KR0148703B1 - 렌즈 설치방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체기판위에 부분적으로 발광하는 발광영역을 종횡으로 다수 형성하고, 기판측을 연마하여, 기판을 종횡으로 잘라 발광소자칩을 잘라내서 발광소자칩의 발광영역측을 패키지로 고정하고, 연마된 주평면측에서 광을내도록 하여 평탄한 주평면위의 발광영역의 바로 위의 위치에 집광렌즈를 설치하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 상기 집광렌즈 설치방법은 발광소자칩을 설치한 페키지를 2자유도를 가지는 XY스테이지에 두고, 발광소자에 전기를 통하게 하여 발광시키고, Z방향으로 이동할 수 있는 카메라로 발광영역을 관찰하며, 광의 강도 사영법과 농담중심계측법에 의해 발광영역중심을 구하고, 카메라중심에 발광영역중심을 합치시키고, 이미 결정된 일정거리만큼 XY스테이지를 움직여서 Z방향으로 변위할 수 있는 디스펜서의 바로 아래에 발광소자를 위치시키고 디스펜서의 선단을 발광소자칩에 접촉시키면서 자외선경화수지를 발광소자칩의 주평면에 도포하여 디스펜서를 끌어올리고, 또 이미 정해진 일정거리만큼 XY스테이지를 움직여서 Z방향으로 변위할 수 있으며 이미 렌즈를 유지하고 있는 진공흡착콜렛의 바로 아래에 발광소자를 위치시키고 진공흡착콜렛을 하강시켜서 렌즈가 발광소자칩의 주평면에 접촉하도록 하며, 이 상태대로 자외선을 자외선경화수지에 조사하고 자외선경화수지를 경화시켜서 렌즈를 발광소자위에 고정하여 진공흡착콜렛을 끌어올리도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

렌즈 설치방법 및 그 장치

제1도는 본발명의 실시예에 의한 렌즈설치장치의 개략사시도,

제2도는 카메라를 사용하여 발광영역중심을 구하기 위한 강도사영(射影)법의 설명도,

제3도는 카메라를 사용하여 발광영역중심을 구하기 위한 중심계측법의 설명도,

제4도는 접착제를 칩에 붙이기 위한 디스펜서(dispenser)의 사시도,

제5도는 종래법에 의해 칩에 접착제를 도포하는 공정을 나타내는 단면도,

(a)는 니들을 발광소자에 접촉시키지 않고 도포하고 있는 상태,

(b)는 니들을 끌어 올린 상태,

제6도는 본 발명에 의해 칩에 접착제를 도포하는 공정을 나타내는 단면도,

(a)는 수지방울을 만든 상태,

(b)는 니들이 발광소자에 접촉한 상태,

(c)는 니들을 끌어 올린 상태,

제7도는 본발명에 있어서 진공흡착콜렛(collet)을 유지하는 기구의 사시도,

제8도는 원추 내부둘레면을 가지는 콜렛의 단면도와 바닥면도,

제9도는 삼각추 내부둘레면을 가지는 콜렛의 단면도와 바닥면도,

제10도는 콜렛에 의해 렌즈를 유지하여 칩에 붙이고 있는 상태를 나타내는 단면도,

제11도는 콜렛에 의해 렌즈를 칩에 붙인 채로 자외선을 조사(照射)하고 자외선경화수지를 경화시키는 공정을 나타내는 단면도,

제12도는 콜렛에 의해 렌즈를 유지하고 칩위의 자외선경화수지에 자외선조사헤드로부터 자외선을 조사하고 있는 상태를 나타내는 사시도,

제13도는 본발명에 의해 렌즈를 발광영역중심위에 접착한 발광소자의 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:XY스테이지 2:카메라

3:디스펜서 4:진공흡착콜렛

5:Z축스테이지 6:Z축스테이지

8:발광소자 9:발광소자받이대

10:구형상렌즈 11:렌즈받이대

12:X스테이지 13:Y스테이지

15:종부재 16:레일

17:미끄럼운동블럭 18:패키지

20:니들 21:파이프

22,40:설치판 26,41:리니어가이드

27:고정판 28,42:변위검출센서

29,44:스토퍼 30,45:돌기

31:브래킷(bracket) 32:하증조정나사

33:하증밸런스용 인장스프링 34,35:멈춤조각

36:하증밸런스용 압축스프링 50:밸런스 웨이트

51:주평면 52:자외선경화수지

53:발광영역 54:접합

본 발명은 광통신 등에 이용되는 발광반도체 소자에 렌즈를 설치하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 반도체발광소자로써는 발광다이오드와 반도체레이저가 있다. 재료로써는 GaAs, GaP, InP 계의 것이 있다. 이것은 밴드갭(band gap)이 다르기 ㄸ문에 다른 파장의 광을 낼 수 있다.

발광소자는 광이 나오는 방향에 관하여 면발광형의 것과, 단면발광형의 것이 있다. 전자는 기판이나 박막의 평면에 직각으로 광이 출사된다. 후자는 기판면에 평행한 도파로를 따라 광이 진행하고 단면에서 출사된다.

본 발명은 이 가운데 면발광형의 발광소자에 관한 것이다. 면발광형의 경우는 박막의 경계면과 직각방향으로 광이 나간다. 박막측에서 나오는 것도 있고, 기판측에서 나오는 것도 있다. 박막측에서 나오는 것을 표면축사타입이라 부르고, 기판측에서 나오는 것을 이면출사타입이라고 임의로 부르기로 한다. 어느 것으로 해도 좁은 발광영역에서 도파로 등을 거치는 일 없이 사방으로 퍼져 간다. 그 상태에서는 광파이버에 거의 입사할 수 없기 때문에 렌즈를 사용하여 LED광을 수속하여 파이버단면의 코어에 입사시킬 수 있도록 하고 있다.

광통신이나 광계측에 사용되는 경우는 파이버의 작은 코어에 입사시키지 않으면 안된다. 때문에 초점거리가 짧고 방향성이 없는 구형상렌즈를 사용한다. 또 구형상렌즈를 직접적으로 발광소자위에 고착한다. 초점거리가 너무 짧아서 렌즈를 발광소자에서 떨어뜨려 둘 수 없는 것이다. 렌즈는 소자에 직접 접합한다. 즉 발광소자칩위에 직접 구형상렌즈를 고정한다.

케이싱에 발광소자칩은 고정하고 렌즈를 가지는 창을 케이싱에 설치하는 간접적인 고정이 아니다.

발광소자위에 렌즈를 고정하기 위한 방법이 몇 개가 제안되어 있다. 파이버의 코어는 좁고 발광소자의 발광영역에서의 광의 퍼짐각은 넓기 때문에 렌즈는 정확하게 위치결정하지 않으면 안 된다. 조금이라도 옆으로 벗어나면 파이버에 들어가는 광량이 현저하게 감소한다.

일본 특허공보 제82-29067호 공보는 위치결정 때문에 발광소자칩의 발광영역위에 원형의 끼워맞춤구멍을 뚫는다. 반도체웨이퍼에 종횡으로 다수의 발광영역, 전극으로 이루어지는 소자의 단위를 형성한다. 이것의 표면측 또는 이면측에 발광영역에 합치하도록 끼워맞춤구멍을 형성한다. 웨이퍼를 종횡으로 자르고 소자단위마다 분리한다. 이것이 칩이다. 칩을 적당한 지구에 설치한다. 이후 칩마다의 작업으로 이루어진다.

끼워맞춤구멍에 접착제를 채우고 구형상렌즈를 끼워 맞춤구멍위에서 끼워 넣어 가장자리에 외접시킨다. 접착제의 일부가 구멍에서 넘쳐 나온다. 이 상태로 로에 넣어 가열하고 접착제를 경화시킨다. 접착제에 의해 렌즈가 고정된다. 끼워맞춤구멍을 사진평판술에 의해 형성하기 때문에 발광영역에 대한 구멍의 위치결정이 정확하다. 또 구멍의 단부(段部)에 렌즈를 외접시키기 때문에 렌즈의 위치도 정확하게 결정된다. 광이 에피택셜(epitaxial)층측 (표면출사형)의 경우는 끼워맞춤구멍과 발광영역의 위치결정이 정확하다.

그러나 이 방법은 발광영역이 다른 기판측에서 광이 나오는 것 같은 소자(표면출사타입)의 경우는 웨이퍼를 반대로 해서 위치결정하지 않으면 안되기 때문에 구멍 그 차제의 위치가 부정확하다. 또 이 방법은 끼워맞춤구멍에 접착제를 충전하고 나서 렌즈를 끼워 넣기 때문에 점도가 큰 접착제의 경우는 접착제가 구멍에서 충분히 배제되지 않고 접착제가 구멍가장자리위까지 잔류한다. 이렇게 되면 렌즈가 구멍가장자리로부터 떠버리는 경우가 있다. 렌즈의 높이방향 및 수평방향의 위치에 차질이 생긴다. 수평방향에 차질이 생기면 파이버의 코어에 광이 들어가지 않게 된다.

일본 특허공개 제85-161684호는 접착제가 구멍에서 완전하게 배제되지 않는 것과 같은 결점을 해결하는 것이다. 이것은 원형의 구멍을 파는 것이 아니고 발광소자의 표면 또는 이면에 몇개의 돌기를 형성한다. 이 돌기의 중심이 발광영역의 중심에 일치하도록 이루어져 있다. 즉 발광영역의 중심에 세운 수직선에 관하여 회전대칭의 위치에 돌기를 형성한다. 돌기의 중심부에 접착제를 도포하고 구형상렌즈를 돌기의 중앙에 고정한다. 이 경우 렌즈는 돌기에 접촉하고 돌기에 의해 위치결정된다. 여분의 접착제는 돌기사이에서 외부로 배제된다. 렌즈가 떠오르는 것과 같은 경우가 없을 것이다.

그러나 그렇지 않다. 구형상렌즈가 접착제를 배제하려고 하는 힘은 렌즈의 무게에 비례한다. 작은 렌즈이기 때문에 매우 가볍다. 때문에 접착제를 내리누르는 힘이 충분하지 않다. 예를들면 Φ300μm의 구형렌지의 경우 질량은 약 0.00001g이다. 접착제위에 놓이면 천천히 가라앉지만 너무 가벼워서 반도체의 표면까지 강하하는 데에 시간이 걸린다. 때문에 돌기의 중심위치에 안정하기까지 접착제가 강화하는 경우가 있다.

또한 끼워맞춤구멍의 경우나 돌기의 경우에도, 표면출사형의 경우는 웨이퍼프로세서에 의해 끼워맞춤구멍, 돌기의 중심을 발광영역의 중심에 합치시킬 수 있다. 그러나 이면출사형의 경우는 웨이퍼를 반대로 해서 기판의 이면측에 구멍이나 돌기를 형성하지 않으면 안 된다. 이 경우 끼워맞춤구멍의 중심 또는 돌기의 중심과 발광영역의 중심을 웨이퍼의 법선방향으로 합치시키는 것은 용이하지 않다. 위치결정이 부정확하면 발광영역의 중심과 구멍의 중심, 돌기의 중심이 횡방향으로 벗어난다. 이 경우 발광영역으로부터 사방으로 나온 광은 렌즈에 의해 집광되지만 집광점이 파이버의 단면에서 벗어난다. 때문에 충분한 양의 광이 파이버에 입사하지 않게 된다. 파이버와 발광소자의 광결합이 불충분하게 된다. 후공정에서 광결합파워불량을 일으키기 쉽다.

면에 대해서 정의를 한다. 지금까지 기판측을 이면, 에피택셜층측을 표면이라고 표현해 왔다(발광영역이 있는 박막이 적층되어 있는 쪽을 표, 기판측일 이). 본발명은 이면출사형의 소자를 대상으로 한다. 그 때문에 기판측을 주평면 또는 이면이라고 부른다. 에피택셜층측을 부평면 또는 표면이라고 부르기도 한다. 평면에 평행하게 X축과 Y축을 취한다. 평면에 직각인 방향을 Z축으로 한다.

또 이면출사타입과 표면출사타입에 대해서도 설명한다. 이것은 발광파장이 다름에 따라 달라진다.

웨이퍼가 GaAs에서 AlGaAs등의 에피택셜층을 적층하고, 0.85μm의 광을 내보내는 것은 기판의 GaAs가 이 파장의 광을 흡수한다. 이 때문에 기판측에서 광을 내 보낼 수 없다. 에피택셜충측 즉 표면에서 광을 내 보낼 필요가 있다. Baas계의 발광소자는 표면출사타입이 되지 않을 수 없다.

웨이퍼가 InP에서 InGaAs등의 에피택셜층을 적층하고 1.3μm의 광을 내보내는 것은 기판의 InP가 이 광을 통과하게 한다. 따라서 이면에서 광을 이끌어 낼 수 있다. 또한 에피택셜층도 이 광에 대해서 투명하다. 즉 표면에서도 광을 이끌어 낸다. 즉 InP계의 장파장의 발광소자는 표면출사형, 이면출사형 양쪽 모두 가능하다. 이미 서술한 바와 같이 본발명은 이면출사형을 대상으로 하고 있다.

광통신 등에 이용되는 반도체발광소자는 발광영역의 면적이 좁다. 이것에 접속해야 할 파이버의 코어의 단면적도 작다. 싱글모드파이버의 경우 코어는 5∼7μm정도이고, GI(그레디드 인덱스)파이버의 경우 코어는 50μm∼62μm정도이다. 발광소자와 렌즈의 양자를 효율좋게 결합하기 위해서는 구형상렌즈의 수평방향의 위치정밀도가 대단히 요구된다. 구형상렌즈 최적의 위치로부터의 벗어남이 대단히 요구된다. 구형상렌즈는 최적의 위치로부터의 벗어남이 주평면에 평행인 방향(횡방향, XY방향)에 ±5μm의 범위가 되지 않으면 안 된다.

그렇지만 이면출사타입(기판측, 주평면에서 광을 이끌어낸다)의 경우는 발광영역과 렌즈의 설치위치가 웨이퍼의 반대측이 된다. 방광영역 등의 박막을 에피택셜성장하는 경우는 표면을 웨이퍼스로세스에 의해 처리한다. 그러나 렌즈설치를 위해 구멍이나 돌기의 형성은 이면의 다른 공정의 웨이퍼프로세스에 의해 처리할 필요가 있다. 웨이퍼프로세스가 표면이중으로 행해지게 된다. 이것은 수고가 이중이 되는 것 뿐 아니라 표리에서의 위치맞춤이 어렵다는 결점이 있다. 이것에 대해서 상세히 설명한다.

발광소자를 만들기 위한 웨이퍼는 화합물반도체의 웨이퍼(기판)을 이용하지 않으면 안 된다. Si웨이퍼는 발광소자를 만들 수 없다. 발광소자를 만들기 위한 화합물반도체웨이퍼는 최초 400∼500μm의 두께가 있다 이것을 웨이퍼프로세스에 의해 에피택셜성장, 에칭, 전극형성등을 행한다. 이것에 의해 1장의 웨이퍼에 수많은 발광소자단위를 형성한다. 이 단위는 후에 칩이 되는 부분이다. 기판위에 복수의 에피택셜층이나 전극이 놓여 있다. 이 에피택셜성장시킨 박막이 적층하고 있는 쪽이 표, 기판측이 이라고 하고 있다.

처음의 웨이퍼프로세스에 의해 발광소자를 표면에 형성한 후, 이면 즉 기판측을 연마하여 기판의 일부를 제거한다. 이면연마에는 세가지의 의미가 있다.

한가지는 얇아서 열전도를 높이기 위한 것이다. 발광소자는 높은 밀도의 전류를 흐르게 하기 때문에 발열하기 쉽다. 방열을 위해 웨이퍼를 얇게 할 필요가 있는 것이다.

또 한가지는 광의 흡수를 적게 하기 위한 것이다. 이면출사형의 소자의 경우는 발광영역과 이면의 거리가 길면 광의 흡수가 커지기 때문에 흡수를 낮추기 위해 이면을 연마하여 얇게 한다.

이 때 가장 중요한 것은 연마된 면(주평면)에서 발광영역까지 거리가 일정하게 되는 것이다. 그렇지 않으면 렌즈를 주평면에 직접 접착한 경우에 집광점의 위치가 일정하게 되지 않는다. 즉 이면연마의 제3목적은 구형상렌즈가 발광영역의 거리를 규정 값으로 하기 위해서이다.

이면을 연마하는 경우 웨이퍼의 표면을 연마플레이트에 펴서 붙이고 이면을 회전정반(定盤)에 대해 연마한다. 100∼200μm의 정도까지 얇게 한다. 얇아진 웨이퍼의 이면이 주평면이다.

얇아진 웨이퍼를 연마플레이트에서 벗어나서, 이면에 상기의 끼워맞춤구멍이나 돌기를 제2웨이퍼프로세스에 의해 형성한다. 이 때 표면에 형성된 발광영역의 중심과 이면의 끼워맞춤구멈의 중심 또는 돌기의 중심이 면에 직각방향으로 일치하도록 위치결정하지 않으면 안 된다. 그러나 다른 면에 있는 두 개의 다른 요소의 위치를 맞추는 것이기 때문에 이것은 용이하지 않다. 웨이퍼프로세스라는 것은 같은 면에 연속하여 행하는 경우는 정확하게 할 수 있지만 표리의 2면에 웨이퍼프로세스를 행하는 경우는 정밀도가 나쁘다.

발광소자를 위한 화합물반도체웨이퍼는 2∼3인치의 직경을 가진다. 발광소자칩은 300∼500㎛각의 작은 것이다. 원형의 큰 웨이퍼의 표면에 발광영역, 전극 등을 형성하고 웨이퍼의 이면을 연마하여 얇게 해서 이면에 구멍이나 돌기를 에칭, 증착(蒸着), 사진평판술에 의해 형성한다.

가는 파이버와 결합하기 위해 발광영역과 돌기중심의 수평방향의 벗어남이 ±5㎛이내가 되지 않으면 안 된다. 그런데 웨이퍼는 면적이 큰 것에 비해서는 얇기 때문에 되돌아감이 현저하다. 되돌아감 때문에 표면이면에서의 위치맞춤이 어려워진다.

또한 발광영역이나 돌기를 형성하기 위한 마스크의 완성수치오차 등도 거듭되기 때문에 표면과 이면에 다른 웨이퍼프로세스에 의해 형성한 발광영역의 중심과, 돌기의 중심은 합치하기 어렵다. 위치정밀도를 상기한 바와 같이±5㎛ 이내로 취합하는 것은 용이하지 않다.

이와 같이 표리의 위치맞춤을 행하고 끼워맞춤구멍이나 돌기를 형성하고 구형상렌즈를 접착제로 고정한다. 접착제도 로에 넣어 가열함으로써 경화하는 타입의 것이다. 이것으로 렌즈의 설치를 할 수 있게 된다. 그러나 이것으로 끝나는 것이 아니다 이 후 실제로 발광시키고 파이버단에서의 광강도를 측정하여 이것이 작은 것을 제거할 필요가 있다. 이것은 이면의 끼워맞춤구멍, 돌기가 표면의 발광영역과 합치한다고만 할 수는 없기 때문이다. 또한 접착제의 경화시에 진동등에 의해 렌즈위치가 벗어나는 경우가 있기 때문이다. 이와 같이 렌즈설치후에 불량품을 선별제거할 필요가 있다. 불량품의 발생율은 꽤 높다. 때문에 생산비율이 낮다. 또 구형상렌즈를 설치할 때에 위치벗어남을 보정할 수단이 없기 때문에(구멍, 돌기에서 렌즈위치가 정해지기 때문에), 웨이퍼단위에서 롯트불량이 발생하기 쉽다.

발광소자칩의 주평면위에 직접 집광렌즈를 설치하는 반도체발광소자에 있어서, 집광렌즈설치시에 고정밀도의 렌즈의 위치결정을 가능하게 하고, 발광영역과 렌즈중심이 주평면에 직각방향으로 일치하도록 한 반도체발광소자에로의 렌즈의 설치장치와 설치방법을 제공하는 것이 본 발명의 제1목적이다. 렌즈와 발광영역의 위치벗어남이 일어나기 쉬운 표리2중의 웨이퍼프로세스를 생략할 수 있는 렌즈설치방법과 장치를 제공하는 제2목적이다. 표리2 중의 웨이퍼프로세스를 폐지함으로써 웨이퍼단위에서의 롯트불량이 일어나지 않도록 한 렌즈설치방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 제3목적이다. 렌즈가 확실하게 칩에 접촉한 상태에서 고정되고 면법선방향으로 위치벗어남이 일어나지 않는 렌즈설치방법과 장치를 제공하는 것이 본 발명의 제4목적이다.

본 발명의 렌즈설치방법은 종횡방향으로 다수의 발광영역과 전극을 형성한 반도체웨이퍼의 이면을 연마하고 웨이퍼의 두께를 일정두께로 줄이고, 개개의 발광영역을 포함하는 단위마다 잘라내어 칩으로 하고 칩을 스테이지에 고정하여 전류를 흐르게 하며, 연마된 기판측의 주평면에서 실제로 발광시켜서 발광영역을 텔레비젼카메라로 관찰하고, 강도사영법과 농담중심법에 의해 발광영역의 중심을 구하고 그 위치에 자외선경화수지를 도포하여, 진공흡착콜렛에서 유지한 집광렌즈를 발광소자의 중심으로 옮겨 집광렌즈를 주평면에 접촉시켜서 위치결정한 상태에서 자외선을 조사하고 자외선경화수지를 경화시키고 집광렌즈를 칩에 고정한다. 이 후 콜렛을 렌즈에서 떼어낸다.

즉 종래방법은 실제로 발광영역을 구하는 일 없이 구멍이나 돌기에 의해 렌즈를 위치결정을 하고 있다. 본 발명은 구멍이나 돌기를 이용하지 않는다. 개개의 소자마다 발광영역의 중심을 광학적으로 구하고 중심위치에 렌즈를 두고 그 위치에서 렌즈를 고정한다. 실제로 빛을 내어 중심을 구하고 이 위치에 렌즈를 고정하기 때문에 위치벗어남이 일어날 리가 없다.

종래법에서는 렌즈를 접착제위에 있어서, 그 상태로 로에 넣어 가열하고 경화시켰다. 어떤 수단으로 렌즈를 누르는 일도 없다. 이 때문에 반송시나 가열시의 진동등으로 가벼운 렌즈가 위치벗어남을 일으킬 가능성이 있었다. 본 발명은 자외선경화수지에 의해 고정한다. 자외선경화수지를 이용하기 때문에 일순 고정된다. 경화에 시간이 걸리지 않는다. 단시간에 경화하기 때문에 이 사이중에 콜렛으로 렌즈를 누를 수 있다.

또 상세하게 본 발명의 방법을 설명한다.

이면연마된 웨이퍼에서 개개의 발광소자로 잘라낸 칩은 수평면위에 2개의 자유도를 가지는 높은정밀도의 위치결정기능을 가진 스테이지에 고정한다. 접착제를 공급하는 디스펜서는 수직(Z방항)방향으로 이동가능하지만 수평방향으로 일정위치에 있도록 설정된다. 렌즈를 유지하고 발광소자칩의 주평면에 붙이는 진공콜렛은 역시 수직방향으로 이동가능하고 수평방향(XY방향)으로는 일정위치에 있도록 설정된다. 칩을 얹어 놓은 스테이지를 XY 2방향으로 이동하고, 강도사영법과 농담중심계측범에 의해 카메라의 기준중심과 칩의 발광중심을 맞춘다. 또 카메라의 기준중심에서 이미 정해진 일정거리만큼 이동하고 발광소자칩의 발광영역과 디스펜서의 X,Y방향의 좌표를 합치시킨다. 여기서 디스펜서가 하강하고 칩의 주평면에 접촉하여 일정량의 접착제(자외선경화수지)를 수평면에 도포한다. 디스펜서가 주평면에서 벗어난다. 이어서 스테이지가 X,Y평면에서 일정거리 움직이고 구형상렌즈를 유지한 콜렛의 아래에 이른다. 콜렛이 강하하여 접착제를 누르고 칩의 주평면에 접촉한다. 이 상태로 자외선이 접착제에 조사된다. 순간적으로 자외선경화수지가 경화한다.

카메라, 디스펜서, 콜렛 3가지 기구의 XY평면상의 위치는 이미 정해져 있다. 이것은 Z방향으로는 움직일 수 있지만 X,Y방향으로는 이동할 수 없다. 3부재의 2차원좌표를 카메라(X1, Y1), 디스펜서(X2, Y2), 콜렛(X3, Y3)으로한다. 카메라와 디스펜서의 2차원좌표의 차는 벡터C(Xc, Yc)로 나타낸다(Xc=X2-X1, Yc=Y2-Y1). 디스펜서와 콜렛의 2차원좌표의 차는 벡터D(Xd, Yd)로 나타낸다(Xd=X3-X2, Yd=Y3-Y2). 카메라의 중심과 칩의 발광영역중심을 맞춘 후 벡터C만큼 칩을 2차원스테이지로 이동시킨다. 그렇게 하면 디스펜서의 바로 아래에 발광영역이 존재하게 된다. 접착제를 도포한 후 칩은 벡터D만큼 이동시키고 콜렛의 바로 아래에 발광영역을 보낸다. 이와 같이 카메라로 위치결정을 한 후 일정거리를 보냄으로써 발광영역을 디스펜서나 콜렛의 바로 아래에 위치시킨다. 보내는 양C,D이 카메라, 디스펜서, 콜렛의 2차원적인 거리와 같기 때문에, 카메라로 위치맞춤하는 것 만으로 디스펜서나 콜렛과 발광영역중심의 위치가 일치한다.

카메라, 디스펜서, 콜렛은 X,Y방향의 자유도를 가지지 않고 수평방향으로는 움직이지 않기 때문에 이 위치맞춤은 정확하다. X,Y방향으로 이동할 수 없는 것은 칩을 유지하는 스테이지뿐이다.

디스펜서는 직접 칩에 접촉하며 접착제를 도포한다. 이 때문에 디스펜서는 승강할 수 있다(Z방향으로 이동할 수 있다). 디스펜서의 니들의 끝이 칩에 접촉하는 점도 신규이다. 디스펜서의 선단이 접촉한 것을 검지하는 센서를 설치한다. 직접 접촉한 상태에서 접착제를 칩에 주었기 때문에 정량성이 우수하다. 심한 충격에 의해 칩이 파손되어서는 안 되기 때문에 충돌시의 충격을 완화하는 장치가 설정된다.

진공흡착콜렛도 직접 랜즈가 칩에 접촉하기까지 강하한다. 접촉한 것을 검출하는 센서를 설치하고 있다. 또한 충격을 완화하기 위한 변위흡수기구가 있다. 렌즈를 칩에 붙이기 때문에 렌즈가 접착제위에 뜨는 것과 같은 일은 없다. 렌즈중심과 발광영역의 거리(Z방향의 거리)가 정확하게 규정된다. 렌즈가 붙여진 상태에서 접착제(자외선 경화수지)에 자외선이 조사되어 접착제가 고정된다.

또 바람직하게는 디스펜서나 콜렛은 Z방향으로 고속, 저속의 2단계의 속도로 이동하고, 급속하고 정확하게 정위치에 도달하도록 한다.

집광렌즈는 구형상렌즈나 구면볼록렌즈등을 사용할 수 있다. 렌즈를 유지하는 진공흡착콜렛은 선단의 접촉면이 원추형상, 삼각추등으로 한다. 원추형상의 콜렛은 가공이 용이하다. 삼각추의 콜렛은 삼점지지가 되기 때문에 렌즈유지위치가 정확하다.

본 발명의 렌즈설치방법은 XY방향으로 자유롭게 움직일수 있는 XY스테이지에 칩을 고정하고, 발광소자칩에 전기를 통하게 하여 실제로 발광시켜서 발광영역의 중심을 텔레비젼카메라에 의해 구한다. 즉 카메라의 중심에 칩의 발광영역의 중심을 합치시킨다. 발광영역의 중심의 인식은 바람직하게는 2단계로 이루어진다. 처음에 전시야범위에서의 광의 강도사영을 행한다.

이것에 의해 발광영역의 개략의 위치를 발견한다. 그리고 발광영역의 좁은 범위에서 농담중심계측법에 의해 정확한 중심위치를 인식한다. 2단계로 하면 중심을 구하는 시간이 짧아진다. 이렇게 해서 비교적 넓은 시야범위에서도 발광중심위치를 인식재현정밀도가 ±0.1㎛이하의 고정밀도로 인식할 수 있다. 물론 처음부터 넓은 농담중심계측법으로 측정할 수도 있다. 이 경우는 처리를 위한 시간이 늘어난다.

종래 기술과는 크게 다른 점은 실재로 칩에 전기를 통하게 하여 발광시켜서 중심을 구하는 것이다. 이것에 의해 개개의 칩에 있어서의 발광영역의 불규칙함이 있어도 정확한 위치에 렌즈를 설치할 수 있다.

구멍이나 돌기를 형성하면 이것을 형성하기 위한 공정이 필요하다. 본 발명은 이 공정이 없다. 또 구멍이나 돌기가 있으면 이것에 구속되어 자유롭게 임의의 위치렌즈를 고정할 수 없다. 본 발명은 주평면을 평탄하게 하여 임의의 위치에 렌즈를 고정할 수 있도록 하고 있다. 즉 구멍등이 없다는 것은 주평면에 2차원적인 자유도를 주고 있는 것이다. 절각텔레비젼카메라로 발광영역의 중심을 구해도 구멍이나 돌기가 있으면 중심위치에 렌즈를 고정할 수 없다. 평탄한 주평면에서야말로 렌즈를 자유롭게 임의의 위치에 고정할 수 있는 것이다. 본 발명에서 구멍등을 설치하지 않는 것은 적극적인 의미가 있다.

카메라의 중심과 칩의 발광영역의 중심을 합치시키는 작업이 끝나면 이것을 일정거리(백터C)움직여서 디스펜스의 바로 아래로 보낸다. 디스펜서는 Z방향으로밖에 자유도를 가지지 않는다. XY방향으로는 움직이지 않는다. 카메라도 XY방향으로는 움직이지 않기 때문에 카메라 바로아래의 위치에서 일정거리(방향과 길이)움직여서 디스펜서의 아래로 정확하게 이동시킬 수 있다.

카메라로 발광영역을 인식하고 이 위치에서 칩을 움직이지 않고 측쪽에서 접착제를 도포하고 측쪽에서 렌즈를 보내는 것도 가능할 것이다. 그러나 그렇게 하면 접착제의 몰림이나 렌즈의 벗어남이 일어나기 쉽다. 본 발명은 카메라위체에서 일정백터양만큼 움직임으로써 칩의 바로 위에서 접착제도포, 렌즈탑재를 할 수 있도록 하고 있다.

접착제를 자외선경화수지를 이용한다. 종래법은 가열에 의해 경화하는 접착제를 이요했기 때문에 시간이 걸리고 로에 들어갈 때의 진동으로 렌즈가 벗어나거나 한다. 그래도 구멍, 돌기가 있으면 벗어남은 적다. 본 발명의 경우는 위치결정을 위한 구멍 등이 없기 때문에 콜렛으로 렌즈를 누르면서 순간적으로 고정하지 않으면 안 된다. 이 때문에 자외선경화수지를 사용한다.

접착제를 칩에 주는 디스펜서는 일정량의 접착제를 토출할 수 있는 니들을 구비한다. 접착제에 일정순간 일정압력을 가해 니들에서 수지를 나오게 한다. 이것은 표면장력에 의래 수지방울이 된다. 니들이 하강하고 선단이 칩에 접촉한다. 이 상태에서 접착제를 도포한다. 접촉상태에서 접착제를 공급하기 때문에 정량성이 우수하다. 종래법은 비접촉에서 접착제를 칩에 떨어뜨리고 있지만 그것으로는 칩높이가 불안정해지고 표면장력의 불안정 때문에 도포량이 불규칙해진다. 본 발명은 접촉상태에서 행하기 때문에 칩의 높이가 불규칙하다고 해도 도포량의 불규칙함이 적다.

단 칩에 접촉시키기 때문에 칩에 파괴되지 않도록 특별한 시도가 행해진다. Si보다도 GaAs는 연하다. GaAs보다 더 InP는 충격에 약하다. 화합물반도체는 일반적으로 Si등보다 훨씬 약하다. 또 얇은 칩이기 때문에 충격에 의해 깨어지기 쉽다. 그래서 디스펜서는 자체무게를 상쇄하기 위한 기구를 설치한다. 수지의 양은 칩의 측쪽에 치우치고 pn접합부를 덮을 듯한 양으로 한다. 접합부를 보호하는 비활성화막으로써의 기능이 있다. 수지를 디스펜서로부터 칩에 옮기는 것을 전사라고 부른다.

접착제도포후 디스펜서를 끌어 올린다. 일정벡터량D만큼 스테이지를 움직인다. 발광영역이 진공흡착콜렛의 바로 아래에 존재하게 된다.

진공흡착콜렛의 선단에 랜즈가 흡측되어 있다. 집광렌즈의 설치위치정밀도에는 콜렛에 있어서의 렌즈의 유지위치의 불규칙함도 영향을 끼친다. 렌즈의 형상과 콜렛선단의 형상을 상응하는 것으로 한다. 예를 들면 콜렛의 선단내부둘레면을 원추형상으로 한다. 집광렌즈가 구형상렌즈의 경우는 콜렛서단내부둘레를 원추, 삼각추형상으로 한다. 삼각추로 하면 삼점지지가 되어 렌즈의 유지정밀도가 높다. 그러나 삼각추는 가공이 어렵다. 원추는 대칭성이 높고 가공용이하다.

진공흡착콜렛도 Z방향으로만 변위할 수 있다. 렌즈를 유지한 콜렛이 하강한다. 처음에 고속으로 하강한 후 저속으로 하강한다. 예를들면 처음은 5mm/의 고속, 후는 0.5smm/s의 저속으로 한다. 고속으로 하강시키는 것은 시간을 단축하기 위해서이다. 후에 저속으로 하강시키는 것은 충력력을 완화하기 위해서이다.

본 발명은 렌즈의 칩의 주평면에 강제적으로 접촉시킨다. 종래법과 같이 렌즈의 자체무게로 접착제를 밀어내는 것은 아니다. 칩에 콜렛을 붙이는 것이다. 때문에 렌즈의 높이방향의 위치가 일의적으로 결정된다. Z방향의 정밀도가 향상한다. 렌즈탑재의 시간도 짧아진다.

반면 접촉시키기 때문에 충격에 의해 칩이 떨어질 가능성이 있다. 그래서 도중에서 하강속도를 저속으로 하고 또 자체무게를 흡수하는 기구를 설치한다.

[실시예]

제1도에 의해 본 발명의 실시예에 의한 렌즈설치장치를 설명한다. 이 장치는 XY스테이지(1), 카메라(2), 디스펜서(3), 진공흡착콜렛(4), 카메라용Z축스테이지(5), 콜렛용Z축스테이지(6) 등에 의해 구성된다. XY스테이지(1)는 발광소자칩과 렌즈를 수평방향으로 이동시키는 것이다. 반도체발광소자칩(8)을 종횡으로 늘어 놓은 발광소자받이대(9)와, 구형상렌즈(10)를 종횡으로 늘어 놓은 렌즈받이대(11)가 X스테이지(12)위에 놓여 있다. X스테이지(12)가 X방향으로 이어지는 Y스테이지(13)위에 놓여 있다. 이 위를 X스테이지(12)는 자유롭게 X방향으로 움직일 수 있다. Y스테이지(13)는 Y방향으로 이어지는 고정테이블(14)위에 놓여 있다. Y스테이지(13)는 고정테이블(14)위를 Y방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 간략하게 썼지만 실제로는 모터로, X, Y방향으로 고정밀도로 이동할 수 있게 되어 있다. 수평이동을 허용하기 위한 적당한 기구가 설치된다. 이 예에서는 에어프로티방식을 이용하고 있다. 그밖에 기계적인 기구를 이용하는 경우는 미끄럼축받이동이 설치된다. 어느것이나 위치분해능이 0.1㎛이다.

복수개의 발광소자(8)가 주평면을 위로 하여 발광소자받이대(9)위에 종횡으로 놓여진다. 발광소자는 패키지에 설치되어 있다. 패키지의 리드와 소자전극간에는 와이어가 붙어 있고 리드에 전기를 통하게 하면 발광하는 것과 같은 상태이다. 렌즈받이대(11)에는 작은 구멍이 종횡으로 뚫리고 이것에 작은 구형상렌즈(10)가 들어 있다. 수평방향으로 움직이는 것은 XY방향스테이지뿐이다. 즉 발광소자와 렌즈가 수평방향으로 이동할 수 있다. 카메라(2), 디스펜서(3), 진공흡착콜렛(4)은 종방향(Z방향)으로밖에 움직일 수 없다.

적외카메라(2)는 Z축스테이지(5)에 의해 상하방향으로 이동할 수 있다. Z축스테이지(5)는 종방향의 부재(15)와, 이 위에 설치한 종방향의 레일(16)과, 레일(16)을 따라 움직이는 미끄럼운동블럭(17), 레일을 따라 볼나사, 이것에 나사식접합하는 벌너트, 볼나사를 회전시키는 모터등을 포함한다. 이 구성은 잘 알려져 있기 때문에 도시하지 않는다. 카메라(2)는 현미경을 가지고 바로 아래에 놓여진 대상물을 확대하여 촬영할 수 있다. Z축스테이지(5)에 의해 카메라가 상하로 움직여서 초점을 대상물의 표면에 맞출 수 있다.

XY스테이지(1)를 움직여서 대상이 되는 발광소자(8)를 카메라(2)의 바로 아래로 이동시킨다. 카메라는 차례로 발광소자의 발광영역중심을 광학적수단과 화상처리에 의해 구하는 것이다. 이것은

1. 전체시야에서의 강도사영법에 의해 발광영역의 개략의 위치를 구한다.

2. 발광영역의 근방에서 농담중심계측법에 의해 정확하게 중심위치를 구한다.

의 2단계법에 의한다.

제2도에 의해 강도사영법을 설명한다. 카메라의 시야는 격자상으로 분할되어 있다. 분할된 단위를 화소(피크셀)라고 부른다. 왼쪽아래가 원점위치이다. 화소M11이라한다. 횡방향으로 i라는 부호를 붙이고 위를 향해서는 j라는 부호를 붙인다. 횡방향 X축방향이다. 위를 향한 방향이 Y축방향이다. Mji는 X방향으로 j번째의 화소를 가리킨다. 횡으로 늘어서는 화소군을 행이라 하고, 종으로 늘어서는 화소군을 열이라고 한다.

예를들면 1화소의 길이는 1㎛×1㎛이다. 카메라의 전체시야는 예를 들면 500㎛×500㎛(0.05mm각)이다. 즉 500×500화소를 가진다. 이것이 전체시야이다. 이 시야의 내부에 대상으로 하는 발광소자를 이동시킨다. 전류를 흐르게 하여 발광소자를 발광시킨다. 카메라는 발광소자의 광에 대해서 감도를 가지는 것일 필요가 있다. InP발광소자의 경우는 적외광선을 내기 때문에 적외카메라를 사용한다. 이 예는 InP계의 발광소자를 대상으로 하고 있다. 당연히 가시광을 내는 발광소자를 취급하는 경우는 가시광용의 카메라를 사용한다.

광이 발광영역에서 나오기 때문에 이것을 카메라로 관찰한다. 각 화소에서의 광의 강도가 예를 들면 256단계로 구별된다. (i, j)화소의 광강도를 mij로 한다. 강도사영법은 각열, 각행의 광강도의 합을 구한다. 즉 i번째의 열이 광강도의 합Xi와 j번째의 행의 광강도의 합Yj를 계산하고 이 합을 최대로 하는 열i와 행j를 구한다.

행화소군의 광강도의 합의 최대값Ymax을 주는 군을 k=j, 열화소군의 광강도의 합의 최대값Xmax를 주는 군을 h-i로 한다. 이것을 발광영역의 중심이 Mhk의 근방에 있다는 것을 의미하고 있다. 발광영역에서는 광의 발광분포가 정규분포에 가깝기 때문에 중심을 지나는 행, 열의 화소의 강도의 합이 커질 것이기 때문이다. 이 방법은 광강도를 Y축, X축에 사영하여 비교하고 있기 때문에 강도사영이라 부르는 것이다. 이것은 덧셈만의 연산이기 때문에 스피드가 빠르다. 다른 광의 반사나 발광소자자신으로부터 새는 광이 있는 경우에 처음부터 전체시야에서 중심계측하면 오인식할 가능성이 있다. 강도사영에 의해 피크를 구하고 나서 중심을 계산한 쪽이 오인식의 가능성이 적다.

그러나 이 방법에서는 실제로 최대광강도의 화소를 발견할 수 없다. 또 이 방법에서는 정밀도가 화소의 크기에 의존해 버리며 이는 어디까지나 불충분한 인식이다. 또 발광영역에 있어서의 광강도분포의 피크가 급경사이면 사영열이나 사영행을 2개 간격, 3개간격 등으로 줄임으로써 계산시간을 절감할 수 있다.

XY스테이지(1)를 움직이고 강도사영법으로 구한 임의의 발광영역중심Mhk를 카메라시야의 중심으로 이동시킨다. 제3도에 나타내는 농담중심계측법을 행한다. 이것은 보다 한정된 화소만을 대상으로 한다. 예를들면 전체시야의 1/10∼4/10정도의 한정영역을 대상으로 한다. 전체시야가 500㎛각으로 하면 한정영역은 50㎛∼200㎛각이다. 이것보다 좁게 할 수도 있다. 이 좁은 영역에 발광영역의 중심이 존재한다. 화소의 수가 대폭 감소하고 있다. 화소Mij에 대해서 명암의 단계mij(예를들면 256단계)가 얻어진다. 광강도mij를 무게로써 중심(Xg, Yg)을 구한다. 이것은 다음의 계산으로 간단하게 행할 수 있다. Xi를 I열의 X좌표로 하고, Yj를 j행의 좌표로 해서,

∑의 계산은 I, j에 대해서 한정영역의 모든 화소에 대해서 행한다.

전체시야의 화소가 아니고 한정영역의 화소이기 때문에 수가 적고 계산시간은 짧다.

이렇게 해서 구해진 광강도의 중심G(Xg, Yg)을 발광영역의 중심으로 한다. 중심계측법을 합계산이외에 곱셈이나 나눗셈도 포함하기 때문에 비교적 계산시간이 걸린다. 처음에 강도사영법에 의해 중심위치를 대충 계산하고 좁은 한정영역에서 계산하고 있기 때문에 화소의 수가 적어서 계산시간을 절감할 수 있다. 평균조작을 하기 때문에 중심위치를 화소의 분할크기보다도 작게 구할 수 있다. 화소의 길이가 1㎛라고 해도 평균조작을 하기 때문에 0.1㎛의 정밀도로 중심을 구하고 이것을 발광영역중심으로 할 수 있다. XY스테이지를 움직여서 카메라의 중심과 중심G가 상하방향으로 합치하도록 한다.

카메라의 2차원위치(X1, Y1)와 디스펜서의 2차원위치(X2, Y2)의 관계는 이미 결정되어 있다. 이것의 차는 벡터(Xc, Yc)는 처음부터 정해져 있다. 발광소자의 발광영역이 카메라에 대해서 위치결정되었기 때문에 XY스테이지(1)의 벡터C만큼 XY평면상에 이동시킨다. 발광영역이 디스펜서의 바로 아래에 온다.

제4도에 디스펜서를 나타낸다. 디스펜서(3)의 Z축스테이지(6)에 의해 상하방향으로 움직일 수 있게 지지된다. 디스펜서(3)는 원통형의 용기이고 자외선경화수지가 내부에 충전되어 있다. 하단은 작은 니들(20)이 되어 있다. 윗쪽의 개구는 파이프(21)가 접속되고 이것에는 압축에어를 불어 넣는다. 종방향의 설치판(22)에는 위지지바퀴(25)와 아래지지바퀴(26)가 있고 디스펜서(3)를 지지하고 있다. 설치판(2)의 배후에는 종방향의 리니어가이드(26)가 있다. 이것은 설치판(22)을 지지하여 수평면에 직각방향으로 움직이는 것을 허용하는 부재이다. 종방향의 구멍과 레일에 의해 결합되어 있다. 리니어가니드(26)는 Z축스테이지(6)에 설치되어 있고 Z축스테이지(6)와 함께 상하로 움직일 수 있다. Z축스테이지(6)는 배후의 고정판(27)에 대해서 상하로 움직인다. 설치판(22)의 높이는 변위검출센서(28)에 의해 모니터된다.

고정판(27)은 정지되어 있다. 이것에 대해서 Z축스테이지와(6)와 리니어가이드(26)가 상하로 움직인다. 설치판(22)은 대부분은 Z축스테이지(6)나 리니어가이드(26)와 같은 움직임을 한다. 그러나 니들(20)이 발광소자(8)에 접촉했을 때에 설치판(22)은 리니어가이드(26)에 대해서 미끄러짐을 일으킨다. 미끄러짐을 허용하는 것은 종방향의 구멍이나 레일의 구조이다.

리니어가이드(26)에서 앞쪽으로 스토퍼(29)가 돌출하고 설치판(22)은 돌기(30)를 가진다. 스토퍼(29)위에 돌기(30)가 놓여 있다. 디스펜서(3), 설치판(22)의 무게가 돌기(30)에서 스토퍼(29)를 통해서 리니어가이드(26)에 전달된다. 대부분의 행정(行程)에서 리니어가이드(26)와 설치판(22)이 동일한 움직임을 하는 것은 스토퍼(29)와 돌기(30) 때문이다. 스토퍼(29), 돌기(30)는 디스펜서(3)가 리니어가이드보다 조금 위에 변위하는 것은 허용하지만 내려가는 것을 금지하고 있다.

리니어가이드(26)는 브래킷(bracket)(31)을 가지고 이것과 설치판(22)의 돌기(30)사이에 하중밸런스용 인장끌어당김스프링(33)이 설치된다. 스프링(33)의 한쪽끝에는 하중조정나사(32)가 있다. 이 스프링(33)은 설치판(22)을 끌어올리는 방향으로 장력을 미친다. 나사(32)에 의해 스프링(33)의 장력을 가감할 수 있다.

다른쪽에도 마찬가지로 스프링이 설치된다. 설치판(22)이 멈춤조각(34), 리니어가이드(26)가 멈춤조각(35)을 가지고 이 사이에 하중밸런스용 압축스프링(36)이 설치된다. 이것은 압축스프링이지만 설치판(22)을 끌어올리는 방향으로 힘을 마친다. 상기의 스프링(33)과 같은 기능을 가지고 있다. 이와 같은 스프링(33), (36)은 설치판(22), 디스펜서(3)의 자체무게를 없애고 발광소자에 주는 충격력을 완화한다는 작용이 있다. 디스펜서(3)나 설치판(22)의 무게를 W로 한다. 하중밸런스용 인장스프링(33)의 장력을 T, 하중밸런스용 압축스프링(36)의 압축력을 S로 하면 스토퍼(29), 돌기(30)사이에 걸리는 힘F는 간단히 F=W-T-S가 되다.

Z축스테이지(6)를 낮추어 가면 처음은 리니어가이드(26), Z축스테이지(6), 설치판(22), 디스펜서(3)가 일체로 되어 하강한다. 니들(20)이 발광소자(8)에 충돌하면 디스펜서(3), 설치판(22)은 하강을 멈춘다. 리니어가이드(26)는 더 하강을 계속한다. 이와 같이 리니어가이드(26)와 설치판(22)이 다른 운동을 할 필요가 있기 때문에 리니어가이드(26)에 대해서 설치판(22)이 위를 향해 움직이게 되어 있다. 이 사이의 상대변위를 금지하면 충격력이 커서 발광소자(8)이 깨진다.

발광소자칩(8)은 얇고 취약하기 때문에 충격을 완화할 필요가 있다. 이 때문에 두 가지의 연구가 행해지고 있다. 한가지는 Z축스테이지(6)의 움직임을 처음에 고속으로, 다음에 저속으로 하는 것이다. 저속으로 접촉하기 때문에 역적(力積)이 작아진다. 또 한가지는 조금전의 스프링(33), (36)에 의해 설치판이나 디스펜서를 들어올리는 것이다. 스프링 때문에 스토퍼(29), 돌기(30)에 걸리는 힘F은 W-T-S로 줄어든다. 이것은 실효적인 질량이(W-T-S)/g이 되는 것과 등가이다(g은 중력가속도). 이 값이 2∼5g(g은 그램)정도가 되도록 스프링을 설정해 둔다. 그러면 디스펜서의 니들(20)이 칩(8)에 닿아도 이것은 질량이 W/g(디스펜서와 설치판의 질량:g은 중력가속도)의 것이 충돌한 것이 아니다 질량이 (W-T-S)/g의 것이 충돌한 것과 등가이다. 그렇기 때문에 칩에 충돌한 것은 2∼5g(g은 그램)의 가벼운 물체가 되는 것이다.

또 한가지는 저속충돌이다. 속도v이고 디스펜서의 니들이 칩(8)에 충돌했다고 하면 칩에 걸리는 역적 P은 (W-T-S)v/g가 된다. 저속이기 때문에 v가 작다. 때문에 칩이 받는 충격이 작아서 칩이 깨지지 않는다.

역적P=(W-T-S)v/g의 식은 충격완화를 위한 두가지 시도의 효과를 단적으로 표한하고 있다. 2단계속도전환은 v를 작게 하고 스프링은 W-T-S에 의해 충격을 줄인다.

칩에 접촉할 때의 충격을 완화하기 위한 연구를 상세하게 설명한다. 그러면 어떻게 니들이 칩에 접촉하기 않으면 안 되는 것인지를 서술한다. 우선 종래법에 있어서 디스펜서의 선단이 비접촉의 경우를 제5도에 의해 설명한다. 디스펜서끝의 니들을 대면 칩이 깨지기 때문에 종래는 비접촉이었다. 이 경우 제5(a)도와 같이 니들의 선단과 칩사이에 간격(t)이 존재하는 상태로 접착제를 칩에 바른다. 그러면 제5(b)도와 같이 니들과 함께 접착제의 많은 부분이 없어진다. 그러면 접착제가 부족하고 칩쪽 주위의 접합부를 덮을 수 없다. 또 한가지의 곤란한 점이 있다. 종래와 같이 열로 경화하는 접착제의 경우는 접착제가 부족해도 가열하면 경화시킬 수 있다.

그러나 본 발명에서는 자외선경화수지를 이용한다. 이것은 특수한 성질이 있다. 분량이 적으면 자외선을 아무리 조사해도 경화하지 않은 것이다. 이유가 분명하지 않지만 자외선경화수지는 혐기성(anaerobic)이 강하고 공기중에서 산소에 의해 열화한다. 양이 적으면 산소에 닿는 비율이 많기 때문에 경화성을 상실한다. 자외선경화수지의 경우는 어느 정도의 분량이 되지 않으면 안되며, 이것은 접착제의 특성에 의한 요구이다.

제6도는 본발명의 자외선경화수지의 공급형태를 나타낸다. 제6(a) 도와 같이 디스펜서에 일정시간압축공기를 보내면 정량의 자외선경화수지가 니들(20)의 선단으로 나와 수지방울을 형성한다. 이것은 직경 500㎛∼700㎛(0.000012cc∼0.000034cc)의 수지방울이다.

수지방울을 가지는 디스펜서를 강하하여 니들의 선단이 발광소자(8)의 주평면에 접촉하도록 한다. 수지방울이 칩(8)위에 전사된다(접착제를 도포하는 것을 전사라고 표현). 전사량은 대체로 1.0×10^-5∼2.0×10^-5cc이다. 충분한 양의 자외선경화수지가 주평면에 퍼지고 일부가 측면에 기울며, 이것이 pn접합을 덮으며 비활성화로서의 작용이 있다.(제6(b)도에 나타낸다.)

접촉상태에서 접착제를 전사하기 때문에 정량성이 우수하다. 또 접착제가 부족하지 않다. 자외선경화수지의 경우는 공기중의 산소 때문에 분량이 부족하면 자외선을 조사해도 경화하지 않는 일이 있다. 본발명은 접촉전사에서 충분히 자외선경화수지를 줄 수 있기 때문에 자외선을 조사해도 경화불량이 되는 것이 아니다. 일정시간접촉저사 (약 1초정도)시키고 니들을 끌어 올린다. 제6(c)도와 같이 된다. 니들에 많은 수지가 붙는 것은 아니다. 거의 대부분의 접착제가 칩으로 옮겨간다.

다음에 XY스테이지(1)를 일정백터량D(Xd, Yd)만큼 움직인다. 발광소자는 진공흡착콜렛(4)의 바로 아래로 옮겨진다. 제7도에 의해 진공흡착콜렛(4)을 설명한다. 진공흡차콜렛(4)은 수평면에 직각방향의 설치판(40)에 설치된다. 이것은 리니어가이드(41)에 의해 윗쪽을 향해 현가(縣架)된다. 변위검출센서(42)가 설치한(40)의 높이를 검출한다. 진공흡착콜렛(4)에는 파이프가 연결되어 있고 이것이 진공배기장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 리니어가이드(41)는 앞으로 돌출하는 스토퍼(44)를 가진다. 설치판(40)은 돌기(45)를 가진다. 돌기(45)가 스토퍼(44)에 지지된다. 이것에 의해 리니어가이드(41)가 설치판(40)을 윗쪽을 향해 지지한다.

설치판(40)은 그밖에 멈춤조각(46)을 가진다. 리니어가이드(41)의 핀(48)에 회전가능하게 지지되는 곤봉(49)의 선단(47)이 멈춤조각(46)을 끌어 올리고 있다. 곤봉(49)의 타단에는 밸런스웨이트(50)가 설치되어 있다. 밸런스웨이트(50) 때문에 설치판(40), 진공흡착콜렛(4)이 끌어올려져 있다. 밸런스웨이트(50)의 모멘트는 웨이트(50)의 설치위치에 따라 조정할 수 있다. 진공흡착콜렛(4)의 선단에 렌즈를 흡착유지한다.

설치판(40), 진공흡착콜렛(4), 렌즈의 합계의 중력을 G로 한다. 밸런스웨이트가 설치판을 끌어올리는 힘을 R로 하면 스토퍼(44), 돌기(45)에 걸리는 힘H은 H=G-R이 된다. 이것은 수 g중 정도로 조정한다. H는 렌즈는 칩에 대하여 내리두르는 힘이 된다. 밸런스웨이트는 제4도의 스프링(33), (36)과 등가의 작용을 한다. 설치판이나 진공흡착콜렛의 무게G가 칩에 걸리지 않고 R만큼 작은 H의 힘이 움직이도록 하고 있다.

디스펜서와 마찬가지로 진공흡차콜렛도 고속, 저속의 2단계로 하강시키는 것이 바라직스럽다. 칩에 끼치는 역적(力積)은 (G-R)v/g이 된다. v는 충돌시의 하강속도이다. 자체무게를 거의 소거하기위해 스프링이나 밸런스웨이트를 이용하고 있다. 같은 작용을 가지지만 양자는 조금 다르다. 스프링은 관성이 없다. 때문에 충돌순간부터 자체무게를 감쇄하는 효과가 있다.

그러나 밸런스웨이트는 관성이 있기 때문에 충돌의 순간은 그 효과가 없다. 정상상태가 되어서 처음으로 자체무게를 없앤다. 지연시간은 회전모멘트를 중력가속도g로 나눈 것의 제곱근이다. 그러나 실제로는 천천히 콜렛을 하강시키기 때문에 밸런스웨이트도 충격을 완화할 수 있다. 이 예에서는 디스펜서는 스프링, 진공흡착콜렛은 웨이트로 하고 있지만 반대로 해도 좋고, 또 양쪽 모두 스프링으로 해도 좋고, 양쪽 모두 스프링을 해도 좋고, 양쪽 모두 밸런스웨이트로 해도 좋다.

진공흡착콜렛(4)은 미리 렌즈를 흡착유지하고 있지 않으면 안된. XY스테이지(1)를 움직여서 진공흡착콜렛의 바로 아래에 렌즈를 위치시키고 진공흡착콜렛을 강하시켜서 렌즈를 끌어올린다. 이 상태로 유지한다.

콜렛의 선단의 형상은 제8도, 제9도에 나타낸다. 제8도는 원추형상이다. 이것은 회전대칭으로 가공이 용이하다. 제9도는 삼각추상이다. 가공이 어렵지만 3점접촉이 되기 때문에 렌즈의 유지위치가 정확하게 결정된다. 유지위치재현정밀도가 좋다.

제10도는 진공흡착콜렛에 의해 렌즈를 칩에 내리눌러져 있는 상태를 나타낸다. 구형상렌즈(10)가 진공흡착콜렛(4)에 흡착된 상태로 발광소자칩(8)의 주평면에 내리눌러져 있다. 발광영역(53)의 바로 위에 렌즈(10)가 존재한다. 자외선경화수지(52)는 렌즈에 의해 렌즈분만큼 밀어내어진다. 렌즈의 하단이 칩추평면에 접촉하고 있다. 렌즈하단과 주평면 사이에 수지가 잔류하고 있지 않다. 자외선경화수지(52)는 발광소자(8)의 접합(54)측 주위를 피복하고 있다. 즉 수지는 비활성화막으로서의 기능을 겸한다.

제11도는 자외선경화수지에 자외선조사하는 공정을 나타낸다. 제12도는 같은 공정을 나타내고 있다. 콜렛(4)을 렌즈(10)에서 떨어뜨리는 일 없이 콜렛(4)으로는 눌러진 그 상태에서 자외선(55)을 비스듬히 윗쪽으로부터 자외선경화수지(52)에 조사한다. 자외선은 예를들면 할로겐램프의 365nm의 파장의 광을 이용한다. 자외선의 조사시간은 5∼10초이다. 자외선의 조사는 비스듬히 윗쪽으로 향하지만 수평에 대한 경사각은 20°∼60°정도이다.

콜렛이 있기 때문에 경사각을 너무 크게 할 수 없다. 경사각이 너무 작으면 접착제의 충분한 광이 닿지 않는다.

또한 자외선은 2개의 자외선조사헤드(56), (57)를 이용하여 양측에서 닿는 것이 좋다. 2개의 자외선조사헤드의 광축의 수평면으로의 투영이 이루는 90°∼270°로 한다. 2개의 램프를 사용하는 것은 자외선경화수지의 전체에 자외선이 닿도록 하기 위한 것이다. 사각(死角)이 생기지 않도록 한다. 수지의 일부가 렌즈의 그림자가 되기 때문에 렌즈는 그 자외선에 대해서 투명한 재료이면 더욱 좋다. 렌즈가 자외선을 흡수하는 재질의 경우는 렌즈의 아래에 있는 수지에도 충분한 광이 닿도록 헤드의 위치를 연구하지 않으면 안된다.

제13도에는 렌즈를 접착한 상태를 나타낸다. 반도체발광소자(8)가 패키지(18)위의 주평면(51)을 위로 하여 고착된다. 발광소자(8)의 주평면위에는 렌즈(10)가 놓여 있다. 자외선경화수지(52)가 렌즈(10)를 칩(8)에 대해서 접착하고 있다. 발광영역(53)과렌즈(10)의 중심이 합치되어 있다. 자외선경화수지(52)는 칩(8)의 측면에도 기울어지고 접합(54)을 보호하고 있다. 구형상렌즈는 예를 들면 직경이 300㎛정도이다. 칩의 두께는 100∼200㎛의 정도이다. 렌즈의 중심과 발광영역의 중심의 위치는 종방향으로 합치하고 있다. 오차는 ±5㎛이하이다.

패키지(18)에 고정되어 있지만 아직 윗면이 열려 있다. 이 후 렌즈에 부착된(쇼트렌즈)캡을 벗겨 헤메틱 실(hermetic seal)한다. 렌즈로써는 구형상렌즈외에 원통형 셀포크렌즈나 오목구면렌즈등도 이용할 수 있다. 렌즈의 종류가 변하면 콜렛의 선단내부둘레면의 형상도 달라진다.

본 발명은 발광영역과는 반대측의 면에서 광을 이끌어 내는 타입의 발광소자에 있어서, 실제로 발광시켜서 발광영역중심을 구하고 여기에 자외선경화수지를 도포하며, 같은 점에 렌즈를 눌러 붙이고 자외선을 조사하여 자외선경화수지를 경화시킨다. 개개의 칩마다 발광영역중심을 구하여 렌즈를 중심위치에 맞추어 고착시킨다. 이 때문에 ±5㎛의 고정밀도로 렌즈를 설치할 수 있다.

위치결정을 위해 끼워맞춤구멍이나 돌기를 형성하지 않는다. 주평면은 평탄한 상태이다. 이 때문에 끼워맞춤구멍이나 돌기를 형성하기 위한 웨이퍼프로세스를 절약할 수 있다. 공정을 간략화할 수 있을 뿐만 아니라, 끼워맞춤구멍이나 돌기가 위치벗어남의 원인이 되고 있었기 때문에 이것을 제거함으로써 정확한 위치맞춤을 할 수 있게 된다. 또한 주평면이 평탄하여 요철이 없기 때문에 연마후의 두께를 정확하게 지어할 수 있다. 때문에 렌즈와 발광영역의 종방향의 거리도 정밀도로 규정할 수 있다.

접착제의 도포는 디스펜서끝을 칩에 접촉시켜서 행하기 때문에 정량성이 우수하다. 렌즈도 접촉시킨 상태로 유지되기 때문에 렌즈와 발광영역의 거리가 정확하게 결정된다.

이 효과에 의해 본발명은 발광소자의 웨이퍼프로세서의 생략, 웨이퍼단위의 롯트불량의 방지, 후공정에서의 광결합성을 높여서 대폭적인 제조비용의 삭감을 가능하게 하는 것이다.

Claims (11)

1. 반도체기판위에 부분적으로 발광하는 발광영역을 종횡으로 다수 형성하고, 기판측을 연마하여, 기판을 종횡으로 잘라 발광소자칩을 잘라내서 발광소자칩의 발광영역측을 패키지로 고정하고, 연마된 주평면측에서 광을내도록 하여 평탄한 주평면위의 발광영역의 바로 위의 위치에 집광렌즈를 설치하는 방법에 있어서, 발광소자칩을 설치한 패키지를 2자유도를 가지는 XY스테이지에 두고, 발광소자에 전기를 통하게 하여 발광시키고, Z방향으로 이동할 수 있는 카메라로 발광영역을 관찰하며, 광의 강도 사영법과 농담중심계측법에 의해 발광영역중심을 구하고, 카메라중심에 발광영역중심을 합치시키고, 이미 결정된 일정거리만큼 XY스테이지를 움직여서 Z방향으로 변위할 수 있는 디스펜서의 바로 아래에 발광소자를 위치시키고 디스펜서의 선단을 발광소자칩에 접촉시키면서 자외선경화수지를 발광소자칩의 주평면에 도포하여 디스펜서를 끌어올리고, 또 이미 정해진 일정거리만큼 XY스테이지를 움직여서 Z방향으로 변위할 후 있으며 이미 렌즈를 유지하고 있는 진공흡착콜렛의 바로 아래에 발광소자를 위치시키고 진공흡착콜렛을 하강시켜서 렌즈가 발광소자칩의 주평면에 접촉하도록 하며, 이 상태대로 자외선을 자외선경화수지에 조사하고, 자외선경화수지를 경화시켜서 렌즈를 발광소자위에 고정하여 진공흡착콜렛을 끌어올리도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설치방법.
2. 제1항에 있어서, 디스펜서가 Z방향으로 움직이는 경우 처음에 고속으로 하강하고 이어서 저속으로 하강하도록 하여 저속으로 발광소자에 접촉하도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설치방법.
3. 제1항에 있어서, 렌즈를 유지한 진공흡착콜렛이 Z방향으로 움직이는 경우 처음에 고속으로 하강하고 이어서 저속으로 하강하도록 하여 저속으로 발광소자에 접촉하도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설치방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 디스펜서는 발광소자의 윗면과 측면을 덮기에 충분한 자외선경화수지를 발광소자칩에 도포 함으로써 측면에 흐르는 자외선경화수지가 발광소자측의 접함을 덮도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설치방법.
5. 제1항에 있어서, 집광렌즈가 수지에 조사하는 자외선에 대해서 투명한 것을 특징으로 하는 렌즈설치방법.
6. 발광소자에 도포된 자외선경화수지에 대해서 2방향에서 자외선을 조사함으로써 자외선빔이 수평과 이루는 각도를 20°∼60°로 하고, 2개의 자외선빔이 이루는 각도가 90°∼270°인 것을 특징으로 하는 렌즈설치방법.
7. 반도체기판위에 부분적으로 발광하는 발광영역을 종횡으로 다수 형성하고 기판측을 연마하고 기판을 종횡으로 잘라 발광소자칩을 잘라내서 발광소차칩의 발광영역측을 패키지로 고정하고, 연마된 주평면측에서 광을내도록 하여 평탄한 주평면위의 발광영역의 바로 위의 위치에 집광렌즈를 설치하는 장치에 있어서, 복수의 발광소자칩을 얹어 놓는 발광소자받이대와, 복수의 렌즈를 얹어 놓는 렌즈받이대와, 발광소자받이대와 렌즈받이대를 유지하여 X방향, Y방향으로 이동할 수 있는 XY스테이지와, 발광소자의 발광영역을 관찰하여 발광영역의 중심을 구하기 위한 텔레비젼카메라와, 텔레비젼카메라를 Z방향으로 이동가능하게 지지하는 Z축스테이지와, 발광소자에 접촉하여 자외선경화수지를 발광소자칩의 주평면에 도포할 수 있는 디스펜서와, 디스펜서를 Z방향으로 이동할 수 있도록 지지하는 Z축스테이지와, 디스펜서를 강하시키거나 상승시키는 기구와, 렌즈를 진공흡착하여 이것을 끌어올려서 발광소자의 주평면위에 내리누를 수 있는 진공흡착 콜렛과 진공흡착콜렛을 Z방향으로 움직일 수 있는 Z축스테이지와, 진공흡착콜렛을 강하시키거나 상승시키는 기구와, 발광소자에 자외선을 조사하는 자외선조사헤드를 포함하고, XY스테이지를 움직여서 하나의 발광소자를 카메라아래로 옮기고, 발광소자를 발광시켜서 카메라로 촬영하고 발광소자의 중심을 구하며, 발광소자의 중심과 카메라의 중심의 맞추어서 일정거리 XY스페이지를 움직여서 디스펜서의 바로 아래로 옮기고, 디스펜서를 강하시켜서 선단을 발광소자에 접촉시키고 자외선경화수지를 발광소자에 도포하고, 또 일정거리 XY스테이지를 움직여서 발광소자를 진공흡착콜렛의 바로 아래로 옮기고, 렌즈를 진공흡착콜렛에 의해 발광소자에 눌러 접촉시키고 자외선경화수지에 대해서는 자외선조사헤드에 자외선을 조사하여 이것을 경화시키도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설치장치.
8. 제7항에 있어서, 렌즈를 유지하는 진공흡착콜렛의 선단의 내부둘레면이 원추형상인 것을 특징으로 하는 렌즈설치장치.
9. 렌즈를 유지하는 진공흡착콜렛의 선단의 내부둘레면이 삼각추형상인 것을 특징으로 하는 렌즈설치장치.
10. 제7항에 있어서, 디스펜서가 자체무게를 상쇄하는 기구를 구비하고 있고, Z축스테이지에 대해서 자체무게에서 상쇄하는 중량을 뺀 하중에 의해 현가되어 있고, 디스펜서의 선단이 발광소자에 접촉하면 디스펜서는 Z축스테이지에 대해서 윗쪽을 향해 상대변위하고, 발광소자에 걸리는 역적을 경감하도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설지장치.
11. 제7항에 있어서, 진공흡착콜렛이 자체무게를 상쇄하는 기구를 구비하고 있고, Z축스테이지에 대해서 자체무게에서 상쇄하는 중량을 뺀 하중에 의해 현가되어 있고, 진공흡측콜렛이 유지하는 렌즈의 하단이 발광소자에 접촉하면 진공흡착콜렛은 Z축스테이지에 대해서 윗쪽을 향해 상대변위하고, 발광소자에 걸리는 역적을 경감하도록 한 것을 특징으로 하는 렌즈설치장치.