JP4265461B2 - Electronic component mounting device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体のベアチップ、電子回路のパッケージ等の電子部品を基板に装着するための電子部品装着装置に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting apparatus for mounting electronic components such as semiconductor bare chips and electronic circuit packages on a substrate.
従来から、バンプ付半導体ベアチップ等の電子部品を基板に装着する際、電子部品に荷重を加えてバンプを基板上の電極に押し付けて接合する方法が採られている。この方法によれば、各バンプに加えられる荷重値を一定の範囲内に管理する必要があるため、ロードセル等の荷重センサを用いて、電子部品に加えられている荷重を測定しながら電子部品の装着が行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, when an electronic component such as a bumped semiconductor bare chip is mounted on a substrate, a method of applying a load to the electronic component and pressing the bump against an electrode on the substrate has been adopted. According to this method, since it is necessary to manage the load value applied to each bump within a certain range, a load sensor such as a load cell is used to measure the load applied to the electronic component. Installation is done.
従来の電子部品装着装置の構成を図1に示す。従来の電子部品装着装置100では、Z方向に移動する移動ブロックが第1移動ブロック110と第2移動ブロック120に分割され、第2移動ブロック120に設けられたナット部121が、モータ150により回転駆動される送りねじ151と噛み合わされている。また、第1移動ブロック110と第2移動ブロック120とがばね122で引き合うように連結され、第1移動ブロック110と第2移動ブロック120との間に荷重センサであるロードセル130が設けられている。第1移動ブロック110の側面にはスライダ111が設けられており、Z方向に設けられたガイドレール112上を摺動する。
The configuration of a conventional electronic component mounting apparatus is shown in FIG. In the conventional electronic
第1移動ブロック110の下端部には、その中心軸がZ方向に配置されたシャフト113、および、電子部品101を負圧により吸着保持するための保持ヘッド115が順に設けられている。また、保持ヘッド115の下方には、X方向およびY方向に移動可能なテーブル140が設けられており、基板102がテーブル140上に載置されている。ロードセル130の出力は制御部160に入力され、制御部160はロードセル130の出力をモニタしながら、モータ150の駆動を制御する。
At the lower end of the first moving
電子部品101を基板102上に装着するときは、モータ150を所定方向に回転駆動して第2移動ブロック120および第1移動ブロック110をZ方向に下降させる。電子部品101が基板102と接触すると、ロードセル130により検出される荷重が徐々に増加し、電子部品101が加圧される。このとき、例えば、電子部品101を一定の荷重で加圧しながら超音波を印加することにより、電子部品101の底部に設けられたバンプ101aが基板102上の配線パターンに結合され、実装される。その後、保持ヘッド115を電子部品101から離し、第2移動ブロック120および第1移動ブロック110をZ方向に上昇させる。
When mounting the
なお、従来の電子部品装着装置に関する先行技術として、特許文献1は、第1移動ブロックと第2移動ブロックとをばねで連結する代わりに、エアシリンダを介して第1移動ブロックと第2移動ブロックとを連結した電子部品装着装置を開示している。また、特許文献2は、移動ブロックをZ方向に移動させるために、モータおよびねじ送り機構の代わりにボイスコイルモータを用い、ボイスコイルモータによりZ方向に駆動されるシャフトに保持ヘッドが取り付けられた電子部品装着装置を開示している。さらに、特許文献2では、ロードセルのような荷重センサを用いずに、ボイスコイルモータに印加する電流から加圧力を推定している。
As a prior art related to a conventional electronic component mounting apparatus,
特許文献3は、保持ヘッド側の複数箇所に設けられた荷重センサにより接合時の圧力を検出し、圧力値が均一になるように保持ヘッドの下面の傾きを調整することにより、電子部品と基板表面とを平行とする電子部品装着装置を開示している。 In Patent Document 3, the pressure at the time of joining is detected by load sensors provided at a plurality of locations on the holding head side, and the inclination of the lower surface of the holding head is adjusted so that the pressure value becomes uniform, whereby an electronic component and a substrate An electronic component mounting apparatus having a parallel surface is disclosed.
特許文献4は、テーブル上にバンプを上方に向けて載置された電子部品にテープ基板を押圧して接合するボンディング装置において、テープ基板を保持するボンディングツールの複数箇所に設けられた歪ゲージにより検出された加圧力に基づいて、ボンディングツールの加圧面と電子部品の接合面とが平行になるようにテーブルの傾斜を調整する電子部品装着装置を開示している。また、特許文献5は、テーブルの複数箇所に設けられた荷重センサの出力に基づいて、ステージの傾斜を調整する電子部品装着装置を開示している。さらに、特許文献5では、ボンディングツールに設けられた他の荷重センサの出力に基づいてフィードバック制御を行うことにより、ボンディングツールの加圧力を加圧パターンと一致させる技術も開示されている。
ところで、図1に示す従来の電子部品装着装置100では、ロードセル130は第1移動ブロック110と第2移動ブロック120との間に位置し、ロードセル130よりも(−Z)側(下側)にスライダ111およびガイドレール112が設けられている。スライダ111がガイドレール112上を摺動する際、ある程度の摺動抵抗(例えば30g重程度)が発生することは避けられず、ロードセル130により検出される荷重にはこの摺動抵抗による誤差が含まれる。従って、ロードセル130により検出された荷重に基づいてモータ150の駆動を制御すると、電子部品101に加えられる荷重にばらつきが生じる。実際に電子部品101に加えられる荷重が必要な荷重よりも小さすぎると、電子部品101と基板102との接合に十分な強度が得られず、接触不良等が生じる可能性がある。逆に、実際に電子部品101に加えられる荷重が必要な荷重よりも大きすぎると、電子部品101の底部のバンプ101aが潰れたり、或いは電子部品101自体が破損する可能性がある。
By the way, in the conventional electronic
また、電子部品101が基板102の表面に対して傾いている場合、電子部品101の底部の各バンプ101aに均一に荷重が加えられず、一部のバンプについて接触不良が生じたり、一部のバンプが潰れる可能性がある。
Further, when the
移動ブロックのZ方向の移動の際の摺動抵抗を低減させるために、例えば空気軸受を使用することも考えられる。しかしながら、電子部品に加えられる荷重が小さいときは(例えば300g重程度)空気軸受により支え得るが、一定の限界を超える荷重が加えられるときには空気軸受を使用することはできない。このような問題は、特許文献1の電子部品装着装置においても同様である。
In order to reduce the sliding resistance when the moving block moves in the Z direction, for example, an air bearing may be used. However, when the load applied to the electronic component is small (for example, about 300 g weight), it can be supported by the air bearing, but when a load exceeding a certain limit is applied, the air bearing cannot be used. Such a problem also applies to the electronic component mounting apparatus disclosed in
特許文献2の電子部品装着装置では、ボイスコイルモータによりZ方向に駆動されるシャフトに保持ヘッドを取り付けて移動させるので、図1の場合と同様に摺動抵抗が発生する。また、電子部品に加えられる荷重を間接的に測定するため、上記のように、電子部品と基板との間の接触不良、バンプの潰れ、電子部品自体の破損の可能性がある。
In the electronic component mounting apparatus of
特許文献3ないし特許文献5の電子部品装着装置でも同様に、電子部品に加えられる荷重が傾き調整等の機構を介して間接的に測定されるため、電子部品に実際に加えられている荷重を正確に測定することが困難である。このため、荷重センサからの出力に基づいて行われる電子部品の基板表面に対する傾きを精度良く調整することが難しく、精度向上による電子部品の装着異常の防止に限界がある。また、荷重の測定精度を向上させるためには荷重センサを装置の複数箇所に離して設ける必要があり、装着位置の近傍にて荷重を検出することが困難である。 Similarly, in the electronic component mounting apparatuses of Patent Document 3 to Patent Document 5, since the load applied to the electronic component is indirectly measured through a mechanism such as tilt adjustment, the load actually applied to the electronic component is determined. It is difficult to measure accurately. For this reason, it is difficult to accurately adjust the inclination of the electronic component with respect to the substrate surface, which is performed based on the output from the load sensor, and there is a limit to the prevention of abnormal mounting of the electronic component due to improved accuracy. Further, in order to improve the load measurement accuracy, it is necessary to dispose the load sensors at a plurality of locations in the apparatus, and it is difficult to detect the load in the vicinity of the mounting position.
本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、移動ブロックが移動する際の摺動抵抗による誤差の影響をなくし、電子部品に実際に加えられている荷重を正確に測定することが可能な電子部品装着装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the conventional example, eliminates the influence of errors caused by sliding resistance when the moving block moves, and accurately applies the load actually applied to the electronic component. It is an object of the present invention to provide an electronic component mounting apparatus that can be measured.
請求項1に記載の発明は、電子部品を基板に装着する電子部品装着装置であって、電子部品の装着方向に駆動される移動ブロックと、電子部品を保持する剛性の高い一体的なブロックである保持ヘッドと、前記移動ブロックと前記保持ヘッドとの間に設けられ、前記保持ヘッドを支持する荷重センサと、前記移動ブロックを前記装着方向に移動可能にガイドするガイド機構と、前記移動ブロックの前記装着方向への駆動を行う駆動機構と、電子部品の装着時に電子部品に加えられるべき前記装着方向に平行な方向の荷重値の時間に対する変化を示す荷重プロファイルを予め記憶する記憶部と、前記荷重プロファイルに従って前記移動ブロックの駆動を制御する制御部と、前記荷重センサにより検出される前記装着方向に平行な方向の垂直荷重の値と前記荷重プロファイルとを比較して、電子部品の装着異常を検出する装着異常検出部と、前記保持ヘッドの前記装着方向に平行な方向の変位量を検出する変位センサを備え、前記装着異常検出部が、前記変位センサにより検出された装着開始から終了までの前記保持ヘッドの変位量と、予め前記記憶部に記憶されている基準変位量とを比較して、電子部品の装着異常を検出する。
The invention described in
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電子部品装着装置であって、前記荷重センサは、前記装着方向に平行な方向の垂直荷重および前記装着方向に垂直でかつ互いに直交する2方向の水平荷重を受けて電圧を発生する3つの圧電素子を有する。 A second aspect of the present invention is the electronic component mounting apparatus according to the first aspect, wherein the load sensor includes a vertical load in a direction parallel to the mounting direction, and a perpendicular to the mounting direction and 2 perpendicular to each other. to have the three piezoelectric elements for generating a voltage by receiving the horizontal load in the direction.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の電子部品装着装置であって、前記装着異常検出部が、前記荷重センサにより検出される前記2方向の水平荷重の値を座標値とする2次元空間上の位置と、前記記憶部に予め記憶されている前記2次元空間上の許容範囲とを比較して、電子部品の装着異常を検出する。 A third aspect of the present invention is the electronic component mounting apparatus according to the second aspect, wherein the mounting abnormality detection unit uses a value of the horizontal load in the two directions detected by the load sensor as a coordinate value. An electronic component mounting abnormality is detected by comparing a position in the two-dimensional space with an allowable range in the two-dimensional space stored in advance in the storage unit .
本発明によれば、移動ブロックと保持ヘッドとの間に設けられた荷重センサにより電子部品に加えられる荷重を測定するため、移動ブロックをガイドするためのガイド機構による摺動抵抗等の影響を受けることなく、電子部品の装着の際に電子部品に加えられる荷重をより精度良く測定することができる。 According to the present invention, since the load applied to the electronic component is measured by the load sensor provided between the moving block and the holding head, it is affected by the sliding resistance by the guide mechanism for guiding the moving block. Therefore, the load applied to the electronic component when the electronic component is mounted can be measured with higher accuracy .
本発明は、荷重センサを保持ヘッドの近傍に設けてガイド機構の摺動抵抗の影響を排除することにより、電子部品に加えられる荷重を正確に測定し得る電子部品装着装置に関する。以下、本発明の一の実施の形態に係る電子部品装着装置について、図面を参照しつつ説明する。 The present invention relates to an electronic component mounting apparatus capable of accurately measuring a load applied to an electronic component by providing a load sensor in the vicinity of a holding head to eliminate the influence of sliding resistance of a guide mechanism. Hereinafter, an electronic component mounting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の一の実施の形態に係る電子部品装着装置10の構成を示す図であり、電子部品装着装置10は、半導体ベアチップである電子部品1を回路配線が形成された基板2上に装着する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an electronic
電子部品装着装置10では、Z方向に移動する移動ブロック20に設けられたナット部21が、モータ50により回転駆動される送りねじ51と噛み合わされている。移動ブロック20の側面にはスライダ11が設けられており、Z方向を向くガイドレール12上を摺動する。スライダ11およびガイドレール12は、移動ブロック20を電子部品1の装着方向に移動可能にガイドするためのガイド機構となっている。また、モータ50、送りねじ52および移動ブロック20のナット部21は、移動ブロック20を電子部品1の装着方向に駆動するための駆動機構を構成する。
In the electronic
移動ブロック20の下端部には、その中心軸がZ方向に配置されたシャフト13、電子部品1に加えられる荷重を測定するための圧電素子を有する荷重センサ30、超音波振動子14が取り付けられたブロック141、および、電子部品1を負圧により吸着保持するための保持部15が順に設けられている。保持部15、ブロック141および保持部15とブロック141との間の部材は、剛性の高い一体的なブロックである保持ヘッド15aとして組み立てられている。保持部15には、真空ポンプ(図示せず)に接続された配管16が接続されており、保持部15の下面に形成された吸引口から吸引を行うことにより、電子部品1を吸着する。シャフト13の(+X)側には、保持ヘッド15aのZ方向(電子部品1の装着方向)の変位量を検出する変位センサである光学式(光干渉方式)のリニアスケール70が設けられる。リニアスケール70および荷重センサ30の出力は制御部60に入力される。
At the lower end of the moving
保持ヘッド15aの下方には、X方向およびY方向に移動可能なテーブル40が設けられており、基板2はテーブル40上に載置されて保持される。なお、電子部品1を供給する機構および電子部品1と基板2の相対的な位置を検出するためのカメラ等は図示を省略している。
A table 40 movable in the X direction and the Y direction is provided below the holding
荷重センサ30および保持ヘッド15aの取り付け構造を図3に示す。超音波振動子14が取り付けられたブロック141および荷重センサ30には、ボルト35が貫通する貫通穴14aおよび30aが設けられており、ブロック141と移動ブロック20のシャフト13との間に荷重センサ30を挟むように、ブロック141および荷重センサ30がボルト35によりシャフト13に取り付けられている。すなわち、実質的に荷重センサ30のみにより支持されるようにして保持ヘッド15aが取り付けられる。また、保持部15は、図示しないボルトによりブロック141に取り付けられている。
The attachment structure of the
荷重センサ30では、平板状の3枚の圧電素子31,32,33がZ方向(電子部品1の装着方向)に積層されており、例えば、最上層の圧電素子31は、電子部品1の装着方向と略平行な方向(図2に示すZ方向であり、必ずしも重力方向と合致していなくてもよい。)の荷重(基板2に対して垂直な方向の荷重であり、以下、「垂直荷重」という。)を受けて電圧を発生するように、圧電素子の分極方向が定められている。同様に、中間層および最下層の圧電素子32および33は、それぞれ電子部品1の装着方向に略垂直でかつ互いに略直交する2方向(X方向およびY方向)の荷重(以下、「水平荷重」という。)を受けて電圧を発生するように圧電素子の分極方向が定められている。
In the
荷重センサ30は、保持ヘッド15aが直接的に取り付けられる取り付け面30bと、取り付け面30bに平行であり、移動ブロック20のシャフト13に取り付けられるもう1つの取り付け面30cとを有する。これにより、1つのボルト35にて容易に一定の姿勢で荷重センサ30をシャフト13に対して着脱することが実現される。
The
図4は、電子部品1を基板2上に装着する際の電子部品装着装置10の動作の流れを示す図である。電子部品1を基板2上に装着する際には、まず、テーブル40上に基板2が載置されて保持され(ステップS11)、保持部15が供給機構から電子部品1を受け取って真空吸着により保持する(ステップS12)。続いて、電子部品1が基板2上の装着位置の上方に移動し、保持部15に保持される電子部品1と基板2との相対位置のアライメントが行われる(ステップS13)。
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation flow of the electronic
次に、モータ50が所定方向に回転駆動して移動ブロック20と共に保持部15が(−Z)方向に下降し(ステップS14)、電子部品1が基板2と接触する。電子部品1と基板2との接触は、荷重センサ30の出力に基づいて、図2に示す制御部60の接触検出部61によって精度良く検出される(ステップS15)。なお、電子部品1と基板2との接触検出の要求精度が比較的高くない場合には、リニアスケール70により検出される電子部品1のZ方向(装着方向)における変位量とモータ50に供給される電流(モータのトルク)との関係から接触が検出されてもよい。また、保持ヘッド15aが所定の距離だけ下降したことがモータ50のエンコーダからの出力により検知され、電子部品1と基板2とが接触したものとみなされてもよい。
Next, the
図5は、装着時に電子部品1に加えられるべき垂直荷重の時間に対する変化を示す荷重プロファイル601を示す図であり、荷重プロファイル601は制御部60の記憶部62に予め記憶されている。図5に示す荷重プロファイル601は、装着開始から時刻t1まで徐々に荷重が増加し、時刻t1から所定の時間だけ一定荷重による加圧が行われ、さらに時刻t2まで荷重が増加した後、時刻t2から所定の時間だけ一定荷重による加圧が行われることを示す。なお、荷重プロファイル601の形状は、電子部品1や基板2の種類、装着方法等に合わせて様々に変更される。
FIG. 5 is a diagram showing a
ステップS15において電子部品1と基板2との接触が検出されると、制御部60により移動ブロック20の駆動が荷重プロファイル601に従って制御され、電子部品1に対する加圧が開始される(ステップS16)。そして、荷重センサ30により検出される荷重が徐々に増加し、電子部品1が所定の荷重で加圧された状態で、制御部60からの信号により超音波振動子14が能動化されて電子部品1に超音波が印加され、電子部品1の底部に設けられたバンプ1aが基板2上の配線パターンに結合され、装着と同時に実装が行われる(ステップS17)。
When contact between the
その後、配管16を介して保持部15からブローを行うとともに配管16に備えられた弁(図示せず)を開放し、保持部15を電子部品1から離す。そして、モータ50を逆方向に回転駆動して移動ブロック20(および保持ヘッド15a)を(+Z)方向に上昇させて電子部品1の実装が完了する(ステップS18)。
Thereafter, blow is performed from the holding
電子部品装着装置10では、電子部品1を基板2に装着する際(ステップS16,S17)に電子部品1に加えられる荷重や電子部品1の変位に何らかの異常が生じた場合には、荷重センサ30およびリニアスケール70からの出力に基づいて、制御部60により電子部品1の装着異常が検出される。図6は、電子部品装着装置10における電子部品1の装着異常を検出する動作の流れを示す図である。以下、図6および他の図面を参照しながら、電子部品1の装着工程と並行して行われる異常検出動作について説明する。
In the electronic
まず、電子部品1と基板2との接触が検出されて電子部品1に対する加圧が開始されると、荷重センサ30により電子部品1に加えられる荷重が検出されて制御部60へと送られ(ステップS21)、圧電素子31により検出される垂直荷重が記憶部62に記憶されている荷重プロファイル601と比較されて、図5に示す荷重プロファイル601の許容範囲(荷重プロファイル601の上下に位置する線6021により挟まれる範囲)602内であるか否かが確認される(ステップS22)。また、電子部品1と基板2との接触検出と同時に、リニアスケール70による保持ヘッド15aの変位量の測定も開始される。
First, when contact between the
制御部60の装着異常検出部63(図2参照)により垂直荷重が荷重プロファイル601の許容範囲602外であると判断されると、電子部品装着装置10に設けられた警告ランプ64が点灯されることにより電子部品1の装着異常の検出が作業者へ通知される(ステップS30)。例えば、スライダ11やガイドレール12の摺動異常等が生じている場合には、検出される垂直荷重が荷重プロファイル601の許容範囲602外の小さい値となることがある。この場合、電子部品1の基板2に対する押圧不足によりバンプ1aと基板2との接合不良が生じる可能性があり、このような装着異常が装着異常検出部63により検出される。
When the mounting abnormality detection unit 63 (see FIG. 2) of the
垂直荷重が荷重プロファイル601の許容範囲602内であると判断されると、次に、圧電素子32および33により検出される水平荷重が、記憶部62に予め記憶されている水平荷重の許容範囲と比較される。図7は、電子部品1に加えられる水平荷重の許容範囲603を、X方向およびY方向の荷重をそれぞれX軸およびY軸とする2次元空間604上に示す図である。許容範囲603は、線6031に囲まれた2次元空間604の原点を中心とする円または楕円(電子部品1の形状等に合わせて他の形状とされる場合もある。)の領域であり、荷重プロファイル601に基づいて、原点を中心として拡大または縮小される。図7中に実線にて示す線6031は、図5に示す荷重プロファイル601の時刻t1における許容範囲603を示しており、電子部品1に対する加圧が進み、加圧状態が荷重プロファイル601の時刻t2の状態となると、時刻t2における荷重プロファイル601が示す垂直荷重の値等に基づいて、二点鎖線にて示す位置まで拡大される。
If it is determined that the vertical load is within the
制御部60の装着異常検出部63では、荷重センサ30により検出されたX方向およびY方向の水平荷重の値を座標値とする位置が許容範囲603と比較され(ステップS23)、許容範囲603外である場合には、警告ランプ64が点灯されることにより電子部品1の装着異常の検出が作業者へ通知される(ステップS30)。ステップS23において装着異常が検出される場合として、例えば、保持部15による吸着ミスや異物の噛み込み等により電子部品1が基板2に対して傾いて保持されている場合、あるいは、一部のバンプ1aと基板2との間に異物の噛み込みが生じた場合等が考えられる。
In the mounting
図8〜図10は、保持部15に保持される電子部品1の近傍を示す図である。図8〜図10に示すように、電子部品1と保持部15若しくは基板2との間、または、基板2とテーブル40との間において、電子部品1の中心から見て(+X)側に異物80の噛み込みが生じている場合には、電子部品1の(+X)側のバンプ1aが、(−X)側のバンプ1aよりも先に(図9に示す場合は、異物80を介して)基板2と接触し、この状態から電子部品1に対する加圧が開始される。このとき、(+X)側のバンプ1aに荷重が集中することにより、荷重センサ30により検出される水平荷重の2次元空間604における位置が、原点から(+X)側にずれて許容範囲603外となる。この場合、電子部品1の底部の各バンプ1aに均一に荷重が加えられず、(+X)側のバンプ1aが荷重集中により潰れたり、(−X)側のバンプ1aと基板2との間で接合不良が生じたり、さらには、不均一な加圧により電子部品1自体が破損する可能性があり、このような水平荷重の偏りを原因とする装着異常が装着異常検出部63により検出される。
8-10 is a figure which shows the vicinity of the
電子部品装着装置10では、異物80の噛み込み等により電子部品1に加えられる水平荷重を示す空間604における位置が、(+X)方向のみならず、他の方向に偏っている場合も許容範囲603から外れることとなり、装着異常検出部63により装着異常が検出される。
In the electronic
装着異常検出部63により水平荷重が許容範囲603内と判断されると、制御部60により電子部品1の装着が終了したか否かが確認され(ステップS24)、終了していない場合には、ステップS21に戻って荷重の測定および装着異常の検出(ステップS21〜S23)が、電子部品1の装着(荷重プロファイル601に従って行われる電子部品1に対する加圧)が終了するまで繰り返される(ステップS24)。
When the mounting
電子部品1の装着が終了すると、電子部品1の装着開始(電子部品1と基板2との接触検出時)から終了(電子部品1に対する加圧の終了)までの保持ヘッド15aの変位量がリニアスケール70により検出されて制御部60に送られ(ステップS25)、予め記憶部62に記憶されている基準となる変位量(以下、「基準変位量」という。)と比較される(ステップS26)。
When the mounting of the
検出された変位量が、基準変位量に予め関係づけられている許容範囲外である場合には、装着異常検出部63により警告ランプ64が点灯されることにより電子部品1の装着異常の検出が作業者へ通知されて装着異常の検出動作が終了する(ステップS30)。例えば、電子部品1のバンプ1aが装着時に倒れる等して電子部品1が基板2に必要以上に近接した場合には、検出される変位量が許容範囲外の大きい値を取り、このような装着異常が装着異常検出部63により検出される。
When the detected displacement amount is outside the allowable range previously related to the reference displacement amount, the mounting
また、リニアスケール70により検出された変位量が基準変位量の許容範囲内である場合には、電子部品1の基板2に対する装着(および実装)が正常に終了したと判断され、装着異常の検出動作が終了する。以上のように、電子部品装着装置10では、荷重センサ30およびリニアスケール70による検出結果が、記憶部62に予め記憶されている許容範囲と比較されることによって、電子部品1の装着異常が装着異常検出部63により検出される。なお、電子部品装着装置10では、ステップS22,S23において装着異常が検出された場合であっても、装着異常の程度が軽微である場合には、電子部品1の装着動作は続行され、一連の装着動作が終了するまで荷重センサ30およびリニアスケール70による荷重および変位の検出が継続されて装着異常を検出する各ステップ(ステップS22,S23,S26)における測定結果が取得される。
Further, when the displacement detected by the
図11は、荷重センサ30および保持ヘッド15aの取り付け構造の他の例を示す図である。図11では、図3に示す構造と比べてブロック141に代えてヒータを有するヒートブロック142が取り付けられ、電子部品1としてICである半導体ベアチップが保持部15に保持される。保持部15およびヒートブロック142により、剛性の高い一体的なブロックとして保持ヘッド15aが組み立てられている。他の構成は図3と同様であり、同符号を付している。荷重センサ30の構造および取付方法も図3と同様であり、ボルト35により荷重センサ30およびヒートブロック142がシャフト13に対して容易に着脱可能とされている。また、シャフト13の(+X)側には、保持ヘッド15aのZ方向の変位を計測するリニアスケール70が設けられる。
FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the mounting structure of the
電子部品1の装着に際して、基板2上には予め熱硬化性の異方性導電性樹脂のフィルム(ACF(Anisotropic Conductive Film))(以下、「ACF」という。)2aが貼り付けられており、ヒートブロック142により保持部15が予め加熱されている。したがって、電子部品1が保持部15に保持されると、保持部15を介して電子部品1が加熱される。そして、保持部15が下降することにより、ACF2aを介して電子部品1が基板2上に押圧され、ACF2a内の導電性微粒子が潰れることにより電子部品1の電極1bと基板2上の電極とが電気的に接合される。接合と同時に、ACF2aは電子部品1を介して加熱されて硬化し、電子部品1が基板2に固着される。接合が終了すると、保持部15が吸着を解除して上昇する。
When the
次に、荷重センサ30用の圧電素子に適する材料について説明する。表1は、圧電素子の材料と諸定数との関係を示す。
Next, materials suitable for the piezoelectric element for the
例えば水晶の場合、誘電率および圧電歪定数が低く、感度が低いものの、キュリー点が高く、安定性に優れる。従って、図11に示す場合のようにヒータを用いて接合が行われ、かつ、測定精度が要求される場合には、水晶を用いることが好ましい。一方、ジルコン・チタン酸鉛(Pb(TiZr)O3)等の圧電セラミックスの場合、水晶に比べてキュリー点が低いものの、誘電率や圧電歪定数等が高く、応答性に優れる。また、任意の形状に加工しやすく、量産性に優れるという特徴を有する。以上のことから、荷重センサ30として要求される精度、応答性、コスト等に応じて、水晶および圧電セラミックスの中から最適なものが適宜選択される。
For example, in the case of quartz, the dielectric constant and piezoelectric strain constant are low and the sensitivity is low, but the Curie point is high and the stability is excellent. Therefore, when bonding is performed using a heater as in the case shown in FIG. 11 and measurement accuracy is required, it is preferable to use crystal. On the other hand, in the case of piezoelectric ceramics such as zircon / lead titanate (Pb (TiZr) O 3 ), although the Curie point is lower than that of quartz, the dielectric constant, the piezoelectric strain constant, etc. are high and the response is excellent. Moreover, it has the characteristics that it is easy to process into an arbitrary shape and is excellent in mass productivity. From the above, according to the accuracy, responsiveness, cost, etc. required for the
以上に説明したように、電子部品装着装置10では、荷重センサ30が剛性の高い一体的なブロックである保持ヘッド15aに直接取り付けられるため、荷重センサ30により検出される荷重値は電子部品1に加えられている荷重と等価とみなすことができる。特に、電子部品1の装着方向であるZ方向において、荷重センサ30が、スライダ11とガイドレール12の摺動部よりも保持ヘッド15a側に配置されているため、荷重センサ30により検出される荷重値は、スライダ11とガイドレール12の摺動抵抗の影響を受けない。そのため、従来の電子部品装着装置と比較して、より実際に電子部品1に加えられている実荷重に近い測定値を得ることができ、電子部品1の装着の際に電子部品1に加えられる荷重をより精度良く測定することができる。
As described above, in the electronic
また、電子部品1の装着方向に重ねて設けられた圧電素子32および33を利用して水平荷重を検出することにより、さらに、圧電素子32および33に重ねて設けられた圧電素子31を利用して垂直荷重を検出することにより、荷重センサ30の水平方向のサイズを小さくし、電子部品1に加えられる3方向の荷重を電子部品1の装着位置の近傍にて検出することができる。その結果、電子部品1に加えられる荷重をさらに精度良く測定することが可能とされる。
Further, by detecting the horizontal load using the
電子部品装着装置10では、電子部品1に加えられる垂直荷重と荷重プロファイル601とを比較することにより、また、電子部品1に加えられる水平荷重の偏りや、装着時の電子部品1の変位量の異常を検出することにより、電子部品1の装着時の装着異常を精度良く検出することができる。そして、装着異常が検出された基板2を、不良品として量産工程から除去することにより、完成品としての電子機器の不良発生を未然に防止することができる。
In the electronic
電子部品装着装置10では、荷重センサ30により検出される垂直荷重の測定値と荷重プロファイル601との比較結果に基づいて、保持ヘッド15aを駆動して電子部品1を基板2に押圧するモータ50のフィードバック制御が制御部60により行われてもよい。上述のように、電子部品装着装置10では、電子部品1に加えられる垂直荷重を精度良く測定することができるため、モータ50に対して精度の良い制御を行うことができ、電子部品1に加えられる垂直荷重のばらつきを数g重以下とすることも可能となる。その結果、電子部品1と基板2の接合不良、電子部品1の底部のバンプ1aや電極1bの破損、あるいは、電子部品1自体の破損等を防止することができる。
In the electronic
電子部品装着装置10では、2次元空間604においてX方向およびY方向の水平荷重の値を座標値とする位置が、2次元空間604の原点を中心とする円または楕円の領域である許容範囲603と比較される。すなわち、X方向およびY方向の荷重ベクトルの合成ベクトルに対して許容範囲603が定められているため、X方向およびY方向の荷重の偏りを総合的に勘案して装着異常の検出を行うことができる。また、許容範囲603を楕円とすることにより、電子部品1の形状、あるいは、X方向の圧電素子32とY方向の圧電素子33との感度差等に対応して楕円の長径と短径とを変更し、許容範囲603を適切に設定することができる。
In the electronic
圧電素子を用いた荷重センサは、ストレインゲージを用いたロードセルよりも荷重測定可能な範囲が広い。また、圧電素子の材料である水晶および圧電セラミックスは共に、ロードセルを構成する金属の弾性体よりも剛性が高くかつ変形量も小さいため、弾性変形のヒステリシスはほとんどない。このため、電子部品1に加えられる荷重をさらに精度良く測定することができる。さらに、圧電素子を用いた荷重センサは、ロードセルを用いる場合に比べて応答速度も速いため、電子部品1と基板2との接触をより精度良く検出することができ、また、高速で電子部品の装着を行う場合にも電子部品1に加えられる荷重を精度良く測定することができる。したがって、荷重センサ30として圧電素子31〜33を用いることによって、より汎用性の高い電子部品装着装置10を実現することができる。
A load sensor using a piezoelectric element has a wider range of load measurement than a load cell using a strain gauge. Further, both quartz and piezoelectric ceramics, which are materials of the piezoelectric element, have higher rigidity and smaller deformation than the metal elastic body constituting the load cell, so there is almost no hysteresis of elastic deformation. For this reason, the load applied to the
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
例えば、移動ブロック20の移動をガイドする機構としてボールスプラインが用いられてもよい。この場合、中心軸を中心にボールスプライン全体を回動させることにより、電子部品の向きが変更可能とされてもよい。
For example, a ball spline may be used as a mechanism for guiding the movement of the moving
また、上記実施の形態では、荷重センサとして圧電素子を用いたが、荷重の大きさや荷重検出精度によっては従来と同様にロードセルが用いられてもよい。その場合でも、荷重センサにより検出される荷重には、ガイド機構の摺動抵抗等による誤差成分が含まれないため、実際に電子部品に加えられている実荷重に近い測定値を得ることができ、電子部品の装着の際に電子部品に加えるべき荷重をより精度良く制御することができる。 Moreover, in the said embodiment, although the piezoelectric element was used as a load sensor, depending on the magnitude | size of a load and load detection accuracy, a load cell may be used similarly to the past. Even in such a case, the load detected by the load sensor does not include error components due to the sliding resistance of the guide mechanism, etc., so a measurement value close to the actual load actually applied to the electronic component can be obtained. The load to be applied to the electronic component when the electronic component is mounted can be controlled with higher accuracy.
電子部品装着装置10は、様々な電子部品の様々な実装に利用することができる。例えば基板上のはんだバンプに電子部品装着装置10を用いて電子部品を装着(仮接合)しておき、次の工程ではんだをリフローにより溶融および固化させて電子部品と基板を接合させてもよい。また、熱硬化性樹脂フィルムが貼付された基板上に電子部品を仮圧着しておき、加圧および加熱を別途行う本圧着に電子部品装着装置10が使用されてもよい。
The electronic
電子部品装着装置10により装着される電子部品は、例えば、LEDチップや半導体レーザ等の半導体発光素子、パッケージされたIC、抵抗やコンデンサといった微細チップ等の半導体、あるいは、SAW(Surface Acoustic Wave:表面弾性波)フィルタ等の半導体以外の電子部品であってもよく、基板は、ガラス、半導体等の樹脂以外の材料により形成されたものであってもよい。また、装着時の電子部品は、上記実施の形態による負圧による吸着のほか、機械的なチャックや静電チャックにより保持されてもよい。
The electronic component mounted by the electronic
本発明は、電子部品を回路基板に装着する電子部品装着装置に利用可能である。 The present invention is applicable to an electronic component mounting apparatus that mounts electronic components on a circuit board.
1 電子部品
2 基板
2a ACF
10 電子部品装着装置
11 スライダ
12 ガイドレール
13 シャフト
15 保持部
15a 保持ヘッド
20 移動ブロック
21 ナット部
30 荷重センサ
30b,30c 取り付け面
31〜33 圧電素子
40 テーブル
50 モータ
51 送りねじ
60 制御部
62 記憶部
63 装着異常検出部
70 リニアスケール
80 異物
601 荷重プロファイル
603 許容範囲
S11〜S18,S21〜S26,S30 ステップ
1
DESCRIPTION OF
Claims (3)
電子部品の装着方向に駆動される移動ブロックと、
電子部品を保持する剛性の高い一体的なブロックである保持ヘッドと、
前記移動ブロックと前記保持ヘッドとの間に設けられ、前記保持ヘッドを支持する荷重センサと、
前記移動ブロックを前記装着方向に移動可能にガイドするガイド機構と、
前記移動ブロックの前記装着方向への駆動を行う駆動機構と、
電子部品の装着時に電子部品に加えられるべき前記装着方向に平行な方向の荷重値の時間に対する変化を示す荷重プロファイルを予め記憶する記憶部と、
前記荷重プロファイルに従って前記移動ブロックの駆動を制御する制御部と、
前記荷重センサにより検出される前記装着方向に平行な方向の垂直荷重の値と前記荷重プロファイルとを比較して、電子部品の装着異常を検出する装着異常検出部と、
前記保持ヘッドの前記装着方向に平行な方向の変位量を検出する変位センサを備え、
前記装着異常検出部が、前記変位センサにより検出された装着開始から終了までの前記保持ヘッドの変位量と、予め前記記憶部に記憶されている基準変位量とを比較して、電子部品の装着異常を検出することを特徴とする電子部品装着装置。 An electronic component mounting apparatus for mounting an electronic component on a substrate,
A moving block driven in the mounting direction of the electronic component;
A holding head that is an integral block having high rigidity for holding electronic components;
A load sensor provided between the moving block and the holding head and supporting the holding head;
A guide mechanism for guiding the moving block so as to be movable in the mounting direction;
A drive mechanism for driving the moving block in the mounting direction;
A storage unit that stores in advance a load profile indicating a change in load value in a direction parallel to the mounting direction to be applied to the electronic component when the electronic component is mounted;
A control unit for controlling driving of the moving block according to the load profile;
A mounting abnormality detection unit that detects a mounting abnormality of an electronic component by comparing a value of a vertical load in a direction parallel to the mounting direction detected by the load sensor and the load profile;
A displacement sensor for detecting a displacement amount of the holding head in a direction parallel to the mounting direction ;
The mounting abnormality detection unit compares the displacement amount of the holding head from the mounting start to the end detected by the displacement sensor with a reference displacement amount stored in advance in the storage unit, and mounts an electronic component. an electronic component mounting apparatus characterized that you detect the abnormality.
前記荷重センサは、前記装着方向に平行な方向の垂直荷重および前記装着方向に垂直でかつ互いに直交する2方向の水平荷重を受けて電圧を発生する3つの圧電素子を有することを特徴とする電子部品装着装置。 The electronic component mounting apparatus according to claim 1,
The load sensor, characterized by chromatic three piezoelectric elements for generating a voltage by receiving vertical and and two orthogonal directions of the horizontal load to each other in the vertical load and the mounting direction in a direction parallel to the mounting direction Electronic component mounting device.
前記装着異常検出部が、前記荷重センサにより検出される前記2方向の水平荷重の値を座標値とする2次元空間上の位置と、前記記憶部に予め記憶されている前記2次元空間上の許容範囲とを比較して、電子部品の装着異常を検出することを特徴とする電子部品装着装置。 The electronic component mounting apparatus according to claim 2 ,
The mounting abnormality detection unit has a position on the two-dimensional space in which the value of the horizontal load in the two directions detected by the load sensor is a coordinate value, and the two-dimensional space stored in the storage unit in advance. An electronic component mounting apparatus that detects an abnormal mounting of an electronic component by comparing with an allowable range.
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