KR20210123502A - 솔더 제거용 칩 리워크 장치 및 기판 상 솔더 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판에 배치된 칩 접합용 솔더 상에 흡수부재를 배치하는 흡수부재 제공부, 및 흡수부재 및 칩 접합용 솔더를 가열하여 칩 접합용 솔더를 용융시키는 에너지 소스를 포함하며, 에너지 소스에 의해 용융된 칩 접합용 솔더는 흡수부재에 흡수되어 기판 상에 잔류하는 칩 접합용 솔더를 용이하고 깨끗하게 제거할 수 있다.

Description

솔더 제거용 칩 리워크 장치 및 기판 상 솔더 제거 방법{THE CHIP-REWORK APPARATUS FOR SOLDER REMOVAL AND THE REMOVAL METHOD FOR SOLDER ON A SUBSTRATE}
본 발명은 솔더 제거용 칩 리워크 장치 및 기판 상 솔더 제거 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 잔류하는 솔더를 용이하고, 깨끗하게 제거할 수 있는 솔더 제거용 칩 리워크 장치 및 기판 상 솔더 제거 방법에 관한 것이다.
전자소자 및 반도체 제품의 원활한 동작을 위해서는 전자소자 등의 내부 칩이 외부 기판의 회로 단자와 전기적으로 연결되어야 한다. 여기서, 전자소자를 기판에 전기적으로 연결 및 고정하는 것을 본딩 또는 솔더링이라고 한다. 본딩 또는 솔더링의 경우, 전자소자의 소형화 등으로 미세한 금속선을 이용하여 접합된다.
한편, 전자소자가 불량인 경우, 전자소자를 기판으로부터 떼어내고 정상 전자소자를 기판에 재접합시킨다. 이를 리워크(REWORK)이라고 한다. 전자소자는 솔더를 통해 기판에 접합된다. 이때, 불량인 전자소자가 기판으로부터 떼어내지면, 솔더는 기판 상에 잔류하게 된다. 전자기기의 발달에 따라 미세하고 수많은 전자소자들이 기판 상에 배치되기 때문에, 이러한 기판 상 잔류 솔더만을 제거하는 것이 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시 예는, 칩 제거 후 기판 상에 잔류하는 솔더를 용이하고 깨끗하게 제거할 수 있는 솔더 제거용 칩 리워크 장치 및 기판 상 솔더 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 솔더 제거용 칩 리워크 장치는 기판에 배치된 칩 접합용 솔더 상에 흡수부재를 배치하는 흡수부재 제공부, 및 흡수부재 및 칩 접합용 솔더를 가열하여 칩 접합용 솔더를 용융시키는 에너지 소스를 포함하며, 에너지 소스에 의해 용융된 칩 접합용 솔더는 흡수부재에 흡수되는 것을 특징으로 한다.
또한, 흡수부재는 다공성 금속인 것을 특징으로 한다.
또한, 흡수부재는 판 형상의 구리(Cu)인 것을 특징으로 한다.
또한, 에너지 소스는, 레이저빔을 조사하는 빔조사부, 및 레이저빔을 복수의 펄스로 변조하는 빔제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상 솔더 제거 방법은 기판 상에 배치된 칩 접합용 솔더 상에 흡수부재를 배치하는 단계, 칩 접합용 솔더를 용융시키기 위해 흡수부재를 에너지 소스로 가열하는 단계, 및 용융된 칩 접합용 솔더를 흡수한 흡수부재를 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 흡수부재는 다공성 금속인 것을 특징으로 한다.
또한, 기판과 칩의 사이에 배치된 칩 접합용 솔더에 레이저빔을 조사하여 칩 접합용 솔더를 용융시키는 단계, 및 칩을 기판으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판으로부터 칩이 분리된 후, 기판 상에 잔류하는 솔더를 용이하고 신속하게 제거할 수 있다.
또한, 에너지 소스에 의한 에너지 제공 동안 솔더가 용융되어 흡수부재로 흡수되므로 신속한 솔더 제거가 가능하다.
또한, 흡수부재의 구조에 따른 모세관 현상에 의해 솔더가 흡수되므로, 잔류 솔더가 기판으로부터 깨끗하게 제거될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 솔더 제거용 칩 리워크 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 3은 도 1에 도시된 솔더 제거용 칩 리워크 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 흡수부재의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 빔제어부의 일 실시 예에 따른 레이저빔의 모듈레이션을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 레이저빔의 조사에 대응하는 칩의 온도 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상 솔더 제거 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 8은 도 7에 도시된 기판 상 솔더 제거 방법의 다른 실시 예를 도시한 플로우 차트이다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 솔더 제거용 칩 리워크 장치(1)를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 솔더 제거용 칩 리워크 장치(1)를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2 및 3은 도 1에 도시된 솔더 제거용 칩 리워크 장치(1)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 솔더 제거용 칩 리워크 장치(1)는 칩 리워크 공정에서 기판 상에 잔여하는 솔더를 깨끗하고, 신속하고, 용이하게 제거하기 위해, 흡수부재 제공부(10)와 에너지 소스(20)를 포함할 수 있다.
흡수부재 제공부(10)는 기판(2)에 배치된 칩 접합용 솔더(4) 상에 흡수부재(100)를 배치한다. 흡수부재(100)의 배치 전, 기판(2) 상에 칩 접합용 솔더(4)에 의해 칩(3)이 접합되어 있을 수 있다. 따라서, 흡수부재(100)의 배치 전, 칩(3)이 기판(2)으로부터 제거될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다. 한편, 칩(3)은 칩패드(31)를 가지고, 기판(2)은 기판패드(21)를 가질 수 있다. 칩 접합용 솔더(4)는 칩패드(31)와 기판패드(21)의 사이에 배치되어 칩(3)과 기판(2)을 접합할 수 있다.
에너지 소스(20)는 흡수부재(100) 및 칩 접합용 솔더(4)를 가열하여 칩 접합용 솔더(4)를 용융시킨다. 에너지 소스(20)는 흡수부재(100)를 가열할 수 있는 히터, 또는 레이저빔 조사 장치일 수 있다. 칩 접합용 솔더(4)는 에너지 소스(20)에 의해 용융되어 흡수부재(100)에 흡수될 수 있다. 이에 의해, 칩(3)의 제거로 기판(2) 상에 존재하는 칩 접합용 솔더(4)가 용이하고 깨끗하게 제거될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 흡수부재(100)의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 흡수부재(100)는 다공성 금속일 수 있다. 일 실시 예로, 흡수부재(100)는 구리 플레이트(Cu Porous)를 포함한다. 구리(Cu)는 적갈색을 띠는 금속으로 회색이나 은색 이외의 색을 띠는 3가지 금속 중의 하나이다. 구리는 무르고, 연성과 전성이 아주 크며, 순수한 금속 중에서는 은(Ag) 다음으로 열과 전기를 잘 통한다. 구리 플레이트는 30% 이하의 기공율을 가질 수 있다. 기공율은 다공성 물질을 구성하고 있는 기질(고체)과 그 고체내에 존재하는 공극(기공)과의 용적비를 말한다. 기공율이 30%를 초과하는 경우, 모세관 현상이 적용 가능성이 떨어진다. 즉, 완전한 솔더(4) 제거가 어렵다. 기공율 30%인 경우, 기공 사이즈는 수 μm 에서 수십 μm 일 수 있다. 예컨대, 기공 사이즈는 1 μm 이상 40 μm 이하일 수 있다.
구리는 면심입방구조의 다공성 구조를 가진다. 또한, 구리는 녹는점이 섭씨 1084.62도이다. 일반적으로 칩 접합용 솔더(4)는 구리 보다 낮은 녹는점을 가진다. 예컨대, 납(Pb)은 327.5도의 녹는점을 가진다. 따라서, 에너지 소스(20)가 흡수부재(100)를 소정 온도로 가열하면, 칩 접합용 솔더(4)는 용융되고, 구리는 용융되지 않는다. 이때, 용융된 칩 접합용 솔더(4)는 구리의 다공성 구조에 모세관 현상에 의해 흡수될 수 있다.
전자기기의 발달에 따라, 기판(2)에는 수많은 미세한 칩(3)들이 접합된다. 또한, 하나의 칩(3)은 수많은 미세한 칩패드(31)를 가지고, 이에 대응하여 기판(2)은 수많은 기판패드(21)를 가질 수 있다. 따라서, 칩 접합용 솔더(4)도 수많은 칩패드(31)와 기판패드(21)의 사이에 배치될 수 있다. 한편, 흡수부재(100)는 판 형상을 가질 수 있다. 즉, 흡수부재(100)는 판 형상의 구리일 수 있다. 흡수부재(100)는 수많은 칩 접합용 솔더(4) 상에 배치될 수 있다. 즉, 흡수부재(100)는 복수의 칩 접합용 솔더(4)의 상부에 배치될 수 있다. 여기서, 흡수부재(100)는 솔더(4)와 접촉된다. 따라서, 수많은 칩 접합용 솔더(4)가 함께 흡수부재(100)로 흡수될 수 있다. 즉, 칩 접합용 솔더(4)가 신속히 제거될 수 있다. 물론, 흡수부재(100)는 하나의 칩 접합용 솔더(4)에만 배치(접촉)될 수 있다.
일 실시 예로, 에너지 소스(20)는 빔조사부(200)와 빔제어부(210)를 포함할 수 있다. 빔조사부(200)는 레이저빔을 칩(3), 칩 접합용 솔더(4), 흡수부재(100) 등에 레이저빔을 조사할 수 있다. 빔제어부(210)는 레이저빔을 복수의 펄스로 모듈레이션(변조)할 수 있다. 특히, 기판(2)으로부터 칩(3)을 분리하기 위한 에너지 소스(20)의 동작은 도 5 및 6을 참조하여 설명한다.
도 5는 도 1에 도시된 빔제어부(210)의 일 실시 예에 따른 레이저빔의 모듈레이션을 도시한 도면이며, 도 6은 도 5에 따른 레이저빔의 조사에 대응하는 칩(3)의 온도 변화를 도시한 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 빔제어부(210)는 레이저빔을 제 1 변조부(M1)와 제 2 변조부(M2)를 포함하도록 모듈레이션할 수 있다. 즉, 빔제어부(210)는 레이저빔의 펄스폭, 세기, 펄스간 간격을 조절할 수 있다. 제 1 변조부(M1)와 제 2 변조부(M2)는 레이저빔의 조사 시간에 따라 정의될 수 있다.
레이저빔은 제 1 변조부(M1) 동안 솔더(300)를 용융시키기 위해 솔더(300)를제 1 온도(T1) 이상으로 가열한다. 또한, 레이저빔은 제 2 변조부(M2) 동안 칩(2)의 상면을 제 1 온도(T1) 보다 높은 제 2 온도(T2) 이하로 유지한다. 따라서, 제 1 변조부(M1)의 경우, 솔더(300)의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다. 또한, 제 2 변조부(M2)의 경우, 솔더(300)가 용융되는 동안 칩(2)의 상면 온도를 제한하여 칩(2)의 파열(열화)을 방지할 수 있다. 여기서, 제 1 온도(T1)는 섭씨 260도 내지 280도 일 수 있다. 또한, 제 2 온도(T2)는 섭씨 300도 내지 350도 일 수 있다.
일 실시 예로, 제 1 변조부(M1)는 복수의 제 1 펄스(P1)를 포함한다. 제 1 변조부(M1) 동안 칩(2)의 상면 온도는 적어도 2회의 상승과 적어도 1회의 하강을 거친다. 이에 의해, 칩(2)의 파열을 방지하면서 솔더(300)의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다.
제 2 변조부(M2)는 하나 또는 2 이상의 제 2 펄스(P2)를 포함한다. 여기서, 제 2 변조부(M2)가 복수의 제 2 펄스(P2)를 포함하는 경우, 복수의 제 2 펄스(P2) 중 어느 하나와 다른 하나는 동일한 세기를 가질 수 있다. 즉, 복수의 제 2 펄스(P2)들은 동일한 세기를 가질 수 있다. 제 2 변조부(M2) 동안 칩(2)의 상면 온도는 제 2 온도(T2)와 제 3 온도(T3)의 사이에서 상승 또는 하강할 수 있다. 제 3 온도(T3)는 제 1 온도(T1)와 제 2 온도(T2)의 사이의 온도이다. 이에 의해, 칩(2)의 상면 파열을 방지하면서, 솔더(200)의 충분한 용융을 위해 지속적인 에너지 공급이 가능하다.
한편, 빔제어부(210)는 레이저빔을 제 3 변조부(M3)를 더 포함하게 모듈레이션 할 수 있다. 제 3 변조부(M3)는 시간상 제 2 변조부(M2)의 뒤에 배치된다. 제 3 변조부(M3)는 적어도 하나의 제 3 펄스(P3)를 포함할 수 있다. 가장 빠른 제 3 펄스(P3)와 마지막 제 2 펄스(P2)의 사이의 지연시간은 다른 펄스들 사이의 지연 시간 보다 가장 길 수 있다. 제 3 변조부(M3) 동안 다비이스 모듈(200)의 상면 온도는 제 4 온도(T4)와 제 5 온도(T5)의 사이에서 상승 또는 하강하게 제어될 수 있다. 제 4 온도(T4)는 제 3 온도(T3) 보다 낮다. 제 5 온도(T5)는 제 4 온도(T4) 보다 높고, 제 3 온도(T5) 보다 낮을 수 있다. 제 3 변조부(M3)에 의해 칩(2) 및 기판(100)에 열적 손상을 방지하여 우수한 품질을 확보할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상 솔더 제거 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상 솔더 제거 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 1 내지 3, 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상 솔더 제거 방법은 흡수부재(100)를 배치하는 단계(S100), 흡수부재(100)를 가열하는 단계(S200) 및 흡수부재(100)를 분리하는 단계(S300)를 포함한다.
흡수부재(100)를 배치하는 단계(S100)에서, 흡수부재(100)는 기판(2) 상에 배치된 칩 접합용 솔더(4) 상에 배치된다. 즉, 기판(2)에 접합된 칩(3)은 제거된 후, 기판(2)에 존재하는 칩 접합용 솔더(4) 상에 흡수부재(100)가 배치될 수 있다. 칩(3)을 기판으로부터 분리하는 단계는 후술한다.
흡수부재(100)를 가열하는 단계(S200)에서, 에너지 소스(20)는 칩 접합용 솔더(4)를 용융시키기 위해 흡수부재(100)를 가열한다. 에너지 소스(20)는 흡수부재(100)를 가열하는 히터 또는 레이저빔 조사 장치일 수 있다.
에너지 소스(20)에 의해 용융된 칩 접합용 솔더(4)는 흡수부재(100)로 흡수된다. 여기서, 흡수부재(100)는 다공성 금속일 수 있다. 즉, 흡수부재(100)는 판 형상의 구리(Cu)를 포함한다. 흡수부재(100)의 자세한 설명은 상술한 바와 같다. 흡수부재(100)가 칩 접합용 솔더(4)를 흡수한 이후, 흡수부재(100)는 기판(2)으로부터 분리된다(S300).
도 8은 도 7에 도시된 기판 상 솔더 제거 방법의 다른 실시 예를 도시한 플로우 차트이다.
도 1 내지 3, 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 상 솔더 제거 방법은 칩 접합용 솔더(4)를 용융시키는 단계(S10), 및 칩(3)을 기판(2)으로부터 분리하는 단계(S20)를 더 포함할 수 있다.
칩 접합용 솔더(4)를 용융시키는 단계(S10)에서, 에너지 소스(20)는 칩(3) 상에 에너지를 제공한다. 예컨대, 에너지 소스(20)는 칩(3) 상에 레이저빔을 조사할 수 있다. 칩 접합용 솔더(4)는 레이저빔의 조사로 용융된다. 에너지 소스(20)는 빔조사부(200)와 빔제어부(210)를 포함할 수 있다. 빔제어부(210)는 빔조사부(200)에서 조사되는 레이저빔을 모듈레이션(변조)할 수 있다. 이에 의해, 칩 접합용 솔더(4)를 신속하게 용융시키면서, 칩(3)의 온도 상승으로 인한 파손을 방지할 수 있다. 레이저빔의 모듈레이션에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
칩(3) 분리 단계(S20)에서, 칩 접합용 솔더(4)가 용융된 이후, 칩(3)은 기판(2)으로부터 분리(제거)될 수 있다. 여기서, 칩(3) 제거된 이후, 칩 접합용 솔더(4)는 기판(2) 상에 잔류하게 된다. 기판(2) 상에 잔류하는 칩 접합용 솔더(4)는 흡수부재(100)를 통해 상술한 바와 같이 제거될 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
1 : 솔더 제거용 칩 리워크 장치
2 : 기판
21 : 기판패드
3 : 칩
31 : 칩패드
4 : 칩 접합용 솔더
10 : 흡수부재 제공부
20 : 에너지 소스
200 : 빔조사부
210 : 빔제어부

Claims (7)

  1. 기판에 배치된 칩 접합용 솔더 상에 흡수부재를 배치하는 흡수부재 제공부; 및
    흡수부재 및 칩 접합용 솔더를 가열하여 칩 접합용 솔더를 용융시키는 에너지 소스를 포함하며,
    에너지 소스에 의해 용융된 칩 접합용 솔더는 흡수부재에 흡수되는 솔더 제거용 칩 리워크 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    흡수부재는 다공성 금속인 솔더 제거용 칩 리워크 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    흡수부재는 판 형상의 구리(Cu)인 솔더 제거용 칩 리워크 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    에너지 소스는,
    레이저빔을 조사하는 빔조사부 및
    레이저빔을 복수의 펄스로 변조하는 빔제어부를 포함하는 솔더 제거용 칩 리워크 장치.
  5. 기판 상에 배치된 칩 접합용 솔더 상에 흡수부재를 배치하는 단계;
    칩 접합용 솔더를 용융시키기 위해 흡수부재를 에너지 소스로 가열하는 단계; 및
    용융된 칩 접합용 솔더를 흡수한 흡수부재를 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 기판 상 솔더 제거 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    흡수부재는 다공성 금속인 기판 상 솔더 제거 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    기판과 칩의 사이에 배치된 칩 접합용 솔더에 레이저빔을 조사하여 칩 접합용 솔더를 용융시키는 단계; 및
    칩을 기판으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 기판 상 솔더 제거 방법.
KR1020200040689A 2020-04-03 2020-04-03 솔더 제거용 칩 리워크 장치 및 기판 상 솔더 제거 방법 KR102332995B1 (ko)

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