JP2016504753A - 表示器および光パネルに用いるｌｅｄダイの分散 - Google Patents

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Abstract

【課題】各隣接するチップ間の隣接した関係を維持しながら、半導体チップのウェーハから基板上へ各半導体チップを分散させる。【解決手段】隣接関係を維持しながらウェーハの各チップ16を列間第１ピッチL2で中間キャリア22上の各列24に順次分散させ、隣接した関係を維持しながら、行間第２ピッチL1で半導体チップの各行27を最終基板26上に順次分散させる。【選択図】図３

Description

本発明は、表示器または光パネルに用いられるLEDダイの分散に関し、より詳しくは、隣接した関係の維持に関するものである。
半導体発光ダイオード（LED）の効率は、近年急速に改善されていて、LEDは屋外、公共建物またはスポーツアリーナなど比較的明るい周辺光の下で観る効率的な表示器のための理想的な光源になった。例えば、窒化ガリウム（GaN） LEDは、150lm/Wを発する能力を持つまでに改善された。しかし、単位面積当たりのコストがあまりに高いので、LED表示器を作るためのGaNウェーハは高価である。一方では、GaN LEDは、屋外の表示板または屋内のテレビスクリーンのため必要とされる明るさの103−104倍以上のレベルの明るさにまで駆動することができる。
１つの着想は、光源として小さいGaN LEDチップを使用して、小さなチップを大きなピッチで配置して薄いプロファイルを有する大判表示器を作製することである。さらに、より小さなチップを用いて、表示器の費用を実質的に下げることができる。希釈係数（ピクセルの面積／GaN LEDチップの面積）は、屋外の視聴目的のためにさえ1000より大きくすることができる。適当な設計および製造方法によって、10マイクロメートルと同程度小さなダイ（die）のGaN LEDを効率的に作ることができるので、これは可能である。
LEDタイル／モジュールで作られる大判表示器がある。各LEDタイル／モジュールは、概して8 x 8、16 x 16、32 x 32の形式のLED要素を含む。各タイル上のLED要素は、各行および各列の電極母線の格子点に各LEDを載置したいわゆる受動的なマトリクスアレイの形で接続される。大判表示器は、概して102−103個のこの種のタイルによって形成される。
この種の表示器の１つの制限要因は、関連する駆動回路およびそれに使用する構成部品による面積当たりのコストである。他のコスト制限要因は、従来の手選（picking）ならびにLED（例えば表面実装パッケージ）をタイル基板（例えば印刷回路基板、PCB）に配置する製造方法に関連する。これらの制限要因のため従来、この種の表示器は、公共区域（都市のスポーツアリーナまたは外壁のある商業ビル）において、広告目的のため用いられるだけだった。
しかしながら、この種の表示器の１つの主要の問題は、その劣った均一性である。これは、人間の目が隣接したピクセルにおいて明るさまたは色の少しの違いを検出できることに起因する。一つのチップの異なる領域、または、異なるチップの間に、放射光の明るさおよび色の相当な違いが存在する。この効果は、パッシブ・マトリックスLEDタイルを並べたLED表示器において、特に複数のグレイ・レベルを有する画像を用いて、容易に確認することができる。異なるタイルの中の、および所与のパッシブ・マトリックス・タイルの中のLED表示素子は、もとのウェーハ上の近隣関係を維持せずに組立てられている。従って、最初に製造されたときにウェーハに配置されていたチップの相対的位置を保存すること、すなわち「隣接した関係」の維持が重要である。
また、標準的な選択および配置する（pick-and-place）方法と装置を使用して、LEDチップは、一度に１チップずつウェーハから基板へ移される。よって、多数のチップ（例えば1000ｘ1000）を表示基板に積み換えることは、1,000,000のステップを必要とする。このプロセスは、既存の手選および打込みプロセスツールを用いても、極めて時間およびコストがかかる。現在最高水準の自動手選および打込みツールは、1時間につき103−104のチップを積み替えできる。600um x 300umの表面実装パッケージ寸法の中で、表面実装パッケージの中の最も小さいチップ・サイズは、100um x 100umである。受動的なLEDタイル間の典型的ピッチは、3mm〜10mmである。
従って、前述の従来技術に固有の欠点を克服することは、非常に有益である。
本発明の目的は、各チップの隣接した関係を維持しながら、半導体チップをウェーハから基板上へ分散するという方法に従って、達成される。
前記方法は、隣接した関係を維持しながら、ウェーハを列間第１ピッチを有する半導体チップの各列に順次分散させ、隣接した関係を維持しながら、半導体チップの前記列を基板上へ行間第２ピッチを有する個々のチップの行に順次分散させる、ことを含む。
本発明の目的はさらに、各隣接するチップに各チップの隣接した関係を維持しながら、ウェーハから基板上へ半導体チップを分散させる具体的方法によって達成される。この具体的方法は、m列およびn行の個々のチップに切断したウェーハを用意して、前記ウェーハを第１のキャリアに剥離可能に付着させ、中間キャリアを用意して、その上に剥離可能な接着剤の層を配置し、前記第１のキャリアから隣接した関係を維持しながら、列間第１ピッチで半導体チップの列を順次前記中間キャリアへ移すことにより前記ウェーハを分散させ、前記第１のキャリアから各列を解放し、各々解放された列を剥離可能な層を持った前記中間キャリアに接着して、前記第１のキャリアから前記中間キャリアまで各列を分散させ、基板を用意し、半導体チップの各列を、隣接した関係を維持しながら中間キャリアから基板まで、行間第２ピッチで個々のチップの行に順次分散させ、中間キャリアから個々のチップの各行を順次解放して、個々のチップの各行を中間キャリアから基板に分散させる各ステップを含む。
本発明の目的はまた、各隣接するチップに各チップの隣接した関係を維持しながら、半導体チップのウェーハから基板上へ半導体チップを分散させるために設計された装置によって達成される。該装置は、以下の構成を有する：剥離可能な接着剤の層を堆積させた移動可能に設けられた第１のキャリアであって、m列およびn行の個々のチップに切断したウェーハを剥離可能に接着した前記第１のキャリア；移動可能に設けられ、剥離可能な接着剤の層を堆積させた中間キャリア；前記移動可能に設けられた第１のキャリアおよび前記移動可能に設けられた中間キャリアと同期して動作するように設けられた第１の要素；前記第１のキャリアから各列を解放するために配置された第１の解放装置；移動可能に設けられた前記中間キャリアおよび移動可能に設けられた前記基板と同期して動くように設けられた第２の要素；ならびに前記中間キャリアから順次各行を解放するために配置された第２の解放装置。前記第１の要素は、その動きにより前記ウェーハの順次解放された各列と前記第１のキャリアとの間に圧力を印加することによって、隣接した関係を維持しながら、前記半導体チップの各列を順次中間キャリアに列間第１ピッチを有するように分散させ、各解放された列を剥離可能な接着剤の層を有する前記中間キャリアに接着することによって、各列を第１のキャリアから中間キャリアまで分散するように設計され配置され、前記第２の要素は、その動きにより中間キャリアとウェーハの順次解放された各行の間に圧力を印加することによって、隣接した関係を維持しながら、行間第２ピッチで前記基板に半導体チップの各行を順次分散させるように設計され配置される。
本発明の目的はさらに、本願明細書において開示されるように、分散されたLEDチップを有する、厚みに対する大きな面積比率を持つ薄いプロフィールの表示器／光パネルを形成することによって達成される。LEDチップをフォトダイオード・チップまたは他のタイプのセンサ素子に置き換え、かつ、本発明で開示されるチップ分散方法を適用して広域画像センサアレイ、放射線センサーアレイまたは他のタイプのセンサーアレイを製造することもできる。
本発明の前述のおよび目的および利点は、図面に関連して、以下の本発明の好ましい実施例についての詳細な説明により当業者にとって明らかになる。
本発明による、LEDが載置された基板を示す上面図である。 本発明にしたがって、隣接した関係を維持しながら第１のチップを分散する手順を示す図である。 本発明にしたがって、隣接した関係を維持しながら第２のチップを分散する手順を示す図である。 （A）は片面、（B）は両面にコンタクト電極を有するLEDダイ・チップの概略図を示す。 図２に図示される第１のチップ分散手順を実行する第１のチップ分散装置の部分を示す図である。 図３に図示される第２のチップ分散手順を実行する第１のチップ分散装置の他の部分を示す図である。 図２に図示される第１のチップ分散手順を実行する第２のチップ分散装置の部分を示す線図である。 図３に図示される第２のチップ分散手順を実行する第２のチップ分散装置の他の部分を示す図である。 図２に図示される第１のチップ分散手順を実行する第３のチップ分散装置の部分を示す図である、 図３に図示される第２のチップ分散手順を実行する第３のチップ分散装置の他の部分を示す図である。
図１を参照して、LEDダイ・チップを載置した基板10が示されている。基板10は、一般的なまたは特別な照明（例えばアクティブ・マトリックス液晶表示器の薄いバックライトユニット）のためのフラットパネル光源など、多種多様な光パネルのために用いることができることが理解される。
基板10はまた、LEDダイ・チップまたはダイが電極のM行および電極のN列の各接合部に配置されたパッシブ・マトリックス発光ダイオードアレイとして、形成されることもできる。この種のパッシブ・マトリックスにおいて、発光は、底面もしくは上面または両面からなされる。フルカラー表示器は、以下を含む様々な技術を用いて形成されてもよい：モザイクまたはストライプ・パターンにおいて配置される赤・緑・青のLEDダイ・チップ；色変換蛍光体によって緑のおよび赤い色が作られる青色GaNのダイLED；発光しているLEDと人の眼との間で処理される一組の赤、緑および青のカラーフィルタを備えた広帯域の白いLEDチップ。
全色を赤、緑および青の三原色により形成することに加えて、より良好な色域のために、または、最適化された表示効率のために付加的な照射を加えることが可能である。例えば、白いLEDダイ・チップからなされるフルカラー表示で、フィルターを通らないLEDダイを、赤、緑、青および白のサブピクセルを形成するために、色ピクセルに加えることが可能である。
これらの実施例のいずれかにおいて、または以下の実施例に現れる。基材の構成を、一般的に「基板」と称する。
アクティブ・マトリックスLED表示器は、ダイの下にピクセル駆動回路を有する基板10上の所定の位置にLEDダイ・チップを分散させて形成することができる。この種のアクティブ・マトリックスLEDアレイは、より多くの表示素子（概して103個以上）を集積することもでき、LED表示器を単一の基板上へ形成できる。この種のアクティブマトリックス表示器の処理において、例えば、実面積m x nの発光素子の表示は、各行に1,000個、各列に1000個のLEDダイを配置して作ることが可能である。
この実施例において、ダイチップを図１の12で示す。図１ではほんの少数の表示素子だけ便宜のために例示している。さらなる例として、各LEDタイル12どうしの間隔は1mmに設定されている。そして、LEDタイルのサイズは一辺10マイクロメートルから一辺900マイクロメートルの正方形として例示されている。上面放射（図１の表面からの放射）を採用するときに、金属または導電酸化物スタックでできている光学反射器（14と称される）を各LEDダイ16の底部電極として用いることができる。
各表示素子12は、各導電反射器14の表面に載置されたLEDダイ・チップ16を含む。さらに、例示するための特定の実施例において各LEDダイ・チップ16の寸法は30マイクロメートル x 30マイクロメートルである。また、各LEDダイ・チップ16は、それが取り付けられる金属反射器14より小さいかまたは同程度であればよく、導電反射器14上のLEDダイ・チップ16の設置位置は厳密でないことは注意すべきである。したがって、製作または組立を単純化して、安価にできる。
またLEDチップ16からの効率的な光結合のための任意の光取出し層を、各LEDダイ・チップ16のトップ電極上に、形成または堆積することができる。実際には、この光取出し層は、色変換もしくはカラーフィルタ層、または印刷もしくはパターニングプロセスにより形成された対比増進層（contrast enhancing layer）と結合されていてもよい。
図２に移って、半導体ウェーハ20は、それぞれdi x d2のサイズを有するm x n個のダイもしくはチップとして例示されている。理解の便宜のために、各LEDチップ16に30マイクロメートル x 30マイクロメートルの面積を与える実施例を説明する。ウェーハ20は、現在使用されるエッチングまたは他の周知のカット方法によって、チップすなわちダイ16に分離される。
ウェーハ20のダイは、UV解放可能な接着層を有するキャリア上に配置される。UV解放可能な接着層とは、紫外（UV）光を露光したときに、またはその後に、その接着力が減じる接着／粘着層である。この種の商品の例として、アシュランド社（Ashland Inc.）のUVF02809またはUVF02051シリーズのUV剥離可能な商品を含むVarnish製品がある。接着力は10〜50分の１に減じる。例えば接着強度は、光量150mJ/cm2の波長365ナノメートルのUV線への露光の後、5.0（N/20mm）から0.1（N/20mm）まで減じている。
各列24は、その列へのUV照射により、第１のキャリアから解放される。図２に図示される第１の分散において、ダイ16は、例えば、別のUV解放層で被覆された中間キャリア22に積み換えられる。１つのキャリアからもう一方のキャリアへのソリッドダイの移動のメカニズムは、２つのキャリアの間の接着強度の差による。ダイチップは、より強い表層接着力を備えているキャリアにとどまる。
図２の場合、ウェーハ20から中間キャリア22へのチップダイの移動は、受け入れキャリアの接着強さが送りキャリアの接着力より実質的に高いという状態の下で、成し遂げられる。同じタイプのUV解放接着材料であっても、受入れと送りの両方のために使うことができる。信頼性が高いチップ転送は、集光された紫外線をウェーハキャリア上の解放層上へのみ照射することによって成し遂げられることが可能である。LEDダイ・チップはUV照射に対して不透明であるので、ダイチップの下の接着層はいかなる紫外線の照射も受けない。
n個のダイの列24を中間キャリア22に積み換える各ステップからなるm個のステップを介して転送は行われる。具体的には、1000枚 x 1000枚のタイル12を含む表示器において、mは1000のダイを含み、そしてnは1000のダイを含み、ウェーハ20は3cm x 3cmとなる。
図２に示される第１の分散で、1000の列24（各列は1000のダイを含む）を中間キャリア22に積み換える1000のステップを必要とする。隣接する列24は距離L2の間隔で中間キャリア22に配置される。すなわち、その構造はL2のピッチを有する。
さらに図３を参照して、ダイ16が中間キャリア22から最終基板26に転送される２回目の分散過程が示される。最終基板26は、図１の基板10であるか、またはダイ16を一度に基板10に転送するために最終的に使用されるもうひとつのキャリアである。この２回目の分散において、この具体例で、ダイ16は各列24から一列ごとに一度に（one at a time）移される。このためこの例では1000のダイ16の行27が解放されて、各nステップで基板26へ移される。1000のダイ16の各行27は、隣接する行27から距離L1だけ切り離される。すなわち、その構造はL1のピッチを有する。かくして、チップの相対的位置は、最初に製造されたときのウェーハに配置されたように、「隣接した関係」が維持される。
m x nチップがm x n個のステップでシリアル転送されるウェーハ転送のための従来の手選および打込み方法とは対照的に、本実施形態ではウェーハ20（図２）から中間キャリア22上にm x nのダイ16の全てを移すのにmステップのみが必要とされる。そして、中間キャリア 22から最終基板26（図３）までnステップが必要とされる。すなわち、従来のm x n個のダイの転送は、m + nステップによって完了する。
この具体例において、UV解放層により剥離可能に接着されたウェーハ20を有する第１のキャリアは堅く（rigid）、最終基板26も堅い。しかし、中間キャリア22は好ましくは可撓性であるか屈曲可能である。また、可撓性もしくは屈曲可能な材料を、基板26のために用いることもできる。このような場合、大判の、曲げやすいまたは形状適応した表示器を、提供できる。
場合によっては、転送の信頼性（ゴム印上の層と同様の）を最適化するために、中間キャリア22上に柔らかいまたは弾性のある層があることが、好ましい。動作上、可撓性キャリア22は、ある位置（例えばタイル12の各行）で、局所的なUV解放機構を用いて、剛体基板26と接触するように圧力をかけられる。この方法では、ダイ16の各行は、UV解放された中間キャリア22からUV解放機構のないタイル12の（例えば）行27へ移される。
基板26上のダイ16の上面が第１のキャリア（ウェーハ20）上のダイ16の上面と同様である点に注意すべきである。ダイ16はL1 x L2のピッチによって、分散されている。各ダイ16がd1 x d2の面積を有するので、希釈係数は約（L1 x L2）／（d1 x d2）である。前述したように、希釈係数は9000と同程度に大きくなることができ、そしてわずか9でさえありえる。後者は例えば、ダイ16を次の隣接するダイから１つのダイ幅または長さの間隔を置いて配置したときである。
UV解放層および解放のためのUV照明を使用して、ウェーハを第１のキャリアに一時的に取り付け、およびキャリアの列を中間キャリアに添付する方法が本願明細書において記載されている。このプロセスは動作のその単純性および便宜のために好ましい。しかし他のスキームが用いられることも可能である。
例えば、あるタイプの圧力活性接着剤を用いることが可能である。また、他の光活性または熱活性材料を組み込むこともできる。１つの具体例は、熱で剥離可能な接着材料（例えばワックスまたは熱可塑性ポリマーとして公知の一群の有機材料）である。それらの接着力は、室温で大きいが、昇温下で著しく減少する。光吸収層を、キャリア20および26上に作ることも可能である。キャリア表面が強い吸収性を有する赤外線もしくは可視光線の下で、接着層の温度はターゲット位置で実質的に上昇し、接着力は実質的に減ずる。いったん解放層の接着力が受理層の接着力よりも減少するならば、転送は実現される。
印刷業界の専門家に知られているいわゆるレーザー転送法を含む他のタイプの移送メカニズムも、用いることができる。光放射による接着力の変化に加えて、解放キャリアと受信キャリアの間に圧力を印加することによって伝達過程の収率（yield）を、改善できる。
ウェーハをキャリアに結合するためのUV解放可能な接着剤に加えて、接着層および剥離ライナーがウェーハおよびキャリアテープの間に挟まれたUV解放可能なテープを用いることもできる。この種のテープは、チップがキャリアから飛び去るのを防ぐために、ウェーハ・ダイシング・プロセスで用いられる。この種のテープの実施例は、Urukawa ElectricのSP-SeriesおよびUC-Series、Semiconductor Tapes and Materials のDT-UV-211およびDT-UV214Aを含む。キャリア10の背面から解放・ライナへの紫外線照射の下で、密着強さは、10〜500分の１に減じ、そして、キャリア10から中間キャリア22へのダイの転送は効果的に成し遂げられる。
この種の手順において、接着剤がLEDの表面および特に発光表面から容易に除去されることが望ましい。これはクリーンルームにおいて利用可能な標準洗浄手順（例えばUVオゾンもしくは酸素プラズマ処理または有機系溶剤およびDI水の噴出）によって、実現することができる。
各LEDダイすなわちチップ16が基板10（図３の実施例では基板26）のタイル12に配置されたあと、チップ間の相互接続が必要になる。１つの具体例において、基板10は透明であり（例えばガラス、プラスチックなど）、タイル12（それは電気接続パッドである）は透明である。各タイル12（したがって、チップ16）の底面は、基板10上の列または行の電気線の１本に、周知の方法により電気的に接続される。各LEDチップもしくはダイ16は２つの表面を有し、表面の１つは不透明であり、他の表面は可視スペクトルレンジの波長の光を透過する。全てのLEDダイは、紫外線を通さない。「平面化層」は、ダイチップアレイのm x n片の上面に、隣接ダイの間に満たされる。
１つの特定のプロセスにおいて、基板10の全体は、印刷業界にとって公知の印刷方式（例えばスロット塗布、バー・コーティング、スクリーン印刷法、スプレー塗装その他）の１つであるネガで働く絶縁フォトポリマーで塗布され乾燥している。昇温状態の下で架橋するフォトレジストを使用することも、好ましい。この種の材料の例としては、エポキシおよび液体グラスがあげられる。
フォトポリマーへの照射は透明基板10の背後からなされる。LEDチップ16は透明でないので、LEDダイでカバーされているポリマーのみ露光されない。その後フォトポリマーは現像され、各LEDチップ16の表面は、LEDチップ16の間に残っている絶縁フォトポリマーにさらされる（exposed）。好ましくは、適当な化学薬品で磨き、または、単純なリフロー（現像したポリマーのガラス温度まで基板10を加熱すること）によって、表層の平坦化できる。フォトリソグラフィープロセスに加えて、ダイ−チップアレイの中の空間を満たしている平坦化した絶縁体層は、単純なスロット塗布、スクリーン印刷、濡れ性のない充填材溶液で上面が塗られたダイチップのダイ−コーティングによって、塗布されることもできる。
そのあと、共通の一番上の導電膜が、各LEDチップ16の上面に堆積されるかまたは被覆印刷される。発光が基板10の上面から行われる場合、各LEDチップ16の上面は透明電極を含み、一番上の共通の導電膜は透明である。発光が基板10の底面から行われる場合、各LEDチップ16の底面は透明電極を含み、そして、共通の一番上の導電膜は不透明であってよい。特例において、上面および底面の両方からの発光も達成することができる。
共通の上面電極に加えて、表層電極（surface electrode）も、標準フォトリソグラフィまたは特別なアプリケーションのための印刷方式によって、パターン化されることができる。例えば、パッシブ・マトリックス発光ダイオードアレイの一番上の導電バス電極パターンが必要とされる場合は、標準フォトリソグラフィで連続金属シートをパターン化するか、または、インク混合（ink dispensing）で銀もしくは金のメタル線を印刷することによって、製造することができる。
記憶および動作寿命上の仕様を満たすために、最終生成物の上面電極層にパシベーション層を、配置または被覆することができる。
前述した方法において、各辺上に１本の電極を有するLEDダイが用いられる（図３Ａを参照）。実際には、一方（いずれか下部または上部）上にコンタクト電極を有するダイチップを、類似の方法で処理することができる。ここに記載されている分散方法は、もとのウェーハ上の近隣関係を維持する。そして、下面または上面電極もパターン製作可能である。
アクティブ・マトリックス発光表示器のための１つの好ましい実施形態は、薄膜トランジスタ技術（ポリシリコンまたは金属酸化ベースのチャンネル層を有する）を用いて基板26上のピクセル駆動回路に接触させることである。基板26側上に、陽極および陰極の両方を有するLEDダイ・チップまたは、下部キャリア26に１つの電極を有し上面に他の電極を有するLEDダイ・チップを製造できる。
図４および図５を参照して、前記の方法を実行する装置の１つの実施例を説明する。通常、図４に39で示される装置はウェーハ20から中間キャリア22上へチップの列24を分散させる。通常、図５に49で示される装置は中間キャリア22からチップ16の行27を基板26上へ分散させる。
図４を参照して具体的に見るならば、本実施例において、ローラー40である第１の要素は、周囲に沿って直交位置（すなわち0度、90度、180度および270度）にある、押えパッド41、42、43、および44を有する。周囲に沿って均一に、または、不規則に配置されたより多くの押えパッドを有する他のデザインを採用することもできる。
中間キャリア22は、ローラー40の上の弧に正接状態で接触して伸びている。第１のキャリア21上のウェーハ20は、中間キャリア22に触れないように、中間キャリア22より僅かに上に配置される。ローラー40は、少なくともLEDダイの列24（図２を参照）の長さの軸長を有する。また、ローラー40および中間キャリア22は、中間キャリア22の底面が所定の速度でローラー40の外周に沿って、相対的ずれがその間に発生しないように一緒に移動するように（好ましくは共通のドライバによって）駆動される。さらに、第１のキャリア21は、チップの列24の幅（d2）に等しい速度で図４の右へ移動するように（好ましくはローラー40の動作と同期するように）駆動される。このように、ローラー40が回転するにつれて、押えパッド44が押えパッド41の図示した位置に来た時点（すなわち1/4回転）において、中間キャリア22はL2に等しい距離を右へ移動する。そして、第１のキャリア21はd2に等しい距離を右へ移動する。
動作において、ローラー40が時計回りに回転し、中間キャリア22が右へ動くにつれて、中間キャリア22の上面がLEDチップの列24の表面を押圧するように、押えパッドの各々は順番に中間キャリア22の下側を押圧する。
ウェーハ20はUV解放層によって、第１のキャリア21に剥離可能に配置される。そして、中間キャリア22の上面はその上にUV解放可能な接着剤層を有する。押えパッドの各々が上の位置すなわち１２時位置（図４のパッド41を参照）まで回転するにつれて、中間キャリア22の上面はLEDチップの列24と強制的に接触される。この時点で、UV解放機構（矢印45により示される）は照射し、接触した列24を第１のキャリア21から解放し、中間キャリア22の上面に接着させる。
接触列24が中間キャリア22の照射を遮断するので、UV解放機構45は中間キャリア22上のUV解放層に影響を及ぼさない。ローラー40の回転、中間キャリア22の移動および第１のキャリア21の移動は、順次、列24を中間キャリア22にL2の間隔で配置するように設計または選択されている（図２に関連して説明したように）。
図４の押えパッド41、42、43および44の表面は、平面に描かれているが、実際には、表面の形およびその弾力は、ダイの転送を最適化するために、必要に応じて変えることができる。これらの一般の設計ルールは、当該分野の専門家において知られている。
図４の第１のキャリア21およびウェーハ20の位置は、各要素の相互関連性のより良好な理解を提供するために例示されており、中間キャリア22と第１のキャリア21の正確な位置関係を示すものではないことが理解されよう。実際には、第１のキャリア21の右端または左側の端から開始して、対向する端（すなわち左側の端または右側の端）のところで終るまで、列24は、順次分散できる。
図５を参照して具体的に見るならば、本実施例においてローラー50である第２の要素は、周囲に沿って直交位置（すなわち0度、90度、180度および270度）にある、押えパッド51、52、53、および54を備えている。均一に、または、不規則に周囲に沿って配置されたより多くの押えパッドを使用することもできる。中間キャリア22は、ローラー50の下の弧に正接するように、かつ接触して伸びている。ローラー50は、少なくともLEDダイ16（図３を参照）の行27の長さの軸長を有する。また、ローラー50および中間キャリア22は、（好ましくは共通のドライバによって）所定速度で一緒に動くように駆動される。この実施の形態では、中間キャリア22は、チップ16の長さ（d1）に等しい速度で（好ましくはローラー50の移動と同期して）図５の右方向へ移動するように駆動される。また、中間キャリア22が距離d1を移動するにつれて、基板26は距離L1（チップ16（図３を参照）の隣接する行27間の間隔）を右へ移動する。
このように、ローラー50が回転するにつれて、押えパッド54が押えパッド51の図示した位置に来れば（すなわち1/4回転）、中間キャリア22はd1に等しい距離を右へ移動し、基板26はL1に等しい距離を右へ移動する。
動作において、ローラー50が反時計回りに回転し、中間キャリア22が右へ動くにつれて、基板26の表面に対して中間キャリア22に配置されるチップ16の上面を押圧するように、押えパッドの各々は順番に中間キャリア22の下側に対して押圧する。前述したように、列24は、UV解放層によって、中間キャリア22に剥離可能に配置される。
押えパッドの各々が下の位置すなわち６時位置（図５のパッド51を参照）まで回転するにつれて、中間キャリア22の上面は、各列24の次のチップ16が基板表面26（すなわち基板10のタイル12）と係合するように接触される。
この点で、UV解放機構（矢55により示される）は、接触したチップ16が中間キャリア22から解除されるように照射し、基板表面26に付着させる。
ローラー50の回転、中間キャリア22の移動、そして、基板26の動きは、L1の間隔で順次チップ16を基板26に配置するために設計され選択される（図３に関連して説明したとおり）。
図５の中間キャリア２２および基板26の位置は各種要素の相互関連性のより良好な理解を提供するために例示されていて、中間キャリア22と基板26の正確な位置関係を示していないことが理解されよう。
実際には、チップ16は、順次中間キャリア22の上部または底部の列24から分散されその反対の端部（例えば底部または上部）に移る。また、運動の特定の方向が各要素に割り当てられていたが、異なる運動を組み込んでもよい。要するに、列24が規則的なシーケンスでウェーハ20から分散され、チップ16が規則的なシーケンスの列24から分散され、その結果、最初製造されたときのウェーハ上の配置と同様の配置であればよい。すなわち「隣接した位置関係」が、維持されていればよい。
キャリア26は、表示器パネルのための最終基板であってもよく、または表示ピッチのために必要とされるダイチップの広がりを有する中間的なャリアであってもよい。前者の場合、必要とされる接着力は、ボールグリッドアレイ（BGA）において使われるのと類似の半田パッド、銀のペースト、または、分野の専門家に知られている他の手段によって、またはUVで硬化可能な伝導接着剤もしくは接着剤コーティングにより提供される。
図６および図７を参照して、前記の方法を実行する装置の他の実施例を説明する。通常、図６の59で示される装置はウェーハ20からチップの列24を中間キャリア22上へ分散させる。図７の69で示される装置は中間キャリア22からチップ16の行27を基板26上へ分散させる。
図６を参照して具体的に見るならば、装置59は図４の装置39に関係して説明したのと、実質的に同じように作動する。大きな違いはそのローラー40であり、その動作は、本実施例において、往復動作するように装置された圧力列60であるもうひとつの第１の要素で置き換えられる。
列60は上下に往復移動し、それがローラー40上の押えパッド41−44に関連して説明したのと同様のパターンで中間キャリア22および完全な列24へ圧力を順次印加する。当業者により理解されるように、列60の動きは最初製造されたときにそれらがウェーハに配置されたと同じになるように、ウェーハ20から中間キャリア22上へ順次チップの列24を分散させるために、第１のキャリア21および中間キャリア22の移動に同期する。すなわち「隣接した関係」が維持される
図７を参照して具体的に見るならば、装置69は実質的に図５の装置49と同様に作動する。大きな違いはそのローラー50であり、その動作は本実施例において、往復可能に装着した圧力列70であるもうひとつの第２の要素と置き換えられる。
列70は上下に往復移動し、それによって中間キャリア22およびローラー50に押えパッド51−54に関連して説明したのと同じパターンのチップ16の行27への圧力を順次印加する。当業者により理解されるように、列70の動きは中間キャリア22および基板26の動きに同期し、最初製造されるときにそれらがウェーハに配置されたように、基板26上へ中間キャリア22から順次チップの行27を分散させる。すなわち「隣接した関係」が維持される。
図４および図５のローラー実施例と、図６および図７のスタンピングの実施例との組合せも考えられる。このような場合、図４のウェーハキャリア20は、ダイ移動の間、下降して（またはローラー40が上がって）軽くたたかれる。同様に、基板26は、ダイ移動の間上昇している（またはローラー50が下がっている）。
前記の方法を実行する装置の他の実施例は、図８および図９に図示される。屈曲可能なプレート／テープに加えて、剛性プレートが、中間キャリア22として用いられる。低い昇華温度（典型的に100〜300℃）を有する有機金属材料の層によって、解放・ライナーは製造される。レーザパルス照明の間、解放層は、紫外線を吸収し、局部的にその昇華温度（材料が固相から気相に変化する温度）にまで高める。相変化によってつくられる反発力は、平坦なキャリア20から近くのキャリア22までダイチップを押す。この種のタイプのレーザーにより誘発される局部爆発効果は、科学的な分野では公知である（例えば、L.S. Bennett, “Laser induced microexplosions of a photosensitive polymer”, Applied Physics A 63, pp. 327-332 (1996年)）。昇華可能な材料の例としては、有機および有機金属分子の種が挙げられる。例えばトリ（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Alq）およびジインデノペリレンDiindenoperylene (C32H16)である。
圧力は、レーザ強度、照射時間、吸収層の厚み、レーザ波長、そして、環境因子により調整することができる。
図６の第１のキャリア21およびウェーハ20の位置および図７の中間キャリア22および基板26の位置は、各種要素の相互関連性のより良好な理解を提供するために描かれているが、構成要素の正確な位置関係を示したものではないと理解されたい。上に詳述したように、実際には、列２４は、第１のキャリア21の右端または左端から始まり、対向端（すなわち右端または左端）まで、順次分散される。また、実際には、列24からのチップ16も、キャリア22の上部または底部（例えば一番下または上部）から始まり、逆端（底部もしくは上部）まで順次分散する。前記説明で、要素40、50、60、および70は混在できるか、または同じ機能を提供するように設計されている他の要素と置き換えられることが可能である点に留意する必要がある。
このように前述した方法および、前述した特定の装置、または、その変形の中で、チップの列は、列間に特定のピッチを提供するようにウェーハから順次分散する。そして、個々のチップの行は、行間に特定のピッチを提供するように列から順次分散する。「隣接した関係」を維持しながら、前述した方法および装置は、L1 x L2のピッチを有するようにダイを分散させる。さらに、各ダイ16がd1 x d2の領域を有するので、希釈係数は（L1 x L2）／（d1 x d2）となる。
本発明は、隣接した関係を維持しながらLEDチップを分散させる新規なおよび改良された方法を提供する。新規なおよび改良型の方法はLEDを、もとのチップ順序または隣接した関係を維持しながら、予め設定された幾何学的なパラメータを有するアレイに分散する。また、LEDチップを分散させる新規なおよび改良された方法は、より少ないステップを必要とし、従って、低コストでかつ短時間で実施できる。
本発明はまた、隣接した関係を維持しながら、予め設定された幾何学的なパラメータを有するアレイにLEDチップを分散させる新規なおよび改良型の装置を提供する。
本発明は、表示器および光パネルの発光素子を分散させるために使われることに加えて、LEDダイ・チップを特殊機能を有するダイチップに置き換えることによって、他のタイプの電子アレイ装置を、形成できる。例えば、LEDダイ・チップを集光レンズアレイを有する基板上の光起電力セル・チップと置換えることにより、チップ転送の前か後に印刷、型込（モールディング）または他の方法による処理をすることによって、広域太陽電池パネルを、より良好な効率／コストで提供することができる。さらに、LEDダイを光検出器チップ、放射検出器チップまたは電磁スペクトルレンジの他のバンドのチップ、または、他のタイプの検知機能を持つダイチップ、高いピクセルカウント、広域センサーアレイのダイチップに、良好な隣接均一性を持たせて置き換えることができる。
維持された隣接した関係を維持しながら広げることは、d1 x d2域のウェーハからL1 x L2域へのダイチップを広げることに加えて、いかなる所定の空間までも広げることが可能である。例えば、ローラー40および50上に対応する押圧パッドを不均等なパターンで配置することもできる。
平坦な基板26を、可撓性であるか屈曲可能な基板に置き換えることによって、柔軟で適合した形の表示器を提供できる。
本願明細書において、説明のために選択された実施例に対するさまざまな改変と変更は、当業者であれば直ちに可能になる。かかる変形およびバリエーションは、本発明の精神から逸脱しない範囲において、添付の特許請求の範囲の公正な解釈によってのみ、本発明に含まれる。







Claims (37)

  1. 各隣接するチップに各チップの隣接した関係を維持しながら、ウェーハから半導体チップを基板上へ分散させる方法であって、
    隣接した関係を維持しながら、ウェーハを列間第１ピッチを有する半導体チップの各列に順次分散させ、
    隣接した関係を維持しながら、半導体チップの前記列を基板上へ行間第２ピッチを有する個々のチップの行に順次分散させる、方法。
  2. 前記ウェーハは、m列およびｎ行の半導体チップを含み、前記ウェーハを各列に順次分散させるステップはm個のサブステップを含み、前記半導体チップの列を各行に順次分散させるステップはn個のサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ウェーハはm列n行のLED半導体チップを含み、各半導体チップはd1 x d2の領域からなり、前記第１ピッチはL2であり、そして、前記第２ピッチはL1であり、前記ウェーハを各列に分散させるステップと、前記半導体チップの各列を各行に分散させるステップは、9〜9000の範囲の希釈係数を提供する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ウェーハはGaN LED半導体チップのm列n行を含み、各チップは少なくとも10マイクロメートルx10マイクロメートルの面積を有し、前記希釈係数はほぼ9000である、請求項３に記載の方法。
  5. 前記分散した前記半導体ダイ・チップは、フラットパネル光源と、アクティブ・マトリックス液晶表示器のバックライトユニットと、パッシブ・マトリックス発光ダイオードアレイと、フルカラーアクティブマトリックス表示器の中から選ばれる１つにおける発光素子のダイチップである、請求項１に記載の方法。
  6. 前記分散した前記半導体ダイ・チップは検知機能を有し、太陽電池パネル、光検出器アレイ、放射線検出器アレイ、バイオセンサ・センサーアレイ、または他のタイプのセンサーアレイから選ばれる少なくとも１つの検知素子として使用される、請求項１に記載の方法。
  7. 各隣接するチップに各チップの隣接した関係を維持しながら、ウェーハから基板上へ半導体チップを分散させる方法であって、
    （a）m列およびn行の個々のチップに切断したウェーハを用意して、前記ウェーハを第１のキャリアに剥離可能に付着させ、
    （b）中間キャリアを用意して、その上に剥離可能な接着剤の層を配置し、
    （c）前記第１のキャリアから隣接した関係を維持しながら、列間第１ピッチで半導体チップの列を順次前記中間キャリアへ移すことにより前記ウェーハを分散させ、前記第１のキャリアから各列を解放し、各々解放された列を剥離可能な層を持った前記中間キャリアに接着して、前記第１のキャリアから前記中間キャリアまで各列を分散させ、
    （d）基板を用意し、
    （e）前記半導体チップの各列を、隣接した関係を維持しながら前記中間キャリアから前記基板まで、行間第２ピッチで個々のチップの行に順次分散させ、前記中間キャリアから個々のチップの各行を順次解放して、個々のチップの各行を前記中間キャリアから前記基板に分散させる方法。
  8. 前記ウェーハを第１のキャリア上に付着するステップは、UV（紫外線）剥離可能な接着剤、UV剥離可能なテープ、熱転写層、またはレーザー誘起昇華転写層のいずれか１つを使用することを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第１のキャリアからの各列を順次解放するステップは、各列を、一列を一度に紫外線照射することを含む、請求項８に記載の方法。
  10. 剥離可能な接着剤の層を中間キャリア上に設置するステップは、UV剥離可能な接着剤層、熱転写層、またはレーザー誘起昇華転写層を塗布することを含む、請求項７に記載の方法。
  11. 中間キャリアから個々のチップの各行を順次解放するステップは、UV照射によって、個々のチップの各行を、一行を一度に照射することを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記ウェーハを第１のキャリアから各列に順次分散させて、各列を個々のチップの行に順次分散させるステップは、ウェーハを第１のキャリアから基板上へ、ウェーハの各チップの上面が基板の各チップの上面になるようにウェーハを分散させることを含む、請求項７に記載の方法。
  13. 前記ウェーハを各列に順次分散させるステップは、m個のサブステップを含み、半導体チップの各行を順次分散させるステップは、n個のサブステップを含む、請求項７に記載の方法。
  14. 前記ウェーハは、チップ面積d1 x d2の前記チップがm列n行に配列されたLED半導体チップを含み、第１ピッチはL2であり、第２ピッチはL1であり、各列にウェーハを順次分散させて、半導体チップの各行を順次分散させるステップは、9〜9000の範囲の希釈係数を提供する、請求項７に記載の方法。
  15. 前記基板を用意するステップが、その上に接続パッドを有する基板を提供することを含み、各接続パッドは、各LED半導体チップの領域より大きい領域を有し、m列n行に配置された接続パッドはその間に第１ピッチL2および第２ピッチL1を有し、中間キャリアから半導体チップの各列を基板の各チップの各行に順次分散させるステップは、個々のチップの各行を接続パッドの各行に配置することを含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記分散した半導体ダイ・チップが、フラットパネル光源、アクティブ・マトリックス液晶表示器のバックライトユニット、パッシブ・マトリックス発光ダイオードアレイ、およびフルカラー・アクティブマトリックス表示器から選ばれたいずれか１つにおける発光素子である、請求項７に記載の方法。
  17. 前記分散された半導体ダイ・チップが検知機能を有し、光検出器アレイ、放射線検出器アレイ、バイオセンサ・センサーアレイ、または他のタイプのセンサーアレイから選ばれるいずれか１つの検知素子として使用される、請求項７に記載の方法。
  18. 各隣接するチップに各チップの隣接した関係を維持しながら、半導体チップのウェーハから基板上へ半導体チップを分散させるように設計された装置であって、
    剥離可能な接着剤の層を堆積させた移動可能に設けられた第１のキャリアであって、m列およびn行の個々のチップに切断したウェーハを剥離可能に接着した前記第１のキャリアと、
    移動可能に設けられ、剥離可能な接着剤の層を堆積させた中間キャリアと、
    前記移動可能に設けられた第１のキャリアおよび前記移動可能に設けられた中間キャリアと同期して動作するように設けられた第１の要素と、
    前記第１のキャリアから各列を解放するために配置された第１の解放装置と、
    移動可能に設けられた前記中間キャリアおよび移動可能に設けられた前記基板と同期して動くように設けられた第２の要素と、
    前記中間キャリアから順次各行を解放するために配置された第２の解放装置とを有し、
    前記第１の要素は、その動きにより前記ウェーハの順次解放された各列と前記第１のキャリアとの間に圧力を印加することによって、隣接した関係を維持しながら、前記半導体チップの各列を順次中間キャリアに列間第１ピッチを有するように分散させ、各解放された列を剥離可能な接着剤の層を有する前記中間キャリアに接着することによって、各列を第１のキャリアから中間キャリアまで分散するように設計され配置され、
    前記第２の要素は、その動きにより中間キャリアとウェーハの順次解放された各行の間に圧力を印加することによって、隣接した関係を維持しながら、行間第２ピッチで前記基板に半導体チップの各行を順次分散させるように設計され配置される、装置。
  19. 前記第１の要素は、外周に押えパッドを有する回転ロールおよび往復動可能な列のいずれか１つを含む、請求項１８に記載の装置。
  20. 前記第２の要素は、外周に押えパッドを有する回転ロールおよび往復動可能な列のいずれか１つを含む、請求項１８に記載の装置。
  21. 前記第１のキャリア上の剥離可能な接着剤の層は、UV剥離可能な接着剤、UV剥離可能なテープ、熱転写層、およびレーザー誘起昇華転写層から選ばれるいずれか１つを含む、請求項１８に記載の装置。
  22. 前記第１の解放装置は、UV照射装置を含む、請求項２１に記載の装置。
  23. 前記中間キャリア上の剥離可能な接着剤の層は、UV剥離可能な接着剤層、熱転写層、またはレーザー誘起昇華転写層を含む、請求項１８に記載の装置。
  24. 前記第２の解放装置は、UV照射装置を含む、請求項２３に記載の装置。
  25. 前記分散した半導体ダイ・チップが、フラットパネル光源、アクティブ・マトリックス液晶表示器のバックライトユニット、パッシブ・マトリックス発光ダイオードアレイ、およびフルカラー・アクティブマトリックス表示器から選ばれた１つにおける発光素子である、請求項１８に記載の装置。
  26. 前記分散した半導体ダイ・チップが、検知機能を有し、光検出器アレイ、放射検出器アレイ、バイオセンサ・センサーアレイ、または他のタイプのセンサーアレイから選ばれる１つの検知素子として用いられる、請求項１８に記載の装置。
  27. 前記ウェーハはd1 x 2dチップ面積からなるm列n行のLED半導体チップを含み、第１ピッチはL2、第２ピッチはL1である、請求項１８に記載の装置。
  28. 前記構成要素は、その上に接続パッドを含み、各接続パッドは各LED半導体チップの面積より大きい面積を有し、その間に第１ピッチL2および第２ピッチL1を有するm列n行に配置され、中間キャリアからの半導体チップの順次分散した列は、接続パッドの各行上の個々のチップの各行に分散される、請求項２７に記載の装置。
  29. それぞれがd1 x d2チップ面積を有するm列n行のチップが、9〜9000の範囲の希釈係数を提供する、請求項２７に記載の装置。
  30. x/zおよびy/zの寸法比率の大きな電子装置を製造する方法であって、
    各々少なくとも２つのコンタクト電極を持つダイ・チップを用意し、
    ウェーハキャリアからキャリア基板のアレイ上に前記ダイ・チップを所定の寸法希釈係数で、および隣接した関係を維持しながら分散させ、
    分散したダイ・チップのアレイ上に絶縁パネル層を形成し、
    前記分散したダイ・チップ上面の前記アレイ上に、パッシベーション／光学層を形成する、方法。
  31. 前記絶縁パネル層は、スロットコーティング、バーコーティング、スクリーン印刷、または転写印刷のいずれか１つを含む溶液コーティングプロセスにより形成される、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記基板は、可撓性であるか、または形状適合している、請求項３０に記載の方法。
  33. 上面オプティカルコーティング層がカラーフィルタ、エネルギー変換フィルタ、またはマイクロレンズのいずれか１つを含む、請求項３０に記載の方法。
  34. 前記電子装置は、フラットパネル光源、アクティブ・マトリックス液晶表示器のバックライトユニット、パッシブ・マトリックス発光ダイオードアレイ、およびフルカラー・アクティブマトリックス・表示器から選ばれるいずれか１つである、請求項３０に記載の方法。
  35. 前記電子装置は、太陽電池パネル、光検出器アレイ、放射検出器アレイ、バイオセンサ・センサーアレイ、または他のタイプのセンサーアレイから選ばれるいずれか１つである、請求項３０に記載の方法。
  36. 前記ダイ・チップの少なくとも２つの接触電極を底面接触によって前記キャリア基板上の回路を作るステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
  37. 前記ダイ・チップの少なくとも２つの接触電極の上面接合面を隣接するダイ・チップに接続し、ダイ・チップと上面接合面との間に接続を作るステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。











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