JP2560607B2 - 半導体素子の取り外し方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板上にマルチ・
チップ・パッケージング（複数素子実装）された半導体
集積回路のうち、不良ベアチップを回路基板から取外す
方法、及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体素子の取り外し方
法は、図８に示すように、まず回路基板３上の不良ベア
チップ１の上面をノズル１５の下面凹部１５ａに受け入
れて、不良ベアチップ１の上面をノズル１５で覆い、ノ
ズル１５の開口１６から熱風ガスをチップ１に吹き付け
て、チップ１を加熱する。チップ１が加熱されると、チ
ップ上面側の熱がチップ内部を通して、上面とは反対の
主表面側に伝熱され、その熱をもって接続バンプ２を溶
融させる。

【０００３】次に、ノズル開口１６からの熱風ガスの供
給を停止し、その後、開口１６を真空引きして、チップ
１をノズル１５の凹部１５ａ内に吸着し、不良チップ１
を回路基板３より引き上げてこれを取り外していた。ま
た、接続バンプ２を溶融する際、ヒータ１３により回路
基板３を加熱していた（例えば、特開平３−２３６２９
８号公報参照）。

【０００４】また、半導体素子の取り外しとは逆に半導
体素子を装填する場合に、レーザ光が用いられており、
その場合には、レーザ光をベアチップの主表面側から照
射し、半田バンプを溶融していた（例えば、特開平３−
１５６９３８号公報参照）。

【０００５】また、関連技術として、フラットパッケー
ジをプリント配線板から取外す装置として、レーザ発振
器からのレーザ光をフラットパッケージのリードに反射
鏡で掃引させながら照射する装置が知られている（例え
ば、特開昭６２−２０７５７５号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】チップがますます高集
積化され、その実装の高密度化が図られるにつれて、不
良チップを高密度回路基板から、周囲の良品チップに熱
的ダメージを与えることなく、取外すことは難しくなっ
てきており、さらに、モジュールが大規模化，システム
化されるにつれて、その取り外しが重要性を増加してい
る。

【０００７】図８に示した従来の取り外し方法は、不良
チップを結合している接続バンプのみを局部的に加熱す
ることが不可能であり、近隣の良品チップを同時に加熱
してしまい、これに熱的ダメージを与えるという問題点
があった。また、チップ内部を通して伝熱される熱によ
り接続バンプを加熱するものであり、その熱の伝熱経路
は、半導体素子の基礎をなす結晶（例えば、シリコン）
から薄膜細線（例えば、アルミニウム）を経由して、接
続バンプへ到るため、その熱抵抗が種々であり、加熱に
よる接続バンプの温度上昇に接続バンプの設置位置によ
りバラツキが生じる。そのため、不良チップを取り外し
たときに、回路基板のパッドに残る半田量が不均一にな
ってしまうという問題点があった。また、取外す際に、
不良チップのチャッキング用ノズルは、チップの形状
（正方形か長方形）、及びサイズによりその都度、変更
しなければならないという問題点があった。

【０００８】不良チップ取り外し後に、回路基板のパッ
ドに残る半田量を均一にするためには、レーザ光を使用
すればよいが、従来の技術では、主表面側からしか照射
できず、回路基板上に主表面側を向けて半田バンプで接
続するチップ実装方法では、直接接続バンプ部分をレー
ザ光で直接照射できないという困難があった。

【０００９】また、レーザ光を反射鏡で回転させて掃引
する方法は、最初に溶融した半田バンプがレーザ光の掃
引が終了するまで、溶融状態を維持することを前提とす
るケースでのみに採用できる方法である。従って、その
適用は、熱伝導率の低い、プリント配線板上に熱容量の
大きなＬＳＩパッケージを接続した実装等に限られ、熱
伝導率の高い、Ｃｕ，ＣｕＷ等メタル基板，Ａｌ基板、
あるいはＳｉウェーハ基板を回路基板とし、その上に熱
容量の極めて小さいベアチップを接続するマルチ・チッ
プ・パッケージングでは、実際上適用できないという問
題があった。

【００１０】本発明の目的は、接続バンプにレーザ光を
直接導いて照射することにより、接続バンプを均一に溶
融して、半導体素子を取り外す半導体素子の取り外し方
法及びその装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体素子の取り外し方法は、回路基
板と複数のバンプで接続された半導体素子を、該回路基
板から取り外す半導体素子の取り外し方法であって、前
記半導体素子と接続された複数のバンプに同時にレーザ
光を照射し、前記半導体素子に接続された前記バンプが
存在する領域の一辺より短い距離で前記レーザ光を照射
する領域を移動させるものである。

【００１２】また前記半導体素子と接続された前記バン
プは矩形状に配置され、該バンプがなす矩形の対角線方
向に、前記レーザ光を対角線長程度移動するものであ
る。

【００１３】また本発明に係る半導体素子の取り外し装
置は、照射手段と移動手段とを有し、回路基板と複数の
バンプで接続された半導体素子を取り外す装置であっ
て、照射手段は、前記半導体素子と接続された複数のバ
ンプにレーザ光を同時に照射するものであり、移動手段
は、照射手段から照射するレーザ光の領域を前記バンプ
が存在する領域の一辺より短い距離だけ移動させるもの
である。

【００１４】また前記照射手段は、レーザ光を反射させ
て前記バンプに照射するための反射ミラーである。

【００１５】

【作用】レーザ光を不良チップの接続バンプのみに集光
させて照射する。その照射は、不良チップの周囲から、
回路基板とチップの隙間を通して直接照射し、接続バン
プを溶融する。接続バンプを溶融させた後、不良チップ
を取り外す際のチャッキングは、チップ周囲部分ではな
く、チップ裏面で行う。

【００１６】本発明では、レーザ光を複数の光ファイバ
ーに分光して多数のレーザビームとし、その照射位置を
バンプピッチと同等もしくは２倍程度移動させることの
みで、不良チップの接続バンプ全体に照射する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。

【００１８】（実施例１）図１は、本発明の実施例１を
示す構成図、図２は、本発明の実施例１を示す平面図で
ある。

【００１９】図において、回路基板３上に、チップ（半
導体素子）１及び４が接続バンプ２を介して複数実装
（マルチ・チップ・パッケージング）されている。この
場合、チップは、電極端子が設けられた主表面側を下向
きにして、回路基板３上に実装される。チップには、良
品チップ４の他に不良チップ１が含まれていることがあ
り、この不良チップ１を回路基板３上から取り外し、こ
れを良品チップに取り換える必要がある。また、接続バ
ンプ２は図２に示すように、半導体素子の周囲に沿って
四方向に直線状に配列して設けられている。

【００２０】そこで、本発明に係る半導体素子の取り外
し装置は、レーザ発振装置５と、光ファイバ６の束と、
レーザ光導入路９と、反射ミラー１０と、吸引チャック
器７とを有している。

【００２１】反射ミラー１０は、井桁状に形成され、回
路基板３と不良チップ１との間の高さ位置で不良チップ
１の外周縁を取り囲み、かつ隣接するチップ４との空ス
ペースを利用して回路基板３上に脱着可能に配置され
る。レーザ光導入路９は、井桁状に形成されてミラー１
０の入射側に取付けられ、不良チップ１の外周縁を取り
囲んで配置される。

【００２２】また、レーザ光導入路９は、光ファイバ６
の束を介してレーザ発振装置５に接続されている。ここ
に、レーザ光導入路９及び光ファイバ６等により光導波
路が構成される。反射ミラー１０は、光ファイバ６を介
してレーザ光導入路９に導入されたレーザ発振装置５か
らのレーザ光の照射光路を回路基板３の表面に平行な方
向に切替え、不良チップ１と回路基板３との隙間を通し
て素子周辺部から素子の内側に向け、直接接続バンプ２
にレーザ光を照射する機能を有している。

【００２３】また、吸引チャック器７は、吸引穴８を介
して不良チップ１の上面を真空吸着し、これを上方に引
き上げるようになっている。

【００２４】回路基板３に半田を組成とする接続バンプ
２で接合されている不良チップ１を取り外すに当たり、
レーザ発振装置５からのレーザ光１１を接続バンプ２に
照射し、接続バンプ２を溶融し、不良チップ１の裏面に
吸引チャック器７を押し付け、吸引穴８から真空排気す
ることで真空吸着し、不良チップ１を回路基板３から引
き上げて取り外す。このときレーザ光は、レーザ発振装
置５から光ファイバ６でレーザ光導入路９に伝送され、
さらに不良チップ１の周囲に配置されている反射ミラー
１０により接続バンプ２に向けて反射され、回路基板３
と不良チップ１との隙間を通して、直接接続バンプ２に
照射される。

【００２５】ここで、本発明をより明確にするため、実
施例について、さらに具体的に説明すると、回路基板３
は、厚さ０．５〜１．０ｍｍのシリコンウェーハ上に３
層もしくは４層の多層配線を形成した平面サイズが７０
ｍｍ×７０ｍｍ程度のものである。なお、具体例として
は、このようなサイズであるが、本発明の実施例は、こ
のサイズに限定されるものではなく、もっと大きい、あ
るいは小さくてもよい。

【００２６】そして回路基板３は、図３に示したように
（５〜２０ｍｍ）×（５〜２０ｍｍ）の平面サイズ厚さ
０．４〜１．０ｍｍのチップを１５個搭載している。チ
ップ間の間隔は最小で、１．０ｍｍ程度である。接続バ
ンプは、Ｐｂ／Ｓｎ系半田を組成とし、ほぼ球形とし、
サイズが１００μｍφ程度、ピッチが１５０×３００μ
ｍ、その個数として２０〜７００個程度のバンプであ
る。接続バンプ２は図２に示したように、チップの周辺
部分に設けられている。４辺全てに設けられているとは
限らず、図３中に示したように設けられていない辺も含
まれている。回路基板３と搭載チップとの間隔は、およ
そ５０〜１２５μｍである。

【００２７】吸引チャック器７は、ステンレス材を加工
したもので、３〜１０ｍｍ□のチャッキング面を持ち、
中央に真空排気ポンプで吸引する吸引穴８を設けてい
る。吸引穴８のサイズは、厳密なものである必要はな
く、およそ２〜５ｍｍ□又は２〜５ｍｍφであればよ
い。レーザ発振装置５は、市販のものを改造したもの
で、ガスレーザの連続発振型である。発振したレーザ光
を光ファイバ束で受け取り、それぞれを光ファイバ６で
分散，伝送し、レーザ光導入路９に接続する。レーザ光
導入路９は、図２に示したように、不良チップ１の周囲
に正方形状に設けられ、１００〜５００μｍピッチで光
ファイバ６を直線状に並べて接続してある。レーザ光導
入路９の光出射側は、ミラー１０の入射側に位置決めし
て取付けられており、入射されたレーザ光の照射光路を
反射ミラー１０で約９０度曲げて、レーザ光１１を直接
接続バンプに照射するようになっている。

【００２８】以上説明した具体的記述は一例であり、本
発明の主旨にかなうものであれば、これに限定されず、
実施可能であることは勿論である。

【００２９】次に、本発明について、従来技術と対比し
ながら説明して明確にする。図４は、レーザ光照射状態
の不良チップ１を拡大して示した平面図である。本発明
においては、半田バンプに照射するレーザ光１１は、図
４に示したように平行に入射するマルチ状態になってい
るために、チップ１が正方形である場合には、レーザ光
１１のピッチｄとすると、√２ｄの距離だけレーザ光を
掃引すれば（対角線に平行な方向に掃引する）、チップ
四辺の全ての接続バンプ２にレーザ光を照射することが
できる。具体例では、ｄは３００μｍ（本発明の実施
と、このピッチに限定する必要はない。）であり、レー
ザ光の掃引距離は４２５μｍ程度掃引すればよい。な
お、本発明では、回路基板３を搭載しているテーブルを
直交するＸＹの２軸方向に移動させて掃引する。

【００３０】一方、従来技術によるレーザ光の掃引は、
図９に示した通りである。すなわち、レーザ発振管１２
から発せられたレーザ光１１を回転ミラー１７で掃引し
照射する。その掃引距離は、レーザ発振管１２が１個で
ある場合は、チップ周辺の接続バンプ２列の延べ距離で
ある。図９に示したように一辺の接続バンプ列の長さを
ｌとすると、正方形チップであれば、掃引距離は４ｌで
ある。ここでｌは、通常の場合、チップの一辺から両端
で約１００μｍずつ引いた値で近似でき、チップサイズ
が１０ｍｍ□の場合、ｌは９．８ｍｍであり、従って、
レーザ光１１の掃引距離は、３９．２ｍｍである。掃引
距離を短縮するために、装置は複雑になるが、レーザ発
振管１２を４本使用して、各辺を並列的に照射する方法
がある。この方法で短縮されるが、それでも９．８ｍｍ
以上は必要である。さらに、従来の方法では、掃引距離
がチップサイズに依存するが、実際は、最も大きなチッ
プサイズをカバーできる掃引距離に設定しておいて、チ
ップサイズ毎には変更しないのが普通である。すなわ
ち、実際の掃引距離は、従来技術の場合、上記の９．８
ｍｍより大きい。

【００３１】図５及び図６は、それぞれ断面方向及び水
平方向の温度プロファイルを示す実験データ例である。
図中、実線で表示しているのは、本発明の実施例につい
てのものであり、破線で表示しているのは、従来技術の
ものである。

【００３２】図５から分かるように、両者共接続バンプ
２がバンプメタルの融点以上に加熱されているのは同じ
であるが、本発明の場合、上述したように、接続バンプ
２がレーザ光１１の照射で直接加熱されるため、最も高
温度で、チップ側及び回路基板側に離れるにつれて、そ
の温度は低くなっている。一方、従来技術による場合
は、チップの裏面と回路基板裏面とをヒータで加熱し、
伝熱で接続バンプを加熱するために、接続バンプ部分の
温度が最も低く、そこから離れるにつれて高温度になっ
ている。

【００３３】そのために、図６に示したように、従来技
術では、近隣に配置された良品チップも加熱され、熱的
ダメージを与えることになる。これに対して、本発明で
は、接続バンプのみを局部的に加熱するため、良品チッ
プに熱的ダメージを与えない。

【００３４】（実施例２）図７は、本発明の実施例２を
示す断面図である。本実施例では、不良チップ１の外周
縁を取り囲む中空枠体１８の上部開口に凹球面ミラー１
４を下向きに設け、凹球面ミラー１４の焦点位置付近に
連続発振型のレーザ発振管１２を配置し、中空枠体の下
部開口縁にリング状の反射ミラー１０を設け、凹球面ミ
ラー１４で反射されたレーザ光１１をミラー１０でチッ
プの周辺側から内側に向けて反射するようになってい
る。

【００３５】実施例において、連続発振型のレーザ発振
管１２から発振されたレーザ光１１を凹球面ミラー１４
により下向きに不良チップ１の方へ反射し、そのレーザ
光をミラー１０で約９０度曲げて、不良チップ１と回路
基板３との隙間を通してレーザ光１１を接続バンプ２に
直接照射する。回路基板３の裏面は、接続バンプ２の溶
融を助けるために、ヒータ１３で加熱されている。な
お、このヒータ１３は、接続バンプ２のバンプメタルが
低融点のものである場合は、使用しなくてもよい。

【００３６】また、接続バンプ２が溶融された状態にお
いて、中空枠体１８を不良チップ１の周囲から取り除
き、不良チップ１の上面を吸引チャック器で真空吸着
し、該チップ１を回路基板３から引き上げて取り外す。
尚、吸引チャック器で不良チップを取り外すには、中空
枠体１８を取り外すことなく行うようにしてもよい。

【００３７】尚、実施例では、チップの形状が正方形又
は長方形である場合について説明したが、チップの形状
は、これに限られるものではない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、レーザ光
による直接加熱で接続バンプを溶融するため、接続バン
プを極めて均一化して溶融することができ、接続バンプ
の溶融部分を全体の中で最高温度にすることができ、不
良チップを除去した後の回路基板の接続パッドに残る半
田量をコントロールできる。また、近隣に配置された良
品チップに対する熱的ダメージを最小に防止することが
できる。

【００３９】従来は取り外しの際の不良チップを加熱ノ
ズルに嵌合させていたため、ノズルをチップの形状及び
サイズにより、その都度変換することが必要であったの
に対して、本発明では、チップの端面を吸着するため、
チップの形状，サイズにかかわらず、吸引チャッキング
することができ、交換の必要はない。さらに、従来の吸
引チャッキング機能を持つ加熱ノズルを使用するには、
チップ間距離を拡げる必要があったが、本発明ではチッ
プ間距離を詰めて、チップを配置することができる。

【００４０】従来のレーザ光を反射鏡を回転させて掃引
する方法は、チップの外部を直線状に４回掃引するた
め、レーザ光の延べ掃引距離は、チップの周辺長より
も、例えば４０ｍｍ〜２０００ｍｍ大きいのに対して、
本発明では、光ファイバにより多点を照射するため、接
続バンプのピッチと同等オーダーの距離（大き目に見積
っても１ｍｍ以下）を掃引すればよく、このため、放熱
特性のよい回路基板に接続された熱容量の極めて小さい
ベアチップの接続パッドを同時に溶融することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１を示す平面図である。

【図３】本発明の対象とするマルチ・チップ・パッケー
ジング例を示す平面図である。

【図４】本発明の効果をレーザ光掃引距離で示す平面図
である。

【図５】本発明の効果を断面方向温度プロファイルで示
す図である。

【図６】本発明の効果を水平方向温度プロファイルで示
す図である。

【図７】本発明の実施例２を示す断面図である。

【図８】従来例を示す断面図である。

【図９】従来例のレーザ光掃引と問題点を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１ 不良チップ ２ 接続バンプ ３ 回路基板 ４ 良品チップ ５ レーザ発振装置 ６ 光ファイバ ７ 吸引チャック器 ８ 吸引穴 ９ レーザ光導入路 １０ 反射ミラー １１ レーザ光 １２ レーザ発振管 １３ ヒータ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板と複数のバンプで接続された半
   導体素子を、該回路基板から取り外す半導体素子の取り
   外し方法であって、 前記半導体素子と接続された複数のバンプに同時にレー
   ザ光を照射し、 前記半導体素子に接続された前記バンプが存在する領域
   の一辺より短い距離で前記レーザ光を照射する領域を移
   動させることを特徴とする半導体素子の取り外し方法。
2. 【請求項２】 前記半導体素子と接続された前記バンプ
   は矩形状に配置され、該バンプがなす矩形の対角線方向
   に、前記レーザ光を対角線長程度移動することを特徴と
   する請求項１に記載の半導体素子の取り外し方法。
3. 【請求項３】 照射手段と移動手段とを有し、回路基板
   と複数のバンプで接続された半導体素子を取り外す装置
   であって、 照射手段は、前記半導体素子と接続された複数のバンプ
   にレーザ光を同時に照射するものであり、 移動手段は、照射手段から照射するレーザ光の領域を前
   記バンプが存在する領域の一辺より短い距離だけ移動さ
   せるものであることを特徴とする半導体素子の取り外し
   装置。
4. 【請求項４】 前記照射手段は、レーザ光を反射させて
   前記バンプに照射するための反射ミラーであることを特
   徴とする請求項３に記載の半導体素子の取り外し装置。