JP3412224B2

JP3412224B2 - レンズ実装方法と装置

Info

Publication number: JP3412224B2
Application number: JP01212194A
Authority: JP
Inventors: 光寿鎌倉; 浩一村上; 宏幸石井; 雅之西川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-01-07
Filing date: 1994-01-07
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: EP0662723A1; US5578156A; DE69412059D1; CA2124544A1; EP0662723B1; CA2124544C; DE69412059T2; TW300285B; KR950024617A; JPH07199007A; KR0148703B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光通信などに用いる
発光素子の製造方法に関する。半導体発光素子として
は、発光ダイオードと、半導体レ−ザがある。材料とし
ては、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ系のものがある。これ
らはバンドギャップが違うので異なる波長の光を出すこ
とができる。発光素子は光の出る方向に関して、面発光
型のものと、端面発光型のものがある。前者は基板や薄
膜の平面に直角に光が出射される。後者は基板面に平行
な導波路に沿って光が進行し端面から出射される。

【０００２】本発明はこの内、面発光型の発光素子に関
する。面発光型の場合は、薄膜の境界面と直角な方向に
光が出てゆく。薄膜側から出るものもあるし、基板側か
ら出るものもある。薄膜側から出るものを表面出射タイ
プと呼び、基板側から出るものを裏面出射タイプと仮に
呼ぶことにする。いずれにしても、狭い発光領域から導
波路などを経ることなく四方に広がってゆく。そのまま
では、光ファイバに殆ど入射できないから、レンズを使
ってＬＥＤ光を収束しファイバの端面のコアに入射させ
るようにしている。

【０００３】光通信や光計測に用いる場合は、ファイバ
の小さいコアに入射させなければならない。ために焦点
距離の短い、方向性がない球状レンズを使う。しかも球
状レンズを直接に発光素子の上に固着する。焦点距離が
短かすぎて、レンズを発光素子から離しておくことがで
きないのである。レンズは素子に直接接合する。つま
り、発光素子チップの上に直接に球状レンズを固定す
る。ケ−シングに発光素子チップを固定し、レンズを有
する窓をケ−シングに取り付けるといった間接的な固定
ではない。

【０００４】

【従来の技術】発光素子の上にレンズを固定するための
方法が幾つも提案されている。ファイバのコアは狭く、
発光素子の発光領域からの光の広がり角は広いので、レ
ンズは正確に位置決めしなければならない。少しでも横
にずれると、ファイバに入る光量が著しく減少する。

【０００５】特公昭５７−２９０６７号は位置決めのた
めに、発光素子チップの発光領域の上に円形の嵌合穴を
穿つ。半導体ウエハに、縦横に多数の発光領域、電極よ
りなる素子の単位を形成する。これの表面側または裏面
側に、発光領域に合致するように嵌合穴を形成する。ウ
エハを縦横に切り、素子単位毎に分離する。これがチッ
プである。チップを適当な治具に取り付ける。以後チッ
プ毎の作業になる。嵌合穴に接着剤を満たし、球状レン
ズを嵌合穴の上から押し込んで縁に外接させる。接着剤
の一部が穴から溢れ出る。この状態で炉に入れて加熱し
て接着剤を硬化させる。接着剤によりレンズが固定され
る。嵌合穴をフォトリソグラフィによって形成するか
ら、発光領域に対する穴の位置決めが正確である。しか
も穴の段部にレンズを外接させるので、レンズの位置も
正しく決まる。光がエピタキシャル層の側（表面出射
型）の場合は、嵌合穴と発光領域の位置決めが正確であ
る。

【０００６】しかしこの方法は、発光領域に遠い基板側
から光が出るような素子（裏面出射タイプ）の場合は、
ウエハを裏返しにして位置決めしなくてはならないの
で、穴そのものの位置が不正確である。さらにこの方法
は、嵌合穴に接着剤を充填してからレンズを嵌込むの
で、粘度の大きい接着剤の場合は、接着剤が穴から十分
に排除されず接着剤が穴の縁の上まで残留する。こうな
ると、レンズが穴の縁から浮いてしまうことがある。レ
ンズの高さ方向及び水平方向の位置に狂いが生ずる。水
平方向に狂うとファイバのコアに光が入らなくなる。

【０００７】特開昭６０−１６１６８４号は、接着剤が
穴から完全に排出されないというような欠点を解決する
ものである。これは円形の穴を掘るのではなくて、発光
素子の表面または裏面に幾つかの突起を形成する。これ
らの突起の中心が、発光領域の中心に一致するようにな
っている。つまり発光領域の中心に立てた垂線に関して
回転対称の位置に突起を形成する。突起の中心部に接着
剤を塗布し、球状レンズを突起の中央において固定す
る。この場合レンズは突起に接触し、突起によって位置
決めされる。余分の接着剤は突起の間から外部に排除さ
れる。レンズが浮き上がるというようなことがないはず
である。

【０００８】しかしそうではない。球状レンズが接着剤
を排除しようとする力は、レンズの重さに比例する。小
さいレンズであるから極めて軽い。ために接着剤を押し
出す力が十分ではない。例えばΦ３００μｍの球状レン
ズの場合、質量は約０．００００１ｇである。接着剤の
上に置かれるとゆっくりと沈んでゆくが、軽すぎて、半
導体の表面まで降下するのに時間がかかる。ために突起
の中心の位置に安定するまでに接着剤が硬化することが
ある。

【０００９】さらに、嵌合穴でも突起の場合でも、表面
出射型の場合は、ウエハプロセスにより、嵌合穴、突起
の中心を、発光領域の中心に合致させることができる。
しかし裏面出射型の場合は、ウエハを裏返して基板の裏
面側に穴や突起を形成しなければならない。この場合、
嵌合穴の中心あるいは突起の中心と、発光領域の中心を
ウエハの法線方向に合致させるのは容易ではない。位置
決めが不正確であると、発光領域の中心と、穴の中心、
突起の中心が横方向にずれる。この場合、発光領域から
四方に出た光はレンズによって集光されるが、集光点が
ファイバの端面からずれてしまう。ために十分な量の光
がファイバに入射しなくなる。ファイバと発光素子の光
結合が不十分になる。後工程で、光結合パワ−不良を起
こしやすい。

【００１０】面について定義をする。これまで、基板側
を裏面、エピタキシャル層側を表面と表現してきた（発
光領域がある薄膜が積層されている方を表、基板側を
裏）。本発明は裏面出射型の素子を対象にする。そのた
めに基板側を主平面あるいは裏面と呼ぶ。エピタキシャ
ル層側を副平面あるいは表面と呼ぶことにする。平面に
平行にＸ軸とＹ軸を取る。平面に直角の方向をＺ軸とす
る。さらに裏面出射タイプと、表面出射タイプについて
も説明する。これは発光波長の違いにより異なってく
る。

【００１１】ウエハがＧａＡｓでＡｌＧａＡｓなどのエ
ピタキシャル層を積層し、０．８５μｍの光を出すもの
は、基板のＧａＡｓがこの波長の光を吸収する。このた
め基板側から光を出すことができない。エピタキシャル
層の側つまり表面から光を出す必要がある。ＧａＡｓ系
の発光素子は表面出射タイプにならざるを得ない。ウエ
ハがＩｎＰでＩｎＧａＡｓＰなどのエピタキシャル層を
積層し、１．３μｍの光を出すものは、基板のＩｎＰが
この光を通す。従って裏面から光を取り出すことができ
る。またエピタキシャル層もこの光に対して透明であ
る。つまり表面からも光を取り出せる。つまりＩｎＰ系
の長波長の発光素子は、表面出射型も裏面出射型も両方
可能である。既に述べたように、本発明は裏面出射型を
対象にしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】光通信などに用いられ
る半導体発光素子は、発光領域の面積が狭い。これに接
続すべきファイバのコアの断面積も小さい。シングルモ
−ドファイバの場合コアは５〜７μｍ程度で、ＧＩ（グ
レ−ディッドインデックス）ファイバの場合コアは５０
μｍ〜６２μｍ程度である。発光素子とレンズの両者を
効率よく結合するためには、球状レンズの水平方向の位
置精度が厳しく要求される。球状レンズは、最適の位置
からのずれが主平面に平行な方向（横方向、ＸＹ方向）
に±５μｍの範囲になければならない。

【００１３】ところが裏面出射タイプ（基板側、主平面
から光を取り出す）の場合は、発光領域と、レンズの取
り付け位置がウエハの反対側になる。発光領域などの薄
膜をエピタキシャル成長する場合は表面をウエハプロセ
スによって処理する。しかしレンズ取り付けのために、
穴や突起の形成は裏面を別工程のウエハプロセスによっ
て処理する必要がある。ウエハプロセスが表裏二重に行
なわれることになる。これは手数が二重になるというだ
けでなく、表裏での位置合わせが難しいという欠点があ
る。これについて詳しく説明する。

【００１４】発光素子を作るためのウエハは、化合物半
導体のウエハ（基板）を用いなければならない。Ｓｉウ
エハは発光素子はできない。発光素子を作るための化合
物半導体ウエハは、最初４００〜５００μｍの厚みがあ
る。これをウエハプロセスにより、エピタキシャル成
長、エッチング、電極形成などを行なう。これにより１
枚のウエハに数多くの発光素子単位を形成する。この単
位は後にチップになる部分である。基板の上に複数のエ
ピタキシャル層や電極が乗っている。このエピタキシャ
ル成長させた薄膜の積層している方が表、基板側が裏と
いうことにしている。

【００１５】初めのウエハプロセスにより、発光素子を
表面に形成した後、裏面つまり基板側を研磨し基板の一
部を除く。裏面研磨には三つの意味がある。ひとつは薄
くして熱伝導を高めるためである。発光素子は高い密度
の電流を流すので、発熱しやすい。放熱のために、ウエ
ハを薄くする必要があるのである。もうひとつは光の吸
収を少なくするためである。裏面出射型の素子の場合
は、発光領域と裏面の距離が長いと光の吸収が大きくな
るので、吸収を下げるために裏面を研磨し薄くする。

【００１６】この際もっとも重要なことは、研磨された
面（主平面）から発光領域までの距離が一定になるとい
うことである。そうでないとレンズを主平面に直接に接
着した場合に集光点の位置が一定にならない。つまり裏
面研磨の第三の目的は球状レンズと発光領域の距離を規
定の値にするためである。裏面を研磨する場合、ウエハ
の表面を研磨プレ−トに張りつけて裏面を回転定盤に当
てて研磨する。１００〜２００μｍの程度まで薄くす
る。薄くなったウエハの裏面が主平面である。

【００１７】薄くなったウエハを研磨プレ−トから外し
て、裏面に前記の嵌合穴や突起を第２のウエハプロセス
によって形成する。このとき表面に形成された発光領域
の中心と、裏面の嵌合穴の中心あるいは突起の中心が面
に直角な方向に一致するように位置決めしなければなら
ない。しかし異なる面にある二つの異なる要素の位置を
合わせるのであるから、これは容易ではない。ウエハプ
ロセスというものは同じ面に連続して行なう場合は正確
にできるが、表裏の２面にウエハプロセスを行なう場合
は、精度が悪い。

【００１８】発光素子のための化合物半導体ウエハは２
〜３インチの直径を持つ。発光素子チップは３００〜
５００μｍ角の小さいものである。円形の大きいウエハ
の表面に、発光領域、電極などを形成し、ウエハの裏面
を研磨し、薄くして裏面に穴や突起を、エッチング、蒸
着、ホトリソグラフィによって形成する。細いファイバ
と結合するために、発光領域と、突起の中心の水平方向
のずれが、±５μｍ以内でなければならない。ところが
ウエハは面積が大きい割りには薄いので反りが著しい。
反りのために、表面裏面での位置合わせが難しくなる。
また発光領域や突起を形成するためのマスクの仕上がり
寸法誤差なども重なるために、表面と裏面に別々のウエ
ハプロセスによって形成した発光領域の中心と、突起の
中心は合致しにくい。位置精度を先述のように±５μｍ
以内に収めるのは容易でない。

【００１９】このように表裏の位置合わせを行なって嵌
合穴や突起を形成し、球状レンズを接着剤によって固定
する。接着剤も炉に入れて加熱することによって硬化す
るタイプのものである。これでレンズの実装ができたこ
とになる。しかしこれで終わりではない。このあと実際
に発光させ、ファイバの端での光強度を測定して、これ
が小さいものを除去する必要がある。これは裏面の嵌合
穴、突起が、表面の発光領域と合致しているとは限らな
いからである。また接着剤の硬化の際に振動などにより
レンズ位置がずれることがあるからである。このように
レンズ実装後に不良品を選別除去する必要がある。不良
品の発生率はかなり高い。ために歩留まりが低い。さら
に球状レンズを実装する際に位置ずれを修正する手段が
ない（穴、突起でレンズ位置が決まるので）ので、ウエ
ハ単位でロット不良を発生しやすい。

【００２０】発光素子チップの主平面上に直接に集光レ
ンズを取り付ける半導体発光素子に於いて、集光レンズ
実装時に高精度のレンズの位置決めを可能にし、発光領
域とレンズ中心が、主平面に直角な方向で一致するよう
にした半導体発光素子へのレンズの実装装置と実装方法
を提供することが本発明の第１の目的である。レンズと
発光領域の位置ずれが起こりやすい表裏２重のウエハプ
ロセスを省略できるレンズ実装方法と装置を提供するの
が第２の目的である。表裏２重のウエハプロセスを廃止
することによりウエハ単位でのロット不良が起こらない
ようにしたレンズ実装方法と装置を提供することが本発
明の第３の目的である。レンズが確実にチップに接触し
た状態で固定され、面法線方向にも位置ずれの起こらな
いレンズ実装方法と装置を提供するのが本発明の第４の
目的である。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明のレンズ実装方法
は、縦横方向に多数の発光領域と電極とを形成した半導
体ウエハの裏面を研磨し、ウエハの厚みを一定厚みに減
じ、個々の発光領域を含む単位毎に切り離してチップと
し、チップをステ−ジに固定し電流を流して、研磨され
た基板側の主平面から実際に発光させ、発光領域をテレ
ビカメラで観察し、強度射影法と濃淡重心法により発光
領域の中心を求め、その位置に紫外線硬化樹脂を塗布
し、真空吸着コレットで保持した集光レンズを発光素子
の中心に運び集光レンズを主平面に接触させ位置決めし
た状態で、紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化さ
せ、集光レンズをチップに固定する。このあとコレット
をレンズから離す。

【００２２】つまり従来方法は、実際に発光領域を求め
ることなく穴や突起に頼り、レンズを位置決めをしてい
た。本発明は穴や突起を用いない。個々の素子毎に発光
領域の中心を光学的に求めて、中心位置にレンズを置い
てその位置でレンズを固定する。実際に光らせて中心を
求めこの位置にレンズを固定するので、位置ずれが起こ
るはずがない。従来法は、レンズを接着剤の上におい
て、そのまま、炉に入れ加熱して硬化させていた。なん
らかの手段でレンズを押さえることもない。このために
搬送時や、加熱時の振動などで軽いレンズが位置ずれを
起こす可能性があった。本発明は、紫外線硬化樹脂によ
って固定する。紫外線硬化樹脂を用いるので一瞬に固定
される。硬化に時間がかからない。短時間で硬化するの
で、この間中、コレットでレンズを押さえていることが
できる。

【００２３】さらに詳しく本発明の方法を説明する。裏
面研磨されたウエハから、個々の発光素子に切り離され
たチップは、水平面上に２つの自由度を持つ高精度の位
置決め機能を持ったステ−ジに固定する。接着剤を供給
するディスペンサは垂直（Ｚ方向）方向に移動可能であ
るが水平方向には一定位置にあるように設定される。レ
ンズを保持し発光素子チップの主平面に押しつける真空
コレットはやはり垂直方向には移動可能で、水平方向
（ＸＹ方向）には一定位置にあるように設定される。チ
ップを戴置したステ−ジをＸＹ２方向に移動して、強度
射影法と濃淡重心計測法によりカメラの基準中心と、チ
ップの発光中心を合わせる。さらにカメラの基準中心か
ら予め定められた一定距離だけ移動し、発光素子チップ
の発光領域とディスペンサのＸ、Ｙ方向の座標を合致さ
せる。ここでディスペンサが下降し、チップの主平面に
接触し、一定量の接着剤（紫外線硬化樹脂）を主平面に
塗布する。ディスペンサが主平面から離れる。ついでス
テ−ジがＸ、Ｙ平面で一定距離動き、球状レンズを保持
したコレットの下に至る。コレットが降下し接着剤を押
し下げチップの主平面に接触する。この状態で、紫外線
が接着剤に照射される。瞬時に紫外線硬化樹脂が硬化す
る。

【００２４】カメラ、ディスペンサ、コレットの３つの
機構のＸＹ平面上の位置は予め定まっている。これらは
Ｚ方向には動くことができるが、Ｘ、Ｙ方向には移動で
きない。３部材の２次元座標を、カメラ（Ｘ１，Ｙ
１）、ディスペンサ（Ｘ２，Ｙ２）、コレット（Ｘ３，
Ｙ３）とする。カメラとディスペンサの２次元座標の差
はベクトルＣ（Ｘｃ，Ｙｃ）によって表す（Ｘｃ＝Ｘ２
−Ｘ１、Ｙｃ＝Ｙ２−Ｙ１）。ディスペンサとコレット
の２次元座標の差はベクトルＤ（Ｘｄ，Ｙｄ）によって
表す（Ｘｄ＝Ｘ３−Ｘ２，Ｙｄ＝Ｙ３−Ｙ２）。カメラ
の中心とチップの発光領域中心を合わした後、ベクトル
Ｃだけチップを２次元ステ−ジによって移動させる。す
るとディスペンサの直下に発光領域が存在することにな
る。接着剤を塗布した後、チップはベクトルＤだけ移動
させ、コレットの直下に発光領域を送る。このようにカ
メラで位置決めをした後、一定距離送ることにより、発
光領域をディスペンサやコレットの直下に位置させる。
送り量Ｃ、Ｄが、カメラ、ディスペンサ、コレットの２
次元的な距離に等しいので、カメラで位置合わせするだ
けで、ディスペンサやコレットと発光領域中心の位置が
一致する。

【００２５】カメラ、ディスペンサ、コレットはＸ、Ｙ
方向の自由度を持たず、水平方向には動かないので、こ
の位置合わせは正確である。Ｘ、Ｙ方向に移動できるの
は、チップを保持するステ−ジだけである。ディスペン
サは直接にチップに接触し、接着剤を塗布する。このた
めにディスペンサは昇降することができる（Ｚ方向に移
動できる）。ディスペンサのニ−ドルの先がチップに接
触するという点も新規である。ディスペンサの先端が接
触したことを検知するセンサを設ける。直接に接触した
状態で接着剤をチップに与えるので、定量性に優れる。
激しい衝撃によってチップが破損してはいけないので、
衝突時の衝撃を和らげる装置が設けられる。

【００２６】真空吸着コレットも直接にレンズがチップ
に接触するまで降下する。接触したことを検出するセン
サを設けてある。また衝撃を和らげるための変位吸収機
構がある。レンズをチップに押しつけるので、レンズが
接着剤の上に浮くというようなことがない。レンズ中心
と発光領域の距離（Ｚ方向の距離）が正確に規定され
る。レンズが押しつけられた状態で、接着剤（紫外線硬
化樹脂）に紫外線が照射されて接着剤が固まる。さらに
望ましくは、ディスペンサやコレットはＺ方向に高速、
低速の２段階の速度で移動し、迅速に正確に定位置に到
達するようにする。集光レンズは球状レンズや球面凸レ
ンズなどを使うことができる。レンズを保持する真空吸
着コレットは先端の接触面が円錐形状、三角錐などにす
る。円錐形状のコレットは加工が容易である。三角錐の
コレットは三点支持になるのでレンズ保持位置が正確で
ある。

【００２７】

【作用】本発明のレンズ実装方法は、ＸＹ方向に自在に
動き得るＸＹステ−ジにチップを固定し、発光素子チッ
プに通電し実際に発光させて発光領域の中心をテレビカ
メラによって求める。つまりカメラの中心にチップの発
光領域の中心を合致させる。発光領域の中心の認識は、
好ましくは２段階で行なわれる。初めに、全視野範囲で
の光の強度射影を行なう。これにより発光領域の概略の
位置を見付ける。そして発光領域の狭い範囲で濃淡重心
計測法により正確な中心位置を認識する。２段階にする
と中心を求める時間が短くなる。こうして比較的広い視
野範囲でも発光中心位置を、認識再現精度が±０．１μ
ｍ以下の高精度で認識できる。もちろんはじめから広い
範囲を濃淡重心計測法で測定することもできる。この場
合は処理のための時間が増える。

【００２８】従来技術と大きく異なる点は実際にチップ
に通電して発光させて中心を求めるということである。
これにより個々のチップにおける発光領域のばらつきが
あっても正確な位置にレンズを取り付けることができ
る。穴や突起を形成すると、これを形成するための工程
が必要である。本発明はこの工程がない。さらに穴や突
起があると、これらに拘束されて、自由に、任意の位置
レンズを固定できない。本発明は主平面を平坦にして、
任意の位置にレンズを固定できるようにしている。つま
り穴などがないということは主平面に２次元的な自由度
を与えているのである。折角テレビカメラで発光領域の
中心を求めても、穴や突起があれば中心位置にレンズを
固定できない。平坦な主平面であるからこそレンズを自
在に任意の位置に固定できるのである。本発明で、穴な
どを設けないということは積極的な意味がある。

【００２９】カメラの中心とチップの発光領域の中心を
合致させる作業が終わると、これを一定距離（ベクトル
Ｃ）動かして、ディスペンサの直下に送る。ディスペン
サはＺ方向にしか自由度を持たない。ＸＹ方向には動か
ない。カメラもＸＹ方向には動かないので、カメラ直下
の位置から、一定距離（方向と長さ）動かしてディスペ
ンサの下へ正確に移動させることができる。カメラで発
光領域を認識し、この位置からチップを動かさず、側方
から接着剤を塗布し、側方からレンズを送り込むという
ことも可能であろう。しかしそうすると接着剤の偏り
や、レンズのずれが起こりやすい。本発明はカメラ位置
から一定ベクトル量だけ動かすことにより、チップの直
上から接着剤塗布、レンズ搭載できるようにしている。

【００３０】接着剤は紫外線硬化樹脂を用いる。従来法
は加熱によって硬化する接着剤を用いていたので時間が
かかり、炉に入れる時の振動によりレンズがずれたりす
る。それでも穴、突起があればずれは小さい。本発明の
場合は位置決めのための穴などがないので、コレットで
レンズを押さえながら瞬時に固定しなければならない。
このために紫外線硬化樹脂を使う。接着剤をチップに与
えるディスペンサは、一定量の接着剤を吐出できるニ−
ドルを備える。接着剤に一定時間一定圧力をかけニ−ド
ルから樹脂を出す。これは表面張力により樹脂玉とな
る。ニ−ドルが下降し、先端がチップに接触する。この
状態で接着剤を塗布する。接触状態で接着剤を供給する
ので、定量性に優れる。従来法は非接触で接着剤をチッ
プに滴下していたがそれではチップ高さの揺らぎ、表面
張力のゆらぎのために塗布量がばらついてしまう。本発
明は接触状態で行なうので、チップの高さがばらついて
いたとしても、塗布量のばらつきが少ない。

【００３１】ただしチップに接触させるので、チップが
破壊されないように特別の工夫がなされる。Ｓｉよりも
ＧａＡｓは脆い。ＧａＡｓよりさらにＩｎＰは衝撃に弱
い。化合物半導体は一般にＳｉなどよりずっと弱い。し
かも薄いチップであるから衝撃により割れやすい。そこ
でディスペンサは自重を相殺するための機構を設ける。
樹脂の量は、チップの側方に垂れて、ｐｎ接合部を覆う
ような量とする。接合部を保護するパッシベ−ション膜
としての機能がある。樹脂をディスペンサからチップに
移すことを転写と呼ぶ。

【００３２】接着剤塗布の後、ディスペンサを引き上げ
る。一定ベクトル量Ｄだけステ−ジを動かす。発光領域
が真空吸着コレットの直下に存在するようになる。真空
吸着コレットの先端にレンズが吸着されている。集光レ
ンズの実装位置精度には、コレットに於けるレンズの保
持位置のばらつきも影響する。レンズの形状と、コレッ
ト先端の形状を相応するものにする。例えばコレットの
先端内周面を円錐形状にする。集光レンズが球状レンズ
の場合は、コレット先端内周を円錐、三角錐形状にす
る。三角錐にすると三点支持になりレンズの保持精度が
高い。しかし三角錐は加工が難しい。円錐は対称性が高
く加工容易である。

【００３３】真空吸着コレットもＺ方向にのみ変位でき
る。レンズを保持したコレットが下降する。初め高速で
下降し後低速で下降する。例えば初めは５ｍｍ／ｓの高
速、後は０．５ｍｍ／ｓの低速とする。高速で下降させ
るのは時間を短縮するためである。後で低速で下降させ
るのは、衝撃力を和らげるためである。本発明はレンズ
をチップの主平面に強制的に接触させる。従来法のよう
にレンズの自重で接着剤を押し退けるのではない。チッ
プにコレットを押しつけるのである。ためにレンズの高
さ方向の位置が一義的に決まる。Ｚ方向の精度が向上す
る。レンズ搭載の時間も短くなる。反面接触させるため
に衝撃によりチップが割れる恐れがある。そこで、途中
で下降速度を低速にし、さらに自重を吸収する機構を設
ける。

【００３４】

【実施例】図１によって本発明の実施例に係るレンズ実
装装置を説明する。この装置は、ＸＹステ−ジ１、カメ
ラ２、ディスペンサ３、真空吸着コレット４、カメラ用
Ｚ軸ステ−ジ５、コレット用Ｚ軸ステ−ジ６などによっ
て構成される。ＸＹステ−ジ１は発光素子チップとレン
ズを水平方向に移動させるものである。半導体発光素子
チップ８を縦横に並べた発光素子受台９と、球状レンズ
１０を縦横に並べたレンズ受台１１が、Ｘステ−ジ１２
の上に乗っている。Ｘステ−ジ１２が、Ｘ方向に延びる
Ｙステ−ジ１３の上に乗っている。この上をＸステ−ジ
１２は自在にＸ方向に動き得る。Ｙステ−ジ１３はＹ方
向に延びる固定テ−ブル１４の上に乗っている。Ｙステ
−ジ１３は固定テ−ブル１４の上をＹ方向に自在に移動
できる。簡略化して書いてあるが、実際にはモ−タで
Ｘ、Ｙ方向に高精度に移動できるようになっている。水
平移動を許容するような適当な機構が設けられる。この
例ではエアフロ−ティング方式を用いている。その他機
械的な機構を用いる場合は、滑り軸受けなどが設けられ
る。いずれも位置分解能が０．１μｍである。

【００３５】複数個の発光素子８が主平面を上にして、
発光素子受台９の上に縦横に戴置される。発光素子はパ
ッケ−ジに取り付けられている。パッケ−ジのリ−ドと
素子電極間にはワイヤが付いており、リ−ドに通電すれ
ば発光するような状態である。レンズ受台１１には小さ
な穴が縦横に穿たれこれに小さい球状レンズ１０が入っ
ている。水平方向に動くのはＸＹステ−ジだけである。
つまり発光素子とレンズが水平方向に移動できる。カメ
ラ２、ディスペンサ３、真空吸着コレット４は縦方向
（Ｚ方向）にしか動くことができない。

【００３６】赤外カメラ２はＺ軸ステ−ジ５によって上
下方向に移動できる。Ｚ軸ステ−ジ５は、縦方向の部材
１５と、この上に取り付けた縦方向のレ−ル１６と、レ
−ル１６に沿って動く摺動ブロック１７、レ−ルに沿う
ボ−ルネジ、これに螺合するボ−ルナット、ボ−ルネジ
を回転させるモ−タ等を含む。これらの構成はよく知ら
れているので図示しない。カメラ２は顕微鏡を有し直下
に置かれた対象物を拡大して撮像できる。Ｚ軸ステ−ジ
５によってカメラが上下に動き焦点を対象物の表面に合
わせることができる。

【００３７】ＸＹステ−ジ１を動かして、対象になる発
光素子８をカメラ２の直下に移動させる。カメラは順に
発光素子の発光領域中心を光学的手段と画像処理によっ
て求めるものである。これは１．全視野での強度射影法
により発光領域の概略の位置を求める。２．発光領域の
近傍で濃淡重心計測法により正確に中心位置を求める。
の２段階法による。

【００３８】図２により強度射影法を説明する。カメラ
の視野は格子状に分割されている。分割された単位を画
素（ピクセル）と呼ぶ。左下が原点位置である。画素Ｍ
₁₁とする。横方向にｉという番号を付け、上に向かって
はｊという番号を付ける。横方向がＸ軸方向である。上
向きの方向がＹ軸方向である。Ｍ_ijはＸ方向にｉ番目、
Ｙ方向にｊ番目の画素を指す。横に並ぶ画素群を行と言
い、縦に並ぶ画素群を列と言う。

【００３９】例えば１画素の寸法は１μｍ×１μｍであ
る。カメラの全視野は、例えば５００μｍ×５００μｍ
（０．５ｍｍ角）である。つまり５００×５００画素を
持つ。これが全視野である。この視野の内部に対象とす
る発光素子を移動させる。電流を流し発光素子を発光さ
せる。カメラは、発光素子の光に対して感度を有するも
のである必要がある。ＩｎＰ発光素子の場合は赤外光を
出すので、赤外カメラを使う。この例はＩｎＰ系の発光
素子を対象にしている。当然、可視光を出す発光素子を
扱う場合は可視光用のカメラを使う。

【００４０】光が発光領域から出るので、これをカメラ
で観察する。各画素での光の強度が例えば２５６段階に
区別される。（ｉ，ｊ）画素の光強度をｍ_ijとする。強
度射影法は、各列、各行の光強度の和を求める。つまり
ｉ番目の列の光強度の和Ｘｉと、ｊ番目の行の光強度の
和Ｙｊを計算し、これらの和を最大にする列ｉと行ｊを
求める。

【００４１】Ｘｉ＝Σ_j=1 ⁿ ｍ_ij （１）Ｙｊ＝Σ_i=1 ⁿ ｍ_ij （２）Ｘｍａｘ＝ｍａｘ｛Ｘｉ｝（３）Ｙｍａｘ＝ｍａｘ｛Ｙｊ｝（４）

【００４２】行画素群の光強度の和の最大値Ｙｍａｘを
与える群をｋ＝ｊ、列画素郡の光強度の和の最大値Ｘｍ
ａｘを与える群をｈ＝ｉとする。これは発光領域の中心
がＭ_hkの近傍にあるということを意味している。発光領
域では光の発光分布が正規分布に近いので中心を通る
行、列の画素の強度の和が大きくなる筈だからである。
この方法は光強度をＹ軸、Ｘ軸に射影して比較している
から強度射影と呼ぶのである。これは加法のみの演算で
あるからスピ−ドが速い。他の光の反射や発光素子自身
からの洩れ光がある場合に、初めから全視野で重心計測
すると誤認識する可能性がある。強度射影によりピ−ク
を求めてから重心を計算した方が誤認識の惧れが少な
い。

【００４３】しかしこの方法では、実際に最大光強度の
画素を見付けることはできない。さらにこの方法では、
精度が、画素の大きさに依ってしまう。あくまで粗認識
である。さらに発光領域における光強度分布のピ−クが
急峻であれば、射影列や射影行を２つおき、３つおきな
どに間引くことにより計算時間を節減することができ
る。

【００４４】ＸＹステ−ジ１を動かし、強度射影法で求
めた仮の発光領域中心Ｍ_hkを、カメラ視野の中心に移動
させる。図３に示す濃淡重心計測法を行なう。これはよ
り限定された画素のみを対象にする。例えば全視野の１
／１０〜４／１０の程度の限定領域を対象にする。全視
野が５００μｍ角とすると、限定領域は５０μｍ〜２０
０μｍ角である。これより狭くすることもできる。この
狭い領域に発光領域の中心が存在する。画素の数が大幅
に減少している。画素Ｍ_ijについて明暗の段階ｍ_ij（例
えば２５６段階）が得られる。光強度ｍ_ijを重みとして
重心（Ｘｇ，Ｙｇ）を求める。これは次の計算により簡
単に行なえる。Ｘｉをｉ列のＸ座標とし、Ｙｊをｊ行の
Ｙ座標として、

【００４５】Ｘｇ＝［Σｍ_ijＸｉ］／［Σｍ_ij］（５）Ｙｇ＝［Σｍ_ijＹｊ］／［Σｍ_ij］（６） Σの計算は、ｉ、ｊについて限定領域のすべての画素に
ついて行なう。全視野の画素でなく、限定領域の画素で
あるから、数が少なく、計算時間は短い。

【００４６】こうして求められた光強度の重心Ｇ（Ｘ
ｇ，Ｙｇ）を発光領域の中心とする。重心計測法は和計
算以外に掛算や割算も含むので比較的計算時間がかか
る。初めに強度射影法により中心位置を概算して、狭い
限定領域で計算しているので画素の数が少なく計算時間
を節減できる。平均操作をするので、中心位置を、画素
の分割大きさよりも細かく求めることができる。画素の
寸法が１μｍとしても、平均操作をするので、０．１μ
ｍの精度で重心を求め、これを発光領域中心とすること
ができる。ＸＹステ−ジを動かしてカメラの中心と重心
Ｇが上下方向で合致するようにする。カメラの２次元位
置（Ｘ１，Ｙ１）とディスペンサの２次元位置（Ｘ２，
Ｙ２）の関係は予め決まっている。これらの差のベクト
ルＣ（Ｘｃ，Ｙｃ）は初めから決まっている。発光素子
の発光領域がカメラに対して位置決めされたので、ＸＹ
ステ−ジ１をベクトルＣだけＸＹ平面上で移動させる。
発光領域がディスペンサの直下にくる。

【００４７】図４にディスペンサを示す。ディスペンサ
３はＺ軸ステ−ジ６により上下方向に動き得るように支
持される。ディスペンサ３は円筒形の容器で、紫外線硬
化樹脂が内部に充填されている。下端は細いニ−ドル２
０になっている。上方の開口にはパイプ２１が接続され
これには圧縮エアが吹き込まれる。縦方向の取付板２２
には上支持輪２５と、下支持輪２６がありディスペンサ
３を支持している。取付板２の背後には縦方向のリニア
ガイド２６がある。これは取付板２２を支持し鉛直方向
に動くのを許す部材である。縦方向の溝とレ−ルによっ
て結合している。リニアガイド２６はＺ軸ステ−ジ６に
取り付けられており、Ｚ軸ステ−ジ６とともに上下に動
くことができる。Ｚ軸ステ−ジ６は背後の固定板２７に
対して上下に動く。取付板２２の高さは変位検出センサ
２８によってモニタされる。固定板２７は静止してい
る。これに対してＺ軸ステ−ジ６とリニアガイド２６が
上下に動く。取付板２２は大部分はＺ軸ステ−ジ６やリ
ニアガイド２６と同じ動きをする。しかし、ニ−ドル２
０が発光素子８に接触した時に、取付板２２はリニアガ
イド２６に対して滑りを起こす。滑りを許すのは縦方向
の溝やレ−ルの構造である。

【００４８】リニアガイド２６から前方にストッパ２９
が突出し、取付板２２は突起３０を持つ。ストッパ２９
の上に突起３０が乗っている。ディスペンサ３、取付板
２２の重さが突起３０からストッパ２９を通してリニア
ガイド２６に伝わる。大部分の行程で、リニアガイド２
６と取付板２２が同一の動きをするのは、ストッパ２９
と、突起３０のためである。ストッパ２９、突起３０は
ディスペンサ３がリニアガイドより少し上に変位するの
は許すが、下がるのを禁止している。リニアガイド２６
はブラケット３１を有し、これと取付板２２の突起３０
の間に荷重バランス用引っ張りバネ３３が取り付けられ
る。バネ３３の一端には荷重調整ネジ３２がある。この
バネ３３は取付板２２を引き上げる方向に張力を及ぼ
す。ネジ３２によりバネ３３の張力を加減することがで
きる。

【００４９】他方にも同様にバネが設けられる。取付板
２２が止め片３４、リニアガイド２６が止め片３５を有
し、これらの間に荷重バランス用圧縮バネ３６が設けら
れる。これは圧縮バネであるが、取付板２２を引き上げ
る方向に力を及ぼす。前記のバネ３３と同じ機能を持っ
ている。このようなバネ３３、３６は取付板２２、ディ
スペンサ３の自重を打ち消し発光素子に与える衝撃力を
緩和する作用がある。ディスペンサ３や取付板２２の重
さをＷとする。荷重バランス用引っ張りバネ３３の張力
をＴ、荷重バランス用圧縮バネ３６の圧縮力をＳとする
と、ストッパ２９、突起３０の間にかかる力Ｆは、単に
Ｆ＝Ｗ−Ｔ−Ｓとなる。

【００５０】Ｚ軸ステ−ジ６を下げてゆくと、初めはリ
ニアガイド２６、Ｚ軸ステ−ジ６、取付板２２、ディス
ペンサ３が一体となって降下する。ニ−ドル２０が発光
素子８に衝突すると、ディスペンサ３、取付板２２は下
降を止める。リニアガイド２６はさらに下降を続ける。
このようにリニアガイド２６と取付板２２が異なる運動
をする必要があるので、リニアガイド２６に対して取付
板２２が上向きに動けるようになっている。この間の相
対変位を禁止すると衝撃力が大きく発光素子８が割れ
る。

【００５１】発光素子チップ８は薄く脆いので衝撃を和
らげる必要がある。このために二つの工夫がなされてい
る。ひとつは、Ｚ軸ステ−ジ６の動きを初め高速に、次
に低速にするということである。低速で接触するので力
積が小さくなる。もうひとつは先程のバネ３３、３６に
より、取付板やディスペンサを持ち上げているというこ
とである。バネのために、ストッパ２９、突起３０にか
かる力Ｆは、Ｗ−Ｔ−Ｓに減っている。これは実効的な
質量が（Ｗ−Ｔ−Ｓ）／ｇになっているということと等
価である（ｇは重力加速度）。この値が２〜５ｇ（ｇは
グラム）程度になるようにバネを設定しておく。する
と、ディスペンサのニ−ドル２０がチップ８に当たって
も、これは質量がＷ／ｇ（ディスペンサと取付板の質
量：ｇは重力加速度）のものが衝突したというのではな
い。質量が（Ｗ−Ｔ−Ｓ）／ｇのものが衝突したという
のと等価である。だからチップに衝突したものは、２〜
５ｇ（ｇはグラム）の軽い物体だということになる。

【００５２】もうひとつは低速衝突である。速度ｖで、
ディスペンサのニ−ドルがチップ８に衝突したとする
と、チップにかかる力積Ｐは（Ｗ−Ｔ−Ｓ）ｖ／ｇとい
うことになる。低速であるからｖが小さい。ためにチッ
プが受ける衝撃が小さくチップが割れない。力積Ｐ＝
（Ｗ−Ｔ−Ｓ）ｖ／ｇという式は、衝撃緩和のための二
つの工夫の効果を端的に表現している。２段階速度切り
替えはｖを小さくし、バネは−Ｔ−Ｓにより衝撃を減ら
す。

【００５３】チップに接触する時の衝撃を緩和するため
の工夫を詳しく説明した。それではどうしてニ−ドルが
チップに接触しなければならないのかを述べる。まず従
来法においてディスペンサの先端が非接触の場合を図５
によって説明する。ディスペンサの先のニ−ドルを当て
るとチップが割れるので、従来は非接触であった。この
場合図５（ａ）のように、ニ−ドルの先端とチップの間
に間隙ｔが存在するままに接着剤をチップに塗る。する
と図５（ｂ）のようにニ−ドルと共に接着剤の多くの部
分が持ち去られてしまう。すると接着剤が不足し、チッ
プ側周の接合部を覆うことができない。もうひとつの困
難がある。従来のように熱で硬化する接着剤の場合は接
着剤が不足しても加熱すれば硬化させることができる。

【００５４】しかし本発明では紫外線硬化樹脂を用い
る。これは特殊な性質がある。分量が少ないと、紫外線
をいくら照射しても硬化しないのである。理由がはっき
りしないが、紫外線硬化樹脂は嫌気性が強く、空気中で
酸素により劣化するようである。量が少ないと酸素に触
れる割合が多いので硬化性を喪失する。紫外線硬化樹脂
の場合はある程度の分量がなければならない。これは接
着剤の特性による要求である。

【００５５】図６は本発明の紫外線硬化樹脂の供給形態
を示す。図６（ａ）のように、ディスペンサに一定時間
圧縮空気を送ると、定量の紫外線硬化樹脂がニ−ドル２
０の先端に出て樹脂玉を形成する。これは直径５００μ
ｍ〜７００μｍ（０．００００１２ｃｃ〜０．００００
３４ｃｃ）の樹脂玉である。樹脂玉を持つディスペンサ
を降下して、ニ−ドルの先端が発光素子８の主平面に接
触するようにする。樹脂玉がチップ８の上に転写される
（接着剤を塗布することを転写と表現）。転写量は大
体、１．０×１０^-5〜２．０×１０^-5ｃｃである。十分
な量の紫外線硬化樹脂が主平面に広がり一部が側面に垂
れる。これがｐｎ接合を覆う。パッシベ−ションとして
の作用がある。（図６（ｂ）に示す。）

【００５６】接触状態で接着剤を転写するので、定量性
に優れる。しかも接着剤が不足しない。紫外線硬化樹脂
の場合は空気中の酸素のために、分量が不足すると、紫
外線を照射しても硬化しないことがある。本発明は接触
転写で十分に紫外線硬化樹脂を与えることができるの
で、紫外線を照射しても硬化不良になるということがな
い。一定時間接触転写（約１秒程度）させ、ニ−ドルを
引き上げる。図６（ｃ）のようになる。ニ−ドルに多く
の樹脂が付いてしまうということがない。ほとんどの接
着剤がチップに移る。

【００５７】次にＸＹステ−ジ１を一定ベクトル量Ｄ
（Ｘｄ，Ｙｄ）だけ動かす。発光素子は、真空吸着コレ
ット４の直下に移る。図７によって真空吸着コレット４
を説明する。真空吸着コレット４は鉛直方向の取付板４
０に取り付けられる。これはリニアガイド４１によって
上向きに懸架される。変位検出センサ４２が取付板４０
の高さを検出する。真空吸着コレット４にはパイプがつ
ないでありこれが真空排気装置（図示せず）に接続して
ある。リニアガイド４１は前に突き出るストッパ４４を
持つ。取付板４０は突起４５を有する。突起４５がスト
ッパ４４に支持される。これによりリニアガイド４１が
取付板４０を上向きに支持する。

【００５８】取付板４０は他に止め片４６を有する。リ
ニアガイド４１のピン４８に枢支されるてこ４９の先端
４７が、止め片４６を持ち上げている。てこ４９の他端
にはバランスウエイト５０が取り付けてある。バランス
ウエイト５０のために、取付板４０、真空吸着コレット
４が持ち上げられている。バランスウエイト５０のモ−
メントはウエイト５０の取り付け位置により調整でき
る。真空吸着コレット４の先端にレンズを吸着保持す
る。

【００５９】取付板４０、真空吸着コレット４、レンズ
の合計の重力がＧであるとする。バランスウエイトが取
付板を持ち上げる力をＲとすると、ストッパ４４、突起
４５にかかる力ＨはＨ＝Ｇ−Ｒとなる。これは数ｇ重程
度に調整する。Ｈは、レンズをチップに対して押しつけ
る力になる。バランスウエイトは図４のバネ３３、３６
と等価な作用をする。取付板や真空吸着コレットの重さ
Ｇそのものがチップにかからず、Ｒだけ小さいＨの力が
働くようにしている。ディスペンサと同じように、真空
吸着コレットも高速、低速の２段階で下降させるのが望
ましい。チップに及ぼす力積は（Ｇ−Ｒ）ｖ／ｇとな
る。ｖは衝突時の下降速度である。自重を殆ど消去する
ためにバネやバランスウエイトを用いている。同じよう
な作用を持つが、両者は少し違う。バネは慣性がない。
ために衝突の瞬間から自重を減殺する効果がある。

【００６０】しかしバランスウエイトは慣性があるの
で、衝突の瞬間はその効果がない。定常状態になっては
じめて自重を打ち消す。遅延の時間は回転モ−メントを
重力加速度ｇで割ったものの平方根である。しかし実際
にはゆっくりとコレットを下降させるので、バランスウ
エイトでも衝撃を緩和できる。この例ではディスペンサ
はバネ、真空吸着コレットはウエイトにしているが反対
にしてもよいし、両方ともバネとしても良いし、両方と
もバランスウエイトにしても良い。真空吸着コレット４
は予めレンズを吸着保持していなければならない。ＸＹ
ステ−ジ１を動かして、真空吸着コレットの直下にレン
ズを位置させ、真空吸着コレットを降下させて、レンズ
を吸い上げる。このまま保持している。コレットの先端
の形状は図８、図９に示す。図８は円錐形状である。こ
れは回転対称で加工が容易である。図９は三角錐状であ
る。加工が難しいが３点接触になるのでレンズの保持位
置が正確に定まる。保持位置再現精度が良い。

【００６１】図１０は、真空吸着コレットによりレンズ
をチップに押しつけている状態を示す。球状レンズ１０
が真空吸着コレット４に吸着されたまま発光素子チップ
８の主平面に押しつけられている。発光領域５３の直上
にレンズ１０が存在する。紫外線硬化樹脂５２はレンズ
によってレンズ分だけ押し退けられる。レンズの下端が
チップ主平面に接触している。レンズ下端と主平面の間
に樹脂が残留していない。紫外線硬化樹脂５２は発光素
子８の接合５４の側周を被覆している。つまり樹脂はパ
ッシベ−ション膜としての機能を兼ねる。

【００６２】図１１は、紫外線硬化樹脂に紫外線照射す
る工程を示す。図１２も同じ工程を示している。コレッ
ト４をレンズ１０から離すことなく、コレット４で押さ
えたままの状態で紫外線５５を斜め上方から紫外線硬化
樹脂５２に照射する。紫外線は例えばハロゲンランプの
３６５ｎｍの波長の光を用いる。紫外線の照射時間は５
〜１０秒である。紫外線の照射は斜め上方から行なう
が、水平に対する傾斜角は２０°〜６０°程度である。
コレットがあるので傾斜角をあまりに大きくできない。
傾斜角が小さすぎると接着剤に十分な光が当たらない。

【００６３】また紫外線は２つの紫外線照射ヘッド５
６、５７を用いて両側から当てるのが良い。二つの紫外
線照射ヘッドの光軸の水平面への投影がなす角度は、９
０°〜２７０°とする。二つのランプを使うのは紫外線
硬化樹脂の全体に紫外線が当たるようにするためであ
る。死角ができないようにする。樹脂の一部がレンズの
影になるから、レンズはその紫外線に対して透明である
ような材料であればさらに良い。レンズが紫外線を吸収
する材質の場合は、レンズの下にある樹脂にも十分な光
が当たるようにヘッドの位置を工夫しなければならな
い。

【００６４】図１３はレンズを接着した状態を示す。半
導体発光素子８がパッケ−ジ１８の上に主平面５１を上
にして固着される。発光素子８の主平面の上にはレンズ
１０が載っている。紫外線硬化樹脂５２がレンズ１０を
チップ８に対して接着している。発光領域５３とレンズ
１０の中心が合致している。紫外線硬化樹脂５２はチッ
プ８の側面にも垂れ下り、接合５４を保護している。球
状レンズは例えば直径が３００μｍ程度である。チップ
の厚みは１００〜２００μｍの程度である。レンズの中
心と、発光領域の中心の位置は、縦方向に合致してい
る。誤差は±５μｍ以下である。

【００６５】パッケ−ジ１８に固定されているが、未だ
上面があいている。この後、レンズつき（ショットレン
ズ）のキャップを被せてハ−メチックシ−ルする。レン
ズとしては、球状レンズの他に、円筒形セルフォックレ
ンズや、凸球面レンズなどをも用いることができる。レ
ンズの種類が変わると、コレットの先端内周面の形状も
異なってくる。

【００６６】

【発明の効果】本発明は、発光領域とは反対側の面から
光を取り出すタイプの発光素子において、実際に発光さ
せて発光領域中心を求めここへ紫外線硬化樹脂を塗布
し、同じ点にレンズを押しつけ、紫外線を照射して紫外
線硬化樹脂を硬化させる。個々のチップ毎に発光領域中
心を求めてレンズを中心位置に合わせて固着させる。こ
のために±５μｍの高精度でレンズを実装できる。

【００６７】位置決めのために、嵌合穴や突起を形成し
ない。主平面は平坦なままである。このため嵌合穴や突
起を形成するためのウエハプロセスを省くことができ
る。工程を簡略化できるだけではない。嵌合穴や突起が
位置ずれの原因になっていたのであるから、これらを除
去することにより正確な位置合わせができるようにな
る。また主平面が平坦であり凹凸がないので、研磨後の
厚みを正確に制御できる。ためにレンズと発光領域の縦
方向の距離も精密に規定できる。接着剤の塗布はディス
ペンサ先をチップに接触させて行なうので定量性に優れ
る。レンズも接触させた状態に保持するので、レンズと
発光領域の距離が正確に決まる。

【００６８】これらの効果により、本発明は、発光素子
のウエハプロセスの省略、ウエハ単位のロット不良の防
止、後工程での光結合性を高め大幅な製造コストの削減
を可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るレンズ実装装置の概略斜
視図。

【図２】カメラを使って発光領域中心を求めるための強
度射影法の説明図。

【図３】カメラを使って発光領域中心を求めるための重
心計測法の説明図。

【図４】接着剤をチップにつけるためのディスペンサの
斜視図。

【図５】従来法により、チップに接着剤を塗布する工程
を示す断面図。（ａ）はニ−ドルを発光素子に接触させ
ないで塗布している状態、（ｂ）はニ−ドルを引き上げ
た状態。

【図６】本発明によりチップに接着剤を塗布する工程を
示す断面図。（ａ）は樹脂玉を作った状態、（ｂ）はニ
−ドルが発光素子に接触した状態、（ｃ）はニ−ドルを
引き上げた状態。

【図７】本発明において真空吸着コレットを保持する機
構の斜視図。

【図８】円錐内周面を有するコレットの断面図と底面
図。

【図９】三角錐内周面を有するコレットの断面図と底面
図。

【図１０】コレットによってレンズを保持しチップに押
しつけている状態を示す断面図。

【図１１】コレットによってレンズをチップに押しつけ
たまま紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させる工程
を示す断面図。

【図１２】コレットによりレンズを保持し、チップの上
の紫外線硬化樹脂に紫外線照射ヘッドから紫外線を照射
している状態を示す斜視図。

【図１３】本発明によりレンズを発光領域中心の上に接
着した発光素子の図。

【符号の説明】

１ＸＹステ−ジ２カメラ３ディスペンサ４真空吸着コレット５Ｚ軸ステ−ジ６Ｚ軸ステ−ジ８発光素子９発光素子受台１０球状レンズ１１レンズ受台１２Ｘステ−ジ１３Ｙステ−ジ１５縦部材１６レ−ル１７摺動ブロック１８パッケ−ジ２０ニ−ドル２１パイプ２２取付板２６リニアガイド２７固定板２８変位検出センサ２９ストッパ３０突起３１ブラケット３２荷重調整ネジ３３荷重バランス用引っ張りバネ３４止め片３５止め片３６荷重バランス用圧縮バネ４０取付板４１リニアガイド４２変位検出センサ４４ストッパ４５突起５０バランスウエイト５１主平面５２紫外線硬化樹脂５３発光領域５４接合

フロントページの続き (72)発明者西川雅之兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献特開昭60−413（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−98716（ＪＰ，Ａ) 特開平２−120709（ＪＰ，Ａ) 特開平１−229210（ＪＰ，Ａ) 特開平５−257031（ＪＰ，Ａ) 特開平６−29577（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−161684（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−144314（ＪＰ，Ａ) 特開平５−167129（ＪＰ，Ａ) 特開平６−300625（ＪＰ，Ａ) 特開平４−110743（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2035595（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/42 G02B 7/02 H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の上に部分的に発光する発光
領域を縦横に多数形成し、基板側を研磨し、基板を縦横
に切り発光素子チップを切り離し、発光素子チップの発
光領域側をパッケ−ジに固定し、研磨された主平面側か
ら光を出すようにし、平坦な主平面の上の発光領域の直
上位置に集光レンズを取り付ける方法であって、発光素
子チップを取り付けたパッケ−ジを２自由度をもつＸＹ
ステ−ジに置き、発光素子に通電して発光させ、Ｚ方向
に移動できるカメラで発光領域を観察し、光の強度射影
法と濃淡重心計測法により発光領域中心を求め、カメラ
中心に発光領域中心を合致させ、予め定められた一定距
離だけＸＹステ−ジを動かして、Ｚ方向に変位できるデ
ィスペンサの直下に発光素子を位置させ、ディスペンサ
の先端を発光素子チップに接触させながら紫外線硬化樹
脂を発光素子チップの主平面に塗布し、ディスペンサを
引き上げ、さらに予め定められた一定距離だけＸＹステ
−ジを動かして、Ｚ方向に変位でき予めレンズを保持し
ている真空吸着コレットの直下に発光素子を位置させ、
真空吸着コレットを下降させレンズが発光素子チップの
主平面に接触するようにし、このままの状態で紫外線を
紫外線硬化樹脂に照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させレ
ンズを発光素子の上に固定し、真空吸着コレットを引き
上げるようにしたことを特徴とするレンズ実装方法。
【請求項２】ディスペンサがＺ方向に動く場合、初め
高速で下降し、ついで低速で下降するようにし、低速で
発光素子に接触するようにしたことを特徴とする請求項
１に記載のレンズ実装方法。
【請求項３】レンズを保持した真空吸着コレットがＺ
方向に動く場合、初め高速で下降し、ついで低速で下降
するようにし、低速で発光素子に接触するようにしたこ
とを特徴とする請求項１に記載のレンズ実装方法。
【請求項４】ディスペンサは発光素子の上面と側面を
覆うに十分の紫外線硬化樹脂を発光素子チップに塗布す
ることとし、側面に流れた紫外線硬化樹脂が発光素子側
面の接合を覆うようにしたことを特徴とする請求項２ま
たは３に記載のレンズ実装方法。
【請求項５】集光レンズが、樹脂に照射する紫外線に
対して透明であることを特徴とする請求項１に記載のレ
ンズ実装方法。
【請求項６】発光素子に塗布された紫外線硬化樹脂に
対して２方向から紫外線を照射することとし、紫外線ビ
−ムが水平となす角度を２０°〜６０°とし、２本の紫
外線のビ−ムのなす角度が９０°〜２７０°であること
を特徴とする請求項１に記載のレンズ実装方法。
【請求項７】半導体基板の上に部分的に発光する発光
領域を縦横に多数形成し、基板側を研磨し、基板を縦横
に切り発光素子チップを切り離し、発光素子チップの発
光領域側をパッケ−ジに固定し、研磨された主平面側か
ら光を出すようにし、平坦な主平面の上の発光領域の直
上位置に集光レンズを取り付ける装置であって、複数の
発光素子チップを乗せる発光素子受台と、複数のレンズ
を乗せるレンズ受台と、発光素子受台とレンズ受台を保
持してＸ方向、Ｙ方向に移動できるＸＹステ−ジと、発
光素子の発光領域を観察し発光領域の中心を求めるため
のテレビカメラと、テレビカメラをＺ方向に移動可能に
支持するＺ軸ステ−ジと、発光素子に接触し紫外線硬化
樹脂を発光素子チップの主平面に塗布することのできる
ディスペンサと、ディスペンサをＺ方向に移動できるよ
うに支持するＺ軸ステ−ジと、ディスペンサを降下させ
あるいは上昇させる機構と、レンズを真空吸着しこれを
持ち上げ発光素子の主平面の上に押しつけることのでき
る真空吸着コレットと、真空吸着コレットをＺ方向に動
かすことのできるＺ軸ステ−ジと、真空吸着コレットを
降下させあるいは上昇させる機構と、発光素子に紫外線
を照射する紫外線照射ヘッドとを含み、ＸＹステ−ジを
動かしてひとつ発光素子をカメラの下に運び、発光素子
を発光させてカメラで撮像し、発光素子の中心を求め、
発光素子の中心とカメラの中心を合わせ、一定距離ＸＹ
ステ−ジを動かしてディスペンサの直下に運び、ディス
ペンサを降下させて先端を発光素子に接触させ紫外線硬
化樹脂を発光素子に塗布し、さらに一定距離ＸＹステ−
ジを動かして発光素子を真空吸着コレットの直下に運
び、レンズを真空吸着コレットにより発光素子に押しつ
け接触させ、紫外線硬化樹脂に対して紫外線照射ヘッド
から紫外線を照射してこれを硬化させるようにしたこと
を特徴とするレンズ実装装置。
【請求項８】レンズを保持する真空吸着コレットの先
端の内周面が円錐形状であることを特徴とする請求項７
に記載のレンズ実装装置。
【請求項９】レンズを保持する真空吸着コレットの先
端の内周面が三角錐形状であることを特徴とする請求項
７に記載のレンズ実装装置。
【請求項１０】ディスペンサが自重を相殺する機構を
備えており、Ｚ軸ステ−ジに対して自重から相殺する重
量を差し引いた荷重によって懸架されており、ディスペ
ンサの先端が発光素子に接触すると、ディスペンサはＺ
軸ステ−ジに対して上向きに相対変位し、発光素子にか
かる力積を軽減するようにしたことを特徴とする請求項
７に記載のレンズ実装装置。
【請求項１１】真空吸着コレットが自重を相殺する機
構を備えており、Ｚ軸ステ−ジに対して自重から相殺す
る重量を差し引いた荷重によって懸架されており、真空
吸着コレットが保持するレンズの下端が発光素子に接触
すると、真空吸着コレットはＺ軸ステ−ジに対して上向
きに相対変位し、発光素子にかかる力積を軽減するよう
にしたことを特徴とする請求項７に記載のレンズ実装装
置。