JP2005317791A - 微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法 - Google Patents

微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】2つの微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を狙った値に正確に合わせて貼り合わせることが可能な微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法を提供すること。
【解決手段】本微小部品貼り合せ装置は、第1の微小部品11を載置する載置プレート2と、第1の微小部品11に配置される接合部材13と、第2の微小部品12を第1の微小部品11と対向するように保持する保持部14と、保持部14を移動させて第1の微小部品11と第2の微小部品12とを接合部材13を介して接触させるZ移動機構103と、第1の微小部品11と第2の微小部品12とを接合部材13を介して接触させる際にかかる荷重を変化させることで、載置プレート2と保持部14の相対距離を制御するVCM102と、載置プレート2と保持部14の相対距離を検出する距離センサ6と、距離センサ6を所望の温度に保つチラー7とから構成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法に関し、特に2つの微小部品の間隔を正確に保って貼り合わせることが可能な微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法に関する。
2つの微小部品の間隔を正確に保って貼り合わせることが可能な微小部品貼り合わせ装置に関する提案は種々のものがなされている。例えば、特許文献1において提案されているチップ実装方法及びその装置は、チップを保持するツールホルダのホルダ支持手段に対する高さ位置の変化を検出する高さ検出手段をホルダ支持手段に備えることにより、ツールホルダのホルダ支持手段に対する高さ位置の変化を、ツールホルダを上下動するZ軸送り装置にフィードバックしてZ軸送り装置を駆動制御するものである。これにより、Z軸送り装置が環境温度の影響を受けて熱膨張していても、バンプの形状を所定の形状に保って実装することが可能である。
特開2000−353725号公報
しかしながら、特許文献1において提案されている技術は、高さ検出手段によりツールホルダのホルダ支持手段に対する高さ位置の変化を検出することはできるが、2つの微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を直接測定しているわけではないので、この距離を正確に知ることは困難である。
さらに、実装時の加熱などによる環境温度の変化による、高さ検出手段の検出結果の変動に関しては考慮されておらず、実装する微小部品の実装面間の距離を正確に知ることは一層困難である。したがって、2つの微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を、狙った値に正確に合わせて貼り合わせることができない。
本発明はこの点に着目し、2つの微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を狙った値に正確に合わせて貼り合わせることが可能な微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様の微小部品貼り合わせ装置は、第1の微小部品を載置する載置部と、上記第1の微小部品に配置される接合部材と、第2の微小部品を上記第1の微小部品と対向するように保持する保持部と、上記載置部または上記保持部の少なくとも一方を移動させて上記載置部に載置された上記第1の微小部品と上記保持部に保持された上記第2の微小部品とを上記接合部材を介して接触させる駆動部と、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品とを上記接合部材を介して接触させる際にかかる荷重を変化させることで、上記載置部と上記保持部の相対距離を制御する荷重設定部と、上記相対距離を検出する間隔検出部と、上記間隔検出部を所望の温度に保つ温度安定化部とを具備することを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明の第2の態様の微小部品貼り合わせ方法は、第1の微小部品と第2の微小部品との接合時にかかる荷重を設定する荷重設定工程と、上記載置部と上記保持部との相対距離を検出する間隔検出部の温度を所望の温度に安定化させる間隔検出部温度設定工程と、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の接合時の間隔が所望の値となるように貼り合わせ固定する貼り合わせ工程とを備えることを特徴とする。
これら第1及び第2の態様によれば、第1の微小部品と第2の微小部品の接合時の間隔を検出する間隔検出部の温度を安定化させることにより、2つの微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を狙った値に正確に合わせて貼り合わせることが可能である。
本発明によれば、2つの微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を狙った値に正確に合わせて貼り合わせることが可能な微小部品貼り合わせ装置及び微小部品貼り合わせ方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
[第1の実施形態]
図1に本発明の第1の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成を示す。図1は、第1の実施形態における微小部品貼り合わせ装置の左側面図である。なお、図1では載置ブロックの周辺のみ断面を示してある。
図1の微小部品貼り合わせ装置において、第1の微小部品11は載置プレート2に載置され、真空吸着等の手法で載置プレート2に載置固定されている。また、第1の微小部品11と対向するようにして、第2の微小部品12が配置されている。この第2の微小部品12は、真空吸着等の手法により保持部14に保持されている。第1の微小部品11と第2の微小部品12とは、接合部材13を介して貼り合わせ固定される。ここで、接合部材13には、はんだやAu、樹脂等の、温度変化よる軟化と硬化で被着材を接合固定する所謂熱硬化性の材料を用いる。
また、載置プレート2の下部にはヒータ3が設けられている。このヒータ3によって載置プレート2を加熱することで接合部材13に温度変化を与え、接合部材13を硬化させる。また、ヒータ3の周囲には断熱材4が配置され、断熱材4を介してヒータ3は載置ブロック5に固定されている。このようにヒータ3と載置ブロック5との間に断熱材4を介在させておくことで、ヒータ3の熱が効率よく載置プレート2に伝達されると共に、載置ブロック5への不要な熱の伝達が防止される。
載置ブロック5は傾き機構201上に固定され、傾き機構201はXY移動機構202上に固定され、XY移動機構202は回転機構203上に固定されている。ここで、傾き機構201は、図示しないモータと送りネジとで構成されており、載置ブロック5の保持部14に対する傾きを変化させる。また、XY移動機構202は、図示しないモータとボールネジとで構成されており、載置ブロック5の保持部14に対する水平方向の位置を変化させる。更に、回転機構203は、図示しないモータとギヤとで構成されており、載置ブロック5の垂直軸周りの回転方向の位置を変化させる。
また、載置ブロック5の、載置プレート2の左右両側方には、距離センサ6が設置されており、この距離センサ6は、間隔制御装置9に導電接続されている。距離センサ6では、載置プレート2の第1の微小部品11が載置されている側の面と、保持部14の第2の微小部品12が保持されている側の面との距離が測定され、この測定結果が間隔制御装置9に出力される。
駆動演算部及び面間距離演算部としての間隔制御装置9は、駆動部としてのZ移動機構103と荷重設定部としてのボイスコイルモータ(VCM)102に接続されている。間隔制御装置9では、距離センサ6の出力から第1の微小部品11と第2の微小部品12のそれぞれ対向する面間の距離と傾きが演算され、これら演算された第1の微小部品と第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離と傾きが所望の値となるように、Z移動機構103への移動量指示とVCM102への駆動電流指示とが行われる。ここで、VCM102には直動気体軸受101の一端が取り付けられており、更に直動気体軸受101の他端には保持部14が2つの微小部品の貼り合わせ方向(図の垂直方向)に移動可能に支持されている。そして、直動気体軸受101とVCM102は、Z移動機構103の移動テーブル1031に固定されている。このような構成において、VCM102は、内部の図示しないコイルに流れる電流の量と方向を変化させることにより、保持部14(第2の微小部品12)が、第1の微小部品11や接合部材13に加える力を変化させる。また、Z移動機構103は、図示しないモータとボールネジとにより構成されており、移動テーブル1031を図の垂直方向に移動させる。
また、載置ブロック5の内部には流路51が、距離センサ6を取り囲むようにして設けられている。そして、流路51は配管8を経由して温度安定化部としてのチラー7に接続されている。ここで、チラー7は、指定された温度に保った熱交換媒体を流路中51中に循環させて載置ブロック5の温度を指定された温度に保つことで、距離センサ6の温度を指定された温度に保つ。即ち、ヒータ3により載置プレート2が加熱されても載置ブロック5は内部の流路51を流れる熱交換媒体により指定された温度に保たれる。また、これに伴って載置ブロック5に設置された距離センサ6も指定した温度に保たれる。したがって、距離センサ6によって載置プレート2の第1の微小部品11が載置されている側の面と、保持部14の第2の微小部品12が保持されている側の面との距離を測定したときの測定結果は、ヒータ3などによる温度変化の影響を受けることがない。これにより、第1の微小部品11と第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を正確に知ることが出来る。
次に、第1の実施形態の微小部品貼り合わせ方法について図2を参照して説明する。まず、第1の微小部品11と第2の微小部品12との接触時の荷重を設定する(ステップS1 荷重設定工程)。この荷重設定工程において、間隔制御装置9は、荷重検出素子(例えばロードセル)によって検出される荷重に基づいてVCM102の駆動電流の電流値と電流方向とを指示する。即ち、VCM102に保持部14の自重よりも僅かに小さく、保持部14を引き上げる方向(上向き)の推力を発生させることで、保持部14の自重を軽減させる。
次に、距離センサ6の温度を指定の温度に設定する(ステップS2 間隔検出部温度設定工程)。この間隔検出部温度設定工程において、チラー7により所定の温度に保った熱交換媒体を流路51中に循環させて距離センサ6の温度を所定の温度に保つようにする。
このような状態で第1の微小部品11と第2の微小部品12の貼り合わせを行う(ステップS3 貼り合わせ工程)。
この貼り合わせ工程においては、まず、保持部14によって第1の微小部品11を真空吸着保持する。そして、Z移動機構103を、第1の微小部品11と載置プレート2とが接触するような位置まで降下させる。この際の保持部14までの距離を距離センサ6によって測定し、その測定結果を第1の微小部品11の厚み値として間隔制御装置9に記憶させる。なお、距離センサ6の出力は、載置プレート2と保持部14が平行に接触した時にゼロになるようにそれぞれ予め補正されているものとする。また、この距離センサ6のゼロ点補正は、必要に応じて、第1の微小部品11を載置プレート2に供給する前にその都度実施してもかまわない。
次に、保持部14の吸着保持を解除して載置プレート2に第1の微小部品11を真空吸着で載置固定する。そして、Z移動機構103により保持部14を上昇退避させる。
次に、保持部14で第2の微小部品12を真空吸着保持する。その後、XY移動機構202、回転機構203によって載置ブロック5を移動させ、第1の微小部品11と第2の微小部品12の水平方向の相対位置と回転方向の相対位置を所定値に合わせる。
次に、Z移動機構103を駆動して、第1の微小部品11と第2の微小部品12の間隔が所望の値になるように、間隔制御装置9に記憶されている第1の微小部品11と第2の微小部品12の厚み値を参照しながら、移動テーブル1031を停止させる。
この時、間隔制御装置9は、第1の微小部品11と第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を演算している。そして、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとが所望の値と異なる場合に、間隔制御装置9は、傾き機構201とZ移動機構103とに移動量の指令を送り、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとが所望の値となるように調整する。
その後、ヒータ3により、載置プレート2を加熱して接合部材13が硬化するための温度変化を与える。この時も、間隔制御装置9は、常に第1の微小部品11と第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を演算している。そして、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとが所望の値と異なる場合には、傾き機構201とZ移動機構103とに移動量の指令を送り、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとが所望の値となるように調整する。
更に、この時、載置ブロック5の内部の流路51には、チラー7により指定された温度に保たれた熱交換媒体が循環されていることにより、載置ブロック5は指定された温度に保たれている。したがって、ヒータ3の温度が変化しても、載置ブロック5に設置された距離センサ6は指定された温度を保ったままであり、距離センサ6の出力値はヒータ3の温度変化の影響を受けることがない。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、接合部材13が硬化するまでの温度変化の過程でも、載置プレート2の第1の微小部品11が載置されている側の面と保持部14の第2の微小部品12が保持されている側の面との距離を正確に測定することができるため、第1の微小部品11と第2の微小部品12のそれぞれ対向する面間の距離を正確に知ることができ、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとを所望の値に保って2つの微小部品を貼り合わせることができる。
なお、第1の実施形態では、貼り合わせ工程の際に、Z移動機構103によって保持部14側を図面垂直方向に移動させることにより貼り合わせを行うようにしているが、逆に載置プレート2側を移動させるようにしても良いし、保持部14側と載置プレート2側の両方を移動させるようにしても良い。
また、図では距離センサ6が載置プレートの両側に2個図示されているが、片側の距離センサが複数のセンサから構成されていても良いことは言うまでもない。
[第2の実施形態]
図3に本発明の第2の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成を示す。図3は、第2の実施形態における微小部品貼り合わせ装置の要部である載置ブロック周辺の断面図である。なお、この他の構成については第1の実施形態と同様であるので図示を省略している。
図3に示すように、第2の実施形態は、載置ブロック5に設置された距離センサ6に温度検出部としての温度センサ53が固定されている点が第1の実施形態と異なる。この温度センサ53は、チラー7に導電接続されている。
次に、第2の実施形態の微小部品貼り合わせ方法について図4を参照して説明する。図4の処理において、まず、図2で説明したのと同様の荷重設定工程の処理を行う(ステップS21)。この処理については説明を省略する。
次に、距離センサ6の温度を温度センサ53によって測定する(ステップS22 温度検出工程)。上記したように温度センサ53はチラー7に接続されている。チラー7は温度センサ53の温度測定結果に基づき、熱交換媒体の温度を調節する(ステップS23 温度補正工程)。これにより、距離センサ6の温度を第1の実施形態と比較してより確実に一定に保つことができ、距離センサ6の出力値がヒータ3の温度変化の影響を受けることがない。ステップS23の温度補正工程の後、図2で説明したのと同様にして第1の微小部品11と第2の微小部品12の貼り合わせを行う(ステップS24)。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、載置プレート2の第1の微小部品11が載置されている側の面と保持部14の第2の微小部品12が保持されている側の面との距離を正確に測定することができるため、第1の微小部品11と第2の微小部品12のそれぞれ対向する面間の距離を正確に知ることができ、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとを所望の値に保って2つの微小部品を貼り合わせることができる。また、距離センサ6の温度を検出するようにしているので、より確実に距離センサ6の温度を一定に保つことができる。
[第3の実施形態]
図5に本発明の第3の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成を示す。図5は、第3の実施形態における微小部品貼り合わせ装置の要部である載置ブロック周辺の断面図である。なお、この他の構成については第1の実施形態と同様であるので図示を省略している。
図5に示すように、載置ブロック5内部には加熱冷却素子54が距離センサ6を取り囲むように設けられ、加熱冷却素子54は温度調節装置72に接続されている。
ここで、加熱冷却素子54には、ぺルチェ素子を使用している。ペルチェ素子は一方の面が距離センサ6に接触され、他方の面が載置ブロック5に接触されるように設置されている。そして、ペルチェ素子に流す電流の方向を変えることにより、冷却面と加熱面とを切換えることができる。
即ち、温度調節装置72は、温度センサ53の温度測定結果に基づき、距離センサ6の温度が所定の温度となるように加熱冷却素子54に電流を流す。
また、第3の実施形態では、距離センサ6の一部を変動補正用距離センサ61として使用しており、この変動補正用距離センサ61の上部には、載置ブロック5に固定された変動補正用検出部材62が設置されている。また、変動補正用距離センサ61は温度安定化演算部としての変動補正量演算部73に接続されている。また、変動補正量演算部73は、温度調節装置72と図示しない間隔制御装置9とに接続されている。ここで、変動補正用距離センサ61の距離測定結果は、通常は一定値であり変化しない。なお、距離センサ6を複数個設けるようにしてそのうちの1個を変動補正用距離センサ61として使用しても良い。
次に、第3の実施形態の微小部品貼り合わせ方法について図6を参照して説明する。図6の処理において、まず、第2の実施形態と同様の荷重設定工程、温度検出工程、及び温度補正工程の処理を行う(ステップS31〜ステップS33)。これらの処理については説明を省略する。その後、変動補正量演算部73は、変動補正用距離センサ61の出力値を検出する(ステップS34 変動検出工程)。そして、検出した変動補正用距離センサ61の出力値に基づき、変動補正量演算部73は、加熱冷却素子54に送る温度指令の補正値(即ち電流補正値)、間隔制御装置9のZ移動機構103への移動量補正値、VCM102への電流補正値の少なくともいずれかの補正値を算出し、これに基づいて間隔制御装置9は、温度調節装置72、Z移動機構103、及びVCM102の少なくとも何れかを制御して距離センサ6の温度変化の影響を打ち消すようにする(ステップS35 変動補正工程)。これにより、距離センサ6の温度を第1の実施形態と比較してより確実に一定に保つことができ、距離センサ6の出力値がヒータ3の温度変化の影響を受けることがない。ステップS35の変動温度補正工程の後、図2で説明したのと同様にして第1の微小部品11と第2の微小部品12の貼り合わせを行う(ステップS36)。
以上説明したように、第3の実施形態によれば、載置プレート2の第1の微小部品11が載置されている側の面と保持部14の第2の微小部品12が保持されている側の面との距離を正確に測定することができるため、第1の微小部品11と第2の微小部品12のそれぞれ対向する面間の距離を正確に知ることができ、第1の微小部品11と第2の微小部品12の距離と傾きとを所望の値に保って2つの微小部品を貼り合わせることができる。
また、第3の実施形態では、加熱冷却素子54が距離センサ6に接して設置されているため、距離センサ6の温度を短時間で変化させることができ、距離センサ6の温度安定化に応答性が求められる場合に特に有効である。
更に変動補正用距離センサ61により、距離センサ6の出力値がヒータ3の温度変化の影響を受けていないかを常に確認できるので、万が一距離センサ6の出力値がヒータ3の温度変化の影響を受ける兆しが現れた時には、変動補正量演算部73により加熱冷却素子54の温度量や、Z移動機構103の移動量と、VCM102の電流量を補正することもできる。これにより確実に第1の微小部品11と第2の微小部品12の貼り合わせ面間の距離と傾きとを所望の値に保って貼り合わせることができる。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
本発明の第1の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る微小部品貼り合わせ方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成図である。 本発明の第2実施形態に係る微小部品貼り合わせ方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態に係る微小部品貼り合わせ装置の構成図である。 本発明の第3の実施形態に係る微小部品貼り合わせ方法の手順を示すフローチャートである。
符号の説明
2…載置プレート、3…ヒータ、4…断熱材、5…載置ブロック、6…距離センサ、7…チラー、8…配管、9…間隔制御装置、11…第1の微小部品、12…第2の微小部品、13…接合部材、14…保持部、51…流路、53…温度センサ、54…加熱冷却素子、61…変動補正用距離センサ、62…変動補正用検出部材、72…温度調節装置、73…変動補正量演算部、101…直動気体軸受、102…ボイスコイルモータ(VCM)、103…Z移動機構、201…傾き機構、202…XY移動機構、203…回転機構、1031…移動テーブル

Claims (8)

  1. 第1の微小部品を載置する載置部と、
    上記第1の微小部品に配置される接合部材と、
    第2の微小部品を上記第1の微小部品と対向するように保持する保持部と、
    上記載置部または上記保持部の少なくとも一方を移動させて上記載置部に載置された上記第1の微小部品と上記保持部に保持された上記第2の微小部品とを上記接合部材を介して接触させる駆動部と、
    上記第1の微小部品と上記第2の微小部品とを上記接合部材を介して接触させる際にかかる荷重を変化させることで、上記載置部と上記保持部の相対距離を制御する荷重設定部と、
    上記相対距離を検出する間隔検出部と、
    上記間隔検出部を所望の温度に保つ温度安定化部と、
    を具備することを特徴とする微小部品貼り合わせ装置。
  2. 上記間隔検出部は、上記載置部の上記第1の微小部品を載置する側の面と上記保持部の上記第2の微小部品を保持する側の面との距離を測定することで上記載置部と上記保持部の相対距離を検出する距離センサであり、
    上記温度安定化部が、熱交換媒体循環部と熱交換媒体温度調節部とにより構成されることを特徴とする請求項1に記載の微小部品貼り合わせ装置。
  3. 上記間隔検出部の温度を測定する温度検出部と、
    上記温度検出部の出力値に基づいて、上記温度安定化部の温度補正量を演算し、この温度補正量に基づいて上記温度安定化部に上記間隔検出部の温度を所望の温度に保つように指令を送る温度安定化演算部と、
    を更に具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の微小部品貼り合わせ装置。
  4. 上記間隔検出部において検出した上記載置部と上記保持部の相対距離に基づき、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離を演算する面間距離演算部と、
    上記面間距離演算部で演算した上記第1の微小部品と上記第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離が所望の値となるように、上記駆動部及び上記荷重設定部の少なくともいずれか1つの駆動補正量を演算する駆動演算部と、
    を更に具備することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1つに記載の微小部品貼り合わせ装置。
  5. 上記間隔検出部の温度変化による上記間隔検出部の温度検出結果の変化を検出する変動補正用間隔検出部と、
    上記変動補正用間隔検出部の検出結果に基づき、上記面間距離演算部で演算した上記第1の微小部品と上記第2の微小部品のそれぞれ対向する面間の距離の補正量と、上記温度安定化部の温度補正量の少なくともいずれか一方を演算する変動補正量演算部と、
    を更に具備することを特徴とする請求項4に記載の微小部品貼り合わせ装置。
  6. 第1の微小部品と第2の微小部品との接合時にかかる荷重を設定する荷重設定工程と、
    上記載置部と上記保持部との相対距離を検出する間隔検出部の温度を所望の温度に安定化させる間隔検出部温度設定工程と、
    上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の接合時の間隔が所望の値となるように貼り合わせ固定する貼り合わせ工程と、
    を備えることを特徴とする微小部品貼り合わせ方法。
  7. 上記間隔検出部温度設定工程が、
    上記間隔検出部の温度を検出する温度検出工程と、
    上記温度検出工程において検出した温度に基づいて上記間隔検出部の温度を安定化させるための温度補正量を演算し、この演算した温度補正量に基づいて上記間隔検出部の温度を安定化させる温度補正工程と、
    を含むことを特徴とする請求項6に記載の微小部品貼り合わせ方法。
  8. 上記間隔検出部温度設定工程が、
    上記間隔検出部の温度変化による上記間隔検出部の温度検出結果の変化を検出する変動検出工程と、
    上記変動検出工程において検出した上記温度検出結果の変化に基づいて、上記第1の微小部品と上記第2の微小部品の接合時の間隔と、上記間隔検出部の温度の少なくともいずれか一方を補正する変動補正工程と、
    を含むことを特徴とする請求項7に記載の微小部品貼り合わせ方法。
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