JP4440455B2 - バンプボンド装置及びフリップチップボンド装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型半導体を取り扱う半導体実装設備において、ウエハから半導体チップを取り出した後、各工程の設備間で半導体チップを搬送する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、形態電話をはじめとするモバイル機器の高機能化、ICカードの薄型化に対応して、これら商品に搭載される半導体チップも益々薄型化、積層実装化が進んでおり、薄型半導体チップの実装技術が重要になってきている。半導体チップの厚みは0.3〜0.4mmから0.05〜0.1mmまで薄型化が進んでいる。
【0003】
従来、半導体チップをダイボンダ、バンプボンダ、フリップチップボンダなどの半導体実装設備に供給する手段としては、2インチや4インチのワッフルトレーを用いることが多い。
【0004】
従来の導電性接着材をバンプに転写してフリップチップボンドするスタッドバンプボンディング(SBB)工法による実装設備における半導体チップの流れを図7(a)〜(c)に示す。
【0005】
図7(a)において、1は半導体チップ、2はエキスパンドシート、3はXYテーブル、4は突き上げピン、5は移載アーム、40はワッフルトレーであり、図7(b)において、19は超音波ホーン、20は加熱ステージ、21はレベリングステージ、22はレベリングプレートであり、図7(c)において、23は装着ヘッド、24は反転ヘッド、25は基板、26は基板ステージ、27は転写ユニット、28は導電性接着材である。
【0006】
図7(a)のダイスピック工程では、エキスパンドシート2上で個片にダイシングされた半導体チップ1を突き上げピン4で順次突き上げ、移載アーム5にて格子状に区切られたワッフルトレー40のポケットに移載する。ワッフルトレー40のポケットの大きさは今後半導体チップ1を取り出したり収納したりする必要があるため、半導体チップ1の大きさより1割から2割程度大きいのが一般的である。また、ポケットの深さもワッフルトレー40を上下に重ねて使用することと半導体チップ1の回路面が損傷しないようにする必要から半導体チップ1の厚みより0.2mm程深いのが一般的である。このようなワッフルトレー40は何枚も用意され、各設備間の半導体チップの搬送に随時使用される。ダイスピック工程で半導体チップ1を満載したワッフルトレー40を作業者が図7(b)の次工程のバンプボンド工程に供給する。
【0007】
バンプボンド工程では、ワッフルトレー40から移載アーム5で半導体チップ1を加熱ステージ20に移載し、超音波ホーン19を用いて半導体チップ1の電極にバンプボンドする。次に、半導体チップ1を移載アーム5で加熱ステージ20から取り出してレベリングステージ21に移載し、レベリングプレート22にて上から押圧してバンプの頭頂を平坦にする。半導体チップ1は再び移載アーム5で取り出し、ワッフルトレー40に収納する。バンプボンド工程で半導体チップ1を満載したワッフルトレー40を作業者が図7(c)の次工程のフリップチップボンド工程に供給する。
【0008】
フリップチップボンド工程では、ワッフルトレー40から半導体チップ1を反転ヘッド24で取り出した後、その表裏が逆になるように反転ヘッド24が上下に180°反転する。装着ヘッド23は反転ヘッド24上の半導体チップ1を取り出し、転写ユニット27で導電性接着材28を転写した後、基板ステージ26上に位置決め固定された基板25上に移動し、認識により位置ずれを補正して基板25上に装着する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように半導体チップ1の装置間での移送にワッフルトレー40を用いる方法では、その半導体チップ1が0.1mm以下のように非常に薄い場合において、ワッフルトレー40のポケットと半導体チップ1の大きさや深さと厚みの違いがあるため、作業者がワッフルトレー40を搬送する間に、振動によって半導体チップ1がポケット内で動き、衝撃で半導体チップ1が割れたり、コーナーが欠けたりすることが多くなる。
【0010】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、薄型の半導体チップを各工程間で搬送する間に損傷を発生する恐れを無くすことができるバンプボンド装置及びフリップチップボンド装置を提供することを目的としている。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本発明のバンプボンド装置は、半導体チップを帯状薄板上に載置しフィルムで覆って成る半導体チップ収納帯状体を供給リールから引き出して所定の移動経路に沿って所定ピッチ間隔で間欠移動させ収納リールに巻き取る帯状体送り手段と、半導体チップ上に帯状体送り手段の移動経路上でフィルムを剥がす手段と、帯状体送り手段の移動経路上で帯状薄板上の半導体チップ上にバンプを形成するバンプ形成手段と、帯状体送り手段の移動経路上でフィルムを被覆する手段とを備えたものであり、半導体チップを移載することなく、さらに半導体チップに割れや欠けを生じることなくバンプボンドして次工程に供給することができる。
【0024】
また、帯状薄板に半導体チップをその2種の大きさに対応して吸着するための2種の穴を設け、バンプ形成手段のステージには帯状薄板に形成された2種の穴に対応して吸着源に接続された2種の吸着経路を設け、これら2種の吸着経路を半導体チップの大きさに応じて切替えるようにしてあり、品種切り替えなどでの半導体チップの2種の大きさに応じた吸着経路の切換えを伴う吸着状態で半導体チップを帯状薄板上に載置したまま、半導体チップに割れや欠けを生じることなく、かつ効率的にバンプボンドして次工程に供給することができる。
【0025】
また、バンプ形成手段は、帯状薄板を支持する加熱ステージとバンプを形成する超音波ホーン、及び帯状薄板を支持するレベリングステージとバンプの頭頂を押圧して平坦にするレベリングプレートとを備えていると、頭頂が平坦なバンプを効率的に形成することができる。
【0027】
本発明のフリップチップボンド装置は、半導体チップを帯状薄板上に載置しフィルムで覆って成る半導体チップ収納帯状体を供給リールからフィルムを下側にして引き出して所定の移動経路に沿って所定ピッチ間隔で間欠移動させる帯状体送り手段と、帯状薄板とフィルムを剥離して移動経路の上方に配設された収納リールに帯状薄板を巻き取る手段と、フィルムをさらに水平に移動させた後巻き取る手段と、上方に巻き取られる帯状薄板から回路面を下にして半導体チップを受け取ったフィルム上の半導体チップを取り出して基板上に装着する装着ヘッドとを備えると、半導体チップを反転ヘッドで反転させる動作無しで基板に半導体チップを装着することができ、さらに半導体チップに割れや欠けを生じるのを少なくできるとともに、コストダウン及びコンパクト化を図ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体チップの移送方法及び及び半導体チップ集合体、並びにダイスピック装置及びバンプボンド装置及びフリップチップボンド装置の各実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。尚、図7を参照して説明した構成要素と同一の構成要素については、同一参照符号を付して説明を省略する。
【0029】
(第1の実施形態)
図1〜図3は、本発明の半導体チップの移送方法を、半導体チップのバンプに導電性接着材を転写してフリップチップボンドするスタッドバンプボンディング(SBB)工法に適用した実施形態を示す。
【0030】
図1は、ダイスピック装置を示す。図1において、6は供給リール、7は帯状薄板、8は真空チャンバ、9a、9bは真空チャンバ8の入口と出口のドア、10は真空ポンプ、11はバルブ、12はプラズマ発生装置、13はフィルム、14はフィルム13を帯状薄板7に結合する圧着ローラ、15は送り用のスプロケット、16は収納リール、17は供給リールモータ、18は収納リールモータであり、30は半導体チップ収納帯状体である。
【0031】
エキスパンドシート2上に貼り付けられ、個片にダイシングされた半導体チップ1は、ダイスピック装置に供給され、XY方向に移動可能なXYテーブル3で突き上げピン4の上に移動し、突き上げピン4が上昇してエキスパンドシート2と半導体チップ1の裏面とを分離する。移載アーム5がこの半導体チップ1をエキスパンドシート2から取り出し、帯状薄板7の所定の移載位置に載置する。
【0032】
帯状薄板7は、厚みが均一で平坦な1本の帯材であり、厚みが0.1mm程度で幅が約30mmのステンレス鋼板にて構成されている。また、ピッチ送り可能なように両側にスプロケット15の歯と噛み合うように等間隔に送り穴35(図5参照)が形成されていて送り量はスプロケット15の回転量で制御される。帯状薄板7は供給リール6から半導体チップ1の移載位置を通り、真空チャンバ8内のプラズマ発生装置12によるプラズマ洗浄位置を通って収納リール16に巻き取られていく。帯状薄板7は半導体チップ1の移載が完了する度に、モータ17で回転量が制御された供給リール6から一定量引き出され、その分だけ同様にモータ18で回転量が制御された収納リール16が巻き取って収納していく。
【0033】
移載アーム5が帯状薄板7上に半導体チップ1を載置すると、スプロケット15が一定量回転し、次の半導体チップ1の載置を可能にする。この一連の動きで半導体チップ1は帯状薄板7とともに真空チャンバ8内に引き込まれる。真空チャンバ8の入口と出口のドア9a、9bは、内部の真空を保つために帯状薄板7の搬送動作と連動して開閉される。真空チャンバ8の入口、出口とドア9a、9bの間には帯状薄板7の厚み分の隙間が設けられている。帯状薄板7を送る時には、バルブ11が開いて真空チャンバ8内の圧力が大気圧に戻され、ドア9a、9bが開放されると、半導体チップ1が載置された帯状薄板7を真空チャンバ8内に引き込むように構成されている。
【0034】
真空チャンバ8内ではプラズマ発生装置12によるプラズマ洗浄にて半導体チップ1上の有機性の不純物を除去し、次工程でのバンプボンドやワイヤボンドなどの金属間接合の強度を高め、不着の不良を無くしている。
【0035】
こうして帯状薄板7は一定量づつ順次送られていき、両側にUV接着剤を塗布したフィルム13を圧着ローラ14によって押圧して帯状薄板7に貼り付け、半導体チップ1を帯状薄板7とフィルム13にて挟み込む。このとき、圧着ローラ14の形状は、半導体チップ1を押圧しないようにその厚み分だけ中央部の直径が小さく、UV接着剤を塗布した部分のみが押圧できるように両端部の直径が大きくなっている。こうして半導体チップ収納帯状体30が形成される。
【0036】
この半導体チップ収納帯状体30が真空チャンバ8の出口のドア9bを通過すると、帯状薄板7とフィルム13との隙間は真空が残留しているので、フィルム13は半導体チップ1の外形に倣うように変形し、その表面張力によって半導体チップ1が振動などで帯状薄板7上で動いたり、飛び跳ねたりするのを防ぐ。
【0037】
最後に、帯状薄板7とフィルム13によって半導体チップ1を保持した半導体チップ収納帯状体30が収納リール16に巻き取られていく。このとき薄型の半導体チップ1が反りによって割れないような曲率にするため、収納リール16の直径は約400mm以上にする。収納リール16が半径方向に潰れないようにするためと、巻き取り時にリールの軸方向にずれないようにするために、収納リール16の両端にはフランジを取り付けられている。
【0038】
半導体チップ収納帯状体30が全て収納リール16に巻き取られると、これをダイスピック設備から取り外し、上記と同様な帯状薄板7の一定量送り機構を備えた次工程のバンプボンド装置に供給する。
【0039】
図2にバンプボンド装置を示す。図2において、29はUVランプである。バンプボンドするために半導体チップ1を帯状薄板7から取り出す際、UV接着剤でフィルム13が結合している部分にUV光を照射するとその粘着性が失われ、帯状薄板7からフィルム13を微弱な力で引き剥がすことができる。フィルム13を除去された帯状薄板7上に置かれている半導体チップ1を移載アーム5にて取り出し、加熱ステージ20に移載し、超音波ホーン19にてバンプボンドが行われる。バンプボンドが完了した半導体チップ1は移載アーム5でレベリングステージ21に移載され、移載アーム5は退避してレベリングプレート22で半導体チップ1を上から押圧してバンプの頭頂を平坦にする。
【0040】
半導体チップ1は再び移載アーム5で取り出され、当初半導体チップ1を取り出した位置から数ピッチ先の帯状薄板7上に載置される。この後、ダイスピック装置と同様な方法でフィルム13を半導体チップ1上から覆い被せて収納リール16に巻き取って行く。ただし、この工程でフィルム13を押圧する圧着ローラ14の中央部の直径は、半導体チップ1の厚みに加えバンプの高さ分小さくする必要がある。また、フィルム13の材質は、その表面張力によってバンプが変形しないように軟質の材料を選定する。
【0041】
帯状薄板7が全て収納リール16に巻き取られると、これをバンプボンド装置から取り外し、上記と同様な帯状薄板7の一定量送り機構を備えた次工程のフリップチップボンド装置に供給する。
【0042】
図3にフリップチップボンド装置を示す。図3において、フリップチップボンド工程では、帯状薄板7から半導体チップ1を反転ヘッド24で取り出した後、これの表裏が逆になるように反転ヘッド24が上下に180°反転する。装着ヘッド23は反転ヘッド24上の半導体チップ1を取り出し、転写ユニット27で導電性接着剤28を転写すると基板ステージ26上に位置決め固定されている基板25上に移動し、認識により位置ずれを補正して基板25上に装着する。
【0043】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態におけるバンプボンド装置について、図4、図5を参照して説明する。
【0044】
本実施形態においては、図4に示すように、帯状薄板7の流れとバンプボンドを行う加熱ステージ20とレベリングステージ21が同一線上に配置されている。第1の実施形態と同様の方法で供給される帯状薄板7に、図5に示すように、予め半導体チップ1を吸着保持するのに必要な数だけ小径の穴31(31a、31b)が開けられている。この穴31はエッチングなどの方法によりバリやかえりの無いものが得られ、精度良く連続的に加工できる。帯状薄板7の穴31の配置は、図5に示すように、半導体チップ1の中心に対して対角方向に放射状に複数の穴31a、31bを配置するのが良い。
【0045】
また、加熱ステージ20やレベリングステージ21には、帯状薄板7の穴31(31a、31b)に対応して吸着溝32(32a、32b)が設けられ、それぞれ吸引経路33(33a、33b)に接続され、かつ品種切替えなどで半導体チップ1の大きさが変われば吸引経路33a、33bをバルブ34の切替えにて任意に選択できるように構成されている。例えば、10mm角の半導体チップ1であれば、13mm角に設けられた吸着溝32aを用いず、8mm角に設けられた吸着溝32bと帯状薄板7にこれと対応して配置された穴31bを通じて半導体チップ1を吸着保持する。図5中、35は送り穴である。
【0046】
供給リール6から引き出された帯状薄板7は、第1の実施形態と同様の方法でフイルム13を引き剥がした後、そのまま加熱ステージ20上に半導体チップ1を供給する。帯状薄板7を通して半導体チップ1は加熱され、さらには加熱ステージ20に設けられた吸着溝32と穴31を通して吸着保持されるので、帯状薄板7上でのバンプボンドが可能になる。
【0047】
バンプボンドが完了すると、スプロケット15によって帯状薄板7は一定量送られ、この一連の動きで半導体チップ1はレベリングステージ21上に供給される。加熱ステージ20と同様に半導体チップ1を吸着保持し、レベリングプレート22を下降させてバンプ頭頂を所定の高さに平坦にそろえる。帯状薄板7は非常に薄く、厚みを均一に製作できるので、頭頂高さがばらついたり、傾くことは少ない。
【0048】
さらに、帯状薄板7が送られると、第1の実施形態と同様にフィルム13が被された後収納リール16に巻き取られ、フリップチップボンド装置に供給される。このような方法によれば、品種切替え時に生じる帯状薄板7や加熱ステージ20、レベリングステージ21の交換作業を不要にできる。
【0049】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態におけるフリップチップボンド装置について、図6を参照して説明する。
【0050】
本実施形態のフリップチップボンド装置においては、図6に示すように、帯状薄板7の供給リール6からの引き出し方法が第1の実施形態とは異なり、フィルム13が帯状薄板7の下側になるように供給リール6が設置される。UVランプ29で帯状薄板7の下側からUV光を照射してフィルム13と分離し、上方に配置された収納リール16で帯状薄板7を巻き取り、フィルム13を水平方向に引き出し、スプロケット15にて送ってフィルム収納リール36で巻き取っていくことで、このフィルム13上に回路面を下側に向けて半導体チップ1を受けて取り出し位置に供給する。
【0051】
このような場合はフィルム13側にもピッチ送りが可能なように両側にスプロケット15の歯と噛み合うように等間隔に送り穴を開けておき、送り量をスプロケット15の回転量で制御する。
【0052】
このように供給された半導体チップ1は装着ヘッド23により取り出されて基板25上に実装される。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、以上のようにある程度の反り・曲げを作用させても割れが発生しない厚みを有する薄型の半導体チップを平坦な帯状薄板上に等間隔で連続的に載置し、これら帯状薄板及び半導体チップ上を薄いフィルムで覆ってその両側部を平面同士で帯状薄板に結合して半導体チップを収納した帯状体を形成し、この帯状体を移送するので、移送中の振動で半導体チップの動きが生じないために、衝撃で半導体チップが割れたり、コーナーが欠けたりすることが無くなり、また半導体チップの収納量が多くなっても従来のワッフルトレーの場合に比べて取扱いも楽になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の半導体チップ移送方法を適用したダイスピック装置の概略構成図である。
【図2】同実施形態の半導体チップ移送方法を適用したバンプボンド装置の概略構成図である。
【図3】同実施形態の半導体チップ移送方法を適用したフリップチップボンド装置の概略構成図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の半導体チップ移送方法を適用したバンプボンド装置の概略構成図である。
【図5】同実施形態の半導体チップ移送方法を適用したバンプボンド装置における要部の詳細を示し、(a)は平面図、(b)は正面図である。
【図6】本発明の第3の実施形態の半導体チップ移送方法を適用したフリップチップボンド装置の概略構成図である。
【図7】従来例の半導体チップ移送方法を適用した半導体実装設備を示し、(a)は ダイスピック工程の概略構成図、(b)はバンプボンド工程の概略構成図、(c)はフリップチップボンド工程の概略構成図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ
5 移載アーム
6 供給リール
7 帯状薄板
8 真空チャンバ
12 プラズマ発生装置
13 フィルム
14 圧着ローラ
15 スプロケット
16 収納リール
19 超音波ホーン
20 加熱ステージ
21 レベリングステージ
22 レベリングプレート
23 装着ヘッド
24 反転ヘッド
25 基板
30 半導体チップ収納帯状体
31 穴
32 吸着溝
33 吸引経路
36 フィルム収納リール
Claims (3)
- 半導体チップを帯状薄板上に載置しフィルムで覆って成る半導体チップ収納帯状体を供給リールから引き出して所定の移動経路に沿って所定ピッチ間隔で間欠移動させ収納リールに巻き取る帯状体送り手段と、半導体チップ上に帯状体送り手段の移動経路上でフィルムを剥がす手段と、帯状体送り手段の移動経路上で帯状薄板上の半導体チップ上にバンプを形成するバンプ形成手段と、帯状体送り手段の移動経路上でフィルムを被覆する手段とを備え、帯状薄板に半導体チップをその2種の大きさに対応して吸着するための2種の穴を設け、バンプ形成手段のステージには帯状薄板に形成された2種の穴に対応して吸着源に接続された2種の吸着経路とを設け、これら2種の吸着経路を半導体チップの大きさに応じて切替えるようにしたことを特徴とすることを特徴とするバンプボンド装置。
- バンプ形成手段は、帯状薄板を支持する加熱ステージとバンプを形成する超音波ホーン、及び帯状薄板を支持するレベリングステージとバンプの頭頂を押圧して平坦にするレベリングプレートとを備えていることを特徴とする請求項1記載のバンプボンド装置。
- 半導体チップを帯状薄板上に載置しフィルムで覆って成る半導体チップ収納帯状体を供給リールからフィルムを下側にして引き出して所定の移動経路に沿って所定ピッチ間隔で間欠移動させる帯状体送り手段と、帯状薄板とフィルムを剥離して移動経路の上方に配設された収納リールに帯状薄板を巻き取る手段と、上方に巻き取られる帯状薄板から回路面を下にして半導体チップを受け取ったフィルムをさらに水平に移動させた後巻き取る手段と、フィルム上の半導体チップを取り出して基板上に装着する装着ヘッドとを備えたことを特徴とするフリップチップボンド装置。
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