JPH0567651A - ボンデイングツール - Google Patents
ボンデイングツールInfo
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- JPH0567651A JPH0567651A JP23009691A JP23009691A JPH0567651A JP H0567651 A JPH0567651 A JP H0567651A JP 23009691 A JP23009691 A JP 23009691A JP 23009691 A JP23009691 A JP 23009691A JP H0567651 A JPH0567651 A JP H0567651A
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- bonding tool
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Abstract
ールのボンディング面の熱歪を抑制することである。 【構成】 ボンディングツールは、シャンクと工具先端
部のブランク材との間に第1および第2応力緩和層を備
えている。第1応力緩和層はシャンク材とブランク材の
線膨張係数の中間程度あるいはブランク材と同等の線膨
張係数を有する材料から構成される。第2応力緩和層
は、ヤング率の小さい軟質材料から構成される。ブラン
ク材は基体上に析出された気相合成ダイヤモンドやダイ
ヤモンド焼結体、ダイヤモンド単結晶、バインダレスc
BN焼結体のいずれかから構成される。温度600℃に
おけるボンディングツールのボンディング面の平坦度は
3μm以下に抑制される。
Description
過程で使用されるTAB(Tape Automate
d Bonding)用ボンディングツールの構造に関
するものである。
ジのリードあるいはプリント配線基板のパターンとを電
気的に接続する方法の1つとしてTAB方式がある。T
AB方式は、耐熱樹脂テープの表面にリードパターンを
形成し、半導体チップの電極パッドとこのリードパター
ンが形成されたフィルムキャリアテープのリードとを位
置合わせして接合する方法であり、半導体チップの多ピ
ン化、薄型化の点でワイヤボンディング方式に比べて優
れている。
造図である。リードパターンが形成されたフィルムキャ
リアテープ12はリール状に成形されており、一方のリ
ールから他方のリールに連続的に送り出される。加熱ス
テージ15の表面上には半導体チップ14が載置され
る。そして、半導体チップ14のバンプとフィルムキャ
リアテープ12のインナーリード13とが位置合わせさ
れる。この状態で、500〜600℃に加熱されたボン
ディングツール11がインナーリード13を半導体チッ
プ14のバンプに押付けることにより両者が接合され
る。両者の接合は、たとえばフィルムキャリアテープ1
2に形成されたリードパターンがSnメッキされた銅で
あり、半導体チップのバンプがAuの場合には、両者の
間でAu/Sn共晶合金が形成されることにより行なわ
れる。現在、半導体チップは大きいもので16mm角を
超えており、そのほぼ全周囲にわたって形成されたバン
プに対してすべてのインナーリード13を均一に接合す
るために、ボンディングツール11はその表面が平坦で
あることが要求される。たとえば、使用温度が500〜
600℃の場合には、ボンディング面(先端面)の平坦
度は最大でも3μm以内、理想的には1μm以内が要求
される。
なし、装置の所定の位置に取付けるためのシャンク部
と、ボンディング動作を行なうための先端表面を有する
ブランク(工具先端部)とから構成される。ボンディン
グツールには以下の条件が要求される。
ールのボンディング面の平坦度が最大3μm以内である
こと。
いて、ブランク内の温度の差が10℃以内であること。
温度分布のばらつきが大きいと、ボンディング面の場所
によってはインナーリードと半導体チップのバンプとの
接合部にAu/Sn共晶の形成が不均一になる。
作の繰り返しに耐え得る耐摩耗性があること。
ボンディングツールのブランクの材料として気相合成ダ
イヤモンド、バインダレスcBN焼結体、ダイヤモンド
焼結体あるいはダイヤモンド単結晶などが用いられてき
た。
多機能高集積化のために大型化傾向を示し、今後は20
mm角あるいはそれ以上の半導体チップの実現が予測さ
れる。半導体チップが大型化すると、それに対応してボ
ンディングツールのボンディング面も大きく形成する必
要がある。ところが、ボンディング面を大きくすること
によってブランクが大型化すると、シャンクとブランク
との熱膨張率の違いに起因する熱応力が増大する。そし
て、この熱応力によりブランクの先端面に歪が生じる。
この歪量は5〜10μmのオーダで生じる。このためボ
ンディングツールに要求される表面の平坦性の条件を満
たすことができなくなる。図10は、表面に反りを生じ
たボンディングツールのボンディング動作を示す構造図
である。半導体チップ14の表面には多数のバンプ16
とインナーリード13との接合部が示されている。ブラ
ンクAの表面に熱応力に起因する反りRが発生すると、
ボンディング時にすべてのインナーリード13表面に均
一に接触することができない。このため、インナーリー
ドと半導体チップのバンプ16との共晶接合の不良が生
じるという問題があった。
点を解消するためになされたもので、熱応力に起因する
表面歪の低い、かつボンディング面の大型化が可能なボ
ンディングツールを提供することを目的とする。
9に係るボンディングツールは、工具先端部とシャンク
との間に少なくとも1層の応力緩和層を介在して接合さ
れている。工具先端部は、Si、Si3 N4 を主成分と
する焼結体、SiCを主成分とする焼結体、AlNを主
成分とする焼結体および/またはこれらの複合体からな
る基体に気相合成法で析出させた多結晶ダイヤモンドを
被覆したもの、あるいはダイヤモンド単結晶、バインダ
レスcBN焼結体、ダイヤモンド焼結体のいずれかから
構成される。
での線膨張率が10×10-6/℃以下である材料、ある
いはAu、Cu、Ag、Taのうちから選ばれた1種以
上の材料のいずれかから構成される。
層は室温から600℃までの線膨張率が10×10-6/
℃以下である材料から構成され、第2の層がAu、C
u、Ag、Taのうちから選ばれた1種以上の材料から
構成される。
張率の差に起因して、特に工具先端部に生じる熱応力を
緩和する。これにより、熱応力による工具先端部の表面
の歪を抑制する。
などの軟質の材料が用いられた場合には、この応力緩和
層が変形することによりシャンクと工具先端部との熱変
形量の差を吸収し熱応力を緩和する。
の線膨張率が10×10-6/℃以下の材料、すなわちシ
ャンクと工具先端部の各々の線膨張率の間にある材料を
用いた場合には、シャンクと応力緩和層および応力緩和
層と工具先端部との相対的な熱変形量を小さくすること
により、熱応力を緩和する。
力緩和層を用いることにより、熱応力の吸収効果はより
増大する。
る。
の発明によるボンディングツールの断面構造図である。
また、図4および図8は、比較のために作成された従来
のボンディングツールの断面構造図である。
第1応力緩和層B1、第2応力緩和層B2およびシャン
ク4とを備える。工具先端部Aは、マイクロ波プラズマ
法により、1辺20mm×20mm、厚さ3mmのSi
C焼結体1bの上に膜厚50μmの気相合成ダイヤモン
ド1aを被覆して構成されている。第1応力緩和層B1
は厚さ3mmで線膨張率が4.2×10-6/℃のSiC
焼結体2から構成されている。第2応力緩和層B2は膜
厚0.1mmの99.99%のAu3から構成されてい
る。シャンク4はNi含有量29%、Co含有量17%
のFe−Ni−Co合金(コバール)から構成されてい
る。工具先端部Aと第1応力緩和層B1はAg−Cu−
Ti合金ろう材10によって接合されている。また、第
1応力緩和層B1と第2応力緩和層B2は第1接合層C
1により接合されている。第1接合層C1は第1応力緩
和層B1側から順にTi層7、Pt層8およびAu層9
から構成されている。また、第2応力緩和層B2とシャ
ンク4とは第2接合層C2によって接合されている。第
2接合層C2は第2応力緩和層B2側から順にAu層6
とNi層5とから構成されている。
順で作製された。 (1) シャンク4の表面に拡散防止層として1μm厚
さのNi層5を形成し、さらにその表面上に3μm厚さ
のAu層6を被覆し、第2応力緩和層B2のAu層3と
熱圧着により接合した。
体2の表面に接合強化層としてTi層7を膜厚1000
Å形成し、さらにその表面上に拡散防止層としてPt層
8を膜厚3000Åに、さらにその表面上にAu層9を
膜厚3μmに被覆し、第2応力緩和層B2のAu層3と
熱圧着により接合した。
第1応力緩和層B1のSiC焼結体2とAg−Cu−T
i合金ろう材10により真空中で870℃でろう付け接
合した。
イヤモンド層1aをラッピングすることにより鏡面仕上
を行ない、常温での平坦度が1μm以内、面粗さでRm
ax0.04μmのボンディングツールを作製した。
すボンディングツールを作製した。図2に示すボンディ
ングツールは、図1に示すボンディングツールに対し
て、応力緩和層としてAu層3からなる第2応力緩和層
B2のみから構成されている。また、図3に示すボンデ
ィングツールは、図1に示すボンディングツールに対し
て、応力緩和層としてSiC焼結体2からなる第1応力
緩和層B1のみを設けたものである。さらに、比較のた
めに、図4に示すように応力緩和層を全く設けていない
ボンディングツールを作製した。
グツールに対し、各々温度600℃でのボンディング面
の平坦度を測定した。表1は4種類のボンディングツー
ルのボンディング面の平坦度を示している。
応力緩和層を2層設けたものが最もよい結果を示してい
る。また、図4に示す応力緩和層を設けていないボンデ
ィングツールは、ボンディング面の平坦度の温度変化が
大きく、ボンディングツールとしては使用できなかっ
た。
様に、工具先端部A、第1応力緩和層B1、第2応力緩
和層B2およびシャンク4とから構成されている。工具
先端部Aは1辺が8mm×8mm、厚さ2mmの合成ダ
イヤモンド単結晶1cから構成される。第1応力緩和層
B1は厚さ3mmで線膨張率が6.0×10-6/℃のモ
リブデン20から構成される。また、第2応力緩和層B
2は、厚さ0.5mmの99.99%のCu層30から
構成される。さらに、シャンク4はNi36%のFe−
Ni合金(インバー合金)から構成される。工具先端部
Aと第1応力緩和層B1は接合層C4により接合され
る。接合層C4は、合成ダイヤモンド単結晶1cの表面
を被覆するTi層7と、その表面を被覆するPt層8
と、さらにPt層8の表面とMo層の表面とを接合する
Ag−Cu−Ti合金ろう材10とから構成される。ま
た、第1応力緩和層B1と第2応力緩和層B2とシャン
ク4とは各々Ag−Cu−Ti合金ろう材10によって
接合されている。
を以下の手順で作製した。 (1) 工具先端部Aには接合強化層としてTi層7を
膜厚500Å形成し、さらにその表面にNi層8を膜厚
3μm被覆し、ろう付けの下地処理を行なった。
Mo層20、第2応力緩和層のCu層30および下地処
理を施した工具先端部Aを各々Au−Cu−Ti合金ろ
う材10により870℃の真空中でろう付け接合をし
た。
ヤモンド単結晶層1c表面をラッピングすることによっ
て鏡面仕上を行ない、常温での平坦度が1μm以内、面
粗さがRmax0.04μmのボンディングツールを作
製した。
ボンディングツールを作製した。図6に示すボンディン
グツールは、図5に示すボンディングツールに対してM
o層20からなる第1応力緩和層を省略し、Cu層30
からなる第2応力緩和層B2のみを設けたものである。
また、図7に示すボンディングツールは図5に示すボン
ディングツールに対してMo層20からなる第1応力緩
和層のみを設けたものである。さらに、比較のために図
8に示す応力緩和層を全く設けていないボンディングツ
ールを作製した。そして、以上の4種類のボンディング
ツールに対し、各々温度600℃に昇温した場合のボン
ディング面の平坦度を測定した。表2にその平坦度の測
定結果が示される。
和層を2層設けたものが最も平坦な表面を有している。
また、図8に示す応力緩和層を設けないボンディングツ
ールは、表面平坦度の温度変化が大きく、ボンディング
ツールとしては使用できなかった。
ツールは、工具先端部Aと第1応力緩和層B1、第2応
力緩和層B2のいずれか一方またはその両者と、シャン
ク4とを備えている。第1応力緩和層B1は、工具先端
部Aのブランク材(線膨張係数3〜6×10-6/℃)と
シャンク材(線膨張係数10〜20×10-6/℃)の中
間程度かあるいはブランク材と同等の線膨張率(10×
10-6/℃)以下の材料で構成される。そして、その厚
みは0.3〜5.0mmの範囲が好ましい。厚みが0.
3mm以下では応力緩和の効果が顕著に現われない。ま
た、5.0mm以上では経済的な問題や設計上の問題が
生じる。
る。すなわち、ヤング率の小さい材料を採用することに
より、熱歪によって生じる熱応力を小さくすることがで
きる。また、厚みは0.05〜1mmの範囲が好まし
い。あまり薄い場合には、効果が現われず、また厚すぎ
る場合には経済的な問題などが発生する。
緩和層B1、B2およびシャンク4の接合には各層を構
成する材料に応じてこれらの材料と反応性に富んだ元素
をろう材に添加して接合する必要がある。このため、上
記の実施例1および実施例2では主に3つの接合方法が
示されている。
Va、VIa、VIIa族元素の少なくとも1種以上か
らなる合金のろう材を使用して接合する。
1および第2応力緩和層B1、B2の接合表面に、周期
律表IVa、Va、VIa、VIIa族元素のうち少な
くとも1種以上からなる金属あるいは合金、またはこれ
ら元素の化合物からなる薄膜を被覆し、さらにその表面
に周期律表第VIII族、Cu、Ag、Auのうちの1
種以上からなる薄膜を被覆して酸化防止層を形成する。
その後600℃以上の融点を有するろう材を用いてろう
付け接合を行なう。
1および第2応力緩和層B1、B2およびシャンク4の
接合表面に周期律表IVa、Va、VIa、VIIa族
元素のうち少なくとも1種以上からなる合金またはこれ
らの化合物からなる薄膜を接着強化層として被覆する。
さらに、その表面に拡散防止層としてPt、Pd、W、
Mo、Ta、Niの少なくとも1種以上からなる金属あ
るいは合金の薄膜を形成する。そして、このような下地
処理が施された後、Auを用いた熱圧着法によって接合
する。
Si、Si3 N4 、SiC、AlNを主成分とする焼結
体を基材とする気相合成ダイヤモンド、あるいはダイヤ
モンド単結晶、ダイヤモンド焼結体、バインダレスcB
N焼結体などが用いられる。
コネル、インバー合金、ステンレス鋼、Mo、W、W−
Cu合金、W−Ni合金、超硬合金などが用いられる。
グツールは、ボンディング面が形成された工具先端部と
シャンクとの間に少なくとも1層以上の応力緩和層を設
けたことにより、シャンクと工具先端部との熱膨張係数
の相違に起因する熱応力を応力緩和層が緩和することに
よってボンディング動作時の高温度下におけるボンディ
ング面の熱歪を低下させ、大型化した半導体チップへの
ボンディング作業を良好に行なわすことができる。
す断面構造図である。
を示す断面構造図である。
を示す断面構造図である。
造図である。
を示す断面構造図である。
を示す断面構造図である。
を示す断面構造図である。
造図である。
動作を示す装置構造図である。
ング作業状態を示す説明図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 ダイヤモンドまたはcBNを主成分とす
る硬質物質のいずれかを工具先端部とし、前記工具先端
部が少なくとも1層以上の応力緩和層を介在してシャン
クと接続されていることを特徴とする、ボンディングツ
ール。 - 【請求項2】 前記工具先端部が、Si、Si3 N4 を
主成分とする焼結体、SiCを主成分とする焼結体、A
lNを主成分とする焼結体および/またはこれらの複合
体からなる基体上に気相合成法で析出させた多結晶ダイ
ヤモンドを被覆した積層体、ダイヤモンド単結晶、バイ
ンダレスcBN焼結体、ダイヤモンド焼結体のいずれか
1つから構成される、請求項1記載のボンディングツー
ル。 - 【請求項3】 前記応力緩和層が、室温から600℃ま
での線膨張率が10×10-6/℃以下である材料からな
る、請求項1または請求項2記載のボンディングツー
ル。 - 【請求項4】 前記応力緩和層の厚さが、0.3〜5.
0mmである、請求項3記載のボンディングツール。 - 【請求項5】 前記応力緩和層が、Au、Cu、Ag、
Taのうちから選ばれる少なくとも1つの材料から構成
される、請求項1または請求項2のいずれかに記載のボ
ンディングツール。 - 【請求項6】 前記応力緩和層の厚さが、0.05〜1
mmである、請求項5記載のボンディングツール。 - 【請求項7】 前記応力緩和層が、室温から600℃ま
での線膨張率が10×10-6/℃以下である材料から構
成される第1の層と、Au、Cu、Ag、Taのうちか
ら選ばれた少なくとも1種類の材料から構成される第2
の層とを含む、請求項1または請求項2のいずれかに記
載のボンディングツール。 - 【請求項8】 前記応力緩和層の前記第1の層の厚さ
が、0.3〜5.0mmである、請求項7記載のボンデ
ィングツール。 - 【請求項9】 前記応力緩和層の第2の層の厚さが0.
05〜1mmである、請求項7記載のボンディングツー
ル。 - 【請求項10】 前記工具先端部と前記応力緩和層およ
び/または前記シャンクと前記応力緩和層との接合が、
600℃以上の融点を有するろう材により行なわれてい
る、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のボンデ
ィングツール。 - 【請求項11】 前記ろう材は、周期律表IVa、V
a、VIa、VIIa族元素のうち少なくとも1種以上
を含む合金である、請求項10記載のボンディングツー
ル。 - 【請求項12】 前記工具先端部の接合表面には、周期
律表第IVa、Va、VIa、VIIa族元素の少なく
とも1種以上からなる金属あるいは合金、またはこれら
元素の化合物からなる薄膜と、周期律表第VIII族、
Cu、Ag、Auのうちの1種以上からなる薄膜とがこ
の順番で被覆された被覆層が形成されており、 前記工具先端部は、前記被覆層を介在して600℃以上
の融点を有するろう材によって前記応力緩和層と接合さ
れている、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の
ボンディングツール。 - 【請求項13】 前記工具先端部と前記応力緩和層およ
び/または前記応力緩和層と前記工具先端部との接合
が、熱圧着により形成された金により行なわれている、
請求項1ないし請求項9のいずれかに記載のボンディン
グツール。 - 【請求項14】 前記工具先端部および/またはシャン
クの接合表面には、周期律表IVa、Va、VIa、V
IIa族元素の少なくとも1種以上からなる合金、また
はこれら元素の化合物からなる接着強化層が形成され、
さらに前記接着強化層の表面には、Pt、Pd、W、M
o、Ta、Niのうちから選ばれた少なくとも1種以上
からなる金属あるいは合金の拡散防止層が形成されてい
る、請求項13記載のボンディングツール。 - 【請求項15】 前記シャンクは、少なくとも接合側の
一部が、コバール、インコネル、インバー合金、ステン
レス鋼、Mo、W、W−Cu合金、W−Ni合金、超硬
合金のうちから選ばれたいずれか1つからなる、請求項
1ないし請求項14のいずれかに記載のボンディングツ
ール。 - 【請求項16】 前記応力緩和層の前記第1の層と前記
第2の層との接合が、600℃以上の融点を有するろう
材により行なわれている、請求項7ないし請求項9のい
ずれかに記載のボンディングツール。 - 【請求項17】 前記ろう材は、周期律表IVa、V
a、VIa、VIIa族元素のうち少なくとも1種以上
を含む合金である、請求項16記載のボンディングツー
ル。 - 【請求項18】 前記応力緩和層の前記第1の層と前記
第2の層との接合が、熱圧着により形成された金により
行なわれている、請求項7ないし請求項9のいずれかに
記載のボンディングツール。 - 【請求項19】 前記応力緩和層の接合表面には、周期
律表IVa、Va、VIa、VIIa族元素の少なくと
も1種以上からなる合金、またはこれら元素の化合物か
らなる接着強化層が形成され、さらに前記接着強化層の
表面には、Pt、Pd、W、Mo、Ta、Niのうちか
ら選ばれた少なくとも1種以上からなる金属あるいは合
金の拡散防止層が形成されている、請求項18記載のボ
ンディングツール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23009691A JP2656864B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | ボンディングツール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP23009691A JP2656864B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | ボンディングツール |
Publications (2)
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JPH0567651A true JPH0567651A (ja) | 1993-03-19 |
JP2656864B2 JP2656864B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=16902491
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP23009691A Expired - Lifetime JP2656864B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | ボンディングツール |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2656864B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997045867A1 (fr) * | 1996-05-27 | 1997-12-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Puce utilisee comme un outil, organe de fixation pourvu d'une telle puce et procede de commande de cet organe |
JP2006210534A (ja) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 実装工具 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101740964B1 (ko) * | 2016-06-17 | 2017-05-31 | 한국과학기술연구원 | 본딩 툴 및 그 제조 방법 |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP23009691A patent/JP2656864B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US6270898B1 (en) | 1996-05-27 | 2001-08-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Tool tip and bonding tool comprising the tool tip and control method for the bonding tool |
JP2006210534A (ja) * | 2005-01-26 | 2006-08-10 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 実装工具 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2656864B2 (ja) | 1997-09-24 |
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