JP4338325B2 - Bump bonding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波接合により半導体集積回路チップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成するバンプボンディング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ベアチップタイプの半導体集積回路チップ(ICチップ)の基板への実装技術の一つとして、フリップチップ法が知られている。このフリップチップ法は、ICチップの電極パッドに電気接続用のバンプを形成し、このバンプと基板上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接接合するものである。また、このフリップチップ法におけるバンプ形成技術としては、通常のワイヤボンディング技術を応用し、超音波接合によりICチップの電極パッドにバンプを形成するスタッドバンプボンディング技術が知られている。
【0003】
図20は、上記スタッドバンプボンディング技術による従来のバンプボンディング装置を示している。このバンプボンディング装置は、ICチップ1を供給するICチップ供給部2、上記真空ポンプ3aにより真空吸引される吸着穴3bを備えるヒートステージ3、このヒートステージ3上に吸着穴3bによって吸着保持されたICチップ1に超音波接合によりバンプを形成するボンディングヘッド4、及びバンプ形成済みのICチップ1が収納されるICチップ収納部6を備えている。上記ボンディングヘッド4は、XYテーブル4a上に矢印A方向に回転可能なボンディングアーム4bを備えており、このボンディングアーム4bに超音波ホーン4cが固定されている。超音波ホーン4cの先端に固定されたキャピラリ4dにはワイヤ供給機構4eから供給されるボンディングワイヤ4fが挿通されている。一方、超音波ホーン4cの基端側には図示しない振動発生源が連結されている。また、ボンディングヘッド4は、ボンディング用認識装置4gを備えている。
【0004】
さらに、バンプボンディング装置は、XY方向に移動可能な搬送ヘッド7aを有し、ICチップ1を保持してICチップ供給部2から上記ヒートステージ3へ搬入すると共に、バンプ形成済みのICチップ1を保持してヒートステージ3からICチップ収納部6へ搬出する搬送装置7を備えている。上記搬送ヘッド7aは、それぞれ真空ポンプ7b,7cにより真空吸引される搬入用ノズル7dと搬出用ノズル7eを備えている。さらにまた、バンプボンディング装置は、XY方向に移動可能な規正爪8aを有し、ヒートステージ3上でICチップ1を位置決めする規正装置8を備えている。
【0005】
次に、このバンプボンディング装置の動作について説明する。
まず、複数のICチップ1を収容した供給トレー9が図示しないローダからICチップ供給部2に供給される。また、搬送装置7の搬送ヘッド7aが供給トレー9の上方に移動し、搬入用ノズル7dによりICチップ1を吸着保持する。その後、搬送ヘッド7aがヒートステージ3の上方に移動し、上記搬入用ノズル7dに吸着保持したICチップ1をヒートステージ3の所定位置に載置する。搬送ヘッド7aからヒートステージ3上に載置されたICチップ1は、規正装置8の規正爪8aによって位置決めされる。
【0006】
上記規正装置8によるICチップ1の位置決め終了後にボンディング工程が実行される。まず、ボンディングワイヤ4fを溶融させることによりキャピラリ4dの先端に形成されたボール4hが、キャピラリ4dと共にICチップ1の電極パッド上に降下する。さらに、ボール4hを電極パッドに対して所定の加圧力で押圧した後、超音波ホーン4cからキャピラリ4dを介してボール4hに高周波振動を印加する。この高周波振動によりボール4hが電極パッドに接合される。最後に、キャピラリ4dが上昇してボンディングワイヤ4fのボール4hとの接合部分付近が断裂し、電極パッド上に残留したボール4h及びボンディングワイヤ4fによりバンプ5(図11参照)が形成される。
【0007】
バンプ形成済みのICチップ1は搬送ヘッド7aの搬出用ノズル7eにより吸着保持され、ヒートステージ3からICチップ収納部6の収納トレー11へ搬出される。収納トレー11は図示しないアンローダへ搬出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来、バンプボンディング技術が適用されるICチップの厚みTは0.4〜0.6mm程度であった。また、搬入用ノズル7d及び搬出用ノズル7eの吸着口10の直径D1(図21参照)及びヒートステージ3に設けられた吸着穴3aの直径D2は、0.5〜1.5mm程度であった。しかし、近年、ICチップの薄型化が進み、厚みTが0.1mm以下(薄いものでは厚みTが0.05mm程度)のICチップが提供されている。
【0009】
上記厚みTが0.1mm以下の薄型のICチップを、上記直径D1が0.5〜1.5mm程度の吸着口10を有する搬入用ノズル7dや搬出用ノズル7eで吸着すると、図21に示すようにICチップ1が撓む。この撓みはICチップ1内の配線切断によるチップ破壊を引き起こす可能性がある。
【0010】
また、上記薄型のICチップを、上記直径D2が0.5〜1.5mm程度の吸着穴3aによりヒートステージ3に吸着保持すると、図22に示すようにICチップ1に撓み及び反りが生じる。これらの撓みや反りがあると、ボンディングヘッド4からICチップ1へ超音波振動が適切に印加されないことにより、バンプ5の品質不良を引き起こす可能性がある。
【0011】
そこで、本発明は、厚みが0.1mm以下である薄型のICチップを、撓みを生じることなく搬送ヘッドの吸着ノズルで吸着保持することができるバンプボンディング装置を提供することを課題としている。また、本発明は、上記薄型のICチップを、撓みや反りを生じることなくヒートステージ上に吸着保持することができるバンプボンディング装置を提供することを課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヒートブロック上に載置に載置され、第1多孔質部と、平面視で上記第1多孔質部の内側にある非多孔質部と、平面視で上記非多孔質部の内側ある第2多孔質部とを備える多孔質材が充填された吸着穴を設けた、ヒートステージと、上記ヒートブロックと上記ヒートステージとの間に配置され、上記吸着穴と対応する位置に上記第1多孔質部の輪郭に沿った輪郭を有する貫通穴を設けたものと、上記吸着穴と対応する位置に上記非多孔質部に沿った輪郭を有する貫通穴を設けたものとを含む複数の交換可能な調節プレートと上記調節プレートの上記貫通穴を介して上記吸着穴によりICチップを上記ヒートステージ上に吸着保持するための真空吸引機構と、上記ヒートステージ上に吸着保持されたICチップにバンプを形成するためのボンディングヘッドと
を備えるバンプボンディング装置を提供する。
【0013】
本発明のバンプボンディング装置では、ヒートステージの吸着穴に多孔質材が充填されているため、吸着穴によって厚みが0.1mm以下の薄型のICチップを撓みや反りを生じさせることなく吸着保持することができる。よって、撓みに起因するICチップ内の配線切断及びチップ破壊や、反りに起因するボンディングヘッドからICチップへの超音波振動の伝達不良によって生じるボンディング不良を防止することができる。
【0014】
また、ICチップの寸法に応じて調節プレートを交換することにより、ICチップの品種等の変更に容易に対応することができる。
【0015】
上記第1及び第2の多孔質部が備える孔は、直径が0.01mmから0.1mmであることが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の参考形態について説明する。
図1及び図2は、本発明の参考形態に係るバンプボンディング装置を示している。このバンプボンディング装置は、ICチップ1を供給するICチップ供給部21、ICチップ1が載置されるヒートステージ22、このヒートステージ22上のICチップ1に超音波接合によりバンプを形成するボンディングヘッド23、及びバンプ形成済みのICチップ1が収納されるICチップ収納部24を備えている。また、このバンプボンディング装置は、ICチップ1を保持して上記ICチップ供給部21からヒートステージ22へ搬入すると共に、バンプ形成済みのICチップ1を保持してICチップ収納部24へ搬出する搬送装置26を備えている。さらに、バンプボンディング装置は、XY方向に移動可能な規正爪27aを有し、ヒートステージ3上でICチップ1を位置決めする規正装置27を備えている。
【0017】
上記ICチップ供給部21には、ローダ28(図1にのみ図示する。)から複数のICチップ1が収容された供給トレー29が供給される。この供給トレー29は複数の収容凹部29aを備え、各収容凹部29a内にICチップ1が収容されている。
【0018】
上記ヒートステージ22は、ヒータ31aが収容されたヒートブロック31上に固定されている。また、ヒートステージ22にはICチップ1の載置位置に吸着穴22aが設けられており、この吸着穴22aはICチップ1を吸引するための真空ポンプ(真空吸引機構)32に接続されている。さらに、上記吸着穴22aと真空ポンプ32を接続する経路の真空度を測定するための真空度センサ33が設けられている。
【0019】
図3及び図4に示すように、本参考形態では、ヒートステージ22の吸着穴22aは一辺の長さBが1.0mm〜10mm程度の正方形であり、かつ平面視での輪郭がICチップ1よりも小さい。また、吸着穴22aには多孔質材70が充填されている。本参考形態では、この多孔質材70はセラミック燒結体であり、微細な孔が多数形成されており、これらの孔により厚み方向に通気性を有している。これらの孔の直径は0.1mm以下、好適には0.01〜0.1mm程度である。通常、孔の直径がICチップ1の厚みの5倍以上となると、ICチップにたわみが発生するため、ICチップ1の厚み0.02mmまで想定すると、孔の直径は0.1mm以下が好ましい。一方、孔の直径を0.001mm以下に設定すると強度が不足する。従って、上記のように孔の直径は0.01〜0.1mm程度が好ましい。
【0020】
上記ボンディングヘッド23は、ボンディング作業機構41、ワイヤ供給機構42、及びボンディング用認識装置43を備えている。
【0021】
図5及び図6に示すように、上記ボンディング作業機構41は、XY駆動機構41aにより駆動されるXYテーブル41b、このXYテーブル41bに固定されたベース41c、及びこのベース41cに対して軸41d回りに回転可能に支持されたボンディングアーム41eを備えている。このボンディングアーム41eの一端はリニアモータからなるヘッド駆動機構41fに連結されている。このヘッド駆動機構41fによりボンディングアーム41eの一端が上昇及び降下し、それによって矢印Aで示すようにボンディングアーム41eが軸41d回りに回動する。また、上記ボンディングアーム41eにはチタン製の超音波ホーン41gが取付けられている。さらに、ボンディングアーム41eには変位センサ41hが取付けられている。
【0022】
上記超音波ホーン41gの基端側にはピエゾ素子からなる振動発生源41iが連結されている。この振動発生源41iは、高周波電圧発生器41jから高周波電圧が供給されると超音波振動を発生する。一方、超音波ホーン41gの先端側には、キャピラリ41kが保持されている。このキャピラリ41kを軸方向に貫通する孔にはワイヤ供給機構42から供給される金製のボンディングワイヤ44が挿通され、キャピラリ41kの先端からボンディングワイヤ44の先端が突出する。キャピラリ41kは、上記XYテーブル41bが移動することにより、XY方向に移動し、かつ、上記ヘッド駆動機構41fに駆動されてボンディングアーム41eが回動することにより、図において上下方向に移動する。キャピラリ41kの先端近傍には放電用トーチ41m(図6にのみ図示する。)が配設されている。この放電用トーチ41mにはスパーク発生装置41nが電気的に接続されている。
【0023】
上記ワイヤ供給機構42は、ボンディングワイヤ44を巻回状態で蓄えたリール42a、エアを吹き付けることによりボンディングワイヤ44に張力を付与するエアテンショナー42b、及びボンディングワイヤ44を把持するためのクランパ42cを備えている。このクランパ42cは、上記ボンディングアーム41eに固定されており、上記超音波ホーン41gと共に移動する。
【0024】
上記ボンディング用認識装置43は、上記ボンディングアーム41eの上方に配設されている。ボンディング用認識装置43は、認識カメラ43a、鏡筒43b及びプリズム43cを備え、上記ヒートステージ22上のICチップ1を認識カメラ43aが撮影できるようになっている。
【0025】
上記搬送装置26は、ICチップ1を保持するための搬送ヘッド46、この搬送ヘッド46をX方向に直線移動させるためX方向駆動機構47、及び搬送ヘッド46をY方向に直線移動させるためのY方向駆動機構48を備えている。
【0026】
搬送ヘッド46は、ICチップ供給部21からヒートステージ22への搬入時にICチップ1を吸着保持するための搬入用ノズル(吸着ノズル)51と、ヒートステージ22からICチップ収納部24への搬出時にICチップ1を吸着保持する搬出用ノズル(吸着ノズル)52とを備えている。
【0027】
図7及び図8に示すように、本参考形態では、搬入用ノズル51及び搬出用ノズル52の吸着口55は、一辺の長さB2が1.0mm〜10mm程度の正方形であり、かつ平面視での輪郭がICチップ1よりも小さい。また、吸着口55には多孔質材63が充填されている。本参考形態では、この多孔質材63は上記ヒートステージ22の吸着孔22aに充填されたものと同様のセラミック燒結体である。すなわち、このセラミック燒結体には、0.1mm以下、好適には0.01〜0.1mm程度の微細な孔が多数形成されており、これら孔により厚み方向に通気性を有している。
【0028】
図9に概略的に示すように、搬入用ノズル51は搬送ヘッド46の本体46aに対して垂直方向(Z方向)に移動自在に取り付けられた中空シャフト53の下端に連結されている。本体46aから突出する中空シャフト53の上端は継手54及びチューブ56を介して3ポート2位置型の電磁弁57の第1ポート57aに接続されている。電磁弁57の第2ポート57bと第3ポート57cは、それぞれ真空ポンプ(真空吸引機構)58とブロワ(噴射機構)59に接続されている。非給電時の電磁弁57は図9に示す位置(第1位置)にあり、第1ポート57aと第2ポート57bが連通している。そのため、電磁弁57の非給電時には、搬入用ノズル51が真空ポンプ58により真空吸引され、ICチップ1を吸着保持可能となる。一方、電磁弁57の給電時には、電磁弁57の位置が切り換わり、第1ポート57aと第3ポート57cが連通する(第2位置)。そのため、電磁弁57の給電時には、ブロワ59から供給された空気が搬入用ノズル51から噴射される。なお、上記チューブ56には搬入用ノズル51の真空度を測定するための真空度センサ61が設けられている。
【0029】
また、搬送ヘッド46は、搬入用ノズル51をZ軸方向(搬入用ノズル51の軸線Lの方向)に移動させるためのZ方向駆動機構62を備えている。このZ方向駆動機構62は、中空シャフト53の上端側に固定されたフランジ62aを備えている。このフランジ62aの下面側には、レバー62bの先端に設けられたローラ62cが当接している。一方、レバー62bの基端側は搬送ヘッド46の本体46aから突出する軸62eに回転可能に取り付けられている。また、レバー62bの中央付近には回転可能なローラ62dが取り付けられており、このローラ62dは本体46aに配設された偏心カム62fに当接している。さらに、レバー62bの先端側にばね62gの上端が連結され、このばね62gの下端は本体46aに連結されている。レバー62bはこのばね62gにより軸62eを中心に図9において時計方向に弾性的に付勢され、それによってローラ62dと偏心カム62fが接触を維持する。駆動用のモータ62hによって偏心カム62fが時計方向に回転するとレバー62bが時計方向に回転し、レバー62bの先端が降下する。その結果、中空シャフト53と共に搬入用ノズル51が降下する。これとは逆に、モータ62hによって偏心カム62fが反対時計方向に回転すると、搬入用ノズル51が上昇する。
【0030】
また、中空シャフト53の下端側にばね受け64が固定されており、このばね受け64と搬送ヘッド46の本体46aとの間にばね65が縮装されている。このばね65により搬入用ノズル51は図において下向きに弾性的に付勢されている。一方、上記のようにレバー62bはフランジ62aの下面に当接しており、中空シャフト53の上方への移動を拘束しない。そのため、搬入用ノズル51の先端が上向に押圧されると、中空シャフト53と共に搬入用ノズル51が上昇するが、この押圧を解除するとばね65の撥力により搬入用ノズル51が降下して初期位置に復帰する。すなわち、搬入用ノズル51は図において上方(軸線L方向基端側)に向けて弾性的に退避可能となっている。
【0031】
搬出用ノズル52の周辺構造は、上記図9に示す搬入用ノズル51の周辺構造と同様である。
【0032】
上記X方向駆動機構47は、搬送ヘッド46及びY方向駆動機構48をX方向に移動させるためのボールネジ(図示せず)と、このボールネジを回転駆動するサーボモータ47aを備えている。同様に、上記Y方向駆動機構48は、搬送ヘッド46をY方向に移動させるためのボールネジ(図示せず)と、このボールネジを回転駆動するサーボモータ48aを備えている。
【0033】
図2に示すコントローラ(制御装置)30は、変位センサ41h及びボンディング用認識装置43を含むセンサ類からの入力信号に基づいて、XY駆動機構41a、ヘッド駆動機構41f、X方向駆動機構47、Y方向駆動機構48及び電磁弁57を含む装置を制御する。
【0034】
次に、上記バンプボンディング装置の動作を説明する。
まず、搬送装置26の搬送ヘッド46がICチップ供給部21の供給トレー29上に移動した後、Z軸駆動機構62搬入用ノズル51が降下し、供給トレー29のいずれかの収容凹部29aに収容されたICチップ1を吸着保持する。次に、搬入用ノズル51が上昇した後、搬送ヘッド46が、ICチップ供給部21からヒートステージ22に向けて水平方向(−X方向に移動する。)
【0035】
上記のように本参考形態では、搬入用ノズル51の吸着口55には多孔質材63が充填されており、この多孔質材66が備える微細な複数の孔によりICチップ1が吸着される。すなわち、従来のバンプボンディング装置では上記図21に示すように直径D1が0.5〜1.5mm程度の小面積の吸着穴10でICチップ1が吸着されるのに対して、本参考形態のバンプボンディング装置では比較的面積の広い多孔質材63からほぼ均一に作用する吸着力によりICチップ1が搬入用ノズル51に吸着される。そのため、図7に示すように、ICチップ1はほぼ撓みのない状態で搬入用ノズル51に吸着保持され、撓みに起因するICチップ1内の配線切断やチップ破壊を防止することができる。
【0036】
ICチップ1を吸着保持した搬送ヘッド46はヒートステージ22の上方に移動し、搬入用ノズル51が降下してICチップ1をヒートステージ22上の所定位置に載置する。また、ヒートステージ22に載置されたICチップ1は、ヒートステージ22の吸着穴22aにより吸着保持される。
【0037】
上記のように本参考形態では、吸着穴22aには多孔質材70が充填されており、この多孔質材70が備える微細な複数の孔によりICチップ1が吸着される。すなわち、従来のバンプボンディング装置では上記図22に示すように直径D2が0.5〜1.5mm程度の小面積の吸着穴3bでICチップ1が吸着されるのに対して、本参考形態のバンプボンディング装置では比較的面積の広い多孔質材70からほぼ均一に作用する吸着力によりICチップ1が吸着孔22aに吸着される。そのため、図3に示すように、ICチップ1は、撓み及び反りのない状態でヒートステージ22に吸着保持される。よって、本参考形態のバンフボンディング装置では、ヒートステージ22に吸着保持されている際の撓みに起因するICチップ内の配線切断及びチップ破壊を防止することができる。また、反りに起因して生じる後述するバンプボンディング時のボンディングヘッドからICチップへの超音波振動の伝達不良を防止し、この伝達不良によって生じるボンディング不良を防止することができる。
【0038】
次に、上記搬入用ノズル51からヒートステージ22へのICチップ1の移載について、図10を参照して詳細に説明する。時刻t1にZ方向駆動機構62により搬入用ノズル51が降下を開始し、時刻t2に下限位置に到達する。この降下時には、Z方向駆動機構62による降下量を搬入用ノズル51の原点位置から下限位置までの距離よりも大きく設定する。これによってICチップ1を吸着保持した搬入用ノズル51の先端がヒートステージ22に押し付けられ、搬入用ノズル51は中空シャフト53と共にばね65の撥力に抗して本体46aに対して上方に退避する。従って、上記のように降下量を設定しておけばICチップ1の厚みにばらつきがある場合でも確実にICチップ1をヒートステージ22に接触させることができる。
【0039】
上記時刻t2においてICチップ1がヒートステージ22に接触した後、時刻t3に真空ポンプ32による吸着穴22aの真空吸引を開始する。時刻t4において真空度センサ33が吸着穴22aの吸着圧力が所定の真空度に達したことを検出した後、時刻t5に電磁弁57に給電を開始して第2位置に切り換える。この切り換えにより搬入用ノズル51が真空ポンプ58から遮断させると共に、ブロワ59に接続される。その結果、切り換え前には負圧であった吸着穴22aの吸着圧は正圧に上昇し、搬入用ノズル51から空気が噴射され、この噴射される空気によって搬入用ノズル51からICチップ1が強制的に剥離される。最後に、時刻t6において搬入用ノズル51がZ方向駆動機構62により原点位置まで上昇し、ヒートステージ22上には吸着穴22aにより所定位置に吸着されたICチップ1が残る。
【0040】
このように搬入用ノズル51からヒートステージ22へのICチップ1の移載時には、ICチップ1は常に搬入用ノズル51とヒートステージ22の吸着穴22aのいずれか一方に吸着保持される。また、吸着穴22aによる吸着開始後はブロワ59より噴射される空気によって搬入用ノズル51からICチップ1が強制的に剥離される。よって、上記撓みや反りをより確実に防止しつつ搬入用ノズル51からヒートステージ22へICチップ1を移載することができる。
【0041】
なお、搬入用ノズル51からヒートステージ22により載置されたICチップ1の位置がボンディング用認識装置43の認識範囲から外れている場合には、規制装置27によりICチップ1の位置を補正した後、吸着穴22aによりICチップ1をヒートステージ22に吸着保持する。
【0042】
上記のようにICチップ1をヒートステージ22に吸着保持した後、ボンディングヘッド23によりバンプボンディングが実行される。まず、図11(A)に示すように、上記キャピラリ41kから突出するボンディングワイヤ44の先端が放電用トーチ41mとの間で発生するスパーク電流により溶融し、ボール44aが形成される。次に、このボール44a(キャピラリ41kの先端)がICチップ1の電極パッド1aに対して所定の加圧力で押圧される。振動発生源41iの発生する超音波振動は、超音波ホーン41gの基端側から先端側へ縦波として伝達され、キャピラリ41kを経てボール44aに印加される。その結果、図11(B)に示すように、ボール44aが電極パッド1aに接合される。その後、ボンディングワイヤ44を把持したクランパ42cが上昇し、図11(C)に示すように、ボンディングワイヤ44はボール44aとの接合部分付近で断裂する。電極パッド1aに接合されたボール44aと、ボール44a側に残ったボンディングワイヤ44とによりバンプ66が形成される。以上のバンプボンディングがICチップ1の複数の必要箇所について繰り返される。
【0043】
上記バンプボンディング終了後は、搬送ヘッド46がヒートステージ22の上方に移動し、搬出用ノズル52によりバンプ形成済みのICチップ1が吸着保持される。上記のように搬出用ノズル52の吸着口55には多孔質材63が充填されており、この多孔質材66が備える微細な複数の孔によりICチップ1が吸着される。よって、搬出用ノズル52に吸着保持されている際のICチップ1の撓みを防止し、この撓みに起因するICチップ1内の配線切断やチップ破壊を防止することができる。
【0044】
搬送ヘッド46はICチップ収納部24まで移動し、搬出用ノズル52から収納トレー67のいずれかの収容凹部67aへバンプ形成済みのICチップ1が収容される。収納トレー67はアンローダ68(図1にのみ図示する。)へ搬出される。
【0045】
図12(A),(B)は、搬入用ノズル51及び搬出用ノズル52の変形例を示している。図12(A)の変形例では、搬入用ノズル51及び搬出用ノズル52は1個の円形の吸着口55を備え、この吸着口55に多孔質材63が充填されている。一方、図12(B)の変形例では搬入用ノズル51及び搬出用ノズル52は4個の円形の吸着口55を備え、各吸着口55に多孔質材63が充填されている。搬入用ノズル51及び搬出用ノズル52の吸着口55の形状、寸法、及び個数はこれらの例に限定されず、ICチップIC1に対して均一に吸着力が作用するように設定すればよい。
【0046】
図13から図15は、ヒートステージ22の吸着穴22aの変形例を示している。図13の変形例では、吸着穴22aの平面視での形状及び寸法をその輪郭がICチップ1の輪郭とほぼ一致するように設定している。また、図14の変形例では、吸着穴22aの平面視での寸法及び形状をその輪郭がICチップ1の輪郭よりも大きくなるように設定している。さらに、図15(A)の変形例では、ヒートステージ22に1個の円形の吸着穴22aを設け、この吸着穴22aに多孔質材70を充填している。さらにまた、図15(B)の変形例では、ヒートステージ22に4個の円形の吸着穴22aを設け、各吸着穴22aに多孔質材70を充填している。吸着穴22aの形状、寸法、及び個数はこれらの例に限定されず、ICチップ1に対して均一に吸着力が作用するように設定すればよい。
【0047】
図16から図18に示す本発明の実施形態のバンプボンディング装置では、ヒートブロック31上に調節プレート81が載置されており、この調節プレート81上にヒートステージ22が載置されている。ヒートブロック31、調節プレート81及びヒートステージ22にはねじ孔31b,81a,22bがそれぞれ設けられており、これらのねじ孔31b,81a,22bに挿通させたねじ82により、これらを一体に固定できるようになっている。
【0048】
ヒートステージ22には正方形の吸着穴22aが設けられており、この吸着穴22aに多孔質材83が充填されている。この多孔質材83は、図18に最も明確に示されているように、平面視で最も外側に位置する矩形枠状の第1多孔質部83aと、この第1多孔質部83aの内側にある矩形枠状の非多孔質部83bと、この非多孔質部83bの内側にある正方形状の第2多孔質部83cとを備えている。これらのうち第1及び第2多孔質部83a,83cは0.01〜0.1mm程度の微細な孔を多数備えており通気性を有するが、非多孔質部83bはこのような孔を備えておらず通気性を有していない。非多孔質部83bは多孔質材83の孔を目詰まりさせることにより形成してもよいし、第1及び第2多孔質部83a,83cとは別体の非多孔質材により形成してもよい。
【0049】
上記調節プレート81には、ヒートステージ22の吸着穴22aと対応する貫通穴81bが設けられている。この調節プレート81は貫通穴81bの形状及び寸法や、厚みT’が異なるものが複数種類用意されており、後に詳述するように、ICチップ1の形状及び寸法や厚みTに応じて交換して使用される。
【0050】
上記ヒートブロック31にはヒータ31aが内蔵されると共に、ヒートステージ22の吸着穴22aを上記調節プレート81の貫通穴81bを介して真空ポンプ32に連通させるための経路31cが形成されている。
【0051】
次に、上記調節プレート81の交換について説明する。まず、図16に示すように、平面視での輪郭が多孔質材83の輪郭とほぼ一致するICチップ1を吸着保持する場合には、貫通穴81bの平面視での輪郭が吸着穴22aとほぼ一致する調節プレート81を使用する。この場合、真空ポンプ32により吸着穴22aを真空吸引すると第1及び第2多孔質部83a,83cによりICチップ1が吸引される。一方、非多孔質部83bは通気性を有していないため、真空ポンプ32の作動時にであっても、ICチップ1を吸引してない。しかしながら、ICチップ1の面積全体のうち非多孔質部83bに対応する部分の面積は、第1及び第2多孔質部83a,83cと対応する面積と比較して狭く、かつ、非多孔質部83bは第1多孔質部83aと第2多孔質83cの間に形成されているため、ICチップ1は撓みや反りを生じることなく多孔質材83に吸着保持される。
【0052】
次に、図19(A)に示すように、図16の場合のICチップ1と平面視での輪郭は同一であるが、厚みTが大きいICチップ1を吸着保持する場合には、貫通穴81bの形状は図16のものと同一であるが、厚みT’が小さい調節プレート81を使用すればよい。この厚みT’の小さい調節プレート81を使用することにより、厚みTの大きいICチップ1を使用した場合でもICチップ1の上面の垂直方向の位置を一定に保持することができる。これとは逆に、厚みTが図16のICチップ1よりも小さいICチップ1を吸着保持する場合には、厚みT’が図16のものより大きい調節プレート81を使用すればよい。
【0053】
また、図19(B)に示すように、平面視の輪郭が図16の場合のICチップ1よりも小さく、非多孔質部83bに沿うような小型のICチップ1を吸着保持する場合には、平面視での輪郭が非多孔質部83bに沿うような比較的小さい貫通穴81bを備える調節プレート81を使用すればよい。この場合、真空ポンプ32を作動させると第2多孔質部83cによりICチップ1は撓みや反りを生じることなく吸着保持される。また、平面視でICチップ1よりも外側に位置している第1多孔質部83aは貫通穴81bと対向していないため、この第1多孔質部83aから経路31cへの空気の流入がなく、真空ポンプ32により吸引力の損失を防止することができる。
【0054】
以上のように本実施形態では、ICチップ1の寸法、形状、及び厚みに応じて調節プレートを交換することにより、ICチップの品種等の変更に容易に対応することができる。本実施形態のその他の構成及び作用は上記参考形態と同様である。
【0055】
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ヒートステージ22の吸着穴22aや搬入用ノズル51及び搬出用ノズル52の吸着口55に充填された多孔質材70,63はセラミックの燒結体からなるが、0.01〜0.1mm程度の微細な孔を備えるものであれば金属粉の燒結体であってもよい。また、微細な0.01〜0.1mm程度の微細な孔を多数設けた板材を積層して構成した多孔質材を使用してもよい。
【0056】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のバンプボンディング装置では、ヒートステージの吸着穴に多孔質材が充填されているため、厚みが0.1mm以下である比較的薄型のICチップであっても吸着保持時の撓みや反りを防止することができる。よって、ヒートステージにおけるICチップの撓みに起因するICチップ内の配線切断やチップ破壊、及びヒートステージにおけるICチップの反りに起因する超音波振動の伝達不良によって生じるボンディング不良を防止することができる。また、ICチップの寸法に応じて調節プレートを交換することにより、ICチップの品種等の変更に容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考形態に係るバンプボンディング装置を示す斜視図である。
【図2】 参考形態に係るバンプボンディング装置を示す要部斜視図である。
【図3】 ヒートステージを示す概略断面図である。
【図4】 ヒートステージを示す部分平面図である。
【図5】 ボンディングヘッドを示す側面図である。
【図6】 ボンディングヘッドを示す正面図である。
【図7】 搬入用ノズル及び搬出用ノズルを示す部分断面図である。
【図8】 ICチップと搬入用ノズルを示す底面図である。
【図9】 搬送ヘッドを示す概略図である。
【図10】 搬入ヘッドからヒートステージへICチップを移載する際の吸引動作を説明するための線図である。
【図11】 バンプボンディングを示し、(A)はボール形成工程を示す断面図、(B)はボールの電極パッドへの接合工程を示す断面図、(C)はボンディングワイヤの切断工程を示す断面図である。
【図12】 (A)及び(B)は搬入用ノズル及び搬出用ノズルの変形例を示す底面図である。
【図13】 吸着穴の変形例を示し、(A)はヒートステージの断面図、(B)はヒートステージの部分平面図である。
【図14】 吸着穴の変形例を示し、(A)はヒートステージの断面図、(B)はヒートステージの部分平面図である。
【図15】 (A)及び(B)は吸着穴の変形例を示すヒートステージの部分平面図である。
【図16】 本発明の実施形態に係るバンプボンディング装置のヒートステージを示す断面図である。
【図17】 図16のヒートステージの分解斜視図である。
【図18】 図16のヒートステージの部分平面図である。
【図19】 (A)及び(B)は、調節プレートを交換した状態を示す図16のヒートステージの断面図である。
【図20】 従来のバンプボンディング装置を示す要部斜視図である。
【図21】 従来のバンプボンディング装置における吸着ノズルを示す断面図である。
【図22】 従来のバンプボンディング装置におけるヒートステージを示す断面図である。
【符号の説明】
21 ICチップ供給部
22 ヒートステージ
22a 吸引穴
23 ボンディングヘッド
24 ICチップ収納部
26 搬送装置
27 規制装置
27a 規制爪
28 ローダ
29 供給トレー
29a 収容凹部
30 コントローラ
31 ヒートブロック
31a ヒータ
32 真空ポンプ
33 真空度センサ
41 ボンディング作業機構
41a XY駆動機構
41b XYテーブル
41c ベース
41d 軸
41e ボンディングアーム
41f ヘッド駆動機構
41g 超音波ホーン
41h 変位センサ
41i 振動発生源
41j 高周波電圧発生器
41k キャピラリ
41m 放電用トーチ
41n スパーク発生装置
42 ワイヤ供給機構
42a リール
42b エアテンショナー
42c クランパ
43 ボンディング用認識装置
43a 認識カメラ
43b 鏡筒
43c プリズム
44 ボンディングワイヤ
44a ボール
46 搬送ヘッド
46a 本体
47 X方向駆動機構
47a サーボモータ
48 Y方向駆動機構
48a サーボモータ
51 搬入用ノズル
52 搬出用ノズル
53 中空シャフト
54 継手
56 チューブ
57 電磁弁
57a 第1ポート
57b 第2ポート
57c 第3ポート
58 真空ポンプ
59 ブロワ
61 真空度センサ
62 Z方向駆動機構
62a フランジ
62b レバー
62c,62d ローラ
62e 軸
62f 偏心カム
62g ばね
62h モータ
63,70,83 多孔質材
64 ばね受け
65 ばね
66 バンプ
67 収納トレー
67a 収容凹部
81 調節プレート
81a 貫通穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bump bonding apparatus that forms bumps for electrical connection on electrode pads of a semiconductor integrated circuit chip by ultrasonic bonding.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a flip chip method is known as one of techniques for mounting a bare chip type semiconductor integrated circuit chip (IC chip) on a substrate. In the flip chip method, bumps for electrical connection are formed on electrode pads of an IC chip, and the bumps and wiring electrodes formed on the substrate are directly joined without using lead wires. As a bump forming technique in the flip chip method, a stud bump bonding technique in which a normal wire bonding technique is applied and a bump is formed on an electrode pad of an IC chip by ultrasonic bonding is known.
[0003]
FIG. 20 shows a conventional bump bonding apparatus using the stud bump bonding technique. The bump bonding apparatus includes an IC
[0004]
Further, the bump bonding apparatus has a transport head 7a that can move in the X and Y directions, holds the
[0005]
Next, the operation of this bump bonding apparatus will be described.
First, a
[0006]
After the positioning of the
[0007]
The bump-formed
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, the thickness T of the IC chip to which the bump bonding technique is applied has been about 0.4 to 0.6 mm. Further, the diameter D1 (see FIG. 21) of the
[0009]
When the thin IC chip having a thickness T of 0.1 mm or less is adsorbed by the carry-in
[0010]
Further, when the thin IC chip is sucked and held on the
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide a bump bonding apparatus capable of sucking and holding a thin IC chip having a thickness of 0.1 mm or less with a suction nozzle of a transport head without causing bending. Another object of the present invention is to provide a bump bonding apparatus capable of attracting and holding the thin IC chip on a heat stage without causing bending or warping.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is placed on a heat block, mounted on a heat block, and includes a first porous part, a non-porous part inside the first porous part in plan view, and the non-porous part in plan view. A heat stage provided with a suction hole filled with a porous material having a second porous portion on the inside, disposed between the heat block and the heat stage, and at a position corresponding to the suction hole Plural including a through hole having a contour along the contour of the first porous portion and a through hole having a contour along the non-porous portion at a position corresponding to the suction hole Exchangeable adjustment plate, vacuum suction mechanism for sucking and holding the IC chip on the heat stage by the suction hole through the through hole of the adjustment plate, and IC chip sucked and held on the heat stage To form bumps on And the bonding head of
A bump bonding apparatus is provided.
[0013]
BookIn the bump bonding apparatus of the invention, since the suction hole of the heat stage is filled with a porous material, the thin IC chip with a thickness of 0.1 mm or less is sucked and held without causing bending or warping by the suction hole. Can do. Therefore, it is possible to prevent a bonding failure caused by wiring breakage and chip destruction in the IC chip caused by bending, or defective transmission of ultrasonic vibration from the bonding head to the IC chip caused by warpage.
[0014]
Also,IC chipSize ofBy changing the adjustment plate according to the law, it is possible to easily cope with changes in the type of IC chip.
[0015]
The holes provided in the first and second porous portions preferably have a diameter of 0.01 mm to 0.1 mm.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present inventionReference formWill be described.
1 and 2 show the present invention.Reference form1 shows a bump bonding apparatus according to FIG. The bump bonding apparatus includes an IC
[0017]
The IC
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 3 and FIG.This reference formThen, the
[0020]
The
[0021]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[0022]
A vibration source 41i made of a piezoelectric element is connected to the base end side of the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
As shown in FIGS.This reference formThen, the
[0028]
As schematically shown in FIG. 9, the carry-in
[0029]
Further, the
[0030]
A
[0031]
The peripheral structure of the carry-out
[0032]
The
[0033]
2 is based on input signals from sensors including a
[0034]
Next, the operation of the bump bonding apparatus will be described.
First, after the
[0035]
as mentioned aboveThis reference formThen, the
[0036]
The
[0037]
as mentioned aboveThis reference formThen, the
[0038]
Next, transfer of the
[0039]
After the
[0040]
As described above, when the
[0041]
When the position of the
[0042]
After the
[0043]
After the bump bonding is completed, the
[0044]
The
[0045]
FIGS. 12A and 12B show a modification of the carry-in
[0046]
13 to 15 show modified examples of the suction holes 22 a of the
[0047]
The present invention shown in FIGS.The fruitIn the bump bonding apparatus of the embodiment, the
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
Next, replacement of the
[0052]
Next, as shown in FIG. 19A, the outline in plan view is the same as that of the
[0053]
Further, as shown in FIG. 19B, when the
[0054]
As aboveBookIn the embodiment, by changing the adjustment plate according to the size, shape, and thickness of the
[0055]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
For example, in the above embodiment, the
[0056]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the bump bonding apparatus of the present inventionTheSince the suction hole of the gate stage is filled with a porous material, even a relatively thin IC chip having a thickness of 0.1 mm or less can prevent bending and warping during suction holding. Therefore, HiIt is possible to prevent bonding failure caused by wiring cutting or chip destruction in the IC chip due to bending of the IC chip in the hot stage and transmission failure of ultrasonic vibration due to warping of the IC chip in the heat stage.Further, by changing the adjustment plate according to the dimensions of the IC chip, it is possible to easily cope with changes in the type of IC chip.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionReference formIt is a perspective view which shows the bump bonding apparatus which concerns on this.
[Figure 2]Reference formIt is a principal part perspective view which shows the bump bonding apparatus which concerns on.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a heat stage.
FIG. 4 is a partial plan view showing a heat stage.
FIG. 5 is a side view showing a bonding head.
FIG. 6 is a front view showing a bonding head.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a carry-in nozzle and a carry-out nozzle.
FIG. 8 is a bottom view showing an IC chip and a carry-in nozzle.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a transport head.
FIG. 10 is a diagram for explaining a suction operation when an IC chip is transferred from a carry-in head to a heat stage.
11A and 11B show bump bonding, where FIG. 11A is a cross-sectional view showing a ball forming step, FIG. 11B is a cross-sectional view showing a step of bonding a ball to an electrode pad, and FIG. 11C is a cross-sectional view showing a bonding wire cutting step; FIG.
FIGS. 12A and 12B are bottom views showing modifications of the carry-in nozzle and the carry-out nozzle.
13A and 13B show a modification of the suction hole, in which FIG. 13A is a sectional view of a heat stage, and FIG. 13B is a partial plan view of the heat stage.
14A and 14B show a modification of the suction hole, in which FIG. 14A is a sectional view of the heat stage, and FIG. 14B is a partial plan view of the heat stage.
FIGS. 15A and 15B are partial plan views of a heat stage showing a modification of the suction holes. FIGS.
FIG. 16 shows the present invention.The fruitIt is sectional drawing which shows the heat stage of the bump bonding apparatus which concerns on embodiment.
17 is an exploded perspective view of the heat stage of FIG. 16. FIG.
18 is a partial plan view of the heat stage in FIG. 16. FIG.
19A and 19B are cross-sectional views of the heat stage of FIG. 16 showing a state in which the adjustment plate has been replaced.
FIG. 20 is a perspective view showing a main part of a conventional bump bonding apparatus.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a suction nozzle in a conventional bump bonding apparatus.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a heat stage in a conventional bump bonding apparatus.
[Explanation of symbols]
21 IC chip supply section
22 Heat stage
22a Suction hole
23 Bonding head
24 IC chip storage
26 Conveyor
27 Regulatory device
27a Restriction claw
28 Loader
29 Supply tray
29a receiving recess
30 controller
31 Heat block
31a heater
32 Vacuum pump
33 Vacuum sensor
41 Bonding work mechanism
41a XY drive mechanism
41b XY table
41c base
41d axis
41e Bonding arm
41f Head drive mechanism
41g ultrasonic horn
41h Displacement sensor
41i Vibration source
41j high frequency voltage generator
41k capillary
41m discharge torch
41n Spark generator
42 Wire supply mechanism
42a reel
42b Air tensioner
42c Clamper
43 Bonding recognition device
43a Recognition camera
43b Tube
43c prism
44 Bonding wire
44a ball
46 Transport head
46a body
47 X direction drive mechanism
47a Servo motor
48 Y direction drive mechanism
48a Servo motor
51 Nozzle for carrying in
52 Nozzle for carrying out
53 Hollow shaft
54 Joint
56 tubes
57 Solenoid valve
57a 1st port
57b Second port
57c 3rd port
58 Vacuum pump
59 Blower
61 Vacuum degree sensor
62 Z-direction drive mechanism
62a flange
62b lever
62c, 62d roller
62e shaft
62f Eccentric cam
62g spring
62h motor
63, 70, 83 Porous material
64 Spring support
65 Spring
66 Bump
67 Storage tray
67a receiving recess
81 Adjustment plate
81a Through hole
Claims (2)
上記ヒートブロックと上記ヒートステージとの間に配置され、上記吸着穴と対応する位置に上記第1多孔質部の輪郭に沿った輪郭を有する貫通穴を設けたものと、上記吸着穴と対応する位置に上記非多孔質部に沿った輪郭を有する貫通穴を設けたものとを含む複数の交換可能な調節プレートとThe one provided between the heat block and the heat stage and provided with a through hole having a contour along the contour of the first porous portion at a position corresponding to the suction hole, and the suction hole A plurality of exchangeable adjustment plates including a through hole having a contour along the non-porous portion at a position;
上記調節プレートの上記貫通穴を介して上記吸着穴によりICチップを上記ヒートステージ上に吸着保持するための真空吸引機構とA vacuum suction mechanism for sucking and holding the IC chip on the heat stage by the suction hole through the through hole of the adjustment plate;
上記ヒートステージ上に吸着保持されたICチップにバンプを形成するためのボンディングヘッドとA bonding head for forming bumps on the IC chip sucked and held on the heat stage;
を備えるバンプボンディング装置。A bump bonding apparatus comprising:
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