JPS6245136A - 支持治具およびこの支持治具を組み込んだワイヤボンデイング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は支持治具、特に半導体レーザ装置組立における
レーザチップおよび受光素子と、リードとをワイヤで接
続する際使用する支持治具および支持治具を組み込んだ
ワイヤボンディング装ｆｆに関する。

〔背景技術〕

光通信用光源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク等の情報処理装置用光源として、各種構
造の半導体レーザ素子が開発されている。たとえば、デ
ィジタルオーディオディスク、ビデオディスク等の情報
処理装置用光源として、たとえば、日経マグロウヒル社
発行［日経エレクトロニクスＪ　１９８１年９月１４日
号、Ｐ１３８〜Ｐ１５２に記載されているような半導体
レーザが知られている。

一般に、この種の半導体レーザ装置は、ステムの主面中
央に設けたヒートブロックにサブマウントを介して半導
体レーザ素子（レーザチップ）を固定するとともに、ス
テムの主面に取り付けられた受光素子でレーザ光の光強
度をモニタするようになっている。また、使用に供され
るレーザ光は前記ステム主面に取り付けられたキャップ
の天井部分の透明体を嵌め込んだ窓からパッケージ外に
発光するようになっている。

ところで、このような構造の半導体レーザ装置は、前記
ステムを貫通するリード先端と、レーザチップおよび受
光素子の電極とをワイヤで接続する場合、前記受光素子
がステム主面に固定されているのに対して、レーザチッ
プはステム主面に固定されたヒートブロックの一側面側
に固定されているため、各ワイヤボンディング箇所にお
けるワイヤの圧着方向が異なり、ワイヤボンディングに
際しては、その都度ステムの姿勢を変える必要が生じ、
ワイヤボンディングの組立の自動化が図り難くかつ生産
性が低い。また、前記受光素子の受光面で反射したレー
ザ光が、キャップの窓から出射して起こす遠視野像の乱
れを防止する技術として、ステムに受光素子を傾斜させ
て固定し、受光面で反射したレーザ光が前記キャップの
窓に到達させないようにした技術が開発（特願昭５５−
１４８４８３号公報記載の技術）されている。

このような受光素子をステムに傾斜させた構造の半導体
レーザ装置は、受光素子の電極にワイヤボンディングを
行う場合、ステムの姿勢を変えてやる必要が新たに生じ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ワイヤボンディング時に被処理物の姿
勢を自動的に変えてワイヤボンディングが行えるワイヤ
ボンディング装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ワイヤボンディング精度が高いワ
イヤボンディングを提供することにある。

本発明の他の目的は製造コスト低減が達成できるワイヤ
ボンディング装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、被処理物の着脱が容易な被処理物
を並べて支持する支持治具を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明によれば、ワイヤボンディング装置は
ステージが首振り可能な構造となっているため、ステー
ジにクランプされたステムを保持する支持治具は、ワイ
ヤボンディング時にあらかじめ設定された姿勢に自動的
に修正されることから、連続してワイヤボンディングを
行うことができ、作業性の向上が達成できるとともに、
高精度なワイヤボンディングが達成できる。また、前記
支持治具にあっては、ステムは一列に並んだ収容孔から
なる収容部に挿入されるとともに、この収容孔の近傍に
埋め込まれた永久磁石による磁力によって保持される構
造となっているため高精度なステムの保持が可能となる
とともに、ステムの着脱が容易となり、作業性が向上す
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による支持治具の分解斜視図
、第２図は同じく一部が切り欠かれた半導体レーザ装置
を示す斜視図、第３図は同じく支持治具を示す斜視図、
第４図は同じく一部の拡大断面図、第５図は同じ（支持
治具と半導体レーザ装置ステム等との位置関係を示す概
念的平面図、第６図は本発明によるワイヤボンディング
装置を示す模式的な平面図、第７図は同じくワイヤボン
ディング状態を示す断面図である。

この実施例ではコンパクトディスク用光源となる半導体
レーザ装置に本発明を適用した例を示す。

半導体レーザ装置は第２図に示されるように、それぞれ
アセンブリの主体部品となる板状のステム１およびこの
ステム１の主面側に気密固定されたキャップ２とからな
っている。前記ステム１は数ｍｍの厚さの円形の金属板
となっていて、その主面（上面）の中央部には銅製のヒ
ートブロック３が鑞材等で固定されている。このヒート
ブロック３の側面にはサブマウント４を介して半導体レ
ーザ素子（レーザチップ）５が固定されている。前記レ
ーザチップ５は、たとえば、幅が４００μｍ。

長さが３００μｍ、高さが１００μｍとなっていて、レ
ーザ光６を発光する共振器は、レーザチップ４の表面か
ら３〜５μｍ程度の深さに位置している。

一方、前記ステム１の主面にはレーザチップ５の下端か
ら発光されるレーザ光６を受光し、レーザ光６の光出力
をモニターする受光素子７が固定されている。この受光
素子７はステム１の主面に設けられた傾斜面、たとえば
、７度の角度を有する傾斜面８に図示しない接合材を介
して固定されている。これは、レーザチップ５から発光
されたレーザ光６の受光素子７の受光面における反射光
が、後述するキャンプの窓内に入らないようにすること
によって、遠視野像の乱れを生じさせなくするためであ
る。

他方、前記ステム１には３本のり一ド９が固定されてい
る。１本のり一ド９はステム１の裏面に電気的および機
械的に固定され、他の２本のり−ド９はステム１を貫通
し、かつガラスのような絶縁体１０を介してステムｌに
対し電気的に絶縁されて固定されている。前記ステム１
の主面に突出する２本のり−ド９の上端はそれぞれワイ
ヤ１１を介してレーザチップ５および受光素子７の各電
極に接続されている。

また、前記ステム１の主面には窓１２を有する金属製の
キャップ２が気密的に固定され、レーザチップ５および
ヒートブロック３を封止している。

前記窓１２はキャンプ２の天井部に設けた円形孔を透明
なガラス板１３で気密的に塞ぐことによって形成されて
いる。したがって、レーザチップ５の上端から出射した
レーザ光６は、この透明なガラス板１３を透過してステ
ム１とキャンプ２とによって形成されたパッケージ外に
放射される。

なお、前記ステム１の外周部分には、相互に対峙して設
けられる一対のＶ字状切欠部１４と、矩形状切欠部１５
が設けられ、組立時の位置決めに使用されるようになっ
ている。

このような半導体レーザ装置は、前述のようなワイヤボ
ンディング状態からして、ワイヤボンディング時は、そ
れぞれステム１の姿勢を変化させる必要に迫られる。す
なわち、レーザ光６にワイヤを接続する際は、ステムｌ
の主面を７°傾斜させるとともに、このレーザ光６から
延在するワイヤ１１を一方のリード９の上端に接続する
際は、再びステムｌを水平に戻す必要がある。また、ワ
イヤ１１の一端をレーザチップ５の電極に接続する際は
、ステム１を９０°傾斜（首振り）させて行い、この状
態で前記レーザチップ５から延在するワイヤ１１の他端
側を他方のり一ド９の一側面に接続する。

つぎに、このようなステムの姿勢を変化させながらワイ
ヤボンディングを行うワイヤボンディング装置について
説明する。

ワイヤボンディング装置は、その概要を第６図に示され
るように、ローダ部のカートリッジ１６からブツシャ１
７によって一枚ずつ搬送路１８に送り出されたフレーム
状の支持治具１９に対して、ワイヤポンディングを行う
ようになっている。前記搬送路１８上に送り出された支
持治具１９は、移送機構２０の複数の爪２１に引っ掛け
られてステージ２２上に間欠移送される。このステージ
２２では、支持治具１９に定間隔に装着されたステム１
のすべてに対してワイヤポンディングが行われる。この
ワイヤポンディングは、前記ステージ２２の上方にアー
ム２３の先端のボンディングヘッド２４を臨ませるワイ
ヤボンディング機構２５によって行われる。また、すべ
てのステム１に対してワイヤポンディングが行われた支
持治具１９は、前記移送機構２０によってアンローダ用
搬送路２６上に運ばれる。このアンローダ用搬送路２６
には空気噴射孔２７が数列に亘って複数配設されていて
、空気圧によって前記支持治具１９をアンローダ部のカ
ートリッジ２８内に送り込むエアベアリングを構成して
いる。

前記支持治具１９は、第１図および第２図に示されるよ
うに、短冊状の金属製のフレーム２９と、このフレーム
２９の中央に沿って定間隔に穿たれた取付孔３０に挿嵌
された保持部３１とからなっている。前記保持部３１は
、第１図および第４図に示されるように、段付軸状円板
からなり、その下部の小径部３２が前記取付孔３０内に
挿入される。また、前記取付孔３０は半円形状の孔とな
るとともに、前記小径部３２の断面形状も−これに対応
した形となっていて、小径部３２を取付孔３０に挿入し
た場合、小径部３２は回転せず、小径部３２は高精度に
位置決めがなされるようになっている。また、前記取付
孔３０から下方に突出した小径部３２部分はＥ型止め輸
３３が取り付けられ、フレーム２９に保持部３１を固定
するようになっている。

一方前記保持部３１には三角形状の収容部３４が配設さ
れている。この収容部３４は、第５図に示されるように
、前記３本のステム１の配置形状に対応している。した
がって、この収容部３４に前記ステム１の３本のり一ド
９を挿入すると、各リード９は三角形状の収容部３４の
各頂点に位置するため、ステムｌは高精度に保持部３１
、すなわちフレーム２９に位置決めされる。この位置決
めの再現性は高い。また、前記収容部３４の近傍の保持
部３１部分には永久磁石３５　（希土類永久磁石）が嵌
合されている。したがって、収容部３４にリード９を挿
入しかつステムｌの裏面が保持部３１上に載るステム１
は、前記永久磁石３５の磁力によって保持部３１に固定
される。この永久磁石３５の磁力は強く、第７図に示さ
れるように、ステージ２２が９０’首振りを行い、ステ
ム１が垂直方向に延在する姿勢となった場合でも保持部
３１に対してその位置が変わったり、あるいは脱落した
りしない。また、前記永久磁石３５の磁力によって保持
部３１に固定されているステム１は、人手によりあるい
は自動機によって、ステム１等を損傷させることなくか
つ簡単に引き抜（ことができる。なお、前記フレーム２
９の両側部分には、前記取付孔３０に対応してガイド孔
３６が設けられている。このガイド孔３６は前記ワイヤ
ボンディング機構２５における搬送路１８およびステー
ジ２２上を移動する際の送りおよび位置決め用のガイド
孔として使用される。

つぎに、このようなワイヤボンディング装置でワイヤボ
ンディングを行う状態について説明する。

第７図に示されるように、ステージ２２は軸３７を中心
に首振（回動）制御される。そこで、最初にステージ２
２を左に７°回動（首振）させて、ステージ２２上に支
持治具１９を介して支持されるステム１の主面に固定さ
れた受光素子７の図示しない電極に、ワイヤボンディン
グ機構２５のボンディングヘッド２４に配設されたボン
ディングツール（キャピラリ）３８を降下させてワイヤ
１１の先端を熱圧着によって接続する。その後、矢印３
９で示されるように、前記ボンディングツール３８はそ
の先端（下端）からワイヤ１１を繰り出しながら移動す
る。この間、前記ステージ２２は右に７°回動させられ
るため、ボンディングツール３８の降下方向が前記ステ
ム１の主面上に突出するり一ド９の上端面に対して垂直
となるように自動的に操作される。その後、ワイヤ１１
の他部は、リード９の上端に熱圧着で固定されるととも
に、ワイヤ１１はクランプされて引っ張られるため、ワ
イヤ１１は接合部の付は根で破断する。

この結果、す・−ド９と受光素子７とのワイヤ張りが終
了する。

つぎに、前記ステージ２２は９０’左に回動（首振）制
御される。この状態では、第７図の二点鎖線に示される
ように、レーザチップ５の図示しない電極面と、ステム
１の主面側に突出するり一ド９の先端部分の側面とは、
それぞれ水平状態となっている。そこで、前記ボンディ
ングツール３８によってワイヤ１１の先端をレーザチッ
プ５の電極に熱圧着で接続するとともに、矢印４０で示
されるように、ボンディングツール３８を移動させ、ワ
イヤ１１の他部をリード９の先端側面に接続し、レーザ
チップ５とリード９との間のワイヤ張りを終了する。

このようにして、支持治具１９に永久磁石３５の磁力で
吸着され、かつ収容部３４で位置決めされたステム１は
、順次自動的にワイヤボンディングされる。

〔効果〕

（１）本発明の支持治具は、ステムから突出するリード
を収容孔に挿入しかつステムを永久磁石で吸着する構造
となっていることから、挿脱が極めて容易であるという
効果が得られる。

（２）本発明の支持治具は、収容孔でステムの位置決め
を行う構造となっていることから、ステムから突出する
リード部分を収容孔に挿入するだけでステムの位置精度
が高精度に決まるという効果が得られる。

（３）本発明のワイヤボンディング装置は、上記（２）
のような支持治具をそのステージ上載せ、かつワイヤボ
ンディング毎にステージの姿勢を制御してワイヤボンデ
ィングを行うようになっているため、ボンディング姿勢
が相互に異なっても高精度のワイヤボンディングが行え
るという効果が得られる。

（４）本発明のワイヤボンディング装置は、フレーム状
の支持治具を用いて単品となるステムを連続的に間欠送
りしながらボンディングツールが位置するステージ上に
送り込んでワイヤボンディングを行なうようになってい
るとともに、各動作はすべて自動化が図られていること
から、生産性向上が達成できるという効果が得られる。

（５）本発明において、支持治具における保持部を各ワ
ークに対応する構造とするとともに、フレームを常に同
一形状とすれば支持治具の共用化が図れる。この結果、
設備の標準化が達成できるという効果が得られる。

（６）上記（１１〜（５）により、本発明によれば、ワ
イヤボンディングの自動化が図り難い半導体レーザ装置
のワイヤボンディングにおいて、ステムを一連にかつ高
精度に連設できる支持治具の採用、ステージの首振化に
よって、高精度なワイヤボンディングによる歩留り向上
、自動化による生産性向上から、半導体レーザ装置の製
造コスト低減が達成できるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、保持部はフレ
ームにスポット溶接等で溶接する構造であっても前記実
施例同様な効果が得られる。また、第８図に示されるよ
うに、フレーム２９をプレスで成形して収容部３４を設
けるとともに、その成形部分に永久磁石３５　（希土類
永久磁石）を固定する構造とすれば、前記実施例同様な
効果が得られるとともに、支持治具の製造コスト低減が
図れる。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体レーザ装置に
おけるワイヤボンディング技術に適用した場合について
説明したが、本発明はそれに限定されるものではない。

少なくとも本発明は物品を物品に接読する技術には適用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による支持治具の分解斜視図
、 第２図は同じく一部が切り欠かれた半導体レーザ装置を
示す斜視図、 第３図は同じく支持治具を示す斜視図、第４図は同じ（
一部の拡大断面図、 第５図は同じ（支持治具と半導体レーザ装置ステム等と
の位置関係を示す概念的平面図、第６図は本発明による
ワイヤボンディング装置を示す模式的な平面図、 第７図は同じくワイヤボンディング状態を示す断面図、 第８図は本発明の他の実施例による支持治具を示す断面
図である。 １・・・ステム、２・・・キャップ、３・・・ヒートブ
ロック、４・・・サブマウント、５・・・半導体レーザ
素子（レーザチップ）、６・・・レーザ光、７・・・受
光素子、８・・・傾斜面、９・・・リード、１０・・・
絶縁体、１１・・・ワイヤ、１２・・・窓、１３・・・
ガラス板、１４・・・Ｖ字状切欠部、１５・・・矩形状
切欠部、１６・・・カートリッジ、１７・・・ブツシャ
、１８・・・搬送路、１９・・・支持治具、２０・・・
移送機構、２１・・・爪、２２・・・ステージ、２３・
・・アーム、２４・・・ボンディングヘンド、２５・・
・ワイヤボンディング機構、２６・・・アンローダ用搬
送路、２７・・・空気噴射孔、２８・・・カートリッジ
、２９・・・フレーム、３０・・・取付孔、３１・・・
保持部、３２・・・小径部、３３・・・Ｅ型止め輪、３
４・・・収容部、３５・・・永久磁石（希土類永久磁石
）、３６・・・ガイド孔、３７・・・軸、３８・・・ボ
ンディングツール（キャビラ’Ｊ）、３９゜４０・・・
矢印。 代理人　弁理士　小川勝馬　、・ ′（ 第　　３　　図 １１ｅｌｅ７Ｌｃｙ　　（ＨＮ３） 第　　４　　　ＦＡ ｔｔ力＝、＝　　　（イＨｚ） 第　　５　　図 ＩＩｏ−ｐｃ　／−２（ｂυ 第　　６　　図 ムｐｃ　Ｉ　　　　　　Ｃリ ジ第　７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理物を位置決め収容する収容部と、前記被処理
   物を前記収容部に磁力で吸着するように配設された永久
   磁石とからなる保持部を少なくとも１つ有することを特
   徴とする支持治具。 ２、前記保持部は短冊状フレームの長手方向に沿って定
   間隔に配設されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の支持治具。 ３、フレームに定間隔に配設された被処理物を位置決め
   収容する収容部と、前記被処理物を磁力で吸着するよう
   に各収容部に対峙配設された永久磁石と、からなる支持
   治具を支持するステージと、このステージ上方にワイヤ
   ボンディングヘッドを臨ませるワイヤボンディング装置
   と、を有することを特徴とするワイヤボンディング装置
   。 ４、前記ステージは前記支持治具の移送方向に直交する
   面に沿って回動制御されるようになっていることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載のワイヤボンディング
   装置。