JP2005322719A - 発光素子ダイボンディング加熱装置および発光素子ダイボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パルスヒートツール交換時のパルスヒートツールベースとの接触面の安定化を図り、接触密着面の安定化維持を可能にする。
【解決手段】受光素子１を吸着固定することが可能な吸着パイプ２を有するパルスヒートツール３を、ニッケル下地で金めっきが施されたパルスヒートツールベース４に、このパルスヒートツールベース４に埋設された固定用ブロックとしてのステンレス系丸棒素材製の固定ナット５に対して任意の偶数個の固定ネジ６を螺入して、固定ナット５と固定ネジ６にて挟み込むようにして固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルスヒートツールと該パルスヒートツールが取り付けられるパルスヒートツールベースとを用いて受光素子と発光素子とを加熱接合する発光素子ダイボンディング加熱装置、および発光素子ダイボンディング加熱装置を搭載した発光素子ダイボンディング装置に関するものである。

従来、受光素子（Ｓｉ）上に発光（レーザ）素子（ＧａＡｓ）をダイボンディングする装置として、まず受光素子が吸着搭載されているパルスヒートツールに１０００〜２０００Ａ程度のパルス電流を印加し、このパルス電流印加により、受光素子が搭載されているパルスヒートツールを加熱し受光素子の半田メッキを溶融させ、これにより、半田メッキ上部に位置決め搭載された発光素子下面のＡｕメッキと受光素子上の半田メッキがＡｕ−半田共晶接合するものがある。

従来の発光素子ダイボンディング加熱装置の構成について図面を参照して説明する。

図４は従来のダイボンディング装置の全体構成を説明するための斜視図である。

図４において、受光素子１を吸着固定することが可能な吸着パイプ２を有するパルスヒートツール３が、ニッケル下地で金メッキが施されたパルスヒートツールベース４に、図５に示すように、任意の偶数個の固定ネジ６により固定されている。

パルスヒートツール３の材質には、発熱効率の向上のために電気抵抗値が大きく、熱伝導率が高いモリブデン材が用いられている。パルスヒートツールベース４は、絶縁のために２ブロックに分割されており、中央部分に絶縁用プレート９を挟み込み、図６に示すように、パルスヒートツールベース４の両側から固定ネジ絶縁カラー１０を介し、固定ネジ１１により固定されている。

また、図７に示すように、ダイボンディング装置の設備本体１２に対する当該加熱装置のパルスヒートツールベース４の取り付けは、絶縁用プレート１３を配置し、固定ネジ絶縁カラー１４を介して固定ネジ１５で固定されている。なお、前記各種絶縁プレートの素材は、熱変形の比較的少ないセラミックス系素材を用いる。

パルスヒートツール３の位置決め再現性については、パルスヒートツール３の固定の際、図８に示すように、ベース取付基準面１６と、パルスヒートツール高さ方向固定面１７の平行度と、パルスヒートツールたおれ面１８の直角度を確保することで行っている。

また、図４に示すように、パルスヒートツールベース４に接続する電流ケーブル１９の接続は、パルスヒートツール３のそれぞれに固定ネジ２０でネジ止め固定する構造となっている。その電流ケーブル１９の末端はトランス２１に接続される。

また、パルスヒートツール３の温度コントロールは、図４に示すように、パルスヒートツール３に取付られた熱電対２２の温度をパルスヒートコントローラ２３で読み取り、設定温度および時間が実現可能な最適な電流を設定して、パルスヒートツール３に流すことにより行う。

なお、パルスヒートツールベース４と電流ケーブル１９は電気抵抗の小さい素材（例えば無酸素銅）を用い、かつパルスヒートツールベース４には、酸化防止および接点腐食防止のために、Ｎｉ（≒１μｍ）をベースにしたＡｕメッキ（≒０．２５μｍ）を行っている。

また、ダイボンド対象物である発光素子２４における受光素子１の半田２６上への位置決め搭載は、発光素子２４が発光素子吸着コレット２５の半田２６上面に正確に搭載されることで行われる。

以下、前記構成のダイボンディング加熱装置の動作を説明する。

発光素子吸着コレット２５により吸着された発光素子２４が、認識位置補正後にパルスヒートツール３に搭載された受光素子１の半田２６上面に任意の荷重で搭載される。搭載後、荷重印加状態のままでパルスヒートツール３に必要なパルス電流を流し、パルスヒートツール３，受光素子１，半田２６，発光素子２４を加熱及び冷却し、半田２６を溶融及び凝固させて受光素子２４と発光素子１を接合する。

ボンデイング装置として特許文献１のような構造を採用するものもある。
特開平１０−２４２１７３号公報

しかしながら、前記従来の装置の構成では以下のような課題があった。

すなわち、長期の使用によるパルスヒートツール３における受光素子２４の搭載面の摩耗、あるいは取付部分の酸化進行による温度プロファイルの不安定化を抑制するために、定期的にパルスヒートツール３を交換する必要があった。そのパルスヒートツール交換の際に取付部分であるパルスヒートツールベース４の接触面の状態がパルスヒートツール取付け時の機械的要因で悪化し、パルスヒートツール交換後の温度プロファイルが不安定となっていた。

つまり、パルスヒートツール交換時にパルスヒートツール３を固定している固定ネジ６を外すが、その際、図９に示すように、締め付け先であるパルスヒートツールベース４の素材が柔らかいために、ネジ固定からネジ取り外し時に至る際に、タップ部分のかえり、および変形が生じる場合がある。

そのため、パルスヒートツール３の取り付けの際に、取り外し時に生じたパルスヒートツールベース４のかえりや変形を潰し、挟み込んだ状態で取り付けることになり、パルスヒートツール３とパルスヒートツールベース４の接触密着状態を悪化させ、加熱時の印加電流にロスを生じさせ、適切な温度プロファイルの維持が不可能となったり、条件のばらつきを生じさせてタクトの低下をまねいていた。

また、従来、パルスヒートツール３とパルスヒートステージベース４の密着部分が片面であるため、電流印加時にパルスヒートツール３の内部に生じる内側と外側の温度差（≒１５℃）により、パルスヒートツール３の熱膨張が３次元的方向に発生し、半田２６の溶融／凝固時に受光素子の平行／平面度がばらつき、図１０に示すような受光素子２４に対する発光素子１のあおり成分がばらつく要因となり、歩留まり低下を生じさせていた。

また、設備の連続運転により昇温／降温サイクルを繰り返すことにより、パルスヒートツールベース４自体も温度上昇し、全体としての熱膨張の影響を受ける。この際、パルスヒートステージベース４の２ブロックともに、図４に示すように、パルスヒートステージベース４に固定されているため、固定トルク、あるいは摩擦，加工状態のばらつき条件により、各設備間のパルスヒートツールベース４の熱膨張方向が安定せず、初期ダイボンディング位置設定時と連続ダイボンディング運転時の位置変動に設備差が生じていた。

また、長期使用を行うと、耐腐食に対して対策の取られたパルスヒートステージベース４に対し、パルスヒートステージ側が電気腐食し、パルスヒートツール３とパルスヒートツールベース４との密着部の抵抗が上昇することによって印加電流を上昇させ、最悪の場合、放電が発生することがあった。

本発明の目的は、前記従来の課題を解決し、パルスヒートツール交換時のパルスヒートツールベースとの接触面の安定化を図り、接触面の安定化維持を可能とした発光素子ダイボンディング加熱装置、およびその発光素子ダイボンディング加熱装置を搭載した発光素子ダイボンディング装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、パルスヒートツールと該パルスヒートツールが取り付けられるパルスヒートツールベースとを用いて受光素子と発光素子とを加熱接合する発光素子ダイボンディング加熱装置において、前記パルスヒートツールを、前記パルスヒートツールベースに設けた硬材質からなる固定用ブロックを用いて挟持固定したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発光素子ダイボンディング加熱装置において、パルスヒートツールに対する安定した電流供給と供給後の熱拡散を均一化する保温／導電性ブロックを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発光素子ダイボンディング加熱装置において、保温／導電性ブロックに金メッキを施したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３記載の発光素子ダイボンディング加熱装置において、パルスヒートツールとパルスヒートツールベースとの取付時に、前記パルスヒートツールと前記パルスヒートツールベースとの平行平面度が前記パルスヒートツールに倣うように、保温／導電性ブロックにスリットを形成したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、パルスヒートツールとパルスヒートツールベースに通電して、受光素子と発光素子とを加熱接合する発光素子ダイボンディング加熱装置を搭載してなる発光素子ダイボンディング装置において、前記発光素子ダイボンディング加熱装置として、請求項１〜４いずれか１項記載の発光素子ダイボンディング加熱装置を設備本体の取付部分に設置したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発光素子ダイボンディング装置において、パルスヒートツールベースを２ブロックにて形成し、該パルスヒートツールベースの前記設備本体の取付部分に対して、前記２ブロックのうち１ブロックを固定したことを特徴とする。

本発明に係る発光素子ダイボンディング加熱装置および発光素子ダイボンディング装置は、パルスヒートツール交換時における接触密着面の安定化を図るために、パルスヒートツールの取付方法を挟み込み構造にしたことにより、接触密着面の安定化を維持することが可能になる。また、熱膨張差をなくすために、パルスヒートツールの外側に保温／導電用のブロックを配置し、電流供給の安定化とパルスヒートツールにおける昇降温時の温度差を低減することができるため、傾きをなくすことが可能になるなどの実際的な効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図４〜図１０にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するための発光素子ダイボンディング装置の構成を説明するための斜視図、図２は本実施形態におけるパルスヒートツールの固定構造を示す断面図である。

図１、図２において、受光素子１を吸着固定することが可能な吸着パイプ２を有するパルスヒートツール３は、ニッケル下地で金めっきが施されたパルスヒートツールベース４に、このパルスヒートツールベース４に埋設された、硬質の固定用ブロックとしてのステンレス系丸棒素材製の固定ナット５に対して任意の偶数個の固定ネジ６を螺入して、固定ナット５と固定ネジ６にて挟み込むようにして固定されている。なお、パルスヒートツールベース４の固定ネジ６の貫通穴４ａはキリ穴である。

パルスヒートツール３の材質は、発熱効率の向上のために電気抵抗値が大きく、熱伝導率が高いモリブデン材が主として用られているが、より接触抵抗を低減するために表面に金メッキ７を行う。

また、図２に示すように、パルスヒートツール３の外側に、パルスヒートツールベース４と同様の電気抵抗の小さい素材（例えば無酸素銅）からなる保温／導電性ブロックとしてのパルスヒートツール保温ベース８を設けている。このパルスヒートツール保温ベース８には、パルスヒートツールベース４と同様に酸化防止および接点腐食防止のために、Ｎｉ（≒１μｍ）の下地にＡｕメッキ（≒０．２５μｍ）を行っている。

パルスヒートツール保温ベース８の形状としては、図１に示すように、２分割された形状となっており、また、パルスヒートツールベース４からの電流も供給可能なように、パルスヒートツールベース４とパルスヒートツール３へ電気的に接続可能な構造となっており、また、パルスヒートツール３のパルスヒートツールベース４の接合面に対する倣い性を確保するためにスリット２８が形成された形状となっている。

パルスヒートツールベース４は、絶縁のために２ブロックに分割されており、図１に示すように、中央部分で絶縁プレート９を挟み込み、パルスヒートツールベース４の両側から固定ネジ絶縁カラー１０を介して固定ネジ１１により固定されている。

また、図３に示すように、発光素子ダイボンディング装置の設備本体１２へのパルスヒートツールベース４の取付は、絶縁プレート１３を設置し、固定ネジ絶縁カラー１４を介して固定ネジ１５にて固定することにより行われる。なお、各種絶縁プレート素材には、熱変形が比較的少ないセラミックス系素材を用いる。

パルスヒートツールの位置決め再現性については、図９に示すように、パルスヒートツール３の固定の際、ベース取付基準面１６とパルスヒートツール高さ方向固定面１７の平行度、およびパルスヒートツールたおれ面１８の直角度を確保することで行っている。

また、図３に示すように、発光素子ダイボンディング装置の設備本体１２への取付は、一対のパルスヒートツールベース４のブロックにおける一方のブロックのみを取り付ける構造にしてもよい。

また、図１に示すように、パルスヒートツールベース４に接続する電流ケーブル１９の接続は、パルスヒートツールベース４のそれぞれに固定ネジ２０でネジ止め固定する構造となっている。その電流ケーブル１９の末端はトランス２１に接続される。また、パルスヒートツール３の温度コントロールは、パルスヒートツール３に取付られた熱電対２２の温度をパルスヒートコントローラ２３で読み取り、設定温度および時間が実現可能な最適な電流をパルスヒートツール３に流すことにより行う。

なお、パルスヒートツールベース４と電流ケーブル１９は、電気抵抗の小さい素材（例えば無酸素銅）を用い、かつパルスヒートツールベース４は、酸化防止および接点腐食防止のためにＮｉ（≒１μｍ）のベースにＡｕメッキ（≒０．２５μｍ）を行っている。

また、ダイボンド対象物の発光素子２４における受光素子１の半田２６上への位置決め搭載は、発光素子２４を発光素子吸着コレット２５の半田２６に上面に正確に搭載することにより行われる。

以下、前記構成のダイボンディング加熱装置の動作を説明する。

発光素子吸着コレット２５により吸着された発光素子２４が、認識位置補正後にパルスヒートツール３に搭載された受光素子１の半田２６上面に任意の荷重で搭載される。搭載後、荷重印加状態のままでパルスヒートツール３に必要なパルス電流を流し、パルスヒートツール３，受光素子１，半田２６，発光素子２４を加熱／冷却し、半田２６を溶融／凝固させて受光素子２４と発光素子１を接合する。

本発明の発光素子ダイボンディング加熱装置は、パルスヒートツールの交換時の安定性、加熱時の熱膨張方向の平面化、パルスヒートツールの長寿命化が可能となる構成として有用である。

本発明の実施形態を説明するための発光素子ダイボンディング装置の構成を示す斜視図 本実施形態に係るパルスヒートツールとパルスヒートツールベースの取付部分を示す断面図 本実施形態に係る設備本体のパルスヒートツールベース取付部分を示す断面図 従来の発光素子ダイボンディング装置の構成を示す斜視図 パルスヒートツールとパルスヒートツールベースとの取付部分を示す断面図 パルスヒートツールベースの固定構造を示す断面図 発光素子ダイボンディング加熱装置の発光素子ダイボンディング装置への取付部分を示す断面図 従来の発光素子ダイボンディングのパルスヒートツールベース固定面の説明図 従来の技術の課題であるパルスヒートツールの挙動の説明図 従来の技術の課題であるダイボンディング結果の説明図

符号の説明

１ 受光素子
２ 吸着パイプ
３ パルスヒートツール
４ パルスヒートツールベース
５ 固定ナット
６，１１，１５，２０ 固定ネジ
８ パルスヒートツール保温ベース
９，１３ 絶縁プレート
１０，１４ 固定ネジ絶縁カラー
１２ 設備本体
１６ ベース取付基準面
１７ パルスヒートツール高さ方向固定面
１８ パルスヒートツールたおれ面
１９ 電流ケーブル
２１ トランス
２２ 熱電対
２３ パルスコントローラ
２４ 発光素子
２５ 発光素子吸着コレット
２６ 半田
２８ スリット
２９ レーザ光

Claims (6)

1. パルスヒートツールと該パルスヒートツールが取り付けられるパルスヒートツールベースとを用いて受光素子と発光素子とを加熱接合する発光素子ダイボンディング加熱装置において、前記パルスヒートツールを、前記パルスヒートツールベースに設けた硬材質からなる固定用ブロックを用いて挟持固定したことを特徴とする発光素子ダイボンディング加熱装置。
2. 前記パルスヒートツールに対する安定した電流供給と供給後の熱拡散を均一化する保温／導電性ブロックを備えたことを特徴とする請求項１記載の発光素子ダイボンディング加熱装置。
3. 前記保温／導電性ブロックに金メッキを施したことを特徴とする請求項２記載の発光素子ダイボンディング加熱装置。
4. 前記パルスヒートツールと前記パルスヒートツールベースとの取付時に、前記パルスヒートツールと前記パルスヒートツールベースとの平行平面度が前記パルスヒートツールに倣うように、前記保温／導電性ブロックにスリットを形成したことを特徴とする請求項２または３記載の発光素子ダイボンディング加熱装置。
5. パルスヒートツールとパルスヒートツールベースに通電して、受光素子と発光素子とを加熱接合する発光素子ダイボンディング加熱装置を搭載してなる発光素子ダイボンディング装置において、前記発光素子ダイボンディング加熱装置として、請求項１〜４いずれか１項記載の発光素子ダイボンディング加熱装置を設備本体の取付部分に設置したことを特徴とする発光素子ダイボンディング装置。
6. 前記パルスヒートツールベースを２ブロックにて形成し、該パルスヒートツールベースの前記設備本体の取付部分に対して、前記２ブロックのうち１ブロックを固定したことを特徴とする請求項５記載の発光素子ダイボンディング装置。

Images