专利名称：用于从基板上拆除电子元件的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从基板上拆除一个电子元件-如半导体装置-的方法和装置，该元件由树脂固定在基板上。本发明还涉及制造电子装置，在该装置中，将损坏的元件从接线板上取下。
近些年，塑料包装已被广泛用于改善半导体装置的可靠性，且随着树脂性能的改善用树脂粘接的半导体装置也增加了。最近，以树脂为粘接剂的连接结构不仅在普通模片键合中广泛使用，在倒装焊接中亦如此。所谓模片键合是半导体装置形成线路的表面的相对面和基板面之间的粘接;而倒装焊接是半导体装置形成线路的面对着基板。
通常以热固性的、热塑料的或紫外线固化的环氧树脂作为上述树脂使用。在有导电性能要求时，使用在树脂中掺入金属的或碳的导体颗粒或掺入由带金属薄膜的包覆有树脂的球所构的颗粒。
在粘接以后在现场试验中发现板上有一个元件损坏时，就要单独取下这个元件，以避免浪费整块板及其上所装设的其它元件。
当元件装置是用焊锡焊上时，熔化焊锡即可轻松地将其取下。此外，在用吸收残余焊锡粘接之前，也可以比较容易地使板上的焊锡恢复至其初始状态。
但与焊锡相比，树脂粘接则不易被弄断和除去，且从基板表面上除去剩余的树脂非常困难。作为一种避免上述问题的装置，日本专利JP-A-63-157429(1988)中推荐了一种解决方案，其中分别以两层树脂和焊锡构成一个模片键合区，这样即可通过熔化焊锡来与树脂粘合及分离。
作为一种用于拆除具有仅含树脂的粘接结构的半导体装置的方法，JP-A-63-201627(1988)和JP-A-2-25042(1990)揭示了一种技术，它利用了热固性树脂在高温下软化的性能。在这些公开物中描述了以加热和软化来除去半导体装置。但在这些现有技术中并未讨论在拆除带有树脂粘接结构的元件时所产生的最大的问题，即从基板上除去残余的树脂。
通常是用溶剂来除去残余的树脂，用有机酸作为此类溶剂将残余树脂泡胀，然后用棉花清扫器将这些树脂扫除。但对于在一块接线板上的同一个地方上还装有其它元件的情况则不能用溶剂去清除残余树脂。此外，在去除树脂后除非完全清除这些溶剂，否则腐蚀性物质会留在粘接区域中。这将形成一个问题，即再粘接的可靠性被降低。
还有一种已知的用于除掉残余树脂的方法，即在氧气中以加热或类似手段来氧化和分解树脂。但由于树脂是一种高分子化合物，因而很易形成缺氧且避免碳化也是困难的。结果不仅去不掉树脂，还会产生残余树脂降低电绝缘性能的问题。
根据如下所述的本发明，以腐蚀聚酰亚胺薄膜的方法来消融树脂，即去除其残余产物，例如，在半导体装置的生产过程中，采用紫外线幅射(见US-A-4508709)。另外，“塑性和工艺方法”杂志第27卷307号第935页上的一篇日语文章做过描述，但其中只是一般性地叙及热塑性或热固性树脂的溶解，并无去除树脂的特殊问题。
本发明的目的在于提供一种方法和装置，它可以不用溶剂也不用使树脂碳化便将电子元件和树脂从一块线路板上取下，从而使这块板可以重复使用。
本发明的另一个目的在于提供一种方法和装置，它可以以一种简单、迅速的方式将一个由树脂固定的电子元件从线路板上取下来。此外，它对线路板的加热最小。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于将一个电子元件从一块线路板上取下的方法，在线路板的一面设有连接上述元件的连线，用树脂将这个电子元件固定在线路板的所述表面上。该方法包括以下步骤(a)以在线路板的表面上留下残余树脂的方式将元件从板上拆下来，(b)对残余树脂施以电磁幅射，幅射强度足以溶解和驱散树脂。
在本发明的这一方面，已经意外地发现，利用适当的电磁幅射即可很好地从线路板的表面上将残余树脂除去且不会剩下诸如碳化的树脂类的东西，并且在完成这一方法时亦不会伤害线路板上的连线。这样，线路板上的连线即可重复使用，用以安置一个替换元件。
在上述步骤(a)中最好至少部分包括软化将元件固定在线路板上的树脂和在至少树脂被部分软化的同时将元件从线路板上取下。典型地，这种树脂能够在不高于350℃的温度下软化而线路板上的线路则至少能耐受350℃的温度。最好以不超过350℃的温度加热的形式来完成至少部分软化树脂的步骤。
电磁幅射最好是一种紫外线激光束，在线路板的表面上，电磁幅射的能量密度最好至少为每平方厘米每脉冲0.1焦，峰值功率密度至少为每平方厘米106W，且波长最好不大于360nm。可以使所述电磁幅射束扫过存有所述残余树脂的区域。
连线可选择为单层和双层连线，且最好连线的表层是由金、银和铝中之一种所构成。
电子元件典型地具有一个表面，在该面上形成该元件的电路，该表面或者远离线路板的表面或者向着线路板的表面。
软化树脂的一种方法就是对电子元件加热。最好是以至少在开始阶段与线路板表面平行的路线相对线路板来移动元件的方式来将元件从线路板上取下。这种运动可由一个吸盘来完成，吸盘还可以对该元件加热以便软化树脂。
为了提供一种简单容易的操作方式，并可以控制该方式以便避免线路板过热，这种过热是有可能损坏线路板上的连线的，可以单独或组合地采用下述诸方法。
因而根据本发明的另一方面，一种用于将由树脂固定在线路板表面上的电子元件从线路板上取下的方法包括以下诸步骤(a)至少软化树脂的一部分，(b)至少在树脂部分软化的同时，沿至少在开始阶段相对线路板表面平行的路线相对线路板移动元件而将其从板上拆除。可用加热来完成软化步骤，从而使靠近其表面的部分先软化。可以由一个作用于元件上的吸盘来形成相对线路板的移动，吸盘沿基本上为圆形的路线移动元件。
在本发明的另一种从线路板上取下一个由树脂固定在线路板上的电子元件的方法中，需进行以下步骤(a)为促使元件相对线路板移动，在元件上施加一个预加载力，(b)至少部分软化树脂，(c)在预加载力已引起元件相对线路板开始移动以后从板上取下元件。可以用一个吸盘来施加预加载力，吸盘亦可对元件进行加热以对树脂进行软化。最好沿与所述线路板的所述表面相平行的方向施加预加载力。
根据本发明的另一种从线路板上取下一个由树脂固定在线路板上的电子元件的方法包括以下步骤
(a)通过加热使树脂软化，(b)监测树脂的软化以便确定预定的树脂状态的出现，(c)在达到预定状态时从线路板上取下元件。最好以下述之一的方式监测预定状态;
(ⅰ)在元件上施加一个预加载力并感测元件相对线路板的运动，(ⅱ)感测树脂的温度。
本发明还提供用于将一个由树脂固定在线路板表面上的电子元件从线路板上取下的装置，在线路板的一面上设有用于元件的连线。该装置包括(a)用于将元件从线路板上取下的装置，(b)用于在取下元件后对残留于线路板表面上的残余树脂施以电磁幅射的装置，这种幅射的强度足以溶化和分散树脂。这种拆除装置最好包括加热树脂从而使其至少部分软化的装置以及在树脂软化后将所述元件从所述线路板上取下的装置。
用于形成电磁幅射的装置最好包括提供电磁幅射束的装置和使幅射束在线路板的表面扫描的装置。这种扫描装置应包括在一个方向上的扫描束的装置以及与该方向相垂直地移动线路板的装置。
这种装置应包括用于测定树脂软化状态的装置。
在一个特殊的实施例中，本发明提供了用于将一个由树脂固定在线路板表面的电子元件从该板上取下的装置，在线路板的表面上设有用于元件的连线。这种装置包括
(a)用于线路板的支承装置，其中包括沿两个平行于线路板的表面相互垂直的方向移动线路板的装置，(b)一个用于接触电子元件的加热吸盘，由其对树脂加热并至少使其部分软化，该加热吸盘在树脂至少部分软化时将元件从线路板上取下，(c)用于感测树脂软化状态的测定装置，(d)用于在一条至少在开始阶段平行于线路板的表面的移动路线移动加热吸盘的装置，(e)将紫外线激光束射到线路板表面以便在从板上取下元件后除去线路板上残余树脂的装置，紫外线幅射具有足以分解和分散树脂的强度，(f)用于至少在一个方向上使紫外线激光束相对线路板表面扫描的装置。
在另一个特殊的实施例中，本发明提供了一种用以将由树脂固定在线路板上的电子元件从线路板上取下的装置，线路板的表面具有用于电子元件的连线。这种装置包括(a)用于支承线路板的装置，其中包括沿两个平行于线路板的表面相互垂直的方向移动线路板的装置，(b)用于握住电子元件以便在树脂至少部分软化时将元件从板上取下的装置，(c)通过使电磁幅射穿过线路板到达树脂对其加热从而使树脂至少部分软化的装置，(d)用于感测树脂软化状态的检测装置，(e)用于在一条至少在开始阶段平行于线路板的表面的路线来移动加热吸盘的装置，(f)用于使紫外线激光束射到线路板的表面从而在取下元件后清除残余树脂的装置，紫外线幅射具有足以分解和分散树脂的强度，(g)用于至少在一个方向上使紫外线激光束相对线路板表面扫描的装置。
吸盘至少具有一条切割刃，用以切割将元件连到线路板连线上的导线。
在另一方面，本发明提供了一种用于将由树脂固定在线路板上的电子元件从线路板上取下的装置，它包括(a)用于加热树脂使其至少部分软化的装置，(b)利用使元件相对线路板移动从而将其取下的装置，所述移动至少在开始阶段平行于线路板的表面。
本发明进一步还提供一种用于将由树脂固定在线路板上的电子元件从线路板上取下的装置，它包括(a)用于在元件上施加预加载力的装置，这种预加载力促使元件相对线路板移动，(b)用于对树脂加热从而使其至少部分软化的装置，(c)在预加载力已经引起元件相对线路板移动之后，将元件从板上取下的装置。
本发明还提供了一种用于将由树脂固定在线路板上的电子元件从线路板上取下的装置，它包括(a)用于加热树脂从而至少使其部分软化的装置，(b)监测树脂从而使其达到预定软化状态的装置，(c)在树脂已经至少部分软化时，用于将元件从板上取下的装置。
另一方面，本发明提供一种用于将通过线路板上的导线连接的电子元件从线路板上取下来的装置，该装置包括一个在将元件从板上取下时用于夹持元件的吸盘，吸盘至少具有一个用于切割导线的切割刃。
本发明进一步提供一种制造电子装置的方法，其中包括以下步骤(a)至少将一个电子元件固定在一块线路板上，在线路板的表面设有将元件连接于其固定位置上的连线，元件是由经加热可软化的树脂固定于线路板上的，(b)利用导线上的信号对该电子元件进行测试，(c)经测试该元件有缺陷时，通过对树脂加热从而使其至少部分软化并在树脂软化时将其从线路板上拆下来将元件从线路板上取下，(d)利用电磁幅射来清除残留于元件所处位置的线路板上的残留树脂，幅射的强度足以分解和分散树脂，(e)再用经加热可软化的树脂将另一个电子元件装在线路板的已取下的元件的位置上。
如上所述，可以用通过加热吸盘的接触型热传导加热和通过电磁幅射的非接触型加热来作为对树脂的加热装置。在为了软化树脂而从电子元件的背面对树脂进行加热而对线路板的背面进行冷却可防止线路板的温度升高。另外，通过用监测机械来检测残余树脂的厚度分布情况并通过优选对大的薄膜厚度的部位使用电磁波扫描方法便可更有效地清除残余树脂并减少对下层的影响。
本发明适用于热塑性树脂、热加性树脂和光固性树脂，即适用于所有的经加热可软化的树脂。
下面将以非限定性的例子，结合相应的附图对本发明的实施例予以描述。其中
图1是表示本发明装置的一个实施例的局部剖视透视图;
图2是表示树脂的温度和弹性模数之间的关系的曲线;
图3(a)至3(c)是表示本发明的软化树脂和取下电子元件的诸步骤的剖视图;
图4是表示用一个加热块加热时元件和线路板的各部温度的变化;
图5表示电磁幅射波长和导线以及树脂膜的破裂强度之间的关系;
图6是本发明装置的另一个实施例的局部剖视前视图;
图7(a)和7(b)是体现本发明的加热和取下元件的机构的前视和侧视图;
图8(a)至8(c)表示在本发明的一个实施例中所完成的取除方法各步骤的剖视图;
图9是本发明装置另一个实施例的局部剖视透视图;
图10(a)至10(c)表示在本发明另一个实施例中完成取除方法各步骤的剖视图。
下面将首先根据下述三个相应步骤来描述本发明的工作(1)树脂软化步骤当一个半导体装置的整个表面由树脂粘住时，粘接强度就变得比较高。例如，当一个5mm2的半导体装置的表面由普通环氧树脂粘住时，至少需要5公斤的力才能将其取下。因此，当将5公斤或更大的力作用于该半导体装置时，可将其从粘连部分上取下。但由于半导体装置是脆的，因而很容易破碎。在这种情况下，完全将破碎的半导体装置的碎片从线路板上取下是很困难的。另外，线路板也将受到损坏。
图2表示固化后的热固性树脂的温度-弹性曲线。通常认为固化的热固性树脂即使再加热也不会软化。但如图2所述，在加热温度超过一定数值，例如在约280℃以上时，固化的热固性树脂会突然软化。利用这种特性可将一个半导体装置取下。
因而为使树脂软化而对其加热是有效的。在线路板上仅装有一个半导体装置时，通过提高整块板的温度便可使树脂的温度升高。但一般情况下类似这样的加热方法是没用的，这是因为在一块线路板上仅装一个半导体装置的情况下，通常不需要更换该半导体装置的技术。因为更换这种带半导体装置的线路板并不贵。
因此，便希望尽可能保持线路板的温度低，以不对相邻的半导体装置造成热影响。为了在使线路板的温升最小的同时增加树脂的温度，必需进行局部加热。此外，迅速加热更有效，且从背面加热半导体装置更有效。
图4表示在从背面对半导体装置1进行加热时，一个半导体装置的三部分中各自的温升情况(达到确定状态之前)。先将加热块2的温度设置在420℃。开始加热后5秒钟之内与加热块2相接触的半导体装置1背面的温度升至400℃左右。由于构成半导体装置1的硅具有较好的导热性，因而与树脂3相接触的半导体装置1的表面温度升到约为300℃。该温度等于与半导体装置1相接触的那部分树脂3的温度。此时，与半导体装置1相接触的那部分树脂3软化。但由于树脂3的导热性差，因而与树脂3相接触的那部分线路板4的温度仅升至120-130℃。因此，通过从背面对半导体装置1加热，便可升高树脂3的温度，同时保持线路板的温升小。另外，如图4所示，可以清楚看到在热流到达线路板4的表面之前已完成加热操作，因而能够通过将加热树脂3的加热块2的温度设定在稍高的温度并在稳定的加热状态建立之前便将半导体装置1从线路板上取下而保持线路板4的低温。此外，短时间加热对于避免由加热而引起的树脂3变态，诸如碳化，也是有效的。
从树脂3内部的温度分布可以发现，与线路板4接触的那部分树脂3的温度仅升至120-130℃，且此部分树脂并不软化。因此，从半导体装置1的背面快速加热可以仅使与半导体装置1相接触的那部分树脂3软化。在这种情况下，在将半导体装置1从线路板4上取下时无需倾斜向上移动半导体装置1。这是因为即便是平行于线路板4移动装置1，树脂3也几乎不会在线路板4上横向膨胀或伸展开。
可分别设置一个加热块2，一个树脂软化状态检测机构和一个取下半导体装置的吸盘。但是，在加热块上装设一个检测树脂状态的机构并利用加热块取下半导体装置(下面称这种形式为加热吸盘)可以使结构简化。
假如线路板是可以透过红外线或是几乎可以透过红外线的，则可采用从线路板背面透过线路板的红外线作为加热手段对树脂加热，而不用从半导体装置的背面利用热传导来加热。另外，显然可以将此方法与采用加热块加热的方法结合使用。采用红外线加热的好处是可以避免在热传导加热时由于各种接触状态而产生的不稳定因素，也就是避免温升决定于接触情况的缺陷。也可以利用微波炉的原理以无线电波有选择地加热树脂或硅。
下面描述用于检测树脂软化状态的检测装置。作为测量树脂软化状态的装置之一，利用诸如测力传感器类的测力检测仪来直接检测软化状态。可将这种测力检测仪装在加热块、线路板支承座或取除半导体装置的吸盘上。可以使用诸如热电偶、热敏电阻或红外线温度计等作为间接测量树脂软化状态的装置。可以将热电偶或红外线温度计装在加热块或取除半导体装置的吸盘上。如果线路板能透过波长，则可将红外线温度计布置在线路板的背面。作为一种简单的方法，用一个计时器预先测出直至树脂软化的时间，以便确定取下半导体装置的时间，但这种方法不使用检测装置。
当树脂软化时，半导体装置就象是由液体装在另一个物体上一样。也就是说，平行于线路板的表面很容易将这种半导体装置取下，但将其直接从线路板上摘下却不容易。因此，先如图3(a)所示的状态下在半导体装置1上施加一个与线路板4相平行的向右的力，然后如图3(b)所示施加一个倾斜的升力，这样便很容易将其从线路板4上摘下来。这时，最好使半导体装置1平行于线路板4移动的距离最小。这是因为树脂3会被半导体装置1带起来且可能会形成不希望的延伸。
但是在树脂3中存在有温度梯度且加热条件被选择成仅使向着半导体装置1侧的树脂3部分软化，就只能平行于线路板4移动半导体装置1来将其取下。
(3)清除残余树脂的步骤
摘下半导体装置1以后，作为粘接剂的树脂3如图3(c)所示留了下来。虽然不必去掉半导体装置1上的残余树脂，但却要去掉线路板4上的残余树脂3。
如“塑性和加工方法”第27卷307号第935页所述，通过施加比构成树脂的原子间粘结能量大的能量可以使树脂分解。例如，碳原子间的单一粘结的粘结能量是80kcal/mol.K，相当于约360nm波长。当作用于树脂上的电磁幅射比上述波长短时，如果电磁幅射具有一定的强度或更强的话，即可分解碳原子间的粘结。同样，当电磁幅射具有高于用来构成树脂的碳原子和氢原子以及氢和氮原子间的粘结能量的能量时(即电磁幅射的波长较短时)，各粘结均可分解。结果，树脂被瞬间分解并分散。这种现象称之为消融。利用这种方法，不会有树脂残余物，亦不会出现不希望的过程，如碳化现象。例如，典型的每个脉冲电磁波强度是0.1s/cm2或更高，峰值功率是1000000N/cm2或更高。为实现这些值，最好使用紫外线激光束。
为了分解构成树脂的碳原子或类似物之间的粘结，最好在清除树脂残余物时使用紫外线幅射。利用这种方法，在树脂分解后没有树脂残留。但却存在有可能损坏线路板上的连线的危险。
通常这种线是由所谓ITO(铟和锡的复合氧化物)的无机氧化物构成的透明导线，或由铝、金或银制成的金属线。这些线不会由紫外线幅射所分解，但它们会由稍热的紫外线幅射而升华。
无机氧化膜(例如ITO)更容易升华，这是因为在紫外线幅射的波长较短时其吸收系数上升。因此，实用中具有长波长的激光束(如氙氟(XeF)激光束(波长351nm))更适用。当以由铝、金或银所制成的金属薄膜作为导线时，短波长的激光束适用，这是因为虽然吸收系数并不取决于波长，但从光到热的能量转换却随着波长变短而增加。例如，氪氟(KrF)激光束(波长248nm)较实用。图5表示所用紫外线幅射波长与树脂和导线材料的断裂强度的临界值之间的关系。在图5中，清楚地表示各种材料的波长从属性。
在激光束作用的区域中，紫外线激光束的强度是不均匀的。因此，最好使用多脉冲束，其中束所作用的位置对每一个脉冲而言均稍有变化。另外，使用多束对于在树脂和导线材料上使用不同影响的激光束强度是有效的。即，假如树脂具有一定的强度或更高，即使是减小激光束的强度，也仅减小树脂消融处的厚度。但金属薄膜和ITO不象树脂那样，它们没有强度从属性。因而便可增加激光束强度范围，其中通过适宜地调整强度和激光束使用率即可除去树脂。
但如上所述，由于紫外线激光束具有加热作用，因而在激光束作用的位置上的金属膜的外观亦发生变化。例如，由于除去了氧化膜而使得铝膜的表面光泽减少且由于加热而使表面不规则性降低。由于金和镍的相互扩散，而使得由将金沉积于镍上所形成的多层物的表面色彩稍微褪色。但在任何情况下，导线材料的性能，包括可靠性均不会变化。
铅膜对紫外线激光束有特殊的阻力。一个原因是铝膜的在紫外线范围内有较高的反射性，另一个原因是，因为铝膜具有良好的导热性，所以激光束被迅速的向周围扩散而局部地产生热。因此，在对由树脂粘结的半导体装置进行摘除作业希望以铝作为一块线路板的表面导线材料。
由一个激光脉冲幅射到的区域通常小于必须除去树脂的区域。因而经常需要相对移动电磁幅射所作用的位置，从而使电磁波覆盖整个必须除去树脂的区域。即例如以激光束扫描该区域。在这种情况下，可以连续地移动线路板和/或光学系统。这是因为激光脉冲非常短(如几毫微秒至几十毫微秒)，所以即使在线路板或光学系统移动的同时施加激光束，激光束所在位置的范围也很窄小。
由于通过移动激光光学系统-如转动一面镜子-而使激光扫描目标，所以在扫描时光学路线长度是变化的。虽然可以通过调整焦点来予以校正，但即使焦点误差没有被校正也不会引起严重的问题。
残余树脂膜的厚度不均匀。另外，可以通过几百次脉冲，调整所有激光束的强度来除去树脂。因此，可以保护线路板及其上的导线，且通过监测树脂厚度而避免无效激光束的作用并优选地将激光束用于较厚的部分。
下面将参照图1，6，7和8来描述本发明的一个实施例。在图6，7(a)中显示了一种图1中的普通的加热和去除机构6的结构变形，但两者应用了同样的原理。
图1中的实施例是一个用于摘除半导体装置的设备，它包括一个用于夹持一个欲处理物体的试样夹座5，一个用于对树脂加热并使其软化从而将半导体装置1从线路板4上取下的加热和摘取机构6，一个紫外线激光束源7，一个将从紫外线激光束源7射出的紫外线束引向树脂3的光学系统8，一个用于监测树脂3软化程度的监测机构9和一个控制上述各元件工作的顺序控制装置10(见图6)。图6表示在壳体20中带单独的控制装置10的包括图1中的诸部件的典型布置形式。
试件夹持座5具有一个试件夹持段11和监测孔12。加热和摘除机构6包括一个带嵌入加热器13的加热吸盘14，吸盘14具有加热摘除的功能，一条支承着加热吸盘14的臂15，一个用于测量作用于加热吸盘14上的侧向力的测力传感器16和一个与用于移动加热吸盘14的机构(未示出)相连接的安装头17。图1中未完整地表示光学系统8。其中仅表示了最终位置处的一个凸透镜18和一面镜子19，所需的其它部件均是常规的部件且对专家来说是很清楚的。由于凸透镜18的焦距是100mm，因此可将加热摘除机构6设在凸透镜18和半导体装置1之间。在线路板4上，实际上是装有许多半导体装置，但在图1中仅表示了一种欲摘下的半导体装置1。
参照图6，其中以局部剖视表示了这部设备。将激光束源7(其内部细节省略)装在壳体20的底部，将试件夹座5、加热和摘除机构6以及监测机构9设在激光束源7之上。利用光学系统8使从激光束源7来的激光束21指向试件夹座5。下面将详细描述诸零件。
试件夹座5是一个用常规真空吸盘(未示出)将带半导体装置1的线路板4夹住的座。在用照明系统23从板4之后对其进行照明时，可以利用一台带放大镜头24的电视摄像机25观察装置1的区域，这是因为板4是透照的且试件夹座5的一部分是由石英板22制成的。将一块挡板26设置成使激光束21不能直接照到放大镜24和摄像机25上。摄像机与激光光学系统的挡板27联锁，从而在任何时候均只有挡板26、27之一打开。
试件夹座移动机构28移动试件夹座5，从而将欲摘除的半导体装置1送至操作位置。该机构被设置成将一个在X方向形成运动的X方向移动机构29安装在一个在Y方向形成运动的Y方向移动机构30上。这些运动均由步进马达实现。该机构亦用于用激光束对线路板4进行扫描。
图7(a)和7(b)中所示的加热和摘除机构6具有一个吸盘接触调整机构31，它用于吸收加热吸盘14和半导体装置1之间的微小角度差以保证两者之间接触良好。加热器13(图1)是一个容量达400℃的陶瓷加热器。机构31包括一个用以自动调整加热吸盘14角度的金属球32。加热吸盘14及其支架33可沿图7(b)的左右方向37相对滑动。在加热吸盘14和吸盘支座33之间设置有弹簧36(图7(b))，从而使吸盘14以预定的拉力拉着装置1。当半导体装置1与加热吸盘14相接触时，整个加热和摘除机构6运动，从而使加热吸盘14端部的一个向下的凸块34与装置1啮合并平行于线路板4的表面拉它。测力传感器16监测该拉力。序号35表示一个安装头，它将机构6装在使其运动的装置(未示出)上。吸盘14包含一条用以通过吸力抓住装置1的真空吸附通道(未示出)，以便如下所述的那样将装置1从线路板4上提起。
在光学系统8中，利用镜子37和38(图6)将穿过激光束激发源7的激光束幅射孔36的波长248nm的紫外线幅射引向装置的顶部。然后用孔39除去具有不规则强度的紫外线激光束的周边部分并用凸透镜18将其汇聚于线路板4表面上的残余树脂3上。在最后阶段凸透镜18之前紧接着设置镜子19以便将激光束21从与线路板的表面相平的方向反射到与其相垂直的方向。通过按图6中箭头40所示的方向来转动镜子19，便可用其使激光束21在线路板表面扫描。利用凸透镜组(未示出)可将激光束21的能量密度增加约20倍。
顺序控制装置10控制着这一系列的操作。实际上，它控制着加热和摘除机构6，试件夹座5和光学系统8根据需要工作。
图8表示利用本发明的上述装置完成摘除半导体装置1的方法的各步。在这种情况下，仅在设置于半导体装置1的凸脚41端部处有导电树脂3。
如图8(a)所示，由加热器13加热的加热吸盘14沿方向42移动以便与半导体装置1相接触。同时，沿移动方向43施加一个力。此时，顺序控制器10调整加热和摘除机构6的驱动电路(未示出)，从而利用测力传感器16维持作用于装置1上的载荷为30gf。打开加热吸盘14中的真空吸附通道(未示出)，以便抓住半导体装置1。然后对装置1和树脂3加热。
然后，如图8(b)所示，当树脂3软化时，测力传感器16的输出突然从固定加载减小。顺序控制器10检测到测力传感器输出突然减小的信号并立即沿移动方向43使加热和摘除机构6移动一段长的距离。此时使加热吸盘14转动，从而便可很容易地摘除半导体装置1。开始阶段的方向平行于线路板4的表面。在本实施例中，在加热吸盘14与半导体装置1接触后持续3秒直至将装置1摘除。
然后如图8(c)所示，将激光束21照到树脂3上，此时其波长为248nm，能量密度为0.3J/cm2。由于光点尺寸为2×2mm，因此便移动线路板4和激光束21以便幅射半导体1装置1的整个表面(4×8mm)，镜子旋转方向40垂直于线路板的移动方向44。在本例中，根据经验持续2秒左右，以便利用分解和分散来将残余树脂3完全从线路板4上清除掉。
在所述的各实施例中，吸盘14均未加热。可以电磁幅射来代替软化树脂3的能量，如用红外线幅射，它沿图1中箭头45的方向从红外线源46-即红外线激光器-穿过线路板4。
在上述实施例中，在同一位置完成将半导体装置1从线路板4上摘除以及从线路板4上清除残余树脂3。但也可以在不同位置上进行操作来完成。另外，也可以是一种结构，其中在加热和摘除步骤中使光学系统8向后移至一个备用位置来代替在使用激光束时从该位置将加热和摘除机构6移到线路板4之上。在图6中，为了更有效地利用底板面而将激光束源7画成设在该装置的底部。当然也可以将其设在其它地方。这使激光束源7的维修方便。虽然加热和摘除机构6是整体的，但也可将其分别制成一个加热机构和一个摘除机构。
与上述移动镜子19和线路板4不同的扫描激光束位置的方法是可行的。使用两块相互垂直的镜子的扫描方法或使线路板在两个相互垂直且与线路板表面平行的方向上移动的扫描方法是可行的。图示实施例采用一种扫描镜子和线路板的结构，以获得高速扫描和简化整个装置。因为用激光束照射的面积小，所以用激光束来完成扫描。但也可以相同半导体元件的尺寸来调整被幅射的面积以使用激光束一次幅射整个区域。在这种情况下，装置的结构与上述实施例的一样，只是光学系统的凸透镜焦距和激光束装置的尺寸变了。
下面将参考图9和10来描述本发明的另一个实施例。图9是本发明该实施例的局部剖视透视图。与图1一样的部分不再表赘述。
在本实施例中，半导体装置摘除设备包括一个试件夹座5、一个加热和摘除机构6、一套光学系统8、一个监测机构9和顺序控制器(未示出)。试件夹座5具有一个试件夹持段11和监测孔12。加热和摘除机构6包括带加热器13的加热吸盘14，支承吸盘14的臂15、使加热吸盘14与移动机构(未示出)相连接的安装头17。设在加热吸盘14上的温度监测板46和用来切割半导体装置1的连线47用的连线切割部分48。吸盘14的表面设有一块薄板46，其上的小孔(未示出)中设有用于检测温度的热电偶。
与第一实施例不同，半导体装置1有导线的一面不对着线路板4。也就是说，采用一种粘接结构以通过树脂3将与半导体装置1有导线的一面相对的面粘到线路板4上。用薄的金导线47将半导体装置1与线路板4电连接。
图10表示利用本发明该实施例完成将半导体装置1摘除的方法中的各步骤。
如图10(a)所示，由加热器13加热的加热吸盘14沿向着半导体装置1的方向移动从而使其与半导体装置1相接触。这时，如图10(a)所示，连线切割部分48切割连线47。结果，将连线47切成线路板4上的部分471和半导体装置1上的部分472。因为导线很细(直径20μm)，因此即使切下的连线472留在半导体装置1上也不会有什么麻烦。加热吸盘14再向下，离开半导体装置1的切下的连线472，从而将热传给半导体装置1。板46中热电偶(未示出)的温度检测机构检测半导体装置1的温度。当半导体装置1的表面温度达到树脂3的软化温度-300℃时，顺序控制顺(未示出)便向加热和摘除机构6的驱动电路输出一个指令，从而沿摘除方向43施加一个力。
如图10(b)所示，在树脂3软化时，加热和摘除机构6沿摘除方向43移动。转动加热吸盘14便可容易地取下半导体装置1。半导体装置1上的树脂3留在其背面(即其无导线的一面)。在线路板4上也留有残余树脂。
如图10(c)所示，现在将激光束21作用于线路板4的残余树脂3上，因为在本实施例中，在线路板4的粘接部分上无连线，所以激光束波长可在351，308和248nm中任选一个。在本实施例中，其波长351nm。作用于表面上的激光束能量密度为0.5J/cm2。因光斑尺寸为2mm×2mm，所以为幅射半导体装置1的整个表面(4mm×8mm)沿与线路板移动方向44相垂直的方向40转动镜子完成扫描。
本发明可以避免用溶剂清除树脂后而产生的溶剂残留物所引起的问题。根据本方法可以将树脂从线路板上彻底清除而不会使之碳化，这是由于采用电磁幅射来将把电子元件固定在线路板上的树脂分解并分散。
权利要求
1.一种将由树脂(3)固定在线路板(4)上的电子元件(1)从线路板上取下的方法，其特征在于，在取下元件(1)后将电磁幅射作用于留在线路板(4)表面上的残留树脂，所述幅射具有足以分解和分散树脂的强度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少部分软化树脂(3)并在树脂至少部分软化时从线路板上取下元件来拆除元件(1)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，树脂可在不高于350℃的温度下软化，线路板上的连线至少可承受350℃的温度，利用将树脂加热到不高于350℃的温度来完成至少使其部分软化的步骤。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过加热元件(1)使树脂(3)软化。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，电磁幅射是紫外线激光束。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在所述线路板表面上的电磁幅射具有至少为0.1焦尔每脉冲每平方厘米的能量密度，峰值功率密度至少为106W/cm2，波长不大于360nm。
7.如权利要求1至之一所述的方法，其特征在于，至少连线的表层由金、银和铝之一所制成。
8.如权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，电磁幅射束扫过有残余树脂的区域。
9.如权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，利用沿至少在开始阶段与线路板表面平行的路线相对线路板移动元件(1)而将其从线路板(4)上摘下。
10.如权利权利1至9之一所述的方法，其特征在于，用加热使树脂软化，在树脂软化之前，在元件1上作用一个使其相对线路板(4)移动的预加载力，该力在所述树脂足够软之后使元件开始相对所述线路板移动。
11.如权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，用加热软化树脂(3)，监测软化的树脂以便确定预定的树脂状态的出现，在达到所述预定状态时将元件(1)从所述线路板上取下。
12.一种将用树脂固定的电子元件(10)从线路板(4)上取下的方法，包括以加热至少使部分树脂软化的步骤，其特征在于，至少用下述步骤之一避免线路板(4)过热(a)沿至少在开始阶段平行于线路板表面的扣线路相对所述线路板移动元件(1)而将其从所述线路板上拆除，(b)对元件(1)施加一个趋使其相对所述线路板移动的预加载力，在所述预加载力已经使元件相对线路板移动之后将元件从线路板上取下，(c)监测树脂的软化以确定预定的树脂状态的出现，在达到所述预定状态时将元件(1)从线路板(4)上取下。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括加热树脂从而使靠近所述元件(1)的树脂表面部分先软化。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，由也加热所述元件(1)的吸盘(14)施加一个预加载力影响所述树脂的软化。
15.用于将电子元件从线路板(4)上取下的设备，所述电子元件由树脂固定在线路板上，所述线路板的一面上设有用于电子元件的导线，其特征在于，包括用于将元件(1)从线路板(4)上拆除的装置(14)，用于将电磁幅射在拆除元件后射到留存于线路板表面上的残余树脂上的装置(7，18)，所述幅射的强度足以分解和分散残余树脂。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，还有用于加热所述树脂从而使其至少部分软化的装置(14，26)。
17.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述用于产生电磁幅射的装置适于形成波长不大于360nm的幅射。
18.如权利要求15至17之一所述的设备，其特征在于，用于产生电磁幅射的装置(7，18)包括用于形成电磁幅射束的装置(7，18)和使所述束扫过线路板表面的装置(19)。
19.如权利要求15至18之一所述的设备，其特征在于，还有用于检则所述树脂软化状态的装置(9，16，36)。
20.用于将由树脂固定在线路板(4)一面上的电子元件(1)从所述板上取下的设备，其特征在于，用于加热树脂至少使其部分软化的装置(14，16)和防止线路板过热的装置至少包括下述之一(a)通过至少在开始部分平行于所述线路板的表面相对其移动所述而将其拆除的装置(14)，(b)将预加载力作用于所述元件上的装置，所述力驱使所述元件相对所述线路板移动，(c)监测所述树脂从而确定其软化状态的装置。
21.将用导线线路板(4)上的导线相连接的电子元件(1)从所述线路板上取下的装置，其特征在于，包括在从线路板上取下元件时夹持元件的吸盘(14)，它至少具有一条用于切割所述导线的切割刃(48)。
22.一种电子设备的制造方法，所述设备中至少一个电子元件(1)是由可加热软化的树脂固定在线路板(4)上，其特征在于包括以下步骤(a)利用从线路板上的导线引来的信号检试所述电子元件(1)，(b)在确定所述电子元件(1)有缺陷时，通过加热所述树脂从而使其至少部分软化并在树脂软化时将元件从线路板上拆除来将该元件从线路板上取下，(c)利用具有足以使树脂分解和分散的强度的电磁幅射将存留于元件(1)所处位置的线路板上的残余树脂清除，(d)用加热软化的树脂将一个新的电子元件固定在线路板上已拆除的元件所处的位置上。
全文摘要
在将用于加热软的树脂固定于线路板(4)上的元件(1)取下的方法中，改进之处是，在加热使树脂软化并将元件(1)摘除后，用紫外线激光辐射来对元件所处位置处的线路板上所存留残余树脂进行清除，辐射的强度足以使残余树脂分解和分散。这样不会操作线路板上的连线，因而连线可重复使用以便在同一个位置上安一新的电子元件。通过在软化期间对元件作用一上预加载力从而在树脂足够软时使元件移动并监测软化的方式实施测量而避免线路板过热。
文档编号H01L21/60GK1085012SQ9311657
公开日1994年4月6日 申请日期1993年8月25日 优先权日1992年8月26日
发明者井上广一, 高坂雅博, 渡部幸一, 细川隆, 泽畠守 申请人:株式会社日立制作所