JPH0677264A - 電子部品の基板からの取外し方法及び装置 - Google Patents

電子部品の基板からの取外し方法及び装置

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JPH0677264A
JPH0677264A JP4227015A JP22701592A JPH0677264A JP H0677264 A JPH0677264 A JP H0677264A JP 4227015 A JP4227015 A JP 4227015A JP 22701592 A JP22701592 A JP 22701592A JP H0677264 A JPH0677264 A JP H0677264A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂接着の半導体素子を基板から取り外し、
基板上の残渣を除去する装置及び方法を提供すること。 【構成】 基板４と半導体素子１を樹脂３で固定した接
続構造体を処理対象とし、該接続構造体の保持台５、半
導体素子１の剥離機構６、紫外線で樹脂３の残渣を分解
する機構、該保持台５の移動機構、全体のシーケンスを
制御する機構１０とから成る。 【効果】 樹脂で接着した半導体素子を基板から取り外
し、しかも、該基板上の樹脂残渣を取り除くことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板に樹脂で固定され
た半導体素子等の電子部品を取外す方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子の高信頼化に伴い、プ
ラスチックパッケージが普及すると共に、樹脂の高性能
化に伴って樹脂接着の半導体素子が増えている。従来か
ら用いられているダイボンディング、すなわち半導体素
子の回路形成面と反対の面と基板との接着構造のみでな
く、最近ではフェイスダウン、すなわち半導体素子の回
路形成面を基板に向き合わせた状態でのボンディングに
も樹脂を接着剤として使用した接続構造が増えている。
【０００３】樹脂としては、熱硬化性、熱可塑性、或い
は紫外線硬化性のエポキシ樹脂を使用することが一般的
である。導電性が要求される場合には、金属、カーボン
等の導電性粒子、或いは樹脂ボールの表面に金属被膜を
施した粒子を樹脂に混合して使用する。
【０００４】さて、接着後に不良であることが判明した
半導体素子を取り外す必要が生じた場合の技術について
述べる。はんだによる接着では、はんだを溶融させるこ
とで容易に取り外すことができる。しかも、はんだの残
渣を吸引して、基板上のはんだの状態を接着前に近い状
態に戻すことも比較的容易である。これらに関しては、
特開昭６１−２０６２３４号公報、特開昭６１−２５５
０３２号公報、特開昭６３−１０７１９２号公報及び実
開昭５８−１８４８６８号公報等に技術の開示が見られ
る。
【０００５】ところが、樹脂接着では、はんだ接着のよ
うに簡単にはいかない。とくに、基板上の樹脂残渣除去
が困難である。これを避ける方法として、特開昭６３−
１５７４２９号公報に開示されているように、ダイボン
ディング領域を樹脂とはんだの２層で構成し、樹脂で接
着、はんだで取り外しを行うという解決策が提案されて
いる。
【０００６】一方、樹脂のみの接着構造で半導体素子を
取り外す方法としては、たとえ熱硬化性樹脂でも高温で
軟化する物性を利用する技術が開示されている。特開昭
６３−２０１６２７号公報、及び特開平２−２５０４２
号公報がそれにあたる。これらの公報では、樹脂を加熱
し、軟化させて半導体素子を取り外すことに関して言及
している。しかし、上記した何れの従来技術も、樹脂を
使用した接着構造で最も障害になっている基板上の樹脂
の残渣除去に関しては触れていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術には、半導体素子を取り外した後の基板への残渣
樹脂の除去を含めた電子部品の基板からの取外し方法及
び装置に関する技術の開示がみられない。
【０００８】残渣樹脂の除去には一般的に溶剤を使用す
る。溶剤としては有機酸が用いられ、残渣樹脂を膨潤さ
せる。その後、膨潤した樹脂を綿棒等で拭い去る。しか
し、樹脂を膨潤させるには時間がかかる。さらに、樹脂
を除去した後、基板から溶剤を完全に除去しなければ接
続部に腐食性物質が残留することになり、接続部の信頼
性が低下するという問題がある。
【０００９】また、酸素雰囲気中で加熱する等の手段で
樹脂を酸化分解し、残渣樹脂を除去する方法もある。と
ころが、樹脂は高分子化合物であるために酸素不足を起
こしやすく、炭化を避けることが難しい。その結果、樹
脂の除去ができなくなるだけでなく、残った樹脂が電気
絶縁性を下げるという弊害を引き起こす。
【００１０】本発明の目的は、半導体素子を基板から取
り外すと共に、基板上の樹脂を溶剤を使うことなく且つ
樹脂を炭化することなく除去できる電子部品の基板から
の取外し方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、電子部品を基板に固定している樹脂に電磁波
を照射して該樹脂を分解飛散させて基板から除去する工
程を含む電子部品の基板からの取外し方法である。これ
は基板の裏面から該基板を透過させて電磁波を樹脂に照
射し、該樹脂の一部を分解するのがよい。
【００１２】また本発明は、電子部品を基板に固定して
いる樹脂を軟化させる工程と、樹脂が軟化している状態
で電子部品を基板から取り外す工程と、基板に付着して
いる残渣樹脂に電磁波を照射して該樹脂を分解飛散させ
て基板から除去する工程を含む電子部品の基板からの取
外し方法である。
【００１３】また本発明は、３５０℃以上の耐熱性を有
する配線パターンを表面に施した３５０℃以上の耐熱性
を有する電気絶縁性基板上に３５０℃以下の加熱温度で
軟化する樹脂で電子部品が固定されている構造体を処理
対象として前記樹脂を３５０℃を加熱上限として軟化さ
せる工程と、樹脂が軟化している状態で電子部品を基板
から取り外す工程と、基板に付着している残渣樹脂に電
磁波を照射して該樹脂を分解飛散させて基板から除去す
る工程を含む電子部品の基板からの取外し方法である。
【００１４】前記電子部品の基板からの取外し方法にお
いて、電磁波照射による樹脂の分解飛散除去時間が１０
秒以下であるものがよい。また、電磁波は紫外線レーザ
ー光であるものがよい。また、電磁波は基板表面に於け
るエネルギー密度が１パルス、１平方センチメートル当
たり０．１ジュール以上で、ピーク出力密度が１平方セ
ンチメートル当たり１００万ワット以上、且つ波長が３
６０ナノメートル以下の紫外線であるものがよい。
【００１５】前記電子部品の基板からの取外し方法にお
いて、基板の表面に透明導電膜による配線が施され、こ
の基板表面に電子部品が樹脂で固定されているものがよ
い。また、基板の表面に少なくとも表面層が金、銀、ア
ルミニウムの何れかで構成された単層又は多層の配線が
施され、この基板表面に電子部品が樹脂で固定されてい
るものがよい。
【００１６】前記電子部品の基板からの取外し方法にお
いて、電磁波の照射位置を除去すべき樹脂が存在する全
領域をカバーするように相対移動させて該樹脂を分解飛
散させるものがよい。また、処理対象は電子部品の回路
形成面が基板と樹脂により接着されている構造体及び回
路形成面と反対側の面が基板と樹脂により接着されてい
る構造体のいずれかであるものがよい。
【００１７】また本発明は、電子部品を基板に固定して
いる樹脂に該樹脂を分解飛散させる電磁波を照射する電
磁波照射手段と、樹脂が分解飛散された基板から電子部
品を取外す電子部品取外し手段とを備えた電子部品の基
板からの取外し装置である。
【００１８】また本発明は、電子部品を基板に固定して
いる樹脂を軟化させる樹脂軟化手段と、樹脂が軟化して
いる状態で電子部品を基板から取外す電子部品取外し手
段と、基板に付着している残渣樹脂に該樹脂を分解飛散
させる電磁波を照射する電磁波照射手段とを備えた電子
部品の基板からの取外し装置である。
【００１９】また本発明は、３５０℃以上の耐熱性を有
する配線パターンを表面に施した３５０℃以上の耐熱性
を有する電気絶縁性基板上に３５０℃以下の加熱温度で
軟化する樹脂で電子部品が固定されている構造体を処理
対象として前記樹脂を３５０℃を加熱上限として軟化さ
せる樹脂軟化手段と、樹脂が軟化している状態で電子部
品を基板から取外す電子部品取外し手段と、基板に付着
している残渣樹脂に該樹脂を分解飛散させる電磁波を照
射する電磁波照射手段とを備えた電子部品の基板からの
取外し装置である。
【００２０】前記電子部品の基板からの取外し装置にお
いて、電磁波は紫外線レーザー光であるものがよい。ま
た、電磁波照射手段は基板表面に於けるエネルギー密度
が１パルス、１平方センチメートル当たり０．１ジュー
ル以上で、ピーク出力密度が１平方センチメートル当た
り１００万ワット以上、且つ波長が３６０ナノメートル
以下の紫外線照射装置であるものがよい。
【００２１】前記電子部品の基板からの取外し装置にお
いて、電磁波の照射位置を除去すべき樹脂が存在する全
領域をカバーするように相対移動させる相対移動手段が
設けられているものがよい。ここで、相対移動手段は電
磁波の照射位置を一方向に往復移動させる機構と、基板
を前記照射位置の移動方向と垂直に移動させる機構とか
ら成るものがよい。
【００２２】前記電子部品の基板からの取外し装置にお
いて、樹脂軟化手段は樹脂の軟化を検知する軟化検知手
段を有するものがよい。
【００２３】また本発明は、電子部品を樹脂で基板に固
定している構造体を処理対象として保持しＸ方向及びＹ
方向に移動調整可能な保持台と、この保持台に保持され
ている前記構造体の電子部品に接触し該電子部品を熱媒
体として樹脂を加熱軟化すると共に該電子部品をつかむ
加熱チャックと、基板の裏側より前記樹脂の軟化状態を
確認するモニター機構と、この加熱チャックを基板と平
行に移動して電子部品を基板から取外す取外し機構と、
レーザー光源から射光された紫外線レーザー光を基板に
付着している残渣樹脂に導くと共に前記保持台の移動方
向と直交する方向に照射位置を往復移動させる電磁波照
射光学系とを備えた電子部品の基板からの取外し装置で
ある。
【００２４】また本発明は、電子部品を樹脂で基板に固
定している構造体を処理対象として保持しＸ方向及びＹ
方向に移動調整可能な保持台と、この保持台に保持され
ている前記構造体の電子部品をつかむチャックと、前記
構造体の樹脂に基板裏面より基板を透過する波長域の電
磁波を照射して該樹脂を直接加熱する加熱機構と、基板
の裏側より前記樹脂の軟化状態を確認するモニター機構
と、このチャックを基板と平行に移動して電子部品を基
板から取外す取外し機構と、レーザー光源から射光され
た紫外線レーザー光を基板に付着している残渣樹脂に導
くと共に前記保持台の移動方向と直交する方向に照射位
置を往復移動させる電磁波照射光学系とを備えた電子部
品の基板からの取外し装置である。ここで、加熱チャッ
クの先端に、電子部品の回路形成面と反対側の面が基板
と樹脂により接着されている構造体における電子部品の
ワイヤを切断するワイヤ切断部が設けられているものが
よい。
【００２５】尚、樹脂の加熱手段として、前記加熱チャ
ックによる接触伝熱加熱と電磁波による非接触加熱の両
方を併用してもよい。また、基盤裏面から冷却しながら
電子部品裏面から樹脂を加熱し、該樹脂を軟化させると
きの基板の温度上昇を抑えるようにするのがよい。また
前記モニター機構で樹脂残渣厚の分布状況をとらえ、膜
厚の大きい部分から優先的に電磁波を照射する走査方法
を採ることにより、より効果的な残渣樹脂の除去と下地
への影響を軽減できる。
【００２６】
【作用】本発明の作用を下記の３つの工程に分けて説明
する。 （１）樹脂軟化工程 半導体素子全面を樹脂で接着した場合の接着強度は比較
的強い。例えば、標準的な熱硬化性エポキシ樹脂で１辺
５ｍｍの半導体素子の全面を接着した場合、剥離に要す
る力は、少なくとも５ｋｇｆである。半導体素子にこれ
以上の外力を加えると接着部で外れるはずである。しか
し、半導体素子は脆いので、半導体素子を破壊する場合
が多い。この時、破片が基板上に残り、全体をきれいに
取り除くことが難しくなる。また、基板を損傷する危険
性もある。
【００２７】図２に、熱硬化性樹脂の硬化後の温度対弾
性率曲線の一例を示す。熱硬化性樹脂は硬化すると温度
を上げても軟化しないと考えられやすいが、図２に示す
ように、ある温度以上すなわち約２８０℃以上に上げる
と急激に軟化する。このことを利用すれば、半導体素子
を容易に取り外すことができることがわかる。
【００２８】前述したように、樹脂を軟化させるには樹
脂を加熱することが有効である。基板上に単独の半導体
素子が搭載されている場合には、基板全体の温度を上げ
ることで樹脂の温度を上げることができる。しかし、こ
のような加熱方法を選べる場合は皆無に近い。もし、単
独の半導体素子が搭載された基板であれば、一般的に半
導体素子の取り替え技術を要しないからである。基板ご
と交換する方が安上がりである。
【００２９】従って、本技術を必要とする用途では、隣
接する半導体素子に熱影響を与えないために基板温度を
できるだけ上げないことが必須となる。樹脂の温度を上
げ、しかも、基板の温度上昇を最小限に食い止めるため
には、局部加熱を行う必要がある。さらに、急速加熱を
行うと効果がより大きい。特に、半導体素子の裏面から
急速に加熱する方法が効果的である。
【００３０】図４に、半導体素子１の裏面から加熱した
場合の各部の温度上昇（定常状態になる以前）を示す。
加熱ブロック２の温度は、予め４２０℃に設定してあ
る。加熱ブロック２に接している半導体素子１の裏面で
は、加熱開始５秒後に４００℃近くまで温度上昇してい
る。半導体素子１を構成しているシリコンは熱伝導率が
大きいので、樹脂３に接している半導体素子１の表面温
度も３００℃以上になっている。この温度は、同時に樹
脂３の半導体素子１に接している部分の温度でもある。
この時点で、樹脂３の半導体素子１に接している部分は
軟化している。ところが、樹脂３の熱伝導率が小さいた
めに、樹脂３に接している基板４の部分ではわずかに百
数十℃までの温度上昇に止まっている。このように、半
導体素子１の裏面から加熱すれば、基板４の温度上昇を
小さく抑えながら、樹脂３の温度を上げることができ
る。その上、図４で示したように、樹脂３を加熱する加
熱ブロック２の温度を高めにし、定常加熱状態に至る前
に半導体素子１を取り外すことで、基板４表面に熱流が
到達する以前に作業が終了し、基板４の温度をより低く
抑えられることも明らかである。また、加熱による樹脂
３の炭化等の変質を避けるためにも、短時間の加熱は有
利である。
【００３１】樹脂３の内部の温度分布に注目すると、基
板４に接している樹脂３の部分では僅かに百数十℃まで
の温度上昇に止まっており、軟化していない。したがっ
て、半導体素子１の裏面からの急速加熱では、樹脂３の
半導体素子１に接する部分のみを軟化させることが可能
なことが分かる。この場合、半導体素子１を基板４から
取外すのに斜め上方へ半導体素子１を移動する必要がな
い。基板４に平行な移動のみでも、半導体素子１取外し
後に樹脂３が基板４上で横に広がることが少ないからで
ある。
【００３２】加熱ブロック、樹脂軟化検知機構及び半導
体素子取り外し用チャックを別にすることも可能である
が、加熱ブロックに樹脂の状態を検知する機構を取り付
け、半導体素子の取り外しも加熱ブロックで行うことに
すれば（この形態を加熱チャックと呼ぶことにする）構
成を簡略化できる。
【００３３】半導体素子裏面からの伝熱加熱以外の加熱
手段として、基板が赤外線に対して透明か透明に近けれ
ば、基板裏面から基板を通して赤外線で樹脂を加熱する
方法も取り得る。加熱ブロックを利用した加熱と併用す
ることも、もちろん可能である。赤外線による加熱に
は、伝熱加熱に特有の接触状態での不安定要因、すなわ
ち、接触状態で温度上昇の度合いが違ってくるという欠
点を回避できるという利点がある。また、電子レンジの
原理を応用し、樹脂或いはシリコンを電波で選択的に加
熱することも可能である。
【００３４】次に、樹脂が軟化したかどうかの検知手段
について述べる。樹脂の軟化状態を検知する手段とし
て、直接、樹脂の軟化を測定する方法が考えられる。こ
れには、ロードセル等の荷重検知器を用いる構成を挙げ
ることができる。荷重検知器は、加熱ブロック、基板の
保持台、半導体素子取り外し用のチャック等に取り付け
ることができる。また、間接的に樹脂の軟化を測定する
手段としては、樹脂の温度を熱電対、サーミスタ、赤外
線温度計等で測定する手段を採ることが可能である。熱
電対、赤外線温度計等は加熱ブロック、半導体素子取り
外し用チャック等に取り付けることができる。もちろ
ん、赤外線温度計は、基板がその波長で透明であれば、
基板の裏面側に配置することもできる。検出手段ではな
いが、もっと単純な方法として、樹脂の軟化までの時間
を予め測定しておき、タイマーで半導体素子の取り外し
タイミングをコントロールするという解決策もある。
【００３５】（２）電子部品取外し工程 樹脂が軟化すると、半導体素子は液体で張り付けた小片
と同じ振る舞いをする。すなわち、基板に平行には簡単
に動くが、基板から剥がすことが難しい。そこで、図３
（ａ）の状態から、半導体素子１に、まず、基板４に平
行な右向きの力を加え、次に斜めに引き上げる力を加え
ると、図３（ｂ）に示すように、半導体素子１が基板４
から容易に離れる。ここで、半導体素子１を基板４に平
行に動かす距離はできるだけ短く抑える方がいい。樹脂
３が半導体素子１に引きずられて基板４の不要な部分に
広がる恐れがあるからである。
【００３６】ただし、樹脂３内に温度勾配を設け、樹脂
３の半導体素子１側の部分のみが軟化する加熱条件を選
べば、半導体素子１を基板４に平行な一方向に動かすだ
けで半導体素子１を基板４から取り外すことも可能にな
る。
【００３７】（３）残渣樹脂除去工程 半導体素子１を取り外した後には、図３（ｃ）に示すよ
うな接着剤の樹脂３が残渣として残る。半導体素子１側
の残渣樹脂３は除去する必要がないが、基板４側の残渣
樹脂３は除去しなければならない。
【００３８】“塑性と加工”第２７巻第３０７号９３５
ページに記載されているように、樹脂を構成する原子の
結合エネルギー以上のエネルギーを与えると、該樹脂を
分解することができる。例えば、炭素同士の単結合の結
合エネルギーは、８０kcal／mol・Ｋであり、波長に直す
と約３６０ｎｍとなる。この波長より短い電磁波を当て
ると、一定の強度以上であれば、炭素同士の結合を切る
（解離する）ことができる。同様に、水素同士、炭素と
水素、水素と窒素等の結合エネルギーより高いエネルギ
ーの（短い波長の）電磁波を当てることでそれぞれの結
合が切り離される。その結果、瞬時に樹脂が分解飛散す
る。この現象をアブレーション（溶発）と呼ぶ。この方
法では、樹脂残渣が残らない上に、炭化のような弊害を
伴わない。ただし、１パルス当たりの電磁波の強度密度
が０.１Ｊ／ｃｍ2程度以上、ピークパワーが１００万Ｗ
／ｃｍ2程度以上必要であり、この値を実現するために
は紫外線レーザーを使用するのがよい。
【００３９】前述したように、樹脂の残渣除去には紫外
線を用い、樹脂を構成している炭素等構成元素の結合を
切り離すのである。この方法では、分解後に樹脂がほと
んど残留しない。その反面、基板上の配線を損傷する可
能性もある。一般に、配線はＩＴＯ（インジウムと錫の
複合酸化物）に代表される無機酸化物の透明配線か、ア
ルミニウム、金、銀等の金属配線である。これらは紫外
線で分解するのではない。紫外線が持つわずかの熱によ
り、昇華するのである。
【００４０】無機酸化膜、例えばＩＴＯの場合には、紫
外線の波長が短くなると吸収係数が増すので、昇華しや
すくなる。したがって、波長の長いレーザー、例えばキ
セノン・フッ素（ＸｅＦ）（波長：３５１ｎｍ）が適し
ている。また、アルミニウム、金、銀のような金属膜を
用いる場合には、吸収係数に波長依存性はないが、波長
が長いほど光から熱へのエネルギー変換率が高くなるの
で、波長の短いレーザーが適している。例えば、実用的
にはクリプトン・フッ素（ＫｒＦ）（波長：２４８ｎ
ｍ）が好ましい。図５に、紫外線の波長に対する樹脂、
配線材料の破壊強度の閾値を示す。以上述べた、各材料
の波長依存性が端的に現れている。
【００４１】また、紫外線レーザーは、照射領域内の強
度が不均一にばらつく。そこで、各パルスごとに照射位
置を少しずつずらす、多重照射を行うことが望ましい。
さらに、樹脂と配線材料のレーザー強度に対する挙動の
違いを利用するためにも、多重照射が有効である。すな
わち、樹脂は、ある一定の強度以上であれば、レーザー
の強度が下がっても溶発する厚さが減少するだけである
が、金属膜やＩＴＯでは、そういう強度依存性を持たな
い。強度と照射回数を適当に調整することで、樹脂のみ
を選択的に除去できるレーザー強度範囲を広げることが
可能になる。
【００４２】ただし、前述したように、紫外線レーザー
にも加熱作用があるので、照射部の金属膜には外観上の
変化が現れる。例えば、アルミニウム膜では表面の光沢
が増す。表面の酸化被膜が取り除かれることと、熱で表
面の凹凸が若干小さくなるためである。また、ニッケル
の上に金を堆積した多層膜では、ニッケルと金の相互拡
散によって、表面の色が少し薄くなる。しかし、何れの
場合も、信頼性を含めて配線材料の性能には変化がな
い。
【００４３】紫外線レーザーに対する膜強度は、アルミ
ニウムがとくに強い。紫外域での反射率が高いことが一
つの理由であり、熱伝導率が大きいのでレーザーによる
局部入熱を速やかに周囲に分散することがもう一つの理
由である。したがって、樹脂で接着した半導体素子を取
り外す作業を前提とした基板の配線材料として、表面を
アルミニウムとすることが望ましい。
【００４４】１回のパルスで照射できる面積は、一般的
に樹脂を除去しなければならない面積より狭い。そこ
で、レーザーを走査する等、電磁波の照射位置を除去す
べき樹脂が存在する全領域をカバーするように相対移動
させる必要が生じる場合が多い。この際、基板或いは光
学系は、連続的に移動していてよい。レーザーのパルス
が非常に短時間（数ｎｓから数十ｎｓ）なので、移動し
ながら照射しても、照射部の境界がシャープになるから
である。
【００４５】ミラーの回転等によるレーザ光学系の移動
でレーザー光を走査する場合には、走査途中で光路長が
変化する。焦点のずれを補正してもよいが、補正しなく
てもほとんど不都合はない。
【００４６】樹脂の残渣は、膜厚が均一ではない。ま
た、レーザーの強度を調節すれば、数百回程度までのパ
ルスで樹脂を除去することができる。そこで、樹脂の膜
厚をモニターし、厚い部分を優先的に照射することで、
無駄な照射を避け、基板及び基板上の配線を保護するこ
とが可能になる。
【００４７】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明の一実施例について、図１、図６、図７及び図８
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例の一部
断面斜視図である。
【００４８】この実施例は、処理対象を保持する試料保
持台５と、樹脂を加熱軟化し基板から半導体素子を取外
す加熱剥離機構６と、紫外線レーザー光源７と、紫外線
レーザー光源７から射光された紫外線を前記樹脂に導く
光学系８と、樹脂の軟化状態を把握するモニター機構９
及び前記各構成要素の作動を制御するシーケンスコント
ロール１０とからなる半導体素子取外し装置である。
【００４９】ここで、試料保持台５は、試料保持部１１
及びモニター用穴部１２で構成されている。加熱剥離機
構６は、加熱ヒーター１３を内蔵した、加熱と剥離の両
機能を備えた加熱チャック１４と、この加熱チャック１
４を支えるアーム１５と、加熱チャック１４に加わる横
方向の力を測定するためのロードセル１６、及び加熱チ
ャック１４の移動機構（図示せず）につながる取り付け
ヘッド１７からなる。光学系８は図１には全容を表示し
ていない。最終段のレンズ１８及びミラー１９だけを表
示し、他は省略してある。また、基板４上に樹脂３で接
着された半導体素子１を表示してある。レンズ１８の焦
点距離が１００ｍｍであるので、加熱剥離機構６をレン
ズ１８と半導体素子１との間に配置することができた。
なお、半導体素子１は、基板４上に１０個搭載されてい
るが、図１では取外し対象の１個のみを表示した。
【００５０】次にこの装置の詳細を図６に従って説明す
る。図６は装置の一部を断面で示した全体像である。筐
体２０の下部にレーザー光源７（内部を省略）を配置
し、その上部に試料保持台５と、加熱剥離機構６及びモ
ニター機構９を配置する。レーザー光２１は、レーザー
光源７から試料保持台５までの光学系８で導かれる。各
構成要素について、以下個々に詳細に説明する。
【００５１】試料保持台５について：これは試料である
半導体素子１の搭載された基板４を載せる台である。こ
の半導体素子１は図示しない真空チャックで試料保持台
上に保持される。この試料は基板４が透明であり、ま
た、試料保持台５の一部が石英板２２で構成されている
ので、基板４の下部から照明系２３で照明しながら、拡
大レンズ２４の付いたテレビカメラ２５で覗く構造にな
っている。レーザー光２１が直接拡大レンズ２４やテレ
ビカメラ２５に当たらないように、シャッター２６が取
り付けられている。レーザー光学系のシャッター２７と
連動し、同時に片方しか開かないようになっている。
【００５２】試料保持台の移動機構２８について：取り
外すべき半導体素子１が作業位置に来るように、試料保
持台５を移動するための機構である。Ｘ方向に移動する
Ｘ方向移動機構２９とＹ方向に移動するＹ方向移動機構
３０が重なった構成になっている。移動には、ステップ
モーターを使用する。本機構は、同時にレーザ照射時の
基板４の走査にも使用される。
【００５３】加熱剥離機構６について：図７に、加熱剥
離機構６のみを抜き出して示す。能力４００℃の図示し
ないセラミックヒータを内蔵した加熱チャック１４の上
に、この加熱チャック１４と半導体素子１（図示せず）
との微妙な角度の違いを吸収し、接触を確実にするため
のチャック当たり調整機構３１がある。中に金属ボール
３２が入っており、加熱チャック１４の角度を自動的に
調整する。加熱チャック１４とそれを支えるチャック支
え３３とは、紙面に垂直方向にスライドできる構造にな
っている。加熱チャック１４とそれを支えるチャック支
え３３との間に図示しないバネがあり、加熱チャック１
４を一定の張力で引っ張っている。半導体素子（図示せ
ず）と加熱チャック１４が触れると、加熱剥離機構６全
体が紙面に垂直方向に移動し、加熱チャック１４端部の
突起３４に触れる。さらに、加熱剥離機構６全体が紙面
に垂直方向に移動し、一定の張力で半導体素子を引っ張
る。その張力をロードセル１６でモニターする。３５は
取付けヘッドを示す。
【００５４】光学系８について：エキシマレーザ光源７
のレーザー射出孔３６から出た２４８ｎｍの紫外線をミ
ラー３７及びミラー３８で、装置上部に導く。次いで、
絞り３９で、紫外線レーザー周辺の強度にむらのある部
分を取り除き、複数のレンズ群より成る最終段のレンズ
１８で試料表面、すなわち基板の表面にある残渣樹脂３
に焦点を結ぶ。最終段のレンズ１８の直前にミラー１９
を配置し、試料表面に平行なレーザー光２１を試料に垂
直に曲げる。なお、このミラー１９は、図中に矢印４０
で表示した回転運動させることにより、レーザー光２１
の走査を行うためにも使用する。本実施例では、レンズ
群（表示せず）により、レーザー光２１のエネルギー密
度を約２０倍に増幅している。
【００５５】シーケンスコントロール１０について：こ
れは一連の作業を集中してコントロールするものであ
る。具体的には、加熱剥離機構６の動作、試料保持台５
の動作、光学系８の動作を必要に応じて制御する。
【００５６】図８は、本発明の上記実施例による半導体
素子取り外し方法を示す断面工程図である。図１及び図
８に従って、取り外し方法を説明する。本実施例では、
半導体素子１に設けられたバンプ４１の先端のみに導電
性の樹脂３が存在する。先ず図８（ａ）に示したよう
に、加熱ヒーター１３を内蔵した加熱チャック１４を半
導体素子１の捕捉方向４２に移動し、半導体素子１に接
触させる。同時に、剥離方向４３の力を加える。この
時、ロードセル１６を利用して、荷重を３０ｇｆに保つ
ように、加熱剥離機構６の駆動回路（図示せず）をシー
ケンスコントロール１０が調整する。加熱チャック１４
には、図示しない真空吸引孔が開いており、半導体素子
１を吸引している。尚、基板４の裏面から基板４を透過
する電磁波４５を図１に示した如く樹脂３に照射して該
樹脂３を軟化してもよい。
【００５７】次に図８（ｂ）に示したように、樹脂３が
軟化すると、ロードセル１６の出力が設定荷重より急激
に低下する。その信号をシーケンスコントロール１０が
捕らえ、すぐさま剥離方向４３に加熱剥離機構６を大き
く移動する。この時、加熱チャック１４に回転方向の動
きを加え、半導体素子１の剥離を容易にする。本実施例
では、加熱チャック１４が半導体素子１に接触してか
ら、剥離まで、約３秒である。
【００５８】次に図８（ｃ）に示したように、レーザー
光２１を照射する。波長は、２４８ｎｍ、照射面でのエ
ネルギー密度は０．３Ｊ／ｃｍ2である。スポットサイ
ズが２ｍｍ×２ｍｍであるので、半導体素子１（４ｍｍ
×８ｍｍ）の全面を照射するためにミラー回転方向４０
と基板移動方向４４を直交させ、レーザー光２１及び基
板４を走査する。基板４側の樹脂残渣３を分解飛散させ
て除去するのに本実施例では、約２秒かかった。
【００５９】上記実施例では樹脂３を軟化させる工程を
含む場合を説明したが、前記電磁波４５の波長を該樹脂
を分解飛散できるものにして、該樹脂を軟化することな
く直接分解飛散してもよい。この場合は装置構造が簡素
化できる。
【００６０】またこの実施例では、樹脂３の加熱、半導
体素子１の基板４からの剥離及び基板上の残渣樹脂３の
除去を同じ位置で行う構造としたが、別の位置で行うこ
とも可能である。また、レーザー照射時に加熱剥離機構
６が基板４の位置から待避するのでなく、加熱及び剥離
作業時に光学系８を待避する構成でもよい。また本実施
例では、床面積を有効に利用するため、レーザー光源７
を装置下部に設置したが、別置きにしてもよい。この場
合は、レーザー光源７のメンテナンスが容易になる。ま
た、加熱剥離機構６が一体であるが、加熱機構と剥離機
構を別構成にしてもよい。
【００６１】レーザー照射位置の走査方法は、本実施例
のようにミラー１９と基板４の両方を動かす方法以外
に、お互いに垂直なミラー２枚による走査法、基板をお
互いに垂直で、且つ基板面に平行な２軸で動かす走査法
でもよい。本実施例では、走査速度および装置全体の構
成の簡略さから、ミラーと基板の両方を走査する構造を
採用した。また、本実施例では、レーザーの照射域が狭
いので、レーザー光を走査しているが、照射域を半導体
素子の寸法に合わせ、一括照射する方法もある。この場
合、装置の構成はとくに前記実施例と変わらない。光学
系のレンズの焦点距離及び絞りの寸法を変えるだけであ
る。
【００６２】本発明の他の実施例について、図９及び図
１０を参照して説明する。図９は、本発明の他の実施例
の一部断面斜視図である。この実施例は、試料保持台５
と、加熱剥離機構６と、光学系８と、モニター機構９及
び図示しないシーケンスコントロールからなる半導体素
子取外し装置である。試料保持台５は、試料保持部１１
及びモニター用穴部１２で構成される。加熱剥離機構６
は、加熱ヒーター１３を内蔵した加熱チャック１４、こ
の加熱チャック１４を支えるアーム１５、加熱チャック
１４の移動機構（図示せず）につながる取り付けヘッド
１７、加熱チャック１４内に設けられた温度検出機構４
６及び半導体素子１のワイヤ４７を切断するワイヤ切断
部４８からなる。
【００６３】半導体素子１は、前記の実施例と異なり、
回路形成面が基板４と向き合っていない。すなわち、半
導体素子１の回路形成面と反対の面が樹脂３により基板
４と接着されているダイボンディング構造で使用されて
いる。半導体素子１と基板４との電気的な接続は、金の
細線を使用したワイヤ４７によっている。
【００６４】図１０は、本発明の第２の実施例による半
導体素子取り外し方法を示す断面工程図である。図９及
び図１０に従って、取り外し方法を説明する。図１０
（ａ）に示したように、加熱ヒーター１３を内蔵した加
熱チャック１４を半導体素子１の捕捉方向４２に移動
し、半導体素子１に接触させる。その時に図示した如
く、ワイヤ切断部４８がワイヤ４７を切断する。その結
果、ワイヤ４７は、基板４側の切断ワイヤ４７１と半導
体素子１側の切断ワイヤ４７２に分かれる。もともと、
ワイヤは細い（直径２０μｍ）ので、半導体素子１側の
切断ワイヤ４７２を挾んだままでもとくに支障はない。
半導体素子１側の切断ワイヤ４７２を半導体素子１との
間に挾んだまま、加熱チャック１４が更に下降し、熱を
半導体素子１に伝える。板の一部に細穴を開け、微細な
熱電対を組み込んだ温度検出機構４６が常に半導体素子
１の温度を検知している。半導体素子１の表面が樹脂３
の軟化温度である３００℃に達すると、シーケンスコン
トロール（図示せず）が加熱剥離機構６の駆動回路に指
示を出力し、剥離方向４３の力を加える。
【００６５】図１０（ｂ）に示したように、樹脂３の軟
化に伴い、剥離方向４３に加熱剥離機構６が大きく移動
する。この時、加熱チャック１４に回転方向の動きを加
え、半導体素子１の剥離を容易にする。半導体素子１の
裏面（半導体素子１の非回路形成面）には、半導体素子
１側の樹脂残渣３が、基板４には基板４側の樹脂残渣３
が、それぞれ残る。
【００６６】図１０（ｃ）に示したように、基板４側の
樹脂残渣３にレーザー光２１を照射する。本実施例では
接着部分の基板４上に配線パターンがないので、レーザ
ーの波長は３５１ｎｍ、３０８ｎｍ、２４８ｎｍの何れ
でもよい。この実施例では、３５１ｎｍを採用した。照
射面でのエネルギー密度は０．５Ｊ／ｃｍ2である。ス
ポットサイズが２ｍｍ×２ｍｍであるので、半導体素子
１（４ｍｍ×８ｍｍ）の全面を照射するためにミラー回
転方向４０と基板移動方向４４を直交させ、走査する。
【００６７】
【発明の効果】本発明に係る取外し方法よれば、電磁波
により電子部品を基板に固定している樹脂を分解飛散さ
せて除去するので、従来のように溶剤を使って樹脂を除
去する場合の溶剤残留による問題の発生を防止すること
ができると共に、樹脂を炭化することなく該基板上から
樹脂をきれいに除去することができる。また本発明に係
る取外し装置によれば、前記電子部品の基板からの取外
し方法を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の一実施例を示す一部断面斜
視図である。
【図２】樹脂の温度と弾性率との関係を示すグラフの図
である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の樹脂軟化と電子部品
取外し工程を説明する断面図である。
【図４】加熱ブロックで加熱する場合の各部の温度変化
を示す図である。
【図５】電磁波の波長と配線及び樹脂の膜破壊強度との
関係を示す図である。
【図６】本発明に係る装置の一実施例を示す一部断面正
面図である。
【図７】本発明の加熱剥離機構を示す正面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例の取外し方
法を断面図で示す工程図である。
【図９】本発明に係る装置の他の実施例を示す一部断面
斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施例の取外
し方法を断面図で示す工程図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子 ２ 加熱ブロック ３ 樹脂 ４ 基板 ５ 試料保持台 ６ 加熱剥離機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 隆 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 沢畠 守 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子部品を基板に固定している樹脂に電
    磁波を照射して該樹脂を分解飛散させて基板から除去す
    る工程を含む電子部品の基板からの取外し方法。
  2. 【請求項２】 電子部品を基板に固定している樹脂を軟
    化させる工程と、樹脂が軟化している状態で電子部品を
    基板から取り外す工程と、基板に付着している残渣樹脂
    に電磁波を照射して該樹脂を分解飛散させて基板から除
    去する工程を含む電子部品の基板からの取外し方法。
  3. 【請求項３】 ３５０℃以上の耐熱性を有する配線パタ
    ーンを表面に施した３５０℃以上の耐熱性を有する電気
    絶縁性基板上に３５０℃以下の加熱温度で軟化する樹脂
    で電子部品が固定されている構造体を処理対象として前
    記樹脂を３５０℃を加熱上限として軟化させる工程と、
    樹脂が軟化している状態で電子部品を基板から取り外す
    工程と、基板に付着している残渣樹脂に電磁波を照射し
    て該樹脂を分解飛散させて基板から除去する工程を含む
    電子部品の基板からの取外し方法。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、電磁
    波照射による樹脂の分解飛散除去時間が１０秒以下であ
    る電子部品の基板からの取外し方法。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、電磁
    波は紫外線レーザー光である電子部品の基板からの取外
    し方法。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、電磁
    波は基板表面に於けるエネルギー密度が１パルス、１平
    方センチメートル当たり０．１ジュール以上で、ピーク
    出力密度が１平方センチメートル当たり１００万ワット
    以上、且つ波長が３６０ナノメートル以下の紫外線であ
    る電子部品の基板からの取外し方法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、基板
    の表面に透明導電膜による配線が施され、この基板表面
    に電子部品が樹脂で固定されているものである電子部品
    の基板からの取外し方法。
  8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかにおいて、基板
    の表面に少なくとも表面層が金、銀、アルミニウムの何
    れかで構成された単層又は多層の配線が施され、この基
    板表面に電子部品が樹脂で固定されているものである電
    子部品の基板からの取外し方法。
  9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかにおいて、電磁
    波の照射位置を除去すべき樹脂が存在する全領域をカバ
    ーするように相対移動させて該樹脂を分解飛散させる電
    子部品の基板からの取外し方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかにおいて、処
    理対象は電子部品の回路形成面が基板と樹脂により接着
    されている構造体及び回路形成面と反対側の面が基板と
    樹脂により接着されている構造体のいずれかである電子
    部品の基板からの取外し方法。
  11. 【請求項１１】 電子部品を基板に固定している樹脂に
    該樹脂を分解飛散させる電磁波を照射する電磁波照射手
    段と、樹脂が分解飛散された基板から電子部品を取外す
    電子部品取外し手段とを備えた電子部品の基板からの取
    外し装置。
  12. 【請求項１２】 電子部品を基板に固定している樹脂を
    軟化させる樹脂軟化手段と、樹脂が軟化している状態で
    電子部品を基板から取外す電子部品取外し手段と、基板
    に付着している残渣樹脂に該樹脂を分解飛散させる電磁
    波を照射する電磁波照射手段とを備えた電子部品の基板
    からの取外し装置。
  13. 【請求項１３】 ３５０℃以上の耐熱性を有する配線パ
    ターンを表面に施した３５０℃以上の耐熱性を有する電
    気絶縁性基板上に３５０℃以下の加熱温度で軟化する樹
    脂で電子部品が固定されている構造体を処理対象として
    前記樹脂を３５０℃を加熱上限として軟化させる樹脂軟
    化手段と、樹脂が軟化している状態で電子部品を基板か
    ら取外す電子部品取外し手段と、基板に付着している残
    渣樹脂に該樹脂を分解飛散させる電磁波を照射する電磁
    波照射手段とを備えた電子部品の基板からの取外し装
    置。
  14. 【請求項１４】 請求項１１〜１３のいずれかにおい
    て、電磁波は紫外線レーザー光である電子部品の基板か
    らの取外し装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１１〜１３のいずれかにおい
    て、電磁波照射手段は基板表面に於けるエネルギー密度
    が１パルス、１平方センチメートル当たり０．１ジュー
    ル以上で、ピーク出力密度が１平方センチメートル当た
    り１００万ワット以上、且つ波長が３６０ナノメートル
    以下の紫外線照射装置である電子部品の基板からの取外
    し装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１１〜１５のいずれかにおい
    て、電磁波の照射位置を除去すべき樹脂が存在する全領
    域をカバーするように相対移動させる相対移動手段が設
    けられている電子部品の基板からの取外し装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１６において、相対移動手段は
    電磁波の照射位置を一方向に往復移動させる機構と、基
    板を前記照射位置の移動方向と垂直に移動させる機構と
    から成る電子部品の基板からの取外し装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１２〜１７のいずれかにおい
    て、樹脂軟化手段は樹脂の軟化を検知する軟化検知手段
    を有する電子部品の基板からの取外し装置。
  19. 【請求項１９】 電子部品を樹脂で基板に固定している
    構造体を処理対象として保持しＸ方向及びＹ方向に移動
    調整可能な保持台と、この保持台に保持されている前記
    構造体の電子部品に接触し該電子部品を熱媒体として樹
    脂を加熱軟化すると共に該電子部品をつかむ加熱チャッ
    クと、基板の裏側より前記樹脂の軟化状態を確認するモ
    ニター機構と、この加熱チャックを基板と平行に移動し
    て電子部品を基板から取外す取外し機構と、レーザー光
    源から射光された紫外線レーザー光を基板に付着してい
    る残渣樹脂に導くと共に前記保持台の移動方向と直交す
    る方向に照射位置を往復移動させる電磁波照射光学系と
    を備えた電子部品の基板からの取外し装置。
  20. 【請求項２０】 電子部品を樹脂で基板に固定している
    構造体を処理対象として保持しＸ方向及びＹ方向に移動
    調整可能な保持台と、この保持台に保持されている前記
    構造体の電子部品をつかむチャックと、前記構造体の樹
    脂に基板裏面より基板を透過する波長域の電磁波を照射
    して該樹脂を直接加熱する加熱機構と、基板の裏側より
    前記樹脂の軟化状態を確認するモニター機構と、このチ
    ャックを基板と平行に移動して電子部品を基板から取外
    す取外し機構と、レーザー光源から射光された紫外線レ
    ーザー光を基板に付着している残渣樹脂に導くと共に前
    記保持台の移動方向と直交する方向に照射位置を往復移
    動させる電磁波照射光学系とを備えた電子部品の基板か
    らの取外し装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１９又は２０において、加熱チ
    ャックの先端に、電子部品の回路形成面と反対側の面が
    基板と樹脂により接着されている構造体における電子部
    品のワイヤを切断するワイヤ切断部が設けられている電
    子部品の基板からの取外し装置。
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