JP5350980B2 - Led素子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はLED素子の製造方法に関する。
近年、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が、その一例として基板に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1参照)。このLED素子は、シリコン等のウエハー基板上にフォトエッチング技術により多数個一括して形成したLED素子を分割・分離して個別のLED素子チップにした後、ダイボンディング、ワイヤボンディング、樹脂封止等の工程を経て組み立てられる。以下、この従来の製造方法について図12、図13に基づいて簡単に説明する。
図12(a)に示すように、伸張性のあるエキスパンドテープ2上にLEDを内部に形成したウエハー基板1を貼着し、図12(b)に示すように、エキスパンドテープ2上のウエハー基板1をダイシング装置で各LED素子チップ4に分割し、図12(c)に示すように、エキスパンドテープ2を引き延ばすことによりエキスパンドテープ2A上における個々のLED素子チップ4間の距離cを確保して分離する。
その後、図13(a)に示すように、ピックアップ装置を使用してLED素子チップ4をエキスパンドテープ2Aから引き離し、単個のLED素子チップ4を移送して回路基板6に実装する。図13(b)はピックアップ装置の動作を示す概略断面図で、エキスパンドテープ2Aはテープガイド7内の空気を吸引して吸着され、LED素子チップ4がニードルで突き上げられてエキスパンドテープ2Aと引き離され、吸着コレット5に吸着されて移送される(例えば特許文献2参照)。次に、図13(c)に示すように、回路基板6上にLED素子チップ4を覆うように透光性の封止樹脂8を形成し、図13(d)に示すように、回路基板6と封止樹脂8とを所定の位置で縦横にダイシングして個々のLED素子10が得られる。
特開2008−521210号公報(第6−7頁、図2−3参照) 特開平11−260892号公報(第2頁、図2参照)
しかしながら、従来技術におけるLED素子の製造方法においては、エキスパンドテ−プはLED素子ウエハーが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、多数のLED素子を精度良く、一括して実装できるLED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LED素子の製造方法は、エキスパンドテープ上に粘着したLED素子ウエハーを縦横に切断して各LED素子チップを形成し前記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、前記エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを位置決め用の冶具板の開口部に挿入し、前記各LED素子チップの角部を前記冶具板の開口部の隅部に当接させて前記各LED素子チップを所定の位置に整列させる位置決め工程と、前記整列された各LED素子チップを回路基板上に載置して実装する工程とを少なくとも具備することを特徴とする。
また、前記治具板を所定の方向に移動して前記各LED素子チップの角部を前記開口部の隅部に当接させて前記各LED素子チップを所定の位置に整列させる位置決め工程と、前記整列された各LED素子チップの上面に仮固定部材を固定する工程と、前記拡大エキスパンドテープを剥離し、前記仮固定部材に固定されている各LED素子チップを回路基板上に載置して圧着する圧着工程と、前記各LED素子チップと前記仮固定部材との固定を解除して各LED素子チップを回路基板上に本圧着して実装する工程とを具備することを特徴とする。
また、前記整列された各LED素子チップの上面に仮固定部材を仮固定する工程は、前記整列された各LED素子チップの上面に粘着テープを粘着させて仮固定することを特徴とする。
また、前記整列された各LED素子チップの上面に仮固定部材を固定する工程は、前記各LED素子チップを真空チャックテーブルで吸着して仮固定することを特徴とする。
また、前記各LED素子チップを多孔質テフロンシート(登録商標)を介して真空チャックテーブルで吸着することを特徴とする。
また、前記回路基板上の所定の位置に前記位置決め用の冶具板を配置して、該冶具板の開口部に前記エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを挿入する工程と、前記拡大エキスパンドテープを真空チャックテーブルで吸着して所定の方向に移動して前記各LED素子チップの角部を前記冶具板の開口部の隅部に当接させて前記各LED素子チップを所定の位置に整列させる位置決め工程と、前記拡大エキスパンドテープと前記真空チャックテーブルとの吸着を解除して前記拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを回路基板上に載置して圧着する圧着工程と、前記拡大エキスパンドテープを前記各LED素子チップから剥離し、各LED素子チップを回路基板上に本圧着して実装する工程とを具備することを特徴とする。
また、前記拡大エキスパンドテープを前記各LED素子チップから剥離する工程は、剥離用冶具板に設ける凸部を前記拡大エキスパンドテープを貫通させて、前記凸部を前記各LED素子チップを押圧した状態で前記拡大エキスパンドテープを前記各LED素子チップから剥離することを特徴とする。
また、前記エキスパンドされた拡大エキスパンドテープに紫外線を照射して前記拡大エキスパンドテープの粘着力を低下させる工程を有することを特徴とする。
また、前記各LED素子チップから前記冶具板を除去して、前記回路基板上に前記LED素子チップを覆うように封止樹脂部材を形成し、前記回路基板と前記封止樹脂部材とを縦横に切断して個々のLED素子に分離する工程とを具備することを特徴とする。
以上のように本発明によれば、エキスパンドされた拡大エキスパンドテ−プ上のLED素子チップ群を所定の位置に精度良く整列配置することができ、多くのLED素子チップを一括して回路基板に精度良く実装することが可能となる。この結果、位置精度を維持しつつ、組立て時間の短い効率的な実装を可能とするLED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LED素子の位置決め工程を示す平面図である。 本発明の第1の実施形態における冶具板の移動方法の他の例を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態における位置決め用の冶具板と回路基板の位置決め方法を示す平面図である。 本発明の第1の実施形態におけるLED素子の製造方法によって製造されたLED素子を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態におけるLED素子の製造方法によって製造されたLED素子を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態におけるLED素子の位置決め工程の他の例を示す断面図である。 本本発明の第2の実施形態におけるLED素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第2の実施形態におけるLED素子の位置決め工程を示す平面図である。 本発明の第2の実施形態におけるLED素子からエキスパンドテープを剥離する方法を示す断面図である。 従来技術におけるLED素子の製造工程を示す断面図である。 従来技術におけるLED素子の製造工程を示す断面図である。
図1から図8は第1の実施形態におけるLED素子の製造方法を説明するための図、図9から図11は、第2の実施形態におけるLED素子の製造方法を説明するための図である。以下、本発明の実施形態におけるLED素子の製造方法ついて図に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
図1、図2は第1の実施形態におけるLED素子の製造工程を示す断面図である。 図1(a)に示すように、エキスパンドテープ12上にLEDを内部に形成したLED素子ウエハー11を貼着する。次に、図1(b)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LED素子ウエハー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LED素子チップ14に分割する。このとき分割されたLED素子チップ14はエキスパンドテープ12に貼り付けられた状態でマトリックス状に配列されている。
次に、図1(c)に示すように、フルダイシングされたLED素子チップ14の貼り付けられたエキスパンドテープ12をエキスパンドする。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LED素子チップ14の間隔aはその分だけ拡大される。このとき各LED素子チップ14が後述する回路基板16上に配置する位置に対応する位置となるように、エキスパンドテープ12がエキスパンドされるが、この位置精度は低く、位置ずれが生じる。このように、エキスパンドされた状態における各LED素子チップ14は正しい位置に整列していないため、次に示すように治具板を用いて位置決めを行う。
次に、図1(d)に示すように、拡大エキスパンドテープ12A上の各LED素子チップ14側に開口部52を有する位置決め用の冶具板51を配置して、各LED素子チップ14を冶具板51の開口部52に挿入し、図1(e)に示すよう拡大エキスパンドテープ12A上に冶具板51を配置する。この状態の平面図を図3(a)に示す。図3(a)に示すように、冶具板51の開口部52は、後述する回路基板上に配置される各LED素子チップ14の位置に対応するように配置されており、その大きさは各LED素子チップ14の位置ずれを吸収出来る程度に、各LED素子チップ14に対して大きい値に設定されている。なお、LED素子チップ14及び冶具板51の開口部52の形状は、四辺形形状を例として説明する。
次に、図3(a)における矢印Aに示す方向、即ち、マトリックス状に配列されているLED素子チップ14のX方向に対して略45度方向に冶具板51を移動して、図1(f)及び図3(b)に示すように、各LED素子チップ14の角部14aを冶具板51の開口部52の隅部52aに当接させて各LED素子チップ14を位置決めして、所定の位置に整列させる。
次に、図2(a)に示すように、拡大エキスパンドテープ12A上に冶具板51によって整列された各LED素子チップ14の上面に仮固定部材としての粘着テープ19を貼着して仮固定する。次に、拡大エキスパンドテープ12Aに紫外線を照射して各LED素子チップ14と拡大エキスパンドテープ12Aとの粘着力を低下させた後に拡大エキスパンドテープ12Aを各LED素子チップ14から剥離して、図2(b)に示すように、粘着テープ19に仮固定されている各LED素子チップ14を回路基板16上に一括載置して圧着する。次に各LED素子チップ14から粘着テープ19を剥離して各LED素子チップ14を回路基板上に本圧着する。これによって、LED素子チップ14群が一括して回路基板16に電気的及び機械的に接合され実装される。なお、圧着には、超音波ヘッドを用いて超音波を加える超音波圧着等が好ましい。なお、回路基板16としては、ガラスエポキシ系又はシリコン系基板を用いることができる。シリコン系基板は熱伝導性が良く、LED素子チップ14の冷却効果に優れているため好ましい。
図5(a)は、冶具板51と回路基板16の位置決め方法を示す平面図、図5(b)は、図5(a)のA−A断面図である。図5に示すように、回路基板16に位置決め用ピン55a、55bを設け、この位置決め用ピン55a、55bに対応する冶具板51の位置に位置決め用孔53a53bを設けることで、冶具板51と回路基板16を簡単に位置合わせすることが出来、これによって、各LED素子チップ14と回路基板16とを精度良くの位置あわせすることができる。
なお、前述の仮固定工程は、粘着テープ19に替えて、各LED素子チップ14を真空チャックテーブルで吸着して仮固定することもできる。このとき、図4に示すように、各LED素子チップ14を多孔質テフロンシート(登録商標)22を介して真空チャックテーブル21で吸着することが好ましい。多孔質テフロンシート(登録商標)22は、真空チャックテーブル21を各LED素子チップ14の吸着を解除する際、各LED素子チップ14の位置ずれ及びLED素子チップ14に生ずる傷を防止することができる。また、回路基板16に各LED素子チップ14を実装する際の各LED素子チップ14の高さのばらつきによる段差を緩和することができる。
次に、図2(c)に示すように、各LED素子チップ14から冶具板51を除去して回路基板16上にLED素子チップ14を覆うように封止樹脂部材18を形成する。封止樹脂部材18にはシリコン樹脂等の透光性絶縁材料が用いられ、各LED素子チップ14間に流入して充填した後、硬化させる。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(d)に示すように、回路基板16と封止樹脂部材18とを所定の位置で縦横にフルダイシングして個々のLED素子20を形成する。以上のように、本実施形態によれば、回路基板に実装する工程において、多くのLED素子を一括して位置会わせすることが簡単に出来るため、位置精度に優れ、効率の良いLE素子の製造方法を実現することが出来る。
図6は、第1の実施形態におけるLED素子の製造方法によって製造されたLED素子20を示す断面図である。図6に示すように、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が載置され、LED素子チップ14のパッド13a、13b(LED素子チップ14のアノード電極又はカソード電極)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上に形成する封止樹脂部材18で封止され保護されている。なお、製造方法の説明では、LED素子チップ14及び回路基板16上の電極については、図示及び説明を省略した。また、バンプ15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。
図7は、開口部52を有する冶具板51に替えて、凹部62を有する冶具板61を用いた例を示す。図7に示すように、拡大エキスパンドテープ12A上の各LED素子チップ14側に凹部62を有する位置決め用の冶具板61を配置して、各LED素子チップ14を冶具板61の凹部62に挿入し拡大エキスパンドテープ12A上に冶具板61を配置する。その後、図3(a)に示した冶具板51と同様に矢印Aの方向に冶具板61を移動して各LED素子チップ14の角部14aを冶具板61の開口部62の隅部62aに当接させて各LED素子チップ14を位置決めして所定の位置に整列させる。その後、各LED素子チップ14が整列した状態で冶具板61を除去して、各LED素子チップ14の上面に粘着テープ19を貼着して固定して、回路基板16に実装する。
図8は、凹部62を有する冶具板61を用いた他の例を示す。図8(a)に示すように、凹部62の開口側を上にして冶具板61を配置して、拡大エキスパンドテープ12A上の各LED素子チップ14を冶具板61の凹部62に挿入する。次に、拡大エキスパンドテープ12Aに紫外線を照射して各LED素子チップ14と拡大エキスパンドテープ12Aとの粘着力を低下させる。次に、図8(b)に示すように、拡大エキスパンドテープ12A側から突き出しピン29を貫通させて各LED素子チップ14を押して、拡大エキスパンドテープ12Aから各LED素子チップ14を冶具板61の凹部62に落下させる。なお、拡大エキスパンドテープ12Aに振動を与えて各LED素子チップ14を冶具板61の凹部62に落下させても良い。その後、図8(c)に示すように、開口部62の隅部62aが低くなるように冶具板61を傾けて各LED素子チップ14の角部14aを冶具板61の開口部62の隅部62aに当接させて各LED素子チップ14を位置決めして所定の位置に整列させる。このとき、冶具板61に振動を与えても良い。その後、各LED素子チップ14を前述の図4に示した多孔質テフロンシート(登録商標)22を介して真空チャックテーブル21で吸着して固定して回路基板16に実装する。
(第2の実施形態)
図9は第2実施形態におけるLED素子の製造工程を示す断面図である。本実施形態におけるLED素子の製造方法は、予め回路基板上に配置された位置決め用の冶具板の開口部に拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを挿入して位置決めする例である。その他は第1の実施形態と同様であり、同じ構成要素については、同一符号を付与し説明を省略する。
図9(a)に示すように、回路基板16上に位置決め用の冶具板51を配置する。この回路基板16と冶具板51との位置決めは、第1の実施形態の図5に示した例と同様である。次に、拡大エキスパンドテープ12A上の各LED素子チップ14を回路基板16上の冶具板51の開口部52に挿入する。次に、拡大エキスパンドテープ12Aに紫外線を照射して各LED素子チップ14と拡大エキスパンドテープ12Aとの粘着力を低下させる。次に、図9(b)に示すように、拡大エキスパンドテープ12Aを真空チャックテーブル21で吸着して固定して、図10に示すように矢印Aに示す方向、即ち、マトリックス状に配列されているLED素子チップ14のX方向に対して略45度方向に冶具板51を移動して、各LED素子チップ14の角部14aを冶具板51の開口部52の隅部52aに当接させて各LED素子チップ14を位置決めして、所定の位置に整列させる。なお、真空チャックテーブル21に替えて粘着テープを用いることもできる。
次に、拡大エキスパンドテープ12Aを各LED素子チップ14から剥離して、各LED素子チップ14を回路基板上に圧着して実装する。その後の工程は、第1の実施形態と同様であり、説明は省略する。なお、拡大エキスパンドテープ12Aを各LED素子チップ14から剥離する方法の一例を図11に示す。図11に示すように、基板25における各LED素子チップ14と対応する位置に針状の凸部27を設け、凸部27で拡大エキスパンドテープ12Aを貫通して各LED素子チップ14を押圧した状態で拡大エキスパンドテープ12Aを各LED素子チップ14から剥離する。これにより、各LED素子チップ14の位置ずれ防止を確実にすることができる。本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、LED素子チップ14群を回路基板16に実装する手段として超音波を加えて電極同士を圧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、加熱によって溶着して接合しても良い。
11 LED素子ウエハー
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 LED素子チップの角部
15 バンプ
16 回路基板
17a、17b 回路基板の電極
18 封止樹脂部材
19 粘着テープ
20 LED素子
21 真空チャックテーブル
22 多孔質テフロンシート(登録商標)
25 基板
27 凸部
29 突き出しピン
51 冶具板
52 冶具板の開口部
52a 開口部の隅部
53a、53b 位置決め用孔
55a、55b 位置決め用ピン
61 冶具板
62 冶具板の凹部
62a 凹部の隅部

Claims (9)

  1. エキスパンドテープ上に粘着したLED素子ウエハーを縦横に切断して各LED素子チップを形成し前記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、
    前記エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを位置決め用の冶具板の開口部に挿入し、前記各LED素子チップの角部を前記冶具板の開口部の隅部に当接させて前記各LED素子チップを所定の位置に整列させる位置決め工程と、
    前記整列された各LED素子チップを回路基板上に載置して実装する工程と、
    を少なくとも具備することを特徴とするLED素子の製造方法。
  2. 前記治具板を所定の方向に移動して前記各LED素子チップの角部を前記開口部の隅部に当接させて前記各LED素子チップを所定の位置に整列させる位置決め工程と、
    前記整列された各LED素子チップの上面に仮固定部材を固定する工程と、
    前記拡大エキスパンドテープを剥離し、前記仮固定部材に固定されている各LED素子チップを回路基板上に載置して圧着する圧着工程と、
    前記各LED素子チップと前記仮固定部材との固定を解除して各LED素子チップを回路基板上に本圧着して実装する工程と、
    を具備することを特徴とする請求項1に記載のLED素子の製造方法。
  3. 前記整列された各LED素子チップの上面に仮固定部材を仮固定する工程は、前記整列された各LED素子チップの上面に粘着テープを粘着させて仮固定することを特徴とする請求項2に記載のLED素子の製造方法。
  4. 前記整列された各LED素子チップの上面に仮固定部材を固定する工程は、前記各LED素子チップを真空チャックテーブルで吸着して仮固定することを特徴とする請求項2に記載のLED素子の製造方法。
  5. 前記各LED素子チップを多孔質テフロンシート(登録商標)を介して真空チャックテーブルで吸着することを特徴とする請求項4に記載のLED素子の製造方法。
  6. 前記回路基板上の所定の位置に前記位置決め用の冶具板を配置して、該冶具板の開口部に前記エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを挿入する工程と、
    前記拡大エキスパンドテープを真空チャックテーブルで吸着して所定の方向に移動して前記各LED素子チップの角部を前記冶具板の開口部の隅部に当接させて前記各LED素子チップを所定の位置に整列させる位置決め工程と、
    前記拡大エキスパンドテープと前記真空チャックテーブルとの吸着を解除して前記拡大エキスパンドテープ上の各LED素子チップを回路基板上に載置して圧着する圧着工程と、
    前記拡大エキスパンドテープを前記各LED素子チップから剥離し、各LED素子チップを回路基板上に本圧着して実装する工程と、
    を具備することを特徴とする請求項1に記載のLED素子の製造方法。
  7. 前記拡大エキスパンドテープを前記各LED素子チップから剥離する工程は、剥離用冶具板に設ける凸部を前記拡大エキスパンドテープを貫通させて、前記凸部を前記各LED素子チップを押圧した状態で前記拡大エキスパンドテープを前記各LED素子チップから剥離することを特徴とする請求項6に記載のLED素子の製造方法。
  8. 前記エキスパンドされた拡大エキスパンドテープに紫外線を照射して前記拡大エキスパンドテープの粘着力を低下させる工程を有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のLED素子の製造方法。
  9. 前記各LED素子チップから前記冶具板を除去して、前記回路基板上に前記LED素子チップを覆うように封止樹脂部材を形成し、前記回路基板と前記封止樹脂部材とを縦横に切断して個々のLED素子に分離する工程と、
    を具備することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のLED素子の製造方法。
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