JP2000277540A - 部品のボンディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装着対象物の熱膨張等に影響されることがな
く、この装着対象物上の所定の位置に部品を高精度にボ
ンディングするとともに、構成の簡素化を可能にする。 【解決手段】ヒートシンク１６を加熱するヒータ２０
と、ＬＤチップ１２を位置決めするために前記ヒートシ
ンク１６に設定された基準端面１６ａに当接し、前記ヒ
ートシンク１６よりも低い熱膨張係数を有する突き当て
部材２２と、前記ヒートシンク１６の端面１６ｂに当接
し、該ヒートシンク１６を前記突き当て部材２２側に加
圧するスプリング２４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品を装着対象物
上の所定の位置にボンディングするための部品のボンデ
ィング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体レーザ素子（以下、ＬＤ
という）は、発光中の内部発熱が大きくなり、この熱に
よって自己破壊が起こることを阻止するために、一般的
に熱伝導性のよいヒートシンク上にボンディングされた
状態で使用されている。具体的には、図４に示すよう
に、ＬＤ１は、ヒートシンク２と、前記ヒートシンク２
上に積層された状態で一体的に結合される半導体レーザ
チップ（以下、ＬＤチップという）３とを備えている。

【０００３】その際、ＬＤチップ３の発熱を効率よく吸
収しかつ発生したレーザ光を効率的に取り出すために、
ＬＤチップ３とヒートシンク２の端面同士をずれが発生
しないように、面一にボンディングする必要がある（図
５参照）。ところが、ボンディングは、一般的にろう材
が蒸着されたヒートシンク２をヒータ（加熱手段）で加
熱してＬＤチップ３と前記ヒートシンク２とをろう付け
しているため、ヒートシンク固定部とその周辺部分にヒ
ータ熱が伝熱し、この部分に熱変形が発生してしまう。

【０００４】これにより、ヒータ加熱前に位置決めされ
たＬＤチップ３とヒートシンク２との相対位置がボンデ
ィング中にずれてしまい、放熱性の低下が惹起され、さ
らには、ＬＤ１の寿命が短くなるという問題が指摘され
ている。また、ヒータ発熱体自体およびヒートシンク２
自体の熱膨張の影響を排除することが不可能であり、こ
れらの部分に熱変形が発生して、特に、ＬＤチップ３と
ヒートシンク２とのμｍオーダの高精度な位置決めが不
可能となるという問題がある。

【０００５】そこで、特開平５−３４３５０２号公報に
開示されているように、ヒートシンクとＬＤチップとを
ボンディング前に予め加熱昇温しておき、熱変形が安定
化した後に位置決めしてボンディングを行うダイボンデ
ィング装置が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、ろう材を高温の液体状態で長時間放置す
るため、このろう材が酸化し易くなり、接着力が低下す
るという不具合が指摘されている。しかも、ろう材が液
体の状態でボンディングを行うため、ＬＤチップの側
面、すなわち、発光面にろう材が付着し易くなり、ＬＤ
の性能に悪影響を与えるおそれがある。さらに、ヒート
シンクおよびＬＤチップ周辺部材を同一温度に至るまで
加熱する必要があり、加熱に長時間を要するとともに、
多大なヒータ能力が要求されてしまう。

【０００７】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、部品を装着対象物上の所定の位置に高精度かつ効率
的にボンディングするとともに、構成の簡素化が容易に
遂行可能な部品のボンディング装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る部品のボン
ディング装置では、装着対象物が加熱手段により加熱さ
れる際、突き当て部材がこの装着対象物の基準端面に当
接する一方、前記装着対象物の前記基準面とは反対側の
端面に弾性部材が当接することにより、前記基準端面が
所定の位置に保持される。

【０００９】ここで、突き当て部材は、装着対象物より
も低い熱膨張係数、例えば、５×１０^-6以下の材料で形
成されている。従って、突き当て部材は、加熱手段に影
響されることがなく、その突き当て端面を所定の位置に
維持することが可能になり、装着対象物に熱変形が発生
しても該装着対象物の基準端面を所定の位置に確実に保
持することができる。これにより、装着対象物の所望の
位置に部品を高精度に位置決めしてボンディングするこ
とが可能になる。

【００１０】また、突き当て部材が装着対象物よりも低
い熱伝導率を有しており、装着対象物の熱が前記突き当
て部材から放熱されることを有効に阻止する。このた
め、加熱手段に付与されるエネルギを少なくし、エネル
ギ効率の向上が容易に図られる。さらに、突き当て部材
が設けられた支持部材と加熱手段との間に断熱層が介装
されており、この支持部材は、前記加熱手段による熱か
ら完全に断熱され、基準端面の熱変位の発生が可及的に
阻止される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
部品のボンディング装置１０の概略斜視説明図であり、
図２は、前記ボンディング装置１０の側面説明図であ
る。

【００１２】ボンディング装置１０は、部品であるＬＤ
（レーザダイオード）チップ１２を保持して昇降可能な
部品保持手段１４と、ヒートシンク１６が配置されるＸ
−Ｙ−θステージ１８と、前記ヒートシンク１６を載置
して加熱する加熱手段であるヒータ２０と、前記ヒート
シンク１６の基準端面１６ａに当接してこの基準端面１
６ａを所定の位置に保持する突き当て部材２２と、前記
ヒートシンク１６の前記基準端面１６ａとは反対側の端
面１６ｂに当接し、該ヒートシンク１６を前記突き当て
部材２２側に加圧するスプリング（弾性部材）２４と、
ボンディング位置の上方から前記ＬＤチップ１２と前記
ヒートシンク１６とを撮像する撮像手段２６と、撮像さ
れた前記ＬＤチップ１２および前記ヒートシンク１６の
相対位置情報に基づいて、該ＬＤチップ１２および該ヒ
ートシンク１６を相対的に位置補正する制御手段２７と
を備える。

【００１３】Ｘ−Ｙ−θステージ１８には、図示しない
ボールねじ等の駆動手段を介してＸ軸方向およびＹ軸方
向に進退自在な可動台２８が設けられ、この可動台２８
上には、Ｚ軸回りに回転自在なθテーブルである回転テ
ーブル３０が配置される。回転テーブル３０上に支持部
材３４が配置され、この支持部材３４上には、断熱層３
２を介してヒータ２０が装着される。支持部材３４の上
端部には、突き当て部材２２が固着されている。

【００１４】突き当て部材２２は、ヒートシンク１６よ
りも低い熱膨張係数を有しており、５×１０^-6以下、好
適には、３×１０^-7以下に設定される。突き当て部材２
２は、さらに、ヒートシンク１６よりも低い熱伝導率を
有しており、具体的には、２Ｗ／ｍＫ以下に設定されて
いる。本実施形態では、突き当て部材２２がＬｉＯ−Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系の結晶化ガラスにより構成されて
おり、熱膨張係数が２×１０^-7で、熱伝導率が２Ｗ／ｍ
Ｋに設定されている。本実施形態において、断熱層３２
および支持部材３４は、突き当て部材２２と同一の材質
で構成されている。

【００１５】ヒートシンク１６の端面１６ｂ側に保持板
３６が設けられ、この保持板３６と前記端面１６ｂとの
間にスプリング２４が介装されている。ヒータ２０に
は、ヒートシンク１６を吸着保持するために、図示しな
い真空発生源に連通する吸引孔３８が形成されている
（図２参照）。

【００１６】部品保持手段１４は、コラム４０に固定さ
れてＺ軸方向に延在するフレーム４２を備え、このフレ
ーム４２の上端部にモータ４４が固定される。モータ４
４の出力軸に連結されてＺ軸方向に延在するボールねじ
４６は、Ｚ軸可動テーブル４８に設けられた図示しない
ナット部材に螺合する。Ｚ軸可動テーブル４８に加圧手
段５０が固定されるとともに、この加圧手段５０に保持
部材５２が装着される。保持部材５２は、中空状を有し
てその内部が図示しない負圧発生源に連通している。

【００１７】撮像手段２６は、コラム４０の上部に取付
台５４を介して装着されており、一あるいは複数のＣＣ
Ｄカメラ５６と光学レンズ系５８とを備えている。図２
に示すように、ＣＣＤカメラ５６は、画像処理部６０に
接続されており、この画像処理部６０は、前記ＣＣＤカ
メラ５６により撮像されたＬＤチップ１２およびヒート
シンク１６の画像を画像信号として取り込んでそれぞれ
の位置ずれ量を演算する機能を有する。画像処理部６０
は、制御手段２７に接続されており、この制御手段２７
は、前記画像処理部６０からの演算結果に基づいてＸ−
Ｙ−θステージ１８を駆動して位置補正を行う機能を有
する。

【００１８】このように構成されるボンディング装置１
０の動作について、以下に説明する。

【００１９】先ず、ヒータ２０上にヒートシンク１６が
配置され、このヒータ２０に設けられている吸引孔３８
から吸引を行うことによって、前記ヒートシンク１６が
前記ヒータ２０上に吸着保持される。その際、ヒートシ
ンク１６のＬＤチップ１２を位置決めするための基準端
面１６ａが突き当て部材２２に当接して位置決めされる
とともに、このヒートシンク１６の端面１６ｂにスプリ
ング２４が当接している。

【００２０】一方、部品保持手段１４では、保持部材５
２の先端にＬＤチップ１２が吸着保持されており、Ｘ−
Ｙ−θステージ１８が制御手段２７を介して駆動され
る。このため、ヒートシンク１６のボンディング位置が
撮像手段２６の光軸上に配置される。次いで、モータ４
４の作用下にボールねじ４６を介してＺ軸可動テーブル
４８が下降し、保持部材５２に吸着保持されているＬＤ
チップ１２が下降して所定の高さ位置に配置される。

【００２１】ここで、撮像手段２６が駆動され、ＬＤチ
ップ１２およびヒートシンク１６が撮像される。撮像手
段２６を構成するＣＣＤカメラ５６により得られた画像
信号は、画像処理部６０に送られて画像処理が施され、
ＬＤチップ１２とヒートシンク１６との相対位置情報に
基づいてそのずれ量が演算される。このずれ量は、制御
手段２７に送られてＬＤチップ１２とヒートシンク１６
との相対位置補正が一定の時間間隔毎にリアルタイムで
フィードバック制御される。

【００２２】例えば、図３に示すように、ＬＤチップ１
２のエッジがヒートシンク１６の基準端面１６ａに対し
て補正量△θ（＞基準値）だけずれていることが検出さ
れると、Ｘ−Ｙ−θステージ１８に設けられている回転
テーブル３０が補正量△θに対応する角度だけ回転し、
ずれ量の補正が行われる。次いで、Ｘ軸方向およびＹ軸
方向のずれ量が基準値よりも大きい場合には、Ｘ−Ｙ−
θステージ１８が駆動制御されてヒートシンク１６の基
準端面１６ａがＬＤチップ１２のエッジ位置と一致する
までフィードバック制御が行われる。

【００２３】ＬＤチップ１２とヒートシンク１６とのず
れ量が許容範囲内に入った後、ヒータ２０が所定の温
度、本実施形態では、１２０℃まで昇温される。そし
て、モータ４４が駆動されてＺ軸可動テーブル４８が下
降し、保持部材５２に吸着保持されているＬＤチップ１
２がヒートシンク１６上に当接する。さらに、加圧手段
５０を介してＬＤチップ１２をヒートシンク１６上に一
定の荷重で加圧保持した状態で、ヒータ２０が所定の温
度、本実施形態では、２００℃まで昇温される。これに
より、ヒートシンク１６の上面に予め設けられているろ
う材が溶融し、所定時間加熱後に冷却することによって
ＬＤチップ１２がヒートシンク１６上にボンディングさ
れる。

【００２４】この場合、本実施形態では、ＬＤチップ１
２を位置決めするために、ヒートシンク１６に設定され
た基準端面１６ａに、このヒートシンク１６よりも低い
熱膨張係数を有する突き当て部材２２が当接するととも
に、このヒートシンク１６の端面１６ｂには、スプリン
グ２４が当接して前記ヒートシンク１６を前記突き当て
部材２２側に加圧している。このため、ヒータ２０が駆
動されてヒートシンク１６が加熱される際にこのヒート
シンク１６が熱変形しても、前記ヒートシンク１６の基
準端面１６ａの位置は、突き当て部材２２によって確実
に維持される。

【００２５】これにより、ヒータ２０の加熱前に位置決
めされたＬＤチップ１２とヒートシンク１６との相対位
置がボンディング中にずれることがなく、前記ＬＤチッ
プ１２を所定の位置に高精度にボンディングすることが
できるという効果が得られる。特に、ＬＤチップ１２と
ヒートシンク１６との位置決めをμｍオーダの高精度で
行う際に、ヒータ２０自体の熱膨張やヒートシンク１６
自体の熱膨張に影響されることがなく、前記ＬＤチップ
１２と前記ヒートシンク１６との位置ずれの発生を確実
に阻止することが可能になる。

【００２６】本実施形態では、突き当て部材２２として
熱膨張係数が２×１０^-7で、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫのＬ
ｉＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系の結晶化ガラスを用いた
ところ、ＬＤチップ１２とヒートシンク１６とのずれ量
が１μｍ以下となった。一方、突き当て部材２２を用い
ない場合に、ずれ量が５μｍ以上となってしまい、この
突き当て部材２２を使用することにより、高精度なボン
ディング作業が遂行されるという結果が得られた。

【００２７】しかも、本実施形態では、ヒートシンク１
６のろう材を長時間、高温で液体状態に放置することが
ないため、このろう材が酸化して接着力が低下すること
を阻止するとともに、ＬＤチップ１２の側面、すなわ
ち、発光面にろう材が付着してＬＤ性能の低下を惹起す
ることがない。

【００２８】さらにまた、本実施形態では、突き当て部
材２２の熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以下に設定されている。
このため、ヒートシンク１６が加熱される際にこのヒー
トシンク１６に接触する突き当て部材２２からの放熱量
を有効に減少させることができ、ヒータ２０に付与され
るエネルギが減少してエネルギ効率が向上するという利
点が得られる。

【００２９】また、ヒータ２０と支持部材３４との間に
は、突き当て部材２２と同一材質の断熱層３２が設けら
れている。従って、このヒータ２０からの熱が支持部材
３４に伝わることを確実に阻止することができ、突き当
て部材２２の熱変位を一層確実に低減することが可能に
なる。

【００３０】なお、本実施形態では、部品としてＬＤチ
ップ１２を用い、装着対象物としてヒートシンク１６を
用いているが、例えば、部品として半導体チップを用
い、装着対象物として基板を用いても、同様の効果が得
られることになる。また、ヒートシンク１６をＸ−Ｙ−
θステージ１８に配置してこのヒートシンク１６をＸ
軸、Ｙ軸およびθ軸方向に移動可能に構成しているが、
ＬＤチップ１２を吸着保持する加圧手段５０にＸ−Ｙス
テージを設ける一方、ヒートシンク１６をθステージに
装着するように構成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る部品のボンディング装置で
は、加熱手段を介して装着対象物が加熱される際、部品
を位置決めするために前記装着対象物に設定された基準
端面に、低熱膨張係数を有する突き当て部材が当接する
ため、前記装着対象物が熱膨張してもその基準端面を所
定の位置に確実に保持し、前記部品を所定の位置に高精
度にボンディングすることができる。特に、構成が有効
に簡素化されるとともに、装着対象物を長時間加熱状態
で放置することがなく、ろう材の酸化等を有効に阻止し
て高精度なボンディング作業が遂行可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る部品のボンディング装
置の概略斜視説明図である。

【図２】前記ボンディング装置の側面説明図である。

【図３】前記ボンディング装置を構成する撮像手段によ
る撮像状態の説明図である。

【図４】一般的なＬＤの斜視説明図である。

【図５】前記ＬＤを構成するＬＤチップとヒートシンク
とが良好な状態で接合された際の側面説明図である。

【図６】前記ＬＤチップと前記ヒートシンクとがずれた
状態で接合された際の側面説明図である。

【符号の説明】

１０…ボンディング装置 １２…ＬＤチップ １４…部品保持手段 １６…ヒートシンク １８…Ｘ−Ｙ−θステージ ２２…突き当て部材 ２４…スプリング ２６…撮像手段 ２７…制御手段 ３０…回転テーブル ３２…断熱層 ３４…支持部材 ４８…Ｚ軸可動テーブル ５２…保持部材 ５６…ＣＣＤカメラ ５８…光学レンズ系 ６０…画像処理部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部品を装着対象物上の所定の位置にボンデ
   ィングするための部品のボンディング装置であって、 前記装着対象物を加熱する加熱手段と、 前記部品を位置決めするために前記装着対象物に設定さ
   れた基準端面に当接し、前記基準端面を所定の位置に保
   持するとともに、該装着対象物よりも低い熱膨張係数を
   有する突き当て部材と、 前記装着対象物の前記基準端面と反対側の端面に当接
   し、該装着対象物を前記突き当て部材側に加圧する弾性
   部材と、 を備えることを特徴とする部品のボンディング装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のボンディング装置におい
   て、前記突き当て部材は、前記装着対象物よりも低い熱
   伝導率を有することを特徴とする部品のボンディング装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のボンディング装置
   において、前記突き当て部材が設けられた支持部材と前
   記加熱手段との間には、断熱層が介装されることを特徴
   とする部品のボンディング装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のボンディング装置におい
   て、前記部品を保持して昇降可能な部品保持手段と、 ボンディング位置の上方から、前記部品と前記装着対象
   物とを撮像する撮像手段と、 撮像された前記部品および前記装着対象物の相対位置情
   報に基づいて、該部品および該装着対象物を相対的に位
   置補正する制御手段と、 を備えることを特徴とする部品のボンディング装置。