JPH06177435A - 発光ダイオード及びその実装方法 - Google Patents

発光ダイオード及びその実装方法

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JPH06177435A JP22799093A JP22799093A JPH06177435A JP H06177435 A JPH06177435 A JP H06177435A JP 22799093 A JP22799093 A JP 22799093A JP 22799093 A JP22799093 A JP 22799093A JP H06177435 A JPH06177435 A JP H06177435A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ダイオードの基板への実装を安価で容易なもの
とする。 【構成】LED １０は、その発光接合部が基板１７に垂直
になるように以下の手順により取り付けられる。伸縮性
のある粘着性テープの上に貼り付けられた半導体ウエハ
は、各LED １０単位に切断される。その後このテープは
伸長され個々のLED は分離され、この状態で接着テープ
２６に移しかえられる。LED を乗せたテープ２６は搬送
手段で送られ、個々のLED はそのエッジ２８で進路を変
えてその側面（発光接合部と垂直の面）を真空コレット
３１に臨ませる。その後LED はこのコレット３１により
吸着され、基板１７へ送られる。LED をテープ２６から
引き離す際には、支持フィンガ３３がLED の下面側を支
える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は新しい発光ダイオード
（LED ）とかかるLED を基板に取り付ける技術に関す
る。また、LED の操作方法も提供される。
【０００２】
【従来技術と発明が解決しようとする課題】発光ダイオ
ードは非常に広く用いられるようになり、年間に何百万
個も生産されるようになってきている。LED が小さいほ
ど１つの半導体ウエハから生産されるLED の数が多くな
るため、LED の小型化の努力が続けられている。これに
よって顕著なコスト削減をはかることができる。電気的
接続がLED の小型化に対する主要な制約になってきてい
る。
【０００３】通常、LED はプリント回路基板、ワイヤリ
ードフレーム等の導電基板上の電極に取り付けられ、発
光接合部が基板と平行に設けられる。次に、非常に小さ
なワイヤがLED の上面の小さな金属領域に“ワイヤボン
ディング”あるいは溶着される。この金属領域はLED か
ら光を放射することができるようにこの上面全体を覆う
ものであってはならない。最適な最小寸法は250 立方マ
イクロメートルである。
【０００４】ワイヤボンディングのかわりにテープ・オ
ートメーテッド・ボンディング（TAB)が用いられること
がある。これは従来のワイヤボンディングのように一度
に１つのパッドを接着するのではなく多数の異なるパッ
ドを同時に接着する技術が開発されたためである。しか
し、集合TAB にはすべての接着パッドの共面性が優れて
いなければならず、またマトリックス状のLED を同時に
接着するには不適切である。さらに、TAB に適した最小
のLED は約200 立方マイクロメートルである。TAB ある
いはワイヤボンディング用の装置は非常に高価である。
【０００５】LED を取り付け、LED との電気的接続を行
う全く異なる方法、かかるLED を取り扱う方法、および
かかるLED を受ける基板が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】したがって、この発明の
実施例によれば、LED の発光接合部が基板に垂直になる
ように取り付けられるLED の基台が提供される。導電層
が、基板に対し垂直であるLED の各端部に設けられ、こ
れらの導電層への電気的接続が行われる。必要であれ
ば、導電材料を取り付ける前に端部の層に塗布し、これ
を溶融して基板への電気的接続を行うことができる。光
はLED の端部ではなく側面から放射される。導電層はLE
D の端部全体を覆うものでもその一部だけを覆うもので
もよい。
【０００７】個々のLED ダイを基板への配置は、まず可
撓性のテープの上の接着材に一時的に取り付けることに
よって行われる。このテープは、テープを曲折させるエ
ッジの回りを通過し、それぞれのダイを列中の次のダイ
に対して順次傾斜させる。この傾斜したダイの１側面を
真空コレットに係合させ、このコレットがLED を接着材
から取り外し、それを取り付ける基板の方に送る。
【０００８】英数字表示のように多数のLED が１つの配
列で用いられる場合、LED を非導電層の窓に取り付けて
２つの導電領域、すなわちこの層の下に形成された導電
領域と、基台の上の他の導電領域との電気的接続を行う
ことができる。
【０００９】
【実施例】発光ダイオード（LED ）はその最も簡単な形
態においてはn 型半導体層12に隣接してp 型半導体層11
を有する。電流がダイオードを流れるとき、これらの層
の間の接合部13から光が放射される。この発明の実施例
においては、LED は放射される光に対して透明な半導体
材料で構成される（たとえばりん化ガリウムは緑の光に
対して透明である。）金属層14がLED の各端部に蒸着さ
れ、ダイオードの電極との間の電気的接触を提供する。
この金属層ははんだを用いることができはんだによって
分解されないことが好適である。ニッケルに金を少量加
えたものが端部層として適当である。図中の各層は必ず
しも一定の縮尺比になっているわけではない。
【００１０】図１に示す実施例では、オプションの追加
機能がある。金属層への電気的接触を行うために熱で流
れる導電性材料の層16がLED の各端部に一時的に塗布さ
れる。かかる材料としてはたとえば低融点はんだがあ
る。これを加熱すると、はんだが融けてLED を基板に固
定すると同時に電気的接触が行われる。他の適当な材料
としては、一部硬化した銀の入ったエポキシ樹脂があ
る。加熱すると樹脂が流れ硬化して個体導体になり、固
定と電気的接触が得られる。この追加された導電材料層
は必要ではなく、接点は以下に説明するように後で設け
ることができる。
【００１１】かかるLED は、半導体材料の薄い結晶ウエ
ハの上に層を形成するという従来の半導体加工技術で製
作される。かかるウエハはn 型あるいはp 型の開始材料
を有し、その上に液相エピタキシアル成長や化学蒸着等
の従来の技術を用いて逆の型の材料が蒸着される。かか
るLED はたとえば200 マイクロメートル程度の厚みを有
するn 型材料の基板と40マイクロメートルの厚みを有す
る蒸着p 型材料層を有する。この半導体ウエハの両面が
次に金属化され、そしてオプションの導電層が用いられ
る場合、これはウエハに加えられる。次に、このウエハ
を切断して図１に示すような個別のLED ダイを作成す
る。
【００１２】発光p-n 接合面はダイの二つの金属化され
た端部に平行である。LED のp 型材料とn 型材料の間の
発光接合部のアノードは通常カソードより金属化された
端部に近い。これはこの基板への第２の層の蒸着は比較
的費用がかかるためである。あるいは、この接合部はダ
イの中央部に配して両方の端部からできるだけ遠ざけて
導電性のダイ取り付け材料がLED の下に流れる場合の短
絡の可能性を低減することもできる。
【００１３】一実施例においては、かかるLED の長さが
（金属層を含み、オプションの導電層16を含まない長
さ）250 マイクロメートルである。このLED の幅はわず
か125平方マイクロメートルである。かかるLED は250
マイクロメートルの厚さのウエハから切り出される。か
かるLED は接合部に垂直な高さより小さい接合部と平行
な幅を有する。取り付け構成上、電極間の短絡の可能性
を最小限にし、コストを低減するためにこれが望まし
い。
【００１４】このLED をその接合部が基板に平行になる
ように基板に取り付ける代わりに、新規なLED ダイは、
その接合部13が基板17に垂直になるように取り付けられ
る（図２および図３）。このLED ランプの実施例では、
基板は長さ1.6 ミリメートル、幅0.8 ミリメートル、厚
さ約0.3 ミリメートルのプリント回路基板の小片であ
る。
【００１５】この基板の各端部には、基板の上面と下面
の間に半円筒状リセス18がある。この基板は上面の領域
19、下面の領域21およびリセスの中の接続領域22ができ
るように金属めっきされている。同様な導電性領域が基
板の各端部に設けられてLEDと関連回路の間の電気的接
触を行うようになっている。外部の電気的接続はこの基
板を従来の方法で“表面実装”することによって行われ
る。
【００１６】かかるランプ基板は従来の加工技術を用い
て製作される。すなわち、比較的大きなプリント回路基
板が構成され、その上面と下面の所望の領域に（無電解
および／または電解）めっきが施され、このプリント回
路基板にスルーホールが開けられる。
【００１７】光結像可能なはんだマスク23の薄い層がこ
のプリント回路基板の上面全体に電気的絶縁として加え
られ、LED の端部の近傍から小さい領域が除去されて、
その下にある金属領域19がはんだマスク中のスルーホー
ルを介して露出される。小量の接着材（図示せず）がプ
リント回路基板のはんだマスクの上に開口部の間に塗布
される。LED の中心部がこの接着材の上に置かれると、
LED は導電はんだ25あるいはポリマーによって基板に固
定されるまで取扱を行い得るようにその位置に付着す
る。LED はその金属化された端部がはんだマスクの穴に
隣り合うように配置される。次に、金属化された端部が
基板の上面の対応する金属化領域19にはんだ付けされ
る。基板へのLED のはんだ付けは溶けたはんだに入れる
かウェーブはんだ付けによって簡単に行うことができ
る。
【００１８】あるいは、LED は露出した金属領域のそれ
ぞれに小さなはんだペーストのビードを着け、このペー
ストを用いてLED を基板に一時的に接着することによっ
て簡単に基板にはんだ付けすることができる。別の同様
な実施例においては、LED は加熱にによって溶融および
硬化させて永久的な接着と電気的接続を行うことのでき
る金属入エポキシあるいは他のポリマーを用いて金属領
域に一時的に接着することができる。
【００１９】最後のステップは透明なプラスティック体
24を用いてLED を上面で封入することである。かかる製
造工程から比較的大きなプリント回路基板が得られ、次
にこれが個々のLED ランプに切断され、図２および図３
に示すように隣り合うランプの端部にめっきされたスル
ーホールの半分が残る。
【００２０】あるいは、基板の端部は平坦にし、金属で
コーティングして基板の下面への電気的接触を提供する
ことができる。平坦な端部と半円筒状のリセスのどちら
を選ぶかはどちらが低コストであるかの問題である。
【００２１】LED を入れる透明体は図２および図３では
矩形のものとして図示されているが、湾曲した外面を有
してレンズとして機能するものとすることもできること
は明らかである。封入体の形状を変更して他の機能を提
供することもできる。たとえば、次に説明する実施例で
は、金属化領域がLED の端部全体を占めないようにし
て、この端部から光がいくらか放射されるようにするこ
ともできる。この封入体に半円筒状あるいは半球状の端
部を用いてランプからの光を横方向に向けるようにする
ことができる。
【００２２】同様に、卵箱型反射器等の反射器をLED の
近傍に設けて光を選択された方向に向けることができ
る。さらに、かかるランプ中に１つ以上のLED を取り付
けることができるのは明らかである。かかるLED は別々
の電気的接続を有していてもよく、あるいはまた必要で
あれば２つのLED を１対の電気的接続上に取り付けるこ
とができ、そのいずれか１つを用いてランプを流れる電
流の方向を制御することによって光を放射することがで
きる。したがって、この技術を用いて複数の色のLED ラ
ンプを製作することができる。
【００２３】LED ダイ上の細かな寸法から、これらを取
扱い、基板上の正しい位置に置くには特殊なハンドリン
グ装置が重要となる。かかる装置のLED 自体に隣接する
部分を図４の概略側面図に示す。この装置には多数の可
動構成要素があり、この装置を動作させるためのさまざ
まなソレノイドシリンダー等は省略されている。これら
はLED ダイの取扱い方法を理解する上で必要がないため
である。
【００２４】この方法と装置を説明する前に、この装置
に用いるためにLED ダイがどのように製作され構成され
ているかを理解する必要がある。上述したように、LED
は発光接合部をウエハの面に平行になるように大きいウ
エハを成長させることによって製作される。ウエハの面
は金属化される。ウエハは両方向に引き伸ばすことので
きる接着テープ上に置かれる。隣り合うLED を互いに分
離するためにウエハに細いスリットが直交方向に切られ
る。次に、テープが両方向に引き伸ばされ、隣り合うLE
D の間の間隔が広げられる。典型的な実施例では、平面
図では約125 平方マイクロメートルのLED はテープが引
き伸ばされたあとは約75マイクロメートル引き離され
る。接着テープ上の半導体装置を取り扱うこの技術は従
来のものであり、したがってここでは図示しない。
【００２５】切断とテープの引き伸ばしの後、分離され
たLED10 は図５に示す第２の接着テープ26に送られる。
これは第２のテープを元のテープに取り付けられたLED
ダイの端部に接触させる。第２のテープの上の接着材は
第１のテープ上の接着材より強力であり、したがってテ
ープが引き離されると、LED は第２のテープに着く。第
２のテープはLED の取り扱い中には引き伸ばしできない
ように用いられる。厚さ25マイクロメートルのポリエチ
レンテレフタレートからなり、厚さ約50マイクロメート
ルまでの接着材層を有するものがこのテープとして適当
である。半導体装置の取り扱いに適したテープは商業的
に入手することができる。
【００２６】かかるテープから半導体デバイスを取り外
し、それを基板の任意の場所にセットする装置はすでに
存在する。しかし、かかる装置はテープに平行な接合部
を有するデバイスを取り上げ、その接合部を基板に平行
にセットするものである。ここに説明したLED に必要な
のは、接合部が基板に垂直になるようにLED を回転させ
る装置である。これは、LED をそれが回転するときに１
つの装置から他の装置に渡すのではなく、単一の動作で
行うことが好適である。図４に示す装置は単一の動作で
LED を接合部が基板に対して垂直な状態で基板に載置す
ることができる。
【００２７】LED が取り付けられたテープは水平な“ナ
イフ”28の刃先に巻かれ、ナイフエッジにぴったりと当
たったテープに十分な張力が加えられる。このナイフは
一方の面が基本的に基板に平行な状態で基板17の上にわ
ずかな距離をおいて配置される。他の面はこのエッジか
ら５゜の角度で外れている。一実施例において、このナ
イフエッジの厚みは125 マイクロメートルであり、エッ
ジと各面の間には50マイクロメートルの半径がある。か
かる寸法は上述した様な厚みとLED とを有するテープに
適している。LED 等が異なる場合、他の寸法とすること
ができる。好適には、このテープは最低150 ゜の角度で
曲げられ、LED の適当な回転と下の基板からのクリアラ
ンスが得られる。
【００２８】このテープはLED の列がエッジに到達し、
図４および図５のLED ダイ29によって示すようにエッジ
のまわりを回転するまでナイフエッジをまわって進めら
れる。テープ上のLED を分離し、テープをナイフエッジ
の部分で曲げると、LED29 はナイフの上面に残ったLED
に対して約90゜回転する。好適には、光学系（図示せ
ず）で回転した列のLED を観察し、テープ駆動装置にフ
ィードバックを行ってLED を正しい位置に配置するのに
必要なテープの前進あるいは後退を行う。さらに、ナイ
フは、列の中のLED ダイを正しい位置に配置するために
エッジに平行な方向に（すなわち、図４に矢印で示すよ
うに紙の内外に）移動することができる。このナイフの
下の水平基板17もまたX 方向とY 方向に移動可能であ
り、したがってLED を受ける正しい位置はテープ上のLE
D の真下に来る。
【００２９】テープがナイフエッジに巻きついたとき真
空コレット31がテープの直後に垂直移動を行うべく位置
決めされる。この真空コレットの端部は水平であり、LE
D ダイの１つの長さとほぼ同じ幅を有する。真空通路32
がこのコレットを貫通して伸長する。
【００３０】LED 支持フィンガー33が、水平方向に移動
しうる位置に取り付けられ、このフィンガーの端部がナ
イフエッジ上のLED の下に来るようにされる。このフィ
ンガーは垂直方向に移動すると同時に水平方向にも短距
離だけ揺動しうるアーム34上に取り付けられる。
【００３１】この装置を動作させる方法は図６を参照し
て理解することができる。ダイがほぼ水平で、真空コレ
ットの真下になるようにテープとナイフエッジを移動さ
せることによってLED ダイが位置決めされると、コレッ
トは、図6(a)に示すようにダイに向かって下向きに移動
され、図6(b)に示すようにダイに接触する。支持フィン
ガーは水平ダイの真下の位置に水平方向に移動する。こ
のフィンガーは同時に少し上向きに移動することがで
き、それによってダイとフィンガーの間の距離が小さく
なる。
【００３２】このフィンガー33がその位置にあるとき、
コレット31が下向きに移動し、図6(c)に示すようにダイ
29をテープから離してフィンガー33の方に回転させる。
LEDダイ29はテープ上の接着材から剥離されると、基本
的には図6(d)に示すように支持フィンガー33と真空コレ
ット31の間に保持される。コレット31の真空通路を介し
て引き込まれた真空によってLED ダイ29は支持される。
このフィンガー33はダイ29の回転を最小限にして真空コ
レット31による保持を確実にするための一時的な支持を
提供する。最後に、図6(e)に示すように、このフィンガ
ー33は、コレット31が静止している間ダイ29の下から離
れて下向きに移動され、次いでダイ29の下から横方向に
移動される。
【００３３】次に、コレット31はLED ダイ29を基板に送
るために下向きに移動する。LED ダイ29が基板に当たる
と真空が除かれ、わずかな空気圧が真空通路に加えられ
て、ダイ29が確実に排出され、基板上に残る。次に、こ
のサイクルを繰り返すべくコレット31は上向きに移動し
てナイフエッジ上のLED から離れる。
【００３４】このサイクルによってナイフエッジに巻か
れたテープから基板に一度に１個のLED ダイ29を移動す
る。基板が真空コレット31の下で並進して基板（たとえ
ばプリント回路基板）が連続するそれぞれのダイ29を受
けるための適正な位置に位置決めされる。ダイ29はナイ
フエッジの長さにわたる列に沿って一度に１つずつ取り
外される。１列が完全に取り外されると、このサイクル
をさらに繰り返すべく、テープは十分な距離（約400 マ
イクロメートル）だけ前方に進められて、次のダイ29の
列をナイフエッジをまわってほぼ水平な位置に置く。
【００３５】ダイ29を基板上に載置するためのかかる装
置はきわめて高速に動作し、１秒当たり約２個のダイ29
を載置する。
【００３６】基板への載置の後、LED ダイ29はLED の各
端部の金属化層を基板上の導電領域に接続する低融点は
んだあるいは導電性接着材によってそこに固定される。
【００３７】よく見られるLED の用途としては、英数字
の表示用の５×７の配列がある。基板に垂直な発光接合
部を有するLED ダイ29はかかる配列で取り付けるのに適
している。かかる配列の構成例を図７から図10に示す。
図７はかかるアレーの基台36を示し、この基台はプリン
ト回路基板の小片、ガラス片あるいはセラミック片、あ
るいは可撓性が必要である場合にはプラスティックフィ
ルムとすることができる。５つの平行な金属ストライプ
37がこの基台に蒸着される。これらのストライプに対し
て垂直に７つの金属コネクタパッド38がある。７つのは
んだマスクストライプ39がこれらのコネクタパッドと位
置合わせされた状態でこれらのストライプの上に置かれ
る。はんだマスクストライプは接着テープ片とすること
もでき、あるいはフォトレジストとして蒸着することも
できる。フォトレジストは不要な場所ではエッチングで
除去される。
【００３８】この配列を形成するためのアッセンブリー
の第２の層を図８に別途示し、また図９にはそれが基台
上の位置にある状態を示す。この層はテープ41の層を有
し、このテープ層は図８には透明なものとしてまた図９
には多数の重複する線による混乱を最小限にするために
不透明なものとして示す。このテープの下側の面には、
それぞれがテープの全幅にわたって伸長する７つの金属
トレース42がある。トレースの間には、１列が５個から
なる７列の金属接触パッド43がある。このテープは矩形
窓44の５×７の配列を有する。それぞれの窓44はその一
端が金属化トレースに重なり、他端が接触パッド43のう
ちの１つの上に重なる。
【００３９】LED の配列を有する最終アッセンブリーは
図８に示すテープ片を図７に示す基台の上に重ねること
によって作成される。図９では、このテープの１つの角
（金属トレースあるいは接触パッドではない）が下の金
属およびはんだマスクを図示するために破断された状態
で示されている。このテープは非金属化領域にシルクス
クリーンされた非導電接着材（図示せず）と金属化領域
の間の導電性接着材45によって基台に接着され、テープ
上のトレース42の端部と基台上のコネクタパッド38の間
やテープ上の接触パッド43と基台上のストライプ37の間
等の電気的接触が行われる。
【００４０】テープは７つの金属トレース42の端部が重
なり、基台上のコネクタパッド38と電気的に接触するよ
うに基台に置かれる。トレース42はその上にあるはんだ
マスクストリップ39によって基台上の５つの金属ストラ
イプ37から電気的に絶縁される。テープの下面上のそれ
ぞれの金属接触パッドは基台上の金属ストライプ37上に
重なり、それに電気的に接触する。コネクタパッド38と
ストライプ37の少なくとも１つの端部はテープの端を越
えて伸長し、英数字表示を行うための外部回路への外部
電気接続をなす。
【００４１】LED46 が、テープの窓44のそれぞれに入れ
られ、その金属化された端部はテープの下の接触パッド
と金属トレース42に重なり、その中心部はテープの下の
２つの金属領域の間にわたっている。LED の一部だけを
図９に示す。窓44のいくつかをその下の構造が見えるよ
うに“開いた”状態で示す。LED の中心部は直接的な電
気的接触が起らないようにパッドとトレース42の間にあ
る。LED の金属化された端部はそれぞれ下の金属パッド
あるいはトレース42に接着され、電気的接触とLED の機
械的な固定が行われる。はんだあるいは導電性接着材47
を用いることができる。この実施例では、p-n 接合はLE
D の中心部に示されている。あるいは、これは上述した
ように１つの端部寄りにすることもできる。
【００４２】かかるLED のアレーはかなりの自動化を行
って容易に製作することができる。テープは窓44と長い
列の状態で加えられた金属パッドとトレース42を有す
る。トレース42は各テープ片の端から端まで伸長するた
め、好適にはテープの長手方向に貼られる。それぞれの
LED ダイ29はその２つの金属化された端部が窓44の下の
２つの金属領域に垂直になるように窓44内に配置するこ
とができる。接合部は金属領域の間にあり、基台への取
り付けの前にテープに接着されるとき、短絡の可能性は
ほとんどない。LED ダイ29が窓44に入れられた後、テー
プは十分な熱にさらされ、各ダイ29の端部のダイ29取り
付け材料が流される。ダイ29取り付け材料は加熱によっ
て溶融および硬化する導電性B 段階エポキシとすること
ができる。あるいは、このダイ取り付け材料として低融
点はんだを用いることができる。LED ダイの取り付けに
必要な加熱に耐えるためにポリイミドテープを用いるこ
とができる。
【００４３】ダイが窓44に入れられた後、テープは適当
な長さに切られ、基台上に図示するように配置され、そ
こに接着される。
【００４４】必要であれば、基台は金属化されたストラ
イプ37とパッドを有するガラスとすることができる。ガ
ラスの熱膨張係数はLED ダイの熱膨張係数に比較的近
く、したがって熱サイクルによるストレスが最小限とな
る。さらに、LED の有効接合部は透明領域の上にあり、
LED 表示装置の窓44としてガラスを用いることができ
る。
【００４５】図示するテープと基台の構成に対する代替
的態様は電気的接触を行うことのできる２つの金属トレ
ース42層を有する剛性あるいは可撓性の基板を採用して
いる。LED ダイを個々に配置する代わりに、ダイを（錠
剤カウンタのように）振動によって矩形のキャビティの
アレーに入れることができる。すべてのキャビティがい
っぱいになり、余分なLED が取り除かれると、最終接続
基板がキャビティのアレーの上に置かれ、次にLED がそ
れらが接着される基板に接触するようにこのアレーが反
転される。かかるキャビティは取り付け装置中で繰り返
し使用するように設けるか、あるいは最終LED 表示装置
の窓44の一部とすることができる。かかる取り付け技術
が用いられるとき、LED のアノードとカソードには区別
がなく、これらは直流ではなく交流電流で駆動される。
【００４６】LED が基板上に取り付けられる前に熱で流
れる導電性材料がLED 上の金属層に塗布される一実施例
において、この導電性材料はそれが切断のさいに汚れを
発生しない限りLED ダイが分離される前にウエハに加え
ることができる。汚れが発生する場合、この材料は非常
に軽いエッチングで除去するか、あるいはこの導電性材
料をテープ上の個々のダイに他のテープからの転写によ
って加えることができる。
【００４７】図11は基板に垂直な発光接合部を有する基
板上への取り付けに適したLED の他の実施例を示す。こ
の実施例では、LED は一方の端部寄りにカソード層112
上に蒸着されたアノード材料111 を有する。このアノー
ド層111 はカソード基板112より薄く、したがってp-n
接合はLED の一端に寄っている。このLED のカソード端
は電気的接触を行うための金属化層114 を受ける。
【００４８】アノード端にはLED の端面の一部だけを覆
う金属化パッド151 によって電気的接触が提供される。
たとえば、125 平方マイクロメートルのLED について
は、このパッドはこの幅の半分すなわち約60平方マイク
ロメートルとすることができる。このパッドはLED の１
つの側面の近傍に配置され、したがってLED が取り付け
られた基板に隣り合っている。金属化層114 とパッド15
1 はLED を取り付け、電気的接触を提供するために基板
にはんだ付けされる。
【００４９】この実施例はLED の端面全体が金属化層に
覆われた実施例より約40％多い光を放射する。
【００５０】図12は図11に示すものに類似したLED の他
の実施例を示す。LED 自体は同様であり、アノード層21
1 、カソード層212 、p-n 接合部213 およびカソード端
の金属化層214 を有する。LED のアノード端には金属化
パッド251 が設けられており、その形状は図11に示すパ
ッドとは異なる。この実施例では、金属化パッドはLED
の対向する側面の間に伸長し、その幅はLED の端面の幅
の約30から40％である。たとえば、125 平方マイクロメ
ートルのLED 上では、このパッドは40から50マイクロメ
ートル幅のストライプとすることができる。
【００５１】図12に示す実施例はディップあるいはウェ
ーブはんだに用いることができる。これはぬれ性のある
金属パッドが基板上のLED の全高さに伸長するためであ
る。したがって、このパッドに接触するはんだがパッド
に沿って引かれ、基板へのはんだ付けを確実にする。
【００５２】LED の端部の金属化パッド151 、251 はウ
エハの切断前に従来の方法で蒸着することができる。次
に、フォトレジスト層を用いて所望のパッドを残して金
属化層の一部が除去される。
【００５３】図11および図12に示す２つの実施例はいず
れも“直角”LED ランプでの使用に好適である。かかる
ランプはプリント回路基板の端部の近くに表面実装して
このプリント回路基板の面に平行に光を放射するように
することができる。これらはプリント回路基板の端部に
沿ったインジケータランプとして用いられる。かかるラ
ンプを、この部分的に覆われた端面が照射したい方向に
向けて取り付けることによって、光の強さをかなり増大
させることができる。
【００５４】かかる直角LED はその一端にレンズ構造を
設けることができ、基板に対して垂直な接合部を有する
LED を取り付ける技術によって特殊なミラーやプリズム
を用いることなくレンズに対するかなりの光の放射を提
供することができる。必要であれば、プリズムあるいは
角度の付いたミラーによってさらに強さを増すことがで
きる。
【００５５】また、端面が金属化パッドによって部分的
にのみ覆われた構成は、元のウエハ材料が放射された光
に対して不透明である場合に望ましい。この薄い溶着層
は透明であり、端面から放射される光はLED から放射さ
れる光のかなりの部分を占める。光出力をさらに大きく
するにはN 型およびP 型材料の両方が透明であることが
好適である。
【００５６】図13はLED の１つの面への電気的接触が端
面の全面積以下で行われる他の実施例を示す。この実施
例では、LED はp 型層311 とn 型層312 とその間のp-n
接合部313 を有する。カソード端は上述したような金属
化層314 でコーティングされている。あるいは、この層
はLED のアノード端の金属化層352 と同様な方法で作成
される。
【００５７】アノード端には、反射を提供するための薄
いシリカ層がある。小さな穴354 がシリカ層にエッチン
グされ、したがってアノードとシリカの上に溶着された
金属層353 の間は穴を介して電気的接触がある。電気的
接続がある場合のオーム接触は基本的には放射された光
を吸収する。このとき、シリカ層は反射を可能にし、そ
れによってこのLED の光出力は、反射のための層がなく
端面全体が金属化される場合に比べて増強される。
【００５８】このような“ポルカドット”のパターンは
位置を問題とすることなくLED の端部に設けることがで
きる。したがって、シリカの穴のエッチングに用いられ
るフォトレジストマスクは機能に影響を与えることなく
横方向にずらすか、あるいはLED に対して傾斜させるこ
とができる。このような位置変更にかかわりなく、ダイ
の端面にほぼ同じ接触面積が提供される。穴が面の端に
かかっても問題はない。
【００５９】かかる構成は、基板へのLED のはんだ付け
の信頼性を高めるために、LED のそれぞれの端部に全体
が金属化された端面を提供する。しかし、放射される光
は反射層に“ポルカドット”パターンの電気的接点を有
していないLED に比べて増強される。
【００６０】発光接合部が基板に対して垂直な状態で取
り付けられた微小なLED は多くの利点を有する。上述し
たように、かかるLED は小型化しうるためウエハあたり
のLED 生産量が上がり、それによってコストが低下す
る。かかるLED は特に直角LEDランプに適している。こ
のLED はさまざまな基板に取り付けることができる。ワ
イヤボンディングを必要としないため、基板の金属化に
ワイヤボンドの接着に適する厚い金の層を必要としな
い。さらに、高価なワイヤボンディング装置を必要とし
ない。ワイヤボンディングを行わないため、信頼性や生
産性も改善される。
【００６１】図14は図４に示すものと類似した装置の部
分概略図である。図示した装置はLED 等の半導体ダイを
基板に対して回転させることなく基板に取り付けるのに
適している。かかる装置はダイを接着テープから取り外
して基板に載せる際の移動距離が短いという利点があ
る。
【００６２】従来の半導体ダイの基板への搭載、たとえ
ば発光接合部が基板に対して平行なLED の搭載において
は、真空コレット31を降下させて接着テープ上のダイの
面を保持する。真空コレットが持ち上げられてダイをテ
ープから取り外し、テープの端を通過して横移動され
る。次に、真空コレットはダイを基板に載せるために下
げられ、その後コレットは戻って他のダイをピックアッ
プする。従来の装置では、テープが装置に供給され、真
空コレットの横方向の走行はかなりの距離に及んでい
た。この走行は時間をとり、またダイを基板に搭載する
時間を制約するため、走行距離を最小限にすることが望
ましい。
【００６３】図14に示す装置ではダイを接着材から取り
外しそれを基板に搭載するのに真空コレットの非常に短
い移動距離が用いられる。
【００６４】この装置では可撓性テープ61がナイフエッ
ジ62に巻かれ、このナイフエッジの少なくとも下面はLE
D ダイ64が搭載される基板63に平行である。この実施例
では、LED の発光接合部66はテープ上の接着材に平行で
ある。LED はテープがエッジに巻かれるのにともなって
前進する。
【００６５】LED がテープが屈曲するエッジに近づくと
真空コレット63がLED の上面に係合する。この真空コレ
ットによって加えられる真空はダイを接着材から取り外
すのに十分であればよい。十分であれば、コレットは単
にエッジから十分な距離だけ横に離れ、エッジを離れて
次にLED を基板に搭載するために基板に向かって降下す
る。
【００６６】真空コレットが簡単に上下し、また水平方
向に移動してLED を接着材から取り外し、またそれを基
板に搭載することができるようにナイフエッジの上面が
基板に対して平行であることが望ましい。図４に示すよ
うにナイフエッジの上面と下面が平行でない場合、真空
コレットをさらに少し回転させることが必要なことがあ
る。
【００６７】また、一時支持フィンガー3368を用いてダ
イをテープ上の接着材から取り外すのを補助することが
できる。このフィンガー33は、接着材の近傍のダイの面
がこのフィンガー33と係合し、テープが屈曲するときダ
イがテープから“剥離”されるように、水平方向に送ら
れてテープに近接する。ダイが真空コレットによって確
実に係合されると、このフィンガー33は真空コレットと
ダイを基板に向かって前進させられるように後退させる
ことができる。支持フィンガー33が後退するときにクリ
アランスを確保するためにこの一時支持フィンガー33を
少し下げるか、あるいは真空コレットを上げることが望
ましい場合がある。
【００６８】かかる一時支持フィンガーはナイフエッジ
の上面が基板に平行でないときに必要な場合がある。そ
れは、ダイが真空コレットによってしっかりと係合され
るまえに支持フィンガーによって完全に取り外される可
能性があるためである。支持フィンガーはダイを支持す
るための水平な面を提供し、また真空コレットによる係
合のためにダイの上に水平か上面を提供し、それによっ
てコレットの回転運動を不要にする。
【００６９】基板へのLED への搭載について説明した
が、ここに説明した装置は他の種類の半導体ダイの基板
への搭載にも用いうることは明らかである。これらはデ
ィスクリート部品や小型の集積回路およびLED 等であ
る。接着テープからのダイの取り外しとその基板への搭
載の間の移動距離を短くすることの利点はこの場合にも
等しくあてはまる。
【００７０】発光接合部が基板に対して垂直な状態で取
り付けられたLED について限られた実施例を説明し図示
したが、当業者にはさまざまな改造や変更が可能である
ことは明らかである。たとえば、屈曲したテープ片上で
傾斜したダイは基板に垂直な対向する側面を摩擦係合し
てダイが基板に向かって移動する際にこれを保持するこ
とによって接着材から取り外すことができる。また、エ
ッジの周囲での屈曲のためにダイを引き伸ばし可能なテ
ープから引き伸ばしできないテープに移動する必要はな
い。したがって、LED を取り外しを行う位置に置くため
にウエハの切断時に用いられた同じテープをナイフに巻
くことができる。
【００７１】ここに説明し図示した英数字アレーはLED
や採用することのできる他の装置のさまざまな構成のう
ちの１つにすぎない。基板に垂直な発光接合部を有する
LEDはたとえば７セグメントの数表示装置、メッセージ
パネルアレー、多チップアナンシエータ、あるいはワイ
ヤリードフレーム等に用いることができる。かかる装置
の取り付け構成は図示する５×７のアレーとは大きく異
なっており、それより簡単である。
【００７２】したがって、添付クレームの範囲内でこの
発明はここに具体的に説明した以外の態様で実施するこ
とができる。
【００７３】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、発光ダイオ
ードの基板への実装が、一つの真空コレットにより効率
よく行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導電性接着材の層を有するLED の一実施例の斜
視図である。
【図２】ランプに取り付けられたかかるLED の平面図で
ある。
【図３】図２に示す取り付け構造の縦方向の断面図であ
る。
【図４】個々のLED を取り付けるための装置の部分概略
図である。
【図５】図４の装置に用いるテープ上に取り付けた複数
のLED を示す。
【図６】テープからLED を取り外す手順の概略を示す。
【図７】アレー状のLED を受けるための導電領域を有す
る基台を示す。
【図８】LED を位置決めするための層を示す。
【図９】図７の基台の上に重ねられた図８の層を示す。
【図１０】基台の上のLED 例の縦方向の断面図である。
【図１１】光出力のより大きいLED の他の実施例の斜視
図である。
【図１２】さらに別のLED の実施例の斜視図である。
【図１３】この発明の原理にしたがって構成された他の
LED の実施例の斜視図である。
【図１４】LED 等の個々のチップを取り付ける装置の部
分概略図である。
【符号の説明】
10、29:LED 11: ｐ型半導体層 12: ｎ型半導体層 13: 接合部 14: 金属層 16: 導電性材料の層 17: 基板 26: 接着テープ 28: ナイフ 31: 真空コレット 33:LED支持フィンガー 34: アーム
フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ウエビング アメリカ合衆国カリフォルニア州パロアル ト・トールウエイ665 (72)発明者 トーマス・ファジャード アメリカ合衆国カリフォルニア州サンタク ララ・ロンドンデリードライブ3584 (72)発明者 ジェリー・ディー・クレガー アメリカ合衆国カリフォルニア州クーパチ ーノ・ミラードレーン21485

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板と、 前記基板に対しほぼ直角にされる発光接合部を備えた発
    光ダイオードであって、その両端に前記基板に対しほぼ
    直角にされる導電層を備えたものと、 前記発光接合部を前記基板にほぼ直角とし、前記導電層
    を前記基板の導体領域に接続させて前記基板上に前記発
    光ダイオードを実装する手段と、 からなることを特徴とする光源。
  2. 【請求項２】前記導電層の少なくとも一方は、該発光ダ
    イオードの端面から発光するよう該端面の一部を露出し
    て備えられることを特徴とする請求項１記載の光源。
  3. 【請求項３】基板と、 前記基板に実装された発光ダイオードであって、ｐ型材
    料の層と、前記ｐ型材料の層と隣接して設けられるｎ型
    材料の層であって、前記ｐ型材料の層との間に発光接合
    部を形成してなるものと、前記ｎ型材料の層における前
    記発光接合部と反対側の面に設けられた導体層と、前記
    ｐ型材料の層における前記発光接合部と反対側の面に設
    けられた導体層とからなるものと、 前記発光接合部を前記基板にほぼ直角とし、前記導体層
    を前記基板の導体領域に接続させて前記基板上に前記発
    光ダイオードを実装する手段と、 からなることを特徴とする光源。
  4. 【請求項４】前記導体層の少なくとも一方は、該発光ダ
    イオードの端面から発光するよう該端面の一部を露出し
    て備えられることを特徴とする請求項３記載の光源。
  5. 【請求項５】ｐ型材料の層と、 前記ｐ型材料の層と隣接して設けられるｎ型材料の層で
    あって、前記ｐ型材料の層との間に発光接合部を形成し
    てなるものと、 前記ｎ型材料の層における前記発光接合部と反対側の面
    に設けられた導体層と、 前記ｐ型材料の層における前記発光接合部と反対側の面
    に設けられた導体層と、 前記各導体層の外側に設けられた熱溶解性の導体材料の
    層と、 からなることを特徴とする光源。
  6. 【請求項６】基板上に発光ダイオードのダイを実装する
    方法において、 前記発光ダイオードのダイを、可撓性テープの接着面に
    整列させて一時的に取り付ける工程と、 前記可撓性テープを曲折させて順次前記各ダイを次のダ
    イに対して傾ける工程と、 前記接着面から前記傾いたダイを取り出す工程と、 前記取り出されたダイを前記基板側へ進める工程と、 からなることを特徴とする発光ダイオードのダイの実装
    方法。
  7. 【請求項７】基板上に発光ダイオードのダイを実装する
    方法において、 前記発光ダイオードのダイを、可撓性テープの接着面に
    整列させて一時的に取り付ける工程と、 前記テープを曲折させ順次前記各ダイを次のダイに対し
    て傾けるようエッジの周りに、前記テープを通過させる
    工程と、 前記傾いたダイを支持し前記接着面から取り外すよう該
    ダイのの側面を真空コレットに接触させる工程と、 前記真空コレットで前記ダイを前記基板側へ進める工程
    と、 からなることを特徴とする発光ダイオードのダイの実装
    方法。
  8. 【請求項８】前記ダイを真空コレットに接触させている
    間、該接触面と反対側の前記ダイの側面を一時的に支持
    する工程と、前記ダイを前記基板側へ進める前に前記一
    時的な支持を取り除く工程を含むことを特徴とする請求
    項７記載の発光ダイオードのダイの実装方法。
  9. 【請求項９】前記真空コレットと前記一時的な支持との
    間の領域にある各ダイの位置を検出する工程と、該領域
    の所定の位置に前記ダイを位置させるため前記テープを
    前後に移動させる工程を含むことを特徴とする請求項８
    記載の発光ダイオードのダイの実装方法。
  10. 【請求項１０】伸縮自在の接着性基台上に半導体ウエハ
    を実装する工程と、 前記半導体ウエハを個々の発光ダイオードのダイに切断
    する工程と、 前記接着性基板を伸長させて前記各発光ダイオードのダ
    イを相互に離す工程と、 非伸縮性テープ上の接着面へ前記発光ダイオードのダイ
    を移す工程と、 前記テープを通過させる工程で、前記非伸縮性テープを
    用いる工程と、 からなることを特徴とする請求項７、８又は９記載の発
    光ダイオードのダイの実装方法。
  11. 【請求項１１】前記テープ上に、前記エッジと直角の複
    数の列でかつ前記エッジと平行な行で、複数のダイを配
    列して、前記真空コレットの前に前記行にある個々のダ
    イを位置させるよう前記テープを移動させると共に前記
    エッジを真空コレットに対し横方向に移動させる工程を
    含むことを特徴とする請求項７、８、９又は１０記載の
    発光ダイオードのダイの実装方法。
  12. 【請求項１２】基板上に半導体のダイを実装する方法に
    おいて、 前記半導体のダイを、可撓性テープの接着面に整列させ
    て一時的に取り付ける工程と、 前記ダイが配置される基板の領域に近接するエッジの周
    りに、前記テープを曲折させて、前記曲折させたテープ
    のエッジに順次各ダイを搬送する工程と、 前記曲折させたテープのエッジ近傍で、前記接着面から
    ダイを取り出す工程と、 前記曲折させたテープのエッジを越えて前記基板側へ、
    前記ダイを進める工程と、 からなることを特徴とする半導体ダイの実装方法。
  13. 【請求項１３】前記ダイの表面に真空コレットを接触さ
    せて前記接着面から前記ダイを取り出し、前記基板側へ
    進めることを特徴とする請求項１２記載の半導体ダイの
    実装方法。
  14. 【請求項１４】前記真空コレットの接触面と反対側の側
    面に一時的に支持体を接触させて、前記接着面からダイ
    を取り出すことを特徴とする請求項１３記載の半導体ダ
    イの実装方法。
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