JP2544969B2 - レ―ザダイオ―ド用チップボンディング装置におけるボンディングヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、チップキャリヤ等のチップ保持体からピ
ックアップしたレーザダイオードチップをステムにボン
ディングするレーザダイオード用チップボンディング装
置におけるボンディングヘッドの改良に関し、ピックア
ップ後ボンディング位置までのチップの搬送およびチッ
プの姿勢調整機能を備え、かつ、姿勢調整機能を自動制
御できるようになしたものに関する。

【従来の技術】 コンパクト・ディスク・プレーヤあるいは光ディスク
メモリ装置の光情報ピックアップ部に光源として採用さ
れるレーザダイオードは、レーザダイオードチップを高
精度に保持するために密封パッケージが施されている。
レーザパッケージは、第５図に示すように、円板状基部
１と、その中央部に立てられたポスト２とをもち、かつ
高精度に加工されたステム３と、上記ポストのチップボ
ンディング部４にへき開面5a,5bがそれぞれ上下方向を
向くようにボンディングされたチップ５とを備え、これ
らポスト２ないしチップ５を、上面に硝子製の透光窓６
をもつ円筒状ケース７で覆って構成される。チップ５
は、その放熱と取り扱い勝手を良好とするため、あらか
じめサブマウント８上に接着されているのが普通であ
る。また、パッケージの内部は、不活性ガスが封入され
ている。 さらに、温度変化に敏感なレーザダイオードの出力を
一定に保つため、上記チップ５の上下のへき開面5a,5b
のうちの下側のへき開面5bから出たレーザ光の出力を駆
動回路のバイアス電流にフィードバックするためのモニ
タ受光素子９が、上記ステム３の円板状基部１に形成さ
れた台座1aに固定されている。上記チップ５の上側のへ
き開面5aからのレーザ光は、透光窓６から外部に向かっ
て照射されてレーザピックアップなどの光源として利用
される。 チップ付きサブマウント８を上記ステムのボンディン
グ部４にボンディングするチップボンディング装置で
は、第４図に示すように、たとえば棒状のチップキャリ
ヤ10に保持されたチップ付きサブマウント８を真空吸着
コレット11によってピックアップし、これをあらかじめ
機械的に位置決めされて待つステム３まで搬送し、かつ
チップの絶対的な姿勢が調整されてこのチップ付きサブ
マウント８はボンディングされる。 上記レーザチップは、ステムに対してＸ方向、Ｙ方
向、Ｚ方向およびθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の姿勢
が正確に調整されてボンディングされる必要があり、と
くにθ方向の姿勢、すなわち、チップのへき開面が正確
に所定方向を向いていることが必要である。そのため、
たとえば実開昭60-133633号公報あるいは特開昭62-1981
85公報に示されているように、ステムの直上においてボ
ンディングコレットにサブマウントとともに保持されて
いるチップのへき開面に検査光を照射し、その反射光を
モニタリングしながらボンディングコレットをＸ・Ｙ方
向およびθ方向に動かせてチップの姿勢を微調整すると
いう手法が提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、チップ付きサブマウントを吸着保持す
るコレットをもつボンディングヘッドには、チップキャ
リヤからチップ付きサブマウントをピックアップしてこ
れを所定の行程を経てサブマウントまで搬送する機能
と、上述のように、サブマウント上のチップの姿勢を微
調整する機能との二つの機能を備えねばならない。しか
しながら、この二つの機能を完全に達成するための機構
はいまだ開発されておらず、したがって従来は、ピック
アップしたチップ付きサブマウントを直接的にステムま
で運ぶのではなく、ピックアップしたものをいったん中
間位置決め機構まで搬送してそこでチップの姿勢を予備
的に調整した後、再びボンディングコレットでこのチッ
プ付きサブマウントをステムまで搬送するという二段階
の搬送・位置決めを行わざるをえなかった。 この発明は、以上の事情のもとで考え出されたもので
あって、チップキャリヤ等のチップ供給体からピックア
ップしたチップ付きサブマウントを直接的にステムにボ
ンディングすることができ、しかも、チップのＸ・Ｙ方
向およびθ方向の位置決めを自動制御で行うことができ
るボンディングコレットをもったボンディングヘッドを
提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、この発明では、次の技術
的手段を講じている。 すなわち、本願発明のレーザダイオード用ボンディン
グ装置におけるボンディングヘッドは、Ｙ軸方向に延び
るガイドレールにスライド支持体をスライド可能に支持
し、上記スライド支持体に対してヘッド支持体をＸ軸方
向にスライド可能に支持し、上記ヘッド支持体に対して
ヘッド体をＺ軸回りに回転可能に支持し、かつ上記ヘッ
ド体に対してボンディングコレットをＺ軸方向にスライ
ド可能に支持する一方、上記スライド支持体のＹ軸方向
の駆動、上記ヘッド支持体のＸ軸方向の駆動、上記ヘッ
ド体のＺ軸回りの駆動、および、上記ボンディングコレ
ットのＺ軸方向の駆動を、それぞれ回転制御可能な別個
のモータによって行うように構成されており、かつ、上
記ボンディングコレットのＺ軸方向の駆動は、このボン
ディングコレットと上記ヘッド体との間に上記ボンディ
ングコレットを常時下向きに付勢する弾性部材を介在さ
せるとともに、上記ボンディングコレットに取付けたカ
ムフォロアを上向きに押動しうる部材を上記モータによ
ってＺ軸方向に運動させることにより行うことを特徴と
する。 なお、上記Ｘ軸およびＹ軸は、所定の基準水平面内に
おいて互いに直交し、Ｚ軸はＸ軸およびＹ軸の双方に対
して直交しているものとする。

【考案の作用および効果】

ヘッド体は、これを支持するヘッド支持体がスライド
支持体に対してＸ軸方向にスライド可能であり、かつス
ライド支持体がガイドレール上をＹ軸方向にスライド可
能であるから、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に異動可能であ
る。また、ヘッド体は、上記ヘッド支持体に対してＺ軸
回り、すなわち、θ方向に回転可能であるから、Ｘ軸方
向およびＹ軸方向のどの位置にあっても、θ方向に回転
制御できる。さらにヘッド体には、ボンディングコレッ
トがＺ軸方向にスライド可能に支持されているから、ヘ
ッド体がＸ軸方向およびＹ軸方向のどの位置にあって
も、Ｚ軸方向に移動させることができる。 以上のことから、チップ保持するボンディングコレッ
トを、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に駆動することにより、
ピックアップ位置からステム上のボンディング位置まで
搬送することができるし、同時に、チップのＸ軸方向お
よびθ方向の微調節も問題なく可能である。しかも、上
記スライド支持体のＹ軸方向の駆動、上記ヘッド支持体
のＸ軸方向の駆動、上記ヘッド体のθ方向の駆動、およ
び、上記ボンディングコレットのＺ軸方向の駆動を、そ
れぞれ回転制御可能な別個のモータによって行うように
構成しているので、各方向の制御を簡単、かつ正確に行
うことができる。 また、上記ボンディングコレットのＺ軸方向の駆動
は、このボンディングコレットと上記ヘッド体との間に
上記ボンディングコレットを常時下向きに付勢する弾性
部材を介在させるとともに、上記ボンディングコレット
に取付けたカムフォロアを上向きに押動しうる部材を上
記モータによってＺ軸方向に運動させることにより行う
ようにしているので、ボンディングコレットをＺ軸方向
に移動させるに際して、上記弾性部材の弾力を超えるＺ
軸方向下向きの力がボンディングコレットに作用するこ
とはない。したがって、ボンディングコレットによって
チップをピックアップする際、あるいはステム上のボン
ディング位置にチップをボンディングする際に、不当に
大きな力が作用してチップあるいはステムが破損すると
いう懸念をなくすことができる。また、Ｚ軸方向駆動の
ためのモータの制御の精密性がそれほど要求されなくな
るので、制御が簡単になり、また、ボンディングヘッド
の作動の高速化を図ることもできる。

【実施例の説明】

以下、本願発明の実施例を図面を参照しつつ具体的に
説明する。 第１図は本願発明のレーザダイオード用チップボンデ
ィング装置におけるボンディングヘッドの一実施例の全
体構成斜視図である。 本図において、チップ付きサブマウント８を供給する
チップキャリヤ10の搬送装置の搬送方向をＸ軸、これと
水平方向に直交する方向をＹ軸、垂直軸をＺ軸とする。 Ｙ軸方向に所定長さ延びる断面矩形状のガイドレール
12が図示しないベースに固定されており、このガイドレ
ール12には、スライド支持体13がガイドレールに沿って
スライド移動可能に支持されている。このスライド支持
体13には、サーボモータ14によって回転させられる送り
ねじ15がＹ軸方向に螺合されており、したがって上記サ
ーボモータ14を正逆回転させることにより、スライド支
持体13はＹ軸方向に往復駆動させられる。 スライド支持体13の上面には、Ｘ軸方向に延びるガイ
ド溝16が形成されており、このガイド溝16に、ヘッド支
持体17がスライド可能に支持されている。このヘッド支
持体17は、スライド支持体13に対してＸ軸方向にスライ
ド移動可能であるが、その駆動のための機構については
後述する。 上記ヘッド支持体17の先端部には、Ｚ軸方向に貫通す
る支持孔18が開設されており、ヘッド体19の上部にのび
る軸20が、上記支持孔18に回転可能に支持されている。
軸20の上端にはプーリ21が取付けられており、このプー
リ21と、ヘッド支持体17の上面に搭載したサーボモータ
22の出力軸に取付けたプーリ23との間に無端ベルト24が
巻き掛けられている。したがって、上記サーボモータ22
を正逆回転させることにより、ヘッド体19を、上記軸20
の回りに、すなわち、Ｚ軸回りに回転させることができ
る。 さらに、上記ヘッド支持体17には、たとえばスライド
ベアリング等のスライド支持機構を介してボンディング
コレット25がＺ軸方向に往復移動可能に支持されてい
る。なお、このボンディングコレット25をヘッド支持体
17に対してＺ軸方向に駆動するための機構については後
述する。 さて、上記ヘッド支持体17は、その後端部に取付けた
ローラ状のカムフォロア27を、Ｙ軸と平行関係を維持し
ながらカム機構によってＸ軸方向に揺動させられ、Ｙ軸
方向にのびる長尺状の制御杆26の前面26aで押圧するこ
とにより、Ｘ軸方向に駆動される。上記制御杆26は、水
平方向に揺動可能な一対の等長の平行状スイングアーム
28,28が両端にピン接合されており、このスイングアー
ム28,28の揺動により、Ｙ軸と平行関係を維持しながら
Ｘ軸方向に揺動しうる。なお、上記ヘッド支持体17およ
び制御杆26は、いずれもばね29,30により、常時後退方
向に弾力付勢されている。 上記制御杆26がばね30の弾力に抗して前進させられる
と、ヘッド支持体17は、Ｙ軸方向のどの位置にあろうと
も、カムフォロア27が制御杆26の前面26aで押圧される
ことによってばね29に抗してスライド支持体12に対して
前進させられ、逆に、制御杆26が後退すると、ヘッド支
持体17は、ばね29の弾力により、制御杆26とカムフォロ
ア27との当接によって移動量を規制されながら後退する
のであるが、本例では、ヘッド支持体17のＸ軸方向の位
置を正確に制御するため、上記制御杆26の駆動を次のよ
うにして行っている。 すなわち、第１図に表れているように、制御杆26の後
面26bに当接するローラ31を前方に、カムフォロア32を
後方に有する伝動体33を図示しないベースに対してＸ軸
方向にスライド可能に支持するとともに、サーボモータ
34によって垂直軸35回りに回転させられる回転カム36の
外周カム面36aを上記カムフォロア32に当接させてい
る。なお、サーボモータ34と上記垂直軸35は、とくに図
示はしないが、減速機構を介して連係させておくと好適
である。なお、上記回転カム36は、上記ヘッド支持体17
をＸ方向に微調整すべくこれを駆動させるものであるた
め、そのカム面36aは、第２図に詳示するように、カム
面の回転中心からの距離が、周方向に向かうにつれてわ
ずかずつ変化し、しかも、カムの回転角度とこれにとも
なう伝動体33ないしヘッド支持体17の移動量が比例す
る、いわゆる等速カムとしてある。 サーボモータ34によって回転カム36を一方向に回転さ
せると、伝動体33が前進させられるとともに制御杆26を
前進させる。このとき、ばね30の弾力に抗して制御杆26
は前進する。そして、この制御杆26の前面26aに押圧さ
れて、ばね29の弾力に抗してヘッド支持体17も前進す
る。逆に、回転カム36を逆方向に回転させると、カム面
のＸ方向の退動に従動して、制御杆26およびヘッド支持
体17がそれぞれを付勢するばね30,29の弾力によって退
動させられる。 一方、ボンディングコレット25は、これに取付けたロ
ーラ状のカムフォロア37を、Ｙ軸と平行関係を維持しな
がらカム機構によってＺ軸方向に揺動させられ、Ｙ軸方
向にのびる長尺状の制御杆38の上面38aで押圧すること
により、Ｚ軸方向に駆動される。上記制御杆38は、垂直
面内で揺動可能な一対の等長の平行状スイングアーム3
9,39が両端にピン接合されており、このスイングアーム
39,39の揺動により、Ｙ軸と平行関係を維持しながらＺ
軸方向に揺動しうる。なお、本例において、ボンディン
グコレット25はヘッド体19に対してばね40によって常時
下方に向け弾力付勢されており、制御杆38は、ばね41に
よって常時上方に向けて弾力付勢されている。なお、両
ばね40,41の弾力は、制御杆38を上方に向け付勢するば
ねの弾力のほうを大きく設定してある。また、上記制御
杆38は、一方のスイングアーム39をカム機構によって揺
動させることにより、Ｚ軸方向に揺動させられる。すな
わち、上記スイングアーム39の支軸42に連結されたアー
ム43の先端にカムフォロア44を取付け、サーボモータ46
によって回転させられる回転カム45の外周カム面45aを
上記カムフォロア44に当接させている。なお、カムフォ
ロア44は、制御杆38を付勢する上記のばね41の弾力によ
ってカム面45aに弾性的に当接させられている。 サーボモータ46によって回転カム45を一方向に回転さ
せると、スイングアーム39,39がその支軸まわりを図の
時計回り方向に回動し、これにともなって制御杆38が下
動する。そうすると、この制御杆38の上面にカムフォロ
ア37が当接するボンディングコレット25は、制御杆38の
下動に従動してばね40の力によって下動する。逆に、回
転カム45を逆方向に回転させると、スイングアーム39,3
9がその支軸まわりを図の反時計回り方向に回動し、こ
れにともなって制御杆38が上動する。そうすると、この
制御杆38の上面がカムフォロア37をばね41の弾力に抗し
て押上げ、これによりボンディングコレット25は上動さ
せられる。このように、ボンディングコレット25は、ば
ね40の弾力によって下方に移動させられるので、このボ
ンディングコレット25には、ばね40の弾力を超える力は
作用しない。 次に、以上の構成において、チップキャリヤ10上のチ
ップ付きサブマウント８をピックアップし、かつ、これ
を姿勢制御してステム３上のボンディング部にボンディ
ングする動作例を説明する。 まず、ボンディングコレット25をＺ軸方向およびＹ軸
方向に動かせ、第１図に矢印ａで示す工程を経てチップ
キャリヤ10上のチップ付きサブマウント８をピックアッ
プし、かつこれを機械的に固定されて待つステム３のボ
ンディング部上に搬送する。ステムはこのとき昇温され
ており、サブマウント８をボンディング部に固定すべく
サブマウント８とボンディング部との間に介在する銀・
パラジウムなどの固定媒体は溶融状態にある。したがっ
て、ボンディングコレット25に保持されたチップ付きサ
ブマウント８は、ステムのボンディング部上でＸ軸方向
およびθ方向に擦り動かすことができ、サブマウント表
面の酸化膜除去操作をすることができる。この場合にお
いても、ボンディングコレット25には、ばね40の弾力を
超える力が下向きに作用することがないので、サブマウ
ントをステム上のボンディング部に常に適正な弾力で押
圧することができ、均一、適正なボンディングが達成で
きる。 そうして、第３図に示すように、光学的撮像装置47に
よってステム上のチップ５の姿勢を検出しながら、チッ
プ５が適当な姿勢をとるように、ボンディングコレット
25をＸ軸方向およびθ方向に微動させるのである。この
光学的撮像装置47は、たとえば、光源48からの光をプリ
ズム49およびレンズ50を介してチップ５のへき開面に当
て、その反射光によるへき開面の像をCCD51などで撮象
するようになっており、象は２値化されてＸ方向駆動用
サーボモータ34、およびθ方向駆動用サーボモータ22を
制御すべき図示しない制御手段の入力として使用され
る。 すなわち、第３図からあきらかなように、チップ５へ
の光の入射軸と、CCD51の軸線とが一致しているため、
チップ５のへき開面が正確に上記光軸を向いているとき
のみへき開面の画像が輝度を上げることができる。この
ようにして、へき開面からの反射光の光軸のCCDの軸線
との一致を検出することができるのであり、θ方向駆動
用サーボモータは、上記のようにへき開面からの反射光
の光軸がCCDの軸線と一致するように制御手段によって
制御される。 そして次に、２値化されたへき開面の画像の基準位置
からのＸ軸方向のずれが検出され、このずれがなくなる
ように、Ｘ方向駆動用サーボモータが制御されるのであ
る。 こうしてステム上のチップ付きサブマウントの姿勢の
調整が行われた後は、ボンディングコレット25はＺ方向
に上動させられ、次のチップ付きサブマウント８をピッ
クアップすべく、チップキャリヤ10まで移動し、以後、
上記の動作を繰り返す。また、チップボンディング後の
ステムは、自動的に次工程に搬送され、次にボンディン
グすべきステムが所定の位置に導入されてボンディング
コレットの到着を待つ。 以上説明したように、本願発明のレーザダイオード用
チップボンディング装置におけるボンディングヘッドに
よれば、チップ付きサブマウントのピックアップ、およ
び、チップの姿勢調整およびボンディングまでの動作を
一連に行うことが初めて可能となったのである。 もちろん、この発明の範囲は上述した実施例に限定さ
れるものではない。たとえば、スライド支持体12、ヘッ
ド支持体17、ヘッド体19、および、ボンディングコレッ
ト25をそれぞれ各別に駆動するための機構は他に種々考
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の一実施例を示す全体構成斜視図、第
２図は部分平面図、第３図はチップの姿勢調整手法の説
明図、第４図は従来例説明図、第５図はレーザダイオー
ドの一部切り欠いて内部を示す斜視図である。 12……スライド支持体、13……ガイドレール、14……
（サーボ）モータ、17……ヘッド支持体、19……ヘッド
体、22……（サーボ）モータ、25……ボンディングコレ
ット、46……（サーボ）モータ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｙ軸方向に延びるガイドレールにスライド
   支持体をスライド可能に支持し、上記スライド支持体に
   対してヘッド支持体をＸ軸方向にスライド可能に支持
   し、上記ヘッド支持体に対してヘッド体をＺ軸回りに回
   転可能に支持し、かつ上記ヘッド体に対してボンディン
   グコレットをＺ軸方向にスライド可能に支持する一方、
   上記スライド支持体のＹ軸方向の駆動、上記ヘッド支持
   体のＸ軸方向の駆動、上記ヘッド体のＺ軸回りの駆動、
   および、上記ボンディングコレットのＺ軸方向の駆動
   を、それぞれ回転制御可能な別個のモータによって行う
   ように構成されており、かつ、上記ボンディングコレッ
   トのＺ軸方向の駆動は、このボンディングコレットと上
   記ヘッド体との間に上記ボンディングコレットを常時下
   向きに付勢する弾性部材を介在させるとともに、上記ボ
   ンディングコレットに取付けたカムフォロアを上向きに
   押動しうる部材を上記モータによってＺ軸方向に運動さ
   せることにより行うことを特徴とする、レーザダイオー
   ド用チップボンディング装置におけるボンディングヘッ
   ド。