JP5533199B2 - 素子の基板実装方法、および、その基板実装構造 - Google Patents

素子の基板実装方法、および、その基板実装構造 Download PDF

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Description

本発明は、基板の配線をシードメタルとして電解メッキにより素子の端子接続を行う素子の基板実装方法と、その基板実装構造とに関する。
半導体チップや個別部品等の素子を、半導体や樹脂を基板材とする配線基板に実装する場合、通常のプリント配線基板のように単一の配線基板の片面または両面に素子を実装する場合と、多層配線基板内に素子を実装する場合がある。
このうち多層配線基板の製造では、ベース基板の片側の面に形成された導電層に素子を実装し、層間絶縁層の形成、配線の形成、素子実装を繰り返して多層基板を片側に積み上げていく（ビルドアップする）手法がある。また、コア基板の両面に対し、配線の形成、層間絶縁層の形成、素子実装を行う手法がある。
半導体基板（ベースチップ）の上に他のベアチップを、端子間接続をとりながら重ねていく製法もビルドアップ手法の一種である。
このような配線基板に対する素子実装において、特に実装する素子が微細で多数の場合、配線基板に多数の素子を精度良く一括して配置（転写）する技術が重要である。
かかる素子転写技術としては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られる。この記載によれば、第１基板上の樹脂層に素子を保持させ、この素子を保持したままの樹脂層の側から、当該第１基板を他の第２配線と貼り合わせ、その樹脂層と第１基板との界面で剥離を行うことで、素子を一括して別の第２基板へ転写する。
このような素子転写手法が特に有効なのは、基板面積が極めて大きい用途で用いる場合である。また、それに加えて極めて多数の素子を精度良く規則的に配列する必要がある用途でも、この樹脂層で素子を保持して別基板に一括転写して配置する手法はさらに有用性が高い。
特許文献１は、このような用途として、ＬＥＤ素子発光を行うＬＥＤディスプレイの製造手法を開示する。
ところで、このような素子一括転写を行う場合に限らず、また多層基板への素子実装か単層基板への素子実装かを問わず、素子を配線基板に配置した後に、素子の電極パッドと配線との電気的、機械的接合を強固にする必要がある。
この点に関し、前記特許文献２，３および非特許文献１は、配線基板と素子接続の手法として無電解メッキ法を開示する。
特許文献１は、その実施例において無電解メッキによる配線基板と実装素子の端子接続手法を開示している。
また、特許文献３では、アンダーフィルと呼ばれる材料をマイクロディスペンサ等で配線基板に塗布して、その上に素子（半導体レーザ）を接合する。素子の配置はフリップチップボンダーなどのアライメントがとれる装置を用いる。このとき素子パッドと配線との間隙が数〜１０［μｍ］程度形成され、その状態で無電解メッキ処理を行う。
特開２００４−２７３５９６号公報 特許３９５６９５５号公報 特開２００５−３１１１０９号公報
上記特許文献２のように、配線基板と、これに載置された素子上面の電極を無電解メッキ法で接続するような場合、配線からのメッキ析出と電極パッドからのメッキ析出が同時に進行する。この過程で両方からのメッキ層が接近するとメッキ液が入りにくい構造となるため、以後、析出が厚さ方向に主として進むようになる。その結果、その箇所でマイクロギャップと呼ばれる隙間が生じ、その隙間を埋めるに１０〜３０［μｍ］の厚さまでメッキ層を成長させなければ、２つの導電層（配線と電極パッド）の良好な接続は得られない。また、仮にギャップが埋まっても、機械的強度が弱い箇所が発生してしまう。
上記特許文献３では、２つの導電層（配線と素子電極パッド）が面対向し、その隙間が数〜１０［μｍ］程度と狭いので、比較的ギャップは生じにくいと考えられる。ただし、この場合も無電解メッキによる双方向からの析出であるため、非連続な析出界面が発生し、その箇所で機械的強度が十分でない。
ところで、前述したビルドアップの手法による接続構造では、素子を実装後に層間絶縁膜を形成し、ビアを形成するなどの工程が必要になるため、素子に耐熱性が求められる。また絶縁膜自体のコストも大きい。
また、素子が微小で、その上下両面に電極パッドを形成しなければならない場合、通常のビルドアップ接続では、以下の工程が必要になる。
まず、素子を基板に実装し、素子の表面に電極パッドを形成する。その後に、電極パッドを形成した側の面から他の基板を、素子を挟むように貼り合わせる。その後、最初に素子を実装した基板を剥離し、既に電極パッドが形成されている素子の面と対向する他の面に電極パッドを形成する。
このようなビルドアップ接続の手法では、工程数が多く、それに伴い歩留まりも低下する。
素子が発光素子の場合、基板の表面側に発光するトップエミッション（Ｔｏｐ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の場合はビルドアップに用いる材料に耐光性が求められる。また、裏面側に発光するボトムエミッション（Ｂｏｔｔｏｍ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の場合は実装に用いる材料に耐光性が求められ、これらを両立する材料の実現は困難である。特に光密度が他のディスプレイの１００倍以上も高いマイクロＬＥＤディスプレイにおいては、ごく限られた材料しかこの条件を満たさない。
本発明は、例えば上記ビルドアップ接続に代わる新たな接続方法として、電解メッキを用いて配線基板と素子電極との強固な接合が得られる素子の基板実装方法と、その基板実装構造を提供するものである。
本発明に関わる素子の基板実装方法は、配線基板に配線を形成し、前記配線および前記配線基板の上に樹脂層を形成し、電極パッドを備えた素子を前記樹脂層の上に配置し、前記素子と前記配線基板との離間領域の少なくとも一部に前記樹脂層が残存し前記電極パッドが前記配線の上方で露出するように前記樹脂層の一部を除去して、前記素子を前記配線基板に仮固定し、前記配線を給電層として電解メッキを行い、前記配線の上面から、前記電極パッドおよび前記素子の側面の一部にまで成長するメッキ層によって、前記電極パッドを前記配線に接続させるとともに前記素子を前記配線基板に固定する。
この手法によれば、メッキで接合する２つの対象物である配線と電極パッドは最初から電気的につながっていない。しかも、電極パッドは、配線からのメッキ析出の主方向である上方に位置している。
電気的につながっていないので、最初は配線上からメッキが成長するが、メッキの成長先端面は多くの場合ラウンドしているため、最初に電極パッドと接触するのは点またはごく限られた領域に限定される。この電気的接触以降は、配線と電極パッドの双方から互いの向きにメッキが成長し、次第に接触面が拡がってゆく。このような、ある狭い範囲から順次にメッキが拡大してゆくとボイドの発生が抑制され、また、組成としてより一体化したグレインもできやすい。そのため、２つの接合対象を面で接触した状態から始める電解メッキや無電解メッキに比べて電気的、機械的に強固な接合が得られる。
また、本発明では、電解メッキがある程度成長して配線と電極パッドとが機械的に十分接合されるまでは、電極パッド（素子自体）と配線の位置関係がずれないようにする必要がある。そのため、例えば樹脂等によりメッキに先立って仮固定が行われる。
本発明に関わる素子の基板実装構造は、上面に配線が形成された配線基板と、前記配線と電気的接続がとられた電極パッドを備え前記配線基板に実装された素子と、前記配線基板と前記素子との離間領域の少なくも一部に配置された仮固定のための樹脂層と、前記配線の上面から、前記電極パッドおよび前記素子の側面の一部にまで延在し、前記電極パッドを前記配線に接続させるとともに前記素子を前記配線基板に固定する電解メッキ層と、を有する。
この素子の基板実装構造は、配線と電極パッドの間に、電解メッキ層以外の導電層、例えばスパッタ法などの別の成膜方法による層や、複数の材料からなる層を有さない。このことは、前述した本発明の素子の基板実装方法が適用された証左である。なお、樹脂層が除去された場合でも、この電解メッキ層が配線と電極パッド間に単一の導電層として介在する構造は、前述した本発明の素子の基板実装方法を用いることなくしては形成されない。
本発明によれば、電解メッキを用いて配線基板と素子電極との強固な接合が得られる素子の基板実装方法と、その基板実装構造を提供することができる。
第１の実施形態に関わる素子の基板実装方法を示す断面図である。 シードメタル配線層とＰ電極との接続部の様子を示す図である。 第２の実施形態に関わるトリオチップの構成図である。 第３の実施形態に関わるトリオチップの平面図と、これを実装後のパネル基板の断面構造図である。 第４の実施形態に関わる素子の基板実装方法を示す断面図である。 図５において四角で囲む領域のＳＩＭ写真から起こした図である。 第５の実施形態に関わるトリオチップの平面図と、これを実装後のパネル基板の断面構造図である。 トリオチップがトリオ基板に直付けされてエアギャップを持たない比較例の断面図である。 半導体チップ端面に這い上がるメッキ成長とエピ構造の関係を示すための図である。 搬送露光システムの概略図である。
本発明の実施形態を、ＬＥＤディスプレイの製造に用いる実装方法および実装構造を例として、以下の順に図面を参照して説明する。
以下、次の順で説明を行う。
１．第１の実施の形態：トリオチップ内部におけるＬＥＤチップの基板実装例を示す。
２．第２の実施の形態：他の構造をもつＬＥＤチップの実装例を示す。
３．第３の実施の形態：トリオチップをパネル基板への実装例を示す。
４．第４の実施の形態：トリオチップをパネル基板への実装例を示す。
５．第５の実施の形態：第３および第４の実施形態の変形に関する。
６．変形例（端面改善例）。
７．裏面露光に適した搬送露光システム。
本発明の実施形態は、配線基板上のシードメタルを給電層として電解メッキを行う技術に関する。本発明の実施形態は、そのときシードメタルの上方に位置する素子の電極パッドとシードメタル間で電解メッキにより電気的接続をとる構造およびその手法を開示する。
樹脂で素子を保持し、その後に必要な箇所以外の樹脂を除去することで素子を配線基板に仮固定する。その後の電解メッキにより接続を得る。
以下の実施の形態では、メッキに際して行う素子固定の仕方、特に電極とシードメタルの位置関係、仮固定の手法、不要部分の除去手法を含み、さらには、このメッキに適した素子構造などを含む。以下、これらの観点から説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
図１（Ａ）から図１（Ｇ）に、第１の実施形態に関わる素子の基板実装方法を示す断面図を示す。
まず、図１（Ｇ）を用いて素子の基板実装構造を説明する。
ＬＥＤディスプレイは、そのパネル基板に、カラー画素発光単位として、予めＬＥＤチップが複数、例えばＲＧＢの３個が実装された半導体ＬＥＤチップを、例えばフルＨＤ仕様では２００万個程度搭載する。このカラー画素発光単位を、以下、トリオチップと呼ぶ。トリオチップは、本発明の“カラー画素チップ”の一例に該当する。
図１（Ｇ）は、トリオチップを形成する際に、単色発光の１つの半導体チップ（ＬＥＤ）がトリオチップ基板に実装された様子を示す。この図解した実装構造と同じ構造で、他の２色を発光する半導体チップが、３個並んで配置される。
図１（Ｇ）に示すトリオチップ１は、例えば石英ガラスなどの透明基板（トリオ基板２またはチップ配列基板と呼ぶ）に半導体チップ（ＬＥＤチップ３）を実装したものであるが、その実装工程を説明するまえに、以下、トリオチップ１の形成について簡単に述べる。
ＲＧＢのＬＥＤチップ３は、本発明の“素子”の一例であり、窒化ガリウムなどの窒化物半導体系の材料により構成される発光素子ダイオードである。
一例としてＬＥＤチップ３は、活性層をｐクラッド層とｎクラッド層が挟んで構成されたダブルへテロ構造を有する。また、ここで示すＬＥＤチップ３は、略平板状であり、ＬＥＤチップ３の活性層、クラッド層は、それらを成長させるサファイア等の基板の主面に平行な面で延在する。これらの層は、窒化ガリウム結晶層などを積層させることにより形成される。
これらの半導体層の種類は、発光波長で少なくとも一部変える必要があり、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）と青（Ｂ）の３つのＬＥＤチップ３を同一基板から同時形成できない。そのサイズは高さが数［μｍ］、一辺または直径が十数［μｍ］と非常に小さい。このチップとなる部分が色ごとのエピ成長ウェハに半導体プロセスを経て形成され、ウェハ厚が極薄にされた後、受け側の別の基板に、ウェハ上の形成ピッチより大きな配置ピッチとなるように転写される。この転写ではレーザによる打ち抜き手法が用いられる。
このチップ転写を色ごとに行うことによっていわゆる色配列が整えられる。この色配列では、ＲＧＢのＬＥＤチップ３が並んで隣接する。この色配列で並ぶカラー画素単位の繰り返しでＬＥＤチップ３が並んだ基板を、さらに電極形成のために別の基板に転写剥離して両面に異なる電極（Ｐ電極：アノード電極とＮ電極：カソード電極）が形成される。
このようにしてトリオ基板２に実装すべき素子側は予め用意される。
図１（Ｇ）では、このＬＥＤチップ３を、例えばＰ電極３Ｐの側からトリオ基板２の実装面に載置する。一方、Ｎ電極３Ｎは、ＬＥＤチップ３の上面に形成されている。
トリオ基板２の実装面には、メッキ時におけるシードメタルの機能を有する配線層４Ｒと４Ｌ（以下、どちらかを特定しない場合、シードメタル配線層４と呼ぶ）が予め形成されている。配線層４Ｒと４Ｌは作図では別体であるが、少なくとも電気的には同電位である。配線層４Ｒと４Ｌは、平面パターンとしてはつながって構成してよい。
シードメタル配線層４は、例えばＴｉ／Ａｕなどの配線であり、既知の手法である成膜とリソグラフィ（露光、現像等）およびエッチングにより形成される。
ＬＥＤチップ３は、シードメタル配線層４に対して電解メッキ層５を介して接合している。電解メッキ層５は、シードメタル配線層４の露出面全域から成長され、ＬＥＤチップ３の側面の裾部に一部が這い上がっている。また、特徴的な点として、電解メッキ層５が、ＬＥＤチップ３のＰ電極３Ｐとシードメタル配線層４との対向する隙間に充填され、または、当該隙間をほぼ充填している。
なお、図１（Ｇ）では電解メッキ層５がＬＥＤチップ３の側面に這い上がっているが、メッキ層厚等によっては必ずしも這い上がるとは限らない。
このような構造を形成するには、図１（Ａ）で、トリオ基板２の一方の主面に、配線層４Ｒと４Ｌを、例えばスパッタリング、レジスト形成、露光、現像およびエッチングの手順を経て形成する。
配線層４Ｒと４Ｌは、図１（Ａ）の断面においては、ＬＥＤチップ３の実装箇所で互いに離れている。例えば配線層４Ｒと４Ｌは１つのシードメタル配線層の一部であり、そのシードメタル配線層に、４×４［μｍ］程度の開口部を形成したものである。
図１（Ｂ）では、形成したシードメタル配線層４（４Ｒと４Ｌ）の上に、樹脂、好ましくは感光性樹脂を、例えば１．５［μｍ］程度の厚さで塗布する。この樹脂は、加熱や光照射等の外的要因によって硬化する可塑性の樹脂である。ここでは熱硬化感光性樹脂６を用いる。熱硬化感光性樹脂６は、シート状の樹脂を貼り付けることや、樹脂をスピンコート等により塗布しプリベークで溶剤を揮発させることなどにより形成される。なお、他の基板から転写して剥離する方法も採用可能であるが、熱硬化感光性樹脂６は比較的薄く、また素子や凹凸を埋め込む必要もないのでシート貼付けやスピンコートでも十分に形成可能である。
ここで、図１（Ｃ）に示すＬＥＤチップ３の周囲箇所に光硬化領域６Ａがこの局部の部分露光により形成されている。部分露光はマスクによる通常の手法のほか、イオンビームなどでも局部露光が可能である。
図１（Ｃ）では、予め形成しておいたＬＥＤチップ３を熱硬化感光性樹脂６の上に載置する。このときのシードメタル配線層４に対する位置合わせは大まかでよい。
図１（Ｄ）では、この状態でトリオチップ全体を、例えば５０［℃］、３０分ほど加熱する。加熱温度や時間は樹脂特性に応じて適した範囲に決められる。加熱を行うと、樹脂の粘性が低下して樹脂がＬＥＤチップ３の側壁に這い上がってフレットが形成される。加熱した樹脂の分子はエネルギー的に一番小さいところに落ち着こうとするので樹脂がフィレットでＬＥＤチップ３全体を押し下げるように力を作用させる。ＬＥＤチップ３が押し下げられると、Ｐ電極３Ｐ直下の樹脂が、その外側に押し出されてＰ電極３Ｐがシードメタル配線層４に近づく。
このような力の働きによって、載置当初はＲＧＢのチップ間で０．２〜１．５［μｍ］とばらついていたＰ電極３Ｐとシードメタル配線層４の間のギャップが、０〜０．３［μｍ］に小さくなりバラツキも吸収される。
但し、Ｐ電極３Ｐがシードメタル配線層４にある程度まで近づくと、樹脂を完全に追い出すには大きなエネルギーが必要なことから、それ以上は近づくことができない。そのため、Ｐ電極３Ｐとシードメタル配線層４が薄いギャップをあけた位置で安定する。なお、Ｐ電極３Ｐとシードメタル配線層４が接触している場合でも全面で押し当てられることはなく、一部接触が最大に近づいたときの限度である。
これにより配線に対する素子のセルフアラインが実現されるが、軟化した樹脂が外側に逃げるのを防止して、その効果を有効にするために光硬化領域６Ａが設けられることが望ましい。光硬化領域６Ａは、ＬＥＤチップ３の周囲を囲むように形成されるのが望ましいが、途中で複数に切れていてもよい。
なお、光硬化領域６Ａをシードメタル配線層４に対して精度良くアライメントすれば、熱硬化感光性樹脂６もシードメタル配線層４の接続部に対して、ｘｙ方向でもセルフアライメントされる。
図１（Ｅ）では、望ましくは、光透過性のトリオ基板２の裏面から熱硬化感光性樹脂６を裏面露光する。このときシードメタル配線層４が自己整合マスク層として機能し、配線層４Ｒと４Ｌ間の領域で樹脂部分が硬化される。この硬化される樹脂部分は“仮固定部”として機能する。
なお、シードメタル配線層４による自己整合マスクだけは不十分な場合は、マスク開口やＥＢ等のビーム露光領域を制限するようにしてもよい。特に裏面露光では、後述する搬送での露光をするには、シードメタル配線層４だけでマスク層とすることが望ましい。
図１（Ｆ）で、未露光部分を現像により除去する。このときＰ電極３Ｐとシードメタル配線層４間のギャップ箇所ではシードメタル配線層４に隠れて樹脂が露光されないため現像液に溶解し、この箇所の未露光の樹脂部分が除去される。強度が強い仮固定部で素子が保持されるため、このギャップが維持される。
そして、図１（Ｇ）において、電解メッキを行う。電解メッキでは、陰極となるシードメタル配線層４と電解液とに例えば０．５〜１．０［Ｖ］程度の電圧を印加し、陽極板との電解めっき液を介して１０［ｍＡ／ｃｍ２］程度の電流を流す。これにより、メッキ成長が始まり、図１（Ｇ）のように、最終的には、例えば０．５［μｍ］程度の電解メッキ層５が形成され、これによりシードメタル配線層４とＰ電極３Ｐが電気的、機械的に強固に接続される。
図２は、実サンプルのＳＩＭ写真から起こしたシードメタル配線層４とＰ電極３Ｐとの接続部の様子を示す模式図である。
図２において丸印で囲む部分に連続的なグレインが存在することが分かる。これにより強固な接合が形成されている。
この手法によれば、メッキで接合する２つの対象物であるシードメタル配線層４とＰ電極３Ｐは最初から電気的につながっていない。しかも、Ｐ電極３Ｐは、シードメタル配線層４からのメッキの主方向である上方に位置している。本実施形態では、Ｐ電極３Ｐがシードメタル配線層４の上方にほぼ対向して位置している。
電気的につながっていないので、最初はシードメタル配線層４からメッキが成長するが、メッキの成長先端面は多くの場合ラウンドしているため、最初に電極パッドと接触するのは点またはごく限られた領域に限定される。
この電気的接触以降は、シードメタル配線層４と、これに接触するＰ電極３Ｐの双方から互いの向きにメッキが成長し、次第に接触面が拡がってゆく。
このような、ある狭い範囲から順次にメッキが拡大してゆくとボイドの発生が抑制され、また、組成としてより一体化したグレインもできやすい。そのため、２つの接合対象を面で接触した状態から始める電解メッキや無電解メッキに比べて電気的、機械的に強固な接合が得られる。
また、室温中のメッキによって接合を得るため、素子に熱的、機械的ダメージを与えないという利点もある。
メッキ以外では以下の利点がある。
素子の上面に機能デバイス、下面に端子を形成できるため、素子の微小化によりコストダウンできる。
素子の上面方向に発光する素子の場合、ビルドアップ接続のように、素子の上面に配線を形成しないため、素子の端子および配線によって発光素子の発光領域を制限しない。また、発光素子の出力や視野角特性などの発光特性を損なわない。
素子の下面で接続するため、ビルドアップ接続のように素子厚さの段差を緩和する絶縁層が不要で、絶縁膜形成プロセスに伴う熱履歴・応力を削減でき、コストダウンと共に素子の信頼性を向上させることができる。また素子に求められる耐熱温度を下げることができる。
特に素子がＬＥＤの場合、その発光密度が１〜１０［Ｗ／ｃｍ２］と高く、一般的な樹脂絶縁膜で素子を固定すると、この光で樹脂絶縁膜が劣化して素子の信頼性を損なう。本実施形態では、このような樹脂がなくても強度的に十分な素子の配線基板への固定と電気的接続をとることができる。
また、素子のｚ方向のセルフアライメントを行っているため、基板と素子の間隔が常に一定となり、必要十分なメッキ厚が薄くて実用上十分である。これにより数百万もの素子を一括して電解メッキにて接続可能となる。
＜２．第２の実施の形態＞
図３に、第２の実施形態に関わるトリオチップ１Ａの構成図を示す。
図３に図解するトリオチップ１Ａは、トリオ基板２上にシードメタル配線層４が形成され、シードメタル配線層４に対してＬＥＤチップ３の電極が熱硬化感光性樹脂６によって接合されていることは、図１（Ｇ）と同じである。
また、シードメタル配線層４の開口部に熱硬化感光性樹脂６の残存部である仮固定部６Ｂが存在することも図３は図１（Ｇ）と共通する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるのは、そのＬＥＤチップ３の構造とそれに対応した配線の構成である。
図３に示すＬＥＤチップ３は、下面にＰ電極３ＰとＮ電極３Ｎを並んで備える。また、内部構造では、基板主部の下面に活性層３１が形成され、活性層３１にＰ内部電極３２が形成されている。一方段差が設けられた片側にはＮ内部電極３３が形成されている。Ｐ内部電極３２とＮ内部電極３３は、それぞれ高さが異なるプラグによってＰ電極３ＰとＮ電極３Ｎに接続されている。
この構造のＬＥＤチップ３Ｂは発光方向が上向きのトップエミッション型である。トップエミッション型では仮固定部６Ｂが透明性や耐光性をもつ必要がないため材料の選択幅が広いという利点がある。この利点は第１の実施形態でも同じである。
なお、実装方法自体は第１の実施形態と共通であるため、ここでの説明を省略する。第２の実施形態では、Ｐ電極３ＰとＮ電極３Ｎのそれぞれが、シードメタル配線層４の上方で、これにほぼ対向して位置しており、対向する配線６Ｐ，６Ｎと各々独立に接続されている。
したがって本接続をもって、Ｐ，Ｎ両方の電気的接続が完了し、トリオチップ１Ａ内の電気的接続が完了する。
＜３．第３の実施の形態＞
第３の実施形態では、第１または第２の実施形態の手法を用いて内部のＬＥＤチップ３がトリオ基板２に実装されてできたトリオチップ（カラー画素構成の基本単位）のパネル基板への実装に関する。
図４は、このトリオチップ１０の平面図と、これを実装後のパネル基板の断面構造図である。
図４（Ａ）に示すトリオチップ１０は、本発明の素子の一例に該当する。なお、図１の符号“１”で示す構成と図４で符号“１０”で示す構成は、同じトリオチップと呼ぶ。但し、例えば図４（Ｂ）に内部を透かして見えるように、内部構成が図１に示す構成となっている。図４（Ｂ）ではトリオ基板２にＬＥＤチップ３が形成され、その両側から電解メッキ層５が引き出されているため、一例として、図３の下面に２つの電極を有することを前提とする。
本実施形態では、第１および第２の実施形態との重複適用は任意であるが、その外面の電極パッドを、ディスプレイ装置のパネル基板２０に接合する。
本例のトリオチップ１０は、発光方向が上向きのトップエミッション型である。トップエミッション型では仮固定部６Ｂが透明性や耐光性をもつ必要がないため材料の選択幅が広いという利点がある。
なお、実装方法自体は第１の実施形態と共通であるため、ここでの説明を省略する。
ここでトリオチップ１０は、メッキ接続される電極パッドが図１に示す内部の接続パッドとは異なる。
トリオチップ１０は、本体部１１と、その側壁下部にフリンジ部１２が、基板面と平行に突出して設けられている。ＲＧＢのカソード用の電極パッド３Ｎｒ，３Ｎｂ，３Ｎｇは、フリンジ部１２の上面に並んで設けられている。ここでのパッド位置の要件は、フリンジ部１２の突出先端面と同じように電極側面位置が揃えられている。この端面位置が揃えられることは、フリンジ部１２から成長したメッキ層が容易に電極パッドと接触して、以後、電極パッドの面全体として電解メッキを進行させるために、望ましい要件である。
なお、完全に揃ってない場合を排除する趣旨でなく、電極端面がフリンジ部突出端面より素子本体寄りに位置し、あるいは逆にフリンジ部１２よりさらに突出していることを許容する。
電極端面がフリンジ部突出端面より素子本体寄りに位置する場合、電解メッキ層２２の厚さを、望ましくは、電極パッド（３Ｎ，３Ｐ）の各々の先端面とフリンジ部１２の端面との距離より大きくするとよい。
なお、第３の実施形態では、Ｐ電極３ＰとＮ電極３Ｎの端面のそれぞれが、シードメタル配線層４の上方で、これにほぼ直交する離間関係で位置している場合を例示する。
メッキ層がシードメタル配線層２１の上面から成長すると、フリンジ部１２と高さが同じ程度以降は、電極パッドとメッキ層との電気的接続が得られる。このため以後は、電極パッドからもメッキが進む。
このような素子裏面以外の電極配置でも、その位置がシードメタル（シードメタル配線層４）の上方にあればよい強固な電気的接合が得られる。
＜４．第４の実施の形態＞
図５（Ａ）〜図５（Ｇ）に、第４の実施形態に関わる素子の基板実装方法を示す断面図を示す。
本例の実装方法は、基本的には第１の実施形態で示した方法と共通する。但し、図５（Ｅ）における熱硬化感光性樹脂６の一部を感光する工程では、トップ側に配設したマスクＭの開口を介して上面露光している。マスクＭの開口部からトリオチップ１０内部を透過した光（例えばＵＶ光）は、素子直下の熱硬化感光性樹脂６に達し、その一部を感光する。これにより現像後の図５（Ｆ）では、その露光箇所に仮固定部６Ｂが形成される。
なお、本例における仮固定部６Ｂは、図５のものより面積が小さいが、どの程度の面積にするかは仮固定の要請から任意に決めることができる。
図５（Ｇ）のメッキ工程では、第３の実施形態で説明したように電極パッドがメッキ成長経路に望むフリンジ部１２の突出端面と同一面に揃えられている。そのため、その高さにメッキが成長すると電気的接触がとられ電極パッドからのメッキが成長するようになる。したがって、電極パッドとメッキ層の界面で強固な接合が形成されやすい。
図６に、図５において四角で囲む領域のＳＩＭ写真から起こした図を示す。
図６の丸で囲む領域に連続的なグレインが存在し、強固な接合が得られていることが分かる。
この構造のトリオチップ１０は発光方向が上向きのトップエミッション型である。トップエミッション型では仮固定部６Ｂが透明性や耐光性をもつ必要がないため材料の選択幅が広いという利点がある。この利点は第１の実施形態でも同じである。
なお、実装方法自体は第１の実施形態と共通であるため、ここでの説明を省略する。
＜５．第５の実施の形態＞
本実施形態は、第３および第４の実施形態の変形に関する。
仮固定部６Ｂの固定力が強く、より小面積でも仮固定が十分な場合、ボトムエミッション型の適用が可能である。
例えば図７に示すように、熱硬化感光性樹脂６Ｍを平面視でトリオチップ１０の四隅に配置する。そのようにすると、トリオチップ１０の下面の発光面からパネル基板２０までに空気の層（エアギャップ）を有する中空構造とすることができる。
すると、素子とエアギャップとの界面、エアギャップとガラス基板（パネル基板２０）との界面での光の屈折に、そこが樹脂で充填されている場合と差が生じるためパネル基板２０内で光の出射角に差が生じる。
具体的には、ガラスからエアに抜ける光は、ガラスの中で４０乃至４５度からそれより浅い角度の光は、図８に示すように全反射してロスとなりやすい。図８は、トリオチップ１０がパネル基板２０に直付けされてエアギャップを持たない比較例を示す。この実装構造は、素子上部に電極をビアと配線で形成している。
エアギャップがないと、もしくは、エア以外の樹脂等が介在すると、パネル基板２０内を通る光の角度が全体としては浅くなる。これに対し、本実施形態のようにエアギャップを有すると、全反射の光の量（割合）が減り、そのため光出射稿率が高い、低消費電力のＬＥＤディスプレイを実現できる。
また、発光素子などの場合、素子を固定できる機能を有していることと、耐光性を有していることの両方を具備することは難しい。そのため、素子の固定後、光照射される場所の樹脂を現像にて除去し、その中空を保ったまま電気的接続できれば、固定樹脂に耐光性は不要となる。ビルドアップ式では中空構造が相関絶縁膜で埋まってしまうため、そのような構造は得られない。
この場合も、Ｐ電極３ＰとＮ電極３Ｎの端面それぞれが、シードメタル配線層２１の上方で、これにほぼ直交する離間関係で位置している。
＜６．変形例（端面改善例）＞
トリオチップ１を形成する過程で、ＬＥＤチップ３をベアでトリオ基板２に実装し、第１の実施形態で述べたように電解メッキ層５を成長させると図１（Ｇ）にも示されているようにＬＥＤチップ３の端面でメッキが這い上がるように成長する。これは実効的な電界がこの部分で高くなる等の理由に依る。
より詳細に示したのが図９である。
図９（Ａ）のようにＧａＡｓ基板のメサエッチや劈開を行うとその端面は結晶構造に異存して逆メサとなる場合がある。このこと自体は本質でなく、垂直な半導体面でもメッキの増速成長（這い上がり）が生ずる。
図９（Ｂ）から（Ｅ）には、模式的に銅の成長過程とエピ基板構造との関係を示す。
エピ基板はダイオードのＰＮジャンクションにあたる部分に、例えば図示のようにｎ−ＧａＮ層とｐ−ＧａＮ層との間マルチ量子井戸を形成するアンドープの多層エピ構造が最大２００［ｎｍ］程度で介在している。このようなダイオードのＰＮジャンクションに相当する部分にはビルトインポテンシャルの差（電位障壁）があり、その障壁を超えるような電位差が生じない限り電解メッキ層の接触の影響は殆どない。但し、ビルトインポテンシャルの差を超えた電圧が印加されると、図９（Ｅ）のようにｎ−ＧａＮ層にもメッキ成長が進む。するとダイオード特性が低下し、ついには実質的にショートされた抵抗体になってしまう。
あるいは、ビルトインポテンシャルの差を超えた電圧が印加されなくても、図９（Ｃ）〜（Ｄ）のようにメッキが厚くなった場合には、メッキ膜を通してｐ−ＧａＮとｎ−ＧａＮとがショートしてしまうことがある。
本変形例では、このようなことがないように、半導体ＬＥＤチップは、ＰＮ接合のビルトインポテンシャルを、電解メッキの際にシードメタル配線層４と電解液とに印加する電圧（例えば、０．５〜１［Ｖ］）以上とすることが望ましい。
あるいは、接触を避けるために、レーザダイオードの劈開面につける端面コートの手法等を用いることで、予め端面に薄い絶縁膜を形成することが望ましい。
以上の手段の少なくとも一方を講じることにより、ダイオード特性の低下を防止することができる。なお、本発明の適用によって前述したように電解メッキ厚を薄くできるので、端面メッキ対策は必須でない。
＜７．搬送露光システム＞
以上の種々の実施形態において、裏面露光に適した露光システムを説明する。この露光システムは、前記した実施形態の製法において裏面露光に適用される。
図１０に示す露光システム１００はパネル搬送装置と一体となっている特徴がある。図１０では、大型ＬＥＤディスプレイの搬送経路途中に線状露光装置１０２を設けている。搬送装置は、速度制御されて軸回転する搬送ローラ１０１を有し、その上を裏面に接するＬＥＤディスプレイパネルＰが搬送される。
このため、その搬送途中で線状露光装置１０２の上を通過する際に、ＬＥＤディスプレイパネルＰが裏面からラインスキャン露光される。
なお、線状露光装置１０２の上方付近で、より細かくピッチ送りが可能なように制御ローラを設けてもよい。
このような露光は露光の解像度があまり高くなくてもいい場合や、配線等を自己整合マスクとして用いるため別途マスクが不要な露光に適している。
また、また素子がＬＥＤディスプレイパネルＰの表面側へ発光する場合、素子の裏面だけで素子を保持することができ、保持樹脂に漏れ光が照射され光劣化することを防止できる。
さらに裏面露光とすることで、大型で高価な露光装置が不要となる。
なお、この露光装置は光透過性の基板を有するものであれば、ディスプレイ以外への適用も可能である。
１，１０…トリオチップ、２…トリオ基板、３…ＬＥＤチップ、３Ｐ…Ｐ電極、３Ｎ…Ｎ電極、４…シードメタル配線層、５…電解メッキ層、６…熱硬化感光性樹脂、６Ａ…光硬化領域、６Ｂ…仮固定部、１１…本体部、１２…フリンジ部、２０…パネル基板、２１…シードメタル配線層、２２…電解メッキ層。

Claims (19)

  1. 配線基板に配線を形成し、
    前記配線および前記配線基板の上に樹脂層を形成し、
    電極パッドを備えた素子を前記樹脂層の上に配置し、
    前記素子と前記配線基板との離間領域の少なくとも一部に前記樹脂層が残存し前記電極パッドが前記配線の上方で露出するように前記樹脂層の一部を除去して、前記素子を前記配線基板に仮固定し、
    前記配線を給電層として電解メッキを行い、前記配線の上面から、前記電極パッドおよび前記素子の側面の一部にまで成長するメッキ層によって、前記電極パッドを前記配線に接続させるとともに前記素子を前記配線基板に固定する、
    素子の基板実装方法。
  2. 前記樹脂層に感光性樹脂を用い、前記素子の支持部分となる樹脂層部分を露光し、未露光の樹脂層部分を除去する、
    請求項１記載の素子の基板実装方法。
  3. 熱により軟化する感光性樹脂を前記樹脂層として用い、
    前記素子を樹脂層の上に配置し、
    加熱により樹脂層を軟化させて素子と前記配線との離間距離をセルフアライメントさせ、
    素子に接する樹脂層部分の露光により仮固定部を形成し、
    前記仮固定部の周囲で未露光の樹脂層部分を除去する、
    請求項２記載の素子の基板実装方法。
  4. 前記樹脂層の上に素子を配置する箇所の周囲で、当該箇所から離れた樹脂層部分に、軟化による樹脂流動を阻害する硬化部を露光により形成し、前記素子を配置した後、前記加熱により樹脂層を軟化させて、前記離間距離のセルフアライメント、および前記硬化部に対する素子位置のセルフアライメントを同時に行う、
    請求項３記載の素子の基板実装方法。
  5. 前記素子の支持部分となる感光性樹脂の前記樹脂層の露光を、光透過性の前記配線基板の裏面から行う、
    請求項２から４のいずれか一項記載の素子の基板実装方法。
  6. 前記素子の支持部分となる感光性樹脂の前記樹脂層の露光を、光透過性の前記配線基板の裏面から当該配線基板を搬送中に行う、
    請求項２から５のいずれか一項記載の素子の基板実装方法。
  7. 前記素子は、ディスプレイ装置の画素構成の基本単位となる半導体ＬＥＤチップであり、
    前記配線基板が、発光色が異なる半導体ＬＥＤチップを規則的に並べるためのチップ配列基板である、
    請求項１から６のいずれか一項記載の素子の基板実装方法。
  8. 前記素子は、発光色が異なる複数の半導体ＬＥＤチップが複数個、上面に実装され、ディスプレイ装置のカラー発光画素となるカラー画素チップであり、
    前記配線基板は、前記ディスプレイ装置のパネル基板である、
    請求項１から６のいずれか一項記載の素子の基板実装方法。
  9. 上面に配線が形成された配線基板と、
    前記配線と電気的接続がとられた電極パッドを備え前記配線基板に実装された素子と、
    前記配線基板と前記素子との離間領域の少なくも一部に配置された仮固定のための樹脂層と、
    前記配線の上面から、前記電極パッドおよび前記素子の側面の一部にまで延在し、前記電極パッドを前記配線に接続させるとともに前記素子を前記配線基板に固定する電解メッキ層と、
    を有する、素子の基板実装構造。
  10. 前記樹脂層が感光性樹脂である、
    請求項９記載の素子の基板実装構造。
  11. 前記樹脂層が熱により軟化する感光性樹脂である、
    請求項１０記載の素子の基板実装構造。
  12. 前記素子は、ディスプレイ装置の画素構成の基本単位となる半導体ＬＥＤチップであり、
    前記配線基板が、発光色が異なる半導体ＬＥＤチップを規則的に並べるためのチップ配列基板である、
    請求項９から１１のいずれか一項記載の素子の基板実装構造。
  13. 前記半導体ＬＥＤチップは、前記電解メッキ層の成長の際にシードメタルとして機能する前記配線と電解液との間に印加する電圧以上のＰＮ接合のビルトインポテンシャルを有する、
    請求項１２記載の素子の基板実装構造。
  14. 前記前記半導体ＬＥＤチップは、少なくともＰＮ接合端を含む端面が絶縁膜に覆われている、
    請求項１２または１３記載の素子の基板実装構造。
  15. 前記素子は、発光色が異なる複数の半導体ＬＥＤチップが複数個、上面に実装され、ディスプレイ装置のカラー発光画素となるカラー画素チップであり、
    前記配線基板は、前記ディスプレイ装置のパネル基板である、
    請求項９から１１のいずれか一項記載の素子の基板実装構造。
  16. 前記カラー画素チップが、前記パネル基板の側に発光するボトムエミッション型であり、
    前記カラー画素チップの下面内で発光面以外の部分に、当該カラー画素チップを前記配線基板に固定するための樹脂を備える、
    請求項１５記載の素子の基板実装構造。
  17. 前記発光面と前記パネル基板との間が空気の層となる中空構造を有する、
    請求項１６記載の素子の基板実装構造。
  18. 前記電極パッドは、素子ボディから前記配線基板と平行に突出するフリンジ部の上面で、当該フリンジ部と端面が揃えられ、あるいは、当該フリンジ部の端面位置から前記電解メッキ層の厚さより短い距離内の素子ボディ側に端面が位置するように配置されている、
    請求項９から１７のいずれか一項記載の素子の基板実装構造。
  19. 前記カラー画素チップが、前記パネル基板と反対の側に発光するトップエミッション型であり、
    前記仮固定のための樹脂層部分は、前記カラー画素チップの下面側で、前記配線と前記電極パッド間が前記電解メッキ層で接続された複数の端子間に、前記カラー画素チップを前記配線基板に固定するための樹脂を備える、
    請求項１５記載の素子の基板実装構造。
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