JP2668330B2 - 樹脂基板バンプ貼合わせ方法及び装置 - Google Patents

樹脂基板バンプ貼合わせ方法及び装置

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JP2668330B2
JP2668330B2 JP6003494A JP6003494A JP2668330B2 JP 2668330 B2 JP2668330 B2 JP 2668330B2 JP 6003494 A JP6003494 A JP 6003494A JP 6003494 A JP6003494 A JP 6003494A JP 2668330 B2 JP2668330 B2 JP 2668330B2
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太郎 井上
幸博 星野
隆 板垣
泰利 小川
隆夫 大岩
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、樹脂基板の配線回路部
分に設けたバンプ接合部と回路パターンとをそれぞれ有
する複数の樹脂基板を互いに重ね合わせて押圧しつつ加
熱し、バンプを所定温度で溶融させた後に冷却して樹脂
基板同士を電気的に接合する樹脂基板バンプ貼合わせ方
法及び装置に関し、特に該樹脂基板を樹脂基板貼合わせ
装置へ装着する場合のセッティング及び取り外し操作が
容易であるのみならず、バンプ接合に要する加熱及びそ
の後の冷却を短時間で行うことの可能な樹脂基板バンプ
貼合わせ方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、それぞれ回路パターンを有する複
数の樹脂基板を相互に電気的に接合する方法として、複
数枚重ね合わせた樹脂基板の間の相互に接合すべき部分
にバンプ、すなわち一定の溶融点を有する錫銀共晶半田
材料等を粒状に形成した半田を挟み込み、それに対して
押圧力をかけた状態で樹脂基板全体をこのバンプの所定
溶融温度まで加熱し、そのバンプを溶かした後、そのま
まの状態で全体を冷却して樹脂基板を電気的に接合する
樹脂基板バンプ貼合わせ方法が広く行われている。
【0003】以下、従来用いられている樹脂基板バンプ
貼合わせ方法及びその装置について図7から図9までを
参照して説明する。
【0004】図7は、従来の樹脂基板バンプ貼合わせ治
具装置の斜視図、図8は、複数の樹脂基板に複数バンプ
をセットした状態の概略断面図、図9は、加熱炉内に樹
脂基板バンプ貼合わせ治具装置全体を載置した状態を示
す概略斜視図である。
【0005】図7に示すように、従来の樹脂基板バンプ
貼合わせ治具装置は以下のように構成される。
【0006】樹脂基板を載置する面が平坦面で構成され
ている台36の両端部にほぼ垂直に2本の支持棒35が
植設されており、その支持棒35の先端にはねじ35a
がそれぞれ設けられている。押え板30には、その支持
棒35のねじ35a部分(小径部分)だけを挿通するた
めの2つの貫通孔が設けられ、貫通したねじ35aには
それぞれ加圧調整ねじ31が螺合される。
【0007】一対の治具プレート33a、33bによっ
て挟持された複数の樹脂基板32は台36の該平坦面上
に載置される。上側の治具プレート33aと押え板30
との間には、押え板30に固定されたばね保持部37に
よって保持される3本のコイルばね34がほぼ等間隔に
配置され、3本のコイルばね34の弾性力によって樹脂
基板32がほぼ均等に押圧され得る構成となっている。
【0008】以上述べた樹脂基板バンプ貼合わせ治具装
置による貼合わせ方法について説明する。
【0009】図8に示すように、チップ抵抗39、チッ
プコンデンサ42、ベアチップ43、印刷抵抗44等の
電子部品をそれぞれ組み込んだ複数の樹脂基板32を相
互にバンプ接合するには、樹脂基板32の接合すべき各
回路パターン部分の表面に粒状のバンプ38を必要に応
じて複数個配置し、各樹脂基板32でそれらのバンプ3
8を挟み込み、さらにこの樹脂基板32は前述のとうり
一対の治具プレート33a及び33bで挟持される。
【0010】次に、図7に示す2つの加圧調整ねじ31
を加圧方向に均等にそれぞれ回転することにより、押え
板30を台36に向かって下降させ、それによって3本
のコイルばね34の弾性力が治具プレート33a及び3
3bを介して樹脂基板32を押圧し固定する。
【0011】このとき、バンプの溶融によって複数樹脂
基板全体を均一に接合させるには、この複数コイルばね
34が一対の治具プレートを介して樹脂基板32をバラ
ンス良く均等に押圧することが重要であり、そのために
は、各コイルばね34の弾性力が均一ならば、押え板3
0がバランス良く水平状態を保持したまま降下するよう
に加圧調整ねじ31を調整するという微妙な調整操作が
必要となる。
【0012】以上述べたように、貼合わせ治具装置にセ
ットされた複数樹脂基板32は、図9に示すように、バ
ンプ酸化防止のために窒素ガスの封入された加熱炉40
の内部に載置された後、バンプの所定溶融温度に達する
まで加熱される。
【0013】該溶融温度が所定の時間維持されてバンプ
が十分に溶融した後、加熱は停止され、さらに所定時間
経過後、樹脂基板バンプ貼合わせ治具全体が加熱炉40
から取り出され、そのまま自然冷却又は扇風機等を使用
して強制的に空冷される。
【0014】その後各加圧調整ねじ31を緩めることに
より、樹脂基板を治具プレート33a及び33bから取
り外すことが出来、複数樹脂基板の電気的相互接合が達
成される。
【0015】以上述べた樹脂基板貼合わせ作業工程に要
する時間は、加熱炉40に樹脂基板バンプ貼合わせ治具
装置を載置してから加熱しバンプを溶融させるまでの工
程については約50分、加熱炉40から樹脂基板バンプ
貼合わせ治具を取り出し、冷却してバンプを接合させる
までの工程については約25分を要していた。
【0016】従って、樹脂基板のバンプ貼合わせには合
計約75分もの長時間を必要としていた。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の樹脂基板バンプ貼合わせ装置では、複数のコイルば
ねの弾性力を利用して治具プレートに均等な押圧力を付
与せんとするために、加圧調整ねじを個々に回転させて
微妙な微調整操作を行う必要がある等熟練を要するのみ
ならず、樹脂基板バンプ貼合わせ治具装置全体を加熱炉
において加熱するため、該樹脂基板を含めた被加熱物体
の熱容量が大となりそのため加熱に長時間を要するのみ
ならず、冷却についても長時間を要するという問題があ
った。
【0018】本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、
樹脂基板のセッティング及び取り外し操作が容易であ
り、かつ、該樹脂基板を含めた被加熱物体の熱容量を小
さいものとすることにより、バンプ接合に要する加熱の
みならず冷却がそれぞれ短時間で行われ得る樹脂基板バ
ンプ貼合わせ方法及び装置を提供することを目的とす
る。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明は、これらの欠点
を解決するため、樹脂基板バンプ貼合わせ装置が、複数
枚重ね合わせた樹脂基板の上下両平面を挟み込んで、該
樹脂基板を加熱及び冷却するための一対の加熱・冷却部
と、前記加熱・冷却部の内のどちらか一方を上下方向に
移動させるための駆動部とから構成される貼合わせ部
と、前記加熱・冷却部を加熱するための加熱部と、前記
加熱・冷却部を水冷するため冷却用配管に冷却水を循環
させるための冷却部と、前記貼合わせ部を窒素ガス雰囲
気に置くために窒素ガスを配管を介して噴射するための
窒素ガス噴射部と、該装置全体の動作を制御するための
制御部と、を具備する構成を特徴とする。
【0020】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図6まで
を参照して詳細に説明する。
【0021】図1は、本発明による樹脂基板バンプ貼合
わせ装置の概略構成図、図2は、該実施例における貼合
わせ部の概略を示す正面図、図3は、図2に示す貼合わ
せ部の右側面図、図4は、図2に示す貼合わせ部の平面
図、図5は、加熱・冷却部を示す概略斜視図、図6は、
本発明による樹脂基板バンプ貼合わせ装置の動作を示す
フローチャートである。
【0022】図1から図6までの実施例において、図7
から図9までの従来例において示した部材と同一若しく
は同等の部材には同一の参照符号を付しその詳細な説明
を省略する。
【0023】図1に示すように、本発明の樹脂基板バン
プ貼合わせ装置は、樹脂基板を貼合わせるために、一対
の加熱・冷却部と、該加熱・冷却部の内のどちらか一方
を上下方向に移動させるための駆動部とから構成される
貼合わせ部50と、装置全体の動作を制御するための制
御部51と、加熱・冷却部15aを上下方向に移動させ
るための駆動部52と、一対の加熱・冷却部15a及び
15bを水冷するため、冷却用配管10a、10b、1
0c、10dに冷却水を循環させるための冷却部53
と、窒素ガス用配管20を介して貼合わせ部50の内部
に窒素ガスを噴射するための窒素ガス噴射部54とによ
って構成される。
【0024】貼合わせ部50の詳細な構成は、図2及び
図3に示すように、該貼合わせ部50を所定の場所へ固
定するためのベース1と、駆動部52の動作によって上
下動するように設けられた可動軸19の先端部に固着し
た平板状の昇降台2と、ベース1の四隅部にその平面に
垂直に植設された円柱形の支持棒12の先端部に固定さ
れた支持板14と、この支持板14に装着・固定される
加熱・冷却部15bと、昇降台2に装着・固定される加
熱・冷却部15aとにより構成される。
【0025】ベース1の平面の中央部には、可動軸19
及び冷却用配管10a及び10bを挿通するための貫通
孔27a、27b、27cが設けられている。昇降台2
には各支持棒12に対応する位置に各挿通孔が設けられ
ているため、昇降台2は各支持棒12に支持されて水平
状態を保持したまま上下運動が可能となる。
【0026】さらに、昇降台2には、ベース1に設けた
冷却用配管を挿通するための貫通孔27b、27cと対
応する位置に冷却用配管10a及び10bを通すための
貫通孔29a、29bを設け、可動軸19をベース1の
貫通孔27aに挿通した後、該可動軸19の先端部を該
昇降台2に固着することにより可動軸19の上下運動に
対応して昇降台2は一体的に上下運動する。
【0027】この昇降台2の上面21には、平板状の断
熱板6を介して、加熱・冷却部15aがその押圧面23
aを上にして装着・固定される。この断熱板6は加熱・
冷却部15aの保持する熱が昇降台2に直接伝わらない
ようにし、該加熱・冷却部15aの加熱又は冷却効果を
維持するためのものである。
【0028】また、支持板14に設けられた4個の貫通
孔9a、9b、9c、9dには、4本の支持棒12のそ
れぞれの先端部に設けられたねじ部11がそれぞれ挿通
され、該ねじ部11にはそれぞれ固定ねじ13が装着さ
れる。
【0029】以上の構成により、昇降台2は各支持棒1
2をガイドとして可動軸19の上下動に従って水平状態
を保持したまま上下に滑らかに移動するものである。
【0030】支持板14の下面22には、前述したと同
様の断熱板6を介装して加熱・冷却部15bが押圧面2
3bを下向きにして装着・固定される。
【0031】次に、加熱・冷却部15aの詳細な構成に
ついて説明する。
【0032】図5に示すように、この加熱・冷却部15
aは熱伝導率の良い金属、例えばアルミニウムから成る
一定の厚さを有するほぼ長方形のブロックで形成し、熱
を効率良く伝達させるため押圧面23aに対し治具プレ
ート33b(図8参照)の全面が、密着するように押圧
面23aの平面度を約0.05ミリ以内に形成する。
【0033】さらに、加熱・冷却部15aの側面25の
上部には等間隔に押圧面23aと平行にヒータ4の外径
より僅かに大きな直径を有する貫通孔を複数個(図5で
は8個)設け、この各貫通孔にそれぞれヒータ4を側面
25側から一個おきに4個挿入し、かつ側面25と対向
する側面からも同様に、まだ挿入されていない貫通孔に
4個挿入し各ヒータを側面に対して固定ねじ5によりそ
れぞれ固定する。
【0034】ヒータ4を各側面から交互に挿入して組み
立てるのは、ヒータ4のリード線16が片側の側面に偏
って集まることを避け、ヒータ4の取り付け及び取り外
しの操作を容易にするためである。
【0035】図2に示すように、このヒータ4の各リー
ド線16を、昇降台2及び支持板14の一側面に取り付
けたリード線端子箱17をに各々接続し、さらに制御部
51に接続する(図1参照)。
【0036】図5に示すように、加熱・冷却部15aの
側面24であってヒータ4の下部となる位置に押圧面2
3aと平行に複数個(図5では3個)の冷却水路28a
を貫通して設け、各両端部を密閉する。
【0037】また、側面25の長手方向の両端部にも押
圧面23aと平行に前記冷却水路28aと直交するよう
に冷却水路28b(図5では2個)を貫通して設け、各
両端部を密閉する。
【0038】従って、この冷却水路28a及び28bは
それぞれ同一平面上に形成され、各冷却水路28a及び
28bはその交点で連結される。取付面26にほぼ垂直
に、冷却用配管10a及び10b取付用の穴を各冷却水
路28bと直交・連結するように設け、この各穴に冷却
用配管10a及び10bの端部を固着する。
【0039】以上述べた加熱・冷却部15aの構成は、
加熱・冷却部15bについても同様に構成されている。
【0040】従って、図2に示すように、冷却用配管1
0c及び10dの端部は支持板14に設けた貫通孔9c
及び9dにそれぞれ挿通され固着される。
【0041】以上述べた構成により、2本の冷却用配管
10a及び10cから入った冷却水は水路28b及び水
路28aをそれぞれ通って、加熱・冷却部15a、15
bを冷却した後、2本の冷却用配管10b及び10dか
ら排出される。
【0042】このような冷却水の循環は冷却部53の作
動による。
【0043】支持板14の中央内部には、図4に示すよ
うに熱電対からなる温度センサ18が加熱・冷却部15
bの内部に埋め込まれており、その出力はリード線端子
箱17を介して制御部51に接続される。
【0044】同様に昇降台2の中央内部にも同様の温度
センサ18が加熱・冷却部15aの内部に埋め込まれ、
その出力はリード線端子箱17を介して制御部51に接
続され、それらの温度センサによって加熱・冷却部の温
度が監視される。
【0045】また、窒素ガス配管20の端部を支持板1
4の上面の中央部に設けた貫通孔に挿通した後固着し他
端は窒素ガス噴射部54に接続する。この窒素ガスは貼
合わせ部50の内部に充満されて、バンプの加熱による
酸化を防止する。
【0046】以上図1から図5までを参照して述べた本
発明実施例装置の動作について図6のフローチャートを
参照して以下述べる。
【0047】被加工物である樹脂基板32を挟み込んだ
一対の治具プレート33a及び33b(図8参照)を加
熱・冷却部15aの押圧面23aに載置する(ステップ
100を参照)。その載置が完了すると、例えば、光セ
ンサ等を利用して押圧面23aに被加工物が載置された
情報が検出され、その情報が制御部51に通知され、そ
れによって制御部51の指令により駆動部52が作動さ
れて加熱・冷却部15aは治具プレート33aを加熱・
冷却部15bの押圧面23bに当接するまで上方に移動
する(ステップ102)。
【0048】該治具プレート33aが押圧面23bに当
接すると同時に、機械的位置決めの完了が位置センサ
(図示せず)により感知される(ステップ104)。
【0049】その位置決め完了情報は制御部51に通知
され、駆動部52の上昇は停止される(ステップ10
6)。
【0050】なお、駆動部52を停止させる別の実施例
としては、例えば、歪みセンサー等を利用することによ
り該加熱・冷却部15aと15bとの上下に挟み込んだ
樹脂基板32に印加される圧力(応力)が設定押圧力に
達したか否かを検知する構成とし、設定された押圧力に
達した時点で加熱・冷却部15aの上昇を停止させるこ
とも可能である。
【0051】通常この押圧力はバンプ一個当たりの所定
の押圧力に対して、樹脂基板内にセットされたバンプの
個数を乗ずることにより求めることが出来る。
【0052】この停止情報は制御部51に通知され、そ
の制御部51の作動により停止後速やかに、窒素ガス噴
射部54が動作されて、この樹脂基板バンプ貼合わせ装
置全体が窒素ガス雰囲気中に浸される(ステップ10
8)。
【0053】この窒素ガスはバンプが接合のため加熱溶
融される際に酸化されることを防止するためのものであ
る。
【0054】この窒素ガス雰囲気中において、加熱・冷
却部15a及び15bに組み込まれている複数ヒータ4
を動作させ該加熱・冷却部15a及び15bを所定温度
まで加熱する(ステップ110)。
【0055】加熱・冷却部15a及び15bに装着され
た前述の温度センサ18からの情報が制御部51に通知
され、該所定温度に達したか否かが検知され(ステップ
112)、該温度に達した場合は、一定時間その設定温
度を保持する(ステップ114)。例えば、設定温度は
高温用のバンプの場合は約190°C、低温用の場合は
約175°Cに設定され、また、冷却温度は約100°
Cに設定される。
【0056】ここで、加熱・冷却部15a及び15bを
常温まで冷却せずに、常に約100°Cに維持しておけ
ば、所定の温度まで加熱するのに要する時間を短縮で
き、同様に所定の温度まで冷却するのに要する時間も短
縮することができる。
【0057】例えば、設定温度保持に数十秒間を要した
後、冷却部53を動作させて冷却用配管10aに冷却水
及び冷却用空気を流し、加熱・冷却部15a及び15b
を冷却した後、冷却用配管10b、10dによりこの冷
却水を回収し、この循環動作を繰り返して冷却する(ス
テップ116)。
【0058】加熱・冷却部15a及び15bが設定され
た温度まで下がったとき(ステップ118)その冷却が
停止される(ステップ120)。
【0059】冷却動作が停止した後は、窒素ガス噴射も
停止される(ステップ122)。
【0060】この時点で樹脂基板内のバンプは完全に接
合されている。
【0061】次に、制御部51の制御の基で、駆動部5
2が駆動されて、加熱・冷却部15aはその初期位置
(図2参照)まで下方に移動し、その位置で停止する
(ステップ124)。その後、被加工物としての接合さ
れた樹脂基板が取り出される(ステップ126)。
【0062】以上述べた動作は接合すべき樹脂基板ごと
に繰り返して行うことが出来る。
【0063】以上述べた実施例においては、貼合わせ部
を構成する一対の加熱・冷却部の内の下側の加熱・冷却
部15aを駆動部52によって上下に移動するように構
成したが、本発明はその実施態様に限定されるものでは
なく、下側の加熱・冷却部15aを静止させ、逆に上側
の加熱・冷却部15bを上下に移動するように構成して
も本発明の効果は同様に達成され得る。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の樹脂基板
バンプ貼合わせ装置においては、樹脂基板を挟み込んだ
一対の治具プレートを加熱・冷却部に載置するだけで、
従来例における押え板の微妙な水平度調整等を一切必要
とせず、セッテイングが可能となる。
【0065】また、加熱に要する時間は約7分、冷却時
間は約4分となり、合計約11分という僅かな時間でバ
ンプ接合工程を完了することができる。
【0066】従来例における約75分と比較すると約8
5%もの時間短縮が可能となり生産性が著しく向上す
る。
【0067】また、一対の治具プレートに挟み込んでセ
ットされた、被加工物である樹脂基板の取り扱いをロボ
ット等を利用することにより、自動化が可能となり、さ
らに本発明の樹脂基板バンプ貼合わせ装置を例えば複数
台用い、各装置にそのロボットによってそのセットされ
た樹脂基板を供給するようにすれば、さらに一層生産性
を向上することが可能となる。
【0068】例えば、本装置を6台同時に使用すれば、
一のタクトを110秒とすることができ大量生産が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による樹脂基板バンプ貼合わ
せ装置の概略構成を図である。
【図2】本発明の該実施例における貼合わせ部の正面図
である。
【図3】図2に示す貼合わせ部の右側面図である。
【図4】図2に示す貼合わせ部の平面図である。
【図5】本発明の該実施例における加熱・冷却部の拡大
斜視図である。
【図6】本発明の該実施例装置の動作を示すフローチャ
ートである。
【図7】従来の樹脂基板バンプ貼合わせ装置の概略を示
す斜視図である。
【図8】図7の従来例において樹脂基板にバンプをセッ
トした状態の断面図である。
【図9】図7に示す従来例において加熱炉内に樹脂基板
バンプ貼合わせ装置を載置した状態を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 ベース 2 昇降台 4 ヒータ 5 固定ねじ 6 断熱板 9a、9b、貫通孔 9c、9d 貫通孔 10a、10b 冷却用配管 10c、10d 冷却用配管 11 ねじ部 12 支持棒 13 固定ねじ 14 支持板 15a、15b 加熱・冷却部 16 リード線 17 リード線端子箱 18 温度センサ 19 可動軸 20 窒素ガス配管 21 上面 22 下面 23a、23b 押圧面 24 側面 25 側面 26 取付面 27a、27b 貫通孔 27c、27d 貫通孔 28a、28b 冷却水路 29a、29b 貫通孔 30 押え板 31 加圧調整ねじ 32 樹脂基板 33a、33b 治具プレート 34 コイルばね 35 支持棒 35a ねじ 36 台 37 ばね保持部 38 バンプ 39 チップ抵抗 40 加熱炉 42 チップコンデンサ 43 ベアチップ 44 印刷抵抗 50 貼合わせ部 51 制御部 52 駆動部 53 冷却部 54 窒素ガス噴射部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 泰利 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日 本無線株式会社内 (72)発明者 大岩 隆夫 東京都三鷹市下連雀五丁目1番1号 日 本無線株式会社内 審査官 加藤 友也 (56)参考文献 特開 昭63−58892(JP,A) 特開 平5−55741(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線回路部分に設けたバンプ接合部と回
    路パターンとをそれぞれ有する複数樹脂基板を互いに重
    ね合わせて押圧・加熱して、該バンプを溶融させること
    により複数樹脂基板同士を互いに電気的に接合する樹脂
    基板バンプ貼合わせ装置において、複数枚重ね合わせた
    樹脂基板の上下両平面を挟み込んで、該樹脂基板を加熱
    及び冷却するための一対の加熱・冷却部と、前記加熱・
    冷却部の内のどちらか一方を上下方向に移動させるため
    の駆動部とから構成される貼合わせ部と、前記加熱・冷
    却部を加熱するための加熱部と、前記加熱・冷却部を水
    冷するために冷却用配管を介して冷却水を循環させるた
    めの冷却部と、前記貼合わせ部を窒素ガス雰囲気に置く
    ために、窒素ガスを配管を介して噴射するための窒素ガ
    ス噴射部と、該装置全体の動作を制御するための制御部
    と、を具備することを特徴とする樹脂基板バンプ貼合わ
    せ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した樹脂基板バンプ貼合
    わせ装置において、前記加熱・冷却部が、一定の厚さを
    有する金属ブロックで形成され、前記加熱・冷却部の内
    部に前記加熱部としてのヒータを具備し、かつ、前記冷
    却部からの冷却水を循環するための、相互に連結される
    複数個の冷却水路を具備することを特徴とする樹脂基板
    バンプ貼合わせ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載した樹脂基板バンプ貼合
    わせ装置を用いて樹脂基板をバンプにより貼合わせする
    方法において、前記加熱・冷却部を約100°Cに維持
    する工程と、パンプ貼合わせに際し、複数の樹脂基板を
    挟持する治具プレートを押圧する工程と、前記樹脂基板
    のバンプ接合部が溶融するまで窒素ガスの雰囲気中で前
    記加熱・冷却部を加熱する工程と、前記樹脂基板のバン
    プ接合部を固着するために前記加熱・冷却部を約100
    °Cまで冷却する工程とを具備することを特徴とする樹
    脂基板バンプ貼合わせ方法。
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