JPH06124980A - Bonding method of ic and bonding head - Google Patents
Bonding method of ic and bonding headInfo
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- JPH06124980A JPH06124980A JP29926692A JP29926692A JPH06124980A JP H06124980 A JPH06124980 A JP H06124980A JP 29926692 A JP29926692 A JP 29926692A JP 29926692 A JP29926692 A JP 29926692A JP H06124980 A JPH06124980 A JP H06124980A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はICチップのボンディ
ング方法および該方法で使用するボンディングヘッドに
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an IC chip bonding method and a bonding head used in the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】ICチップの組立技術の1つとして、フ
リップチップボンディング方法が知られている。このボ
ンディング方法は、例えば図7に示すように、ICチッ
プ1の下面に設けられた電極2を、該電極2の下面に予
め設けられた半田バンプ3を介して、配線基板4の上面
に設けられた配線パターン5の接続パッド6に接続する
方法である。2. Description of the Related Art A flip chip bonding method is known as one of IC chip assembling technologies. In this bonding method, for example, as shown in FIG. 7, the electrode 2 provided on the lower surface of the IC chip 1 is provided on the upper surface of the wiring substrate 4 via the solder bumps 3 previously provided on the lower surface of the electrode 2. This is a method of connecting to the connection pad 6 of the wiring pattern 5 thus formed.
【0003】このボンディング方法についてさらに詳述
すると、まず、図4に示すように、配線基板4はテーブ
ル7の上面に位置決めされて載置されている。一方、I
Cチップ1は、図示しない真空ポンプに接続された搭載
ヘッド8の下端面に吸着され、搭載ヘッド8の水平方向
への移動により、アライメントされた状態で配線基板4
の上方に位置させられる。この場合、ICチップ1の電
極2の下面に設けられた半田バンプ3の下面には予めフ
ラックス9が塗布されている。そして、搭載ヘッド8が
下降し、ICチップ1に対する吸着を解除した後上昇し
さらに水平方向に移動すると、図5に示すように、IC
チップ1が配線基板4上の所定位置に載置される。この
状態では、フラックス9が接続パッド6に付着すること
により、ICチップ1が配線基板4上に仮固定される。The bonding method will be described in more detail. First, as shown in FIG. 4, the wiring board 4 is positioned and placed on the upper surface of the table 7. On the other hand, I
The C chip 1 is attracted to the lower end surface of the mounting head 8 connected to a vacuum pump (not shown), and is moved in the horizontal direction of the mounting head 8 so that the wiring board 4 is aligned.
Located above. In this case, the flux 9 is applied in advance to the lower surface of the solder bump 3 provided on the lower surface of the electrode 2 of the IC chip 1. Then, when the mounting head 8 descends, the adsorption to the IC chip 1 is released, and then it rises and further moves in the horizontal direction, as shown in FIG.
The chip 1 is placed at a predetermined position on the wiring board 4. In this state, the flux 9 adheres to the connection pads 6 to temporarily fix the IC chip 1 on the wiring board 4.
【0004】次に、図6に示すように、電圧を印加する
ことにより所定温度に加熱されたボンディングヘッド1
0が下降し、その下端面がICチップ1の上面に圧接さ
れると、半田バンプ3が加熱されて溶融する。この場
合、銅等の金属からなる接続パッド6の表面の酸化膜か
ら酸素をフラックス9が取り込むことにより、接続パッ
ド6の表面が還元され、これにより溶融した半田バンプ
3と接続パッド6の表面との密着性が向上する。次い
で、ボンディングヘッド10への電圧の印加を停止する
と、ボンディングヘッド10およびICチップ1の温度
が放熱により低下し、これにより半田バンプ3が温度低
下により固化し、この結果電極2が半田バンプ3を介し
て接続パッド6に固着(接続)される。この後、ボンデ
ィングヘッド10を上昇させる。次に、塩素系溶剤やフ
ッ素系溶剤等の溶剤により洗浄してフラックス9を除去
すると、図7に示すようになる。フラックス9を除去す
る理由は、フラックス9を残存させておくと、フラック
ス9が空気中の水分を経時的に吸収して導電性を持ち、
この導電性を持ったフラックス9を介してICチップ1
の隣接する電極2間でショートが発生することがあるの
で、これを未然に防止するためである。Next, as shown in FIG. 6, the bonding head 1 heated to a predetermined temperature by applying a voltage.
When 0 descends and its lower end surface is pressed against the upper surface of the IC chip 1, the solder bump 3 is heated and melted. In this case, the flux 9 takes in oxygen from the oxide film on the surface of the connection pad 6 made of a metal such as copper, whereby the surface of the connection pad 6 is reduced, and the melted solder bumps 3 and the surface of the connection pad 6 are thereby reduced. Improves the adhesion. Next, when the voltage application to the bonding head 10 is stopped, the temperatures of the bonding head 10 and the IC chip 1 are lowered by heat dissipation, and the solder bumps 3 are solidified by the temperature drop, and as a result, the electrodes 2 fix the solder bumps 3. It is fixedly attached (connected) to the connection pad 6 via. Then, the bonding head 10 is raised. Next, when the flux 9 is removed by cleaning with a solvent such as a chlorine-based solvent or a fluorine-based solvent, the result is as shown in FIG. The reason for removing the flux 9 is that if the flux 9 is left as it is, the flux 9 absorbs moisture in the air over time and has conductivity.
The IC chip 1 through the flux 9 having conductivity
This is because a short circuit may occur between the electrodes 2 adjacent to each other, and this is prevented in advance.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このようなICチップのボンディング方法では、ICチ
ップ1を仮固定するため、および接続パッド6の表面を
還元して半田バンプ3との密着性を向上するために、フ
ラックス9を使用し、かつこのフラックス9に起因する
ICチップ1の隣接する電極2間でのショートの発生を
未然に防止するために、フラックス9を除去している関
係から、フラックス9を塗布する工程と、フラックス9
を除去する工程とが必要であり、したがってその分だけ
工程数が多く、コストアップになるという問題があっ
た。また、搭載ヘッド8によるICチップ1の配線基板
4上への載置工程と、ボンディングヘッド10による熱
圧着工程とが別々であるので、これまた工程数が多く、
さらにコストアップになるという問題があった。この発
明の目的は、工程数を少なくすることのできるICチッ
プのボンディング方法および該方法で使用するボンディ
ングヘッドを提供することにある。However, in such a conventional IC chip bonding method, in order to temporarily fix the IC chip 1 and reduce the surface of the connection pad 6, the adhesion with the solder bump 3 is improved. In order to improve, the flux 9 is used, and in order to prevent the occurrence of a short circuit between the adjacent electrodes 2 of the IC chip 1 due to the flux 9, the flux 9 is removed. Step of applying flux 9 and flux 9
Therefore, there is a problem that the number of steps is increased and the cost is increased. Further, since the step of mounting the IC chip 1 on the wiring board 4 by the mounting head 8 and the thermocompression bonding step by the bonding head 10 are separate, the number of steps is also large.
There was a problem that the cost would be further increased. An object of the present invention is to provide an IC chip bonding method which can reduce the number of steps and a bonding head used in the method.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ICチップの電極を該電極に設けられた半田バンプを介
して配線基板の接続パッドに接続する際に、不活性ガス
と還元用ガスとの混合ガスを前記半田バンプを溶融させ
ることのできる温度以上に加熱して吹き付けるようにし
たものである。請求項2記載の発明は、前記混合ガスを
吹き付ける際に、前記ICチップを吸着により平面方向
に位置決めした状態で鉛直方向に圧力を加えて前記配線
基板上に圧接させておくようにしたものである。請求項
3記載の発明は、大きい管とその内部に配置された小さ
い管とからなるボンディングヘッドであって、前記大き
い管と前記小さい管との間から加熱されたガスを射出
し、前記小さい管の内部によって真空吸引するようにし
たものである。The invention according to claim 1 is
When the electrode of the IC chip is connected to the connection pad of the wiring board via the solder bump provided on the electrode, the mixed gas of the inert gas and the reducing gas is at a temperature at which the solder bump can be melted or higher. It is designed to be heated and sprayed on. According to a second aspect of the present invention, when the mixed gas is blown, pressure is applied in the vertical direction in a state in which the IC chip is positioned in a plane direction by adsorption and is kept in pressure contact with the wiring board. is there. The invention according to claim 3 is a bonding head comprising a large tube and a small tube disposed inside the bonding head, wherein heated gas is injected from between the large tube and the small tube to produce the small tube. Vacuum suction is performed by the inside of the.
【0007】[0007]
【作用】請求項1記載の発明によれば、不活性ガスと還
元用ガスとの混合ガスを高温で吹き付けて半田バンプを
溶融する際、該混合ガス中の還元用ガスによって接続パ
ッドの表面を還元することができ、したがって接続パッ
ドの表面を還元するためのフラックスが不要となり、そ
の分だけ工程数を少なくすることができる。この場合、
請求項2記載の発明のように、ICチップを吸着により
平面方向に位置決めした状態で鉛直方向に圧力を加えて
配線基板上に圧接させるようにすると、ICチップを仮
固定するためのフラックスも不要となり、またICチッ
プを配線基板上に載置した後直ちに熱圧着することがで
き、したがって工程数をより一層少なくすることができ
る。請求項3記載の発明によれば、小さい管によりIC
チップを吸着して平面方向に位置決めした状態で鉛直方
向に圧力を加えて配線基板上に圧接させるようにする
と、ICチップを仮固定するためのフラックスが不要と
なり、また大きい管と小さい管との間から不活性ガスと
還元用ガスとの混合ガスを高温で射出させて半田バンプ
を溶融させるようにすると、ICチップを配線基板上に
載置した後直ちに熱圧着することができる上、接続パッ
ドの表面を還元するためのフラックスが不要となり、し
たがって工程数を少なくすることができる。According to the first aspect of the present invention, when the mixed gas of the inert gas and the reducing gas is blown at a high temperature to melt the solder bumps, the reducing gas in the mixed gas causes the surface of the connection pad to move. Therefore, the flux for reducing the surface of the connection pad becomes unnecessary, and the number of steps can be reduced accordingly. in this case,
When the IC chip is positioned in the plane direction by suction and pressure is applied in the vertical direction to press the IC chip onto the wiring board, the flux for temporarily fixing the IC chip is also unnecessary. In addition, the IC chip can be thermocompression bonded immediately after it is placed on the wiring board, so that the number of steps can be further reduced. According to the invention of claim 3, the IC is formed by a small tube.
If pressure is applied vertically to the wiring board while the chips are adsorbed and positioned in the plane direction, the flux for temporarily fixing the IC chip becomes unnecessary, and a large tube and a small tube are not combined. By injecting a mixed gas of an inert gas and a reducing gas at a high temperature from between to melt the solder bumps, it is possible to perform thermocompression bonding immediately after mounting the IC chip on the wiring board, and also to connect pads. No flux is required to reduce the surface of, so that the number of steps can be reduced.
【0008】[0008]
【実施例】図1(A)、(B)はこの発明の一実施例に
おけるボンディング装置の要部を示したものである。こ
れらの図において、図4と同一部分には同一の符号を付
し、その説明を適宜省略する。このボンディング装置に
おけるボンディングヘッド11は、大きい管12とその
内部中心に配置された小さい管13とによって構成さ
れ、大きい管12と小さい管13との間から加熱された
ガスを射出し、小さい管13の内部によって真空吸引す
るようになっている。このため、大きい管12と小さい
管13との間は、図示していないが、ガス加熱器および
ガス供給源に接続されている。小さい管13の内部は、
これまた図示していないが、真空ポンプに接続されてい
る。なお、この実施例のICチップ1の下面にはアルミ
ニウム等の金属からなる電極2が設けられ、電極2の下
面には必要に応じて半田との密着性の良い金属膜(図示
せず)を介して半田バンプ3が設けられ、また半田バン
プ3の下面にはフラックスが設けられていない。1 (A) and 1 (B) show the essential parts of a bonding apparatus in an embodiment of the present invention. In these figures, the same parts as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. The bonding head 11 in this bonding apparatus is composed of a large tube 12 and a small tube 13 arranged in the inner center of the large tube 12, and injects heated gas from between the large tube 12 and the small tube 13 to generate a small tube 13. It is designed to be vacuumed by the inside of the. Therefore, between the large pipe 12 and the small pipe 13, although not shown, is connected to a gas heater and a gas supply source. Inside the small tube 13,
This is also not shown, but is connected to a vacuum pump. An electrode 2 made of a metal such as aluminum is provided on the lower surface of the IC chip 1 of this embodiment, and a metal film (not shown) having good adhesion to solder is provided on the lower surface of the electrode 2 if necessary. The solder bumps 3 are provided via the solder bumps 3, and no flux is provided on the lower surface of the solder bumps 3.
【0009】次に、このボンディング装置の動作につい
て説明する。まず、図1(A)に示すように、セラミッ
クや樹脂等からなる配線基板4はテーブル7の上面に位
置決めされて載置されている。一方、ICチップ1は、
ボンディングヘッド11の小さい管13の下端面に吸着
され、ボンディングヘッド11の水平方向への移動によ
り、アライメントされた状態で配線基板4の上方に位置
させられる。そして、図2に示すように、ボンディング
ヘッド11が下降すると、ICチップ1が配線基板4上
の所定位置に載置される。この状態では、ICチップ1
は、ボンディングヘッド11の小さい管13の下端面に
吸着されていることにより、平面方向に位置決めされた
状態で鉛直方向に圧力を加えられて配線基板4上に圧接
される。したがって、ICチップ1を仮固定するための
フラックスは不要である。Next, the operation of this bonding apparatus will be described. First, as shown in FIG. 1A, the wiring substrate 4 made of ceramic, resin, or the like is positioned and placed on the upper surface of the table 7. On the other hand, the IC chip 1
It is adsorbed to the lower end surface of the small tube 13 of the bonding head 11 and is positioned above the wiring board 4 in an aligned state by the horizontal movement of the bonding head 11. Then, as shown in FIG. 2, when the bonding head 11 descends, the IC chip 1 is placed at a predetermined position on the wiring board 4. In this state, the IC chip 1
Is adsorbed to the lower end surface of the small tube 13 of the bonding head 11, so that it is pressed in the vertical direction while being positioned in the plane direction and is pressed onto the wiring board 4. Therefore, the flux for temporarily fixing the IC chip 1 is unnecessary.
【0010】次に、図3に示すように、ボンディングヘ
ッド11の大きい管12と小さい管13との間から、ア
ルゴンやヘリウム等の不活性ガスに1〜5%程度の割合
で水素ガス等からなる還元用ガスが混合されてなる混合
ガスを240〜300℃程度の高温で射出させ、ICチ
ップ1等に吹き付ける。すると、高温の混合ガス中の還
元用ガスによって銅等の金属からなる接続パッド6の表
面の酸化膜が次の反応式により還元される(ここでは還
元ガスとして水素ガスを用いた。)。 MO+H2→M+H2O (M:金属) この場合、発生したH2Oは蒸発する。したがって、接
続パッド6の表面を還元するためのフラックスは不要で
ある。Next, as shown in FIG. 3, from the space between the large pipe 12 and the small pipe 13 of the bonding head 11 to the inert gas such as argon or helium, hydrogen gas or the like is added at a rate of about 1 to 5%. A mixed gas obtained by mixing the reducing gas is injected at a high temperature of about 240 to 300 ° C. and sprayed onto the IC chip 1 and the like. Then, the oxide film on the surface of the connection pad 6 made of a metal such as copper is reduced by the reducing gas in the high temperature mixed gas by the following reaction formula (here, hydrogen gas is used as the reducing gas). MO + H 2 → M + H 2 O (M: metal) In this case, the generated H 2 O evaporates. Therefore, the flux for reducing the surface of the connection pad 6 is unnecessary.
【0011】また、同時に、240〜300℃程度の混
合ガスによりICチップ1が加熱され、これにより半田
バンプ3が溶融される。ここで、この実施例で用いられ
ている半田はスズと鉛の混合比が6対4である共晶半田
であり、その融点は183℃であるので、240〜30
0℃程度の混合ガスでICチップ1を加熱することによ
り、半田バンプ3を十分に溶融させることができる。次
いで、混合ガスの射出を停止すると、ボンディングヘッ
ド11およびICチップ1の温度が放熱により低下し、
これにより半田バンプ3が温度低下により固化し、この
結果電極2が半田バンプ3を介して接続パッド6に固着
(接続)される。この後、ICチップ1の吸着を解除す
るとともにボンディングヘッド11を上昇させる。この
ように、特殊な構造のボンディングヘッド11のみを用
いて、ICチップ1を配線基板4上に載置した後直ちに
熱圧着することができる。At the same time, the IC chip 1 is heated by the mixed gas of about 240 to 300 ° C., so that the solder bumps 3 are melted. Here, the solder used in this example is a eutectic solder in which the mixing ratio of tin and lead is 6: 4, and its melting point is 183 ° C., so 240 to 30
By heating the IC chip 1 with a mixed gas of about 0 ° C., the solder bumps 3 can be sufficiently melted. Next, when the injection of the mixed gas is stopped, the temperatures of the bonding head 11 and the IC chip 1 decrease due to heat dissipation,
As a result, the solder bumps 3 are solidified due to the temperature decrease, and as a result, the electrodes 2 are fixed (connected) to the connection pads 6 via the solder bumps 3. After that, the suction of the IC chip 1 is released and the bonding head 11 is raised. As described above, by using only the bonding head 11 having the special structure, the IC chip 1 can be thermocompression bonded immediately after being mounted on the wiring board 4.
【0012】[0012]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、不活性ガスと還元用ガスとの混合ガスを高
温で吹き付けて半田バンプを溶融する際、該混合ガス中
の還元用ガスによって接続パッドの表面を還元すること
ができるので、接続パッドの表面を還元するためのフラ
ックスが不要となり、その分だけ工程数が少なくなり、
コストダウンを図ることができる。この場合、請求項2
記載の発明のように、ICチップを吸着により平面方向
に位置決めした状態で鉛直方向に圧力を加えて配線基板
上に圧接させるようにすると、ICチップを仮固定する
ためのフラックスも不要となり、またICチップを配線
基板上に載置した後直ちに熱圧着することができ、した
がって工程数をより一層少なくすることができ、より一
層のコストダウンを図ることができる。請求項3記載の
発明によれば、小さい管によりICチップを吸着して平
面方向に位置決めした状態で鉛直方向に圧力を加えて配
線基板上に圧接させるようにすると、ICチップを仮固
定するためのフラックスが不要となり、また大きい管と
小さい管との間から不活性ガスと還元用ガスとの混合ガ
スを高温で射出させて半田バンプを溶融させるようにす
ると、ICチップを配線基板上に載置した後直ちに熱圧
着することができる上、接続パッドの表面を還元するた
めのフラックスが不要となり、したがって工程数を少な
くすることができ、コストダウンを図ることができる。As described above, according to the first aspect of the invention, when the mixed gas of the inert gas and the reducing gas is blown at a high temperature to melt the solder bumps, the reduction in the mixed gas is performed. Since the surface of the connection pad can be reduced by the gas for use, a flux for reducing the surface of the connection pad is unnecessary, and the number of steps is reduced accordingly.
The cost can be reduced. In this case, claim 2
As in the invention described above, when the IC chip is positioned in the planar direction by suction and pressure is applied in the vertical direction so that the IC chip is pressed against the wiring board, the flux for temporarily fixing the IC chip is also unnecessary. It is possible to perform thermocompression bonding immediately after placing the IC chip on the wiring board, and thus it is possible to further reduce the number of steps and further reduce the cost. According to the third aspect of the invention, when the IC chip is adsorbed by the small tube and positioned in the planar direction and pressure is applied in the vertical direction to bring the IC chip into pressure contact, the IC chip is temporarily fixed. Flux becomes unnecessary, and if the mixed gas of the inert gas and the reducing gas is injected at a high temperature from between the large tube and the small tube to melt the solder bumps, the IC chip is mounted on the wiring board. It is possible to perform thermocompression bonding immediately after placing it, and there is no need for a flux for reducing the surface of the connection pad, so that the number of steps can be reduced and the cost can be reduced.
【図1】(A)はこの発明の一実施例におけるボンディ
ング装置においてボンディングヘッドで吸着したICチ
ップを配線基板の上方に位置させた状態の縦断面図、
(B)はそのB−B線に沿う横断面図。FIG. 1A is a vertical cross-sectional view showing a state in which an IC chip adsorbed by a bonding head is located above a wiring board in a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention;
(B) is a cross-sectional view taken along the line BB.
【図2】このボンディング装置においてICチップを配
線基板上に載置した状態の縦断面図。FIG. 2 is a vertical sectional view showing a state in which an IC chip is placed on a wiring board in this bonding apparatus.
【図3】このボンディング装置において半田バンプを溶
融した状態の縦断面図。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a state in which a solder bump is melted in this bonding apparatus.
【図4】従来のボンディング装置において搭載ヘッドで
吸着したICチップを配線基板の上方に位置させた状態
の縦断面図。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a state in which an IC chip sucked by a mounting head is positioned above a wiring board in a conventional bonding apparatus.
【図5】従来のボンディング装置においてICチップを
配線基板上に載置した状態の縦断面図。FIG. 5 is a vertical sectional view showing a state in which an IC chip is placed on a wiring board in a conventional bonding apparatus.
【図6】従来のボンディング装置においてボンディング
ヘッドの下端面をICチップの上面に圧接させた状態の
縦断面図。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing a state in which a lower end surface of a bonding head is pressed against an upper surface of an IC chip in a conventional bonding apparatus.
【図7】従来のボンディング装置においてICチップを
配線基板上に熱圧着した状態の縦断面図。FIG. 7 is a vertical sectional view showing a state in which an IC chip is thermocompression bonded onto a wiring board in a conventional bonding apparatus.
1 ICチップ 2 電極 3 半田バンプ 4 配線基板 6 接続パッド 11 ボンディングヘッド 12 大きい管 13 小さい管 1 IC Chip 2 Electrode 3 Solder Bump 4 Wiring Board 6 Connection Pad 11 Bonding Head 12 Large Pipe 13 Small Pipe
Claims (3)
半田バンプを介して配線基板の接続パッドに接続する際
に、 不活性ガスと還元用ガスとの混合ガスを前記半田バンプ
を溶融させることのできる温度以上に加熱して吹き付け
ることを特徴とするICチップのボンディング方法。1. When an electrode of an IC chip is connected to a connection pad of a wiring board through a solder bump provided on the electrode, a mixed gas of an inert gas and a reducing gas is melted in the solder bump. A method for bonding an IC chip, which comprises heating at a temperature not lower than a temperature capable of being sprayed.
Cチップを吸着により平面方向に位置決めした状態で鉛
直方向に圧力を加えて前記配線基板上に圧接させておく
ことを特徴とする請求項1記載のICチップのボンディ
ング方法。2. When the mixed gas is sprayed, the I
2. The IC chip bonding method according to claim 1, wherein a pressure is applied in the vertical direction to bring the C chip into pressure contact with the wiring substrate while the C chip is positioned in the planar direction by suction.
管とからなり、前記大きい管と前記小さい管との間から
加熱されたガスを射出し、前記小さい管の内部によって
真空吸引するようにしたことを特徴とするボンディング
ヘッド。3. A large tube and a small tube disposed inside the large tube, wherein heated gas is injected between the large tube and the small tube, and vacuum suction is performed by the inside of the small tube. Bonding head characterized by
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29926692A JP3275396B2 (en) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | IC chip bonding method and bonding head |
Applications Claiming Priority (1)
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JP29926692A JP3275396B2 (en) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | IC chip bonding method and bonding head |
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JPH06124980A true JPH06124980A (en) | 1994-05-06 |
JP3275396B2 JP3275396B2 (en) | 2002-04-15 |
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ID=17870320
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