JP4233905B2

JP4233905B2 - Component mounting device

Info

Publication number: JP4233905B2
Application number: JP2003084423A
Authority: JP
Inventors: 勝斉藤; 洋安西; 直幸八幡
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004290993A

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、レーザ光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、載置台にレーザ光の通過部及び吸気流路を設け、載置台は、載置面を備える被加熱板を有し、被加熱板は装着対象物を吸着でき且つレーザ光の照射範囲から外れて配置した貫通穴を有し、加熱手段は、被加熱板にレーザ光を照射し，被加熱板を介して装着対象物を加熱し、載置台を上下に貫通する貫通穴が設けられ、載置台を上下に貫通する貫通穴は装着対象物を保持する吸引圧力を得る吸気流路をなすと共に装着対象物の下方からレーザ光を照射するレーザ光の通過部をなす、という構成を採っている。
【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レーザ光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、レーザ光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、レーザ光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】
さらに、請求項１記載の発明は、被加熱板に対するレーザ光の照射が行われ、被加熱板を介して装着対象物が加熱されるので、レーザ光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。
【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、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10⁴[W/cm²]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、レーザ光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、下方からレーザ光を照射するので、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】
さらに、請求項１記載の発明は、被加熱板を介して装着対象物に対するレーザ光を照射するので、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】
さらに、請求項１記載の発明は、被加熱板を介して装着対象物に対するレーザ光を照射するので、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。
【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（レーザ光の通過部）
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]
BACKGROUND 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 object by brazing.
[0002]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses a bonding method in which two metal pieces are brazed by laser light irradiation. In such a joining method, the center of the upper surface of the upper metal piece of the two metal pieces placed one above the other on the jig serving as the pedestal and sandwiching the brazing material is set as the irradiation position of the laser beam. Two metal pieces are held by a jig at four locations around the irradiation position, a light absorption layer such as carbon is attached to the irradiation position, and laser light irradiation is performed from above.
With this method, the laser light effectively heats the upper metal piece from the back side of the brazing material, and brazing the two metal pieces.
[0003]
Patent Document 2 discloses a method and apparatus for soldering electronic component leads to a substrate by irradiating a laser beam. Such a prior art is to irradiate a pressing member that presses a lead of an electronic component to the substrate side with a solder sandwiched therebetween, and irradiates a laser beam.
By the above method, it is possible to perform soldering while pressing the lead toward the substrate side.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2554994 [Patent Document 2]
JP-A-6-226436 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the prior art described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is configured to heat the brazing material using laser light irradiation, in the prior art of Patent Document 1, the irradiation position of the laser light is that of Patent Document 2 In the prior art, the pressing positions of the pressing members are heated in a concentrated manner. In particular, when concentrated heating is performed in a short time, a temperature difference of several hundred degrees is generated at a portion where heat is concentrated as compared with the surrounding portion. When such a temperature difference is generated, each member joined to each other has a residual stress due to the influence of thermal expansion or the like, and there is a possibility that the strength of the joined portion is reduced or damaged.
[0006]
Further, as in the above prior arts, when the laser beam is irradiated on the joining object from above, it is necessary to provide a protective means such as surrounding the surroundings in order to prevent the harmful effect of the reflected light. was there.
[0007]
An object of the present invention is to suppress a temperature difference from the surroundings due to local heating in a component or a mounting object.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a component mounting apparatus for mounting a component to the mounting object by brazing, the mounting table having a mounting surface on which the mounting object is mounted, and the mounting table. A preheating means for preheating the mounting surface; and a heating means for irradiating a laser beam to heat the component and the mounting object. The mounting table is provided with a laser light passage and an intake passage. A heated plate having a mounting surface, the heated plate has a through hole that can adsorb an object to be mounted and is located outside the irradiation range of the laser beam , and the heating means irradiates the heated plate with the laser beam . In addition, a through-hole that vertically heats the mounting object through the heated plate and penetrates the mounting table is provided, and the through-hole that vertically penetrates the mounting table has an intake flow for obtaining a suction pressure that holds the mounting object passing from the lower side of the mounting object with forming the path of the laser beam for irradiating a laser beam It adopts a configuration that forms a.
[0009]
In the above configuration, the mounting object is placed on the placing surface of the placing table, and further, the component is placed thereon via the brazing material. Then, 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 mounting these components and the mounting object. Further, in this state, the brazing material is melted and bonded by irradiating laser light from below to the component mounting position.
As described above, since the component and the mounting target are pre-heated in advance before being heated by the laser beam and the pre-heating is performed via the mounting table, the entire mounting target is heated to the pre-heating temperature. Even when the laser beam is partially irradiated, generation of a temperature difference from the surroundings can be suppressed.
[0010]
Further, the invention of claim 1, wherein the laser light irradiation is performed with respect to the heating plate, so mounting the object is heated via a heated plate, heat from the laser light diffuses in the heated plate, The mounting object can be heated from the entire contact surface with the mounting surface.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A 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 object.
Such a semiconductor laser chip T is, for example, a GaAlAs semiconductor laser chip, and, as an example, its dimensions are 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. For example, the dimensions are 2 [mm] in length, 1.2 [mm] in width, and 220 [μm] in thickness. The target for 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 the embodiment)
The die bonding apparatus 10 includes a mounting table 20 having a mounting surface 21 on which the submount S is mounted for die bonding, and a preheating means provided on the mounting table 20 and preheating the mounting surface 21. The ceramic heater 11, the vacuum chamber 30 for supplying a suction pressure for holding the submount S on the mounting surface 21, and the semiconductor laser chip T are transported to the mounting position of the submount S on the mounting surface 21. a transport mechanism for (shown only suction nozzle 12), the laser irradiation device 13 as a heating means for heating the semiconductor laser chip T and the sub-mount S is irradiated with a laser beam, together mounting table 20 along the horizontal plane Gas supply for supplying an inert gas when heating the XY table 14 and the semiconductor laser chip T and the submount S, which are moved along two orthogonal axes. A stage (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, and an operation control means (not shown) for controlling the operation of each of the above-mentioned parts. It has.
Hereinafter, each part will be described in detail.
[0015]
(XY stage)
The XY stage 14 is a movable portion (only the movable portion is shown) whose upper portion moves along an XY direction that is horizontal and orthogonal. In the movable part, a mounting table 20, a vacuum chamber 30, and a laser irradiation device 13 are installed in order from the top. The mounting table 20, the vacuum chamber 30, and the laser irradiation device 13 are positioned in a horizontal plane by the XY stage 14.
[0016]
(Laser irradiation device)
The laser irradiation device 13 is installed on the movable part of the XY stage 14 so as to emit laser light vertically upward.
Although not shown, the laser irradiation device 13 is a laser light source, an optical system that condenses the emitted laser light, and a laser output that detects the emission state of the laser light and outputs it to the operation control means. And a sensor.
The optical system condenses and focuses the laser light emitted from the laser light source so as to have a spot diameter (diameter) of about 0.3 [mm] on the lower surface of the heating plate 23, which will be described later. The laser beam is emitted at an output with a power density of 10 ⁴ [W / cm ² ]. By irradiating a laser beam with such an output for a preset irradiation time (in this embodiment, 0.5 [sec]), the junction of the submount S and the semiconductor laser chip T is heated to 350 [° C.] via the heating plate 23. can do.
The laser output sensor outputs the output of the laser light source to the operation control means, and the operation control means adjusts the output of the laser light source based on the sensor output and controls the operation so as to perform irradiation for a preset irradiation time. To do.
[0017]
(Vacuum chamber)
The vacuum chamber 30 includes an internal hollow chamber main body 31 from which internal air is sucked out by a decompression pump (not shown), and leg portions 32 that support the chamber main body 31 so as to straddle the laser irradiation device 13. Yes.
The chamber main body 31 is provided with the mounting table 20 on the upper surface thereof. The chamber body 31 is formed with an air discharge port 33 for connection to the decompression pump, and a communication port 34 for communicating the hollow interior with the intake passage 25 provided on the mounting table 20. Has been. Therefore, when the inside of the chamber body 31 is decompressed by the decompression pump, the inside of the intake passage 25 of the mounting table 20 can also be decompressed via the communication port 34.
In addition, since it is necessary to irradiate the laser beam to the later-described heating plate 23 located above the mounting table 20 by the laser irradiation device 13, the chamber body 31 is made of a transparent material that transmits laser light, for example, glass. Yes.
[0018]
(Mounting table and ceramic heater)
The mounting table 20 includes a block body 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 body 22. The mounting surface 21 described above indicates the upper surface of the heating plate 23.
The block body 22 includes an intake flow path 25 that is provided through the central portion in the vertical direction. As described above, the intake flow path 25 communicates with the chamber main body 31 in order to obtain a suction pressure for holding the submount S on the mounting surface 21, but at the same time, from the laser irradiation device 13. It also has a function as a laser beam passage part. For this reason, the intake flow path 25 is formed along the passage line of the laser light emitted from the laser irradiation device 13, and the internal diameter thereof is 3 [mm] so that the laser light can sufficiently pass therethrough. Is set to
[0019]
A ceramic heater 11 is built in near the upper surface of the stage 22. The ceramic heater 11 has its ON-OFF and preheating temperature controlled by operation control means. The ceramic heater 11 heats the mounting surface 21 to about 100 to 200 [° C.] by energization control to form a preheated state, and further heats to about 350 [° C.] if necessary. It is also possible to form a state. In other words, the ceramic heater 11 is usually used for preheating, and can be switched for control as necessary 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 a material having high thermal conductivity, such as AlN, is desirable. This is because the heat of the ceramic heater 11 is uniformly transmitted from the entire contact surface of the submount S with respect to the mounting surface 21 and can be heated without causing a partial temperature difference due to the high thermal conductivity.
Further, the heating plate 23 has a through hole 24 with an inner diameter of 0.3 [mm] on a circumference C with 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 air pressure in the intake passage 25. By performing air suction through each of these through holes 24, the submount S is sucked and held.
[0021]
(Conveying mechanism, gas supply means and cooling means)
The transport mechanism is supported by a chip head (not shown) driven along two directions (X, Y directions) and a vertical direction (Z direction) orthogonal to each other on a horizontal plane by an XYZ gantry (not shown). And a suction head 12 that performs air suction at the lower tip. 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 is picked up by the suction nozzle 12 from a chip storage portion (not shown) where an unmounted semiconductor laser chip T is prepared. A function of adsorbing to the tip and placing it on the mounting position of the submount S on the mounting surface 21 of the mounting table 20 and a predetermined pressure (30 [gf] ( 0.29 [N])) has a function to pressurize.
The suction nozzle 12 is made of ruby, but a material having lower thermal conductivity, such as zirconia or polyimide, may be used in order to prevent a local temperature drop 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 when the semiconductor laser chip T is bonded to the submount S. Nitrogen gas is blown onto them.
The cooling means has a cooling air supply source and a blowing nozzle directed to the heating position of the mounting surface 21, and after the semiconductor laser chip T is bonded to the submount S, the heated state is shown. Cool by blowing cooling air.
[0023]
(Operation control means)
The operation control means performs operation control according to the operation description to be described later for each of the above-described components, and includes a table storage means for 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 by the input means provided along with the operation control means, and a plurality of tables can be entered, and appropriate heating control can be performed on a plurality of types of objects. It is.
[0024]
Further, the operation control means can switch between the control for heating by the laser irradiation device 13 and the control for heating only by the ceramic heater 11 without using the laser irradiation device 13, and is a component to be die bonded. If the substrate is large and the setting of heat control switching is input, the latter control is selected and executed.
[0025]
(Explanation of operation of die bonding equipment)
The operation of the die bonding apparatus 10 having the above configuration will be described.
First, the transport function is driven, and the semiconductor laser chip T is sucked from the chip storage portion by the suction nozzle 12 and transported.
Further, the vacuum pump of the vacuum chamber 30 is driven to place the submount S on the heating position on the mounting surface of the heating plate 23 of the mounting table 20 for adsorption. Further, the mounting table 20 is positioned at a predetermined position by driving the XY table 14. At this time or in advance, the ceramic heater 11 is energized to heat the heating plate 23 to a 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, and the suction nozzle 12 is lowered to place the semiconductor laser chip T on the submount S. Pressurize at a predetermined pressure (30 [gf] (0.29 [N])).
[0027]
Further, the laser irradiation device 13 is driven in a state where the semiconductor laser chip T is placed and pressed, and the lower surface of the heating unit plate 23 is irradiated with an output and irradiation time (0.5 [sec]) according to the table. As a result, the bonding insert material, which is an Au—Sn 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 action by nitrogen gas. Die bonding is performed.
[0028]
After completion of the laser light irradiation, energization to the ceramic heater 11 is also stopped and cooling by the cooling means 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 transport means, and 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 such a submount S, the mounting position of the semiconductor laser chip T is set to one end rather than the center.
In this case, as described above, the semiconductor laser chip T is transferred to a predetermined mounting position by the transfer 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 includes three through-holes 24 (one of which is not shown) at the portion to be blocked by the bottom surface of the submount S, that is, the center shown in FIG.
Thereafter, all the same operations as described above are 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, a length of 1000 [μm], a width of 750 [μm], and a thickness of 80 to 130 [μm] is shown in FIG. Based on In this way, when the submount S is large, it is input in advance from the input setting means that the control is switched to heating control in which heating is performed only by the ceramic heater 11.
Thereby, first, the semiconductor laser chip T is transported to a predetermined mounting position by the transport function, and the submount S is placed and sucked on the placing surface in the suckable state via the vacuum chamber 30. At this time, the submount S is placed so that the mounting position of the semiconductor laser chip T on the submount S coincides with the irradiation position of the laser beam.
Further, the ceramic heater 11 is energized 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. And at a predetermined pressure (30 [gf] (0.29 [N])).
In such a state, the ceramic heater 11 is heated to 350 [° C.], whereby the Au—Sn brazing material on the submount S is melted, and the semiconductor chip T and the semiconductor chip T with the best wettability by the antioxidation action by the nitrogen gas. It penetrates between the submounts S and die bonding is performed.
[0032]
Thereafter, energization to the ceramic heater 11 is stopped, and cooling by the cooling means 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 transport means, and 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)
Thus, since the die bonding apparatus 10 preheats the submount S from the entire mounting surface 21 by the ceramic heater 11, the laser irradiation is performed even when the laser light is locally irradiated from the laser irradiation apparatus 13. Generation of a temperature difference between the portion and the surrounding can be suppressed, generation of residual stress due to thermal expansion or the like can be effectively suppressed, and the semiconductor laser chip T can be firmly attached.
Further, since the laser beam is irradiated through the heating plate 23, the submount S is heated not in a local area but in a wide range due to the heat transfer effect by the heating plate 23, and the thermal expansion or the like is further increased. 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 light is irradiated from below through the intake passage 25 penetrating the block body 22, it is possible to easily press the semiconductor laser chip T in die bonding, Even if the laser beam is reflected at the time of irradiation, the influence thereof is limited to the range of the intake flow path 25, and it is possible to eliminate the necessity of taking preventive means such as an antireflection wall. As a result, downsizing and improvement in productivity can be achieved.
Further, 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]
Further, the preheating means can raise the temperature to the melting temperature of the brazing material, and the operation control means performs control by heating by the laser irradiation device 13 and heating by only the ceramic heater 11 without using the laser irradiation device 13. Since the control can be switched, even when the submount S is large, and even when the brazing area between the semiconductor chip T and the submount S is large, heating is performed without causing a partial temperature difference. Can be done.
[0036]
(Other)
Note that the dimensions, materials, and the like of the above-described die bonding apparatus 10, submount S, and semiconductor chip T can be appropriately selected and are not limited to the above.
[0037]
The heating plate 23 is made of aluminum nitride, but other materials such as silicon nitride and copper may be used as long as the thermal conductivity is high. Further, the laser beam irradiation surface of the heating plate 23 may be subjected to surface treatment (for example, silicon nitride coating) with high laser beam absorption efficiency on the irradiation position or the entire surface.
Further, the arrangement of the through holes 24 of the heating plate 23 is not limited to the circumference, and any arrangement that can adsorb the lower surface of the submount S and is out of the irradiation range of the laser light may be used.
[0038]
【The invention's effect】
In the first aspect of the invention, the preheating means can raise the temperature of the mounting object from the entire contact surface with the mounting surface to the preheating temperature, and even when the laser beam is partially irradiated, the irradiated portion It is possible to suppress the occurrence of a temperature difference between the sensor and the surroundings, avoid the occurrence of thermal expansion and the like, and effectively suppress the generation of residual stress, thereby strengthening the joint strength. .
In addition, since the laser beam is irradiated from below, it is not necessary to press the component by avoiding the irradiation position or to heat through the pressing member as in the case of irradiation from above, and the pressurizing method It is possible to eliminate the restriction and to effectively eliminate the concentration of heating at the pressurizing portion.
[0039]
Furthermore, since the invention according to claim 1 irradiates the mounting target with laser light through the heated plate, the entire surface of contact with the mounting surface with respect to the mounting target by thermal diffusion in the heated plate. Heating can be performed, and a partial temperature difference during heating can be more effectively suppressed.
[0040]
Furthermore, since the invention according to claim 1 irradiates the mounting target with laser light through the heated plate, the entire surface of contact with the mounting surface with respect to the mounting target by thermal diffusion in the heated plate. Heating can be performed, and a partial temperature difference during heating can be more effectively suppressed.
[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 submounts with different mounting positions of the 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 (heated plate)
25 Intake channel ( laser beam passage)
S Submount (parts)
T Semiconductor laser chip (object to be mounted)

Claims

A component mounting apparatus that mounts a component on its mounting target by brazing,
A mounting table having a mounting surface for mounting the mounting object;
A preheating means provided on the mounting table for preheating the mounting surface;
Heating means for heating the component and the mounting object by irradiating a laser beam ,
Provide the laser beam passage and intake channel on the mounting table,
The mounting table has a heated plate including the mounting surface described above,
The heated plate has a through hole that can adsorb a mounting object and is disposed outside the irradiation range of the laser beam ,
The heating means irradiates the heated plate with laser light , heats the mounting object through the heated plate,
A through hole is provided through the mounting table up and down,
The through-hole penetrating up and down the mounting table forms the intake flow path for obtaining a suction pressure for holding the mounting object and forms a laser beam passage for irradiating laser light from below the mounting object. A component mounting device characterized by