WO2007105426A1 - 半導体装置のリペア方法及び半導体装置のリペア装置 - Google Patents

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bonding wire
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Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki
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    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device repair method and repair device, and more specifically, includes a plurality of electronic components mounted on a substrate using solder, and each electronic component is another electronic component or the above-described substrate.
  • the present invention relates to a repair method and a repair device for a semiconductor device which is connected to a wiring portion provided thereon by a bonding wire.
  • Patent Document 1 discloses a hot air heater with a metal protective tube that heats and discharges a gas sent via a high pressure cylinder or a blower isotonic hose, etc.
  • An apparatus is disclosed in which a box having an opening substantially equal to the outer shape of the bare chip on the bottom surface and a box having an exhaust port on the top or side is directly connected.
  • This repair device heats the bare chip with hot air in a state where the bare chip mounted on the substrate is placed in the box, thereby melting the solder. Then, the bare chip is sucked by a vacuum suction cup connected to the tip of one dollar penetrating from the top of the box, and the vacuum suction cup is pulled upward.
  • Patent Document 2 heating is performed in a state where the substrate is placed on a heating table, and the bare chip is heated by bringing a collet having a heating mechanism into contact with the bare chip, and the bare chip is adsorbed by the collet.
  • a method of repairing a semiconductor device including a step of melting the solder and removing the bare chip from the substrate force.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 do not consider wire-bonded bare chips.
  • wire bonded When the repair device of Patent Document 1 is applied to the chip, the bonding wire obstructs the suction of the bare chip by the vacuum suction cup.
  • the collet is premised on removing the substrate force bare chip by adsorbing the bare chip having a flat surface. Therefore, when the repair method of Patent Document 2 is applied to a wire-bonded bare chip, the bonding wire is interposed between the collet and the bare chip, so that the gap between the collet and the bare chip is large. The collet cannot absorb the bare chip well!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9-36536
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 9-330956
  • An object of the present invention is to provide a repair method for a semiconductor device and a repair device that can remove force components on the substrate without hindrance even when a bonding wire is present.
  • the first aspect of the present invention includes a plurality of electronic components mounted on a substrate using solder, and each electronic component is bonded to another electronic component or a wiring portion provided on the substrate with a bonding wire.
  • a method for repairing a connected semiconductor device is provided. In the repair method, the electronic component to be removed is heated to melt the solder, and in the molten state, the bonding wire connected to the electronic component to be removed is pulled to pull the electronic component. Removing a force on the substrate.
  • a plurality of electronic components are mounted on the substrate by soldering, and each electronic component is connected to another electronic component or a wiring portion provided on the substrate with a bonding wire.
  • a repair device for a connected semiconductor device is provided.
  • the repair device includes a support portion, a heating device, and a pulling device.
  • the support portion supports the substrate.
  • the heating device melts the solder in a state where the substrate is supported by the support portion.
  • the pulling device pulls the bonding wire in a direction in which an electronic component connected to the bonding wire also separates the substrate force.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line 2-2 in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a repair device for the semiconductor device of FIG.
  • FIG. 1 A schematic perspective view showing the relationship between the semiconductor device of FIG. 1 and a soldering iron.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the repair device when the soldering iron of FIG. 4 is arranged at the operating position.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the repair device when the soldering iron of FIG. 4 is arranged at the standby position.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a repair device according to another embodiment.
  • a semiconductor device (semiconductor module) 10 includes a circuit board 11 as a board, and an electronic component mounted on the circuit board 11 using solder H (shown in FIG. 2).
  • a plurality of semiconductor elements 12 are provided.
  • the circuit board 11 includes a plurality of ceramic substrates 14 on the surface.
  • a metal circuit 13 is formed on each ceramic substrate 14.
  • four semiconductor elements 12 are soldered on each ceramic substrate 14.
  • the semiconductor element 12 for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a diode is used.
  • the circuit board 11 includes the plurality of ceramic substrates 14 and a metal heat sink 15 fixed to the ceramic substrate 14 via a metal plate 16. That is, the circuit board 11 is a cooling circuit board provided with a heat sink 15.
  • the heat sink 15 is made of an aluminum-based metal, copper, or the like, and includes a refrigerant flow path 15a through which a cooling medium flows.
  • An aluminum-based metal means aluminum or an aluminum alloy.
  • the metal plate 16 functions as a bonding layer for bonding the ceramic substrate 14 and the heat sink 15 and is made of, for example, aluminum or copper.
  • the metal circuit 13 is made of, for example, aluminum or copper.
  • the ceramic substrate 14 is made of, for example, aluminum nitride, alumina, silicon nitride, or the like.
  • the semiconductor element 12 is joined (soldered) to the metal circuit 13. In other words, the metal circuit 13 constitutes a joint for joining the semiconductor element 12 onto the circuit board 11.
  • a wiring portion is provided on the heat sink 15. As shown in FIG. 2, the wiring portion includes a wiring pad 17a fixed on the heat sink 15 and solder H on the wiring pad 17a. Electrode pads 17b joined together. The semiconductor elements 12, the semiconductor element 12 and the electrode pads 17 b, and the electrode pads 17 b are wire-bonded and connected via a wire (bonding wire) 18.
  • FIG. 3 schematically shows the configuration of the repair device 20.
  • the repair device 20 includes a container (chamber) 21 that can be sealed, and the container 21 includes a box-shaped main body 22 having an opening 22a, and a lid 23 that opens and closes the opening 22a of the main body 22.
  • the lid body 23 is rotatably supported on the upper part of the main body 22 via a support shaft 23a.
  • the main body 22 is provided with a support base 24 as a support portion for positioning and supporting the semiconductor device 10.
  • the main body 22 is provided with a packing 25 that can be in close contact with the lid body 23.
  • the lid body 23 is formed in a size capable of closing the opening 22 a of the main body 22, and a sealed space S is formed in the container 21 when the lid body 23 is closed.
  • the main body 22 is connected to a reducing gas supply unit 26 for supplying a reducing gas (hydrogen in this embodiment) into the container 21.
  • the reducing gas supply unit 26 includes a pipe 26a, an open / close valve 26b provided in the pipe 26a, and a hydrogen tank 26c.
  • the main body 22 is connected to an inert gas supply unit 27 for supplying an inert gas (nitrogen in this embodiment) into the container 21.
  • the inert gas supply unit 27 includes a pipe 27a, an open / close valve 27b provided in the pipe 27a, and a nitrogen tank 27c.
  • the main body 22 is connected to a gas discharge unit 28 for discharging the gas filled in the container 21 to the outside.
  • the gas discharge unit 28 includes a pipe 28a, an open / close valve 28b provided in the pipe 28a, and a vacuum pump 28c.
  • the repair device 20 includes a reducing gas supply unit 26, an inert gas supply unit 27, and a gas discharge unit 28, so that the pressure in the sealed space S can be adjusted. Pressurized or depressurized.
  • the on / off valves 26b, 27b, 28b use electromagnetic valve force.
  • a heating device 31 capable of heating the solder H to a molten state, a bonding wire 18 and a semiconductor element 12 and an electrode pad 17b connected to the wire 18 are provided on the circuit board 1.
  • a pulling device 32 that can be pulled away from 1 is accommodated.
  • the heating device 31 includes a soldering iron 34 as a soot with a heater 33 incorporated therein. To heater 33 The electric power is also supplied to the external force of the container 21 through a wiring (not shown).
  • the soldering iron 34 includes a contact portion 35 that can contact all the semiconductor elements 12 and the electrode pads 17b soldered on one ceramic substrate 14, and a plurality of first groove portions 36 that avoid interference with the wire 18. (Shown in Fig. 4). Each first groove 36 extends along the direction in which the wire 18 extends.
  • a plurality of second groove portions 37 as groove portions that allow the rod 40 of the pulling device 32 to enter and rise are formed in the solder rod 34 so as to extend in a direction orthogonal to the first groove portion 36.
  • the soldering iron 34 is fixed to the lid body 23 via a driving device 38.
  • the drive device 38 can contact the solder rod 34 with all the semiconductor elements 12 and the electrode pads 17b on the single ceramic substrate 14 with the contact portion 35 in a state where the lid body 23 is disposed at the closed position. It moves up and down between the operating position and the standby position above the operating position.
  • the drive device 38 is composed of an electric cylinder, and a soldering rod 34 is fixed to the tip of a piston rod 38a of the electric cylinder.
  • the soldering iron 34 interferes with the semiconductor device 10 when the semiconductor device 10 is placed on the support base 24 in the container 21 or taken out from the support base 24 with the lid 23 in the open position. However, it is provided at the position.
  • the pulling device 32 includes a pair of support members 41, and each support member 41 has a plurality of rods 40 as engaging portions that can be engaged with the bonding wire 18. .
  • the rods 40 extend horizontally at a predetermined interval and parallel to each other.
  • each support member 41 includes four rods 40. That is, the pair of support members 41 includes a total of eight rods 40.
  • the predetermined interval is set so that the rod 40 can enter the second groove portion 37 in a state where the solder rod 34 is disposed at the operation position.
  • the pair of support members 41 has a height that can be positioned below the wire 18 of the semiconductor device 10 supported on the support base 24 by a driving device (not shown), and the rod 40 in a state where the solder H is melted.
  • the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b can be moved to a height at which they can be detached from the circuit board 11 by engaging with the wire 18.
  • Each rod 40 has an advancing position where the rod 40 advances to a position below the wire 18 of the semiconductor device 10 supported on the support base 24 with respect to the corresponding support member 41, and the soldering iron 34 is arranged at the operating position.
  • the support device 41 can be moved along the longitudinal direction of the rod 40 together with the rod 40 by the above-mentioned driving device rather than moving the rod 40 relative to the support member 41.
  • the driving devices for the opening / closing valves 26b, 27b, 28b, the heater 33, the driving device 38, and the pulling device 32 are controlled by a command of a control device force (not shown).
  • the control device determines that the solder H is in a molten state when the energizing time for the heater 33 elapses for a predetermined time in a state where the solder rod 34 is disposed at the operation position.
  • the predetermined time is set in advance based on a value obtained by previously obtaining a time until the solder H is melted by a test.
  • the semiconductor device 10 includes a plurality of semiconductor elements 12 mounted on a circuit board 11 using solder H, and each semiconductor element 12 includes an electrode pad 17b on the circuit board 11 or another semiconductor. Wire-bonded to element 12. Such a semiconductor device 10 is inspected in the product inspection as to whether or not the semiconductor element 12 or the wire bonding is defective. The defective semiconductor device 10 is supported on the support base 24 of the container 21. At this time, the lid body 23 is opened, the solder bar 34 is disposed at the standby position, and all the rods 40 of the pulling device 32 are disposed at the retracted position.
  • the lid body 23 is disposed at the closed position, and the sealed space S is formed in the container 21.
  • the gas discharge unit 28 is operated to evacuate the container 21, and the inert gas supply unit 27 is operated to supply nitrogen into the container 21. Therefore, the inside of the sealed space S is filled with an inert gas.
  • the reducing gas supply unit 26 is operated to supply hydrogen into the container 21 and the inside of the sealed space S is made a reducing gas atmosphere.
  • the driving device 38 is driven, and the soldering iron 34 is placed at the operation position.
  • the contact portion 35 comes into contact with all the semiconductor elements 12 and the electrode pads 17b mounted on the defective semiconductor element 12 or one ceramic substrate 14 including wire bonding.
  • a total of eight rods 40 provided on the pair of support members 41 are paired.
  • the second groove portion 37 is directed to move toward the second groove portion 37 and disposed at the advanced position. As a result, each rod 40 is disposed below the corresponding wire 18. 5 and FIG. 6, illustration of a part of the support member 41 and the contact portion 35 is omitted.
  • the heat of the heated solder rod 34 is all the semiconductor elements 12 and electrode pads 17 mounted on the single ceramic substrate 14. It is transmitted to solder H via b. Then, after a predetermined time has elapsed from the start of driving of the heater 33, that is, the start of heating, the solder H is in a molten state, and the solder melting step is completed.
  • the rod 40 is raised by moving the pair of support members 41 upward. At this time, the rod 40 arranged at the advanced position engages with the corresponding wire 18 and pulls the wire 18 upward. Subsequently, the driving device 38 is driven, and the solder iron 34 starts to rise in synchronization with the rod 40.
  • the joining force at the joint portion of the wire 18 is as follows.
  • the solder H in the molten state replaces the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b with the metal circuit 13 and the wiring pad 1 Greater than the force attached to 7a. Therefore, when the wire 18 is pulled while the solder H is melted, the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b mounted on the circuit board 11 are pulled by the pulling force of the wire 18 as shown in FIG. The part removal process is completed.
  • the ceramic substrate 14 is mounted at a high density.
  • the heat conduction in the ceramic substrate 14 unit is very good, so it is difficult to heat and remove only a part of the plurality of semiconductor elements 12 mounted on each ceramic substrate 14.
  • the soldering iron 34 is configured to be capable of being heated independently for each of two portions corresponding to the upper region and the lower region of each ceramic substrate 14 shown in FIG.
  • solder rod 34 on the side corresponding to the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b to be removed is heated to a high temperature in advance, and then the solder rod 34 is brought into contact with the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b to be soldered. To melt instantly. In this way, it is possible to remove only the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b in the upper region or the lower region on the same ceramic substrate 14. Noh.
  • a cooling gas is supplied into the container 21 from a cooling heat medium supply unit (not shown).
  • the cooling gas is blown toward the inlet or outlet of the refrigerant flow path 15a of the heat sink 15, and cools the semiconductor device 10 by flowing around the refrigerant flow path 15a and the heat sink 15.
  • the solder H of the other ceramic substrate 14 having the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b that do not need to be removed is solidified by being cooled to a temperature lower than the melting temperature, and the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b become a circuit. The state of being bonded to the substrate 11 is maintained.
  • the lid 23 is opened. Confirming that the temperature of the solder H has dropped to the specified temperature is not done directly. The time required from the start of supplying the cooling gas to the temperature of the solder being lowered to the specified temperature is obtained in advance through testing. The cooling gas supply is stopped when the required time has elapsed since the start of supply of the cooling gas.
  • the semiconductor element 12, the electrode pad 17 b, and the wire 18 that are removed from the circuit board 11 and supported by the rod 40 are taken out from the container 21.
  • the semiconductor device 10 is taken out from the container 21.
  • the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are removed from the circuit board 11.
  • a new semiconductor element 12 and electrode pad 17b are mounted using solder H.
  • the mounting is performed in a non-oxidizing atmosphere, preferably a reducing atmosphere.
  • the soldering of the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b is performed on the position where the removed semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are soldered.
  • the semiconductor device 10 including the newly mounted semiconductor element 12 and electrode pad 17b is subsequently subjected to wire bonding. That is, wire bonding is performed on the new semiconductor element 12 and the electrode pad 17b newly soldered on the wiring pad 17a. Is done. Wire bonding cannot be performed on the part where the defective electrode pad 17b is removed. Therefore, when wire bonding is performed on the wiring pad 17a without soldering the electrode pad 17b, wire bonding is performed on the wiring pad 17a. It is necessary to secure a space to perform this. However, since the electrode node 17b can be soldered again to the part from which the electrode pad 17b has been removed, if the electrode pad 17b is soldered, a space for wire bonding is secured on the wiring pad 17a. There is no need to do.
  • the semiconductor element 12 to be removed is heated to melt the solder H. With the solder H melted, the bonding wire 18 is pulled to remove the semiconductor element 12 from the circuit board 11. That is, since the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are removed by pulling the bonding wire 18 that does not attract and remove the semiconductor element 12 and the like, there is no problem even if the bonding wire 18 exists. In addition, the electrode pad 17b can be removed.
  • solder melting step and the component removal step are performed in a non-oxidizing atmosphere, when the defective component is removed, the solder H is oxidized or a new semiconductor element 12 or electrode pad is added. The part to which 17b is soldered is prevented from oxidizing. As a result, it is possible to satisfactorily solder the new semiconductor element 12 and the electrode pad 17b.
  • the heating device 31 includes the soldering iron 34, it is possible to efficiently heat the portion where the solder H is to be melted. As a result, energy consumption is reduced and the work can be performed in a shorter time compared to heating the whole.
  • the pulling device 32 includes a rod 40 that extends horizontally. For this reason, by disposing the rod 40 below the wire 18 and raising it, the wire 18 can be hooked with a simple configuration, and the wire 18 can be pulled in the direction of removing the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b.
  • the solder rod 34 includes a second groove portion 37 that allows the rod 40 to enter and move up and down.
  • the rod 40 is placed below the wire 18 so that the solder H is in a molten state.
  • the operation of removing the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b from the circuit board 11 can be started by immediately raising the rod 40 and pulling the wire 18.
  • the time required for the component removal process can be shortened as compared with the case where the force removal operation is started by moving the working position (heating position) force of the Hanada Kei 34.
  • the solder rod 34 is provided on the lid body 23 via the driving device 38, and the semiconductor device 10 is placed on the support base 24 in the container 21 in a state where the lid body 23 is disposed at the open position. It is placed in a position where it does not hinder the work when supporting or taking out the upper force of the support base 24. Therefore, the semiconductor device 10 can be arranged at a predetermined position in the container 21 or taken out from the container 21 without increasing the size of the container 21.
  • the support base 24 as a support portion only needs to be able to position the circuit board 11.
  • the circuit board 11 in the above embodiment has a sufficient weight because it includes the heat sink 15. ing. Therefore, even if a member for holding the circuit board 11 is not particularly provided, the circuit board 11 does not lift up due to the pulling force by the pulling device. However, if there is a possibility that the circuit board 11 may be lifted, a holding part for holding the circuit board 11 may be provided in the support part.
  • a solder removal step of removing the solder H remaining on the circuit board 11 may be provided.
  • the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are removed from the circuit board 11, not all of the solder H is removed from the circuit board 11, but a part thereof remains. In this case, there is a possibility that the soldering force of the new semiconductor element 12 and electrode pad 17b may be hindered by the remaining solder H. Therefore, it is preferable to remove the remaining solder H. In that case, if the solder H remaining on the circuit board 11 is removed following the component removing step, the solder H can be easily removed in the molten state of the solder H.
  • a suction pipe that sucks the solder H in a reduced pressure state or a rod-shaped member that includes a 100-200 mesh wire mesh is used.
  • the electronic component mounted on the circuit board 11 of the semiconductor device 10 is not limited to the semiconductor element 12 and may include the semiconductor element 12 and other electronic components such as a chip resistor and a chip capacitor.
  • a component to be soldered to the circuit board 11 is not limited to a chip component, and may include a lead component having a lead.
  • the repair device 20 may include a cutting device 39 (shown by a chain line in FIG. 4) that can cut the bonding wire 18.
  • the cutting device 39 includes, for example, a robot arm and a cutter provided at the tip of the robot arm.
  • the repair device 20 provided with the cutting device 39 is bonded to the defective semiconductor element 12, and when it is necessary to remove the good semiconductor element 12, the good semiconductor element 12 and the defective semiconductor element 12 are removed. It is possible to easily remove only the defective semiconductor element 12 from the circuit board 11 by cutting the wire 18 connecting the two with the cutting device 39. When the wire 18 is cut, the wire 18 is cut as close as possible to the semiconductor element 12 to be removed, and the wire 18 with one end connected to the good semiconductor element 12 is replaced with the defective semiconductor element 12.
  • Wire bonding may be performed at a position near the bonding position.
  • the repair device 20 may include a component supply device that supplies the semiconductor element 12 to the circuit board 11 of the semiconductor device 10 supported by the support base 24.
  • a component supply device 42 is disposed near the outside of the container 21.
  • the component supply device 42 includes a robot arm (not shown). After completion of the component removal process, the lid 23 is opened and the semiconductor element 12 or the wire 18 supported by the robot arm force rod 40 is held in a state where the soldering iron 34 is disposed at the standby position. And take it out of the container 21. Next, the solder sheet, the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are arranged at predetermined positions on the robot arm force circuit board 11, and the component supply is completed. In the case where the solder removal process is performed, after the solder removal process is completed, the component supply is performed by the component supply device 42 in the same manner as described above.
  • soldering first, as in the solder melting step and the component removal step, the inside of the container 21 is brought into a reducing atmosphere, and then the solder iron 34 is placed at the working position and the heater 33 is driven. As a result, the solder sheet is heated and melted. Thereafter, the soldering iron 34 is moved to the standby position, and a cooling gas is blown into the container 21 to cool and complete the molten solder H. In this case, following the removal of the defective semiconductor element 12, the semiconductor element 12 is smoothly supplied when the semiconductor element 12 is remounted, and the semiconductor device 10 can be efficiently reviewed.
  • a dedicated device for mounting is provided. You may choose. In that case, a component supply device 42 may be provided near the dedicated device.
  • the pulling device 32 is not limited to the configuration in which the wire 18 is pulled by the straight rod 40.
  • the wire 18 may be hooked with a bent rod and pulled obliquely upward, or the wire 18 may be pulled while the wire 18 is gripped by a gripping portion capable of gripping the wire 18. May be.
  • the pulling device 32 starts to be driven and the engaging portion and the gripping portion such as the rod 40 are moved to the advanced position. It may be moved so that the wire 18 is pulled. In this case, the solder groove 34 can omit the second groove portion 37.
  • a plurality of solder rods 34 constituting the heating device 31 may be provided, or a configuration in which one solder rod 34 has a plurality of heating regions that can be driven independently.
  • the container 21 can be opened simply by securing a space above the container 21 that is smaller than the space allowing the lid 23 to rotate.
  • the heating device 31 is not limited to the soldering iron 34.
  • the semiconductor element 12 or the electrode pad 17b may be heated by irradiating a laser. In this case, since it becomes easy to heat only the desired semiconductor element 12 and electrode pad 17b, wasteful energy consumption for heating the semiconductor element 12 and electrode pad 17b that do not need to be removed can be suppressed.
  • the solder iron 34 is placed at a position facing the semiconductor device 10.
  • the solder rod 34 is placed at a position not facing the semiconductor device 10.
  • an electric cylinder having an upwardly projecting piston rod is installed near the support base 24, and a drive device for rotating the electric cylinder around the axis of the piston rod is provided.
  • solder cylinder 34 is moved to a position facing the semiconductor device 10 on the support base 24 and a position not facing it by rotating the electric cylinder. Due to the driving of the electric cylinder, the solder rod 34 is brought into contact with the semiconductor element 12 or the electrode pad 17b on the circuit board 11 of the semiconductor device 10 in which the contact portion 35 is supported on the support base 24 and the contact position. It is moved to the standby position above the working position where it does not touch.
  • the lid 23 is opened after the semiconductor device 12 and the electrode pad 17b are removed from the circuit board 11 together with the wire 18 by the pulling device 32.
  • the solder removal operation can be started by rotating the electric cylinder without moving the solder rod 34 to a position on the support 24 that does not face the semiconductor device 10. Can be shortened.
  • the container 21 is formed in a large size, and the soldering iron 34 is configured to be movable to a position where the standby position force does not face the semiconductor device 10 on the support base 24. Further, a component supply device 42 is provided in the container 21. Also good. In this case, the semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are removed, the new semiconductor element 12 and the electrode pad 17b are supplied, and the solder is kept while the inside of the container 21 is kept in a non-oxidized state without opening the lid 23. Mounting can be performed continuously.
  • the height of the container 21 is increased instead of configuring the solder iron 34 so that the standby position force can be moved to a position not facing the semiconductor device 10 on the support 24.
  • the stroke of the piston rod 38a of the drive device 38 provided on the lid 23 is lengthened, and the operation and parts of the solder removal device are maintained with the solder rod 34 facing the semiconductor device 10 on the support 24. It is configured so that it can be moved to a position where it does not interfere with the operation of the supply device 42.
  • a component supply device 42 is installed in the container 21. Also in this case, the solder removal step, the component supply, and the solder mounting step can be performed without opening the lid body 23 while keeping the inside of the container 21 in a non-oxidized state.
  • the solder melting step and the component removal step are not limited to a reducing atmosphere, and may be performed in a non-oxidizing atmosphere. Moreover, you may carry out in an acid atmosphere. However, it is preferable to carry out at least in a non-oxidizing atmosphere.
  • the mounting process performed subsequent to the component removing process or the solder removing process is not limited to a reducing atmosphere, and may be performed in a non-oxidizing atmosphere.
  • the removal of electronic components is not limited to the container 21 that can be sealed, such as a belt conveyor. It may be carried out in a container that is placed on the transfer device and communicated with the outside through a carry-in port where the semiconductor device 10 is carried into the container or a carry-out port carried out from the container. ⁇ .
  • the electronic component may be removed without the container 21, that is, without the surrounding member from which the electronic component is removed.
  • the solder melting step and the component removing step are performed in the air, and are performed in an acid state.
  • the solder melting step and the component removal step be performed in a non-oxidized state.
  • the substrate is not limited to the circuit board 11 including the heat sink 15 having the refrigerant flow path 15a.
  • the circuit board 11 including the heat sink 15 that does not have the refrigerant flow path 15a, or the circuit board that does not include the heat sink 15 may be configured such that electronic components are solder-mounted.
  • the heating device 31 and the pulling device 32 are configured to be movable in the longitudinal direction of the circuit substrate 11 in the container 21. Then, the solder melting step and the component removal step may be sequentially performed by changing the positions of the heating device 31 and the pulling device 32. In this case, it is possible to cope with the case where the semiconductor device 10 is large and the circuit board 11 is elongated without increasing the size of the heating device 31 and the pulling device 32.

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Abstract

　回路基板上に半田を使用して実装された複数の半導体素子を備える半導体装置のリペア方法が開示される。各半導体素子は、他の半導体素子及び前記回路基板上に設けられた配線部に対してボンディングワイヤで接続されている。半導体素子のリペアを行う場合には、先ず除去すべき半導体素子を加熱して前記半田を溶融させる。続いて、前記半田が溶融した状態で、前記除去すべき半導体素子に接続されているボンディングワイヤを引っ張って該半導体素子を前記回路基板上から除去する。

Description

明 細 書
半導体装置のリペア方法及び半導体装置のリペア装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体装置のリペア方法及びリペア装置に係り、詳しくは基板上に半田 を使用して実装される複数の電子部品を備え、各電子部品が他の電子部品又は前 記基板上に設けられた配線部にボンディングワイヤで接続される半導体装置のリぺ ァ方法及びリペア装置に関する。
背景技術
[0002] 大型の基板にベアチップ等の複数の電子部品を半田付けした後、ボンディングワイ ャによって電子部品間及び電子部品と基板上の配線部との間を接続すると、ワイヤ ボンディング工程に起因する不良部品が発生する場合がある。不良部品が発生する と、不良部品の数に関係なく半導体装置としては不良品となるため、基板から不良部 品を取り外し、良品を新たに実装する。
[0003] BGA形態を有する半導体装置のリペア装置として、特許文献 1には、高圧ボンべ 又はブロワ一等力 ホース等を介して送られるガスを加熱して吐出する金属保護管 付き熱風ヒーターと、ベアチップの外形にほぼ等しい開口部を底面に有しかつ上部 又は側面に排気口を有するボックスと、が直接接続された装置が開示されている。こ のリペア装置は、基板に実装されたベアチップをボックス内に入れた状態において熱 風で前記ベアチップを加熱して半田を溶融させる。そして、ボックスを上部から貫通 する-一ドルの先端に接続された真空吸着カップによって、前記ベアチップを吸着し て、該真空吸着カップを上方へ引っ張る。
[0004] 特許文献 2には、基板を加熱テーブル上に載置した状態で加熱するとともに、加熱 機構を備えるコレットをベアチップに接触させて該ベアチップを加熱し、力っコレット にベアチップを吸着させることによって、半田を溶融させてベアチップを基板力 取り 外す工程を含む半導体装置のリペア方法が開示されている。
[0005] 特許文献 1及び特許文献 2に開示されたリペア方法は、ワイヤボンディングされた ベアチップについての配慮がなされていない。例えば、ワイヤボンディングされたべ ァチップに特許文献 1のリペア装置を適用する場合、ボンディングワイヤが真空吸着 カップによるベアチップの吸着の邪魔になる。特許文献 2のリペア方法においても、 前記コレットは、表面が平坦なベアチップを吸着することによって基板力 ベアチップ を取り外すことを前提としている。そのため、特許文献 2のリペア方法をワイヤボンディ ングされたベアチップに対して適用する場合、ボンディングワイヤがコレットとベアチッ プとの間に介在するため、コレットとベアチップとの間の隙間が大きくなつて、コレット がベアチップを具合良く吸着できな!/、。
特許文献 1：特開平 9 - 36536号公報
特許文献 2：特開平 9— 330956号公報
発明の開示
[0006] 本発明の目的は、ボンディングワイヤが存在しても基板上力 電子部品を支障なく 除去することができる半導体装置のリペア方法及びリペア装置を提供することにある 上記目的を達成するために、本発明の第 1の態様では、基板上に半田を使用して 実装される複数の電子部品を備え、各電子部品が他の電子部品又は前記基板上に 設けられた配線部にボンディングワイヤで接続される半導体装置のリペア方法が提 供される。該リペア方法は、除去すべき電子部品を加熱して前記半田を溶融させるこ とと、前記半田が溶融した状態で、前記除去すべき電子部品に接続されているボン デイングワイヤを引っ張って該電子部品を前記基板上力 除去することとを備える。
[0007] 本発明の第 2の態様では、基板上に半田によって実装される複数の電子部品を備 え、各電子部品が他の電子部品又は前記基板上に設けられた配線部にボンディン グワイヤで接続される半導体装置のリペア装置が提供される。該リペア装置は、支持 部と、加熱装置と、引っ張り装置とを備える。前記支持部は、前記基板を支持する。 前記加熱装置は、前記基板が前記支持部に支持された状態で前記半田を溶融する 。引っ張り装置は、前記ボンディングワイヤを、該ボンディングワイヤに接続されてい る電子部品が前記基板力も離間する方向に引っ張る。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明の一実施形態における半導体装置の概略平面図。 [図 2]図 1の 2— 2線に沿った概略断面図。
[図 3]図 1の半導体装置のためのリペア装置の概略断面図。
圆 4]図 1の半導体装置と半田鏝との関係を示す概略斜視図。
[図 5]図 4の半田鏝が作用位置に配置されたときのリペア装置の概略断面図。
[図 6]図 4の半田鏝が待機位置に配置されたときのリペア装置の概略断面図。
[図 7]別の実施形態におけるリペア装置の模式断面図。
発明を実施するための最良の形態
[0009] 以下、本発明を具体ィ匕した一実施形態を図 1〜図 6にしたがって説明する。
図 1に示すように、半導体装置（半導体モジュール） 10は、基板としての回路基板 1 1と、該回路基板 11上に半田 H (図 2に図示)を使用して実装された電子部品として の複数の半導体素子 12とを備えている。回路基板 11は、表面にセラミック基板 14を 複数備えている。各セラミック基板 14上には、金属回路 13が形成されている。また、 各セラミック基板 14上には、 4個の半導体素子 12が半田付けされている。半導体素 子 12としては、例えば、 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor )やダイオードが用 いられている。
[0010] 図 1及び図 2に示すように、回路基板 11は、前記複数のセラミック基板 14と、該セラ ミック基板 14に金属板 16を介して固定された金属製のヒートシンク 15とを含む。つま り、回路基板 11は、ヒートシンク 15を備えた冷却回路基板である。ヒートシンク 15は アルミニウム系金属や銅等で形成されており、冷却媒体が流れる冷媒流路 15aを備 えている。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。金 属板 16は、セラミック基板 14とヒートシンク 15とを接合する接合層として機能し、例え ば、アルミニウムや銅などで形成されている。
[0011] 金属回路 13は、例えば、アルミニウムや銅等で形成されている。セラミック基板 14 は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケィ素等により形成されている。半導 体素子 12は、金属回路 13に接合 (半田付け)されている。即ち、金属回路 13は半導 体素子 12を回路基板 11上に接合するための接合部を構成する。
[0012] ヒートシンク 15上には、配線部が設けられている。配線部は、図 2に示すように、ヒ ートシンク 15上に固定された配線パッド 17aと、該配線パッド 17a上に半田 Hを介し て接合された電極パッド 17bとを備えている。半導体素子 12同士、半導体素子 12と 電極パッド 17b、電極パッド 17b同士はワイヤボンディングされており、ワイヤ（ボンデ イングワイヤ） 18を介して接続されている。
[0013] 次に、半導体装置 10をリペア (修繕)する際に使用するリペア装置 20を説明する。
図 3は、リペア装置 20の構成を概略的に示している。リペア装置 20は、密閉可能な 容器 (チャンバ） 21を備え、当該容器 21は開口部 22aを有する箱型の本体 22と、当 該本体 22の開口部 22aを開放及び閉鎖する蓋体 23とを含む。蓋体 23は、本体 22 の上部に支持軸 23aを介して回動可能に支持されている。本体 22には、半導体装 置 10を位置決めして支持する支持部としての支持台 24が設置されている。また、本 体 22には、蓋体 23と密着し得るパッキン 25が配設されている。蓋体 23は、本体 22 の開口部 22aを閉鎖可能な大きさで形成されており、蓋体 23の閉鎖状態において容 器 21内には密閉空間 Sが形成される。
[0014] 本体 22には、容器 21内に還元性ガス (この実施形態では水素）を供給するための 還元ガス供給部 26が接続されている。還元ガス供給部 26は、配管 26aと、当該配管 26aに設けられた開閉バルブ 26bと、水素タンク 26cとを備えている。また、本体 22に は、容器 21内に不活性ガス (この実施形態では窒素）を供給するための不活性ガス 供給部 27が接続されている。不活性ガス供給部 27は、配管 27aと、当該配管 27aに 設けられた開閉バルブ 27bと、窒素タンク 27cとを備えている。また、本体 22には、容 器 21内に充満したガスを外部に排出するためのガス排出部 28が接続されている。ガ ス排出部 28は、配管 28aと、当該配管 28aに設けられた開閉バルブ 28bと、真空ポ ンプ 28cとを備えている。リペア装置 20は、還元ガス供給部 26、不活性ガス供給部 2 7及びガス排出部 28を備えることにより、密閉空間 S内の圧力を調整可能に構成され ており、密閉空間 Sは圧力調整によって加圧されたり、減圧されたりする。開閉バルブ 26b, 27b, 28bには電磁弁力使用されている。
[0015] 容器 21内には、半田 Hを溶融状態に加熱可能な加熱装置 31と、ボンディングワイ ャ 18を、該ワイヤ 18に接続されて!ヽる半導体素子 12や電極パッド 17bを回路基板 1 1から離間する方向に引っ張ることが可能な引っ張り装置 32とが収容されている。
[0016] 加熱装置 31は、ヒーター 33を内蔵した鏝としての半田鏝 34を含む。ヒーター 33に は、図示しない配線を介して容器 21の外部力も電力が供給される。半田鏝 34は、 1 枚のセラミック基板 14上に半田付けされた全ての半導体素子 12及び電極パッド 17b に当接可能な接触部 35と、ワイヤ 18との干渉を回避する複数の第 1溝部 36 (図 4に 図示）とを備えている。各第 1溝部 36は、ワイヤ 18が延びる方向に沿って延びている 。半田鏝 34には、引っ張り装置 32のロッド 40の進入及び上昇を許容する溝部として の複数の第 2溝部 37が、第 1溝部 36と直交する方向に延びるように形成されている。
[0017] 半田鏝 34は、駆動装置 38を介して蓋体 23に固定されている。駆動装置 38は、蓋 体 23が閉鎖位置に配置された状態において、半田鏝 34を、接触部 35が 1枚のセラ ミック基板 14上の全ての半導体素子 12及び電極パッド 17bに当接可能な作用位置 と、該作用位置の上方の待機位置との間を昇降させる。駆動装置 38は電気シリンダ で構成されており、該電気シリンダのピストンロッド 38aの先端に半田鏝 34が固定さ れている。半田鏝 34は、蓋体 23を開放位置に配置した状態において、半導体装置 10を容器 21内の支持台 24上に配置したり、支持台 24上から取り出したりする際に、 半導体装置 10と干渉しな 、位置に設けられて 、る。
[0018] 図 4に示すように、引っ張り装置 32は一対の支持部材 41を備え、各支持部材 41は ボンディングワイヤ 18と係止可能な複数本の係合部としてのロッド 40を有している。 ロッド 40は所定間隔をおいて水平に、かつ互いに平行に延びている。本実施形態に おいて、各支持部材 41は 4本のロッド 40を備えている。つまり、一対の支持部材 41 は、合計で 8本のロッド 40を備えている。
[0019] 前記所定間隔は、半田鏝 34が前記作用位置に配置された状態において、ロッド 4 0が第 2溝部 37に進入可能な値になるように設定されている。一対の支持部材 41は 、図示しない駆動装置により、支持台 24上に支持された半導体装置 10のワイヤ 18 の下方に位置することが可能な高さと、半田 Hが溶融された状態でロッド 40がワイヤ 18に係合して半導体素子 12や電極パッド 17bを回路基板 11から引き剥がすことが 可能な高さとに移動可能である。各ロッド 40は、対応する支持部材 41に対して、支 持台 24上に支持された半導体装置 10のワイヤ 18の下方位置に進出する進出位置 と、半田鏝 34が前記作用位置に配置された状態で第 2溝部 37内から退避した退避 位置とに移動可能である。なお、隣接するセラミック基板 14上のワイヤ 18に干渉する 虞が無い場合は、ロッド 40を支持部材 41に対して移動するのではなぐ前記駆動装 置によって支持部材 41をロッド 40とともにロッド 40の長手方向に沿って移動可能に するようにしてちょい。
[0020] 前記開閉バルブ 26b, 27b, 28b、ヒーター 33、駆動装置 38及び引っ張り装置 32 のための駆動装置は、図示しない制御装置力 の指令によって制御される。前記制 御装置は、半田鏝 34が前記作用位置に配置された状態において、ヒーター 33への 通電時間が予め設定された所定時間経過した時点で半田 Hが溶融状態になったと 判断する。前記所定時間は予め試験により半田 Hが溶融するまでの時間を求めて、 その値に基づ 、て設定されて!、る。
[0021] 次に、前記リペア装置 20の作用及びリペア装置 20を用いて半導体装置 10をリぺ ァする手順について説明する。
上記半導体装置 10は、回路基板 11上に半田 Hを使用して実装された複数の半導 体素子 12を備えており、各半導体素子 12は、回路基板 11上の電極パッド 17b又は 他の半導体素子 12とワイヤボンディングされている。このような半導体装置 10は、製 品検査において、半導体素子 12又はワイヤボンディングに不良があるか否かが検査 される。不良があった半導体装置 10は容器 21の支持台 24上に支持される。このとき 、蓋体 23は開放されるとともに、半田鏝 34は前記待機位置に配置され、かつ引っ張 り装置 32の全てのロッド 40は前記退避位置に配置されている。
[0022] 次に、蓋体 23が閉鎖位置に配置され、容器 21内に密閉空間 Sを形成する。次に前 記制御装置からの制御信号により、ガス排出部 28を操作して容器 21内を真空引き するとともに、不活性ガス供給部 27を操作して容器 21内に窒素を供給することによ つて、密閉空間 S内を不活性ガスで充満させる。この真空引きと窒素の供給とを数回 繰り返した後、還元ガス供給部 26を操作して容器 21内に水素を供給し、密閉空間 S 内を還元ガス雰囲気にする。
[0023] 次に、駆動装置 38が駆動されて半田鏝 34が前記作用位置に配置される。すると、 図 5に示すように、接触部 35が不良な半導体素子 12又はワイヤボンディングを含む 1枚のセラミック基板 14上に実装された全ての半導体素子 12及び電極パッド 17bに 当接する。この状態で、一対の支持部材 41に設けられた合計 8本のロッド 40が、対 向する第 2溝部 37に向力つて移動して進出位置に配置される。この結果、各ロッド 4 0が対応するワイヤ 18の下方に配置される。なお、図 5及び図 6において支持部材 4 1及び接触部 35の一部の図示は省略されている。
[0024] 次に、ヒーター 33が駆動されて半田鏝 34が加熱されると、加熱された半田鏝 34の 熱が 1枚のセラミック基板 14上に実装された全ての半導体素子 12及び電極パッド 17 bを介して半田 Hに伝達される。そして、ヒーター 33の駆動開始、即ち加熱開始から 所定時間経過後、半田 Hが溶融状態になり、半田溶融工程が完了する。
[0025] 半田 Hが溶融状態になった後、一対の支持部材 41を上方へ移動させることによつ てロッド 40を上昇させる。このとき、前記進出位置に配置されたロッド 40が対応するヮ ィャ 18に係合して、該ワイヤ 18を上方に向力つて引っ張る。続いて、駆動装置 38が 駆動されて、半田鏝 34がロッド 40と同期して上昇を開始する。ワイヤ 18の接合部が 半田 Hの溶融温度に加熱された状態において、ワイヤ 18の接合部での接合力は、 溶融状態の半田 Hが半導体素子 12や電極パッド 17bを金属回路 13や配線パッド 1 7aに付着させる力より大きい。従って、半田 Hが溶融された状態でワイヤ 18を引っ張 ると、図 6に示すように、回路基板 11に実装されていた半導体素子 12及び電極パッ ド 17bがワイヤ 18の引っ張り力により回路基板 11から離れ、部品除去工程が完了す る。
[0026] なお、図 1で示すようにヒートシンク 15に対して複数のセラミック基板 14を金属板 16 を介してろう付けしてなる半導体装置 10では、熱サイクルによる疲労破壊を考慮して 、複数のセラミック基板 14が高密度に搭載される場合が多い。このような構成では、 セラミック基板 14単位での熱伝導が非常に良いので、各セラミック基板 14に搭載さ れている複数の半導体素子 12のうちの一部のみを加熱して除去することは難しい。 これに対処すベぐ例えば半田鏝 34を、図 1に示す各セラミック基板 14の上側領域 及び下側領域に対応する 2つの部位毎に独立して加熱可能に構成する。そして、除 去すべき半導体素子 12及び電極パッド 17bに対応する側の半田鏝 34の部位のみを 予め高温に加熱した後に、該半田鏝 34を半導体素子 12及び電極パッド 17bに当接 させて半田を瞬時に溶融させる。このようにすれば、同一のセラミック基板 14上の上 側領域または下側領域の半導体素子 12及び電極パッド 17bのみを除去することも可 能である。
[0027] その後、図示しない冷却用の熱媒供給部から容器 21内に冷却用ガスが供給される 。冷却用ガスは、ヒートシンク 15の冷媒流路 15aの入口又は出口に向力つて吹き込ま れ、冷媒流路 15a及びヒートシンク 15の周囲を流れることによって半導体装置 10を 冷却する。この結果、除去が不要の半導体素子 12及び電極パッド 17bを有する他の セラミック基板 14の半田 Hは、溶融温度未満の温度に冷却されることによって凝固し 、当該半導体素子 12及び電極パッド 17bは回路基板 11に接合された状態を維持す る。
[0028] そして、半田 Hの温度が所定温度まで低下した後、蓋体 23を開放する。半田 Hの 温度が所定温度まで低下したことの確認は、直接行うのではなぐ冷却用ガスの供給 開始から半田の温度が所定温度に低下するまでの所要時間を予め試験を通じて求 めておき、冷却用ガスの供給開始から前記所要時間が経過した時点で冷却用ガス の供給を停止する。
[0029] 次に、回路基板 11から除去されてロッド 40に支持されている半導体素子 12、電極 パッド 17b及びワイヤ 18が容器 21から取り出される。そして、ロッド 40が退避位置に 移動された後、半導体装置 10が容器 21から取り出される。以上により、回路基板 11 上から半導体素子 12及び電極パッド 17bが除去される。
[0030] リペアを行うべき他の半導体装置 10がある場合、新たに半導体装置 10を支持台 2 4上に支持した後、前記と同様にして、回路基板 11上から半導体素子 12及び電極 ノッド 17bが除去される。また、リペアを行うべき他の半導体装置 10が無い場合、蓋 体 23を閉鎖する。
[0031] 不良品が除去された半導体装置 10に対しては、半田 Hを使用して新たな半導体素 子 12や電極パッド 17bが実装される。該実装は非酸化雰囲気、好ましくは還元雰囲 気で行われる。半導体素子 12や電極パッド 17bの半田付けは、除去された半導体素 子 12や電極パッド 17bが半田付けされていた位置に対して行われる。
[0032] 新たに実装された半導体素子 12及び電極パッド 17bを備えた半導体装置 10には 、引き続いてワイヤボンディングが行われる。すなわち、新たな半導体素子 12と、配 線パッド 17a上に新たに半田付けされた電極パッド 17bとに対してワイヤボンディング が行われる。不良である電極パッド 17bが除去された部分には、ワイヤボンディングを 行うことはできないため、電極パッド 17bを半田付けせずに配線パッド 17a上にワイヤ ボンディングする場合は、配線パッド 17a上にワイヤボンディングを行うためのスぺー スを確保しておく必要がある。しかし、電極パッド 17bが除去された部分に、再び電極 ノ ッド 17bを半田付けすることはできるため、電極パッド 17bを半田付けすれば、配線 パッド 17a上にワイヤボンディングを行うためのスペースを確保する必要がない。
[0033] 本実施形態の利点を以下に記載する。
(1)除去すべき半導体素子 12を加熱して半田 Hを溶融させ、該半田 Hが溶融した 状態でボンディングワイヤ 18を引っ張って半導体素子 12を回路基板 11上から除去 している。即ち、半導体素子 12等を吸着して除去するのではなぐボンディングワイ ャ 18を引っ張ることによって半導体素子 12及び電極パッド 17bを除去するため、ボ ンデイングワイヤ 18が存在しても支障無く半導体素子 12及び電極パッド 17bを除去 することができる。
[0034] (2)ワイヤボンディングは、配線パッド 17a上に半田付けされた電極パッド 17bに対 して行われる。従って、ボンディングワイヤ 18の端部を配線パッド 17aから除去すると いう面倒な手間が不要になるとともに、配線パッド 17a上にワイヤボンディングのため のスペースを確保する必要がな 、。
[0035] (3)半田溶融工程及び部品除去工程は非酸ィ匕雰囲気で行われるため、不良部品 が除去される際に、半田 Hが酸ィ匕したり、新たに半導体素子 12や電極パッド 17bが 半田付けされる部分が酸ィ匕したりするのが防止される。この結果、新たな半導体素子 12や電極パッド 17bの半田付けを良好に行うことができる。
[0036] (4)加熱装置 31は半田鏝 34を備えているため、半田 Hを溶融させたい部分を効率 良く加熱することができる。この結果、エネルギー消費が少なくなるとともに、全体を加 熱する場合に比較して短時間で作業を行うことが可能になる。
[0037] (5)半導体素子 12や電極パッド 17bの部品除去工程に続いて、非酸化雰囲気で 新たな半導体素子 12や電極パッド 17bを半田付けする実装工程が行われる。このた め、新たな半導体素子 12や電極パッド 17bの半田付けが良好に行われる。
[0038] (6)実装工程で新たに実装される半導体素子 12や電極パッド 17bに対してワイヤ ボンディングが行われる。従って、配線パッド 17aに対するワイヤボンディングを配線 ノッド 17aに直接行う場合と異なり、ボンディングワイヤ 18の端部は電極パッド 17bと 共に除去され、新たな電極パッド 17bにワイヤボンディングを行うことができる。このた め、配線パッド 17aにワイヤボンディングを複数回行うためのスペースを確保しておく 必要がない。
[0039] (7)引っ張り装置 32は、水平に延びるロッド 40を備えている。このため、ロッド 40を ワイヤ 18の下方に配置して上昇させることにより、簡単な構成でワイヤ 18を掛止して ワイヤ 18を半導体素子 12や電極パッド 17bを除去する方向に引っ張ることができる。
[0040] (8)半田鏝 34は、ロッド 40の進入及び昇降を許容する第 2溝部 37を備えている。
従って、半田鏝 34の熱を半導体素子 12や電極パッド 17bに伝達して半田 Hを加熱 している状態において、ロッド 40をワイヤ 18の下方に配置しておき、半田 Hが溶融状 態になると直ちにロッド 40を上昇させてワイヤ 18を引っ張って、半導体素子 12ゃ電 極パッド 17bを回路基板 11から除去する作業を開始することができる。その結果、半 田鏝 34を作用位置 (加熱位置)力 移動させて力 除去作業を開始する場合に比較 して、部品除去工程に要する時間を短縮できる。
[0041] (9)半田鏝 34は、駆動装置 38を介して蓋体 23に設けられ、蓋体 23が開放位置に 配置された状態において、半導体装置 10を容器 21内の支持台 24上に支持したり、 支持台 24上力 取り出したりする際に作業の支障とならない位置に配置される。従つ て、容器 21を大型化せずに、半導体装置 10を容器 21内の所定位置へ配置したり、 容器 21内から取り出したりすることができる。
[0042] (10)半田 Hの加熱を停止した後、冷却用ガスがヒートシンク 15の冷媒流路 15aの 入口又は出口に向力つて吹き込まれる。従って、除去されない半導体素子 12や電極 パッド 17bに対応する溶融状態の半田 Hを効率良く冷却することができる。この結果 、容器 21内を大気に開放して半導体装置 10を取り出すことが可能な状態に短時間 ですることがきる。
[0043] 上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
支持部としての支持台 24は回路基板 11の位置決めができればよい。なお、上述の 実施形態における回路基板 11はヒートシンク 15を備えているので十分な重量を有し ている。従って、特に回路基板 11を把持する部材を設けなくとも、引っ張り装置によ る引っ張り力に対して回路基板 11が浮き上がることは無い。しかし、回路基板 11が 浮き上がる虞がある場合、支持部に回路基板 11を把持させる把持部を設けても良い
[0044] 部品除去工程に続いて、回路基板 11上に残存する半田 Hを除去する半田除去ェ 程を設けてもよい。半導体素子 12や電極パッド 17bが回路基板 11上から除去される 際に、半田 Hの全部が回路基板 11から除去されるのではなく一部が残存する。この 場合、新たな半導体素子 12や電極パッド 17bの半田付け力 残存する半田 Hによつ て阻害される虞がある。そのため、残存した半田 Hを除去するのが好ましい。その場 合、部品除去工程に続いて、回路基板 11上に残存する半田 Hを除去すれば、半田 Hの溶融状態で半田 Hを容易に除去することができる。溶融状態の半田 Hを除去す る装置としては、例えば、半田 Hを減圧状態で吸引する吸引パイプや、 100〜200メ ッシュの金網を卷 、た棒状の部材が使用される。
[0045] 半導体装置 10の回路基板 11に実装される電子部品は半導体素子 12に限らず、 半導体素子 12と他の電子部品、例えばチップ抵抗やチップコンデンサとを含んでも よい。
回路基板 11に対して半田付けする部品はチップ部品に限らず、リードを備えたリー ド部品を含んでもよい。
[0046] リペア装置 20は、ボンディングワイヤ 18を切断可能な切断装置 39 (図 4に鎖線で 図示）を備えていてもよい。切断装置 39は、例えばロボットアームと、その先端に装備 されたカッターとを備える。切断装置 39を備えたリペア装置 20は、不良な半導体素 子 12にワイヤボンディングされて 、る良好な半導体素子 12を除去する必要がな ヽ場 合、良好な半導体素子 12と不良な半導体素子 12とを接続しているワイヤ 18を切断 装置 39で切断して不良な半導体素子 12のみを容易に回路基板 11から除去すること ができる。ワイヤ 18を切断する場合、ワイヤ 18は除去すべき半導体素子 12にできる だけ近い位置で切断するとともに、一端が良好な半導体素子 12に接続された状態の ワイヤ 18を、不良な半導体素子 12に代えて新たに実装された半導体素子 12にボン デイングしてもよい。また、ワイヤ 18を切断する場合、ワイヤ 18は除去しない良品の 半導体素子 12にできるだけ近い位置で切断してもよい。この場合、不良な半導体素 子 12に代えて新たに実装された半導体素子 12と除去しな力つた半導体素子 12とを ワイヤボンディングする際に、除去しな力つた半導体素子 12に対しては元のボンディ ング位置の近くの位置にワイヤボンディングを行ってもよい。
[0047] リペア装置 20は、支持台 24に支持された半導体装置 10の回路基板 11に対して半 導体素子 12を供給する部品供給装置を備えていてもよい。例えば、図 7に示すよう に、容器 21の外部近傍に部品供給装置 42が配置される。部品供給装置 42は図示 しないロボットアームを備えている。部品除去工程終了後、蓋体 23が開放されるとと もに、半田鏝 34が待機位置に配置された状態で、前記ロボットアーム力 ロッド 40に 支持されている半導体素子 12又はワイヤ 18を保持して容器 21の外に取り出す。次 に、前記ロボットアーム力 回路基板 11の所定の位置に半田シート、半導体素子 12 及び電極パッド 17bを配置して、部品供給が完了する。なお、半田除去工程を実施 する場合は半田除去工程終了後、部品供給装置 42により前記と同様に部品供給が 行われる。
[0048] 次に、蓋体 23が閉鎖される。続いて、半田鏝 34を使用して、所定位置に供給され た半導体素子 12及び電極パッド 17bが回路基板 11に半田付けされる。半田付けに 際しては、先ず前記半田溶融工程及び前記部品除去工程と同様に、容器 21内が還 元雰囲気にされた後、半田鏝 34が作用位置に配置されるとともにヒーター 33が駆動 されることによって半田シートが加熱されて溶融される。その後、半田鏝 34が待機位 置に移動されるとともに、容器 21内に冷却ガスが吹き込まれて、溶融状態の半田 H が冷却されて完了する。この場合、不良の半導体素子 12の除去に続いて、半導体 素子 12を再実装する際に半導体素子 12が円滑に供給され、半導体装置 10のリベ ァを効率良く行うことができる。
[0049] 部品供給装置 42を用いて半導体素子 12や電極パッド 17bを供給する際、半田シ ートを所定位置に配置する代わりに、クリーム半田を所定位置に塗布し、半導体素子 12及び電極パッド 17bをタリーム半田上に配置してもよ 、。
[0050] 部品除去工程後、部品供給装置 42により新たに供給された半導体素子 12や電極 パッド 17bの実装を、加熱装置 31を利用して行う代わりに、実装用の専用装置を設 けてもよい。その場合、その専用装置の近くに部品供給装置 42を設けてもよい。
[0051] 引っ張り装置 32は、真っ直ぐなロッド 40でワイヤ 18を引っ張る構成に限定されない 。例えば、屈曲したロッドでワイヤ 18を掛止して斜め上方に引っ張るようにしてもよい し、また、ワイヤ 18を把持可能な把持部でワイヤ 18を把持した状態でワイヤ 18を引 つ張るようにしてもよい。
[0052] 半田鏝 34により半田 Hが溶融状態になり、半田鏝 34が待機位置に配置された後、 引っ張り装置 32の駆動が開始されてロッド 40等の係合部や把持部が進出位置に移 動されてワイヤ 18の引っ張り動作が行われるようにしてもよい。この場合、半田鏝 34 は、第 2溝部 37を省略することができる。
[0053] 加熱装置 31を構成する半田鏝 34を複数設けたり、一つの半田鏝 34が独立して駆 動可能な複数の加熱領域を有する構成としたりしてもよい。この場合、回路基板 11 上の半導体素子 12及び電極パッド 17bのうち、加熱が不要な、即ち除去が不要な半 導体素子 12及び電極パッド 17bの少なくとも一部を加熱せずに、加熱が必要な、即 ち除去が必要な半導体素子 12及び電極パッド 17bを加熱することができる。
[0054] 蓋体 23を本体 22に対して回動可能に支持する代わりに、本体 22に対して取り外し 可能に設けてもよい。この場合、容器 21の上方に蓋体 23の回動を許容するスペース より小さなスペースを確保するだけで容器 21を開放することができる。
[0055] 加熱装置 31は、半田鏝 34に限定されない。例えば、レーザーを照射して半導体素 子 12や電極パッド 17bを加熱する構成であってもよい。この場合、所望の半導体素 子 12及び電極パッド 17bのみ加熱することが容易となるため、除去が不要な半導体 素子 12及び電極パッド 17bを加熱するための無駄なエネルギー消費を抑制すること ができる。
[0056] 半田鏝 34を、半導体装置 10をリペアするときには半導体装置 10と対向する位置に 、半導体装置 10のリペアが終了して半導体装置 10を容器 21から取り出すときには 半導体装置 10と対向しない位置に移動可能となるように構成してもよい。例えば、上 方に突出したピストンロッドを備えた電気シリンダを支持台 24の近くに装備し、かつピ ストンロッドの軸線を中心に電気シリンダを回動させる駆動装置を設ける。
[0057] そして、ピストンロッドの先端に固定された支持体に、水平に延びるアームを介して 半田鏝 34を固定する。この構成では、電気シリンダが回動されることにより、半田鏝 3 4は支持台 24上の半導体装置 10と対向する位置と、対向しない位置とに移動される 。電気シリンダの駆動により、半田鏝 34は、接触部 35が支持台 24上に支持された半 導体装置 10の回路基板 11上の半導体素子 12あるいは電極パッド 17bに当接可能 な作用位置と、当接しない作用位置の上方の待機位置とに移動される。
[0058] この場合、部品除去工程に続いて半田除去工程を実施する場合、引っ張り装置 32 により半導体素子 12及び電極パッド 17bがワイヤ 18と共に回路基板 11から除去され た後、蓋体 23を開放せずに電気シリンダを回動させて半田鏝 34を支持台 24上の半 導体装置 10と対向しない位置に移動させることによって、半田除去作業を開始する ことができるため、半導体装置 10をリペアする時間の短縮を図ることができる。
[0059] 容器 21を大きく形成するとともに、半田鏝 34を待機位置力も支持台 24上の半導体 装置 10と対向しない位置に移動可能に構成し、さらに容器 21内に部品供給装置 42 を装備してもよい。この場合、蓋体 23を開放せずに、容器 21内を非酸ィ匕状態に保持 したまま、半導体素子 12や電極パッド 17bの除去、新たな半導体素子 12や電極パッ ド 17bの供給及び半田実装を連続して行うことが可能になる。
[0060] また、半田鏝 34を待機位置力も支持台 24上の半導体装置 10と対向しない位置に 移動可能に構成する代わりに、容器 21の高さを高くする。または、蓋体 23に設けら れた駆動装置 38のピストンロッド 38aのストロークを長くして、半田鏝 34を支持台 24 上の半導体装置 10と対向する状態のまま、半田除去装置の作業や部品供給装置 4 2の作業に支障を来さない位置まで移動可能に構成する。さらに、容器 21内に部品 供給装置 42を装備する。この場合も蓋体 23を開放せずに、容器 21内を非酸化状態 に保持したまま、半田除去工程、部品供給、半田実装工程を実施することができる。
[0061] 半田溶融工程及び前記部品除去工程は還元雰囲気に限らず非酸化雰囲気で行 つてもよい。また、酸ィ匕雰囲気で行ってもよい。しかし、少なくとも非酸化雰囲気で行う のが好ましい。
[0062] 部品除去工程又は半田除去工程に続いて行われる実装工程は、還元雰囲気に限 らず非酸化雰囲気で行われてもよ ヽ。
電子部品の除去は、密閉可能な容器 21内に限らず、例えば、ベルトコンべャ等の 搬送装置上に載置されて半導体装置 10が容器内に搬入される搬入口や、容器内か ら搬出される搬出口を介して外部と連通された構成の容器内で行うようにしてもょ ヽ。
[0063] 容器 21の無い状態、即ち電子部品の除去を行う周囲を囲む部材の無い状態で電 子部品の除去を行うようにしてもよい。この場合、半田溶融工程や部品除去工程が大 気中で行われることになり、酸ィ匕状態で行われることになる。しかし、半田溶融工程や 部品除去工程は非酸ィ匕状態で行われるのが好ましい。
[0064] 基板は冷媒流路 15aを有するヒートシンク 15を備えた回路基板 11に限らない。例 えば、冷媒流路 15aを有しないヒートシンク 15を備えた回路基板 11や、ヒートシンク 1 5を備えない回路基板に電子部品が半田実装された構成でもよい。
[0065] 半導体装置 10が大型で回路基板 11が細長い場合、容器 21内において、加熱装 置 31及び引っ張り装置 32を回路基板 11の長手方向に沿って移動可能に構成する 。そして、半田溶融工程や部品除去工程を加熱装置 31及び引っ張り装置 32の位置 を変更して順次行うようにしてもよい。この場合、加熱装置 31及び引っ張り装置 32を 大型化せずに、半導体装置 10が大型で回路基板 11が細長い場合に対応すること ができる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板上に半田を使用して実装される複数の電子部品を備え、各電子部品が他の電 子部品又は前記基板上に設けられた配線部にボンディングワイヤで接続される半導 体装置のリペア方法にぉ 、て、
除去すべき電子部品を加熱して前記半田を溶融させることと、
前記半田が溶融した状態で、前記除去すべき電子部品に接続されているボンディ ングワイヤを引っ張って該電子部品を前記基板上から除去することと
を備えるリペア方法。
[2] 前記半田の溶融及び前記電子部品の除去は、非酸化雰囲気で行われる請求項 1 に記載のリペア方法。
[3] 前記電子部品を加熱するための加熱装置として、鏝を用いることを備える請求項 1 又は請求項 2に記載のリペア方法。
[4] 前記電子部品を前記基板上から除去した後に、前記基板上に残存する半田を除 去することをさらに備える請求項 1〜請求項 3のいずれか一項に記載のリペア方法。
[5] 前記ボンディングワイヤが、前記配線部に半田付けされた電極パッドに対して接続 されている請求項 1〜請求項 4のいずれか一項に記載のリペア方法。
[6] 非酸ィ匕雰囲気内で、前記電子部品が除去された前記基板の部位に新たな電子部 品を半田を使用して実装することをさらに備える請求項 1〜請求項 5のいずれか一項 に記載のリペア方法。
[7] 前記基板上に新たに実装された電子部品に対して、ボンディングワイヤを接続する ことをさらに備える請求項 6に記載のリペア方法。
[8] 前記ボンディングワイヤが前記配線部に半田付けされた電極パッドに対して接続さ れており、前記電子部品を前記基板上から除去することは、半田が溶融した状態で 前記電子部品と前記電極パッドとを接続して 、るボンディングワイヤを引っ張って、該 電子部品と電極パッドとを前記基板上から除去することを含み、前記リペア方法はさ らに、
非酸化雰囲気で、前記電子部品が除去された前記基板の部位に新たな電子部品 を半田を使用して実装することと、 非酸化雰囲気で、前記電極パッドが除去された前記配線部に新たな電極パッドを 半田を使用して実装することと、
新たに実装された電子部品と新たに実装された電極パッドとをボンディングワイヤ で接続することと
をさらに備える請求項 1〜請求項 4のいずれか一項に記載のリペア方法。
[9] 基板上に半田によって実装される複数の電子部品を備え、各電子部品が他の電子 部品又は前記基板上に設けられた配線部にボンディングワイヤで接続される半導体
Figure imgf000019_0001
、て、
前記基板を支持可能な支持部と、
前記基板が前記支持部に支持された状態で前記半田を溶融状態に加熱可能な加 熱装置と、
前記ボンディングワイヤを、該ボンディングワイヤに接続されて 、る電子部品が前記 基板力も離間する方向に引っ張ることが可能な引っ張り装置と
を備えるリペア装置。
[10] 前記ボンディングワイヤを切断可能な切断装置をさらに備える請求項 9に記載のリ ペア装置。
[11] 前記加熱装置が鏝である請求項 9又は請求項 10に記載のリペア装置。
[12] 前記支持部に支持された前記基板に対して電子部品を供給するための部品供給 装置をさらに備える請求項 9〜請求項 11のいずれか一項に記載のリペア装置。
[13] 前記加熱装置は、前記電子部品を介して前記半田を加熱すべく該電子部品に接 触可能である請求項 9〜請求項 12のいずれか一項に記載のリペア装置。
[14] 前記加熱装置は、前記半田を加熱している状態で前記引っ張り装置が加熱装置に 対して動くことを許容し得る形状に形成されている請求項 13に記載のリペア装置。
[15] 前記引っ張り装置は、前記ボンディングワイヤに係合した状態で該ボンディングワイ ャを引っ張るように移動し得る係合部を有し、前記加熱装置は前記係合部が進入可 能な溝部を有し、該溝部は前記加熱装置が前記半田を加熱している状態で前記係 合部の動きを許容する請求項 14に記載のリペア装置。
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