JP4508151B2 - Bonding apparatus and bonding method - Google Patents
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Description
本発明は、接合用のバンプが形成されたフリップチップ等の接合体を基板等の被接合体にボンディングするボンディング装置およびボンディング方法に関するものである。 The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method for bonding a bonded body such as a flip chip on which bonding bumps are formed to a bonded body such as a substrate.
フリップチップ等の接合体を基板等の被接合体にボンディングする装置として、振動子を備えたボンディングツールに接合体を保持し、接合体を被接合体に対して押圧した状態でボンディングツールに振動を伝達することで接合体に振動を印加し、接合体の接合面(例えばフリップチップに形成されたバンプ等)と被接合体の被接合面(例えば基板上の電極等)との間に摩擦を生じさせて両者を接合する超音波接合装置が知られている(特許文献1参照)。
ところで、ボンディングツールには1つの接合体しか保持できないため、1つのボンディングツールのみでボンディングを行う従来のボンディング装置においてはタクトアップに限界があった。 By the way, since only one bonded body can be held in the bonding tool, there is a limit in tact-up in the conventional bonding apparatus that performs bonding with only one bonding tool.
そこで本発明は、独立した複数のボンディングツールによる連続ボンディングを可能にしたボンディング装置およびボンディング方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a bonding apparatus and a bonding method that enable continuous bonding with a plurality of independent bonding tools.
請求項1記載のボンディング装置は、接合体に荷重と振動を伝達する複数のボンディングツールと、前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、を備え、前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに前記高周波電圧を印加する。
The bonding apparatus according to
請求項2記載のボンディング装置は、請求項1記載のボンディング装置において、前記複数のボンディングツールのそれぞれに固有の基本周波数と、前記複数のボンディングツールの振動印加手段にそれぞれ印加する前記高周波電圧の電圧値とを前記複数のボンディングツールに対応させて記憶する記憶部をさらに備え、前記高周波電圧生成部が、前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる。
The bonding apparatus according to
請求項3記載のボンディング方法は、接合体に荷重と振動を伝達する複数のボンディングツールと、前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、前記複数のボンディングツールのうち何れかのボンディングツールを選択する工程と、前記選択されたボンディングツールに印加する高周波電
圧を生成する工程と、前記生成された高周波電圧を前記選択されたボンディングツールの前記振動印加手段に印加するとともに前記選択されたボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を前記被接合体に接合する工程と、を含む。
The bonding method according to
請求項4記載のボンディング方法は、請求項3記載のボンディング方法であって、前記ボンディング装置が、前記複数のボンディングツールのそれぞれに固有の基本周波数と、前記複数のボンディングツールの振動印加手段にそれぞれ印加する前記高周波電圧の電圧値とを前記複数のボンディングツールに対応させて記憶する記憶部をさらに備え、前記高周波電圧を生成する工程において、前記選択された何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the bonding method according to the third aspect, wherein the bonding apparatus has a fundamental frequency unique to each of the plurality of bonding tools and vibration applying means for the plurality of bonding tools. A storage unit that stores a voltage value of the high-frequency voltage to be applied in association with the plurality of bonding tools; and in the step of generating the high-frequency voltage, the basic corresponding to any of the selected bonding tools A high frequency voltage is generated based on the frequency and the voltage value, and an equivalent vibration power is generated in any of the plurality of bonding tools.
本発明によれば、独立した複数のボンディングツールによる連続ボンディングが可能となりタクトアップを実現することができる。 According to the present invention, continuous bonding by a plurality of independent bonding tools is possible, and tact up can be realized.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態のボンディング装置の全体構成図、図2は本発明の実施の形態のボンディング装置におけるボンディング動作を示すフローチャートである。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing a bonding operation in the bonding apparatus according to the embodiment of the present invention.
最初に、本実施の形態におけるボンディング装置の全体構成について、図1を参照して説明する。ボンディング装置は、荷重と振動を印加することにより接合体を被接合体に接合する装置であり、本実施の形態のボンディング装置1においては、ボンディングツール2に保持されたチップ3に荷重と振動を印加してボンディングステージ4に保持された基板5に接合するボンディング動作を実行する。ボンディングツール2はホーン等により構成され、接合体であるチップ3を吸着して保持する作用部2aを下部に備えている。ボンディングステージ4は移動テーブル6に装着されており、被接合体である基板5を水平に保持した状態で水平移動自在に構成されている。移動テーブル6は、ボンディングステージ4に保持された基板5を水平移動させることで基板5に予め設定された接合箇所をチップ3の下方に相対的に位置決めする位置決め手段として機能する。
First, the overall configuration of the bonding apparatus in the present embodiment will be described with reference to FIG. The bonding apparatus is an apparatus for bonding a bonded body to a bonded body by applying a load and vibration. In the
ボンディング装置1には複数のボンディングツール2が備えられており、各ボンディングツール2に保持されたチップ3に荷重および振動を印加可能に構成されている。各ボンディングツール2は、昇降機構7に独立して昇降可能な複数の昇降ヘッド8にそれぞれ装着されている。また、各ボンディングツール2には、圧電素子等により構成された複数の振動子9がそれぞれ装着されており、圧電素子等の電歪作用で発生する超音波の振動によりホーンが共振し、作用部2aに保持されたチップ3に振動を印加して所定の振動パワーを発生させるようになっている。作用部2aにチップ3を保持した状態でボンディングツール2を下降させると、チップ3の接合面に形成されたバンプ3aが基板5に当接し、さらに下降させることでチップ3に荷重を印加して基板5に対して押圧する。このとき、チップ3に振動を印加すると、印加初期段階で接合界面の酸化皮膜や有機汚濁物等が除去され、予め設定された印加時間若しくはエネルギに達するとチップ3と基板5の接合が完了する。このように昇降機構7は、チップ3に荷重を印加する荷重印加手段として機能し、昇降ヘッド8の昇降移動量を調整することでチップ3に印加する荷重を調整するようになっている。また、振動子9は、チップ3に振動を印加する振動印加手段として機能する。
The
ボンディング装置1にはボンディング動作の制御を行う制御部10が備えられており、制御部10から送信される制御信号を受け、各駆動手段が所定の動作を実行するように構成されている。制御部10には、ボンディング動作の制御に必要な各種データやプログラ
ム、例えばチップ3に関するデータや基板5に設定された接合箇所に関するデータ、ボンディング動作に関する制御プログラムが予め記憶された記憶部11が含まれており、これらのデータやプログラムに基づいてボンディング動作の制御が行われる。
The
ボンディング装置1においては、複数のチップ3が基板5に設定された複数の接合箇所に適切な強度で接合されるようにボンディング動作の制御が行われる。そのため、各ボンディングツール2におけるボンディング条件、すなわちボンディング荷重、ボンディング時間、振動パワーなどのワークデータが記憶部11に予め記憶されている。なお、振動パワーは一般に電力値で設定されるが、電力値のほか電流値、作用部2aの振動振幅値等で設定してもよい。また、各ボンディングツール2により接合されるチップ3には材質や寸法が異なる多種類のものがあるので、ボンディング装置において取り扱われるチップ3の種類毎にボンディング条件が設定されて記憶されている。
In the
ボンディング条件のうち振動パワーは、各振動子9に印加する高周波電圧によって設定されるので、各振動子9に印加する高周波電圧の制御を行う高周波電圧制御部20が備えられている。高周波電圧制御部20は、各振動子9に印加する高周波電圧の周波数および印加電圧を調整する機能を備えており、ボンディングを行うボンディングツール2に対応した高周波電圧を振動子9に印加するとともにボンディング中の共振周波数の変動を監視して振動子9に印加する高周波電圧の周波数を共振周波数の変動に追従させる制御を行う。
Of the bonding conditions, the vibration power is set by the high-frequency voltage applied to each
高周波電圧生成部21は、所定の周波数の電圧を生成して各振動子9に印加する機能を備えている。各ボンディングツール2は同一形状のものであっても特に振動特性において多少の個体差が存在するため、各ボンディングツール2において同等の振動パワーを得るためには各ボンディングツール2に対応した電圧値と周波数の電圧を印加するのが望ましい。基準(初期値)となる周波数としては、各ボンディングツール2の基本周波数(ボンディングツールに荷重負荷が作用していない空中状態で発振させたときの共振周波数)が用いられる。また、印加する電圧の電圧値は、各ボンディングツール2における印加電圧値と振動パワー(例えば電力値)の相関関係に基づいて設定され、各ボンディングツール2に同等の振動パワーを発生させるため必要な電圧値が各ボンディングツール2に対応して設定される。各ボンディングツール2に対応して設定された周波数および電圧値は記憶部11に記憶され、ボンディングを行うボンディングツール2に対応した周波数および電圧値の高周波電圧が高周波電圧生成部21において生成され振動子9に印加される。
The high-frequency voltage generation unit 21 has a function of generating a voltage having a predetermined frequency and applying the voltage to each
高周波電圧生成部21と各ボンディングツール2の振動子9は接続切替部22を介して通電可能に接続されている。接続切替部22はフォトモスリレー等の半導体リレーで構成されており、制御部10からの制御信号を受けて各振動子9と高周波電圧生成部21との接続を切り替えることにより、ボンディングを行うボンディングツール2に高周波電圧を印加する。ボンディング装置1には、1つの基板5に対し3つのボンディングツール2が備えられているので、3つのボンディングツール2の各振動子9に所定の順番で高周波電圧を印加し、各ボンディングツール2に保持したチップ3を基板5に連続的にボンディングすることでスループットを向上させている。接続切替部22は、高周波電圧生成部21により生成された高周波電圧を印加するボンディングツール2を選択する選択手段として機能する。
The high-frequency voltage generation unit 21 and the
検出部23は、振動子9に通電する電力の電圧と電流をそれぞれ検出する機能を備えている。検出部23により検出された電圧および電流は位相比較手段24に送信される。一般に、ボンディングの際にボンディングツール2に荷重を印加すると、ボンディングツール2を構成するホーンの振動特性が変化して共振周波数に変動が生じることがある。これにより基準(初期値)となる周波数として印加する基本周波数との間にずれが生じて振動
パワーが低下する。そのため、位相比較手段24において電圧と電流の位相差から共振周波数の変動量Δfを検出して高周波電圧生成部21に送信し、高周波電圧生成部21から振動子9に印加する高周波電圧の周波数を変動させてボンディングツール2の共振周波数の変動に追従させる制御を行う。
The detection unit 23 has a function of detecting the voltage and current of power supplied to the
このようにボンディング装置1は、全てのボンディングツール2に共通のボンディング条件が予め記憶されており、ボンディング条件のうち振動パワーについては各ボンディングツール2に対応して振動子9に印加する電圧の周波数および電圧値が記憶されている。従って、ボンディング動作を実行するボンディングツール2に対応した周波数および電圧値により設定されるボンディング条件に基づいてボンディング動作を制御することにより、全てのボンディングツール2において同等の振動パワーを発生させることが可能となり、ボンディングツール2毎の接合品質のばらつきを排除して均質な接合を実現することができる。また、1つの高周波電圧生成部21で複数のボンディングツール2に高周波電圧を印加することができるので、ボンディング装置1の小型化、コストの低廉化を実現することができる。
In this way, the
次に、ボンディング装置1におけるボンディング動作について工程順に説明する。まず、ボンディング動作制御の基礎データとなるボンディング条件を設定する(ST1)。具体的には、ボンディング荷重、ボンディング時間、振動パワーなどのワークデータとして記憶部11に記憶させる。このうち振動パワーについては各ボンディングツール2に対応して設定され、基本周波数と電圧値をボンディングツール2に対応させて記憶させる。次に、ボンディング装置1に備えられた複数のボンディングツール2のうち何れかのボンディングツール2を選択する(ST2)。ボンディング動作は記憶部11に予め記憶された制御プログラムに従って制御され、予めプログラミングされた順番でボンディングツール2と高周波電圧生成部21の接続が切り替えられる。なお、オペレータが選択手段である接続切替部22を操作することで任意のボンディングツール2を選択することも可能である。次に、選択されたボンディングツール2に対応した高周波電圧を生成する(ST3)。各ボンディングツール2に対応して設定された周波数および電圧値は記憶部11に記憶されており、選択されたボンディングツール2に対応した基本周波数および電圧値の高周波電圧が高周波電圧生成部21において生成される。
Next, the bonding operation in the
次に、選択されたボンディングツール2に荷重と振動を印加してチップ3を基板5の所定の接合箇所に接合する(ST4)。これらの荷重および振動は記憶部11に記憶されたボンディング条件に基づいて設定され、適切な強度で接合されるように制御される。また、記憶部11に記憶された基板5の接合箇所データに基づいて移動テーブル6の制御が行われ、ボンディングツール2に保持されたチップ3の下方に基板5の接合箇所が位置決めされる。
Next, a load and vibration are applied to the selected
以上の工程により、何れかのボンディングツール2に保持したチップ3を基板5の所定の接合箇所に接合するボンディング動作が一巡し、その後は、ST2〜ST4の工程を繰り返し行い、予めプログラミングされた実装箇所の全てにチップ3の接合を行う。ボンディング装置1においては、3つのボンディングツール2の各振動子9に所定の順番で高周波電圧を印加し、各ボンディングツール2に保持したチップ3を基板5に連続的にボンディングすることでスループットを向上させている。
Through the above steps, the bonding operation for bonding the
本発明によれば、独立した複数のボンディングツールによる連続ボンディングが可能となりタクトアップを実現することができるので、基板に多数のチップを接合する分野において有用である。 According to the present invention, continuous bonding with a plurality of independent bonding tools is possible, and tact-up can be realized, which is useful in the field of bonding a large number of chips to a substrate.
1 ボンディング装置
2 ボンディングツール
3 チップ(接合体)
5 基板(被接合体)
7 昇降機構(荷重印加手段)
9 振動子(振動印加手段)
10 制御部
11 記憶部
21 高周波電圧生成部
22 接続切替部(選択手段)
1
5 Substrate (bonded body)
7 Lifting mechanism (load application means)
9 vibrator (vibration applying means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (4)
前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、
前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、
前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、
前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、
を備え、
前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに前記高周波電圧を印加するボンディング装置。 A plurality of bonding tools that transmit load and vibration to the joined body;
A load applying means for applying a load to the plurality of bonding tools to press the bonded body against the bonded body;
A plurality of vibration applying means that are provided corresponding to the plurality of bonding tools and independently apply vibrations to the corresponding bonding tools;
A high-frequency voltage generator that generates a high-frequency voltage to be applied to any of the plurality of vibration applying means;
Selection means for selecting any bonding tool to apply the high-frequency voltage;
With
A bonding apparatus for applying the high-frequency voltage to any one of the bonding tools selected by the selection means.
前記高周波電圧生成部が、前記選択手段により選択された前記何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる請求項1記載のボンディング装置。 A storage unit that stores a fundamental frequency unique to each of the plurality of bonding tools and a voltage value of the high-frequency voltage applied to the vibration applying unit of the plurality of bonding tools in association with the plurality of bonding tools; Prepared,
The high-frequency voltage generation unit generates a high-frequency voltage based on the fundamental frequency and the voltage value corresponding to any one of the bonding tools selected by the selection unit, and is equivalent in any of the plurality of bonding tools. The bonding apparatus according to claim 1, wherein vibration power is generated.
前記複数のボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を被接合体に押圧する荷重印加手段と、
前記複数のボンディングツールに対応して設けられ、対応するボンディングツールに独立して振動を印加する複数の振動印加手段と、
前記複数の振動印加手段の何れかに印加する高周波電圧を生成する高周波電圧生成部と、
前記高周波電圧を印加する何れかのボンディングツールを選択する選択手段と、
を備えたボンディング装置におけるボンディング方法であって、
前記複数のボンディングツールのうち何れかのボンディングツールを選択する工程と、
前記選択されたボンディングツールに印加する高周波電圧を生成する工程と、
前記生成された高周波電圧を前記選択されたボンディングツールの前記振動印加手段に印加するとともに前記選択されたボンディングツールに荷重を印加して前記接合体を前記被接合体に接合する工程と、
を含むボンディング方法。 A plurality of bonding tools that transmit load and vibration to the joined body;
A load applying means for applying a load to the plurality of bonding tools to press the bonded body against the bonded body;
A plurality of vibration applying means that are provided corresponding to the plurality of bonding tools and independently apply vibrations to the corresponding bonding tools;
A high-frequency voltage generator that generates a high-frequency voltage to be applied to any of the plurality of vibration applying means;
Selection means for selecting any bonding tool to apply the high-frequency voltage;
A bonding method in a bonding apparatus comprising:
Selecting any one of the plurality of bonding tools;
Generating a high frequency voltage to be applied to the selected bonding tool;
Applying the generated high-frequency voltage to the vibration applying means of the selected bonding tool and applying a load to the selected bonding tool to bond the bonded body to the bonded body;
Including bonding method.
前記高周波電圧を生成する工程において、前記選択された何れかのボンディングツールに対応する前記基本周波数と前記電圧値に基づいて高周波電圧を生成し、前記複数のボンディングツールの何れにおいても同等の振動パワーを発生させる請求項3記載のボンディング方法。 The bonding apparatus stores the fundamental frequency unique to each of the plurality of bonding tools and the voltage value of the high-frequency voltage applied to the vibration applying means of the plurality of bonding tools in association with the plurality of bonding tools. A storage unit
In the step of generating the high-frequency voltage, a high-frequency voltage is generated based on the fundamental frequency and the voltage value corresponding to any one of the selected bonding tools, and the same vibration power in any of the plurality of bonding tools The bonding method according to claim 3, wherein:
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