KR910005314B1

KR910005314B1 - 반도체 레이저의 본딩방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR910005314B1
Application number: KR1019870009910A
Authority: KR
Inventors: 아끼히로 야마모도; 유다까 마끼노; 신지 카이노
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1987-09-08
Publication date: 1991-07-24
Also published as: DE3779228D1; EP0259816A2; US4817849A; JPS6367793A; EP0259816B1; KR880004726A; EP0259816A3; JPH0746747B2

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 레이저의 본딩방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 일실시예의 플로우차아트.

제2도는 본 발명 장치의 일실시예의 전체사시도.

제3도는 동 요부의 사시도.

제4도는 동 실시예의 블록도.

제5도는 중간칩의 위치결정 공정도.

제6도는 레이저 발생시의 상태를 도시한 사시도.

제7도는 반도체 레이저의 요부 사시도.

제8도는 동 치수관계를 도시한 측면도.

제9도는 반도체 레이저의 발광상태의 요부 사시도.

제10도는 종래예의 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 포스트 3 : 중간칩

4 : 레이저칩 24 : 픽업장치(레이저칩 공급수단)

27a : 전극(본딩수단) 27b : 전극(본딩수단)

28 : 통전회로(본딩수단) 36 : 발광중심 인식장치(계측수단)

41 : 레이저 발광회로(레이저 발광수단)

본 발명은 반도체 레이저의 본딩방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도에 페이저는 제7도에 도시한 바와 같이 스템(51)으로부터 돌설된 구리포스트(52)상에 중간칩(53)을 개재해서 레이저칩(54)을 적충한 상태로 본딩하고, 상기 스템(51)에 PIN 광전다이오우드(55)를 배치하며, 또 상기 스템(51)에는 3개의 핀(56)(57)(58)을, 그중 1개의 핀(56)은 도통상태로, 나머지 2개의 핀(57)(58)은 절연상태로 장착하여, 상기 레이저칩(54)과 PIN 광전다이오우드(55)를 각각 금선(59)으로 상기 스템(51)에 절연상태로 장착된 핀(57)(58)에 접속해서 구성되어 있다.

이 반도체 레이저에 있어서는, 레이저칩(54)으로부터의 발광방향, 즉 제9도에 도시한 바와 같이 포스트(52)의 중심축선(O)에 대한 발광각도(θ)가 일정한 오차범위내가 되도록 규제할 필요가 있다.

또한, 제8도에 도시한 바와 같이, 상기 스템(51)의 표면과 레이저칩(54)의 선단부와의 사이의 거리(A)도, 수 10㎛정도의 허용오차 범위내가 되도록 정확하게 규제할 필요가 있으며, 또 중간칩(53)의 선단부로부터 레이저칩(54)의 선단부까지의 간격(δ)도 0∼20μm범위로 규제할 필요가 있다.

종래, 이와 같이 포스트(52)에 대해서 중간칩(53) 및 레이저칩(54)을 정확하게 본딩하기 위하여, 제10도에 도시한 바와 같이, 먼저 공정Ⅰ에서 중간칩(53)에 대해서 레이저칩(54)을 외형을 기준으로 위치결정해서 본딩하고 공정Ⅱ에서 레이저칩(54)을 본딩한 중간칩(53)을 포스트(52)에 본딩한다고 하는 방법이 사용되고 있으며, 상기 중간칩(53)의 위치결정은 포스트(52)에 스템(51)의 표면을 기준면으로 해서 형성된 단면(斷面)(60)에, 중간칩(53)의 후단면을 계합시킴으로 서행하고 있었다.

그리고 레이저칩의 본딩이 종료한 후, 레이저칩으로부터의 발광방향이 일정한 오차범위내에 있는지 여부의 계측을 행하고 있었다.

그런데, 이와 같은 방법에서는 본딩완료후에 발광방향을 계측하고 있기 때문에, 발광방향이 일정한 허용오차범위를 초과하고 있을 경우에, 허용오차범위내가 되도록 보정하는 것은 매우 곤란하며, 대부분은 불량품으로서 폐기처분될 수 밖에 없어, 수율이 나쁘다는 문제가 있었다.

또한, 레이저칩(54)의 장착위치, 특히 그 자세가 정확하면 발광방향도 정확하다는 이론이 있으나, 실제적으로는 스템(51)이 표면과 단면(60)사이의 거리(B)의 오차, 중간칩(53)의 길이(C)의 오차 및 중간칩(53)에 대한 레이저칩(54)의 본딩위치의 오차가 누적되기 때문에, 상기 거리(A)의 정밀도를 높게 하는 것은 곤란하며, 마찬가지로 상기 단면(60) 중심선축(O)에 대한 수직도나 중간칩(53)의 후단면과 레이저칩(24)의 선단면과의 사이의 평행도의 오차등이 누적되기 때문에, 발광방향의 정밀도를 높이는 것도 매우 곤란하다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해소하고, 레이저칩으로부터의 발광방향을 일정한 오차범위내에 확실하게 규제할 수 있는 반도체 레이저의 본딩방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 포스트상에 직접 또는 중간칩을 개재하여 레이저칩을 적층한 상태로 레이저칩을 발광시키고, 그 발광방향을 계측하여, 필요에 따라서 발광방향을 보정한 후 본딩하는 반도체 레이저의 본딩방법을 제공하는 것이다

또, 제2의 본 발명은 레이저칩을 지지해서 포스트위 또는 그 위의 중간칩위에 위치조정가능하게 공급하는 레이저칩 공급수단을 착설하고, 이 레이저칩 공급수단을 통해서 레이저칩을 통전하여 이 레이저칩을 발광시키는 레이저발광수단과, 발광방향의 계측수단과, 상기 포스트에 통전가열해서 본딩하는 본딩수단을 갖추고 있는 반도체 레이저의 본딩장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 방법에 의하면, 레이저칩을 본딩하기전에, 발광방향을 계측하고, 필요에 따라 레이저칩의 위치를 보정하기 때문에, 발광방향의 오차를 일정한 허용오차범위내로 한 상태로 본딩해서 발광방향에 편위가 없는 반도체 레이저를 효과적으로 또한 고수율로 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 장치에 의하면, 포스트위 또는 그 위의 중간칩위에 레이저칩을 공급한 후, 레이저칩의 공급수단을 통해서 레이저칩에 통전하여 발광시킴과 동시에, 계측수단으로 발광방향을 계측해서 일정한 허용오차범위를 초과하고 있을 경우에는, 레이저칩 공급장치로 레이저칩의 위치조정을 행하여, 발광방향이 일정한 허용오차범위가 된 상태에서 본딩 할 수 있으며, 레이저칩 공급수단을 이용해서 레이저칩에 통전함과 동시에 위치조정함으로서, 간단한 구성의 장치로 적정한 반도체 레이저를 효율적으로 제조할 수 있다.

.이하 본 발명의 1실시예에서 제1도∼제6도를 참조하면서 설명한다.

반도체 레이저에 있어서는 제3도, 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같이 구리로 이루어지고 전체표면에 금도금을 입힌 포스트(2)가 스템(1)으로부터 일체적으로 돌설되고, 이 프스트(1)의 한쪽에 중간칩(3)의 장착면(5)이 형성되어 있다.

중간칩(3)은 실리콘 소판으로 이루어지고, 그 상하 양면에는 주석도금이 입혀져 있다.

또, 이 중간칩(3)위에 본딩되는 레이저칩(4)의 상하면에는 금도금이 입혀져 있다.

다음에, 본딩장치의 전체구성을 설명한다.

제2도∼제4도에 있어서, (7)은 복수의 스템(1)을 일렬상태로 지지한 스템집합체(6)을 공급부(8)와, 배출부(9)사이에서 1피치씩 이송하는 이송장치이며, 그 도중위치의 측부에 스템호울더(10)가 배치되어 있다.

이 스템호울더(10)와 스템집합체(6)사이에서 스템(1)을 이송해서 스템호울더(10)상에서 스템(1)을 위치결정하는 위치결정장치(12)가 착설되어 있다.

(13)은 X-Y 레이블(14)에 설치된 트레이(15)에 다수의 중간칩(3)을 수용지지시킨 중간칩공급부이다.

상기 중간칩공급부(16)와 상기 스템호울더(10)사이의 중간위치에는 중간칩(3)의 위치를 이송재치도중에서 규정하는 중간규정부(19)가 배설되어 있다.

(20)은 중간칩(3)의 이송재치장치로서, 이 이송재치장치(20)가 한쪽의 이동단부에 위치할때는, 그 일단부(20a)는 트레이(18)위에 위치함과 동시에, 타단부는 중간규정부(19)상에 위치하고 다른쪽의 이동단부에 위치하였을때는 열단부(20a)는 중간규정부(19)위에 위치하고, 타단부(20b)는 스템호울더(10)에 위치결정된 스템(1)의 포스트(2)위에 위치하도록 구성하고, 이 이송재치장치(20)가 그 양 이동단부 사이에서 왕복이동함으로서 중간칩(3)을 중간칩공급부(16)로부터 중간규정부(19)에 이동재치하고, 중간규정부(19)로 위치 규정된 중간칩(3)을 포스트(2)위에 공급하도록 구성되어 있다.

상기 위치결정장치(12)의 배후에는 레이저칩 장착장치(21)가 배설되어 있다.

이 레이저칩 장착장치(21)는 X-Y 레이블(22)위에 승강체(23)를 배설하고, 이 승강체(23)에 스테핑모우터 등에 의해서 정확한 회전각으로 회전가능한 픽업장치(24)가 배설되어 있다.

또, 상기 레이저칩공급부(13)와 스템호울더(10)사이에는 레이저칩(4)의 흡착위치를 광학적으로 인식하는 흡착위치인식장치(25)가 배설되어 있다.

그리고, 상기 X-Y 레이블(22) 및 승강체(23)의 동작에 의해서 상기 트레이(15)위의 레이저칩(4)을 픽업장치(24)로 흡착하고 흡착위치 인식장치(25)로 흡착위치를 인식하여, 레이저칩(4)의 위치보정을 행해서 중간칩(3)위에 정확하게 장착하도록 구성되어 있다.

또, 레이저칩(4)의 적층장착시에는 픽업장치(24)의 회전에 의해서 레이저칩(4)의 회전자세도 규정하도록 구성되어 있다.

또한, 트레이(15)의 레이저칩(4)의 배출위치의 위쪽에는 레이저칩을 인식하는 칩인식장치(26)가 배설되어 있다.

상기 스템호울더(10)의 전방부양쪽에는 제3도에 도시한 바와 같이, 포스트(2)를 양쪽에서 협지하도록 한쌍의 전극(27a)(27b)이 배설되고, 제4도에 도시한 바와 같이 본딩용의 통전회로(28)에 접속되어 있다.

또, 스템호울더(10)로 지지된 스템(1)의 포스트(2)에 공급된 중간칩(3)을 정확하게 위치결정하기 위하여, 제3도 및 제5도에 도시한 바와 같이, 중간칩(3)의 칩압압부재(29)와, 위치결정판(30)(제3도에서는 도시생략)과, 이 위치결정판(30)을 향해서 중간칩을 압압하여 붙이는 압압판(31)이 착설되어 있다.

상기 픽업장치(24)와 스템호울더(10) 사이에는, 제6도에 도시한 바와 같이 포스트(2)위의 중간칩을 개재해서 적층된 레이저칩(4)에 통전해서 레이저를 발광시키는 직류전원(32)이 절환스위치(33)를 개재해서 접속되어 있다.

즉, 레이저칩(4)에는, n형(에피택셜쪽을 위)과 p형(에피택셜쪽을 아래)이 있으며, 각각에 대응해서 인가하여야 할 전압의 정부(正負)가 역이되기 때문에, 절환스위치(33)로 간단히 절환할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 스템호울더(10)의 전방부에는, 제2도에서는 도시를 생략하였으나, 제4도에 도시한 바와 같이, 레이저칩(4)으로부터의 발광출력을 검출하기 위해서, 태양전지를 사용한 발광출력검출장치(34)가 배설되어 있다.

또, 상기 스템호울더(10)의 전방부에는 레이저칩(4)으로부터의 레이저광이 투사되는 스크리인(35)과, 스크리인위의 상으로부터 발광중심을 검출하는 발광중심인식장치(36)가 배설되어 있다.

이들 각 장치는 제4도에 도시한 바와 같이, CPU(37)로 제1도에 도시한 플로우차아트에 의거해서 제어되도록 구성되어 있다.

제4도에 있어서, (38)은 조작판, (39)는 흡착위치인식장차(25) 및 칩인식장치(26)로부터의 신호가 입력되는 레이저칩(4)의 인식회로, (40)은 발광중심인식장치(36)로부터의 신호가 입력되는 발광중심인식회로, (41)은 상기 직류전원(32) 및 절환스위치(33)를 포함하고, 또 발광출력검출장치(34)로부터의 신호가 입력되는 레이저발광회로, (52)는 각 작동장치의 구동회로, (43),(44)는 모니터텔레비이다.

다음에, 제1도, 제5도 및 제6도를 참조하면서 동작을 설명한다.

먼저, 위치결정장치(12)로 스템(1)을 이송장치(7)로부터 스템호울더(10)위에 위치결정함과 동시에, 한쌍의 전극(27a)(27b)으로 포스트(2)를 협지한다(스텝①).

또, 이송재치장치(20)로 중간칩공급부(16)로부터 중간칩(3)을 끌어냄과 동시에 중간규정부(19)로 위치구정된 중간칩(3)을 포스트(2)위에 공급한다(스텝②③).

그때, 중간규정부(19)가 정상적으로 작동하지 않아서 중간칩(3)의 위치규정이 적정하지 않았을 경우, 그 중간칩(3)을 버리고(스텝④, 트레이(18)를 이동시켜(스텝 ⑤, 다음의 중간칩(3)을 포스트(2)위에 공급한다(스텝②③).

다음에, 포스트(2)위에 공급된 중간칩(3)의 위치결정을 행한다(스텝⑥).

상세하게는, 제5도에 도시한 바와 같이, 먼저 공정Ⅰ에서 포스트(2)의 장착면(5)위에 중간칩(3)이 공급되면, 침압압부재(29)로 중간칩(3)을 위에서 압압한 후 이송재치장치(20)를 상승시키고, 다음에 공정Ⅱ에서, 중간칩(3)의 위치결정을 행하기 위하여, 위치결정판(30)을 상기 스템(1)의 표면으로부터 소정거리의 포스트(2)의 전방위치에 돌출시킴과 동시에 상기 칩압압부재(29)를 상승시킨 후, 중간칩(3)의 후단부를 압압판(31)으로 앞쪽으로 압압해서 중간칩(3)의 절단부를 위치결정판(30)에 당접시키고, 계속해서, 공정Ⅲ에서 상기 칩압압부재(29)가 하강해서 위치결정된 중간칩(3)을 압압고정하고, 그후 공정Ⅳ에서 레이저칩(4)이 중간칩(3)위의 소정위치에 정확하게 공급적층된다(스텝⑦).

이 레이저칩(4)의 공급에 있어서는, 레이저칩공급부(13)의 트레이(15)위의 레이저칩(4)의 중심위치와 기울기를 칩인식장치(26)로 인식하여(스텝⑧).

레이저칩(4)의 중심위치나 기울기를 현저하게 적정할 수 없을 경우는 트레이(15)를 이동시키고(스텝⑨), 다음에 픽업장치(24)로 레이저칩(4)을 픽업하고(스텝⑩), 흡착위치인식장치(25)로 레이저칩(4)의 흡착위치를 인식하여(스텝⑪), 흡착위치가 크게 편위되거가, 흡착실패 때문에 인식자체를 적정하게 행할 수 없을 경우는, 그 레이저칩(4)을 버리고(스텝⑬), 다음의 레이저칩(4)을 흡착하도록 함과 동시에, 인식하였을 경우는 픽업장치(24)의 중심축심에 대한 정확한 위치 및 중심축심의 근처의 회전자세 등을 검출하고, 그들 위치편위 및 자세의 기울기를 보정해서(스텝⑫) 레이저칩(4)을 정확하게 중간칩(3)위의 소성위치에 적층한다(스텝⑦).

다음에 픽업장치(24)와 스템(1)사이에, 제6도에 도시한 바와 같이, 직류전원(32)으로부터의 전압을 인가해서 레이저칩(4)을 발광시켜, 발광출력검출장치(34)로 발광출력이 적정한지 여부를 판단하여 적정하지 않을 경우는, 중간칩(3)및 레이저칩(4)을 버린다(스텝④⑬).

적정한 경우에는, 다음에 발광중심인식장치(36) 및 발광중심인식회로(40)로 발광중심이 포스트(2)의 축심(O)에 대한 발광방향(θ)이 허용오차내에 있는지 여부를 인식하여(스텝⑮), 적정하지 않을 경우는 레이저칩(4)을 픽업장치(24)로 집어올려서 레이저칩(4)의 회전자세를 보정하고(스텝

), 다시 발광중심이 적정한지 여부를 인식한다.

적정하지 않을 경우는, 상기 동작을 반복하여 n₀회(통상은 4,5회)반복하여도 적정하게 되지않으면, 그 레이저칩(4)및 중간칩(3)을 버리고(스텝⑬④), 다음의 중간칩(3) 및 레이저칩(4)을 적층한다.

레이저칩(4)의 발광방향이 적정하면, 포스트(2)를 협지하고 있는 전극(27a)(27b)사이에 통전회로(28)로부터 전압을 인가해서 포스트(2)에 통전하여 가열한다.

그러면, 포스트(2)와 중간칩(3)과 레이저칩(4)의 각각의 접합면에서는 주석과 접촉하고 있기 때문에, 290℃에서 공정결합이 발생하여 이들 포스트(2)와 중간칩(3)과 레이저칩(4)은 동시에 강고히 결합되어서 한 번에 본딩된다(스텝

).

이렇게해서, 1개의 반도체 레이저의 본딩이 종료하면, 스템집합체(6), 트레이(18)위의 중간칩(3), 트레이(15)위의 레이저칩(4)이 모두 존재하는지 여부는 판단하여(스텝

), 어느 것인가가 결핍되어 있으면 장치의 동작은 일단 종료하고, 모두 존재하고 있으면, 스템집합체(6)내에 스템(1)이 존재하는지 여부를 판단하여(스텝

, 스템(1)이 존재할 경우는 그대로, 또 존재하지 않을 경우는 스템집합체(6)를 공급한 후(스템

), 스템집합체(6)를 1피치 이송한다(스텝

).

그리고, 각각 스텝 .①, ⑤, ⑨에 각각 피이드백되어서, 이상의 동작을 반복함으로서, 반도체 레이저를 순차적으로 본딩하는 것이다.

또한, 상기 실시예에는 포스트(2)는 구리로 이루어지며, 중간칩(3)은 실리콘으로 이루어진 것을 예시하였으나, 이들 재질은 임의로 선택가능하다.

또, 중간칩(3)이나 레이저칩(4)을 위치결정해서 공급하는 구체적인 수순등의 여러기지로 변경해서 실시하는 일이 가능하다.

또한, 중간칩을 생략하고 포스트위에 직접 레이저칩을 본딩해도 된다.

본 발명은 결국 포스트에 대해서 또는 중간칩을 개재해서 레이저칩을 적층상태로 위치결정한 상태로, 레이저칩을 발광시켜서 발광방향을 인식하고, 발광방향이 적정하게 되도록 레이저칩의 자세를 보정한 후, 레이저칩을 본딩하는 것을 그 요지로 하는 것이며, 이 요지에 따라서 임의의 태양으로 실시할 수 있다.

본 발명의 반도체 레이저의 본딩방법 및 장치에 의하면, 이상과 같이 레이저칩을 본딩하기전에 발광방향을 계측해서 레이저칩의 위치를 보정하기 때문에, 발광방향의 오차를 일정한 허용오차범위내로 한 상태에서 본딩하여 발광방향으로 편위가 없는 반도체 레이저를 효율적으로 또한 고수율로 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 반도체 레이저 본딩장치에 의하면, 포스트위 또는 그 위의 중간칩위에 레이저칩을 공급한 후, 레이저칩의 공급수단을 통해서 레이저칩에 통전해서 발광시키도록 하고 있으므로, 레이저칩 공급수단을 이용해서 레이저칩에 통전함과 동시에 위치조정 할 수 있고, 간단한 구성의 장치로 적정한 반도체 레이저를 효율적으로 제조할 수 있다는 효과가 있다.

Claims

반도체 레이저부품의 스템상에 레이저칩을 이동가능하게 위치결정하는 공정과, 상기 레이저칩이 레이저광을 방출하도록 이동가능하게 위치결정된 레이저칩에 전류를 흐르게하는 공정과, 상기 방출된 레이저광의 세기를 검사하는 공정과, 상기 방출된 레이저광 속의 중심축을 검출하는 공정과, 상기 중심축의 방향과 소정의 방향사이의 오차를 측정하는 공정과, 상기 오차가 소정의 범위내로 될 때까지 상기 레이저칩을 위치 조정하는 공정과, 상기 오차가 소정의범위내로 될 때에 전류를 흘림으로서 스템상에 상기 레이저칩을 본딩하는 공정으로 구성되는 특징으로 하는 반도체 레이저의 본딩방법.
반도체 레이저 부품의 스템상에 레이저칩을 이동가능하게 위치결정하는 수단과, 상기 레이저칩이 레이저광을 방출하도록 이동가능하게 위치결정된 레이저칩에 전류를 흐르게 하는 수단과, 상기 방출된 레이저광의 세기를 검사하는 수단과, 상기 방출된 레이저광 속의 중심축을 검출하고, 상기 중심축의 방향과 소정의 방향사이의 오차를 특정하는 수단과, 상기 오차가 소정의 범위내로 될 때까지 상기 레이저칩을 위치조정하는 수단과, 상기 오차가 소정의 범위내로 될 때에 전류를 흘리므로서 스템상에 상기 레이저칩을 본딩하는 수단으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 본딩장치.