JP2020167251A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハ基板上に多数形成されたチップ部品を、転写基板を介して配線基板の所定位置に転写して実装するのに際して、位置ズレの発生が抑制可能な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こと。【解決手段】 転写元基板から転写された、互いに分離した、多数のチップ部品を保持し、加熱および加圧を行なう工程を経て、転写先基板に転写するのに用いる転写基板であって、ベース基板と、前記ベース基板表面に形成された未硬化の熱硬化性粘着剤からなる粘着層とを備え、前記粘着層が島状粘着部を有する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。【選択図】 図１

Description

本発明はチップ部品を転写により配線基板に実装する際に用いる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枚のウエハ基板に、密に多数形成できるようになってきている
近年、図４にようにウエハ基板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に再配列して実装する用途がある。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、数百万個から数千万個の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。

そこで、ウエハ基板W上に密に形成されたチップ部品Cを配線基板に所定の間隔を空け、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５ではＬＬＯ法によりウエハ基板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５（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５（ａ）におけるレーザー光Ｌの波長はチップ部品ＣをウエハＷから剥離するのに適した範囲から選ばれる。例えば、チップ部品の素材に吸収される波長を用いれば、レーザーエネルギーにより素材が分解して生じたガスによりウエハ基板Ｗからチップ部品Ｃは剥離される。

図５（ｂ）は、レーザー光Ｌの照射によりウエハ基板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エハ基板Ｗを水平方向に移動させることは可能である。

図５（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、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５（ａ）から図５（ｂ）に示したようにチップ部品Ｃをウエハ基板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５（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に達し、レーザーエネルギーにより破損することもある。

以上のように、ウエハ基板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 特願２０１８−０６１７４３号

転写基板を用いる転写方式は、図６（ａ）に示すようにウエハ基板Ｗのチップ部品Ｃに第１転写基板１を対向させてから、図６（ｂ）のように密着させて、レーザー光Ｌ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、ベース基板１０と、ベース基板１０のチップ部品Ｃを保持する側に粘着層１１を設けた構成となっている。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の粘着層１１上に転写される。

ところで、図６（ｂ）に示すように、第１転写基板１ではチップ部品Ｃの電極であるバンプＢが密着しているため、この状態から配線基板にチップ部品Ｃを転写しても、バンプＢを配線基板の電極と接触させることはできない。すなわち、チップ部品Ｃの電極と配線基板の電極を接続することができない。そこで、第１転写基板１のチップ部品Ｃを第２転写基板２に再度転写する必要がある。

その際、特許文献２のように、チップ部品Ｃの間隔を広げて第２転写基板２に転写することもあるが、ウエハ基板Wから第１転写基板１への転写と同じく、配列ピッチを変えずに転写する方法もある。配列ピッチを変えないことで、第２転写基板２上にはウエハ基板W上と同様にチップ部品Cが配置されていることから、ウエハ基板Ｗから配線基板にチップ部品Ｃを直接レーザーリフトオフするための装置構成を流用することが出来る。なお、第２転写基板２に用いる粘着層の選択により、チップ部品Ｃをリフトオフする際のエネルギーも制御可能であるため、ウエハ基板Ｗから直接転写するに比べ、チップ部品Ｃの破損が防げ、転写歩留まりが改善される。

そこで、第１転写基板１からチップ部品Ｃの配列を変えずに第２転写基板２に転写する方法として、第１転写基板１の粘着層１１に熱硬化して粘着性を失うものを用いれば、第２転写基板２に容易に転写することが出来る。すなわち、ベース基板２０の表面上に粘着層２１を配した第２転写基板２を図７（ａ）のように対向配置した状態から、図７（ｂ）のようにチップ部品Ｃに粘着層２１が密着した状態で加熱加圧ヘッド３により粘着層１１を加熱硬化させてから、加熱加圧ヘッド３が第１転写基板１を保持した状態で上昇すれば、チップ部品Ｃを第２転写基板２に転写することが出来る。なお、第２転写基板２の粘着層２１は、粘着層１１を硬化させる温度では硬化せず熱劣化もしない耐熱性を有するとともに、特定の波長の光により粘着力が低減するものである。このため、ベース基板２０がこの波長を透過させる特性を有しつつ、この波長によりチップ部品Ｃと粘着層２１の界面にガスが発生するものであれば、図８（ａ）のように特定の波長のレーザー光Ｌにより、チップ部品Ｃを配線基板Ｓ上に、図８（ｂ）のように転写することが出来る。

そこで、図９（ａ）に示すような第２転写基板２に配置されたチップ部品Ｃを、アライメントマークＰ２を用いて位置合わせして、配線基板Ｓの所定位置に順次転写して実装を行なったところ、図４（ａ）に示すウエハ基板ＷでアライメントマークＰＷを用いて位置合わせする場合に比べて位置ズレが発生しやすいことが判った。しかも位置ズレ量が一定しないことから、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ような用途への適用が困難となっていた。この問題は、所定ピッチ間隔のチップ部品Ｃに同時にレーザー光Ｌを照射する場合においても顕著である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ウエハ基板上に多数形成されたチップ部品を、転写基板を介して配線基板の所定位置に転写して実装するのに際して、位置ズレの発生が抑制可能な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。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、転写元基板から転写された、互いに分離した、多数のチップ部品を保持し、加熱および加圧を行なう工程を経て、転写先基板に転写するのに用いる転写基板であって、
ベース基板と、前記ベース基板表面に形成された未硬化の熱硬化性粘着剤からなる粘着層とを備え、前記粘着層が島状粘着部を有する転写基板である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記粘着層を形成する熱硬化性粘着剤がシリコーン樹脂であって、金属マスクを用いたスキージ塗布により島状粘着部が形成された転写基板である。

請求項３に記載の発明は、ウエハ上に形成され、互いに分離した、バンプ電極を有する多数のチップ部品を、前記バンプ電極側を保持する第１転写基板に転写した後に、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、配線基板の所定位置にチップ部品を対向配置した状態で、前記チップ部品に前記第２転写基板越にレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記配線基板に転写配置して実装する実装方法であって、
前記第１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、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。

本発明の転写基板ならびにこれを用いた実装方法により、ウエハ基板上に多数形成されたチップ部品を、配線基板の所定位置に転写して実装するのに際して、転写基板内での配位置ズレの発生を抑制する実装が可能であり、この転写基板を用いた実装方法を採用することで高品質な画像表示装置の製造が可能になる。

本発明の実施形態に係る転写基板（第１転写基板）の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る転写基板を第１転写基板としてチップ部品を保持した状態から第２転写基板に転写する工程を説明する図であり、（ａ）第１転写基板のチップ部品が第２転写基板に密着した状態を示し、（ｂ）第１転写基板の粘着層に加圧力が印加された状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る転写基板の形態を第２転写基板にも適用した例を示す図である。 ウエハ基板上のチップ部品とアライメントマークについて説明するための上面図であり、（ｂ）断面図である。 ウエ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）ウエ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）ウエ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。 チップ部品の転写工程を説明するものであり、（ａ）ウエハ基板と第１転写基板が対向した状態を示す図であり、（ｂ）ウエ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、（ｃ）チップ部品が第１転写基板に転写された状態を示すものである。 チップ部品の転写工程を説明するものであり、（ａ）第１転写基板と第２転写基板が対向した状態を示す図であり、（ｂ）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、（ｃ）チップ部品が第２転写基板に転写された状態を示すものである。 第２転写基板から配線基板にチップ部品をレーザーリフトオフで転写する工程を説明するもので、（ａ）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を示す図である。 第２転写基板上のチップ部品とアライメントマークについて説明するための上面図であり、（ｂ）断面図である。 第２転写基板から配線基板に複数のチップ部品をレーザーリフトオフで同時に転写する工程を説明するもので、（ａ）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を示す図である。 第１転写基板からチップ部品を第２転写基板に加熱および加圧して転写する工程について説明するもので、（ａ）第１転写基板のチップ部品が第２転写基板に密着した状態を示し、（ｂ）第１転写基板の粘着層に加圧力が印加された状態を示す図である。

位置ズレの原因を探求したところ、図７（ｂ）に示した第１転写基板１からチップ部品Ｃを第２転写基板２に転写する際の加圧が影響していることが判った。すなわち、図１１（ａ）に示すような第１転写基板１のチップ部品Ｃと第２転写基板２が接触してから、チップ部品Ｃを第２転写基板側に押す加圧力によって、粘弾性を有する粘着層１１および粘着層２１が変形して、図１１（ｂ）のように、チップ部品Ｃに横方向の力が加わることが起因している。特に、粘着層１１は、ウエハ基板Ｗからレーザーリフトオフによりチップ部品Ｃが転写される際のエネルギーを緩和させるための柔軟性と厚みを有しているため、加圧により変形しやすい条件を有している。

本発明は、チップ部品Ｃを第２転写基板側に押す加圧力によって、粘弾性を有する粘着層１１および粘着層２１が変形しても、（図１１（ｂ）のような）チップ部品Ｃに横方向の力が加わり難い第１転写基板１を用いることを特徴とするものである。

本発明の実施形態に係る第１転写基板１は、図１に示すような構成を有している。すなわち第１転写基板１の粘着層１１は島状粘着部１１Ｃを有している。島状粘着部とはチップ部品Ｃと個別に対応するよに形成された粘着層である。図１（ａ）の断面図の例を示すように、島状粘着部１１Ｃは、個々のチップ部品Ｃのバンプ側と１対１で対応し、夫々が離れて配置されている。

島状粘着部１１Ｃの平面形状の一例として、図１（ｂ）には円形の例を示すがこれに限定されるものではなく、他の形状でも良い。ただし、基板１０に対する平行度の維持した状態でチップ部品Ｃを保持する程度の面積が必要である。図１（ｂ）の例で、島状粘着部１１Ｃはチップ部品Ｃからはみ出す部分はないが、２つ以上のチップ部品Ｃに跨ることがなく、（図１１（ｂ）のような加圧状態でも）島状粘着部１１Ｃ同士が接触しなければ、はみ出しも許容される。

また、図１では、１つのチップ部品Ｃに対する島状粘着部１１Ｃは１つの島となっているが、複数の島が１つのチップ部品Ｃに対応する島状粘着部１１Ｃであってもよい。

島状粘着部１１Ｃの素材としては、ウエハ基板Ｗからチップ部品ＣがＬＬＯ法により転写される際の衝撃を緩和する役割と、転写基板２にチップ部品Ｃを熱転写する際の離型性を考慮してシリコーン樹脂が好ましい。また、厚みとしては衝撃緩和性を備えつつ熱硬化に要する時間等を考慮して２０μｍから３０μｍが望ましい。また、シリコーン樹脂を用いて島状粘着部１１Ｃを形成する際は、金属マスクを用いたスキージ塗布が、簡便かつ厚みの均一性性にも優れているので、好ましい。

図２には、図１に示す第１転写基板１が保持したチップ部品Ｃを第２転写基板２に転写する工程を示す。図２（ａ）に示すような第１転写基板１のチップ部品Ｃと第２転写基板２が密着してから、図２（ｂ）のようにチップ部品Ｃを第２転写基板側に押す力が加わり、個々のチップ部品Ｃに対応する島状粘着部１１Ｃは変形するが、この変形が他のチップ部品Ｃに影響を及ぼすことはない。すなわち、島状粘着部１１Ｃを有する粘着層１１は、加熱して加圧される状態においてもチップ部品Ｃに横方向の力を加えることはない。

他方、図２（ｂ）において第２転写基板２の加圧による変形が考えられるが、第２転写基板２の粘着層２１としては、熱転写時の耐熱性とＬＬＯ法によるチップ離脱性を考慮して０．２〜１μｍ厚程度のポリイミドを用いているため、（図１１（ｂ）の粘着層１１による横方向の力に比べ）僅かな変形に止まり、チップ部品Ｃが位置ズレするような横方向の力が発生することは殆どない。このため、図１に示すような、島状粘着部１１Ｃを有する粘着層１１を備えた第１転写基板１を用いることにより、転写過程でのチップ部品Ｃの位置ズレを抑制した実装を行なうことができる。なお、位置ズレ要因を極力排除したい場合においては、図３に示すように、第２転写基板２の粘着層２１が島状粘着部２１Ｃを有する構成としてもよい。

図７および図８の工程に、実施形態に示した、少なくとも第１転写基板１を適用することで、多数のチップ部品を配線基板上に転写実装する実装方法において高精度化が図れる。

以上のように、本発明の転写基板およびこれを用いた実装方法により、多数のチップ部品を配線基板Ｓ上に高精度に転写実装することが可能である。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、数百万個以上のＬＥＤを所定位置に配した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 加熱加圧ヘッド
１０ ベース基板
１１ 粘着層（熱硬化性）
１１Ｃ 粘着島
２０ ベース基板
２１ 粘着層（光硬化性）
Ｂ バンプ（チップ部品の電極）
Ｃ チップ部品
Ｌ レーザー光
Ｓ 配線基板
Ｗ ウエハ基板

Claims (4)

1. 転写元基板から転写された、互いに分離した、多数のチップ部品を保持し、加熱および加圧を行なう工程を経て、転写先基板に転写するのに用いる転写基板であって、
   ベース基板と、前記ベース基板表面に形成された未硬化の熱硬化性粘着剤からなる粘着層とを備え、
   前記粘着層が島状粘着部を有する転写基板。
2. 請求項１に記載の発明であって、前記粘着層を形成する熱硬化性粘着剤がシリコーン樹脂であって、
   金属マスクを用いたスキージ塗布により島状粘着部が形成された転写基板。
3. ウエハ上に形成され、互いに分離した、電極を有する多数のチップ部品を、
   前記電極側を保持する第１転写基板に転写した後に、
   前記電極の反対側を保持する第２転写基板に転写してから、
   配線基板の所定位置にチップ部品を対向配置した状態で、前記チップ部品に前記第２転写基板越にレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記配線基板に転写配置して実装する実装方法であって、
   前記第１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る実装方法。
4. 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、
   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。