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JP2010177225A - 表面実装型発光素子の製造方法 - Google Patents

表面実装型発光素子の製造方法 Download PDF

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JP2010177225A JP2009014914A JP2009014914A JP2010177225A JP 2010177225 A JP2010177225 A JP 2010177225A JP 2009014914 A JP2009014914 A JP 2009014914A JP 2009014914 A JP2009014914 A JP 2009014914A JP 2010177225 A JP2010177225 A JP 2010177225A
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Abstract

【課題】 組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする表面実装型発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 集合回路基板上に発光素子ウエハ−を圧着してフリップチップ実装し、前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板付発光素子チップを形成し、前記ダイシングされた各回路基板付発光素子チップ同士の間隔を所定の大きさまでエキスパンドした後、前記発光素子チップを覆うように前記発光素子チップから発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有する蛍光樹脂部材を形成し、前記蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングして個々の発光素子に分割する。
【選択図】図1

Description

本発明は表面実装型発光素子の製造方法に関し、特にフリップチップ実装タイプの表面実装型発光素子の製造方法に関する。
近年、青色発光ダイオードを用いて蛍光体を励起した白色光源が開発され、照明用、自動車ランプ用、TV・パソコン用の新市場用途向け等に急速に発光ダイオード(以下LEDと記載する)化が進んでいる。これらのLED素子の製造方法については、さまざまな方法が提案されている。
従来技術におけるフリップチップ実装タイプの表面実装型発光素子の製造方法として基板にLED素子チップを単個で実装する製造方法が開示されている(例えば、特許文献1)。以下、この従来の製造方法について図8に基づいて簡単に説明する。図8(a)に示すように、基材51の両表面51a、51bに、それぞれビア導体57と電気的に接続する第1及び第2導体パターン52、56を形成し、第1導体パターン52上にバンプ53を形成し基板58とする。そして図8(b)に示すようにバンプ53上にLED素子チップ54を実装する。続いて、図8(c)に示すように、基板58上に、LED素子チップ54を覆うようにして、蛍光体層55を形成する。そして、図8(d)に示すように、蛍光体層55の上面を研磨した後、蛍光体層55と基板58とを、回転式ブレード59によって同時に切断することにより図8(e)に示すように個片化されたLED素子50を得る。
一方、端面発光型LED素子の製造方法の従来技術としてエキスパンドテープ上にダイシングされたチップ群を製造工程に直接に関与させた製造方法が開示されている(例えば、特許文献2)。以下、この従来の製造方法について図9に基づいて簡単に説明する。図9(a)に示すように、LED素子ウエハ−1をダイシングシ−ト2上に貼り付け、図9(b)に示すようにLED素子ウエハ−1を縦、横に所望のチップサイズにフルダイシングして各LED素子チップ4を形成する。次に図9(c)に示すように、ダイシングシ−ト2を所定の大きさにエキスパンドして各LED素子チップ4の間隔を拡大し、図9(d)に示すように各LED素子チップ4の電極部4a上に電極板5を異方導電性接着剤6で貼り付ける。次に、図9(e)に示すようにダイシングシ−ト2Eを剥離し、電極板7を各LED素子チップ4の電極4bに異方導電性接着剤8で貼り付ける。次に、図9(f)に示すように、透光性絶縁物9を各LED素子チップ4間に流入して充填し、図9(g)に示すように、電極板5、7及び絶縁物9の部分を縦横にフルダイシングしてLED素子10を形成する。
特開2008−521210号公報(第6−7頁、図2−3参照) 特開平10−144631号公報(第4−5頁、図1−8参照)
しかしながら、フリップチップ実装タイプの表面実装型LEDの製造方法においては、LED素子ウエハ−はスクライブされて小片化された状態で供給されるのが一般的である。また、エキスパンドテ−プはLED素子ウエハ−がLED素子チップに切断された状態からチップ間隔を広げるためにエキスパンドテ−プを外周から引き延ばすだけの手段に止まっていた。このため、LED素子チップは単個で基板に実装され、LED素子チップを基板に載置する際の精度も高精度が要求され、実装時間が増加してしまうという問題があった。
(発明の目的)
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする表面実装型発光素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するための本発明における表面実装型発光素子の製造方法は、集合回路基板上に発光素子ウエハ−を圧着してフリップチップ実装する工程と、前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、前記ダイシングされた各回路基板付発光素子チップ同士の間隔を所定の大きさまでエキスパンドする工程と、前記発光素子チップを覆うように、前記発光素子チップから発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有する蛍光樹脂部材を形成する工程と、前記蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングして個々の発光素子に分割する工程と、を具備することを特徴とする。
また、前記蛍光樹脂部材を形成する工程は、前記発光素子チップ上に蛍光樹脂シートを配置して、加熱により軟化した蛍光樹脂シートの一部が前記発光素子チップの側面を覆うように形成することを特徴とする。
また、前記蛍光樹脂部材を形成する工程の前に前記回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成する工程を有することを特徴とする
また、前記発光素子ウエハ−が実装されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼り付ける工程と、前記エキスパンドテープ上に貼り付けられている前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に各発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、前記各回路基板付発光素子チップが貼着されているエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドする工程とを有することを特徴とする。
以上のように本発明は、集合回路基板に発光素子ウエハ−を圧着加工して、発光素子ウエハ−の内部に形成されている多くの発光素子を一括して実装し、その後の加工を行うため、発光素子ウエハ−、集合回路基板に対する発光素子チップの取り数を大きくすることができる。
また、蛍光樹脂部材を形成する工程の前回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成することによって、完成品の回路基板周辺に不要な蛍光樹脂部材の形成を防止することができる。
さらに、発光素子ウエハ−が実装されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼り付け、集合回路基板及び発光素子ウエハ−を縦、横に所望のチップサイズにフルダイシングを施した後にエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドすることにより、組み立て工程を簡素化し、組み立て時間を短縮することができる。
この結果、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間の短いフリップチップ実装を可能とする表面実装型発光素子の製造方法を実現することができる。
本発明の第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子を示す断面図である。 本発明の第2実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第2実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子を示す断面図である。 本発明の第3実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子を示す断面図である。 従来技術におけるフリップチップ実装タイプの発光素子の製造工程を示す断面図である。 従来技術における端面発光型発光素子の製造工程を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態における表面実装型発光素子の製造方法ついて図に基づいて説明する。なお、各実施形態においては、発光素子としてLED素子を例として説明する。図1、図2、図3は第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図、図4、図5は、第2の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図、図6、図7は第3の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図である。
(第1の実施形態)
図1、図2は第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図、図3は、第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子を示す断面図である。まず、第1の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子について説明する。図3に示すように、表面実装型LED素子としてのフリップチップ実装タイプ表面実装型LED素子20は、ガラスエポキシ系の回路基板16の電極17a、17b上にLED素子チップ14がフェイスダウン状態で載置され、LED素子チップ14下面のパッド13a、13b(LED素子チップ14のアノード電極またはカソード電極)と回路基板16の電極17a、17bとがバンプ15によってフリップチップ法で接続されている。さらにLED素子チップ14及びバンプ15が回路基板16上に形成する蛍光樹脂部材18で封止され保護されている。
次に本実施形態における表面実装型LED素子としての表面実装型LED素子の製造方法について説明する。図1(a)に示すように、ガラスエポキシ系の集合回路基板16A上にLED素子を内部に形成したLED素子ウエハ−11をフェイスダウン状態で載置し圧着してフリップチップ実装する。このLED素子ウエハ−11には各LEDのアノード電極またはカソード電極としてのパッド13a、13bが設けられている。また、集合回路基板16AにはLED素子ウエハ−11に形成されているパッド13a、13bに対応する位置に正負両電極17a、17bが設けられており、さらに正負両電極17a、17b上には、それぞれバンプ15a、15bが形成されている。この集合回路基板16Aの電極17a、17bとLED素子ウエハ−11に形成されているパッド13a、13bとをバンプ15a、15bを介して対向させて押圧し超音波を加えバンプ15a、15bを溶着して圧着して電気的及び機械的に接合する。これによって、集合回路基板16A上にLED素子ウエハ−11の内部に形成されている多数のLED素子が一括してフリップチップ実装される。
バンプ15a、15bの材料としては、金(Au)、共晶ハンダ(Au−Sn)、Pb−Sn、鉛フリー半田等を用いることができる。本実施形態においては、共晶ハンダ(Au−Sn)を用いた。なお、集合回路基板16Aとしては、ガラスエポキシ系に代えてシリコン系基板を用いても良い。シリコン系基板は熱伝導性が良く、後述のLED素子チップ14の冷却効果に優れているため好ましい。
次に、図1(b)に示すようにLED素子ウエハ−11が実装されている集合回路基板16Aをエキスパンドテープ12上に貼り付ける。
次に、図1(c)に示すようにエキスパンドテープ12上に貼り付けられた集合回路基板16A及びLED素子ウエハ−11を所定の位置で縦、横に所望のチップサイズにダイヤモンドブレードを用いてフルダイシングを施して、各回路基板16と各LED素子チップ14とからなる各回路基板付LED素子チップ14Aを形成する。このときフルダイシングされた各回路基板付LED素子チップ14Aは各回路基板16上にフリップチップ実装されており、かつエキスパンドテープ12A上に貼り付けられたままである。
次に、図1(d)に示すようにダイシングされた各回路基板付LED素子チップ14Aが貼着されているエキスパンドテープ12を所定の大きさまでエキスパンドする。このとき、エキスパンドテープ12は拡大されて拡大エキスパンドテープ12Aとなり各回路基板付LED素子チップ14Aの間隔dはその分だけ拡大される。
次に、図2(e)に示すように、拡大エキスパンドテープ12Aに各回路基板付LED素子チップ14Aを覆うように蛍光樹脂部材18を形成する。蛍光樹脂部材18は、シリコン樹脂等の透光性絶縁材料にLED素子チップ14から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有させたもので、各回路基板付LED素子チップ14A間に流入して充填した後、硬化させる。蛍光材料としては、YAG系、ナイトライド系、オキシナイトライド系等を用いることができる。また、透光性絶縁材料としては、透光性であれば特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等を用いることができる。
次に、図2(f)に示すように、蛍光樹脂部材18を所定の位置で縦横にレーザースクライバを用いてフルダイシングして個々のLED素子20に分割する。その後、拡大エキスパンドテープ12Aを剥離して図3に示すように個々のフリップチップ実装タイプ表面実装型LED素子20を形成する。
以上のように本実施形態によれば、集合回路基板16Aに発光素子ウエハ−11を圧着加工して、集合回路基板16Aの電極17a、17bと、LED素子ウエハ−11の内部に形成されている多数のLED素子チッブ14のパッド13a、13bとを一括して電気的、機械的に接合することができる。この結果、LED素子チップ14群を一括して回路基板16に一括してフリップチップ実装することがでる。さらに、多くのLED素子チップを一括して実装した後に、各LED素子チップ同士の間隔を所定の大きさにエキスパンドするため、発光素子ウエハ−11、集合回路基板16Aに対するLED素子チップの取り数を大きくすることができる。これにより、高輝度特性を維持しつつ、組み立て時間が短く、且つ効率の良いフリップチップ実装を可能とする表面実装型LED素子の製造方法を実現することができる。
(第2の実施形態)
図4は第2の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図で蛍光樹脂部材18に代えて蛍光樹脂シートを用いた例を示し、第1の実施形態における図1(a)から図1(d)に示した工程の後工程を示す。図5は、第2の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子を示す断面図である。
第2の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法は、第1の実施形態における蛍光樹脂部材18に代えて各回路基板付LED素子チップ14A上に蛍光樹脂シートを配置して、加熱により軟化した蛍光樹脂シートの一部がLED素子チップの側面を覆うように蛍光樹脂部材を形成する例を示すものであり、第1の実施形態における図1(a)から図1(d)に示した各回路基板付LED素子チップ14Aが貼着されているエキスパンドテープ12を所定の大きさまでエキスパンドする工程までは同様である。よって、図1(a)から図1(d)に示した工程についての説明は省略し、その後の工程について説明する。
前述の第1の実施形態における図1(d)に示した各回路基板付LED素子チップ14Aが貼着されているエキスパンドテープ12を所定の大きさまでエキスパンドした後、図4(e)に示すように、LED素子チップ14上に蛍光樹脂シート28Aを配置する。
蛍光樹脂シート28Aはシリコン樹脂等の透光性絶縁材料にLED素子チップ14から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有させシート状に成型したものである。
蛍光材料としては、第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、透光性絶縁材料についても第1の実施形態と同様に種々の透光性材料を用いることができる。
次に、図4(f)に示すように、蛍光樹脂シート28Aを加圧、加熱して軟化した蛍光樹脂シート28Aの一部がLED素子チップ14の側面を覆うように蛍光樹脂部材28を形成する。
その後、図4(g)に示すように、蛍光樹脂部材28を所定の位置で縦横にレーザースクライバを用いてフルダイシングして個々のLED素子30に分割する。その後、拡大エキスパンドテープ12Aを剥離して図5に示すように個々のフリップチップ実装タイプ表面実装型LED素子30を形成する。なお、表面実装型LED素子30は、蛍光樹脂部材28がLED素子チップ14の側面を覆うように形成されており、回路基板16の側面付近には形成されていない点が第1の実施形態における表面実装型LED素子20と異なっており、その他は、第1の実施形態における表面実装型LED素子20と同様であるため詳細な説明を省略する。
以上のように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様にLED素子チップ14群を一括して回路基板16にフリップチップ実装することができ、かつ発光素子ウエハ−11、集合回路基板16Aに対するLED素子チップ14の取り数を大きくすることができる。さらに、蛍光樹脂シート28Aを採用することにより、完成品の回路基板16周辺における不要な蛍光樹脂部材28の形成を防止することができる。
(第3の実施形態)
図6は第3の実施形態における表面実装型LED素子の製造工程を示す断面図で蛍光樹脂部材を形成する工程の前に拡大エキスパンドテープ上に回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成する例を示し、第1の実施形態における図1(a)から図1(d)に示した工程の後工程を示す。図7は、第3の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法によって製造された表面実装型LED素子を示す断面図である。
第3の実施形態における表面実装型LED素子の製造方法は、蛍光樹脂部材を形成する工程の前に拡大エキスパンドテープ上に回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成し、このレジスト層上に形成した蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングした後にレジスト層を除去する例を示すものであり、前述の第1の実施形態における図1(a)から図1(d)に示した各回路基板付LED素子チップ14Aが貼着されているエキスパンドテープ12を所定の大きさまでエキスパンドする工程までは同様であるため説明を省略し、その後の工程について説明する。
前述の第1の実施形態における図1(d)に示した各回路基板付LED素子チップ14Aが貼着されているエキスパンドテープ12を所定の大きさまでエキスパンドした後、図6(e)に示すように、エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ12A上に各回路基板16を覆う高さまでレジスト層23を形成する。
次に、図6(f)に示すように、レジスト層23上に各LED素子チップ14を覆うように蛍光樹脂部材38を形成する。蛍光樹脂部材38は、第1の実施形態における蛍光樹脂部材18と同様であるため説明を省略する。
その後、図6(g)に示すように、蛍光樹脂部材38とレジスト層23とを所定の位置で縦横にレーザースクライバを用いてフルダイシングして個々のLED素子40に分割する。その後レジスト層23を除去する。さらに、拡大エキスパンドテープ12Aを剥離して図7に示すように個々のフリップチップ実装タイプ表面実装型LED素子40を形成する。なお、表面実装型LED素子40は、蛍光樹脂部材38がLED素子チップ14の側面を覆うように形成されており、回路基板16の側面付近には形成されていない点が第1の実施形態における表面実装型LED素子20と異なっており、その他は、第1の実施形態における表面実装型LED素子20と同様であるため詳細な説明を省略する。また、このレジスト層23は除去せずに、そのまま残しておいても良い。
以上のように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様にLED素子チップ14群を一括して回路基板16にフリップチップ実装することができ、かつ発光素子ウエハ−11、集合回路基板16Aに対するLED素子チップ14の取り数を大きくすることができる。さらに、レジスト層23を各回路基板16を覆う高さまで形成し、このレジスト層23上に蛍光樹脂部材38を形成することにより、表面実装型LED素子40の回路基板16周辺に不要な蛍光樹脂部材の形成を防止することができる。
なお、レジスト層23は第2の実施形態において、蛍光樹脂シート28Aを配置する前に第3の実施形態と同様に拡大エキスパンドテープ12A上に各回路基板16を覆う高さまで形成しても良い。
また、LED素子ウエハ−11を集合回路基板16Aに圧着する手段として超音波を加えてバンプ15a、15bを溶着して接合する例で説明したが、これに限定されるものではなく、加圧、加熱によってバンプ15a、15bを溶着して接合しても良い。
また、各実施形態においては、発光素子ウエハ−が圧着されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼着して、エキスパンドテープ上の発光素子ウエハ−及び集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板にLED素子チップが実装されている各回路基板付LED素子チップを形成し、ダイシングされた各回路基板付LED素子チップが貼着されているエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドする製造工程を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、LED素子ウエハ−が実装されている集合回路基板を粘着シート上に貼り付け、所定のチップサイズにダイシングを施して形成した各回路基板付LED素子チップを他の基板上に再配置して各回路基板付LED素子チップ同士の間隔を所定の大きさにエキスパンドしても良い。
本発明は、一般照明、自動車用ランプ、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機等の携帯端末機器に利用することができる。
11 LED素子ウエハ−
12 エキスパンドテープ
12A エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ
13a、13b パッド電極
14 LED素子チップ
14A 回路基板付LED素子チップ
15a、15b バンプ
16 回路基板
16A 集合回路基板
17a、17b 回路基板の電極
18、28、38 蛍光樹脂部材
19 超音波ヘッド
20、30、40 LED素子
23 レジスト層
28A 蛍光樹脂シート

Claims (4)

  1. 表面実装型発光素子の製造方法において、
    集合回路基板上に発光素子ウエハ−を載置し圧着してフリップチップ実装する工程と、
    前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、
    前記ダイシングされた各回路基板付発光素子チップ同士の間隔を所定の大きさまでエキスパンドする工程と、
    前記発光素子チップを覆うように、前記発光素子チップから発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光材料を含有する蛍光樹脂部材を形成する工程と、
    前記蛍光樹脂部材を縦横にフルダイシングして個々の発光素子に分割する工程と、
    を具備することを特徴とする表面実装型発光素子の製造方法。
  2. 前記蛍光樹脂部材を形成する工程は、前記発光素子チップ上に蛍光樹脂シートを配置して、加熱により軟化した蛍光樹脂シートの一部が前記発光素子チップの側面を覆うように形成することを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光素子の製造方法。
  3. 前記蛍光樹脂部材を形成する工程の前に前記回路基板を覆う高さまでレジスト層を形成する工程を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表面実装型発光素子の製造方法。
  4. 前記発光素子ウエハ−が実装されている集合回路基板をエキスパンドテープ上に貼り付ける工程と、
    前記エキスパンドテープ上に貼り付けられている前記発光素子ウエハ−及び前記集合回路基板を縦横に所定のチップサイズにダイシングを施し各回路基板に各発光素子チップが実装されている各回路基板付発光素子チップを形成する工程と、
    前記各回路基板付発光素子チップが貼着されているエキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドする工程と、
    を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の表面実装型発光素子の製造方法。
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