(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
半導体パッケージと、
前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続するはんだ接合部と、
前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され、前記はんだ接合部が通る穴を有し、前記穴は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分の前記はんだ接合部よりも細く形成されており、前記半導体パッケージ側で広くなるテーパ状に形成されている、板状部材と、
前記半導体パッケージと前記板状部材とを結合する結合機構と、
を有する半導体装置。
【請求項２】
回路基板と、半導体パッケージと、前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続するはんだ接合部と、前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され、前記はんだ接合部が通る穴を有し、前記穴は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分の前記はんだ接合部よりも細く形成されており、前記半導体パッケージ側で広くなるテーパ状に形成されている、板状部材と、を有する半導体装置を準備する工程と、
結合機構により、前記半導体パッケージと前記板状部材とを結合し、前記半導体パッケージに対して前記板状部材の位置を固定する工程と、
前記はんだ接合部を加熱して溶融させる工程と、
前記半導体パッケージと前記板状部材とを前記回路基板から取り外し、前記はんだ接合部のはんだを、前記板状部材を挟んで前記回路基板側部分と前記半導体パッケージ側部分とに分離する工程と
を有する半導体装置の再生方法。
【請求項３】
さらに、
前記回路基板と、はんだボール電極が形成された他の半導体パッケージと、前記回路基板と前記他の半導体パッケージとの間に配置され穴を有する板状部材とを、前記回路基板の電極の位置と前記他の半導体パッケージの前記はんだボール電極の位置と前記板状部材の前記穴の位置とが合うように、位置合わせする工程と、
前記はんだボール電極を加熱し溶融させることにより、前記穴を通って前記回路基板と前記他の半導体パッケージとを電気的に接続し、前記穴の最も狭い部分に対し前記他の半導体パッケージ側に配置された部分が、前記穴の最も狭い部分よりも太いはんだ接合部を形成する工程と
を有する請求項２に記載の半導体装置の再生方法。
【請求項４】
回路基板と、はんだボール電極の形成された半導体パッケージと、前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され、前記半導体パッケージ側で広くなるテーパ形状の穴を有する板状部材とを、前記回路基板の電極の位置と前記半導体パッケージの前記はんだボール電極の位置と前記板状部材の前記穴の位置とが合うように、位置合わせする工程と、
前記はんだボール電極を加熱し溶融させることにより、前記穴を通って前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続し、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分が、前記穴の最も狭い部分よりも太いはんだ接合部を形成する工程と、
結合機構により、前記半導体パッケージと前記板状部材とを結合する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体装置の再生方法、および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーバ・パソコンなどは高速・高性能化に向けて著しい発展を遂げている。コンピュータの心臓部でもあるＣＰＵ部品もその性能アップを図るため、ＬＳＩチップの大型化が進んでおり、大型のＬＳＩのベアチップを搭載する半導体パッケージも大型化している。半導体パッケージを回路基板（システムボード）に実装するため、予め電極上にはんだによるボール電極を形成したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）を用いて接合する技術が用いられている。  
【０００３】
回路基板に実装した半導体パッケージが何らかの理由で故障した場合、故障した半導体パッケージを交換することとなる。回路基板から電子部品を取り外す種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６４９２６号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一目的は、回路基板から半導体パッケージを取り外した後、半導体パッケージの再取り付けが容易である半導体装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、半導体パッケージの再取り付けが容易な、半導体装置の再生方法、半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、回路基板と、 半導体パッケージと、前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続するはんだ接合部と、前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され、前記はんだ接合部が通る穴を有し、前記穴は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分の前記はんだ接合部よりも細く形成されており、前記半導体パッケージ側で広くなるテーパ状に形成されている、板状部材と、前記半導体パッケージと前記板状部材とを結合する結合機構と、を有する半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
半導体パッケージとともに板状部材を取り外すことにより、回路基板上に残るはんだ量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施例による半導体パッケージを示す概略平面図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｅは、第１実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な斜視図であり、図２Ｆは、図２Ｅに対応する半導体装置の模式的な断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、第１実施例による半導体パッケージの取り外し方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図４】図４は、スペーサの配置例を示す模式的な平面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、第１実施例によるはんだ分離工程を示す模式的な断面図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、第１実施例による半導体パッケージの再取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、第１実施例の第１変形例による半導体パッケージの取り外し方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、第１実施例の第２変形例による半導体パッケージの取り外し方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図９】図９は、第２実施例による半導体装置を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｈは、第２実施例の除去板を形成するための穴形成方法例を示す概略断面図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｄは、第３実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図１２】図１２Ａおよび図１２Ｂは、第４実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、第５実施例による半導体装置を示す模式的な断面図である。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｈは、第５実施例の除去板を形成するための穴形成方法例を示す概略断面図である。
【図１５】図１５Ａおよび図１５Ｂは、第６実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【図１６】図１６Ａおよび図１６Ｂは、比較例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の概略断面図である。
【図１７】図１７Ａ〜図１７Ｆは、比較例による半導体パッケージの取り外し方法の主要工程を示す半導体装置の概略断面図である。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｄは、比較例による半導体パッケージの再取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例による半導体装置の製造方法および再生方法について説明する前に、比較例による半導体装置の製造方法および再生方法について説明する。図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７Ａ〜図１７Ｆ、図１８Ａ〜図１８Ｄは、比較例による半導体装置の模式的な断面図である。
【００１１】
まず、比較例による半導体パッケージの実装方法について説明する。
【００１２】
図１６Ａを参照する。回路基板１０１の電極１０２上に、はんだペースト１０３が印刷されている。半導体パッケージ１０４の電極１０５上にはんだバンプが形成されて、ボール電極１０６が形成されている。半導体パッケージ１０４は、インターポーザ１０８に接続された半導体チップ１０９を含む。電極１０２とボール電極１０６とを位置合わせして、回路基板１０１と半導体パッケージ１０４とを対向配置する。
【００１３】
図１６Ｂを参照する。ボール電極１０６およびはんだペースト１０３を加熱、溶融させて、回路基板１０１と半導体パッケージ１０４とを電気的に接続するはんだ接合部１０７を形成する。このようにして、回路基板１０１に半導体パッケージ１０４が接合される。回路基板１０１には、図示の半導体パッケージ１０４の他に、他の半導体パッケージも接合される。
【００１４】
半導体パッケージは、電子部品である以上、実装時の熱履歴や運搬中の振動、稼動中のマイグレーション等に起因して、故障する可能性がある。半導体パッケージが故障した際、回路基板そのものを交換してしまえば済むものの、通常の回路基板には高価な半導体パッケージが複数搭載されているケースが多く、回路基板全体を交換するのは現実的でない。そこで、故障した半導体パッケージのみを交換する技術が望まれる。
【００１５】
次に、比較例による半導体パッケージの取り外し方法について説明する。
【００１６】
図１７Ａを参照する。図１７Ａは、半導体パッケージ１０４が何らかの理由で故障し、交換が必要となっている状態を示す。
【００１７】
図１７Ｂを参照する。故障した半導体パッケージ１０４に、真空チャック機構付きのヒーターブロック１２１を密着させ、はんだ接合部１０７を加熱、溶融させる。そして、ヒーターブロック１２１を引き上げることにより、回路基板１０１から、故障した半導体パッケージ１０４を取り外す。なお、例えば熱風によりはんだ接合部１０７を加熱、溶融させることもできる。
【００１８】
図１７Ｃを参照する。図１７Ｃは、半導体パッケージ１０４の取り外しにより、回路基板１０１側と半導体パッケージ１０４側とに分離されたはんだ部分１０７ａ、１０７ｂを示す。各電極のはんだ接合部１０７が任意の場所で分離するため、はんだ部分１０７ａ、１０７ｂの体積は、電極ごとにばらつく。
【００１９】
図１７Ｄを参照する。ヒーターブロック１２１に取り付けられたウィック１２２を、回路基板１０１上に配置する。
【００２０】
図１７Ｅを参照する。回路基板１０１上に残されたはんだ部分１０７ａを加熱、溶融し、ウィック１２２に吸着させて除去する。
【００２１】
図１７Ｆを参照する。はんだ除去により、回路基板１０１の各電極１０２上に残存するはんだ量は、均一化されている。その後、回路基板１０１上に、新たな半導体パッケージ１０４が実装される。
【００２２】
図１７Ｃに示したような、回路基板１０１の各電極１０２におけるはんだ量がばらついた状態のまま、再び半導体パッケージが接続されると、はんだ接合部ごとのはんだ量がばらつく。これに起因して、例えば、隣接するはんだ接合部が一体化しブリッジ（ショート不良）を起こしたり、金属疲労が生じやすくなったりする。
【００２３】
比較例による半導体パッケージ取り外し方法では、例えばウィックによるはんだ除去により、回路基板の各電極上におけるはんだ量均一化が図られる。これにより、はんだ量ばらつきに起因する不具合は抑制される。しかし、はんだ除去に伴う加熱に起因して、回路基板や、交換する半導体パッケージ周辺に配置された他の半導体パッケージ等もある程度加熱されることになり、部品そのものが損傷を受けたり、はんだ接合部が余計な拡散を起こして剥離したりする悪影響が懸念される。
【００２４】
次に、比較例による半導体パッケージの再取り付け方法について説明する。
【００２５】
図１８Ａを参照する。回路基板１０１上に、電極１０２上に開口を有するメタルマスク１３１を配置する。はんだペースト１０３をスキージ１３２でメタルマスク１３１の開口中に充填することにより、はんだペースト１０３を印刷する。
【００２６】
図１８Ｂを参照する。図１８Ｂは、電極１０２上にはんだペースト１０３が印刷された状態を示す。
【００２７】
図１８Ｃを参照する。回路基板１０１と、ボール電極１０６が形成された新たな半導体パッケージ１０４とを位置合わせする。
【００２８】
図１８Ｄを参照する。ボール電極１０６およびはんだペースト１０３を加熱、溶融させ、はんだ接合部１０７を形成して、回路基板１０１に半導体パッケージ１０４を接合する。以上のようにして、比較例の方法による半導体パッケージ１０４の交換が行われる。
【００２９】
次に、第１実施例による半導体装置の製造方法および再生方法について説明する。まず、本実施例に用いる半導体パッケージと回路基板とについて説明する。
【００３０】
図１は、本実施例による半導体パッケージのインターポーザの電極パターンを示す概略平面図である。半導体パッケージ４に、電極５が行列状に形成されている。半導体パッケージ４は、例えば、寸法が４２ｍｍ□で、ガラスセラミック系材料で形成されている。電極５は、例えば、各電極５の寸法がφ０．６ｍｍで、４０行×４０列に１６００個、１ｍｍピッチで配置されており、ＮｉとＡｕメッキの施されたＣｕ電極である。電極５上に、φ０．６ｍｍのＳｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（ＳＡＣ）はんだのボールを載せて加熱することで、ボール電極を形成する。
【００３１】
回路基板は、例えば、寸法が１１０ｍｍ□、厚さが４ｍｍで、ガラスエポキシで形成されており、中央部に、半導体パッケージと同様のパターンで電極が形成されている。回路基板の電極材料は、例えばＣｕである。
【００３２】
次に、第１実施例による半導体パッケージの取り付け方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、第１実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な斜視図である。図２Ｆは、図２Ｅに対応する半導体装置の模式的な断面図である。
【００３３】
図２Ａを参照する。回路基板１を準備する。
【００３４】
図２Ｂを参照する、回路基板１の電極２上に、ＳＡＣのはんだペースト３を印刷する。
【００３５】
図２Ｃを参照する。回路基板１上に、絶縁性の除去板１１を載せる。除去板１１は、半導体パッケージ４の電極パターンと同様なパターンで配列された穴１２を有する。複数の穴１２は、等しい径に形成されている。第１実施例の除去板１１は、厚さ方向について穴１２の径が一定である。穴１２を回路基板１の電極２と位置合わせして、除去板１１を回路基板１上に配置する。第１実施例では、各穴１２の径が、回路基板１の各電極２の径とほぼ等しく、電極２が穴１２内に入り込むようにして、除去板１１が配置される。
【００３６】
除去板１１は、例えば、寸法が５０ｍｍ□、厚さが０．１ｍｍで、コバール製である。ただし、コバールはそのままでは導電性のため、例えば、フッ素系樹脂のコーティング剤を用いて表面に厚さ１０μｍ程度の絶縁膜を形成している。なお、除去板１１の材料としては、（表面に絶縁膜を形成した）金属に限らず、その他例えば、ガラス、セラミック、樹脂、または、これらの複合材等を用いることもできよう。
【００３７】
除去板１１は、温度変化に起因する穴１２の大きさや形状の変化が小さいことや、剛性が大きいこと（たわみにくいこと）が望ましい。厚さなどにより、剛性などを調整することができる。
【００３８】
図２Ｄを参照する。電極５上にはんだボール電極６の形成された半導体パッケージ４が、除去板１１の載置された回路基板１上に位置合わせされる。
【００３９】
図２Ｅおよび図２Ｆを参照する。ボール電極６およびはんだペースト３を加熱、溶融させ、はんだ接合部７を形成して、回路基板１に半導体パッケージ４を接合する。接合は、例えば、最高温度２３５℃の窒素雰囲気のリフロー炉で行われる。このようにして、第１実施例の半導体装置が形成され、製品として使用される。
【００４０】
図２Ｆに示すように、本実施例のはんだ接合部７は、中央部が膨らんだ太鼓形状（樽形状）となっている。除去板１１は、はんだ接合部７の中央部より回路基板１側に配置されており、穴１２は、はんだ接合部７の中央部の最も太い部分よりも細い。
【００４１】
なお、説明の煩雑さを避けるため、穴１２に対し半導体パッケージ４側に配置された部分の、はんだ接合部７の最も太い部分が、穴１２よりも太いことを、単に、穴１２に対し半導体パッケージ４側に配置された部分のはんだ接合部７が穴１２よりも太い、と表現することがある。
【００４２】
このように、本実施例による半導体装置は、回路基板１と半導体パッケージ４との間に除去板１１が配置されており、除去板１１の穴１２を、はんだ接合部７が通ることにより、半導体装置に除去板１１が保持されている。
【００４３】
なお、図２Ｆに示す例では、はんだ接合部７自体が除去板１１を表から裏まで突き抜けている配置ではないが、回路基板１と半導体パッケージ４との電気的接合部としては、除去板１１の穴１２を貫通している。後述の第３実施例等とまとめた説明とするため、このような場合も含めて、「穴１２をはんだ接合部７が通る」と捉えることとする。
【００４４】
次に、第１実施例による半導体パッケージの取り外し方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、第１実施例による半導体パッケージの取り外し方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【００４５】
図３Ａを参照する。図３Ａは、使用中に半導体パッケージ４が何らかの理由で故障し、交換が必要となっている状態を示す。
【００４６】
図３Ｂを参照する。除去板１１を、例えば以下のようにして、半導体パッケージ４に結合する。回路基板１と半導体パッケージ４との対向面間の距離は、例えば約０．７ｍｍである。除去板１１の厚さは例えば０．１ｍｍであり、除去板１１と半導体パッケージ４との対向面間の距離は、例えば約０．６ｍｍである。
【００４７】
例えば、厚さ０．５ｍｍの金属製スペーサ２１を用意し、スペーサ２１の上下に接着剤２２を塗布する。接着層２２の塗布の厚さは、例えば上下とも１００μｍ程度である。接着材２２が塗布されたスペーサ２１を、除去板１１と半導体パッケージ４との間に挿入して、例えば１３５℃で約５分、接着剤２２が硬化するまで待つ。
【００４８】
図４は、スペーサ２１の配置例を示す模式的な平面図である。この例では、半導体パッケージ４の各辺の中央部に、計４個のスペーサ２１が配置されている。
【００４９】
図３Ｃを参照する。半導体パッケージ４に、真空チャック機構付きのヒーターブロック２３を密着させ、はんだ接合部７を加熱、溶融させる。例えばＳＡＣはんだによるはんだ接合部７の溶融温度は、２２０℃である。そして、ヒーターブロック２３を引き上げることにより、回路基板１から半導体パッケージ４を取り外す。半導体パッケージ４とともに、結合された除去板１１も取り外される。
【００５０】
なお、本実施例では、半導体パッケージを取り外す際の加熱方式を、ヒーターブロックを半導体パッケージに密着させて、はんだ接合部を加熱する方法としているが、はんだ接合部が溶融する温度まで加熱できれば、その方法は問わない。
【００５１】
なお、スペーサ２１の配置は、図４に示したような半導体パッケージ４の辺の中央に限られず、例えば角部でもよい。また、配置箇所は、４箇所に限られず、半導体パッケージ４の全周に亘って配置することもできる。向かい合う２箇所以上であれば、半導体パッケージ４と除去板１１との一体的な引き上げが容易である。
【００５２】
半導体パッケージ４と除去板１１とを接着する接着剤２２は、はんだ接合部７の加熱、溶融時の高温下で接着力が保持されるものであれば、種類等は問わない。例えば、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系、セラミック系等の接着剤を用いることができる。
【００５３】
図３Ｄを参照する。はんだ接合部７のはんだは、除去板１１の取り外しにより、除去板１１を挟んで回路基板側部分７ａと半導体パッケージ側部分７ｂとに分離される。
【００５４】
除去板取り外しによるはんだ接合部分離の仕組みについて、さらに説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、第１実施例の半導体装置の模式的な断面図である。
【００５５】
図５Ａを参照する。図５Ａは、はんだ接合部７が溶融され、半導体パッケージ４および除去板１１の引き上げが開始された時点を示す。はんだ接合部７の全体に、丸くなろうとするように表面張力が働いている。表面張力を矢印で示す。除去板１１と半導体パッケージ４との結合態様は、後に変形例を示すように、上述の態様（スペーサ２１および接着剤２２によるもの）に限らない。半導体パッケージ４と除去板１１との結合部分を、図５Ａでは結合部ＣＮと示す。
【００５６】
図５Ｂを参照する。図５Ｂは、引き上げがやや進んだ状態を示す。はんだ接合部７の除去板１１より上側部分は、除去板１１の穴１２より太くなっているので穴１２を通り抜けにくく、除去板１１の引き上げにより、回路基板１の電極２の近傍で、はんだ接合部７にくびれが生じる。くびれの下側（回路基板側）部分と、上側（半導体パッケージ側）部分の双方に、丸くなろうとする表面張力が働く。
【００５７】
図５Ｃを参照する。図５Ｃは、引き上げがさらに進み、はんだ接合部７が分離された状態を示す。はんだ接合部７は、除去板１１を挟んで、回路基板１上に残った部分７ａと、半導体パッケージ４上に残った部分７ｂとに分離される。回路基板１側に残されるはんだ部分７ａの量は、はんだの表面張力や穴１２の大きさ等で調整することができる。図５Ｃに示す例では、大部分のはんだが半導体パッケージ４側に分離され、はんだ部分７ｂが、大きさの揃ったボール電極形状になっている。
【００５８】
なお、「除去板１１を挟んで分離」とは、除去板１１に対し厳密に回路基板１側、半導体パッケージ４側に分離されるという意味ではなく、穴１２を有する除去板１１の作用によって、はんだ接合部７が除去板１１に対しおおよそ回路基板１側と半導体パッケージ４側とに分離されるという意味である。
【００５９】
このように、除去板１１の穴１２が、穴１２に対し半導体パッケージ４側に配置された部分のはんだ接合部７よりも細く形成されていることにより、回路基板１側に残されるはんだ７ａの量を制御して、はんだ接合部７を回路基板側部分７ａと半導体パッケージ側部分７ｂとに分離することができる。これにより、比較例と比べて、回路基板１上に残されるはんだ７ａの量を均一化することができる。
【００６０】
従って、後の半導体パッケージ再取り付けに先立ち、比較例で説明したような、回路基板上のはんだ量をウィック等で均一化する工程を省くことができる。つまり、回路基板上のはんだ量の均一化工程（余分なはんだを除去する工程）における加熱を省くことができる。
【００６１】
次に、第１実施例による半導体パッケージの再取り付け方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、第１実施例による半導体パッケージの再取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【００６２】
図６Ａを参照する。回路基板１に、新たな除去板１１を載置する。なお、取り外した除去板１１を再生して、再び用いることもできる。
【００６３】
図６Ｂを参照する。回路基板１上に残されたはんだ７ａの表面に、はんだ接合を促進するためのフラックス８を塗布する。なお、フラックス８の塗布後に除去板１１を載置する手順としてもよい。次に、はんだボール電極６の形成された新たな（つまり、取り外された半導体パッケージ４と同品種で故障していない）半導体パッケージ４を位置合わせして載せる。
【００６４】
図６Ｃを参照する。ヒーターブロック２３で半導体パッケージ４を加熱することにより、ボール電極６およびはんだ７ａを溶融させて、はんだ接合部７を形成する。このようにして、半導体パッケージの再取り付けが行われる。
【００６５】
本実施例では、故障した半導体パッケージ４の取り外しにおいて、回路基板１の電極２上に、適当な量のはんだ７ａを残しておくことができる。これにより、半導体パッケージ４の再取り付けにおいて、電極２上にはんだペーストを追加する工程を省くことができる。
【００６６】
半導体パッケージ４の故障が再び発生したら、再び、半導体パッケージ４とともに除去板１１を取り外すことにより、はんだ接合部７を分離することができる。
【００６７】
次に、第１実施例による半導体パッケージ取り外し方法の変形例について説明する。図７Ａ、図７Ｂおよび図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ、第１変形例および第２変形例による半導体パッケージの取り外し方法の主要工程を示す、半導体装置の模式的な断面図である。
【００６８】
まず、第１変形例について説明する。使用中に半導体パッケージ４が何らかの理由で故障し、交換が必要となる（図３Ａ参照）。
【００６９】
図７Ａを参照する。第１変形例は、第１実施例と、除去板１１と半導体パッケージ４との結合方法が異なる。第１変形例では、除去板１１と半導体パッケージ４を、接着剤２４のみで（他のスペーサ部材を用いずに）結合する。接着剤２４は、第１実施例と同様に、はんだ溶融時の高温下で接着力の保持されるものであれば、種類は問わない。ただし、接着剤２４自体をスペーサ的に用いるので、粘度の高い接着剤を用いることが好ましい。例えば、エポキシ系接着剤を用いる。接着剤２４の配置態様は、第１実施例のスペーサ２１の配置態様と同様に、例えば図４に示したようなものとすることができ、また、これに限られない。
【００７０】
その後、第１実施例と同様に、半導体パッケージ４に取り付けたヒーターブロック２３により、はんだ接合部７を加熱、溶融させ、ヒーターブロック２３を引き上げることにより、回路基板１から半導体パッケージ４と除去板１１とを一体的に取り外す。
【００７１】
図７Ｂを参照する。除去板１１の取り外しにより、第１実施例と同様に、はんだ接合部７は、除去板１１を挟んで回路基板側部分７ａと半導体パッケージ側部分７ｂとに分離される。
【００７２】
次に、第２変形例について説明する。使用中に半導体パッケージ４が何らかの理由で故障し、交換が必要となる（図３Ａ参照）。
【００７３】
図８Ａを参照する。第２変形例では、除去板１１と半導体パッケージ４を、コの字型のクリップ２５で結合する。クリップ２５は、除去板１１の下面と半導体パッケージ４の上面とを挟み込む。クリップ２５は、例えば厚さ０．１ｍｍの薄板で形成される。除去板１１は、例えば厚さ０．１ｍｍの薄板であり、また、回路基板１の面上に固定されてもおらず、ピンセットなどで持ち上げることで隙間を作り、クリップ２５を取り付けることができる。
【００７４】
クリップ２５の配置態様は、第１実施例のスペーサ２１の配置態様と同様に、例えば図４に示したようなものとすることができ、また、これに限られない。なお、必要に応じて、クリップ２５で固定を行った箇所の半導体パッケージ４と除去板１１の間に、間隔を保持するためのスペーサを入れることも可能である。
【００７５】
その後、第１実施例と同様に、半導体パッケージ４に取り付けたヒーターブロック２３ではんだ接合部７を加熱、溶融させ、ヒーターブロック２３を引き上げることにより、回路基板１から半導体パッケージ４と除去板１１とを一体的に取り外す。
【００７６】
図８Ｂを参照する。除去板１１の取り外しにより、第１実施例と同様に、はんだ接合部７は、除去板１１を挟んで回路基板側部分７ａと半導体パッケージ側部分７ｂとに分離される。
【００７７】
次に、第２実施例による半導体装置について説明する。第２実施例は、第１実施例と除去板の形状が異なる。
【００７８】
図９は、第２実施例による半導体装置を示す模式的な断面図である。特にはんだ接合部７の近傍を示す。回路基板１と半導体パッケージ４とが、太鼓形状のはんだ接合部７を介して接合されている。
【００７９】
第１実施例の除去板１１は、厚さ方向で穴１２の径が一定であった。第２実施例の除去板１１は、穴１２の径が、回路基板１側から半導体パッケージ４側に向かって拡がるような片側テーパを有し、第１実施例の除去板１１より厚く（例えば厚さ０．３ｍｍに）形成されている。
【００８０】
穴１２のテーパは、はんだ接合部７の形状に沿う形になっている。これにより、除去板１１がはんだ接合部７に触れはんだ接合部７が傷つくことを抑制して、除去板１１を厚くしやすい。除去板１１が厚くなることにより、除去板１１の剛性が増し、たわみが小さくなるので、半導体パッケージ４と除去板１１との間隔の均一性を向上させることができる。これにより、除去板１１の取り外しにより回路基板１に残るはんだ量の、電極２ごとのばらつき低下が図られる。
【００８１】
図９に示す例では、はんだ接合部７の最も太い部分（中央部）に対し、穴１２の、半導体パッケージ４側の開口１２ｂは広く、回路基板１側の開口１２ａは狭い。除去板１１を取り外すとき、狭い開口１２ａ近傍部分が、はんだ接合部７を半導体パッケージ４側に掻き取るようにして、はんだ接合部７が分離される。
【００８２】
除去板１１の穴１２がテーパ形状を有し、穴１２の太さが厚さ方向に変化するときも含めると、除去板１１の働きは以下のように言い直すことができる。穴１２の最も狭い部分に対し半導体パッケージ４側に配置された部分のはんだ接合部７よりも、穴１２（の最も狭い部分）が細く形成されていることにより、除去板１１によりはんだ接合部７を分離することができる。
【００８３】
図１０Ａ〜図１０Ｈは、第２実施例の除去板１１を形成するための穴形成方法例を示す概略断面図である。図１０Ａ〜図１０Ｄは第１の方法を示し、図１０Ｅ〜図１０Ｈは第２の方法を示す。
【００８４】
図１０Ａを参照する。第１の穴形成方法は、まず、金属板（例えばコバール板）３１を用意する。板３１の、穴１２の広い開口側の面上（回路基板上への載置時に半導体パッケージ側となる面上）に、穴１２の開口部を露出するレジストパターン３２を形成する。
【００８５】
図１０Ｂを参照する。レジストパターン３２をマスクとし、エッチング液３３（例えば塩化第二鉄を主成分とするエッチング液）を用いて、レジスト形成された片面側から板３１をエッチングする。
【００８６】
図１０Ｃを参照する。穴中央部付近は、レジストマスク３２の影響が比較的小さくエッチング液３３が供給されやすいためエッチング速度が速く、これに対し穴外周部は、レジストマスク３２の影響が比較的大きくエッチング液３３が供給されにくいためエッチング速度が遅くなる。
【００８７】
図１０Ｄを参照する。上述のようなエッチングにより、片側テーパを有する穴１２が形成される。その後、レジストパターン３２が除去される。
【００８８】
図１０Ｅを参照する。第２の穴形成方法は、まず、金属板（例えばコバール板）３１を用意する。
【００８９】
図１０Ｆ〜図１０Ｈを参照する。ドリル３４により、板３１に一方の表面側から穴を開け、ドリル３４の先端部分に沿った片側テーパ形状の穴１２を形成することができる。穴１２の形状は、ドリル３４の先端形状により調整できる。
【００９０】
第１の方法または第２の方法で得られた、穴１２の形成された板３１は、さらに、表面が絶縁処理される。例えば、強制的に酸化膜を形成する方法や、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂などをディップコーティングする方法などにより、絶縁膜を形成することができる。このようにして、除去板１１が形成される。
【００９１】
次に、第３実施例による半導体装置について説明する。第３実施例は、第１実施例と除去板の穴径が異なり、これに伴いはんだ接合部の形状も異なる。
【００９２】
第３実施例による半導体パッケージの取り付け方法について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｄは、第３実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【００９３】
図１１Ａを参照する。回路基板１上に、電極２上に開口を有するメタルマスク４１を配置する。はんだペースト３をスキージ４２でメタルマスク４１の開口中に充填することにより、はんだペースト３を印刷する。
【００９４】
図１１Ｂを参照する。図１１Ｂは、電極２上にはんだペースト３が印刷された状態を示す。
【００９５】
図１１Ｃを参照する。回路基板１上に、電極２と穴１２とを位置合わせして、除去板１１を載せる。第３実施例の除去板１１は、穴１２の径が、電極２の径よりも細い。例えば、電極２の径０．６ｍｍに対し、穴１２の径は０．４ｍｍである。従って、第３実施例では、電極２の上方に除去板１１が配置される。除去板１１の載置された回路基板１上に、はんだボール電極６の形成された半導体パッケージ４が位置合わせされる。
【００９６】
図１１Ｄを参照する。ボール電極６およびはんだペースト３を加熱、溶融させ、はんだ接合部７を形成して、回路基板１に半導体パッケージ４を接合する。第３実施例のはんだ接合部７は、回路基板１の電極２上部分から太さが絞られて除去板１１の穴１２を通り、穴１２より半導体パッケージ４側部分で再び拡がり、半導体パッケージ４側部分では、中間の高さが最も太い太鼓形状となっている。第３実施例においても、除去板１１の取り外しにより、はんだ接合部７を分離することができ、回路基板１側に残るはんだ部分７ａの量を制御することができる。
【００９７】
次に、第４実施例による半導体装置について説明する。第４実施例は、第３実施例と同様に、回路基板の電極径より除去板の穴径を細くしたものであるが、第３実施例とはんだ接合部形状が異なる。
【００９８】
第４実施例による半導体パッケージの取り付け方法について説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、第４実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【００９９】
まず、第３実施例と同様にして、回路基板１の電極２上にはんだペースト３を印刷する（図１１Ａおよび図１１Ｂ参照）。
【０１００】
図１２Ａを参照する。第３実施例と同様にして、穴１２の径が電極２の径よりも細い除去板１１が、回路基板１の電極２上方に載置される。例えば、電極２の径０．６ｍｍに対し、穴１２の径は０．４ｍｍである。除去板１１の載置された回路基板１上に、はんだボール電極６の形成された半導体パッケージ４が位置合わせされる。第４実施例では、回路基板１と半導体パッケージ４との間に、例えば高さ０．６ｍｍのスペーサ５１を挟む。
【０１０１】
図１２Ｂを参照する。ボール電極６およびはんだペースト３を加熱、溶融させ、はんだ接合部７を形成して、回路基板１に半導体パッケージ４を接合する。第４実施例では、スペーサ５１により、はんだ接合部７形成時における半導体パッケージ４の自重による沈み込みを抑制して、中央部が絞られた小鼓形状（糸巻形状）のはんだ接合部７を形成している。なお、小鼓形状のはんだ接合部７は、回路基板１と半導体パッケージ４との熱膨張差により発生する応力を緩和することができる。
【０１０２】
除去板１１は、はんだ接合部７の中央部のくびれた部分で保持される。第４実施例においても、除去板１１の取り外しにより、はんだ接合部７を分離することができ、回路基板１側に残るはんだ部分７ａの量を制御することができる。
【０１０３】
次に、第５実施例による半導体装置について説明する。第２実施例では、片側テーパを施した穴を有する除去板を用いたが、第５実施例では、両側テーパを施した穴を有する除去板を用いる。
【０１０４】
図１３は、第５実施例による半導体装置を示す模式的な断面図である。特にはんだ接合部７の近傍を示す。除去板１１は、穴１２が厚さ方向中央部で最も細く、穴径が厚さ方向中央部から回路基板１側に向かって拡がるとともに、半導体パッケージ４側に向かって拡がる両側テーパが形成されている。除去板１１の厚さは、例えば０．３ｍｍである。穴１２の厚さ方向中央の狭い部分が、太鼓形状のはんだ接合部７に入り込んだ配置となっている。
【０１０５】
穴１２の厚さ方向中央の狭い部分が、はんだ接合部７に入り込む形状となっていることにより、除去板１１の取り外し時に、はんだ接合部７の分離箇所が明確になり、回路基板１側に残るはんだ量をより均一にすることができる。
【０１０６】
図１４Ａ〜図１４Ｈは、第５実施例の除去板１１を形成するための穴形成方法例を示す概略断面図である。図１４Ａ〜図１４Ｄは第１の方法を示し、図１４Ｅ〜図１４Ｈは第２の方法を示す。
【０１０７】
図１４Ａを参照する。第１の穴形成方法は、まず、金属板（例えばコバール板）６１を用意する。板６１の両面上に、穴１２の開口部を露出するレジストパターン６２を形成する。
【０１０８】
図１４Ｂを参照する。レジストパターン６２をマスクとし、エッチング液６３（例えば塩化第二鉄を主成分とするエッチング液）を用いて、両面側から板６１をエッチングする。
【０１０９】
図１４Ｃを参照する。第２実施例の除去板１１の形成工程と同様に、レジストマスク６２の影響により、開口の中央部で深く、外周部で浅いエッチングが行われる。
【０１１０】
図１４Ｄを参照する。エッチングで板６１を貫通させることにより、両側テーパを有する穴１２が形成される。その後、レジストパターン６２が除去される。
【０１１１】
図１４Ｅを参照する。第２の穴形成方法は、まず、金属板（例えばコバール板）６１を用意する。
【０１１２】
図１４Ｆ〜図１４Ｈを参照する。ドリル６４により、板６１に一方の表面側から穴を開け、ドリル６４の先端部分に沿った片側テーパ形状の穴を形成する。さらに他方の表面側から同様にして穴を開けて、両側テーパ形状の穴１２を形成することができる。穴１２の形状は、ドリル６４の先端形状により調整できる。
【０１１３】
第１の方法または第２の方法で得られた、穴１２の形成された板６１は、さらに、表面が絶縁処理される。例えば、強制的に酸化膜を形成する方法や、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂などをディップコーティングする方法などにより、絶縁膜を形成することができる。このようにして、除去板１１が形成される。
【０１１４】
次に、第６実施例による半導体装置について説明する。第６実施例では、複数枚の除去板が用いられる。例えば、第１実施例と同様な（穴径が回路基板の電極径とほぼ等しい）除去板を、複数枚用いる場合について説明する。
【０１１５】
第６実施例による半導体パッケージの取り付け方法について説明する。図１５Ａおよび図１５Ｂは、第６実施例による半導体パッケージの取り付け方法の主要工程を示す半導体装置の模式的な断面図である。
【０１１６】
まず、第３実施例と同様にして、回路基板１の電極２上にはんだペースト３を印刷する（図１１Ａおよび図１１Ｂ参照）。
【０１１７】
図１５Ａを参照する。回路基板１上に、電極２と穴１２とを位置合わせして、例えば３枚の除去板１１Ａ〜１１Ｃを重ねて載せる。なお、除去板１１の枚数は、３枚に限らない。例えば３枚の除去板１１Ａ〜１１Ｃの載置された回路基板１上に、はんだボール電極６の形成された半導体パッケージ４が位置合わせされる。
【０１１８】
図１５Ｂを参照する。ボール電極６およびはんだペースト３を加熱、溶融させ、はんだ接合部７を形成して、回路基板１に半導体パッケージ４を接合する。
【０１１９】
第６実施例の半導体装置は、まず、３枚の除去板１１Ａ〜１１Ｃが取り付けられた状態で使用される。何らかの理由で半導体パッケージ４が故障したら、一番上（最も半導体パッケージ４側）の除去板１１Ａが半導体パッケージ４とともに取り外され、回路基板１上にはんだ部分７ａが残される。このとき、はんだ部分７ａとともに、残り２枚の除去板１１Ｂおよび１１Ｃが、回路基板１上に残される。
【０１２０】
そして、２枚の除去板１１Ｂおよび１１Ｃが回路基板１に載置された状態で、半導体パッケージ４が再取り付けされる。以後、２回目の取り外し時には除去板１１Ｂが取り外され、同様にして、３回目の取り外し時には除去板１１Ｃが取り外される。最初から複数枚の除去板を重ねて取り付けておくことにより、半導体パッケージの再取り付け時に、除去板の再取り付けを省くことができる。
【０１２１】
なお、上記第１実施例〜第６実施例の技術は、必要に応じて様々に組み合わせて用いることもできる。
【０１２２】
なお、半導体パッケージを取り外す工程は、その後再び半導体パッケージを取り付けるために行うことができるので、半導体装置の再生工程として捉えられるとともに、半導体装置の製造工程として捉えることもできる。
【０１２３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１２４】
以上説明した第１実施例〜第６実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
回路基板と、
半導体パッケージと、
前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続するはんだ接合部と、
前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され、前記はんだ接合部が通る穴を有し、前記穴は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分の前記はんだ接合部よりも細く形成されている板状部材と
を有する半導体装置。
（付記２）
前記板状部材は、前記穴が、前記半導体パッケージ側で広くなるテーパ形状を有する付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記はんだ接合部は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分が、中間の高さで最も太い太鼓形状を有する付記１または２に記載の半導体装置。
（付記４）
前記はんだ接合部は、小鼓形状を有する付記１または２に記載の半導体装置。
（付記５）
前記板状部材は、前記穴が、前記回路基板側で広くなるとともに、前記半導体パッケージ側で広くなるテーパ形状を有する付記１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記６）
さらに、前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に、前記板状部材と重ねられて配置され、前記はんだ接合部が通る穴を有し、前記穴は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分の前記はんだ接合部よりも細く形成されている他の板状部材を有する付記１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置。
（付記７）
回路基板と、半導体パッケージと、前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続するはんだ接合部と、前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され、前記はんだ接合部が通る穴を有し、前記穴は、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分の前記はんだ接合部よりも細く形成されている板状部材とを有する半導体装置を準備する工程と、
前記半導体パッケージに対して前記板状部材の位置を固定する工程と、
前記はんだ接合部を加熱して溶融させる工程と、
前記半導体パッケージと前記板状部材とを前記回路基板から取り外し、前記はんだ接合部のはんだを、前記板状部材を挟んで前記回路基板側部分と前記半導体パッケージ側部分とに分離する工程と
を有する半導体装置の再生方法。
（付記８）
さらに、
前記回路基板と、はんだボール電極が形成された他の半導体パッケージと、前記回路基板と前記他の半導体パッケージとの間に配置され穴を有する板状部材とを、前記回路基板の電極の位置と前記他の半導体パッケージの前記はんだボール電極の位置と前記板状部材の前記穴の位置とが合うように、位置合わせする工程と、
前記はんだボール電極を加熱し溶融させることにより、前記穴を通って前記回路基板と前記他の半導体パッケージとを電気的に接続し、前記穴の最も狭い部分に対し前記他の半導体パッケージ側に配置された部分が、前記穴の最も狭い部分よりも太いはんだ接合部を形成する工程と
を有する付記７に記載の半導体装置の再生方法。
（付記９）
回路基板と、はんだボール電極の形成された半導体パッケージと、前記回路基板と前記半導体パッケージとの間に配置され穴を有する板状部材とを、前記回路基板の電極の位置と前記半導体パッケージの前記はんだボール電極の位置と前記板状部材の前記穴の位置とが合うように、位置合わせする工程と、
前記はんだボール電極を加熱し溶融させることにより、前記穴を通って前記回路基板と前記半導体パッケージとを電気的に接続し、前記穴の最も狭い部分に対し前記半導体パッケージ側に配置された部分が、前記穴の最も狭い部分よりも太いはんだ接合部を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
（付記１０）
さらに、
前記半導体パッケージに対して前記板状部材の位置を固定する工程と、
前記はんだ接合部を加熱して溶融させる工程と、
前記半導体パッケージと前記板状部材とを前記回路基板から取り外し、前記はんだ接合部のはんだを、前記板状部材を挟んで前記回路基板側部分と前記半導体パッケージ側部分とに分離する工程と
を有する付記９に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２５】
１  回路基板
２  （回路基板の）電極
３  はんだペースト
４  半導体パッケージ
５  （半導体パッケージの）電極
６  ボール電極
７  はんだ接合部
７ａ  回路基板側に残ったはんだ部分
７ｂ  半導体パッケージ側に残ったはんだ部分
８  フラックス
１１  除去板
１２  （除去板の）穴
２１  スペーサ
２２  接着剤
２３  ヒーターブロック
２４  接着剤
２５  クリップ
ＣＮ  （回路基板と半導体パッケージとの）結合部
３１、６１  （除去板材料となる）板
３２、６２  レジストパターン
３３、６３  エッチング液
３４、６４  ドリル
４１  メタルマスク
４２  スキージ
５１  スペーサ
【図１】
0006019555.tif 000002
【図２】
0006019555.tif 000003
【図３】
0006019555.tif 000004
【図４】
0006019555.tif 000005
【図５】
0006019555.tif 000006
【図６】
0006019555.tif 000007
【図７】
0006019555.tif 000008
【図８】
0006019555.tif 000009
【図９】
0006019555.tif 000010
【図１０】
0006019555.tif 000011
【図１１】
0006019555.tif 000012
【図１２】
0006019555.tif 000013
【図１３】
0006019555.tif 000014
【図１４】
0006019555.tif 000015
【図１５】
0006019555.tif 000016
【図１６】
0006019555.tif 000017
【図１７】
0006019555.tif 000018
【図１８】
0006019555.tif 000019