【技術資料】高出力レーザーダイオードの全自動実装

当資料は、異方性接着剤結合、超音波実装、熱併用超音波実装、
ハンダ実装のような、製造技術として活用されているマイクロ実装技術の
特性評価について記述しています。

フリップチップボンディング技術の概要をはじめ、実験結果および考察
などを掲載。

ハンダバンプ技術から着想されたカスタムフリップチップボンディング技術も
実験的に検証しました。

【掲載内容】
■序論
■フリップチップボンディング技術の概要
■実験結果および考察
■まとめ

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半導体レーザーダイオードバーは、固体レーザーやガスレーザーの光共振器の励起光源や、他の分野、例えば医療機器や材料加工などでも使用されています。組立工程では、サブキャリアへのアライメントおよびボンディング、サブアセンブリの特殊ヒートシンクへのボンディングがなど行われます。
このドキュメントでは、レーザーダイオードバーの組み立てに関連する課題、よくあるエラーケース、プロセスを成功させるためのソリューションとしてのファインテックのアプローチについて説明します。

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今となってはフレキシブルプリント基板とガラス基板を電気的に接続するFlex-on-Glassや、チップをガラスに直接接合するChip-on-Glassがない世界は考えられません。これらの技術には、一般的な接着剤やはんだ材料と異なる機能原理を持つ異方性導電フィルムやペーストが使用され、適した処理を行う必要があります。このテクニカルペーパーでは、この技術を紹介し、典型的な課題と実証済みのソリューションについて説明します。

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光パッケージ製品のアッセンブリ（実装・ボンディング）では、光学部品と電子部品を最高の精度で互いに整列させる必要があります。さらに熱電冷却器（TEC）が組み込まれた製品などの場合、アセンブリ工程はさらに複雑になります。
このテクニカルペーパーでは、データ通信用途のQSFP（Quad Small Form-factor Pluggable）における、一般的なプリント基板（PCB）ベースの光トランシーバーモジュール（40 Gbit/s～400 Gbit/s）のアセンブリについて説明します。

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試作開発及び、高歩留まり製造に於いて多様なボンディングプロセスに対応し、特に光学部品、光電子部品の実装に適したダイボンダー装置です。安定したプロセス製造環境を実現し、操作オペレータに対してのプロセスガスの使用、UV照射などに対する安全性を考慮した、密閉型エンクロージャを採用しています。

【主要機能】
• 搭載精度 2μm@3σ
• マルチチップ対応
• 費用対効果の高い装置構成
• 各種の実装プロセスに対応（接着剤・はんだ・熱圧着・超音波）
• 幅広いコンポーネント供給法(wafer, waffle pack, Gel-Pak)
• 固定式ビームスプリッターによるオーバーレイ・ビジョンアライメントシステム(VAS)
• 全自動およびマニュアル動作

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切断、溶接、マーキングなどの用途において、ファイバー・レーザー・ソリューションが従来の方法に取って代わることが増えています。近年、半導体レーザーチップの製造コストは継続的に削減されていますが、今現在の唯一にして最大のコスト要因は、組み立て（アセンブリ）とパッケージングにあり、その大きな原因となっているのが、CoSをヒートシンクに取り付けるセカンドレベルパッケージングにおける手作業による工程です。この問題を解決するために、ファインテックは、新しいボンディング技術を利用した、ヒートシンクにCoSをパッケージングするための自動化ソリューションを開発・評価・提供しています。このテクニカルペーパーでは、それについて解説します。
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ファインテックのレーザーアシストダイボンディング技術は、プロセス速度、精度、局所的な加熱を正確に制御することが求められる、チップ・サブストレート（C2S）およびチップ・ウェーハ（C2W）アプリケーションに適しています。特に短時間での温度サイクルは、表面酸化のリスクを最小限に抑え、時間的な最適化が求められる生産環境でプロセスサイクルの短縮を可能にします。基板レベルまたはウェハレベルの連続したボンディングプロセスでは、各チップは一度だけ加熱されます。また、エリア加熱とは異なり、局所的なレーザー加熱では、熱膨張を防ぐための大掛かりな設備は必要ありません。このような特徴を持つレーザーアシストダイボンディングは、ファインテックのアセンブリ・パッケージング技術に新たに加わる有効な技術です
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レーザー技術の発展に伴い、その応用範囲も広がっています。赤外から紫外まで、レーザーは計測や分光、光通信、光データの処理や保存、光ファイバ通信や医療機器など、あらゆる分野で利用されています。

また、需要の高まりに伴い、例えば高出力レーザーダイオードの製造などは、主要な量産プロセスの一つとなっています。高出力レーザーを大量に生産するためにはダイボンディング装置が必要となり、そのダイボンディング装置には、高精度・高再現性を維持しつつ、多くの種類の部品のサイズや種類の変化に対応し、高い生産効率で完成品アセンブリを生み出すことが求められています。

このテクニカルペーパーでは、高出力レーザーダイオードの全自動実装プロセスについて、一般的なプロセスパラメータ、接合条件、プロセスステップなどを含めた解説をご提供し、特にレーザーダイオード製造時に直面する典型的な課題、例えばAu80Sn20の接合品質や、接合プロセス、材料、部品自体に起因する様々な要素がもたらす影響についてのソリューションを紹介しています。

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