JP5294902B2 - 表面実装型発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は表面実装型発光素子の製造方法に関し、特にフリップチップ実装タイプの表面実装型発光素子の製造方法に関する。

近年、青色発光ダイオードを用いて蛍光体を励起した白色光源が開発され、照明用、自動車ランプ用、ＴＶ・パソコン用の新市場用途向け等に急速に発光ダイオード（以下ＬＥＤと記載する）化が進んでいる。これらのＬＥＤ素子の製造方法については、さまざまな方法が提案されている。

従来技術におけるフリップチップ実装タイプの表面実装型発光素子の製造方法として基板にＬＥＤ素子チップを単個で実装する製造方法が開示されている（例えば、特許文献１）。以下、この従来の製造方法について図８に基づいて簡単に説明する。図８（ａ）に示すように、基材５１の両表面５１ａ、５１ｂに、それぞれビア導体５７と電気的に接続する第１及び第２導体パターン５２、５６を形成し、第１導体パターン５２上にバンプ５３を形成し基板５８とする。そして図８（ｂ）に示すようにバンプ５３上にＬＥＤ素子チップ５４を実装する。続いて、図８（ｃ）に示すように、基板５８上に、ＬＥＤ素子チップ５４を覆うようにして、蛍光体層５５を形成する。そして、図８（ｄ）に示すように、蛍光体層５５の上面を研磨した後、蛍光体層５５と基板５８とを、回転式ブレード５９によって同時に切断することにより図８（ｅ）に示すように個片化されたＬＥＤ素子５０を得る。

一方、端面発光型ＬＥＤ素子の製造方法の従来技術としてエキスパンドテープ上にダイシングされたチップ群を製造工程に直接に関与させた製造方法が開示されている（例えば、特許文献２）。以下、この従来の製造方法について図９に基づいて簡単に説明する。図９（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子ウエハ−１をダイシングシ−ト２上に貼り付け、図９（ｂ）に示すようにＬＥＤ素子ウエハ−１を縦、横に所望のチップサイズにフルダイシングして各ＬＥＤ素子チップ４を形成する。次に図９（ｃ）に示すように、ダイシングシ−ト２を所定の大きさにエキスパンドして各ＬＥＤ素子チップ４の間隔を拡大し、図９（ｄ）に示すように各ＬＥＤ素子チップ４の電極部４ａ上に電極板５を異方導電性接着剤６で貼り付ける。次に、図９（ｅ）に示すようにダイシングシ−ト２Ｅを剥離し、電極板７を各ＬＥＤ素子チップ４の電極４ｂに異方導電性接着剤８で貼り付ける。次に、図９（ｆ）に示すように、透光性絶縁物９を各ＬＥＤ素子チップ４間に流入して充填し、図９（ｇ）に示すように、電極板５、７及び絶縁物９の部分を縦横にフルダイシングしてＬＥＤ素子１０を形成する。

特開２００８−５２１２１０号公報（第６−７頁、図２−３参照） 特開平１０−１４４６３１号公報（第４−５頁、図１−８参照）

しかしながら、フリップチップ実装タイプの表面実装型ＬＥＤの製造方法においては、ＬＥＤ素子ウエハ−はスクライブされて小片化された状態で供給されるのが一般的である。また、エキスパンドテ−プはＬＥＤ素子ウエハ−がＬＥＤ素子チップに切断された状態からチップ間隔を広げるためにエキスパンドテ−プを外周から引き延ばすだけの手段に止まっていた。このため、ＬＥＤ素子チップは単個で基板に実装され、ＬＥＤ素子チップを基板に載置する際の精度も高精度が要求され、実装時間が増加してしまうという問題があった。

（発明の目的）
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする表面実装型発光素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するための本発明における表面実装型発光素子の製造方法は、集合回路基板上に発光素子ウエハ−を圧着してフリップチップ実装する工程と、前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、前記ダイシングされた各回路基板付発光素子チップ同士の間隔を所定の大きさまでエキスパンドする工程と、前記回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成する工程と、前記発光素子チップを覆うように、前記発光素子チップから発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有する蛍光樹脂部材を形成する工程と、前記蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングして個々の発光素子に分割する工程と、を具備することを特徴とする。

また、前記蛍光樹脂部材を形成する工程は、前記発光素子チップ上に蛍光樹脂シートを配置して、加熱により軟化した蛍光樹脂シートの一部が前記発光素子チップの側面を覆うように形成することを特徴とする。

また、前記発光素子ウエハ−が実装されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼り付ける工程と、前記エキスパンドテープ上に貼り付けられている前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に各発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、前記各回路基板付発光素子チップが貼着されているエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドする工程とを有することを特徴とする。

以上のように本発明は、集合回路基板に発光素子ウエハ−を圧着加工して、発光素子ウエハ−の内部に形成されている多くの発光素子を一括して実装し、その後の加工を行うため、発光素子ウエハ−、集合回路基板に対する発光素子チップの取り数を大きくすることができる。
また、蛍光樹脂部材を形成する工程の前回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成することによって、完成品の回路基板周辺に不要な蛍光樹脂部材の形成を防止することができる。
さらに、発光素子ウエハ−が実装されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼り付け、集合回路基板及び発光素子ウエハ−を縦、横に所望のチップサイズにフルダイシングを施した後にエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドすることにより、組み立て工程を簡素化し、組み立て時間を短縮することができる。
この結果、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする表面実装型発光素子の製造方法を実現することができる。

本発明の第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子を示す断面図である。 本発明の第３実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子を示す断面図である。 従来技術におけるフリップチップ実装タイプの発光素子の製造工程を示す断面図である。 従来技術における端面発光型発光素子の製造工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態における表面実装型発光素子の製造方法ついて図に基づいて説明する。なお、各実施形態においては、発光素子としてＬＥＤ素子を例として説明する。図１、図２、図３は第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図、図４、図５は、第２の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図、図６、図７は第３の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図である。

（第１の実施形態）
図１、図２は第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図、図３は、第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子を示す断面図である。まず、第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子について説明する。図３に示すように、表面実装型ＬＥＤ素子としてのフリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤ素子２０は、ガラスエポキシ系の回路基板１６の電極１７ａ、１７ｂ上にＬＥＤ素子チップ１４がフェイスダウン状態で載置され、ＬＥＤ素子チップ１４下面のパッド１３ａ、１３ｂ（ＬＥＤ素子チップ１４のアノード電極またはカソード電極）と回路基板１６の電極１７ａ、１７ｂとがバンプ１５によってフリップチップ法で接続されている。さらにＬＥＤ素子チップ１４及びバンプ１５が回路基板１６上に形成する蛍光樹脂部材１８で封止され保護されている。

次に本実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子としての表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法について説明する。図１（ａ）に示すように、ガラスエポキシ系の集合回路基板１６Ａ上にＬＥＤ素子を内部に形成したＬＥＤ素子ウエハ−１１をフェイスダウン状態で載置し圧着してフリップチップ実装する。このＬＥＤ素子ウエハ−１１には各ＬＥＤのアノード電極またはカソード電極としてのパッド１３ａ、１３ｂが設けられている。また、集合回路基板１６ＡにはＬＥＤ素子ウエハ−１１に形成されているパッド１３ａ、１３ｂに対応する位置に正負両電極１７ａ、１７ｂが設けられており、さらに正負両電極１７ａ、１７ｂ上には、それぞれバンプ１５ａ、１５ｂが形成されている。この集合回路基板１６Ａの電極１７ａ、１７ｂとＬＥＤ素子ウエハ−１１に形成されているパッド１３ａ、１３ｂとをバンプ１５ａ、１５ｂを介して対向させて押圧し超音波を加えバンプ１５ａ、１５ｂを溶着して圧着して電気的及び機械的に接合する。これによって、集合回路基板１６Ａ上にＬＥＤ素子ウエハ−１１の内部に形成されている多数のＬＥＤ素子が一括してフリップチップ実装される。

バンプ１５ａ、１５ｂの材料としては、金（Ａｕ）、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリー半田等を用いることができる。本実施形態においては、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）を用いた。なお、集合回路基板１６Ａとしては、ガラスエポキシ系に代えてシリコン系基板を用いても良い。シリコン系基板は熱伝導性が良く、後述のＬＥＤ素子チップ１４の冷却効果に優れているため好ましい。

次に、図１（ｂ）に示すようにＬＥＤ素子ウエハ−１１が実装されている集合回路基板１６Ａをエキスパンドテープ１２上に貼り付ける。

次に、図１（ｃ）に示すようにエキスパンドテープ１２上に貼り付けられた集合回路基板１６Ａ及びＬＥＤ素子ウエハ−１１を所定の位置で縦、横に所望のチップサイズにダイヤモンドブレードを用いてフルダイシングを施して、各回路基板１６と各ＬＥＤ素子チップ１４とからなる各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａを形成する。このときフルダイシングされた各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａは各回路基板１６上にフリップチップ実装されており、かつエキスパンドテープ１２Ａ上に貼り付けられたままである。

次に、図１（ｄ）に示すようにダイシングされた各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａが貼着されているエキスパンドテープ１２を所定の大きさまでエキスパンドする。このとき、エキスパンドテープ１２は拡大されて拡大エキスパンドテープ１２Ａとなり各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａの間隔ｄはその分だけ拡大される。

次に、図２（ｅ）に示すように、拡大エキスパンドテープ１２Ａに各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａを覆うように蛍光樹脂部材１８を形成する。蛍光樹脂部材１８は、シリコン樹脂等の透光性絶縁材料にＬＥＤ素子チップ１４から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有させたもので、各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａ間に流入して充填した後、硬化させる。蛍光材料としては、ＹＡＧ系、ナイトライド系、オキシナイトライド系等を用いることができる。また、透光性絶縁材料としては、透光性であれば特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等を用いることができる。

次に、図２（ｆ）に示すように、蛍光樹脂部材１８を所定の位置で縦横にレーザースクライバを用いてフルダイシングして個々のＬＥＤ素子２０に分割する。その後、拡大エキスパンドテープ１２Ａを剥離して図３に示すように個々のフリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤ素子２０を形成する。

以上のように本実施形態によれば、集合回路基板１６Ａに発光素子ウエハ−１１を圧着加工して、集合回路基板１６Ａの電極１７ａ、１７ｂと、ＬＥＤ素子ウエハ−１１の内部に形成されている多数のＬＥＤ素子チッブ１４のパッド１３ａ、１３ｂとを一括して電気的、機械的に接合することができる。この結果、ＬＥＤ素子チップ１４群を一括して回路基板１６に一括してフリップチップ実装することがでる。さらに、多くのＬＥＤ素子チップを一括して実装した後に、各ＬＥＤ素子チップ同士の間隔を所定の大きさにエキスパンドするため、発光素子ウエハ−１１、集合回路基板１６Ａに対するＬＥＤ素子チップの取り数を大きくすることができる。これにより、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間が短く、且つ効率の良いフリップチップ実装を可能とする表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法を実現することができる。

（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図で蛍光樹脂部材１８に代えて蛍光樹脂シートを用いた例を示し、第１の実施形態における図１（ａ）から図１（ｄ）に示した工程の後工程を示す。図５は、第２の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子を示す断面図である。

第２の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法は、第１の実施形態における蛍光樹脂部材１８に代えて各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａ上に蛍光樹脂シートを配置して、加熱により軟化した蛍光樹脂シートの一部がＬＥＤ素子チップの側面を覆うように蛍光樹脂部材を形成する例を示すものであり、第１の実施形態における図１（ａ）から図１（ｄ）に示した各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａが貼着されているエキスパンドテープ１２を所定の大きさまでエキスパンドする工程までは同様である。よって、図１（ａ）から図１（ｄ）に示した工程についての説明は省略し、その後の工程について説明する。

前述の第１の実施形態における図１（ｄ）に示した各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａが貼着されているエキスパンドテープ１２を所定の大きさまでエキスパンドした後、図４（ｅ）に示すように、ＬＥＤ素子チップ１４上に蛍光樹脂シート２８Ａを配置する。
蛍光樹脂シート２８Ａはシリコン樹脂等の透光性絶縁材料にＬＥＤ素子チップ１４から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有させシート状に成型したものである。
蛍光材料としては、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、透光性絶縁材料についても第１の実施形態と同様に種々の透光性材料を用いることができる。

次に、図４（ｆ）に示すように、蛍光樹脂シート２８Ａを加圧、加熱して軟化した蛍光樹脂シート２８Ａの一部がＬＥＤ素子チップ１４の側面を覆うように蛍光樹脂部材２８を形成する。

その後、図４（ｇ）に示すように、蛍光樹脂部材２８を所定の位置で縦横にレーザースクライバを用いてフルダイシングして個々のＬＥＤ素子３０に分割する。その後、拡大エキスパンドテープ１２Ａを剥離して図５に示すように個々のフリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤ素子３０を形成する。なお、表面実装型ＬＥＤ素子３０は、蛍光樹脂部材２８がＬＥＤ素子チップ１４の側面を覆うように形成されており、回路基板１６の側面付近には形成されていない点が第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子２０と異なっており、その他は、第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子２０と同様であるため詳細な説明を省略する。

以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様にＬＥＤ素子チップ１４群を一括して回路基板１６にフリップチップ実装することができ、かつ発光素子ウエハ−１１、集合回路基板１６Ａに対するＬＥＤ素子チップ１４の取り数を大きくすることができる。さらに、蛍光樹脂シート２８Ａを採用することにより、完成品の回路基板１６周辺における不要な蛍光樹脂部材２８の形成を防止することができる。

（第３の実施形態）
図６は第３の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造工程を示す断面図で蛍光樹脂部材を形成する工程の前に拡大エキスパンドテープ上に回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成する例を示し、第１の実施形態における図１（ａ）から図１（ｄ）に示した工程の後工程を示す。図７は、第３の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法によって製造された表面実装型ＬＥＤ素子を示す断面図である。

第３の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子の製造方法は、蛍光樹脂部材を形成する工程の前に拡大エキスパンドテープ上に回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成し、このレジスト層上に形成した蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングした後にレジスト層を除去する例を示すものであり、前述の第１の実施形態における図１（ａ）から図１（ｄ）に示した各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａが貼着されているエキスパンドテープ１２を所定の大きさまでエキスパンドする工程までは同様であるため説明を省略し、その後の工程について説明する。

前述の第１の実施形態における図１（ｄ）に示した各回路基板付ＬＥＤ素子チップ１４Ａが貼着されているエキスパンドテープ１２を所定の大きさまでエキスパンドした後、図６（ｅ）に示すように、エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ１２Ａ上に各回路基板１６を覆う高さまでレジスト層２３を形成する。

次に、図６（ｆ）に示すように、レジスト層２３上に各ＬＥＤ素子チップ１４を覆うように蛍光樹脂部材３８を形成する。蛍光樹脂部材３８は、第１の実施形態における蛍光樹脂部材１８と同様であるため説明を省略する。

その後、図６（ｇ）に示すように、蛍光樹脂部材３８とレジスト層２３とを所定の位置で縦横にレーザースクライバを用いてフルダイシングして個々のＬＥＤ素子４０に分割する。その後レジスト層２３を除去する。さらに、拡大エキスパンドテープ１２Ａを剥離して図７に示すように個々のフリップチップ実装タイプ表面実装型ＬＥＤ素子４０を形成する。なお、表面実装型ＬＥＤ素子４０は、蛍光樹脂部材３８がＬＥＤ素子チップ１４の側面を覆うように形成されており、回路基板１６の側面付近には形成されていない点が第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子２０と異なっており、その他は、第１の実施形態における表面実装型ＬＥＤ素子２０と同様であるため詳細な説明を省略する。また、このレジスト層２３は除去せずに、そのまま残しておいても良い。

以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様にＬＥＤ素子チップ１４群を一括して回路基板１６にフリップチップ実装することができ、かつ発光素子ウエハ−１１、集合回路基板１６Ａに対するＬＥＤ素子チップ１４の取り数を大きくすることができる。さらに、レジスト層２３を各回路基板１６を覆う高さまで形成し、このレジスト層２３上に蛍光樹脂部材３８を形成することにより、表面実装型ＬＥＤ素子４０の回路基板１６周辺に不要な蛍光樹脂部材の形成を防止することができる。

なお、レジスト層２３は第２の実施形態において、蛍光樹脂シート２８Ａを配置する前に第３の実施形態と同様に拡大エキスパンドテープ１２Ａ上に各回路基板１６を覆う高さまで形成しても良い。

また、ＬＥＤ素子ウエハ−１１を集合回路基板１６Ａに圧着する手段として超音波を加えてバンプ１５ａ、１５ｂを溶着して接合する例で説明したが、これに限定されるものではなく、加圧、加熱によってバンプ１５ａ、１５ｂを溶着して接合しても良い。

また、各実施形態においては、発光素子ウエハ−が圧着されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼着して、エキスパンドテープ上の発光素子ウエハ−及び集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板にＬＥＤ素子チップが実装されている各回路基板付ＬＥＤ素子チップを形成し、ダイシングされた各回路基板付ＬＥＤ素子チップが貼着されているエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドする製造工程を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ素子ウエハ−が実装されている集合回路基板を粘着シート上に貼り付け、所定のチップサイズにダイシングを施して形成した各回路基板付ＬＥＤ素子チップを他の基板上に再配置して各回路基板付ＬＥＤ素子チップ同士の間隔を所定の大きさにエキスパンドしても良い。

本発明は、一般照明、自動車用ランプ、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機等の携帯端末機器に利用することができる。

１１ ＬＥＤ素子ウエハ−
１２ エキスパンドテープ
１２Ａ エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ
１３ａ、１３ｂ パッド電極
１４ ＬＥＤ素子チップ
１４Ａ 回路基板付ＬＥＤ素子チップ
１５ａ、１５ｂ バンプ
１６ 回路基板
１６Ａ 集合回路基板
１７ａ、１７ｂ 回路基板の電極
１８、２８、３８ 蛍光樹脂部材
１９ 超音波ヘッド
２０、３０、４０ ＬＥＤ素子
２３ レジスト層
２８Ａ 蛍光樹脂シート

Claims (3)

1. 表面実装型発光素子の製造方法において、
   集合回路基板上に発光素子ウエハ−を載置し圧着してフリップチップ実装する工程と、
   前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、
   前記ダイシングされた各回路基板付発光素子チップ同士の間隔を所定の大きさまでエキスパンドする工程と、
   前記回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成する工程と、
   前記発光素子チップを覆うように、前記発光素子チップから発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有する蛍光樹脂部材を形成する工程と、
   前記蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングして個々の発光素子に分割する工程と、
   を具備することを特徴とする表面実装型発光素子の製造方法。
2. 前記蛍光樹脂部材を形成する工程は、前記発光素子チップ上に蛍光樹脂シートを配置して、加熱により軟化した蛍光樹脂シートの一部が前記発光素子チップの側面を覆うように形成することを特徴とする請求項１に記載の表面実装型発光素子の製造方法。
3. 前記発光素子ウエハ−が実装されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼り付ける工程と、
   前記エキスパンドテープ上に貼り付けられている前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に各発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、
   前記各回路基板付発光素子チップが貼着されているエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドする工程と、
   を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面実装型発光素子の製造方法。
   

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