JP6916397B2 - マルチビームレーザーデボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザーデボンディング装置および方法に関する。より詳細にはシングルビームによる基板の熱的損傷を解消して、レーザーデボンディング処理による電子部品の不良率を大幅に改善するため、マルチレーザービームを適用したレーザーデボンディング装置および方法に関する。レーザーデボンディング装置は、レーザーリワーク（ＲＥ−ＷＯＲＫ）装置とも呼ばれる。

産業用レーザー加工におけるマイクロメートル（μｍ）級の精密度を有する応用分野がマイクロレーザープロセッシングであり、半導体産業、ディスプレー産業、プリント基板（ＰＣＢ）産業、スマートフォン産業などで広く用いられている。

全ての電子機器に用いられるメモリチップは、集積度と性能および超高速通信の速度を実現するため、回路の線と線の幅の間隔を最小限に縮小する方向へと技術が発展し、現在は回路の線と線の幅の間隔を縮小するだけでは要求される技術の水準まで達することが難しく、メモリチップを垂直方向へと積み重ねる水準まで達した。既に１２８層まで積み重ねる技術がＴＳＭＣ社から開発され、７２層まで積み重ねる技術は三星電子、ＳＫハイニックスなどで大量生産に適用している。

ディスプレーの場合も、数百のミクロンの大きさ（例えば、３２０＊１８０μｍ）を有し、ＬＣＤ ＴＶなどのバックライトユニット（ＢＬＵ）として用いられるミニＬＥＤと、数十のミクロンの大きさ（例えば、１００＊１００μｍ、４０＊５０μｍなど）を有し、ＲＧＢ ＴＶやデジタルサイネージの自体発光の光源として用いられるマイクロＬＥＤに複数の配線が積み重なったプリント基板（ＰＣＢ）が用いられている。

このように、複数の内部配線層を有する多層ＰＣＢ基板にボンディングされたメモリチップ、ＬＥＤチップなどの一部の電子部品に欠陥が生じた場合、多数の電子部品が高密度に配置されたＰＣＢ基板上から欠陥が生じた当該電子部品だけをデボンディングするとレーザー光の照射による発熱処理により不良が発生することもある。

図１は、電子部品が配置された多層ＰＣＢ基板の一部の区間に関する断面図である。領域Ａに配置された電子部品（１０）の下部には高密度の配線層が存在し、領域Ｂに配置された電子部品（２０）の下部には低密度の配線層が存在する。

例えば、２０ｗの出力でレーザー光源を照射すると、領域Ａに比べて領域Ｂの温度が急激に上昇することが確認できる。例えば、領域Ａの電子部品（１０）が適切なデボンディング温度である２３０〜２４０℃に到達する間に、領域Ｂの電子部品（２０）は、３００℃まで過熱されるのである。基板の電子部品にレーザービームを照射する際に、ビームのサイズが１ｍｍ以下のレーザービームを照射する場合、電子部品の半田を溶融させるためのレーザービームのエネルギー密度が相対的に大きすぎ、基板上での位置によって温度の偏差が大きいため、同一のレーザービームの出力条件を適用しても基板上での位置によって過熱が生じる。

このような現状は、各々の領域の基板に配置された配線層の密度によるものと把握できる。領域Ａでは高密度の配線層がレーザー光照射による熱を基板の他の部分へと放出する機能を円滑に行うが、領域Ｂでは、低密度の配線層のため、このような放熱作用が十分ではないためである。

従って、レーザーデボンディング作業の際、ＰＣＢ基板の内部の配線構造を位置別に把握することは困難なため、同一の出力のレーザー光源を用いてレーザーデボンディングを行うことしかなく、このような場合、領域Ａの電子部品（１０）に対しては、良好なデボンディング結果を得ても領域Ｂでは当該電子部品（２０）が過熱したり、甚だしくは焼けたりしてしまうこともある。

これと類似の現象は、同一平面上に互いに異なる密度のチップが配置されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣＢ）上からも観察できる。つまり、ぎっしりと電子部品が配置された領域に存在する電子部品をデボンディングするためレーザー光源を照射する際、隣接領域にゆったりと配置された電子部品の方がより過熱する現象が起こるのである。

本発明は、従来のレーザーデボンディング装置において、シングルビームのエネルギー密度集中によってデボンディング位置周辺の電子部品および基板が損傷される問題を解決できるレーザーデボンディング装置と方法を提供することを目的とする。

本発明は、マルチレーザービームを用いてデボンディング対象の電子部品とその周辺の電子部品を同時または順次に照射することによって、基板上での位置別の温度の偏差を改善することができ、電子部品および基板が損傷又は過熱することを防げるレーザーデボンディング装置と方法を提供することを目的とする。

本発明は、第一レーザービームを用いてデボンディング対象の領域の周辺を十分に予熱した状態で、出力がより低い第二レーザービームを用いてデボンディング対象の電子部品に照射するため、シングルビームによって一度にレーザーを照射する場合よりレーザービームの温度プロファイルの微細なコントロールが容易なレーザーデボンディング装置と方法を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するため本発明は、基板から電子部品をデボンディングするためのマルチビームレーザーデボンディング装置であり、デボンディングの対象である電子部品とその周辺の電子部品の付着位置を含む所定範囲の第一基板領域に第一レーザービームを照射し、前記電子部品の半田を所定の予熱温度まで加熱する第一レーザーモジュール、および
前記第一基板の領域より狭い領域の前記デボンディングの対象である電子部品の付着位置のみを含む第二基板領域に前記第一レーザービームと重ね合わせる第二レーザービームを照射して前記デボンディング対象の電子部品の半田を溶融が始まるデボンディング温度まで追加で加熱する第二レーザーモジュールを含む。

尚、前記第一レーザーモジュールと前記第二レーザーモジュールをそれぞれ一つ以上備える。

尚、前記第一レーザービームと前記第二レーザービームの照射面は、それぞれ四角形または円筒形で構成される。

尚、前記第一基板領域の前記予熱温度と前記第二基板領域の前記デボンディング温度の差は２０℃から４０℃である。

尚、前記各レーザーモジュールは、相互対称に配置され、前記各レーザービームは同一のビームの照射角度を有し、相違の最大出力と波長を有する。

尚、前記第一基板領域の前記予熱温度と前記第二基板領域の前記デボンディング温度の偏差は最大値の１０％から１５％である。

尚、前記第一レーザービームと前記第二レーザービームは同時に照射される。

尚、前記第一レーザービームと第二レーザービームは順次に照射される。

尚、前記第一レーザービームと前記第二レーザービームの重ね合わせによる温度プロファイルは２段階の上昇期と２段階の下降期を備える。

なお、前記各レーザービームによる前記電子部品のデボンディング過程を撮影するため、少なくとも一台のカメラモジュールで構成されるカメラ部、および、
前記カメラ部からの出力信号に基づき前記レーザー照射部の各レーザーモジュールを独立的にコントロールするための制御信号を生成して、前記レーザー照射部に伝えるレーザー出力調整部をさらに含む。

本発明によると、従来のレーザーデボンディング装置におけるシングルビームのエネルギー密度集中により、デボンディング位置周辺の電子部品および基板が損傷される問題を解決できるレーザーデボンディング装置と方法を提供する。

本発明によると、マルチレーザービームを用いてデボンディング対象の電子部品とその周辺の電子部品を同時にまたは順次に照射することによって、基板上での位置別温度の偏差を改善することができ、電子部品および基板の損傷又は過熱することを防げるレーザーデボンディング装置と方法を提供する。

本発明によると、第一レーザービームを用いてデボンディング対象の領域周辺を十分に予熱した状態で、出力がより低い第二レーザービームを用いてデボンディング対象の電子部品に照射するため、シングルビームによって一度にレーザーを照射する場合よりレーザービームの温度プロファイルの微細なコントロールがさらに容易なレーザーデボンディング装置と方法を提供する。

電子部品が配置された多層ＰＣＢ基板の一部区間に関する断面図である。

本発明の一実施形態に係るマルチビームレーザデボンディング装置のデュアルビームモジュールの概念図である。

従来の技術に係るシングルレーザービーム照射の際の温度プロファイルである。

本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービーム照射の温度プロファイルである。

電子部品が配置されたＦＰＣＢ基板に本発明の一実施形態に係るマルチレーザービームを照射する工程の説明図である。

および 従来の技術に係るシングルレーザービームが照射されるＦＰＣＢ基板と本発明の第一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置によりデュアルレーザービームが照射されるＦＰＣＢ基板の比較イメージである。

および 従来の技術に係るシングルレーザービームの照射後のＦＰＣＢ基板上の電子部品の状態と本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービームの照射後のＦＰＣＢ基板上の電子部品の状態の比較イメージである。

厚さ０．０８ｍｍのＦＰＣＢに対し、従来の技術に係るシングルレーザービーム照射の際と本発明の第一実施形態に係るデュアルレーザービーム照射の際の温度偏差実験の結果表である。

厚さ０．６ｍｍのリジッドフレキシブル基板に対し、従来の技術に係るシングルレーザービーム照射の際と本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービーム照射の際の温度偏差実験の結果表である。

本発明の第一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置の構成図である。

乃至 本発明の一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置に適用可能なレーザー光学系の構成図である。

本明細書において用いた用語はただ特定の実施例を説明するために用いたもので、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上、明確に異なる意味を表しない限り、複数の表現を含む。本明細書における「含む」、「有する」または「備える」などの用語は本明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在することを指定するためであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものの存在または付加的な可能性を事前に排除しないものと理解すべきである。

本明細書において他の意味で定義しない限り、技術的かつ科学的な用語を含み、ここで用いられる用語は、本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を表す。

一般に用いられる辞典に定義されている用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味があるものと解釈すべきであり、本明細書において明確に定義しない限り、理想的かつ過度に形式的な意味として解釈してはいけない。

図２ａは、本発明の一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置のデュアルビームモジュールの概念であり、図２ｂは、従来の技術に係るシングルレーザービームの照射の際の温度プロファイルであり、図２ｃは、本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービーム照射の際の温度プロファイルである。

図２ａのデュアルビームモジュールデボンディング対象の電子部品およびその周辺の位置までを広範囲に照射する第一レーザービームモジュール（２１０）とデボンディング対象の電子部品の付着位置のみを照射する第二レーザービームモジュール（２２０）として構成され、デボンディング対象の電子部品の付着位置では第一、二、レーザービームの重ね合わせが起きる。

図２ａにおける第一レーザービームの形は四角で、第二レーザービームの形は円形で図示したが、二つのレーザービームが両方とも四角の場合もあり得る。また、第一レーザービームと第二レーザービームは、同時に照射されることもできるし、第一レーザービームによる基板の予熱の後、第二レーザービームが順次に照射されることも可能である。

図２ｂおよび図２ｃは、従来の技術に係るシングルレーザービーム照射の際の温度プロファイルと本発明の一実施形態に係る重ね合わせたデュアルレーザービーム照射の際の温度プロファイルの比較図である。

図２ｂにおいて、例えば、２０ｗの出力の単一のレーザービームをデボンディング対象の電子部品（ｔａｒｇｅｔ ｃｈｉｐ）に照射して半田が溶融する所定のデボンディング温度（ｔｍ）まで加熱するが、その際、デボンディング対象の電子部品の周辺領域に位置した電子部品まで熱が伝達される現象が起きる。

しかし、図２ｃにおいて、例えば、１５ｗ出力の第一レーザービームモジュール（２１０）による第一レーザービームの温度プロファイルは、半田の溶融点より低い所定の予熱温度（ｔｐ）までしかデボンディング対象の電子部品とその周辺の領域を含む所定の面積の基板温度を上昇させるが、そのような予熱温度（ｔｐ）は、基板内部から放熱が十分に行われない位置の電子部品にも損傷を与えない低温で維持すべきである。

さらに、例えば、５ｗ出力の第二レーザービームモジュール（２２０）による第二レーザービームの温度プロファイルは、デボンディング対象の電子部品の付着領域（または、それを含む電子部品の最近接領域）に対してのみ、基板又は電子部品の温度を追加で上昇させるため、基板上の他の領域の電子部品には損傷を与えないでデボンディング対象の電子部品にのみデボンディングに必要な十分な熱源を供給することができる。

図３は、電子部品が配置されたＦＰＣＢ基板に本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービームを照射する工程の説明図である。

複数の電子部品（１１０、１２０、１３０）に配置されたＦＰＣＢ基板に第一レーザービームモジュール（２１０）を通して第一レーザービームを照射して、第一レーザービーム照射領域（１５０）の温度を半田の溶融点より低い所定の予熱温度（ｔｐ）、つまり、２２５℃で維持した状態で、第二レーザービームモジュール（２２０）を通して第二レーザービームを照射して、デボンディング対象の電子部品の付着領域（または、それを含む電子部品の最近接領域）（１００）に対してのみ基板又は電子部品の温度をデボンディング温度（ｔｍ）、つまり、２５０℃まで上昇させ、デボンディング対象の電子部品の付着領域内の電子部品の半田のみ溶融するように誘導する。

この際、第一レーザービームと第二レーザービームの照射は同時に行われることが工程時間短縮のためにも望ましい。

図４ａおよび４ｂは、従来の技術に係るシングルレーザービームが照射されるＦＰＣＢ基板と本発明の一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置によって、デュアルビームが照射されるＦＰＣＢ基板の比較イメージである。

図４ａにおいて、円形の照射面を有するシングルレーザービームがデボンディング対象の電子部品に照射されていて、図４ｂにおいては、四角の照射面を有する第一レーザービームがデボンディング対象の電子部品を含む所定面積の基板温度を上昇させる同時に、第二レーザービームがデボンディング対象の電子部品の付着領域のみ追加で照射されている。

図５ａおよび図５ｂは、従来の技術に係るシングルレーザービーム照射後のＦＰＣＢ基板上のチップの状態と本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービーム照射後のＦＰＣＢ基板上のチップの状態を比較したイメージである。図５ａのシングルレーザービーム照射結果では、電子部品の損傷が確認され、図５ｂのデュアルレーザービーム照射結果においては電子部品にどのような損傷もないことが確認された。

図６は、厚さ０．０８ｍｍのＦＰＣＢに対し、従来の技術に係るシングルレーザービームの照射の際と、本発明の一実施形態に係るデュアルレーザービーム照射の際の温度偏差実験の結果表である。

図６は、デュアルレーザービームが照射された基板（厚さ０．０８ｍｍ ＦＰＣＢ基準）のレーザービームを照射面から１８か所の地点の温度を測定して表示（Ｄｕａｌ）し、同一位置に従来の技術によってシングルレーザービームが照射された場合の温度を測定して表示（Ｓｉｎｇｌｅ）した比較実験の結果表とグラフを図示している。

前記実験において、従来の技術のシングルレーザービームによる温度の分布は、２０２〜２５５℃で、５３℃の温度偏差を見せた反面、本発明に係るデュアルレーザービームを適用した温度分布は、２２２〜２５８℃で、３６℃の温度偏差を見せた。

ボンディング対象の電子部品の中心点の位置（１）からレーザービームの照射面の端の位置（１８）へ近づくほど、全体的に温度が下落する点は同一であるが、同一の面積内でもデュアルレーザービームが適用された場合の最大および最大温度の偏差は、シングルレーザービームが適用された場合より１７℃少ないことと現れた。デュアルレーザービームの適用された場合の最低温度は最高温度の約８６％で、約１２％の差があるが、シングルレーザービームが適用された場合の最低温度は、最高温度の約７９％で約２１％の差を見せた。

図７は、厚さ０．６ｍｍのリジッドフレキシブル基板に対して、従来の技術に係るシングルレーザービームの照射の際と本発明の一実施例に係るデュアルレーザービーム照射の際の温度の偏差実験の結果表である。

図７は、デュアルレーザービームが照射された基板（厚さ０．６ｍｍ Ｒｉｇｉｄ ＦＰＣＢ基準）のレーザービーム照射面から16個の地点の温度を測定して表示（Ｄｕａｌ）して、同一位置に就来の技術に従いシングルビームが照射された場合の温度を測定して表示（Ｓｉｎｇｌｅ）した比較実験の結果表とグラフを図示している。

前記実験において、従来の技術のシングルレーザービームによる温度分布は１８７〜２２４℃であり、３７℃の温度偏差を見せた反面、本発明に係るデュアルレーザービームを適用した温度分布は２０９〜２３５℃で、２６℃の温度偏差を見せた。

ボンディング対象の電子部品の中心点の位置（１）からレーザービーム照射面の端の位置（１６）へ近づくほど、全体的に温度が下落する点は同一でありが、同一の面積内でもデュアルレーザービームが適用された場合の最大及び最大温度の偏差はシングルレーザービームが適用された場合より１１℃少ないことと分かった。デュアルレーザービームが適用された場合の最低温度は最高温度の約８９％で、約１１％の差があるが、シングルレーザービームが適用された場合の最低温度は最高温度の約８３％で、約２７％の差を見せた。

図示してないが、他の種類のＰＣＢ基板を用いて実験した場合にも、大体、前記第一基板領域の前記予熱温度と前記第二基板領域の前記デボンディング温度の差は、２０乃至４０℃であり、（デボンディング温度約２５０℃基準）、前記第一基板領域の前記予熱温度の前記第二基板領域の前記デボンディング温度の最大偏差は、温度の最大値の１０乃至１５％で維持する場合に優秀なデボンディング結果をもたらすことが分かった。

図８は、本発明の一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置の構成図である。

図８において、レーザー照射部の各レーザーモジュール（３１０、３２０、…３３０）は、それぞれ冷却装置（３１６、３２６、３３６）を備えたレーザー発振器（３１１、３２１、３３１）、ビームシェイパー（３１２、３２２、３３２）、光学レンズモジュール（３１３、３２３、３３３）、駆動装置（３１４、３２４、３３４）、制御装置（３１５、５２３、３３４）および電源供給部（３１７、３２７、３３７）を含んで構成される。

以下では、必要な場合を除いては、重複説明を避けるため、同一構成を有する各レーザーモジュールの内、第一レーザーモジュール（３１０）を中心に説明する。

レーザー発振器（３１１）は、所定範囲の波長と出力パワーを有するレーザービームを生成する。レーザー発振器は、一例として、‘７５nm乃至１，２００nm’または‘１，４００nm乃至１，６００nm’または‘１，８００nm乃至２，２００nm’または、‘２，５００nm乃至３，２００nm’の波長を有するダイオードレーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）または希土類ドープ光ファイバレーザー（Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ）または希土類ドープクリスタルレーザー（Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｓｅｒ）であり、それとは異なり７５５nmの波長を有するアレクサンドライトレーザーの光を放出するための媒質、または１０６４nmまたは１３２０nmの波長を有するＮｄ：ＹＡＧレーザーの光を放出するための媒質を含んで実現できる。

ビームシェイパー（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）（３１２）は、レーザー発振器から発生して光ファイバを通して伝達されるスポット（ｓｐｏｔ）の形のレーザーをプラットトップを有する面光源（Ａｒｅａ Ｂｅａｍ）の形に変換させる。ビームシェイパー（３１２）は、四角の光パイプ（Ｓｑｕａｒｅ Ｌｉｇｈｔ Ｐｉｐｅ）、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ，ＤＯＥ）またはマイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ−Ｌｅｎｄ Ａｒｒａｙ，ＭＬＡ）を含んで実現できる。

光学レンズモジュール（３１３）は、ビームシェイパーにおいて面光源の形に変換されたレーザービームの形と大きさを調整してＰＣＢ基板に装着した電子部品乃至照射区域に照射するようにする。光学レンズモジュールは、複数のレンズの組み合わせによって光学系を構成するが、このような光学系の具体的な構成に関しては、図９乃至図１２に具体的に後述する。

駆動装置（３１４）は、照射面に対し、レーザーモジュールの距離及び位置を移動させ、制御装置（３１５）は、駆動装置（３１４）をコントロールして、レーザービームが照射面に到達する際のビームの形、ビーム面積の大きさ、ビームの鮮明度及びビームの照射角度を調整する。制御装置（３１５）は、また駆動装置（３１４）以外にレーザーモジュール（３１０）各部の動作を統合的にコントロールできる。

一方、レーザー出力調整部（３７０）は、ユーザーのインターフェースを用いて受信したプログラムまたは事前に設定されたプログラムに従い、それぞれのレーザーモジュール（３１０、３２０，３３０）に対応する電源供給部（３１７、３２７、３３７）からそれぞれのレーザーモジュールに供給される電力量をコントロールする。レーザー出力調整部（３７０）は、一つ以上のカメラモジュール（３５０）から照射面上での部品別、区域別または全体のデボンディング状態の情報を受信して、それを基に各電源供給部（３１７、３２７、３３７）をコントロールする。それと異なり、レーザー出力調整部（３７０）からの制御情報が各レーザーモジュール（３１０、３２０、３３０）の制御装置（３１５、３２５、３３５）に伝達され、各制御装置（３１５、３２５，３３５）からそれに対応する電源供給部（３１７）をコントロールするためのフィードバック信号を提供することも可能である。また、図８とは異なり、一つの電源供給部によってそれぞれのレーザーモジュールに電力を配ることも可能であるが、その場合、レーザー出力調整部（３７０）で電源供給部をコントロールしなければならない。

マルチビームを用いたレーザー重ね合わせモードを実現する場合、レーザー出力調整部（３７０）は、各レーザーモジュール（３１０、３２０、３３０）からのレーザービームが必要なビームの形、ビームの面積の大きさ、ビームの鮮明度およびビームの照射角度を有するように各レーザーモジュールおよび電源供給部（３１７、３２７，３３７）をコントロールする。レーザー重ね合わせモードは、第一レーザーモジュール（３１０）を用いてデボンディング対象の位置周辺の領域までを予熱し、第二レーザーモジュール（３２０）を用いてより狭いデボンディング対象の領域を追加で加熱する場合以外にも、予熱機能乃至加熱機能を第１、２、３、レーザーモジュール（３１０、３２０、．．．３３０）間に適切に分配して、必要な温度プロファイルを有するように各レーザーモジュールコントロールする場合にも適用される。

一方、一つのレーザー光源を分配して、各レーザーモジュールに入力する場合には分配された各レーザービームの出力と位相を同時にコントロールするための機能がレーザー出力調整部（３７０）に備えられる。このような場合には、各レーザービームの間の相殺干渉を導くように位相を除去してビームの平坦度を遥かに改善することができ、それによってエネルギーの効率がさらに増加する。

一方、複数の位置で同時加工モードを実現する場合には、レーザー出力調整部（３７０）がそれぞれのレーザーモジュールからのレーザービームの一部または全部が異なるように、それぞれのレーザービームの形、ビームの面積の大きさ、ビームの鮮明度、ビームの照射角度及び波長の内、一つ以上をコントロールする。その場合も、一つのレーザー光源を分配して各レーザーモジュールに入力する場合には、分配された各レーザービームの出力と位相を同時に調節するための機能がレーザー出力調整部（３７０）に備えられる。

このような機能により、レーザービームの大きさと出力を調整することによって、照射面内の電子部品と基板間の接合を行ったり、接合を取り除くことができる。特に、基板上で損傷された電子部品を取り除く場合にはレーザービームの面積を当該電子部品の領域に最小化することによって、基板に存在する隣接した他の電子部品乃至正常な電子部品にレーザービームによる熱が加わることを最小化することができる。それによって、取り除く対象となる損傷された電子部品のみを取り除くことができる。

一方、複数のレーザーモジュール別に互いに異なる波長を有するレーザービームを放出するようにする場合には、レーザー照射部は、電子部品に含まれた複数の材料層（例えば、ＥＭＣ層、シリコン層、半田層）がそれぞれよく吸収する波長を有する個別のレーザーモジュールで構成できる。それによって、本発明に係るレーザーデボンディング装置は、電子部品の温度と印刷回路基板や電子部品の電極間の連結素材である半田（Ｓｏｌｄｅｒ）のような中間接合材の温度を選択的に相違に上昇させ、最適化された接合（Ａｔｔａｃｈｉｎｇ ｏｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）または、剥離（Ｄｅｔａｃｈｉｎｇ ｏｒ Ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ）工程を行うことができる。具体的に、電子部品のＥＭＣモールド層とシリコン層をすべて透過して、半田層に各レーザービームの全てのエネルギーが吸収できるようにしたり、レーザービームがＥＭＣモールド層を透過しないで、電子部品の表面を加熱して電子部品の下部のボンディング部へ熱が伝導するようにできる。

一方、以上の機能を活用して、少なくとも一つの第一レーザービームによってデボンディング対象の電子部品の領域とその周辺を含む基板の一定の区域が所定の予熱温度まで予熱された後、少なくとも一つの第二レーザービームのよってデボンディング対象の電子部品の領域の温度が半田の溶融が起きるデボンディング温度まで選択的に加熱されることによって、デボンディング対象の電子部品が選択的に取り除くことができる状態となり、続いて一定の形のイジェクタ装置（図面に未図示）によって前記デボンディング対象の電子部品を基板から取り除くことができる。

図９乃至図１２は、本発明の一実施形態に係るマルチビームレーザーデボンディング装置に適用可能なレーザー光学系の構成図である。

図９は、本発明に適用可能な一番簡単な構造の光学系として、ビーム伝送光ファイバー（４１０）から放出されたレーザービームが凸レンズ（４２０）を通して焦点整列され、ビームシェイパー（４３０）へ入射すると、ビームシェイパー（４３０）において、スポットの形のレーザービームをフラットトップ（Ｆｌａｔ−Ｔｏｐ）の形の面光源（Ａ１）に変換させ、ビームシェイパー（４３０）から出力された正方形レーザービーム（Ａ１）が凹レンズ（４４０）を通して望む大きさに拡大して、拡大された面光源（Ａ２）として結像面（Ｓ）に照射される。

図１０は、本発明の一実施形態に係るレーザー光学系の構成図である。

ビームシェイパー（４３０）からの面光源（Ｂ１）が凹レンズ（４４０）を通して所定の大きさに拡大され、第一結像面（Ｓ１）に照射される面光源（Ｂ２）となる。この面光源（Ｂ２）をさらに拡大して用いようとする場合には、追加拡大によって面光源（Ｂ２）のエッジ（ｅｄｇｅ）部分の境界がより不明になるため、最終照射面が第二結像面（Ｓ２）においてもエッジが明確な照射光を得るためには、第一結像面（Ｓ１）にマスク（４５０）を設けてエッジをトリミングする。

マスク（４５０）を通過した面光源は、一つ以上の凸レンズと凹レンズの組み合わせで構成されるジュームレンズモジュール（４６０）を通過しながら望む大きさに縮小（または拡大）調節され、電子部品が配置された第二結像面（Ｓ２）に四角の照射光を形成する。

図１１は、本発明の一実施形態に係るレーザー光学系の構成図である。

ビームシェイパー（４３０）からの正方形面光源（Ｃ１）が凹レンズ（４４０）を通して所定の大きさに拡大された後、少なくとも一対の円筒型レンズ（４７０）を通りながら、つまり、Ｘ軸方向へと拡大（または縮小）（Ｃ２）され、再び少なくとも一対の円筒型レンズ（４８０）を通りながら、つまり、Ｙ軸方向へと縮小（または拡大）され、長方形の面光源（Ｃ３）に変換される。

ここで、円筒型レンズは、円筒の形を長さ方向へと切断した形として、各レンズが上下方向へと配置される形によって、レーザービームを拡大または縮小させる機能を果たし、円筒型レンズが配置された表面上でのレンズがＸ、Ｙ軸方向へと配置される形によって、レーザービームをＸ軸、Ｙ軸方向へと調節する。

尚、面光源（Ｃ３）は、一つ以上の凸レンズと凹レンズの組み合わせで構成されるズームレンズモジュール（４６０）を通過しながら、望む大きさに拡大（または縮小）調整され、電子部品が配置された第二結像面（Ｓ２）に長方形の照射光（Ｃ４）を形成する。

図１２は、本発明の一実施形態に係るレーザー光学系の構成図である。

図１２の光学系は、図１１の光学系にマスクを適用してレーザービームのエッジをトリミングする構成が追加されたもので、図１１の場合に比べ、より鮮明なエッジを有する最終の面光源（Ｄ５）を得ることができることが理解できるだろう。

以上で説明した本発明は、前述した実施例および添付された図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を損なわない範囲内で、様々な置き換え、変形および変更が可能である。これは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者には明確なことであろう。従って、本発明の本の技術的保護範囲は、添付された特許請求範囲によってのみ定められるべきであろう。

３１０：第一レーザーモジュール
３２０：第二レーザーモジュール
３１６、３２６：冷却装置
３１１，３２１：レーザー発振器
３１３、３２３：光学レンズモジュール
３１４、４２４：駆動装置
３１５、３２５：制御装置
３１７，３２７：電源供給部

Claims (6)

1. 基板から電子部品をデボンディングするためのレーザーデボンディング装置において、デボンディング対象の電子部品と当該周辺電子部品の付着位置を含む所定範囲の第一基板領域に第一レーザービームを照射して前記電子部品の半田を所定の予熱温度まで加熱する一つ以上の第一レーザーモジュール、
   前記第一基板領域より狭い領域である、前記デボンディング対象の電子部品の付着位置のみを含む第二基板領域に前記第一レーザービームより出力が低い第二レーザービームを前記第一レーザービームと互いに相違する最大出力と波長を有する状態で同時に重ね合わせるよう照射して前記デボンディング対象の電子部品の半田を溶融が始まるデボンディング温度まで追加で加熱する一つ以上の第二レーザーモジュール、
   前記第一レーザービーム及び前記第二レーザービームによる前記電子部品のデボンディング過程を撮影するため、少なくとも一台のカメラモジュールで構成されるカメラ部、
   前記第一レーザービーム及び前記第二レーザービームを放出するレーザー照射部、および、
   前記カメラ部からの出力信号に基づき、前記第一レーザーモジュール及び前記第二レーザーモジュールからのレーザービームの形、重ね合わせ領域、照射角度、出力、波長、および温度を独立的にコントロールするための制御信号を生成して、前記レーザー照射部に伝えるレーザー出力調整部をさらに含み、
   前記第一レーザービームと前記第二レーザービームの照射面は、前記第一レーザーモジュール及び前記第二レーザーモジュールに備えられたビームシェイパーによってそれぞれ四角形または円筒形で構成され、
   前記第一レーザーモジュールによる前記第一レーザービームの温度プロファイルは、半田の溶融点より低い所定の予熱温度までデボンディング対象の電子部品とその周辺の領域を含む所定の面積の第一基板領域の温度を上昇させ、前記第二レーザーモジュールによる前記第二レーザービームの温度プロファイルは、デボンディング対象の電子部品の付着領域である第二基板領域にのみデボンディング温度まで追加で上昇させてデボンディング対象の電子部品の付着領域内の電子部品の半田のみが溶融されるように誘導し、
   前記第一レーザービームと前記第二レーザービームが照射されたとき、基板上の隣接領域に配置された前記周辺電子部品が過熱しないように、前記第一レーザービームと前記第二レーザービームの形状、重ね合わせ領域、エッジトリミング、照射角度、出力、波長、および温度を制御して目的の電子部品だけを選択的にデボンディングされる、
   マルチビームレーザーデボンディング装置。
2. 前記第一基板領域の前記予熱温度と前記第二基板領域の前記デボンディング温度の差は２０℃から４０℃である、
   請求項１に記載のマルチビームレーザーデボンディング装置。
3. 前記第一レーザーモジュール及び前記第二レーザーモジュールは、相互対称に配置され、前記第一レーザービーム及び前記第二レーザービームは同一のビームの照射角度を有し、互いに相違する最大出力と波長を有する、
   請求項１に記載のマルチビームレーザーデボンディング装置。
4. 前記第一基板領域の前記予熱温度と前記第二基板領域の前記デボンディング温度の偏差は１０％から１５％である、
   請求項１に記載のマルチビームレーザーデボンディング装置。
5. 前記第一レーザービームと前記第二レーザービームは、順次に照射される、
   請求項１に記載のマルチビームレーザーデボンディング装置。
6. 前記第一レーザービームと前記第二レーザービームの重ね合わせによる温度プロファイルは、２段階の上昇期と２段階の下降期を有する、
   請求項１に記載のマルチビームレーザーデボンディング装置。

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