JP2001024008A - 発光部品のボンディング方法および装置 - Google Patents

発光部品のボンディング方法および装置

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JP2001024008A
JP2001024008A JP11196651A JP19665199A JP2001024008A JP 2001024008 A JP2001024008 A JP 2001024008A JP 11196651 A JP11196651 A JP 11196651A JP 19665199 A JP19665199 A JP 19665199A JP 2001024008 A JP2001024008 A JP 2001024008A
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佳和 花田
Hiroshi Maeda
弘 前田
Kazuo Onishi
一夫 大西
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な工程および構成で、発光部品を装着対象
物上に高精度に位置決めすることを可能にする。 【解決手段】LDチップ12を保持する発光部品保持手
段14と、銅マウント材16を保持する装着対象物保持
手段18と、前記発光部品保持手段14および前記装着
対象物保持手段18をボンディング位置に対応して相対
的に移動させる移動手段20と、前記LDチップ12の
発光部に対して斜め方向から照明光を照射する照明部2
4と、前記発光部からの反射光に基づいて該LDチップ
12の位置決め基準位置を検出する制御部26とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光部品を装着対
象物上の所定の位置にボンディングするための発光部品
のボンディング方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、例えば、電気・電子・通信機
器等の各種分野において半導体レーザ素子(以下、LD
ともいう)が利用されている。通常、図10に示される
ように、LD1は、銅マウント材(ヒートシンク)2
と、前記銅マウント材2上に積層された状態で一体的に
結合される発光部品である半導体レーザチップ(以下、
LDチップともいう)3とを備えている。LDチップ3
は突起部(リッジ)および/または溝部(グルーブ)を
有した発光部4を備えており、略面一に形成された銅マ
ウント材2と前記LDチップ3の一端面からレーザ光が
発光されるように構成されている。
【0003】上記のように、LDチップ3は、レーザ光
を発光する際に生ずる内部発熱によって該LDチップ3
自身が自己破壊することを防止するために、熱伝導性の
良好な銅マウント材2上にボンディングされている。こ
の種のLD1では、銅マウント材2とLDチップ3のボ
ンディング精度が前記LD1の性能や信頼性に大きく影
響している。換言すれば、LD1に要求される性能や信
頼性が高くなると、それに伴って非常に高精度なアライ
メントが必要となっている。
【0004】このため、例えば、特開平6−21617
0号公報に開示されている自動ダイボンバーが採用され
ている。この従来技術では、ワークおよび半導体レーザ
素子にそれぞれアライメント用のマークが設けられてお
り、カメラテーブルの移動によって、まず、このカメラ
テーブルに設けられている下側の固体撮像素子で前記半
導体レーザ素子のマークが認識された後、前記カメラテ
ーブルを後退させることにより、上側の固体撮像素子で
前記ワークのマークが認識される。これにより、半導体
レーザ素子とワークとの相対的な位置関係が認識され
て、前記半導体レーザ素子と前記ワークとの相対位置関
係が調整される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、半導体レーザ素子およびワークに取り付
けるアライメント用のマークを作成しなければならず、
製造コストが高騰するという問題がある。さらに、製作
上の問題から半導体レーザ素子であるLDチップの寸法
にばらつきが生じ易く、外形に対して発光位置が一定し
ないという問題があり、また、工程上の制約から前工程
のウエハ製作時に、マークを一定位置に正確に貼り付け
ることができない場合がある。また、ワークであるヒー
トシンクのエッジにダレが生じ易く、このヒートシンク
の所定の位置にマークを精度よく取り付けることができ
ないという問題がある。
【0006】一方、LDチップとヒートシンクの外形を
検出して前記LDチップと前記ヒートシンクとの相対位
置関係を調整する方法が知られている。ところが、ウエ
ハからLDチップを切り出す際に、このLDチップの側
壁面に欠け等が生じ易く、前記LDチップの外形を精度
よく検出することができないという問題がある。さら
に、LDチップの切り出し寸法にばらつきが生じ、各L
Dチップの幅寸法がばらつくという不具合がある。特
に、発光部を構成する突起部や溝部の形状が、幅寸法が
10μm程度、深さが0.2μmオーダーと非常に小さ
いため、この発光部の位置を高精度に検出することがで
きないという問題が指摘されている。
【0007】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な作業および構成で、発光部品を装着対象物上
の所望の位置に高精度に位置決めするとともに、設備費
を有効に削減することが可能な発光部品のボンディング
方法および装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光部品の
ボンディング方法および装置では、発光部品の発光部に
対して斜め方向から照明光が照射されると、この発光部
品の平滑面からの反射光は正反射する一方、前記発光部
(突起部や溝部)からの反射光は正反射光とは異なる方
向に反射する。このため、発光部からの反射光を受光す
ることにより、前記発光部の位置決め基準位置が正確に
検出され、検出された前記発光部の位置決め基準位置に
対応して発光部品が装着対象物上にボンディングされ
る。
【0009】これにより、発光部品や装着対象物にアラ
イメント用のマークを取り付ける必要がなく、設備費を
有効に削減し得るとともに、前記発光部品および前記装
着対象物の外形寸法のばらつきに影響されることがな
く、ボンディング作業が高精度かつ効率的に遂行され
る。
【0010】また、発光部からの反射光を画像情報とし
て入力し、前記画像情報を画像処理することにより前記
発光部の位置決め基準位置が高精度に検出される。さら
に、画像情報を用い、輝度信号が最大となる位置や、輝
度信号が一定値以上でかつ前記輝度信号の変化量が最大
となる位置や、前記輝度信号の変化量が最大となる2つ
の位置の中点を、前記発光部の位置決め基準位置として
設定する。これにより、幅寸法および深さが極めて小さ
な寸法に設定された発光部の位置決め基準位置が精度よ
く、しかも効率的に検出されることになる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
発光部品のボンディング方法を実施するためのボンディ
ング装置10の概略斜視説明図であり、図2は、前記ボ
ンディング装置10の正面説明図である。
【0012】ボンディング装置10は、発光部品である
LD(レーザダイオード)チップ12を保持する発光部
品保持手段14と、装着対象物である銅マウント材16
を保持する装着対象物保持手段18と、前記発光部品保
持手段14と前記装着対象物保持手段18とをボンディ
ング位置に対応して相対的に移動させる移動手段20
と、前記LDチップ12の発光部(リッジまたはグルー
ブ)22に対して斜め方向から照射光を照射する照明部
(照射手段)24と、前記発光部22からの反射光に基
づいて該LDチップ12の位置決め基準位置を検出する
制御部(制御手段)26とを備える。
【0013】ボンディング装置10を構成する架台28
上には、複数のLDチップ12を配置する発光部品供給
台30と、銅マウント材16を保持するθステージ3
2、移動手段20を構成するXステージ34、Yステー
ジ36およびZステージ38とが設けられる。θステー
ジ32は、Z軸回りに回転可能な回転テーブル40を備
え、この回転テーブル40上には、装着対象物保持手段
18および加熱手段42が配置される。装着対象物保持
手段18は、銅マウント材16をその上面16aを基準
にして位置決め保持するためのガイド43を設けてい
る。
【0014】Xステージ34には、X軸方向に延在して
配置されるガイド部材44と、このガイド部材44の一
端に固定される第1モータ46と、この第1モータ46
の出力軸に連結されてX軸方向に延在するボールねじ4
8とが設けられる。このボールねじ48は、X軸可動テ
ーブル50に設けられた図示しないナット部材に螺合し
ている。
【0015】Yステージ36には、X軸可動テーブル5
0上に設けられたガイド部材52と、このガイド部材5
2の一端側に固定される第2モータ54と、この第2モ
ータ54の出力軸に連結されてY軸方向に延在するボー
ルねじ56とが設けられる。このボールねじ56は、Y
軸可動テーブル58に設けられた図示しないナット部材
に螺合している。
【0016】Zステージ38には、Y軸可動テーブル5
8上に固定されてZ軸方向に延在するフレーム60と、
このフレーム60に固定されZ軸方向に長尺なガイド部
材62と、前記ガイド部材62の上端に固定される第3
モータ64と、この第3モータ64の出力軸に連結され
Z軸方向に延在するボールねじ66とが設けられる。こ
のボールねじ66は、Z軸可動テーブル68に設けられ
た図示しないナット部材に螺合するとともに、前記Z軸
可動テーブル68には、Y軸方向に延在するアーム部材
70の一端が固定される。
【0017】アーム部材70の他端には、加圧手段72
が装着されており、前記加圧手段72の先端側に発光部
品保持手段14が固定される。加圧手段72は、LDチ
ップ12と銅マウント材16とをボンディングする際に
一定の荷重を付与するために、発光部品保持手段14全
体を装着対象物保持手段18に加圧する機能を有してい
る。発光部品保持手段14は、LDチップ12を吸着保
持するために、図示しない負圧発生源に連通している。
【0018】架台28にはコラム74が設けられ、この
コラム74の上部に取付台76を介して第1撮像手段7
8が装着される。第1撮像手段78は、LDチップ12
のエッジおよび銅マウント材16の上面16aのエッジ
を撮像する第1CCDカメラ80を備え、前記第1CC
Dカメラ80の光軸上に光学系82が設けられている。
【0019】図1〜図3に示すように、照明部24は架
台28上に装着されている。この照明部24は、発光部
品保持手段14が発光部品供給台30とθステージ32
との間の所定の位置に配置された状態で、前記発光部品
保持手段14に保持されているLDチップ12の発光部
22に向かって水平方向から所定角度θ°だけ傾斜して
照明光Lを照射するように設定されている。架台28上
には、照明光Lの照射位置に配置されるLDチップ12
の下方に位置して第2撮像手段84が装着されており、
この第2撮像手段84を構成する第2CCDカメラ86
が制御部26に接続される。
【0020】図4に示すように、制御部26は、ボンデ
ィング装置10全体を制御するためのコンピュータ(ま
たはシーケンサ)90を備え、このコンピュータ90に
画像処理回路(画像処理部)92が接続されるととも
に、この画像処理回路92には、第1CCDカメラ80
および第2CCDカメラ86からそれぞれの画像信号が
入力される。コンピュータ90は、サーボモータ用コン
トローラ94を介してサーボモータドライバ96が接続
される。サーボモータドライバ96は、X軸モータであ
る第1モータ46、Y軸モータである第2モータ54、
Z軸モータである第3モータ64および回転テーブル4
0を回転させるθ軸モータである第4モータ98を駆動
制御する。
【0021】このように構成されるボンディング装置1
0の動作について、図5に示すフローチャートに基づい
て以下に説明する。
【0022】先ず、発光部品供給台30上に複数のLD
チップ12がセットされており、発光部品保持手段14
が前記発光部品供給台30上にセットされた所定のLD
チップ12を受け取るLDチップ受け取り位置へと移動
される(ステップS1)。具体的には、移動手段20を
構成する第1モータ46が駆動されることにより、ボー
ルねじ48の回転作用下にX軸可動テーブル50がX軸
方向に移動するとともに、第2モータ54の駆動作用下
にボールねじ56が回転されることによって、Y軸可動
テーブル58がY軸方向に移動する。
【0023】従って、第1および第2モータ46、54
が駆動制御されることにより、発光部品保持手段14が
発光部品供給台30上のLDチップ受け取り位置に移動
する。なお、移動手段20は、図3に示すように、コン
ピュータ90の作用下に、サーボモータ用コントローラ
94からサーボモータドライバ96に駆動信号が供給さ
れることにより駆動制御される。
【0024】発光部品保持手段14が所定のLDチップ
12上に配置された後、移動手段20を構成する第3モ
ータ64が駆動され、ボールねじ66の回転作用下にZ
軸可動テーブル68と一体的に発光部品保持手段14が
下降し、この発光部品保持手段14により前記LDチッ
プ12が吸着保持される。さらに、第3モータ64が前
記とは逆方向に駆動され、Z軸可動テーブル68を介し
て発光部品保持手段14がLDチップ12を吸着した状
態で上方に移動し、このLDチップ12が発光部品供給
台30から取り出される(ステップS2)。
【0025】一方、θステージ32では、回転テーブル
40上に設けられている装着対象物保持手段18に、銅
マウント材16がその上面16aを基準にして位置決め
保持される(ステップS3)。銅マウント材16は、例
えば、真空コレットとX−Z軸トランスファおよび自動
ガイド位置決め手段等を備えた自動搬送機構(図示せ
ず)によって、装着対象物保持手段18に自動的に供給
される。回転テーブル40上では、加熱手段42に銅マ
ウント材16をサイドから押し付けるとともに、前記銅
マウント材16を上面基準を出すためのガイド43に押
し付けて固定している。
【0026】次に、LDチップ12を吸着保持している
発光部品保持手段14が、移動手段20を介して回転テ
ーブル40側に移動し、前記LDチップがこの回転テー
ブル40と発光部品供給台30との略中間位置である照
射位置に配置される(ステップS4)。この状態で照明
部24が駆動され、この照明部24からLDチップ12
の発光部22に向かって照明光Lが照射され、第2撮像
手段84を介して前記発光部22の撮像が行われる(ス
テップS5)。
【0027】具体的には、図6に示すように、LDチッ
プ12の平滑面に照射される照明光L1の反射光は、こ
の平滑面で正反射されるため、第2CCDカメラ86に
照射されることがない。一方、このLDチップ12の発
光部22である、例えば、リッジに照射される照明光L
2は、このリッジで鉛直下方向に反射されて第2CCD
カメラ86に導入される。
【0028】このため、図7に示すように、所定の幅寸
法を有する2本のリッジ画像100a、100bが得ら
れる。画像処理回路92では、リッジ画像100a、1
00bの中心線102a、102bが求められた後に前
記中心線102a、102bから発光部22の中心位
置、すなわち、前記発光部22の位置決め基準位置10
4が検出される(ステップS6)。この場合、リッジ画
像100a、100bに二値化またはグレイ処理等の画
像処理が施されることによってそれぞれの中心線102
a、102bが求められ、さらにこの中心線102a、
102bから各リッジ間の中心線である位置決め基準位
置104が演算されることになる。
【0029】また、発光部22から第2CCDカメラ8
6に照射される光の強度は、図8に示すような輝度パタ
ーンを有する。その際、暗から明、明から暗へと変化す
る部位近傍では信号レベルが低くなって安定性が悪いた
め、信号レベルが最大となる位置P1、P2を用い、こ
の位置P1、P2の平均値を演算することにより位置決
め基準位置104が求められる。これによって、発光部
22の位置決め基準位置104を、より一層正確かつ確
実に検出することが可能になる。
【0030】一方、リッジ画像100aの輝度信号の変
化量が最大となる位置P11、P12を用い、その平均
値(中点)を演算することによって前記リッジ画像10
0aの中心線102aを得ることができる。同様に、リ
ッジ画像100bの輝度信号の変化量が最大となる位置
P21、P22を用い、その平均値から前記リッジ画像
100bの中心線102bを得ることができる。
【0031】さらにまた、輝度信号が一定値以上の領域
で、かつこの輝度信号の変化量が最大となる位置(δ1
1、δ12およびδ21、δ22)である位置P11、
P12および位置P21、P22を求め、この位置P1
1、P12の中点およびこの位置P21、P22の中点
の位置P1、P2を各リッジ画像100a、100bの
中心線102a、102bとして位置決め基準位置10
4を設定することもできる。
【0032】このように、LDチップ12の発光部22
の位置決め基準位置104が検出された後、移動手段2
0を介して発光部品保持手段14が回転テーブル40上
に移動し、装着対象物保持手段18の真上に対応して前
記発光部品保持手段14が配置される。さらに、移動手
段20を構成する第3モータ64が駆動されて発光部品
保持手段14が下降し、この発光部品保持手段14に吸
着保持されているLDチップ12が銅マウント材16に
対応して配置される(ステップS7)。
【0033】そこで、第1撮像手段78を構成する第1
CCDカメラ80を介し、LDチップ12および銅マウ
ント材16のエッジが撮像され(ステップS8)、前記
LDチップ12と前記銅マウント材16との相対位置補
正が一定の時間間隔毎にリアルタイムでフィードバック
制御される。具体的には、LDチップ12のエッジと銅
マウント材16のエッジとが撮像されて、X軸方向およ
びθ軸方向の補正量△Xおよび△θが演算され、また、
位置決め基準位置104の情報に基づいてY軸方向の補
正量△Yが算出される(ステップS9)。そして、この
補正量が予め設定されている基準値よりも大きいと判断
されると(ステップS10中、NO)、ステップS11
に進んで移動手段20が駆動され、LDチップ12と銅
マウント材16との相対位置補正が行われる。
【0034】例えば、図9に示すように、LDチップ1
2のエッジが銅マウント材16のエッジに対して補正量
△θ(>基準値)だけずれていることが検出されると、
θステージ32に設けられている回転テーブル40が第
4モータ98の駆動作用下に回転し、このずれ量である
補正量△θの回転補正が行われる。
【0035】次いで、X軸方向およびY軸方向のずれ量
である補正量△Xおよび△Yを検出し、例えば、この補
正量△Xが基準値よりも大きい場合には、第1モータ4
6が駆動されて前記補正量△Xの移動補正が行われる。
さらに、第1および第2CCDカメラ80、86の合成
画像上で、LDチップ12のエッジと銅マウント材16
のエッジとが一致する際に、フィードバック制御が終了
される。
【0036】なお、制御部26では、図4に示すよう
に、全体制御用のコンピュータ(またはシーケンサ)9
0を介してソフト的に一定間隔で画像情報のフィードバ
ックを行っているが、ハードで、直接、画像処理データ
をサーボモータ用コントローラ94にフィードバック信
号として取り込むようにすると、より一層高速で処理を
行うことができる。
【0037】ステップS10で、補正量が基準値以下で
あると判断されると、ステップS12に進んでLDチッ
プ12が銅マウント材16にボンディングされる。その
際、加圧手段72に内蔵されている、例えば、スプリン
グ(図示せず)の弾性力を介して発光部品保持手段14
が装着対象物保持手段18側に押圧されており、LDチ
ップ12が一定の荷重で銅マウント材16に加圧保持さ
れている。この状態で、加熱手段42が駆動されて銅マ
ウント材16の加熱が開始されることになる。
【0038】このように、本実施形態では、発光部品保
持手段14に保持されているLDチップ12の発光部2
2に対して斜め方向から照明光L(L1、L2)を照射
し、この発光部22からの反射光を第2CCDカメラ8
6で受光し、その画像情報に基づいて該発光部22の中
心位置である位置決め基準位置104が検出される。
【0039】これにより、LDチップ12および銅マウ
ント材16にアライメント用のマークを取り付ける作業
が不要となり、従来例に比較して、設備費が有効に削減
される。しかも、LDチップ12の外形寸法のばらつき
等に影響されることがなく、前記LDチップ12を銅マ
ウント材16に対して精度よくかつ確実にアライメント
することができるという効果が得られる。特に、発光部
22を構成するリッジやグルーブの形状が、例えば、幅
寸法が10μm程度、深さが0.2μmオーダーと非常
に小さい場合であっても、前記発光部22の位置決め基
準位置を高精度に検出することが可能になり、ボンディ
ング作業全体の効率化が容易に図られる。
【0040】なお、本実施形態では、発光部品としてL
Dチップ12を用い、装着対象物として銅マウント材1
6を用いているが、例えば、発光部品として半導体チッ
プを用い、装着対象物としてガラスエポキシ基板を用い
た場合であっても、同様の効果が得られる。
【0041】また、本実施形態では、発光部品保持手段
14をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動可能に
構成するとともに、装着対象物保持手段18をθ軸方向
に回転可能に構成しているが、これに限定されるもので
はなく、例えば、前記装着対象物保持手段18がX軸方
向、Y軸方向およびθ軸方向に移動する一方、前記発光
部品保持手段14がZ軸方向にのみ移動可能なように構
成してもよい。
【0042】
【発明の効果】本発明に係る発光部品のボンディング方
法および装置では、発光部品の発光部に対して斜め方向
から照明光を照射し、この発光部からの反射光に基づい
て前記発光部の位置決め基準位置が検出されるため、ア
ライメント用のマークを不要とするとともに、前記発光
部品の外形形状のばらつきにも影響されることがなく、
該発光部の位置決め基準位置を高精度かつ確実に検出す
ることができ、ボンディング作業全体の効率化が図られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る発光部品のボンディン
グ方法を実施するボンディング装置の概略斜視説明図で
ある。
【図2】前記ボンディング装置の正面説明図である。
【図3】前記ボンディング装置の要部説明図である。
【図4】前記ボンディング装置を構成する制御部の概略
構成説明図である。
【図5】本発明に係る発光部品のボンディング方法を説
明するフローチャートである。
【図6】LDチップの位置決め基準位置を検出する状態
の説明図である。
【図7】リッジ画像の説明図である。
【図8】輝度信号の説明図である。
【図9】フィードバック制御補正の説明図である。
【図10】一般的なLDの斜視説明図である。
【符号の説明】
10…ボンディング装置 12…LDチップ 14…発光部品保持手段 16…銅マウント材 18…装着対象物保持手段 20…移動手段 22…発光部 24…照明部 26…制御部 30…発光部品供給台 32…θステージ 34…Xステージ 36…Yステージ 38…Zステージ 40…回転テーブル 72…加圧手段 78、84…撮像手段 80、86…CCDカ
メラ 90…コンピュータ 92…画像処理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 一夫 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 Fターム(参考) 5F047 AA19 CA08 FA72 FA73 FA79 FA83

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光部品を装着対象物上の所定の位置にボ
    ンディングするための発光部品のボンディング方法であ
    って、 前記発光部品の発光部に対して斜め方向から照明光を照
    射する工程と、 前記発光部からの反射光に基づいて、該発光部の位置決
    め基準位置を検出する工程と、 検出された前記発光部の位置決め基準位置に対応して前
    記発光部品を前記装着対象物上に配置させ、該発光部品
    を該装着対象物にボンディングする工程と、 を有することを特徴とする発光部品のボンディング方
    法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のボンディング方法におい
    て、前記発光部からの反射光を画像情報として入力し、
    前記画像情報を画像処理することにより前記発光部の位
    置決め基準位置を検出することを特徴とする発光部品の
    ボンディング方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載のボンディング方法におい
    て、前記画像情報を用い、輝度信号が最大となる位置を
    前記発光部の位置決め基準位置として設定することを特
    徴とする発光部品のボンディング方法。
  4. 【請求項4】請求項2記載のボンディング方法におい
    て、前記画像情報を用い、輝度信号が一定値以上でかつ
    該輝度信号の変化量が最大となる位置、または、前記輝
    度信号の変化量が最大となる2つの位置の中点を前記発
    光部の位置決め基準位置として設定することを特徴とす
    る発光部品のボンディング方法。
  5. 【請求項5】発光部品を装着対象物上の所定の位置にボ
    ンディングするための発光部品のボンディング装置であ
    って、 前記発光部品を保持する発光部品保持手段と、 前記装着対象物を保持する装着対象物保持手段と、 前記発光部品保持手段と前記装着対象物保持手段とを、
    ボンディング位置に対応して相対的に移動させる移動手
    段と、 前記発光部品の発光部に対して斜め方向から照明光を照
    射する照射手段と、 前記発光部からの反射光に基づいて、該発光部の位置決
    め基準位置を検出する制御手段と、 を備えることを特徴とする発光部品のボンディング装
    置。
  6. 【請求項6】請求項5記載のボンディング装置におい
    て、前記制御手段は、前記発光部からの反射光を画像情
    報として入力し、前記画像情報を用いて前記発光部の位
    置決め基準位置を検出する画像処理部を備えることを特
    徴とする発光部品のボンディング装置。
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