專利名稱：用于從基板上拆除電子元件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從基板上拆除一個電子元件-如半導體裝置-的方法和裝置，該元件由樹脂固定在基板上。本發(fā)明還涉及制造電子裝置，在該裝置中，將損壞的元件從接線板上取下。
近些年，塑料包裝已被廣泛用于改善半導體裝置的可靠性，且隨著樹脂性能的改善用樹脂粘接的半導體裝置也增加了。最近，以樹脂為粘接劑的連接結(jié)構(gòu)不僅在普通模片鍵合中廣泛使用，在倒裝焊接中亦如此。所謂模片鍵合是半導體裝置形成線路的表面的相對面和基板面之間的粘接;而倒裝焊接是半導體裝置形成線路的面對著基板。
通常以熱固性的、熱塑料的或紫外線固化的環(huán)氧樹脂作為上述樹脂使用。在有導電性能要求時，使用在樹脂中摻入金屬的或碳的導體顆?；驌饺胗蓭Ы饘俦∧さ陌灿袠渲那蛩鶚?gòu)的顆粒。
在粘接以后在現(xiàn)場試驗中發(fā)現(xiàn)板上有一個元件損壞時，就要單獨取下這個元件，以避免浪費整塊板及其上所裝設的其它元件。
當元件裝置是用焊錫焊上時，熔化焊錫即可輕松地將其取下。此外，在用吸收殘余焊錫粘接之前，也可以比較容易地使板上的焊錫恢復至其初始狀態(tài)。
但與焊錫相比，樹脂粘接則不易被弄斷和除去，且從基板表面上除去剩余的樹脂非常困難。作為一種避免上述問題的裝置，日本專利JP-A-63-157429(1988)中推薦了一種解決方案，其中分別以兩層樹脂和焊錫構(gòu)成一個模片鍵合區(qū)，這樣即可通過熔化焊錫來與樹脂粘合及分離。
作為一種用于拆除具有僅含樹脂的粘接結(jié)構(gòu)的半導體裝置的方法，JP-A-63-201627(1988)和JP-A-2-25042(1990)揭示了一種技術(shù)，它利用了熱固性樹脂在高溫下軟化的性能。在這些公開物中描述了以加熱和軟化來除去半導體裝置。但在這些現(xiàn)有技術(shù)中并未討論在拆除帶有樹脂粘接結(jié)構(gòu)的元件時所產(chǎn)生的最大的問題，即從基板上除去殘余的樹脂。
通常是用溶劑來除去殘余的樹脂，用有機酸作為此類溶劑將殘余樹脂泡脹，然后用棉花清掃器將這些樹脂掃除。但對于在一塊接線板上的同一個地方上還裝有其它元件的情況則不能用溶劑去清除殘余樹脂。此外，在去除樹脂后除非完全清除這些溶劑，否則腐蝕性物質(zhì)會留在粘接區(qū)域中。這將形成一個問題，即再粘接的可靠性被降低。
還有一種已知的用于除掉殘余樹脂的方法，即在氧氣中以加熱或類似手段來氧化和分解樹脂。但由于樹脂是一種高分子化合物，因而很易形成缺氧且避免碳化也是困難的。結(jié)果不僅去不掉樹脂，還會產(chǎn)生殘余樹脂降低電絕緣性能的問題。
根據(jù)如下所述的本發(fā)明，以腐蝕聚酰亞胺薄膜的方法來消融樹脂，即去除其殘余產(chǎn)物，例如，在半導體裝置的生產(chǎn)過程中，采用紫外線幅射(見US-A-4508709)。另外，“塑性和工藝方法”雜志第27卷307號第935頁上的一篇日語文章做過描述，但其中只是一般性地敘及熱塑性或熱固性樹脂的溶解，并無去除樹脂的特殊問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種方法和裝置，它可以不用溶劑也不用使樹脂碳化便將電子元件和樹脂從一塊線路板上取下，從而使這塊板可以重復使用。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種方法和裝置，它可以以一種簡單、迅速的方式將一個由樹脂固定的電子元件從線路板上取下來。此外，它對線路板的加熱最小。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于將一個電子元件從一塊線路板上取下的方法，在線路板的一面設有連接上述元件的連線，用樹脂將這個電子元件固定在線路板的所述表面上。該方法包括以下步驟(a)以在線路板的表面上留下殘余樹脂的方式將元件從板上拆下來，(b)對殘余樹脂施以電磁幅射，幅射強度足以溶解和驅(qū)散樹脂。
在本發(fā)明的這一方面，已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，利用適當?shù)碾姶欧浼纯珊芎玫貜木€路板的表面上將殘余樹脂除去且不會剩下諸如碳化的樹脂類的東西，并且在完成這一方法時亦不會傷害線路板上的連線。這樣，線路板上的連線即可重復使用，用以安置一個替換元件。
在上述步驟(a)中最好至少部分包括軟化將元件固定在線路板上的樹脂和在至少樹脂被部分軟化的同時將元件從線路板上取下。典型地，這種樹脂能夠在不高于350℃的溫度下軟化而線路板上的線路則至少能耐受350℃的溫度。最好以不超過350℃的溫度加熱的形式來完成至少部分軟化樹脂的步驟。
電磁幅射最好是一種紫外線激光束，在線路板的表面上，電磁幅射的能量密度最好至少為每平方厘米每脈沖0.1焦，峰值功率密度至少為每平方厘米106W，且波長最好不大于360nm?？梢允顾鲭姶欧涫鴴哌^存有所述殘余樹脂的區(qū)域。
連線可選擇為單層和雙層連線，且最好連線的表層是由金、銀和鋁中之一種所構(gòu)成。
電子元件典型地具有一個表面，在該面上形成該元件的電路，該表面或者遠離線路板的表面或者向著線路板的表面。
軟化樹脂的一種方法就是對電子元件加熱。最好是以至少在開始階段與線路板表面平行的路線相對線路板來移動元件的方式來將元件從線路板上取下。這種運動可由一個吸盤來完成，吸盤還可以對該元件加熱以便軟化樹脂。
為了提供一種簡單容易的操作方式，并可以控制該方式以便避免線路板過熱，這種過熱是有可能損壞線路板上的連線的，可以單獨或組合地采用下述諸方法。
因而根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于將由樹脂固定在線路板表面上的電子元件從線路板上取下的方法包括以下諸步驟(a)至少軟化樹脂的一部分，(b)至少在樹脂部分軟化的同時，沿至少在開始階段相對線路板表面平行的路線相對線路板移動元件而將其從板上拆除?？捎眉訜醽硗瓿绍浕襟E，從而使靠近其表面的部分先軟化?？梢杂梢粋€作用于元件上的吸盤來形成相對線路板的移動，吸盤沿基本上為圓形的路線移動元件。
在本發(fā)明的另一種從線路板上取下一個由樹脂固定在線路板上的電子元件的方法中，需進行以下步驟(a)為促使元件相對線路板移動，在元件上施加一個預加載力，(b)至少部分軟化樹脂，(c)在預加載力已引起元件相對線路板開始移動以后從板上取下元件?？梢杂靡粋€吸盤來施加預加載力，吸盤亦可對元件進行加熱以對樹脂進行軟化。最好沿與所述線路板的所述表面相平行的方向施加預加載力。
根據(jù)本發(fā)明的另一種從線路板上取下一個由樹脂固定在線路板上的電子元件的方法包括以下步驟
(a)通過加熱使樹脂軟化，(b)監(jiān)測樹脂的軟化以便確定預定的樹脂狀態(tài)的出現(xiàn)，(c)在達到預定狀態(tài)時從線路板上取下元件。最好以下述之一的方式監(jiān)測預定狀態(tài);
(ⅰ)在元件上施加一個預加載力并感測元件相對線路板的運動，(ⅱ)感測樹脂的溫度。
本發(fā)明還提供用于將一個由樹脂固定在線路板表面上的電子元件從線路板上取下的裝置，在線路板的一面上設有用于元件的連線。該裝置包括(a)用于將元件從線路板上取下的裝置，(b)用于在取下元件后對殘留于線路板表面上的殘余樹脂施以電磁幅射的裝置，這種幅射的強度足以溶化和分散樹脂。這種拆除裝置最好包括加熱樹脂從而使其至少部分軟化的裝置以及在樹脂軟化后將所述元件從所述線路板上取下的裝置。
用于形成電磁幅射的裝置最好包括提供電磁幅射束的裝置和使幅射束在線路板的表面掃描的裝置。這種掃描裝置應包括在一個方向上的掃描束的裝置以及與該方向相垂直地移動線路板的裝置。
這種裝置應包括用于測定樹脂軟化狀態(tài)的裝置。
在一個特殊的實施例中，本發(fā)明提供了用于將一個由樹脂固定在線路板表面的電子元件從該板上取下的裝置，在線路板的表面上設有用于元件的連線。這種裝置包括
(a)用于線路板的支承裝置，其中包括沿兩個平行于線路板的表面相互垂直的方向移動線路板的裝置，(b)一個用于接觸電子元件的加熱吸盤，由其對樹脂加熱并至少使其部分軟化，該加熱吸盤在樹脂至少部分軟化時將元件從線路板上取下，(c)用于感測樹脂軟化狀態(tài)的測定裝置，(d)用于在一條至少在開始階段平行于線路板的表面的移動路線移動加熱吸盤的裝置，(e)將紫外線激光束射到線路板表面以便在從板上取下元件后除去線路板上殘余樹脂的裝置，紫外線幅射具有足以分解和分散樹脂的強度，(f)用于至少在一個方向上使紫外線激光束相對線路板表面掃描的裝置。
在另一個特殊的實施例中，本發(fā)明提供了一種用以將由樹脂固定在線路板上的電子元件從線路板上取下的裝置，線路板的表面具有用于電子元件的連線。這種裝置包括(a)用于支承線路板的裝置，其中包括沿兩個平行于線路板的表面相互垂直的方向移動線路板的裝置，(b)用于握住電子元件以便在樹脂至少部分軟化時將元件從板上取下的裝置，(c)通過使電磁幅射穿過線路板到達樹脂對其加熱從而使樹脂至少部分軟化的裝置，(d)用于感測樹脂軟化狀態(tài)的檢測裝置，(e)用于在一條至少在開始階段平行于線路板的表面的路線來移動加熱吸盤的裝置，(f)用于使紫外線激光束射到線路板的表面從而在取下元件后清除殘余樹脂的裝置，紫外線幅射具有足以分解和分散樹脂的強度，(g)用于至少在一個方向上使紫外線激光束相對線路板表面掃描的裝置。
吸盤至少具有一條切割刃，用以切割將元件連到線路板連線上的導線。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于將由樹脂固定在線路板上的電子元件從線路板上取下的裝置，它包括(a)用于加熱樹脂使其至少部分軟化的裝置，(b)利用使元件相對線路板移動從而將其取下的裝置，所述移動至少在開始階段平行于線路板的表面。
本發(fā)明進一步還提供一種用于將由樹脂固定在線路板上的電子元件從線路板上取下的裝置，它包括(a)用于在元件上施加預加載力的裝置，這種預加載力促使元件相對線路板移動，(b)用于對樹脂加熱從而使其至少部分軟化的裝置，(c)在預加載力已經(jīng)引起元件相對線路板移動之后，將元件從板上取下的裝置。
本發(fā)明還提供了一種用于將由樹脂固定在線路板上的電子元件從線路板上取下的裝置，它包括(a)用于加熱樹脂從而至少使其部分軟化的裝置，(b)監(jiān)測樹脂從而使其達到預定軟化狀態(tài)的裝置，(c)在樹脂已經(jīng)至少部分軟化時，用于將元件從板上取下的裝置。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于將通過線路板上的導線連接的電子元件從線路板上取下來的裝置，該裝置包括一個在將元件從板上取下時用于夾持元件的吸盤，吸盤至少具有一個用于切割導線的切割刃。
本發(fā)明進一步提供一種制造電子裝置的方法，其中包括以下步驟(a)至少將一個電子元件固定在一塊線路板上，在線路板的表面設有將元件連接于其固定位置上的連線，元件是由經(jīng)加熱可軟化的樹脂固定于線路板上的，(b)利用導線上的信號對該電子元件進行測試，(c)經(jīng)測試該元件有缺陷時，通過對樹脂加熱從而使其至少部分軟化并在樹脂軟化時將其從線路板上拆下來將元件從線路板上取下，(d)利用電磁幅射來清除殘留于元件所處位置的線路板上的殘留樹脂，幅射的強度足以分解和分散樹脂，(e)再用經(jīng)加熱可軟化的樹脂將另一個電子元件裝在線路板的已取下的元件的位置上。
如上所述，可以用通過加熱吸盤的接觸型熱傳導加熱和通過電磁幅射的非接觸型加熱來作為對樹脂的加熱裝置。在為了軟化樹脂而從電子元件的背面對樹脂進行加熱而對線路板的背面進行冷卻可防止線路板的溫度升高。另外，通過用監(jiān)測機械來檢測殘余樹脂的厚度分布情況并通過優(yōu)選對大的薄膜厚度的部位使用電磁波掃描方法便可更有效地清除殘余樹脂并減少對下層的影響。
本發(fā)明適用于熱塑性樹脂、熱加性樹脂和光固性樹脂，即適用于所有的經(jīng)加熱可軟化的樹脂。
下面將以非限定性的例子，結(jié)合相應的附圖對本發(fā)明的實施例予以描述。其中

圖1是表示本發(fā)明裝置的一個實施例的局部剖視透視圖;
圖2是表示樹脂的溫度和彈性模數(shù)之間的關(guān)系的曲線;
圖3(a)至3(c)是表示本發(fā)明的軟化樹脂和取下電子元件的諸步驟的剖視圖;
圖4是表示用一個加熱塊加熱時元件和線路板的各部溫度的變化;
圖5表示電磁幅射波長和導線以及樹脂膜的破裂強度之間的關(guān)系;
圖6是本發(fā)明裝置的另一個實施例的局部剖視前視圖;
圖7(a)和7(b)是體現(xiàn)本發(fā)明的加熱和取下元件的機構(gòu)的前視和側(cè)視圖;
圖8(a)至8(c)表示在本發(fā)明的一個實施例中所完成的取除方法各步驟的剖視圖;
圖9是本發(fā)明裝置另一個實施例的局部剖視透視圖;
圖10(a)至10(c)表示在本發(fā)明另一個實施例中完成取除方法各步驟的剖視圖。
下面將首先根據(jù)下述三個相應步驟來描述本發(fā)明的工作(1)樹脂軟化步驟當一個半導體裝置的整個表面由樹脂粘住時，粘接強度就變得比較高。例如，當一個5mm2的半導體裝置的表面由普通環(huán)氧樹脂粘住時，至少需要5公斤的力才能將其取下。因此，當將5公斤或更大的力作用于該半導體裝置時，可將其從粘連部分上取下。但由于半導體裝置是脆的，因而很容易破碎。在這種情況下，完全將破碎的半導體裝置的碎片從線路板上取下是很困難的。另外，線路板也將受到損壞。
圖2表示固化后的熱固性樹脂的溫度-彈性曲線。通常認為固化的熱固性樹脂即使再加熱也不會軟化。但如圖2所述，在加熱溫度超過一定數(shù)值，例如在約280℃以上時，固化的熱固性樹脂會突然軟化。利用這種特性可將一個半導體裝置取下。
因而為使樹脂軟化而對其加熱是有效的。在線路板上僅裝有一個半導體裝置時，通過提高整塊板的溫度便可使樹脂的溫度升高。但一般情況下類似這樣的加熱方法是沒用的，這是因為在一塊線路板上僅裝一個半導體裝置的情況下，通常不需要更換該半導體裝置的技術(shù)。因為更換這種帶半導體裝置的線路板并不貴。
因此，便希望盡可能保持線路板的溫度低，以不對相鄰的半導體裝置造成熱影響。為了在使線路板的溫升最小的同時增加樹脂的溫度，必需進行局部加熱。此外，迅速加熱更有效，且從背面加熱半導體裝置更有效。
圖4表示在從背面對半導體裝置1進行加熱時，一個半導體裝置的三部分中各自的溫升情況(達到確定狀態(tài)之前)。先將加熱塊2的溫度設置在420℃。開始加熱后5秒鐘之內(nèi)與加熱塊2相接觸的半導體裝置1背面的溫度升至400℃左右。由于構(gòu)成半導體裝置1的硅具有較好的導熱性，因而與樹脂3相接觸的半導體裝置1的表面溫度升到約為300℃。該溫度等于與半導體裝置1相接觸的那部分樹脂3的溫度。此時，與半導體裝置1相接觸的那部分樹脂3軟化。但由于樹脂3的導熱性差，因而與樹脂3相接觸的那部分線路板4的溫度僅升至120-130℃。因此，通過從背面對半導體裝置1加熱，便可升高樹脂3的溫度，同時保持線路板的溫升小。另外，如圖4所示，可以清楚看到在熱流到達線路板4的表面之前已完成加熱操作，因而能夠通過將加熱樹脂3的加熱塊2的溫度設定在稍高的溫度并在穩(wěn)定的加熱狀態(tài)建立之前便將半導體裝置1從線路板上取下而保持線路板4的低溫。此外，短時間加熱對于避免由加熱而引起的樹脂3變態(tài)，諸如碳化，也是有效的。
從樹脂3內(nèi)部的溫度分布可以發(fā)現(xiàn)，與線路板4接觸的那部分樹脂3的溫度僅升至120-130℃，且此部分樹脂并不軟化。因此，從半導體裝置1的背面快速加熱可以僅使與半導體裝置1相接觸的那部分樹脂3軟化。在這種情況下，在將半導體裝置1從線路板4上取下時無需傾斜向上移動半導體裝置1。這是因為即便是平行于線路板4移動裝置1，樹脂3也幾乎不會在線路板4上橫向膨脹或伸展開。
可分別設置一個加熱塊2，一個樹脂軟化狀態(tài)檢測機構(gòu)和一個取下半導體裝置的吸盤。但是，在加熱塊上裝設一個檢測樹脂狀態(tài)的機構(gòu)并利用加熱塊取下半導體裝置(下面稱這種形式為加熱吸盤)可以使結(jié)構(gòu)簡化。
假如線路板是可以透過紅外線或是幾乎可以透過紅外線的，則可采用從線路板背面透過線路板的紅外線作為加熱手段對樹脂加熱，而不用從半導體裝置的背面利用熱傳導來加熱。另外，顯然可以將此方法與采用加熱塊加熱的方法結(jié)合使用。采用紅外線加熱的好處是可以避免在熱傳導加熱時由于各種接觸狀態(tài)而產(chǎn)生的不穩(wěn)定因素，也就是避免溫升決定于接觸情況的缺陷。也可以利用微波爐的原理以無線電波有選擇地加熱樹脂或硅。
下面描述用于檢測樹脂軟化狀態(tài)的檢測裝置。作為測量樹脂軟化狀態(tài)的裝置之一，利用諸如測力傳感器類的測力檢測儀來直接檢測軟化狀態(tài)?？蓪⑦@種測力檢測儀裝在加熱塊、線路板支承座或取除半導體裝置的吸盤上?？梢允褂弥T如熱電偶、熱敏電阻或紅外線溫度計等作為間接測量樹脂軟化狀態(tài)的裝置。可以將熱電偶或紅外線溫度計裝在加熱塊或取除半導體裝置的吸盤上。如果線路板能透過波長，則可將紅外線溫度計布置在線路板的背面。作為一種簡單的方法，用一個計時器預先測出直至樹脂軟化的時間，以便確定取下半導體裝置的時間，但這種方法不使用檢測裝置。
當樹脂軟化時，半導體裝置就象是由液體裝在另一個物體上一樣。也就是說，平行于線路板的表面很容易將這種半導體裝置取下，但將其直接從線路板上摘下卻不容易。因此，先如圖3(a)所示的狀態(tài)下在半導體裝置1上施加一個與線路板4相平行的向右的力，然后如圖3(b)所示施加一個傾斜的升力，這樣便很容易將其從線路板4上摘下來。這時，最好使半導體裝置1平行于線路板4移動的距離最小。這是因為樹脂3會被半導體裝置1帶起來且可能會形成不希望的延伸。
但是在樹脂3中存在有溫度梯度且加熱條件被選擇成僅使向著半導體裝置1側(cè)的樹脂3部分軟化，就只能平行于線路板4移動半導體裝置1來將其取下。
(3)清除殘余樹脂的步驟
摘下半導體裝置1以后，作為粘接劑的樹脂3如圖3(c)所示留了下來。雖然不必去掉半導體裝置1上的殘余樹脂，但卻要去掉線路板4上的殘余樹脂3。
如“塑性和加工方法”第27卷307號第935頁所述，通過施加比構(gòu)成樹脂的原子間粘結(jié)能量大的能量可以使樹脂分解。例如，碳原子間的單一粘結(jié)的粘結(jié)能量是80kcal/mol.K，相當于約360nm波長。當作用于樹脂上的電磁幅射比上述波長短時，如果電磁幅射具有一定的強度或更強的話，即可分解碳原子間的粘結(jié)。同樣，當電磁幅射具有高于用來構(gòu)成樹脂的碳原子和氫原子以及氫和氮原子間的粘結(jié)能量的能量時(即電磁幅射的波長較短時)，各粘結(jié)均可分解。結(jié)果，樹脂被瞬間分解并分散。這種現(xiàn)象稱之為消融。利用這種方法，不會有樹脂殘余物，亦不會出現(xiàn)不希望的過程，如碳化現(xiàn)象。例如，典型的每個脈沖電磁波強度是0.1s/cm2或更高，峰值功率是1000000N/cm2或更高。為實現(xiàn)這些值，最好使用紫外線激光束。
為了分解構(gòu)成樹脂的碳原子或類似物之間的粘結(jié)，最好在清除樹脂殘余物時使用紫外線幅射。利用這種方法，在樹脂分解后沒有樹脂殘留。但卻存在有可能損壞線路板上的連線的危險。
通常這種線是由所謂ITO(銦和錫的復合氧化物)的無機氧化物構(gòu)成的透明導線，或由鋁、金或銀制成的金屬線。這些線不會由紫外線幅射所分解，但它們會由稍熱的紫外線幅射而升華。
無機氧化膜(例如ITO)更容易升華，這是因為在紫外線幅射的波長較短時其吸收系數(shù)上升。因此，實用中具有長波長的激光束(如氙氟(XeF)激光束(波長351nm))更適用。當以由鋁、金或銀所制成的金屬薄膜作為導線時，短波長的激光束適用，這是因為雖然吸收系數(shù)并不取決于波長，但從光到熱的能量轉(zhuǎn)換卻隨著波長變短而增加。例如，氪氟(KrF)激光束(波長248nm)較實用。圖5表示所用紫外線幅射波長與樹脂和導線材料的斷裂強度的臨界值之間的關(guān)系。在圖5中，清楚地表示各種材料的波長從屬性。
在激光束作用的區(qū)域中，紫外線激光束的強度是不均勻的。因此，最好使用多脈沖束，其中束所作用的位置對每一個脈沖而言均稍有變化。另外，使用多束對于在樹脂和導線材料上使用不同影響的激光束強度是有效的。即，假如樹脂具有一定的強度或更高，即使是減小激光束的強度，也僅減小樹脂消融處的厚度。但金屬薄膜和ITO不象樹脂那樣，它們沒有強度從屬性。因而便可增加激光束強度范圍，其中通過適宜地調(diào)整強度和激光束使用率即可除去樹脂。
但如上所述，由于紫外線激光束具有加熱作用，因而在激光束作用的位置上的金屬膜的外觀亦發(fā)生變化。例如，由于除去了氧化膜而使得鋁膜的表面光澤減少且由于加熱而使表面不規(guī)則性降低。由于金和鎳的相互擴散，而使得由將金沉積于鎳上所形成的多層物的表面色彩稍微褪色。但在任何情況下，導線材料的性能，包括可靠性均不會變化。
鉛膜對紫外線激光束有特殊的阻力。一個原因是鋁膜的在紫外線范圍內(nèi)有較高的反射性，另一個原因是，因為鋁膜具有良好的導熱性，所以激光束被迅速的向周圍擴散而局部地產(chǎn)生熱。因此，在對由樹脂粘結(jié)的半導體裝置進行摘除作業(yè)希望以鋁作為一塊線路板的表面導線材料。
由一個激光脈沖幅射到的區(qū)域通常小于必須除去樹脂的區(qū)域。因而經(jīng)常需要相對移動電磁幅射所作用的位置，從而使電磁波覆蓋整個必須除去樹脂的區(qū)域。即例如以激光束掃描該區(qū)域。在這種情況下，可以連續(xù)地移動線路板和/或光學系統(tǒng)。這是因為激光脈沖非常短(如幾毫微秒至幾十毫微秒)，所以即使在線路板或光學系統(tǒng)移動的同時施加激光束，激光束所在位置的范圍也很窄小。
由于通過移動激光光學系統(tǒng)-如轉(zhuǎn)動一面鏡子-而使激光掃描目標，所以在掃描時光學路線長度是變化的。雖然可以通過調(diào)整焦點來予以校正，但即使焦點誤差沒有被校正也不會引起嚴重的問題。
殘余樹脂膜的厚度不均勻。另外，可以通過幾百次脈沖，調(diào)整所有激光束的強度來除去樹脂。因此，可以保護線路板及其上的導線，且通過監(jiān)測樹脂厚度而避免無效激光束的作用并優(yōu)選地將激光束用于較厚的部分。
下面將參照圖1，6，7和8來描述本發(fā)明的一個實施例。在圖6，7(a)中顯示了一種圖1中的普通的加熱和去除機構(gòu)6的結(jié)構(gòu)變形，但兩者應用了同樣的原理。
圖1中的實施例是一個用于摘除半導體裝置的設備，它包括一個用于夾持一個欲處理物體的試樣夾座5，一個用于對樹脂加熱并使其軟化從而將半導體裝置1從線路板4上取下的加熱和摘取機構(gòu)6，一個紫外線激光束源7，一個將從紫外線激光束源7射出的紫外線束引向樹脂3的光學系統(tǒng)8，一個用于監(jiān)測樹脂3軟化程度的監(jiān)測機構(gòu)9和一個控制上述各元件工作的順序控制裝置10(見圖6)。圖6表示在殼體20中帶單獨的控制裝置10的包括圖1中的諸部件的典型布置形式。
試件夾持座5具有一個試件夾持段11和監(jiān)測孔12。加熱和摘除機構(gòu)6包括一個帶嵌入加熱器13的加熱吸盤14，吸盤14具有加熱摘除的功能，一條支承著加熱吸盤14的臂15，一個用于測量作用于加熱吸盤14上的側(cè)向力的測力傳感器16和一個與用于移動加熱吸盤14的機構(gòu)(未示出)相連接的安裝頭17。圖1中未完整地表示光學系統(tǒng)8。其中僅表示了最終位置處的一個凸透鏡18和一面鏡子19，所需的其它部件均是常規(guī)的部件且對專家來說是很清楚的。由于凸透鏡18的焦距是100mm，因此可將加熱摘除機構(gòu)6設在凸透鏡18和半導體裝置1之間。在線路板4上，實際上是裝有許多半導體裝置，但在圖1中僅表示了一種欲摘下的半導體裝置1。
參照圖6，其中以局部剖視表示了這部設備。將激光束源7(其內(nèi)部細節(jié)省略)裝在殼體20的底部，將試件夾座5、加熱和摘除機構(gòu)6以及監(jiān)測機構(gòu)9設在激光束源7之上。利用光學系統(tǒng)8使從激光束源7來的激光束21指向試件夾座5。下面將詳細描述諸零件。
試件夾座5是一個用常規(guī)真空吸盤(未示出)將帶半導體裝置1的線路板4夾住的座。在用照明系統(tǒng)23從板4之后對其進行照明時，可以利用一臺帶放大鏡頭24的電視攝像機25觀察裝置1的區(qū)域，這是因為板4是透照的且試件夾座5的一部分是由石英板22制成的。將一塊擋板26設置成使激光束21不能直接照到放大鏡24和攝像機25上。攝像機與激光光學系統(tǒng)的擋板27聯(lián)鎖，從而在任何時候均只有擋板26、27之一打開。
試件夾座移動機構(gòu)28移動試件夾座5，從而將欲摘除的半導體裝置1送至操作位置。該機構(gòu)被設置成將一個在X方向形成運動的X方向移動機構(gòu)29安裝在一個在Y方向形成運動的Y方向移動機構(gòu)30上。這些運動均由步進馬達實現(xiàn)。該機構(gòu)亦用于用激光束對線路板4進行掃描。
圖7(a)和7(b)中所示的加熱和摘除機構(gòu)6具有一個吸盤接觸調(diào)整機構(gòu)31，它用于吸收加熱吸盤14和半導體裝置1之間的微小角度差以保證兩者之間接觸良好。加熱器13(圖1)是一個容量達400℃的陶瓷加熱器。機構(gòu)31包括一個用以自動調(diào)整加熱吸盤14角度的金屬球32。加熱吸盤14及其支架33可沿圖7(b)的左右方向37相對滑動。在加熱吸盤14和吸盤支座33之間設置有彈簧36(圖7(b))，從而使吸盤14以預定的拉力拉著裝置1。當半導體裝置1與加熱吸盤14相接觸時，整個加熱和摘除機構(gòu)6運動，從而使加熱吸盤14端部的一個向下的凸塊34與裝置1嚙合并平行于線路板4的表面拉它。測力傳感器16監(jiān)測該拉力。序號35表示一個安裝頭，它將機構(gòu)6裝在使其運動的裝置(未示出)上。吸盤14包含一條用以通過吸力抓住裝置1的真空吸附通道(未示出)，以便如下所述的那樣將裝置1從線路板4上提起。
在光學系統(tǒng)8中，利用鏡子37和38(圖6)將穿過激光束激發(fā)源7的激光束幅射孔36的波長248nm的紫外線幅射引向裝置的頂部。然后用孔39除去具有不規(guī)則強度的紫外線激光束的周邊部分并用凸透鏡18將其匯聚于線路板4表面上的殘余樹脂3上。在最后階段凸透鏡18之前緊接著設置鏡子19以便將激光束21從與線路板的表面相平的方向反射到與其相垂直的方向。通過按圖6中箭頭40所示的方向來轉(zhuǎn)動鏡子19，便可用其使激光束21在線路板表面掃描。利用凸透鏡組(未示出)可將激光束21的能量密度增加約20倍。
順序控制裝置10控制著這一系列的操作。實際上，它控制著加熱和摘除機構(gòu)6，試件夾座5和光學系統(tǒng)8根據(jù)需要工作。
圖8表示利用本發(fā)明的上述裝置完成摘除半導體裝置1的方法的各步。在這種情況下，僅在設置于半導體裝置1的凸腳41端部處有導電樹脂3。
如圖8(a)所示，由加熱器13加熱的加熱吸盤14沿方向42移動以便與半導體裝置1相接觸。同時，沿移動方向43施加一個力。此時，順序控制器10調(diào)整加熱和摘除機構(gòu)6的驅(qū)動電路(未示出)，從而利用測力傳感器16維持作用于裝置1上的載荷為30gf。打開加熱吸盤14中的真空吸附通道(未示出)，以便抓住半導體裝置1。然后對裝置1和樹脂3加熱。
然后，如圖8(b)所示，當樹脂3軟化時，測力傳感器16的輸出突然從固定加載減小。順序控制器10檢測到測力傳感器輸出突然減小的信號并立即沿移動方向43使加熱和摘除機構(gòu)6移動一段長的距離。此時使加熱吸盤14轉(zhuǎn)動，從而便可很容易地摘除半導體裝置1。開始階段的方向平行于線路板4的表面。在本實施例中，在加熱吸盤14與半導體裝置1接觸后持續(xù)3秒直至將裝置1摘除。
然后如圖8(c)所示，將激光束21照到樹脂3上，此時其波長為248nm，能量密度為0.3J/cm2。由于光點尺寸為2×2mm，因此便移動線路板4和激光束21以便幅射半導體1裝置1的整個表面(4×8mm)，鏡子旋轉(zhuǎn)方向40垂直于線路板的移動方向44。在本例中，根據(jù)經(jīng)驗持續(xù)2秒左右，以便利用分解和分散來將殘余樹脂3完全從線路板4上清除掉。
在所述的各實施例中，吸盤14均未加熱。可以電磁幅射來代替軟化樹脂3的能量，如用紅外線幅射，它沿圖1中箭頭45的方向從紅外線源46-即紅外線激光器-穿過線路板4。
在上述實施例中，在同一位置完成將半導體裝置1從線路板4上摘除以及從線路板4上清除殘余樹脂3。但也可以在不同位置上進行操作來完成。另外，也可以是一種結(jié)構(gòu)，其中在加熱和摘除步驟中使光學系統(tǒng)8向后移至一個備用位置來代替在使用激光束時從該位置將加熱和摘除機構(gòu)6移到線路板4之上。在圖6中，為了更有效地利用底板面而將激光束源7畫成設在該裝置的底部。當然也可以將其設在其它地方。這使激光束源7的維修方便。雖然加熱和摘除機構(gòu)6是整體的，但也可將其分別制成一個加熱機構(gòu)和一個摘除機構(gòu)。
與上述移動鏡子19和線路板4不同的掃描激光束位置的方法是可行的。使用兩塊相互垂直的鏡子的掃描方法或使線路板在兩個相互垂直且與線路板表面平行的方向上移動的掃描方法是可行的。圖示實施例采用一種掃描鏡子和線路板的結(jié)構(gòu)，以獲得高速掃描和簡化整個裝置。因為用激光束照射的面積小，所以用激光束來完成掃描。但也可以相同半導體元件的尺寸來調(diào)整被幅射的面積以使用激光束一次幅射整個區(qū)域。在這種情況下，裝置的結(jié)構(gòu)與上述實施例的一樣，只是光學系統(tǒng)的凸透鏡焦距和激光束裝置的尺寸變了。
下面將參考圖9和10來描述本發(fā)明的另一個實施例。圖9是本發(fā)明該實施例的局部剖視透視圖。與圖1一樣的部分不再表贅述。
在本實施例中，半導體裝置摘除設備包括一個試件夾座5、一個加熱和摘除機構(gòu)6、一套光學系統(tǒng)8、一個監(jiān)測機構(gòu)9和順序控制器(未示出)。試件夾座5具有一個試件夾持段11和監(jiān)測孔12。加熱和摘除機構(gòu)6包括帶加熱器13的加熱吸盤14，支承吸盤14的臂15、使加熱吸盤14與移動機構(gòu)(未示出)相連接的安裝頭17。設在加熱吸盤14上的溫度監(jiān)測板46和用來切割半導體裝置1的連線47用的連線切割部分48。吸盤14的表面設有一塊薄板46，其上的小孔(未示出)中設有用于檢測溫度的熱電偶。
與第一實施例不同，半導體裝置1有導線的一面不對著線路板4。也就是說，采用一種粘接結(jié)構(gòu)以通過樹脂3將與半導體裝置1有導線的一面相對的面粘到線路板4上。用薄的金導線47將半導體裝置1與線路板4電連接。
圖10表示利用本發(fā)明該實施例完成將半導體裝置1摘除的方法中的各步驟。
如圖10(a)所示，由加熱器13加熱的加熱吸盤14沿向著半導體裝置1的方向移動從而使其與半導體裝置1相接觸。這時，如圖10(a)所示，連線切割部分48切割連線47。結(jié)果，將連線47切成線路板4上的部分471和半導體裝置1上的部分472。因為導線很細(直徑20μm)，因此即使切下的連線472留在半導體裝置1上也不會有什么麻煩。加熱吸盤14再向下，離開半導體裝置1的切下的連線472，從而將熱傳給半導體裝置1。板46中熱電偶(未示出)的溫度檢測機構(gòu)檢測半導體裝置1的溫度。當半導體裝置1的表面溫度達到樹脂3的軟化溫度-300℃時，順序控制順(未示出)便向加熱和摘除機構(gòu)6的驅(qū)動電路輸出一個指令，從而沿摘除方向43施加一個力。
如圖10(b)所示，在樹脂3軟化時，加熱和摘除機構(gòu)6沿摘除方向43移動。轉(zhuǎn)動加熱吸盤14便可容易地取下半導體裝置1。半導體裝置1上的樹脂3留在其背面(即其無導線的一面)。在線路板4上也留有殘余樹脂。
如圖10(c)所示，現(xiàn)在將激光束21作用于線路板4的殘余樹脂3上，因為在本實施例中，在線路板4的粘接部分上無連線，所以激光束波長可在351，308和248nm中任選一個。在本實施例中，其波長351nm。作用于表面上的激光束能量密度為0.5J/cm2。因光斑尺寸為2mm×2mm，所以為幅射半導體裝置1的整個表面(4mm×8mm)沿與線路板移動方向44相垂直的方向40轉(zhuǎn)動鏡子完成掃描。
本發(fā)明可以避免用溶劑清除樹脂后而產(chǎn)生的溶劑殘留物所引起的問題。根據(jù)本方法可以將樹脂從線路板上徹底清除而不會使之碳化，這是由于采用電磁幅射來將把電子元件固定在線路板上的樹脂分解并分散。
權(quán)利要求
1.一種將由樹脂(3)固定在線路板(4)上的電子元件(1)從線路板上取下的方法，其特征在于，在取下元件(1)后將電磁幅射作用于留在線路板(4)表面上的殘留樹脂，所述幅射具有足以分解和分散樹脂的強度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過至少部分軟化樹脂(3)并在樹脂至少部分軟化時從線路板上取下元件來拆除元件(1)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，樹脂可在不高于350℃的溫度下軟化，線路板上的連線至少可承受350℃的溫度，利用將樹脂加熱到不高于350℃的溫度來完成至少使其部分軟化的步驟。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，通過加熱元件(1)使樹脂(3)軟化。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，電磁幅射是紫外線激光束。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在所述線路板表面上的電磁幅射具有至少為0.1焦爾每脈沖每平方厘米的能量密度，峰值功率密度至少為106W/cm2，波長不大于360nm。
7.如權(quán)利要求1至之一所述的方法，其特征在于，至少連線的表層由金、銀和鋁之一所制成。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，電磁幅射束掃過有殘余樹脂的區(qū)域。
9.如權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，利用沿至少在開始階段與線路板表面平行的路線相對線路板移動元件(1)而將其從線路板(4)上摘下。
10.如權(quán)利權(quán)利1至9之一所述的方法，其特征在于，用加熱使樹脂軟化，在樹脂軟化之前，在元件1上作用一個使其相對線路板(4)移動的預加載力，該力在所述樹脂足夠軟之后使元件開始相對所述線路板移動。
11.如權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，用加熱軟化樹脂(3)，監(jiān)測軟化的樹脂以便確定預定的樹脂狀態(tài)的出現(xiàn)，在達到所述預定狀態(tài)時將元件(1)從所述線路板上取下。
12.一種將用樹脂固定的電子元件(10)從線路板(4)上取下的方法，包括以加熱至少使部分樹脂軟化的步驟，其特征在于，至少用下述步驟之一避免線路板(4)過熱(a)沿至少在開始階段平行于線路板表面的扣線路相對所述線路板移動元件(1)而將其從所述線路板上拆除，(b)對元件(1)施加一個趨使其相對所述線路板移動的預加載力，在所述預加載力已經(jīng)使元件相對線路板移動之后將元件從線路板上取下，(c)監(jiān)測樹脂的軟化以確定預定的樹脂狀態(tài)的出現(xiàn)，在達到所述預定狀態(tài)時將元件(1)從線路板(4)上取下。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括加熱樹脂從而使靠近所述元件(1)的樹脂表面部分先軟化。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，由也加熱所述元件(1)的吸盤(14)施加一個預加載力影響所述樹脂的軟化。
15.用于將電子元件從線路板(4)上取下的設備，所述電子元件由樹脂固定在線路板上，所述線路板的一面上設有用于電子元件的導線，其特征在于，包括用于將元件(1)從線路板(4)上拆除的裝置(14)，用于將電磁幅射在拆除元件后射到留存于線路板表面上的殘余樹脂上的裝置(7，18)，所述幅射的強度足以分解和分散殘余樹脂。
16.如權(quán)利要求15所述的設備，其特征在于，還有用于加熱所述樹脂從而使其至少部分軟化的裝置(14，26)。
17.如權(quán)利要求14或15所述的設備，其特征在于，所述用于產(chǎn)生電磁幅射的裝置適于形成波長不大于360nm的幅射。
18.如權(quán)利要求15至17之一所述的設備，其特征在于，用于產(chǎn)生電磁幅射的裝置(7，18)包括用于形成電磁幅射束的裝置(7，18)和使所述束掃過線路板表面的裝置(19)。
19.如權(quán)利要求15至18之一所述的設備，其特征在于，還有用于檢則所述樹脂軟化狀態(tài)的裝置(9，16，36)。
20.用于將由樹脂固定在線路板(4)一面上的電子元件(1)從所述板上取下的設備，其特征在于，用于加熱樹脂至少使其部分軟化的裝置(14，16)和防止線路板過熱的裝置至少包括下述之一(a)通過至少在開始部分平行于所述線路板的表面相對其移動所述而將其拆除的裝置(14)，(b)將預加載力作用于所述元件上的裝置，所述力驅(qū)使所述元件相對所述線路板移動，(c)監(jiān)測所述樹脂從而確定其軟化狀態(tài)的裝置。
21.將用導線線路板(4)上的導線相連接的電子元件(1)從所述線路板上取下的裝置，其特征在于，包括在從線路板上取下元件時夾持元件的吸盤(14)，它至少具有一條用于切割所述導線的切割刃(48)。
22.一種電子設備的制造方法，所述設備中至少一個電子元件(1)是由可加熱軟化的樹脂固定在線路板(4)上，其特征在于包括以下步驟(a)利用從線路板上的導線引來的信號檢試所述電子元件(1)，(b)在確定所述電子元件(1)有缺陷時，通過加熱所述樹脂從而使其至少部分軟化并在樹脂軟化時將元件從線路板上拆除來將該元件從線路板上取下，(c)利用具有足以使樹脂分解和分散的強度的電磁幅射將存留于元件(1)所處位置的線路板上的殘余樹脂清除，(d)用加熱軟化的樹脂將一個新的電子元件固定在線路板上已拆除的元件所處的位置上。
全文摘要
在將用于加熱軟的樹脂固定于線路板(4)上的元件(1)取下的方法中，改進之處是，在加熱使樹脂軟化并將元件(1)摘除后，用紫外線激光輻射來對元件所處位置處的線路板上所存留殘余樹脂進行清除，輻射的強度足以使殘余樹脂分解和分散。這樣不會操作線路板上的連線，因而連線可重復使用以便在同一個位置上安一新的電子元件。通過在軟化期間對元件作用一上預加載力從而在樹脂足夠軟時使元件移動并監(jiān)測軟化的方式實施測量而避免線路板過熱。
文檔編號H01L21/60GK1085012SQ9311657
公開日1994年4月6日 申請日期1993年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月26日
發(fā)明者井上廣一, 高坂雅博, 渡部幸一, 細川隆, 澤畠守 申請人:株式會社日立制作所