JP2007208129A - 表面実装型発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 解決しようとする課題は、入手の容易な発光素子で、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする製造方法を実現することである。
【解決手段】 本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、エキスパンドテープにダイシング済みの発光素子チップ群がフェイスアップ状態で貼り付けられているウェハーの受け入れ工程と、前記発光素子チップのパッドにスタッドバンプを形成するバンプ形成工程と、前記スタッドバンプが形成された前記発光素子チップ群を第１の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置する配置工程とを有し、該粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置された前記発光素子チップを取り上げて基板に配置してフリップチップ実装する。
【選択図】 図１

Description

本発明は表面実装型発光素子の製造方法、特にフリップチップ実装タイプ発光ダイオードの製造方法に関する。

発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）のような発光素子は高輝度化、高放熱化が要求されている。
図４及び５は表面実装型発光素子９８の例を例示した図で、図４はワイヤボンディング実装タイプ表面実装型ＬＥＤの断面図を、図５はフリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤの断面図を示している。
図４に示したワイヤボンディング実装タイプ表面実装型ＬＥＤ９８は、基板７０の電極７２上にＬＥＤチップ７６がフェイスアップ状態で載置され、チップ上面のパッドと電極７４とが例えば金線のような
導線７８によってワイヤボンディング法で接続されている。ＬＥＤチップ７６の下面及びチップ上面のパッドがそれぞれＬＥＤのアノード電極もしくはカソード電極となっている。ＬＥＤチップ７６及び導線７８は樹脂８０で封止され保護されている。
このような表面実装型ＬＥＤは、ワイヤボンディングという実績の多い技術を用いているため安定した生産が可能であるが、図４の上方に出射される光を導線７８が遮ってしまって高輝度化が難しい、構造上高放熱化が困難、というような問題がある。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。

そこでＬＥＤチップのフリップチップ実装が望まれている。
図５に示したフリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤ９８は、ガラスエポキシ系の基板８２の電極８４，８６上にＬＥＤチップ８８がフェイスダウン状態で載置され、チップ下面のパッドと電極８４，８６とがバンプ９０によってフリップチップ法で接続されている。ＬＥＤチップ８８の２つのバンプ９０がそれぞれＬＥＤのアノード電極もしくはカソード電極となっている。ＬＥＤチップ８８及びバンプ９０は樹脂９２で封止され保護されている。

このようなフリップチップ実装タイプの表面実装型ＬＥＤはバンプをどのような手法で形成するかが問題となる。
特許文献１で述べられているように、半田バンプを用いるとフラックスの影響でＬＥＤ素子の特性劣化の心配がある。すなわち高輝度化に問題を生じる。また金バンプを用いバンプの金と基板の金電極によるによる金−金超音波接合によってＬＥＤチップと基板とを接合しようとすると、実装時間が増加してしまう。またＬＥＤチップを基板に載置する際の精度も高精度が要求される。そこで金バンプ品を例えば融点が高い金−錫半田が印刷された基板上に載置してリフロー法によって接合するのが好ましい。

しかし金バンプ品をリフロー法によって接合する場合も、その工程を検討するとかなり長い実装時間が必要である。
図６は金バンプ品をリフロー法によってフリップチップ接続する場合の従来の工程を示した図である。なお簡単化するため図６の工程説明は基板にＬＥＤチップを載置する直前までに留めている。
図６において、（ａ）はウェハーの受け入れ工程で受け入れたＬＥＤチップの形態を示した図で、ＬＥＤチップ５２はエキスパンドテープ５０にフェイスアップ状態で、すなわちチップのパッド５４がエキスパンドテープ５０の反対面になるように貼り付けられている。
（ｂ）においてはワイヤボンディングを可能にする堅い基板５１にＬＥＤチップ５２を載置し直し、かつ樹脂５６によってＬＥＤチップ５２を基板５１に固定している。しかしスタッドバンプを打てる状態にするための堅い基板５１への固定は、仮固定できて剥がれ易い接着剤がないため、固定用の樹脂である接着剤のキュアーに２時間と長い時間を必要としていた。

（ｃ）はＬＥＤチップ５２に金バンプ５８を形成した図で、該金バンプはワイヤボンダーに似た装置によって形成されるいわゆるスタッドバンプである。
（ｄ）は例えばビーカー６０のような装置でＬＥＤチップ５２を洗浄する工程を示した図で、スタッドバンプ５８を形成した後ＬＥＤチップを基板５１から剥がし、基板５１に固定した樹脂５６をＬＥＤチップ５２から洗浄して除去している。洗浄残りの樹脂はＬＥＤチップ５２から出射する光を遮断してしまい輝度を落とすため、この工程は重要である。

（ｅ）は粘着テープ６２上にＬＥＤチップ５２を再配列させて載置した状態を示した図で、（ｄ）で示した洗浄工程でＬＥＤチップ５２がバラバラになってしまうのでこのように再配列させるのに長い時間が必要な上になっている。（ｅ）のようにスタッドバンプを形成された後洗浄工程を経て再配列されたＬＥＤチップ群は、例えばフリップチップボンダーによって、半田が印刷されている集合基板にフェイスダウン状態で載置され、リフロー炉で半田接続される。該集合基板は図５に示した基板８２に相当する基板が多数個集合状態となっている基板である。

従来はこのような工程でＬＥＤの様な発光素子のフリップチップ実装が行われていたが、堅い基板へのＬＥＤチップの固定、洗浄工程後のチップの再配列、集合基板へのＬＥＤチップの載置に非常に多くの時間がかかってしまっていた。後２者の工程はウェハー当たりのチップ数が多いほど時間がかかってしまい高輝度を維持しつつフリップチップ実装に要する組み立て時間を短縮するのは困難であった。

ウェハーから切り出されて単個となったチップをフリップチップ実装する製造方法に関しては、例えば特許文献２に述べられているように、多くの提案がある。これらの製造方法はウェハー状態でバンプが形成されていることを前提にしているものがほとんどである。
しかし一般にＬＥＤのウェハーはバンプが形成されておらずかつスクライブされて小片化された状態で供給されるのが一般的であり、バンプ形成済みウェハーの様な特殊仕様ウェハーは特殊な条件がない限り入手不能である。そのため従来は高輝度を維持しつつフリップチップ実装しようとすると長い組み立て時間がかかってしまっていた。

特開２００３−３０４００３ 特開２００５−３３２８９６

解決しようとする課題は、入手の容易な発光素子で、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする製造方法を実現することである。

本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、エキスパンドテープにダイシング済みの発光素子チップ群がフェイスアップ状態で貼り付けられているウェハーの受け入れ工程と、
前記発光素子チップのパッドにスタッドバンプを形成するバンプ形成工程と、前記スタッドバンプが形成された前記発光素子チップ群を第１の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置する配置工程とを有し、該粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置された前記発光素子チップを取り上げて基板に配置してフリップチップ実装することを特徴とする。

また本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、前記エキスパンドテープに貼り付けられているダイシング済みの発光素子チップ群を第２の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置し直す転写工程と、該転写工程で得られた前記発光素子チップ群を前記第２の粘着テープや前記エキスパンドテープよりも堅い固板にフェイスアップ状態で貼り付ける固定工程とを有し、該固定工程のあとに前記バンプ形成工程を設けたことを特徴とする。

また本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、前記固板が前記第２の粘着テープや前記エキスパンドテープよりも堅い基板上にポリイミドフィルムを接着していることを特徴とする。

また本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、前記配置工程においては、前記バンプ形成工程で得られた前記発光素子チップ群にスタッドバンプ側から前記第１の粘着テープを接着して該第１の粘着テープに前記発光素子チップ群を転写していることを特徴とする。

また本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、前記配置工程においては、前記バンプ形成工程で得られた前記発光素子チップ群に、スタッドバンプ側から前記第１の粘着テープを接着して該第１の粘着テープに前記発光素子チップ群を転写し、該転写の際には、前記固板の堅い基板から前記ポリイミドフィルムを剥がしていることを特徴とする。

本発明によれば、入手の容易な発光素子で、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする製造方法が実現出来る。

本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、エキスパンドテープにダイシング済みの発光素子チップ群がフェイスアップ状態で貼り付けられているウェハーの受け入れ工程と、前記発光素子チップのパッドにスタッドバンプを形成するバンプ形成工程と、前記スタッドバンプが形成された前記発光素子チップ群を第１の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置する配置工程とを有し、該粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置された前記発光素子チップを取り上げて基板に配置してフリップチップ実装する。また前記エキスパンドテープに貼り付けられているダイシング済みの発光素子チップ群を第２の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置し直す転写工程と、該転写工程で得られた前記発光素子チップ群を前記第２の粘着テープや前記エキスパンドテープよりも堅い固板にフェイスアップ状態で貼り付ける固定工程とを有し、該固定工程のあとに前記バンプ形成工程を設けた。さらに前記配置工程においては、前記バンプ形成工程で得られた前記発光素子チップ群にスタッドバンプ側から前記第１の粘着テープを接着して該第１の粘着テープに前記発光素子チップ群を転写している。

図１は本発明によるフリップチップ実装タイプ表面実装型発光素子の製造方法の工程を説明する図で、図２は本発明によるフリップチップ実装タイプ表面実装型発光素子の製造方法の工程図である。
図１において、（ａ）はウェハーの受け入れ工程で受け入れたＬＥＤチップの形態を示した図で、図６（ａ）と同様に、ＬＥＤチップ１２はエキスパンドテープ１６上にダイシング済みのチップがフェイスアップ状態で、すなわちチップのパッド１４がエキスパンドテープ１６の反対面になるように貼り付けられている。
すなわち本発明によるフリップチップ実装タイプ表面実装型発光素子の製造方法はバンプがウェハー段階で形成されるのではなく、バンプ形成前にウェハーがダイシングされて発光素子チップが小片化されていることが前提である。
発光素子であるＬＥＤチップはこのような形態で供給されることが一般的であり、バンプ形成済みウェハーの様な特殊仕様ウェハーは特殊な条件がない限り入手不能である。したがって本発明によるフリップチップ実装タイプ表面実装型発光素子の製造方法は、いわゆる少量多品種生産の製品に応用可能である。

図１（ｂ）は前記エキスパンドテープ１６に貼り付けられているダイシング済みの発光素子チップ１２群を、第２の粘着テープ１７上にフェイスダウン状態で、すなわちチップのパッド１４がエキスパンドテープ１６面になるように、配置し直す転写工程を示した図で、例えばエキスパンドテープ１６に紫外線を照射するとか熱を印加するような方法でエキスパンドテープ１６の粘着力を弱めた後図１（ａ）に示した状態のＬＥＤチップ群のパッド側に第２の粘着テープ１７を貼り付け、エキスパンドテープ１６を剥がすことにより、第２の粘着テープ１７にＬＥＤチップ群を一括転写することが出来る。
この転写工程の結果フェイスアップ状態で整列していたＬＥＤチップ群は第２の粘着テープ１７上にフェイスダウン状態で整列し直す。第２の粘着テープ１７は仮固定シートとして機能する。

図１（ｃ）は 該転写工程で得られた前記発光素子チップ１２群を、前記第２の粘着テープ１７やエキスパンドテープ１６よりも堅い固板２１にフェイスアップ状態で貼り付ける固定工程を示した図で、例えば第２の粘着テープ１７に紫外線を照射するとか熱を印加するような方法で粘着力を弱めた後、堅い固板２１を前記発光素子チップ１２群の背面部に押し当て、荷重をかけて堅い固板２１に前記発光素子チップ１２群を固定した後、第２の粘着テープ１７を剥がすことにより、堅い固板２１ににＬＥＤチップ群を一括転写している。堅い固板２１上に前記発光素子チップ１２群はフェイスアップ状態で整列する。具体的には前記発光素子チップ１２群の背面に、熱と荷重で硬化する粘着シート２２で、堅い固板２１を貼り付け２０分キュアーして固定力を強化している。
固板２１は第２の粘着テープ１７やエキスパンドテープ１６よりも堅い基板１８上にポリイミドフィルム２０を接着層２３で接着する構成となっている。

図１（ｄ）は該固定工程で得られた前記発光素子チップ１２群のパッドにスタッドバンプ２４を形成するバンプ形成工程を示した図で、該固定工程のあとに該バンプ形成工程を設けある。
図３（ｄ）において、発光素子チップ１２群は堅い固板２１にフェイスアップ状態で固定されているため、スタッドバンプを形成可能となっている。バンプ形成工程ではワイヤボンダーに近似した装置により、ワイヤをつぶす形でチップのパッド上にワイヤ素材のバンプ２４を形成する。したがってスタッドバンプの素材はほとんどの場合金となっている。
ここで一般的にエキスパンドテープにチップが貼り付けられた状態では、エキスパンドテープが柔らかすぎるため、スタッドバンプの形成は不可能な点に注目する必要がある。 固板２１の堅さ、材質等はスタッドバンプ形成機の要求する特性に合わせて決定すればよい。

図１の（ｅ）及び（ｆ）はスタッドバンプ２４が形成された前記発光素子チップ１２群を第１の粘着テープ２６上にフェイスダウン状態で配置する配置工程を説明する図である。
該配置工程においては、前記バンプ形成工程で得られた発光素子チップ１２群に、スタッドバンプ側から前記第１の粘着テープ２６を接着する。そして該第１の粘着テープ２６を剥がすときに発光素子チップ１２群とポリイミドテープ２３が、図示のように、堅い基板１８から剥がれて第１の粘着テープ２６側に残るよう接着層２３のキュアー条件等の固化条件を設定しておき、該第１の粘着テープ２６に前記発光素子チップ１２群を転写している。このような条件は接着層２３の材料選定、紫外線照射や熱印加条件の選択によって設定可能である。
次に該第１の粘着テープ２６とその上に整列した発光素子チップ１２群からポリイミドテープ２０、接着層２３、粘着シート２２を除去すれば、図１（ｆ）に示した第１の粘着テープ２６上にフェイスダウン状態で整列したスタッドバンプ付き発光素子チップ１２群が得られる。

本発明の製造方法においては、図１（ｆ）に示した状態から発光素子チップ１２を取り上げて図５に示した基板８２の、例えば金−錫半田が印刷された、集合基板に載置し、リフロー工程によってフリップチップ実装する。
載置に際しては通常はテープ上にフェイスアップ状態で整列したチップ群をフリップチップボンダーで取り上げ、向きを変えてフェイスダウン状態で基板に配置する。しかしフリップチップボンダーはチップの向きを変える必要があるため時間がかかる、すなわちいいわゆるタクトタイムが長いという問題があった。このタクトタイムの合計はウェハーに集積されているチップ数が大きいほど大きくなってしまうので、発光ダイオードのように比較的小さな、すなわち１枚のウェハー当たりのチップ数が多い素子にとっては大きな問題となっていた。

ところが本発明の製造方法においては図１（ｆ）に示すように、チップをフェイスダウン状態で整列させたため、ダイボンダーのようなチップを取り上げて所望の位置に置くだけの装置で基板に載置出来る。このような装置はチップの向きを変える必要がないため、タクトタイムがフリップチップボンダーの数分の１に短縮可能である。この問題は例えば一般のフリップチップボンダーの場合は１チップ当たり約３秒のタクトタイムだったのに対し、ダイボンダーでスクラブなしにすれば１チップ当たり約０．３秒とすることができる。
さらに本発明の製造方法においてはチップと基板の接続に半田を用いているため、半田の張力によるセルフアライン効果が期待できる。そためチップの載置の際の位置精度を落とすことが出来、装置のさらなる高速化もしくは安価化につなげられる。

図２が図１で説明した工程を整理した示した図で、本発明の表面実装型発光素子の製造方法における各工程は以下のように順に構成されている。
１がウェハーの受け入れ工程で、エキスパンドテープ１６上にダイシング済みのチップがフェイスアップ状態で整列した状態で受け入れられる。
次の工程２が転写工程で、ダイシング済みの発光素子チップ１２群が仮固定シートとして機能する第２の粘着テープ１７上にフェイスダウン状態で配置するよう一括転写している。

３は固定工程で、転写工程で得られた前記発光素子チップ１２群を、前記第２の粘着テープ１７やエキスパンドテープ１６よりも堅い固板２１に再度一括転写してフェイスアップ状態で整列させることにより、スタッドバンプ形成を可能な状態としている。
４はバンプ形成工程で、堅い基板上にフェイスアップ状態で整列したチップ群にスタッドバンプを形成している。

５は配置工程で、発光素子チップ１２群を第１の粘着テープ２６上に再再度一括転写してフェイスダウン状態で整列させている。
６はフリップチップ実装工程で、フェイスダウン状態で整列している発光素子チップ１２を、チップを取り上げて置くのみの高速機で、半田が印刷された集合基板に載置し、リフロー工程によってフリップチップ実装する。

このように本発明の表面実装型発光素子の製造方法は、耐熱性の仮固定シートを用い、一括転写を行い、バンピングを行い、再一括転写する実装方法である。
従来のフリップチップ実装タイプの表面実装型発光素子の製造方法は組み立て時間の長さが問題であったが、本発明は発光素子チップ１２群の整列状態を崩すことなく、かつ高速機での載置を可能としたため大幅な組み立て時間の短縮に成功している。

図３は第２の粘着テープや前記エキスパンドテープよりも堅い固板２１を説明する図である。
図３（ａ）は図１（ｃ）の再掲図で、図３（ｂ），（ｃ）は図３（ａ）における固板２１を説明する図である。
固板２１は図３（ｂ）に示すように、第２の粘着テープ１７やエキスパンドテープ１６よりも堅い基板１８と、下面に接着層２３を設けたポリイミドフィルム２３によって構成され、図３（ｃ）に示すように、該堅い基板１８と該ポリイミドフィルム２３とを接着層２３によって接着することで形成されている。
該形成に当たっては硬化キュアー時間を２０分とすることでスタッドバンプ形成可能な堅さや、図１（ｅ）で説明したような堅い基板１８とポリイミドフィルム２３とを剥がすことが可能な接着力の設定が可能となった。

以上説明したように本発明によれば、一般的に入手の容易な形態の発光素子で、高輝度特性を維持しつつ、かつ組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする製造方法が実現出来た。
例えばバンプ形成済みのウェハーを用いれば組み立て時間をより短縮することは可能であるが、調達の制約が大きく実現は容易でないことを考慮すると、本発明の効果は大きいと考えられる。
また、本発明による表面実装型発光素子の製造方法は一般的に入手可能な形態の発光素子を対象としているため、いわゆる少量多品種生産の製品に応用可能である。
さらに、本発明による製造方法は発光素子以外のチップのフリップチップ実装にも効果が大きいことは勿論である。

本発明による表面実装型発光素子の製造方法の工程を説明する図である。 本発明による表面実装型発光素子の製造方法の工程図である。 第２の粘着テープやエキスパンドテープよりも堅い固板を説明する図である。 ワイヤボンディング実装タイプ表面実装型ＬＥＤの断面図である。 フリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤの断面図である。 金バンプ品をリフロー法によってフリップチップ接続する場合の従来の工程を示した図である。

符号の説明

１６ エキスパンドテープ
１２ 発光素子チップ
１４ パッド
２４ スタッドバンプ
２６ 第１の粘着テープ
９８ 表面実装型発光素子
１７ 第２の粘着テープ
２１ 固板
１８ 第２の粘着テープやエキスパンドテープよりも堅い基板
２０ ポリイミドフィルム

Claims (5)

1. 表面実装型発光素子の製造方法において、
   エキスパンドテープにダイシング済みの発光素子チップ群がフェイスアップ状態で貼り付けられているウェハーの受け入れ工程と、
   前記発光素子チップのパッドにスタッドバンプを形成するバンプ形成工程と、
   前記スタッドバンプが形成された前記発光素子チップ群を第１の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置する配置工程とを有し、
   該粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置された前記発光素子チップを取り上げて基板に配置してフリップチップ実装することを特徴とする表面実装型発光素子の製造方法。
2. 前記エキスパンドテープに貼り付けられているダイシング済みの発光素子チップ群を、第２の粘着テープ上にフェイスダウン状態で配置し直す転写工程と、
   該転写工程で得られた前記発光素子チップ群を、前記第２の粘着テープや前記エキスパンドテープよりも堅い固板にフェイスアップ状態で貼り付ける固定工程を有し、
   該固定工程のあとに前記バンプ形成工程を設けたことを特徴とする請求範囲１記載の表面実装型発光素子の製造方法。
3. 前記固板は前記第２の粘着テープや前記エキスパンドテープよりも堅い基板上にポリイミドフィルムを接着していることを特徴とする請求範囲２記載の表面実装型発光素子の製造方法。
4. 前記配置工程においては、前記バンプ形成工程で得られた前記発光素子チップ群に、スタッドバンプ側から前記第１の粘着テープを接着し、該第１の粘着テープに前記発光素子チップ群を転写していることを特徴とする請求範囲１記載の表面実装型発光素子の製造方法。
5. 前記配置工程においては、前記バンプ形成工程で得られた前記発光素子チップ群に、スタッドバンプ側から前記第１の粘着テープを接着し、該第１の粘着テープに前記発光素子チップ群を転写し、該転写の際には、前記固板の堅い基板から前記ポリイミドフィルムを剥がしていることを特徴とする請求範囲３記載の表面実装型発光素子の製造方法。
   

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