TWI758594B

TWI758594B - 轉印基板及使用其之安裝方法、以及圖像顯示裝置之製造方法

Info

Publication number: TWI758594B
Application number: TW108110276A
Authority: TW
Inventors: 橋本靖典; 朝日昇
Original assignee: 日商東麗工程股份有限公司
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2022-03-21
Also published as: TW202004933A; JP2019175978A; JP6926018B2; WO2019188105A1

Abstract

本發明提供一種轉印基板，其用以於將以密集之狀態配置之晶片零件隔開特定間隔並安裝於配線基板上時，確實地安裝於特定位置而晶片零件不會破損。具體而言，本發明提供一種轉印基板，其係用於將具有凸塊電極之複數個晶片零件自形成有上述凸塊電極之面之相反側進行保持，並轉印至具有與上述凸塊電極連接之電極之配線基板上而安裝者，且具備基底基板、及形成於基底基板上且保持上述晶片零件之接著層，上述基底基板所使用之材料滿足楊氏模數1GPa以上、軟化溫度200℃以上、熱導率1W/m‧K之條件，上述接著層熔點為200℃以上，且藉由反彈式硬度計所測得之里氏硬度為基底基板之里氏硬度之50%以上90%以下。

Description

轉印基板及使用其之安裝方法、以及圖像顯示裝置之製造方法

本發明係關於一種用以轉印晶片零件之轉印基板、及使用該轉印基板將晶片零件安裝至配線基板之安裝方法。

藉由微細加工技術之進步而獲得之半導體晶片之微小化、或藉由LED(light emitting diode，發光二極體)之發光效率提高而獲得之LED晶片之小型化正在發展。因此，可於1塊晶圓基板密集地形成半導體晶片或LED晶片等許多晶片零件。

近年來，存在如圖8(a)般將密集地形成於晶圓基盤W上且經切割之晶片零件C隔開特定間隔於配線基板S上進行重新排列，並以高速高精度進行安裝之(圖8(c))用途。例如，於作為圖像顯示裝置而備受關注之微型LED顯示器製造中，需要將幾百萬個LED晶片隔開間隔並安裝於TFT(thin-film transistor，薄膜電晶體)基板之特定位置。

再者，將表示晶圓基板W之剖面之圖8(b)及表示配線基板S之剖面之圖8(d)的放大圖示於圖9(a)及圖9(b)，為了讓配線基板S之電極(未圖示)確實地接合晶片零件C之凸塊電極B，而需要誤差幾μm左右之精度。

因此，對如下製程進行了各種研究，即，將如圖8(a)般密集地形成於晶圓基板W上之晶片零件C如圖8(c)般隔開特定間隔(圖8(c))並高精度地安裝於配線基板S。

其中，對雷射剝離(以下，記為LLO法)進行了大量研究(例如專利文獻1)。

於圖10中示出了藉由LLO法將晶片零件C自晶圓基板W轉印配置於配線基板S之例。圖10(a)表示對左端之晶片零件C照射雷射光L，而轉印至配線基板S之狀態。此處，左端之晶片零件C被對準於配線基板S之特定位置上部。又，圖10(a)中之雷射光L之波長選自適合將晶片零件C自晶圓W剝離之範圍中。例如，若使用由晶片零件C之素材吸收之波長，則藉由伴隨於溫度上升而素材分解所產生的氣體將晶片零件C自晶圓基板W剝離。

圖10(b)表示藉由雷射光L之照射而自晶圓基板W剝離之左端之晶片零件C已被轉印至配線基板S之狀態。此處，左端之晶片零件C由於被轉印至正下方，故而配置於配線基板S之特定位置。再者，只要將伴隨著轉印之晶片零件向正下方之移動距離d設為較晶片零件C與凸塊B之高度之合計更大，則即便將晶片零件C轉印至配線基板S亦可使晶圓基板W沿水平方向移動。

圖10(c)表示於雷射光L之正下方配置接下來應轉印之晶片零件C與配線基板S之特定位置後，照射雷射光L之狀態。藉由該雷射照射，而與先前轉印配置之晶片零件C隔開間隔，並將下一晶片零件C轉印配置於配線基板S之特定位置。

以下，亦可於雷射光L之正下方隨時配置應轉印之晶片零件C與配線基板S之特定位置(應供安裝晶片零件C之位置)並轉印晶片零件C，藉此進行如圖8(c)所示之晶片零件C向配線基板S之轉印配置。

然而，如圖10(a)至圖10(b)所示般，為了將晶片零件C自晶圓基板W剝離，而對晶片零件C施加自雷射光L所獲得之較大之能量。因此，於圖10(b)所示之移動距離d之間，晶片零件C亦以被加速之狀態到達配線基板S。另一方面，配線基板S之電極部分為金屬，由於被加速之晶片零件C之凸塊電極B與金屬電極相接時之衝擊，故而亦有如圖11般晶片零件C破損之情況。為了緩和此種衝擊，亦考慮預先將(密封所使用之未固化之)熱固性接著劑被覆於晶片零件C之凸塊或配線基板C之電極，但被覆厚度為5μm以下，不足以緩和衝擊。

如上所述般，由於在自晶圓基板W直接轉印至配線基板S時，施加至晶片零件C之衝擊較大，故而另外使用轉印基板之轉印方式得以普遍化。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2010-161221號公報

於使用轉印基板之轉印方式中，首先如圖12(a)所示般，使第1轉印基板1密接於晶圓基板W之晶片零件C，藉由雷射光等將晶片零件C剝離並轉印至第1轉印基板1。再者，第1轉印基板1於保持晶片零件C之側具有接著性。此處，晶片零件C係以與第1轉印基板密接之狀態下進行轉印，因此無需加速而被轉印至第1轉印基板1上。

且說，如圖12(b)所示般，於第1轉印基板1中晶片零件C之凸塊B密接，因此即便於該狀態下將晶片零件C轉印至配線基板S，亦無法使凸塊B與配線基板S之電極接觸。因此，如圖12(c)般，將第1轉印基板1 之晶片零件C再次轉印至第2轉印基板2。再者，第2轉印基板2於保持晶片零件C之側具有接著性。

經由以上步驟，而如圖12(d)般，第2轉印基板2保持晶片零件C之與凸塊B相反側。此處，藉由調整第2轉印基板2與晶片零件C之接著性，藉由以如圖12(d)般保持有晶片零件C之轉印基板2代替圖10之晶圓基板W，可緩和轉印時之晶片零件C之衝擊。

但是，難以固定地管理所有晶片零件C與第2轉印基板2之接著力，另一方面，需要以將所有晶片零件自第2轉印基板2確實地剝離之方式設定雷射光L之強度。因此，於所有晶片零件C不破損之情況下自第2轉印基板2轉印至配線基板S上是極為困難的。假設於欲設為即便雷射光L為低強度亦可進行剝離之接著力之情形時，存在晶片零件C自第2轉印基板2自然剝離、或轉印時產生位置偏移之顧慮。

本發明係鑒於上述問題而成者，提供一種用以於將以密集之狀態配置之晶片零件隔開特定間隔並安裝於配線基板上時，確實地安裝於特定位置而晶片零件不會破損之轉印基板及轉印基板及使用其之安裝方法、以及圖像顯示裝置之製造方法。

為了解決上述問題，技術方案1中所記載之發明係一種轉印基板，其係用於將具有凸塊電極之複數個晶片零件自形成有上述凸塊電極之面之相反側進行保持，並轉印至具有與上述凸塊電極連接之電極之配線基板上而安裝者，且具備基底基板、及形成於基底基板上且保持上述晶片零件之接著層，上述基底基板所使用之材料滿足楊氏模數1GPa以上、軟化溫度200℃以上、熱導率1W/m‧K之條件，上述接著層熔點為200℃以上，且藉由反彈式硬度計所測得之里氏硬度(Leeb Hardness)為基底基板之里氏硬度之50%以上90%以下。

技術方案2中所記載之發明係請求項1中所記載之轉印基板，其使用聚矽氧樹脂或丙烯酸系樹脂作為上述接著層。

技術方案3中所記載之發明係一種安裝方法，其係將經切割之具有凸塊電極之晶片零件轉印至保持上述凸塊電極側之第1轉印基板，並轉印至保持上述凸塊電極之相反側之第2轉印基板之後，轉印至具有與上述凸塊電極連接之電極之配線基板上而安裝，且使用請求項1或請求項2中所記載之轉印基板作為上述第2轉印基板，於將上述晶片零件自上述第1轉印基板轉印至上述第2轉印基板之階段，將上述晶片零件之間隔變更為上述配線基板上之安裝間隔，於自上述第2轉印基板之與保持上述晶片零件之面相反側進行加壓的同時進行加熱之後，將上述轉印基板自上述晶片零件剝離。

技術方案4中所記載之發明係一種圖像顯示裝置之製造方法，其係使用LED晶片作為上述晶片零件，使用TFT基板作為上述配線基板，且使用技術方案3中所記載之安裝方法製造圖像顯示裝置。

藉由進行使用本發明之轉印基板之安裝，可將以密集之狀態配置之晶片零件隔開特定間隔並確實地安裝於配線基板上，藉由利用該轉印基板及安裝方法將LED晶片安裝於TFT基板，可獲得高品質之圖像顯示裝置。

1:第1轉印基板

2:第2轉印基板

3:載台

4:熱壓接頭

20:基底基板

21:接著層

B:凸塊

C:晶片零件

CC:裂痕

d:移動距離

L:雷射光

S:配線基板

W:晶圓基板

圖1係表示本發明之實施形態之轉印基板(第2轉印基板)保持著晶片零件之狀態之圖。

圖2係本發明之實施形態，且(a)係表示自晶圓基板將晶片零件轉印至第1轉印基板上之步驟之圖，(b)係表示晶片零件已被轉印至第1轉印基板上之狀態之圖。

圖3係本發明之實施形態，且(a)係表示自第1轉印基板剝離晶片零件之步驟之圖，(b)係表示晶片零件已被轉印至轉印基板2上之狀態之圖，(c)係表示自第1轉印基板剝離下一晶片零件之步驟之圖，(d)係表示下一晶片零件已被轉印至第2轉印基板上之狀態之圖。

圖4係本發明之實施形態，且(a)係表示已將保持有晶片零件之第2轉印基板配置於配線基板上之狀態之圖，(b)係表示將第2轉印基板所保持之晶片零件熱壓接於配線基板上之狀態之圖。

圖5係本發明之實施形態，且(c)係表示向配線基板之晶片零件之熱壓接結束後之狀態之圖，(d)係表示自晶片零件剝離了第2轉印基板之安裝結束之狀態的圖。

圖6係本發明之實施形態之變化例，且(a)係熱壓接頭於保持有第2轉印基板之狀態下被配置於配線基板上之狀態，(b)係表示向配線基板配線基板之晶片零件之熱壓接結束後之狀態之圖。

圖7係本發明之實施形態，且(a)係表示晶片零件自晶圓基板向第1轉印基板之轉印之俯視圖，(b)係表示晶片零件自第1轉印基板向第2轉印基板之轉印之俯視圖，(c)係表示使用第2轉印基板之向配線基板之晶片零件之安裝的俯視圖。

圖8(a)係表示晶圓基板與晶片零件之俯視圖，圖8(b)係剖視圖，圖8(c)係表示配線基板與晶片零件之俯視圖，圖8(d)係剖視圖。

圖9(a)係晶圓基板與晶片零件之剖面之放大圖，圖9(b)係已將晶片零件安裝於配線基板上之剖面之放大圖。

圖10係對將晶片零件自晶圓基板直接轉印至配線基板上之步驟進行說明者，且(a)係表示自晶圓基板剝離晶片零件之步驟之圖，(b)係表示晶片零件已被轉印至配線基板上之狀態之圖，(c)係表示自晶圓基板剝離下一晶片零件之步驟之圖，(d)係表示下一晶片零件已被轉印至配線基板上之狀態之圖。

圖11係對自晶圓基板剝離之晶片零件因與配線基板之碰撞所引起之衝擊而破損之情況進行說明之圖。

圖12係對使用轉印基板之晶片零件之轉印進行說明者，且係表示將晶片零件自晶圓基板轉印至第1轉印基板上之步驟之圖，(b)係表示晶片零件已被轉印至第1轉印基板上之狀態之圖，(c)係表示將晶片零件自第1轉印基板轉印至第2轉印基板上之步驟之圖，(d)係表示晶片零件已被轉印至第2轉印基板上之狀態之圖。

使用圖式對本發明之實施形態進行說明。圖1係作為本發明之實施形態之轉印基板的第2轉印基板2，且表示保持有晶片零件C之狀態。

如圖1所示般，第2轉印基板2成為如下構成，即，於基底基板20積層有接著層21，接著層21保持晶片零件C之與凸塊B相反之面。

基底基板20係主導第2轉印基板2之機械特性、熱特性者，較理想為尺寸穩定性優異，具有耐熱性並且熱導率較高者。具體而言，較理想為滿足軟化溫度為200℃以上、楊氏模數為1GPa以上且熱導率1W/m‧K以上之條件者。只要為滿足該條件者，便可為玻璃、金屬、陶瓷、或樹脂，無需透光性。

接著層21係保持晶片零件C者，為了緩和自第1轉印基板1轉印晶片零件C之步驟(詳細內容將於下文敍述)之衝擊，而使用較基底基板20更柔軟之材質。作為柔軟性之指標，藉由反彈式硬度計所求出之里氏硬度較佳為基底基板20之50%以上90%以下。又，較理想為熔點為200℃以上。作為具體之主成分，可自聚矽氧樹脂或丙烯酸系樹脂中進行選擇。

以下，使用圖2至圖5說明如下實施形態，即，於直至將晶圓基板W上之晶片零件隔開特定間隔並安裝於配線基板S為止之步驟中，使用圖1所示之構成之第2轉印基板2。

圖2(a)及圖2(b)係對將晶圓基板W上之晶片零件C轉印至第1轉印基板1上之步驟進行說明者，但與圖12(a)及圖12(b)所示之先前技術並無不同。此處，晶片零件C係切割成1邊1mm以下之大小者。於本實施形態之說明中，假定為GaN系LED晶片，但亦可為包含Si等材質之半導體積體電路晶片(IC晶片)。

於GaN系LED中，於積層於藍寶石基板上之GaN層形成有LED晶片。因此，藉由自晶圓基板W之未形成有晶片零件C之側以雷射方式照射光能，使得因吸收光而過熱之GaN層分解而產生氮氣，從而於與藍寶石基板之界面處GaN側剝離。此時，由於第1轉印基板1與晶片零件C密接，故而只要固定第1轉印基板1，就不會對晶片零件C施加衝擊力。

再者，將進行晶片零件C自晶圓基板W向第1轉印基板1之時之俯視圖示於圖7(a)，晶片零件C之間隔仍然維持密集之狀態。

其後，使用圖3說明將晶片零件C自第1轉印基板1轉印至第 2轉印基板2之步驟。且說，與圖12(c)所示之例不同，本發明之特徵在於：於自第1轉印基板1向第2轉印基板2轉印之階段，擴大晶片零件C之間隔，並設為與安裝於配線基板S上時相同。於以俯視圖表示該晶片零件C於第1轉印基板1與第2轉印基板上之配置之差異時，成為圖7(b)那般。此處，晶片零件C於第2轉印基板2上之間隔與配線基板S相同，若使第2轉印基板2之晶片零件C與配線基板S之電極側對向，則可將所有晶片零件同時對準於配線基板S之特定位置。

圖3(a)表示如下狀態：自使第1轉印基板1之配置有晶片零件C之面、與第2轉印基板2之接著層21隔開間隔而對向之狀態起，對左端之晶片零件C照射雷射光，而轉印至第2轉印基板2上。此處，第1轉印基板1上之晶片零件C(之非凸塊面)與接著層21之間隔需要預先設為較包含凸塊B之晶片零件C之高度更大。其原因在於：由於利用第1轉印基板1與第2轉印基板2來變更晶片零件C之間隔，故而需要於將第1轉印基板1與第2轉印基板2對向配置之狀態下在面方向上變更相對位置。

於圖3(a)中，雷射光L係對晶片零件C之凸塊面側進行加熱並自第2轉印基板2釋出者，較佳為由構成晶片零件C之GaN吸收之波長。但是，作為第1轉印基板1之與晶片零件C之接著層，只要可使用吸收光而釋出氣體之材質，便可根據接著層之素材選擇雷射光之波長。

圖3(b)表示已照射雷射光L之晶片零件C自第1轉印基板1釋出並被保持於第2轉印基板2上之狀態。此處，晶片零件C雖稍微隔開，但於第1轉印基板1與第2轉印基板2之空間內被加速，並到達第2轉印基板2。因此，第2轉印基板2之接著層21需要緩和晶片零件C到達時之衝擊。因此，對晶片零件C到達第2轉印基板2時不發生破損之條件進行探索，結果如上所述，發現藉由反彈式硬度計所求出之里氏硬度為基底基板20之50%以上90%以下這一條件。於該值超過90%之情形時，存在晶片零件破損之情況。另一方面，關於未達50%，雖無晶片零件破損之情況，但存在於後續步驟中進行加熱時因黏性等而產生不良狀況之情況。

圖3(c)表示如下狀態：以於雷射光之正下方配置下一個應轉印之晶片零件C與第2轉印基板2之特定位置(與先前轉印之晶片零件C存在特定間隔)之方式，對第1轉印基板1與第2轉印基板2之相對位置進行調整後，照射雷射光L。藉由該雷射照射，而與先前轉印配置之晶片零件C隔開特定間隔並將下一晶片零件C轉印配置於第2轉印基板2上(圖3(d))。

以下，亦可藉由於雷射光L之正下方隨時配置應轉印之晶片零件C與第2轉印基板2之特定位置並轉印晶片零件C，而於如圖1所示之轉印配置有晶片零件C之第2轉印基板2上獲得晶片零件C。

使用圖4及圖5說明使用該第2轉印基板2將晶片零件C安裝於配線基板S之情況。

圖4(a)表示於將配置於載台3上之配線基板S上之晶片安裝位置與晶片零件C對準之狀態下，配置了第2轉印基板2之狀態。此處，第2轉印基板2上之晶片零件配置與配線基板S之晶片零件安裝位置如圖7(c)所示之俯視圖般，可將配置於第2轉印基板2上之所有晶片零件同時與配線基板S之安裝位置進行對準。

於該狀態下，自第2轉印基板2之基底基板20側使熱壓接頭4接近，並如圖4(b)般進行加熱壓接，藉此可將晶片零件C與配線基板S之電極進行電性或機械接合而安裝。又，只要預先於晶片零件C與配線基板S之間配置熱固性接著劑，便亦可同時進行晶片零件C之樹脂密封。

再者，加熱壓接係於載台3與熱壓接頭4之間夾住而進行，因此載台3亦可具有加熱功能。

又，於加熱壓接中，若第2轉印基板2熱變形，則會使晶片零件C之安裝精度降低。因此，對於構成第2轉印基板2之基底基板20要求軟化溫度為200℃以上、楊氏模數為1GPa以上且熱導率1W/m‧K以上之條件。又，關於接著層21，必須避免於加熱壓接時發生熔合，因此要求熔點200℃以上之條件。

圖5(c)係圖4(b)之加熱壓接結束後之狀態，且為已使熱壓接頭4上升之狀態，其後，圖5(d)表示已自晶片零件C剝離第2轉印基板之狀態。

於圖4及圖5中，對於在配線基板S上配置了第2轉印基板2後使熱壓接頭4下降而進行加熱壓接之例進行了說明，但作為本實施形態之變化例，圖6表示熱壓接頭4對第2轉印基板2進行吸附保持之例。圖6(a)係熱壓接頭4吸附保持著第2轉印基板2之狀態，且表示已與配線基板S進行對準之狀態，於圖6(b)中表示：於熱壓接結束後使熱壓接頭4上升，藉此亦可同時進行第2轉印基板2自晶片零件C之剝離。

如上所述般，於本發明中，並非藉由LLO法進行晶片零件C自第2轉印基板2向配線基板S之轉印，而是藉由加熱壓接同時進行轉印與安裝。因此，於將晶片零件C自第2轉印基板2轉印至配線基板S上時，不會對晶片零件C造成衝擊。因此，即便配線基板S之素材或電極為較硬者，亦可防止晶片零件C破損。又，於晶片零件C自第1轉印基板1向第2轉印基板2之轉印中使用了LLO法，但藉由適當地選定構成第2轉印基板2之接著層，可緩和向第2轉印基板2之轉印時之衝擊而防止晶片零件C之破損。

因此，於如將許多晶片零件隔開間隔並安裝之用途中，可將步驟內之晶片破損率抑制得極低，亦可大幅度地減少修復所需之成本。因此，本發明適合作為如使用TFT基板作為配線基板且使用LED晶片作為晶片零件之圖像顯示裝置之製造方法，極適合作為使用幾百萬個LED之高品質之圖像顯示裝置之製造方法。