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発明の名称 微細チップの実装方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−244294(P2001−244294A)
公開日 平成13年9月7日(2001.9.7)
出願番号 特願2000−57460(P2000−57460)
出願日 平成12年3月2日(2000.3.2)
代理人
発明者 左中 由美 / 森 芳文
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】微細チップを散在させた溶液中に実装基板を浸漬し、該基板に自己保持的に微細チップを組付ける微細チップの実装方法において、前記実装基板の実装面側に気泡を発生させて微細チップの組付け位置を制御することを特徴とする微細チップの実装方法。
【請求項2】前記溶媒中に実装基板に対向する対向電極を浸漬し、該実装基板と対向電極間に電圧を印加し、該電圧による電場勾配の制御により微細チップの実装位置を制御するとともに、前記実装基板の電気分解反応により前記気泡を発生させることを特徴とする請求項1に記載の微細チップの実装方法。
【請求項3】前記溶媒を循環させることを特徴とする請求項1に記載の微細チップの実装方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は微細チップの実装方法に関する。より詳しくは、ミクロンサイズの多数の微細な半導体チップ等を基板上に組付ける微細チップの実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微細構造のLEDやICなどの半導体チップからなる機能素子を基板上に組込んで各種デバイスを形成する場合、半導体チップをエッチングにより例えば台形の形状にして基板側にこれに対応する凹部を設け、この凹部内に半導体チップを組付けることにより微細な半導体チップを基板に実装していた。
【0003】しかしながら、この方法では、エッチングなどにより容易に台形を形成できない材料や微細寸法の半導体チップに対しては、実装が困難となったり又は形状や組付けの精度が低下して歩留まりが悪化する。
【0004】ディスプレイ用の発光素子等の半導体チップを基板に実装する場合、所定面積の基板面に効率よく且つ歩留まりよく実装する必要があり、またコスト面も考慮する必要がある。また、半導体チップの微小化により、実装の際のハンドリングも困難になってきている。そこでこのような点に効果的に対処できる半導体チップ構造やその実装方法が求められている。
【0005】従来の半導体チップ等の微細チップの実装方法が、米国特許第5545291号、同第5824186号、同第5904545号、特表平9−506742,特開平9−120943等に開示されている。これらに記載された実装方法は、チップにテーパを設けて上下を定め、基板の窪みに埋め込む方法である。この際、水やアルコールなどの溶液中にチップを混ぜスラリー状にして、これを基板上に流している。
【0006】別の従来の微細チップの実装方法として、静電力により集積回路を基板上に組付ける方法が米国特許出願第07/902986号に記載されている。この方法は、静電力によりチップを振動させ、位置エネルギーが最小になる状態でチップを配列するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半導体チップ等にテーパを設ける方法では、チップ外形が数百μm程度までの構造では歩留まりは十分大きいが、数十μmからそれ以下の寸法のものでは歩留まりが低下して実用化には問題がある。
【0008】また、上記従来の静電力を用いる方法では、粒子を静電力で振動させるための装置を必要とする。また、この方法では、微細チップを機械的に振動させるため、チップ同士が衝突して一部が損傷するおそれがあり、実用化に適さない。
【0009】本発明は上記従来技術を考慮したものであり、微小な半導体チップ等を効率よく又歩留まりよく基板の所望の位置に実装できる半導体チップ等の微細チップ実装方法の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明では、微細チップを散在させた溶液中に実装基板を浸漬し、該基板に自己保持的に微細チップを組付ける微細チップの実装方法において、前記実装基板の実装面側に気泡を発生させて微細チップの組付け位置を制御することを特徴とする微細チップの実装方法を提供する。
【0011】この構成によれば、微細チップを組込みたくない場所に気泡を発生させることにより、微細チップが気泡により邪魔されてその場所には吸着されなくなり、これにより他の場所への電場勾配制御による吸引力と相まって微細チップの実装位置制御が確実にできる。この場合、組込むべき微細チップは、溶媒中に浮遊しながら電界あるいは磁界による吸着力あるいは形状の整合による結合等によりセルフアラインで自己保持的に実装基板に実装される。
【0012】好ましい構成例では、前記溶媒中に実装基板に対向する対向電極を浸漬し、該実装基板と対向電極間に電圧を印加し、該電圧による電場勾配の制御により微細チップの実装位置を制御するとともに、前記実装基板の電気分解反応により前記気泡を発生させることを特徴としている。
【0013】この構成によれば、チップ形状に基づく物理的な力によることなく、電場勾配により微細チップを実装基板に組込むため、微細な半導体チップ等の粒子を確実に実装することができる。また、この電圧印加により、実装基板の所望の位置に電気分解反応を起こさせて気泡を発生させることができ、必要以外の場所への微細チップの吸着を阻止することができる。
【0014】好ましい構成例では、前記溶媒を循環させることを特徴としている。
【0015】この構成によれば、溶媒中に散在する多数の微細チップが循環しながら一定の確率で次々に実装基板に接近して電場勾配により実装すべき位置に吸引されるとともに必要以外の位置には気泡により吸着が阻止されるため、1回のプロセスで効率よく確実に多数の微細チップを実装することができる。
【0016】上記本発明は、基板上に微細構造を有する素子を組付ける方法およびそれにより得られる構造を示すものである。特に本発明の方法では、接合部または受容部(窪みである必要はない)を持つ基板上面に、微細構造物を流体を介して搬送し、基板内で微細構造物を吸着させたくない部分に気泡を発生させることにより、必要部以外には吸着を防いで所望の位置に微細構造物を実装するものである。この搬送時に微細構造物は電界等の力の作用により窪み等の組付け部内にセルフアラインして合体する。これにより得られる合体構造物は、配線を作り込んだ基板上に発光ダイオード(LED)が合体したディスプレイ装置や信号処理装置である。微細構造を有する素子あるいは構造物(微細チップ)としては、レーザ、トランジスタ、ガン発振器、集積回路、ソーラコネクタ、蛍光体微粒子等である。その他の合体構造物の例としては、半導体デバイスを他の半導体素子や他のプラスチックなどの基板と合体した構造物等がある。
【0017】本発明の方法は、基板中にミクロンオーダーの微細構造のチップを組付ける手法で、基板は、上面に構造物を収容する部分とそれ以外の領域をもつ(窪んでいるとは限らない)シリコン基板、ガリウム砒素基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板等、あるいは前述のような基板上に配線を施すことにより受容部を有する領域を1つ以上有するものである。プラスチックシートであってもよい。
【0018】組付け工程には、微細構造のチップを用意する工程と、この微細構造物(チップ)を流体中に搬送して混合物あるいは一般にスラリーを形成する工程と、このスラリーを微細構造物が少なくとも1つは受容部を有する領域内に配置されるように速度の制御と外力等の制御を最適化してセルフアラインさせる工程がある。このセルフアライン工程で気泡を発生させて実装位置を確実に制御する。
【0019】本発明はさらに、微細構造物を組付ける領域とそれ以外の領域が少なくとも1つ以上存在する基板上に微細構造物を組付けるための装置を示す。この装置は、基板、流体、必要に応じて微細構造を有する素子を収容するための電界を制御する(電圧)電源およびこの微細構造を有する素子を循環させるためのポンプを備える。さらに気泡を発生させるための超音波発振器を備えてもよい。
【0020】本発明の方法およびそれにより得られる構造は、例えばGaAlP系LEDチップをガラス基板上に組付ける方法および得られた構造体である。チップの形状は、円柱状、ピラミッド状、直方体、立法体、T型、粒型、その他の形およびそれらを組合せた形でもよく、対称形、非対称形を問わない。一般に素子はその形状により、基板の所望領域に緊密に挿入可能になる。微細構造のチップは、GaAlAs、窒化ガリウム、シリコン、ダイヤモンド、ゲルマニウム、その他のIII−V族およびII−VI族元素の化合物およびその多層構造であってよい。多層構造は、金属、シリコン酸化物や窒化シリコン等の絶縁体およびこれらの組合せを含むことができる。
【0021】上記微細構造のチップを溶媒中に混合してスラリー状の混合液を作る。この混合液を沈まないように循環装置で循環させ、この循環液中にチップを組付けて実装するアセンブリ用基板(実装基板)および補助電極(対向電極)を配設し、電圧電源に接続する。ただし、溶媒の種類によりチップとの比重の差によってチップが沈まないようにできるので、その場合には溶媒を循環させる必要はない。
【0022】スラリー状にした微細チップまたは粒子を電場勾配の力および電解エッチング(電気分解)の効果を利用して所望の位置に組付けることにより、微小なチップを精度よく所定の位置に所定の充填率で実装できる。この電気分解により気泡を発生させる。この場合、実装基板に例えばマトリクス状その他位置を選択できるように電極を形成し、各電極位置により電界を制御して印加電圧により選択的に微細チップを吸着するとともに吸着部以外の位置に気泡を発生させることができる。
【0023】実装に使用する基板には複数層の電極が形成され、最表面の電極あるいは実装したくない部分の電極材料としては、電気分解されやすい金属、例えばAlやZn等が適当であるがその他電気分解されやすければ他の金属でもよい。電極は蒸着やメッキその他適当な方法で作製される。
【0024】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明に係る実装方法を実施するための装置の構成説明図である。容器1内に収容された溶媒2には多数の微細LEDチップ3が混入されスラリー状溶液を形成する。このLEDチップ3を含む溶媒2はポンプ4により循環する。この溶媒2中に、LEDチップ3を組込むべき実装基板6およびこれに対向配置された対向電極7が浸漬される。実装基板6にはチップの実装位置に対応して多数の電極(図示しない)が形成されている。これらの電極に対し電源8により選択的に電圧印加可能である。対向電極側も位置に応じて電圧制御できるように電極を形成してもよい。
【0025】本実施形態では、溶媒2中の実装基板6および対向電極7間に電圧を印加することにより電気分解反応を起こさせ、実装基板6の表面から気泡5(例えばH2)を発生させる。実装基板6側の電極を選択して電圧を印加することにより、気泡5の発生位置を制御することができる。これにより、LEDチップ3を組込みたくない電極位置に気泡5を発生させて、電場勾配に基づくLEDチップ3のセルフアラインによる自己吸着を阻止することができる。
【0026】本実施形態において、実装基板6は、ガラス基板上に2層の配線用金属(後述の図4の上層電極および下層電極)を施したものであり、その2層間の段差による窪み部分(チップ受容部)にGaAlP系LEDチップを実装する。この実装工程は、LEDチップを作成する工程と、チップを溶媒中に混入してスラリーにする工程と、チップを電場勾配の力等を利用して基板の窪み部分に沈み込ませる工程とを含む。これらの工程により、チップを所定の位置に所定の充填率で実装する。このようにLEDチップをガラス基板上に組付ける場合、ガラス基板上面の所定の位置決めされた位置にある窪み部分(チップ受容部)にチップが吸引されてその場所に組付けられセルフアラインする。このとき、位置を選択した気泡の発生により、不必要な部分へのチップの吸引を阻止する。
【0027】図2は上記LEDチップ3の構造を示す。図示したように、このLEDチップ3は、n−GaAsからなるチップ基板3a上に順番に例えばn−Ga0.5In0.5Pからなる厚さ30nmのバッファー層3bと、n−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる厚さ400nmのエッチングストップ層を兼ねた第1導電層3cと、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなる厚さ30nmの第1キャリア閉込め層3dと、15QWGaInP−AlGaInPからなる発光層3eと、(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pからなる厚さ30nmの第2キャリア閉込め層3fと、p−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる厚さ400nmの第2導電層3gと、p−Ga0.5In0.5Pからなる厚さ30nmのコンタクト層3hを積層したものである。
【0028】このLEDチップ3の形状は、例えば約50μm角の立方体である。このようなLEDチップ3は、通常のLEDチップ製造プロセスに従って基板上に各層を積層し、これを分離して製造される。基板からのチップの分離は、ウェットエッチング又はドライエッチングなどで行い、基板を裏面研磨およびウェットエッチングなどで10μm程度薄くする。ただし、チップは基板から剥離した後、裏面に電極を作成する工程が終了し、スラリーにするまではガラスなどの補助基板に貼り付けた状態でプロセスを行う。
【0029】以上の方法でp電極およびn電極を作製し、良品不良品のチェック等が終了した後、溶媒の中にガラス補助基板ごと浸し、チップを完全に分離して溶媒中に分散させる。洗浄を数回行った後、実装組付け時に使用する溶媒でスラリー状にしておく。
【0030】図3は、実装基板6の実装面の平面図である。この実装基板6はLEDディスプレイ画面を構成する基板であり、R,G,Bの3種類のLEDチップ3が一定の順序でマトリックス状に配列されている。この場合、R,G,Bの各LEDチップ3はそれぞれそのチップのみを散在させたR,G,B単独のスラリーを形成して、それぞれのスラリーを用いて別々のプロセスで実装される。例えばまずRのスラリー中に実装基板6を浸漬し、基板のRのチップ取付け部に電界の電圧制御より電場勾配を形成してRのLEDチップを吸引して組付け実装する。このRのチップが実装された基板を次にGのスラリー中に浸漬して同様に電場勾配による電圧制御によりGのLEDチップを実装し、最後にBのスラリー中でBのLEDチップを実装する。
【0031】図4は、この実施形態の実装基板6の断面図である。ガラス基板6a上に例えばTi/Auからなる下層電極6bを蒸着あるいはメッキ等により形成し、その上にSiO2 からなる絶縁膜6cを形成し、その上にAu/Alからなる上層電極6dを蒸着あるいはメッキ等によりパターニングして形成する。これらの電極や絶縁膜はフォトリソグラフィによる薄膜形成プロセスで形成することができる。この2層電極配線構造の段差によりチップ受容部6eが形成される。この2層電極配線は例えばマトリックス状にパターニングされる。
【0032】対向電極7は、実装基板6とほぼ同じ大きさの金属板あるいはガラス板の上面全面にAuなどの金属を蒸着やメッキで形成したものである。
【0033】以上のような実装基板6および対向電極7を図1に示すようにスラリー状の溶媒2中に対向して浸漬し、ポンプ4で溶媒2をLEDチップ3とともに循環させてチップが沈まないようにする。この状態で電源8により実装基板6の2ヵ所と対向電極7の電圧を適当に制御することによりLEDチップ3を所望の位置のチップ受容部6e内に吸引して吸着保持する。
【0034】実施例のプロセス条件の一例として、実装基板6と対向電極7との間の間隔を1cmとし、印加電圧は100Vとした。また実装基板6の上層電極6dおよび下層電極6bの両電極間には5Vの電圧を印加し、実装基板6内でのチップの選択は、電界分布および電気分解による気泡の発生分布を制御することにより行った。
【0035】上記実施形態では電気分解により気泡を発生させたが、超音波発振器等を用いて、強制的に気泡を発生させることも可能である。
【0036】また、上記実施形態では、電波勾配を利用してLEDチップ3をセルフアラインで自己保持的に基板側に吸着させたが、このような電場勾配による自己吸着手段に代えて又はこれとともに、磁場を形成して磁気的吸引力を利用してもよい。さらにチップ側と基板側受容部の形状を対応させることにより形状の整合性に基づいてセルフアラインさせる場合に対しても本発明は適用可能である。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、微細チップを組込みたくない場所に気泡を発生させることにより、微細チップが気泡により邪魔されてその場所には吸着されなくなり、他の場所への電場勾配制御等による吸引力と相まって微細チップの実装位置制御が確実にできる。これにより、ミクロンオーダーの微細チップを実装する場合の歩留まりがほぼ100%程度まで大幅に向上する。また、基板面のチップ吸着不要部からはチップが確実に排除されているため、基板の後加工が効率よく簡単にできる。
【0038】また、微細チップを溶媒中に散在させて電場勾配を利用して電気分解による気泡発生とともにセルフアラインによる吸着を行えば、多数の同一種類の微細チップを1回のプロセスで同時に実装することができ、プロセスの効率が高まり生産性が向上するとともに、基板の製造プロセスが簡単になり、コストの低減が図られる。




 

 


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