JPH02122683A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ン
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イスクメ
モリ装置の光情報ピックアン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フ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ボスト２とをもち、かつ高
精度に加工されたステム３と、上記ポストのチンプボン
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、上面に硝子部の透光窓
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、５
ｂ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１
０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によってピンクアンプし、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、Ｘ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６０−１３３’６３３号公報あるいは特開昭
６２−１９８１８５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−Ｘ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、チソプキ゛ヤ
リャからチップ付きサブマウントをピックアンプしてこ
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、ビックア
ン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ンクアッ
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−Ｘ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ｉ＊ｉ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Ｘ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たことを特徴とする。 なお、上記Ｙ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Ｙ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軸方向に移動可能である
。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Ｘ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、
Ｘ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、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に駆動することにより、ピ
ン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Ｘ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。

【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ンプボンディ
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を供給するア
ップキャリャ１０の搬送装置の搬送方向をＹ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１
２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、Ｘ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２００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Ｘ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Ｘ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！１
１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２８，２Ｂが両端にピン接合されており
、このスイングアーム２８．２Ｂ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かばね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に
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３
２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
しである。 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方向の退勤に従動して、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の弾力によって退勤させられる。 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３８の上面３８ａ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３９．３９が両端にビン接合されており、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Ｘ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は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を上方に向は付勢するばねの弾力のほうを大
きく設定しである。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、Ｘ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３９．３９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ｊ’Ｂ杆３
８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。 次に、以上の構成において、チップキャリヤｌＯ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１シてステム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Ｘ軸方向およびＸ軸
方向に動かせ、第１図に矢印ａで示す行程を経てチップ
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熔融状態にある。 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る。 そうして、第３図に示すように、光学釣橋像装置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
の光学的描像装置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Ｃ０Ｄ
５１などで撮像するようになっており、像は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・７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ＣＯＤ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（ａ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、チンズボンディング後
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ア
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ンクアンプ、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図は千ノブ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)

【特許請求の範囲】
1. （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
   したことを特徴とする、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。