JP2010147455A - 基板の封止方法および発光ダイオードデバイスの作製方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 基板の封止方法および発光ダイオードデバイスの作製方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、
(a1)基板の上面上に実装された複数のチップを有する基板を提供することと、
(b1)ドライフィルムフォトレジストを基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c1)マスクを介してフォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d1)フォトレジスト層を現像して未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e1)成形材料を用いて基板の上面を成形することと、
(f1)成形材料を硬化させることと、
(g1)フォトレジスト除去剤を用いて未露光フォトレジスト領域を基板から除去することと、
を含む、基板の封止方法に関する。
【選択図】 なし
【解決手段】 本発明は、
(a1)基板の上面上に実装された複数のチップを有する基板を提供することと、
(b1)ドライフィルムフォトレジストを基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c1)マスクを介してフォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
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(f1)成形材料を硬化させることと、
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を含む、基板の封止方法に関する。
【選択図】 なし
Description
本発明は、ドライフィルムフォトレジストとフォトリソグラフィー技術とを利用することによる基板の封止に関する。さらに、本発明は、発光ダイオード(LED)デバイスの作製に関する。
ワイヤーボンディングは、1950年代以降、電子パッケージおよび電子アセンブリーの主流の作製プロセスになっている。ワイヤーボンディングは、非常に微細なボンディングワイヤーを介して電子デバイス中のマイクロ電子素子の電気的接続を提供する。このボンディングワイヤーは、通常、直径が1〜3ミルであり、金(Au)、アルミニウム(Al)、または銅(Cu)で作製される。ワイヤーボンディングに現在使用されている方法としては、たとえば、熱圧着法、超音波法、およびサーモソニック法が挙げられる。ワイヤーボンディングに関する出版物としては、たとえば、(特許文献1)が挙げられる。ワイヤーボンディングは、以下の共通の欠点を有することが明らかにされている。
・ワイヤーボンドパッドのクレータリングまたはピーリング
・ワイヤーボンドの破損(ウィークボンドまたはボンドリフトを生じる)
・統一性のないテール(周囲回路上の他のボンドまたはトレースとの短絡の原因となる)
・不十分な溶接(ウィークボンドを生じる)
・ボンドパッド上への不適切な定置(短絡および不良溶接部を生じる)
・ワイヤーボンドパッドのクレータリングまたはピーリング
・ワイヤーボンドの破損(ウィークボンドまたはボンドリフトを生じる)
・統一性のないテール(周囲回路上の他のボンドまたはトレースとの短絡の原因となる)
・不十分な溶接(ウィークボンドを生じる)
・ボンドパッド上への不適切な定置(短絡および不良溶接部を生じる)
そのほかに、従来のワイヤーボンディングパッケージは、片面冷却型であり、通常、ヒートシンキングを必要とするので、余分の基板スペースが必要になる。
過去50年間にわたり、半導体工業の発展は、実にめざましいものであり、集積回路(IC)の集積化、超小型化、および熱放散が等しくめざましい進歩を遂げたことにより大きく歩みを進めてきた。ワイヤーボンディングは、もはや現代の電子パッケージおよび電子アセンブリーのニーズを満たさない。
したがって、フリップチップパッケージングが代替として開発されてきた。フリップチップパッケージングは、多くの利点、たとえば、良好な伝導性、良好な熱放散、および最小限のチップサイズを提供する。それに加えて、フリップチップパッケージングは、標準的なワイヤーボンディングよりも優れた便益を提供する。たとえば、フリップチップパッケージングは、標準的なワイヤーボンディングでは達成できないハイピンアウトデザインおよびハイスピードデザインの作製を可能にする。さらに、フリップチップパッケージングは、素子と基板との間の電子信号の伝送距離を低減する。現在では、フリップチップパッケージングは、電子パッケージおよび電子アセンブリーの作製に広く使用されている。
環境的損傷および機械的損傷からICパッケージを保護するためにコンフォーマルコーティングを形成することが一般に知られている。コンフォーマルコーティングは、ICパッケージ内に収容された素子を湿分、溶媒侵食などから守ることにより、素子の寿命を長くする。コンフォーマルコーティングは、通常、ディップ塗布、スプレー塗布、または単純なフロー塗布により適用される。しかしながら、ICパッケージの望ましくない部分上に形成されたコーティングは、機械な力の印加たとえばスカーピング(scarping)を行わないかぎり、容易に除去することができない。
基板の望ましくない領域のレジスト層を容易に除去しうる基板の封止方法が依然として必要とされている。
他の態様では、発光ダイオード(LED)は、発光デバイスとして広く使用されてきた半導体素子である。先行技術のデバイスの1つでは、適正な光出力を生成するために単一のハウジング内で多数のLEDが利用される。このタイプのLEDの欠点は、光出力が不十分であることである。この欠点に対処するために、多数のLEDの代替として単一のLEDを使用することが提案されている。たとえば、(特許文献2)には、多数のLEDがそれぞれそれ自体のドーム(レンズ)を有して含まれる増強された光出力のLEDデバイスが開示されている。しかしながら、そのようなタイプのLEDは、光出力が電力消費に対して最適化されないうえにより高い電流を必要とする。
白色光を発するLEDが望ましい。白色光を生成するために、均一に混合されたさまざまな色彩の光、たとえば、赤色光、緑色光、および青色光を発する複数のLEDチップを収容した発光パッケージを作製することが知られている。また、LEDの作製でコンフォーマルコーティング技術を利用することも知られている。たとえば、(特許文献3)には、青色波長またはそれよりも短い波長を有する光を発するLEDダイを提供することと、LED光を白色光の第1の色成分に変換する第1の蛍燐光体を用いてLEDダイの複数の表面上にコンフォーマルコーティングを施すことと、伝送バインダー中の第2の蛍燐光体を用いてコンフォーマルコーティングを有するLEDダイを実質的に封止することと、を含む、白色光LEDの製造方法が開示されている。(特許文献3)では、フォトレジストは、支持基板の表面を覆うように堆積され、そして蛍燐光体が堆積されるLEDダイの表面から除去される。次に、LEDダイは、蛍燐光体を用いてLEDの表面にコンフォーマルコーティングを施すために、荷電蛍燐光体粒子を含有する溶液中に浸漬される。(特許文献3)の方法の欠点は、非常に薄肉のコンフォーマル蛍燐光体層コーティングに好適であるにすぎないうえにシリコン系封止材料が唯一のUV感光性タイプであることである。
コンフォーマルコーティング技術に加えて、スクリーン印刷技術も、各LED上にコンフォーマルコーティングを提供するためにLEDの作製に一般に利用される。たとえば、(特許文献4)には、スクリーン印刷用ステンシルが使用される電気基板の作製方法が教示されている。しかしながら、スクリーン印刷技術は、正確なアライメントを必要とするので、加工の難しさを増大させる。さらに、スクリーン印刷技術で使用されるステンシルは、加熱時に膨張しかつ冷却時に収縮する傾向がある。
LEDは、最適化された光出力を生成可能でありかつアライメントに伴う問題を生じることなく製造可能であることが望ましい。また、製造コストは削減可能であることが望ましい。
本発明は、ドライフィルムフォトレジストとフォトリソグラフィー技術とを利用することによる基板の封止に関する。本発明はさらに、LEDデバイスの作製に関する。
本発明は、
(a1)基板の上面上に実装された複数のチップを有する基板を提供することと、
(b1)ドライフィルムフォトレジストを基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c1)マスクを介してフォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d1)フォトレジスト層を現像して未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e1)成形材料を用いて基板の上面を成形することと、
(f1)成形材料を硬化させることと、
(g1)フォトレジスト除去剤を用いて未露光フォトレジスト領域を基板から除去することと、
を含む、基板の封止方法を提供する。
(a1)基板の上面上に実装された複数のチップを有する基板を提供することと、
(b1)ドライフィルムフォトレジストを基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c1)マスクを介してフォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d1)フォトレジスト層を現像して未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e1)成形材料を用いて基板の上面を成形することと、
(f1)成形材料を硬化させることと、
(g1)フォトレジスト除去剤を用いて未露光フォトレジスト領域を基板から除去することと、
を含む、基板の封止方法を提供する。
電子素子の作製に有用な基板であればいずれも、本発明に適用可能である。たとえば、基板は、インジウムスズ酸化物(ITO)ガラス、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、GaN、サファイア、InGaN、AlInGaP、またはセラミックスでありうる。
工程(a1)では、フリップチップ方式またはワイヤーボンディング方式でチップを基板上に実装することが可能である。チップは、LEDチップ、CMOSイメージセンサーチップでありうる。
公知のネガ型ドライフィルムフォトレジストであればいずれも、本発明に係る工程(b1)に適用可能である。市販のドライフィルムフォトレジストの例としては、感光性アクリレートのDuPont社製Riston(登録商標)、MPF(登録商標)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
工程(c1)では、マスクは、不透過性特徴部と透過性特徴部とからなる任意の所望のパターンを担持可能である。パターンは、光源で露光されるフォトレジストの領域を規定する。光源は、たとえば、赤外光、広帯域紫外光、深紫外光、極紫外光、eビーム、およびX線でありうる。
工程(d1)は、現像液を用いて行われる。公知の現像液であればいずれも、本発明に係る工程(d1)に適用可能である。好ましくは、0.1〜1.5v/v%の濃度を有する炭酸ナトリウムの水性溶液を現像工程で使用する。
工程(e1)は、公知の成形方式であればいずれの方式でも、たとえば、インクジェット印刷またはスクリーン印刷により、行うことが可能である。この工程をインクジェット印刷により行う場合、たとえば(特許文献5)に開示される印刷装置を使用することが可能である。
公知の成形材料であればいずれも、本発明に適用可能である。好適な成形材料としては、シリコン、エポキシ、およびアクリレートが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましくは、成形材料は、基板の上面上に実装されたチップ上にコンフォーマルコーティングを形成する。
工程(f1)は、工程(e1)で記載した成形材料の性質に依存して、基板を加熱するかまたは基板を以上に述べた光源で露光することにより、行うことが可能である。
工程(g1)では、フォトレジスト除去剤は、40〜100℃で10〜60分間、好ましくは70℃かつ20分間の条件下の、1〜60%のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)と1〜50%のポリ(プロピレングリコール)ジアミン(PPG−ジアミン)と10〜30%のジメチルスルホキシド(DMSO)と1〜20%のKOHとの混合物である。図1a〜1eでは、図1aに示されるように複数のチップ12を基板11の上面上に実装し、そして図1bに示されるようにフォトレジスト13を基板11の上面に圧着する。露光工程および現像工程の後、図1cに示されるように未露光フォトレジスト領域の下側部分が露出される。次に、図1dに示されるように、基板11の上面上に実装されたチップ12に成形材料を適用してコンフォーマルコーティング15を形成する。図1eでは、未露光フォトレジスト領域を基板11の上面から除去する。
本発明の好ましい実施形態によれば、チップはLEDチップであり、かつ成形材料は1種以上の蛍燐光体を含有する。この態様では、本発明は、
(a2)フリップチップ方式で基板の上面上に実装された複数のLEDチップを有する基板を提供することと、
(b2)ドライフィルムフォトレジストを基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c2)マスクを介してフォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d2)フォトレジスト層を現像して未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e2)1種以上の蛍燐光体を含有する成形材料を用いて基板の上面を成形することと、
(f2)成形材料を硬化させることと、
(g2)フォトレジスト除去剤を用いて未露光フォトレジスト領域を基板から除去することと、
を含む、LEDデバイスの作製方法を提供する。
(a2)フリップチップ方式で基板の上面上に実装された複数のLEDチップを有する基板を提供することと、
(b2)ドライフィルムフォトレジストを基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c2)マスクを介してフォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d2)フォトレジスト層を現像して未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e2)1種以上の蛍燐光体を含有する成形材料を用いて基板の上面を成形することと、
(f2)成形材料を硬化させることと、
(g2)フォトレジスト除去剤を用いて未露光フォトレジスト領域を基板から除去することと、
を含む、LEDデバイスの作製方法を提供する。
工程(e2)では、LEDデバイスの作製に適用可能な公知の蛍燐光体であればいずれも、本発明に使用可能である。代表的な蛍燐光体は、たとえば、(特許文献6)に見られる。
以下の実施例を参照すれば、本発明が明らかになるであろう。ただし、これらの実施例は、単なる例示にすぎず、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を限定するものとみなされるべきものではない。
実施例1
・ドライフィルムラミネーション
フリップチップが実装された1枚のサファイア基板を用意し、そしてDI水で洗浄して汚染原因になりうる物質を除去する。ドライフィルムフォトレジストラミネーターの速度、温度、および圧力を、それぞれ、1m/分未満、120℃未満、および4kg/cm2未満に制御する。G2
・ドライフィルムラミネーション
フリップチップが実装された1枚のサファイア基板を用意し、そしてDI水で洗浄して汚染原因になりうる物質を除去する。ドライフィルムフォトレジストラミネーターの速度、温度、および圧力を、それぞれ、1m/分未満、120℃未満、および4kg/cm2未満に制御する。G2
・露光および現像
UV露光ユニットおよびフォトリソグラフィーマスクを用いてドライフィルムフォトレジスト(DuPont社製MPF(登録商標)WB2100)を有する基板を露光し、次に、30℃未満で1%炭酸ナトリウムによりフォトレジストを現像して次のプロセスに供される残留フォトレジスト領域を規定する。
UV露光ユニットおよびフォトリソグラフィーマスクを用いてドライフィルムフォトレジスト(DuPont社製MPF(登録商標)WB2100)を有する基板を露光し、次に、30℃未満で1%炭酸ナトリウムによりフォトレジストを現像して次のプロセスに供される残留フォトレジスト領域を規定する。
・スクリーン印刷および硬化
100mlビーカー中で1部の蛍燐光体粉末を5部の未硬化シリコン溶液と混合する。スクリーン印刷機のスキージーを用いて基材上のフォトレジストバイア/トレンチ中に蛍燐光体シリコン溶液を印刷し、次に、シリコンを150℃未満で8時間硬化させる。
100mlビーカー中で1部の蛍燐光体粉末を5部の未硬化シリコン溶液と混合する。スクリーン印刷機のスキージーを用いて基材上のフォトレジストバイア/トレンチ中に蛍燐光体シリコン溶液を印刷し、次に、シリコンを150℃未満で8時間硬化させる。
・フォトレジスト除去
シリコンを十分に硬化させた後、DuPont社製EKC830除去剤を用いて80℃未満で15分間かけてドライフィルムフォトレジストを剥離し、次に、DI水で基板を濯いで残留溶媒を除去する。
シリコンを十分に硬化させた後、DuPont社製EKC830除去剤を用いて80℃未満で15分間かけてドライフィルムフォトレジストを剥離し、次に、DI水で基板を濯いで残留溶媒を除去する。
実施例2
・ドライフィルムラミネーション
1枚のガラスウェーハを用意し、そしてそれをDI水で洗浄して汚染原因になりうる物質を除去する。ドライフィルムフォトレジストラミネーターの速度、温度、および圧力を、それぞれ、2m/分未満、105℃未満、および3kg/cm2未満に制御する。
・ドライフィルムラミネーション
1枚のガラスウェーハを用意し、そしてそれをDI水で洗浄して汚染原因になりうる物質を除去する。ドライフィルムフォトレジストラミネーターの速度、温度、および圧力を、それぞれ、2m/分未満、105℃未満、および3kg/cm2未満に制御する。
・露光および現像
UV露光ユニットおよびフォトリソグラフィーマスクを用いてドライフィルムフォトレジスト(DuPont社製MPF(登録商標)WBR2120)を有する基板を露光し、次に、30℃未満で1%炭酸ナトリウムによりフォトレジストを現像して次のプロセスに供される残留フォトレジスト領域を規定する。
UV露光ユニットおよびフォトリソグラフィーマスクを用いてドライフィルムフォトレジスト(DuPont社製MPF(登録商標)WBR2120)を有する基板を露光し、次に、30℃未満で1%炭酸ナトリウムによりフォトレジストを現像して次のプロセスに供される残留フォトレジスト領域を規定する。
・スクリーン印刷および硬化
100mlビーカー中で1部の蛍燐光体粉末を5部の未硬化シリコン溶液と混合する。スクリーン印刷機のスキージーを用いて基材上のフォトレジストバイア/トレンチ中に蛍燐光体シリコン溶液を印刷し、次に、シリコンを150℃未満で8時間硬化させる。
100mlビーカー中で1部の蛍燐光体粉末を5部の未硬化シリコン溶液と混合する。スクリーン印刷機のスキージーを用いて基材上のフォトレジストバイア/トレンチ中に蛍燐光体シリコン溶液を印刷し、次に、シリコンを150℃未満で8時間硬化させる。
・フォトレジスト除去
シリコンを十分に硬化させた後、DuPont社製EKC830除去剤を用いて60℃未満で15分間かけてドライフィルムフォトレジストを剥離し、次に、DI水で基板を濯いで残留溶媒を除去する。
シリコンを十分に硬化させた後、DuPont社製EKC830除去剤を用いて60℃未満で15分間かけてドライフィルムフォトレジストを剥離し、次に、DI水で基板を濯いで残留溶媒を除去する。
実施例3
・ドライフィルムラミネーション
5μm〜150μmの範囲内のトポグラフィーを有する1枚のシリコン基板を用意し、次に、DI水で洗浄して汚染原因になりうる物質を除去する。ドライフィルムフォトレジストラミネーターの速度、温度、および圧力を、それぞれ、0.5m/分未満、120℃未満、および5kg/cm2未満に制御する。
・ドライフィルムラミネーション
5μm〜150μmの範囲内のトポグラフィーを有する1枚のシリコン基板を用意し、次に、DI水で洗浄して汚染原因になりうる物質を除去する。ドライフィルムフォトレジストラミネーターの速度、温度、および圧力を、それぞれ、0.5m/分未満、120℃未満、および5kg/cm2未満に制御する。
・露光および現像
UV露光ユニットおよびフォトリソグラフィーマスクを用いてドライフィルムフォトレジスト(DuPont社製MPF(登録商標)WBR2120)を有する基板を露光し、次に、30℃未満で1%炭酸ナトリウムによりフォトレジストを現像して次のプロセスに供される残留フォトレジスト領域を規定する。
UV露光ユニットおよびフォトリソグラフィーマスクを用いてドライフィルムフォトレジスト(DuPont社製MPF(登録商標)WBR2120)を有する基板を露光し、次に、30℃未満で1%炭酸ナトリウムによりフォトレジストを現像して次のプロセスに供される残留フォトレジスト領域を規定する。
・スクリーン印刷および硬化
100mlビーカー中で1部の蛍燐光体粉末を5部の未硬化シリコン溶液と混合する。スクリーン印刷機のスキージーを用いて基材上のフォトレジストバイア/トレンチ中に蛍燐光体シリコン溶液を印刷し、次に、シリコンを150℃未満で8時間硬化させる。
100mlビーカー中で1部の蛍燐光体粉末を5部の未硬化シリコン溶液と混合する。スクリーン印刷機のスキージーを用いて基材上のフォトレジストバイア/トレンチ中に蛍燐光体シリコン溶液を印刷し、次に、シリコンを150℃未満で8時間硬化させる。
・フォトレジスト除去
シリコンを十分に硬化させた後、DuPont社製EKC830除去剤を用いて100℃未満で60分間かけてドライフィルムフォトレジストを剥離し、次に、DI水で基板を濯いで残留溶媒を除去する。
シリコンを十分に硬化させた後、DuPont社製EKC830除去剤を用いて100℃未満で60分間かけてドライフィルムフォトレジストを剥離し、次に、DI水で基板を濯いで残留溶媒を除去する。
11 基板
12 チップ
13 フォトレジスト
15 コンフォーマルコーティング
12 チップ
13 フォトレジスト
15 コンフォーマルコーティング
Claims (16)
- (a1)基板の上面上に実装された複数のチップを有する基板を提供することと、
(b1)ドライフィルムフォトレジストを前記基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c1)マスクを介して前記フォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d1)前記フォトレジスト層を現像して前記未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e1)成形材料を用いて前記基板の上面を成形することと、
(f1)前記成形材料を硬化させることと、
(g1)フォトレジスト除去剤を用いて前記未露光フォトレジスト領域を前記基板から除去することと、
を含む、基板の封止方法。 - 前記基板が、インジウムスズ酸化物(ITO)ガラスおよびセラミックスからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記チップがフリップチップ方式で前記基板上に実装される、請求項1に記載の方法。
- 前記チップがワイヤーボンド方式で前記基板上に実装される、請求項1に記載の方法。
- 前記チップがLEDチップである、請求項3に記載の方法。
- 工程(d1)が、0.1〜1.5v/v%の濃度を有する炭酸ナトリウムの水性溶液を現像液として用いることにより行われる、請求項1に記載の方法。
- 工程(e1)で、前記成形材料が、前記基板の上面上に実装された前記チップ上にコンフォーマルコーティングを形成する、請求項1に記載の方法。
- 工程(f1)の硬化が、前記基板を加熱することにより行われる、請求項1に記載の方法。
- 工程(f1)の硬化が、前記基板を光源で露光することにより行われる、請求項1に記載の方法。
- 工程(g1)で使用される前記フォトレジスト除去剤が、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)とポリ(プロピレングリコール)ジアミン(PPG−ジアミン)とジメチルスルホキシド(DMSO)との混合物である、請求項1に記載の方法。
- (a2)フリップチップ方式で基板の上面上に実装された複数のLEDチップを有する基板を提供することと、
(b2)ドライフィルムフォトレジストを前記基板の上面上に圧着してフォトレジスト層を形成することと、
(c2)マスクを介して前記フォトレジスト層を光源で露光して未露光フォトレジスト領域と露光フォトレジスト領域とを形成することと、
(d2)前記フォトレジスト層を現像して前記未露光フォトレジスト領域の下側部分を露出させることと、
(e2)成形材料を用いて前記基板の上面を成形することと、
(f2)前記成形材料を硬化させることと、
(g2)フォトレジスト除去剤を用いて前記未露光フォトレジスト領域を前記基板から除去することと、
を含む、LEDデバイスの作製方法。 - 前記基板が、インジウムスズ酸化物(ITO)ガラスおよびセラミックスからなる群から選択される、請求項11に記載の方法。
- 工程(d2)が、0.1〜1.5v/v%の濃度を有する炭酸ナトリウムの水性溶液を現像液として用いることにより行われる、請求項11に記載の方法。
- 工程(e2)で、前記成形材料が、前記基板の上面上に実装された前記チップ上にコンフォーマルコーティングを形成する、請求項11に記載の方法。
- 工程(f2)の硬化が、前記基板を加熱することにより行われる、請求項11に記載の方法。
- 工程(f2)の硬化が、前記基板を光源で露光することにより行われる、請求項11に記載の方法。
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