JP3539826B2 - Thermocompression tools - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶基板等の各種の回路基板に半導体チップをボンディングする際に用いられる熱圧着ツールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶基板等、各種の回路基板に半導体チップをボンディングする際に用いられる熱圧着ツールは、各種型式ものが公知である。
【0003】
その一つとして、例えば、特開平7−86341号公報において開示されているように、ツール本体の下端に装着されたセラミック製の保持具の下端面とヒータの上端面とを接合すると共に、前記ヒータの下端面とセラミック製の圧子の上端面とを接合して成る熱圧着ツールが挙げられる。
【0004】
なお、かかるヒータは、電気絶縁材である一対のセラミック薄板で発熱パターンを挟み、両セラミック薄板を接合して封止したもの、或いは、圧子の上端面に印刷された発熱パターンを電気絶縁材であるガラスで封止したものが用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種の熱圧着ツールは、接着剤を用いて各部を接合している関係上、接着剤の塗布厚さのばらつきに起因する熱膨脹の相違や接着剤の熱膨脹と電気絶縁材のそれとの相違等の影響を受けて圧子の下端面(ボンディング箇所に押し付けられる面)の平行度が経時的に変化し易く一定しないといった欠点を有していた。
【0006】
なお、かかる平行度は、特に、ミクロン単位の精度が要求されるボンディングにおいて問題視され、かつ、それを一定に保たないと、ボンディング時にチップずれ等が生じて高精度のボンディングが困難になる。
【0007】
本発明は、このような欠点に鑑み、それを解消すべく鋭意検討の結果、その一つとして、保持具の下端面に形成されている凹部内に、セラミッシ製圧子の上端面に装着されているヒータを位置せしめるように、保持具に対して圧子を非接着固定手段により装着すればよいことを見い出すと共に、他の一つとして、その下端側面にヒータを装着した圧子を、保持具の下端に対して非接着固定手段により装着することによっても同様に解決し得ることを見い出したものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る熱圧着ツールの一つは、ツール本体の下端に装着された保持具と、前記保持具の下端に装着されたセラミック製の圧子と、互いに対向せしめられた前記保持具の下端面と前記圧子の上端面間に配されたヒータとを備え、かつ、前記ヒータが、発熱パターンを電気絶縁材で封止して成る熱圧着ツールにおいて、前記圧子の上端面に装着された前記ヒータを前記保持具の下端面に形成されている凹部内に位置せしめるように前記保持具に対して前記圧子を非接着固定手段により装着したことを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明に係る熱圧着ツールの他の一つは、請求項2に記載するように、請求項1に記載の熱圧着ツールにおいて、保持具が、凹部に連通せしめられるように貫通されたエアー吸引専用孔を有していると共に圧子が、凹部に連通せしめられるように貫通されたチップ吸着孔を有していることを特徴とするものである。
また、本発明に係る熱圧着ツールの他の一つは、請求項3に記載するように、請求項1に記載の熱圧着ツールにおいて、保持具が、凹部に連通せしめられるように貫通されたエアー吸引供給兼用孔及びエアー排出孔のうち、少なくともエアー吸引供給兼用孔を有していると共に圧子が、凹部に連通せしめられるように貫通されたチップ吸着孔を有していることを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明に係る熱圧着ツールの他の一つは、請求項4に記載するように、請求項1に記載の熱圧着ツールにおいて、保持具が、凹部に連通せしめられるように貫通されたエアー供給専用孔及びエアー排出孔を有していることを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明に係る熱圧着ツールの他の一つは、請求項5に記載するように、請求項1に記載の熱圧着ツールにおいて、保持具が、凹部に連通させないように貫通されたエアー供給専用孔を有していることを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明に係る熱圧着ツールの他の一つは、請求項6に記載するように、ツール本体の下端に装着された保持具と、前記保持具の下端に非接着固定手段により装着されたセラミック製の圧子と、前記圧子の下端側面に装着されたヒータとを備え、かつ、前記ヒータが、発熱パターンを電気絶縁体で封止して成ることを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
熱圧着ツールの先端部が示されている図1において、熱伝導の低い金属材で構成されたツール本体1の下端に、セラミック製の保持具2がボルト締めされていると共にセラミック製の保持具2の下端に、セラミック製の圧子3が装着されている。
【0014】
すなわち、圧子3は、ボルト・ナット4で保持具2に固定され、その上端面3aが保持具2の下端面2aに圧接されているが、この圧子3は、各種のセラミック材のうち、熱伝導率が良く、しかも、単位面積当り発熱効率が高くて急速加熱による熱衝撃に対しても強い窒化アルミニュームで構成されている。
【0015】
一方、保持具2は、熱伝導の悪いセラミック材(例えば、ムライト)で構成されている。なお、前者(圧子3)に対し、後者は可能な限り熱膨脹係数が近似したものが選択され、従って、その限りにおいては、セラミック以外の材質のものであってもよい。
【0016】
加えて、圧子3の上端面3aにヒータ5が装着されているが、このヒータ5は、図2において示されているように、圧子3の上端面3a上にスクリーン印刷された発熱パターン6を電気絶縁材7で封止して構成されている。
【0017】
なお、かかる封止は、溶解ガラス(電気絶縁材)を発熱パターン6(例えば、白金パラジュウム)上に薄く塗布し硬化させている。しかし、ガラス以外の、他の適当な電気絶縁材7を用いることもできる。
【0018】
また、発熱パターン6は、図示されていない電源に接続されていると共に、ヒータ5は、保持具2の下端面2aに形成されている凹部8内に位置されているが、この凹部8は、周壁で囲まれた態様に形成、すなわち、図示されていない前後方向にも周壁が形成されている。
【0019】
更に、圧子3に、その下端面3bと凹部8の壁面とに開口されたチップ吸着孔9が穿設されていると共に保持具2に、その側面2bと凹部8の壁面とに開口されたエアー吸引専用孔10が穿設されている。
【0020】
また、保持具2の側面2bに、その一端がエアー吸引専用孔10と接続されるようにエアー吸引用耐圧ホース11が装着されている。なお、このエアー吸引用耐圧ホース11の図示されていない他端は、真空ポンプに連結されている。
【0021】
その為、前記真空ポンプを運転して、チップ吸着孔9から吸気し得るから、半導体チップを吸着保持することができ、かつ、半導体チップを吸着保持した状態において、ツール本体1を下方へ移動させてボンディングすることができる。
【0022】
また、ツール本体1は、図示されていないXYZテーブルを介して三軸方向へ移動し得るように装着されている。また、ボンディング時において、保持具2及び圧子3がヒータ5で加熱される。
【0023】
しかし、ヒータ5が凹部8内に位置され、しかも、圧子3を保持具2に対してボルト締めにより装着しているので、圧子3の下端面3b(ボンディング箇所に押し付けられる面)の平行度が経時的に変化するのを防止することができる。
【0024】
すなわち、加熱時において、発熱パターン6を封止しているガラス(電気絶縁材)が熱膨脹するが、凹部8内に位置されているので、その影響が保持具2及び圧子3に対して及ぶのを防止することができると共に、保持具2に対して圧子3をボルト締めにより装着しているので、この箇所に不均一な熱膨脹が発生するのを防止することができ、これ等の相乗効果により、圧子3の下端面3b(ボンディング箇所に押し付けられる面)の平行度が経時的に変化するのを防止することができる。
【0025】
なお、ヒータ5が凹部8内に位置されているから、ボンディング時において、発熱パターン6の封止部(電気絶縁材で被覆している部分)に加圧力が作用するのを防止することができ、従って、発熱パターン6の断線も防止することもできる。
【0026】
そして、圧子3が半導体チップを吸着保持していない時においては、チップ吸着孔9から凹部8内に吸気することができて、そこを冷却することもできるから、この点からしても有効であり、かつ、凹部8内のエアーの断熱効果により保持具2の上部側への熱伝導を抑制することができると共に高速冷却を可能にすることもできる。
【0027】
なお、保持具2に対する圧子3の装着は、ボルト締めだけでなく、適当なクランプ等で装着してもよく、要するに接着剤を使用しない固定手段、すなわち、非接着固定手段により装着すればよい。
【0028】
また、ヒータ5は、圧子3の上端面3a上にスクリーン印刷された発熱パターン6を電気絶縁材7で封止して成るものが好ましいが、一対のセラミック薄板(電気絶縁材)で発熱パターンを挟み、両セラミック薄板を接着して封止したものであってもよい。
【0029】
しかし、発熱パターン6を圧子3の上端面3a上にスクリーン印刷したものの方が、熱伝導性に優れていると共に、コンパクトにすることができるので好ましい。なお、エアーは、常温エアー、冷却エアーのいずれであってもよく、必要に応じて選択される。
【0030】
次に、図3において示されている他の実施形態について述べると、これにおいては、保持具2に、エアー吸引供給兼用孔15及びエアー排出孔14が穿設されていると共に、三方切換弁13を介してエアー吸引用耐圧ホース11及エアー供給用耐圧ホース12が装着されている。
【0031】
その為、三方切換弁13を所定に開閉制御して、チップ吸着孔9からエアーを吸引したり、或いは、チップ吸着孔9及びエアー排出孔14からエアーを排出することができる。
【0032】
すなわち、エアー供給用耐圧ホース12からのエアー供給は、必要に応じて行われ、これにより保持具2及び圧子3を冷却して過度に加熱されるのを防止することができる。
【0033】
また、先行の高温度のボンディングに続いて、それよりも低温度のボンディングを行う際、強制的に低温度に制御することができ、従って、ツールの温度制御の迅速化を図ることもできる。
【0034】
なお、エアー排出孔14からの排気は、これと接続されるように保持具2に装着されているエアー排出用耐圧ホース(図示されていない)を経て行われるが、その際、かかるエアー排出用耐圧ホースが接続されている弁(図示されていない)が開口され、かつ、この弁は、チップ吸着孔9からエアーを吸引するときには閉じられる。
【0035】
このように、エアー吸引供給兼用孔15及びエアー排出孔14を穿設するのが好ましい。しかし、エアー排出孔14を穿設しないでエアー吸引供給兼用孔15だけを穿設してもよい。
【0036】
その場合においては、チップ吸着孔9だけからエアーが排出されるので、エアー排出孔14及びチップ吸着孔9の両方から排出される場合に比して冷却効果が劣る。従って、必要に応じてどちらか一方を選択すればよい。
【0037】
次に、図4において示されている実施形態について述べると、これにおいては、保持具2に、エアー供給専用孔16及びエアー排出孔14が穿設されているが、圧子3にチップ吸着孔が穿設されていない。
【0038】
その為、半導体チップを吸着保持することができないが、ツール本体1が、XYZテーブルを介して三軸方向へ移動にし得るように装着されているので、図1,3に示されている熱圧着ツールと同様にボンディング(熱圧着)することができる。
【0039】
更に、図5においても、圧子3にチップ吸着孔が穿設されていない実施形態が示されているが、これにおいては、保持具2に、凹部8の周壁面に対して開口させないようにエアー供給専用孔16を貫通せしめて設けている。従って、このツールにおいても冷却効果を得ることができる。
【0040】
以上、保持具2の下端面2aに形成されている凹部8内に、圧子3の上端面3aに装着されているヒータ5を位置せしめるように保持具2に対して圧子3を非接着固定手段により装着した実施形態について述べたが、続いて、それらと異なる他の実施形態、すなわち、図6において示されている実施形態について述べると、これにおいては、圧子3の下端側面20にヒータ5が装着され、かつ、圧子3が、保持具2に対してボルト・ナット21(非接着固定手段)により装着されている。
【0041】
よって、加熱時において、発熱パターン6を封止しているガラス(電気絶縁材)が熱膨脹しても、その影響により圧子3の下端面3b(ボンディング箇所に押し付けられる面)の平行度が経時的に変化するのを防止することができる。なお、圧子3は、チップ吸着孔9を穿設したもの又は穿設しないもののいずれであってもよく、必要に応じて選択される。
【0042】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1,6に記載の発明によると、圧子3の下端面3b(ボンディング箇所に押し付けられる面)の平行度が経時的に変化するのを防止することができる熱圧着ツールが得られる。
【0043】
また、請求項2,3,4及び5に記載の発明によると、被加熱部の強制冷却が可能であって、圧子3の下端面3bの平行度が経時的に変化するのを、より有効に防止することができる熱圧着ツールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱圧着ツールの先端部の正面図である。
【図2】圧子の斜視図である。
【図3】他の熱圧着ツールの先端部の正面図である。
【図4】他の熱圧着ツールの先端部の正面図である。
【図5】他の熱圧着ツールの先端部の正面図である。
【図6】他の熱圧着ツールの先端部の正面図である。
【符号の説明】
1 ツール本体
2 保持具
2a 保持具の下端面
2b 保持具の側面
3 圧子
3a 圧子の上端面
3b 圧子の下端面
5 ヒータ
6 発熱パターン
7 電気絶縁材
8 凹部
9 チッブ吸着孔
10 エアー吸引専用孔
14 エアー排出孔
15 エアー吸引供給兼用孔
16 エアー供給専用孔
20 圧子の下端側面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermocompression bonding tool used when bonding a semiconductor chip to various circuit boards such as a liquid crystal substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of thermocompression bonding tools used for bonding a semiconductor chip to various circuit boards such as a liquid crystal substrate are known.
[0003]
As one of them, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-86341, a lower end surface of a ceramic holder attached to a lower end of a tool body and an upper end surface of a heater are joined together. There is a thermocompression bonding tool formed by joining a lower end surface of a heater and an upper end surface of a ceramic indenter.
[0004]
Note that such a heater has a heating pattern sandwiched between a pair of ceramic thin plates as an electrical insulating material, and both ceramic thin plates are joined and sealed, or a heating pattern printed on the upper end surface of an indenter is formed of an electrical insulating material. What is sealed with a certain glass is used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since this type of thermocompression bonding tool uses an adhesive to join each part, the difference in thermal expansion due to the variation in the applied thickness of the adhesive and the difference between the thermal expansion of the adhesive and that of the electrical insulation material Due to the influence of the difference and the like, the parallelism of the lower end surface of the indenter (the surface pressed against the bonding portion) is liable to change with time and has a disadvantage that it is not constant.
[0006]
In addition, such a parallelism is regarded as a problem particularly in bonding that requires accuracy of a micron unit, and if it is not kept constant, chip displacement or the like occurs during bonding, and it becomes difficult to perform high-precision bonding. .
[0007]
The present invention has been made in view of such drawbacks, and as a result of intensive studies to solve it, as one of them, it is mounted on the upper end surface of a ceramic indenter in a recess formed on the lower end surface of the holder. It is necessary to attach the indenter to the holder by non-adhesive fixing means so as to position the heater, and as another, the indenter with the heater attached to the lower end side face is attached to the lower end of the holder. It has been found that the same problem can be solved also by mounting with non-adhesive fixing means.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
That is, one of the thermocompression bonding tools according to the present invention includes a holder attached to the lower end of the tool body, a ceramic indenter attached to the lower end of the holder, and a holder for the holder which is opposed to each other. A thermocompression bonding tool comprising a lower end face and a heater disposed between the upper end face of the indenter, and the heater is mounted on the upper end face of the indenter in a thermocompression bonding tool having a heat generation pattern sealed with an electrical insulating material. The indenter is attached to the holder by a non-adhesive fixing means so that the heater is positioned in a recess formed in a lower end surface of the holder.
[0009]
Further, another one of the thermocompression bonding tools according to the present invention is, as described in claim 2, in the thermocompression bonding tool according to claim 1, wherein the holder is penetrated so as to be communicated with the recess. It is characterized in that it has a hole for exclusive use of air suction and has a chip suction hole penetrated so that the indenter can communicate with the recess.
Further, another one of the thermocompression bonding tools according to the present invention is, as described in claim 3, in the thermocompression bonding tool according to claim 1, wherein the holding tool is penetrated so as to be communicated with the recess. The air suction and supply hole and the air discharge hole have at least an air suction and supply hole, and the indenter has a chip suction hole penetrated so as to communicate with the recess. Things.
[0010]
Another aspect of the thermocompression bonding tool according to the present invention is, as described in
[0011]
Further, another one of the thermocompression bonding tools according to the present invention is, as described in
[0012]
Further, another one of the thermocompression bonding tools according to the present invention is, as described in claim 6, a holder attached to a lower end of the tool body, and attached to a lower end of the holder by non-adhesive fixing means. A ceramic indenter, and a heater mounted on a lower side surface of the indenter, wherein the heater is formed by sealing a heating pattern with an electric insulator.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In FIG. 1 showing the tip of the thermocompression bonding tool, a ceramic holder 2 is bolted to a lower end of a tool body 1 made of a metal material having low heat conductivity, and a ceramic holder is provided. At the lower end of 2, a ceramic indenter 3 is mounted.
[0014]
That is, the indenter 3 is fixed to the holder 2 with the bolts and
[0015]
On the other hand, the holder 2 is made of a ceramic material having poor heat conductivity (for example, mullite). The latter (indenter 3) is selected to have a coefficient of thermal expansion that is as close as possible to the former (indenter 3).
[0016]
In addition, a
[0017]
In this sealing, molten glass (electric insulating material) is thinly applied on the heat generating pattern 6 (for example, platinum palladium) and cured. However, other suitable electrical insulators 7 other than glass can be used.
[0018]
The heating pattern 6 is connected to a power supply (not shown), and the
[0019]
Further, the indenter 3 has a chip suction hole 9 formed in the
[0020]
Further, a pressure-resistant hose 11 for air suction is attached to the
[0021]
Therefore, since the vacuum pump can be operated to suck air from the chip suction hole 9, the semiconductor chip can be held by suction, and the tool body 1 is moved downward while the semiconductor chip is held by suction. Bonding.
[0022]
The tool body 1 is mounted so as to be movable in three axial directions via an XYZ table (not shown). At the time of bonding, the holder 2 and the indenter 3 are heated by the
[0023]
However, since the
[0024]
That is, at the time of heating, the glass (electric insulating material) sealing the heat generating pattern 6 thermally expands, but since it is located in the concave portion 8, the influence is exerted on the holder 2 and the indenter 3. In addition, since the indenter 3 is attached to the holder 2 by bolting, it is possible to prevent uneven thermal expansion from occurring at this location, and to achieve a synergistic effect of these. In addition, the parallelism of the
[0025]
Since the
[0026]
When the indenter 3 does not hold the semiconductor chip by suction, the air can be sucked into the recess 8 from the chip suction hole 9 and can be cooled, so that it is effective from this point. In addition, heat conduction to the upper side of the holder 2 can be suppressed by the heat insulating effect of the air in the concave portion 8 and high-speed cooling can be performed.
[0027]
The indenter 3 may be attached to the holder 2 not only by bolting but also by an appropriate clamp or the like. In short, the indenter 3 may be attached by fixing means that does not use an adhesive, that is, non-adhesive fixing means.
[0028]
The
[0029]
However, it is preferable that the heat generating pattern 6 is screen-printed on the
[0030]
Next, another embodiment shown in FIG. 3 will be described. In this embodiment, the holder 2 is provided with the air suction / supply hole 15 and the air discharge hole 14 and the three-
[0031]
Therefore, the three-
[0032]
That is, the air supply from the air supply pressure-
[0033]
In addition, when performing bonding at a lower temperature subsequent to the preceding bonding at a higher temperature, the temperature can be forcibly controlled to a lower temperature, and therefore, the temperature control of the tool can be speeded up.
[0034]
The air is exhausted from the air discharge hole 14 through a pressure-resistant hose (not shown) for air discharge attached to the holder 2 so as to be connected thereto. A valve (not shown) to which the pressure-resistant hose is connected is opened, and this valve is closed when air is sucked from the chip suction hole 9.
[0035]
Thus, it is preferable to form the air suction / supply hole 15 and the air discharge hole 14. However, only the air suction and supply hole 15 may be formed without forming the air discharge hole 14.
[0036]
In this case, since the air is discharged only from the chip suction holes 9, the cooling effect is inferior to the case where the air is discharged from both the air discharge holes 14 and the chip suction holes 9. Therefore, either one may be selected as needed.
[0037]
Next, the embodiment shown in FIG. 4 will be described. In this embodiment, a hole 16 dedicated to air supply and an air discharge hole 14 are formed in the holder 2, but a chip suction hole is formed in the indenter 3. Not drilled.
[0038]
Therefore, the semiconductor chip cannot be suction-held, but since the tool body 1 is mounted so as to be movable in three axial directions via the XYZ table, the thermocompression bonding shown in FIGS. Bonding (thermocompression bonding) can be performed similarly to the tool.
[0039]
Further, FIG. 5 also shows an embodiment in which a chip suction hole is not formed in the indenter 3, but in this case, air is provided so that the holder 2 does not open to the peripheral wall surface of the recess 8. The supply exclusive hole 16 is penetrated and provided. Therefore, even with this tool, a cooling effect can be obtained.
[0040]
As described above, the non-adhesive fixing means for fixing the indenter 3 to the holder 2 so that the
[0041]
Therefore, even when the glass (electric insulating material) sealing the heat generating pattern 6 thermally expands during heating, the parallelism of the
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and sixth aspects of the present invention, there is provided a thermocompression bonding tool capable of preventing the parallelism of the
[0043]
According to the second, third, fourth and fifth aspects of the present invention, it is possible to forcibly cool the heated portion, and it is more effective that the parallelism of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a distal end portion of a thermocompression bonding tool.
FIG. 2 is a perspective view of an indenter.
FIG. 3 is a front view of a tip portion of another thermocompression bonding tool.
FIG. 4 is a front view of a distal end portion of another thermocompression bonding tool.
FIG. 5 is a front view of a tip portion of another thermocompression bonding tool.
FIG. 6 is a front view of a tip portion of another thermocompression bonding tool.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tool main body 2 Holder 2a
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