DE69718755T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer elektronischen Schaltungsanordnung mit gleichförmigen Lötrückständen bei Übertragung von Lotpaste - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer elektronischen Schaltungsanordnung mit gleichförmigen Lötrückständen bei Übertragung von Lotpaste Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16. Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind jeweils aus EP-A-0 307 574 bekannt.
  • 2. BESCHREIBUNG DER EINSCHLÄGIGEN TECHNIK
  • Während eines Reparaturschritts für eine elektronische Schaltungsvorrichtung verbleibt, wenn ein fehlerhaftes Halbleiterbauteil (elektronische Komponente) von einer Leiterplatte (d. h. einem Träger zum Montieren eines Halbleiterbauteils) entfernt wird, ein Lötrückstand, z. B. aus einem Lötmetall, auf Verbindungsabschnitten (d. h. Inseln) der Leiterplatte zurück. Da die Höhe des Lötrückstands nicht gleichmäßig ist, kann, wenn ein neues Halbleiterbauteil in diesem Zustand auf der Leiterplatte montiert wird, ein Anschlussfehler auftreten, was zu einer Unterbrechung oder dergleichen führt.
  • Gemäß dem herkömmlichen Reparaturverfahren wurden die folgenden Schritte (1) und (2) ausgeführt, um einen Anschlussfehler zu verhindern.
  • (1) Erstens wird eine durch Lötmittel benetzbare Metallplatte (d. h. eine Metallplatte, über die sich das Lötmittel gut ausbreiten kann) gegen einen Lötrückstand gedrückt und in diesem Zustand erwärmt, damit der Lötrückstand an ihr anhaftet, wodurch der Lötrückstand auf der Leiterplatte vollständig entfernt wird.
  • (2) Auf erhabene Bereiche der Leiterplatte wird ein Flussmittel aufgetra gen, um zu verhindern, dass diese oxidiert werden. Von Elektroden hochstehendes Lötmittel eines neu zu montierenden Halbleiterbauteils wird durch Erwärmung in einem Ofen mit Gas- oder Luftatmosphäre erwärmt, wodurch das Halbleiterbauteil mit der Leiterplatte verbunden wird.
  • Zum Beispiel offenbaren die japanischen Offenlegungsveröffentlichungen Nr. 1-209736 und 8-46351 herkömmliche Beispiele, wie sie oben beschrieben sind.
  • Wenn ein Halbleiterbauteil mit einer Leiterplatte zu verbinden ist, wobei von Elektroden hochstehende Lötstellen durch Flipchipbonden verwendet werden, besteht das folgende Problem, wenn eine Differenz der Wärmeausdehungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterbauteil und der Leiterplatte besteht. Die Differenz zwischen der Temperatur, bei der von Elektroden hochstehendes Lötmittel durch Erwärmung schmilzt, und der Raumtemperatur, oder die Differenz zwischen der Temperatur während des Betriebs des Halbleiterbauteils und der Temperatur, wenn es nicht betrieben wird, sorgt für eine Differenz der Expansion und der Kontraktion zwischen dem Halbleiterbauteil und der Leiterplatte (d. h. zu thermischen Spannungen). Dadurch können Anschlussabschnitte der von Elektroden hochstehenden Lötstellen Spannungen ausgesetzt werden, wodurch ein Anschlussfehler verursacht wird. So verringern mechanische Spannungen an den Anschlussabschnitten der ein von Elektroden hochstehenden Lötstellen, zu denen es durch die Differenz der Wärmeausdehungskoeffizienten der Teile kommt, die Zuverlässigkeit eines Erzeugnisses.
  • Wenn nichts zwischen das Halbleiterbauteil und die Leiterplatte, eingefüllt ist, stehen die mechanischen Spannungen in den Anschlussabschnitten der von Elektroden hochstehenden Lötstellen in guter Übereinstimmung mit einem Wert, wie er aus dem Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer, der durch die folgenden Formeln (1) und (2) gegeben ist, berechnet wird.
  • Um die Maximalbeanspruchung Γmax in den Anschlussabschnitten zu verringern, sollte, wie es aus der Formel (2) ersichtlich ist, die Höhe Hj der Anschlussabschnitte verringert werden. Zu diesem Zweck wird die Lötmittelmenge erhöht.
    Nf = C·f1/3·1/Γmax 2·exp(ΔE/KTmax) (1)
    Γmax = 1/(Dmin/2)2/β·(Vj/π·Hj (1+β))1/β·ΔT·Δα·d (2)
    mit:
    Nf: Anzahl der Zyklen, bis ein Anschlussfehler auftritt
    C: Proportionalitätsfaktor
    β: Lötmaterialkonstante
    K: Boltzmannkonstante
    f: Frequenz des Temperaturzyklus
    Tmax : Maximaltemperatur im Temperaturzyklus
    Dmin: Minimaldurchmesser von Anschlussabschnitten (d. h. kleinerer Wert hinsichtlich des oberen und des unteren Durchmessers DB1 und DB2 von Anschlussabschnitten in der 13)
    Δα: Differenz der Wärmeexpansionskoeffizienten zwischen einer Leiterplatte und einem Halbleiterbauteil
    d: Abstand zwischen einer betrachteten Lötmittelverbindung und dem Neutralpunkt der thermischen Belastung
    ΔE: Aktivierungsenergie, die zu Ermüdung führt Zur Bezugnahme veranschaulicht die 13 repräsentative Elemente unter den oben angegebenen.
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß dem herkömmlichen Reparaturverfahren der Lötrückstand vollständig entfernt und das Halbleiterbauteil wird unter Verwendung des Lötmittels alleine auf den von Elektroden hochstehenden Lötstellen mit der Leiterplatte verbunden. Daher ist die Menge des Lötmittels klein. Dies macht es unmöglich, die Hj der Anschlussabschnitte zu vergrößern, um die Zuverlässigkeit des Erzeugnisses zu verbessern.
  • Das Dokument EP-A-0 307 574, das die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 1 und 17 offenbart, beschreibt Verfahrensschritte zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung mit einem Reparaturschritt zum Entfernen des fehlerhaften Bauteils nach dem Aufschmelzen des Lötmaterials; mit einem Ausrichten eines Ersetzungs-Halbleiterbauteils mit dem Träger und mit einem Aufschmelzen des auf den Inseln auf dem Substrat und auf hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils verbliebenen Lötmetallrests durch Erwärmen, um dadurch das neue Halbleiterbauteil mit dem Träger zu verbinden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung zu schaffen, mit dem die Menge an Lötmit tel zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer Leiterplatte effizient gewährleistet werden kann, um dadurch die Höhe der Anschlussabschnitte zu vergrößern, um die Zuverlässigkeit eines Erzeugnisses zu verbessern, und eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung zu schaffen, die zum Ausführen dieses Herstellverfahrens verwendbar ist.
  • Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen: ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung mit: einem Reparaturschritt während des Prozesses zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung durch Ausrichten hochstehender Elektroden aus Lötmetall, die auf einer Hauptebene eines Halbleiterbauteils ausgebildet sind, mit einem Träger zum Montieren eines Halbleiterbauteils mit Inseln für Anschluss entsprechend den hochstehenden Elektroden; und Schmelzen der hochstehenden Elektroden durch Erwärmen, um dadurch das Halbleiterbauteil auf dem Träger zu montieren, wobei es zum Reparaturschritt gehört, wenn ein einmal montiertes Halbleiterbauteil fehlerhaft ist, das fehlerhafte Halbleiterbauteil vom Träger zu entfernen und ein neues Halbleiterbauteil auf diesem zu montieren; wobei der Reparaturschritt die folgenden Schritte umfasst: Ausrichten des neuen Halbleiterbauteils mit dem Träger; und Schmelzen des auf den Inseln verbliebenen Lötmetallrückstands und der hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils durch Erwärmen, um dadurch das neue Halbleiterbauteil mit dem Träger zu verbinden; wobei der Reparaturschritt durch Folgendes gekennzeichnet ist: Entfernen eines übermäßigen Rests eines Lötmetallrückstands, der auf den Inseln des Trägers verblieben ist, von denen das fehlerhafte Schaltungsvorrichtung entfernt wurde, wobei eine gleichmäßige Menge an Lötmetallrückstand mittels eines Heizeisens auf den Inseln verbleibt, das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, während es mit dem Lötmetallrückstand in Kontakt gehalten wird oder mittels einer Spanneinrichtung, um einen Lötrückstand gleichmäßig zu machen, mit einer Anzahl von Stiften an einem Außenumfangsabschnitt derselben.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die gleichmäßige Menge des auf den Inseln verbliebenen Lötmetallrückstands eine Höhe auf, die der Oberflächenspannung desselben entspricht.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden der Lötmetallrückstand, der vergleichmäßigt wurde und auf den Inseln verblieben ist, und die hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils mit von einer Lampe emittiertem Licht erwärmt, um zu schmelzen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird als Lampe eine Nahinfrarotlampe verwendet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Schritt zum Entfernen von übermäßigem Rückstand eines Lötmetallrückstands, der auf den Inseln des Trägers verblieben ist, von dem das fehlerhafte Halbleiterbauteil entfernt wurde, wobei eine gleichmäßige Menge von Lötmetallrückstand auf den Inseln verblieb, dadurch ausgeführt, dass die Spanneinrichtung in Form einer Platte aus durch Lötmittel benetzbarem Metall so über dem Lötmetallrückstand auf den Inseln platziert wird, dass dazwischen ein vorbestimmter Zwischenraum erhalten bleibt, und die Platte erwärmt wird, wobei der Zwischenraum durch die mehreren Stifte aufrechterhalten wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung beträgt der vorbestimmte Zwischenraum ungefähr 1/4 bis ungefähr 1/10 des Inseldurchmessers der Inseln.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird dann, wenn der Inseldurchmesser der Inseln ungefähr 150 μm bis ungefähr 800 μm beträgt, das Heizeisen von Hand bewegt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird dann, wenn der Inseldurchmesser der Inseln ungefähr 150 μm bis ungefähr 550 μm beträgt, das Heizeisen von Hand bewegt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist das Lötmetall ein eutektisches Lötmittel oder ein solches Lötmittel ist, dessen Festigkeit durch Zusatz einer kleinen Menge eines Zusatzstoffs zu einem eutektischen Lötmittel erhöht.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Halbleiterbauteil ein Halbleitergehäuse mit in einem Flächenarray hochstehenden Elektroden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung gehört es zum Reparaturschritt, zusätzlich, falls erforderlich, den Vorderenden der hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils Lötmetallpaste zuzuführen durch Erwärmen und auch diese durch Erwärmen zu schmelzen, um das neue Halbleiterbauteil mit dem Träger zu verbinden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der der Schritt des Zuführens der Lötmetallpaste zu den Vorderenden der hochstehenden Elektroden durch ein Übertragungsverfahren ausgeführt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Lötmetallpaste dadurch erhalten, dass ein Metallpulver, das von derselben Art wie der des Lötmetalls ist, in einem Bindemittel verteilt wird.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die die hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils und die Lötmetallpaste durch von einer Lampe emittiertes Licht bis zum Schmelzen erwärmt.
  • Gemäß einer weiteren Erscheinungsform ist die Erfindung auf Folgendes gerichtet: eine Schaltungsvorrichtung durch Ausrichten hochstehender Elektroden aus einem Lötmetall, die auf einer Hauptebene eines Halbleiterbauteils ausgebildet sind, mit einem Substrat zum Montieren eines Halbleiterbauteils mit Inseln für Anschlusszwecke, die den hochstehenden Elektroden entsprechen, und Schmelzen der hochstehenden Elektroden durch Erwärmen, um dadurch das Halbleiterbauteil auf dem Träger zu montieren, wobei dann, wenn das einmal montierte Halbleiterbauteil fehlerhaft ist, die Vorrichtung so konzipiert ist, dass sie das fehlerhafte Halbleiterbauteil vom Träger entfernt und auf diesem ein neues Halbleiterbauteil montiert, mit: einem Halter zum Halten des Trägers; einem Halter zum Halten des fehlerhaften Halbleiterbauteils oder des neuen Halbleiterbauteils; einer Ausrichtungseinheit zum Ausrichten des Trägers mit dem fehlerhaften Halbleiterbauteil oder dem neuen Halbleiterbauteil; und einer Heizeinheit zum Schmelzen der hochstehenden Elektroden des ausgerichteten neuen Halbleiterbauteils durch Erwärmen, um dadurch das neue Halbleiterbauteil mit dem Träger zu verbinden; gekennzeichnet durch eine Einheit zum Entfernen eines übermäßigen Rückstands eines Lötmetallrückstands, der auf Anschlussabschnitten des Trägers verblieben ist, von dem das fehlerhafte Halbleiterbauteil entfernt wurde, wobei auf den Anschlussabschnitten eine gleichmäßige Menge an Lötmetallrückstand verblieb, der eine Höhe entsprechend der Oberflächenspannung des Lötmetallrückstands auf den Anschlussabschnitten entspricht, mittels eines Heizeisens, das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, während es mit dem Lötmetallrückstand in Kontakt gehalten wird, oder mittels einer Spanneinrichtung zum Vereinheitlichen eines Lotrückstands, mit einer Anzahl von Stiften auf einem Außenumfangsabschnitt derselben.
  • Bei einer Ausführungsform verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner über eine Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötmetallpaste auf Enden der hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils, wie oben beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Heizeinheit eine Nahinfrarotlampe.
  • Nachfolgend wird die Funktion der Erfindung beschrieben.
  • Wie oben beschrieben, verbleibt nur eine gleichförmige Menge an Lötrückstand, entsprechend der Oberflächenspannung des Lötmittels, und ein neues Halbleiterbauteil wird durch einen Übertragungsschritt mit Lötpaste versehen. Daher kann für ein repariertes Halbleiterbauteil eine ausreichende Menge an Lötmittel gewährleistet werden. Wie es aus dem Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer erkennbar ist, wird dadurch die Höhe Hj der Anschlussabschnitte erhöht und die Maximalbeanspruchung Γmax in den Anschlussabschnitten wird verringert, so dass kein Anschlussfehler (d. h. keine Unterbrechung) auftritt. So kann die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils verbessert werden.
  • Abhängig von den Arten der Erzeugnisse (d. h. den Arten der Halbleiterbauteile und der Leiterplatten, die miteinander zu verbinden sind, ist der oben beschriebene Übertragungsschritt nicht erforderlich. Entsprechend einem von den Erfindern betreffend die vorliegende Erfindung erzielten Versuchsergebnis beträgt z. B. dann, wenn ein Halbleiterbauteil mit einer Inselschrittweite LP von ungefähr 6 mm auf einer Leiterplatte mit einem Inseldurchmesser LD von ungefähr 200 μm ϕ montiert wird, die Höhe des aufgedruckten Lötmittels (d. h. die Höhe des Lötrückstands nach der Formung) ungefähr 70 μm Durchmesser. So wurde bestätigt, dass ohne Ausführen eines Übertragungsschritts erhalten werden kann.
  • Gemäß der Erfindung verbleibt der auf einer Leiterplatte, von der ein fehlerhaftes Halbleiterbauteil entfernt wurde, verbliebene Lötrückstand absichtlich, anstatt dass er vollständig entfernt wird, wodurch für eine ausreichende Lötmittelmenge gesorgt ist. In diesem Fall verbleibt der auf der Leiterplatte, von der ein fehlerhaftes Halbleiterbauteil entfernt wurde, verbleibende Lötrückstand mit ungleichmäßiger Menge. Wenn jedoch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötmittels verwendet wird, kann der Lötrückstand auf gleichmäßige Menge und gleichmäßige Höhe kontrolliert werden. Diese Kontrolle kann dadurch leicht ausgeführt werden, dass der Lötrückstand unter Verwendung der oben genannten Spanneinrichtung zum Er zielen eines gleichmäßigen Lötrückstands erwärmt wird.
  • Gemäß dem Übertragungsverfahren kann eine gleichmäßige Menge an Lötpaste leicht auf ein Halbleiterbauteil aufgetragen werden, was zweckdienlich ist. Genauer gesagt, erleichtert die Verwendung der oben genannten Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötmetallpaste die Übertragung von Lötpaste.
  • Gemäß dem Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer sollte, um die Höhe der Anschlussabschnitte zu vergrößern, soviel Lötpaste wie möglich übertragen werden. Wenn die Beziehung zwischen der Menge an auf der Leiterplatte verbliebenem Lötrückstand und der Oberflächenspannung desselben berücksichtigt wird, beträgt die Übertragungsmenge vorzugsweise 1/3 oder mehr der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lötmittels. Wenn eine zu große Menge an Lötpaste übertragen wird, kann, wie es in der 3A (die später beschrieben wird) dargestellt ist, Lötpaste 12 an einem Halbleiterbauteil 20 anhaften, um zwischen den von Elektroden hochstehenden Lötstellen 21 eine Brücke 23 zu bilden. Wenn eine derartige Brücke 23 erzeugt wird, wird, wie es in der 3B dargestellt ist, diese Brücke 23 gemeinsam mit dem von Elektroden hochstehenden Lötmittel 21 aufgeschmolzen, wenn das Halbleiterbauteil 20 montiert und erwärmt wird. Dann vereinheitlicht sich das geschmolzene Lötmittel auf Grund seiner Oberflächenspannung, wodurch eine von der Elektrode 24 hochstehende Lötstelle mit großem Durchmesser erzeugt wird. Um die Erzeugung einer derartigen, von einer Elektrode hochstehenden Lötstelle 21 zu verhindern, sollte die Übertragungsmenge auf ungefähr 1/2 der Höhe der von Elektroden hochstehenden Lötstelle 21 beschränkt werden, d. h. auf einen Wert, der die Äquatorfläche der Lötvon der Elektrode hochstehenden Lötstelle 21 nicht überschreitet.
  • Die Tiefe des Grabens der Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötmetallpaste ist auf ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe der von Elektroden hochstehenden Lötstellen vorgegeben, wodurch die Übertragungsmenge auf ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe der von Elektroden hochstehenden Lötstellen 21 vorgegeben ist.
  • Eine Heizvorrichtung zum Wiederverbinden eines neuen Halbleiterbauteils mit einer Leiterplatte sollte keine übermäßige externe Spannung hervorrufen. Genauer gesagt, werden, wenn keine übermäßige externe Kraft wirkt, ein Halbleiterbauteil und eine Leiterplatte, die miteinander ausgerichtet wurden, keine Positionsverschiebung erfahren. So kann der Reparaturschritt einfacher und effizienter ausgeführt werden. Daher wird bei der Erfindung eine Lampe verwendet, die keine externe Kraft ausübt. Als Lampe wird aus dem folgenden Grund vorzugsweise eine Nahinfrarotlampe (IR-Lampe) verwendet. Bei einem Halbleiterbauteil wird Si als Material hauptsächlich für eine Leiterplatte verwendet. Si lässt Licht im Nahinfrarotbereich (Wellenlänge: ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm) durch. Wenn Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm verwendet wird, durchdringt das Licht das Si, um die von Elektroden hochstehenden Lötstellen und die Lötpaste effizient zu erwärmen. So wird vorzugsweise eine IR-Lampe verwendet, die Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm emittieren kann.
  • Durch die Verwendung eines eutektischen Lötmittels oder eines eutektischen Lötmittels mit einer geringen Menge an zugesetztem Zusatzstoff als Lötmetall kann die Lötfestigkeit verbessert werden.
  • So ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, die folgenden Vorteile zu erzielen: (1) Schaffen eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung, das eine zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer Leiterplatte ausreichende Lötmittelmenge gewährleisten kann, wobei die Höhe der Anschlussabschnitte vergrößert wird, um die Zuverlässigkeit eines Erzeugnisses zu verbessern; (2) Schaffen einer zum Ausführen des Herstellverfahrens verwendeten Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung.
  • Diese und andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Flussdiagramm, das einen Reparaturprozess bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung veranschaulicht.
  • 2A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötpaste zeigt, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird; und 2B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Schaltungsvorrichtung mit Übertragungspaste gefüllt ist.
  • 3A und 3B veranschaulichen eine Schwierigkeit, wenn die Menge an Übertragungspaste übermäßig ist.
  • 4A und 4B veranschaulichen Schritte zum Übertragen von Lötpaste.
  • 5A ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötpaste zeigt, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird; und 5B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Spanneinrichtung mit Übertragungspaste gefüllt ist.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Spanneinrichtung zum Vergleichmäßigen eines Lötrückstands zeigt.
  • 7A bis 7C veranschaulichen Schritte zum Vergleichmäßigen eines Lötrückstands auf einer Leiterplatte unter Verwendung der in der 6 dargestellten Spanneinrichtung.
  • 8A bis 8C veranschaulichen Schritte zum Vergleichmäßigen eines Lötrückstands unter Verwendung einer anderen Spanneinrichtung zum Vergleichmäßigen eines Lötrückstands.
  • 9A und 9B zeigen jeweils ein Halbleiterbauteil und eine Leiterplatte, bei denen die Erfindung angewandt wird.
  • 10 ist ein Kurvenbild zum Veranschaulichen des Bereichs von Inseldurchmessern bei einer Leiterplatte, bei der die Erfindung angewandt wird.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht eine anderen Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
  • 13 veranschaulicht den Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun wird die Erfindung mittels veranschaulichender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • Die 1 bis 7 veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch einen Reparaturschritt gekennzeichnet, der unter Bezugnahme auf die 1 skizziert wird.
  • Als Erstes wird in einem Schritt S1 geklärt, dass ein Halbleiterbauteil auf einer Leiterplatte fehlerhaft ist. In einem Schritt S2 wird das fehlerhafte Halbleiterbauteil durch eine Lampe erwärmt, um von Elektroden hochstehendes Lötmittel aufzuschmelzen, wodurch das Halbleiterbauteil von der Leiterplatte entfernt wird.
  • In einem Schritt S3 wird, nachdem das fehlerhafte Halbleiterbauteil entfernt wurde, ein auf der Leiterplatte verbliebener übermäßiger Lötrückstand entfernt, damit nur eine gleichmäßige Menge desselben verbleibt.
  • In einem Schritt S4 wird ein neues Halbleiterbauteil bereitgestellt. In einem Schritt S5 wird Lötpaste durch ein Übertragungsverfahren auf Vorderenden von von Elektroden des Bauteils hochstehendem Lötmittel aufgetragen, wodurch das Bauteil zur Montage bereit ist.
  • In einem Schritt S6 wird das neue Halbleiterbauteil, auf das die Lötpaste übertragen wurde, mit der Leiterplatte ausgerichtet, auf der eine gleichmäßige Menge an Lötrückstand verblieben ist.
  • In einem Schritt S7 wird das neue Halbleiterbauteil, das auf der Leiterplatte montiert wurde, durch eine Lampe erwärmt, wodurch das von Elektroden hochstehende Lot und die Lötpaste schmilzt. So wird das Halbleiterbauteil mit der Leiterplatte verbunden. In einem Schritt S8 ist die Temperatur abgeschlossen.
  • Während des Reparaturschritts wird aus dem folgenden Grund vorzugsweise eine Nahinfrarotlampe (IR-Lampe) verwendet. Als Material der Wahl für Leiterplatten wird Si verwendet. Si lässt Licht in einem Nahinfrarotbereich (Wellenlänge: ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm) durch. Wenn Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm verwendet wird, durchdringt das Licht das Si, um das von Elektroden hochstehende und die Lötpaste effi zient direkt zu erwärmen. So ist eine IR-Lampe bevorzugt, die Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm emittiert.
  • Der Schritt zum Übertragen von Lötpaste im Schritt 5 wird z. B. unter Verwendung der in der 2 dargestellten Übertragungs-Spanneinrichtung 10 für Lötpaste ausgeführt. Die Spanneinrichtung 10 ist ein rechteckiger, massiver Körper mit einem Graben 11 in Form eines längeren Schlitzes in einem mittleren Abschnitt seiner Oberfläche. Der Graben 11 ist vorhanden, damit die Lötpaste 12 konstante Dicke aufweisen kann. Es ist zweckdienlich, dass die Tiefe des Grabens 11 ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lots 21 eines Halbleiterbauteils 20 (siehe die 3) beträgt, und zwar aus dem folgenden Grund.
  • Gemäß dem oben genannten Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer soll, um die Höhe der Anschlussabschnitte zu vergrößern, soviel Lötpaste 12 wie möglich übertragen werden. Wenn die Beziehung zwischen der Menge von auf der Leiterplatte verbliebenem Lötrückstand und der Oberflächenspannung desselben berücksichtigt wird, beträgt die Tiefe des Grabens 11 vorzugsweise ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lots 21. Wenn die Übertragungsmenge übermäßig ist, besteht die Möglichkeit, dass die Lötpaste 12 an einem Halbleiterbauteil 20 anhaftet, um zwischen von Elektroden hochstehenden Lötstellen 21 eine Brücke 23 zu bildem, wie es in der 3A dargestellt ist. Wenn eine derartige Brücke 23 erzeugt wird, schmilzt, wie es in der 38 dargestellt ist, diese Brücke 23 gemeinsam mit dem von Elektroden hochstehenden Lot 21 auf, wenn das Halbleiterbauteil 20 montiert und erwärmt wird. Dann fließt das geschmolzene Lötmittel auf Grund seiner Oberflächenspannung zusammen, wodurch eine von einer Elektrode hochstehende Lötstelle 24 mit großen Durchmesser gebildet wird. Um ein derartiges Problem zu verhindern, sollte die Übertragungsmenge auf ungefähr 1/2 der Höhe der von Elektroden hochstehenden Lots 21 eingestellt werden, d. h. auf einen Wert, der die Äquatorfläche des von Elektroden hochstehenden Lots 21 nicht überschreitet.
  • Bei der Ausführungsform 1 ist die Tiefe des Grabens 11 der Spanneinrichtung 10 auf ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lots 21 eingestellt, wodurch die Übertragungsmenge auf ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lots 21 eingestellt ist.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 4A und 48 der Schritt zum Übertragen von Lötpaste unter Verwendung der Spanneinrichtung 10 im Einzelnen beschrieben.
  • Als Erstes wird die Lötpaste 12 in den Graben 11 der Spanneinrichtung 10 gegeben, und die Oberfläche der Lötpaste 12 wird durch eine Quetscheinrichtung oder dergleichen (nicht dargestellt) eingeebnet, damit der Graben 11 mit der Lötpaste 12 aufgefüllt ist. Danach wird das Halbleiterbauteil 20 gegen die Spanneinrichtung 10 gedrückt (siehe die 4A), wodurch die Lötpaste 12 an den Vorderenden des von Elektroden hochstehenden Lots 21 anhaften kann. Das Halbleiterbauteil 20 wird angehoben. So wird der Schritt des Übertragens der Lötpaste 12 abgeschlossen (siehe die 4B).
  • Die 5A und 5B zeigen ein anderes Beispiel einer Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötpaste. Eine Spanneinrichtung 10' liegt in Form einer Scheibe mit kreisförmigen Graben 11' in einem mittleren Abschnitt vor. Ein Vorsprung 13, dessen Fläche so hoch wie die Fläche der Spanneinrichtung 10' ist, wird in einem mittleren Abschnitt des kreisförmigen Grabens 11' angebracht. Die Tiefe des Grabens 11' wird auf ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lots 21 eingestellt, auf dieselbe Weise wie oben.
  • Die 6 zeigt eine Spanneinrichtung zum Vergleichmäßigen der Menge an Lötrückstand auf der Leiterplatte im Schritt 3. Eine Spanneinrichtung 40 besteht aus einer durch Lötmittel benetzbaren Metallplatte 41 in Form eines rechteckigen, massiven Stücks, das an vier Ecken mit Stiften 42 versehen ist. Die Stifte 42 haben die Funktion, in Bezug auf eine Leiterplatte 30 einen konstanten Zwischenraum aufrechtzuerhalten (siehe die 7).
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 7A bis 7C der Schritt zum Vergleichmäßigen eines Lötrückstands 31 auf der Leiterplatte 30 unter Verwendung der Spanneinrichtung 40 beschrieben. Wie es in der 7A dargestellt ist, wird die Spanneinrichtung 40 gegen die Leiterplatte 30 gedrückt, von der ein fehlerhaftes Leiterplatte entfernt wurde, wobei die Stifte 42 nach unten zeigen. In diesem Zustand wird die Spanneinrichtung 40 erwärmt. Der Lötrückstand 31 auf dem Leiterträger 30 schmilzt und verbreitet sich über die Metallplatte 41 (siehe die 7B).
  • In der 7B ist der Einfachheit halber der sich über die Metallplatte 41 ausbreitende Lötrückstand nicht dargestellt. Auf Grund der Oberflächenspannung des Lötmittels stellt das Lötmittel die Ausbreitung über die Spannein richtung 40 ein, wobei eine vorbestimmte Menge an Lötmittel auf Anschlussinseln 33 der Leiterplatte 30 verbleibt. Dabei kann, falls erforderlich, ein Flussmittel oder dergleichen auf die Spanneinrichtung 40 oder die Leiterplatte 30 aufgetragen werden. Danach wird die Spanneinrichtung 40 weggenommen, und auf den Inseln 33 der Leiterplatte 30 ist eine gleichmäßige Menge an Lötmittel 32 verblieben (siehe die 7C).
  • Um den Lötrückstand 31 unter Ausnutzung der Oberflächenspannung des Lötmittels gleichmäßig zu machen, ist die Höhe der Stifte 42 von Bedeutung. Es wurde geklärt, dass die Höhe der Stifte 42 vorzugsweise ungefähr 1/4 bis ungefähr 1/10 des Durchmessers der Inseln 33 beträgt.
  • Als Halbleiterbauteil, bei dem die Erfindung angewandt wird, wird ein Halbleitergehäuse mit in einem Flächenarray angeordneten, von Elektroden hochstehenden Lötstellen verwendet.
  • Ausführungsform 2
  • Die 8A bis 8C veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung. Die Ausführungsform 2 ist durch ein Verfahren gekennzeichnet, bei dem ein Lötrückstand während eines Reparaturschritts gleichmäßig gemacht wird. Bei der Ausführungsform 2 wird der Lötrückstand unter Verwendung eines Löteisens gleichmäßig gemacht. Nun wird der Schritt zum Vergleichmäßigen des Lötrückstands im Einzelnen beschrieben.
  • Als Erstes wird, wie es in der 8A dargestellt ist, ein Löteisen 50 über einer Leiterplatte 30 positioniert. Genauer gesagt, wird das Löteisen 50 auf einer solchen Höhe positioniert, dass sein Vorderende mit dem Lötrückstand 31 in Kontakt treten kann.
  • Als Nächstes wird, wie es in der 8B dargestellt ist, das erwärmte Löteisen 50 mit konstanter Geschwindigkeit in horizontaler Richtung bewegt. Dabei ist das Löteisen 50 wünschenswerterweise mit einem Flussmittel beschichtet.
  • Wenn das Löteisen 50 bewegt wird, wird der Lötrückstand 51 durch dasselbe so erwärmt, dass er schmilzt und sich über das Löteisen 50 und Inseln 33 ausbreitet. In der 8B ist der Einfachheit halber das sich über das Löteisen 50 ausbreitende Lötmittel nicht dargestellt. Jedoch endet, auf Grund der Oberflächenspannung des Lötmittels, die Ausbreitung desselben so, dass eine vorbestimmte Menge an Lötmittel auf den Inseln 33 der Leiterplatte 30 verbleibt (siehe die 8C). Es wurde geklärt, dass das Löteisen 50 vorzugsweise mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt wird, dass es in ungefähr 1/10 bis ungefähr 1 Sekunde über die Inseln 33 läuft.
  • Obwohl das Löteisen 50 bei der vorliegenden Ausführungsform von Hand bewegt wird, kann es entsprechend der Erfindung durch eine Vorrichtung (die später beschrieben wird) automatisch bewegt werden.
  • Wie oben beschrieben, ist es dann, wenn der Lötrückstand 31 durch Bewegen des Löteisens 50 von Hand abgekratzt wird, um geformt zu werden, erforderlich, den Inseldurchmesser LD zu berücksichtigen. Genauer gesagt, bewirkt, abhängig von der Größe des Inseldurchmessers LD der Leiterplatte 30 ein derartiges Formungsverfahren eine Variation oder dergleichen des Lötrückstands 31, was zu einem unerwünschten Zustand führt. Nachfolgend wird ein bevorzugter Bereich für den Inseldurchmesser LD beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf die 9A und 9B werden die Größe HD von von einer Elektrode hochstehendem Lot bei einem Halbleiterbauteil 20, eine zugehörige Schrittweite HP von von Elektroden hochstehendem Lot sowie eine Inselschrittweite LP betreffend eine Leiterplatte 30 (übereinstimmend mit der Schrittweite HP von von Elektroden hochstehendem Lot) beschrieben.
  • Die Größe HD von von einer Elektrode hochstehendem Lot beträgt ungefähr 0,2 mm Durchmesser bis ungefähr 0,8 mm Durchmesser, und die Schrittweite HP von Elektroden hochstehendem Lot und die Inselschrittweite LP der Leiterplatte 30 betragen jeweils ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1,27 mm.
  • Unter Verwendung des Halbleiterbauteils 20 und der Leiterplatte 30 in den oben genannten Bereichen wurde ein Versuch ausgeführt. Die 10 zeigt das Ergebnis.
  • Die bevorzugte Höhe des Lötrückstands nach der Formung variiert abhängig vom Inseldurchmesser LD (wie es in der 10 dargestellt ist, beträgt beispielsweise die bevorzugte Höhe des Lötrückstands im Fall eines Inseldurchmessers LD von ungefähr 150 μmφ ungefähr 55 μm bis ungefähr 90 μm; und die bevorzugte Höhe des Lötrückstands im Fall eines Inseldurchmessers LD von ungefähr 250 μmφ beträgt ungefähr 60 μm bis ungefähr 100 μm). Gemäß dem Versuchsergebnis wurde geklärt, dass der bevorzugte Inseldurchmesser LD im Bereich von ungefähr 150 μm ϕ bis ungefähr 550 μm ϕ liegt.
  • Wenn die Leiterplatte 30 einen Inseldurchmesser LD von ungefähr 800 μm ? oder mehr aufweist, ist es nicht bevorzugt, den Lötrückstand 31 durch Abkratzen desselben mit einem Löteisen zu formen. Es wurde geklärt, dass in diesem Fall das Ausgeben von Lötpaste bevorzugt ist. Wenn der Inseldurchmesser LD ungefähr 1 mm ϕ überschreitet, besteht die Tendenz, dass der Minimalwert der Verteilung des Lötrückstands 31 abnimmt und seine Variation zunimmt. So wurde geklärt, dass ein Inseldurchmesser über ungefähr 1 mm ? nicht bevorzugt ist.
  • Ausführungsform 3
  • Bei der Ausführungsform 1 ist ein Prozess zum Übertragen von Lötpaste auf von Elektroden hochstehendes Lot 21 des neuen Halbleiterbauteils 20 verwendet, um dadurch die Höhe der Anschlussabschnitte zu vergrößern. Jedoch ist abhängig von den Arten der Erzeugnisse (d. h. den Arten des Halbleiterbauteils 20 und der Leiterplatte 30, die miteinander zu verbinden sind), kein derartiger Übertragungsschritt erforderlich. Genauer gesagt, kann ein Reparaturverfahren bevorzugt sein, bei dem der Schritt S5 (Übertragungsschritt) bei der Ausführungsform 1 weggelassen ist.
  • Gemäß den Versuchsergebnissen durch die Erfinder betreffend die vorliegende Erfindung beträgt z. B. dann, wenn ein Halbleiterbauteil 20 mit einer Inselschrittweite Lp von ungefähr 0,6 mm auf einer Leiterplatte 30 mit einem Inseldurchmesser LD von ungefähr 200 μm ϕ montiert wird, die Höhe des aufgedruckten Lötmittels (d. h. die Höhe des Lötrückstands nach der Formung) ungefähr 70 μm ϕ. Daher wurde geklärt, wie es aus der 10 ersichtlich ist, dass ein zuverlässiger Reparaturschritt auch ohne Ausführen des Schritts S5 ausgeführt werden kann.
  • Die folgende Tabelle 1 zeigt ein Testergebnis für die Auswertung der Zuverlässigkeit eines Temperaturzyklus für ein Halbleiterbauteil, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren repariert wurde, und ein Halbleiterbauteil, das nicht fehlerhaft ist. Die Inselschrittweite des hier verwendeten Halbleiterbauteils betrug 0,6 mm. Es wurde geklärt, dass das reparierte Halbleiterbauteil dieselbe Zuverlässigkeit wie das nicht fehlerhafte Bauteil aufwies.
  • Tabelle 1
    Figure 00170001
  • Die folgende Tabelle zeigt ein Vergleichsergebnis betreffend das Auftreten von Unterbrechungen in einem Halbleiterbauteil, das gemäß der Erfindung repariert wurde, und einem Halbleiterbauteil, das durch das herkömmliche Reparaturverfahren repariert wurde (d. h. für ein Halbleiterbauteil, das dadurch repariert wurde, dass ein Lötrückstand vollständig entfernt wurde, ohne dass Lötpaste übertragen wurde). Die Inselschrittweite des hier verwendeten Halbleiterbauteils betrug 0,8 mm.
  • Tabelle 2
    Figure 00170002
  • Wie es aus der Tabelle 2 erkennbar ist, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Anschlussfehler, wie er beim herkömmlichen Verfahren auftritt, vollständig beseitigt werden.
  • Der Versuch gemäß der Erfindung wurde wie folgt ausgeführt.
  • Es wurde eine Leiterplatte 30 mit Inseln mit einem Inseldurchmesser LD von ungefähr 0,3 mm Durchmesser verwendet. Die Inseln wurden mit ungefähr 2 bis ungefähr 3 μm Ni durch stromloses Plattieren und Au durch Schwallplattieren beschichtet.
  • Als IR-Lampe wurde eine Nahinfrarotlampe mit einer Leistung von 225 Watt mit Wolframfäden, hergestellt von Phoenix Elect. verwendet. Von der IR-Lampe emittiertes Licht wurde durch einen Parabolspiegel so kondensiert, dass es einen Brennpunkt in der Nähe der Oberfläche der Leiterplatte und des Halbleiterbauteils aufwies. Das Halbleiterbauteil wurde durch die IR-Lampe in ungefähr einer Minute auf 250°C erwärmt.
  • Beim Versuch wurde Lötpaste (RMA501-88-3-30, hergestellt von Alphametals Col, Ltd.) mit einer Viskosität von 300000 Centipoises (cP) verwendet, das dadurch erhalten wurde, dass feines Lötpulver (mittlere Größe: 30 μm) eines eutektischen Lötmittels (63% Sn und 37% Pb) mit einem Flussmittel vom RMA-Typ geknetet wurde.
  • Die Lötpaste wurde in der in den 2A und 2B dargestellten Spanneinrichtung 10 platziert, die dadurch erhalten wurde, dass ein Graben mit einer Tiefe von ungefähr 150 μm durch Fräsen in einer Platte aus SUS 301 (Dicke: ungefähr 6 μm) hergestellt wurde. Die Lötpaste wurde durch eine Glasplatte (7027, hergestellt von Corning) mit einer Dicke von ungefähr 1,1 mm gequetscht, um im Graben eingeebnet zu werden.
  • Das Halbleiterbauteil 20 wurde an einer Unterdruckpinzette (392, hergestellt von Hakko Kinzoku Co., Ltd.) befestigt. Das Halbleiterbauteil 20 wurde von Hand gegen die Lötpaste gedrückt, die auf eine Dicke von ungefähr 50 μm eingeebnet worden war. Das Halbleiterbauteil 20 konnte für mindestens zwei Minuten verbleiben, um eng mit der Lötpaste in Kontakt zu treten.
  • Der Lötrückstand wurde unter Verwendung der Spanneinrichtung 40 entfernt, wobei vier Innengewinde (Gewinde ISO•M2) in einer Messingplatte (Dicke: ungefähr 1,0 mm) so vorhanden waren, dass zugehörige Vorderenden um ungefähr 0,1 mm über die Messingplatte hochstehen konnten, um Stifte 42 zu bilden (siehe die 6). Die Messingplatte wurde durch ein Tauchlötverfahren dünn mit Lötmittel versehen. Die mit Lötmittel versehene Messingplatte wurde ferner durch eine Bürste mit einem Flussmittel (RF-350-RMA, hergestellt von Nihon Alumit Co., Ltd.) beschichtet. Die Spanneinrichtung 40 wurde über dem Lötrückstand platziert und mit ungefähr 1255 Watt/Min. durch die IR-Lampe erwärmt. Der Lötrückstand nahm die Form eines Hügels, wie in den 7C und 8C dargestellt, mit einer Dicke von ungefähr 50 bis ungefähr 70 μm ein.
  • Anstatt dass die Spanneinrichtung 40 verwendet wurde, wurde Flussmittel (RF-350-RMA) mittels einer Bürste auf den Lötrückstand aufgetragen, und er wurde mit einem Löteisen (926 m, hergestellt von Hakko Kinzoku Co., Ltd.) mit einer Eisenspitze (900M-TI-C) auf 300°C bis 320°C gerieben. In diesem Fall wurde ebenfalls ein Lötrückstand ähnlich wie der obige erhalten.
  • Ein Halbleiterbauteil 20, auf das Lötpaste übertragen wurde, wurde an einer Unterdruckpinzette befestigt und mittels visueller Ausrichtungsmarkierungen auf der Leiterplatte 30 platziert.
  • Das auf der Leiterplatte 30 platzierte Halbleiterbauteil 20 wurde durch die IR-Lampe erwärmt, damit der Lötrückstand, das von Elektroden hochstehende Lot 21 und die übertragene Lötpaste schmelzen konnten. So wurde das Halbleiterbauteil 20 mit der Leiterplatte 30 verbunden. Wenn das Lötmittel schmilzt, kehrt es auf Grund der Oberflächenspannung selbst dann, wenn es verschoben ist, in die normale Position zurück (Selbstausrichtungseffekt). Daher können, wenn Inseln mit einem Durchmesser von ungefähr 0,3 mm vorliegen, dieselben bis zu ungefähr ±0,15 mm eingestellt werden. Daher wurde geklärt, dass das Halbleiterbauteil 20 durch visuelle Ausrichtung auf der Leiterplatte 30 montiert werden konnte.
  • Ausführungsform 4
  • Die 11 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung. Die Vorrichtung verfügt über einen Substrattisch 130, der eine Leiterplatte 30 hält und der zur Ausrichtung genau verstellt werden kann, eine Spanneinrichtung 10 zum Übertragen von Lötpaste, eine Heizlampe 160 (IR-Lampe) zum Entfernen eines fehlerhaften Halbleiterbauteils 20', das einen Lötrückstand vergleichmäßigt, und zum Montieren eines neuen Halbleiterbauteils, ein Aufnahmewerkzeugt 170 zum Halten und Verstellen des Halbleiterbauteils 20, ein optisches System 190 zur Ausrichtung sowie einen Fernsehmonitor 121 zum Klären der Ausrichtung.
  • Das Aufnahmewerkzeugt 170, die Heizlampe 160 und das optische System 190 zur Ausrichtung können horizontal verstellt werden. Sie können z. B. durch einen Linearmotor (nicht dargestellt) verstellt werden.
  • Bei der oben angegebenen Vorrichtung wird die Lampe 160, während des Reparaturschritts, auf dem fehlerhaften Halbleiterbauteil 20' bewegt. Die Lampe 160 wird zum Leuchten gebracht, um das fehlerhafte Halbleiterbauteil 20' zu erwärmen. Im Ergebnis wird das Lötmittel in den Anschlussabschnitten bis zum Schmelzen erwärmt, was es ermöglicht, das fehlerhafte Halbleiterbauteil 20' zu entfernen.
  • Als Nächstes wird das Aufnahmewerkzeugt 170 so verstellt, dass es über dem fehlerhaften Halbleiterbauteil 20' positioniert ist und an diesem anhaftet, wodurch das fehlerhafte Halbleiterbauteil 20' entfernt wird. Die oben genannte Spanneinrichtung 40 wird über dem auf der Leiterplatte 30 verbliebenen Lötrückstand 31 platziert, und es erfolgt Erwärmung durch die Lampe 160, wodurch der Lötrückstand vergleichmäßigt wird.
  • Als Nächstes wird ein neues Halbleiterbauteil 20 am Aufnahmewerkzeug 170 angebracht. Dabei wird Lötpaste 12 im Graben 11 der Spanneinrichtung 10 zum Übertragen von Lötpaste platziert, und es wird durch eine Quetscheinrichtung oder dergleichen eingeebnet. Das an das Aufnahmewerkzeug 170 angebrachte Halbleiterbauteil 20 wird gegen den mit der Lötpaste 12 gefüllten Graben 11 der Spanneinrichtung 10 zum Übertragen von Lötpaste gedrückt, wodurch die Lötpaste 12 auf die Vorderenden der von Elektroden hochstehenden Lötstellen 21 des Halbleiterbauteils 20 übertragen wird.
  • Dann wird das Aufnahmewerkzeug 170 so verstellt, dass es über der Leiterplatte 30 positioniert ist, wobei das Halbleiterbauteil 20 anhaftet. Unter Verwendung des optischen Systems 190 zur Ausrichtung und des Fernsehmonitors 191 zum Klären der Ausrichtung wird der Substrattisch 130 so verstellt, dass die Leiterplatte 30 mit dem Halbleiterbauteil 20 ausgerichtet wird, wodurch das Halbleiterbauteil 20 auf der Leiterplatte 30 montiert wird. Danach wird das Halbleiterbauteil 20 durch die Lampe 160 erwärmt, um das Lötmittel zu erwärmen und aufzuschmelzen, um das Halbleiterbauteil 20 mit der Leiterplatte 30 zu verbinden.
  • Ausführungsform 5
  • Die 12 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 der Erfindung. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der bei der Ausführungsform 4 nur dadurch, dass ein Löteisen 50 und ein Verstellmechanismus 51 zum horizontalen Verstellen desselben vorhanden sind. Daher bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile. Hier wird die Beschreibung derjenigen Teile weggelassen, die bei der Ausführungsform 4 beschrieben wurden. Der Verstellmechanismus 51 wird z. B. durch einen Linearmotor betrieben.
  • Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Lampe 160 während des Reparaturschritts so verstellt, dass sie über dem fehlerhaften Halbleiterbauteil 20' positioniert ist und dieses erwärmt, wodurch das Lötmittel der Anschlussabschnitte bis zum Schmelzen erwärmt wird. Das Aufnahmewerkzeug 170 wird so verstellt, dass es über dem fehlerhaften Halbleiterbauteil 20' positioniert ist, und es wird an diesem angebracht, wodurch das fehlerhafte Halbleiterbauteil 20' entfernt wird. Dann wird ein Löteisen 50 in Kontakt mit der Leiterplatte 30 gebracht. In diesem Zustand wird der Verstellmechanismus 51 betrieben, wodurch der Lötrückstand 31 auf der Leiterplatte 30 gleichmäßig gemacht wird.
  • Als Nächstes wird das neue Halbleiterbauteil 20 am Aufnahmewerkzeug 170 angebracht. Das Halbleiterbauteil 20 wird gegen den mit Lötpaste 12 gefüllten Graben 11 der Spanneinrichtung 10 zum Übertragen von Lötpaste gedrückt. So wird die Lötpaste 12 auf die Vorderenden der von Elektroden hochstehenden Lötstellen 21 des Halbleiterbauteils 20 übertragen.
  • Danach wird, auf dieselbe Weise wie oben angegeben, die Leiterplatte 30 mit dem Halbleiterbauteil 20 ausgerichtet, wodurch dieses an der Leiterplatte 30 montiert wird. Dann wird das Halbleiterbauteil 20 durch die Lampe 160 erwärmt, um mit der Leiterplatte 30 verbunden zu werden.
  • Bei der Vorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 ist es kritisch, dass der Verstellmechanismus 51 des Löteisens 50 mit diesem in Kontakt steht. Da jedoch die Toleranz hinsichtlich der Verstellgeschwindigkeit groß ist, kann das Löteisen 50 von Hand, ohne Verwendung des Verstellmechanismus 51, bewegt werden. In diesem Fall kann die Vorrichtung dieselben Konstruktion wie die bei der Ausführungsform 4 aufweisen.
  • Gemäß der Erfindung verbleibt nur eine gleichmäßige Menge an Lötrückstand entsprechend der Oberflächenspannung desselben auf einer Leiterplatte zurück, und ein neues Halbleiterbauteil wird mit Lötpaste versehen. Daher kann für ein repariertes Halbleiterbauteil für eine ausreichende Menge an Lötmittel gesorgt werden. Wie es aus dem Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer ersichtlich ist, wird dadurch die Höhe Hj der Anschlussabschnitte erhöht und es wird die Maximalbelastung Γmax in denselben verringert, so dass kein Anschlussfehler (d. h. keine Unterbrechung) auftritt. So kann die Zuverlässigkeit eines Halbleiterbauteils verbessert werden.
  • Abhängig von den Arten der Erzeugnisse (d. h. den Arten eines Halbleiterbauteils und einer Leiterplatte, die miteinander zu verbinden sind), ist der oben beschriebene Übertragungsschritt nicht erforderlich.
  • Gemäß der Erfindung verbleibt der auf der Leiterplatte, nachdem ein fehlerhaftes Halbleiterbauteil von dieser entfernt wurde, verbliebene Lötrückstand absichtlich, anstatt dass er vollständig beseitigt wird, wodurch für eine ausreichende Menge an Lötmittel gesorgt ist. In diesem Fall verbleibt der auf der Leiterplatte, von der das fehlerhafte Halbleiterbauteil entfernt wurde, verbleibende Lötrückstand mit ungleichmäßiger Menge. Wenn jedoch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lötmittels genutzt wird, kann der Lötrückstand auf gleichmäßige Menge und gleichmäßige Höhe kontrolliert werden. Diese Kontrolle kann leicht durch Erwärmen des Lötrückstands unter Verwendung einer Spanneinrichtung, um den Lötrückstand gemäß der Erfindung gleichmäßig zu machen, ausgeführt werden.
  • Gemäß dem Übertragungsverfahren kann dem Halbleiterbauteil auf einfache Weise eine gleichmäßige Menge an Lötpaste zugeführt werden, was zweckdienlich ist. Genauer gesagt, erleichtert die Verwendung der oben genannten Spanneinrichtung zum Übertragen einer Lötmetallpaste die Übertragung einer Lötpaste.
  • Gemäß dem Ausdruck von Coffin•Manson zur Anschluss-Ermüdungslebensdauer sollte, um die Höhe der Anschlussabschnitte zu vergrößern, so viel Lötpaste wie möglich übertragen werden. Unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Menge des auf der Leiterplatte verbleibenden Lötrückstands und der Oberflächenspannung desselben beträgt die Übertragungsmenge vorzugsweise ungefähr 1/3 oder mehr der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lots. Wenn zuviel Lötpaste übertragen wird, kann zwischen von Elektroden hochstehenden Lötstellen eine Brücke gebildet werden. Wenn eine derartige Brücke gebildet wird, fließt das geschmolzene Lötmittel auf Grund seiner Oberflächenspannung zusammen, um eine von einer Elektrode hochstehende Lötstelle mit großem Durchmesser zu bilden. Um zu verhindern, dass ein derartige von einer Elektrode hochstehende Lötstelle gebildet wird, sollte die Übertragungsmenge auf ungefähr 1/2 der Höhe der von Elektroden hochstehenden Lötstellen, d. h. einen Wert begrenzt werden, der die Äquatorfläche der von Elektroden hochstehenden Lötstellen nicht überschreitet.
  • Die Tiefe des Grabens der Spanneinrichtung zum Übertragen von Lötmetallpaste wird auf ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lötmittels angegeben, wobei die Übertragungsmenge zu ungefähr 1/2 bis ungefähr 1/3 der Höhe des von Elektroden hochstehenden Lötmittels vorgegeben ist.
  • Eine Heizvorrichtung zum Wiederverbinden eines neuen Halbleiterbauteils mit einer Leiterplatte sollte keinerlei übermäßige externe Kraft ausüben. Genauer gesagt, werden, wenn keine übermäßige externe Kraft ausgeübt wird, das Halbleiterbauteil und die Leiterplatte, die miteinander ausgerichtet wurde, positionsmäßig nicht verschoben. So kann der Reparaturschritt einfacher und effizienter ausgeführt werden. Daher wird gemäß der Erfindung eine Lampe verwendet, die keinerlei externe Kraft ausübt. Als Lampe wird aus dem folgenden Grund vorzugsweise eine Nahinfrarotlampe (IR-Lampe) verwendet. Bei einem Halbleiterbauteil wird als Material der Wahl für eine Leiterplatte Si verwendet. Si lässt Licht im Nahinfrarotbereich (Wellenlänge: ungefähr 1 bis 5 μm) durch. Wenn Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 bis ungefähr 5 μm verwendet wird, durchdringt das Licht das Si, um auf effiziente Weise direkt von Elektroden hochstehendes Lot und Lötmittelpaste zu erwärmen. So wird vorzugsweise eine IR-Lampe dazu verwendet, die dazu in der Lage ist, Licht mit einer Wellenlänge von 1 bis ungefähr 5 μm zu emittieren.
  • Unter Verwendung von eutektischem Lötmittel oder eutektischem Lötmittel mit einer kleinen Menge zugesetzten Zusatzstoffs als Lötmetall kann die Lötfestigkeit verbessert werden.

Claims (18)

  1. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung mit: – einem Reparaturschritt während des Prozesses zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung durch Ausrichten hochstehender Elektroden (21) aus Lötmetall, die auf einer Hauptebene eines Halbleiterbauteils (20) ausgebildet sind, mit einem Träger (30) zum Montieren eines Halbleiterbauteils mit Inseln (33) für Anschluss entsprechend den hochstehenden Elektroden (21); und – Schmelzen der hochstehenden Elektroden (21) durch Erwärmen, um dadurch das Halbleiterbauteil (20) auf dem Träger (30) zu montieren, wobei es zum Reparaturschritt gehört, wenn ein einmal montiertes Halbleiterbauteil (20') fehlerhaft ist, das fehlerhafte Halbleiterbauteil (20') vom Träger (30) zu entfernen und ein neues Halbleiterbauteil (20) auf diesem zu montieren; wobei der Reparaturschritt die folgenden Schritte umfasst: – Ausrichten des neuen Halbleiterbauteils (20) mit dem Träger (30); und – Schmelzen des auf den Inseln (33) verbliebenen Lötmetallrückstands (32) und der hochstehenden Elektroden (21) des neuen Halbleiterbauteils (20) durch Erwärmen, um dadurch das neue Halbleiterbauteil (20) mit dem Träger (30) zu verbinden; wobei der Reparaturschritt durch Folgendes gekennzeichnet ist: – Entfernen eines übermäßigen Rests (31) eines Lötmetallrückstands, der auf den Inseln (33) des Trägers (30) verblieben ist, von denen das fehlerhafte Schaltungsvorrichtung (20') entfernt wurde, wobei eine gleichmäßige Menge an Lötmetallrückstand (32) mittels eines Heizeisens (50) auf den Inseln (33) verbleibt, das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, während es mit dem Lötmetallrückstand in Kontakt gehalten wird oder mittels einer Spanneinrichtung (40), um einen Lötrückstand (31) gleichmäßig zu machen, mit einer Anzahl von Stiften (42) an einem Außenumfangsabschnitt (41) derselben.
  2. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die gleichmäßige Menge des auf den Inseln (33) verbliebenen Lötmetallrückstands (32) eine Höhe aufweist, die der Oberflächenspannung desselben entspricht.
  3. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Lötmetallrückstand (32), der vergleichmäßigt wurde und auf den Inseln (33) verblieben ist, und die hochstehenden Elektroden (21) des neuen Halbleiterbauteils (20) mit von einer Lampe (160) emittiertem Licht erwärmt werden, um zu schmelzen.
  4. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei dem als Lampe (160) eine Nahinfrarotlampe verwendet wird.
  5. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Entfernen von übermäßigem Rückstand (31) eines Lötmetallrückstands, der auf den Inseln des Trägers (30) verblieben ist, von dem das fehlerhafte Halbleiterbauteil (20) entfernt wurde, wobei eine gleichmäßige Menge von Lötmetallrückstand auf den Inseln (33) verblieb, dadurch ausgeführt wird, dass die Spanneinrichtung (40) in Form einer Platte aus durch Lötmittel benetzbarem Metall so über dem Lötmetallrückstand auf den Inseln (33) platziert wird, dass dazwischen ein vorbestimmter Zwischenraum erhalten bleibt, und die Platte erwärmt wird, wobei der Zwischenraum durch die mehreren Stifte (42) aufrechterhalten wird.
  6. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei dem der vorbestimmte Zwischenraum ungefähr 1/4 bis ungefähr 1/10 des Inseldurchmessers (LD) der Inseln (33) beträgt.
  7. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem dann, wenn der Inseldurchmesser (LD) der Inseln (33) ungefähr 150 μm bis ungefähr 800 μm beträgt, das Heizeisen (50) von Hand bewegt wird.
  8. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem dann, wenn der Inseldurchmesser (LD) der Inseln (33) ungefähr 150 μm bis ungefähr 550 μm beträgt, das Heizeisen (50) von Hand bewegt wird.
  9. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Lötmetall ein eutektisches Lötmittel oder ein solches Lötmittel ist, dessen Festigkeit durch Zusatz einer kleinen Menge eines Zusatzstoffs zu einem eutektischen Lötmittel erhöht ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Halbleiterbauteil ein Halbleitergehäuse mit in einem Flächenarray hochstehenden Elektroden ist.
  11. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 5-10, bei dem der Reparaturschritt zusätzlich Folgendes aufweist: – Zuführen von Lötmetallpaste (22) zu Vorderenden hochstehender Elektroden (21) des neuen Halbleiterbauteils (20); und – Aufschmelzen auf der Lötmetallpaste (22) durch Erwärmen, um das neue Halbleiterbauteil (20) mit dem Träger (30) zu verbinden.
  12. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Zuführens der Lötmetallpaste (22) zu den Vorderenden der hochstehenden Elektroden (21) durch ein Übertragungsverfahren ausgeführt wird.
  13. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem die Lötmetallpaste (22) dadurch erhalten wird, dass ein Metallpulver, das von derselben Art wie der des Lötmetalls ist, in einem Bindemittel verteilt wird.
  14. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem die hochstehenden Elektroden des neuen Halbleiterbauteils (20) und die Lötmetallpaste durch von einer Lampe (160) emittiertes Licht bis zum Schmelzen erwärmt werden.
  15. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei dem als Lampe (160) eine Nahinfrarotlampe verwendet wird.
  16. Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung durch Ausrichten hochstehender Elektroden (21) aus einem Lötmetall, die auf einer Hauptebene eines Halbleiterbauteils (20) ausgebildet sind, mit einem Substrat (30) zum Montieren eines Halbleiterbauteils mit Inseln (33) für Anschlusszwecke, die den hochstehenden Elektroden (21) entsprechen, und Schmelzen der hochstehenden Elektroden (21) durch Erwärmen, um dadurch das Halbleiterbauteil (20) auf dem Träger (30) zu montieren, wobei dann, wenn das einmal montierte Halbleiterbauteil (20') fehlerhaft ist, die Vorrichtung so konzipiert ist, dass sie das fehlerhafte Halbleiterbauteil (20') vom Träger (30) entfernt und auf diesem ein neues Halbleiterbauteil (20) montiert, mit: – einem Halter (130) zum Halten des Trägers (30); – einem Halter (170) zum Halten des fehlerhaften Halbleiterbauteils (20') oder des neuen Halbleiterbauteils (20); – einer Ausrichtungseinheit (130; 170) zum Ausrichten des Trägers (30) mit dem fehlerhaften Halbleiterbauteil (20') oder dem neuen Halbleiterbauteil (20); und – einer Heizeinheit zum Schmelzen der hochstehenden Elektroden (21) des ausgerichteten neuen Halbleiterbauteils (20) durch Erwärmen, um dadurch das neue Halbleiterbauteil mit dem Träger zu verbinden; gekennzeichnet durch eine Einheit zum Entfernen eines übermäßigen Rückstands (31) eines Lötmetallrückstands, der auf Anschlussabschnitten (33) des Trägers (30) verblieben ist, von dem das fehlerhafte Halbleiterbauteil (20') entfernt wurde, wobei auf den Anschlussabschnitten (33) eine gleichmäßige Menge an Lötmetallrückstand verblieb, der eine Höhe entsprechend der Oberflächenspannung des Lötmetallrückstands (32) auf den Anschlussabschnitten (33) entspricht, mittels eines Heizeisens (50), das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird, während es mit dem Lötmetallrückstand in Kontakt gehalten wird, oder mittels einer Spanneinrichtung (40) zum Vereinheitlichen eines Lotrückstands, mit einer Anzahl von Stiften (42) auf einem Außenumfangsabschnitt (41) derselben.
  17. Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Heizeinheit eine Nahinfrarotlampe (160) ist.
  18. Vorrichtung zum Herstellen einer elektronischen Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17, ferner mit: – einer Spanneinrichtung (10; 10') zum Übertragen von Lötmetallpaste auf Vorderenden der hochstehenden Elektroden (21) des neuen Halbleiterbauteils (20), wobei in einem mittleren Abschnitt der Spanneinrichtung (10') ein Graben (11) in Form eines verlängerten Schlitzes oder eines kreisförmigen, konkaven Grabens (11') ausgebildet ist und wobei die Tiefe des Grabens zu ungefähr 1/3 bis ungefähr 1/2 der Höhe der hochstehenden Elektroden (21) des Halbleiterbauteils (20) vorgegeben ist.
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