(57)【要約】【課題】            発光素子を基板に高精度に実装を行う。【解決手段】        アライメントマークが設けられた基板に発光素子を実装する発光素子の実装方法において、発光素子の発光点位置と、発光素子の画像データを認識する第１工程と、第１工程により得られた発光素子の画像データと発光素子の発光点位置の相対位置を演算する第２工程と、基板に設けられたアライメントマークと前記画像データとを位置合わせし、基板と発光素子の位置合わせを行い実装する第３工程とを有する発光素子の実装方法を行う。【選択図】          図１
2005236270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アライメントマークが設けられた基板に発光素子を実装する発光素子の実装方法において、発光素子の発光点位置と、発光素子の画像データを３次元データとして認識する第１工程と、第１工程により得られた発光素子の画像データと発光素子の発光点位置の相対位置を演算する第２工程と、発光素子実装面と基板実装面の平行度を調整後、基板に設けられたアライメントマークと前記発光素子の発光点位置とを位置合わせし実装する第３工程とを有することを特徴とする発光素子の実装方法。
【請求項２】
前記第２工程は、キャリブレーション冶具を用いて発光素子の画像データの座標系と発光点位置の座標系の関係式を求めることにより相対位置の演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の実装方法。
【請求項３】
前記発光素子の画像データにアライメントマークを用いることを特徴とする請求項１に記載の発行素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光ファイバーを用いた光通信システムで使用される光通信部品の発光素子や、露光機の光源として使用される発光素子を基板に高精度に実装を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば光通信システムに利用される光−電気変換部品の中で使用されるレーザーダイオード（以下ＬＤという）と光ファイバーや光導波路の組み立てには、ＬＤの発光点位置に対して高い精度で光ファイバーや光導波路が接続される必要がある。従来のＬＤと光導波路の位置合わせ方法について図５を参照しながら説明する。
【０００３】
図５はＬＤと光ファイバーと光導波路の接続を示す光−電気変換部品の平面図である。光導波路５３が形成された基板５１上に、光導波路５３の位置を示す基板アライメントマーク５２がある。ＬＤ６１上には、活性層６３の位置を示すＬＤアライメントマーク６２がある。一般に基板の光導波路に対するアライメントマークの形成誤差は０．２μｍ以下と非常に高精度であるが、アライメントマークが設けられた発光素子のアライメントマークと発光点位置の形成誤差は２〜３μｍと精度が悪いため、ＬＤアライメントマーク６２とＬＤ６１の発光量が最大となる位置は、必ずしも一致しておらず、ＬＤアライメントマーク６２と基板アライメントマーク５２を単に位置合わせして光−電気変換部品を組み立てても、効率よくＬＤの発光が光ファイバーに伝わらない。
【０００４】
そのため、図示していない計測用光ファイバーの先端をＬＤ６１の近傍を走査させながら検知し、ＬＤ６１の発光量が最大となる位置をＬＤ６１の上方にある認識手段により真の活性層位置として認識し、真の活性層位置を算出する。次に、ＬＤ６１上のＬＤアライメントマーク６２をＬＤ６１の上方にある認識手段により認識し、真の活性層位置と活性層６３の位置とのずれ量を算出する。これらのずれ量の算出値をもとに基板５１にＬＤ６１を実装する方法として、ＬＤアライメントマーク６２を認識することにより算出された活性層６３の位置に前工程で算出したずれ量を加えて、光導波路５３と活性層６３の位置合わせを行う方法が知られている。（たとえば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００１−１８３５５１号  図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アライメントマークの位置測定は、パターンマッチングにより行われている。パターンマッチング法は、予め基準となるアライメントマーク（基準マーク画像）を登録しておき、認識手段により認識された画像内から、登録されたマークと最も一致するパターンを検索し、その位置を求めるものであるため、アライメントマークが基準マーク画像に対して一致度が高いほど位置検出精度が高くなり、一致度が低ければ位置検出精度が低下する。すなわち、アライメントマークの形成精度がアライメント精度に影響を与えるという問題があった。
【０００６】
また、アライメントマークがない発光素子に用いられないと言う問題があった。
【０００７】
また、発光素子をステージにセットする際に、ステージに対して発光素子が微少な傾きを生じる事から高精度な測定の妨げになっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
アライメントマークが設けられた基板に発光素子を実装する発光素子の実装方法において、発光素子の発光点位置と、発光素子の画像データを３次元データとして認識する第１工程と、第１工程により得られた発光素子の画像データと発光素子の発光点位置の相対位置を演算する第２工程と、発光素子実装面と基板実装面の平行度を調整後、基板に設けられたアライメントマークと前記発光素子の発光点位置とを位置合わせし実装する第３工程とを有する発光素子の実装方法である。
【０００９】
また、前記第２工程において、キャリブレーション冶具を用いて発光素子の画像データの座標系と発光点位置の座標系の関係式を求めることにより相対位置の演算を行うと良い。
【００１０】
また、前記発光素子の画像データにアライメントマークを用いるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
発光点位置の３次元データと発光素子の画像データの３次元データから、それぞれの相対位置を演算するので、発光素子の固定用ステージの微少な傾きや、画像データ位置測定用の認識手段の組立精度や経時変化の影響を受けることなく、高精度に基板に発光素子を実装することができる。
【００１２】
また、発光素子の画像データに対する発光素子における発光点位置を予め測定しておき、基板に発光素子を実装する際に発光素子の画像データを基準にもちいるため、アライメントマークの形成精度に影響されず高精度に実装することができる。
また、実装後に発光素子の位置を計測し、オフセット調整を行う必要がないため作業効率が向上する。
【００１３】
また、キャリブレーション冶具を用いるので、発光素子の画像データの座標系と発光位置の関係式を高精度に求めることができる。
【００１４】
また、画像データにアライメントマークを用いることにより、アライメントマークがある発光素子の実装を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の発光素子の実装方法を実現するための装置構成について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の実装方法を実施するための実装装置１を示しており、発光点測定装置１０とボンディング装置２０から構成されている。
【００１７】
発光点位置測定装置１０は、発光素子２を吸着保持する発光素子保持ステージ１１と、発光素子２を発光させるための図示されていないＬＤドライバーユニットに取り付けられたプローブ１２と、発光素子２の画像を認識する画像認識手段１３と焦点位置調整を行う画像認識手段用ステージ３５と、発光点位置３を認識する発光点位置認識手段１４と焦点位置調整を行う発光点位置認識手段用ステージ３７と、画像認識手段１３および発光点位置認識手段１４により得られた画像データと焦点位置調整用ステージ焦点位置座標より発光素子２の画像に対する発光点位置３を演算し、発光点位置３と発光素子２の画像データをともにボンディング装置２０に送信するための発光点測定装置コントローラ１５と、を備えている。
【００１８】
また、ボンディング装置２０は、発光素子２を保持するボンディングヘッド２１と、光導波路を有する基板４を保持する基板保持ステージ２２と、発光素子２および基板４に設けられたアライメントマーク５を認識する二視野カメラ２３と、基板４と発光素子２の平行度測定を行うレーザー角度センサとしてのオートコリメータ２５と、ミラー手段としての９０度プリズム２６と、ボンディングヘッド２１に取り付けられた平行度調整機構２７と、発光点位置測定装置から送信されたデータと二視野カメラ２３により測定したデータとを演算するコントローラ２４と、を備えている。
【００１９】
発光素子２の発光点位置測定装置１０で、第１工程として、図示していないＬＤドライバーユニットに取り付けられたプローブ１２により発光素子２を発光させ、発光点位置認識手段用ステージ３７の位置を調整し発光点に焦点を合わせ、発光点位置認識手段１４により発光点位置３を認識した後、画像認識手段用ステージ３５の位置を調整し発光素子２の３点以上の箇所にて焦点を合わせ、画像認識手段１３により発光素子２の画像を取り込む。発光素子２は発光することにより熱膨張するため、熱膨張による測定誤差を低減するため発光素子２は発光点位置３の測定完了まで発光させる。発光点位置３の認識および発光素子２の画像の認識は順序を問わず、先に画像の認識を行ってもよく、また同時に認識してもよい。
【００２０】
次いで、第２工程として発光点位置３と発光素子２の画像データの相対位置を第１工程で得られたデータより演算する。あらかじめ求めておいた発光素子２の画像を認識する画像認識手段の座標系と発光点位置を認識する発光点位置認識手段の座標系の相対関係より、発光素子２の画像データにおける発光点位置を発光点測定装置コントローラ１５により演算する。
【００２１】
以下に第２工程で使用する画像認識手段の座標系と発光点位置認識手段の座標系の相対関係の演算方法を説明する。
【００２２】
図２に示すように、少なくとも３個のマークが取りつけられたキャリブレーション治具３０を、画像認識手段１３と発光点位置認識手段１４がともに同じマークを認識出来るように移動手段に対して３０〜６０度の範囲で傾きを持って固定する。３個のマークは高精度に配置され、例えば５０μｍの間隔でマーク３１とマーク３３からなる直線とマーク３２とマーク３３からなる直線が直交するように配置されている。
【００２３】
画像認識手段１３を画像認識手段用ステージ３５にてキャリブレーション治具３０のマーク３１に焦点が合う位置に移動し、その位置にて撮像素子で得られたマーク３１の画像からマーク位置を求め、画像認識手段用ステージ座標と撮像素子から得られた座標からマーク３１の３次元座標を測定する。３次元座標を（ｘ３１−４１，ｙ３１−４１，ｚ３１−４１）とする。同様にマーク３２、マーク３３の３次元の位置情報についても測定する。それぞれ３次元座標を、（ｘ３２−４１，ｙ３２−４１，ｚ３２−４１）、（ｘ３３−４１，ｙ３３−４１，ｚ３３−４１）とする。次に、発光点位置認識手段１４についても同様に測定を行ないマーク３１、マーク３２、マーク３３の３次元の位置情報を測定する。３次元座標をそれぞれ、（ｘ３１−４２，ｙ３１−４２，ｚ３１−４２）、（ｘ３２−４２，ｙ３２−４２，ｚ３２−４２）、（ｘ３３−４２，ｙ３３−４２，ｚ３３−４２）とする。
【００２４】
キャリブレーション冶具３０のマーク３１，３２，３３は、予め決められた間隔になるように高精度に配置されているので、上述のようにして得られた座標情報から画像認識手段１３の３次元座標系４１に対する発光点位置認識手段１４の３次元座標系４２を変換する関係式を求めることができる。ｘ座標系をｘ４２、ｙ座標系をｙ４２、ｚ座標系をｚ４２とすると次の関係が求められる。
【００２５】
[数１]
ｘ４２＝ｆｘ（ｘ４１，ｙ４１，ｚ４１）
ｙ４２＝ｆｙ（ｘ４１，ｙ４１，ｚ４１）
ｚ４１＝ｆｚ（ｘ４１，ｙ４１，ｚ４１）
このほか、様々な座標変換の方法が考案されているが、どの方法を用いても良い。
【００２６】
次にキャリブレーション冶具３０を取り外し、発光素子２を発光素子保持ステージ１１に固定する。ＬＤドライバユニットに取り付けられたプローブ１２を発光素子２に接触させ発光素子２を点灯させる。図３に発光素子保持ステージ１１に発光素子２が固定された状態を示す。
【００２７】
まず、画像認識手段１３により発光素子２のマーク６２の３次元の位置情報を測定する。３次元座標としては（ｘ６２ａ−４１，ｙ６２ａ−４１，ｚ６２ａ−４１）および（ｘ６２ｂ−４１，ｙ６２ｂ−４１，ｚ６２ｂ−４１）となる。次に、発光素子認識手段１４により発光素子２の発光点位置３の３次元の位置情報を測定する。３次元座標系としては（ｘ３−４２，ｙ３−４２，ｚ３−４２）となる。得られた前記関係式により発光素子２の発光点位置３を発光素子２のアライメントマーク６２の座標系上に変換する事で、アライメントマーク６２に対する発光点位置３を求める事が出来る。
【００２８】
発光素子保持ステージ１１のステージ面は、加工精度のばらつきにより微妙に傾きを持っている。しかし、発光素子２のアライメントマーク６２と発光点位置３で構成される平面における、それぞれの位置関係を求めることにより、正確な発光点位置情報を得ることができる。
【００２９】
なお、発光素子２の画像を認識する認識手段と発光点位置３を認識する認識手段の相対座標のキャリブレーション冶具３０を用いた測定は、発光素子２の発光点位置３を測定する毎に行なうのではなく、発光素子２の画像を認識する認識手段と発光点位置３を認識する認識手段の相対関係が、熱や経時的な変化にて必要な測定精度以上にずれた場合に行なえば良い。
【００３０】
さらに、第３工程として、第２工程で得られた発光素子２の画像データと発光点位置データをボンディング装置２０に転送するとともに、チップローダー１６にて発光素子２をボンディング装置２０のボンディングヘッド２１に受け渡す。なお、発光素子２の画像データと発光点位置データを所得後、一旦チップトレーに収納しチップトレーにてボンディング装置へ発光素子２を供給する場合は、発光素子２の画像データと発光点位置３とトレーに収納した位置データをボンディング装置に送れば良い。
【００３１】
基板４は、図示されていない基板ローダーにて基板トレーからピックアップされ、基板保持ステージ２２に供給される。
【００３２】
次に、図４に示すように基板４と発光素子２の間に９０度プリズム２６を挿入し、オートコリメータ２５からのレーザー光が発光素子２に当たるように９０度プリズム２６の反射面の高さ調整する。発光素子２からの反射光のオートコリメータ２５での集光スポットの位置ずれ量から、発光素子２の基準面に対する傾き角を測定する。
【００３３】
同様に基板４の角度測定を行う位置に、９０度プリズム２６の反射面の位置を調整し、基板４の基準面に対する傾き角を測定する。
【００３４】
これら、発光素子２と基板４の角度測定結果から、両者間の平行度がゼロになるように平行度調整機構２７で、発光素子２の傾き角が補正される。
【００３５】
次いで、二視野カメラにてボンディングヘッド２１に保持された発光素子２の画像データを取得し、第２工程で得られた発光素子２の画像データと発光点位置データから発光素子２のアライメント基準座標を実装装置コントローラ２４で演算する。
【００３６】
基板４のアライメントマーク５の座標を二視野カメラ２３にて測定し、発光素子２のアライメント基準座標との差分を基板保持ステージ２２にて補正移動し、位置合わせを行う。補正結果を確認する為に、二視野カメラ２３にて発光素子２と基板４の位置を再度測定し、あらかじめ設定した許容範囲内であれば、二視野カメラ２３が退避し、ボンディングヘッド２１が下降して発光素子２を基板４に実装する。許容範囲外であった場合は、許容範囲内になるまで補正動作を繰り返し行う。
【００３７】
実装後の基板は図示されていない基板アンローダーにてトレーに収納される。
【００３８】
本実施態様では、画像認識手段はＺ方向（上下方向）に位置調整できるようになっており、発光点位置認識手段はＸもしくはＹ方向（水平方向）に位置調整できるようになっているが、発光素子保持ステージを水平方向および上下方向に位置調整できるようにしてもよい。発光点位置測定装置の認識手段は、画像認識手段と発光点位置認識手段として別々の認識手段を設けたが、ミラーなどの光路変換手段を設けて発光素子２の画像からの光路または発光点位置３からの光路を変換し、一つの認識手段により発光素子２の画像と発光点位置３とを認識してもよい。
【００３９】
また、ボンディング装置のボンディングヘッドは、Ｚ方向（上下方向）に位置調整できるようになっており、基板保持ステージは、Ｘ、Ｙ方向（水平方向）および／またはθ方向（回転方向）に位置調整できるようになっているが、必要に応じてボンディングヘッドを平行移動および／または回転移動できるようにしてもよく、基板保持ステージを昇降移動できるようにしてもよい。
【００４０】
また、発光素子２及び基板４に設けられたアライメントマークを認識するために用いた認識手段は二視野カメラに限定されるものではなく、例えば、発光素子２、基板４が赤外線を含む光線透過に適したものである場合は、発光素子２と基板４を近接させた状態で上部または下部に赤外線カメラなどを一台設置し、反対側に光源を設けてアライメントマークを読み取ることも可能である。
【００４１】
また、実装する発光素子２は、レーザーダイオード、フォトダイオードなどがあげられ、基板４は光導波路が形成されたものだけに限定されず、光ファイバの実装位置を決めるためのＶ溝が形成されたものであってもよい。
【００４２】
また、アライメントマークの代わりに発光素子２の画像データを用いてパターンマッチングを行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の発光素子実装方法を実現するための実装装置の平面図である。
【図２】画像認識手段の座標系と発光点位置認識手段の座標系の相関関係を演算する装置の斜視図である。
【図３】発光素子の傾きを測定する斜視図である。
【図４】発光素子と基板の平行度を測定する概略構成図である。
【図５】従来の組みたて方法を示すアライメントマークを有した基板とＬＤを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  実装装置
２  発光素子
３  発光点位置
４  基板
１０  発光点位置測定装置
１１  発光素子保持ステージ
１２  プローブ
１３  画像認識手段
１４  発光点位置認識手段
１５  発光点測定装置コントローラ
１６  チップローダー
２０  ボンディング装置
２１  ボンディングヘッド
２２  基板保持ステージ
２３  二視野カメラ
２４  実装装置コントローラ
２５  オートコリメータ
２６  ９０度プリズム
２７  平行度調整機構
３０  キャリブレーション治具
３１  マーク
３２  マーク
３３  マーク
３５  画像認識手段用ステージ
３６  キャリブレーション治具マーク取付け面平面図
３７  発光点位置認識手段用ステージ
４１  画像認識手段１３の３次元座標系
４２  発光点位置認識手段１４の３次元座標系
５１  基板
５２  基板アライメントマーク
５３  光導波路
６１  ＬＤ
６２  ＬＤアライメントマーク
６３  活性層
【図１】
2005236270.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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