(57)【要約】      （修正有）【課題】実装基板に半田ボールを介して実装した半導体チップの損傷を抑制できるチップの剥離装置及び剥離方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る剥離装置は、実装基板１００から、前記実装基板に接続部材１０１を介して接続されたチップ１０２を取り外す剥離装置１及び剥離方法であって、前記剥離装置及び剥離方法は、チップを冷却しながら前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する加熱手段１１を備える装置及び剥離方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離装置であって、
前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する加熱手段を備えた剥離装置。
【請求項２】
前記実装基板は樹脂材料を含み、
前記加熱手段は、前記実装基板を前記樹脂材料のガラス転移点未満の温度に加熱する請求項１記載の剥離装置。
【請求項３】
前記チップを冷却する冷却手段をさらに備えた請求項１または２に記載の剥離装置。
【請求項４】
実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離方法であって、
前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する工程を備えた剥離方法。
【請求項５】
前記加熱は、前記チップを冷却しながら行う請求項４記載の剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、剥離装置及び剥離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子回路基板として、実装基板に半田ボールを介して半導体チップを実装した製品が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５８０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態は、チップの損傷を抑制できるチップの剥離装置及び剥離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る剥離装置は、実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離装置である。前記剥離装置は、前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する加熱手段を備える。
【０００６】
実施形態に係る剥離方法は、実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離方法である。前記剥離方法は、前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する工程を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る剥離装置を例示する断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係るチップの剥離方法を例示する断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るチップの剥離方法を例示するフローチャート図である。
【図４】第１の実施形態の第１の変形例に係る剥離装置を例示する断面図である。
【図５】第１の実施形態の第２の変形例に係る剥離装置を例示する断面図である。
【図６】第１の実施形態の第３の変形例に係る剥離装置を例示する断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る剥離装置を例示する断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係るチップの剥離方法を例示する断面図である。
【図９】第２の実施形態に係るチップの剥離方法を例示するフローチャート図である。
【図１０】第２の実施形態の変形例に係るチップの剥離方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る剥離装置１は、実装基板１００に半田ボール１０１等の接続部材を介して接続されたチップ１０２を実装基板１００から取り外す装置である。実装基板１００においては、樹脂材料からなる基材１０３内に、銅等の金属からなる配線（図示せず）及び電極パッド１０４が設けられている。電極パッド１０４は実装基板１００の実装面１００ａにおいて露出している。
【０００９】
剥離装置１においては、実装基板１００を保持すると共に加熱する加熱手段１１が設けられている。加熱手段１１は、例えば、抵抗加熱方式のヒーターであり、実装基板１００を、半田ボール１０１の融点未満の温度、より好ましくは、実装基板１００の基材１０３を形成する樹脂材料のガラス転移点未満の温度に加熱する。半田ボール１０１の融点は、その組成によるが、例えば、２２０〜２４０℃である。樹脂材料のガラス転移点は、樹脂材料の種類によるが、例えば１８０℃程度である。
【００１０】
また、剥離装置１には、チップ１０２を保持する保持手段１２が設けられている。保持手段１２の内部には、その内部を減圧することによりチップ１０２を吸着する吸着ツール１３が設けられている。また、保持手段１２内には、チップ１０２を冷却する冷却手段１４が設けられている。冷却手段１４は、例えば、液体窒素を保持するタンクである。更に、保持手段１２内には、半田ボール１０１に対して超音波を印加する超音波印加手段１５が設けられている。また、剥離装置１においては、チップ１０２を、実装基板１００の実装面１００ａに対して平行な方向に押圧するせん断ツール１６が設けられている。
【００１１】
次に、上述の如く構成された剥離装置の動作、すなわち、本実施形態に係るチップの剥離方法について説明する。
先ず、図２（ａ）及び図３のステップＳ１１に示すように、加熱手段１１上に実装基板１００を載置する。このとき、せん断ツール１６（図１参照）は実装基板１００の近傍から退避している。実装基板１００の電極パッド１０４には、半田ボール１０１が接合されている。半田ボール１０１には、チップ１０２の電極パッド（図示せず）が接合されている。これにより、チップ１０２は半田ボール１０１を介して実装基板１００に実装されている。
【００１２】
チップ１０２は、例えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプのチップであり、例えば、シリコン基板に作り込まれたＮＡＮＤフラッシュメモリ又はＬＳＩ（large scale integrated circuit：大規模集積回路）である。すなわち、チップ１０２の下面には多数の半田ボール１０１がマトリクス状に接合されており、それぞれが実装基板１００の電極パッド１０４に接合されている。
【００１３】
次に、図３のステップＳ１２に示すように、保持手段１２の吸着ツール１３内を減圧することにより、保持手段１２によってチップ１０２を保持する。また、冷却手段１４内に液体窒素５１を供給することにより、保持手段１２がチップ１０２を冷却する。この状態で、図３のステップＳ１３に示すように、加熱手段１１が実装基板１００を加熱する。この加熱の温度は、半田ボール１０１の融点未満の温度とし、より好ましくは、実装基板１００の基材１０３を形成している樹脂材料のガラス転移点未満の温度とし、例えば、１８０℃未満とする。また、このとき、保持手段１２の超音波印加手段１５が超音波を出力する。この超音波は、チップ１０２を介して半田ボール１０１に印加される。
【００１４】
これにより、実装基板１００は加熱手段１１によって加熱されて、熱膨張する。このため、各半田ボール１０１には、実装基板１００から、チップ１０２の中央部から周辺部に向かう力が加わる。一方、チップ１０２は冷却手段１４によって冷却されるため、熱収縮するか、又は、少なくとも熱膨張が抑えられる。このため、各半田ボール１０１はチップ１０２によって移動が拘束され、チップ１０２の周辺部から中央部に向かう力が加わる。
【００１５】
これにより、各半田ボール１０１には、実装基板１００及びチップ１０２から相互に逆向きの力が加わり、せん断力が発生する。このせん断力は、チップ１０２の周辺部に接合された半田ボール１０１ほど大きい。また、超音波印加手段１５から印加される超音波によっても、半田ボール１０１が疲労し、破断しやすくなる。この結果、少なくともチップ１０２の周辺部に接合された半田ボール１０１が破断する。一方、チップ１０２の中央部に接合された半田ボール１０１は、破断しない場合がある。
【００１６】
次に、図２（ｂ）に示すように、保持手段１２を退避させて、せん断ツール１６をチップ１０２の側方に配置する。そして、図３のステップＳ１４に示すように、せん断ツール１６により、チップ１０２を水平方向、すなわち、実装基板１００の実装面１００ａに対して平行な方向に押圧する。これにより、破断されていない全ての半田ボール１０１に対して、相互に等しいせん断力が加わる。この結果、図２（ａ）に示す工程において、チップ１０２の中央部に接合された半田ボール１０１が破断に到らなかった場合でも、図２（ｂ）に示す工程において、全ての半田ボール１０１が破断する。これにより、チップ１０２を実装基板１００から取り外すことができる。
【００１７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
実装基板１００にチップ１０２を実装した後、チップ１０２に不具合が発生したときは、半田ボール１０１を加熱することにより、チップ１０２を実装基板１００から取り外して、調査を行う。しかしながら、このとき、仮に半田ボール１０１をその融点以上の温度に加熱すると、半田ボール１０１と共にチップ１０２も高温に加熱されてしまい、チップ１０２が熱損傷を受けてしまう。チップ１０２が熱損傷を受けると、問題となった不具合が調査時に再現しない場合がある。また、熱損傷により、チップ１０２に本来発生していなかった不具合が発生する場合もある。
【００１８】
そこで、本実施形態においては、加熱手段１１により実装基板１００を加熱して熱膨張させ、冷却手段１４によりチップ１０２を冷却して熱収縮させるか、又は少なくとも大きくは熱膨張させない。これにより、半田ボール１０１にせん断力が発生し、半田ボール１０１を破断させることができる。このように、本実施形態においては、チップ１０２を半田ボール１０１の融点まで加熱することなく、それよりも低い温度で熱応力を発生させて、機械的な力によって半田ボール１０１を破断させている。このため、チップ１０２が加熱による損傷を受けることが少ない。また、冷却手段１４により、チップ１０２を冷却し、熱損傷を抑えることもできる。この結果、不具合が発生したチップ１０２を実装基板１００から取り外し、調査したときに、正確な調査が可能となる。
【００１９】
また、本実施形態においては、加熱手段１１による加熱温度を、基材１０３を形成する樹脂材料のガラス転移点未満の温度としているため、実装基板１００が熱損傷を受けることを抑制できる。但し、チップ１０２を取り外した後、実装基板１００を再利用しない場合には、加熱手段１１による加熱温度は樹脂材料のガラス転移点未満には制約されず、チップ１０２が熱損傷を受けない範囲の上限まで、高くすることができる。
【００２０】
更に、本実施形態においては、図２（ａ）に示す工程において、半田ボール１０１に熱応力を加えた後、図２（ｂ）に示す工程において、せん断ツール１６により半田ボール１０１にせん断力を加えている。これにより、チップ１０２の中央部に接合された半田ボール１０１が熱応力によって破断せずに残った場合でも、これらの半田ボール１０１を破断させることができる。
【００２１】
また、せん断ツール１６によって半田ボール１０１をせん断するときには、少なくともチップ１０２の周辺部に接合された半田ボール１０１は既に破断しているため、残った半田ボール１０１にせん断力を集中させることができる。また、破断しなかった半田ボール１１においても、熱応力により損傷を受けているため、この損傷部分が破断の起点となる。これにより、残った半田ボール１０１を確実に破断させ、チップ１０２を実装基板１００から取り外すことができる。
【００２２】
更にまた、本実施形態においては、超音波印加手段１５により半田ボール１０１に超音波を印加している。これによっても、半田ボール１０１の破断を促進することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては、保持手段１２内に冷却手段１４を設ける例を示したが、冷却手段１４は必ずしも設けなくてもよい。少なくとも、チップ１０２を積極的に加熱しなければ、半田ボール１０１に熱応力を発生させることができる。また、保持手段１２を例えば銅等の熱伝導率が高い材料により形成すれば、保持手段１２を介して放熱することにより、チップ１０２を冷却することができる。
【００２４】
また、熱応力によって大部分の半田ボール１０１を破断させることができる場合には、せん断ツール１６は必ずしも設けなくてもよい。この場合は、保持手段１２によってチップ１０２を引っ張ることにより、チップ１０２を実装基板１００から取り外すことができる。
【００２５】
次に、第１の実施形態の第１の変形例について説明する。
図４に示すように、本変形例に係る剥離装置１ａにおいては、保持手段１２の下部１２ａが交換可能となっている。そして、サイズが相互に異なる複数の下部１２ａを用意しておき、チップ１０２のサイズに合わせて切り替える。これにより、様々なサイズのチップ１０２に対して、最適な保持手段１２を実現することができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【００２６】
次に、第１の実施形態の第２の変形例について説明する。
図５に示すように、本変形例に係る剥離装置１ｂにおいては、冷却手段１４が超音波印加手段１５よりも下方、すなわち、チップ１０２側に配置されている。これにより、チップ１０２をより効率的に冷却することができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【００２７】
次に、第１の実施形態の第３の変形例について説明する。
図６に示すように、本変形例に係る剥離装置１ｃにおいては、半田ボール１０１、チップ１０２及び保持手段１２を覆う筒状のノズル１８が設けられている。また、剥離装置１ｃにおいては、保持手段１２内には冷却手段が設けられていない。
本変形例においては、ノズル１８内において、上から下に向けて冷風を流すことにより、チップ１０２を冷却する。これによっても、第１の実施形態と同様な効果が得られる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【００２８】
次に、第２の実施形態について説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る剥離装置２は、前述の第１の実施形態に係る剥離装置１（図１参照）と比較して、せん断ツール１６が設けられておらず、ディスペンサ１７が設けられている点が異なっている。ディスペンサ１７は、液体状態又は半硬化状態の熱硬化材料５２を保持し、これを下端のノズル１７ａから吐出する注入手段である。熱硬化材料５２は、塗布した後に、熱、紫外線若しくは赤外線等の光、電磁波、又は超音波等の振動等を加えることによって膨張させることが可能な膨張材料である。本実施形態においては、例えば、熱を加えることによって膨張する材料を用いる。剥離装置２における上記以外の構成は、前述の剥離装置１と同様である。
【００２９】
次に、上述の如く構成された剥離装置の動作、すなわち、本実施形態に係るチップの剥離方法について説明する。
図８（ａ）及び図９のステップＳ２１に示すように、実装基板１００を加熱手段１１上に載置する。実装基板１００には、半田ボール１０１を介してチップ１０２が実装されている。そして、図９のステップＳ２２に示すように、実装基板１００を傾けながら、ディスペンサ１７のノズル１７ａから熱硬化材料５２を吐出することにより、実装基板１００とチップ１０２との間に熱硬化材料５２を注入する。熱硬化材料５２には、熱により硬化し膨張する樹脂材料、例えば、ポリイミド系レジストを用いることができる。
【００３０】
次に、図４（ｂ）及び図９のステップＳ２３に示すように、保持手段１２の吸着ツール１３によりチップ１０２を保持しつつ、加熱手段１１により実装基板１００を加熱する。これにより、実装基板１００を介して熱硬化材料５２が加熱される。この結果、熱硬化材料５２が硬化し、熱膨張する。これにより、チップ１０２が実装基板１００から離れる方向に持ち上げられ、実装基板１００から剥離する。このとき、チップ１０２から実装基板１００までの部分のうち、どの部分で破断が発生するかはその接合の状態によって異なるが、例えば、実装基板１００の電極パッド１０４が基材１０３から剥離する。なお、このときの加熱温度は、熱硬化材料５２が硬化し熱膨張する温度であればよいため、半田ボール１０１の融点未満の温度とし、例えば、基材１０３の形成する樹脂材料のガラス転移点未満の温度とする。
【００３１】
なお、このとき、冷却手段１４によりチップ１０２を冷却してもよい。これにより、チップ１０２を熱損傷から保護すると共に、熱応力によるせん断力を発生させて、破断を促進することができる。また、超音波印加手段１５により、超音波を発生させてもよい。これによっても、破断を促進することができる。
【００３２】
その後、図９のステップＳ２４に示すように、熱硬化材料５２を除去する。例えば、レーザ光を熱硬化材料５２に照射することにより、熱硬化材料５２を分解する。又は、薬品を用いて熱硬化材料５２を溶解させる。これにより、チップ１０２を実装基板１００から取り外すことができる。
【００３３】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、ディスペンサ１７により熱硬化材料５２をチップ１０２と実装基板１００との間に注入した上で、熱硬化材料５２を加熱して硬化及び膨張させることにより、チップ１０２及び実装基板１００に、相互に離れる方向の力を加えることができる。このように、本実施形態においても、チップ１０２を半田ボール１０１が溶融するほどの温度に加熱することなく、チップ１０２と実装基板１００との間に機械的な力を発生させて、チップ１０２を実装基板１００から取り外している。これにより、チップ１０２が熱損傷を受けることを抑制しつつ、実装基板１００から取り外すことができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３４】
次に、第２の実施形態の変形例について説明する。
図１０に示すように、本変形例においては、膨張材料としてビーズ５３を使用する。ビーズ５３は、例えば、硬質な樹脂材料からなる球体である。
先ず、ビーズ５３を、実装基板１００とチップ１０２との隙間に進入させる。次に、ビーズ５３を加熱することによって、ビーズ５３を熱膨張させて、チップ１０２及び実装基板１００に対して、相互に離れる方向の力を加える。これにより、チップ１０２を実装基板１００から取り外すことができる。
【００３５】
本変形例においても、熱膨張により機械的な力を発生させることにより、チップ１０２の熱損傷を抑えつつ、チップ１０２を実装基板１００から取り外すことができる。また、本変形例によれば、チップ１０２を実装基板１００から取り外した後に、膨張材料であるビーズ５３を除去することが容易である。
本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。
【００３６】
なお、ビーズ５３の種類は特に限定されないが、ビーズ５３は、膨張前のサイズが実装基板１００とチップ１０２との隙間に進入できる程度に小さく、膨張後のサイズが実装基板１００とチップ１０２の双方に接触できる程度に大きく、膨張後の硬度が半田ボール１０１、実装基板１００の電極パッド１０４及び基材１０３からなる接合構造のいずれかの部分を破断させられる程度に高いことが要求される。
【００３７】
第２の実施形態及びその変形例においては、膨張材料として、加熱により熱膨張する材料を用いる例を示したが、これには限定されない。例えば、光の照射又は磁場の印加等により膨張する材料を用いてもよい。又は、化学的な方法により膨張する材料を用いてもよい。これにより、チップ１０２に与える熱損傷をより確実に回避することができる。
【００３８】
以上説明した実施形態によれば、チップの損傷を抑制できるチップの剥離装置及び剥離方法を実現することができる。
【００３９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【００４０】
本発明は、以下の態様を含む。
（付記１）
樹脂材料を含む実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離方法であって、
前記チップを冷却しながら、前記実装基板を前記樹脂材料のガラス転移点未満の温度に加熱する工程と、
前記実装基板の実装面に対して平行な方向の力を前記チップに対して加える工程と、
を備えた剥離方法。
（付記２）
実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離装置であって、
前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する加熱手段と、
を備えた剥離装置。
（付記３）
前記実装基板は樹脂材料を含み、
前記加熱手段は、前記実装基板を前記樹脂材料のガラス転移点未満の温度に加熱する付記２記載の剥離装置。
（付記４）
前記チップを冷却する冷却手段をさらに備えた付記２または３に記載の剥離装置。
（付記５）
前記接合部材に対して超音波を印加する超音波印加手段をさらに備えた付記２〜４のいずれか１つに記載の剥離装置。
（付記６）
前記チップに対して、前記実装基板の実装面に対して平行な方向の力を加えるせん断力印加手段をさらに備えた付記２〜５のいずれか１つに記載の剥離装置。
（付記７）
実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離装置であって、
前記実装基板と前記チップとの間に膨張材料を注入する注入手段と、
前記膨張材料を膨張させる膨張手段と、
を備えた剥離装置。
（付記８）
前記膨張手段は、前記膨張材料を加熱する加熱手段を有する付記７記載の剥離装置。
（付記９）
前記膨張材料は、膨張前は液体状態又は半硬化状態であり、前記膨張手段によって硬化する付記７または８に記載の剥離装置。
（付記１０）
前記膨張材料はビーズである付記７または８に記載の剥離装置。
（付記１１）
実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離方法であって、
前記実装基板を前記接続部材の融点未満の温度に加熱する工程を備えた剥離方法。
（付記１２）
前記実装基板は樹脂材料を含み、
前記加熱する工程において、前記実装基板を前記樹脂材料のガラス転移点未満の温度に加熱する付記１１記載の剥離方法。
（付記１３）
前記加熱は、前記チップを冷却しながら行う付記１１または１２に記載の剥離方法。
（付記１４）
前記加熱は、前記接合部材に対して超音波を印加しながら行う付記１１〜１３のいずれか１つに記載の剥離方法。
（付記１５）
前記加熱する工程の後、前記チップに対して前記実装基板の実装面に対して平行な方向の力を加える工程をさらに備えた付記１１〜１４のいずれか１つに記載の剥離方法。
（付記１６）
実装基板から、前記実装基板に接続部材を介して接続されたチップを取り外す剥離方法であって、
前記実装基板と前記チップとの間に膨張材料を注入する工程と、
前記膨張材料を膨張させる工程と、
を備えた剥離方法。
（付記１７）
前記膨張させる工程は、前記膨張材料を加熱する工程を有する付記１６記載の剥離方法。
（付記１８）
前記膨張材料は、膨張前は液体状態又は半硬化状態であり、
前記膨張させる工程において、前記膨張材料を硬化させる付記１６または１７に記載の剥離方法。
（付記１９）
前記膨張材料は、ビーズである付記１６または１７に記載の剥離方法。
【符号の説明】
【００４１】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、２：剥離装置、１１：加熱手段、１２：保持手段、１２ａ：下部１３：吸着ツール、１４：冷却手段、１５：超音波印加手段、１６：せん断ツール、１７：ディスペンサ、１７ａ：ノズル、１８：ノズル、５１：液体窒素、５２：熱硬化材料、５３：ビーズ、１００：実装基板、１００ａ：実装面、１０１：半田ボール、１０２：チップ、１０３：基材、１０４：電極パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015050286.tif 000007
【図６】
2015050286.tif 000008
【図７】
2015050286.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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