JP2019175978A

JP2019175978A - 転写基板ならびにこれを用いた実装方法および画像表示装置の製造方法

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Publication number: JP2019175978A
Application number: JP2018061743A
Authority: JP
Inventors: 靖典橋本; Yasunori Hashimoto; 昇朝日; Noboru Asahi
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: WO2019188105A1; TW202004933A; TWI758594B; JP6926018B2

Abstract

【課題】密な状態に配置されたチップ部品を、所定の間隔を空けて配線基板上に実装するのに際して、チップ部品が破損することなく所定の位置に確実に実装するために用いる転写基板を提供すること。【解決手段】バンプ電極を有する複数のチップ部品を、前記バンプ電極が形成された面の反対側から保持して、前記バンプ電極と接続する電極を有する配線基板に転写して実装するのに用いる転写基板であって、ベース基板と、ベース基板上に形成され前記チップ部品を保持する接着層とを備え、前記ベース基板に用いる材料は、ヤング率１ＧＰａ以上、軟化温度２００℃以上、熱伝導率１Ｗ／ｍの条件を満たし、前記接着層は融点が２００℃以上で、反発式硬度計によって測定したリーブ硬さがベース基板のリーブ硬さの５０％以上９０％以下である転写基板を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、チップ部品を転写するための転写基板、ならびにこの転写基板を用いてチップ部品を配線基板に実装する実装方法に関する。

微細加工技術の進歩による半導体チップの微小化や、ＬＥＤの発光効率向上によるＬＥＤチップの小型化が進んでいる。このため、半導体チップやＬＥＤチップ等のチップ部品を、１枚のウェハ基板に、密に多数形成できるようになってきている。

近年、図８（ａ）にようにウェハ基盤Ｗに密に形成されダイシングされたチップ部品Ｃを、所定の間隔を開けて配線基板Ｓに再配列し、高速高精度に実装する（図８（ｃ））用途がある。例えば、画像表示装置として注目されているマイクロＬＥＤディスプレイ製造においては、数百万個のＬＥＤチップを、間隔を開けＴＦＴ基板の所定位置に実装する必要がある。

なお、ウェハ基板Ｗの断面を示す図８（ｂ）および配線基板Ｓの断面を示す図８（ｄ）の拡大図を図９（ａ）および図９（ｂ）に示すが、チップ部品Ｃのバンプ電極Ｂを配線基板Ｓの電極（図示せず）が確実に接合するために、誤差数μｍ程度の精度が必要となる。

そこで、図８（ａ）のようにウェハ基板Ｗ上に密に形成されたチップ部品Ｃを、図８（ｃ）のように配線基板Ｓに所定の間隔を空け（図８（ｃ））、高精度に実装するプロセスが種々検討されている。

なかでも、レーザーリフトオフ法（以後ＬＬＯ法と記す）については多くの検討がなされている（例えば特許文献１）。

図１０ではＬＬＯ法によりウェハ基板Ｗから配線基板Ｓにチップ部品Ｃを転写配置する例を示している。図１０（ａ）は左端のチップ部品Ｃにレーザー光Ｌを照射して、配線基板Ｓに転写する状態を示している。ここで、左端のチップ部品Ｃは配線基板Ｓの所定位置上部に位置合わせされている。また、図１０（ａ）におけるレーザー光Ｌの波長はチップ部品ＣをウェハＷから剥離するのに適した範囲から選ばれる。例えば、チップ部品Ｃの素材に吸収される波長を用いれば、温度上昇に伴い素材が分解して生じたガスによりウェハ基板Ｗからチップ部品Ｃは剥離される。

図１０（ｂ）は、レーザー光Ｌの照射によりウェハ基板Ｗから剥離した左端のチップ部品Ｃが配線基板Ｓに転写された状態を示している。ここで、左端のチップ部品Ｃは直下に転写されるため、配線基板Ｓの所定位置に配置される。なお、転写に伴うチップ部品の直下への移動距離ｄを、チップ部品ＣとバンプＢの高さの合計より大きくしておけば、配線基板Ｓにチップ部品Ｃが転写されていてもウェハ基板Ｗを水平方向に移動させることは可能である。

図１０（ｃ）は、レーザー光Ｌの直下に、次に転写すべきチップ部品Ｃと配線基板Ｓの所定位置を配置してから、レーザー光Ｌを照射している状態を示している。このレーザー照射により、先に転写配置したチップ部品Ｃと間隔を空けて、次のチップ部品Ｃが配線基板Ｓの所定位置に転写配置される。

以降も、レーザー光Ｌの直下に転写すべきチップ部品Ｃと配線基板Ｓの所定位置（チップ部品Ｃを実装すべき位置）を随時配置して、チップ部品Ｃを転写することにより、図８（ｃ）に示したような配線基板Ｓへのチップ部品Ｃの転写配置を行なうことが出来る。

ところが、図１０（ａ）から図１０（ｂ）に示したように、チップ部品Ｃをウェハ基板Ｗから剥離するためには、チップ部品Ｃにはレーザー光Ｌによる大きなエネルギーが加わる。このため、図１０（ｂ）に示した移動距離ｄの間にもチップ部品Ｃは加速された状態で配線基板Ｓに達する。一方、配線基板Ｓの電極部分は金属であり、加速されたチップ部品Ｃのバンプ電極Ｂが金属電極に接する際の衝撃により、図１１のようにチップ部品Ｃが破損することもある。このような衝撃を緩和するために、（封止に用いる未硬化の）熱硬化性接着剤をチップ部品Ｃのバンプあるいは配線基板Ｃの電極に被覆しておくことも考えられるが、被覆厚みは５μｍ以下であり衝撃を緩和するには不充分である。

以上のように、ウェハ基板Ｗから配線基板Ｓへの直接転写ではチップ部品Ｃに加わる衝撃が大きいことから、別に転写基板を用いる転写方式が一般化している。

特開２０１０−１６１２２１号公報

転写基板を用いる転写方式では、まず、図１２（ａ）に示すように、ウェハ基板Ｗのチップ部品Ｃに第１転写基板１を密着させて、レーザー光等によりチップ部品Ｃを剥離して第１転写基板１に転写する。なお、第１転写基板１はチップ部品Ｃを保持する側に接着性を有している。ここで、チップ部品Ｃは第１転写基板と密着した状態で転写するため、加速されることなく、第１転写基板１に転写される。

ところで、図１２（ｂ）に示すように、第１転写基板１ではチップ部品ＣのバンプＢが密着しているため、この状態から配線基板Ｓにチップ部品Ｃを転写しても、バンプＢを配線基板Ｓの電極と接触させることはできない。そこで、図１２（ｃ）のように、第１転写基板１のチップ部品Ｃを第２転写基板２に再度転写している。なお、第２転写基板２はチップ部品Ｃを保持する側に接着性を有している。

以上の工程を経て、図１２（ｄ）のように、第２転写基板２がチップ部品ＣのバンプＢと反対側を保持することになる。ここで、第２転写基板２とチップ部品Ｃの接着性を調整することで、図１２（ｄ）のようにチップ部品Ｃを保持した転写基板２を図１０のウェハ基板Ｗの代わりとすることで、転写時のチップ部品Ｃの衝撃が緩和できる。

しかし、全てのチップ部品Ｃと第２転写基板２の接着力を一定に管理することは困難であり、一方で、全てのチップ部品を確実に第２転写基板２から剥離するようにレーザー光Ｌの強度を設定する必要がある。このため、全てのチップ部品Ｃを破損することなく第２転写基板２から配線基板Ｓに転写することは極めて困難である。仮に、レーザー光Ｌが低強度でも剥離可能な接着力にしようとした場合においては、第２転写基板２からチップ部品Ｃが自然剥離することや、転写時に位置ズレを生じる懸念がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、密な状態に配置されたチップ部品を、所定の間隔を空けて配線基板上に実装するのに際して、チップ部品が破損することなく所定の位置に確実に実装するために用いる転写基板ならびに転写基板ならびにこれを用いた実装方法および画像表示装置の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、バンプ電極を有する複数のチップ部品を、前記バンプ電極が形成された面の反対側から保持して、前記バンプ電極と接続する電極を有する配線基板に転写して実装するのに用いる転写基板であって、ベース基板と、ベース基板上に形成され前記チップ部品を保持する接着層とを備え、前記ベース基板に用いる材料は、ヤング率１ＧＰａ以上、軟化温度２００℃以上、熱伝導率１Ｗ／ｍの条件を満たし、前記接着層は融点が２００℃以上で、反発式硬度計によって測定したリーブ硬さがベース基板のリーブ硬さの５０％以上９０％以下である転写基板である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の転写基板であって、前記接着層としてシリコーン樹脂またはアクリル樹脂を用いる転写基板である。

請求項３に記載の発明は、ダイシングされたバンプ電極を有するチップ部品を、前記バンプ電極側を保持する第１転写基板に転写し、前記バンプ電極の反対側を保持する第２転写基板に転写してから、前記バンプ電極と接続する電極を有する配線基板に転写して実装する実装方法であって、前記第２転写基板として請求項１または請求項２に記載の転写基板を用い、前記チップ部品を前記第１転写基板から前記第２転写基板に転写する段階で、前記チップ部品の間隔を、前記配線基板への実装間隔に変更し、前記第２転写基板の前記チップ部品を保持した面と反対側から加圧しながら加熱してから、前記転写基板を前記チップ部品から剥離する実装方法である。

請求項４に記載の発明は、前記チップ部品としてＬＥＤチップを、前記配線基板としてＴＦＴ基板を用いて、請求項３に記載の実装方法を用いて画像表示装置を製造する、画像表示装置の製造方法である。

本発明の転写基板を用いた実装を行なうことにより、密な状態に配置されたチップ部品を、所定の間隔を空けて配線基板上に確実に実装することが出来、この転写基板ならびに実装方法でＬＥＤチップをＴＦＴ基板に実装することにより高品質な画像表示装置が得られる。

本発明の実施形態に係る転写基板（第２転写基板）がチップ部品を保持している状態を示す図である。本発明の実施形態に係り、（ａ）ウェハ基板からチップ部品を第１転写基板に転写する工程を示す図であり、（ｂ）チップ部品が第１転写基板に転写された状態を示す図である本発明の実施形態に係り、（ａ）第１転写基板からチップ部品を剥離する工程を示す図であり、（ｂ）転写基板２にチップ部品が転写された状態を示す図であり、（ｃ）第１転写基板から次のチップ部品剥離する工程を示す図であり、（ｄ）第２転写基板に次のチップ部品が転写された状態を示す図である。本発明の実施形態に係り、（ａ）チップ部品を保持した第２転写基板を配線基板上に配置した状態を示す図であり、（ｂ）第２転写基板が保持したチップ部品を配線基板に熱圧着する状態を示す図である。本発明の実施形態に係り、（ｃ）配線基板へのチップ部品の熱圧着が完了した後の状態を示す図であり、（ｄ）チップ部品から第２転写基板を剥離した、実装が完了した状態を示す図である。本発明の実施形態の変形例であり、（ａ）熱圧着ヘッドが第２転写基板を保持した状態で配線基板上に配置された状態であり、（ｂ）配線基板配線基板へのチップ部品の熱圧着が完了した後の状態を示す図である。本発明の実施形態に係り、（ａ）ウェハ基板から第１転写基板へのチップ部品の転写、（ｂ）第１転写基板から第２転写基板へのチップ部品の転写、（ｃ）第２転写基板を用いた配線基板へのチップ部品の実装、を示す上面図である。（ａ）ウェハ基板とチップ部品を示す上面図、（ｂ）断面図であり、（ｃ）配線基板とチップ部品を示す上面図、（ｄ）断面図である。（ａ）ウェハ基板とチップ部品の断面の拡大図であり、（ｂ）配線基板にチップ部品を実装した断面の拡大図である。ウェハ基板から配線基板にチップ部品を直接転写する工程を説明するもので、（ａ）ウェハ基板からチップ部品を剥離する工程、（ｂ）配線基板にチップ部品が転写された状態（ｃ）ウェハ基板から次のチップ部品を剥離する工程、（ｄ）配線基板に次のチップ部品が転写された状態、を示す図である。ウェハ基板から剥離されたチップ部品が配線基板との衝突による衝撃で破損する様子を説明する図である。転写基板を用いるチップ部品の転写を説明するもので、ウェハ基板からチップ部品を第１転写基板に転写する工程を示す図であり、（ｂ）チップ部品が第１転写基板に転写された状態を示す図であり、（ｃ）第１転写基板からチップ部品を第２転写基板に転写する工程を示す図であり、（ｄ）チップ部品が第２転写基板に転写された状態を示す図である。

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る転写基板である第２転写基板２であり、チップ部品Ｃを保持した状態を示している。

図１に示すように第２転写基板２はベース基板２０に接着層２１が積層され、接着層２１がチップ部品ＣのバンプＢとは反対の面を保持する構成となっている。

ベース基板２０は第２転写基板２の機械的、熱的な特性を支配するものであり、寸法安定性に優れ、耐熱性を有しつつ熱伝導率の高いものが望ましい。具体的には、軟化温度が２００℃以上で、ヤング率が１ＧＰａ以上かつ熱伝導率１Ｗ／ｍ・Ｋ以上の条件を満たすものが望ましい。この条件を満たすものであれば、ガラス、金属、セラミック、あるいは樹脂であってもよく、透光性は必要としない。

接着層２１はチップ部品Ｃを保持するものであるが、第１転写基板１からチップ部品Ｃを転写される工程（詳しくは後述）の衝撃を緩和するためにベース基板２０より柔軟な材質を用いる。柔軟性の指標としては、反発式硬度計によって求めたリーブ硬さが、ベース基板２０の５０％以上９０％以下であることが好ましい。また、融点が２００℃以上であることが望ましい。具体的な主成分としては、シリコーン樹脂やアクリル樹脂から選ぶことが出来る。

以下、ウェハ基板Ｗ上のチップ部品を、配線基板Ｓに所定の間隔を空けて実装するまでの工程に、図１に示す構成の第２転写基板２を用いた実施形態を図２から図５を用いて説明する。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、ウェハ基板Ｗ上のチップ部品Ｃを第１転写基板１に転写する工程を説明するものであるが、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示した従来技術と変わらない。ここで、チップ部品Ｃは、１辺１ｍｍ以下の大きさにダイシングされたものである。本実施形態の説明においては、ＧａＮ系のＬＥＤチップを想定しているがＳｉ等の材質からなる半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）であってもよい。

ＧａＮ系のＬＥＤにおいては、サファイヤ基板上に積層されたＧａＮ層にＬＥＤチップが形成されている。このため、ウェハ基板Ｗのチップ部品Ｃが形成されていない側からレーザーで光エネルギーを照射することにより、光を吸収して過熱したＧａＮ層が分解して窒素ガスを発生して、サファイヤ基板との界面でＧａＮ層が剥離する。この際、第１転写基板１とチップ部品Ｃは密着しているため、第１転写基板１を固定しておけばチップ部品Ｃに衝撃力が加わることはない。

なお、ウェハ基板Ｗから第１転写基板１へのチップ部品Ｃする際の上面図を図７（ａ）に示すが、チップ部品Ｃの間隔は変わらずに密な状態を維持している。

この後、第１転写基板１から第２転写基板２にチップ部品Ｃを転写する工程を、図３を用いて説明する。ところで、図１２（ｃ）に示した例と異なり、本発明の特徴は、第１転写基板１から第２転写基板２へ転写する段階で、チップ部品Ｃの間隔を広げ、配線基板Ｓに実装するときと同じにすることである。この、第１転写基板１と第２転写基板へのチップ部品Ｃの配置の違いを上面図で示すと図７（ｂ）のようになる。ここで、第２転写基板２へのチップ部品Ｃの間隔は配線基板Ｓと同じであり、第２転写基板２のチップ部品Ｃを配線基板Ｓの電極側と対向させると全てのチップ部品を同時に配線基板Ｓの所定位置に位置合わせすることが出来る。

図３（ａ）は、第１転写基板１のチップ部品Ｃが配置された面と、第２転写基板２の接着層２１を、間隔を空けて対向させた状態から、左端のチップ部品Ｃにレーザー光を照射して、第２転写基板２に転写する状態を示している。ここで、第１転写基板１上のチップ部品Ｃ（の非バンプ面）と接着層２１の間隔は、バンプＢを含むチップ部品Ｃの高さより大きくしておく必要がある。これは、第１転写基板１と第２転写基板２でチップ部品Ｃの間隔を変更するため、第１転写基板１と第２転写基板２を対向配置した状態で、面方向に相対位置を変更する必要があるためである。

図３（ａ）において、レーザー光Ｌは、チップ部品Ｃのバンプ面側を加熱して第２転写基板２から放出させるものであり、チップ部品Ｃを構成するＧａＮに吸収される波長が好ましい。ただし、第１転写基板１のチップ部品Ｃとの接着層として、光を吸収してガスを放出する材質が使用できるのであれば、レーザー光の波長を接着層の素材に応じて選んでもよい。

図３（ｂ）は、レーザー光Ｌを照射されたチップ部品Ｃが、第１転写基板１から放出され第２転写基板２に保持された状態を示している。ここで、チップ部品Ｃは、僅かな間隔ではあるが、第１転写基板１と第２転写基板２の空間を加速されて、第２転写基板２に到着するこのため、第２転写基板２の接着層２１はチップ部品Ｃが到着した際の衝撃を緩和する必要がある。そこで、チップ部品Ｃが第２転写基板２に到着した際に破損しない条件を探索した結果、前述のとおり、反発式硬度計によって求めたリーブ硬さが、ベース基板２０の５０％以上９０％以下であるという条件を見出した。この値が９０％を超える場合は、チップ部品が破損することがある。一方、５０％未満についてはチップ部品が破損することはないが、後工程で加熱する際に粘性等により不都合を生じることがある。

図３（ｃ）は、レーザー光の直下に次に転写すべきチップ部品Ｃと第２転写基板２の所定位置（先に転写したチップ部品Ｃと所定間隔）を配置するよう、第１転写基板１と第２転写基板２の相対位置を調整してから、レーザー光Ｌを照射している状態を示している。このレーザー照射により、先に転写配置したチップ部品Ｃと所定間隔を空けて、次のチップ部品Ｃが第２転写基板２に転写配置される（図３（ｄ））。

以降も、レーザー光Ｌの直下に転写すべきチップ部品Ｃと第２転写基板２の所定位置（を随時配置して、チップ部品Ｃを転写することにより、図１に示したような、チップ部品Ｃを転写配置した第２転写基板２にチップ部品Ｃを得ることが出来る。

この第２転写基板２を用いて、配線基板Ｓにチップ部品Ｃを実装する様子を図４および図５を用いて説明する。

図４（ａ）はステージ３上に配置した配線基板Ｓ上のチップ実装位置と、チップ部品Ｃを位置合わせした状態で第２転写基板２を配置した状態を示している。ここで、第２転写基板２でのチップ部品配置と配線基板Ｓのチップ部品実装位置は、図７（ｃ）に上面図を示すとおりであり、第２転写基板２に配置された全てのチップ部品を同時に、配線基板Ｓの実装位置と位置合わせすることができる。

この状態から、第２転写基板２のベース基板２０側から熱圧着ヘッド４を接近させ、図４（ｂ）のように加熱圧着することにより、チップ部品Ｃを配線基板Ｓの電極と電気的にも機械的にも接合して実装することができる。また、チップ部品Ｃと配線基板Ｓの間に予め熱硬化性接着剤を配置しておけば、チップ部品Ｃの樹脂封止も同時に行なうことができる。

なお、加熱圧着はステージ３と熱圧着ヘッド４の間に挟みこんで行なうため、ステージ３が加熱機能を有していてもよい。

また、加熱圧着において、第２転写基板２が熱変形するとチップ部品Ｃの実装精度を低下させる。このため、第２転写基板２を構成するベース基板２０には、軟化温度が２００℃以上で、ヤング率が１ＧＰａ以上かつ熱伝導率１Ｗ／ｍ・Ｋ以上という条件が求められている。また、接着層２１については、加熱圧着時に融着することは避けなければならないため、融点２００℃以上という条件が求められている。

図５（ｃ）は、図４（ｂ）の加熱圧着が完了した後の状態であり、熱圧着ヘッド４を上昇させたものであり、この後、チップ部品Ｃから第２転写基板を剥離した状態を示したのが図５（ｄ）である。

図４および図５においては、配線基板Ｓ上に第２転写基板２を配置してから、熱圧着ヘッド４を降下させて加熱圧着する例について説明したが、本実施形態の変形例として、熱圧着ヘッド４が第２転写基板２を吸着保持する例を示したのが図６である。図６（ａ）は熱圧着ヘッド４が第２転写基板２を吸着保持した状態で、配線基板Ｓとの位置合わせを行っている状態を示しており、図６（ｂ）では熱圧着完了後に熱圧着ヘッド４を上昇することで、チップ部品Ｃから第２転写基板２の剥離も同時に行なえることを示している。

以上のように、本発明においては、第２転写基板２から配線基板Ｓへのチップ部品Ｃの転写をＬＬＯ法で行なうのではなく、加熱圧着により転写と実装を同時に行なうものである。このため、第２転写基板２からチップ部品Ｃを配線基板Ｓに写すのに際して、チップ部品Ｃに衝撃を与えることがない、このため配線基板Ｓの素材や電極が硬いものであってもチップ部品Ｃが破損することが防げる。また、第１転写基板１から第２転写基板２へのチップ部品Ｃの転写にはＬＬＯ法を用いているが、第２転写基板２を構成する接着層を適切に選定することにより、第２転写基板２への転写時の衝撃を緩和してチップ部品Ｃの破損を防ぐことができる。

このため、多数のチップ部品を、間隔を空けて実装するような用途において、工程内のチップ破損率を極めて低く抑えることができ、リペアに要するコストも大幅に低減することができる。したがって、配線基板としてＴＦＴ基板を用い、チップ部品としてＬＥＤチップを用いるような画像表示装置の製造方法として本発明は好適であり、数百万個のＬＥＤを用いる高品質の画像表示装置の製造方法として極めて適したものである。

１第１転写基板
２第２転写基板
３ステージ
４熱圧着ヘッド
２０ベース基板
２１接着層
Ｂバンプ
Ｃチップ部品
Ｌレーザー光
Ｓ配線基板
Ｗウェハ基板

Claims

バンプ電極を有する複数のチップ部品を、前記バンプ電極が形成された面の反対側から保持して、前記バンプ電極と接続する電極を有する配線基板に転写して実装するのに用いる転写基板であって、
ベース基板と、ベース基板上に形成され前記チップ部品を保持する接着層とを備え、
前記ベース基板に用いる材料は、ヤング率１ＧＰａ以上、軟化温度２００℃以上、熱伝導率１Ｗ／ｍの条件を満たし、
前記接着層は融点が２００℃以上で、反発式硬度計によって測定したリーブ硬さがベース基板のリーブ硬さの５０％以上９０％以下である転写基板。
請求項１に記載の転写基板であって、
前記接着層としてシリコーン樹脂またはアクリル樹脂を用いる転写基板。
ダイシングされたバンプ電極を有するチップ部品を、前記バンプ電極側を保持する第１転写基板に転写し、前記バンプ電極の反対側を保持する第２転写基板に転写してから、前記バンプ電極と接続する電極を有する配線基板に転写して実装する実装方法であって、
前記第２転写基板として請求項１または請求項２に記載の転写基板を用い、
前記チップ部品を前記第１転写基板から前記第２転写基板に転写する段階で、前記チップ部品の間隔を、前記配線基板への実装間隔に変更し、
前記第２転写基板の前記チップ部品を保持した面と反対側から加圧しながら加熱してから、前記転写基板を前記チップ部品から剥離する実装方法。
前記チップ部品としてＬＥＤチップを、前記配線基板としてＴＦＴ基板を用いて、
請求項３に記載の実装方法を用いて画像表示装置を製造する、画像表示装置の製造方法。