(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
片持ち梁を有するワークの前記片持ち梁と接合物とを接合させる接合方法であって、
中心線を中心に回転可能に支持された取付部に対して前記ワークを固定するステップと、
前記片持ち梁と前記接合物とを接合させる接合ツールをそれらの接合部分に押し当てるステップと、を含み、
前記ワークを固定するステップにおいて、前記ワークは、前記中心線から離れた位置で保持されるとともに、前記片持ち梁と前記接合物との接合部分が前記中心線の一部と一致し、前記片持ち梁が前記取付部の回転方向と平行な方向に延びるように配置されることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記取付部の回転を禁止するステップと、
前記取付部の回転が禁止された状態で、前記ワークのうち前記中心線から離れた部分に前記接合物の一部を押し当てて接合させるステップと、
前記取付部の回転を許可するステップと、をさらに含み、
前記取付部の回転が許可された状態で、前記片持ち梁と前記接合物との接合が行われることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
片持ち梁を有するワークが固定される取付部と、
中心線を中心に前記取付部を回転可能に支持する回転部と、
前記ワークの片持ち梁に押し当てられて、前記片持ち梁に接合物を接合させる接合ツールと、を備え、
前記取付部は、前記片持ち梁と前記接合物との接合部分を前記中心線の一部と一致させるように前記中心線から離れた位置で前記ワークを保持することを特徴とする接合装置。
【請求項４】
前記取付部の回転が許可された状態と禁止された状態とに切り替える回転切替部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の接合装置。
【請求項５】
前記回転部は、基盤部と前記基盤部上に載置された摺動部とを有して構成され、
前記基盤部の天面は、前記中心線を中心とする円弧状の凹形状に形成され、
前記摺動部の底面は、前記凹形状に嵌まる凸形状に形成され、
前記摺動部の凸形状が前記基盤部の凹形状に嵌め合わされ、前記摺動部が前記基盤部上を摺動することで前記取付部が回転することを特徴とする請求項３または４に記載の接合装置。
【請求項６】
前記接合ツールは、前記片持ち梁上に前記接合物を供給する機能を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片持ち梁を有するワークの梁部分に金属リボン等を接合する接合方法および接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属ワイヤーや金属リボンは、半導体に設けた電極部などの駆動回路等の電気的接続を得ることを目的として一般的に使用されている。特に、パワー半導体デバイスや光学素子などの高い電流を必要とする機器および素子に対しては、金属リボンが多用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されているＣＡＮパッケージレーザモジュールでは、ステムに固定されたブロック上に配置したＬＤを駆動させるために、外部回路と接続するリードピンとＬＤとを金属リボンを用いて電気的に接続している。
【０００４】
上記のリボンを接合するために一般的に用いられる固相接合プロセスは、リボンと被接合物を重ねた箇所を接合ツールで加圧することで、被接合面をそれぞれ接触・変形させ、加熱や超音波振動を加えることで被接合物同士の接合を得るものである。
【０００５】
なお、信頼性の要求される製品等に対するリボン接合は、その接合強度の確保が必要不可欠であり、接合を行うツール先端形状の工夫や、温度・荷重・超音波パラメータ等の接合プロセスの最適化について種々の提案がなされている。
【０００６】
しかし、リボンおよび被接合物、並びに接合ツール（以下、単にツールと呼ぶ）との接触状況が良好でなければ、上記のツール先端形状や接合プロセスを工夫したとしても、十分な強度が得ることが難しい。したがって、片当たりを抑えた状態で、リボンおよび被接合物にツールを押し当てるために、ワークの被接合面とリボンとツール先端面とが平行になるようにしなければならない。
【０００７】
例えば特許文献２では、ワーク設置台の下面外周部が球状に加工された球面状基部外周部をローラーにて支持した接合装置が開示されている。ステージ中心に配置されたワークに対して、球面状基部の曲率中心に向けてステージ上部からツールで加圧を行うと、ローラーが回転しながら曲率中心を中心にステージが倣う。
【０００８】
その結果、ワークがツール先端の形状に倣い、被接合物同士間で良好な接触を得るようにしている。なお、球面状基部の曲率中心は、載置台上面側でステージ中心を通る垂直方向の線上に位置する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１６１３４号
【特許文献２】特開２００９−２１２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示された接合装置の倣い機構は、倣い動作の回転中心が戴置台上面とほぼ一致する箇所にある。また、被接合物は上記の中心を含む位置に配置する必要がある。そのため、特許文献１に記載のＣＡＮパッケージレーザモジュールのように、片持ち梁を有するワークに対しては、ワークの最下点から離れた梁部分（接合部分）とリボンとを良好に接触させてリボン接合を行うことが難しい。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、片持ち梁を有するワークの梁部分とリボンとを良好な接触状態で接合させることのできる接合方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、片持ち梁を有するワークの片持ち梁と接合物とを接合させる接合方法であって、中心線を中心に回転可能に支持された取付部に対してワークを固定するステップと、片持ち梁と接合物とを接合させる接合ツールを接合部分に押し当てるステップと、を含み、ワークを固定するステップにおいて、ワークは、中心線から離れた位置で保持されるとともに、片持ち梁と接合物との接合部分が中心線の一部と一致し、片持ち梁が取付部の回転方向と平行な方向に延びるように配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
取付部の回転中心が接合部分と一致するので、接合ツールを片持ち梁に押し当てた際に、ツール先端角度に対して片持ち梁や接合物が平行になるように取付部が倣うので、接合ツールに対する片持ち梁や接合物の片当たりを抑えることができる。これにより、良好な接触状態で、片持ち梁と接合物とを接合させやすくなる。
【００１４】
また、中心線から離れた位置でワークを保持するので、片持ち梁を保持するワークであっても、接合物としてのリボンと片持ち梁部分とを良好な接触状態で接合させることができる。
【００１５】
また、接合ツールを押し当てた際の加圧力による梁の撓みに応じて、取付部が回転するので、梁の撓みを防止する受けが不要であり、ワークを構成する片持ち梁およびその他部品との間隔が小さい小型のワークでのリボン接合が可能となる。そして、梁から外部への熱伝導を減らすことができるため、熱圧着ではツール温度を抑えた上で、短時間での接合が達成しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる接合装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す接合装置を概略的に示す側面図である。
【図３】図３は、図１に示す接合装置の動作を概略的に示す側面図である。
【図４】図４は、ワークの斜視図である。
【図５】図５は、図１に示す接合装置を用いたリボン接合の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる接合装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図７】図７は、図６に示す接合装置を用いたリボン接合の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態にかかる接合方法および接合装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる接合装置の一例を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す接合装置を概略的に示す側面図である。図３は、図１に示す接合装置の動作を概略的に示す側面図である。図４は、ワークの斜視図である。
【００１９】
実施の形態１にかかる接合装置１０では、片持ち梁を有するワークにおいて、片持ち梁に対するリボンの接合を可能としている。本実施の形態１では、図４に示すように、片持ち梁としてのリードピン３２を有するＣＡＮパッケージレーザモジュールを、ワーク３０として例示している。
【００２０】
ワーク３０は、ステム３４、リボン（接合物）３１、リードピン（片持ち梁）３２、ブロック３３、光学素子３５を有して構成される。リードピン３２は、その一端がステム３４に固定された片持ち梁となっている。
【００２１】
リボン３１の一端は、別工程にて光学素子３５と接合されている。リボン３１の他端は、リードピン３２に接合される。リボン３１の他端とリードピン３２とは、接合装置１０を用いて接合される。
【００２２】
図１に示す状態では、リボン３１の他端は、リードピン３２に対して非接合の状態で重ねられている。なお、ワーク３０は、図４で例示したＣＡＮパッケージレーザモジュールに限らず、接合対象として片持ち梁を有する形状のものであればよい。
【００２３】
接合装置１０は、取付部１１、保持機構１２、バランサー１３、回転ガイド（回転部）１４、ツール（接合部）２０を備えて構成される。ここで、回転ガイド１４は、摺動部１５、基盤部１６を有して構成される。
【００２４】
摺動部１５は、基盤部１６上に載置されている。基盤部１６の天面は、断面円弧状の凹形状を呈している。摺動部１５の底面は、基盤部１６上に載置した際に、その天面に嵌まるように、断面円弧状の凸形状を呈している。
【００２５】
摺動部１５は、基盤部１６上に載置された状態で微小荷重が加わると、基盤部１６の天面に沿って摺動可能となっている。したがって、摺動部１５は、基盤部１６の天面に形成された凹形状の中心線Ｃを中心として回転するように摺動する。ツール２０は、その先端面がリボン３１に接触してリードピン３２に押し付けることで、リボン接合が可能な状態となる。
【００２６】
ワーク３０は、摺動部１５上に設けられた取付部１１に固定される。取付部１１には、ワーク３０を固定するための保持機構１２が取り付けられている。保持機構１２は、ワーク３０を取付部１１に押し付けて固定する部品であり、例えば板バネやトグルクランプ等が用いられる。摺動部１５が回転すると、その上に設けられた取付部１１も回転する。
【００２７】
保持機構１２は、ワーク３０を取付部１１に押し付けることで、取付部１１に対するワーク３０の相対位置が変化しないように機能する。なお、保持機構１２は、取付部１１以外に取り付けられてもよい。例えば、保持機構１２が回転ガイド１４に取り付けられても構わない。
【００２８】
取付部１１は、回転ガイド１４の摺動部１５上に固定される。取付部１１は、固定されたワーク３０のリボン接合箇所の中心を、中心線Ｃの一部と一致させることができるように配置される。すなわち、リボン接合箇所となる領域を外れた位置に取付部１１は配置されることとなる。また、取付部１１は、固定されたワーク３０のリードピン３２の延びる方向と、摺動部１５の回転方向とが平行となるように配置される。
【００２９】
このような適切な位置にワーク３０を配置できるように、取付部１１や保持機構１２にワーク３０を位置決めする位置決め部が形成されていてもよい。例えば、ワーク３０のステム３４が嵌まる凹部を取付部１１に形成してもよい。また、取付部１１や保持機構１２に凸部を立設し、その凸部が嵌まる凹部をステム３４に形成し、凸部と凹部とを嵌め合わせればワーク３０を適切な位置に位置決めできるように構成してもよい。
【００３０】
なお、微小荷重で摺動する回転ガイド１４は、ワーク３０の初期姿勢が任意の角度となるように、摺動部１５上に取り付けられたバランサー１３によって調整される。なお、バランサー１３は、保持機構１２や取付部１１に取付けられていてもよい。
【００３１】
次に、接合装置１０によるリボン接合の手順を説明する。図５は、図１に示す接合装置を用いたリボン接合の手順を示すフローチャートである。まず、取付部１１にワーク３０を固定する（ステップＳ１）。この際、リードピン３２とリボン３１との接合部分、すなわち、リボン接合箇所の中心が、中心線Ｃの一部と一致するようにワーク３０が固定される。
【００３２】
次に、リボン接合箇所の中心に対して、先端中心位置が一致するようにツール２０を上方から降下させる（ステップＳ２）。これにより、リボン接合箇所であるリードピン３２に対して、リボン３１を重ねた状態でツール２０の先端が押し当てられる。
【００３３】
その後、必要とする接合プロセスに応じて、リボン接合箇所に対して熱や超音波や荷重を加えて、リードピン３２とリボン３１とを接合させる（ステップＳ３）。なお、取付部１１内にヒータを内蔵して、ワーク３０を加熱してもよい。
【００３４】
その際、リボン接合箇所が中心線Ｃの一部に一致していること、およびツール２０の先端中心位置がリボン接合箇所に押し付けられることにより、ツール２０の先端角度に対してリボン接合箇所であるリードピン３２の角度が一致するように、摺動部１５が中心線Ｃを中心に回転する。
【００３５】
ステム３４に対するリードピン３２の垂直度のバラツキや、リードピン３２を加圧したことによるリードピン３２の撓みに応じて、中心線Ｃの前後でモーメントがつりあう位置まで摺動部１５が回転する。これにより、ツール２０の先端面に対してリボン３１およびリードピン３２が倣う。したがって、リードピン３２に対してツール２０の先端が片当りすることを抑え、リボン３１とリードピン３２との良好な接合を図ることができる。
【００３６】
また、ツール２０をリードピン３２に押し当てた際の加圧力によるリードピン３２の撓みに応じて、摺動部１５が回転するので、リードピン３２の撓みを防止する受けが不要となる。そのため、リードピンおよびその他部品との間隔が小さい小型のワークでのリボン接合が可能となる。そして、受けを省略することでリードピン３２から外部への熱伝導を減らすことができるため、熱圧着ではツール温度を抑えた上で、短時間での接合が達成しやすくなる。
【００３７】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２にかかる接合装置の一例を概略的に示す斜視図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３８】
接合装置１００は、上述した実施の形態１と基本的には同一の構成であるが、摺動部１５の摺動を禁止する状態と、許可する状態とに切替えが可能となっている。具体的には、摺動部１５の側面に押し当て板１０３が形成される。また、押し当て板１０３を挟み込んで固定することが可能なエアシリンダ１０１，１０２が設けられる。
【００３９】
エアシリンダ１０１，１０２は、回転ガイド１４の基盤部１６と相対位置が変わらないように、例えば基盤部１６を支持する部品（図示せず）に固定される。エアシリンダ１０１，１０２のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、接合装置１００の倣い動作の有無（摺動の許可／禁止）を切り替える。なお、エアシリンダ１０１，１０２を、基盤部１６に対して直接固定しても構わない。
【００４０】
エアシリンダ１０１，１０２をＯＮにすれば、押し当て板１０３が挟み込まれて、摺動部１５の摺動が禁止される。また、エアシリンダ１０１，１０２をＯＦＦにすれば、押し当て板１０３が開放されて、摺動部１５の摺動が許可される。
【００４１】
また、接合装置１００が備えるツール２００が、一般的なウェッジツールのように、接合箇所にリボンを供給する機能を有している。そのため、取付部１１に固定された時点でのワーク３００にはリボンが取り付けられていない。
【００４２】
ここで、摺動部１５の摺動が許可された状態で、中心線Ｃと交差しない位置にある構成部品（例えばブロック３３や光学素子３５）に対してリボン３１を接合しようとすれば、摺動部１５が摺動することで構成部品の位置がずれてしまい、良好な接合を図ることが難しい。
【００４３】
一方、本実施の形態２では、エアシリンダ１０１，１０２によって摺動部１５の摺動を禁止した状態とすることができる。したがって、摺動部１５の摺動を禁止した状態でツール２００からリボンを供給することで、中心線Ｃと交差しない位置にある構成部品（例えばブロック３３や光学素子３５）に対しても、リボン３１を接合することが可能となる。
【００４４】
図７は、図６に示す接合装置を用いたリボン接合の手順を示すフローチャートである。まず、取付部１１にワーク３００を固定する（ステップＳ１１）。この際、リードピン３２とリボンとの接合部分、すなわち、リボン接合箇所の中心が、中心線Ｃの一部と一致するようにワーク３００が固定される。
【００４５】
次に、エアシリンダ１０１，１０２によって摺動部１５の摺動を禁止する（ステップＳ１２）。次に、ツール２００をブロック３３上に移動させ（ステップＳ１３）、ツール２００から供給されたリボン（図示せず）の一端を、ブロック３３に接合する（ステップＳ１４）。次に、リボンを供給しながらツール２００をリードピン３２上まで移動させ（ステップＳ１５）、エアシリンダ１０１，１０２による摺動部１５の固定を解除する（ステップＳ１６）。
【００４６】
次に、リボン接合箇所の中心に対して、先端中心位置が一致するようにツール２００を上方から降下させる（ステップＳ１７）。これにより、リボン接合箇所であるリードピン３２に対して、リボンを重ねた状態でツール２００の先端が押し当てられる。
【００４７】
その後、必要とする接合プロセスに応じて、リボン接合箇所に対して熱や超音波や荷重を加えて、リードピン３２とリボンとを接合させる（ステップＳ１８）。なお、動作順序はこの例に限られない、例えば、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の動作順序は任意に変更しても構わない。また、ステップＳ１５およびステップＳ１６の動作順序も任意に変更しても構わない。なお、回転ガイド１４の摺動部１５の固定手段として、本実施の形態２では、エアシリンダ１０１，１０２による方法を示したが、これに限定されるものではなく、例えば電磁石による磁性で保持してもよい。
【００４８】
また、ツールがリボンを供給する機能を有していない場合であっても、摺動部の摺動を規制することで、ワークを取付部に固定した状態で、リボンとブロックとを接合させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる接合方法は、片持ち梁を有するワークに対するリボン当の接合に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  接合装置
１１  取付部
１２  保持機構
１３  バランサー
１４  回転ガイド（回転部）
１５  摺動部
１６  基盤部
２０  ツール（接合ツール）
３０  ワーク
３１  リボン（接合物）
３２  リードピン（片持ち梁）
３３  ブロック
３４  ステム
３５  光学素子
１００  接合装置
１０１，１０２  エアシリンダ
１０３  押し当て板
２００  ツール
３００  ワーク
Ｃ  中心線
【図１】
0005591198.tif 000002
【図２】
0005591198.tif 000003
【図３】
0005591198.tif 000004
【図４】
0005591198.tif 000005
【図５】
0005591198.tif 000006
【図６】
0005591198.tif 000007
【図７】
0005591198.tif 000008