JP2004290993A

JP2004290993A - Component fitting device

Info

Publication number: JP2004290993A
Application number: JP2003084423A
Authority: JP
Inventors: Masaru Saito; 勝斉藤; Hiroshi Anzai; 洋安西; Naoyuki Hachiman; 直幸八幡
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4233905B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the occurrence of a local temperature difference on heating. <P>SOLUTION: The component fitting device 10 for fitting a component T to fitting object by brazing is provided with: a fitting stand 20 having a fitting face 21 on which the fitting object S is placed; a preheating means 11 provided on the fitting stand 20 and preheating the fitting face 21; and a heating means 13 for heating the component T and the fitting object S by the irradiation of heat rays. The fitting stand 20 is provided with a passing part 25 of the heat rays, then the irradiation of heat rays is performed from the lower side of the placed fitting object S. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品装着装置に係り、特に、ロウ付けにより部品を装着対象物に装着する部品装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、二つの金属片をレーザ光の照射によりロウ付けする接合方法が開示されている。かかる接合方法では、台座となる治具の上にロウ材を挟んで上下に重ね合わせて載置された二つの金属片の内、上側となる金属片の上面中央部をレーザ光の照射位置とし、当該照射位置の周囲四箇所で二つの金属片を治具にて抑え、照射位置にカーボン等の光吸収層を付すると共に上方からレーザ光の照射を行っている。
かかる方法により、レーザ光が上側金属片をロウ材の背面側から効果的に加熱し、二つの金属片のロウ付けが行われる。
【０００３】
特許文献２には、電子部品のリードを基板に対してレーザ光の照射により半田付けする方法及びその装置が開示されている。かかる先行技術は、半田を挟んだ状態で電子部品のリードを基板側に押圧する押圧部材に対してレーザ光を照射する、というものである。
上記手法により、リードを基板側に押圧しながら半田付けを行うことが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特許２５５４９９４号公報
【特許文献２】
特開平６−２２６４３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２に記載された先行技術は、レーザ光照射を用いてロウ材の加熱を行う構成のため、特許文献１の先行技術ではそのレーザ光の照射位置が、特許文献２の先行技術では押圧部材の押圧位置が、それぞれ集中して加熱されることとなる。特に短時間で集中加熱を行う場合、熱が集中する部分はその周囲の部分と比較して、高い場合で数百度の温度差を生じることとなる。このような温度差を生じると、互いに接合された各々の部材には、熱膨張等の影響により残留応力を生じ、接合部の強度の低下，破損等を生じるおそれがあった。
【０００６】
また、上記各先行技術のように、接合対象物に対して上方からレーザ光を照射する場合、その反射光の弊害を防止するために周囲を囲う等の保護手段を設ける必要がある、という不都合があった。
【０００７】
本発明は、部品又は装着対象物における局所的な加熱による周囲との温度差の抑制を図ることをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、部品をその装着対象物にロウ付けにより装着する部品装着装置であって、装着対象物を載置する載置面を有する載置台と、この載置台に設けられ，載置面を予熱する予熱手段と、を備え、熱線を照射して部品及び装着対象物を加熱する加熱手段とを備え、載置台に熱線の通過部を設けると共に載置された装着対象物の下方から熱線照射する、という構成を採っている。
上述の「熱線の通過部」とは、載置台を貫通する中空の貫通穴でも良いし、同貫通穴を透明な素材により中実としても良いし、光導波路のように透明素材の一端部から他端部に熱線を伝達するようなものであっても良い。
【０００９】
上記構成では、載置台の載置面上に装着対象物が載置され、さらにその上にロウ材を介して部品が載置される。そして、これら部品及び装着対象物の載置に前後して載置台が予熱手段によりロウ材の溶融温度以下の温度で予熱される。さらに、かかる状態で、下方から部品搭載位置に向けて熱線を照射することでロウ材が溶融して接合が行われる。
このように、熱線により加熱される前に部品及び装着対象物が予め予熱されること及び載置台を介してその予熱が行われることから、装着対象物はその全体が予熱温度まで昇温され、熱線が部分的に照射された場合であっても、周囲との温度差の発生を抑制することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、載置台は、載置面を備える被加熱板を有し、加熱手段は、被加熱板に熱線を照射し，被加熱板を介して装着対象物を加熱する、という構成を採っている。
上記構成では、請求項１記載の発明と同様の作用を奏すると共に、被加熱板に対する熱線の照射が行われ、被加熱板を介して装着対象物が加熱されるので、熱線からの熱は被加熱板において拡散し、装着対象物に対して載置面との接触面全体から加熱を行うことができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、熱線の通過部は、載置台を上下に貫通して設けられている、という構成を採っている。
上記構成では、加熱手段からの熱線を上方に照射することで装着対象物を下方から加熱することができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、予熱手段は、部品の装着対象物に対するロウ付け可能な温度まで昇温可能である、という構成を採っている。
上記構成では、予熱手段により載置面全体から加熱を行うことでロウ付けが行われる。このため、装着対象物が大きな場合，さらには部品と装着対象物とのロウ付けの面積が大きな場合であっても、載置面全体から加熱することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態たる部品装着装置としてのダイボンディング装置１０は、部品としての半導体レーザチップＴを装着対象物としてのサブマウントＳに対してダイボンディングするための装置である。
かかる半導体レーザチップＴは例えば、ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザチップであって、一例としてその寸法は縦４００［μｍ］，横２５０［μｍ］，厚さ８０〜１３０［μｍ］である。また、サブマウントＳは、窒化アルミニウム又はシリコンからなり、一例としてその寸法は縦２［ｍｍ］，横１．２［ｍｍ］，厚さ２２０［μｍ］である。なお、ダイボンディングの対象としては、上述した素材や寸法の半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳについて限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態の全体構成）
ダイボンディング装置１０は、ダイボンディングを行うためにサブマウントＳを載置する載置面２１を備えた載置台２０と、この載置台２０に設けられ，載置面２１を予熱する予熱手段としてのセラミックヒータ１１と、載置面２１上でサブマウントＳを保持するための吸引圧力を供給するための真空チャンバ３０と、半導体レーザチップＴを載置面２１上のサブマウントＳの取付位置に搬送する搬送機構（吸着ノズル１２のみを図示する）と、熱線としてのレーザ光を照射して半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳを加熱する加熱手段としてのレーザ照射装置１３と、載置台２０を水平面に沿った互いに直交する二軸方向に沿って移動させるＸ−Ｙテーブル１４と、半導体レーザチップＴとサブマウントＳの加熱時に不活性ガスを供給するガス供給手段（ガス用ノズル１５のみ図示する）と、加熱終了後，半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳを冷却する冷却手段（図示略）と、上記各部の動作制御を行う動作制御手段（図示略）とを備えている。
以下、各部を詳説する。
【００１５】
（Ｘ−Ｙステージ）
Ｘ−Ｙステージ１４は、その上部が水平且つ直交するＸ−Ｙ方向に沿って移動する可動部（当該可動部のみ図示する）となっている。そして、その可動部には、上から順番に載置台２０，真空チャンバ３０及びレーザ照射装置１３が設置されている。これら載置台２０，真空チャンバ３０及びレーザ照射装置１３は、このＸ−Ｙステージ１４により水平面内での位置決めが行われる。
【００１６】
（レーザ照射装置）
レーザ照射装置１３は、Ｘ−Ｙステージ１４の可動部上において、垂直上方に向かってレーザ光を出射するように設置されている。
そして、レーザ照射装置１３は、いずれも図示を省略しているが、レーザ光源と、出射したレーザ光を集光する光学系と、レーザ光の射出状態を検出し動作制御手段に出力するレーザ出力センサとを備えている。
上記光学系は、レーザ光源から出射したレーザ光を後述する加熱プレート２３の下面において約０．３［ｍｍ］のスポット径（直径）となるように集光及びフォーカシングを行い、レーザ光源は、スポット形成時にそのパワー密度が１０^４［Ｗ／ｃｍ^２］となる出力でレーザ光を出射する。かかる出力でレーザ光を予め設定された照射時間（本実施形態では０．５［ｓｅｃ］）照射することで加熱プレート２３を介してサブマウントＳ及び半導体レーザチップＴの接合部を３５０［℃］まで加熱することができる。
レーザ出力センサは、レーザ光源の出力を動作制御手段に出力し、動作制御手段は、そのセンサ出力に基づいてレーザ光源の出力調節を行うと共に予め設定された照射時間の照射を行うように動作制御する。
【００１７】
（真空チャンバ）
真空チャンバ３０は、図示しない減圧ポンプにより内部の空気を吸い出される内部中空のチャンバ本体３１と、レーザ照射装置１３の真上を跨るようにこのチャンバ本体３１を支持する脚部３２とを備えている。
チャンバ本体３１は、その上面に載置台２０が配設されている。そして、チャンバ本体３１には、減圧ポンプとの連結を図るための空気排出口３３と、その中空内部と載置台２０に設けられた吸気流路２５とを連通するための連通口３４とが形成されている。従って、減圧ポンプによりチャンバ本体３１の内部を減圧すると、連通口３４を介して載置台２０の吸気流路２５内も減圧することができる。
なお、レーザ照射装置１３により、載置台２０の上方に位置する後述する加熱プレート２３にレーザ光を照射する必要があるため、チャンバ本体３１はレーザ光を透過する透明素材、例えばガラスが使用されている。
【００１８】
（載置台及びセラミックヒータ）
載置台２０は、チャンバ本体３１の上面に設置されたブロック体２２と、このブロック体２２の上面に配設される着脱可能な被加熱板としての加熱プレート２３とを備えている。なお、前述した載置面２１とは、この加熱プレート２３の上面のことを示している。
ブロック体２２は、その中央部において上下方向に貫通して設けられた吸気流路２５を備えている。この吸気流路２５は、前述したように載置面２１上にサブマウントＳを保持するための吸引圧力を得るためにチャンバ本本体３１と連通しているが、それと同時に、レーザ照射装置１３からのレーザ光の通過部としての機能をも備えている。このため、レーザ照射装置１３から出射されるレーザ光の通過線上に沿って、吸気流路２５は形成され、また、レーザ光が十分に通過可能であるように、その内部直径は３［ｍｍ］に設定されている。
【００１９】
また、ステージ２２の上面近くにはセラミックヒータ１１が内蔵されている。かかるセラミックヒータ１１は、そのＯＮ−ＯＦＦ及び予熱温度が動作制御手段により制御される。かかるセラミックヒータ１１は、通電制御により、載置面２１を１００〜２００［℃］程度まで加温して予熱状態を形成し、また、必要に応じて３５０［℃］程度まで加温して加熱状態を形成することも可能である。つまり、セラミックヒータ１１は、通常は予熱のために使用され、必要に応じて制御状態を切り替え、ダイボンディングのための加熱も行うこともできるようになっている。
【００２０】
図２は加熱プレート２３の平面図である。この加熱プレート２３は、例えば、縦６［ｍｍ］，横６［ｍｍ］，厚さ１［ｍｍ］の平板状をなし、その素材としては熱伝導率が高い素材、例えばＡｌＮ等が望ましい。熱伝導率が高いことで、セラミックヒータ１１の熱が載置面２１に対するサブマウントＳの接触面全体から均一に伝わり、部分的にな温度差を生じることなく加熱することができるからである。
さらに、加熱プレート２３は、その載置面の中央部において、直径０．８［ｍｍ］の円周Ｃ上に内部直径０．３［ｍｍ］の貫通穴２４が形成されている。これらの貫通穴２４は、いずれもステージ２２に設けられた吸気流路２５に連通しており、吸気流路２５内の吸気圧力によりブロック体２２の上面に加熱プレート２３自らが保持されると共に、これら各貫通穴２４を介して空気吸引を行うことでサブマウントＳを吸着して保持する。
【００２１】
（搬送機構，ガス供給手段及び冷却手段）
搬送機構は、図示を省略したＸＹＺガントリにより、水平面において直交する二方向（Ｘ，Ｙ方向）及び垂直方向（Ｚ方向）に沿って駆動される図示しないチップヘッドと、このチップヘッドに支持された下方先端部で空気吸引を行う吸着ヘッド１２とを備えている。即ち、チップヘッドは、チップヘッドをＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動位置決めすることで、未装着の半導体レーザチップＴが用意された図示しないチップ貯留部から一つの半導体レーザチップＴを吸着ノズル１２の先端部に吸着し、載置台２０の載置面２１上のサブマウントＳの装着位置に載置する機能と、吸着ノズル１２を介して半導体レーザチップＴを所定の加圧力（３０［ｇｆ］（０．２９［Ｎ］））により加圧する機能を有している。
なお、上記吸着ノズル１２はルビーを素材としているが、加熱時において熱伝達により局所的な温度低下を防ぐために、より熱伝導率の低い素材、例えば、ジルコニアやポリイミドを使用しても良い。
【００２２】
ガス供給手段は、不活性ガスである窒素ガスの供給源と載置面２１の加熱位置に向けられたガス用ノズル１５とを有しており、サブマウントＳに半導体レーザチップＴをボンディングする際にこれらに窒素ガスの吹きつけを行う。
また、冷却手段は、冷却エアの供給源と載置面２１の加熱位置に向けられた吹き出しノズルとを有しており、サブマウントＳに半導体レーザチップＴをボンディングした後にその加熱された状態を冷却エアの吹きつけにより冷却する。
【００２３】
（動作制御手段）
動作制御手段は、上述した各構成について後述する動作説明に従う動作制御を行うと共に、ダイボンディングを行う対象に応じてレーザ照射装置１３による適切な加熱を行うためのテーブルの記憶手段を備えている。即ち、かかるテーブルには、前述したサブマウントＳに対して半導体レーザチップＴをダイボンディングするために必要なレーザ出力やその照射時間が記憶されている。また、このテーブルは、動作制御手段に併設された入力手段により、書き換えが可能であると共に複数のテーブルをエントリーすることも可能であり、複数種の対象物に適切な加熱制御を行うことも可能である。
【００２４】
また、動作制御手段は、レーザ照射装置１３による加熱を行う制御と、レーザ照射装置１３を使用せず，セラミックヒータ１１のみによる加熱を行う制御とを切替可能であり、ダイボンディングの対象となる部品や基板が大きなものである場合であって加熱制御の切替を設定入力されると、後者の制御を選択し、これを実行する機能を有している。
【００２５】
（ダイボンディング装置の動作説明）
上記構成からなるダイボンディング装置１０の動作説明を行う。
まず、搬送機能を駆動して吸着ノズル１２によりチップ貯留部から半導体レーザチップＴを吸着し、搬送する。
また、真空チャンバ３０の減圧ポンプを駆動させて載置台２０の加熱プレート２３の載置面における加熱位置にサブマウントＳを載置し、吸着させる。また、Ｘ−Ｙテーブル１４の駆動により載置台２０を所定位置に位置決めする。このとき，或いは事前からセラミックヒータ１１に通電し、加熱プレート２３を予熱温度（１００〜２００［℃］）に加温する。
【００２６】
載置台２０の位置決めがされると、ガス供給手段を作動させてサブマウントＳに向かって窒素ガスの吹きつけを行う。その一方で、搬送機構により吸着ノズル１２を介してサブマウントＳの装着位置に半導体レーザチップＴを位置決めすると共に吸着ノズル１２を下降させて、サブマウントＳ上に半導体レーザチップＴを載置すると共に所定圧力（３０［ｇｆ］（０．２９［Ｎ］））で加圧する。
【００２７】
さらに、半導体レーザチップＴが載置加圧された状態でレーザ照射装置１３を駆動してテーブルに応じた出力及び照射時間（０．５［ｓｅｃ］）で加熱部プレート２３の下面を照射する。これにより、サブマウントＳの上面に蒸着されたＡｕ−Ｓｎ系ロウ材であるボンディングインサート材が溶融し、窒素ガスによる酸化防止作用により最良の濡れ性をもって半導体チップＴ及びサブマウントＳ間に浸透し、ダイボンディングが行われる。
【００２８】
レーザ光の照射完了後は、セラミックヒータ１１への通電も停止し、冷却手段による冷却が行われる。即ち、冷却ノズルからサブマウントＳ及び半導体レーザチップＴに冷却エアが吹き付けられ、常温となるまで冷却が行われる。これにより、ロウ材は速やかに凝固し、半導体レーザチップＴの装着が完了する。かかる完了後は、搬送手段により吸着ノズル１２が上昇し、半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳは、装着完了後の格納位置に搬送され、ダイボンディング装置１０の動作が完了する。
【００２９】
次に、サブマウントＳに対する半導体レーザチップＴの装着位置が異なる場合の例について図３に基づいて説明する。かかるサブマウントＳは、半導体レーザチップＴの装着位置が中央部ではなく一端部側に設定されている。
この場合、前述と同様に、搬送機能により半導体レーザチップＴが所定の装着位置まで搬送される。一方、真空チャンバ３０により吸引状態にある載置台２０の加熱プレート２３の各貫通穴２４の位置に装着位置を位置決めしてサブマウントＳを載置し、吸着させる。
この場合、加熱プレート２３は、サブマウントＳの底面でふさがれる部分、即ち図３で示す中心とその右側に三箇所の貫通穴２４を備えている（内一つは図示略）。
そして、その後は全て前述と同じ動作が行われ、半導体レーザチップＴのサブマウントＳに対するダイボンディングが行われる。
【００３０】
次に、サブマウントＳが大きなサイズ、例えば、縦１０００［μｍ］，横７５０［μｍ］，厚さ８０〜１３０［μｍ］であるような場合における半導体レーザチップＴの装着動作の例について図４に基づいて説明する。このようにサブマウントＳが大型の場合は、予め入力設定手段から、セラミックヒータ１１のみによる加熱を行う加熱制御に切替える旨が入力される。
これにより、まず、搬送機能により半導体レーザチップＴが所定の装着位置に搬送され、真空チャンバ３０を介して吸着可能状態の載置面上にサブマウントＳが載置吸着される。このとき、サブマウントＳの半導体レーザチップＴの装着位置がレーザ光の照射位置と一致するように位置決めしてサブマウントＳは載置される。
また、セラミックヒータ１１に通電し、加熱プレート２３を予熱温度（１００〜２００［℃］）に加温する。
【００３１】
そして、Ｘ−Ｙステージ１４により載置台２０の位置決めがされると、ガス供給手段により窒素ガスの吹きつけが行われ、さらに、搬送機構によりサブマウントＳの装着位置に半導体レーザチップＴが位置決めされると共に所定圧力（３０［ｇｆ］（０．２９［Ｎ］））で加圧される。
かかる状態でセラミックヒータ１１は３５０［℃］まで昇温され、これにより、サブマウントＳ上のＡｕ−Ｓｎ系ロウ材が溶融し、窒素ガスによる酸化防止作用により最良の濡れ性をもって半導体チップＴ及びサブマウントＳ間に浸透し、ダイボンディングが行われる。
【００３２】
その後、セラミックヒータ１１への通電が停止され、冷却手段による冷却が行われる。これにより、ロウ材は速やかに凝固し、半導体レーザチップＴの装着が完了する。かかる完了後は、搬送手段により吸着ノズル１２が上昇し、半導体レーザチップＴ及びサブマウントＳは、装着完了後の格納位置に搬送され、ダイボンディング装置１０の動作が完了する。
【００３３】
（ダイボンディング装置の効果）
このように、上記ダイボンディング装置１０は、セラミックヒータ１１により載置面２１全体からサブマウントＳを予熱するにで、レーザ照射装置１３からレーザ光が局所的に照射された場合であっても照射部分と周囲との温度差の発生を抑制することができ、熱膨張等による残留応力の発生を効果的に抑制し、強固に半導体レーザチップＴの装着を図ることが可能となる。
また、加熱プレート２３を介してレーザ光の照射を行うので、加熱プレート２３による伝熱効果によりサブマウントＳに対しては局所的ではなく広い範囲により加熱が行われることとなり、より熱膨張等を効果的に抑制し、強固に半導体レーザチップＴの装着を図ることが可能となる。
【００３４】
また、ダイボンディング装置１０では、ブロック体２２を貫通する吸気流路２５を介して下方からレーザ光を照射するので、ダイボンディングにおける半導体レーザチップＴの押圧を容易に行うことが可能であると共に、レーザ光は、その照射時に反射を生じても、その影響は吸気流路２５の範囲内に限られ、反射防止壁等の防止手段を講じる必要を解消することが可能であるため、装置の簡易化及びこれにより小型化，生産性の向上を図ることが可能となる。
また、吸気流路２５をレーザ光の通過部としても併用していることから、さらなる装置の簡易化及，小型化，生産性の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
また、予熱手段はロウ材の溶融温度まで昇温可能であり、動作制御手段は、レーザ照射装置１３による加熱を行う制御と、レーザ照射装置１３を使用せず，セラミックヒータ１１のみによる加熱を行う制御とを切替可能であることから、サブマウントＳが大きな場合，さらには半導体チップＴとサブマウントＳとのロウ付けの面積が大きな場合であっても、部分的な温度差を生じることなく加熱を行うことが可能である。
【００３６】
（その他）
なお、上述したダイボンディング装置１０，サブマウントＳ、半導体チップＴについての寸法、素材等については、適宜選択可能であり、上記のものに限定されるものではない。
【００３７】
また、前述した加熱プレート２３については窒化アルミニウムとしたが熱伝導率が高ければ窒化珪素や銅等の他の素材を用いても良い。また、加熱プレート２３のレーザ光照射面にはその照射位置或いは面全体にレーザ光の吸収効率の高い表面処理（例えば窒化珪素コーティング等）を施しても良い。
また、加熱プレート２３の各貫通穴２４の配置は円周上に限らず、サブマウントＳの下面を吸着でき、かつレーザ光の照射範囲から外れているいずれの配置としても良い。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、予熱手段により装着対象物を載置面との接触面全体から予熱温度まで昇温することができ、熱線が部分的に照射された場合であっても照射部分と周囲との温度差の発生を抑制することができ、熱膨張等の発生を回避すると共にこれによる残留応力の発生を効果的に抑制し、接合部の強度の強化を図ることが可能である。
また、下方から熱線を照射するので、上方から照射する場合のように、照射位置を回避して部品の加圧を行ったり、加圧部材を介して加熱を行う必要がなく、加圧方法の制限を解消すると共に加圧部位における加熱の集中を効果的に解消することが可能である。
【００３９】
請求項２記載の発明は、被加熱板を介して装着対象物に対する熱線を照射するので、被加熱板における熱拡散により、装着対象物に対して載置面との接触面全体から加熱を行うことができ、加熱時における部分的な温度差をより効果的に抑制することが可能となる。
【００４０】
請求項３記載の発明では、載置台を上下に貫通する通過部を介して熱線の照射を行うため、照射時に熱線が反射しても、その影響は通過部の範囲内に限られ、反射の影響を防止するための手段を講じる必要を解消し、装置の簡易化及びこれにより小型化，生産性の向上を図ることが可能となる。
【００４１】
請求項４記載の発明は、予熱手段により載置面全体からロウ付けに必要な加熱を行うことができるので、装着対象物が大きな場合，さらには部品と装着対象物とのロウ付けの面積が大きな場合であっても、部分的な温度差を生じることなく加熱を行うことが可能である。
従って、加熱手段と予熱手段とを適宜選択的に使用することで、種々の部品と装着対象物との装着作業を行うことが可能となり、装置の汎用性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に開示した加熱プレートの平面図である。
【図３】半導体レーザチップの装着位置の異なるサブマウントにおける装着状態説明図である。
【図４】大きさの異なるサブマウントにおける装着状態説明図である。
【符号の説明】
１０ダイボンディング装置（部品装着装置）
１１セラミックヒータ（予熱手段）
１３レーザ照射装置（加熱手段）
２０載置台
２１載置面
２３加熱プレート（被加熱板）
２５吸気流路（熱線の通過部）
Ｓサブマウント（部品）
Ｔ半導体レーザチップ（装着対象物）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a component mounting apparatus, and more particularly to a component mounting apparatus that mounts a component on a mounting target by brazing.
[0002]
[Prior art]
Patent Literature 1 discloses a joining method of brazing two metal pieces by irradiating a laser beam. In such a bonding method, the center of the upper surface of the upper metal piece of the two metal pieces placed one above the other with the brazing material interposed therebetween on the jig serving as the pedestal is set as the laser beam irradiation position. In addition, two metal pieces are suppressed by jigs at four places around the irradiation position, a light absorbing layer such as carbon is attached to the irradiation position, and laser light irradiation is performed from above.
With this method, the laser beam effectively heats the upper metal piece from the back side of the brazing material, and the two metal pieces are brazed.
[0003]
Patent Literature 2 discloses a method and an apparatus for soldering a lead of an electronic component to a substrate by irradiating a laser beam. In the related art, a laser beam is irradiated to a pressing member that presses a lead of an electronic component toward a substrate while solder is sandwiched therebetween.
According to the above method, it is possible to perform soldering while pressing the leads toward the substrate.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2554994 [Patent Document 2]
JP-A-6-226436 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
The prior arts described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 heat the brazing material using laser light irradiation. Therefore, in the prior art of Patent Literature 1, the irradiation position of the laser light is In the prior art, the pressing positions of the pressing members are respectively concentrated and heated. In particular, when concentrated heating is performed in a short period of time, a portion where heat is concentrated has a temperature difference of several hundred degrees in a higher case than a surrounding portion. When such a temperature difference occurs, residual stress is generated in the members joined to each other due to the influence of thermal expansion or the like, and there is a possibility that the strength of the joined portion may be reduced, breakage, or the like.
[0006]
In addition, when laser light is applied to the object to be joined from above as in each of the prior arts described above, it is necessary to provide a protection means such as surrounding the periphery to prevent the adverse effect of the reflected light. was there.
[0007]
An object of the present invention is to suppress a temperature difference between a component or a mounting target and a surrounding due to local heating.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a component mounting apparatus for mounting a component to a mounting object by brazing, the mounting table having a mounting surface on which the mounting object is mounted, and provided on the mounting table. Preheating means for preheating the mounting surface, and heating means for irradiating heat rays to heat the components and the object to be mounted. A configuration is adopted in which heat rays are irradiated from below.
The above-mentioned `` heat ray passage portion '' may be a hollow through hole penetrating the mounting table, the through hole may be a solid material made of a transparent material, or from one end of a transparent material like an optical waveguide. It may be such that heat rays are transmitted to the other end.
[0009]
In the above configuration, the mounting target is mounted on the mounting surface of the mounting table, and the components are further mounted thereon via the brazing material. The mounting table is preheated at a temperature equal to or lower than the melting temperature of the brazing material by the preheating means before and after the mounting of these components and the mounting object. Further, in such a state, by irradiating a heat ray from below to the component mounting position, the brazing material is melted and joined.
As described above, since the components and the mounting object are preheated before being heated by the hot wire and the preheating is performed via the mounting table, the entire mounting object is heated to the preheating temperature, Even when the heat rays are partially irradiated, the occurrence of a temperature difference from the surroundings can be suppressed.
[0010]
The invention according to claim 2 has the same configuration as the invention according to claim 1, and the mounting table has a heated plate having a mounting surface, and the heating unit irradiates the heated plate with heat rays. , The object to be mounted is heated via the plate to be heated.
In the above configuration, the same effect as the first aspect of the invention is achieved, and the plate to be heated is irradiated with heat rays, and the object to be mounted is heated via the plate to be heated. The heat is diffused in the heating plate, and the object to be mounted can be heated from the entire contact surface with the mounting surface.
[0011]
The invention according to claim 3 has the same configuration as the invention according to claim 1 or 2, and adopts a configuration in which the heat ray passage portion is provided to penetrate the mounting table up and down.
In the above configuration, the object to be mounted can be heated from below by irradiating the heat rays from the heating means upward.
[0012]
The invention according to claim 4 has the same configuration as the invention according to claim 1, 2, or 3, and the preheating means can raise the temperature to a temperature at which the component can be brazed to the object to be mounted. Has been adopted.
In the above configuration, brazing is performed by heating the entire mounting surface by the preheating means. For this reason, even when the mounting target is large, or even when the area of the brazing between the component and the mounting target is large, the entire mounting surface can be heated.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The die bonding apparatus 10 as a component mounting apparatus according to the present embodiment is an apparatus for die bonding a semiconductor laser chip T as a component to a submount S as a mounting target.
The semiconductor laser chip T is, for example, a GaAlAs-based semiconductor laser chip, and its dimensions are, for example, 400 [μm] in length, 250 [μm] in width, and 80 to 130 [μm] in thickness. The submount S is made of aluminum nitride or silicon, and has dimensions of, for example, 2 [mm] in length, 1.2 [mm] in width, and 220 [μm] in thickness. It should be noted that the target of die bonding is not limited to the semiconductor laser chip T and the submount S having the above-described materials and dimensions.
[0014]
(Overall Configuration of Embodiment)
The die bonding apparatus 10 includes a mounting table 20 having a mounting surface 21 on which the submount S is mounted for performing die bonding, and a preheating means provided on the mounting table 20 and preheating the mounting surface 21. A ceramic heater 11, a vacuum chamber 30 for supplying suction pressure for holding the submount S on the mounting surface 21, and a semiconductor laser chip T transported to the mounting position of the submount S on the mounting surface 21 Transport mechanism (only the suction nozzle 12 is shown), a laser irradiating device 13 as a heating means for irradiating the semiconductor laser chip T and the submount S by irradiating a laser beam as a heat ray, and the mounting table 20 on a horizontal surface. XY table 14 that moves along two axial directions perpendicular to each other, and supplies an inert gas when the semiconductor laser chip T and the submount S are heated. A gas supply means (only the gas nozzle 15 is shown), a cooling means (not shown) for cooling the semiconductor laser chip T and the submount S after heating is completed, and an operation control means (not shown) for controlling the operation of each of the above components. Abbreviated).
Hereinafter, each part will be described in detail.
[0015]
(XY stage)
The upper part of the XY stage 14 is a movable part (only the movable part is shown) that moves along the horizontal and orthogonal XY directions. The mounting table 20, the vacuum chamber 30, and the laser irradiation device 13 are installed on the movable part in this order from the top. The XY stage 14 positions the mounting table 20, the vacuum chamber 30, and the laser irradiation device 13 in a horizontal plane.
[0016]
(Laser irradiation device)
The laser irradiation device 13 is installed on a movable portion of the XY stage 14 so as to emit laser light vertically upward.
Although not shown, the laser irradiation device 13 includes a laser light source, an optical system for condensing the emitted laser light, and a laser output for detecting the emission state of the laser light and outputting it to the operation control means. And a sensor.
The optical system focuses and focuses the laser light emitted from the laser light source on the lower surface of a heating plate 23 described later so as to have a spot diameter (diameter) of about 0.3 [mm]. At the time of formation, a laser beam is emitted with an output whose power density is 10 ⁴ [W / cm ² ]. By irradiating a laser beam with such an output for a preset irradiation time (0.5 [sec] in the present embodiment), the junction between the submount S and the semiconductor laser chip T is heated to 350 [° C.] via the heating plate 23. Can be heated up.
The laser output sensor outputs the output of the laser light source to the operation control means, and the operation control means controls the output of the laser light source based on the output of the laser light source and performs the irradiation for a predetermined irradiation time. I do.
[0017]
(Vacuum chamber)
The vacuum chamber 30 includes an inner hollow chamber main body 31 from which internal air is sucked by a decompression pump (not shown), and a leg 32 that supports the chamber main body 31 so as to straddle directly above the laser irradiation device 13. I have.
The mounting table 20 is provided on the upper surface of the chamber body 31. The chamber main body 31 has an air discharge port 33 for connecting to a decompression pump, and a communication port 34 for communicating the inside of the hollow with the intake passage 25 provided on the mounting table 20. Have been. Therefore, when the inside of the chamber main body 31 is depressurized by the decompression pump, the pressure in the intake passage 25 of the mounting table 20 can be also reduced through the communication port 34.
In addition, since it is necessary to irradiate a laser beam to a heating plate 23, which will be described later, positioned above the mounting table 20 by the laser irradiator 13, the chamber main body 31 is made of a transparent material that transmits laser light, for example, glass. I have.
[0018]
(Mounting table and ceramic heater)
The mounting table 20 includes a block 22 installed on the upper surface of the chamber body 31 and a heating plate 23 as a detachable heated plate disposed on the upper surface of the block 22. The mounting surface 21 described above indicates the upper surface of the heating plate 23.
The block body 22 is provided with an intake passage 25 that is provided at the center thereof so as to penetrate in the vertical direction. The intake passage 25 communicates with the main chamber body 31 to obtain a suction pressure for holding the submount S on the mounting surface 21 as described above. Also has a function as a laser light passing portion. For this reason, the intake passage 25 is formed along the passing line of the laser light emitted from the laser irradiation device 13, and has an inner diameter of 3 [mm] so that the laser light can sufficiently pass therethrough. Is set to
[0019]
The ceramic heater 11 is built in near the upper surface of the stage 22. The ON / OFF and the preheating temperature of the ceramic heater 11 are controlled by an operation control unit. The ceramic heater 11 forms a preheating state by heating the mounting surface 21 to about 100 to 200 [° C.] by energization control, and heats to about 350 [° C.] as necessary. It is also possible to form states. That is, the ceramic heater 11 is normally used for preheating, and can switch the control state as needed to perform heating for die bonding.
[0020]
FIG. 2 is a plan view of the heating plate 23. The heating plate 23 is, for example, a flat plate having a length of 6 [mm], a width of 6 [mm], and a thickness of 1 [mm], and is preferably made of a material having a high thermal conductivity, such as AlN. This is because, due to the high thermal conductivity, the heat of the ceramic heater 11 is uniformly transmitted from the entire contact surface of the submount S to the mounting surface 21 and heating can be performed without causing a partial temperature difference.
Further, the heating plate 23 has a through hole 24 having an inner diameter of 0.3 [mm] formed on a circumference C having a diameter of 0.8 [mm] at the center of the mounting surface. Each of these through holes 24 communicates with an intake passage 25 provided in the stage 22, and the heating plate 23 itself is held on the upper surface of the block body 22 by the intake pressure in the intake passage 25. The submount S is sucked and held by sucking air through each of the through holes 24.
[0021]
(Transport mechanism, gas supply means and cooling means)
The transport mechanism was supported by an XYZ gantry (not shown) driven in two directions (X, Y directions) and a vertical direction (Z direction) orthogonal to each other on a horizontal plane, and a chip head (not shown). A suction head 12 for suctioning air at a lower end portion. In other words, the chip head moves and positions the chip head in the X, Y, and Z directions so that one semiconductor laser chip T can be removed from the chip storage unit (not shown) where the unmounted semiconductor laser chip T is prepared. The semiconductor laser chip T is attached to the mounting position of the submount S on the mounting surface 21 of the mounting table 20 by being sucked to the distal end portion, and the semiconductor laser chip T is pressed through the suction nozzle 12 at a predetermined pressure (30 [gf] ( 0.29 [N])).
The suction nozzle 12 is made of ruby, but a material having a lower thermal conductivity, for example, zirconia or polyimide may be used in order to prevent a local temperature decrease due to heat transfer during heating.
[0022]
The gas supply means has a supply source of nitrogen gas, which is an inert gas, and a gas nozzle 15 directed to the heating position of the mounting surface 21, and is used for bonding the semiconductor laser chip T to the submount S. Are blown with nitrogen gas.
Further, the cooling means has a supply source of cooling air and a blowing nozzle directed to a heating position of the mounting surface 21, and after the semiconductor laser chip T is bonded to the submount S, the heated state is changed. Cool by blowing cooling air.
[0023]
(Operation control means)
The operation control means includes a table storage means for performing operation control according to an operation description to be described later for each of the above-described components and performing appropriate heating by the laser irradiation device 13 in accordance with an object to be die-bonded. That is, the table stores the laser output and the irradiation time required for die bonding the semiconductor laser chip T to the submount S described above. In addition, this table can be rewritten and input a plurality of tables by input means provided in conjunction with the operation control means, so that appropriate heating control can be performed on a plurality of types of objects. It is.
[0024]
The operation control means can switch between control for heating by the laser irradiation device 13 and control for heating only by the ceramic heater 11 without using the laser irradiation device 13. When the switching of the heating control is set and input in a case where the substrate or the substrate is large, it has a function of selecting the latter control and executing it.
[0025]
(Description of the operation of the die bonding apparatus)
The operation of the die bonding apparatus 10 having the above configuration will be described.
First, the transport function is driven to suck and transport the semiconductor laser chip T from the chip storage section by the suction nozzle 12.
In addition, the submount S is mounted on the mounting position on the mounting surface of the heating plate 23 of the mounting table 20 by driving the decompression pump of the vacuum chamber 30 and is attracted. Further, the mounting table 20 is positioned at a predetermined position by driving the XY table 14. At this time or beforehand, the ceramic heater 11 is energized to heat the heating plate 23 to the preheating temperature (100 to 200 [° C.]).
[0026]
When the mounting table 20 is positioned, the gas supply means is operated to blow nitrogen gas toward the submount S. On the other hand, the semiconductor laser chip T is positioned at the mounting position of the submount S via the suction nozzle 12 by the transport mechanism, the suction nozzle 12 is lowered, and the semiconductor laser chip T is mounted on the submount S. Pressurization is performed at a predetermined pressure (30 [gf] (0.29 [N])).
[0027]
Further, while the semiconductor laser chip T is placed and pressed, the laser irradiation device 13 is driven to irradiate the lower surface of the heating unit plate 23 with an output and an irradiation time (0.5 [sec]) corresponding to the table. Accordingly, the bonding insert material, which is an Au-Sn-based brazing material deposited on the upper surface of the submount S, melts and penetrates between the semiconductor chip T and the submount S with the best wettability due to the antioxidant effect of nitrogen gas. , Die bonding is performed.
[0028]
After the laser beam irradiation is completed, the power supply to the ceramic heater 11 is also stopped, and the cooling by the cooling unit is performed. That is, cooling air is blown from the cooling nozzle to the submount S and the semiconductor laser chip T, and cooling is performed until the temperature reaches room temperature. As a result, the brazing material quickly solidifies, and the mounting of the semiconductor laser chip T is completed. After the completion, the suction nozzle 12 is raised by the transporting means, the semiconductor laser chip T and the submount S are transported to the storage position after the mounting is completed, and the operation of the die bonding apparatus 10 is completed.
[0029]
Next, an example in which the mounting position of the semiconductor laser chip T with respect to the submount S is different will be described with reference to FIG. In the submount S, the mounting position of the semiconductor laser chip T is set at one end rather than at the center.
In this case, as described above, the semiconductor laser chip T is transported to a predetermined mounting position by the transport function. On the other hand, the mounting position is positioned at the position of each through hole 24 of the heating plate 23 of the mounting table 20 in the suction state by the vacuum chamber 30, and the submount S is mounted and sucked.
In this case, the heating plate 23 has a portion closed by the bottom surface of the submount S, that is, the center shown in FIG. 3 and three through holes 24 on the right side thereof (one of them is not shown).
After that, the same operation as described above is performed, and die bonding to the submount S of the semiconductor laser chip T is performed.
[0030]
Next, an example of the mounting operation of the semiconductor laser chip T when the submount S has a large size, for example, 1000 [μm] in height, 750 [μm] in width, and 80 to 130 [μm] in thickness is shown in FIG. It will be described based on. When the submount S is large in this way, a command to switch to heating control for performing heating only by the ceramic heater 11 is input from the input setting means in advance.
As a result, first, the semiconductor laser chip T is transported to a predetermined mounting position by the transport function, and the submount S is mounted and suctioned on the mounting surface in a suctionable state via the vacuum chamber 30. At this time, the submount S is mounted so that the mounting position of the semiconductor laser chip T on the submount S coincides with the irradiation position of the laser beam.
In addition, power is supplied to the ceramic heater 11 to heat the heating plate 23 to a preheating temperature (100 to 200 [° C.]).
[0031]
When the mounting table 20 is positioned by the XY stage 14, nitrogen gas is blown by the gas supply means, and the semiconductor laser chip T is positioned at the mounting position of the submount S by the transport mechanism. At the same time, pressure is applied at a predetermined pressure (30 [gf] (0.29 [N])).
In this state, the temperature of the ceramic heater 11 is raised to 350 ° C., whereby the Au—Sn-based brazing material on the submount S is melted, and the semiconductor chip T and the semiconductor chip T have the best wettability due to the antioxidant effect of nitrogen gas. It penetrates between the submounts S and die bonding is performed.
[0032]
Thereafter, the power supply to the ceramic heater 11 is stopped, and cooling by the cooling unit is performed. As a result, the brazing material quickly solidifies, and the mounting of the semiconductor laser chip T is completed. After the completion, the suction nozzle 12 is raised by the transporting means, the semiconductor laser chip T and the submount S are transported to the storage position after the mounting is completed, and the operation of the die bonding apparatus 10 is completed.
[0033]
(Effect of die bonding equipment)
As described above, the die bonding apparatus 10 preheats the submount S from the entire mounting surface 21 by the ceramic heater 11, so that even if the laser light is locally irradiated from the laser The occurrence of a temperature difference between the portion and the surroundings can be suppressed, the occurrence of residual stress due to thermal expansion or the like can be effectively suppressed, and the semiconductor laser chip T can be firmly mounted.
In addition, since the laser beam is radiated through the heating plate 23, the submount S is heated not locally but in a wide range due to the heat transfer effect of the heating plate 23, thereby further reducing thermal expansion and the like. It is possible to effectively suppress and firmly mount the semiconductor laser chip T.
[0034]
Further, in the die bonding apparatus 10, since the laser beam is irradiated from below through the intake channel 25 penetrating the block body 22, it is possible to easily press the semiconductor laser chip T in the die bonding, Even if the laser beam is reflected at the time of its irradiation, its influence is limited to the range of the intake passage 25, and it is possible to eliminate the necessity of taking preventive measures such as an anti-reflection wall. Therefore, miniaturization and improvement in productivity can be achieved.
In addition, since the intake passage 25 is also used as a laser beam passage portion, it is possible to further simplify the device, reduce the size, and improve the productivity.
[0035]
The preheating means can raise the temperature to the melting temperature of the brazing material, and the operation control means controls the heating by the laser irradiation device 13 and performs the heating by the ceramic heater 11 alone without using the laser irradiation device 13. Since the control and the control can be switched, even if the submount S is large, or even if the brazing area between the semiconductor chip T and the submount S is large, the heating is performed without causing a partial temperature difference. It is possible to do.
[0036]
(Other)
The dimensions, materials, and the like of the die bonding apparatus 10, the submount S, and the semiconductor chip T can be appropriately selected, and are not limited to the above.
[0037]
Although the heating plate 23 is made of aluminum nitride, other materials such as silicon nitride and copper may be used as long as the heat conductivity is high. Further, the laser beam irradiation surface of the heating plate 23 may be subjected to a surface treatment (for example, silicon nitride coating or the like) having a high laser beam absorption efficiency on the irradiation position or on the entire surface.
Further, the arrangement of the through holes 24 of the heating plate 23 is not limited to the circumference, but may be any arrangement that can adsorb the lower surface of the submount S and is out of the laser light irradiation range.
[0038]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the mounting object can be heated from the entire contact surface with the mounting surface to the preheating temperature by the preheating means. It is possible to suppress the occurrence of a temperature difference from the surroundings, to avoid the occurrence of thermal expansion and the like, and to effectively suppress the occurrence of residual stress due to this, thereby enhancing the strength of the joint.
In addition, since the heat rays are irradiated from below, there is no need to pressurize parts by avoiding the irradiation position or to heat through a pressing member as in the case of irradiating from above. It is possible to eliminate the restriction and effectively eliminate the concentration of heating at the pressurized portion.
[0039]
According to the second aspect of the present invention, since heat rays are radiated to the object to be mounted via the plate to be heated, the object to be mounted is heated from the entire contact surface with the mounting surface by heat diffusion in the plate to be heated. It is possible to more effectively suppress a partial temperature difference during heating.
[0040]
According to the third aspect of the present invention, since the irradiation of the heat ray is performed through the passing portion vertically penetrating the mounting table, even if the heat ray is reflected at the time of irradiation, the influence is limited to the range of the passing portion, and the reflection is not affected. Eliminating the need to take measures to prevent the effects can be eliminated, and the apparatus can be simplified, and thus the size can be reduced and the productivity can be improved.
[0041]
According to the fourth aspect of the present invention, the heating required for brazing can be performed from the entire mounting surface by the preheating means. Therefore, when the mounting target is large, the area of the brazing between the component and the mounting target is small. Even in a large case, heating can be performed without causing a partial temperature difference.
Therefore, by appropriately and selectively using the heating means and the preheating means, it becomes possible to perform the mounting work of various components and the mounting object, and it is possible to improve the versatility of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the heating plate disclosed in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of a mounting state in a submount at a different mounting position of a semiconductor laser chip.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a mounting state in submounts having different sizes.
[Explanation of symbols]
10 Die bonding equipment (component mounting equipment)
11 ceramic heater (preheating means)
13 Laser irradiation device (heating means)
20 mounting table 21 mounting surface 23 heating plate (plate to be heated)
25 Intake flow path (heat wire passage)
S submount (parts)
T semiconductor laser chip (object to be mounted)

Claims

A component mounting device for mounting a component to a mounting target by brazing,
A mounting table having a mounting surface on which the mounting target is mounted,
A preheating means provided on the mounting table for preheating the mounting surface described above;
Heating means for irradiating heat rays to heat the component and the mounting object,
The component mounting apparatus according to the above, wherein the mounting table is provided with a hot-wire passing portion, and the mounting table irradiates heat rays from below the mounted mounting object.

The mounting table has a heated plate having the mounting surface,
2. The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the heating unit irradiates the heated plate with heat rays and heats the mounting target via the heated plate. 3.

The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the hot-wire passing portion is provided so as to vertically penetrate the mounting table.

4. The component mounting apparatus according to claim 1, wherein the preheating means is capable of increasing the temperature to a temperature at which the component can be brazed to the mounting object.