CN210334761U - 激光剥离装置的激光头模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型的激光剥离装置的激光头模块用于选择性地融化配置于基板上的一个以上的电子部件的焊接处来从基板剥离电子部件，其特征在于，包括：环形的外壳；光学透镜模块，设置于上述外壳内来放大或缩小从激光振荡器生成的光束；固定支架，与上述外壳的外周面相结合；夹具部件，与上述外壳的外周面相结合；送风单元，设置于上述夹具部件的一侧来朝向基板的电子部件喷气；以及抽吸单元，以与送风单元相向的方式设置于上述夹具部件的另一侧，通过送风单元吸入从基板分离的电子部件。

Description

激光剥离装置的激光头模块

技术领域

本实用新型涉及激光剥离装置，更详细地，涉及可通过激光照射来以不污染基板的方式去除焊接处熔融的电子部件的激光剥离装置的激光头模块。

背景技术

在产业用激光加工中，具有微米(μm)级的精密度的应用领域为微激光加工，广泛用于半导体产业、显示器产业、印刷电路板(PCB)产业、智能手机产业等。用于所有电子设备的存储芯片中，为了实现集成度和性能及超高速通讯速度，技术朝向最大限度地缩小电路线宽与线宽间隔的方向发展，但，目前仅通过缩小电路线宽与线宽间隔无法实现所要求的技术水平，仅处于以垂直方向层叠多个存储芯片的水平。台湾积体电路制造股份有限公司(TSMC)已经研发了层叠至128层为止的层叠技术，三星电子、SK海力士等将层叠至72层为止的技术适用于大量生产。

并且，正在积极研究研发将存储芯片、微处理器芯片、图形处理器芯片、无线处理器芯片、传感器处理器芯片等封装于1个组装件的技术，相当高水平的技术已经实战适用。

但是，在之前提及的技术研发过程中，在超高速/超高容量半导体芯片内部中，更多的电子参与信号处理工序，因此，耗电量变大，提出了与发热有关的冷却处理技术。并且，为了实现与更多的信号有关的作为超高速信号处理及超高频信号处理的要求事项，提出了需以超高速传递大量的电信号的技术。并且，信号线需变多，无法以一维引线方式处理向半导体芯片外部的信号端口线，实际适用在半导体芯片下部以二维处理的球栅阵列(BGA)方式(称为扇入型球栅阵列(Fan-In BGA)或扇入型晶圆级封装(Fan-in Wafer-Level-Package(FIWLP)))、在芯片下部的超微细球栅阵列层下方隔着信号配线再排列层(SignalLayout Redistribution Layer)在其下部设置二次微细球栅阵列层的方式(称为扇出型球栅阵列(Fan-Out BGA)或扇出型晶圆级封装(Fan-Out Wafer-Level-Package(FOWLP))或扇出型面板级封装(Fan-Out Panel-Level-Package))方式。

最近，在半导体芯片的情况下，包括环氧模塑料(EMC，Epoxy-Mold Compound)层的厚度为200μm以下的产品正上市。为了将如上所述的厚度仅为数百微米的微米级的超轻薄型半导体芯片附着于超轻薄型印刷电路板，若适用如作为以往的表面封装技术(SMT)标准工序的热回流炉(Thermal Reflow Oven)技术的质量回流(MR)工序，则半导体芯片在100～300℃的空气温度环境内露出数百秒的时间，因此，由于热膨胀系数(CTE；Coefficient ofThermal Expansion)差异，产生芯片-边缘翘起(Chip-Boundary Warpage)、印刷电路板-边缘翘起(PCB-Boundary Warpage)、热冲击随机键合失效(Random-Bonding Failure byThermal Shock)等多种形态的焊料焊接粘结不良。

由此，在以往，为了对包括如上所述的原因的焊接工序上产生的各种形态的电子部件的焊接不良进行返工，研发了局部加热(Localized Heating)技术，其中，最近研究的最积极的领域为借助激光束照射的焊接剥离技术。

以往的借助激光束照射的剥离技术具有非接触式的优点，激光直接被半导体芯片吸收的方法为一次性吸热机理，因此，具有没有热膨胀系数的差异引起的热冲击的优点，仅在需要的时间内执行非常局部的加热，因此，具有低耗电、使总热量输入最小化、使热冲击最小化、使处理时间最小化等各种优点。

另一方面，通常所知的激光焊接装置的激光头模块按压焊接对象物(半导体芯片或集成电路(IC))数秒并照射激光来进行焊接的方式，照射与半导体芯片或集成电路大小相对应的面光源形态的激光来进行焊接。

对于这种加压方式的激光头模块，参照韩国授权专利第10-1245356号(以下，称为“现有文献”)，记载了通过真空吸附半导体芯片并使面光源形态的激光向半导体芯片照射的吸附模块和包括其的加压头结构。

但是，如上所述的现有加压方式的激光头模块中，加压头与激光照射部制造为一个模块并驱动，因此，在对如半导体带的多个半导体芯片进行焊接的情况下，以与多个半导体芯片数量相同的次数重复对一个半导体芯片进行加压并照射面光源形态的激光的动作。

由此，用于焊接多个半导体芯片的整体作业时间增加，且随着追加搭载加热头，具有整体装备的价格急剧增加的问题。

另一方面，即使代替上述加压头方式将借助激光束照射的激光头模块适用于剥离装置，但是，目前，工作人员利用工具被激光分离的电子部件一一通过手工作业去除或利用额外的喷射装置去除，因此，不仅具有基板被加热及熔融的焊接液污染的问题，还具有工作人员被激光头模块的高热受到安全事故的危险。

实用新型内容

因此，本实用新型用于解决如上所述的问题，本实用新型的目的在于，提供通过吹气及抽吸方式没有基板的污染地直接在其位置去除借助激光照射熔融的电子部件的激光剥离装置的激光头模块。

用于实现上述目的的本实用新型为选择性地溶化配置于基板上的至少一个电子部件的焊接处来用于从基板剥离电子部件的激光剥离装置，包括：环形的外壳；光学透镜模块，设置于上述外壳内来放大或缩小从激光振荡器生成的光束；固定支架，与上述外壳的外周面相结合；夹具部件，与上述外壳的外周面相结合；送风单元，设置于上述夹具部件的一侧来朝向基板的电子部件喷气；以及抽吸单元，以与送风单元相向的方式设置于上述夹具部件的另一侧，通过送风单元吸入从基板分离的电子部件。

并且，在上述外壳内还包括选择性地转换从激光振荡器生成的光束的形状之后向光学透镜模块传递的光束整形器。

并且，上述光束整形器将从激光振荡器生成的圆形激光束转换为方形的光束。

并且，上述送风单元包括：固定板，与夹具部件固定结合；支撑框架，与上述固定板的一端铰链结合；以及空气喷嘴，与上述支撑框架相结合来喷射从压气机(compressor)供给的空气。

并且，上述抽吸单元包括：固定板，与夹具部件固定结合；支撑框架，与上述固定板的一端铰链结合；以及漏斗部件，与上述支撑框架相结合来通过压气机的吸力吸入电子部件。

并且，上述夹具部件在上述固定支架的下端以具有朝向下方逐渐变窄的圆锥形状的方式形成为一体，并以中空为中心来在本体内部的左右侧分别向下倾斜地阴刻形成用于构成送风单元和抽吸单元的空气流路。

并且，构成上述送风单元与抽吸单元的空气流路的相向的末端部分别呈喷嘴形状和漏斗形状。

并且，上述抽吸单元的吸入路径的一部分还连接设置有电子部件回收桶。

并且，借助上述送风单元的空气喷射与借助抽吸单元的空气吸入通过一个压气机同时执行。

并且，在上述外壳、光学透镜模块、固定支架分别设置有多个且分割配置的状态下，从各上述光学透镜模块照射的激光束的至少一部分重叠照射于基板的规定区域，上述夹具部件、送风单元及抽吸单元设置于多个上述外壳中的一个。

如上所述的本实用新型具有如下的效果，即，本实用新型形成双矩形光束来向电子部件的焊接处照射，因此，相比于从以往的激光剥离装置中照射单轮光束的情况，可改善10～20度水平的温度偏差，因此，可防止在剥离处理过程中作为薄的软性基板的软性印刷电路板(FPCB)被热损伤燃烧或融化等的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的激光剥离装置的单光束模块的示意图。

图2为本实用新型一实施例的借助剥离装置照射单激光束的软性印刷电路板的图像。

图3为本实用新型一实施例的激光剥离装置的构成示意图。

图4为本实用新型一实施例的激光光学仪的结构示意图。

图5为本实用新型一实施例的激光头模块的外观立体图。

图6为本实用新型另一实施例的激光头模块的部分剖视图。

具体实施方式

在本说明书中使用的术语仅用于说明特定实施例，并不限定本实用新型。除非在文脉上明确表示不同，单数的表达包括复数的表达。在本说明书中，“包括”、“具有”或“具备”等的术语用于指定在本说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而不是事先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。

在本说明书中，除非另行定义，包括技术或科学术语的在此使用的所有术语呈现与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。

与通常使用的词典所定义的含义相同的术语应当解释为具有与关联技术的文脉所具有含义一致的含义，除非在本说明书中明确定义，不应解释为理想或过于形式上的含义。

以下，所附的图1为本实用新型一实施例的激光剥离装置的单光束模块的示意图，图2为借助本实用新型一实施例的剥离装置照射单激光束的软性印刷电路板的图像。

参照上述图1，本实用新型的激光剥离装置根据一实施例具有单一的激光模块310，由此，向软性印刷电路板上照射单激光束。在此情况下，参照图2，借助上述第一激光模块310照射的激光束以变形为方形光束形状的状态向基板上照射。

即，借助上述激光模块310照射的激光束将焊接处不良部的温度选择性地加热至焊接处被熔融的剥离温度，使电子部件处于可从基板去除的状态，接着，通过规定形态的喷射装置(参照图5及图6)从基板吸入并去除上述焊接处熔融的不良电子部件。

以下，参照所附的图3及图4并根据一实施例对本实用新型的双光束构成及工作关系进行具体说明。

图3为本实用新型一实施例的激光剥离装置的结构示意图。

在上述图3中，激光照射部的激光模块310分别包括具有冷却装置316的激光振荡器311、光束整形器312、光学透镜模块313、驱动装置314、控制装置315以及供电部317。

上述激光振荡器311生成具有规定范围的波长和输出功率的激光束。如一例，激光振荡器可为具有“750nm至1200nm”或“1400nm至1600nm”或“1800nm至2200nm”或“2500nm至3200nm”的波长的激光二极管(Laser Diode，LD)、稀土掺杂光纤激光器(Rare-Earth-DopedFiber Laser)或稀土掺杂晶体激光器(Rare-Earth-Doped Crystal Laser)，与此不同地，可包括具有755nm的波长的用于释放变石激光的介质或者具有1064nm或1320nm的波长的用于市场钇铝石榴石晶体(Nd：YAG)激光的介质。

光束整形器(beam shaper)312将在激光振荡器311中发生并通过光纤维传递的点(spot)形态的激光转换为具有平顶的面光源(Area Beam)形态。光束整形器312可包括方形光管(Square Light Pipe)、衍射光器件(Diffractive Optical Element，DOE)或微透镜阵列(Micro-Lens Array，MLA)。

光学透镜模块313调整在光束整形器中转换为面光源形态的激光束的大小，来向安装于印刷电路板的电子部件或照射区域照射。光学透镜模块通过多个透镜的结合构成光学仪。

驱动装置314相对于照射面移动激光模块的距离及位置，控制装置315通过控制驱动装置314来调整激光束到达照射面时的光束形状、光束面积大小、光束亮度及光束照射角度。控制装置315控制驱动装置314之外，还可综合控制激光模块310各部的工作。

另一方面，激光输出调整部370根据通过使用人员端口接收的程序或预设的程序控制从与各激光模块310相对应的供电部317向各激光模块310供给的电量。激光输出调整部370从一个以上的摄像机模块350接收照射面上的各部件、各区域或整体剥离状态信息并据此控制各供电部317。与此不同地，从激光输出调整部370的控制信息向各激光模块310的控制装置315传递，还可提供在各控制装置315中控制各自对应的供电部317的反馈信号。

可通过这种功能调节激光束的大小与输出来执行照射面内的多个电子部件与基板之间的接合或去除照射面内的多个电子部件与基板之间的接合。尤其，在从基板上去除受损的电子部件的情况下，随着将激光束的面积最小化为相应电子部件区域，可使通过激光束向位于基板的相邻的其他电子部件或正常电子部件施加的热量最小化，由此，可仅去除作为去除对象的受损的电子部件。

另一方面，在使各激光模块释放具有互不相同的波长的激光束的情况下，激光照射部可由具有包括于电子部件的多个材料层(例：环氧塑封料层，硅层，焊接层)各自很好地吸收的波长的个别激光模块构成。

因此，本实用新型的激光剥离装置使电子部件的温度和如作为印刷电路板或电子部件电极之间的连接材质的焊接(Solder)的中间接合材料的温度选择性地上升为不同温度，从而可执行最佳化的接合(Attaching or Bonding)或分离(Detaching or Debonding)工序。

具体地，可均透射电子部件的环氧塑封料模塑层与硅层来使焊接层吸收各激光束的所有能源，还可使激光束不透射环氧塑封料模塑层并对电子部件的表面进行加热来使热量向电子部件下部的焊接部传递。

图4为本实用新型一实施例的激光光学仪的结构示意图。

上述图4为可适用于本实用新型的结构最简单光学仪，若从光束传输光纤维410释放的激光束通过凸镜420整列交点并向光束整形器430入射，则在光束整形器430将点形态的激光束转换为平坦(Flat-Top)形态的面光源A1，从光束整形器430输出的正方形激光束A1通过凹镜440放大为所需的大小以放大的面光源A2向成像面S照射。

以下，参照图5及图6对本实用新型的激光头模块的结构及工作关系进行详细说明。首先，在下述内容中，本实用新型的激光头模块600包括在如上所述的激光模块中除激光振荡器311、冷却装置316、驱动装置314等之外的一部分结构。

图5为本实用新型一实施例的激光头模块的外观立体图。

在所附的图5中，首先上述激光头模块600包括环形的外壳610，上述外壳610的上端与光束传输光纤维410相连接，来使从激光振荡器311生成的激光束向外壳610的内部传递。

在上述外壳610内具有将从激光振荡器311生成的圆弧形光束转换为方形光束的光束整形器430，在上述光束整形器430的下部***配置有以符合用途的方式放大或缩小通过上述光束整形器的方形光束的光学透镜模块313等。

本实用新型的特征在于，若通过从上述激光头模块600照射的激光束对电子部件的焊接处进行熔融，则用于去除其的喷射装置的结构形成为一体。

为此，在本实用新型中，如所附的图5所示，上述外壳610的外周面与用于固定设置外壳的固定支架650相结合，上述固定支架的下部与夹具部件620相结合，在上述夹具部件620的左侧安装有朝向基板的电子部件喷射空气的送风单元，在上述夹具部件620的右侧安装有用于吸入通过上述送风单元从基板分离的电子部件的抽吸单元。

更具体地，在上述送风单元中，由于夹具部件620与固定板631固定结合并使得上述固定板631的一端与支撑框架632铰链结合，因而，在需要工作人员的情况下，可任意调节上述支撑框架的角度。并且，例如，上述支撑框架632通过螺纹连接方式与空气喷嘴633相结合，因此，可向基板的电子部件喷射从外部的压气机(未图示)供给的空气。

并且，上述抽吸单元具有与上述送风单元相似的结构，例如，夹具部件620通过螺纹连接方式与固定板641相结合，上述固定板641的一端与支撑框架642铰链结合，在上述支撑框架642安装有通过外部的压气机(未图示)的吸力吸入电子部件的漏斗部件643。

在此情况下，借助上述送风单元的空气喷射与借助抽吸单元的空气吸入分别可被独立的压气机驱动，为了紧凑的装置结构，优选地，由相同的一个压气机(未图示)来使送风单元与抽吸单元同时驱动。

另一方面，图6为本实用新型另一实施例的激光头模块的部分剖视图。

以下，参照所附的图6，构成上述送风单元与抽吸单元的多个空气流路能够以与夹具部件的本体的内部形成为一体的方式分别阴刻形成，而不是向上述图5中的一实施例那样使得送风单元与抽吸单元安装于夹具部件的外侧。

如一例，在此情况下，参照图6，上述夹具部件621以在粘连于上述外壳的外周面的固定支架650的下端朝向下方逐渐变窄的圆锥形状的方式形成为一体。

在此情况下，在上述夹具本体部的中心部分形成有中空621a，可以理解的是，从激光振荡器311照射的激光束经由外壳内部的光束整形器312与光学透镜模块313并通过上述中空621a向基板照射。

并且，以上述中空621a为中心来在夹具部件621的本体内部的左右侧分别向下倾斜地阴刻有用于构成送风单元与抽吸单元的空气流路621b、621c。

在此情况下，更优选地，构成上述送风单元与抽吸单元的空气流路的相向的末端部分别呈喷嘴形状和漏斗形状，通过上述送风单元的空气流路621b喷射的空气从基板分离电子部件之后通过抽吸单元的空气流路621c吸入及去除。

另一方面，在上述抽吸单元的吸入路径上还连接有漏网形态的电子部件回收桶700，工作人员需随时取出聚在上述电子部件回收桶700的电子部件并再次利用。

同时，例如，本实用新型的激光头模块还可由具有2个激光模块的双光束激光剥离装置构成，而不是由具有上述一实施例的单一激光模块构成。为了构成这种双光束激光剥离装置，例如，包括2个分别具有外壳、光学透镜模块、固定支架的激光头模块之后，还能够以隔着规定间隔分割配置上述各激光头模块的形态构成。在此情况下，从设置于上述2个激光头模块的各自的光学透镜模块照射的激光束以一部分在基板的规定区域重叠的方式照射。

如上所述，在驱动2个激光头模块的情况下，例如，在分配一个激光光源来向各激光头模块输入的情况下，激光输出调整部370可具有用于同时调节分配的各激光束的输出和相位的功能。在此情况下，能够以引导各激光束之间的抵消干涉的方式控制相位来显著改善光束平坦度，由此，进一步增加能源效率。

另一方面，如上所述，在实现多个位置同时加工模式的情况下，激光输出调整部370以从各激光头模块产生的激光束的一部分或全部不同的方式控制各激光束的光束形状、光束面积大小、光束亮度、光束照射角度及光束波长中的一种以上。在此情况下，在分配一个激光光源来向各激光头模块输入的情况下，激光输出调整部370可具有用于同时调节所分配的各激光束的输出和相位的功能。

相比于单光束，可通过调整激光束大小和输出来更容易地进行使照射面内的多个电子部件与基板之间接合或去除照射面内的多个电子部件与基板之间的接合的作业。尤其，在去除基板上的受损的电子部件的情况下，随着使激光束的面积最小化为相应电子部件区域，可使通过激光束向位于基板的相邻的其他电子部件或正常部件施加的热量最小化，由此，可仅去除作为去除对象的电子部件。

另一方面，在如上所述的双激光头模块的剥离装置结构中，无需在所有激光头模块设置喷射装置，例如，可仅在上述多个激光头模块的一个外壳设置喷射装置。为此，可理解的是，在将构成喷射装置的夹具部件与送风单元、抽吸单元仅安装于2个激光头模块中的一个的情况下，可充分地进行基于吹气及抽吸去除剥离的电子部件的功能。

同时，本实用新型并不局限于之前记述的一实施例，当变更装置的细节结构或数量及配置结构时，也可体现出相同的效果，因此，只要是本技术领域的普通技术人员，即可在本实用新型的技术思想的范畴内对各种结构进行附加及删除、变形。

Claims (10)

1.一种激光剥离装置的激光头模块，用于从基板剥离电子部件，其特征在于，包括：

环形的外壳；

光学透镜模块，设置于上述外壳内来放大或缩小从激光振荡器生成的光束；

固定支架，与上述外壳的外周面的一侧相结合；

夹具部件，与上述外壳的外周面的另一侧相结合；

送风单元，设置于上述夹具部件的一侧来朝向基板的电子部件喷气；以及

抽吸单元，以与送风单元相向的方式设置于上述夹具部件的另一侧，通过送风单元吸入从基板分离的电子部件。

2.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，在上述外壳内还包括选择性地转换从激光振荡器生成的光束的形状之后向光学透镜模块传递的光束整形器。

3.根据权利要求2所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，上述光束整形器将从激光振荡器生成的圆形激光束转换为方形的光束。

4.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，上述送风单元包括：

固定板，与夹具部件固定结合；

支撑框架，与上述固定板的一端铰链结合；以及

空气喷嘴，与上述支撑框架相结合来喷射从压气机供给的空气。

5.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，上述抽吸单元包括：

固定板，与夹具部件固定结合；

支撑框架，与上述固定板的一端铰链结合；以及

漏斗部件，与上述支撑框架相结合来通过压气机的吸力吸入电子部件。

6.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，上述夹具部件在上述固定支架的下端以具有朝向下方逐渐变窄的圆锥形状的方式形成为一体，并以中空为中心来在本体内部的左右侧分别向下倾斜地阴刻形成用于构成送风单元和抽吸单元的空气流路。

7.根据权利要求6所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，构成上述送风单元与抽吸单元的空气流路的相向的末端部分别呈喷嘴形状和漏斗形状。

8.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，上述抽吸单元的吸入路径的一部分还连接设置有电子部件回收桶。

9.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，借助上述送风单元的空气喷射与借助抽吸单元的空气吸入通过一个压气机同时执行。

10.根据权利要求1所述的激光剥离装置的激光头模块，其特征在于，

在上述外壳、光学透镜模块、固定支架分别设置有多个且分割配置的状态下，从各上述光学透镜模块照射的激光束的至少一部分重叠照射于基板的规定区域，

上述夹具部件、送风单元及抽吸单元设置于多个上述外壳中的一个。

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