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JPH05326638A - 半導体チップ実装方法および実装装置 - Google Patents

半導体チップ実装方法および実装装置

Info

Publication number
JPH05326638A
JPH05326638A JP12375892A JP12375892A JPH05326638A JP H05326638 A JPH05326638 A JP H05326638A JP 12375892 A JP12375892 A JP 12375892A JP 12375892 A JP12375892 A JP 12375892A JP H05326638 A JPH05326638 A JP H05326638A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor chip
substrate
mounting
measuring
adjusting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12375892A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsunori Nishiguchi
勝規 西口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP12375892A priority Critical patent/JPH05326638A/ja
Priority to TW082103249A priority patent/TW278212B/zh
Priority to AU38208/93A priority patent/AU654775B2/en
Priority to CA002095171A priority patent/CA2095171A1/en
Priority to US08/056,777 priority patent/US5324381A/en
Priority to EP93107357A priority patent/EP0569011A1/en
Priority to KR1019930007722A priority patent/KR930024128A/ko
Publication of JPH05326638A publication Critical patent/JPH05326638A/ja
Priority to US08/205,416 priority patent/US5384000A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、実装歩留まりの高い半導体実装方
法を提供することを目的とする。 【構成】 基板(12)表面の立体形状を測定し、この
測定結果に基づいて基板(12)と半導体チップ(1
0)との平行度を調整する。そして、基板装着手段(1
3)と半導体チップ保持手段(11)とを接近させて、
基板(12)上に半導体チップ(10)を実装させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Si−LSI、GaA
s−LSI、および液晶ディスプレイ(LCD)等の大
型半導体チップの実装方法および実装装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フリップチップの実装方法は、半導体チ
ップに設けられた全てのバンプを基板上のパッドに接続
して行う。このため、半導体チップと基板の平行度を保
つ技術が極めて重要である。このように半導体チップと
基板とを平行に保つための従来の技術としては、例えば
光学プローブを用いる方法がある。この方法は、半導体
チップおよび基板にプローブ光を照射し、その反射光を
測定することによって、両者の平行度を調整するもので
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
半導体チップおよび基板の大型化によって、従来の調整
方法では半導体チップと基板とを平行に保つことが困難
になってきた。その原因として以下の2点が考えられ
る。第1に、従来の方法では平行度のずれを反射光の角
度のずれで検出していたが、この検出方法での誤差が大
きくなってきたためである。つまり、ある測定点での角
度のずれがわずかな場合でも、半導体チップおよび基板
の大型化に伴い、測定点から離れた部分での角度のずれ
が非常に大きくなるからである。第2に、基板がセラミ
ックの場合には、焼き物の特性として反りやうねりが存
在するが、基板の大型化に伴い、これらの反りやうねり
が無視できなくなってきたためである。
【0004】本発明は、半導体チップおよび基板の大型
化によっても、半導体チップと基板とを十分に平行に保
ち、高い実装歩留りを確保することができる半導体チッ
プの実装方法および実装装置を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体チップ実装方法は、基板表面の立体
形状を測定する第1のステップと、測定結果を基に基板
と半導体チップとの平行度を調整する第2のステップ
と、基板装着手段と半導体チップ保持手段とを接近させ
て基板上に半導体チップを実装する第3のステップとを
備える。
【0006】また、本発明の半導体チップ実装装置は、
基板表面の立体形状を測定する測定手段と、測定手段で
の測定結果を基に基板と半導体チップとの平行度を調整
する調整手段とを備える。
【0007】
【作用】本発明の半導体チップ実装方法によれば、基板
表面の立体形状を測定し、この測定結果に基づいて基板
と半導体チップとの平行度を調整する。そして、基板装
着手段と半導体チップ保持手段とを接近させて、基板上
に半導体チップを実装させる。
【0008】また、本発明の半導体チップ実装装置によ
れば、測定手段によって基板表面の立体形状を測定す
る。この測定手段での測定結果に基づいて、調整手段で
基板と半導体チップとの平行度を調整する。そして、基
板装着手段と半導体チップ保持手段とを接近させて、基
板上に半導体チップを実装させる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、添付図面
を参照しつつ説明する。図1は本実施例の半導体チップ
実装装置の構成を示す外観図である。
【0010】本実施例の半導体チップ実装装置は、半導
体チップ10が真空吸着により下面に装着された半導体
チップ装着部11と、基板12が真空吸着により上面に
装着された基板装着部13とを備え、半導体チップ装着
部11は枠体100の上部に、基板装着部13は枠体1
00の下部に固定されている。半導体チップ装着部11
と基板装着部13の間には、基板12表面の立体形状を
測定する距離センサ装置14と、半導体チップ10と基
板12の平行度を測定する平行度測定装置15とが備え
られている。
【0011】距離センサ装置14は、基板12表面との
距離を測定するセンサ部14aと、センサ部14aを水
平な2次元方向に移動させるアーム部14bとを備えて
いる。平行度測定装置15は、半導体チップ10および
基盤12にプローブ光を照射する光学プローブ15a
と、半導体チップ10および基盤12で反射したプロー
ブ光の反射角度を測定する測定部15bと、光学プロー
ブ15aおよび測定部15bを支持する支持台15cと
を備えている。
【0012】半導体チップ装着部11は半導体チップ1
0を吸着する吸着ブロック111と、この吸着ブロック
111が固定され揺動自在の揺動ステージ112と、こ
の揺動ステージ112が固定され水平な2次元方向に可
動な水平移動ステージ113とを有している。この水平
移動ステージ113の側面部の直交する2つの面には、
半導体チップ10の上面と平行な方向の調整を行うアク
チュエータ11a、11bが設けられ、揺動ステージ1
12の側面部の直交する2つの面には、半導体チップ1
0の傾きの調整を行うアクチュエータ11c、11dが
設けられている。
【0013】基板装着部13は基板12を吸着する吸着
ブロック131と、この吸着ブロック131が固定され
てこれを上下動するボンディング機構部132と、この
ボンディング機構部132が固定され揺動自在の揺動ス
テージ133と、この揺動ステージ133が固定され水
平な2次元方向に可動な水平移動ステージ134とを有
している。水平移動ステージ134の側面部の直交する
2つの面には、基板12の上面と平行な方向の調整を行
うアクチュエータ13a、13bが設けられ、揺動ステ
ージ133の側面部の直交する2つの面には、基板12
の傾きの調整を行うアクチュエータ13c、13dが設
けられている。
【0014】さらに、半導体チップ実装装置には、半導
体チップ10と基板12の平行度を調整するコントロー
ラ16が備えられている。コントローラ16は距離セン
サ装置14および光学プローブ15aからの測定結果の
データを入力し、このデータに基づいて、アクチュエー
タ11a〜11dおよびアクチュエータ13a〜13d
に対し必要な指令を出力している。
【0015】距離センサ装置14は三角測量の原理を用
いて測定している。距離センサ装置14の測定原理を図
2に示す。距離センサ装置14は、半導体レーザ21の
スポット光を基板12表面上に照射して、その反射光を
半導体位置検出器22の観測面22aに結像させてい
る。観測面22aに結像したスポット像の位置は、半導
体レーザ21と基板12表面との距離に比例する。つま
り、半導体レーザ21と基板12表面との距離がΔyだ
け変動すると、観測面22aのスポット像の位置がΔμ
だけ変化するのである。したがって、基板12表面を距
離センサ装置14からのスポット光で走査して、基板1
2表面の凹凸によって生じるスポット像の位置変化を半
導体位置検出器22で測定することによって、基板12
表面の立体形状を求めることができる。
【0016】次に、図3を用いて、光学プローブ15a
の測定原理を説明する。同図より、光源から平行に入射
した入射光A1 、B1 はライトガイド151を通過して
反射鏡152、153で反射し、半導体チップ10の下
面と基板12の上面に照射する。そして、これらの照射
光A2 、B2 が半導体チップ10の下面と基板12の上
面で反射して、反射鏡152、153を介して出射す
る。これらの出射光A3、B3 の出射位置を、測定部1
5bで測定することによって、半導体チップ10の下面
と基板12の上面の角度のずれが判定できる。測定部1
5bには、例えば半導体位置検出器が備えられている。
【0017】次に、この半導体チップ実装装置を用いた
実装方法について、図4の斜視図を用いて説明する。ま
ず半導体チップ10を半導体チップ装着部11の吸着ブ
ロック111に吸引装着させ、基板12を基板装着部1
3の吸着ブロック131に吸引装着させる。そして、距
離センサ装置14を用いて、基板12表面を走査するこ
とにより、基板12表面の立体形状が測定できる。この
測定によって、基板12表面が平坦であるかの確認がで
きる。このような平坦性の確認が実装前に必要なのは、
第1に半導体チップ10と基板12の大型化によって表
面全体の平行度確保が困難となったため、第2に基板に
セラミックを用いた場合にその特質として反りやうねり
を有するためである。特に、図5(a)、(b)に示す
ように、PI(ポリイミド)/Cuなどの多層薄膜31
が表面に堆積されたAl2 3 やAlNなどのセラミッ
ク基板32の場合には、反りやうねりが顕著となる。
【0018】基板12表面の立体形状の測定には、この
距離センサ装置14を用いた方法以外に次の方法があ
る。まずモアレ縞を用いる方法である。この方法は図6
に示すように、点光源41の照射光を格子フィルタ42
を通して、基板12の表面に投影する。基板12表面に
は、格子フィルタ42によって格子の影が投影される
が、基板12表面には凹凸があるので、部分的に曲がっ
た格子模様となる。この格子模様を、格子フィルタ42
を通してCCDカメラ43で観察すると、格子フィルタ
42でさらに格子模様の曲がりが拡大したモアレ縞が現
れる。このモアレ縞の格子幅から基板12の立体形状が
測定できる。
【0019】また、機械的に接触させる方法がある。こ
の方法は図7に示す座標測定機51を用いて、先端のフ
ィーラ(触針)52で基板12表面を走査することによ
り、基板12の立体形状を測定するものである。この場
合は、実装面にダメージを与えないために、基板12の
裏面を用いて測定を行う。
【0020】さらに、傾き量を測定して、その値を積分
する方法がある。この方法は図8に示すように、上述し
た平行度測定装置15を用いて基板12表面を走査する
ことにより、基板12表面全体の傾きを測定するもので
ある。具体的には、測定部15bに備えられた光源61
の照射光をハーフミラー62で反射させて、光学プロー
ブ15aに与える。この照射光を光学プローブ15aか
らプローブ光として基板12に照射し、基板12からの
反射光を測定部15bに備えられた半導体位置検出器6
3で検出する。基板12の測定点が傾いている場合に
は、ずれた位置で反射光が検出される。この検出値は基
板12の傾き量なので、この検出値を積分することによ
り基板12の立体形状が算出できる。
【0021】上記測定方法で測定した結果は、コントロ
ーラ16に与えられ、半導体チップ10と基板12との
平行度が検討される。コントローラ16による検討処理
の結果、半導体チップ10の角度調整が必要であると判
断した場合には、コントローラ16から半導体チップ装
着部11のアクチュエータ11c、11dに指令が送ら
れ、必要な角度調整が行われる。一方、基板12の角度
調整が必要であるとコントローラ16が判断した場合に
は、基板装着部13のアクチュレータ13c、13dに
指令が送られ、必要な角度調整が行われる。また、コン
トローラ16による検討処理の結果、基板12の立体形
状の測定値が平坦度の許容値よりも悪いと判断された場
合は、半導体チップ10の実装が中止となる。さらに、
基板12の測定値の内、半導体チップ10が搭載される
領域の測定値が上記許容値よりも悪いと判断された場合
にも、半導体チップ10の実装が中止となる。ここでの
平坦度の許容値は、複数の基板のそり量や凹凸部の変化
量の平均値に基づいて予め設定されている。
【0022】以上の調整によって、半導体チップ10と
基板12とを平行にすることができるが、より厳密な角
度調整が必要な場合には、次のいずれかの角度調整処理
を行えばよい。まず、第1の角度調整処理を図9
(a)、(b)を用いて説明する。第1の角度調整処理
は、平行度測定装置15を用いて、半導体チップ10を
実装する基板上の領域12aと半導体チップ10との相
対角度を領域12a内の所定の測定点で測定する。測定
値はコントローラ16に与えられ、半導体チップ10と
基板12との平行度が検討される。この検討の結果、半
導体チップ10または基板12の角度調整が必要である
とコントローラ16が判断した場合には、アクチュエー
タ11c、11dに指令が送られ、必要な角度調整が行
われる。さらに、基板12の角度調整が必要であるとコ
ントローラ16が判定した場合には、基板装着部13の
アクチュエータ13c、13dに指令が送られ、必要な
角度調整が行われる。
【0023】次に、第2の角度調整処理を図10(a)
を用いて説明する。第2の角度調整処理は、平行度測定
装置15からの照射光B2 の光軸と基板12の表面とが
垂直になるように、平行度測定装置15の傾きを調整す
る。そして、平行度測定装置15からの照射光A2 の光
軸と半導体チップ10の表面との角度θ1 を、出射光A
3 の出射位置のずれを用いて測定する。測定結果はコン
トローラ16に与えられ、半導体チップ10と照射光A
2 の光軸との垂直度が検討される。この検討の結果、半
導体チップ10の角度調整が必要であるとコントローラ
16が判断した場合には、アクチュエータ11c、11
dに指令が送られ、必要な角度調整が行われる。
【0024】さらに、第3の角度調整処理を図10
(b)を用いて説明する。第3の角度調整処理は、平行
度測定装置15からの照射光A2 の光軸と半導体チップ
10の表面とが垂直になるように、平行度測定装置15
の傾きを調整する。そして、平行度測定装置15からの
照射光B2 の光軸と基板12の表面との角度θ2 を、出
射光B3 の出射位置のずれを用いて測定する。測定結果
はコントローラ16に与えられ、基板12と照射光B2
の光軸との垂直度が検討される。この検討の結果、基板
12の角度調整が必要であるとコントローラ16が判断
した場合には、アクチュエータ13c、13dに指令が
送られ、必要な角度調整が行われる。
【0025】以上の2段階の調整によって、半導体チッ
プ10と基板12とを平行にした後にボンディング処理
を行い、半導体チップ10を基板12に実装する。この
処理は、基板装着部13のボンディング機構部132を
上昇させることにより、吸着ブロック131に吸着され
た基板12をせり上げて、半導体チップ装着部11の吸
着ブロック111に吸着された半導体チップ10と基板
12とを接触させる。半導体チップ10と基板12との
平行度は十分に保たれているので、半導体チップ10上
に設けられた全てのバンプと、これらのバンプと相対す
る基板12上に設けられたパッドとが接触することにな
る。この状態で接触部分に熱を加えて、半導体チップ1
0上の全てのバンプを溶解し、相対する基板12上のパ
ッドと接合させる。この接合によって半導体チップ10
は基板12に確実に実装される。
【0026】
【発明の効果】本発明の半導体チップ実装方法であれ
ば、基板表面の立体形状を測定し、この測定結果に基づ
いて基板と半導体チップとの平行度を調整する。そし
て、基板装着手段と半導体チップ保持手段とを接近させ
て、基板上に半導体チップを実装させる。
【0027】また、本発明の半導体チップ実装装置であ
れば、測定手段によって基板表面の立体形状を測定す
る。この測定手段での測定結果に基づいて、調整手段で
基板と半導体チップとの平行度を調整する。そして、基
板装着手段と半導体チップ保持手段とを接近させて、基
板上に半導体チップを実装させる。
【0028】このように、本発明の半導体チップ実装方
法および実装装置は、基板表面の立体形状を測定し、こ
の測定結果に基づいて基板と半導体チップとの平行度を
調整しているので、半導体チップに設けられたの全ての
バンプと、これらのバンプに相対する基板に設けられた
パッドとを接合することができる。このため、パンブと
パッド間の接触不良を防止でき、実装時の歩留りを向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の半導体チップ実装装置の構成を示す
外観図である。
【図2】距離センサ装置の測定原理を示す斜視図であ
る。
【図3】平行度測定装置の測定原理を示す斜視図であ
る。
【図4】半導体チップ実装装置を用いた実装方法を示す
斜視図である。
【図5】反りやうねりを有するセラミック基板を示す断
面図である。
【図6】立体形状の測定方法を示す平面図である。
【図7】立体形状の測定方法を示す平面図である。
【図8】立体形状の測定方法を示す平面図である。
【図9】第1の角度調整処理を示す平面図である。
【図10】第2および第3の角度調整処理を示す平面図
である。
【符号の説明】
10…半導体チップ、11…半導体チップ装着部、12
…基板、13…基板装着部、14…距離センサ装置、1
5…平行度測定装置、16…コントローラ。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装方法におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定する第1のステップと、 測定結果を基に前記基板と前記半導体チップとの平行度
    を調整する第2のステップと、 前記基板装着手段と前記半導体チップ保持手段とを接近
    させて、前記基板上に前記半導体チップを実装する第3
    のステップとを備えることを特徴とする半導体チップ実
    装方法。
  2. 【請求項2】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装方法におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定する第1のステップと、 測定結果を基に前記基板と前記半導体チップとの平行度
    を調整する第2のステップと、 前記半導体チップとこの半導体チップを実装する前記基
    板上の領域との相対角度を領域内の所定の測定点で測定
    する第3のステップと、 測定した相対角度から前記基板と前記半導体チップとの
    平行度を調整する第4のステップと、 前記基板装着手段と前記半導体チップ保持手段とを接近
    させて、前記基板上に前記半導体チップを実装する第5
    のステップとを備えることを特徴とする半導体チップ実
    装方法。
  3. 【請求項3】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装方法におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定する第1のステップと、 測定結果を基に前記基板と前記半導体チップとの平行度
    を調整する第2のステップと、 前記半導体チップを実装する前記基板上の領域内の所定
    の測定点の法線と、この法線と交わる前記半導体チップ
    実装面との角度を測定する第3のステップと、測定した
    角度から前記法線に対する前記半導体チップの直角度を
    調整する第4のステップと、 前記基板装着手段と前記半導体チップ保持手段とを接近
    させて、前記基板上に前記半導体チップを実装する第5
    のステップとを備えることを特徴とする半導体チップ実
    装方法。
  4. 【請求項4】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装方法におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定する第1のステップと、 測定結果を基に前記基板と前記半導体チップとの平行度
    を調整する第2のステップと、 前記半導体チップ実装面の所定の測定点の法線と、この
    法線と交わる前記基板表面との角度を測定する第3のス
    テップと、 測定した角度から前記法線に対する前記基板の直角度を
    調整する第4のステップと、 前記基板装着手段と前記半導体チップ保持手段とを接近
    させて、前記基板上に前記半導体チップを実装する第5
    のステップとを備えることを特徴とする半導体チップ実
    装方法。
  5. 【請求項5】 前記第1のステップで測定した立体形状
    の平坦度が所定の許容値より悪い場合に、実装処理を中
    止するステップを備えることを特徴とする請求項1から
    請求項4までのいずれかに記載の半導体チップ実装方
    法。
  6. 【請求項6】 前記第1のステップでの測定結果に基づ
    いて、前記半導体チップを実装する前記基板上の領域の
    立体形状の平坦度が所定の許容値より悪い場合に、実装
    処理を中止するステップを備えることを特徴とする請求
    項1から請求項4までのいずれかに記載の半導体チップ
    実装方法。
  7. 【請求項7】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装装置におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定する測定手段と、 前記測定手段での測定結果を基に前記基板と前記半導体
    チップとの平行度を調整する調整手段とを備えることを
    特徴とする半導体チップ実装装置。
  8. 【請求項8】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装装置におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定し、かつ前記半導体チッ
    プとこの半導体チップを実装する前記基板上の領域との
    相対角度を当該領域内の所定の測定点で測定する測定手
    段と、 前記測定手段での測定結果を基に前記基板と前記半導体
    チップとの平行度を調整する調整手段とを備えることを
    特徴とする半導体チップ実装装置。
  9. 【請求項9】 基板装着手段に固定された基板上に、半
    導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持された
    半導体チップを実装する半導体チップ実装装置におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定し、かつ前記半導体チッ
    プを実装する前記基板上の領域内の所定の測定点の法線
    と、この法線と交わる前記半導体チップ表面との角度を
    測定する測定手段と、 前記測定手段で測定した立体形状データを基に前記基板
    と前記半導体チップとの平行度を調整し、かつ前記測定
    手段で測定した角度データから前記法線に対する前記基
    板の直角度を調整する調整手段とを備えることを特徴と
    する半導体チップ実装装置。
  10. 【請求項10】 基板装着手段に固定された基板上に、
    半導体チップ保持手段により前記基板の上部に保持され
    た半導体チップを実装する半導体チップ実装装置におい
    て、 前記基板表面の立体形状を測定し、かつ前記半導体チッ
    プの実装面の所定の測定点の法線と、この法線と交わる
    前記基板表面の角度を測定する測定手段と、前記測定手
    段で測定した立体形状データを基に前記基板と前記半導
    体チップとの平行度を調整し、かつ前記測定手段で測定
    した角度データから前記法線に対する前記基板の直角度
    を調整する調整手段とを備えることを特徴とする半導体
    チップ実装装置。
  11. 【請求項11】 前記測定手段で測定した立体形状の平
    坦度が所定の許容値より悪い場合に、実装処理を中止す
    る実装中止手段を備えることを特徴とする請求項7から
    請求項10までのいずれかに記載の半導体チップ実装装
    置。
  12. 【請求項12】 前記測定手段での測定結果に基づい
    て、前記半導体チップを実装する前記基板上の領域の立
    体形状の平坦度が所定の許容値より悪い場合に、実装処
    理を中止する実装中止手段を備えることを特徴とする請
    求項7から請求項10までのいずれかに記載の半導体チ
    ップ実装装置。
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