JP6366799B1 - マイクロｌｅｄモジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板間の熱膨張係数の差によるミスアライメント問題を解決するマイクロＬＥＤモジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法は、多数の電極パッド及び多数のＬＥＤセルを含むマイクロＬＥＤを準備する段階と、多数の電極パッドに対応する多数の電極を含むサブマウント基板を準備する段階と、多数の電極パッドと多数の電極との間に位置する多数のソルダーを用いてマイクロＬＥＤをサブマウント基板にフリップチップボンディングする段階と、を有し、フリップチップボンディングする段階は、多数のソルダーをレーザービームで加熱する。【選択図】図５ｂ

Description

本発明は、サブマウント基板上にサブマウント基板との熱膨張係数の差が大きい透光性基板を含むマイクロＬＥＤをフリップチップボンディングするマイクロＬＥＤモジュール及びその製造方法に関する。
マイクロＬＥＤモジュールを用いるディスプレイ装置が知られている。マイクロＬＥＤモジュールは、多数のＬＥＤセルを含むマイクロＬＥＤをサブマウント基板上にフリップチップボンディングすることによって製作される。
通常、マイクロＬＥＤは、透光性サファイア基板と、透光性サファイア基板上に形成されて多数のＬＥＤセルを有する窒化ガリウム系の半導体発光部とを含む。半導体発光部は、エッチングによって形成されたｎ型半導体層の露出領域を含み、ｎ型半導体層の露出領域上に多数のＬＥＤセルがマトリックス状に配列されて形成される。各ＬＥＤセルは、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層を含み、各ＬＥＤセルのｐ型半導体層にはｐ型電極パッドが形成される。また、ｎ型半導体層の露出領域にはｎ型電極パッドが形成される。
一方、サブマウント基板は、マイクロＬＥＤの各電極パッドに対応するように設けられた多数の電極を含む。ソルダーバンプを用いてマイクロＬＥＤをサブマウント基板にフリップチップボンディングすることによって、マイクロＬＥＤの各電極パッドがサブマウント基板の各電極に連結される。マイクロＬＥＤをサブマウント基板にフリップチップボンディングするためには、ソルダーバンプの少なくとも一部を構成するソルダーを溶融点付近の温度で加熱しなければならない。このとき、Ｓｉ基盤のサブマウント基板の熱膨張係数とサファイア基板の熱膨張係数との差が大きいため、フリップチップボンディング工程中の加熱及び冷却時に、Ｓｉ基盤のサブマウント基板とサファイア基板との間には膨張変形量及び収縮変形量で大きな差が生じ、この差により、サブマウント基板とマイクロＬＥＤとの間には深刻なミスアライメント（ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が発生する。このようなミスアライメントは、マイクロＬＥＤの各電極パッドとサブマウント基板の各電極とが連結できないか、或いはこれらが誤って連結されることによってショートなどの深刻な不良をもたらす。
例えば、マイクロＬＥＤの基盤となるサファイア基板の熱膨張係数が７．６μｍｍ−１Ｋであり、Ｓｉ基盤のサブマウント基板の熱膨張係数が２．６μｍｍ−１Ｋであるため、温度に応じてサファイア基板の熱膨張係数がＳｉ基盤のサブマウント基板の熱膨張係数の略２．５倍に至る。フリップチップボンディングに使用するバンプに溶融点の高いソルダーを使用するとボンディング温度が高くなり、このとき熱膨張係数の深刻な差によってマイクロＬＥＤとサブマウント基板との間にミスアライメントが発生し、ボンディングが不可能になる。例えば、２６０℃のソルダー溶融点温度をボンディング温度に設定すると、１ｃｍの基板を基準にして、約５μｍ〜６μｍのミスアライメントが発生し、マイクロＬＥＤのフリップチップボンディングのように２μｍのボンディング精度が要求される工程では実質的に利用が難しくなる。
従って、当該技術分野では、マイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする際に、マイクロＬＥＤ側のサファイア基板とサブマウント基板との間の熱膨張係数の差によるミスアライメントの問題を解決する技術の必要性が存在する。
韓国登録特許第１０−１１５０８６１号公報 韓国登録特許第１０−０４７０９０４号公報
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、基板間の熱膨張係数の差によるミスアライメント問題を解決するマイクロＬＥＤモジュール及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるマイクロＬＥＤモジュールの製造方法は、多数の電極パッド及び多数のＬＥＤセルを含むマイクロＬＥＤを準備する段階と、前記多数の電極パッドに対応する多数の電極を含むサブマウント基板を準備する段階と、前記多数の電極パッドと前記多数の電極との間に位置する多数のソルダーを用いて前記マイクロＬＥＤを前記サブマウント基板にフリップチップボンディングする段階と、を有し、前記フリップチップボンディングする段階は、前記多数のソルダーをレーザービームで加熱する。
前記フリップチップボンディングする段階は、多数のレーザービームで前記多数のソルダーをそれぞれ局所的に加熱し得る。
前記マイクロＬＥＤは、前記多数のＬＥＤセルの各々に個別電極パッドが形成され、前記フリップチップボンディングする段階は、前記ＬＥＤセル及び前記個別電極パッドを順次通過するレーザービームで前記個別電極パッドと前記サブマウント基板との間に位置するソルダーを加熱し得る。
前記個別電極パッドは、レーザービーム透過性を有し得る。
前記個別電極パッドは、レーザービームが通過する空洞を含み得る。
前記マイクロＬＥＤは、前記多数のＬＥＤセルの周辺のエピ層の表面に共通電極パッドが形成され、前記フリップチップボンディングする段階は、前記エピ層及び前記共通電極パッドを順次通過するレーザービームで前記共通電極パッドと前記サブマウント基板との間に位置するソルダーを加熱し得る。
前記共通電極パッドは、レーザービーム透過性を有し得る。
前記共通電極パッドは、レーザービームが通過する空洞を含み得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱し、前記多数のレーザービームは、基板及びＬＥＤセルがないエピ層を通過するレーザービームと、基板及びＬＥＤセルがあるエピ層を通過するレーザービームとを含み得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱し、前記多数のレーザービームは、前記多数のソルダーにそれぞれ集束される集束レンズを用い得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱するために、前記多数のソルダーの配列に対応する配列で前記マイクロＬＥＤの一側に多数のレーザービーム照射ユニットを配列し得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱するために、前記多数のソルダーの配列に対応する配列で前記マイクロＬＥＤの一側に多数のレーザービーム照射ユニットを配列し、前記多数のレーザービーム照射ユニットは、レーザー光源に連結されたオプティックガイドと、前記オプティックガイドを通過したレーザービームを平行ビームにするコリメーターと、平行ビームになったレーザービームの断面サイズを調節するビーム調節機と、前記ビーム調節機で調節されたレーザービームを前記多数のソルダーにそれぞれ集束させる集束レンズと、を含み得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、前記多数のソルダーと多数のレーザービームとを１：１でマッチングさせ、前記多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱し得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、多数のレーザービーム照射ユニットを前記多数のソルダーと１：１でマッチングさせ、前記多数のレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームで前記多数のソルダーをそれぞれ加熱し得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、一つのレーザービーム照射ユニットを２個以上のソルダーと１：ｎ（ｎは２以上の自然数）でマッチングさせ、前記一つのレーザービーム照射ユニットを線状又はジグザグ状に移動させながら、前記一つのレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームで前記２個以上のソルダーを加熱し得る。
前記フリップチップボンディングする段階は、２個以上のレーザービーム照射ユニットを２個以上のソルダーグループにそれぞれマッチングさせ、前記２個以上のレーザービーム照射ユニットが各ソルダーグループ内の各ソルダーをそれぞれ加熱し得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるマイクロＬＥＤモジュールは、基板、及び各々に第２導電型の個別電極パッドが形成された多数のＬＥＤセルが形成され前記多数のＬＥＤセルの周辺に第１導電型の共通電極パッドが形成されたエピ層を含むマイクロＬＥＤと、前記個別電極パッド及び前記共通電極パッドに対応する多数の電極が形成されたサブマウント基板と、前記電極と前記個別電極パッド又は前記共通電極パッドとの間に位置するソルダーと、を備え、前記ソルダーは、レーザービームによって加熱された後に硬化され、前記電極を前記個別電極パッド又は前記共通電極パッドに連結し得る。
前記基板、前記エピ層、前記個別電極パッド、及び前記共通電極パッドは、前記レーザービームが前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側を通過して前記ソルダーを加熱するようにレーザービームを通過させ得る。
前記個別電極パッド又は前記共通電極パッドは、前記レーザービームを透過する材料で形成され得る。
前記個別電極パッド又は前記共通電極パッドは、前記レーザービームを通過させる空洞を含み得る。
本発明によると、マイクロＬＥＤとサブマウント基板との間に位置する複数のソルダーに対してそれぞれレーザーを局所的に照射してソルダーを急速に溶融させるため、レーザー透過性を有するマイクロＬＥＤ及びレーザーが及ばないサブマウント基板に熱が殆ど加わらず、従って、マイクロＬＥＤとサブマウント基板との間の熱膨張係数の差によるミスアラインメント問題を解決することができる。
本発明の第１実施形態によるマイクロＬＥＤを製作する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるマイクロＬＥＤを製作する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるマイクロＬＥＤを製作する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるマイクロＬＥＤを製作する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるマイクロＬＥＤを製作する工程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態によるサブマウント基板の一部を示した断面図である。 本発明の第１実施形態によるサブマウント基板にソルダーを含むバンプを形成する工程を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態によるサブマウント基板にソルダーを含むバンプを形成する工程を説明するための工程図である。 マイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする工程を説明するためのである。 マイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする工程を説明するためのである。 マイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする工程を説明するためのである。 本発明の第１実施形態による他の実施例を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による更に他の実施例を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による更に他の実施例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるマイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする工程を説明するための図である。 図９に示したフリップチップボンディング工程におけるマイクロＬＥＤとサブマウント基板との加熱−冷却曲線を示した図である。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面及び各実施形態は、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に理解できるように簡略化して例示したものであって、各図面及び各実施形態が本発明の範囲を限定するものと解釈してはならない。
本発明の第１実施形態及び第２実施形態は、マイクロＬＥＤをアクティブマトリックス基板であるサブマウント基板にフリップチップボンディングしてマイクロＬＥＤモジュールを製造する方法を示す。本発明の第１実施形態及び第２実施形態によると、ＬＥＤモジュールの製造方法は、予め電気回路及び電極が形成されたＳｉ基盤のサブマウント基板を準備する工程、及びサファイア基板を基盤とするマイクロＬＥＤを製作する工程に続いて行われる。
以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態におけるマイクロＬＥＤの製作、バンプの形成、マイクロＬＥＤとサブマウント基板とのフリップチップボンディングについて順次説明する。
≪第１実施形態≫
＜マイクロＬＥＤの製作（準備）＞
図１ａ〜図１ｅは、本発明の第１実施形態によるマイクロＬＥＤを製作する工程を説明するための図である。以下、図１ａ〜図１ｅを参照してマイクロＬＥＤを製作する工程について説明する。
先ず、図１ａに示したように、熱膨張係数が７．６μｍｍ−１Ｋである透光性サファイア基板１３１の主面上にｎ型半導体層１３２、活性層１３３、及びｐ型半導体層１３４を含むエピ層を形成する。
次に、図１ｂに示したように、マスクパターンを用いてエピ層を所定の深さだけエッチングし、各ＬＥＤセル１３０を分離する各溝１０１と、少なくとも各ＬＥＤセル１３０の外郭を取り囲むｎ型半導体層１３２の露出領域１０２とを形成し、これによってｎ型半導体層１３２上に活性層１３３及びｐ型半導体層１３４を全て含む多数のＬＥＤセル１３０を形成する。図示していないが、ｎ型半導体層１３２とサファイア基板１３１との間にはバッファー層が形成されてもよい。そして、ｎ型半導体層１３２と活性層１３３との間、活性層１３３とｐ型半導体層１３４との間、そしてｐ型半導体層１３４の露出表面上には任意の各機能を行う他の半導体層が介在してもよい。ｎ型半導体層１３２、活性層１３３、及びｐ型半導体層１３４を含むエピ層とサファイア基板１３１がレーザー透過性を有するため、ＬＥＤセル１３０もレーザー透過性を有する。
次に、図１ｃに示したように、各ＬＥＤセル１３０の各々のｐ型半導体層１３４上にレーザー透過性のｐ型電極パッド１５０を形成し、ｎ型半導体層１３２の露出領域１０２のうちの外郭領域にもレーザー透過性のｎ型電極パッド１４０を形成する。ｐ型電極パッド１５０とｎ型電極パッド１４０の厚さを異ならせることによって、ｐ型半導体層１３４とｎ型半導体層１３２との段差を補償し、これによってｐ型電極パッド１５０のソルダーボンディング面とｎ型電極パッド１４０のソルダーボンディング面とを実質的に同一の平面上に置く。
次に、図１ｄに示したように、各ＬＥＤセル１３０及びｎ型半導体層１３２の露出領域１０２を全て覆うように不動態層１６０を形成する。
次に、図１ｅに示したように、ｐ型の個別電極パッド１５０を露出させる第１パッド露出ホール１６２、及びｎ型の共通電極パッド１４０を露出させる第２パッド露出ホール１６４を形成する。第１パッド露出ホール１６２及び第２パッド露出ホール１６４は、マスクパターンを用いたエッチングによって形成される。本実施形態において、不動態層１６０は、各ＬＥＤセル１３０の断面プロファイルに沿って略一定の厚さで形成され、隣り合うＬＥＤセル１３０間の溝１０１の幅及び深さを減少させるが、その溝をそのまま維持させることが分かる。しかし、不動態層１６０が溝１０１に完全に埋め込まれるように形成されてもよい。
＜サブマウント基板の準備及びバンプの形成＞
図２は、本発明の第１実施形態によるサブマウント基板の一部を示した断面図である。先ず、図２を参照すると、ピラーバンプ形成段階の前に、略１５，０００μｍ×１０，０００μｍのサイズを有して各ＬＥＤセルに対応する各ＣＭＯＳセルが形成されたＳｉ基盤のサブマウント基板２００を準備する。サブマウント基板２００は、上述した多数のＬＥＤセルに対応する複数のＣＭＯＳセルと、マイクロＬＥＤの各ｐ型の個別電極パッドに対応する多数の個別電極２４０と、マイクロＬＥＤのｎ型の共通電極パッドに対応する共通電極（図示せず）とを含む。サブマウント基板２００は、Ｓｉ基盤の基板母材２０１上に行列状に配列されて形成されて各ＣＭＯＳセルに連結される多数の個別電極２４０と、各個別電極２４０を覆うように形成された不動態層２５０とを含み、この不動態層２５０には各個別電極２４０を露出させる各電極露出ホール２５２が形成される。
図３及び図４は、本発明の第１実施形態によるサブマウント基板にソルダーを含むバンプを形成する工程を説明するためのフローチャート及び工程図である。図３及び図４を参照すると、バンプを形成する工程は、第１洗浄段階（Ｓ１０１）、ＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）形成段階（Ｓ１０２）、フォトリソグラフィー段階（Ｓ１０３）、スカム除去段階（Ｓ１０４）、Ｃｕプレーティング段階（Ｓ１０５）、ソルダー金属プレーティング段階（Ｓ１０６）、ＰＲ除去段階（Ｓ１０７）、ＵＢＭエッチング段階（Ｓ１０８）、第２洗浄段階（Ｓ１０９）、リフロー段階（Ｓ１１０）、及び第３洗浄段階（Ｓ１１１）を含む。
第１洗浄段階（Ｓ１０１）は、スクラバーを用いて図４の（ａ）のように導入されたサブマウント基板２００に対して洗浄を行う。サブマウント基板２００は、ＣＭＯＳ工程によってＣＭＯＳセルが形成された基板母材２０１上にＡｌ又はＣｕ材料によって形成されたパッド型の個別電極２４０と、個別電極２４０の一領域を露出させる電極露出ホール２５２を備えた状態で基板母材２０１に形成された不動態層２５０とを含む。
ＵＢＭ形成段階（Ｓ１０２）は、図４の（ｂ）に示したように、個別電極２４０とＣｕピラーとの間の接着性を高め、ソルダーの拡散を防止するためのＵＢＭ２６１を、不動態層２５０及び個別電極２４０を覆うようにサブマウント基板２００上に形成する。本実施形態において、ＵＢＭ２６１は、Ｔｉ／Ｃｕ積層構造で形成されるものであって、当該金属のスパッタリングによって形成される。
フォトリソグラフィー段階（Ｓ１０３）は、図４の（ｃ）に示したように、サブマウント基板２００上のＵＢＭ２６１を全体的に覆うように感光性ＰＲ（Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）３００を形成した後、その上にマスクパターン（図示せず）を載せて光を加え、個別電極２４０の直上のＵＢＭ２６１の一領域のみを露出させる電極露出ホール３０２を形成する。次に、フォトリソグラフィー段階の遂行中に発生したスカムを除去するスカム除去段階（Ｓ１０４）を行う。
次に、Ｃｕプレーティング段階（Ｓ１０５）及びソルダー金属プレーティング段階（Ｓ１０６）が順次行われ、図４の（ｄ）に示したように、先ず感光性ＰＲ３００の電極露出ホール３０２を介してＣｕをプレーティングすることによってＣｕピラー２６２を形成し、Ｃｕピラー２６２上にソルダー金属としてＳｎＡｇをプレーティングすることによってＳｎＡｇソルダーのソルダーキャップ２６３を所定厚さの層状に形成する。本明細書において、ＣｕはＣｕ金属又はＣｕを含むＣｕ合金であることに留意する。
次に、ＰＲ除去段階（Ｓ１０７）を行い、図４の（ｅ）に示したように、Ｃｕピラー２６２及びソルダー２６３を含むバンプの上面及び側面を露出させる。
次に、ＵＢＭエッチング段階（Ｓ１０８）を行い、図４の（ｆ）に示したように、Ｃｕピラー２６２の直下領域に位置するＵＢＭ２６１を除外した残りのＵＢＭをエッチングで除去する。次に、残留物を除去する第２洗浄段階（Ｓ１０９）を行う。ＵＢＭエッチング段階（Ｓ１０８）後、サブマウント基板２００の個別電極２４０上のＵＢＭ２６１上にＣｕピラー２６２及びＳｎＡｇソルダーのソルダーキャップ２６３を順次積層してＣｕピラーバンプ２６０を形成する。次に、リフロー段階（Ｓ１１０）が行われ、層状のソルダー２６３が溶融後に硬化されて半球状又は半円断面形状に形成される。急速熱処理（ＲＴＰ：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）が有用に利用可能である。次に、リフロー段階（Ｓ１１０）後、再び残留物を除去する第３洗浄段階（Ｓ１１１）を行う。
サブマウント基板２００上のＵＢＭ、Ｃｕピラー、及びＳｎＡｇソルダーから成る各Ｃｕピラーバンプ２６０の間隔はＣｕピラー２６２の直径と略同一であることが好ましく、Ｃｕピラーバンプ２６０の間隔が５μｍを超えないことが好ましい。Ｃｕピラーバンプ２６０の間隔が５μｍを超えると、Ｃｕピラーバンプ２６０の直径及びそれに対応するＬＥＤセルのサイズも大きくなることから、マイクロＬＥＤを含むディスプレイ装置の精度を低下させることになる。
＜フリップチップボンディング＞
図５ａ〜図５ｃは、マイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする工程を説明するためのである。図５ａ、図５ｂ、及び図５ｃを参照すると、２．６μｍｍ−１Ｋの熱膨張係数を有するＳｉ基板母材を基盤とするサブマウント基板２００と、Ｓｉ基板母材の熱膨張係数の約２．５倍に至る７．６μｍｍ−１Ｋの熱膨張係数を有するサファイア基板１３１を基盤としたマイクロＬＥＤ１００との間のフリップチップボンディングを行う。
上述したように、サブマウント基板２００は、マイクロＬＥＤ１００の各個別電極パッド１５０に対応するように設けられた多数の電極を含み、多数の電極にはそれぞれＣｕピラー２６２及びＳｎＡｇソルダー（即ち、ソルダーキャップ）２６３で構成されたＣｕピラーバンプ２６０が予め形成される。上記でも簡略に言及したように、マイクロＬＥＤ１００の各ＬＥＤセル１３０及び各電極パッド（１５０、１４０）は、ソルダー２６３を局所的に加熱するためのレーザービームをソルダー２６３に到達させるようにレーザー透過性を有する。例えば、電極パッド（１５０、１４０）は、導電性を有する透明金属化合物材料で形成され、レーザービームを透過させる。
以下で詳細に説明するように、Ｃｕピラー２６２上に形成されたソルダー２６３をマイクロＬＥＤ１００の電極パッド（１５０、１４０）とサブマウント基板２００の電極との間に位置させた後、ソルダー２６３のみをレーザーで局所的に加熱すると、マイクロＬＥＤ１００の各電極パッド（１５０、１４０）とサブマウント基板２００の各電極とがボンディングされる。
レーザーを用いてマイクロＬＥＤ１００をサブマウント基板２００にフリップチップボンディングするためには、先ずマイクロＬＥＤ１００の各ＬＥＤセル１３０に備えられた各個別電極パッド１５０、及びマイクロＬＥＤ１００の外郭領域に形成された共通電極パッド１４０をサブマウント基板２００の各電極に向かい合うように配置した状態で、サブマウント基板２００の各電極のそれぞれとマイクロＬＥＤ１００の各電極パッドのそれぞれのとの間にソルダー２６３又はソルダー２６３を含むＣｕピラーバンプ２６０を位置させることが必要である。これによって、多数のソルダー２６３がマイクロＬＥＤ１００とサブマウント基板２００との間で多数の電極パッド（１５０、１４０）の配列と対応する配列で位置する。
次に、多数のレーザービーム照射ユニット１０００は、多数のソルダー２６３の配列と同一の配列であって、マイクロＬＥＤ１００の上側に配列される。各レーザービーム照射ユニット１０００は、レーザー光源に連結されたオプティックファイバーで形成されたオプティックガイド１１００と、オプティックガイド１１００を通過したレーザーを平行ビームにするコリメーター１２００と、平行ビームになったレーザービームの断面サイズを調節するビーム調節機１３００と、ビーム調節機１３００で調節されたレーザービームを一点に集束させる集束レンズ１４００とを含む。図示していないが、レーザービーム照射ユニット１０００は、レーザー光増幅器、オプティックカップラー、及びレーザー発振調節部などを更に含む。レーザービームの出力は、ソルダー材料の溶融点に合わせて適宜選択される。
多数のレーザービーム照射ユニット１０００が同時に動作すると、レーザービームＬがオプティックガイド１１００を介してコリメーター１２００に供給され、コリメーター１２００はレーザービームを平行光にして出力し、ビーム調節機１３００はコリメーター１２００を介して平行光の形態に作られたレーザービームの直径を拡張させ、集束レンズ１４００は、直径が拡張されたレーザービームを、マイクロＬＥＤ１００に通過させた後、マイクロＬＥＤ１００の各電極パッド（１５０、１４０）に接する各ソルダー２６３にそれぞれ集束させる。結果的に、ソルダー２６３にそれぞれ集束されたレーザービームＬによってソルダー２６３が加熱されて溶融される。レーザービームがマイクロＬＥＤ１００を通過するが、集束されない状態で通過するため、レーザービームＬによるマイクロＬＥＤ１００の加熱効果は微々たるものであり、従ってマイクロＬＥＤ１００には熱による膨張及び収縮が起こらない。また、レーザービームＬによって急速に加熱されたソルダー２６３が冷却・硬化され、ソルダー２６３によるマイクロＬＥＤ１００の電極パッド（１５０、１４０）とサブマウント基板２００の電極との間のボンディングが完了する。レーザービームＬの集束位置は、溶融前のソルダーの高さの１／３〜２／３と定められることが好ましい。レーザービームＬの集束位置がソルダーの高さの２／３を超えてマイクロＬＥＤ１００に近くなると、ＬＥＤセル１３０及び電極パッド（１５０、１４０）が熱によって損傷し得る。その反対に、レーザービームＬの集束位置がソルダーの高さの１／３未満になると、サブマウント基板２００の回路が熱によって損傷する虞がある。
＜他の実施例＞
図６は、本発明の第１実施形態による他の実施例を説明するための図である。他の実施例として、図６ａに示すように、電極パッド（１５０、１４０）がレーザービームＬに対して非透過性を有する材料で形成され、電極パッド（１５０、１４０）にレーザービームＬを通過させる空洞（１５２、１４２）がそれぞれ形成される。空洞（１５２、１４２）のそれぞれは、一側がレーザービーム透過性を有するマイクロＬＥＤ１００のＬＥＤセル１３０に接しており、サブマウント基板２００とマイクロＬＥＤ１００との間に配置されたソルダー２６３に向かってそれぞれ開放される。レーザー照射ユニット１０００が動作すると、集束レンズ１４００を通過したレーザービームＬは、マイクロＬＥＤ１００を通過した後、電極パッド（１５０、１４０）のそれぞれの空洞（１５２、１４２）を介してソルダー２６３に到逹して集束される。これによって、ソルダー２６３が溶融及び硬化され、マイクロＬＥＤ１００の電極パッドとサブマウント基板２００の電極（又はその電極に形成されたピラー）との間を連結する。溶融されたソルダー２６３は空洞（１５２、１４２）を充填するため、より信頼性のあるボンディングが可能になる。
＜更に他の実施例＞
図７及び図８は、本発明の第１実施形態による更に他の実施例を説明するための図である。上述した実施例の説明では、多数のレーザービーム照射ユニット１０００を多数のソルダーにそれぞれ１：１でマッチングさせ、多数のレーザービーム照射ユニット１０００からそれぞれ照射された多数のレーザービームＬが１：１の比でソルダーを加熱することについて説明した。しかし、本発明の他の実施例によると、図７に示したように、一つのレーザービーム照射ユニット１０００が任意の方向に移動しながら多数のソルダーの加熱を行う。即ち、一つのレーザービーム照射ユニット１０００が１：ｎ（ｎは２以上の数）の割合で２個以上のソルダーの加熱を行う。
上記のように、ソルダーの個数に比べて少ない数のレーザービーム照射ユニットを用いる方法の多様な例としては、図８の（ａ）のように多数のソルダー２６３を線形パターンで１列ずつ加熱するか、図８の（ｂ）のように多数のソルダー２６３をジグザグパターンで加熱するか、又は図８の（ｃ）及び（ｄ）のように多数のレーザービーム（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が多くのグループ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）の各ソルダー２６３をグループ別に加熱する。グループ別の加熱の場合は、図８の（ｃ）のようなレーザービーム照射ユニットの線形パターン移動を通じた加熱、図８の（ｄ）のようなレーザービーム照射ユニットのジグザグパターン移動を通じた加熱、及びその他の多様なパターン移動を通じた加熱を考慮することができる。
上述したように、本発明は、多数のレーザービーム照射ユニットを多数のソルダーと１：１でマッチングさせ、多数のレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームで多数のソルダーをそれぞれ加熱する方式でフリップチップボンディング段階を行えることは当然であり、一つのレーザービーム照射ユニットを２個以上のソルダーと１：ｎ（ｎは２以上の自然数）でマッチングさせ、レーザービーム照射ユニットを線状又はジグザグ状に移動させながら、レーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームで２個以上のソルダーを加熱する方式で、或いは２個以上のレーザービーム照射ユニットを２個以上のソルダーグループにそれぞれマッチングさせ、レーザービーム照射ユニットが各ソルダーグループ内の各ソルダーをそれぞれ加熱する方式でフリップチップボンディング段階を行うことができる。
特に、上述したグループ別加熱を用いるフリップチップボンディングは、レーザービームとソルダーが１：１でマッチングされて行われる方法の問題である経済性及び作業空間活用の問題と、一つのレーザービーム照射ユニットのみで全てのソルダーを加熱する方法の問題である加熱と冷却時間の遅滞による問題をそれぞれ補完することができる。
また、上述した各実施例の説明では、サファイア基板を含むマイクロＬＥＤを透過するレーザービームでソルダーを加熱することを主に説明したが、レーザービーム透過性サブマウント基板を用いて、サブマウント基板側からレーザービームを照射してソルダリングする方法も可能であることに留意する。
≪第２実施形態≫
＜マイクロＬＥＤの製作（準備）＞
図９は、本発明の第２実施形態によるマイクロＬＥＤとサブマウント基板とをフリップチップボンディングする工程を説明するための図であり、図１０は、図９に示したフリップチップボンディング工程におけるマイクロＬＥＤとサブマウント基板との加熱−冷却曲線を示した図である。図９のマイクロＬＥＤの製作工程は、図１ａ〜図１ｅを参照して説明した第１マイクロＬＥＤ製作工程と実質的に同一である。
＜サブマウント基板の準備及びバンプの形成＞
図９のサブマウント基板の準備及びバンプの形成工程は、図３〜図４を参照して説明したサブマウント基板の準備及びバンプの形成工程と実質的に同一である。
＜フリップチップボンディング＞
図９の（ａ）及び（ｂ）に示したように、２．６μｍｍ−１Ｋの熱膨張係数を有するＳｉ基板母材を基盤とするサブマウント基板２００と、Ｓｉ基板母材の熱膨張係数の約２．５倍に至る７．６μｍｍ−１Ｋの熱膨張係数を有するサファイア基板１３１を基盤としたマイクロＬＥＤ１００との間のフリップチップボンディングを行う。
上述したように、サブマウント基板２００は、マイクロＬＥＤ１００の各個別電極パッド１５０に対応するように設けられた多数の電極を含み、多数の電極にはそれぞれＣｕピラー２６２及びＳｎＡｇソルダー（即ち、ソルダーキャップ）２６３で構成されたＣｕピラーバンプ２６０が予め形成される。
上記のようなバンプを用いて、マイクロＬＥＤ１００をサブマウント基板２００にフリップチップボンディングすることによって、マイクロＬＥＤ１００の各個別電極パッド１５０がサブマウント基板２００の各電極に連結される。
マイクロＬＥＤ１００をサブマウント基板２００にフリップチップボンディングするためには、Ｃｕピラーバンプ２６０の少なくとも一部を構成するソルダー２６３を溶融点付近の温度で加熱しなければならない。このとき、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００の熱膨張係数とマイクロＬＥＤ１００のサファイア基板１３１の熱膨張係数との差が大きいため、マイクロＬＥＤ１００及びサブマウント基板２００の温度を別途に制御せずに、既存のようにフリップチップボンディング工程を行うと、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００とサファイア基板１３１との間には変形量の差が生じ、これはフリップチップボンディングされるサブマウント基板２００とマイクロＬＥＤ１００との間に深刻なミスアライメントを発生させる。サファイア基板の熱膨張係数はＳｉ基盤のサブマウント基板の熱膨張係数の略２．５倍に至るが、本実施形態は、熱膨張係数の差が２倍以上であるフリップチップボンディングの場合に好ましく利用可能である。
一例として、ソルダーを溶融させる２５０℃の温度条件で、１ｃｍの長さを有するサファイア基板１３１を基盤とするマイクロＬＥＤ１００と、１ｃｍの長さを有するＳｉ基盤のサブマウント基板２００とをフリップチップボンディングする場合、サブマウント基板２００はＳｉの熱膨張係数によって５．８５μｍの長さの変化量を有し、マイクロＬＥＤ１００のサファイア基板１３１はサファイアの熱膨張係数によって１７．１μｍの長さの変化量を有することになり、二つの基板のボンディング工程時に表れる長さの変化は１１．２５μｍになる。結果として、この長さの変化量の差は、セルアライメントが激しくずれる現象をもたらす。
このようなセルアライメントがずれる現象を防止するため、本実施形態は、駆動ＩＣ及び回路が備えられたＳｉ基盤のサブマウント基板２００とサファイア基板１３１との熱膨張係数を考慮した上で、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００とサファイア基板１３１とをそれぞれ異なる温度で制御しながら、マイクロＬＥＤ１００とサブマウント基板２００との間のソルダー２６３、より具体的にはマイクロＬＥＤ１００の各ＬＥＤセル１３０に形成された個別電極パッド１５０とサブマウント基板２００との間に介在するＣｕピラーバンプ２６０のソルダー２６３を加熱し、マイクロＬＥＤ１００とサブマウント基板２００とをフリップチップボンディングする。
サファイア基板１３１の温度は、サファイア基板１３１に面してマイクロＬＥＤ１００を支持する第１チャック５ａに備えられた第１温度調節部５ｂによって制御され、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００の温度は、サブマウント基板２００を支持する第２チャック６ａに備えられた第２温度調節部６ｂによって制御される。
フリップチップボンディング工程中、サブマウント基板２００及びマイクロＬＥＤ１００のサファイア基板１３１に対する温度は、図１０に示したように、昇温区間Ａ１、加熱温度維持区間Ａ２、及び冷却区間Ａ３のそれぞれにおいてそれぞれ異なる形に制御される。
昇温区間Ａ１では、第１チャック５ａに備えられた第１温度調節部５ｂにより、サファイア基板１３１の温度が常温から第１維持温度である略１７０℃〜１８０℃まで第１加熱勾配で線形的に上昇し、第２チャック６ａに備えられた第２温度調節部６ｂにより、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００の温度が常温から第２維持温度である３５０℃〜４００℃まで第１加熱勾配より大きい第２加熱勾配で線形的に上昇する。
加熱温度維持区間Ａ２では、溶融状態のソルダー２６４を挟んでサブマウント基板２００及びマイクロＬＥＤ１００を垂直方向に加圧する力が加えられ、サファイア基板１３１の温度は第１維持温度である１７０℃〜１８０℃に所定時間維持され、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００の温度は第２維持温度である３５０℃〜４００℃に所定時間維持される。
サファイア基板１３１の加熱温度維持区間の開始時点及びサブマウント基板２００の加熱温度維持区間の開始時点はａ１で同じであり、サファイア基板１３１の加熱温度維持区間の終了時点及びサブマウント基板２００の加熱温度維持区間の終了時点はａ２で同じである。
冷却区間Ａ３では、サファイア基板１３１が第１維持温度から常温まで冷却される一方、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００は第２維持温度から常温まで冷却される。このとき、冷却区間Ａ３におけるサファイア基板１３１の冷却勾配と、Ｓｉ基盤のサブマウント基板２００の冷却勾配とは同一であることが好ましい。これにより、冷却区間において、サファイア基板１３１の冷却が完了して常温に至る時点は、サブマウント基板２００の冷却が完了して常温に至る時点より前に置かれる。
仮に、サファイア基板１３１及びサブマウント基板２００の冷却完了時点を同一にするために、サファイア基板１３１の冷却勾配とサブマウント基板２００の冷却勾配とを過度に異ならせると、サファイア基板１３１とサブマウント基板２００との間には深刻な収縮変形量の差が発生し、ソルダーによる連結部が切れてしまい、ＬＥＤセルのアライメントがずれることになる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
５ａ 第１チャック
５ｂ 第１温度調節部
６ａ 第２チャック
６ｂ 第２温度調節部
１００ マイクロＬＥＤ
１０１ 溝
１０２ 露出領域
１３０ ＬＥＤセル
１３１ サファイア基板
１３２ ｎ型半導体層
１３３ 活性層
１３４ ｐ型半導体層
１４０ 共通電極パッド（ｎ型電極パッド）
１４２、１５２ 空洞
１５０ 個別電極パッド（ｐ型電極パッド）
１６０、２５０ 不動態層
１６２ 第１パッド露出ホール
１６４ 第２パッド露出ホール
２００ サブマウント基板
２０１ 基板母材
２４０ 個別電極
２５２、３０２ 電極露出ホール
２６０ Ｃｕピラーバンプ
２６１ ＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ）
２６２ Ｃｕピラー
２６３ （ＳｎＡｇ）ソルダー（キャップ）
３００ 感光性ＰＲ（Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）
１０００ レーザービーム照射ユニット
１１００ オプティックガイド
１２００ コリメーター
１３００ ビーム調節機
１４００ 集束レンズ

Claims (13)

  1. 多数のＬＥＤセルを含み、前記多数のＬＥＤセルの各々にレーザービームが通過する空洞を含む個別電極パッドが形成されたマイクロＬＥＤを準備する段階と、
    前記マイクロＬＥＤに形成された多数の個別電極パッドに対応する多数の個別電極を含むサブマウント基板を準備する段階と、
    前記多数の個別電極パッドと前記多数の個別電極との間に位置する多数のソルダーを用いて前記マイクロＬＥＤを前記サブマウント基板にフリップチップボンディングする段階と、を有し、
    前記フリップチップボンディングする段階は、前記多数の個別電極パッドと前記サブマウント基板との間に位置する前記多数のソルダーを前記ＬＥＤセル及び前記個別電極パッドの空洞を順次通過するレーザービームで加熱することを特徴とするマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  2. 前記フリップチップボンディングする段階は、多数のレーザービームで前記多数のソルダーをそれぞれ局所的に加熱することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  3. 前記マイクロＬＥＤは、前記多数のＬＥＤセルの周辺のエピ層の表面にレーザービームが通過する空洞を含む共通電極パッドが形成され、
    前記フリップチップボンディングする段階は、前記エピ層及び前記共通電極パッドの空洞を順次通過するレーザービームで前記共通電極パッドと前記サブマウント基板との間に位置するソルダーを加熱することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  4. 前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱し、
    前記多数のレーザービームは、
    基板及びＬＥＤセルがないエピ層を通過するレーザービームと、
    基板及びＬＥＤセルがあるエピ層を通過するレーザービームと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  5. 前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱し、
    前記多数のレーザービームは、前記多数のソルダーにそれぞれ集束される集束レンズを用いることを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  6. 前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱するために、前記多数のソルダーの配列に対応する配列で前記マイクロＬＥＤの一側に多数のレーザービーム照射ユニットを配列することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  7. 前記フリップチップボンディングする段階は、前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側に前記マイクロＬＥＤを垂直に通過する多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱するために、前記多数のソルダーの配列に対応する配列で前記マイクロＬＥＤの一側に多数のレーザービーム照射ユニットを配列し、
    前記多数のレーザービーム照射ユニットは、
    レーザー光源に連結されたオプティックガイドと、
    前記オプティックガイドを通過したレーザービームを平行ビームにするコリメーターと、
    平行ビームになったレーザービームの断面サイズを調節するビーム調節機と、
    前記ビーム調節機で調節されたレーザービームを前記多数のソルダーにそれぞれ集束させる集束レンズと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  8. 前記フリップチップボンディングする段階は、前記多数のソルダーと多数のレーザービームとを１：１でマッチングさせ、前記多数のレーザービームで前記多数のソルダーを加熱することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  9. 前記フリップチップボンディングする段階は、多数のレーザービーム照射ユニットを前記多数のソルダーと１：１でマッチングさせ、前記多数のレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームで前記多数のソルダーをそれぞれ加熱することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  10. 前記フリップチップボンディングする段階は、一つのレーザービーム照射ユニットを２個以上のソルダーと１：ｎ（ｎは２以上の自然数）でマッチングさせ、前記一つのレーザービーム照射ユニットを線状又はジグザグ状に移動させながら、前記一つのレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームで前記２個以上のソルダーを加熱することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  11. 前記フリップチップボンディングする段階は、２個以上のレーザービーム照射ユニットを２個以上のソルダーグループにそれぞれマッチングさせ、前記２個以上のレーザービーム照射ユニットが各ソルダーグループ内の各ソルダーをそれぞれ加熱することを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤモジュールの製造方法。
  12. 基板、及び各々にレーザービームを通過させる空洞を含む第２導電型の個別電極パッドが形成された多数のＬＥＤセルが形成されて前記多数のＬＥＤセルの周辺にレーザービームを通過させる空洞を含む第１導電型の共通電極パッドが形成されたエピ層を含むマイクロＬＥＤと、
    前記個別電極パッド及び前記共通電極パッドに対応する多数の電極が形成されたサブマウント基板と、
    前記電極と前記個別電極パッド又は前記共通電極パッドとの間に位置するソルダーと、を備え、
    前記ソルダーは、前記ＬＥＤセル及び前記個別電極パッド、又は前記共通電極パッドの空洞を通過したレーザービームによって加熱された後に硬化され、前記電極を前記個別電極パッド又は前記共通電極パッドに連結することを特徴とするマイクロＬＥＤモジュール。
  13. 前記基板、前記エピ層、前記個別電極パッド、及び前記共通電極パッドは、前記レーザービームが前記マイクロＬＥＤの一側から前記マイクロＬＥＤの他側を通過して前記ソルダーを加熱するようにレーザービームを通過させることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロＬＥＤモジュール。
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