JPH0974244A

JPH0974244A - 半導体レーザ素子組立て装置

Info

Publication number: JPH0974244A
Application number: JP22918295A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kimura; 裕治木村; Kinya Atsumi; 欣也渥美; Mitsuo Okumura; 充男奥村; Nobuo Motoda; 信男元田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の１つの凹溝に突起を押し当て位置出しを
行う方法は、基準となる凹溝の幅と切り込み深さが設定
時と同一に形成されていないと、ステム毎に位置のばら
つきが発生し、半導体レーザ素子の実装精度がばらつ
く。また中心の位置出しの治具と垂直・水平位置出し治
具と異なるものは、組立て装置の機械的な再現精度によ
るばらつきが生じる。【解決手段】本発明の半導体レーザ素子組立て装置は、
半導体レーザ素子のステム１の位置出しを、ステム１の
中心点を挟んで対向する外周面に２つ（一対）の位置出
し用のＶ溝６ａ，６ｂを設け、これらのＶ溝６ａ，６ｂ
に、垂直・水平の位置が固定された、先端が円柱状若し
くはＶ溝に合致する形状の位置出し部位を挟み込むこと
により行う。この押し当てにより、一度に垂直・水平・
中心の位置出しが行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
組立て装置に係り、特にダイボンディング及びワイヤー
ボンディングに好適するステムの位置出しの改善に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レーザ素子は、出射する
レーザビームをレンズ等からなる光学系により形状を制
御したり、光ファイバーなどに光を導入するため、出力
の再現性が求められ、その製造工程において、高精度の
実装精度が要求されている。このため、半導体レーザ素
子の部位を装着する時のステムの位置決め（位置出し）
の高精度化が必要となっている。

【０００３】従来、この半導体レーザ素子をダイボンデ
ィングするステムの位置出しは、例えば、特開昭６２−
２６０３８３号公報に記載される図８に示すような素子
のステム２３の周面に位置出しするための凹溝２１が形
成されており、この凹溝２１に山形の突起２２を押し当
て、水平方向の位置出しを行っている。

【０００４】また、例えば特開平４−４６４７５号公報
では、加熱ブロックに位置出し用部位を形成し、この位
置出し用部位でステムの水平出しと、垂直出しを行って
いる。また、中心出しは、加熱ブロックの位置出し用部
位とは別のステムホルダによりステムの周面（外周面）
を利用して行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した特開昭６２−
２６０３８３号公報に記載されるステム２３に設けられ
た１つの凹溝２１に山形の突起２２を押し当てて位置出
しを行う方法では、凹溝２１と山形の突起２２の作製精
度により、位置精度が決まっている。つまり、１つの凹
溝を基準としているため、設計時（若しくは、設定時）
のステムと、位置出しするステムの凹溝の幅と切り込み
深さが一致しなければならない。

【０００６】すなわち、山形の突起を凹溝に押し付けた
際に、その先端部が凹溝の底部分に当接する前若しくは
同時に凹溝の両側端部に当接して止まる凹溝の幅でなけ
ればならない。しかし凹溝が精度良く形成されず、幅が
広すぎた場合には、図９（ａ），（ｂ）に示すように押
し付けた際に、突起が凹溝の底部の同じ位置に当接しな
い場合もあり、ステム毎に垂直・水平・中心点の位置に
ずれを生じる。その結果、半導体レーザ素子毎に実装精
度がばらつくという問題となる。また幅が狭すぎた場合
には予め当接した位置を基準にステムの中心点を設定さ
れたものとすると、図９（ｃ）に示すように隙間分がず
れとして発生し、垂直・水平の位置出しは得られるが、
ステムの中心点が上方にずれることになる。その結果、
同様に半導体レーザ素子毎に実装精度がばらつくという
問題となる。

【０００７】よって、一箇所を基準として、その箇所に
単に押し付けたことで垂直・水平・中心の位置出しを行
うことに問題が発生している。また特開平４−４６４７
５号公報では、中心の位置出しをステムの周面を用い
て、垂直・水平位置出し治具と別の治具により位置出し
を行っているため、組立て装置の機械的な再現精度のば
らつきにより、位置出し精度にばらつきが生じ、その結
果、半導体レーザ素子の実装精度がばらつくという問題
があった。

【０００８】また、ワイヤーボンディングにおいても、
ダイボンディングと同様に、１つの凹溝による位置出し
を行っていたために、ワイヤーボンディングの位置出し
精度がばらつくという問題があった。

【０００９】そこで本発明は、半導体レーザ素子を実装
するステムの垂直・水平・中心の位置出しを同時に高精
度に行い且つ、再現性に優れた半導体レーザ素子組立て
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、半導体レーザの構成部位を装着すべき台座
及び外部と信号を入出力するための導入端子を備える円
板状基部を装填し、前記円板状基部の水平・垂直・中心
点の位置出しを行う半導体レーザ素子組立て装置におい
て、前記円板状基部の中心点を挟み対向する外周面に、
該中心点に向かうように形成された少なくとも一対の位
置出し用Ｖ溝と、予め水平線、垂直線及び、水平・垂直
線が交わる中点の位置が規定され、該水平線で中点に向
かって均等に移動可能で、円柱状若しくは、前記位置出
し用Ｖ溝に合致する形状の一対の位置出し部位とを有
し、前記位置出し部位で位置出し用Ｖ溝を挟み込むこと
により、同時に前記円板状基部の水平、垂直及び中心点
の位置出しを行う半導体レーザ素子組立て装置を提供す
る。

【００１１】または、半導体レーザの構成部位を装着す
べき台座及び、外部と信号を入出力するための導入端子
を備える円板状基部を装填し、前記円板状基部の水平・
垂直・中心点の位置出しを行う半導体レーザ素子組立て
装置において、前記円板状基部の中心点を挟み対向する
外周面に、該中心点に向かうように形成された少なくと
も一対の位置出し用Ｖ溝と、予め水平線、垂直線及び、
水平・垂直線が交わる中点の位置が規定され、該水平線
上で前記位置出し用Ｖ溝に篏合する位置に固定配置され
た、円柱状若しくは、前記位置出し用Ｖ溝に合致する形
状の一対の位置出し部位とを有し、前記位置出し部位に
前記位置出し用Ｖ溝を篏合して、前記円板状基部を嵌め
込むことにより、同時に前記円板状基部の水平、垂直及
び中心点の位置出しを行う半導体レーザ素子組立て装置
を提供する。

【００１２】以上のような構成の半導体レーザ素子組立
て装置は、半導体レーザ素子のステムの位置出しを、ス
テムの中心点を挟んで対向する外周面に２つ（一対）の
位置出し用のＶ溝を設け、これらのＶ溝が、垂直・水平
の位置が固定された、先端が円柱状若しくは、Ｖ溝に合
致する突起を有する位置出し用の部位により挟み込まれ
る若しくは嵌め込まれることにより行なわれる。この場
合に、一度に垂直・水平・中心の位置出しが行なわれ
る。この位置出しによりダイボンディング及びワイヤー
ボンディングの自動化が実現される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。図１には、本発明による第１
実施形態としての半導体レーザ素子の構成を示し説明す
る。

【００１４】図１（ａ）に示す半導体レーザ素子は、ス
テム１の台座２上に半導体レーザ素子の部位（ダイ）３
を実装し、該半導体レーザ素子の部位３の電極等とポス
ト（リード端子）５とをワイヤーボンディングしたワイ
ヤー９で接続し、キャップ４を被せた構成である。

【００１５】前記ステム１には、図１（ｂ）に示すよう
なステムの中心点を点対称とした位置に、すなわち、前
記中心点を挟んで直線的に対向する周面にＶ字の頂点Ａ
が位置し、そのＶ字を二分するように、ステム１の周面
側に広がるように、一対の位置出し用のＶ溝６ａ，６ｂ
を設ける。本実施形態では、位置出し用のＶ溝６ａ，６
ｂは一対となっているが、これに限定されるものではな
く、少なくとも２つ以上であれば、実施可能である。ま
た、スイム１に設けられた凹溝は、位置出しには使用せ
ず、無くてもよい。

【００１６】図２には、前述した位置出し用のＶ溝６
ａ，６ｂを用いたステムの位置出しについて説明する。
前記ステム１に設けられたＶ溝６ａ，６ｂのそれぞれ
に、図２（ａ）に示す円柱７ａ，７ｂ若しくは、図２
（ｂ）に示すＶ溝の形状に合致する断面形状を持つ柱状
８ａ，８ｂの位置出し部位で、それぞれＶ溝を挟み込む
ことにより位置出しを行う。

【００１７】前記円柱７ａ，７ｂ若しくは柱状８ａ，８
ｂの位置出し部位は、押し付けたときにステム１のＶ溝
６ａ，６ｂに基づく水平線が位置出し用の治具の水平線
と一致して、水平出しができるように、Ｖ溝の水平線に
沿った同一直線上を移動するように設ける。ステム１の
水平線が求められることにより、該水平線に対する垂直
線を求めることができる。このように位置出し部位を配
置することにより、水平出しと垂直出しが同時に行われ
る。

【００１８】さらに、２つの位置出し部位が同時に移動
して停止した位置の中点がステムの中心点と一致するた
め、同時に、垂直・水平・中心の位置出しが行われるこ
とになる。

【００１９】次に本発明による第２実施形態について説
明する。前述した第１実施形態では、位置出し部位でス
テム１を挟み込んだが、逆に、図３に示すように固定し
た位置出し部位１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを用い
てステム１を嵌め込んでもよい。この場合には、位置出
し部位にステム１を嵌め易いように、位置出し部位の先
端部を細くして篏合し易くしても良く、また円柱形状を
円錐形状にしてもよい。

【００２０】図４には、前述した固定型の位置出し部位
をヒータブロックに装備してステムの位置出しを行い、
ダイボンディングする工程について概念的に示し説明す
る。まず、図４（ａ）に示すように、一般的に使用され
るステムホルダ１１にステム１を装填し、ヒータブロッ
ク１２に押し当てる。その時に、図４（ｂ），（ｃ）に
示すように、前記ステム１のＶ溝６ａ，６ｂを位置出し
部位１３ａ，１３ｂに合致させて嵌め込む。前記ステム
１が位置出し部位１４ａ，１４ｂに嵌め込まれることに
より、垂直・水平・中心の位置出しが行なわれる。

【００２１】そして図４（ｄ）に示すように、嵌め込ま
れ、ステムホルダ１１により押し付けられた状態のステ
ム１の台座２上に、接合材及び半導体レーザ素子（ダ
イ）を載置し、台座２をヒータブロック１２で加熱し
て、ダイを台座２に接合する。その後、図４（ｅ）に示
すようにステムホルダ１１を引き離し、ステム１を離脱
させる。前記台座は、例えば銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）等
からなり、これらの表面には、金等の導電率の高い金属
を用いた薄膜を、メッキ、蒸着若しくは、スパッタリン
グなどにより形成する。このダイは、位置出しされたス
テムの台座の所望位置に真空ピンセットを用いて載置す
る。この真空ピンセットはヒータ加熱時に加圧部として
兼ねており、位置精度を出し易い。

【００２２】台座の所望位置に載置したダイがずれない
ように加圧し、半田層を溶かして接着させるためにヒー
タブロックの加熱を行う。半田がとける温度になってか
ら数秒から数分は、その状態を維持した後、冷却を行
う。半田は、半田の成形ペレットまたは、半導体レーザ
素子の接合部に蒸着やスパッタリング等により薄膜を設
ける方法がある。また、ここでは１つのダイの実装につ
いてのみ説明したが、台座に実装されるダイは、１つに
限定されるものでない。

【００２３】ダイボンディングを行った後には、半導体
レーザ素子と電気的にコンタクトをとるために上部電極
とステムとを金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等からなるワイ
ヤでボンディングする。この時、ステムの位置出しに
は、位置出し用のＶ溝を利用する。

【００２４】以上説明した図４に示した固定型の位置出
し部位を用いた具体例について説明するまず、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
系半導体レーザ素子を形成しダイとして分割し、そのダ
イをステムに実装する。このダイのサイズは、５００×
８００×１１０μｍとした。このダイに金メッキを施し
た後、銅製台座上に載置し、加熱温度３６０℃、加圧荷
重５０ｇで実装を行った。この時、ステムの位置出しに
は、ヒータブロック上に設けた固定型の円柱状の位置出
し部位にＶ溝を合わせ、ステムを固定の円柱状の位置出
し部位へ押し当てて行った。次に上部電極とステムとを
Ａｕのワイヤでボンディングした。この時のステムの位
置出しには、ヒータブロック上に設けた固定型の円柱状
の位置出し部位にＶ溝を合わせ、ステムを固定の円柱状
の位置出し部位へ押し当てて行った。

【００２５】この方法により、半導体レーザ素子を３０
個実装し、位置精度を測定したところすべての素子が中
心点に対して、±５μｍ以内の精度に入っていた。次
に、図５，図６には可動型の位置出し部位をヒータブロ
ックに設けた例を示す。

【００２６】前述した可動型の位置出し部位を用いて、
ステムのＶ溝を挟み込むことにより位置出しを行い、図
５に示すダイボンディング及び図６に示すワイヤーボン
ディングを行う。このように２つのＶ溝に位置出し部位
を挟み込むため、一度に垂直・水平・中心の位置出しが
精度良く行われ、効率的に半導体レーザ素子を実装でき
るものである。

【００２７】このような可動型の位置出し部位を用いた
実装の具体例について説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ基
板上に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を
形成し、ダイ（半導体レーザチップ）に分割する。そし
て、図５に示すヒータブロック上に設けた可動型の円柱
状の位置出し部位で、ステムのＶ溝を挟み込み、ステム
の位置出しを行う。そして、ｎ型電極側を台座に半田付
けを行う。半田としては、Ａｕ−Ｓｎ半田を用いた。前
記ダイのサイズは、５００×８００×１１０μｍとす
る。このダイに金メッキを施した後、銅製台座上に載置
し、加熱温度３４０℃、加圧荷重３０ｇで実装を行っ
た。

【００２８】次に図６に示すように、同様に位置出した
ステムの台座上に実装されたダイの上部電極とステムの
ポストとをＡｕのワイヤでボンディング接続する。この
方法を用いて、３０個の半導体レーザ素子を実装し、位
置精度を測定したところ、すべてのダイの中心点の実装
位置が中心点に対して、±３μｍ以内の精度に入ってい
た。

【００２９】次に第３実施形態について説明する。前述
した第１，第２実施形態では、ステムにＶ溝を設けて、
位置出しを行っていたが、本実施形態では、ステムに孔
（貫通孔、有底孔）を形成して、位置出しを行うもので
ある。

【００３０】図７（ａ）に示すように、前述したＶ溝と
同様に、ステム２１の中心点を通り、その中心点を点対
称とした位置に、図７（ｂ）に示すような少なくとも一
対の貫通する孔２２ａを形成する。この貫通孔２２ａ
は、ヒータブロック２３に押し付ける側の径が、ステム
ホルダに接する側の径より小さくなるように円錐状に形
成する。

【００３１】またステム２１の同様な位置に、図７
（ｃ）に示すようなステム２１の反対面側まで貫通しな
い円錐状の孔（有底孔）２２ｂを形成する。また、この
ようなステム２１を固定するヒータブロック２３には、
バネ等の比較的熱により弾力性が変わりにくい弾性体２
４を埋め込み、ステム２１の孔２２と合致し且つ、水平
出しできるような位置に一対の円錐状の突起２５を設け
る。この突起は弾性体により、ステム２１が押し付けら
れた場合には、内部側に動き、押し付けがなくなると元
の状態に復帰する。また、上記突起はステムに形成した
円錐よりも、鋭角であることが望ましい。

【００３２】このような構成により、孔２２を形成され
たステム２１をステムホルダに装着し、ヒータブロック
２３にステム２１を僅かに押し付けつつ、ステム２１を
移動させる。孔２２に突起２５が入り込むと、ステム２
１は動かなくなるので、その状態でステムホルダにより
ステム２１をヒータブロック２３に押し付けるものであ
る。

【００３３】以上説明したように実施形態の半導体レー
ザ素子組立て装置によれば、半導体レーザ素子のステム
の位置出しをステムの周面に位置出し用のＶ溝や孔を少
なくとも一対設け、これらのＶ溝若しくは孔を予め垂直
・水平が定められた位置出し部位で挟み込む若しくは嵌
め込むことにより、ステムの位置出しを行う。この場合
に、２つのＶ溝を位置出し部位で挟むため、一度に垂直
・水平・中心の位置出しを行うことができる。従って、
ステムの位置出しを所定の位置出し部位を用いているた
め、高精度で且つ再現性良く素子の実装が可能となる。

【００３４】また、高精度に位置出しを行っているた
め、ダイボンディングや半導体レーザ素子（ダイ）とス
テムのポストとの電気的コンタクトをとるワイヤーボン
ディングが高精度で、且つ再現性よく実施される。さら
には、ダイボンディング及びワイヤーボンディングの自
動化が実現できる。

【００３５】尚、本実施形態では、ステムの中心点を通
り、その中心点を点対称とした位置に、一対のＶ溝若し
くは孔を形成して説明したが、予め水平線や中心点の位
置出しができるように、Ｖ溝若しくは孔を設ければ、
３，５，…の奇数形成してもよい。またその際にヒータ
ブロックに設ける位置出し部位や突起も同様に水平線や
中心点がステムの水平線や中心点に合致するように設定
する。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
導体レーザ素子を実装するステムの垂直・水平・中心の
位置出しを同時に高精度に行い且つ、再現性に優れた半
導体レーザ素子組立て装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態としての半導体レーザ素
子の構成を示す図である。

【図２】図１に示した位置出し用のＶ溝とステムの可動
型の位置出し部位による位置出しについて説明するため
の図である。

【図３】図１に示した位置出し用のＶ溝とステムの固定
型の位置出し部位による位置出しについて説明するため
の図である。

【図４】ヒータブロックに設けられた固定型の位置出し
部位によりステムの位置出し及びダイボンディングにつ
いて説明するための図である。

【図５】ヒータブロックに設けられた可動型の位置出し
部位によるステムの位置出し及びダイボンディングにつ
いて説明するための図である。

【図６】ヒータブロックに設けられた可動型の位置出し
部位によるステムの位置出し及びワイヤーボンディング
について説明するための図である。

【図７】ステムに形成した孔による位置出しを説明する
ための構成を示す図である。

【図８】従来の１つの凹溝に突起を押し当てて位置出し
を実施する構成例を示す図である。

【図９】１つの凹溝に突起を押し当てて位置出しする従
来例の問題を説明するための図である。

【符号の説明】

１…ステム、２…台座、３…半導体レーザ素子の部位
（ダイ）、４…キャップ、５…リード線、６ａ，６ｂ…
位置出し用のＶ溝、７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，１３ａ，
１３ｂ…位置出し部位、９…ワイヤー、１１…ステムホ
ルダ、１２…ヒータブロック。

フロントページの続き (72)発明者元田信男愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの構成部位を装着すべき台
座及び外部と信号を入出力するための導入端子を備える
円板状基部を装填し、前記円板状基部の水平・垂直・中
心点の位置出しを行う半導体レーザ素子組立て装置にお
いて、前記円板状基部の中心点を挟み対向する外周面に、該中
心点に向かうように形成された少なくとも一対の位置出
し用Ｖ溝と、予め水平線、垂直線及び、水平・垂直線が交わる中点の
位置が規定され、該水平線上で中点に向かって均等に移
動可能で、円柱状若しくは、前記位置出し用Ｖ溝に合致
する形状の一対の位置出し部位とを具備し、前記位置出し部位で位置出し用Ｖ溝を挟み込むことによ
り、同時に前記円板状基部の水平、垂直及び中心点の位
置出しを行うことを特徴とする半導体レーザ素子組立て
装置。
【請求項２】半導体レーザの構成部位を装着すべき台
座及び、外部と信号を入出力するための導入端子を備え
る円板状基部を装填し、前記円板状基部の水平・垂直・
中心点の位置出しを行う半導体レーザ素子組立て装置に
おいて、前記円板状基部の中心点を挟み対向する外周面に、該中
心点に向かうように形成された少なくとも一対の位置出
し用Ｖ溝と、予め水平線、垂直線及び、水平・垂直線が交わる中点の
位置が規定され、該水平線上で前記位置出し用Ｖ溝に篏
合する位置に固定配置された、円柱状若しくは、前記位
置出し用Ｖ溝に合致する形状の一対の位置出し部位とを
具備し、前記位置出し部位に前記位置出し用Ｖ溝を篏合して、前
記円板状基部を嵌め込むことにより、同時に前記円板状
基部の水平、垂直及び中心点の位置出しを行うことを特
徴とする半導体レーザ素子組立て装置。
【請求項３】前記位置出し部位が設けられ、前記円板
状基部の台座を加熱するためのヒータ手段をさらに具備
し、位置出しされた円板状基部の台座を加熱し、半導体レー
ザの構成部位をダイボンディングすることを特徴とする
請求項１，若しくは請求項２記載の半導体レーザ素子組
立て装置。