JP2014509089A - Ｌｅｄ上のパターニングされた感ｕｖ性シリコーン−蛍光体層 - Google Patents

Abstract

単一のサブマウントタイル（又はウェハ）上に複数のＬＥＤダイがマウントされる。ＬＥＤダイは光を放射する頂面を有する。そして、蛍光体を注入された均一厚さの感ＵＶ性シリコーンの層が、ＬＥＤダイの頂部及び側面の上を含めて、タイル上に堆積される。ＬＥＤダイの頂部及び側面の上のシリコーン／蛍光体のみが所望であるので、直接的にタイルの上にあるシリコーン／蛍光体は除去される必要がある。そこで、残存すべき領域をＵＶ光に曝し、それにより架橋結合されたシリコーンを作り出すように、シリコーン／蛍光体層がマスクされる。そして、溶剤を用いて、露光されていないシリコーン／蛍光体層が分解されて、タイル表面から除去される。シリコーン／蛍光体層は、ＬＥＤダイ上のワイヤボンド電極を露出させるように画成されてもよい。最終的に、タイルが個片化されて、個々の蛍光体変換型ＬＥＤが産出される。

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）上に蛍光体層又はその他の波長変換層を形成することに関し、特に、サブマウントタイル上にマウントされたＬＥＤダイ上にそのような層を形成する方法に関する。

ＬＥＤダイ上に蛍光体を堆積することによってＬＥＤダイからの光が例えば白色光などの異なる色に変換されることは一般的である。

ＬＥＤウェハから個片化された個々のＬＥＤダイをサブマウントタイル上にマウントし、タイル上のダイを更に処理することで、処理の速度を高めることが知られている。そのようなサブマウントタイルは、例えば、２０００個のＬＥＤダイを装着され得る。

ＬＥＤダイがサブマウントタイル上にマウントされる一方で、蛍光体は典型的に、ダイ上にスプレイ塗布され、ダイ上にモールドされ、ダイ上に印刷され、電気泳動法によって堆積され、あるいはその他の方法を用いて堆積されている。一部の例では、熱硬化性のシリコーンバインダ内に蛍光体粒子が注入され、その混合物がダイ上に堆積される。その後、混合物は熱によって硬化される。

蛍光体層がＬＥＤダイ上だけでなくタイルの全表面上にも堆積される場合、蛍光体は望ましくないことに、下方へのＬＥＤ光をタイル個片化後のサブマウントから反射するように意図されたタイル上の反射性メタライゼーションを覆ってしまう。また、ＬＥＤダイの頂面の小さいワイヤボンド電極を蛍光体が覆ってしまい得る。さらに、ＬＥＤダイの周りで均一な色を提供するように、ＬＥＤダイの側面の周りに一定厚さの蛍光体のみを設けることが望ましいことがある。全てのそのような場合において、不所望の蛍光体を除去するために、特別なマスキング及びエッチングのプロセスを実行しなければならない。エッチングプロセスは、時間がかかり且つ比較的高価であるので、得られるＬＥＤにコストを追加する。

タイルレベルの全てのプロセスが完了した後、タイルが個片化されて、個々の蛍光体変換型ＬＥＤが作り出される。

タイル又はＬＥＤダイの上の蛍光体のエッチングを必要としないプロセスが望まれる。

この概要は、本発明のほんの一部の実施形態のみを記載するものである。

単一のサブマウントタイル（又はウェハ）上に複数のＬＥＤダイがマウントされる。ＬＥＤダイは光を放射する頂面を有する。一実施形態において、ＬＥＤダイがサブマウントタイル上にマウントされた後に、レーザリフトオフによって成長基板が半導体層から除去される。そして、蛍光体を注入された事前形成された感ＵＶ性シリコーンのシートが、ＬＥＤダイの頂部及び側面の上を含めて、タイル上にラミネートされる。ＬＥＤダイの頂部及び側面の上のシリコーン／蛍光体層のみが所望であるので、直接的にタイルの上にあるシリコーン／蛍光体層は除去される必要がある。

他の一実施形態においては、液体のシリコーン／蛍光体層が、タイル及びＬＥＤダイの上に、スピンオンされ、スプレイ塗布され、スクリーン印刷され、モールドされ、あるいはその他の方法で堆積される。

そして、残存すべき領域を露出させるように、シリコーン／蛍光体層がマスクされる。マスクを介して露出されたシリコーン／蛍光体層にＵＶ光が当てられ、それにより、溶剤を用いてシリコーン／蛍光体層が現像された後にも残存することになる架橋結合された材料が作り出される。シリコーンはネガ型フォトレジストとして作用する。そして、露光されていないシリコーン／蛍光体層が、溶剤を用いて分解され、ＬＥＤの頂部及び側面の上に残存したシリコーン／蛍光体層が洗浄され、乾燥される。

一実施形態において、ＬＥＤはフリップダイであり、ＬＥＤダイの頂面の如何なる領域も電気的にコンタクトを取られる必要がない。他の一実施形態において、ＬＥＤダイが１つ以上の頂部ワイヤボンドを必要とする場合、上記マスクがそれらの領域内のＵＶ光を阻止するようにし、故に、ワイヤボンド領域からシリコーン／蛍光体層が除去される。

シリコーン／蛍光体層の選択的な除去は、１）効率が向上されるよう、ＬＥＤダイを囲む反射性のメタライゼーションが、下方へのＬＥＤ光を反射することを可能にし、２）ＬＥＤ及び蛍光体によって発せられる光を、ＬＥＤダイの周りで一層均一にさせ、３）ＬＥＤダイの頂面へのワイヤボンディングを可能にする。エッチングが必要ないので、このプロセスは、迅速、清浄、且つ安価に実行される。

更なるウェハレベル処理の後、タイルが個片化されて、個々の蛍光体変換型ＬＥＤが産出される。

シリコーン内に蛍光体粒子が注入されることに代えて、光散乱粒子又はその他の材料が注入されてもよい。シリコーンが単に封止及び／又はレンズとして使用される一実施形態においては、シリコーンに注入された材料が存在しなくてもよい。

サブマウントタイルの一部の断面図であり、電極がサブマウントタイル上のパッドに接合された２つのＬＥＤダイを示している。 支持膜と、その上に堆積された、蛍光体が注入された感ＵＶ性シリコーンの層と、シリコーン／蛍光体層上の保護膜とを例示する図である。 サブマウントタイル上にラミネートされたシリコーン／蛍光体層を例示する図である。 ＬＥＤダイの頂面全体上のシリコーン／蛍光体層を選択的にＵＶ光に曝すマスクを例示する図である。 ＬＥＤダイの頂部電極へのワイヤボンディングを可能にするよう、ＬＥＤダイの頂面の一部のみの上のシリコーン／蛍光体層を選択的にＵＶ光に曝すマスクを例示する図である。この例において、ＬＥＤダイは、１つの電極を底面に有し且つワイヤボンド電極を頂面に有する縦型ダイである。 露光されていないシリコーン／蛍光体層が溶剤によって除去された後の、図４Ａのシリコーン／蛍光体層を例示する図である。 露光されていないシリコーン／蛍光体層が溶剤によって除去され且つ頂部電極にワイヤが接合された後の、図４Ｂのシリコーン／蛍光体層を例示する図である。 本発明の一部の実施形態に係る２つの選択的なプロセスにおけるステップ群を特定するフローチャートである。 同一あるいは等価な要素には同一の符号を付する。

図１−６は、本発明のほんの一部の実施形態のみを表すものである。数多くのその他の実施形態が想像される。図１−５に示すプロセスを、図６のフローチャートを参照しながら説明する。図６は、ラミネーションフロー２０及びモールディングフロー３１という２つの選択的なフローを例示している。幾つかの処理工程は双方のフローに共通である。

図１は、図６のステップ１４で特定されるように、従来からのＬＥＤダイ１２のアレイが装着されたサブマウントタイル１０を示している。何千個というダイ１２がタイル１０に接合され得る。サブマウントタイル１０の典型的な形状は長方形及び円形である。サブマウントの基材は、セラミック、シリコン、絶縁されたアルミニウム、又はその他の材料とし得る。ＬＥＤダイ１２は、成長基板（ＧａＮベースのＬＥＤダイの場合には例えばサファイアなど）上にエピタキシャル成長された半導体層を有する。ｐ型層とｎ型層との間に挟まれた活性層が光を生成する。ＬＥＤダイ１２はサブマウントタイル１０上にマウントされる。ＬＥＤダイ１２をタイル１０にマウントした後、成長基板がレーザリフトオフによって半導体層の頂面上から除去される。図１のダイ１２はフリップチップであり、双方の電極１６が底面に形成されている。ＬＥＤダイ電極１６は、サブマウントタイル１０の表面に形成された金属パッドに超音波接合され得る。サブマウントタイル１０のパッドは、印刷回路基板への表面実装用の、タイル１０の底面上の、より堅牢な電極に（導電ビアを用いて）つながっている。

アンダーフィル材料１８が、ＬＥＤダイ１２とタイル１０の表面との間に注入あるいはモールドされる。

一例において、サブマウントタイル１０は、効率を高めるために下方への光を反射するよう、ＬＥＤダイ１２のフットプリント（設置部）の外側に反射性の金属表面１９を有する。この反射金属は、サブマウントタイル１０の拡大されたボンドパッドであってもよい。故に、そのような反射金属が蛍光体で覆われないことが望ましい。タイル１０の表面上の蛍光体の層を望まないことには、その他の理由も存在し得る。

図６のラミネーションフロー２０で特定される一実施形態において、タイル１０及びダイ１２を覆ってシリコーン／蛍光体層がラミネートされる。図２は、シリコーン／蛍光体層の一実施形態の構成を例示している。例えばテフロン（登録商標）又はその他の好適材料の層を備えたプラスチックフィルムなどの、ノンスティック支持フィルム２４が、シリコーン／蛍光体層の一時的な支持を提供する（図６のステップ２５）。蛍光体粒子を注入された感ＵＶ性（ＵＶセンシティブ）シリコーンの液体スラリーが調合され、支持フィルム２４上に、スプレイ塗布され、スピンオンされ、印刷され、あるいはその他の技術によって堆積され、それにより、シリコーン／蛍光体層２６が形成される（図６のステップ２７）。使用される蛍光体の種類は、所望の発光色に依存する。例えば、青色光を生成するＬＥＤダイ１２では、白色光を作り出すために、ＹＡＧ蛍光体、又は赤色蛍光体と緑色蛍光体との組合せが使用され得る。蛍光体粒子の密度及び層（レイヤ）２６の厚さが、完成デバイスによって放射される色を決定する。典型的に、シリコーン／蛍光体層２６は２０−２００μｍの間の厚さである。層２６は均一な厚さを有する。層２６は、例えば光を散乱するＴｉＯ_２、ＺｒＯ又はシリカ粒子など、その他の材料を含んでいてもよい。感ＵＶ性シリコーン及び好適な蛍光体は商業的に入手可能である。

その後、シリコーン／蛍光体層２６が熱によって乾燥されて、固体の層が形成される（図６のステップ３０）。そして、シリコーン／蛍光体層２６上に保護フィルム３２が貼り付けられる（図６のステップ３２）。得られた層状構造は、サブマウントタイル１０の寸法に切断されて、後での使用のために積み重ねられ得る。

タイル１０上にシリコーン／蛍光体層２６をラミネートする前に、保護フィルム３２が除去され、そして、ラミネーション工程中にシリコーンが変形するのを防止し且つＬＥＤダイ１２上で層２６の目標厚さを維持する膜硬さを達成するために、シリコーン／蛍光体層２６が５０−１５０℃で１−１０分プレキュア（予備硬化）される（図６のステップ３４）。

次いで、支持フィルム２４をタイル１０から離れた側にして、シリコーン／蛍光体層２６がタイル１０上に位置付けられる。そして、図３に示すように、タイル１０及びＬＥＤ１２に付着するよう、熱及び圧力の下で層２６がラミネートされる。このラミネーションプロセスを真空条件下で行うことによって空気が除去される。層２６は、ＬＥＤダイ１２上を含めて、表面とコンフォーマル（共形）になる（図６のステップ３６）。そして、支持フィルム２４が除去される。

ラミネーションフロー２０においてのように事前形成された層２６をタイル１０上にラミネートすることの代替として、蛍光体を注入された液体の感ＵＶ性シリコーンがスラリーとして調合され（図６のモールディングフロー３１のステップ３８）、数ある手法の何れかでタイル１０及びダイ１２の上に堆積されてもよい。そのような手法は、モールディング、スプレイ塗布、スピンオン、スクリーン印刷、及びその他の好適な堆積技術を含む（図６のステップ４０）。そして、堆積された図３の液体シリコーン／蛍光体層２６が乾燥される（図６のステップ４２）。

図４Ａは、タイル１０の上方に位置付けられたマスク５０を例示している（図６のステップ５１）。マスク５０はクロムめっきされたガラスとし得る。マスク５０は、現像工程後に残存することになるシリコーン／蛍光体層２６の領域を画成する透明部分５２を有している。不透明部分５４は、除去されることになるシリコーン／蛍光体層２６の領域を画成する。約３６５ｎｍのピーク波長を有するＵＶ源放射光５６が、ＬＥＤダイ１２の頂面全体上のシリコーン／蛍光体層２６を選択的に露光し、シリコーン／蛍光体層２６内に架橋結合を作り出す（図６のステップ５７）。

図４Ｂに示すように、仮にＬＥＤダイ５８が頂部ワイヤボンド電極とより大きい底部リフレクタ電極５９とを備えた縦型ＬＥＤダイである場合、ワイヤボンド電極からシリコーン／蛍光体層２６が除去されなければならない。図４Ｂは、最終的に頂部電極へのワイヤボンディングを可能にするよう、ＬＥＤダイ５８の頂面の一部上でのみシリコーン／蛍光体層２６をＵＶ光５６に選択的に曝すマスク６０を例示している。

この露光工程の後、露光されていないシリコーン／蛍光体層２６を分解するため、タイル１０が溶剤内に浸漬される。この工程はまた、シリコーン／蛍光体層２６を現像することとしても参照され得る。この溶剤は、架橋結合されたシリコーン／蛍光体層２６を分解しないヘプタンとし得る（図６のステップ６０）。次いで、残存したシリコーン／蛍光体層２６が脱イオン水で洗浄されて乾燥される。この乾燥処理は１２０−１５０℃で１−４時間とし得る。

図５Ａは、露光されていないシリコーン／蛍光体層２６が溶剤によって除去された後の、図４Ａのシリコーン／蛍光体層２６を例示している。

図５Ｂは、露光されていないシリコーン／蛍光体層２６が溶剤によって除去され、且つ従来からの技術によって頂部電極にワイヤ６４が接合された後の、図４Ｂのシリコーン／蛍光体層２６を例示している。

一実施形態において、その後、タイル１０上にあるままのＬＥＤダイ１２／５８の上にシリコーンレンズモールドされ、そして、ＬＥＤ／サブマウントユニットを個片化するようにタイル１０が切断される（図６のステップ６６）。更なるタイルレベルの処理が実行されてもよい。

得られたシリコーン／蛍光体層２６はコンフォーマルであり、ＬＥＤダイの周りに実質的に均一な色を作り出す。

この例では感ＵＶ性シリコーンを用いているが、その他の感ＵＶ性材料も使用され得る。ただし、それらの材料は、ＬＥＤダイからの光及び熱に長期にわたって晒されたときに黄変しないものであるべきである。

シリコーンに注入された波長変換蛍光体に代えて、波長変換のために、あるいは例えば光散乱などのその他の目的のために、その他の粒子が使用されてもよい。また、シリコーンは粒子を含有しなくてもよく、単にレンズ又は封止として使用されてもよい。

感ＵＶ層は、タイル全体を覆う必要はないが、少なくとも全てのＬＥＤダイとＬＥＤダイ間のタイル表面とを覆うことが望ましい。

放射線に晒されることによって不溶性になるネガ型感光材料を説明したが、それに代えて、放射線に晒されたときに可溶性になるポジ型感光材料が使用されてもよい。そのような材料が使用される場合には、図４Ａ及び４Ｂのマスクの透明部分と不透明部分とが逆にされることになる。

本発明の特定の実施形態を図示して説明したが、当業者に明らかなように、より広い観点での本発明を逸脱することなく変形及び変更が為され得る。故に、添付の請求項は、その範囲内に、本発明の真の精神及び範囲に入るそのような変形及び変更の全てを包含するものである。

Claims (20)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を製造する方法であって：
   サブマウントタイル上に複数のＬＥＤダイを配設する工程であり、各ＬＥＤダイは複数の半導体層を有し、各ＬＥＤダイは頂部発光面を有する、工程；
   前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に感ＵＶ層を配設する工程；
   マスクを用いて前記感ＵＶ層をマスキングする工程；
   前記マスクを通して選択的に前記感ＵＶ層をＵＶ放射線に曝す工程；及び
   前記マスクによって画成された前記感ＵＶ層の部分を、溶剤を用いて分解することで、前記ＬＥＤダイの前記発光面の少なくとも一部の上に前記感ＵＶ層を残存させるが、前記タイルの表面の少なくとも一部の上の前記感ＵＶ層を除去する工程；
   を有する方法。
2. 前記感ＵＶ層は実質的に、ＵＶ放射線に曝された後に前記溶剤によって分解可能でない、請求項１に記載の方法。
3. 前記感ＵＶ層は、前記マスクによって画成された前記感ＵＶ層の部分を分解した後、前記ＬＥＤダイをコンフォーマルに覆っている、請求項１に記載の方法。
4. 前記感ＵＶ層は、前記マスクによって画成された前記感ＵＶ層の部分を分解した後、前記ＬＥＤダイの前記頂部発光面と前記ＬＥＤダイの側面とをコンフォーマルに覆っている、請求項１に記載の方法。
5. 前記感ＵＶ層は、前記マスクによって画成された前記感ＵＶ層の部分を分解した後、前記ＬＥＤダイの前記頂部発光面の少なくとも一部の上に残存し、且つ前記ＬＥＤダイのワイヤボンド電極を露出させている、請求項１に記載の方法。
6. 前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に前記感ＵＶ層を配設する工程は、前記ＬＥＤダイと前記タイルとを覆う液体層として前記感ＵＶ層を堆積し、その後、前記感ＵＶ層を乾燥させることを有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に前記感ＵＶ層を配設する工程は：
   支持フィルムを用意し；
   前記支持フィルムの上に液体層として前記感ＵＶ層を堆積し；
   液体より硬い状態まで前記感ＵＶ層を乾燥させ；
   前記ＬＥＤダイ及び前記タイルに前記感ＵＶ層をラミネートし；且つ
   前記支持フィルムを除去する
   ことを有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に前記感ＵＶ層を配設する工程は、前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に、波長変換材料を含有した感ＵＶ層を配設することを有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記波長変換材料は蛍光体である、請求項８に記載の方法。
10. 前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に前記感ＵＶ層を配設する工程は、前記ＬＥＤダイと前記ＬＥＤダイ間の前記タイルの表面との上に、光散乱粒子を含有した感ＵＶ層を配設することを有する、請求項１に記載の方法。
11. 前記感ＵＶ層は感ＵＶ性シリコーンを有する、請求項１に記載の方法。
12. 前記タイルは、前記ＬＥＤダイの周囲の少なくとも一部を囲んで反射面を有し、前記タイルの表面の少なくとも一部の上の前記感ＵＶ層を除去する工程は、前記反射面の部分の上の前記感ＵＶ層を除去することを有する、請求項１に記載の方法。
13. 前記タイルを個片化する工程、を更に有する請求項１に記載の方法。
14. 発光ダイオード（ＬＥＤ）構造体であって：
    サブマウント上にマウントされたＬＥＤダイであり、該ＬＥＤダイは複数の半導体層を有し、該ＬＥＤダイは頂部発光面を有し、前記サブマウントは該ＬＥＤダイのフットプリントの外側に延在した表面を有する、ＬＥＤダイ；及び
    前記ＬＥＤダイの前記頂部発光面の少なくとも一部上の感ＵＶ層であり、該感ＵＶ層は、マスクされたＵＶ光が、溶剤によって分解可能な該感ＵＶ層の領域を画成することを可能にするように、ＵＶ放射線と反応する材料を有し、該感ＵＶ層は、前記マスクされたＵＶ光によって画成されている、感ＵＶ層；
    を有し、
    前記感ＵＶ層は、前記サブマウントの前記表面の領域から前記溶剤によって除去されている、
    構造体。
15. 前記感ＵＶ層は実質的に、ＵＶ放射線に曝された後に前記溶剤によって分解可能でない、請求項１４に記載の構造体。
16. 前記感ＵＶ層は、マスクによって画成された前記感ＵＶ層の部分を分解した後、前記ＬＥＤダイをコンフォーマルに覆っている、請求項１４に記載の構造体。
17. 前記感ＵＶ層は、マスクによって画成された前記感ＵＶ層の部分を分解した後、前記ＬＥＤダイの前記発光面の一部上に残存し、且つ前記ＬＥＤダイのワイヤボンド電極上から前記溶剤によって除去されている、請求項１４に記載の構造体。
18. 前記感ＵＶ層は波長変換材料を含有している、請求項１４に記載の構造体。
19. 前記波長変換材料は蛍光体である、請求項１８に記載の構造体。
20. 前記感ＵＶ層は感ＵＶ性シリコーンを有する、請求項１４に記載の構造体。

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