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JPH0746747B2 - 半導体レーザのボンディング方法 - Google Patents

半導体レーザのボンディング方法

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JPH0746747B2
JPH0746747B2 JP61212283A JP21228386A JPH0746747B2 JP H0746747 B2 JPH0746747 B2 JP H0746747B2 JP 61212283 A JP61212283 A JP 61212283A JP 21228386 A JP21228386 A JP 21228386A JP H0746747 B2 JPH0746747 B2 JP H0746747B2
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chip
laser
stem
laser chip
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豊 牧野
真次 甲斐野
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体レーザのボンディング方法に関するもの
である。
従来の技術 一般に、半導体レーザは、第７図に示すようにステム51
から突設された銅のポスト52上に中間チップ53を介して
レーザチップ54を積層した状態でボンディングし、前記
ステム51にPINホトダイオード55を配置し、また前記ス
テム51には３本のピン56、57、58を、その内の１本56は
導通状態で、残りの２本57、58は絶縁状態で装着し、前
記レーザチップ54とPINホトダイオード55をそれぞれ金
線59にて前記ステム51に絶縁状態で装着されたピン57、
58に接続して構成されている。
この半導体レーザにおいては、レーザチップ54からの発
光方向、即ち第９図に示すようにポスト52の中心軸線Ｏ
に対する発光角度θが一定の誤差範囲内となるように規
制する必要がある。さらに、第８図に示すように、前記
ステム51の表面とレーザチップ54の先端との間の距離Ａ
も、数10μｍ程度の許容誤差範囲内となるように正確に
規制する必要があり、また中間チップ53の先端からレー
ザチップ54の先端までの間隔δも０〜20μｍの範囲に規
制する必要がある。
従来、このようにポスト52に対して中間チップ53及びレ
ーザチップ54を正確にボンディングするために、第10図
に示すように、まず工程Ｉにおいて、中間チップ53に対
してレーザチップ54を外形基準で位置決めしてボンディ
ングし、次に、工程IIにおいて、レーザチップ54をボン
ディングした中間チップ53をポスト52にボンディングす
るという方法が用いられており、前記中間チップ53の位
置決めは、ポスト52にステム51の表面を基準面として形
成された段面60に、中間チップ53の後端面を係合させる
ことによって行なっていた。
そして、レーザチップのボンディングが終了した後、レ
ーザチップからの発光方向が一定の誤差範囲内にあるか
どうかの計測を行っていた。
発明が解決しようとする問題点 ところが、このような方法では、ボンディング完了後に
発光方向を計測しているため、発光方向が一定の許容誤
差範囲を越えている場合に、許容誤差範囲内となるよう
に補正するのは極めて困難であり、大部分は不良品とし
て廃棄処分せざるを得ず、歩どまりが悪いという問題が
あった。
尚、レーザチップ54の装着位置、特にその姿勢が正確で
あれば、発光方向も正確である筈であるが、実際にはス
テム51の表面と段面60の間の距離Ｂの誤差、中間チップ
53の長さＣの誤差及び中間チップ53に対するレーザチッ
プ54のボンディング位置の誤差が累積されるために、前
記距離Ａの精度を高くするのは困難であり、同様に、前
記段面60の中心軸線Ｏに対する垂直度や、中間チップ53
の後端面とレーザチップ24の先端面との間の平行度の誤
差が累積するため、発光方向の精度を高めることも極め
て困難である。
本発明は従来のこのような問題点を解消し、レーザチッ
プからの発光方向を一定の誤差範囲内に確実に規制でき
る半導体レーザのボンディング方法及び装置を提供する
ことを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するため、ステムから突出し
たポスト上に、前記ステムの表面から所定量離れた位置
に設けられた位置決め板に当接するよう中間チップを載
置する工程と、前記中間チップから所定量突出するよう
レーザチップを前記中間チップ上に載置する工程と、前
記レーザチップを発光させてその発光方向を計測し、必
要に応じて発光方向を補正した後、前記ポストと前記中
間チップと前記レーザチップとを同時にボンディングす
る工程とを備えているものである。
作用 そして、この方法によりポストや中間チップ等の寸法誤
差が累積したり、中間チップの切断面の垂直度によって
誤差を生じたりすることなく、ステム表面からレーザチ
ップ先端までの寸法精度が向上するとともに、レーザチ
ップのボンディング前に発光方向を計測してレーザチッ
プの位置を補正するため、発光方向の誤差を一定の範囲
内とした半導体レーザを得ることができる。
実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図を参照しなが
ら説明する。
半導体レーザにおいては、第３図、第５図及び第６図に
示すように、銅から成り全表面に金メッキを施されたポ
スト２がステム１から一体的に突設され、このポスト１
の一側に中間チップ３の装着面５が形成されている。中
間チップ３はシリコン小板から成り、その上下両面には
錫メッキが施されている。又、この中間チップ３上にボ
ンディングされるレーザチップ４の上下面には金メッキ
が施されている。
次に、ボンディング装置の全体構成を説明する。第２図
〜第４図において、７は、複数のステム１を一列状に保
持したステム集合体６を供給部８と排出部９の間で１ピ
ッチづつ移送する移送装置であり、その途中位置の側部
にステムホルダー10が配置されている。このステムホル
ダー10とステム集合体６の間でステム１を移してステム
ホルダー10上でステム１を位置決めする位置決め装置12
が設けられている。13は、Ｘ−Ｙテーブル14上に設置さ
れたトレー15に多数のレーザチップ４を収容保持させた
レーザチップ供給部であり、16は、Ｘ−Ｙテーブル17上
に設置されたトレー18に多数の中間チップ３を収容保持
させた中間チップ供給部である。
前記中間チップ供給部16と前記ステムホルダー10の間の
中間位置には中間チップ３の位置を移載途中で規正する
中間規正部19が配設されている。20は、中間チップ３の
移載装置であって、この移載装置20が一方の移動端に位
置するときは、その一端20aはトレー18上に位置すると
ともに他端は中間規正部19上に位置し、他方の移動端に
位置したときは一端20aは中間規正部19上に位置し、他
端20bはステムホルダー10に位置決めされたステム１の
ポスト２上に位置するように構成され、この移載装置20
がその両移動端間で往復移動することにより中間チップ
３を中間チップ供給部16から中間規正部19に移載し、中
間規正部19で位置規正された中間チップ３をポスト２上
に供給するように構成されている。
前記位置決め装置12の背後にはレーザチップ装着装置21
が配設されている。このレーザチップ装着装置21は、Ｘ
−Ｙテーブル22上に昇降体23を配設し、この昇降体23に
ステッピングモータ等により正確な回転角で回転可能な
ピックアップ装置24が配設されている。また、前記レー
ザチップ供給部13とステムホルダー10の間にはレーザチ
ップ４の吸着位置を光学的に認識する吸着位置認識装置
25が配設されている。そして、前記Ｘ−Ｙテーブル22及
び昇降体23の動作により、前記トレー15上のレーザチッ
プ４をピックアップ装置24で吸着し、吸着位置認識装置
25で吸着位置を認識し、レーザチップ４の位置補正を行
って中間チップ３上に正確に装着するように構成されて
いる。又、レーザチップ４の積層装着時には、ピックア
ップ装置24の回転によりレーザチップ４の回転姿勢も規
正するように構成されている。なお、トレー15のレーザ
チップ４の取り出し位置の上方にはレーザチップを認識
するチップ認識装置26が配設されている。前記ステムホ
ルダー10の前部両側には、第３図に示すように、ポスト
２を両側から挟持するように一対の電極27a、27bが配設
され、第４図に示すようにボンディング用の通電回路28
に接続されている。
又、ステムホルダー10にて保持されたステム１のポスト
２に供給された中間チップ３を正確に位置決めするため
に、第３図及び第５図に示すように、中間チップ３のチ
ップ押え29と、位置決め板30（第３図では図示省略）
と、この位置決め板30に向かって中間チップ３を押し当
てる押圧片31が設けられている。
前記ピックアップ装置24とステムホルダー10間には、第
６図に示すように、ポスト２上に中間チップ３を介して
積層されたレーザチップ４に通電してレーザ発光させる
直流電源32を切替スイッチ33を介して接続されている。
即ち、レーザチップ４には、ｎ型（エピタキシャル側を
上）とｐ型（エピタキシャル側を下）があり、それぞれ
に対応して印加すべき電圧の正負が逆になるため、切替
スイッチ33にて簡単に切替え得るように構成されてい
る。
前記ステムホルダー10の前部には、第２図では図示を省
略したが、第４図に示すように、レーザチップ４からの
発光出力を検出すべく、太陽電池を用いた発光出力検出
装置34が配設されている。
また、前記ステムホルダー10の前方には、レーザチップ
４からのレーザ光が投射されるスクリーン35と、スクリ
ーン上の像から受光中心を検出する発光中心認識装置36
が配設されている。
これら各装置は、第４図に示すように、CPU37にて第１
図に示すフローチャートに基づいて制御されるように構
成されている。第４図において、38は操作盤、39は吸着
位置認識装置25及びチップ認識装置26からの信号が入力
されるレーザチップ４の認識回路、40は発光中心認識装
置36からの信号が入力される発光中心認識回路、41は前
記直流電源32及び切替スイッチ33を含み、また発光出力
検出装置34からの信号が入力されるレーザ発光回路、42
は各作動装置のドライバー、43、44はモニターテレビで
ある。
次に、第１図、第５図及び第６図を参照しながら動作を
説明する。まず、位置決め装置12にてステム１を移送装
置７からステムホルダー10上に位置決めするとともに一
対の電極27a、27bにてポスト２を挟持する（ステップ
）。また移載装置20にて中間チップ供給部16から中間
チップ３を取り出すとともに中間規正部19にて位置規正
された中間チップ３をポスト２上に供給する（ステップ
、）。その際、中間規正部19が正常に作動せず、中
間チップ３の位置規正が適正でなかった場合、その中間
チップ３を捨てて（ステップ）、トレー18を移動させ
（ステップ）、次の中間チップ３をポスト２上に供給
する（ステップ、）。次に、ポスト２上に供給され
た中間チップ３の位置決めを行う（ステップ）。詳細
には、第５図に示すように、まず工程Ｉにおいてポスト
２の装着面５上に中間チップ３が供給されると、チップ
押え29にて中間チップ３を上から押さえた後移載装置20
を上昇させ、次に工程IIにおいて、中間チップ３の位置
決めを行うべく、位置決め板30を前記ステム１の表面か
ら所定距離のポスト２前方位置に突出させるとともに前
記チップ押え29を上昇させた後、中間チップ３の後端を
押圧片31にて前方に押して中間チップ３の前端を位置決
め板30に当接させ、引き続いて、工程IIIにて前記チッ
プ押え29が下降して位置決めされた中間チップ３を押圧
固定し、その後、工程IVでレーザチップ４が中間チップ
３上の所定位置に正確に供給積層される（ステップ
）。このレーザチップ４の供給に当たっては、レーザ
チップ供給部13のトレー15上のレーザチップ４の中心位
置と傾きをチップ認識装置26にて認識し（ステップ
）、レーザチップ４の中心位置や傾きが著しく適正で
ない場合は、トレー15を移動させ（ステップ）、次に
ピックアップ装置24にてレーザチップ４をピックアップ
し（ステップ）、吸着位置認識装置25にてレーザチッ
プ４の吸着位置を認識し（ステップ）、吸着位置が大
きくずれていたり、吸着失敗のために認識自体が適正で
行えない場合には、そのレーザチップ４を捨てて（ステ
ップ）、次のレーザチップ４を吸着するようにすると
ともに、認識できた場合は、ピックアップ装置24の中心
軸心に対する正確な位置及び中心軸心まわりの回転姿勢
等を検出し、それらの位置ずれ及び姿勢の傾きを補正し
て（ステップ）レーザチップ４を正確に中間チップ３
上の所定位置に積層する（ステップ）。次に、ピック
アップ装置24とステム１間に、第６図に示すように、直
流電源32からの電圧を印加してレーザチップ４を発光さ
せ、発光出力検出装置34にて発光出力が適正がどうかを
判断し、適正でない場合は中間チップ３及びレーザチッ
プ４を捨てる（ステップ、）。適正な場合には、次
に発光中心認識装置36及び発光中心認識回路40にて発光
中心がポスト２の軸心Ｏに対する発光方向θが許容誤差
内であるかどうかを認識し（ステップ）、適正でない
場合はレーザチップ４をピックアップ装置24にて持ち上
げ、レーザチップ４の回転姿勢を補正して（ステップ
）、再び発光中心が適正であるかどうか認識する。適
正でない場合は、上記動作を繰り返し、ｎ０回（通常は
４、５回）繰り返しても適正にならない場合は、そのレ
ーザチップ４及び中間チップ３を捨て（ステップ、
）、次の中間チップ３及びレーザチップ４を積層す
る。レーザチップ４の発光方向が適正であると、ポスト
２を挟持している電極27a、27b間に通電回路28から電圧
を印加してポスト２に通電し、加熱する。すると、ポス
ト２と中間チップ３とレーザチップ４のそれぞれの接合
面では金と錫が接触しているため、290℃で共晶結合を
生じ、これらポスト２と中間チップ３とレーザチップ４
は同時に強固に結合され、一度にボンディングされる
（ステップ）。こうして、１つの半導体レーザのボン
ディングが終了すると、ステム集合体６、トレー18上の
中間チップ３、トレー15上のレーザチップ４がいずれも
存在するかどうか判断し（ステップ）、いずれかを欠
いておれば装置の動作は一旦終了し、いずれも存在して
いると、ステム集合体６内にステム１が存在するかどう
か判断し（ステップ）、ステム１が存在する場合はそ
のまま、また存在しない場合はステム集合体６を供給し
た後（ステップ）、ステム集合体６を１ピッチ送る
（ステップ）。そして、それぞれステップ、、
にそれぞれ戻って、以上の動作を繰り返すことにより、
半導体レーザを順次ボンディングするのである。
なお、上記実施例ではポスト２は銅から成り、中間チッ
プ３はシリコンから成るものを例示したが、これらの材
質は任意に選定可能である。また、中間チップ３やレー
ザチップ４を位置決めして供給する具体的な手順等も種
々変更して実施することが可能である。さらに、中間チ
ップ３を省略してポスト２上に直接レーザチップ４をボ
ンディングしてもよい。本発明は、要するにポストに対
して直接又は中間チップを介してレーザチップを積層状
態で位置決めした状態で、レーザチップを発光させて発
光方向を認識し、発光方向が適正となるようにレーザチ
ップの姿勢を補正した後、レーザチップをボンディング
することをその要旨とするものであり、この要旨に沿っ
て任意の態様で実施することができる。
発明の効果 本発明によればポストや中間チップ等の寸法誤差が累積
したり、中間チップの切断面の垂直度によって誤差を生
じたりすることなく、ステム表面からレーザチップ先端
までの寸法精度が向上するとともに、レーザチップのボ
ンディング前に発光方向を計測してレーザチップの位置
を補正するため、発光方向の誤差を一定の範囲内とした
半導体レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明方法の一実施例のフローチャート、第２
図は本発明の方法に用いる装置の一実施例の全体斜視
図、第３図は同要部の斜視図、第４図は同実施例のブロ
ック図、第５図は中間チップの位置決め工程図、第６図
はレーザ発光時の状態を示す斜視図、第７図は半導体レ
ーザの要部の斜視図、第８図は同寸法関係を示す側面
図、第９図は半導体レーザの発光状態の要部の斜視図、
第10図は従来例の工程図である。 ２……ポスト ３……中間チップ ４……レーザチップ 24……ピックアップ装置（レーザチップ供給手段） 27a……電極（ボンディング手段） 27b……電極（ボンディング手段） 28……通電回路（ボンディング手段） 36……発光中心認識装置（計測手段） 41……レーザ発光回路（レーザ発光手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲斐野 真次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−24941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−12786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−177636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−70592（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ステムから突出したポスト上に、前記ステ
    ムの表面から所定量離れた位置に設けられた位置決め板
    に当接するよう中間チップを載置する工程と、前記中間
    チップから所定量突出するようレーザチップを前記中間
    チップに載置する工程と、前記レーザチップを発光させ
    てその発光方向を計測し、必要に応じて発光方向を補正
    した後、前記ポストと前記中間チップと前記レーザチッ
    プとを同時にボンディングする工程とを備えてなる半導
    体レーザのボンディング方法。
JP61212283A 1986-09-09 1986-09-09 半導体レーザのボンディング方法 Expired - Fee Related JPH0746747B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61212283A JPH0746747B2 (ja) 1986-09-09 1986-09-09 半導体レーザのボンディング方法
EP87113055A EP0259816B1 (en) 1986-09-09 1987-09-07 Method for bonding semiconductor laser element and apparatus therefor
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