JP3575317B2 - Apparatus and method for mounting conductive ball - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークに導電性ボールを搭載する導電性ボールの搭載装置および搭載方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品に突出電極であるバンプを形成する工程においては、半田ボールなどの導電性ボールが電子部品の電極上に搭載される。近年この導電性ボールの搭載形態として、電子部品が個片に切り出される前のウェハの状態、すなわち電子部品である半導体素子が格子状の配列で多数形成された状態で導電性ボールを搭載する方法が用いられるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウェハに直接導電性ボールを搭載する場合、従来は以下に述べるような問題点があった。ウェハは円形状であり、この円形状のウェハから矩形状の個片電子部品を切り出すことから、切り出し線とウェハの外周とは一致しない。このためウェハの外周近傍では切り出し線は不規則な階段状となる。この結果ウェハの各電子部品に導電性ボールを搭載する際に、複数の電子部品をまとまりの良い矩形状のブロックとして括ることができず、個片単位で搭載するか、またはウェハ全体を一括して搭載するかのいずれかを選択するしかなかった。このため個片で搭載する場合には多数回の搭載を行う必要があって生産性が低下し、また全体を一括して搭載する場合には正常な搭載を確保する信頼性に難点があるなど、従来はウェハへ直接導電性ボールを搭載する場合には、効率良く安定した搭載が困難であった。
【0004】
そこで本発明は、ワークに効率良く安定した導電性ボールの搭載を行うことができる導電性ボールの搭載装置および搭載方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の導電性ボールの搭載装置は、下面に複数の吸着孔が形成された吸着ツールを有するピックアップヘッドによって導電性ボールを真空吸着してピックアップし、ワーク上に搭載する導電性ボールの搭載装置であって、前記ピックアップヘッドの側面に設けられた装着口から着脱自在に装着され、前記吸着ツールの上面に当接して前記複数の吸着孔を導電性ボールのボール搭載範囲に応じて部分的に閉塞するマスク部材を備えた。
【0006】
請求項2記載の導電性ボールの搭載装置は、請求項1記載の導線性ボールの搭載装置であって、前記マスク部材をピックアップヘッドに固定する固定手段を備えた。
【0007】
請求項3記載の導電性ボールの搭載方法は、下面に複数の吸着孔が形成された吸着ツールを有するピックアップヘッドによって導電性ボールを真空吸着してピックアップし、ワーク上に搭載する導電性ボールの搭載方法であって、前記搭載ヘッドの側面に設けられた装着口から前記複数の吸着孔を導電性ボールの搭載範囲に応じて部分的に閉塞するマスク部材を、前記吸着ツールの上面に当接して装着することにより、単一のピックアップヘッドによって異る搭載範囲に対して導電性ボールを搭載するようにした。
【0008】
本発明によれば、ピックアップヘッドの側面に設けられた装着口から吸着孔を導電性ボールの搭載範囲に応じて部分的に閉塞するマスク部材を装着することにより、単一のピックアップヘッドによって異る搭載範囲に対して導電性ボールを安定して搭載することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の斜視図、図2(a)は同導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの断面図、図2(b)は同導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッド下面の平面図、図3は同導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの斜視図、図4(a)は同ウェハの平面図、図4(b)は同ウェハの部分平面図、図5(a),(b)は同ウェハの平面図、図6(a)は同マスク部材の斜視図、図6(b)は同マスク部材の平面図、図6(c)は同マスク交換部の側面図、図7(a),(b),(c),(d),(e)は同導電性ボールの搭載方法の工程説明図である。
【0010】
まず図1を参照して導電性ボールの搭載装置の構造を説明する。図1において、基台1の中央には搬送路2が設けられている。搬送路2はウェハ4を保持したプレート3を搬送し位置決めする。このウェハ4は略円形状の基板であり、後述するように複数の半導体素子が格子状に多数形成されている。基台1の上面の両端部には2台のY軸テーブル5が配設されている。2台のY軸テーブル5にはX軸テーブル6が架設されており、X軸テーブル6には搭載ヘッド7が装着されている。
【0011】
搭載ヘッド7は下部にピックアップヘッド8を備えている。X軸テーブル6およびY軸テーブル5を駆動することにより搭載ヘッド7は水平移動する。搬送路2の前方にはボール供給部9が配設されており、ボール供給部9には導電性ボール10が多数貯溜されている。搭載ヘッド7をボール供給部9の上方に位置させてピックアップヘッド8を上下動させることにより、ピックアップヘッド8は導電性ボール10をピックアップする。そして搭載ヘッド7を位置決めされたウェハ4上に位置させてピックアップヘッド8を再度上下動させることにより、ピックアップヘッド8に保持された導電性ボール10をウェハ4上に搭載する。
【0012】
ボール供給部9の側方には、ピックアップヘッド8に装着される閉塞板であるマスク部材12を複数種類備えたマスク交換部11が配設されている。マスク交換部11に対してピックアップヘッド8を移動させ所定位置に位置合わせすることにより、ピックアップヘッド8にマスク部材12を着脱・交換することができる。
【0013】
ここで、ウェハ4について図4を参照して説明する。図4(a)に示すようにウェハ4は略円形状の基板であり、ウェハ4には矩形の電子部品である半導体素子4aが配列ピッチPxPPyで格子状に多数形成されている。図4(b)で示すように、各半導体素子4aには導電性ボール10が搭載される電極4bが所定の電極配列パターンで多数形成されており、これらの電極4bは電極群4cを形成している。すなわちウェハ4のうち、これらの電極群4cが形成された範囲がボール搭載範囲(図4(a)の太線で囲まれた範囲)であり、ボール搭載範囲の外形は階段状となっている。
【0014】
次に図2および図3を参照して、搭載ヘッド7に備えられたピックアップヘッド8およびピックアップヘッド8の下面の吸着ツール8aについて説明する。図2(a)に示すようにピックアップヘッド8の下面は突部形状の吸着ツール8aとなっており、吸着ツール8aの下面の吸着面には吸着孔8bが多数設けられている。吸引孔8cから真空吸引することにより、吸着孔8bには導電性ボール10が吸着保持される。
【0015】
図3において、ピックアップヘッド8の側面にはマスク部材12のプレート部12aを挿入するための装着口8eが形成されている。装着口8eに挿入されたマスク部材12のプレート部12aは、吸着ツール8aの上面に当接して一部の吸着孔8bを塞ぐ。プレート部12aが挿入された後の装着孔8eは、マスク部材12のつば部12bによって塞がれる。このようにピックアップヘッド8の側面に装着口8eを設け、この装着口8eにマスク部材12を装着する構成としているので、マスク部材12の着脱時に吸着ツール8aをピックアップヘッド8から取り外す必要がない。また装着口8eをマスク部材12で塞ぐ構造としたので、比較的簡単な構造でマスク部材12を装着することができる。マスク部材12の形状・機能については後述する。
【0016】
ここで、吸着孔8bの配列について説明する。吸着ツール8aの吸着面には、吸着孔8bの集合である吸着部14が吸着面全面にわたって格子状に配列されている。ここで、吸着部14の配列ピッチは、ウェハ4における半導体素子4aの配列ピッチPx,Pyと等しいものとなっている。各吸着部14内には、前述の電極群4cを構成する電極4bの電極配列パターンに対応した位置に複数の吸着孔8bが形成されている。すなわち、各吸着部14の吸着孔8bに吸着保持された導電性ボール10の配列は、ウェハ4の半導体素子4aの電極4bの配列に対応したものとなっている。
【0017】
次に、図5を参照して吸着ツール8aを用いてウェハ4への導電性ボールの搭載を行う際の、前述のボール搭載エリアの分割について説明する。ウェハ4のサイズは、通常は単一の吸着ツールで1回の搭載動作で導電性ボールを一括搭載可能なサイズを超える場合が多く、このような場合にはウェハ4のボール搭載エリアを複数の分割区画に分割し、各分割区画毎に導電性ボールの搭載を行う。
【0018】
図5に示すように、ウェハ4のボール搭載エリアは複数区画に分割される。図5(a)は、ウェハ4のボール搭載エリアを4区画に分割した例を示している。このとき吸着ツール8aの吸着面(サイズWX,WY)は、各分割区画[1],[2],[3],[4]をカバーするものとなっている。すなわち、ボール搭載エリアの分割に際しては、各分割区画が吸着ツール8aの吸着面のサイズ以下となるようにウェハ4のボール搭載エリアの分割区画が設定される。
【0019】
なお、図5(a)では、ウェハのボール搭載エリアを略同形状の4分割区画[1],[2],[3],[4]に分割した例を示しているが、分割区画の形状やサイズは同一形状、同一サイズに限定されず、例えば図5(b)の例のように、ウェハ4より大きいサイズのウェハ4’のボール搭載エリアを分割する際には、吸着ツール8aの吸着面がカバー可能なサイズを勘案して、例えば9区画[1]〜[9]に分割してもよい。すなわち、半導体素子4aの配列ピッチと半導体素子4a内の電極配列パターンが同一であれば、大きさが異なるウェハに対しても分割区画の設定を変えることにより、同一の吸着ツールを用いて導電性ボールの搭載を行うことが出来る。
【0020】
次に、同一の吸着ツール8aを用いて異なる分割区画への導電性ボールの搭載を行う際に用いられるマスク部材12について説明する。図2(a)に示すように、マスク部材12は、ピックアップヘッド8の側面に設けられた装着口8eから着脱自在に装着され、吸着ツール8aの吸着面に当接するプレート部12aは、図2(b)に示すように部分的に吸着部14の吸着孔8bを閉塞するような形状となっている。図2(a)に示すように、吸着ツール8aの吸着部14のうち、範囲Bの部分のみに導電性ボール10が吸着され、範囲Aの部分は吸着部14の吸着孔8bがプレート部12aによって閉塞されているため導電性ボール10は吸着されない。
【0021】
すなわちマスク部材12は吸着孔閉塞手段であり、上記範囲Aの部分の吸着孔8bを閉塞することにより導電性ボール10を当該分割区画内の所定範囲の吸着部14のみに限定して吸着させる吸着限定手段となっている。マスク部材12は吸引孔8dから真空吸引することによりピックアップヘッド8に吸着され固定される。すなわち、吸引孔8dはマスク部材12の固定手段となっている。マスク部材12を固定することにより、導電性ボール10の吸着解除を目的としてピックアップヘッド8内部に正圧を付与して真空破壊を行う際にもマスク部材12を安定して保持することができる。なお、固定手段としては真空吸着を用いるもの以外にも、エアシリンダなどのアクチュエータによってマスク部材12をピックアップヘッド8に対して機械的に押さえつけて固定するようにしてもよい。
【0022】
マスク部材12は、図6(a)に示すように所定範囲に切り欠き部が設けられたプレート部12aを備えており、図5(a)に示す4つの各分割区画[1],[2],[3],[4]に応じて異る形状の切り欠き部が設けられたものが準備される。すなわち、分割区画[1]に導電性ボールを搭載する際に用いられるマスク部材12Aは、図2(b)に示すような形状(波線ハッチング部)のプレート部12aを備えており、ウェハ4の分割区画[1]内の半導体素子4aに対応した吸着部14のみを対象とする所定範囲に限定して導電性ボール10を吸着するようになっている。分割区画[2],[3],[4]に導電性ボール10を搭載する場合に用いられるマスク部材12B,12C,12Dについても同様である。
【0023】
これらの4種類のマスク部材12A,12B,12C,12Dは、図6(c)に示すようにマスク交換部11に上下方向に段積みして収納される。マスク交換部11は、図示しないマスク交換機構によりマスク部材12をピックアップヘッド8から引き出しまたは挿入できるようになっており、マスク交換部11に対してピックアップヘッド8を位置合わせすることにより、既装着のマスク部材12を離脱しまた他の任意のマスク部材12を新たに装着することができる。
【0024】
この導電性ボールの搭載装置は上記の様に構成されており、以下ボール搭載方法について図7を参照して説明する。図7(a)において、ピックアップヘッド8には分割区画[1]に対応するマスク部材12Aが装着されており、このピックアップヘッド8をボール供給部9内の導電性ボール10に対して下降させ、吸着ツール8aによって導電性ボール10を真空吸着する。
【0025】
このとき、マスク部材12Aによって吸着ツール8aの所定範囲Cを除く部分の吸着孔8bが閉塞され、分割区画[1]内の半導体素子4aに対応する吸着部14のみに導電性ボール10が吸着される。次いでピックアップヘッド8を上昇させてウェハ4上に移動させ、ウェハ4の所定部位に対して位置合わせしてピックアップヘッド8を下降させ、図7(b),(c)に示すようにウェハ4の分割区画[1]に属する各半導体素子4aの各電極4b(図4参照)に導電性ボール10を搭載する。
【0026】
この後、ピックアップヘッド8を上昇させ、マスク交換部11へ移動させる。そしてピックアップヘッド8をマスク交換の所定位置に位置合わせして、図7(d)に示すようにマスク部材12Aの固定を解除してマスク交換部11の所定収納位置に収納する。次いでピックアップヘッド8を次回使用のマスク部材12Bの装着位置に移動させて位置合わせし、ピックアップヘッド8の側面より分割区画[2]に対応したマスク部材12Bを装着する。
【0027】
次に、マスク部材12Bを装着したピックアップヘッド8を再度ボール供給部9上に移動させ、ここで上下動作を行わせることにより、吸着ツール8aの下面の所定範囲Dのみに導電性ボール10を吸着する。そして同様にウェハ4の分割区画[2]に属する半導体素子4aの電極に対して導電性ボール10を搭載する。そして上記動作をマスク部材12を交換しながら4回反復することにより、ウェハ4の全半導体素子4aの各電極に対して導電性ボール10を搭載することができる。
【0028】
上記搭載動作において搭載ヘッド7の往復回数は4回のみでよく、従来の個片ごとに搭載を行う方法と比較すれば往復回数は格段に少なくてすみ、したがって導電性ボールの搭載効率を向上させることができる。また本実施の形態では、製作費の高価な吸着ツール8aは同一のものを用い、簡便安価に製作可能なマスク部材12のみを交換するようにしているので、設備費用を低減することができる。また分割区画の大きさは従来実績からみて過大とならない妥当な範囲で設定されるため、搭載不良の少ない安定した導電性ボールの搭載が確保される。すなわち、従来方法では実現が困難であった、良好な搭載効率と安定した搭載品質とを両立させることが可能となる。
【0029】
また、導電性ボールが搭載されるワークの例として、本実施の形態では半導体素子が形成されたウェハを示しているがこれに限定されるものではなく、例えば複数の電子部品が格子状に作り込まれた基板であってもよい。この場合には、複数の電子部品の電極に導電性ボールが搭載される。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、吸着ツールを有するピックアップヘッドの側面に設けられた装着口から吸着孔を導電性ボールの搭載範囲に応じて部分的に閉塞するマスク部材を、吸着ツールの上面に当接して装着するようにしたので、ボール搭載範囲に対応した吸着孔のみに導電性ボールを吸着させることができ、単一のピックアップヘッドによって異るボール搭載範囲に対して、導電性ボールを安定して搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置の斜視図
【図2】(a)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの断面図
(b)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッド下面の平面図
【図3】本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載装置のピックアップヘッドの斜視図
【図4】(a)本発明の一実施の形態のウェハの平面図
(b)本発明の一実施の形態のウェハの部分平面図
【図5】(a)本発明の一実施の形態のウェハの平面図
(b)本発明の一実施の形態のウェハの平面図
【図6】(a)本発明の一実施の形態のマスク部材の斜視図
(b)本発明の一実施の形態のマスク部材の平面図
(c)本発明の一実施の形態のマスク交換部の側面図
【図7】(a)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
(b)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
(c)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
(d)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
(e)本発明の一実施の形態の導電性ボールの搭載方法の工程説明図
【符号の説明】
4 ウェハ
4a 半導体素子
4b 電極
8 ピックアップヘッド
8a 吸着ツール
8b 吸着孔
8d 吸引孔
8e 装着口
10 導電性ボール
12,12A,12B,12C,12D マスク部材
12a プレート部
14 吸着部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductive ball mounting apparatus and a conductive ball mounting method for mounting a conductive ball on a work.
[0002]
[Prior art]
In a process of forming a bump as a protruding electrode on an electronic component, a conductive ball such as a solder ball is mounted on an electrode of the electronic component. In recent years, as a mounting form of the conductive balls, a method of mounting the conductive balls in a state of a wafer before electronic components are cut into individual pieces, that is, in a state where a large number of semiconductor elements as electronic components are formed in a grid-like arrangement. Is used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when conductive balls are directly mounted on a wafer, there have been the following problems in the related art. Since the wafer has a circular shape, and a rectangular individual electronic component is cut out from the circular wafer, the cutout line does not coincide with the outer periphery of the wafer. For this reason, the cutting line has an irregular step shape near the outer periphery of the wafer. As a result, when the conductive balls are mounted on each electronic component of the wafer, a plurality of electronic components cannot be bundled as a well-formed rectangular block, and may be mounted individually or as a whole. I had no choice but to choose either. For this reason, when mounting in individual pieces, it is necessary to perform many times of mounting, which lowers productivity, and when mounting the whole as a batch, there is a problem in reliability to ensure normal mounting Conventionally, it has been difficult to efficiently and stably mount conductive balls directly on a wafer.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a conductive ball mounting apparatus and a mounting method capable of efficiently and stably mounting a conductive ball on a work.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The conductive ball mounting apparatus according to
[0006]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the conductive ball mounting apparatus according to the first aspect, further comprising fixing means for fixing the mask member to a pickup head.
[0007]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for mounting a conductive ball on a workpiece by vacuum-sucking and picking up the conductive ball by a pickup head having a suction tool having a plurality of suction holes formed on a lower surface. A mounting method, wherein a mask member that partially closes the plurality of suction holes from a mounting port provided on a side surface of the mounting head according to a mounting range of a conductive ball is brought into contact with an upper surface of the suction tool. The conductive balls are mounted on different mounting ranges by a single pickup head.
[0008]
According to the present invention, a single pickup head differs by mounting a mask member that partially closes a suction hole from a mounting port provided on a side surface of a pickup head according to a mounting range of a conductive ball. The conductive balls can be stably mounted in the mounting range.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a conductive ball mounting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a sectional view of a pickup head of the conductive ball mounting apparatus, and FIG. FIG. 3A is a plan view of the pickup head of the conductive ball mounting device, FIG. 4A is a plan view of the same wafer, and FIG. 4B is a plan view of the same wafer. 5 (a) and 5 (b) are plan views of the same wafer, FIG. 6 (a) is a perspective view of the same mask member, FIG. 6 (b) is a plan view of the same mask member, and FIG. FIGS. 7 (a), 7 (b), 7 (c), 7 (d), and 7 (e) are side views of the mask exchange section, and FIGS.
[0010]
First, the structure of the conductive ball mounting device will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a
[0011]
The
[0012]
A
[0013]
Here, the
[0014]
Next, the
[0015]
3, a mounting
[0016]
Here, the arrangement of the
[0017]
Next, division of the above-mentioned ball mounting area when the conductive balls are mounted on the
[0018]
As shown in FIG. 5, the ball mounting area of the
[0019]
FIG. 5A shows an example in which the ball mounting area of the wafer is divided into four divided sections [1], [2], [3], and [4] having substantially the same shape. The shape and the size are not limited to the same shape and the same size. For example, as shown in FIG. 5B, when the ball mounting area of the
[0020]
Next, a description will be given of the
[0021]
That is, the
[0022]
As shown in FIG. 6A, the
[0023]
These four types of
[0024]
The conductive ball mounting device is configured as described above, and the ball mounting method will be described below with reference to FIG. In FIG. 7A, a
[0025]
At this time, the
[0026]
After that, the
[0027]
Next, the
[0028]
In the above mounting operation, the number of reciprocations of the mounting
[0029]
In this embodiment, a wafer on which semiconductor elements are formed is shown as an example of a work on which conductive balls are mounted. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of electronic components are formed in a grid. The embedded substrate may be used. In this case, conductive balls are mounted on electrodes of a plurality of electronic components.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the mask member that partially closes the suction hole from the mounting port provided on the side surface of the pickup head having the suction tool according to the mounting range of the conductive ball is brought into contact with the upper surface of the suction tool. Since the ball is mounted, conductive balls can be attracted only to the suction holes corresponding to the ball mounting range, and a single pickup head stably mounts conductive balls in different ball mounting ranges can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a conductive ball mounting apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 2A is a cross-sectional view of a pickup head of the conductive ball mounting apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. 3 is a plan view of the lower surface of the pickup head of the conductive ball mounting device according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the pickup head of the conductive ball mounting device according to one embodiment of the present invention. (A) Plan view of a wafer according to an embodiment of the present invention (b) Partial plan view of a wafer according to an embodiment of the present invention FIG. 5 (a) Plan view of a wafer according to an embodiment of the present invention (B) A plan view of a wafer according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) A perspective view of a mask member according to an embodiment of the present invention. (B) A plane view of a mask member according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 (c) is a side view of a mask changing section according to an embodiment of the present invention. FIG. (B) Process explanatory diagram of the conductive ball mounting method of the embodiment (b) Process explanatory diagram of the conductive ball mounting method of one embodiment of the present invention (c) of the conductive ball of one embodiment of the present invention Process description diagram of mounting method (d) Process description diagram of conductive ball mounting method of one embodiment of the present invention (e) Process description diagram of conductive ball mounting method of one embodiment of the present invention Description]
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