KR20220106538A - 연마 기법을 이용한 비가열식 반도체패키지 분리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자제품의 PCB에 실장되고 불량으로 의심되는 BGA 등의 회로부품을 열을 가하지 않고 PCB로부터 비가열 방식으로 분리하여 해당 부품의 불량원인을 분석할 수 있게 한 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법에 관한 것으로, PCB에 실장된 반도체패키지를 분리하는 방법에 있어서, 반도체패키지가 실장된 PCB를 지그에 고정시키되, PCB가 작업자를 향하도록 노출되게 조정시키는 PCB고정단계; 고정된 PCB의 반도체패키지와 대응되는 부분을 절삭하여 제거하는 연마단계; 및 지그로부터 PCB와 반도체패키지를 분리하는 패키지 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연마 기법을 이용한 비가열식 반도체패키지 분리 방법{unheating type separating methods for Semiconductor Package using the Polishing technique}

본 발명은 PCB로부터 반도체패키지를 분리하는 방법에 관한 것으로 상세하게는 전자제품의 PCB에 실장되고 불량으로 의심되는 BGA형식으로 되어있는 반도체 패키지 등의 회로부품(이하, "반도체패키지"라 통침함)을 열을 가하지 않고 PCB로부터 비가열 방식으로 분리하여 해당 부품의 불량원인을 분석할 수 있게 한 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법에 관한 것이다.

전기 전자제품은 다양한 소자와 회로가 실장된 PCB(Printed Circuit Board)를 구비하고 있고, PCB에는 BGA(Ball Grid Array) 방식으로 반도체패키지(Package) 등의 회로부품이 실장된다.

이렇게 실장된 반도체패키지는 나노(nano)의 굵기로 회로가 개발 생산됨으로 회로의 미세화로 미세한 조건에도 일부 패키지(Package)의 회로의 변형 및 미세한 크랙 등의 불량이 발생 됨에 따라 불량원인의 보존, 분석을 통한 정확한 원인분석 및 개선사항을 찾아야 한다.

반도체패키지를 분석하기 위한 기술에는 다양한 것이 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 2가 있다.

특허문헌 1은 하부면이 그라인딩되어 본딩 와이어가 노출된 반도체 칩 패키지; 복수개의 제 2 본딩 패드가 형성된 패키지 패드; 반도체 칩 패키지의 상부면과 패키지 패드 사이에 개재되는 절연성 접착 수단; 및 본딩 와이어의 노출된 단면과 제 2 본딩 패드 사이를 전기적으로 접속하는 제 2 본딩 와이어를 포함하는 반도체 칩 분석용 시편이고,

특허문헌 2는 FBGA(Fine Ball Grid Array) 형태의 반도체 칩; 반도체 칩의 배면에 구비된 핀들과 일대 일로 대응되는 핀 커넥터를 포함하는 소켓 모듈; 소켓 모듈에 신호를 전송하는 케이블 커넥터; 소켓 모듈 및 케이블 커넥터를 포함하는 인쇄 회로 기판; 케이블 커넥터에 테스트 신호를 인가하는 신호 발생 장치; 및 반도체 칩에 테스트 신호가 인가되었을 때 반도체 칩의 상부에서 불량을 검출할 수 있는 포토 에미션 마이크로 스코프(Photo Emission Microscope) 장치를 포함하는 반도체 불량 분석 장치이다.

이와 같이 반도체칩을 분석하기 위한 다양한 기술이 개발되어 있으나, PCB에 실장된 반도체칩의 분량 원인을 규명하기 위해서는 반도체칩을 PCB로부터 분리여야 한다.

종래의 반도체칩 분리 기술은 250℃ ~ 400℃의 고열을 반도체칩의 본딩 부분에 공급하여 납을 녹여 분리하고, 분리된 반도체패키지의 잔납 제거를 위해 인두기와 솔더윅(Solder wick) 등으로 350℃ 이상의 고열로 잔납을 가열하여 제거하거나 250℃이상의 고온 판(Hot Plate)를 사용하여 잔납을 제거한다.

또한 PCB로부터 분리한 반도체패키지는 분석장치에 접촉시켜야 하고 이를 위한 리볼(Reball) 등의 납을 올리는 과정은 250℃ 이상의 고온에서 솔더볼(Solder ball)을 구워 안정화 등의 공정을 거쳐 분석한다.

이와 같이 오동작을 하는 반도체패키지를 PCB로부터 분리하여 분석하는 전반 과정에서 반도체패키지는 최소 3회 이상, 250℃ 이상의 고온의 열에 노출된다.

이렇게 고열에 반도체패키지가 수차례 노출됨에 따라 열에 의해 반도체의 특성 변형되거나 스트레스로 불량 특성이 변화되어 PCB기판에 실장된 상태에서 일으켰던 오동작의 원인을 정확하게 분석할 수 없게 되는 문제가 있다.

또한 고열로 잔납을 제거하는 과정에서 잔납이 남아 있게 되어 분리된 표면이 균일하지 못한 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2003-0031661호 대한민국 공개특허 제10-2008-0027592호 대한민국 등록특허 제10-0806324호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 열을 가하지 않고 전자제품의 PCB에 실장된 불량으로 의심되는 반도체패키지를 PCB로부터 분리함에 따라 반도체패키지는 분리하는 과정에서 열에 의해 반도체의 특성이 변형되거나 스트레스를 받는 것을 방지하여 PCB에 실장되었을 때의 오동작 원인이 그대로 유지되게 함에 의해 불량원인을 보다 정확하게 분석할 수 있게 한 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 PCB로부터 반도체패키지를 분리시 연마하여 분리함에 의해 분리된 표면이 균일하게 분리될 수 있게 한 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법은 PCB에 실장된 반도체패키지를 분리하는 방법에 있어서, 반도체패키지가 실장된 PCB를 지그에 고정시키되, PCB가 작업자를 향하도록 노출되게 조정시키는 PCB고정단계; 고정된 PCB의 반도체패키지와 대응되는 부분을 절삭하여 제거하는 연마단계; 및 지그로부터 PCB와 반도체패키지를 분리하는 패키지 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 PCB고정단계를 수행하기 전에 반도체패키지와 PCB 사이에 잉크를 주입한 후 건조시키는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하다.

상기 지그는 평평한 판체에 PCB의 가장자리와 대응되는 면적의 PCB안치홈이 형성하는 것이 바람직하다.

상기 지그의 상부에는 PCB안치홈에 안치된 PCB를 고정시키는 PCB고정바가 더 고정나사에 의해 설치된 것이 바람직하다.

상기 지그의 PCB안치홈의 가장자리중 적어도 일부에는 PCB분리홈이 더 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법은 PCB로부터 반도체패키지는 기계가공 연마하여 분리함에 따라 반도체패키지의 분리과정에 반도체패키지에 열이 가해지지 않아 고열에 의해 반도체의 특성이 변형되거나 스트레스를 받아 PCB에 실장된 상태와 다른 특성으로 특성이 변형되는 것을 방지할 수 있어 보다 정확한 반도체패키지의 오동작 원인을 분석할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 반도체 제조기술의 향상으로 대용량 패키지의 개발 및 생산에 따른 제품 판매 증가와 대비하여 불량률이 높이 발생할 수 있고, 이러한 상황에서 정확하게 분량 원인을 분석할 수 있게 함에 따라 제품의 품질을 높을 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 과정도
도 2는 본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리에 사용되는 지그의 일예의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리에 사용되는 지그에 PCB가 설치된 상태의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법에 의해 적층된 PACKAGE의 표면 연마처리 후의 사진

본 발명은 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 반도체패키지를 PCB로부터 분리할 때 열을 가하지 않음에 의해 반도체의 특성이 열에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법은 PCB에 실장된 반도체패키지를 분리하는 방법으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 반도체패키지가 실장된 PCB를 지그에 고정시키되, PCB가 작업자를 향하도록 노출되게 조정시키는 PCB고정단계; 고정된 PCB의 반도체패키지와 대응되는 부분을 절삭하여 제거하는 연마단계; 지그로부터 PCB와 반도체패키지를 분리하는 패키지 분리단계를 포함한다.

상기 PCB고정단계는 반도체패키지를 분리할 PCB를 지그(10)에 고정시킴에 의해 연마 작업 중 PCB가 움직이지 않아 분리할 반도체패키지의 정확위치를 연삭할 수 있게 한다.

상기 PCB고정단계에서 사용되는 지그(10)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 평평한 판체에 PCB의 가장자리와 대응되는 면적의 PCB안치홈(10b)가 형성한 것이다.

상기 지그(10)는 경도가 높아 PCB안치홈에 안치된 PCB에 연마를 위한 CNC툴(tool)이 접촉되어 PCB를 연마하는 과정에서 측방으로 가해지는 힘이 가해져도 PCB가 움직이지 않는 재질로 만들어지는 것이 바람직하며, 그 예로는 합성수지나 금속, 또는 카본 등이 사용될 수 있다.

상기 지그(10)에 형성된 PCB안치홈(10b)은 PCB의 가장자리와 일치하는 형태로 형성되어 PCB안치홈에 안치된 PCB가 연마 과정에서 움직이지 않으나, CNC툴의 눌림에 의해 PCB의 일부가 들어 올려지거나 변형되어 연마가 일정하게 이루어지지 못할 수 있다.

이에 상기 지그(10)의 상부에는 PCB안치홈(10b)에 안치된 PCB를 고정시키는 PCB고정바(20)가 더 고정나사에 의해 설치되는 것이 바람직하다.

상기 PCB고정바(20)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 평평한 판체 형상의 긴 판으로 양단에 나사고정구멍(20h)이 형성되어 지그(10)에 고정하기 위한 고정나사(30)(또는 고정볼트)가 설치되어 PCB고정바(20)가 지그에 고정되어 PCB의 상부를 눌러 고정시킨다.

또한, 상기 지그(10)의 PCB안치홈(10b)의 가장자리중 적어도 일부에는 PCB분리홈(10s)이 더 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 지그(10)에 형성된 PCB안치홈(10b)은 PCB의 가장자리와 일치하는 형태로 형성되어 PCB안치홈에 PCB가 딱 맞게 끼인 상태이고, 이 상태에서 반도체패키지를 분리한 후, PCB를 PCB안치홈으로부터 분리할 때 PCB를 잡아당길 수 없어 PCB의 분리가 어렵다.

이에 상기 PCB분리홈(10s)을 PCB안치홈 중 일측의 벽에 더 형성하여 이 홈으로 노출된 PCB의 단부를 들어 올려 PCB를 분리할 수 있게 한 것이다.

상기 연마단계는 등의 연마 기계를 이용하여 반도체패키지가 설치된 부분의 PCB를 연마하여 제거하는 단계로, CNC의 연마 툴을 반도체패키지가 본딩된 영역보다 작은 것을 이용하여 PCB를 연마하여 반도체패키지가 설치된 부분을 제거한다.

상기 연마단계에 의해 PCB의 반도체패키지가 본딩된 부분이 제거되면 도 4에 도시한 바와 같이 적층된 패키지의 표면 연마처리 후, 반도체패키지의 바닥이 노출된 상태가 되고, 이 상태에서 PCB를 지그로부터 분리함에 의해 반도체패키지만 따로 분리할 수 있다.(패키지분리단계)

상기 연마단계에서 연마용 툴은 18,000rpm~ 이상의 높은 회전력으로 회전시켜 순간적으로 PCB를 연마함에 의해 마찰열 발생 최소화하였다.

연마용 툴은 소형을 사용함에 따라 마이크로(㎛) 단위로 패키지의 표면을 연마하여 정밀도를 향상시킬 수 있고, 소형 공작기계로 비가열식 회로부품 분리 방법이 진행돌 수 있음에 따라 작업 공간의 최소화 할 수 있다.

분리된 반도체패키지는 반도체패키지만을 지지할 수 있는 다른 지그에 고정시킨 후 다시 연마하여 패키지의 배면이 보다 정밀하게 연마할 수 있다.

본 발명의 비가열식 회로부품 분리 방법은 상기 PCB고정단계를 수행하기 전에 반도체패키지와 PCB 사이에 잉크를 주입한 후 건조시키는 단계를 더 수행할 수 있다.

잉크를 주입한 후 건조시키면 PCB와 반도체패키지 사이에 잉크가 스며들어 굳어지고, 굳어진 잉크는 연마단계에서 연마 범위를 정하는 기준이 될 수 있다.

즉, 연마단계에서 연마 툴을 이용하여 PCB를 연마하는 과정에서 잉크가 보이면 그 부분까지 연마하면 반도체패키지가 분리될 수 있다는 것을 확인할 수 있고, 나머지 부분도 잉크가 보이는 부분까지만 연마함에 따라 반도체패키지까지 연마되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

또 주입된 잉크로 인해 크랙 등의 현상을 확인할 수 있고, 이로 인해 불량 원인을 파악할 수 있으며, 잉크 주입은 1토르(Torr)의 진공압으로 진공 흡착 방법으로 주입 시킨다.

즉, PCB(PBA(Printed Board Assembly)를 잉크 용액에 담근후, PCB가 담긴 용기를 진공 챔버(Vacuum desiccator)에 넣는다.

진공 챔버에 약 1토르의 진공압을 유지시킨 상태에서 약 30분간 방치한 후 꺼낸다.

잉크가 흡착된 PCB를 히팅판(Hot Plate) 위에 올려 놓고 1차 건조로 표면을 건조시킨다.

1차로 표면 건조된 PCB를 오븐(OVEN CHAMBER)에 넣고 약 100℃에서 4시간이상 2차로 건조하여 PCB와 이에 실장된 각 부품들 사이의 내층까지의 잉크까지 건조시킨다.

상기와 같이 잉크가 침투된 PCB로부터 상기한 바와 같은 비가열식 연마 방법으로 반도체 패키지를 분리시킨다.

10: 지그
10b: PCB안치홈
10s: 기판분리홈
10h: 나사고정구멍
20: PCB고정바
30: 고정나사

Claims (5)

1. PCB에 실장된 반도체패키지를 분리하는 방법에 있어서,
   반도체패키지가 실장된 PCB를 지그에 고정시키되, PCB가 작업자를 향하도록 노출되게 조정시키는 PCB고정단계;
   고정된 PCB의 반도체패키지와 대응되는 부분을 절삭하여 제거하는 PCB연마단계;
   지그로부터 PCB와 반도체패키지를 분리하는 패키지 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 PCB고정단계를 수행하기 전에 반도체패키지와 PCB 사이의 PBA에 잉크를 주입한 후 건조시키는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법.
3. 제1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 지그(10)는 평평한 판체에 PCB의 가장자리와 대응되는 면적의 PCB안치홈(10b)가 형성한 것을 특징으로 하는 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 지그(10)의 상부에는 PCB안치홈(10b)에 안치된 PCB를 고정시키는 PCB고정바(20)가 더 고정나사(30)에 의해 설치된 것을 특징으로 하는 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 지그(10)의 PCB안치홈(10b)의 가장자리중 적어도 일부에는 PCB분리홈(10s)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 연마 기법을 이용한 비가열식 회로부품 분리 방법.

Images