JP3645795B2 - 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特にCSP(Chip Size Package )やファインピッチBGA(Fine Pitch Ball Grid Array:FBGA)の製造において、基板に半田等のボールを搭載して電極端子を形成する技術に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
CSP,BGA等の半導体装置においては、電極端子を半田等からなるボールで構成している。例えば、半田ボールをパッケージを構成する基板(配線基板)に搭載(マウント)する場合、基板表面に設けられた下地電極に半田ボールを重ね、その後リフローして半田を溶かし、再硬化によって半田ボールを基板に固定する。
【0003】
半田ボールを基板の下地電極面に固定する場合、一般に、フラックスを下地電極面に形成したり、あるいは半田ボールの移送途中で半田ボールの下側の面にフラックスを塗布し、かつ半田ボールとフラックスを加熱溶融させて半田ボールを下地電極に固定する。また、低温度で溶融しない金属ボールを下地電極に固定する場合は、接着層を下地電極面に形成したり、あるいはボールの移送途中でボールの下側の面に接着層を塗布し、かつ接着層およびボールを加熱してボールを下地電極に固定する。本明細書では、フラックスおよび接着層を含めて、以下単に接合材と呼称する。
【0004】
CSPやBGA等の半導体装置において、電極のファインピッチ化により、隣接するボール間隔がさらに狭小化されるため、ボール供給はより高精度な位置決めに基づく供給が要請される。
【0005】
基板にボールを搭載するボール搭載機については、例えば、工業調査会発行「電子材料」1998年9月号、P46〜P50に記載されている。この文献には、ファインピッチ(0.3mmφボール,0.5mmピッチ)でボール搭載が可能なCSP対応BGAボール搭載機について記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
BGA,CSP等の半導体装置の製造におけるボール搭載工程で、基板の出来合いによって歩留りが大きく左右されることが判明した。即ち、基板が反ったり、傾斜していると、供給されたボールが搭載位置からずれたり、あるいはボールの未搭載が発生する。この不良発生率は反りや傾きが大きい程高くなる。
【0007】
図19は従来のボール搭載機によるボールの搭載状況を示す模式図である。図19(a)に示すように、板状のボールマウントツール1の下面であるツール下面2には複数の吸着孔3が設けられ、この吸着孔3の吸着孔端にボール4、例えば、半田ボール4が真空吸着によって保持されるようになっている。吸着孔3内に示される矢印は真空吸着のための空気の吸引方向を示す。
【0008】
半田ボール4を保持したボールマウントツール1は、図19(b)に示すように、基板5の一面(上面)に接近させられるとともに位置決めがなされる。基板5の一面には図示しない下地電極が形成されているとともに、この下地電極上に接合材6が形成されている。前記ボールマウントツール1は、保持している半田ボール4が接合材6上に重なるように位置合わせされる。位置合わせ後の状態では、半田ボール4と接合材6との間の距離は0〜0.3mm程度に設定される。
【0009】
つぎに、真空吸着は解除される。この真空吸着の解除によって吸着孔3の吸着孔に保持されていた半田ボール4は落下し、基板5の表面に形成された接合材6上に載る。
【0010】
しかし、図19(b)に示すように基板5が反っていると、ボールマウントツール1のツール下面2から基板5の表面までの間隔が一部では大きくなる。この間隔が大きくなった箇所では半田ボール4の落下時の反発力の増大から跳ね上がったり、あるいは基板表面の反りによる傾斜によって転がり、半田ボール4の供給位置のずれが発生し、場所によっては接合材6上から大きくずれたり、あるいは完全に外れる。この結果、半田リフローが起こった場合、ボール搭載不良が発生し、CSPやBGA等の半導体装置の歩留り低下を来す。
【0011】
換言するならば、基板5が反っていると、その反りの大小にもよるが、反りが極めて微小でない限り、ボールマウントツール1のツール下面2が基板側の反りに追従できなくなり、半田ボール4の落下長がばらつき、安定したボール搭載を行うことができなくなる。ツール下面に対して基板が傾斜している場合も同様に半田ボールの高精度な供給ができなくなるとともに、ボールの未搭載不良も発生する。
また、基板5が反っていると、段取り作業でのツール下面の基板面に対する調整も難しく、時間が掛かり、ボール搭載コストの高騰を招く。
【0012】
本発明の目的は、CSP,BGA等の半導体装置の製造において、基板に安定したボール搭載を行うことができる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体装置の製造において反った基板や傾斜した基板に対しても安定したボール搭載を行うことができる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、段取り作業での基板面に対するツール下面の面姿勢調整作業が容易となる半導体製造装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ボール搭載歩留り向上を図ることにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0014】
(1)ボールマウントツールのツール下面に設けた複数の吸着孔にボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールを、ツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成するとともに、前記吸着孔は真空吸引及び気体噴射する吸引・噴射用孔であり、前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔を設けておき、
ボール吸着時には前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持し、
ボール供給時には、ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔を介して送り込み、噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給する。
【0015】
このような半導体装置の製造は以下の半導体製造装置で行う。即ち、ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体には前記可動吸着孔に対応しかつ前記可動吸着孔での前記ボールの保持に支障がない大きさの吸引・噴射用孔である吸着孔が設けられ、
前記変形板は前記吸引・噴射用孔からの気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、
前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着するように構成され、
前記ボールマウントツールのツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔から噴射させ、前記噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されている。
【0016】
前記加熱装置は前記ボール搭載を行うボール供給ステーションとは異なる加工ステーションに配置されている。
【0017】
(2)ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも小さい直径の可動吸着孔を設け、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成し、
ボール吸着時には前記ツール本体内を通して真空吸引を行って前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着し、
ボール供給時には、前記ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体に送り込み、前記ツール本体下面から噴射する前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の噴射圧によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給する。
【0018】
このような半導体装置の製造は以下の半導体製造装置で行う。即ち、ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成され、
前記変形板は前記真空吸着または前記気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、
前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持するように構成され、
前記ボールマウントツールの前記ツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体から噴射させ、前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されている。
【0019】
前記加熱装置は前記ボール搭載を行うボール供給ステーションとは異なる加工ステーションに配置されている。
【0020】
(3)前記(2)の構成において、前記ツールはさらに前記ツール本体の周囲に設けられた圧縮気体を送り込む気体噴射系を有し、該気体噴射系を介して前記変形板に圧縮気体を送り込むように構成されている。
【0021】
前記(1)の手段によれば、(a)ボールマウントツールをツール本体と変形板とで構成し、真空吸着時はボールを可動吸着孔に保持し、基板にボールを供給するときは前記真空吸着を解除するとともに逆に気体を噴射させることから、変形板は噴射による気体の圧力で基板面に沿うように変形し、可動吸着孔の縁部分でボールを基板に押し付けるように作用し、かつボールは吸着孔から噴射される気体の噴射圧によって基板に押し付けられるため、基板に対して位置ずれのないボール供給が行えることになる。従って、その後のリフロー処理によって高精度なボール搭載が行えることになる。
【0022】
(b)ツール下面に対して基板面が反り返っていても、また傾斜していても、それら反りや傾斜に対して変形板が倣うように変形することから、常に可動吸着孔に高精度にボールを保持することができ安定したボール搭載を行うことができる。従って、ボール搭載歩留りが向上し、半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【0023】
(c)基板面に対するツール下面の面姿勢は余裕度が高いことから、段取り作業でのツール下面の面姿勢調整作業が容易となる。
【0024】
(d)上記(a)〜(c)により、半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【0025】
前記(2)の手段によれば、前記(1)の手段の効果と同様な効果を得ることができる。即ち、ボールマウントツールを多孔質体からなるツール本体と変形板とで構成し、真空吸着時はボールを可動吸着孔に保持し、基板にボールを供給するときは前記真空吸着を解除するとともに逆に気体を噴射させ、ボールを噴射圧によって基板に押し付けるとともに、気体の圧力で変形した変形板の可動吸着孔の縁部分でボールを基板面に押し付けるため、安定したボール搭載を行うことができる。従って、ツール下面に対して基板面が反り返っていたり傾斜していても高歩留りなボール搭載が可能になる。
【0026】
前記(3)の手段によれば、前記(2)と同様に基板面が反り返っていたり傾斜していても安定したボール搭載を行うことができ、高歩留りなボール搭載が可能になる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0028】
(実施形態1)
図1(a)〜(c)は本発明の一実施形態(実施形態1)である半導体装置の製造方法によるボール供給方法を示す模式図である。
本実施形態1では、CSPやBGA等の半導体装置の製造において、基板(配線基板)の一面に設けた下地電極上にそれぞれボールを高精度に搭載できる技術について説明する。
【0029】
本実施形態1では半導体製造装置の一部、即ち基板にボールを供給する部分を示してある。本実施形態1は図1(a)〜(c)に示すように、ボールマウントツール1はツール本体11と、このツール本体11の下面に沿って設けられる弾性体からなる可撓性の変形板12等とで構成され、変形板12の下面がツール下面2になっている。変形板12はツール本体11の周囲を囲む枠体13の下底にその周囲を固定するように張り付けられ、気体を吹き付けたり、真空吸着させるとその気圧変動で変形するような構成になっている。
【0030】
前記ボールマウントツール1は、図示しないボール搭載ステーションに配置され、かつ基板5が載置される図示しないガイドテーブル上に位置する。このボールマウントツール1は図示しない移動機構に支持され、移動機構の動作によってガイドテーブルに対して三次元的に移動制御されるようになっている。従って、移動機構によってボールマウントツール1は基板5上に高精度に位置決めされる。
【0031】
また、枠体13はツール本体11に対してZ軸方向、即ちガイドテーブルに接近・離反する方向に所定距離スライドできる構成になっている。この結果、変形板12はツール本体11の下面に対して所定のオフセット距離だけ離れるように設定できるとともに、ツール本体11の下面に接触させることもできる。
【0032】
前記変形板12には、前記ガイドテーブル上に位置決め載置される基板5の下地電極に対応する可動吸着孔14が設けられている。ここでは、下地電極は図示されておらず、この下地電極上に接合体6が設けられている。この接合材6はボールを下地電極に固定するための加熱溶融(リフロー)される接着層またはボールがリフローされる場合はフラックスとなる。ボールが半田ボールの場合は、特に接合材を用いることなくフラックスでもよい。
【0033】
前記可動吸着孔14の直径はボール4、例えば、半田ボール4の直径よりも小さくなり、真空吸着によって可動吸着孔に半田ボール4を保持することができるようになっている。
また、ツール本体11には可動吸着孔14に対応しかつ可動吸着孔での半田ボール4の保持に支障がない大きさの吸着孔3が設けられている。
【0034】
図1ではツール本体11の上部および枠体13の上部は開放された構造になっているが、実際のものは閉じられ、前記吸着孔3は管に接続されている。この管は分岐して2系統の管路となり、一方の管路はバキュウム装置に接続されて吸着孔3および可動吸着孔14による真空吸着がなされるようになり、他方の管路は圧縮気体を供給するコンプレッサに接続されて吸着孔3および可動吸着孔14から気体20を噴射するようになっている。
【0035】
本実施形態1のボールマウントツール1では、変形板12は真空吸着または前記吸着孔からの気体噴射による気圧変動で反るような形で変形できる構成になっている。
【0036】
このようなボールマウントツール1は、図示しないボールストック部で図1(a)に示すように、図示しないバキュウム装置が動作して、ツール下面2の可動吸着孔14に半田ボール4を真空吸着する。このとき、真空吸着によって変形板12はツール本体11の下面に接触する状態になる。なお、図1(a)で示す矢印は真空吸着時の空気の流れ方向を示すものである。
【0037】
つぎに、ボールマウントツール1はガイドテーブル上に移動し、かつ降下してツール下面2をガイドテーブル上に位置決め載置された基板5に近接させる。基板5に対してボールマウントツール1は相対的に位置決めされる。基板5と変形板12のツール下面2との間隔は、例えば、0〜0.3mm程度となる。
【0038】
つぎに、図1(b)に示すように、前記真空吸着を解除するとともに、管路を切り換えて逆に吸着孔3内に気体20を送り込む、この気体20は直接半田ボール4を基板5上に押し付けるように作用するとともに、可撓性の変形板12もその噴射圧(気圧変動)で変形し、可動吸着孔14の縁部分で半田ボール4を基板5に押し付けるようになる。即ち、結果的には変形板12の各可動吸着孔14の縁で半田ボール4を支持した状態で、かつ前記気体20の噴射圧で半田ボール4を基板5の接合材6上に押し付けるようになるため、位置ずれのないボール供給が可能になる。この場合、枠体13はツール本体11に対してスライドして設定距離降下する。
【0039】
図1(b)は基板5の中央側が上方に突出するように反り返っている状態でのボール供給であり、図1(c)は基板5の中央側が下方に窪むように反り返っている状態でのボール供給である。これらの図に示すように基板5の反り状態が相互に逆の場合であっても、位置ずれのない安定したボール搭載を行うことができる。
【0040】
前記気体としては、圧縮空気やボール4等の酸化を防止するために窒素ガス等が送り込まれる。
【0041】
前記実施形態ではボールの真空吸着時、ツール本体11の変形板12に対面する面と変形板12のツール本体11に対面する面が接触する状態に枠体13がツール本体11に対して設定されている状態を示したが、ツール本体11と変形板12との間に所定のオフセット距離を設定してもよい。そして、図1(b)に示すように基板5の中央側が上方に突出するように反り返る状態、あるいは図1(c)に示すように基板5の中央側が下方に窪むように反り返る状態でも、変形板12を反り返らせて基板5に倣うようにしてボール供給を行うようにしてもよい。この場合は、枠体13をツール本体11に対してZ方向にスライドする構成としなくてもよい。
【0042】
ボール供給後、前記ボールマウントツール1は上昇し、元位置に復帰する。また、基板5はガイドテーブル上を他の異なる加工ステーション(リフローステーション)に移動させられ、リフローステーションの加熱装置によってリフローされて半田ボール4が基板5の図示しない下地電極上に固定される。
【0043】
本実施形態1によれば、以下の効果が得られる。
(1)ボールマウントツール1をツール本体11と可撓性の変形板12とで構成し、真空吸着時はボール4を可動吸着孔14に保持し、基板5にボール4を供給するときは前記真空吸着を解除するとともに逆に気体20を噴射させることから、変形板12は噴射による気体20の圧力で基板面に沿うように変形し、可動吸着孔14の縁部分でボール4を基板5に押し付けるように作用し、かつボール4は吸着孔3から噴射される気体20の噴射圧によって基板5に押し付けられるため、基板5に対して位置ずれのないボール供給が行えることになる。従って、その後のリフロー処理によって高精度なボール搭載が行えることになる。
【0044】
(2)ツール下面2に対して基板面が反り返っていても、また傾斜していても、それら反りや傾斜に対して変形板12が倣うように変形することから、常に可動吸着孔14に高精度にボール4を保持することができ安定したボール搭載を行うことができる。従って、ボール搭載歩留りが向上し、半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【0045】
(3)基板面に対するツール下面2の面姿勢は、ツール下面2を形成する変形板12が可撓性であり、気体20によって変形するため、面姿勢の余裕度が高く、段取り作業でのツール下面2の面姿勢調整作業が容易となり、段取り作業時間の短縮が達成できる。
【0046】
(4)上記(1)〜(3)により、歩留り向上と段取り作業時間の短縮により半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【0047】
(実施形態2)
図2乃至図17は本発明の他の実施形態(実施形態2)の半導体装置の製造方法に係わる図である。図2は本実施形態2におけるボールマウントツールと、基板へのボール供給状態を示す模式図である。本実施形態2のボールマウントツール1は、実施形態1のボールマウントツール1において、ツール本体11を多孔質体で形成した点が特徴である。また、図2は上面中央側が突出するように反った基板5にボール4を安定供給する状態を示す図である。
【0048】
図2に示すように、ボールマウントツール1は、支持板32を有するとともに、この支持板32の下面にはツール本体11が固定されている。そして、ツール本体11の下面側には可撓性の変形板12が配置されている。前記ツール本体11の周面は支持板32に固定されるガイド板33で覆われている。前記ガイド板33に囲まれる領域に対応する変形板12の領域には可動吸着孔14が設けられている。また、変形板12の周囲はベロー等の弾性材による支持体34で弾力的に支持されている。
【0049】
ボールマウントツール1は、前記実施形態1と同様に変形板12の下面がツール下面2となり、可動吸着孔14にボール4、例えば、半田ボール4を真空吸着して、図示しないガイドテーブル上に載置された基板5の接合材6上にボール4を供給するように構成されている。
【0050】
前記ツール本体11はその下面全面が空気吸引面となるように通気性が良好な多孔質体で形成されている。前記多孔質体、即ちポーラス材としては、一般に使用されているセラミックスや樹脂性さらにはメタリックなものが使用される。
【0051】
また、支持板32には図示しないバキュウム装置から延在する真空吸引用パイプが接続される真空吸引用孔35と、図示しないコンプレッサから延在する圧縮気体を送る圧縮気体用パイプが接続される圧縮気体用孔36が設けられている。真空吸引用孔35はガイド板33の内側の領域の支持板32に設けられ、圧縮気体用孔36はガイド板33の外側の領域の支持板32に設けられている。
【0052】
従って、真空吸引用孔35を利用しての真空吸引はツール本体11の下面を通して行われ、圧縮気体用孔36利用しての気体噴射はツール本体11の下面側に回り込んだ圧縮気体によって行われる。
【0053】
また、ツール本体11が多孔質体となることから、前記圧縮気体用孔36をガイド板33の内側の領域の支持板32に設け、ツール本体11の下面全域から圧縮気体を噴射するようにしてもよいことは勿論である。また、圧縮気体としては、圧縮空気やボール等の酸化を防止するために窒素ガス等が送り込まれる。なお、図2における矢印は真空吸引や気体噴射の際の気体の流れ方向を示すものである。
【0054】
図2に示すように、上面中央側が突出するように反った基板5であっても、気体噴射による気圧変動で変形板12が変形する構成になっていることから、変形板12は基板5の反った面に倣って変形し、安定したボール供給を行うことができる。
【0055】
つぎに、このようなボールマウントツール1が組み込まれた半導体製造装置、即ち、ボール搭載機とボール搭載について図3乃至図15を参照しながら説明する。図3はボール搭載機の外観を示す正面図、図4は平面図である。図3および図4に示すように、ボール搭載機は左から右に向かって供給機41,ボール供給機(ボールマウンタ)42,リフロー炉43,回収機44が配置され、ワークである基板が図示しないガイドテーブルに載って順次間欠的に移送され、各加工ステーションで各処理がなされ、半導体装置の製造工程であるボール搭載が終了する構成になっている。
【0056】
図5はボール供給部の模式的平面図であり、図6はボール供給部におけるボールマウントツールの動きを示す模式図である。ボール供給ステーションでは、ワークはワーク搬送ユニット45によって間欠的に移動し、ワーク位置決めユニット46によって位置決めされる。ワーク23は、図15に示すように、キャリア治具46aによって保持される。ワーク23は、その周縁部分を除く中央の矩形領域が半導体装置を製造する基板領域となる基板素材となっている。前記基板領域は、例えば、3行3列に区画され、区画された各領域が前記基板5となる。ワーク23に対して、ボールが供給され、リフローされる。また、工程の最終段階において前記区画線で分割することによって半導体装置が製造されることになる。
【0057】
図5に示すように、ワークの搬送路に直交して1本のガイドレール47が平行に配置されている。そしてこのガイドレール47上をロボット48が移動するようになっている。ロボット48にはボールマウントツール1が取り付けられている。そして、ボールマウントツール1の移動域には、ボール搬送路側からボール持ち返り検査ユニット49,ボールストッカユニット50,整列検査ユニット51,フラックス槽ユニット52が配置されている。
【0058】
また、図2に示すように、支持板32はロードセル31を介してロボット48の図示しない昇降軸の下端に取り付けられている。このロードセル31はボールマウントツール1と基板5がボール4を介して接触した瞬間の圧力変化を検出して前記昇降軸を停止させる等の昇降制御用センサーとなっている。これにより、基板5に対して過不足のない圧力でボール4の供給が行えることになる。
【0059】
このようなボール供給ステーションでは、図6に示すように、ボールを保持しない空のボールマウントツール1は、ボールストッカユニット50に対して降下し、ボールマウントツール1のツール下面2にボール4を真空吸着した後、上昇し、整列検査ユニット51上を通過する際、光学的な整列検査ユニット51で保持したボールの整列状態の良否が検査され、良い場合はフラックス槽ユニット52に進み、再び降下して保持したボールの下側にフラックスが塗布される。
【0060】
フラックスの塗布が終了したボールマウントツール1は一定高さにまで上昇した後、ボール搬送路まで進み、再び降下して、位置決めされた基板5上にボール4が供給される。ボール供給後、ボールマウントツール1は再び一定高さまで上昇し、ボールストッカユニット50に進むが、この途中で発光器49aと受光器49bで構成される光学検査機構からなるボール持ち返り検査ユニット49でボールマウントツール1のツール下面2にボールが存在するか否かが検査される。前記整列検査ユニット51およびボール持ち返り検査ユニット49による検査で不良と判定された場合、ボール搭載機は自動的に停止し、不良ボール搭載を防ぐようになっている。
【0061】
つぎに、このようなボール搭載機によるボール搭載、即ち半導体装置の製造方法について説明する。図7に示すように、ボールマウントツール1をそのツール下面2がボールストッカユニット50のストッカ50a上に所定間隔(例えば、1.0〜3.0mm)となるように降下させて停止させる。その後真空吸着を行い変形板12の可動吸着孔14にそれぞれボール4、例えば、半田ボール4を真空吸着保持する。
【0062】
つぎに、所定時間経過後、図8に示すように、ボールマウントツール1を上昇させるとともに、図6に示すように、整列検査ユニット51上を通過させてフラックス槽ユニット52に進ませる。整列検査ユニット51によって各列の可動吸着孔14に半田ボール4が保持されているか否かが検査され、全ての可動吸着孔14に半田ボール4が保持されていればボールマウントツール1はフラックス槽ユニット52側に進み、一部でも半田ボール4がない場合はボール搭載機は停止する。
【0063】
フラックス槽ユニット52に進んだボールマウントツール1は、図6に示すように、フラックス槽52aに対して所定高さまで降下した後上昇する。この降下,昇降動作によってボールマウントツール1のツール下面2に保持された半田ボール4の下側にフラックスが塗布されることになる。
【0064】
つぎに、ボールマウントツール1はボール搬送路に進み、再び降下し、図9に示すように、基板5の上に接近した状態で停止する。例えば、ボールマウントツール1のツール下面2と基板5の上面との間隔は0〜0.3mm程度になる。
【0065】
その後、真空吸着が解除されると同時に圧縮気体が圧縮気体用孔36に送り込まれる。この圧縮気体20は変形板12を気圧変動で基板5に押し付けるとともに、変形板12の可動吸着孔14内に露出する半田ボール面にも作用することから、半田ボール4を基板5に対して押し付けることになる。
【0066】
変形板12は基板5の表面姿勢に倣うように変形する。また、可動吸着孔14の縁によって形成される円形座に納まる半田ボール4は、半田ボール4に加わる圧縮気体の圧力(噴射圧)によって円形座に安定して納まるように動くため、可動吸着孔14の中心に半田ボール4の中心線が位置するようになり、半田ボール4は可動吸着孔14に高精度に位置決めされることになる。この結果的、基板5の各図示しない下地電極に対して高精度に位置決めされることになる。
【0067】
この例では、半田ボール4の下面側にフラックスを塗布した例について説明しているが、基板5の各下地電極上にフラックス等の接合材6を塗布しておいた場合には、半田ボール4は各接合材6の中心に対して高精度に位置決めされて押し付けられることになる。
【0068】
図2は上面中央側が突出するように反った基板5にボール4を供給する状態を示す図である。このような基板5に対しても、変形板12は圧縮気体によって変形し、可動吸着孔14の縁で半田ボール4を基板5に押し付けることもあって半田ボール4は高精度に位置決めされて基板5に供給されることになる。
【0069】
つぎに、ボールマウントツール1は基板5から離れるように上昇し、現位置に復帰し、次の基板5へのボール供給を行う。各半田ボール4はフラックスの接着力によって基板5に接着され、大きな振動を加えない限りその位置はずれない。従って、別ステーションであるリフローステーションでのリフローによって半田ボール4を基板5に固定することができる。
【0070】
図10は上面中央側が窪むように反った基板5に半田ボール4を供給する状態を示すものであるが、このような場合でも、変形板12が変形して基板5の反りに倣うことから安定したボール供給を行うことができる。また、図11は傾いた基板5に半田ボール4を供給する状態を示すものであるが、このような場合でも、変形板12が変形して基板5の傾斜(α)に倣うことから安定したボール供給を行うことができる。
【0071】
ボール供給後は、ワーク23はリフロー炉43に運ばれてリフローされる。これにより、基板5の下地電極上に供給された半田ボール4は接合材6(フラックス)の作用によって下地電極上に確実に固定される。その後、ワーク23は回収機44に回収される。図13は各基板5部分に半田ボール4が固定(搭載)された状態を示す図である。また、右下の図は各区画線で分断された場合の個片化の状態を示すものであり、BGA型半導体装置におけるボール配列を示すものとなる。
【0072】
つぎに、図12に示すように、ワーク23の半導体チップが搭載された面側は絶縁性の樹脂で覆われて保護体27(パッケージ)が形成される。保護体27は9個の基板5の領域全体を覆うように形成される。図13は前記ワーク23の底面図であり、9個の基板5の部分には整然と半田ボール4が固定され、外部電極端子を構成している。図14は前記ワーク23の模式的側面図である。同図から分かるように、ワーク23の一面には半田ボール4が外部電極端子として固定され、他面には保護体27が形成されている。またワーク23は分割し易いように、区画線に沿って溝が設けられている。
【0073】
つぎに、前記ワーク23を各区画線で分断することによって、図16に示すようなBGA型の半導体装置24が製造される。図13の右下に示す図は、分かり易いように区画線で分断された場合の基板5、即ち半導体装置24のボール搭載面を示す図である。
【0074】
半導体装置24は、図16に示すように、基板5の下面にボール4が固定されて外部電極端子が形成されている。基板5の上面にはIC(集積回路装置)が形成された半導体チップ25が固定されている。この半導体チップ25の周囲には図示しない電極パッドが設けられているとともに、この電極パッドと前記基板5の上の図示しない配線は導電性のワイヤ26で電気的に接続されている。配線は前記基板5を貫通するように設けられたビァーホールや内部配線を介して下面の各ボール4に電気的に接続されている。また、基板5の上面の半導体チップ25やワイヤ26は絶縁性の樹脂で形成された保護体27で覆われて保護されている。
【0075】
図17は本実施形態2の半導体装置の製造方法によって製造されたBGA型の半導体装置24を示すものであり、図17(a)は基板5をガラスとエポキシ樹脂で形成した半導体装置24であり、図17(b)は基板5を絶縁性のフィルム(テープ)で形成した半導体装置24である。図17(b)の半導体装置24においては、基板5の中央部分が絶縁性のレジン28で塞がれている構造になっている。
【0076】
本実施形態2におけるボール搭載機(半導体製造装置)を使用して半導体装置を製造した場合、前記実施形態1の場合と同様に反り返った基板5や傾斜した基板5に対しても、各ボール搭載箇所に確実にかつ高精度な位置決めのもとにボール搭載が行えるため、半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。
【0077】
本実施形態2では、圧縮気体の変形板やボールに対する噴射は、多孔質体となるツール本体の内部を通し、変形板に対面するツール本体面からの気体(圧縮気体)の噴射で行っても同様の効果を得ることができる。
【0078】
(実施形態3)
図18は本発明の他の実施形態(実施形態3)である半導体製造装置におけるボール搭載部の模式図である。前記実施形態では変形板は反り返って基板の表面に倣うものであるが、本実施形態3の場合の変形板12はさらに柔軟な弾性体で構成され、よりきめ細かく基板5の表面に倣うものである。変形板12としては、例えば、ステンレス板(0.05〜0.20mm厚さ程度)やプラスチック板等で形成されている。
【0079】
本実施形態3のボール搭載機では、ボールマウントツール1を構成する変形板12がより柔軟な弾性体材料で構成されていることから、ボール供給時、変形板12は基板5の表面に対応して変形するため、より高精度な位置決めのもとにボールを供給することができる。
【0080】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は少なくともボールを整列供給する技術には適用できる。
【0081】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)CSP,BGA等の半導体装置の製造において、基板に安定したボール搭載を行うことができる。
(2)半導体装置の製造において反った基板や傾斜した基板に対しても安定したボール搭載を行うことができる。
(3)段取り作業での基板面に対するツール下面の面姿勢調整作業が容易となり、段取り作業時間の短縮が図れる。
(4)安定したボール搭載による歩留り向上と、段取り作業時間の短縮化から半導体装置の製造コストの低減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態(実施形態1)である半導体装置の製造方法によるボール供給状態を示す模式図である。
【図2】本発明の他の実施形態(実施形態2)である半導体製造装置のボールマウントツール部分を示す模式図である。
【図3】 本実施形態2の半導体製造装置の外観を示す正面図である。
【図4】前記半導体製造装置の平面図である。
【図5】前記ボール供給部の模式的平面図である。
【図6】前記ボール供給部におけるボールマウントツールの動きを示す模式図である。
【図7】前記ボールマウントツールでボールを吸着する状態を示す模式図である。
【図8】前記ボールマウントツールにボールが吸着された状態を示す模式図である。
【図9】前記ボールマウントツールによって基板にボールを供給した状態を示す模式図である。
【図10】前記ボールマウントツールによって上面中央側が窪むように反った基板にボールを供給する状態を示す模式図である。
【図11】前記ボールマウントツールによって傾いた基板にボールを供給する状態を示す模式図である。
【図12】本実施形態2の半導体装置の製造方法によって半田ボール搭載および樹脂封止が終了した基板を示す平面図である。
【図13】前記半田ボール搭載および樹脂封止が終了した基板の底面図および、前記基板を分断して得られた半導体装置の底面図である。
【図14】前記半田ボール搭載および樹脂封止が終了した基板を側面から見た模式図である。
【図15】本実施形態2の半導体装置の製造方法において用いるキャリア治具の斜視図である。
【図16】前記半導体装置の拡大断面図である。
【図17】本実施形態2の半導体装置の製造方法によって製造されたBGAおよびCSPの斜視図である。
【図18】本発明の他の実施形態(実施形態3)である半導体製造装置におけるボール搭載部の模式図である。
【図19】従来のボール搭載機によるボール搭載状態を示す模式図である。
【符号の説明】
1…ボールマウントツール、2…ツール下面、3…吸着孔、4…ボール(半田ボール)、5…基板、6…接合材、11…ツール本体、12…変形板、13…枠体、14…可動吸着孔、20…気体(圧縮気体)、23…ワーク、24…半導体装置、25…半導体チップ、26…ワイヤ、27…保護体、28…レジン、31…ロードセル、32…支持板、33…ガイド板、34…支持体、35…真空吸引用孔、36…圧縮気体用孔、41…供給機、42…ボール供給機(ボールマウンタ)、43…リフロー炉、44…回収機、45…ワーク搬送ユニット、46…ワーク位置決めユニット、46a…キャリア治具、47…ガイドレール、48…ロボット、49…ボール持ち返り検査ユニット、49a…発光器、49b…受光器、50…ボールストッカユニット、50a…ストッカ、51…整列検査ユニット、52…フラックス槽ユニット、52a…フラックス槽。
Claims (6)
- ボールマウントツールのツール下面に設けた複数の吸着孔にボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールを、ツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成するとともに、前記吸着孔は真空吸引及び気体噴射する吸引・噴射用孔であり、前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔を設けておき、
ボール吸着時には前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持し、
ボール供給時には、ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔を介して送り込み、噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体装置の製造方法であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板に前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも小さい直径の可動吸着孔を設け、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成し、
ボール吸着時には前記ツール本体内を通して真空吸引を行って前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着し、
ボール供給時には、前記ツール下面を前記基板に接近させた後、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体に送り込み、前記ツール本体下面から噴射する前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の噴射圧によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記下地電極に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体には前記可動吸着孔に対応しかつ前記可動吸着孔での前記ボールの保持に支障がない大きさの吸引・噴射用孔である吸着孔が設けられ、
前記変形板は前記吸引・噴射用孔からの気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、
前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着するように構成され、
前記ボールマウントツールのツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記吸引・噴射用孔から噴射させ、前記噴射する前記気体の噴射圧と、前記噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。 - ボールマウントツールのツール下面に複数のボールを真空吸着した後、前記ツール下面を基板の上面に接近させて位置決めするとともに、前記真空吸着を解除して前記基板の上面に設けた下地電極上に前記ボールを供給し、その後前記ボールまたは前記下地電極上に設けた接合材もしくは前記ボールの表面に塗布した接合材を一時的に加熱装置によって加熱溶融して前記ボールを前記下地電極に固定する半導体製造装置であって、
前記ボールマウントツールをツール本体と、このツール本体の下面に沿って設けられる可撓性の変形板とで構成し、
前記変形板には前記下地電極に対応しかつ前記ボールよりも直径が小さい可動吸着孔が設けられ、
前記ツール本体は前記変形板に対面する面からの真空吸引および気体噴射ができる通気性が良好な多孔質体で形成され、
前記変形板は前記真空吸着または前記気体噴射による気圧変動で変形する構成になり、 前記可動吸着孔に前記ボールを真空吸着保持するように構成され、
前記ボールマウントツールの前記ツール下面を前記基板に接近させ、前記真空吸着を解除させるとともに気体を前記ツール本体から噴射させ、前記気体の噴射圧と、前記ツール本体から噴射する気体の圧力によって変形した前記変形板とで、前記ボールを前記接合材を介して前記基板に押し付けてボールを前記基板に供給するように構成されていることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記ツールはさらに前記ツール本体の周囲に設けられた圧縮気体を送り込む気体噴射系を有し、該気体噴射系を介して前記変形板に圧縮気体を送り込むように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体製造装置。
- 複数のボールを真空吸着した状態のボールマウントツールを複数の下地電極が設けられた基板上に近接位置合わせし、前記真空吸着状態を解除して前記ボールを対応する下地電極上に供給するボールマウンタと、
前記ボールまたは前記下地電極に設けられた接合材を介して各ボールを対応する下地電極に固定する加熱装置と、を備え、
前記ボールマウントツールは、前記下地電極に対応して複数の吸着孔が設けられた可撓性の変形板を有し、前記複数のボールは前記可撓性変形板に設けられた吸着孔に真空吸着されるように構成されており、
前記ボールマウンタは、さらに前記可撓性変形板に圧縮気体を噴射する圧縮気体噴射手段を備え、前記ボールマウントツールを前記基板上に位置合わせし前記真空状態を解除した後、前記圧縮気体噴射手段から供給される圧縮気体の圧力によって前記可撓性変形板を前記基板に押し付けて前記基板に沿って変形させ、該圧縮気体の圧力と前記変形した変形板とで、前記複数のボールを対応する下地電極に押し付けるように構成されてなることを特徴とする製造装置。
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