WO2004107432A1 - 電子部品の実装方法、取外し方法及びその装置 - Google Patents

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WO2004107432A1
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Toshihisa Sato
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device such as a bare chip connected to a substrate by solder bumps, a flip chip component, and a method for mounting and removing various electronic components, and a device therefor.
  • a method for mounting and removing electronic components suitable for various processes such as leaking, replacing, and repairing of a bare chip mounted on a resin-based substrate using solder bumps.
  • connection pitch is narrowed on the components to form connection protruding terminals (micro bumps), which are mounted on the module substrate by these micro bumps.
  • the present invention relates to a method for mounting and removing electronic components suitable for various processes such as a rework process, a replacement process, a repair process, and the like, in which an electronic component such as a bare chip is mounted on a resin-based substrate.
  • the bonding head of the reflow device when reworking a bare chip, the bonding head of the reflow device is positioned on the bare chip mounted on the board, and the solder is melted by heating with the bonding head to separate the bare chip from the board.
  • the residual solder on the board from which the bare chip has been removed is removed by heating, and a cleaning process using a solvent is performed, and the board is processed in the same state as before mounting.
  • the bare chip is positioned and fixed at the position where the bare chip is mounted on the substrate, and the entire package (PKG) is heated by a reflow furnace to perform a reflow process, thereby re-mounting the bare chip.
  • FIG. 1 A
  • a tool head 8 is positioned on a bare chip 6 mounted by a C4 bump, for example, a solder bump 4 on a substrate 2 and lowered, and a position shown in FIG.
  • the lower surface of the tool head 8 is brought into contact with the upper surface of the bare chip 6, the pressure is controlled, and the solder bump 4 is heated and melted by the tool head 8 or the like.
  • the bare chip 6 While maintaining the molten state, the bare chip 6 is supported on the tool head 8 as shown by the arrow c in FIG. 1 (C), and the tool head 8 is lifted.
  • the solder bumps 4 are melted and collapsed on 2, resulting in residual solder 10.
  • the residual solder 10 is in a short state. Therefore, as shown in FIG. 2 (A), after removing the residual solder 10 from the board 2 using a jig 12, as shown in FIG. 2 (B), the solder 2 is moved to the mounting position of the bare chip 6 on the board 2.
  • Preliminary solder bumps 14 are formed, and bare chip 6 is positioned at the mounting position and reconnected.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-212 147 discloses mounting, removal and remounting of a flip-chip IC using solder bumps.
  • Patent Literature 1 discloses a leak device for heating a semiconductor device having a semiconductor element mounted thereon and removing the semiconductor element.
  • H11-111213 discloses a heating apparatus for heating a semiconductor device.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 20-210 discloses a method of removing a semiconductor device from which a semiconductor device is removed by melting solder by using the method, and a method of positioning a semiconductor device on a substrate from which the semiconductor device has been removed and remounting the semiconductor device.
  • Japanese Patent Publication No. 0 1—7 157 discloses a repair process for flip-chip mounting
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2005-25743 discloses a method of heating a semiconductor device mounted on a substrate and removing the semiconductor device from the substrate.
  • solder paste A method of repairing a semiconductor device in which a semiconductor device is re-mounted by supplying a preliminary solder, bonding a semiconductor device thereon, heating and melting the solder, and joining the semiconductor device is disclosed.
  • 2 0 0 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 110704/1999 discloses a mounting method in which a semiconductor device having a solder bump formed on the lower surface of a semiconductor element is lowered and flip-chip bonded onto a substrate. A mounting method controlled by the height of the object and the device are disclosed.
  • pressure control is used to control the position of a head portion on which a tool is mounted in the removal of electronic components in conventional rework processing of various electronic components such as bare chips. If an error occurs in the tool position control, if the bare chip joint is a narrow gap, there is a risk of short-circuiting with the solder.Before replacing the bare chip, sufficient residual solder in the short state should be sufficiently cleaned. Need to be removed by If the junction of the bare chip has a narrow gap, the position control between the substrate and the bare chip requires sufficient accuracy to increase the connection reliability even during mounting.
  • Preliminary soldering is used to ensure the connectivity between the board and bare chip. However, heating due to this preliminary soldering may cause thermal stress to accumulate on the board and reduce the reliability of the connection.
  • the present invention relates to a method for mounting and removing electronic components suitable for various processes such as a rework process, a replacement process, and a repair process in which electronic components such as a bare chip are mounted on a resin-based substrate. It is an object of the present invention to provide a mounting method, a removing method, and a device for an electronic component that solve the above.
  • an object of the present invention is to provide a mounting method, a removing method, and an apparatus for an electronic component, which can suppress a thermal stress generated on a substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for removing an electronic component which enable reuse of residual solder.
  • the present invention provides a method of mounting an electronic component to be soldered to a substrate by solder bumps, the method comprising: moving the electronic component to detect contact of the solder bump with the substrate.
  • the position at which the solder bump of the electronic component contacts the substrate is defined as the origin, and the temperature of the electronic component and the substrate can be matched at this origin by contact between the electronic component and the substrate.
  • the same temperature can be set by preheating.
  • the heating temperature is raised from this position as the origin and the electronic components are moved in accordance with this temperature rise, the maximum heating temperature is maintained while maintaining the two in contact while absorbing the total amount of thermal deformation. Can be heated up.
  • the maximum heating temperature is maintained and the position of the solder bump of the electronic component with respect to the board is optimized.
  • the combined use of the electronic component movement control and the heating control suppresses the heating port at the joint between the electronic component and the substrate.
  • the electronic component is held at a position where the heating temperature has reached a maximum heating temperature, and after a predetermined time, the electronic component is mounted on the substrate. It may be configured to move to the mounting height. By holding at the position where the maximum heating temperature is reached, the solder can be reliably melted, and the electronic component can be moved from that position to the optimal mounting height and mounted on the board.
  • the amount of movement of the electronic component to be moved with the temperature rise is determined by thermal deformation on the substrate side and a supporting member for supporting the electronic component.
  • a configuration using a value calculated from thermal deformation may be used. According to this configuration, the movement of the electronic component absorbs the thermal deformation of the substrate and the thermal deformation of the support member supporting the electronic component, thereby optimizing the position of the solder bump of the electronic component with respect to the substrate. Heat conduction loss is suppressed.
  • the present invention provides a method for removing an electronic component from a board soldered using solder bumps, the method comprising: moving a tool to remove the electronic component from the board. Detecting the contact of the tool with the slave component; increasing the heating temperature of the electronic component and the substrate with the contact as the origin; and allowing the heating temperature to reach the maximum heating temperature, and in accordance with the temperature increase. Moving the tool from the position where the maximum heating temperature is reached, moving the electronic component to a mounting height of the board by receiving the electronic component from the board and receiving the electronic component from the board. It is a configuration including.
  • the position at which the tool contacts the electronic component on the substrate is set as the origin, and the temperature of the tool, the electronic component, and the substrate can be matched by contact of the tool with the electronic component at this origin.
  • the heating temperature is raised from this origin, and the tool is moved in accordance with this temperature rise. Due to this movement, the total amount of thermal deformation is absorbed, and the electronic component is moved to the mounting height of the board from the position of the maximum heating temperature, and the electronic component is received from the board to the shell.
  • the tool is stopped at a position where the heating temperature reaches a maximum heating temperature, and after a predetermined time, the electronic component is removed from the substrate by the tool.
  • the moving amount of the tool to be moved in accordance with the temperature rise may be determined by the thermal deformation of the substrate side and the thermal deformation of the supporting member supporting the electronic component. A configuration using the calculated value may be used.
  • solder is left at a ratio of 30 to 50% on the substrate from which the electronic component has been removed.
  • the present invention provides an electronic component mounting method for removing an electronic component from a substrate and re-mounting the electronic component on a portion where the electronic component is removed. Solder is left at a ratio of 30% to 50% at a portion where the electronic component is removed from the substrate, and the remaining solder is used for remounting the electronic component.
  • the present invention provides an electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component on a substrate by solder bumps, comprising: a moving mechanism for moving the electronic component; and heating the electronic component or the substrate.
  • a heating unit a contact detection unit that detects that a solder bump of the electronic component has contacted the substrate, the electronic component is moved by the moving mechanism, and the electronic component is based on the contact detection of the contact detection unit as an origin.
  • increasing the heating temperature of the heating unit with respect to the substrate so that the heating temperature reaches the maximum heating temperature, and moving the electronic component in accordance with the temperature increase by the moving mechanism, thereby increasing the heating temperature to the maximum heating temperature.
  • a control unit for moving the electronic component from the reached position to the mounting height of the board.
  • the heating temperature of the electronic component and the substrate is increased from the position where the solder bumps of the electronic component contacted the substrate during the movement of the electronic component, and the temperature was increased in accordance with the temperature rise.
  • the electronic component can be moved, the electronic component is controlled to the mounting height of the board from the position where the maximum heating temperature is reached, the position of the solder bump of the electronic component with respect to the board is optimized, and the electronic component and the board are connected. Thus, it is possible to suppress the heating loss at the joint.
  • the present invention relates to a device for removing an electronic component mounted on a substrate using solder bumps, comprising: a handle for supporting the electronic component or at least a solder joint of the electronic component.
  • a heating unit that heats the electronic component; a contact detection unit that detects that the tool has contacted the electronic component on the substrate; a moving mechanism that moves the tool; and a moving mechanism that moves the tool to make the contact.
  • the heating unit raises the heating temperature of the electronic component and the substrate with the contact point as the origin, and the heating mechanism reaches the maximum heating temperature, and the moving mechanism raises the temperature.
  • the electronic component is moved by moving the tool from a position at which the maximum heating temperature is reached, so that the electronic component is mounted on the mounting plate.
  • the electronic component removal apparatus having such a configuration is used for implementing the above-described electronic component removal method.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional bare chip rework method.
  • FIG. 2 is a diagram showing a conventional bare chip rework method.
  • FIG. 3 is a diagram showing a bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a head part of the bonding apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a control device of the bonding device of FIG.
  • FIG. 6 is a process chart showing a bare chip reflow process according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a bare chip suction, descent, and contact detection in the bare chip reflow process of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the raising of the head portion and the holding of the head portion at the top dead center in the bare chip reflow processing of FIG.
  • FIG. 9 is a view showing the lowering and raising of the head part in the bare chip riff opening process of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation sequence of the head in the reflow process or the removal process, the temperature control of the head, and the thermal expansion of the upper and lower portions of the joint.
  • FIG. 11 is a diagram showing a lifting / lowering operation of a head part in a reflow process or a rim removal process.
  • FIG. 12 is a diagram showing a reflow process.
  • FIG. 13 is a process chart showing bare chip rim removal processing according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing the lowering of the head portion and the contact detection in the bare chip rim removing process of FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing the raising of the head portion and the holding of the head portion at the top dead center in the bare chip rim removal processing of FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing the lowering and raising of the head portion in the bare chip rim removing process of FIG.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the remove process.
  • FIG. 18 is a diagram showing a riff opening process using residual solder.
  • FIG. 19 is a diagram showing a rework process. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIGS. 3 to 5 show a bonding apparatus as an embodiment of a method for mounting and removing an electronic component and an apparatus therefor according to the present invention
  • FIG. 3 is a side view showing a head unit and a control table
  • FIG. 4 is a front view showing a head section
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control section.
  • the bonding apparatus 20 includes a control table 22 movable in the X and Y directions (for example, a horizontal direction).
  • the control table 22 includes, for example, a heating base 24 and a package mounting base 26.
  • the heating stand 24 has a heater 28 as a first heating unit inside a housing made of a corrosion-resistant metal such as stainless steel.
  • the package mounting table 26 is made of, for example, quartz glass and has a flat mounting surface.
  • a package mounting jig 30 is mounted on the package mounting table 26, and a bare chip 32 is mounted on an upper surface of the package mounting jig 30 as an electronic component to be mounted such as a semiconductor device such as an LSI chip, a flip chip component, or a bare chip 32.
  • the substrate 36 of the package 34 on which is mounted is placed. ,
  • the bonding device 20 is provided with a chuck portion 38 as a bonding tool, and the chuck portion 38 is a support member used for supporting, transferring, or heating the bare chip 32.
  • the chuck portion 38 has a suction passage 39 for obtaining a suction force for supporting the bare chip 32.
  • the chuck section 38 is supported by a head section 40 that moves up and down in the Z direction (for example, the vertical direction).
  • the head section 40 is used to control the height of the chuck section 38. It has a first slider 42 and a second slider 44 for supporting the chuck portion 38 and detecting a load applied to the chuck portion 38.
  • the slider 42 can slide on a slide rail 48 provided on the device body 46.
  • a head elevating mechanism 50 is installed as a moving mechanism for moving the head part 40 to an arbitrary position while being supported, and the head elevating mechanism 50 is used to move the head part 40 to its height position. Is controlled.
  • the head elevating mechanism 50 includes, for example, a ball screw that rotates by the rotational force of a motor or the like, and converts the rotation of the ball screw into an upward / downward elevating force to move the slider 42 up and down. It is.
  • the slider 44 is supported by a slide rail 52 provided on the slider 42 so as to be able to move up and down, and is also supported by the slider 42 via a contact detection unit 54.
  • the contact detection section 54 indirectly makes contact between the bare chip 32 supported by the chuck section 38 and the board 36 or between the chuck section 38 and the bare chip 32 on the board 36.
  • a load sensor 58 is provided above the detection arm 56 protruding from the slider 44, and a load sensor 60 is provided below the detection arm 56. It is configured such that 62 and 64 are in contact with the upper and lower surfaces of the detection arm 56.
  • the slider (44) is provided with an angle (0) correction section (66) and an inclination correction section (68), and a second heating section for heating the head section (38) side through the cooling section (70).
  • a heating section 72 is mounted as a section, and a chuck section 38 is supported below the heating section 72.
  • Cooling water 76 is circulated through the cooling water pipe 74 in the cooling section 70, and the heat of the heating section 72 is transferred to the upper side from the heating section 72 of the head section 40. It constitutes a heat shield wall to block.
  • the heating section 72 is provided with a second heater 78, and the heat can heat the chuck section 38 and the bare chip 32 supported or in contact with the chuck section 38.
  • the horizontal angle (0) of the chuck 38 is corrected by the angle corrector 66, and its inclination is corrected by the tilt corrector 68.
  • the bonding apparatus 20 includes, for example, a control unit 80 as shown in FIG. 5 as a control apparatus.
  • the control unit 80 moves the control table 22, moves the head unit 40 up and down, sucks or releases the bare chip 32 of the chuck unit 38, Various controls such as heating control for 28 and 78 overnight. Therefore, the control unit 80 is provided with a control circuit 82 including a CPU (Central Processing Unit) and the like, and a memory 84 for storing control information is connected to the control circuit 82.
  • the control circuit 82 includes the detected loads of the load sensors 58 and 60 of the contact detection section 54, the detected height of the tool height detector 86, and the detected temperatures of the temperature sensors 88 and 90.
  • the tool height detector 86 is configured by installing an encoder in the ball screw of the head lifting mechanism 50 that raises and lowers the head part 40, and detects the height position by rotation of the encoder I do. Therefore, the tool height detector 86 detects the height position of the chuck portion 38 that moves up and down by the head elevating mechanism 50, and its change due to thermal expansion.
  • the control output of the control circuit 82 is from the drive circuits 100, 102, 104, 106, 107 from the table moving mechanism 108, the head elevating mechanism 50, the suction mechanism. 110, added to heaters 28, 78.
  • the table moving mechanism 108 moves the control table 22 movable in the X and Y directions in the X and Y directions.
  • the suction mechanism 110 applies suction force for supporting the bare chip 32 to the chuck portion 38 by sucking through the suction passage 39.
  • the cooling water circulating device 112 circulates the cooling water 76 to the cooling unit 70, and controls the temperature of the cooling water 76 by the control circuit 82 together with the circulation control. Note that another cooling medium may be circulated in place of the cooling water 76.
  • the chuck section 38 which is a bonding tool mounted on the head section 40, can be moved up and down by the head elevating mechanism 50, and the position of the chuck section 38 can be moved.
  • the heating temperature of the heater 28, which is the heating unit on the control table 22 side, and the heating temperature of the heater 78, the heating unit 72 on the head unit 40 side, should be controlled by synchronizing the elevating speed and the heating speed. It is possible to control these separately.
  • the contact position between the package 34 mounted on the control table 22 and the chuck portion 38 is detected by the load sensors 58, 60 of the contact detection portion 54, and the detected position is set as the origin, and the preheating temperature HT k
  • the thermal expansion above the joint and the thermal expansion below the joint include, for example, thermal deformation of the package 34, chucking of the head 40, and chuck 38 of the head 40.
  • the amount of movement of the head section 40 that is, The total amount due to thermal expansion can be detected by the tool height detector 86, and this is stored in the memory 84 as head correction movement amount information.
  • the amount of head correction movement varies depending on the heating temperature, such as the preheating temperature and the maximum heating temperature, and also varies depending on the size and material of the substrate 36 and the base chip 32. It is.
  • the mounting height of the bare chip 32 is measured in advance with respect to the substrate 36 mounted on the package mounting jig 30 of the control table 22, but the height position is determined by the tool. The height is detected by the height detector 86 and stored in the memory 84 as the mounting height information.
  • the chuck portion 38 is lowered, and the contact position between the chuck portion 38 and the package 34 and the contact position between the bare chip 3 held by the chuck portion 38 and the substrate 36 are set to the origin. Then, the chuck unit 38 is moved by matching the rising speed of the heating temperature with the moving speed of the chuck unit 38, for example, by setting the position of the maximum heating temperature HT m as the top dead center which is the movement limit point. After stopping the movement of the wafer and holding it at that position for a predetermined time, the chuck portion 38 or the bare chip 32 held by the chuck portion 38 can be lowered to the mounting height with respect to the substrate 36. Such control is performed in the mounting process and the remounting process of the bare chip 32, the rim removal process of removing the bare chip 32 from the package 34, and the same is true in the replacement process.
  • the bare chip 32 is reflowed (mounted) on the board 36, the rim is removed (removed) of the bare chip 32 mounted on the board 36, and the bare chip 3 is removed from the board 36. After removing 2, the reworking (re-mounting) of the bare chip 32 can be performed at that position.
  • FIG. 6 is a process diagram showing an operation sequence of the reflow process
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams showing an operation process of the head section 40.
  • a pre-process a preparation operation, a height control, It consists of a reference position detection operation, a joint heating and height control operation, and an end operation.
  • bare chips Flux is applied to 32 (process P 1), and the entire package 34 is preheated (process P 2).
  • the preheating temperature HTk is set to a constant temperature, for example, about 150 ° C.
  • preheating of the head portion 40 (process P3) and suction of the bare chip 32 of the chuck portion 38 (process P4) are performed.
  • the heating section 72 of the head section 40 is heated, and the chuck section 38 is heated by the heating section 72, so that the heat generated by the contact between the chuck section 38 and the package 34 is generated.
  • the heating temperature of the chuck portion 38 is set to the same temperature as the preheating temperature HTk of the package 34 in order to eliminate variation and perform stable height detection.
  • the vacuum suction of the suction mechanism 110 for example, as shown in FIG. 7 (A)
  • the bare chip 32 is sucked to the chuck portion 38.
  • the head part 40 is lowered (process P5), the contact with the bare chip 32 is detected (process P6), and the bare chip 32 is held at the contact detection position. (Process P 7), and release suction of bare chip 32 (process P 8).
  • the chuck portion 38 sucking the bare chip 32 is lowered at a high speed in the direction of the base 36 as shown by the arrow a, lowered to a predetermined height position, and stopped. After that, it descends at a low speed from this position until load detection is performed, and detects a reference position for head height control (process P 6). As shown in FIG.
  • the head portion 40 rise (process P 10), hold at the top dead center of chuck section 38 (process P 11), lower chuck section 38 (process P 12), bottom dead center of chuck section 38 (Step P 13)
  • the head portion 40 is heated by the heater 78, and the chuck portion 38 is heated to the solder joining temperature (step ⁇ 9).
  • stable temperature increase is performed so that thermal expansion and time control of the package 34, the head portion 40, and the like can be performed.
  • the head section 40 is raised in synchronization with the heating rate of the head section 40 as shown by the arrow b in FIG. 8 ( ⁇ ), and in this case, as shown in FIG. 8 (B).
  • the head 40 is held at the top dead center. That is, the head 40 is held at the maximum temperature rise position (ie, top dead center), and the holding time is set to a time capable of absorbing the temperature control variation, so that the solder can be reliably melted. it can. After this holding, the head portion 40, which has been raised with the thermal expansion amount of each portion as a correction amount, is lowered as shown by an arrow c in FIG. 9A (step P12).
  • the amount of correction that can absorb various variations in the Z direction such as the height of the solder bumps 1 14, is calculated, and the head 40 is lowered by the amount of the correction, and then the chuck 3 8 Hold at the bottom dead center, that is, hold for a predetermined time at the position where the correction is lowered, and perform solder joining.
  • the chuck portion 38 at the bottom dead center for a predetermined time, reliable soldering is performed.
  • the horizontal axis represents the passage of time t
  • the vertical axis represents the temperature and the transition of the head section 40
  • L1 is the vertical movement of the head section 40 (chuck section 38)
  • L2 Indicates the temperature control of the head portion 40
  • L3 indicates the amount of expansion caused by heating the upper portion of the joint portion 116
  • L4 indicates the amount of expansion caused by heating of the lower portion of the joint portion 116.
  • time t 2 At time t 2 from time point, to be held in the head portion 4 0 reference position ms, the temperature of the preheating temperature of the package 3 4 HT k and bare chip 3 2 is maintained at the same temperature.
  • Time T 2 are the retention time in the same load, the bare chip 3 2 holding is released during this time T 2.
  • time ⁇ is a holding period in which head section 40 is held at preheating temperature HT k (for example, 150 ° C.).
  • the heating of the head portion 40 is started from the time point t 2, and the head portion 40 is moved in synchronization with the heating rate. Is raised to the top dead center (time point t 3 ) mr (at a height of 50 / m, based on ms, for example).
  • time point t 3 the top dead center
  • mr the upper and lower sides of the joint portion 116 expand due to the heating, and the amount of expansion depends on the heating temperature.
  • time T 4 from time t 2 to time t 3 is the rise time of the head portion 4 0 heating time and to the length of time T 4, taking into account the thermal expansion, the bare chip 3
  • the setting is made so that the contact between the solder bumps 114 of No. 2 and the bonding portion 116 of the substrate 36 is maintained, and the moving speed of the head portion 40 is determined.
  • the corrected movement amount Am of the head portion 40 is a movement amount that raises the head portion 40 by the total amount of thermal expansion, and the time t when the head portion 40 is moved by the corrected movement amount ⁇ , that is, At time t when the head 40 reaches the top dead center mr, the head 40 reaches the maximum heating temperature H Tm.
  • the solder temperature reaches the melting point before reaching the time t 3, the solder at the time T 5 to reliably melt.
  • the mf (based on ms For example, one 1 0 m height of) is lowered by the correction moving amount ⁇ up to.
  • the capturing movement amount ⁇ is a moving amount for lowering the bare chip 32 to a mounting height necessary and sufficient for contact. In this case, the mounting height can be controlled to any height.
  • a maximum heating temperature HTm the head portion 4 0, only time T 7 from time t 3 to time t 6 to maintain. Further, the head section 40 that has reached the bottom dead center at the time point t s holds the time T 8 from the time point t 5 to the time point 1, and raises the head section 40 from the time point t 7 to the next time. Prepare for processing. Furthermore, lowering the heating temperature at t s Karae' de unit 40 causes at time T 9 from time t s to time t 8 is lowered to the preheating temperature HTk. With such a decrease in the heating temperature, the amount of thermal expansion on the upper side and the lower side of the joint 1.6 decreases to the point of the preheating temperature HT k.
  • FIG. Fig. 11 (A) shows the state of contact between the bare chip 32 and the bonding part 116 of the substrate 36 when the head part 40 is lowered
  • Fig. 11 (B) shows the state of contact of the head part 40.
  • the state of contact between the bare chip 32 and the joint portion 116 of the substrate 36 during the correction ascending movement is shown. .
  • the head portion 40 is lowered, and the solder bumps 1 1 4 of the bare chip 3 2 adsorbed and supported by the chuck portions 3 8 are joined to the bonding portions 1 1 of the substrate 36.
  • the preheating temperature of the substrate 36 and the heating temperature of the chuck portion 38 can be matched, and at this point, the suction of the bare chip 32 is released.
  • the heating temperature is increased to the maximum heating temperature HT m, the amounts of thermal expansion on the upper side and the lower side of the joined portion 116 increase as the temperature rises.
  • the temperature rising time is adjusted so as to maintain the contact between the bare chip 32 and the chuck portion 38 as a bonding tool.
  • Combined displacement amount corresponding to the thermal expansion caused by the heating temperature from the preheating temperature HT k at the time of contact to the solder bonding temperature rising time (T 4), raising the head section 40 and the displacement amount to be corrected movement amount ⁇ Let it.
  • the bare chip 32 and the chuck 38 are always kept in contact with each other and heat is conducted, so that heat conduction loss is prevented and efficient and efficient transfer to the joint 116 is achieved. Stable heat supply and position control of bare chip 32 It is.
  • the bear chip 32 is lowered again together with the head portion 40 which has been heated to the maximum heating temperature H Tm at the top dead center, and the movement amount is set to the above-described correction movement amount ⁇ .
  • the bare chip 32 is controlled to a position at a necessary and sufficient mounting height, and the solder connection between the solder bumps 114 and the joints 116 is performed.
  • FIGS. Figure 12 shows the preliminary soldering, positioning contacts and bonding.
  • Fig. 12 ( ⁇ ) shows the state before the initial mounting.
  • Pre-solder 122 is formed on the exposed surface of the connecting conductors 119, 121 formed on the board 36, and the surface is Are flattened by the flattening process.
  • spherical solder bumps 114 are formed on the bare chip 32 as shown in FIG. 12 (B), and the solder bumps 114 of the bare chip 32 are formed. Heat to the preheating temperature HTk, position the bay chip 32, bring the solder bumps 114 into contact with the preliminary solder 122, and maintain the same preheating temperature HTk.
  • FIG. 13 is a process diagram showing an operation sequence of the removal process
  • FIGS. 14 to 16 are diagrams showing the operation of the head section 40.
  • This remove processing consists of pre-processing, preparation operation, height control / reference position detection operation, joint heating and height control operation, bare chip remove operation, and end operation.
  • pretreatment the filling of the flux (process P21) and the preheating of the entire package 34 (process P22) are performed.
  • the entire solder bumps 114 of the bare chip 3 2 are filled with the flux using the capillary phenomenon (process P 21). If preheating is performed, it becomes easier to fill the flux.
  • the package 34 is preheated by heating the control table 22. This preheating reduces the heat distortion due to the temperature difference, so that the preheating temperature is a constant temperature, for example, about 150 ° C as in the reflow process.
  • the preheating of the head portion 40 (process P23) is performed.
  • the heating section 72 of the head section 40 is heated, and the chuck section 38 is heated by the heating section 72, thereby eliminating the heat variation caused by the contact between the chuck section 38 and the package 34.
  • the heating temperature of the chuck portion 38 is set to the same temperature as the preheating temperature of the package 34.
  • the head part 40 descends (process P24), detects contact with the bare chip 32 (process P25), and holds at the contact detection position (process P24). Perform step 6).
  • the chuck portion 38 of the head portion 40 is quickly lowered toward the reference position of the height of the bare chip 32 as shown by an arrow e, and stopped at one end. After that, it descends at a low speed until load detection is performed from this position, and detects contact with the bare chip 32 (process P25).
  • Fig. 14 (B) when the chuck portion 38 descending at a low speed contacts the bare chip 32 on the substrate 36, the load on the head portion 40 acts on the substrate 36 side.
  • the load detected by the load sensors 58, 60 changes.
  • the detection load of the load sensor 58 increases, and the detection load of the load sensor 60 decreases.
  • the contact position of the bare chip 32 is detected, and this contact position becomes the reference position.
  • the same load as this contact detection is maintained for a certain period of time, for example, about 10 seconds, the contact state between the bare chip 32 and the chuck portion 38 is maintained, and heat transfer occurs, and the temperature of the package 34 becomes lower.
  • the temperature of the chuck section 38 side of the pad section 40 becomes the same temperature, and the reference position is stabilized.
  • the heating of the head 40 (process P 27), the rising of the head 40 (process P 28), the holding of the chuck 38 at the top dead center ( The process P29), the lowering of the chuck 38 (process P30), and the holding of the chuck 38 at the bottom dead center (process P31) are performed.
  • the head portion 40 is heated by the heater 78, and the chuck portion 38 is raised to the solder joining (melting) temperature (step P27).
  • This heating control is: Package 34 and head part 40 etc. Perform stable temperature rise so that thermal expansion and time control can be performed.
  • the head section 40 is raised in synchronization with the heating rate of the head section 40 as shown by the arrow f in FIG. 15 (A), and in this case, the FIG. 15 (B) As shown in the figure, the height is raised to the same level as the thermal expansion of the heated part. According to such control, the solder bumps 114 of the bare chip 32 and the joints 116 of the package 34 are kept in contact, so that heating loss can be suppressed.
  • the head 40 is held at the top dead center. That is, the head 40 is held at the maximum temperature rise position (ie, top dead center), and the holding time is set to a time capable of absorbing the temperature control variation, whereby the solder can be reliably melted. .
  • the head portion 40 which has been raised with the amount of thermal expansion of each portion as a correction amount, is lowered as shown by an arrow g in FIG. 16 (A) (step P30).
  • a correction amount that can absorb various variations in the Z direction, such as the height of the solder bumps 114, is calculated, and the head portion 40 is lowered by the correction amount.
  • the head portion 40 is raised (process P32). That is, a suction force is applied to the chuck portion 38 by the suction mechanism 110 from the position where the head portion 40 is lowered by the correction amount in the solder melting state, and the bare chip 32 is sucked.
  • the bare chip 32 is removed from the package 34 by raising the head portion 40 in the direction indicated by the arrow h as shown in 16 (B).
  • cooling of the joint portion 116 (process P33) is performed. Air-cool the joints 1 16 of the substrate 36 from which the bare chips 32 have been removed. This air cooling is continued until the solder at the joints 116 decreases to the solder solidification temperature, thereby completing the rim removal process.
  • the package 34 completed with the rim removal process is transported together with the package mounting jig 30.
  • the raising / lowering and temperature control of the head portion 40 are the same as the reflow process shown in FIGS. 10 and 11 described above.
  • the head portion 40 is chucked.
  • the part 3 8 flatly Achippu 3 2 descends in the empty state, the adsorption treatment of the bare chip 3 2 solder is performed in the time T 8 as a molten state.
  • the upper The bare chip 32 is again lowered together with the head part 40 heated to the maximum heating temperature HTm at the dead center, and the movement amount is set to the above-mentioned correction movement amount ⁇ .
  • the solder is maintained in a molten state.
  • the lifting and lowering of the head 40 and the temperature control are the same as those in the reflow process.
  • FIG. 17 shows the mounting state, the removal processing of the bare chip, and the residual solder after the removal processing.
  • FIG. 17 ( ⁇ ) shows the mounting state, and the connection conductors 1 1 formed on the substrate 36.
  • the bare chip 32 is mounted on 9, 12 1.
  • the solder can be melted by heating from the preheating temperature HTk to the maximum solder melting temperature HTm.
  • the height of the bare chip 32 is raised by the amount of trapping movement ⁇ corresponding to the thermal deformation of the substrate 36 and the thermal deformation of the head 40, and then the bare chip is moved to the optimal mounting position. After lowering 32, as shown in Fig.
  • Residual solder 124 on substrate 36 is formed.
  • This residual solder 124 has a hemispherical upper surface, and its height (Ho) is formed to a constant height, for example, about 40.
  • FIG. 18 (A) shows the substrate after the rim removal process
  • FIG. 18 (B) shows the bare chip rework process
  • FIG. 18 (C) shows the bare chip re-mounting state.
  • a joint portion 116 is formed by a residual solder 124 at a position where the bare chip 32 is to be connected. It is formed by.
  • the rework processing of the bare chip 32 on the substrate 36 is performed in the same manner as the reflow processing (FIGS. 6 to 12) described above. After the flux is applied to the bare chip 32, the bare chip 32 is preheated to the preheating temperature HTk, and the substrate 36 is also preheated to that temperature. Then, as shown in FIG. Position bare chip 3 2 on 2 4 and solder bump 1 1 4 And the residual solder 1 2 4 are kept at the same preheating temperature HTk.
  • the substrate 36 is supported by the chuck portion 38 or the chuck portion 38.
  • the pre-heating temperature HT k is shifted to the maximum heating temperature HTm, the thermal strain of each member is measured, and the corrected movement amount under the temperature condition to be joined ( ⁇ ) is determined.
  • alignment is performed with the preheating temperature of the substrate 36 and the temperature of the chuck portion 38 of the bare chip 32 or the head portion 40 being the same temperature, and the state where the bare chip 32 contacts the substrate 36 is determined.
  • the position of the head section 40 is stabilized, and at this time, the position of the head section 40 is set as the origin of the head position.
  • Heat temperature HT k solder bonding temperature i.e., the maximum heating temperature HT heating-up period to m suit T 4
  • head section 4 0 i.e. the up position of the correction amount limiting point as the top dead center from the origin
  • Ji jack unit Raise 3 8 Then, wait until the heating temperature is stabilized, and after the movement of the head portion 40 is completed, a molten state of the solder is obtained, and the head portion 40, that is, the bare chip 32 is lowered to the theoretical ideal bonding height. Let it.
  • a series of operation sequences are common to both the rim removal process and the replacement process of the bare chip 32, and the flux is injected into the joint portion of the bare chip 32 at the time of the removal, so that the solder material is spherical.
  • the replacement process can be performed without pretreatment. Therefore, if it is possible to control the position during head heating, the thermal expansion of components such as equipment and substrates is measured, and the substrate 36 and bare chip 32 are reduced in stress by setting the parameters for position control.
  • the C4 can be connected or disconnected with high reliability, and rework processing of various electronic components such as the bare chip 32 can be performed.
  • the solder melting start point may be used.
  • the standby time T of the rim removal process and the reflow process or the replacement process is described as being the same, but in the case of the rim removal process, the holding time at the top dead center is the time when the bare chip 32 is removed. For this reason, it may be set to about one-third that of reflow processing or replacement processing.
  • a base chip has been described as an example of the electronic component to be mounted and the electronic component to be removed.
  • the electronic component of the present invention uses a solder bump such as a micro (C 4) bump.
  • the present invention includes various components such as a semiconductor device to be soldered by soldering, a component on which the semiconductor device is mounted, and a flip chip component, and the present invention is not limited to the bare chip illustrated in the embodiment and the semiconductor device. .
  • the head part 40 After raising the maximum heating temperature HT m and raising the head part 40, the head part 40 is lowered again to perform bonding, and the bump diameter of the bare chip 32 is 100 nm.
  • the pad diameter on the substrate 36 side was 90 zm, it was confirmed that good bonding could be achieved if the bump pitch was 2 16 m or more due to the drop of 60 / m. o
  • the solder remains on the substrate 36 at a ratio of 30 to 50% as the residual solder 124, and this is transferred to the rib races of the bare chip 32. It can be used for package 3 4 rework processing.
  • the method for mounting an electronic component of the present invention can mount or re-mount a component such as a semiconductor device by using both heating control and position control of the electronic component without generating stress on the substrate. This eliminates the need for replacement of package components and pre-processing of packages in which low heat-resistant components are mounted on the same package, thereby reducing stress and cost, and improving reliability.
  • the method for removing an electronic component of the present invention can form a reusable residual solder on a substrate without causing stress on the substrate by using both heating control and position control of the electronic component. Can and is useful.
  • the electronic component mounting apparatus of the present invention is useful because electronic components such as semiconductor devices can be mounted or remounted by a single heating without generating stress on a substrate.
  • the removal apparatus of the electronic component of this invention can remove

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Abstract

　基板に対する熱的ストレスを抑制し、半田バンプを用いた電子部品の実装方法、取外し方法及びその装置を提供する。　半田バンプ１１４により基板３６に半田付けする電子部品（ベアチップ３２）の実装方法、取外し方法及びその装置であって、電子部品を移動させて半田バンプの基板に対する接触、又はツール（チャック部３８）の電子部品への接触を検知し、前記接触を原点に電子部品及び基板の加熱温度を上昇させ、該加熱温度を最大加熱温度ＨＴｍに到達させるとともに、前記温度上昇に合わせて電子部品を移動させ、最大加熱温度に到達した位置から電子部品を基板の実装高さに移動させる構成である。

Description

電子部品の実装方法、 取外し方法及びその装置 技術分野
本発明は、 半田バンプにより基板に接続されるベアチップ等の半導体装置、 フ リップチップ部品その他、 各種の電子部品の実装方法、 取外し方法及びその装置 明
に関し、 特に、 半田バンプを用いて樹脂系基板に実装されたベアチップのリヮ一 ク、 リプレース、 リペア等の各種処理に好適な電子部品の実装方法、 取外し方法 田
及びその装置に関する。
ベアチップの実装技術として、 C 4 (Cont書rol led Col lapse Chip Connect ion ) フリツプチップ配線技術が用いられているが、 この C 4フリップチップ配線技 術では、 L S I (Large Scale Integrat ion ) チップ、 フリップチップ部品に接 続ピッチを狭小化して接続用突起状端子 （マイクロバンプ： Mi cro Bump) を形成 し、 このマイクロバンプによってモジュール基板に実装している。 ベアチップは
、 その実装、 取外し、 置換、 再実装等の各種処理が可能である。 本発明は、 この ベアチップ等の電子部品を樹脂系基板に実装し、 そのリワーク処理、 リプレース 処理、 リペア処理等の各種処理に好適な電子部品の実装方法、 取外し方法及びそ の装置に関するものである。 背景技術
従来、 ベアチップのリワークでは、 基板に実装されたベアチップにリフロー装 置のボンディングへッドを位置決めし、 ボンディングへッドで加熱して半田を溶 融させて基板からベアチップを分離させる。 このベアチップを取り去った基板上 の残留半田を加熱して除去し、 溶剤によるクリーニング処理を施し、 実装前と同 等な状態に基板を処理する。 そして、 基板上のベアチップ搭載位置にベアチップ を位置決めして固定し、 リフロー炉によりパッケージ （P K G) 全体を加熱して リフロー処理することにより、 ベアチップを再実装する。
この従来のリワークについて、 例えば、 図 1及び図 2を参照すると、 図 1は基 板からベアチップを除去する処理、 図 2はべァチップ除去後の再実装処理を示し ている。 図 1 (A) に矢印 aで示すように、 基板 2に C 4バンプ例えば、 半田バ ンプ 4によって実装されたベアチップ 6にツールへッド 8を位置決めして下降さ せ、 図 1 ( B ) に矢印 bで示すように、 ツールヘッド 8の下面をベアチップ 6の 上面に接触させ、 その圧力を制御するとともにツールヘッド 8等により半田バン プ 4を加熱して溶融させる。 この溶融状態を維持しながら、 図 1 ( C ) に矢印 c で示すように、 ツールヘッ ド 8にベアチップ 6を支持させ、 ツールヘッド 8を上 昇させると、 基板 2からベアチップ 6が分離し、 基板 2上には半田バンプ 4が溶 融して崩れ、 残留半田 1 0となる。 この残留半田 1 0はショート状態を呈してい る。 そこで、 図 2 (A) に示すように、 基板 2から治具 1 2を用いて残留半田 1 0を除去した後、 図 2 ( B ) に示すように、 基板 2のベアチップ 6の実装位置に 予備半田バンプ 1 4を形成し、 その搭載位置にベアチップ 6を位置決めして再接 続する。
このようなベアチップのリワークや半田バンプを用いる実装技術に関する先行 特許文献には、 特開平 6— 2 1 1 4 7号公報、 特開平 1 0— 2 9 4 5 5 8号公報 、 特開平 1 1— 1 1 2 1 3 1号公報、 特開 2 0 0 1— 7 1 5 7号公報、 特開 2 0 0 2 - 5 7 4 5 3号公報、 特開 2 0 0 2— 1 1 0 7 4 0号公報等が存在する。 特開平 6— 2 1 1 4 7号公報には半田バンプを用いたフリップチップ I Cの実 装、 その除去及び再実装について開示され、 特開平 1 0— 2 9 4 5 5 8号公報に は基板に半導体素子を実装した半導体装置を加熱して半導体素子を取り外すリヮ ーク装置について開示され、 特開平 1 1— 1 1 2 1 3 1号公報には半導体装置が 実装されている基板から加熱により半田を溶融させて半導体装置を取り外す半導 体装置の取り外し方法や、 半導体装置を取り外した基板上に半導体装置を位置決 めして再実装する半導体装置のリペア方法について開示され、 特開 2 0 0 1— 7 1 5 7号公報にはフリップチップ実装のリペア処理について開示され、 特開 2 0 0 2 - 5 7 4 5 3号公報には基板に実装された半導体装置を加熱し、 基板から半 導体装置を取り外した後、 半田ペーストを供給して予備半田を形成し、 その上に 半導体装置を貼り合わせて半田を加熱、 溶融して接合することにより、 半導体装 置を再実装する半導体装置のリペア方法について開示され、 また、 特開 2 0 0 2 - 1 1 0 7 4 0号公報には半導体素子の下面に半田バンプを形成した半導体装置 を下降させて基板上にフリップチップボンディングする実装方法において、 半導 体素子と基板との隙間を半導体装置の高さによって制御する実装方法及びその装 置について開示されている。
ところで、 従来のベアチップ等の各種電子部品のリワーク処理における電子部 品の取外しにおいて、 ツールを搭載したへッド部の位置制御には圧力制御が用い られている。 ツールの位置制御に誤差が生じると、 ベアチップの接合部が狭ギヤ ップである場合、 半田でショートするおそれがあり、 ベアチップの置換前にショ 一ト状態の残留半田を十分なクリ一ニング処理によって除去する必要がある。 ベ ァチップの接合部が狭ギャップである場合には、 その実装時にも、 基板とベアチ ップとの位置制御は接続の信頼性を高める上で十分な精度が要求される。
基板とベアチップとの接続性の確保には予備半田処理が用いられているが、 こ の予備半田処理による加熱で基板に熱的ストレスが蓄積され、 接続の信頼度を低 下させるおそれがある。
また、 パッケージ全体のリフロー処理では、 基板の熱的ストレスが大きく、 耐 熱制限のある部材がパッケージ上に実装されている場合には、 再処理が困難であ り、 ベアチップ実装時等の障害解析等の検査コストを増加させることになる。 このような課題は上記先行特許文献に開示された技術によっては解決すること ができないものである。 発明の開示
本発明は、 ベアチップ等の電子部品を樹脂系基板に実装し、 そのリワーク処理 、 リプレース処理、 リペア処理等の各種処理に好適な電子部品の実装方法、 取外 し方法及びその装置に関し、 上記課題を解決した電子部品の実装方法、 取外し方 法及びその装置を提供することを目的とする。
より詳しく言えば、 本発明の目的は、 基板に生じる熱的ストレスを抑制するこ とができる電子部品の実装方法、 取外し方法及びその装置を提供することにある 。 また、 本発明の他の目的は、 残留半田の再利用を可能にした電子部品の取外し 方法及びその装置の提供にある。 上記目的を達成するため、 本発明は、 半田バンプにより基板に半田付けする電 子部品の実装方法であって、 前記電子部品を移動させて前記半田バンプの前記基 板に対する接触を検知する工程と、 前記接触を原点に前記電子部品及び前記基板 の加熱温度を上昇させ、 該加熱温度を最大加熱温度に到達させるとともに、 前記 温度上昇に合わせて前記電子部品を移動させる工程と、 前記最大加熱温度に到達 した位置から前記電子部品を前記基板の実装高さに移動させる工程とを含む構成 である。
係る構成によれば、 電子部品の半田バンプと基板とが接触した位置を原点とし 、 この原点で電子部品及び基板の接触により両者の温度を一致させることができ る。 例えば、 予熱によって同一温度に設定することが可能である。 この位置を原 点に加熱温度を上昇させるとともに、 この温度上昇に合わせて電子部品を移動さ せると、 熱変形の総量分を吸収しながら、 両者を接触状態に維持しつつ、 最大加 熱温度まで加熱することができる。 最大加熱温度に到達した位置から電子部品を 基板の実装高さに移動させると、 最大加熱温度に維持されて電子部品の半田バン プの基板に対する位置が最適化される。 このような電子部品の移動制御と加熱制 御との併用により、 電子部品と基板との接合部の加熱口スが抑制される。
上記目的を達成するためには、 本発明の電子部品の実装方法において、 前記加 熱温度が最大加熱温度に到達した位置で前記電子部品を保持し、 所定時間後に前 記電子部品を前記基板の実装高さに移動させる構成としてもよい。 最大加熱温度 に到達した位置での保持で半田を確実に溶融させ、 その位置から最適な実装高さ に電子部品を移動させて基板に実装することが可能になる。
上記目的を達成するためには、 本発明の電子部品の実装方法において、 前記温 度上昇とともに移動させる前記電子部品の移動量は、 前記基板側の熱変形と前記 電子部品を支持する支持部材の熱変形とから算出された値を用いる構成としても よい。 係る構成によれば、 電子部品の移動により、 基板側の熱変形や電子部品を 支持する支持部材側の熱変形を吸収し、 電子部品の半田バンプの基板に対する位 置の最適化が図られ、 熱伝導ロスが抑制される。 ·
上記目的を達成するため、 本発明は、 半田バンプを用いて半田付けされた基板 からの電子部品の取外し方法であつて、 ツールを移動させて前記基板上の前記電 子部品に対する前記ツールの接触を検知する工程と、 前記接触を原点に前記電子 部品及び前記基板の加熱温度を上昇させ、 該加熱温度を最大加熱温度に到達させ るとともに、 前記温度上昇に合わせて前記ツールを移動させる工程と、 前記最大 加熱温度に到達した位置から前記ツールの移動により前記電子部品を前記基板の 実装高さに移動させて前記基板から前記ツールに前記電子部品を受け取る工程と を含む構成である。
係る構成によれば、 ツールが基板上の電子部品に接触した位置を原点とし、 こ の原点でツールと電子部品の接触によりツールと電子部品及び基板との温度を一 致させることができる。 この原点から加熱温度を上昇させ、 この温度上昇に合わ せてツールを移動させる。 この移動により、 熱変形の総量分が吸収され、 最大加 熱温度の位置からッ一ルにより電子部品を基板の実装高さに移動させて基板から ッ一ルに電子部品を受け取る。 このようなツールの移動による位置制御と温度制 御との併用により、 ツールを通して電子部品の基板に対する位置が最適化され、 電子部品と基板との接合部の加熱ロスが抑制されるとともに、 基板側に再利用可 能な残留半田が形成される。
上記目的を達成するためには、 本発明の電子部品の取外し方法において、 前記 加熱温度が最大加熱温度に到達した位置で前記ッールを停止し、 所定時間後に前 記ツールにより前記電子部品を前記基板の実装高さに移動させる構成としてもよ く、 また、 前記温度上昇に合わせて移動させる前記ツールの移動量は、 前記基板 側の熱変形と前記電子部品を支持する支持部材の熱変形とから算出された値を用 いる構成としてもよい。
上記目的を達成するためには、 本発明の電子部品の取外し方法において、 前記 電子部品が取り外された前記基板に 3 0〜5 0 %の比率で半田を残留させる。 こ のような残留半田を形成すれば、 半田による短絡が防止されるとともに、 接合部 として再利用が可能である。
上記目的を達成するため、 本発明は、 基板から電子部品を取り外し、 その取外 し部分に電子部品を再実装する電子部品の実装方法であって、 前記基板から前記 電子部品の取外し処理で、 前記基板の前記電子部品の取外し部分に 3 0〜5 0 % の比率で半田を残留させ、 この残留半田を電子部品の再実装に用 、る構成である o
上記目的を達成するため、 本発明は、 半田バンプによって基板に電子部品を実 装する電子部品の実装装置であって、 前記電子部品を移動させる移動機構と、 前 記電子部品又は前記基板を加熱する加熱部と、 前記電子部品の半田バンプが前記 基板に接触したことを検知する接触検知部と、 前記移動機構により前記電子部品 を移動させ、 前記接触検知部の接触検知を原点に前記電子部品及び前記基板に対 する前記加熱部の加熱温度を上昇させ、 該加熱温度を最大加熱温度に到達させる とともに、 前記移動機構により前記温度上昇に合わせて前記電子部品を移動させ 、 前記最大加熱温度に到達した位置から前記電子部品を前記基板の実装高さに移 動させる制御部とを備えた構成である。
係る構成によれば、 電子部品の半田バンプが電子部品の移動中に基板に接触し た位置を原点に、 この原点位置から電子部品及び基板の加熱温度を上昇させ、 こ の温度上昇に合わせて電子部品を移動させることができ、 最大加熱温度に到達し た位置から電子部品を基板の実装高さに制御し、 電子部品の半田バンプの基板に 対する位置の最適化とともに、 電子部品と基板との接合部の加熱ロスの抑制が可 能になる。
また、 上記目的を達成するため、 本発明は、 半田バンプを用いて基板に実装さ れた電子部品の取外し装置であつて、 前記電子部品を支持するッール又は前記電 子部品の少なくとも半田接合部を加熱する加熱部と、 前記ツールが前記基板上の 前記電子部品に接触したことを検知する接触検知部と、 前記ツールを移動させる 移動機構と、 前記移動機構により前記ツールを移動させて前記接触検知部により 前記接触を検知し、 該接触を原点に前記加熱部により前記電子部品及び前記基板 に対する加熱温度を上昇させ、 該加熱温度を最大加熱温度に到達させるとともに 、 前記移動機構により前記温度上昇に合わせて前記ツールを移動させ、 前記最大 加熱温度に到達した位置から前記ツールの移動により前記電子部品を前記甚板の 実装高さに移動させて前記基板から前記ッ一ルに前記電子部品を受け取らせる制 御部とを備えた構成である。 係る構成の電子部品の取外し装置は、 既述の電子部 品の取外し方法の実施に用いられる。
そして、 本発明の他の目的、 特徴及び利点は、 添付図面及び各実施の形態を参 照することにより、 一層明瞭となるであろう 図面の簡単な説明
図 1は、 従来のベアチップのリワーク方法を示す図である。
図 2は、 従来のベアチップのリワーク方法を示す図である。
図 3は、 本発明の第 1の実施形態に係るボンディング装置を示す図である。 図 4は、 図 3のボンディング装置のへッ ド部の構成を示す図である。
図 5は、 図 3のボンディング装置の制御装置の構成を示す図である。
図 6は、 本発明の第 2の実施形態に係るベアチップリフロ一処理を示す工程図 である。
図 7は、 図 6のベアチップリフロー処理におけるベアチップの吸着及び下降、 接触検知を示す図である。
図 8は、 図 6のベアチップリフロー処理におけるへッ ド部の上昇、 上死点での へッド部の保持を示す図である。
図 9は、 図 6のベアチップリフ口一処理におけるヘッ ド部の下降及び上昇を示 す図である。
図 1 0は、 リフロー処理又はリム一ブ処理におけるへヅド部の動作シーケンス 、 へッ ド部の温度制御、 接合部の上下部の熱膨張を示す図である。
図 1 1は、 リフロー処理又はリム一ブ処理におけるへッド部の昇降動作を示す 図である。
図 1 2は、 リフロー処理を示す図である。
図 1 3は、 本発明の第 3の実施形態に係るベアチップリム一ブ処理を示す工程 図である。
図 1 4は、 図 1 3のベアチップリム一ブ処理におけるへッ ド部の下降、 接触検 知を示す図である。
図 1 5は、 図 1 3のベアチップリム一ブ処理におけるへッ ド部の上昇、 上死点 でのへッド部の保持を示す図である。
図 1 6は、 図 1 3のベアチップリム一ブ処理におけるへッ ド部の下降及び上昇 を示す図である。 図 1 7は、 リムーブ処理を示す図である。
図 1 8は、 残留半田を利用したリフ口一処理を示す図である。
図 1 9は、 リワーク処理を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
(第 1の実施形態）
本発明の第 1の実施形態について図 3ないし図 5を参照して説明する。 図 3な いし図 5は本発明の電子部品の実装方法、 取外し方法及びその装置の実施形態と してボンディング装置を示しており、 図 3はヘッド部及び制御テ一ブルを示す側 面図、 図 4はへッド部を示す正面図、 図 5は制御部の構成を示すプロック図であ る。
ボンディング装置 2 0は X、 Y方向 （例えば、 水平方向） に移動可能な制御テ —ブル 2 2を備え、 この制御テーブル 2 2は例えば、 加熱台部 2 4とパッケージ 搭載台 2 6とを備えており、 加熱台部 2 4はステンレス等の耐腐食性金属等で形 成された筐体の内部に第 1の加熱部であるヒータ 2 8を備えている。 また、 パッ ケージ搭載台 2 6は、 例えば、 石英ガラスで構成されて平坦な搭載面を備えてい る。 パッケージ搭載台 2 6にはパッケージ搭載治具 3 0が搭載され、 その上面に L S Iチップ等の半導体装置、 フリップチップ部品等、 実装すべき電子部品とし てベアチップ 3 2を実装し、 又はベアチップ 3 2が実装されたパッケージ 3 4の 基板 3 6が載置される。 ，
また、 ボンディング装置 2 0にはボンディングツールとしてチャック部 3 8が 備えられており、 このチャック部 3 8はベアチップ 3 2の支持、 移送又は加熱に 用いられる支持部材である。 このチャック部 3 8は、 ベアチップ 3 2を支持する 吸着力を得るための吸引通路 3 9を備えている。 このチャック部 3 8は Z方向 （ 例えば、 垂直方向） に昇降させるへッド部 4 0に支持されており、 このへッド部 4 0は、 チャック部 3 8の高さ制御を行うために第 1のスライダ 4 2と、 チヤッ ク部 3 8を支持するとともにチャック部 3 8に加わる荷重を検出するために第 2 のスライダ 4 4とを備えている。
スライダ 4 2は、 装置本体 4 6に備えられたスライドレール 4 8に摺動可能に 支持されているとともに、 へッド部 4 0を任意の位置に移動させる移動機構とし てへッ ド昇降機構 5 0が設置され.、 このへッド昇降機構 5 0により、 その高さ位 置が制御される。 このへッド昇降機構 5 0は例えば、 モータ等の回転力によって 回転するボールスクリューを備えており、 このボールスクリユーの回転を上下方 向の昇降力に変換してスライダ 4 2を昇降させる構成である。
また、 スライダ 4 4は、 スライダ 4 2に設けられたスライドレール 5 2に昇降 可能に支持されているとともに、 接触検知部 5 4を介してスライダ 4 2に支持さ れている。 この接触検知部 5 4は、 チャック部 3 8に支持されたベアチップ 3 2 と基板 3 6との接触、 又はチャック部 3 8と基板 3 6上のベアチップ 3 2との接' 触を間接的に検知するものであり、 この実施形態では、 スライダ 4 4から突出し た検出アーム 5 6を挟んで、 その上部側に荷重センサ 5 8、 その下部側に荷重セ ンサ 6 0が設置され、 各検出子 6 2、 6 4を検出アーム 5 6の上下面部に接触さ せて構成されている。 従って、 スライダ 4 4が上昇する場合には、 荷重センサ 5 8の検出荷重が増加する一方、 荷重センサ 6 0の検出荷重が減少し、 スライダ 4 4が下降する場合には、 荷重センサ 5 8の検出荷重が減少する一方、 荷重センサ 6 0の検出荷重が増加することになる。 これら荷重センサ 5 8、 6 0の検出荷重 から、 スライダ 4 4に作用する荷重及びその荷重方向等を知ることができる。 また、 スライダ 4 4には、 角度 （0 ) 補正部 6 6や傾き補正部 6 8が設置され ているとともに、 冷却部 7 0を介してへッ ド部 3 8側を加熱する第 2の加熱部と して加熱部 7 2が搭載され、 この加熱部 7 2の下側にチャック部 3 8が支持され ている。 冷却部 7 0には冷却水配管 7 4を通して冷却水 7 6を循環させており、 加熱部 7 2の熱がへッド部 4 0の加熱部 7 2より上部側へ熱伝導されるのを阻止 する熱遮蔽壁を構成している。 加熱部 7 2には第 2のヒータ 7 8が設置されてお り、 その熱でチャック部 3 8、 チャック部 3 8に支持又は接触するベアチップ 3 2を加熱することができる。 また、 チャック部 3 8の水平方向め角度 （0 ) が角 度補正部 6 6により、 また、 その傾きが傾き補正部 6 8により捕正される。
そして、 このボンディング装置 2 0は、 制御装置として、 例えば、 図 5に示す ような制御部 8 0を備えている。 この制御部 8 0は、 制御テーブル 2 2の移動、 ヘッド部 4 0の昇降、 チャック部 3 8のベアチップ 3 2の吸着又はその解除、 ヒ 一夕 2 8、 7 8の加熱制御等、 各種の制御を行う。 そこで、 この制御部 8 0には 、 C P U (Central Process ing Uni t ) 等からなる制御回路 8 2が備えられ、 こ の制御回路 8 2には制御情報を記憶するメモリ 8 4が接続されている。 また、 制 御回路 8 2には、 接触検知部 5 4の荷重センサ 5 8、 6 0の検出荷重、 ツール高 さ検出器 8 6の検出高さ、 温度センサ 8 8、 9 0の検出温度が検出回路 9 2、 9 4、 9 6、 9 8を通して加えられる。 ツール高さ検出器 8 6は、 例えば、 へッド 部 4 0を昇降させるへッ ド昇降機構 5 0のボールスクリユーにエンコーダを設置 して構成されてそのエンコーダの回転により高さ位置を検出する。 従って、 ツー ル高さ検出器 8 6には、 ヘッド昇降機構 5 0により昇降するチャック部 3 8の高 さ位置、 熱膨張によるその変化が検出される。 また、 制御回路 8 2の制御出力は 、 駆動回路 1 0 0、 1 0 2、 1 0 4、 1 0 6、 1 0 7からテーブル移動機構 1 0 8、 へッド昇降機構 5 0、 吸引機構 1 1 0、 ヒータ 2 8、 7 8に加えられている 。 テーブル移動機構 1 0 8は、 X、 Y方向に移動可能な制御テーブル 2 2を X、 Y方向に移動させる。 また、 吸引機構 1 1 0は、 吸引通路 3 9を通して吸引する ことにより、 チャック部 3 8にベアチップ 3 2を支持するための吸着力を付与す る。 また、 冷却水循環装置 1 1 2は冷却部 7 0に冷却水 7 6を循環させ、 循環制 御とともに、 その冷却水 7 6の温度が制御回路 8 2で制御される。 なお、 冷却水 7 6に代えて他の冷却媒体を循環させてもよい。
このボンディング装置 2 0において、 へッド部 4 0に搭載されているボンディ ングツールであるチャック部 3 8はへッド昇降機構 5 0により昇降させることが でき、 チャック部 3 8の位置移動と、 制御テーブル 2 2側の加熱部であるヒータ 2 8、 ヘッ ド部 4 0側の加熱部 7 2のヒータ 7 8の加熱温度とは、 昇降速度と加 熱速度とを同期させて制御することが可能であり、 これらを別個に制御すること も可能である。
また、 制御テーブル 2 2に載置されたパッケージ 3 4とチャック部 3 8の接触 位置を接触検知部 5 4の荷重センサ 5 8、 6 0で検知し、 その検知位置を原点に 予熱温度 H T kから最大加熱温度 H T mまで上昇させた際、 接合部より上部側の 熱膨張、 接合部より下部側の熱膨張として例えば、 パッケージ 3 4の熱変形、 へ ッド部 4 0のチャック部 3 8等の熱変形により、 ヘッド部 4 0の移動量、 即ち、 熱膨張による総量分をツール高さ検出器 8 6で検出でき、 これをへッド補正移動 量情報としてメモリ 8 4に格納する。 このへッ ド補正移動量は、 予熱温度、 最大 加熱温度等、 加熱温度によって変化するとともに、 基板 3 6の大きさや材質、 ベ ァチップ 3 2によっても変化するものであり、 個別に設定される情報である。 また、 このボンディング装置 2 0では、 制御テーブル 2 2のパッケージ搭載治 具 3 0に搭載された基板 3 6に対し、 ベアチップ 3 2の実装高さが予め測定され るが、 その高さ位置はツール高さ検出器 8 6で検出され、 この実装高さ情報とし てメモリ 8 4に格納されている。
そこで、 このボンディング装置 2 0では、 チャック部 3 8を下降させ、 チヤッ ク部 3 8とパッケージ 3 4との接触位置、 チャック部 3 8に保持したベアチップ 3 と基板 3 6との接触位置を原点に、 加熱温度の上昇速度とチヤック部 3 8の 移動速度を合致させてチャック部 3 8を移動させ、 例えば、 最大加熱温度 H T m の位置を移動限界点である上死点としてチャック部 3 8の移動を停止し、 その位 置で所定時間だけ保持した後、 チャック部 3 8又はチャック部 3 8に保持された ベアチップ 3 2を基板 3 6に対する実装高さに下降させることが可能である。 こ のような制御は、 ベアチップ 3 2の実装処理及び再実装処理、 パッケージ 3 4か らベアチップ 3 2を取り外すリム一ブ処理で実行され、 リプレース処理において も同様である。
このようにボンディング装置 2 0によれば、 基板 3 6に対するベアチップ 3 2 のリフロー処理 （実装） 、 基板 3 6に実装されたべァチップ 3 2のリム一ブ処理 (取外し） 、 基板 3 6からベアチップ 3 2を取り外した後、 その位置にベアチッ プ 3 2のリワーク処理 （再実装） 等が可能である。
(第 2の実施形態）
次に、 本発明の第 2の実施形態である電子部品の実装方法としてリフロー処理 について、 図 6ないし図 9を参照して説明する。 図 6はリフロー処理の動作シ一 ケンスを示す工程図、 図 7ないし図 9はへッド部 4 0の動作工程を示す図である このリフロー処理では、 前処理、 準備動作、 高さ制御，基準位置検知動作、 接 合部加熱と高さ制御動作及び終了動作から構成される。 前処理では、 ベアチップ 3 2にフラックスを塗布し （工程 P 1 ) 、 パッケージ 3 4の全体を予熱する （ェ 程 P 2 ) 。 この場合、 ベアチップ 3 2の半田バンプ接続部の全体にフラックスを 塗布し、 また、 パッケージ 3 4は制御テーブル 2 2の加熱によって予熱する。 こ の予熱は温度差による熱歪みを低減するため、 予熱温度 H T kは一定温度例えば 、 1 5 0 °C程度に設定する。
準備動作では、 へッド部 4 0の予備加熱 （工程 P 3 ) 、 チャック部 3 8のベア チップ 3 2の吸着 （工程 P 4 ) を行う。 予備加熱では、 へッ ド部 4 0の加熱部 7 2を加熱し、 この加熱部 7 2によりチャック部 3 8を加熱することにより、 チヤ ック部 3 8とパッケージ 3 4との接触による熱変異を無くし、 安定した高さ検知 を行うため、 チャック部 3 8の加熱温度はパッケージ 3 4の予熱温度 H T kと同 温度に設定される。 そして、 吸引機構 1 1 0の真空吸着により、 例えば、 図 7 ( A) に示すように、 チャック部 3 8にベアチップ 3 2を吸着させる。 なお、 この 場合、 パッケージ 3 4の基板 3 6の背面側には電子部品 1 1 8等が実装されてい るが、 パッケージ搭載治具 3 0にはこのような電子部品 1 1 8等の突出部を吸収 する凹部 1 2 0が形成されているので、 基板 3 6が水平に維持されている。
高さ制御 ·基準位置検知動作では、 へッ ド部 4 0の下降 （工程 P 5 ) 、 ベアチ ップ 3 2との接触検知 （工程 P 6 ) 、 その接触検知位置でのベアチップ 3 2の保 持 （工程 P 7 ) 、 ベアチップ 3 2の吸着解除 （工程 P 8 ) を行う。 図 7 (A) に 示すように、 ベアチップ 3 2を吸着したチャック部 3 8を矢印 aで示すように基 扳 3 6の方向に高速で下降させ、 所定の高さ位置まで下降させ、 停止させた後、 この位置から荷重検知が行われるまで低速で下降し、 へッド高さ制御の基準位置 検知を行う （工程 P 6 ) 。 図 7 ( B ) に示すように、 低速で下降するベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4が基板 3 6の接合部 1 1 6に接触すると、 へッド部 4 0 側の荷重が基板 3 6に作用する結果、 荷重センサ 5 8、 6 0の検出荷重が変化す る。 この場合、 荷重センサ 5 8の検出荷重が増加し、 荷重センサ 6 0の検出荷重 が低下する。 この結果、 ベアチップ 3 2の接触位置が検知され、 この接触位置が 基準位置となる。 この場合、 この接触検知と同荷重で一定時間例えば、 1 0秒程 度保持すると、 ベアチップ 3 2と基板 3 6との接触状態が維持されて熱移動が生 じ、 パッケージ 3 4側の温度とへッド部 4 0のチャック部 3 8側の温度が同一温 度となり、 基準位置の安定化が図られる。 このような荷重保持の後、 ベアチップ
3 2の吸着を解除する。 このタイミングで吸着解除すれば、 ベアチップ 3 2の半 田バンプ 1 1 4と接合部 1 1 6とのセルファライメント効果が助長され、 半田バ ンプ 1 1 4の押し潰しが防止される。
接合部加熱と高さ制御動作では、 へッド部 4 0の加熱 （工程 P 9 ) 、 ヘッ ド部
4 0の上昇 （工程 P 1 0 ) 、 チャック部 3 8の上死点での保持 （工程 P 1 1 ) 、 チャック部 3 8の下降 （工程 P 1 2 ) 、 チャック部 3 8の下死点での保持 （工程 P 1 3 ) を亍ぅ。 ベアチップ 3 2の吸着を解除した後、 へッ ド部 4 0をヒータ 7 8により加熱し、 チャック部 3 8を半田接合温度まで上昇させる （工程 Ρ 9 ) 。 この加熱制御は、 パッケージ 3 4やへッド部 4 0等の熱膨張と時間制御が行える よう、 安定した昇温を行う。 この場合、 へッド部 4 0の昇温速度と同期してへッ ド部 4 0を図 8 (Α) の矢印 bで示すように上昇させ、 この場合、 図 8 ( B ) に 示すように、 加熱部分の熱膨張量と同量の高さ位置まで上昇させる。 このような 制御によれば、 ベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4とパッケージ 3 4の接合部 1 1 6とが接触した状態に保持される結果、 加熱ロスを抑制することができる。 そして、 へッ ド部 4 0を上死点で保持する。 即ち、 へッド部 4 0の温度上昇の 最大位置 （即ち、 上死点） で保持し、 その保持時間は温度制御ばらつきを吸収で きる時間とし、 これにより、 半田を確実に溶融させることができる。 この保持の 後、 各部の熱膨張量を補正量として上昇させたへッ ド部 4 0を図 9 (A) の矢印 cに示すように下降させる （工程 P 1 2 ) 。 この場合、 半田バンプ 1 1 4の高さ 等の各種の Z方向のばらつきを吸収できる捕正量を算出し、 その捕正量分だけへ ッド部 4 0を下降させた後、 チャック部 3 8の下死点での保持、 即ち、 補正下降 させた位置で所定時間だけ保持させ、 半田接合を行う。 チャック部 3 8の下死点 で所定時間だけ保持することにより、 確実な半田接合が行われる。
終了動作では、 接合部 1 1 6の冷却 （工程 P 1 4 ) を行う。 半田接合を完了し た後、 図 9 ( B ) の矢印 dに示すように、 へッ ド部 4 0を上昇させ、 接合部 1 1 6の半田を空冷する。 この空冷は、 接合部 1 1 6の半田が半田凝固温度に低下す るまで持続させ、 リフロー処理を完了する。 リフロー処理を完了したパッケージ 3 4をパッケージ搭載治具 3 0とともに搬送する。 次に、 このリフ口一処理において、 へッド部 4 0の昇降及び温度制御について 、 図 1 0を参照して説明する。 図 1 0において、 横軸は時間 tの経過、 縦軸は温 度及びへッド部 4 0の変移を表し、 L 1はヘッド部 4 0 (チャック部 3 8 ) の昇 降動作、 L 2はへッ ド部 4 0の温度制御、 L 3は接合部 1 1 6の上部側の加熱に よる膨張量、 L 4は接合部 1 1 6の下部側の加熱による膨張量を示している。 既述の前処理及び準備動作が完了した時点 t。 からへッド部 4 0を下降させ、 チャック部 3 8に吸着されているベアチップ 3 2が基板 3 6の接合部 1 1 6に接 触したとき （時点 ) 、 これが基準位置となる。 時間 は、 へッド部 4 0が 基準位置 m sに到達するまでの下降時間である。 時点 から時点 t 2 では、 へ ッド部 4 0が基準位置 m sに保持され、 パッケージ 3 4の予熱温度 H T kとベア チップ 3 2の温度が同一温度に維持される。 時間 T 2 は同一荷重での保持時間で あり、 この時間 Τ 2 中にベアチップ 3 2の保持が解除される。 この場合、 時間 Τ は、 へッ ド部 4 0を予熱温度 H T k (例えば、 1 5 0 °C) で保持する保持期間 である。
基準位置での所定時間 （T 2 ) の経過の後、 時点 t 2 からへッド部 4 0の加熱 を開始するとともに、 この昇温速度に同期してへッド部 4 0を捕正移動の限界点 である上死点 （時点 t 3 ) m r (m sを基準に例えば、 5 0 / mの高さ位置） ま で上昇させる。 へッ ド部 4 0の加熱により、 接合部 1 1 6の上部側及び下部側は その加熱によって膨張し、 その膨張量は加熱温度に依存する。 この場合、 時点 t 2 から時点 t 3 までの時間 T 4 は、 昇温時間及びへッド部 4 0の上昇時間であり 、 時間 T 4 の長さは、 熱膨張を考慮に入れ、 ベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4 と基板 3 6の接合部 1 1 6との接触が保持されるように設定するとともに、 へッ ド部 4 0の移動速度を決定する。 この場合、 へッド部 4 0の補正移動量 A mは熱 膨張の総量分だけへッド部 4 0を上昇させる移動量であり、 補正移動量 Δ ηιだけ 移動させた時点 t 、 即ち、 へッド部 4 0が上死点 m rに到達した時点 t でへ ッド部 4 0を最大加熱温度 H Tmに到達させている。
この時点 t 3 から時点 4 までの一定時間 T 5 を待機期間とし、 へッド部 4 0 を上死点で保持させる。 この半田の温度は時点 t 3 に到達前に溶融点に到達し、 時間 T 5 で半田が確実に溶融する。 この待機時間 Τ 5 の経過の後、 時点 t 4 から 時点 t5 の時間 T6 において、 へッド部 4 0を上死点 mrから下死点 mf (m s を基準に例えば、 一 1 0 mの高さ位置） まで補正移動量 Δηだけ下降させる。 この捕正移動量 Δηは、 接触に必要かつ十分な実装高さまでベアチップ 3 2を下 降させる移動量である。 この場合、 実装高さは、 任意の高さに制御できる。 へッ ド部 4 0の最大加熱温度 HTmは、 時点 t3 から時点 t 6 までの時間 T7 だけ維 持する。 また、 時点 ts で下死点に到達させたへッ ド部 4 0は時点 t5 から時点 1 までの時間 T8 だけ保持し、 時点 t7 からへッ ド部 40を上昇させて次の処 理に備える。 また、 時点 ts からへッ ド部 40の加熱温度を低下させ、 時点 ts から時点 t 8 までの時間 T9 で予熱温度 HTkに降下させる。 このような加熱温 度の低下に伴い、 接合部 1 Γ6の上部側及び下部側の熱膨張量は予熱温度 HT k の時点まで低下する。
次に、 このリフロー処理において、 へッ ド部 4 0の温度制御と昇降制御につい て、 図 1 1を参照して説明する。 図 1 1 (A) は、 へッ ド部 40の下降時におけ るベアチップ 3 2と基板 3 6の接合部 1 1 6との接触状態、 図 1 1 (B) は、 へ ッド部 40の補正上昇移動時におけるベアチップ 3 2と基板 3 6の接合部 1 1 6 との接触状態を示している。 .
図 1 1 (A) に示すように、 へッド部 4 0を下降させ、 チャック部 3 8に吸着 して支持させたベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4を基板 3 6の接合部 1 1 6に 位置合わせして接触させると、 基板 3 6の予熱温度とチャック部 3 8側の加熱温 度とを一致させることができ、 この時点でベアチップ 3 2の吸着を解除する。 この予熱状態から加熱し、 その加熱温度を最大加熱温度 H T mまで到達させる と、 接合部 1 1 6の上部側及び下部側の熱膨張量はその温度上昇に応じて増加す ることになる。 そこで、 その熱膨張を考慮に入れてベアチップ 3 2とボンディン グツールであるチャック部 3 8との接触を保持するように昇温時間を合わせる。 接触時の予熱温度 H T kから半田接合温度までの加熱温度による熱膨張に応じた 変移量を昇温時間 （T4 ) に合わせ、 その変移量を補正移動量 Διηとしてへッ ド 部 40を上昇させる。 この動作により、 ベアチップ 3 2とチャック部 3 8とは常 に接触状態に保持されて熱伝導が行われるので、 熱伝導ロスの防止が図られ、 接 合部 1 1 6側への効率的かつ安定した熱供給とベアチップ 3 2の位置制御が行わ れる。 · そして、 上死点で最大加熱温度 H Tmに昇温させたへッド部 4 0とともにベア チップ 3 2を再度下降させ、 その移動量を既述の補正移動量 Δ ηとすることによ り、 ベアチップ 3 2は必要かつ十分な実装高さの位置に制御されるとともに、 半 田バンプ 1 1 4と接合部 1 1 6との半田の半田接続が行われる。
次に、 このリフロー処理によって、 図 1 2を参照して説明する。 図 1 2は、 予 備半田処理、 位置決めコンタクト及び接合を示している。
図 1 2 (Α) は初期実装前の状態を示しており、 基板 3 6に形成された接続用 導体 1 1 9、 1 2 1の露出面には予備半田 1 2 2が形成され、 その表面がフラッ トニング処理によって平坦化されている。 この状態で予熱温度 H T kに加熱した 後、 図 1 2 ( B ) に示すように、 ベアチップ 3 2に球状の半田バンプ 1 1 4が形 成され、 このベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4を予熱温度 H T kに加熱し、 ベ ァチップ 3 2を位置決めして半田バンプ 1 1 4を予備半田 1 2 2に接触させ、 同 一の予熱温度 H T kに保持する。 この予熱温度 H T kの保持の後、 既述のように 、 ベアチップ 3 2を最大加熱温度 H T mまで加熱すると、 半田バンプ 1 1 4及び 予備半田 1 2 2が溶融し、 ベアチップ 3 2の高さ位置を基板 3 6の熱変形やへッ ド部 4 0側の熱変形に応じた補正移動量 Δ mだ.け上昇させた後、 最適な実装位置 までベアチップ 3 2を下降させると、 図 1 2 ( C ) に示すように、 基板 3 6上の 予備半田 1 2 2と半田バンプ 1 1 4とが一体化するとともに、 ベアチップ 3 2が 基板 3 6の最適な高さ位置に実装される。
(第 3の実施形態）
次に、 本発明の第 3の実施形態である電子部品の取外し方法について、 図 1 3 ないし図 1 6を参照して説明する。 図 1 3はリム一ブ処理の動作シーケンスを示 す工程図、 図 1 4ないし図 1 6はへッ ド部 4 0の動作を示す図である。
このリムーブ処理は、 前処理、 準備動作、 高さ制御 ·基準位置検知動作、 接合 部加熱と高さ制御動作、 ベアチップリムーブ動作及び終了動作から構成される。 前処理では、 フラックスの充塡 （工程 P 2 1 ) 、 パッケージ 3 4の全体の予熱 （ 工程 P 2 2 ) を行う。 ベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4の接続部全体にフラッ クスを毛細管現象を利用して充填し （工程 P 2 1 ) 、 このとき、 パッケージ 3 4 を予熱すれば、 フラックスの充塡が容易になる。 また、 パッケージ 3 4は制御テ 一ブル 2 2の加熱によって予熱し、 この予熱は温度差による熱歪みを低減するた め、 予熱温度はリフロー処理と同様に一定温度例えば、 1 5 0 °C程度に設定する 準備動作では、 へッド部 4 0の予備加熱 （工程 P 2 3 ) を行う。 予備加熱では 、 ヘッ ド部 4 0の加熱部 7 2を加熱し、 この加熱部 7 2によりチャック部 3 8を 加熱することにより、 チャック部 3 8とパッケージ 3 4との接触による熱変異を 無くし、 安定した高さ検知を行うため、 チャック部 3 8の加熱温度はパッケージ 3 4の予熱温度と同温度に設定される。
高さ制御.基準位置検知動作では、 へッ ド部 4 0の下降 （工程 P 2 4 ) 、 ベア チップ 3 2との接触検知 （工程 P 2 5 ) 、 その接触検知位置での保持 （工程 P 2 6 ) を行う。 図 1 4 (A) に示すように、 へッ ド部 4 0のチャック部 3 8を矢印 eで示すようにベアチップ 3 2の高さの基準位置に向かって高速で下降させ、一 端停止させた後、 この位置から荷重検知が行われるまで低速で下降し、 ベアチッ プ 3 2との接触検知を行う （工程 P 2 5 ) 。 図 1 4 (B ) に示すように、 低速で 下降するチャック部 3 8が基板 3 6上のベアチップ 3 2に接触すると、 へッ ド部 4 0側の荷重が基板 3 6側に作用する結果、 荷重センサ 5 8、 6 0の検出荷重が 変化する。 この場合、 荷重センサ 5 8の検出荷重が増加し、 荷重センサ 6 0の検 出荷重が低下する。 この結果、 ベアチップ 3 2の接触位置が検知され、 この接触 位置が基準位置となる。 この場合、 この接触検知と同荷重で一定時間例えば、 1 0秒程度保持すると、 ベアチップ 3 2とチャック部 3 8との接触状態が維持され て熱移動が生じ、 パッケージ 3 4側の温度とへッド部 4 0のチャック部 3 8側の 温度が同一温度となり、 基準位置の安定化が図られる。
接合部加熱と高さ制御動作では、 へッド部 4 0の加熱 （工程 P 2 7 ) 、 ヘッド 部 4 0の上昇 （工程 P 2 8 ) 、 チャック部 3 8の上死点での保持 （工程 P 2 9 ) 、 チャック部 3 8の下降 （工程 P 3 0 ) 、 チャック部 3 8の下死点での保持 （ェ 程 P 3 1 ) を行う。 ベアチップ 3 2にチャック部 3 8を接触させた後、 へッド部 4 0をヒータ 7 8により加熱し、 チャック部 3 8を半田接合 （溶融） 温度まで上 昇させる （工程 P 2 7 ) 。 この加熱制御は、 ノ、。ッケージ 3 4やへッド部 4 0等の 熱膨張と時間制御が行えるよう、 安定した昇温を行う。 この場合、 へッド部 4 0 の昇温速度と同期してへッド部 4 0を図 1 5 (A) の矢印 f で示すように上昇さ せ、 この場合、 図 1 5 ( B ) に示すように、 加熱部分の熱膨張量と同量の高さ位 置まで上昇させる。 このような制御によれば、 ベアチップ 3 2の半田バンプ 1 1 4とパッケージ 3 4の接合部 1 1 6が接触状態に保持される結果、 加熱ロスを抑 制することができる。
そして、 へッ ド部 4 0を上死点で保持する。 即ち、 へッド部 4 0の温度上昇の 最大位置 （即ち、 上死点） で保持し、 その保持時間は温度制御ばらつきを吸収で きる時間とし、 これにより半田を確実に溶融させることができる。 この保持の後 、 各部の熱膨張量を補正量として上昇させたへッド部 4 0を図 1 6 (A) の矢印 gに示すように下降させる （工程 P 3 0 ) 。 この場合、 半田バンプ 1 1 4の高さ 等の各種の Z方向のばらつきを吸収できる補正量を算出し、 その補正量分だけへ ッド部 4 0を下降させた後、 チャック部 3 8の下死点での保持、 即ち、 捕正下降 させた位置で所定時間だけ保持させ、 半田を溶融させる （工程 P 3 1 ) 。 ヘッ ド 部 4 0の下死点で所定時間だけ保持することにより、 確実に半田が溶融する。 ベアチップ 3 2のリムーブ処理動作では、 へッド部 4 0の上昇 （工程 P 3 2 ) を行う。 即ち、 へッ ド部 4 0を捕正量だけ下降した位置から半田溶融状態でチヤ ック部 3 8に吸引機構 1 1 0により吸着力を付与し、 ベアチップ 3 2を吸着させ た後、 図 1 6 ( B ) に示すように、 矢印 hで示す方向にへッド部 4 0を上昇させ れば、 パッケージ 3 4からベアチップ 3 2が取り外される。
そして、 終了動作では、 接合部 1 1 6の冷却 （工程 P 3 3 ) を行う。 ベアチッ プ 3 2が取り外された基板 3 6の接合部 1 1 6を空冷する。 この空冷は、 接合部 1 1 6の半田が半田凝固温度に低下するまで持続させ、 リム一ブ処理を完了する 。 リム一ブ処理を完了したパッケージ 3 4はパッケ一ジ搭載治具 3 0とともに搬 送する。
このリムーブ処理において、 へッド部 4 0の昇降及び温度制御は、 既述した図 1 0及び図 1 1に示すリフロー処理と同様であり、 リム一ブ処理ではへッ ド部 4 0はチャック部 3 8にべァチップ 3 2を空状態で下降し、 ベアチップ 3 2の吸着 処理が半田が溶融状態となる時間 T 8 で行われる。 また、 図 1 1 ( Β ) では、 上 死点で最大加熱温度 HTmに昇温させたへッド部 4 0とともにベアチップ 3 2を 再度下降させ、 その移動量を既述の補正移動量 Δηとすることにより、 ベアチッ プ 3 2は必要かつ十分な実装高さの位置で、 半田が溶融状態に維持される。 その 他のへッド部 4 0の昇降及び温度制御はリフロー処理と同様である。
次に、 このリム一ブ処理によって、 図 1 7を参照して説明する。 図 1 7は、 実 装状態、 ベアチップのリムーブ処理及びリムーブ処理後の残留半田を示している 図 1 7 (Α) は実装状態を示しており、 基板 3 6に形成された接続用導体 1 1 9、 1 2 1にはベアチップ 3 2が実装されている。 この状態で予熱温度 HTkか ら半田溶融温度の最大加熱温度 HTmまで加熱すると、 半田を溶融させることが できる。 この溶融状態において、 ベアチップ 3 2の高さ位置を基板 3 6の熱変形 やへッド部 40側の熱変形に応じた捕正移動量 Διηだけ上昇させた後、 最適な実 装位置までベアチップ 3 2を下降させた後、 図 1 7 (Β) に示すように、 へッド 部 4 0を上昇させてベアチップ 3 2をリム一ブさせると、 図 1 7 (C) に示すよ うに、 基板 3 6上の残留半田 1 2 4が形成され、 この残留半田 1 2 4は、 上面部 を半球形とし、'その高さ （Ho) が一定の高さ例えば、 40 程度に形成される
(第 4の実施形態）
次に、 本発明の第 4の実施形態である電子部品の実装方法について、 図 1 8 ( A) 〜1 8 (C) を参照して説明する。 図 1 8 (A) はリム一ブ処理後の基板、 図 1 8 (B) はベアチップのリワーク処理、 図 1 8 (C) はベアチップの再実装 状態を示している。
パッケージ 3 4の基板 3 6には、 ベアチップ 32を接続すべき位置に残留半田 1 2 4によって接合部 1 1 6が形成されており、 残留半田 1 2 4は、 既述したリ ム一ブ処理によって形成されたものである。 この基板 3 6に対するベアチップ 3 2のリワーク処理は、 既述したリフロー処理 （図 6〜図 1 2) と同様に行われる 。 ベアチップ 3 2にフラックスの塗布の後、 ベアチップ 3 2を予熱温度 HTkで 予熱するとともに基板 3 6もその温度に予熱した後、 図 1 8 (B) に示すように 、 基板 3 6の残留半田 1 2 4にベアチップ 3 2を位置決めして半田バンプ 1 1 4 と残留半田 1 2 4とを同一の予熱温度 HTkに保持する。 この予熱温度 HTkに 一定時間だけ保持した後、 既述のように、 ベアチップ 3 2を最大加熱温度 HTm まで加熱して昇温させると、 半田バンプ 1 1 4及び残留半田 1 2 4が溶融し、 ベ ァチップ 3 2の高さ位置を基板 3 6の熱変形やへッ ド部 4 0側の熱変形に応じた 補正移動量 Δπιだけ上昇させた後、 最適な実装位置までベアチップ 3 2を下降さ せ、 図 1 8 (C) に示すように、 基板 3 6上の残留半田 1 2 4と半田バンプ 1 1 4とを一体化させ、 ベアチップ 3 2が基板 3 6の最適な高さ位置に再実装される そこで、 図 1 7 (A) . (Β) 及び （C) からなるリム一ブ処理に、 図 1 8 ( A) 、 (Β) 及び （C) のリフロー処理を連続して行えば、 ベアチップ 3 2の実 装、 その取外し、 ベアチップ 3 2の置換又は再実装等の処理を行うことができる 。 例えば、 図 1 9 (Α) に示すように、 基板 3 6に実装されているベアチップ 3 2にヘッド部 4 0のチャック部 3 8を接触させて予熱温度 HTkに保持した後、 最大加熱温度 HTmに加熱し、 図 1 9 (B) に示すように、 基板 3 6からべァチ ップ 3 2を取り外し、 その基板 3 6に同様の処理により、 図 1 9 (C) に示すよ うにベアチップ 3 2を再実装でき、 ベアチップ 3 2のリワーク処理を行うことが できる。
次に、 以上述べた本発明の電子部品の実装方法、 取外し方法及びその装置の実 施形態から技術的な事項を抽出し、 その技術的な意義、 変形例、 その他、 技術的 な拡張事項等を以下に列挙する。
(1) 実施形態で示したように、 実装又は取外し処理において、 基板 3 6の予熱 温度とベアチップ 3 2又はチャック部 3 8を同一温度にした後、 チャック部 3 8 又はチャック部 3 8に支持されたベアチップ 3 2の位置制御を高精度に行い、 予 熱温度 HT kから最大加熱温度 HTmに移行させた際に、 各部材の熱歪みを測定 し、 接合したい温度条件での補正移動量 （Διη) が決定される。 そして、 基板 3 6の予熱温度とベアチップ 3 2又はへッド部 4 0のチャック部 3 8の温度を同一 温度にした状態で位置合わせを行い、 ベアチップ 3 2が基板 3 6に接触した状態 を所定時間例えば、 1 0秒程度保持することにより、 ヘッド部 4 0の位置を安定 化させ、 このとき、 へッ ド部 4 0の位置をへッ ド位置の原点とする。 そして、 予 熱温度 H T kから半田接合温度、 即ち、 最大加熱温度 H T mまでの昇温時間 T 4 に合わせ、 原点から上死点として補正量限界点の位置までへッド部 4 0即ち、 チ ャック部 3 8を上昇させる。 そして、 加熱温度が安定するまで待機、 へッ ド部 4 0の移動が終了した後、 半田溶融状態が得られ、 へッド部 4 0即ち、 ベアチップ 3 2を理論上の接合理想高さまで下降させる。
このように、 一連の動作シーケンスは、 ベアチップ 3 2のリム一ブ処理及びリ プレース処理の何れも共通であって、 リムーブ時にはベアチップ 3 2の接合部に フラックスを注入することにより接合半田材が球状に仕上がり、 洗浄後、 前処理 不要でリプレース処理を行える。 従って、 へッド加熱時の位置制御が可能になれ ば、 設備、 基板等、 部材の熱膨張を測定し、 位置制御のパラメータに設定するこ とにより、 基板 3 6及びベアチップ 3 2を低ストレスで高信頼度の C 4接続又は 取外しが行え、 ベアチップ 3 2等の各種電子部品のリワーク処理が行える。
(2) 図 1 0において、 チャック部 3 8又はベアチップ 3 2を上死点で保持する 待機時間 T 5 は、 へッド移動速度や加速度のばらつきを考慮に入れ、 時点 t 3 よ り前の半田溶融開始点としてもよい。
(3) 実施形態において、 リム一ブ処理とリフロー処理又はリプレース処理の各 待機時間 T を同一として説明したが、 リム一ブ処理の場合、 上死点での保持時 間がベアチップ 3 2の取外しのためにリフロー処理又はリプレース処理の場合の 3分の 1程度に設定してもよい。
(4) 実施形態において、 実装すべき電子部品、 取り外すべき電子部品としてべ ァチップを例に取って説明したが、 本発明の電子部品には、 マイクロ （C 4 ) バ ンプ等、 半田バンプを用いて半田付けする半導体装置、 半導体装置を搭載した部 品、 フリップチップ部品等の各種の部品を包含するものであり、 本発明は、 実施 形態で例示したベアチップゃ半導体装置に限定されるものではない。
(実験結果）
最大加熱温度 H T mに上昇させるとともにへッド部 4 0を上昇させた後、 へッ ド部 4 0を再度下降させて接合を行えば、 ベアチップ 3 2のパッド径が 1 0 0 n mのバンプ、 基板 3 6側のパッド径が 9 0 z mであるとき、 6 0 / mの下降によ り、 バンプピッチが 2 1 6 m以上あれば良好な接合ができることが確認された o
また、 同様の処理でベアチップ 3 2の取外しを行ったとき、 3 0〜 5 0 %の比 率で基板 3 6に残留半田 1 2 4として半田が残り、 これをベアチップ 3 2のリブ レース、 ノ ッケージ 3 4のリワーク処理に利用することができる。
以上述べたように、 本発明の最も好ましい実施形態等について説明したが、 本 発明は、 上記記載に限定されるものではなく、 請求の範囲に記載され、 又は発明 を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、 当業者において 様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、 係る変形や変更が、 本発明の 範囲に含まれることは言うまでもない。 ，
'
産業上の利用可能性
本発明の電子部品の実装方法は、 基板にストレスを発生させることなく、 加熱 制御と電子部品の位置制御とを併用することにより、 半導体装置等の部品の実装 又は再実装を行うことができ、 パッケージの部品の交換や、 同一パッケージ上に 低耐熱部品が実装されたパッケージについて前処理を省くことができ、 低ストレ ス化及び低コスト化とともに、 信頼性を向上させることができる。
本発明の電子部品の取外し方法は、 加熱制御と電子部品の位置制御とを併用す ることにより、 基板にストレスを発生させることなく、 基板上に再利用可能な残 留半田を形成することができ、 有用である。
本発明の電子部品の実装装置は、 基板にストレスを発生させることなく、 単一 の加熱により半導体装置等の電子部品の実装又は再実装を行うことができ、 有用 である。
本発明の電子部品の取外し装置は、 基板にストレスを発生させることなく、 単 一の加熱により半導体装置等の電子部品の取外しを行うことができるとともに、 再利用可能な状態の残留半田を形成し、 前処理等の簡略化に寄与し、 迅速かつ容 易に再実装を行うことができ、 有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 半田バンプにより基板に半田付けする電子部品の実装方法であって、 前記電子部品を移動させて前記半田バンプの前記基板に対する接触を検知する 工程と、
前記接触を原点に前記電子部品及び前記基板の加熱温度を上昇させ、 該加熱温 度を最大加熱温度に到達させるとともに、 前記温度上昇に合わせて前記電子部品 を移動させる工程と、
前記最大加熱温度に到達した位置から前記電子部品を前記基板の実装高さに移 動させる工程と、
を含むことを特徵とする電子部品の実装方法。
2 . 前記加熱温度が最大加熱温度に到達した位置で前記電子部品を保持し、 所 定時間後に前記電子部品を前記基板の実装高さに移動させることを特徴とする請 求の範囲 1記載の電子部品の実装方法。
3 . 前記温度上昇とともに移動させる前記電子部品の移動量は、 前記基板側の 熱変形と前記電子部品を支持する支持部材の熱変形とから算出された値であるこ とを特徴とする請求の範囲 1記載の電子部品の実装方法。
4 . 半田バンプを用いて半田付けされた基板からの電子部品の取外し方法であ つて、
ツールを移動させて前記基板上の前記電子部品に対する前記ツールの接触を検 知する工程と、
前記接触を原点に前記電子部品及び前記基板の加熱温度を上昇させ、 該加熱温 度を最大加熱温度に到達させるとともに、 前記温度上昇に合わせて前記ツールを 移動させる工程と、
前記最大加熱温度に到達した位置から前記ッールの移動により前記電子部品を 前記基板の実装高さに移動させて前記基板から前記ツールに前記電子部品を受け 取る工程と、
を含むことを特徴とする電子部品の取外し方法。
5 . 前記加熱温度が最大加熱温度に到達した位置で前記ツールを停止し、 所定 時間後に前記ッ一ルにより itr記電子部品を前記基板の実装高さに移動させること を特徴とする請求の範囲 4記載の電子部品の取外し方法。
6 . 前記温度上昇に合わせて移動させる前記ツールの移動量は、 前記基板側の 熱変形と前記電子部品を支持する支持部材の熱変形とから算出された値であるこ とを特徴とする請求の範囲 4記載の電子部品の取外し方法。
7 . 前記電子部品が取り外された前記基板に 3 0〜5 0 %の比率で半田を残留 させることを特徵とする請求の範囲 4記載の電子部品の取外し方法。
8 . 基板から電子部品を取り外し、 その取外し部分に電子部品を再実装する電 子部品の実装方法であつて、
前記基板から前記電子部品の取外し処理で、 前記基板の前記電子部品の取外し 部分に 3 0〜5 0 %の比率で半田を残留させ、 この残留半田を電子部品の再実装 に用いることを特徴とする電子部品の実装方法。
9 . 半田バンプによって基板に電子部品を実装する電子部品の実装装置であつ て、
前記電子部品を移動させる移動機構と、
前記電子部品又は前記基板を加熱する加熱部と、
前記電子部品の半田バンプが前記基板に接触したことを検知する接触検知部と 前記移動機構により前記電子部品を移動させ、 前記接触検知部の接触検知を原 点に前記電子部品及び前記基板に対する前記加熱部の加熱温度を上昇させ、 該加 熱温度を最大加熱温度に到達させるとともに、 前記移動機構により前記温度上昇 に合わせて前記電子部品を移動させ、 前記最大加熱温度に到達した位置から前記 電子部品を前記基板の実装高さに移動させる制御部と、
を備えたことを特徴とする電子部品の実装装置。
1 0 . 半田バンプを用いて基板に実装された電子部品の取外し装置であって、 前記電子部品を支持するツール又は前記電子部品の少なくとも半田接合部を加 熱する加熱部と、
前記ツールが前記基板上の前記電子部品に接触したことを検知する接触検知部 と、
前記ツールを移動させる移動機構と、
前記移動機構により前記ツールを移動させて前記接触検知部により前記接触を 検知し、 該接触を原点に前記加熱部により前記電子部品及び前記基板に対する加 熱温度を上昇させ、 該加熱温度を最大加熱温度に到達させるとともに、 前記移動 機構により前記温度上昇に合わせて前記ツールを移動させ、 前記最大加熱温度に 到達した位置から前記ッールの移動により前記電子部品を前記基板の実装高さに 移動させて前記基板から前記ツールに前記電子部品を受け取らせる制御部と、 を備えたことを特徴とする電子部品の取外し装置。
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