지만, 균등 가열 지그(34)가 열변형하여 휘는 경우가 있다. 도5에 도시한 바와 같이 균등 가열 지그(34)가 휘면, 그 위에 설치되어 있는 땜납 부착 부재(40)가 수평면에 대하여 각도(θ)만큼 기울어져 배치되게 된다.

레이저 변위계(140)는 땜납(44-1)의 근처 변의 기판(42)까지의 거리(H1)를 측정한다. 또한, 땜납 부착 부재(40)가 기울어져 있는 경우, 땜납(44-1)에 인접하는 땜납(44-2)까지의 거리(H2)는 거리(H1)와 다르게 된다. 여기서, 레이저 변위계(140)의 선단부와, 땜납 흡인 헤드(150)의 선단 사이의 거리를 H0라고 한다. 후술하는 프로세스(P90)의 땜납 흡인 공정에서는, 기판(42)과 땜납 흡인 헤드(150) 사이의 거리가 ΔH가 되도록, 스테이지 제어부(100)는 도1에 도시한 Z 스테이지(26)를 구동한다. 땜납 흡인 헤드(150)의 선단과 기판(42) 사이의 거리(ΔH)를 거의 일정하게 유지함으로써, 땜납 흡인 헤드(150)에 의해서 기판(42)상의 땜납(44)을 흡인한 후에, 기판(42)상에 잔존하는 땜납의 높이가 대략 일정하게 된다.

프로세스(P80)에 있어서, 레이저 변위계(140)는, 땜납 부착 부재(40)까지의 거리를 수점 측정한다. 스테이지 제어부(100)는 그 측정 결과를 받아 땜납 부착 부재(40)의 기울기를 구한다. 이것에 의해서, 프로세스(P90)에 있어서의 땜납 흡인 공정에서, 스테이지 제어부(100)는 기판(42)과 땜납 흡인 헤드(150) 사이의 거리(ΔH)를 일정하게 유지하도록, Z 스테이지(26)를 제어하도록 하고 있다.

도6을 참조하여, 레이저 변위 측정의 공정에서의 땜납 부착 부재(40)의 기울기를 구하는 방법에 관해서 설명한다.

땜납 부착 부재(40)의 기판(42)의 위에는 복수의 땜납(44)이 부착되어 있다. 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 위치(Pa, Pb, Pc)의 3점을 각각 레이저 변위계(140) 아래의 측정 위치에 위치시킨다. 레이저 변위계(140)는 위치(Pa, Pb, Pc)의 3점에서의 기판(42)과 레이저 변위계(140) 사이의 거리(Ha, Hb, Hc)를 측정한다. 땜납 부착 부재(40)의 무게 중심 위치를 (xO, y0)로 하고, 위치(Pa, Pb, Pc)를 각각 (xa, ya), (xb, yb) 및 (xc, yc) 라고 하면, 위치(Pa, Pb, Pc)의 중심 위치가 중심 위치에 일치하도록, 즉 x0=1/3(xa+xb+xc), y0=1/3(ya+yb+yc)이 되도록 위치(P1, P2, P3)는 선택되어 있다. 또, 위치(Pa, Pb, Pc)는 기판(42) 상에서 땜납(44)이 부착하지 않고 있는 위치가 되도록 선택되어 있다. 이것에 의해서, 스테이지 제어부(100)는 위치(Pa, Pb, Pc)의 3점에서의 기판(42)과 레이저 변위계(140) 사이의 거리(Ha, Hb, Hc)에서, 땜납 부착 부재(40)의 평면을 결정할 수 있고, 땜납 부착 부재(40)의 기울기(기울기 각과, 기울기 방향)를 알 수 있다.

예를 들면, 도5에 도시한 땜납 부착 부재(40)가 각도(θ)만큼 X 방향으로 기울어져 있는 경우(Y 방향으로는 기울어져 있지 않는 경우)이고, 레이저 변위계(140)와 기판(42) 사이의 거리가 H1일 때, 땜납(44-1)에 인접하는 땜납(44-2)의 부분에 있어서의 레이저 변위계(140)와 기판(42)의 사이의 거리(H2)는 H2=H1+Lx·sinθ로서 요구된다. 마찬가지로, 기판(42)의 위의 각각의 땜납(44)의 부착 위치에 있어서의 레이저 변위계(140)와 기판(42)의 거리가 요구된다.

또, 이상과 같이, 땜납 부착 부재(40)가 베어칩 타입의 LSI인 경우에 관해서 설명되어 있다. 땜납 부착 부재(40)가 대형 기판인 경우, 히터에 의해 땜납 부착 부재(40)를 가열하면, 땜납 부착 부재(40)인 대형 기판 자체가 열변형된다. 이 대형 기판 자체의 변형도 레이저 변위계(140)에 의해서 측정될 수 있다.

이와 같이, 스테이지 제어부(100)는 레이저 변위계를 이용하여 비접촉으로 가열에 의해서 생기는 기판의 변위(반도체 기판을 유지하는 균등 가열 지그의 휘어짐에 의해서 생기는 기판의 기울기나, 기판의 휘어짐)를 측정하고 있다.

프로세스(P90)에 있어서, 땜납 흡인 헤드(150)는 땜납 부착 부재(40)의 기판(42)상에 부착한 땜납(44)을 순차 흡인한다. 그 동안에, 스테이지 제어부(100)는 복수의 땜납(44)이 정렬된 방향에 따라서 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하는 동시에, 프로세스(P80)에서 측정된 땜납 부착 부재(40)의 기울기에 따라서, 기판(42)과 땜납 흡인 헤드(150) 사이의 거리가 ΔH가 되도록, 도1에 도시한 Z 스테이지(26)를 구동한다. 스테이지 제어부(100)가 땜납 흡인 헤드(150)의 선단과 기판(42) 사이의 거리로 H를 일정히 유지하도록 제어함으로써, 땜납 흡인 헤드(150)에 의해서 땜납(44)을 흡인한 후에 기판(42)상에 잔존하는 땜납의 높이는 대략 일정해진다.

도7의 (a) 내지 (d)를 참조하여, 땜납 흡인 헤드(150)에 의한 땜납 흡인 공정의 상세에 관해서 설명한다.

도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 땜납 흡인 헤드(150)의 선단부는 동축적으로 배치된 외부통(150A)과, 그 내측에 배치된 내부통(150B)으로 구성되어 있다. 외부통(150A)과 내부통(150B) 사이에서는 히터에 의해서 가열된 질소 가스(N)가 분출하고 있다. 또, 내부통(150B)의 내측은 부압에 의해서 화살표(M) 방향으로 흡인되어 있다.

한편, 기판(42)의 위에는 금속화층(43)이 형성되어 있고, 금속화층(43)의 위에 땜납(44)이 부착되어 있다. 금속화층(43)은 예를 들면 기판(42)의 위에 티탄(Ti), 니켈(Ni), 금(Au)을 순차 적층하여 형성되어 있다.

땜납(44)은 도1에 있어서 설명한 바와 같이 히터(30)에 의해서 가열되고 있다. 땜납(44)의 융점이 예를 들면 320℃인 경우, 히터(30)에 의한 가열(사전가열) 온도는 310℃이며, 히터(30)에 의한 가열만으로서는 땜납(44)은 용융하지 않는다. 따라서, 금속화층(43)이 땜납(44)중에 확산하는 것도 생기지 않는다. 한편, 땜납 흡인 헤드(150)로부터 땜납(44)에 대하여 내뿜어지는 고온 질소 가스(N)의 온도는 예를 들면, 450℃로 하고 있다. 히터(30)에 의해서 사전가열되어 있는 땜납(44)은, 고온 질소 가스를 땜납 흡인 헤드(150)로부터 내뿜어짐으로써 용융된다. 이 때, 땜납 흡인 헤드(150)와 기판(42) 사이의 거리가 ΔH(예를 들면, 100㎛)가 되도록, 스테이지 제어부(100)는 Z 스테이지(26)를 제어하고 있다.

도7의 (b)에 도시한 바와 같이, 용융된 땜납(44A)은 땜납 흡인 헤드(150)에 따라서 흡인된다.

도1에 있어서 설명한 바와 같이, 땜납 부착 부재(40)는 챔버(10)의 속에 유지되어 있다. 챔버(10)의 내부는 질소 가스를 도입하여 저산소 분위기(예를 들면, 산소 농도 10ppm 이하)로 되어 있다.

도7의 (c)에 도시한 바와 같이, 대부분의 땜납은 땜납 흡인 헤드(150)에 의해서 흡인되고, 일부가 땜납 부착 부재(40)상에 잔존한다.

저산소 분위기속에서 땜납이 흡인됨으로써, 땜납(44)의 흡인된 후의 형상이 안정된다. 그 결과, 도7의 (d)에 도시한 바와 같이 잔존하는 땜납(44C)의 량의 변동은 억제된다. 땜납(44C)의 잔존량은 적기 때문에, 땜납(44C)은 거의 평면형으로 금속화층(43)상에 전개하고, 그 높이(ΔH1)는 30㎛이하, 예를 들면 20㎛±10㎛로 된다. 이와 같이, 불필요해진 땜납의 흡인 제거 후에 잔존하는 땜납의 높이는 레벨링된다.

또, 도7의 (a) 내지 (d)에 도시한 예로서는, 땜납 흡착 헤드(150)의 선단부의 직경은 땜납(44)의 직경과 거의 동일하지만, 땜납(44)의 직경에 비해 땜납 흡착 헤드(150)의 선단부의 직경이 큰 경우에는, 땜납 흡착 헤드(150)는 한번에 복수의 땜납(44)을 흡인할 수 있다. 이러한 경우라도, 땜납 부착 부재(40)의 위에 잔존하는 땜납량의 변동은 억제된다.

땜납 부착 부재(40)상의 복수의 땜납의 제거가 종료하면, 프로세스(P100)가 행해진다. 프로세스(P100)에 있어서, 다음의 워크, 즉, 다음의 땜납 부착 부재(40)의 유무가 판정되고, 다음의 땜납 부착 부재(40)가 존재하는 경우에는, 프로세스(P60) 내지 프로세스(P90)의 공정이 반복된다. 다음의 땜납 부착 부재(40)가 존재하지 않는 경우에는 프로세스(P110)가 행해진다.

프로세스(P110)에 있어서, 땜납 부착 부재(40)의 온도가 땜납(44)의 융점보다도 충분히 낮게 될 때까지(예를 들면, 80℃까지) 냉각된 후, 도1에 도시한 진공 펌프(VP)가 정지하여, 밸브(B1)가 폐쇄되고 밸브(B3)가 개방되어, 대기가 챔버(10)의 내부에 도입된다.

이어서, 프로세스(P120)에 있어서, 제1 균등 가열 지그(32)에 설치되고 있는 제2 균등 가열 지그(34) 및 제2 균등 가열 지그(34)에 배치된 땜납 부착 부재(40)가 제1 균등 가열 지그(32)로부터 추출된다. 레벨링된 땜납 부착 부재(40)는 챔버(10)의 외부로 반출된다.

이어서, 도8 내지 도10을 참조하여, 땜납 부착 부재가 대형 기판의 경우에 있어서의 땜납 제거 장치에 의한 땜납 제거 작업의 각 공정에 관해서 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 대형 기판으로서 고밀도 모듈에 사용되는 냉각 재킷을 예로 들어 설명하지만, 대형 기판이 프린트 기판 등이라도 마찬가지이다.

최초에, 도8 및 도9를 참조하여 냉각 재킷의 구성에 관해서 설명한다.

도8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 땜납 부착 부재(40')는, 질화알루미늄(AlN)으로된 기판(냉각재킷 본체)(42')과, 그 표면에 부착한 두 가지의 땜납(44P, 44Q)으로 구성되어 있다. 기판(42')의 이면에는 도9에 도시한 바와 같이 방열 핀(42B)이 형성되어 있다. 기판(42')은 거의 정방형이며, 한쪽 변의 길이(L5)는, 예를 들면 150㎜이다.

땜납(44P)은 기판(42')에 여러개 설치되어 있다. 땜납(44P)은 고밀도 모듈 내에 밀봉되는 LSI 칩의 캡과 기판(42')을 고착하여, LSI에서의 발열을 냉각 재킷을 거쳐서 방열하기 위해 이용된다. 땜납(44P)의 크기는 고착되는 LSI의 크기에 의거한 것이다. 땜납(44P)은 기판(42')에 형성된 금속화층을 거쳐서, 기판(42')에 접합되어 있다.

땜납(44Q)은 고밀도 모듈의 외피를 구성하는 프레임과 냉각 재킷을 접합하여 고밀도 모듈을 밀봉하기 위해 이용된다. 따라서, 도시한 바와 같이 기판(42')의 외주측에 직사각형으로 형성되고 있다. 땜납(44Q)도 기판(42')에 형성된 금속화층을 거쳐서, 기판(42')에 고착되어 있다. 땜납(44P) 및 땜납(44Q)은, 동일한 융점을 가지는 것이며, 그 융점은, 예를 들면 180℃이다.

또, 도9에 도시된 바와 같이, 기판(42')은 그 중앙부가 돌출한 형상을 구비하고, 돌기부(42D)를 가지고 있다. 땜납(44P)은 돌기부(42D)의 위에 형성되고, 땜납(44Q)은 돌기부(42D)의 주위에 형성되어 있고, 땜납(44P)의 형성면과 땜납(44Q)의 형성면은 현격한 차이로 되어 있다.

땜납(44P)은, 예를 들면 Cu판을 누름으로써 제거될 수 있다. 그러나, 땜납(44Q)은 기판(42') 중의 돌기부의 주위에 형성되어 있기 때문에, 땜납(44Q)의 전체에 Cu판을 누를 수 없다. 그 때문에, 땜납(44Q)은 Cu판을 누르는 방법으로서는 효과적으로 제거되지 않는다.

또한, 냉각 재킷의 사이즈가 크기 때문에, 냉각 재킷 자신의 초기 휘어짐은 무시할 수 없을 정도로 크다. 냉각 재킷의 표면에는 요철의 방열핀이 형성되어 있고, 이면은 거의 평탄이다. 이와 같이 냉각 재킷의 형상이 표리에서 다르기 때문에, 가열되는 것에 의해 휘어짐이 발생한다. 잔존하는 땜납의 높이가 거의 일정하게 되도록, 뒤집힌 기판(42')상에 부착한 땜납(44Q)을 제거하는 것은 일반적으로 어렵다.

도2를 참조하여 땜납 제거 장치에 의해 냉각 재킷으로부터 땜납을 제거하는 공정에 관해서 설명한다.

도2에 도시한 각 프로세스(P10 내지 P120)의 내용은 기본적으로는 땜납 부착 부재가 베어칩 타입의 LSI인 경우의 프로세스와 마찬가지이다. 각 프로세스에 관해서 순서대로 설명한다.

프로세스(P10 내지 P40)는 전술한 것과 마찬가지이다.

프로세스(P50)에 있어서, 도1에 도시한 히터(30)가 땜납 부착 부재(40')를 가열한다. 히터(30)는 온도 조절기(110)에 의해서 그 가열 온도가 소정 온도가 되도록 제어된다. 땜납 부착 부재(40')가 냉각 재킷이며, 땜납(44P 및 44Q)의 융점이 180℃이기 때문에, 히터(30)는 땜납(44P 및 44Q)을 융점 이하의 온도, 예를 들면 170℃까지 사전 가열하고 있다.

프로세스(P60)에 있어서, 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 땜납 부착 부재(40)가 CCD 카메라(130)의 시야 내에 들어가도록 스테이지의 XY 조도를 조정을 한다. 냉각 재킷은 베어칩 타입의 LSI에 비해 크기 때문에, 균등 가열 지그(34)에 수납되는 냉각 재킷의 갯수는 하나이다. XY 조도 조정 공정에서, 스테이지 제어부(100)는 균등 가열 지그(34)의 우측 위의 모서리의 위치[좌표; (X0, Y0)]를 기준 위치로 한다. 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 균등 가열 지그(34)에 형성된 냉각 재킷을 수용하기 위한 오목부의 우측상의 모서리의 위치[좌표; (X1, Y1)]가 CCD 카메라(130)의 시야 내에 들어가도록 스테이지(20)의 위치를 조정한다.

프로세스(P70)에 있어서, 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 땜납 부착 부재(40')의 위의 기준이 되는 점, 예를 들면 도8에 도시한 우측상의 모서리의 위치[Pm; 좌표(xm, ym)]에 있는 땜납이 CCD 카메라(130)의 시야의 중심에 위치하도록 스테이지의 XY 미세 조정을 행한다.

프로세스(P80)에 있어서, 스테이지 제어부(100)는 X 스테이지(22) 및 Y 스테이지(24)를 구동하여 프로세스(P70)의 XY 미세 조정에 의해서 요구된 땜납(44Q)이 정확한 위치를 기초로 하여, 땜납 부착 부재(40')를 레이저 변위계(140)의 아래까지 이동한다. 레이저 변위계(140)는 땜납 부착 부재(40')까지의 거리를 비접촉 방식으로써 측정한다.

땜납 부착 부재가 베어칩 타입의 LSI인 경우는, 베어칩 타입의 LSI 자체는 변형하지 않지만, LSI를 유지하는 균등 가열 지그(34)가 변형된다. 그 때문에, LSI의 기울기가 수평 상태로부터 변화한다. 따라서, 스테이지 제어부(100)는 LSI의 기울기의 성상(기울기의 각도와 방향)을 측정하여 그 기울기에 따라서 Z 스테이지를 제어하도록 하고 있다.

한편, 땜납 부착 부재가 냉각 재킷의 경우, 기판 자체가 뒤집히게 된다.

이 경우, 스테이지 제어부(100)는 도6에 있어서 설명한 바와 같이 기판상의 3점의 높이를 구하고 기판의 기울기를 측정할 수 없다.

도10을 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 레이저 변위계(140)에 의한 레이저 변위 측정의 공정에 관해서 설명한다.

도10은 도8의 B-B 선 단면을 도시하고 있다. 여기서는, 설명을 간단히 하기 위해서 가열후의 기판(42')이 도8의 X축과 Z축을 포함하는 평면내에서 도10에 도시한 바와 같이 휘어있는 것으로 한다.

레이저 변위계(140)는 땜납(44Q)의 근처 변에 있어서 기판(42')까지의 거리(Hm)를 측정한다. 또, 스테이지 제어부(100)가 기판(42')을 X 방향으로 이동함으로써, 레이저 변위계(140)는 복수개소에서의 기판(42')까지의 거리(Hn, Ho, Hp, Hq)를 측정한다. 스테이지 제어부(100)는 그 측정 결과를 받는다. 또한, 측정점과 측정점 사이에 놓을 수 있는 레이저 변위계(140)로부터 기판(42')까지의 거리에 관해서는, 스테이지 제어부(100)가 각 측정치(Hm, Hn, Ho, Hp, Hq)를 이용하여 대강의 거리를 산출한다. 이에 따라, 스테이지 제어부(100)는 기판(42')의 휘어짐을 측정할 수 있다.

프로세스(P90)에 있어서, 땜납 흡인 헤드(150)는 땜납 부착 부재(40')의 기판(42') 상에 부착한 땜납(44Q)을 흡인한다. 이 사이, 스테이지 제어부(100)는 땜납(44Q)이 연장하는 방향에 따라서, X 스테이지(22)나 Y 스테이지(24)를 구동하는 동시에, 프로세스(P80)에 있어서 측정된 땜납 부착 부재(40')의 휘어짐에 따라서, 기판(42')과 땜납 흡인 헤드(150)의 사이의 거리가 ΔH가 되도록, 도1에 도시한 Z 스테이지(26)를 구동한다. 스테이지 제어부(100)가 땜납 흡인 헤드(150)의 선단과 기판(42') 사이의 거리(ΔH)를 일정하게 유지하도록 제어함으로써, 땜납 흡인 헤드(150)에 의해서 땜납(44Q)을 흡인한 후에 기판(42')상에 잔존하는 땜납의 높이는 대략 일정해진다.

땜납 부착 부재(40')위의 땜납의 제거가 종료하면, 프로세스(P100)가 실행되고, 다음의 워크, 즉 다음의 땜납 부착 부재(40')의 유무가 판정된다. 이 경우, 다음의 땜납 부착 부재(40')가 존재하지 않기 때문에, 프로세스(P110)가 행해진다.

프로세스(P110)에 있어서, 땜납 부착 부재(40')의 온도가 땜납(44P 및 44Q)의 융점보다도 충분히 낮은 온도(예를 들면, 80℃)까지 저하한 후, 도1에 도시한 진공 펌프(VP)가 정지하여, 밸브(B1)가 폐쇄되고, 밸브(B3)가 개방되어 대기가 챔버(10)의 내부에 도입된다.

이어서, 프로세스(P120)에 있어서, 제1 균등 가열 지그(32)에 배치되어 있는 제2 균등 가열 지그(34) 및 제2 균등 가열 지그(34)에 배치된 땜납 부착 부재(40')가 제1 균등 가열 지그(32)로부터 추출된다. 레벨링된 땜납 부착 부재(40')는 챔버(10)의 외부로 반출된다.

이상의 설명에서는, 스테이지 제어부(100)는 땜납 흡인 헤드(150)와 땜납 부착 부재(40, 40')의 기판(42, 42')의 사이의 거리가 일정하게 되도록 Z 스테이지(26)를 구동하여, 균등 가열 지그(34)의 휘어짐에 의한 땜납 부착 부재(40)의 기울기나, 땜납 부착 부재(40')의 휘어짐을 보정하도록 하고 있다. 그러나, 땜납 흡인 헤드(150)가 Z 방향으로 상하 이동하더라도 좋다. 이 때, Z 방향의 이동 정밀도를 높이기 위해서, 땜납 흡인 헤드(150)를 지지하는 지지 부재의 강성을 높이는 필요가 있다. 한편, Z 스테이지(26)를 상하시키는 경우에는 이러한 강성의 문제는 없다. 또한, 땜납 흡인 헤드(150)의 주위에, 땜납 흡인 헤드(150)를 상하 이동하는 기구를 배치하는 스페이스가 없는 경우 등에는, Z 스테이지(26)를 상하로 하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 땜납 부착 부재에 부착한 땜납을 히터(30)가 땜납의 융점 이하의 온도까지 사전가열하고, 또 땜납 흡인 헤드(150)로부터 내뿜는 고온 가스(N)가 땜납을 용융하도록 하고 있다. 그러나, 히트(30)가 땜납의 용융 온도 이상으로 가열하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 땜납 제거 장치는 베어칩 타입의 LSI에 부착한 땜납과, 단이 붙은 냉각 재킷에 부착한 땜납 등을 용이하게 제거할 수 있기 때문에 땜납 제거 장치의 범용성을 향상할 수 있다.

또한, 스테이지 제어부는 땜납 부착 부재의 기울기나 휘어짐을 측정하여, 이 기울기나 휘어짐에 맞춰 땜납 흡인 헤드와 땜납 부착 부재의 기판 사이의 거리가 일정하게 되도록 제어하고 있다. 이 때문에, 땜납 부착 부재로부터 불필요한 땜납을 제거한 후에 땜납 부착 부재에 잔존하는 땜납의 높이가 대략 일정해 진다.

또한, 땜납 제거 장치는 Z 스테이지를 구비하여, 이것을 상하 이동시켜 땜납 흡인 헤드와 땜납 부착 부재의 기판의 사이의 거리가 일정하게 되도록 제어하고 있다. 따라서, Z 방향의 이동 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 땜납 부착 부재에 부착한 땜납은 균등 가열 지그를 거쳐서 히터에 의해, 땜납의 융점 이하의 온도까지 사전가열되고, 땜납 흡인시에 땜납 흡인 헤드로부터 내뿜는 고온 가스에 의해 용융된다. 그 때문에, 기판에 형성된 금속화층이 땜납중에 확산하는 것을 방지할 수 있고, 기판의 땜납에 대한 습성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 수리 작업이 용이하게 행할 수 있다.

또한, 땜납의 용융 및 제거는 저산소 농도의 불활성 가스 분위기속에서 행해진다. 그 때문에, 땜납 용융시의 땜납의 산화가 방지된다. 이 때문에, 땜납의 표면 장력의 증가가 억제되고, 땜납이 흡인될 때의 땜납의 형상이 안정된다. 따라서, 땜납 부착 부재에 잔존하는 땜납량이 균일하게 되고, 땜납의 레벨링 정밀도가 향상한다.

대기속에서 땜납이 용융되는 경우에는, 땜납 표면의 산화물 형성을 방지하기 위해서 플럭스 등이 이용된다. 그러나, 플럭스가 사용된 경우에는, 땜납을 제거하는 작업이 종료한 후, 플럭스를 세정하는 작업이 필요해진다.

본 실시 형태의 땜납 제거 장치는 상술한 바와 같이 저산소 농도의 불활성 가스 분위기속에서 땜납의 용융을 하고 있으므로, 플럭스는 필요하지 않게 된다. 따라서, 플럭스의 세정 작업은 불필요하며, 땜납 제거 작업에 요하는 시간이 단축된다. 또한, 땜납 부착 부재가 베어칩 타입의 LSI 인 경우, 플럭스의 세정 작업이 행하여지면, 베어칩의 깨짐 등이 발생할 우려가 있다. 그러나, 본 실시 형태의 땜납 제거 장치를 이용하면, 플럭스의 세정 작업은 불필요하기 때문에, 베어칩의 깨짐 등이 생기는 일도 없다. 또, 플럭스가 사용되면, 고온이 되는 챔버 내에 플럭스가 비산하여 챔버의 내벽면에 부착하기 때문에, 챔버의 세정 등의 정기적인 보수가 필요하게 되지만, 본 실시 형태의 땜납 제거 장치에 대하여는, 그와 같은 보수도 불필요하다.

Claims

부재에 부착한 땜납을 제거하는 땜납 제거 장치에 있어서,

땜납이 부착된 부재를 가열하는 가열부와,

상기 부재까지의 거리를 측정하는 측정부와,

상기 부재 상의 용융된 땜납을 흡인하는 땜납 흡인부와,

상기 부재를 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 XY 이동부와,

상기 부재를 상기 땜납 흡인부에 대하여 상대적으로 Z 방향으로 이동시키는 Z 이동부와,

상기 XY 이동부와 상기 Z 이동부를 제어하는 제어부를 포함하며;

상기 땜납 흡인부가 부재상의 용융된 땜납을 흡인하는 동안에, 상기 제어부는 상기 XY 이동부에 부재를 이동시키고, 상기 측정부에 의해서 측정된 거리를 기초로 하여, 상기 땜납 흡인부와 부재 사이의 거리가 일정하게 되도록 상기 Z 이동부에 의해 부재를 상기 땜납 흡인부에 대하여 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제1항에 있어서, 적어도 상기 가열부, 상기 땜납 흡인부, 상기 XY 이동부 및 상기 Z 이동부가 수용되는 챔버를 포함하며, 상기 챔버는 내부의 기체를 배기하기 위한 배기부와, 내부에 가스를 도입하기 위한 가스 도입부를 포함하며,

상기 챔버 내부의 분위기의 산소 농도가 적어도 대기의 산소 농도보다도 낮은 값으로 조정되고, 그 분위기에 있어서 상기 가열부에 의한 가열과 상기 땜납 흡인부에 의한 용융된 땜납의 흡인이 행해지는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 가열부는 부재에 부착한 땜납의 융점 이하의 온도까지 부재를 가열하고,

상기 땜납 흡인부는 고온 가스를 땜납에 내뿜어 용융시키는 땜납 용융부를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 Z 이동부는 상기 부재를 Z 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 측정부는 상기 부재에 대하여 레이저광을 조사하고, 부재에 의해서 반사된 레이저광을 수광함으로써, 부재의 2 이상의 개소와 상기 측정부 사이의 거리를 측정하고;

상기 제어부는 부재의 2이상의 개소와 상기 측정부 사이의 측정된 거리로부터 부재의 변위를 구하거나, 구한 변위에 따라서 상기 땜납 흡인부와 부재 사이의 거리가 일정하게 되도록 상기 Z 이동부의 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제1항에 있어서, 상기 부재는 오목부가 형성된 균등 가열 지그의 그 오목부 내에 수용되고, 상기 가열부에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
부재에 부착된 땜납을 제거하는 방법에 있어서,

땜납이 부착된 부재를 적어도 대기의 산소 농도보다도 낮은 산소 농도를 갖는 분위기내에 수용하는 단계와,

부재의 위치를 조정하는 단계와,

부재의 변위를 측정하는 단계와,

부재를 가열하는 단계와,

부재를 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시킴과 동시에, 부재로부터 일정한 거리만큼 떨어진 위치로부터 용융된 땜납을 흡인하는 단계와,

부재의 변위에 따라서, 땜납을 흡인하는 위치와 부재 사이의 거리를 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 땜납 제거 방법.
제7항에 있어서, 상기 부재를 가열하는 단계는 땜납의 융점 이하의 온도까지 부재를 가열하는 단계를 포함하며,

상기 땜납을 흡인하는 단계는 땜납에 고온 가스를 분무하여 땜납을 용융시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 방법.
제7항에 있어서, 상기 부재의 변위를 측정하는 단계는 부재중의 2이상의 개소까지의 거리를 측정하는 단계와, 측정된 거리로부터 부재의 변위를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 방법.
제7항에 있어서, 상기 거리를 유지하는 단계는 부재의 변위에 따라서 부재의 Z 방향으로의 이동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 방법.
제7항에 있어서, 상기 부재의 위치를 조정하는 단계는 부재를 촬상하는 단계와, 부재중의 기준이 되는 포인트를 촬상되는 부분의 중심에 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 방법.
부재에 부착한 땜납을 제거하는 장치에 있어서,

땜납이 부착된 부재를 수용하는 수단으로서, 상기 수용 수단의 내부는 적어도 대기의 산소 농도보다도 낮은 산소 농도를 갖는 분위기로 제어되는, 상기 수용 수단과,

상기 부재의 위치를 조정하는 수단과,

상기 부재의 변위를 측정하는 수단과,

상기 부재를 가열하는 수단과,

상기 부재를 X 방향 또는 Y 방향으로 이동시키는 수단과,

상기 부재로부터 일정한 거리만 떨어진 위치로부터 용융된 땜납을 흡인하는 수단과,

상기 부재의 변위에 따라서 흡인 수단과 부재 사이의 거리를 일정히 유지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제12항에 있어서,

상기 가열 수단은 땜납의 융점 이하의 온도까지 부재를 가열하고,

상기 땜납을 흡인하는 수단은 땜납에 고온 가스를 분무하여 땜납을 용융시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제12항에 있어서, 상기 부재의 변위를 측정하는 수단은 부재중의 2이상의 개소까지의 거리를 측정하는 수단과, 측정된 거리로부터 부재의 변위를 구하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제12항에 있어서, 상기 거리를 일정히 유지하는 수단은 부재의 변위에 따라서 부재의 Z 방향으로의 이동을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.
제12항에 있어서, 상기 부재의 위치를 조정하는 수단이 부재를 촬상하는 수단과, 부재중의 기준으로 되는 포인트를 촬상 수단의 시야의 중심에 위치시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 땜납 제거 장치.