(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＧＡパッケージを有する半導体チップが基板の両面に複数搭載されている半導体パッケージの個々の半導体チップを交換するための半導体チップのリペア方法であって、
前記半導体パッケージの中の交換対象の半導体チップを、リペアツールを備えたリペアマシンの所定の位置に配置し、
前記半導体チップが収納可能な空間を形成していてかつ隣接する半導体チップとの間に挿入可能な外壁と、前記空間の中央部に設けられて前記半導体チップを吸着可能な吸引ノズルと、前記空間の下部に設けられたヒートブロックとを備えた前記リペアマシンの前記リペアツールを、前記半導体チップの上に降下させて、前記吸引ノズルの吸着口を前記半導体チップの上面に接触させ、
前記ヒートブロックに通電して前記半導体チップを上面から加熱するとともに、前記外壁と前記ヒートブロックとの間の空間に熱風を送り込んで該半導体チップの側面と下面とを加熱し、
該半導体チップと前記基板とを接合しているはんだが溶融したら、前記吸引ノズルを経由して真空吸引して該半導体チップを該吸引ノズルに吸着し、前記リペアマシンによって、前記リペアツールを介して該半導体チップを所定の場所に移動させ、真空吸引を解除して該半導体チップを開放し、
所定の場所から代替の半導体チップを前記リペアツールで吸着して、前記基板の所定の位置に移動させ、該リペアツールを降下させて該半導体チップを基板上の所定の位置に配置し、
前記ヒートブロックに通電して該半導体チップを上面から加熱するとともに、前記外壁と前記ヒートブロックとの間の空間に熱風を送り込んで該半導体チップの側面と下面とを加熱し、
該半導体チップと前記基板とを接合させるためのはんだが溶融したら、前記吸引ノズルの真空吸引を解除して該半導体チップを開放し、前記リペアツールを所定の位置に移動させる、半導体チップのリペア方法において、
前記外壁と前記ヒートブロックとの間に形成される空間は仕切板によって該ヒートブロックの下面で連通する２つの空間に分割されており、熱風による前記半導体チップの側面および下面の加熱時には、熱風は該半導体チップの下面および側面を経由して熱風の供給される１つの空間から排気の行われる他の空間に向かって流れる、ことを特徴とする半導体チップのリペア方法。
【請求項２】
前記吸引ノズルが前記半導体チップの上面に接触する前記リペアツールの位置では、前記ヒートブロックの下面も該半導体チップの上面に接触する、請求項１に記載の半導体チップのリペア方法。
【請求項３】
前記吸引ノズルが前記半導体チップの上面に接触する前記リペアツールの位置では、前記ヒートブロックの下面と該半導体チップの上面との間に所定の間隔が保持されている、請求項１に記載の半導体チップのリペア方法。
【請求項４】
ＢＧＡパッケージを有する半導体チップが複数基板の両面に搭載されている半導体パッケージの個々の半導体チップを交換するために用いられる半導体チップのリペアツールであって、
前記半導体チップが収納可能な空間を形成していてかつ隣接する半導体チップとの間に挿入可能な外壁と、前記空間の中央部に設けられていて真空機構によって前記半導体チップを吸着可能な吸引ノズルと、前記空間の下部に設けられたヒートブロックとを備えていて、該リペアツールを制御するリペアマシンに装着が可能であり、
前記ヒートブロックは内部にカートリッジヒータと熱電対とを備え、前記カートリッジヒータと前記熱電対とはヒートブロック温度制御器に接続されて所定の温度での加熱が可能であり、前記外壁と前記ヒートブロックとの間の空間には外部からの熱風の送り込みが可能であり、前記吸引ノズルが前記半導体チップを吸着可能な状態で前記ヒートブロックと前記熱風とによる加熱によって該半導体チップと前記基板とを接合するはんだの溶融が可能である、半導体チップのリペアツールにおいて、
前記外壁と前記ヒートブロックとの間に形成される空間は仕切板によって該ヒートブロックの下面で連通する２つの空間に分割されており、熱風による前記半導体チップの側面および下面の加熱時には、熱風は該半導体チップの下面および側面を経由して、熱風の供給される１つの空間から排気の行われる他の空間に向かって流れることが可能である、ことを特徴とする半導体チップのリペアツール。
【請求項５】
前記吸引ノズルの吸着面と前記ヒートブロックの下面とが同一平面状にある、請求項４に記載の半導体チップのリペアツール。
【請求項６】
前記ヒートブロックの下面が前記吸引ノズルの吸着面より所定の間隔でリペア時の前記基板から離れる方向に下がった位置にある、請求項４に記載の半導体チップのリペアツール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＢＧＡパッケージを有する半導体チップが複数基板の両面に搭載されている半導体パッケージにおいて、個々の半導体チップを交換するために用いられる半導体チップのリペア方法とリペア装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の発展に対応して高密度実装技術も進歩し、１枚の基板上に複数の半導体チップが搭載されるＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）が広く採用され、それぞれの半導体チップのパッケージも従来のＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）から、集積度の高いＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）へと進み、基板の両面への実装も行われるようになってきた。
【０００３】
それに伴って、同一基板上に複数実装された半導体チップの中に不良品が発生した場合には、不良の半導体チップを取り外して良品の半導体チップと交換し、製品の良品化率を高めることも行われている。
【０００４】
図４は、不良の半導体チップを取り外して良品の半導体チップと交換するための従来のリペアツールを用いた修理方法を示す模式図であり、（ａ）は部分側面断面図、（ｂ）はツールを下側から見た下面図である。
【０００５】
半導体パッケージ１１０には、１枚のプリント配線基板１１３の両面に、複数のＢＧＡ型半導体チップ１１２が搭載されている。半導体パッケージ１１０は不図示の検査装置でそれぞれの半導体チップ１１２が検査されてから、不図示のリペアマシンのＸ−Ｙテーブルに固定されて、不良と判定された半導体チップ１１２が、取り外しのためにリペアマシンのリペアツール１２０の下側に位置決めされる。この場合不良と判定された半導体チップ１１２が、半導体パッケージ１１０の裏側からも間接的にプレヒータ１３０によって補助的に加熱される。プレヒータとしては熱風による加熱方式や加熱ヒータの輻射による加熱方式が用いられる。
【０００６】
リペアツール１２０は不図示のリペアマシンに取り付けられており上下の移動および所定の水平方向の移動が可能となっている。リペアツール１２０は図４に示すように半導体チップ１１２が収納可能な中空の空間を形成する外壁１２１と、外壁１２１に支持されている中央部の吸引ノズル１２２とを備え、吸引ノズル１２２は不図示の真空機構により接触した半導体チップ１１２の上面を吸着し、外部から導入された熱風が、外壁１２１と吸引ノズル１２２との間を経由してエア流出口１２３から噴出して半導体チップ１１２を上下、および側面から加熱する。裏側からのプレヒータ１３０の加熱も加わった加熱によって、ＢＧＡ型半導体チップ１１２とプリント配線基板１１３とを接合していたはんだが溶融すると、リペアツール１２０は吸引ノズル１２２で半導体チップ１１２を吸引して上昇し、所定の位置に移動させる。
【０００７】
代替の良品の半導体チップ１１２の取り付けは、良品の半導体チップ１１２を吸引ノズル１２２で吸着したリペアツール１２０がプリント配線基板１１３の所定の位置に下降し、外壁１２１と吸引ノズル１２２との間を経由してエア流出口１２３から噴出する熱風によって半導体チップ１１２を上、下および側面から加熱することにより下面のはんだを溶融させてプリント配線基板１１３の接点と接合させ、吸引ノズル１２２の真空を開放して、リペアツール１２０を退避させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この半導体チップのリペア方法は、ＢＧＡ型半導体チップがプリント配線基板の片面に実装された半導体パッケージを主な対象として開発されたものであり、ＢＧＡ型半導体チップが表裏の同位置若しくはその周辺に実装されたＢＧＡ型半導体チップの実装形態については考慮されていなかった。
【０００９】
そのため、両面実装型の半導体パッケージのリペアに使用した場合、基板の両面から対象の半導体チップを加熱することになるため、裏面に実装されている半導体チップのはんだ付け品質（浮き、脱落）低下の防止策が困難であるという問題点があった。
【００１０】
本発明の目的は、基板の両面に実装されたＢＧＡ型半導体チップであっても、反対面に実装されているＢＧＡ型半導体チップのはんだ付け品質を低下させないで効率的なリペアが可能な、半導体チップのリペア方法とリペアツールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体チップのリペア方法は、
ＢＧＡパッケージを有する半導体チップが基板の両面に複数搭載されている半導体パッケージの個々の半導体チップを交換するための半導体チップのリペア方法である。半導体パッケージの中の交換対象の半導体チップを、リペアツールを備えたリペアマシンの所定の位置に配置し、半導体チップが収納可能な空間を形成していてかつ隣接する半導体チップとの間に挿入可能な外壁と、空間の中央部に設けられて半導体チップを吸着可能な吸引ノズルと、空間の下部に設けられたヒートブロックとを備えたリペアマシンのリペアツールを、半導体チップの上に降下させて、吸引ノズルの吸着口を半導体チップの上面に接触させ、ヒートブロックに通電して半導体チップを上面から加熱するとともに、外壁とヒートブロックとの間の空間に熱風を送り込んでその半導体チップの側面と下面とを加熱し、その半導体チップと基板とを接合しているはんだが溶融したら、吸引ノズルを経由して真空吸引してその半導体チップをその吸引ノズルに吸着し、リペアマシンによって、リペアツールを介してその半導体チップを所定の場所に移動させ、真空吸引を解除してその半導体チップを開放し、所定の場所から代替の半導体チップをリペアツールで吸着して、基板の所定の位置に移動させ、そのリペアツールを降下させてその半導体チップを基板上の所定の位置に配置し、ヒートブロックに通電してその半導体チップを上面から加熱するとともに、外壁とヒートブロックとの間の空間に熱風を送り込んでその半導体チップの側面と下面とを加熱し、その半導体チップと基板とを接合させるためのはんだが溶融したら、吸引ノズルの真空吸引を解除してその半導体チップを開放し、リペアツールを所定の位置に移動させる半導体チップのリペア方法において、外壁とヒートブロックとの間に形成される空間は仕切板によってそのヒートブロックの下面で連通する２つの空間に分割されており、熱風による半導体チップの側面および下面の加熱時には、熱風はその半導体チップの下面および側面を経由して熱風の供給される１つの空間から排気の行われる他の空間に向かって流れることを特徴とする。
【００１２】
吸引ノズルが半導体チップの上面に接触するリペアツールの位置では、ヒートブロックの下面もその半導体チップの上面に接触してもよく、ヒートブロックの下面とその半導体チップの上面との間に所定の間隔が保持されていてもよい。
【００１４】
本発明の半導体チップのリペアツールは、
ＢＧＡパッケージを有する半導体チップが複数基板の両面に搭載されている半導体パッケージの個々の半導体チップを交換するために用いられる半導体チップのリペアツールである。半導体チップが収納可能な空間を形成していてかつ隣接する半導体チップとの間に挿入可能な外壁と、空間の中央部に設けられていて真空機構によって半導体チップを吸着可能な吸引ノズルと、空間の下部に設けられたヒートブロックとを備えていて、そのリペアツールを制御するリペアマシンに装着が可能であり、ヒートブロックは内部にカートリッジヒータと熱電対とを備え、カートリッジヒータと熱電対とはヒートブロック温度制御器に接続されて所定の温度での加熱が可能であり、外壁とヒートブロックとの間の空間には外部からの熱風の送り込みが可能であり、吸引ノズルが半導体チップを吸着可能な状態でヒートブロックと熱風とによる加熱によってその半導体チップと基板とを接合するはんだの溶融が可能である半導体チップのリペアツールにおいて、外壁とヒートブロックとの間に形成される空間は仕切板によってそのヒートブロックの下面で連通する２つの空間に分割されており、熱風による半導体チップの側面および下面の加熱時には、熱風はその半導体チップの下面および側面を経由して、熱風の供給される１つの空間から排気の行われる他の空間に向かって流れることが可能なことを特徴とする。
【００１５】
吸引ノズルの吸着面とヒートブロックの下面とが同一平面状にあってもよく、ヒートブロックの下面が吸引ノズルの吸着面より所定の間隔でリペア時の基板から離れる方向に下がった位置にあってもよい。
【００１７】
リペア作業時に基板の裏面の半導体チップ側からの加熱がないので両面ＢＧＡ実装形態の半導体パッケージの半導体チップのリペア作業時に、裏面に搭載される半導体チップに浮き、脱落の心配がなくなる。
【００１８】
さらに、ヒートブロックと熱風とを併用した加熱が行われるので、短時間に均一な温度での昇温が可能となり効率的な半導体チップのリペアが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の、不良の半導体チップを取り外して良品の半導体チップと交換するためのリペアツールを用いた修理方法を示す模式図であり、（ａ）は部分側面断面図、（ｂ）はツールを下側から見た下面図である。
【００２０】
半導体パッケージ１０には、１枚のプリント配線基板１３の両面に、複数のＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型半導体チップ１２が搭載されている。半導体パッケージ１０は、不図示の検査装置でそれぞれの半導体チップ１２が検査されて不良と判定された半導体チップ１２があった場合、不図示のリペアマシンのＸ−Ｙテーブルに固定されて、不良と判定された半導体チップ１２が、取り外しのためにリペアマシンのリペアツール２０の下側に位置決めされる。
【００２１】
リペアツール２０は不図示のリペアマシンに取り付けられており上下の移動および所定の水平方向の移動が可能となっている。リペアツール２０は図１に示されるように、半導体チップ１２が収納可能な空間を形成し、かつ隣接する半導体チップとの間に挿入可能な外壁２１と、下部に設けられたヒートブロック２４と、外壁２１に支持されてヒートブロック２４を貫通している中央部の吸引ノズル２２と、を備えている。吸引ノズル２２は接触した半導体チップ１２の上面を不図示の真空機構により吸着する。外壁２１とヒートブロック２４との間には外部から導入された熱風を噴出させるためのエア流出口２３が形成されている。
【００２２】
図２はヒートブロックを中心としたリペアツールとヒートブロックの温度制御機構を説明するための模式的ブロック図である。リペアツール２０の外壁２１で形成される空間内に固定されたヒートブロック２４は半導体チップ１２上にリペアツール２０が下降したときに、半導体チップ１２の上面に接触して半導体チップ１２を加熱する。このとき、外壁２１の下端は半導体チップ１２間の隙間に挿入され、外壁２１とヒートブロック２４との間に形成されたエア流出口２３から熱風が噴出して半導体チップ１１２の側面から下面に流れ、下面のボールとはんだとを加熱する。この熱風による加熱によって基板の加熱の均一化が助長される。ヒートブロック２４内にはカートリッジヒータ２５とシース型熱電対２６とが配設されており、シース型熱電対２６により検知された温度が所定の温度となるようにヒートブロック温度制御器３０よりカートリッジヒータ２５に所定の電流が供給される。加熱温度ははんだの液相温度を超えかつ半導体チップに悪影響を与えない２８０℃以下に設定することが望ましく、時系列的な制御を行ってもよい。
【００２３】
加熱によってＢＧＡ型半導体チップ１２のボールとプリント配線基板１３の接点とを接合していたはんだが溶融すると、リペアツール２０は吸引ノズル２２で半導体チップ１２を吸着して上昇し、所定の位置に移動させる。
【００２４】
代替の良品の半導体チップ１２の取り付けは、これと反対の動作で行われる。良品の半導体チップ１２を吸引ノズル２２で吸着したリペアツール２０がプリント配線基板１３の所定の位置に下降し、半導体チップ１２の上面に接触するヒートブロック２４による上面からの加熱と、エア流出口２３から噴出させる熱風による側面と下面との加熱により、半導体チップ１２の下面のはんだを溶融させて半導体チップ１２のボールとプリント配線基板１３の接点とを接合させ、吸引ノズル２２の真空を開放して、リペアツール２０を退避させる。
【００２５】
プリント配線基板１３の裏面に搭載されている半導体チップ１２に熱ストレスを掛けずに部品の取り外し、取り付けを行うことが可能となり、プリント配線基板１３の裏面に搭載されている半導体チップ１２の浮き、落下が防止される。
【００２６】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態ではヒートブロック２４と半導体チップ１２との関係が第１の実施の形態と異なるだけで他は第１に実施の形態と同じなので同じ部分についての説明は省略する。第１の実施の形態では、ヒートブロック２４を直接半導体チップ１２の上面に接触させて熱伝導により半導体チップ１２を加熱していたが、第２の実施の形態ではヒートブロック２４と半導体チップ１２の上面との間に隙間を設けヒートブロック２４からの輻射熱により半導体チップ１２の上面が加熱される。これにより、半導体チップ１２の上面の温度分布がより平均化される。
【００２７】
図３は本発明の第３の実施の形態の、不良の半導体チップを取り外して良品の半導体チップと交換するためのリペアツールの模式的部分断面斜視図である。第３の実施の形態ではエア供給口２３に仕切りを設けて熱風の流れを一定方向に規制した以外は第１の実施の形態と同じなので同じ部分についての説明は省略する。第１の実施の形態では、全体が一つの空間であったエア供給口２３に垂直仕切板７５、水平仕切板７６を設けて２つの空間に区画し、２つの空間のそれぞれに熱風流入口７７と排気口７８とを設けて熱風の流れ方向を一定にすることにより、半導体チップの底面を流れる熱風の流量を増加させ伝熱量を増加させた。これによって底面のはんだの溶融が促進される。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、両面ＢＧＡ実装形態の半導体パッケージの半導体チップのリペア作業時に、裏面に搭載される半導体チップの浮き、脱落の心配がなくなるという効果がある。これは、リペア作業時に基板の裏面の半導体チップ側からの加熱がないからである。
【００２９】
従って、基板の裏面に搭載されている半導体チップの部品手配が不要となる。
【００３０】
また、基板や搭載されている部品に過度の熱ストレスを掛けずに済むという効果がある。
【００３１】
さらに、ヒートブロックと熱風とを併用した加熱が行われるので、短時間に均一な温度での昇温が可能となり効率的な半導体チップのリペアが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の、不良の半導体チップを取り外して良品の半導体チップと交換するためのリペアツールを用いた修理方法を示す模式図である。（ａ）は部分側面断面図である。
（ｂ）はツールを下側から見た下面図である。
【図２】ヒートブロックを中心としたリペアツールとヒートブロックの温度制御機構を説明するための模式的ブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の、リペアツールの模式的部分断面斜視図である。
【図４】従来のリペアツールを用いた修理方法を示す模式図である。
（ａ）は部分側面断面図である。
（ｂ）はツールを下側から見た下面図である。
【符号の説明】
１０，１１０    半導体パッケージ
１２，６２、１１２    ＢＧＡ型半導体チップ
１３，１１３    プリント配線基板
２０，１２０    リペアツール
２１、７１、１２１    外壁
２２，７２、１２２    吸引ノズル
２３，７３、１２３    エア流出口
２４，７４    ヒートブロック
２５    カートリッジヒータ
２６    シース型熱伝対
２７    ケーブル
３０    ヒートブロック温度制御器
７５    垂直仕切板
７６    水平仕切板
７７    熱風流入口
７８    排気口
【図１】
0003611035.tif 000002
【図２】
0003611035.tif 000003
【図３】
0003611035.tif 000004
【図４】
0003611035.tif 000005