JPH1012932A - 基板を除去したｌｅｄディスプレイ・パッケージおよび製造方法 - Google Patents

基板を除去したｌｅｄディスプレイ・パッケージおよび製造方法

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JPH1012932A
JPH1012932A JP2098397A JP2098397A JPH1012932A JP H1012932 A JPH1012932 A JP H1012932A JP 2098397 A JP2098397 A JP 2098397A JP 2098397 A JP2098397 A JP 2098397A JP H1012932 A JPH1012932 A JP H1012932A
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emitting diode
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JP2098397A
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Chan-Long Shieh
チャン−ロン・シェ
Hsing-Chung Lee
シング−チャング・リー
Paige M Holm
ペイジ・エム・ホルム
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光ダイオード・ディスプレイ・パッケージ
および発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ・パッケ
ージの製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上のＬＥＤアレイは、ＬＥＤアレイ
素子の最上面上に配置されたディスプレイ接続パッドに
導かれた行および列接続パッドを有する。別個のシリコ
ン・ドライバ素子は接続パッドを有し、この接続パッド
は最上面に導かれ、適正に重ね合わされたときに、ＬＥ
Ｄ素子の接続パッドと協同して一致するように配置され
る。ＬＥＤ素子は、標準的なＣ５ＤＣＡを用い、フリッ
プ・チップ・バンプによってドライバ素子に接合する。
ＬＥＤ素子およびドライバ素子（によって規定される空
間内には、アンダーフィル層を配する。ＬＥＤアレイが
元々形成されていた基板は選択的に除去される。ＬＥＤ
ディスプレイ素子から放出される光は、ＬＥＤ素子の残
りのリン化インディウム−ガリウム−アルミニウムを通
過して放出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード・
アレイに関し、更に特定すれば、新規なパッケージング
および発光ダイオード・アレイを駆動電子回路と共にパ
ッケージングする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）は、種々のデ
ィスプレイ、特にＬＥＤの二次元アレイを画像源として
利用する新たな小型仮想ディスプレイにおいて有用であ
る。通常、これら二次元アレイは、５，０００ないし８
０，０００あるいはそれ以上という、多数の発光素子を
含む。具体的な例として、２４０列ｘ１４４行の二次元
ＬＥＤアレイで、合計３４，５６０画素という多数の画
素から成る画像源も存在する。この具体例のアレイ・サ
イズでは、アレイで画像を適正に走査し、活性化し、生
成するには、合計で３８４個の外部相互接続部を必要と
する。このＬＥＤアレイは、描画（グラフィック）およ
び／または英数字を含む完全な画像を形成するために用
いられる。次に、完全な画像は拡大されて、操作者には
少なくとも用紙の標準サイズに見える仮想画像を生成す
る。
【０００３】かかるアレイの生産(productizing)に直面
する主要な問題に、アレイに情報を提供するために必要
とされる、この非常に多数の接続部、即ち、ボンドやパ
ッドを設けなければならないことがあげられる。最大の
欠点は、接続パッドや、これら接続パッドを行および列
に接続するために必要な相互接続ファン・アウト(fanou
t)に必要な半導体ダイ領域が増大することである。アレ
イを構成する半導体チップのプロジェクト・コストの大
部分は、その開始材料(startingmaterial)にあり、２４
０ｘ１４４のアレイにワイヤ・ボンド外部相互接続部を
設ける例では、発光領域（発光ダイオード・アレイ）が
占める領域は、ダイ面積全体の２０％未満に過ぎず、残
りの８０％は接続パッドおよび相互接続ファン・アウト
に必要な部分である。従来の直接チップ取り付け（ＤＣ
Ａ：direct chip attach）ボンディングでは、現在の
技術的状況に伴うパッド・サイズや相互接続ピッチの拡
大のために、この比率をほんの僅かしか改善することが
できない。
【０００４】また、付随する駆動用電子回路を含む半導
体チップ上にも、同様のパッドおよび相互接続ファン・
アウト・パターンを繰り返さなければならないので、大
きなボンディング領域も必要となる。更に、駆動チップ
自体は、多数の相互接続部（本例では３８４個）を収容
できるよう十分に大きくなくてはならない。これら諸々
の結果として、モジュール全体が大型化し、物理的な体
積が小さい方が評価される携帯用電子装置への応用には
魅力のないものとなる。
【０００５】ＬＥＤディスプレイのパッケージングにお
けるパッケージ・サイズの問題を軽減する１つの方法
は、ＬＥＤディスプレイを直接ドライバ基板と一体化す
ることによりパッケージおよびアセンブリを簡略化し、
これによってＬＥＤ素子とドライバ素子双方に対するサ
イズの要件を最少に抑えることである。従来、単一基板
上に実装するか、あるいは光学的に透明な単一基板上に
実装し、データ入力端子を有し、更に発光素子のリード
とのインターフェースのための制御信号出力端子も有
し、発光素子を活性化して、データ入力端子に印加され
たデータ信号に応じた画像を生成する、複数のドライバ
回路および制御回路がある。
【０００６】無機ＬＥＤを用いた構成では、通常、半導
体基板即ち集積回路がプリント基板等の上に実装され、
基板を外部回路に接続するために受け入れられている方
法は、標準的なワイヤ・ボンド技術を用いることであ
る。しかしながら、比較的大きな電気部品または素子の
アレイが形成されている半導体基板を接続する場合、標
準的なワイヤ・ボンド技術では非常に困難になる可能性
がある。例えば、比較的大きな発光ダイオード・アレイ
（例えば、１０，０００個、即ち、１００ｘ１００より
大きな発光ダイオード・アレイ）を、ピッチＰ（中心間
分離）で基板上に形成する場合、基板周囲の接続パッド
は２Ｐのピッチを有することになる。このような結果に
なるのは、基板周囲の対向縁に達する行および列をそれ
ぞれ１つ置きとし、接続パッド間の距離をできるだけ大
きくしているからである。
【０００７】現在、４．８ミルのピッチを有する接続パ
ッドからのワイヤ・ボンド相互接続部が、実現可能なも
のの内で最良である。したがって、上述のような１００
ｘ１００の発光ダイオード・アレイでは、半導体チップ
周囲上の接続パッドは、最少で４．８ミルのピッチを有
し、周囲の各縁に沿って５０個の接続パッドが配される
ことになる。アレイ内に含まれる素子が増大すれば、必
要な接続パッドの数も増え、追加の接続パッドを収容す
るための周囲サイズは更に大きな割合で増大する。即
ち、ボンディング・パッドの最少ピッチは４．８ミルで
あるので、アレイ内の素子のピッチは２．４ミル、即
ち、約６１ミクロンとすれば、基板のサイズに影響を与
えることはない。したがって、素子は６１ミクロンより
小さく製造することが可能であっても、ボンディング・
パッドの最少ピッチが、基板の周囲をそれより小さくす
ることを許さないのである。このことから、基板のサイ
ズはワイヤ・ボンディング技術の限界によって厳しく制
限されていることが直ちにわかるであろう。
【０００８】以上のことからわかるように、ＬＥＤディ
スプレイ素子および半導体チップのサイズに対する制限
を大幅に緩和し、必要な表面領域量の減少を可能とす
る、相互接続およびパッケージング構造ならびに技法が
必要とされている。
【０００９】したがって、これらの問題を克服するＬＥ
Ｄアレイおよび相互接続装置パッケージを製造する方法
を提供することが非常に望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＬＥ
Ｄアレイおよび相互接続装置パッケージを製造する、新
規で改良された方法を提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、新規で改良された、
ＬＥＤアレイおよび大型ＬＥＤアレイを駆動するための
一体化されたドライバ回路のパッケージングを提供する
ことである。
【００１２】本発明の他の目的は、素子アレイの大型化
に対して、必要な半導体チップ面積が少なくて済む、新
規で改良された集積回路を提供することである。
【００１３】本発明の他の目的は、フィル・ファクタ(f
illfactor)を大幅に改善した、新規で改良されたＬＥＤ
アレイおよびドライバ・パッケージを提供することであ
る。
【００１４】本発明の更に別の目的は、従来の方法より
も簡単かつ効率的であり、しかも容易に大量生産レベル
に適合可能な、ＬＥＤアレイおよドライバ・パッケージ
ングを製造する新規で改良された方法を提供することで
ある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上述のおよびその他の問
題の実質的な解決、ならびに上述のおよびその他の目的
の実現は、基板除去を利用する、発光ダイオード・アレ
イおよびドライバ・パッケージの製造方法によって達成
される。本発明において開示されるのは、基板上に形成
されたアドレス可能なＬＥＤ素子のアレイを含み、これ
らＬＥＤアレイが全て行および列に接続されている集積
回路から成るＬＥＤディスプレイ・パッケージである。
本発明のＬＥＤ素子は、更に、ＬＥＤ表示領域上に直接
形成された接続パッドを有し、接続パッドおよびワイヤ
・ボンド相互接続部に必要な余分な領域を最少に抑え
る。また、別個の素子として、主面上に接続パッドが形
成された、シリコン（Ｓｉ）ドライバ素子が設けられて
いる。
【００１６】ＬＥＤ素子は、当該ＬＥＤ素子の表示領域
上に配置された、複数のディスプレイ接続部、即ち、ボ
ンドやパッドに導かれた、複数の行および列接続パッド
を有するように設計されている。シリコン（Ｓｉ）ドラ
イバ・ダイが設けられており、上側主面に導かれる接続
部、即ち、ボンド・パッドを有し、一旦その上に取り付
けられたＬＥＤ素子の接続パッドと協同して一致するよ
うに設計されている。加えて、複数の接続部、即ち、ボ
ンド・パッドが設けられており、外部接続のために、Ｓ
ｉドライバ・ダイの周囲に導かれている。一旦形成され
たＬＥＤ素子は、当技術では既知である、従来からのは
んだバンプ直接チップ取り付け（ＤＣＡ）ボンディング
を利用して、Ｓｉドライバ・ダイにフリップ・チップ状
に取り付けられる。ＬＥＤ素子には、ほぼ全体的にアン
ダーフィルが施されており、パッケージ全体の構造的保
全性を高めている。
【００１７】次に、ＬＥＤを最初に形成したガリウム砒
素（ＧａＡｓ）基板について、アセンブリ全体をエッチ
ングすることにより、または解放層(releaselayer)を選
択的に除去し露出されたリン化インディウム−ガリウム
−アルミニウム（ＩｎＧａＡｌＰ：indium-gallium-alu
minum-phosphide ）のエピ層のみを残すようにエッチン
グすることにより、選択的除去を行う。ＬＥＤから放出
される光は、Ｓｉドライバ・ダイが取り付けられている
方向とは逆の方向に向かう。この方向に光を放出するこ
とにより、典型的な金属線相互接続の干渉が発生しない
ので、輝度が向上し画素のフィル・ファクタが増大する
ために、ディスプレイの性能改善が図られる。加えて、
現在当技術で知られている標準的なワイヤ・ボンド相互
接続部およびサイズの必要性をなくすることにより、歩
留まりの向上およびパッケージング・コストの削減も潜
在的に可能となる。
【００１８】本発明に開示されているように、アレイ上
に必要とされる多数の接続パッドを関連する電子回路の
同数の接続パッドとインターフェースすることによっ
て、アレイをその駆動電子回路と共にパッケージングす
れば、小型のディスプレイおよびドライバ・チップ、全
体的にコンパクトなパッケージ・サイズ、ならびに価格
効率性を維持しつつ、信頼性が高く再現性の高い製造プ
ロセスを得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の特徴であると信じられる
新規な構造は、特許請求の範囲に記載されている。しか
しながら、本発明自体、ならびに他の構造および特徴
は、以下の詳細な説明を添付図面と関連付けて読むこと
により、最良に理解されよう。
【００２０】以下の説明の間、本発明を例示する種々の
図では、ＬＥＤアレイおよびドライバ基板パッケージの
製造における同様の素子および工程は、同様の番号を用
いて識別することとする。
【００２１】具体的に図１を参照すると、発光ダイオー
ド・アレイ上に構成された、発光ダイオード素子から成
る発光ダイオード・ディスプレイ・パッケージ、および
協同するドライバ素子の製造プロセスにおける第１の構
造が簡略断面図で示されている。発光ダイオード素子お
よびドライバ素子は、図１では、バンプ・ボンド接着の
前の個別素子として示されている。図示されているの
は、ＬＥＤアレイ素子１０であり、この素子１０は、構
造的に、基板１２と、基板１２上に形成されたＬＥＤデ
ィスプレイ・アレイ１４とを含む。ＬＥＤディスプレイ
・アレイ１４は、リン化インディウム−ガリウム−アル
ミニウム（ＩｎＧａＡｌＰ）ＬＥＤディスプレイ・アレ
イを形成するための現在既知の方法のいずれかを用いて
形成される。
【００２２】第１の具体例では、図２に示すように、本
発明のＩｎＧａＡｌＰによるＬＥＤ構造を形成するため
のかかる方法の１つは、基板１２を含み、この基板１２
の上面上には、エッチ・ストップ層１５、導電層１６、
第１キャリア閉じ込め層１７、活性層１８、第２キャリ
ア閉じ込め層１９、および導電性キャップ層２０が、こ
の順に配置されている。エッチ・ストップ層１５、導電
層１６、および第１キャリア閉じ込め層１７は、ほぼ透
明とし、基板１２が一旦選択的に除去された後は、活性
層１８から放出された光がこれらの層を通過できるよに
しなければならない。このＬＥＤディスプレイ・アレイ
１４の具体的な製造においては、基板１２はドープされ
ないガリウム砒素（ＧａＡｓ）で形成されているので、
基板１２は半導体である。基板１２表面上に形成されて
いるエッチ・ストップ層１５は、ＡｌＧａＩｎＰのよう
な非導電性物質の透明な層である。典型的に、エッチ・
ストップ層１５は基板１２とは異なる材料から成り、基
板１２の除去を容易にすることを、その主要目的とす
る。あるいは、エッチ・ストップ層１５は、砒化アルミ
ニウム（ＡｌＡｓ）のような材料で形成された解放層
（図示せず）としてもよく、解放層を選択的にエッチン
グで除去することによって、基板１２を残りのＬＥＤエ
ピ層構造から分離する。導電層１６は、エッチ・ストッ
プ層１５の表面上にエピタキシャル成長させたＧａＡｓ
またはＧａＡｌＰの透明な層であり、セレニウム、シリ
コン等のようなドーパントを高濃度にドープされており
（１０18以上）、比較的良好なＮ＋−型導体となってい
る。このＬＥＤディスプレイ・アレイ１４を製造する具
体的方法では、導電層１６は５００オングストローム未
満の厚さに成長させるので、ほぼ透明のままである。第
１キャリア閉じ込め層１７は、導電層１６の表面上にエ
ピタキシャル成長させたリン化インディウム−ガリウム
−アルミニウムの層であり、Ｎ−型半導体型を得るため
に、シリコンがドープされている（１０17−１０18）。
キャリア閉じ込め層１７は、約１，０００ないし８，０
００オングストロームの範囲の厚さに成長させる。活性
層１８は、約１００ないし１，０００オングストローム
の範囲の厚さで、キャリア閉じ込め層１７の表面上にエ
ピタキシャル成長させた、リン化インディウム−ガリウ
ム−アルミニウムの非ドープ層である。第２キャリア閉
じ込め層１９は、活性層１８の表面上にエピタキシャル
成長させ、Ｐ−型半導体型を得るために亜鉛をドープし
た（１０16−１０18）、リン化インディウム−ガリウム
−アルミニウムの層である。この具体的実施例では、キ
ャリア閉じ込め層１９は、約１，０００ないし８，００
０オングストロームの範囲の厚さに成長させる。導電性
キャップ層２０は、キャリア閉じ込め層１９の表面上
に、約２００ないし１，０００オングストロームの範囲
の厚さにエピタキシャル成長させ、亜鉛を高濃度にドー
プして（１０19）、良好なＰ＋−型導体とする。（Ａｌ
xGａ 1-x）0.5Iｎ 0.5Ｐにおけるアルミニウム、ｘの分
子率は、キャリア閉じ込め層１７，１９では約０．７な
いし１．０の範囲であり、活性層１８では、約０．０な
いし０．５の範囲である。ここに開示する具体例におけ
る製造を簡略化するために、層は基板１２全体にわたっ
て、ブランケット層としてエピタキシャル成長させるこ
ととするが、マスキングや選択成長または選択エッチン
グを含む他の方法を利用して、個々の画素の形成および
規定に必要な複数の領域を設けることも可能であること
は理解されよう。
【００２３】勿論、これら種々の層は多くの他の形態で
も得ることができ、本実施例がＩｎＧａＡｌＰによるＬ
ＥＤ構造を開示するのは、形成が簡素であるためである
ことは理解されよう。また、実施例によっては、種々の
特定用途のために付加層を設けることもあるが、ここに
開示する構造は、本開示の目的のためのＬＥＤディスプ
レイ・アレイ１４の基本構造の一例であることを意図す
るものであり、限定を意図するものではないことは理解
されよう。
【００２４】このＬＥＤディスプレイ・アレイ１４の特
定製造方法では、ＬＥＤアレイ素子１０の第１構造が開
示されており、その中には既知のいくつかの方法のいず
れかによってキャップ層２０がキャリア閉じ込め層１９
上に選択的に形成されている。例えば、キャップ層２０
は、ブランケット層としてエピタキシャル成長させ、エ
ッチングのようないずれかの好都合な方法によって複数
の領域を除去し、キャリア閉じ込め層１９の表面を露出
させる。キャリア閉じ込め層１９の露出させた領域は、
露出行領域および露出列領域を規定し、キャップ層２０
の残りの部分をダイオード発光領域のマトリクスに分割
する。
【００２５】また、キャップ層２０は、キャリア閉じ込
め層１９の表面をマスクすることによって、選択的な成
長または堆積も可能であることは勿論理解されよう。い
ずれの方法においても、キャップ層２０は、約５００オ
ングストロームの厚さに過ぎないので、プロセスの平面
性を大きく変化させることはない。このタイプの発光ダ
イオード・アレイおよびその製造方法、ならびに開示さ
れた別の実施例に関する付加情報および更に別の開示
は、"METHOD OF FABRICATION OF IMPLANTED LED"と題
し、１９９５年９月２６日に発行された米国特許番号第
５，４５３，３８６号、およびその分割出願であり現在
係属中の、１９９５年８月１０に出願された、"IMPLANT
ED LED ARRAY AND METHOD OFFABRICATION"と題する米国
出願番号第０８／５１３，２５９号から得ることができ
る。尚、これらは本願と同一譲受人に譲渡されており、
本願でも使用可能である。
【００２６】"ELECTRO-OPTIC INTEGRATED CIRCUIT AND
METHOD OF FABRICATION"と題し、１９９４年５月９日に
出願された米国出願番号第０８／２３９，６２６号とい
う別の継続中の出願、およびその分割出願で、現在係属
中の"ELECTRO-OPTIC INTEGRATED CIRCUIT AND METHOD O
F FABRICATION"と題する、１９９５年８月１０に出願さ
れた米国出願番号第０８／５１３，６５５号は、図２に
示すような、メサ・エッチ処理技術(mesa etched proce
ssingtechnology)を利用して、ＩｎＧａＡｌＰによるＬ
ＥＤアレイ構造を製造する方法を開示している。これら
の出願も本願と同一譲受人に譲渡されており、本願でも
使用可能である。具体的には、開示された構造は、キャ
ップ層２０、第１キャリア閉じ込め層１７、活性層１８
および第２キャリア閉じ込め層１７の部分にエッチング
を行って、二次元アレイ、即ち、行および列のマトリク
スに組織されたメサを形成する、即ち、分離するという
ものである。アレイ内の各メサの上面は、発光ダイオー
ドの発光領域を規定する。
【００２７】前述のように、ＩｎＧａＡｌＰによるＬＥ
Ｄ構造でＬＥＤアレイを製造するための今日では既知の
追加方法のいずれか、および先に名称を上げた方法を、
本発明のＬＥＤアレイ素子１０の製造に利用することが
できる。この明細書全体にわたって、開示の簡略化のた
めに行および列に言及するが、マトリクスまたはアレイ
の行および列は通常物理的な配向によって決まるもので
あるから、これらの用語は完全に相互交換可能であるこ
とは、当業者には理解されよう。
【００２８】図１を更に具体的に参照すると、当技術に
おいて既知のＬＥＤアレイを形成する従来方法のいずれ
かにしたがって形成されたＬＥＤアレイ素子１０は、ル
ーティング・メタライゼーション３３(routingmetalliz
ation)の層を利用して、表示領域２４上に直接配置され
た複数のディスプレイ接続パッド２２に導かれた、複数
の行および列接続部（図示せず）を有するものとして示
されている。パッド２２は、ＬＥＤディスプレイ・アレ
イ１４の表示領域２４上に、列および行形態で形成され
ている。複数のＬＥＤ接点メタライゼーション３５が、
ＩｎＧａＡｌＰのＬＥＤ構造に形成されている。
【００２９】図示のように、シリコン（Ｓｉ）ドライバ
素子２５が設けられており、必要なアレイ・ドライバ、
制御電子回路、およびメモリを全て含み、Ｓｉウエハが
切り出されたときに、完全に機能するディスプレイ・モ
ジュールを形成することができる。このモジュールのこ
とを、本明細書では、ドライバ電子回路２７と概略的に
呼ぶことにする。ドライバ素子２５の最上面２６上に
は、ＬＥＤアレイ素子１０のパッド２２への複数の協同
接続パッド２８が形成されている。接続パッド２２，２
８を、それぞれ表示領域２４およびドライバ素子２５の
最上面２６上に、ほぼ平坦な協同形態(essentially pla
nar cooperative formation)で直接配置することによっ
て、従来のリードのファン・アウト、そしてこの場合は
実際の接続部に必要とされる空間を狭くし、より経済的
な素子の製造を図ることができる。加えて、ＬＥＤ接点
メタライゼーション３５の接点金属は、反射性金属で形
成し、放出された光を目視方向に反射するために使用す
ることができる。このように反射性金属を使用すること
により、横方向の電流の拡散防止に役立ち、光学的反射
によってパワー出力を約２倍に増大することができる。
ドライバ素子２５の接続パッド２８に加えて、複数の外
部相互接続パッド（図示せず）を設けてもよい。
【００３０】この具体例では、ディスプレイ・アレイ１
４は、２４０ｘ１４４画素の解像度を備えたディスプレ
イを有する。したがって、実際の表示領域２４のサイズ
は、約４．８ｍｍｘ２．８８ｍｍである。ディスプレイ
・アレイ１４に必要な接続パッド２２の数は３８４（２
４０＋１４４＝３８４）となる。本発明によれば、接続
パッド２２は、２４ｘ１６のパッド・マトリクス状に形
成されている。同様に、接続パッド２８は、２４ｘ１６
のパッド・マトリクス状に形成されている。接続パッド
２２，２８のマトリクスは各々、ピッチが２００μｍ
（８ミル）の２４列、およびピッチが２２０μｍ（８ミ
ル）の１６行に形成されている。したがって、ＬＥＤア
レイ素子１０とＳｉドライバ素子２５との間のインター
フェースを設けるために必要な実際の領域は、約４．８
ｍｍｘ３．２ｍｍであり、これは、実際のディスプレイ
・アレイ１４の領域において、わずかな増大に過ぎな
い。
【００３１】本発明のＬＥＤディスプレイ／ドライバ・
パッケージ形成におけるこの初期工程の間、パッケージ
の効率を確保するための付加工程を実施することができ
る。即ち、ウエハ・プローブ技法を用いて劣悪なアレイ
を除外しつつ、ディスプレイ・ウエハ上に複数のＬＥＤ
アレイ１４を作成することを開示する。加えて、ＬＥＤ
アレイ素子１０をＳｉドライバ素子２５にフリップ・チ
ップ実装する前に、アレイ・ドライバ回路２７をシリコ
ン・ウエハ上に作成し、検査することにより、劣悪なチ
ップを全て除外することも可能である。
【００３２】図３を参照すると、本発明のＬＥＤアレイ
およびドライバ・パッケージの製造における第２工程が
示されている。即ち、当技術では既知の従来からのはん
だバンプ直接チップ取り付け（ＤＣＡ）ボンディングを
用いて、ＬＥＤアレイ素子１０をシリコン（Ｓｉ）ドラ
イバ素子２５にフリップ・チップ実装することにより、
図示のようなＬＥＤディスプレイ／ドライバ・パッケー
ジ３０を形成する。加えて、代替案として、ウエハ・レ
ベル処理技術を用いて、ディスプレイ・チップ１０とド
ライバ・チップ２５とを取り付けることも開示する。こ
のタイプの発光ダイオード・アレイおよびドライバ・パ
ッケージ、ならびに製造方法、更に開示した別の実施例
に関する付加情報および更に別の開示は、１９９６年１
月１８日に出願した、"LED DISPLAY PACKAGING WITH SU
BSTRATE REMOVAL AND METHOD OFFABRICATION"と題す
る、係属中の米国特許出願番号第０８／５８８，４７０
号において入手可能である。この出願は本願と同一譲受
人に譲渡されており、本願においても使用可能である。
【００３３】先に述べたように、ＬＥＤアレイ素子１０
は、ＬＥＤディスプレイ素子１０（図１に示す）の最上
面２３に配置された複数の接続パッド２２に導かれた、
行および列接続を有するように設計されており、これに
よって、接続パッド２２はＬＥＤアレイ素子１０の表示
領域２４上に直接配置される。Ｓｉドライバ素子２５
は、Ｓｉドライバ素子２５の最上面２６に導かれた、協
同する接続パッド２８を有するように設計され、ＬＥＤ
アレイ素子１０の接続パッドと電気的に接続される。
【００３４】ＬＥＤ素子１０は、当技術では既知の従来
からのはんだバンプ直接チップ取り付け（ＤＣＡ）ボン
ディングを用いて、Ｓｉドライバ素子２５にバンプによ
って接合(bumpbond)されている。組立プロセスにおいて
は、ＬＥＤディスプレイ素子１０をひっくり返し、接続
パッド２２が形成されているＬＥＤアレイ素子１０の最
上面２３を下向きの位置とし、ＬＥＤディスプレイ素子
１０とＳｉドライバ素子２５を適正に一致させたとき
に、接続パッド２２が各々、Ｓｉドライバ素子２５上に
形成された別個の接続パッド２８と接続するように配置
する。
【００３５】Ｓｉドライバ素子２５は、接続パッド２８
上に堆積された、接点材料から成る複数のバンプ３２
（図４および図５参照）を有し、ＬＥＤアレイ素子１０
をＳｉドライバ素子２５に電気的かつ物理的に接続す
る。バンプ３２は、比較的良好な導電体であり、少なく
とも部分的に溶融しリセットする(reset) ことによって
良好な物理的接続を形成可能な材料で形成する。この目
的に利用可能な材料には、金、銅、はんだ、特に高温は
んだ、導電性エポキシ等が含まれる。標準Ｃ５ ＤＣＡ
は本発明のＬＥＤディスプレイ／ドライバ・パッケ−ジ
のバンプ・ボンディングに用いられる。適合性のある金
属(compatible metal)には、組立手順の改善が得られる
ものもあり、例えば、Ｓｉドライバ素子２５の取り付け
パッド２８上の金のメタライゼーションまたは金メッキ
があげられる。
【００３６】図４を参照すると、更に、本発明のドライ
バ素子２５にフリップ・チップ実装されたＬＥＤアレイ
素子１０を示す、拡大簡略部分断面図が示されている。
ＬＥＤアレイ素子１０をＳｉドライバ素子２５にバンプ
・ボンドを用いて取り付けた後に、エポキシまたはポリ
マ材から成るアンダーフィル３４の層を、ＬＥＤディス
プレイ／ドライバ・パッケージ３０のバンプ３２によっ
て形成された領域内に配置、即ち、堆積する。このアン
ダーフィル３４の配置即ち堆積は、よりロバスト性の高
いパッケージ設計を得るためのものであり、一旦基板１
２の除去が行われた後にも（以下で説明する）、アンダ
ーフィル３４がＬＥＤアレイ素子１０の残りのＬＥＤ薄
膜の機械的強度を増強する。
【００３７】次に図５を参照すると、完成された本発明
の発光ダイオードディスプレイ／ドライバ素子パッケー
ジ４０の拡大簡略部分断面図が示されている。図示のよ
うに、本発明のＬＥＤディスプレイ／ドライバ素子パッ
ケージ４０の形成における最終工程は、従来からのエッ
チング技法を用いて行われる、ＬＥＤアレイ素子１０の
基板の選択的除去である。ウエット・エッチング技法ま
たは当技術で利用されている他のエッチング技法のいず
れかを用いて、ドープされないＧａＡｓで形成した基板
１２にエッチングを行う。あるいは、先に述べたよう
に、解放層を内部に形成したＬＥＤ構造を利用すること
も可能である。解放層に選択的なエッチングを行って除
去することによって、基板１２を残りのＬＥＤエピ層構
造から分離する。ＧａＡｓ基板を除去された後、リン化
インディウム−ガリウム−アルミニウム（ＩｎＧａＡｌ
Ｐ）エピ層４２が残される。こうすることにより、ＬＥ
Ｄアレイ素子１０によって発光される光は、ＬＥＤアレ
イ素子１０の背面から放出される。この時点では、ＬＥ
Ｄアレイ素子１０の背面は、ＬＥＤディスプレイ／ドラ
イバ・パッケージ４０の前面となっている。
【００３８】このように基板１２を除去することによっ
て、元々ＬＥＤ素子１０の背面であった部分からの光の
放出が可能となり、ディスプレイ領域２４の最上面２３
を、接続部即ちボンド・パッド領域として使用可能とな
る。先に述べたように、このパッケージ４０の形成によ
って、光を遮る金属線相互接続部がなくなるので、輝度
の向上および画素のフィル・ファクタの増大をもたら
し、表示性能が向上する。
【００３９】次に図６を参照すると、本発明による発光
ダイオード・ディスプレイ／ドライバ・パッケージ４０
の分解等幅図が示されている。より具体的には、行およ
び列のマトリクスに配置された、ＬＥＤ素子１２のボン
ド・パッド２２、ならびに同様に行および列のマトリク
スに配置されたドライバ素子２５のボンド・パッド２８
が示されている。
【００４０】以上のように、主要な問題の多くを克服す
る、新規なＬＥＤアレイ素子およびドライバ・パッケー
ジ、ならびにＬＥＤアレイをその駆動電子回路と共に製
造する方法が開示された。この新規で改良されたＬＥＤ
アレイおよび駆動電子回路パッケージの製造方法は、他
の方法よりも簡単で効率的であり、しかも大量生産レベ
ルにも容易に適合可能である。更に、この新規で改良さ
れたパッケージの製造方法では、従来からのはんだバン
プ直接チップ取り付け（ＤＣＡ）ボンディング技法を用
いて、ＬＥＤアレイ素子１０およびＳｉドライバ素子２
５のパッケージングが可能である。
【００４１】ここに開示した方法の様々な工程は、説明
の目的のために、特定の順序で行われたが、開示した方
法の様々な工程は相互交換可能であり、特定用途におい
ては他の工程との組み合わせも可能であることは理解さ
れよう。更に、開示した方法におけるかかる変更は全て
特許請求の範囲に該当することを十分に意図するもので
ある。
【００４２】これまで本発明の具体的な実施例について
示しかつ説明してきたが、更に別の変更や改良も、当業
者には想起されよう。したがって、本発明はここに示し
た特定形態には限定されないことを望み、特許請求の範
囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない全ての変
更を包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発光ダイオード素子およびドライ
バ素子を示す簡略断面図。
【図２】本発明の発光ダイオード素子の多層実施例を示
す簡略断面図。
【図３】Ｓｉドライバ素子にフリップ・チップ状に取り
付けられた、本発明の発光ダイオード素子を示す簡略断
面図。
【図４】本発明のＳｉドライバ素子に接合された発光ダ
イオード素子のバンプを示す拡大簡略部分断面図。
【図５】本発明にしたがって発光ダイオード素子のＧａ
Ａｓ基板が除去された、発光ダイオード・ディスプレイ
・パッケージの最終パッケージングを示す、拡大簡略部
分断面図。
【図６】本発明による発光ダイオード・ディスプレイ・
パッケージの分解等幅図。
【符号の説明】
１０ ＬＥＤアレイ素子 １２ 基板 １４ ＬＥＤディスプレイ・アレイ １５ エッチ・ストップ層 １６ 導電層 １７ 第１キャリア閉じ込め層 １８ 活性層 １９ 第２キャリア閉じ込め層 ２０ 導電性キャップ層 ２２ ディスプレイ接続パッド ２４ 表示領域 ２５ シリコン・ドライバ素子 ２７ ドライバ電子回路 ２８ 協同接続パッド ３０ ＬＥＤディスプレイ／ドライバ・パッケージ ３２ バンプ ３３ ルーティング・メタライゼーション ３４ アンダーフィル ３５ ＬＥＤ接点メタライゼーション ４０ 発光ダイオード・ディスプレイ／ドライバ素子
パッケージ ４２ リン化インディウム−ガリウム−アルミニウム
・エピ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シング−チャング・リー アメリカ合衆国カリフォルニア州カラバサ ス、パーク・エンセナダ23246 (72)発明者 ペイジ・エム・ホルム アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 イースト・サリナス3714

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光ダイオード・ディスプレイ・パッケー
    ジの製造方法であって：主面（２３）を有する基板（１
    ２）を用意する段階；前記基板（１２）の主面（２３）
    上に、発光ダイオード・アレイ（１４）を形成すること
    により、規定された表示領域（２４）を有する発光ダイ
    オード素子（１０）を形成する段階；および前記発光ダ
    イオード素子（１０）から前記基板（１２）を選択的に
    除去する段階；から成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】発光ダイオード・ディスプレイ・パッケー
    ジの製造方法であって：主面（２３）を有する基板（１
    ２）を用意する段階；前記基板（１２）の主面（２３）
    上に、規定された表示領域を有する発光ダイオード・ア
    レイ（１４）を形成する段階；前記発光ダイオード・ア
    レイ（１４）と電気的に協同する、複数のボンド・パッ
    ド（２２）を形成する段階；シリコン基板上に、複数の
    駆動部品（２７）を有するドライバ素子（２５）を設け
    る段階；前記駆動部品（２７）と電気的に協同し、前記
    発光ダイオード・アレイ（１４）の前記ボンド・パッド
    （２２）に係合するように協同的に配置された、複数の
    ボンド・パッド（２８）を形成する段階；前記発光ダイ
    オード・アレイ（１４）と電気的に協同する前記複数の
    ボンド・パッド（２２）を、前記ドライバ素子（２５）
    の前記駆動部品（２７）と電気的に協同する前記複数の
    ボンド・パッド（２８）にインターフェースすることに
    よって、前記発光ダイオード素子（１０）を前記ドライ
    バ素子（２５）に電気的に接続する段階；および前記発
    光ダイオード素子（１０）から前記基板（１２）を選択
    的に除去する段階；から成ることを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】発光ダイオード・ディスプレイ・パッケー
    ジの製造方法であって：主面を有する半導体材料の基板
    を用意する段階；前記基板の主面上に発光ダイオードの
    アレイを形成することによって、規定された表示領域を
    有する発光ダイオード素子を形成する段階；前記発光ダ
    イオードのアレイと電気的に協同する、複数のボンド・
    パッドを形成し、前記表示領域の最上面上に配置する段
    階；前記発光ダイオードのアレイと電気的に協同する、
    前記複数のボンド・パッドに導かれる、複数の行および
    列接続部を形成する段階；複数の駆動部品が内部に形成
    されているドライバ素子を、シリコン基板上に形成する
    段階；前記ドライバ素子の最上面に導かれる、前記駆動
    部品と電気的に協同する複数のボンド・パッドを形成
    し、前記発光ダイオードのアレイの前記ボンド・パッド
    を係合するように協同的に配置する段階；前記発光ダイ
    オードのアレイと電気的に協同する前記複数のボンド・
    パッドを、前記ドライバ素子の前記駆動部品と電気的に
    協同する前記複数のボンド・パッドに、バンプによって
    接合し、前記発光ダイオード素子を前記ドライバ素子に
    電気的に接続する段階；前記発光ダイオード素子と前記
    ドライバ素子との間に形成される領域に、非導電性材料
    を用いてアンダーフィルを行う段階；および前記半導体
    材料の基板を前記発光ダイオード素子から選択的に除去
    する段階；から成ることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】発光ダイオード・ディスプレイ・パッケー
    ジであって：元々存在しており選択的に除去された基板
    （１２）を有し、規定された表示領域（２４）を有する
    発光ダイオード素子（１０）を形成する、発光ダイオー
    ド・アレイ（１４）；前記発光ダイオード・アレイ（１
    ４）と電気的に協同するように形成された複数のボンド
    ・パッド（２２）；シリコン基板上に形成され、内部に
    複数の駆動部品（２７）が形成されているドライバ素子
    （２５）；前記ドライバ素子（２５）と電気的に協同す
    るように形成された複数のボンド・パッド（２８）；お
    よび前記発光ダイオード・アレイ（１４）と電気的に協
    同するように、前記発光ダイオード素子（１０）の表示
    領域（２４）の最上面（２３）上に配置された前記ボン
    ド・パッド（２２）を、前記ドライバ素子（２５）と電
    気的に協同するように形成され、前記ドライバ素子（２
    ５）の最上面（２６）に導かれる前記ボンド・パッド
    （２８）に電気的に接続する手段；から成ることを特徴
    とする発光ダイオード・ディスプレイ・パッケージ。
  5. 【請求項５】発光ダイオード・ディスプレイ・パッケー
    ジであって：元々存在しており選択的に除去された基板
    （１２）を有し、規定された表示領域（２４）を有する
    発光ダイオード素子（１０）を形成する、発光ダイオー
    ド・アレイ（１４）；前記発光ダイオード・アレイ（１
    ４）と電気的に協同するように形成され、前記表示領域
    （２４）の最上面（２３）上に配置された複数のボンド
    ・パッド（２２）；前記複数のボンド・パッド（２２）
    に導かれ、前記発光ダイオード・アレイ（１４）と電気
    的に協同するように形成された、複数の行および列接続
    パッド（２２）；シリコン基板上に形成され、内部に複
    数の駆動部品（２７）が形成されたドライバ素子（２
    ５）；前記ドライバ素子（２５）と電気的に協同するよ
    うに形成され、前記ドライバ素子（２５）の最上面（２
    ６）に導かれた複数のボンド・パッド（２８）；前記発
    光ダイオード素子（１０）の前記表示領域（２４）の最
    上面（２３）上に配置された前記ボンド・パッド（２
    ２）を、前記ドライバ素子（２５）の最上面（２６）に
    導かれた前記ボンド・パッド（２８）に電気的に接続す
    る、複数のボンド・パッド（３２）；および前記発光ダ
    イオード素子（１０）と前記ドライバ素子（２５）との
    間に規定された領域内に配置されたアンダーフィル層
    （３４）；から成ることを特徴とする発光ダイオード・
    ディスプレイ・パッケージ。
JP2098397A 1996-01-18 1997-01-20 基板を除去したｌｅｄディスプレイ・パッケージおよび製造方法 Pending JPH1012932A (ja)

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