(57)【要約】  不規則な形状を有するフリップチップ実装発光デバイスのボンディングを提供する。成形基板を有する発光ダイオードは、基板内のせん断力が基板の破壊閾値を超えないようなやり方で基板に力を加えてサブマウントにボンディングされる。発光ダイオードのサブマウントへのボンディングは、発光ダイオードの動き方向に対して傾斜した発光ダイオードの基板の表面に力を加えて発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングすることで実現することができる。成形基板をサブマウントにボンディングする際に使用するためのコレットおよび成形基板をサブマウントにボンディングするためのシステムも提供する。
2005510042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングする方法であって、
前記発光ダイオードを前記サブマウントにサーモソニックボンディングするために、前記発光ダイオードの動き方向に対して傾斜した前記発光ダイオードの基板の表面に力を加えるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記力を加えるステップは、前記動き方向に対して傾斜した前記基板の表面にコレットを接合させること、および、前記コレットを前記動き方向に動かすことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コレットを接合させることは、前記コレットの接合面が前記基板の傾斜面に接触するように前記基板の傾斜面に対応する接合面を有するコレットを取り付けることを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コレットの前記接合面は、前記コレットの本体に対し固定面であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コレットの前記接合面は、前記コレットの本体に対し可動面であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記コレットを取り付けることは、前記発光ダイオードの上に前記コレットを置くこと、および、前記コレットに真空圧を加えることを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記発光ダイオードは、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記炭化珪素成形基板は、立方体部および前記立方体部に近接した切頭角錐部を有し、前記力を加えるステップは、前記炭化珪素基板の切頭角錐部の側壁に力を加えることを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、
チャンバを有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように適合した開口部と、
前記コレットの動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面に前記コレットの外面を接合させるための手段と
を備えることを特徴とするコレット。
【請求項１０】
前記コレットの外面を前記成形基板に接合させるための前記手段は、前記開口部を画定する、また前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の角度に対応する角度で配置された前記コレットの固定面を備えることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項１１】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項１０に記載のコレット。
【請求項１２】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された、前記チャンバを画定する側部を備え、前記コレットの前記固定面は、前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部が、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のコレット。
【請求項１３】
前記本体はさらに、頂上部と、前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部とを備え、前記側部は垂直側部であることを特徴とする請求項１２に記載のコレット。
【請求項１４】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備え、前記側部は、前記垂直側部から延び、前記頂上部からスペースをあけて配置された水平側部であることを特徴とする請求項１２に記載のコレット。
【請求項１５】
前記コレットの外面を前記成形基板に接合させるための前記手段は、前記本体に対して可動である、また前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されている、前記開口部を画定する前記コレットの外面を備えることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項１６】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項１５に記載のコレット。
【請求項１７】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された水平側部を備え、前記コレットの前記可動面は、前記水平側部の可動端部を備え、前記可動端部が前記成形基板の角度に略適合するように構成されており、前記可動端部が、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項１５に記載のコレット。
【請求項１８】
前記可動端部が、前記水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載のコレット。
【請求項１９】
前記本体はさらに、頂上部と、前記水平側部と前記頂上部を結合し、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項１８に記載のコレット。
【請求項２０】
前記水平側部が、前記垂直側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項１９に記載のコレット。
【請求項２１】
前記水平側部が、前記垂直側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項２０に記載のコレット。
【請求項２２】
前記コレットが、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードで使用するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項２３】
前記コレットが、立方体部および前記立方体部に近接した切頭角錘部を有する炭化珪素成形基板で使用するように構成され、さらに前記接合させるための手段が、前記コレットの外面を前記成形炭化珪素基板の切頭角錘部の側壁に接合させるための手段を備えることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項２４】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、
チャンバを有する本体と、
前記成形基板の一部が前記本体に接触することなく前記チャンバの中に延びるように構成された、前記チャンバと連通した前記本体の開口部と、
前記基板の内部せん断力を前記基板のせん断破壊閾値よりも下に維持しながら、前記発光ダイオードを前記サブマウントにボンディングするように前記基板に係合するための、前記チャンバと動作可能に関連付けられた手段と
を備えることを特徴とするコレット。
【請求項２５】
前記係合するための手段は、前記開口部を画定し、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の角度に対応する角度で配置された、前記コレットの固定面を備えることを特徴とする請求項２４に記載のコレット。
【請求項２６】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項２５に記載のコレット。
【請求項２７】
前記本体は、前記開口部を画定するスペースをあけて配置された側部を備え、前記コレットの前記固定面は、前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部が、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項２５に記載のコレット。
【請求項２８】
前記本体はさらに、前記チャンバを画定する頂上部および前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備え、前記側部は垂直側部であることを特徴とする請求項２７に記載のコレット。
【請求項２９】
前記本体は、頂上部と、垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備え、前記側部は、前記垂直側部から延び、前記頂上部からスペースをあけて配置された水平側部であることを特徴とする請求項２７に記載のコレット。
【請求項３０】
前記係合するための手段は、開口部を画定する、また前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成された、前記コレットの可動面を備えることを特徴とする請求項２４に記載のコレット。
【請求項３１】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項３０に記載のコレット。
【請求項３２】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された水平側部を備え、前記コレットの前記可動面は、前記水平側部の可動端部を備え、前記可動端部が前記成形基板の角度に略適合するように構成されており、前記可動端部が、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置され、それによって開口部を画定することを特徴とする請求項３０に記載のコレット。
【請求項３３】
前記可動端部が、前記水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項３２に記載のコレット。
【請求項３４】
前記本体はさらに、頂上部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部と、前記頂上部を前記水平側部に結合する垂直側部とを備えることを特徴とする請求項３３に記載のコレット。
【請求項３５】
前記水平側部が、前記垂直側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項３４に記載のコレット。
【請求項３６】
前記水平側部が、前記垂直側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項３５に記載のコレット。
【請求項３７】
発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、
チャンバをその中に有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように構成された前記本体の開口部と、
前記発光ダイオードの成形基板に接触する、前記開口部の前記コレットの固定面とを備え、
前記固定面は、前記開口部を画定し、ボンディング中に前記コレットの動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の角度に対応する角度で配置されていることを特徴とするコレット。
【請求項３８】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項３７に記載のコレット。
【請求項３９】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された側部を備え、前記コレットの前記固定面は、前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部が、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項３７に記載のコレット。
【請求項４０】
前記本体はさらに、前記チャンバを画定する頂上部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備え、前記側部は垂直側部であることを特徴とする請求項３９に記載のコレット。
【請求項４１】
前記本体はさらに、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備え、前記側部は、前記垂直側部から延び、前記頂上部からスペースをあけて配置されている水平側部であることを特徴とする請求項３９に記載のコレット。
【請求項４２】
発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングするためのコレットであって、
チャンバをその中に有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように構成された前記本体の開口部と、
前記本体に対して可動でありさらに成形基板に接触する、前記開口部の前記コレットの可動面とを備え、
前記可動面が、ボンディング中の前記コレットの動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されていることを特徴とするコレット。
【請求項４３】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項４２に記載のコレット。
【請求項４４】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された水平側部を備え、前記コレットの前記可動面は、前記水平側部の可動端部を備え、前記可動端部が、前記成形基板の角度に略適合するように構成されており、前記可動端部が、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項４２に記載のコレット。
【請求項４５】
前記可動端部が、前記水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項４４に記載のコレット。
【請求項４６】
前記本体はさらに、前記チャンバを画定する頂上部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部と、前記頂上部を前記水平側部に結合する垂直側部とを備えることを特徴とする請求項４５に記載のコレット。
【請求項４７】
前記水平側部が、前記垂直側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項４６に記載のコレット。
【請求項４８】
前記水平側部が、前記垂直側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項４７に記載のコレット。
【請求項４９】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングするためのシステムであって、
前記発光ダイオードを前記サブマウントにサーモソニックボンディングするように前記成形基板に力が加えられたときに、前記基板の内部せん断力を前記基板のせん断破壊閾値よりも下に維持しながら前記基板に係合するための手段と、
前記発光ダイオードを前記基板にサーモソニックボンディングするために、前記基板に力を加えるように、前記係合するための手段を動かすための手段と
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項５０】
前記係合するための手段は、前記成形基板の動き方向に対して傾斜した前記成形基板の表面で前記成形基板に接触するための手段を備えることを特徴とする請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記接触するための手段は、コレットの本体に対して固定された位置にある前記コレットの壁を備え、前記コレットが前記発光ダイオードを収容するように構成されていることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記接触するための手段は、コレットの本体に対して可動である前記コレットの壁を備え、前記コレットが前記発光ダイオードを収容するように構成されていることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、
チャンバを有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように適合した開口部であって、前記チャンバに近接した部分および前記チャンバに対して遠位の部分を有する開口部と、
前記開口部と関連付けられ、前記成形基板の表面に接合する前記開口部の遠位部分を結合する軸に対して傾斜した角度で配置された接合面と
を備えることを特徴とするコレット。
【請求項５４】
前記接合面は、前記開口部を画定する、また前記成形基板の表面の角度に対応する角度で配置された、前記コレットの固定面であることを特徴とする請求項５３に記載のコレット。
【請求項５５】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項５４に記載のコレット。
【請求項５６】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された、前記チャンバを画定する側部を備え、前記コレットの前記固定面は、前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部が、前記固定面が接合する前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項５４に記載のコレット。
【請求項５７】
前記本体はさらに、頂上部および前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部を備え、前記側部は垂直側部であることを特徴とする請求項５６に記載のコレット。
【請求項５８】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備え、前記側部は、前記垂直側部から延び、前記頂上部からスペースをあけて配置された水平側部であることを特徴とする請求項５６に記載のコレット。
【請求項５９】
前記接合面は、前記開口部を画定する、また前記本体に対して可動であり、前記開口部を画定する前記コレットの外面が接合する前記成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されている前記コレットの外面を備えることを特徴とする請求項５３に記載のコレット。
【請求項６０】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項５９に記載のコレット。
【請求項６１】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された水平側部を備え、前記コレットの前記可動面は、前記水平側部の可動端部を備え、前記可動端部が前記成形基板の角度に略適合するように構成されており、前記可動端部が、前記可動端部が接合する前記成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項５９に記載のコレット。
【請求項６２】
前記可動端部が、前記水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項６１に記載のコレット。
【請求項６３】
前記本体はさらに、頂上部と、前記チャンバを画定する前記水平側部と前記頂上部を結合する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項６２に記載のコレット。
【請求項６４】
前記水平側部が、前記垂直側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項６３に記載のコレット。
【請求項６５】
前記水平側部が、前記垂直側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項６４に記載のコレット。
【請求項６６】
前記コレットが、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードで使用するように構成されていることを特徴とする請求項５３に記載のコレット。
【請求項６７】
前記コレットが、切頭角錐部を有する炭化珪素成形基板で使用するように構成され、前記接合面は、前記成形炭化珪素基板の前記切頭角錐部の傾斜した側壁と接合することを特徴とする請求項５３に記載のコレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関し、より詳細には、半導体デバイスをフリップチップ構成でサブマウント（submount）に取り付ける際に使用するためのデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、「THERMOSONIC BONDING OF FLIP CHIP LIGHT EMITTING DIODES」という名称で２００１年７月２３日に出願された米国仮特許出願番号第６０／３０７，２３４号に基づいて優先権を主張する。この開示は、あたかも完全に述べられているかのように参照によりここに組み込む。
【０００３】
ＧａＮをベースにした発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一般に、ＳｉＣまたはサファイアのような絶縁性基板または半導体性基板を備え、その上に複数のＧａＮをベースにしたエピタキシャル層が堆積される。このエピタキシャル層は、通電されたときに光を発するｐｎ接合を有する能動領域を備える。一般的なＬＥＤは、パッケージまたはリードフレーム（以下で「サブマウント」と呼ぶ）とも呼ばれるサブマウントに基板側を下にして取り付けられる。図１は、ｎ型ＳｉＣ基板１０、基板に成長されメサにパターン形成されたｎ−ＧａＮをベースにした層１４およびｐ−ＧａＮをベースにした層１６を備える能動領域１２を有する従来のＬＥＤを模式化して図示する。金属ｐ電極１８がｐ−ＧａＮ層１６に堆積され、そしてｐ電極１８のボンドパッド２０にワイヤボンド接続２８が行われる。導電性基板上のｎ電極２２は、導電性エポキシ２６を使用して金属サブマウント２４に付けられる。従来のプロセスでは、導電性エポキシ２６（通常、銀エポキシ）がサブマウントに堆積され、そしてＬＥＤがそのエポキシ２６中に押し込まれる。それから、エポキシが加熱硬化され、これによってエポキシが固まって、ＬＥＤチップに安定した導電性マウントを与える。能動領域１２で生成された光は、デバイスの上方へ外に向けて送り出される。しかし、生成された光のうちのかなりの量が、基板中に送られてエポキシ２６で吸収される可能性がある。
【０００４】
ＬＥＤのフリップチップ実装は、基板側を上にしてＬＥＤをサブマウントに取り付けることを必要とする。そのとき、光は透明な基板を通して引き出され放出される。フリップチップ実装は、ＳｉＣをベースにしたＬＥＤを取り付けるのに特に望ましい方法であろう。ＳｉＣはＧａＮよりも大きな屈折率を有するので、能動領域で生成された光は、ＧａＮ／ＳｉＣ境界面で内面反射（すなわち、ＧａＮをベースした層中に反射してもどる）しない。ＳｉＣをベースにしたＬＥＤのフリップチップ実装によって、当技術分野で知られているある特定のチップ成形方法の効果が高められるであろう。ＳｉＣＬＥＤのフリップチップパッケージングは、改善された熱放散のような、他の利点も有するであろう。この利点は、チップの特定の用途に依存して望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フリップチップ実装に関する１つの問題を図２に示す。すなわち、従来方法を使用してチップが導電性サブマウントまたはパッケージにフリップチップ実装されるとき、導電性ダイ取付け材料２６がチップおよび／またはサブマウント２４に堆積され、そしてチップがサブマウント２４中に押し込まれる。これによって、粘性のある導電性ダイ取付け材料２６がしぼり出されかつデバイスのｎ型層１４および１０と接触することができるようになり、それによって、能動領域のｐｎ接合を短絡するショットキダイオード接続が形成され、予想されていたことであるが望ましくない結果となる。したがって、ＬＥＤのフリップチップ実装の改良が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、不規則な構成を有するフリップチップ実装発光デバイスのボンディングを可能にする。本発明のある特定の実施形態では、基板内のせん断力が基板の破壊閾値を超えないようなやり方で基板に力を加えて、成形基板（shaped substrate）を有する発光ダイオードがサブマウントにボンディングされる。そのようなボンディングは、例えば、サーモソニックボンディングおよび／または熱圧着で実現される。本発明のある特定の実施形態では、発光ダイオードをサブマウントにボンディングするように発光ダイオードの動き方向に対して傾斜した発光ダイオードの基板の表面に力を加えて、発光ダイオードがサブマウントにボンディングされる。
【０００７】
本発明の特定の実施形態では、動き方向に傾斜した基板の表面にコレットを接合させ、さらにコレットを動き方向に動かすことによって、成形基板に力が加えられる。コレットのそのような接合は、コレットの接合面が基板の傾斜面に接触するように基板の傾斜面に対応する接合面を有するコレットを取り付けることで実現することができる。本発明のある特定の実施形態では、コレットの接合面は、コレットの本体に対して固定された面である。本発明の別の実施形態では、コレットの接合面は、コレットの本体に対して動かすことができる表面である。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態では、発光ダイオードの上にコレットを置き、コレットに真空圧を加えることによって、コレットが取り付けられる。本発明のある特定の実施形態では、発光ダイオードは、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードである。特に、炭化珪素成形基板は、立方体部およびこの立方体部に近接した切頭角錐部を有することができる。そのような場合には、炭化珪素基板の切頭角錐部の側壁に力が加えられる。
【０００９】
本発明の追加の実施形態では、成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットが提供される。このコレットは、チャンバをその中に有する本体と、チャンバと連通し、かつ発光ダイオードを収容するように適合した開口部とを有する。このコレットは、また、コレットの動き方向に対して傾斜した成形基板の表面にコレットの外面を接合させるための手段を含む。
【００１０】
本発明のある特定の実施形態では、コレットの外面を成形基板に接合させるための手段は、開口部を画定し、かつ動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の角度に対応する角度で配置されたコレットの固定面によって実現される。さらに、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含むことができる。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、本体は、スペースをあけて配置された、チャンバを画定する側部を備える。そのような実施形態では、コレットの固定面は、側部の末端の傾斜面で実現することができる。さらに、側部は、動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置することができる。そのような実施形態では、本体は、また、頂上部およびチャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部も含むことができる。そのとき、側部は垂直側部である。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含む。そのような実施形態では、側部は、垂直側部から延びかつ頂上部からスペースをあけて配置された水平側部である。
【００１３】
本発明の追加の実施形態では、コレットの外面を成形基板に接合させるための手段は、開口部を画定する、また、本体に対して可動でありさらに動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されているコレットの外面で実現される。そのような実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含むことができる。さらに、本体は、スペースをあけて配置された水平側部を含むことができる。そのような場合、コレットの可動面は、水平側部の可動端部で実現することができ、この可動端部は、成形基板の角度に略適合するように構成され、かつ動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されている。
【００１４】
本発明のある特定の実施形態では、可動端部は、水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられている。本発明のさらに別の実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバを画定する水平側部と頂上部を結合する垂直側部と、チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部とをさらに含む。水平側部は、垂直側部に可動に結合することもできる。例えば、水平側部は、垂直側部に蝶番式に取り付けることができる。
【００１５】
本発明の特定の実施形態では、コレットは、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードで使用するように構成されている。コレットは、切頭角錘部を有する炭化珪素成形基板で使用するように構成することもでき、さらに接合させるための手段は、コレットの外面を成形炭化珪素基板の切頭角錘部の側壁に接合させるための手段を備える。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態は、成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットを提供する。このコレットは、チャンバをその中に有する本体と、成形基板の一部が本体に接触することなくチャンバの中に延びるように構成されたチャンバと連通した本体の開口部とを含む。このコレットは、さらに、基板の内部せん断力を基板のせん断破壊閾値よりも下に維持しながら、発光ダイオードをサブマウントにボンディングするように基板に係合するための、チャンバと動作可能に関連付けられた手段を含む。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態では、係合するための手段は、開口部を画定し、かつ動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の角度に対応する角度で配置されたコレットの固定面で実現される。そのような実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含むことができる。別の実施形態では、本体は、開口部を画定するスペースをあけて配置された側部を含み、さらに、コレットの固定面は側部の末端に傾斜面を備え、この側部は、動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されている。そのような実施形態では、本体は、チャンバを画定する頂上部およびチャンバ中に真空を生じさせるための開口部を含むこともでき、さらに、側部は垂直側部であることができる。本発明のさらに別の実施形態では、本体は、頂上部と、垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含み、さらに、側部は、垂直側部から延びかつ頂上部からスペースをあけて配置された水平側部である。
【００１８】
本発明の追加の実施形態では、係合するための手段は、開口部を画定しさらに動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されたコレットの可動面で実現される。そのような実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含むことができる。また、本体は、スペースをあけて配置された水平側部を含むことができ、コレットの可動面は水平側部の可動端部であり、この可動端部は、成形基板の角度に略適合するように構成されており、さらに、動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置され、それによって開口部を画定する。ある特定の実施形態では、可動端部は、水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられる。そのような実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部と、頂上部を水平側部に結合する垂直側部とを含むこともできる。さらに、水平側部は、垂直側部に可動に結合することができる。例えば、水平側部は、垂直側部に蝶番式に取り付けることができる。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態では、チャンバをその中に有する本体と、チャンバと連通し、かつ発光ダイオードを収容するように構成された本体の開口部と、発光ダイオードの成形基板に接触する開口部のコレットの固定面とを有する、発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットが提供される。この固定面は、開口部を画定し、さらにボンディング中のコレットの動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の角度に対応する角度で配置されている。本発明のいくつかの実施形態では、本体は、スペースをあけて配置された側部を含み、さらに、コレットの固定面は、側部の末端の傾斜面であることができる。側部は、動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されている。本発明の追加の実施形態では、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を含む。そのような実施形態では、側部は、垂直側部から延びかつ頂上部からスペースをあけて配置された水平側部であることができる。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットは、チャンバをその中に有する本体と、チャンバと連通し、かつ発光ダイオードを収容するように構成された本体の開口部と、本体に対して可動でありさらに成形基板に接触する開口部のコレットの可動面とを含み、この可動面は、ボンディング中のコレットの動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されている。本発明のある特定の実施形態では、本体は、スペースをあけて配置された水平側部を含み、さらに、コレットの可動面は、水平側部の可動端部であり、この可動端部は、成形基板の角度に略適合するように構成されており、さらに動き方向に対して傾斜した成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されている。いくつかの実施形態では、可動端部は、水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられている。本発明の別の実施形態では、本体は、チャンバを画定する頂上部、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部、および頂上部を水平側部に結合する垂直側部を含む。そのような実施形態では、水平側部は、垂直側部に可動に結合することができる。例えば、水平側部は、垂直側部に蝶番式に取り付けることができる。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態では、成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのシステムが提供される。このシステムは、発光ダイオードをサブマウントにボンディングするように成形基板に力が加えられたときに基板の内部せん断力を基板のせん断破壊閾値よりも下に維持しながら基板に係合するための手段と、発光ダイオードを基板にボンディングするために基板に力を加えるように係合するための手段を動かすための手段とを含む。本発明のある特定の実施形態では、係合するための手段は、成形基板の動き方向に対して傾斜した成形基板の表面で成形基板に接触するための手段を備える。本発明の追加の実施形態では、接触するための手段は、コレットの本体に対して固定された位置にあるコレットの壁で実現され、コレットは発光ダイオードを収容するように構成されている。本発明の別の実施形態では、接触するための手段は、コレットの本体に対して可動なコレットの壁で実現され、コレットは発光ダイオードを収容するように構成されている。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットが提供される。このコレットは、チャンバを有する本体と、チャンバと連通し、かつ発光ダイオードを収容するように適合した開口部とを含む。この開口部は、チャンバに近接した部分およびチャンバに対して遠位の部分を有する。また、コレットは、開口部と関連付けられかつ成形基板の表面に接合する開口部の遠位部分を結合する軸に対して傾斜した角度で配置された接合面を有する。
【００２３】
追加の実施形態では、接合面は、開口部を画定し、かつ成形基板の表面の角度に対応する角度で配置されたコレットの固定面である。さらに、本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを有することができる。本体は、スペースをあけて配置された、チャンバを画定する側部であることができ、さらに、コレットの固定面は、側部の末端の傾斜面であることができる。側部は、固定面が接合する成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されている。また、本体は、頂上部およびチャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部を含むことができ、さらに、側部は垂直側部であることができる。側部は、垂直側部から延びかつ頂上部からスペースをあけて配置された水平側部を含むこともできる。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、接合面は、開口部を画定し、かつ、本体に対して可動であり、開口部を画定するコレットの外面が接合する成形基板の表面の角度に対応する角度に適合するように構成されているコレットの外面で実現される。本体は、頂上部と、チャンバを画定する垂直側部と、チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを含むことができる。本体は、スペースをあけて配置された水平側部を含むこともでき、コレットの可動面は、水平側部の可動端部であることができる。可動端部は、成形基板の角度に略適合するように構成することができ、さらに可動端部が接合する成形基板の表面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置することができる。可動端部は、水平側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けることができる。本体は、チャンバを画定する水平側部と頂上部を結合する垂直側部を含むこともできる。水平側部は、垂直側部に可動に結合することができる。例えば、水平側部は、垂直側部に蝶番式に取り付けることができる。
【００２５】
本発明のある特定の実施形態では、コレットは、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードで使用するように構成される。コレットは、切頭角錐部を有する炭化珪素成形基板で使用するように構成することもでき、さらに、接合面は、成形炭化珪素基板の切頭角錐部の傾斜した側壁と接合する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ここで、本発明の好ましい実施形態を示す添付の図面を参照して、以下でより完全に本発明を説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施することができ、ここで述べる実施形態に限定されるように解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完全でかつ完成し本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように、提供される。全体を通して同様な番号は同様な要素を参照する。さらに、図に示す様々な層および領域は模式化して示す。また当業者は理解するであろうが、基板または他の層「上に（ｏｎ）」形成された層のここでの参照は、基板または他の層上に直接に形成された層、または基板または他の層の上に形成された１つまたは複数の介在層の上に形成された層を意味することができる。したがって、本発明は、添付の図に示す相対的な大きさおよび間隔に限定されない。
【００２７】
本発明の実施形態は、ＬＥＤチップのサブマウントへのボンディングを可能にする。本発明の実施形態は、成形されたチップのサーモソニックボンディングおよび／または熱圧着の方法、および成形チップを取り扱うためのコレットの設計を含む。本発明の特定の実施形態では、チップすなわちダイは、単一ツールでつまみ上げ、および／またはボンディングすることができるし、さらに、ダイをつまみ上げ、ダイをサーモソニックにおよび／または熱加圧でボンディングするために単一コレットを使用することができる。
【００２８】
ＳｉＣの高屈折率のために、ＳｉＣ基板を通過する光は、光が相当に小さな入射角（すなわち、相当に垂線に近い）で境界面に当たらない場合には、基板の表面で基板中に完全に内面反射される傾向がある。内面全反射の臨界角は、ＳｉＣが境界面を形成する相手の材料に依存している。より多くの光線が小さな入射角でＳｉＣの表面に当たるようにして内面全反射を制限するようにＳｉＣ基板を成形することで、ＳｉＣをベースしたＬＥＤからの光出力を増すことができる。１つのそのようなチップ成形技術および結果として得られるチップが、「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」という名称の２００２年１月２５日に出願された米国特許出願第１０／０５７，８２１号に示されている。この出願を参照によりここに組み込む。
【００２９】
図３は、上で参照した特許出願に記載されているような成形基板を有するＬＥＤチップを示す。具体的には、図３に示すＬＥＤチップ３０は、第１の表面２１および第２の表面２３を有する基板１０を有する。発光デバイスの能動領域１２は、ＧａＮをベースにしたｎ型層１４およびｐ型ＧａＮをベースにした層１６で第１の表面２１に形成されている。ｐ型電極１８はｐ型ＧａＮをベースにした層１６についている。ｎ型電極２２は基板１０の第２の表面２３にある。基板１０は傾斜側壁部１５を特徴とし、この傾斜側壁部１５は、切頭角錘のベース部が、直接隣接するかまたは近くにあるがスペースをあけて離れているかどちらかで、第１の表面に近接して位置付けされるように、切頭角錘形１９を一般的に形成している。成形基板１０は、さらに、側壁１７を有する一般的な立方体部分２５を特徴とし、この側壁１７の各々は近接する傾斜側壁部１５に対して角度φを形成する。図４は、図３の成形基板チップ３０の平面図を示す。ＬＥＤチップ３０は、さらに、サブマウントにサーモソニックボンディングすることができる金属パッド３１を含む。金属パッド３１は、好ましくは、ＡｕまたはＡｕ／ＳｎかＰｂ／Ｓｎのような適切な金属合金を含む。
【００３０】
本発明の実施形態は、ここで、ＳｉＣ基板１０上にｎ型層１４、ｐ型層１６およびｐ電極１８を有するＧａＮをベースにしたＬＥＤに関連して説明する。しかし、本発明は、そのような構造に限定されるように解釈されるべきでなく、成形基板を有する他の構造で使用することができる。本発明の実施形態で使用するための発光デバイスは、Durham, North CarolainaのCree, Inc.で製造販売されているような炭化珪素基板上に製造された窒化ガリウムをベースにしたＬＥＤまたはレーザとして良い。本発明は、例えば、米国特許第６，２０１，２６２号，第６，１８７，６０６号，第６，１２０，６００号，第５，９１２，４７７号，第５，７３９，５５４号，第５，６３１，１９０号，第５，６０４，１３５号，第５，５２３，５８９号，第５，４１６，３４２号，第５，３９３，９９３号，第５，３３８，９４４号，第５，２１０，０５１号，第５，０２７，１６８号，第５，０２７，１６８号，第４，９６６，８６２号，および／または第４，９１８，４９７号に記載されているようなＬＥＤおよび／またはレーザで使用するのに好適であろう。これらの特許の開示は、あたかもここで完全に述べられたかのように参照によりここに組み込む。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザは、「MULTI-QUANTUM WELL LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE」という名称の２００１年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／２９４，４４５号、「LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE WITH SUPERLATTICE STRUCTURE」という名称の２００１年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／２９４，３０８号、および「LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE WITH MULTI-QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE STRUCTURE」という名称の２００１年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／２９４，３７８号、並びに「Light Emitting Diode With Optically Transparent Silicon Carbide Substrate」という名称の２００１年２月１日に出願された米国仮特許出願第６０／２６５，７０７号、「Light Emitting Diode Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」という名称の２００１年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／３０７，２３５号、および「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」という名称の２００２年１月２５日に出願された米国特許出願第１０／０５７，８２１号に記載されている。これらの開示は、あたかも完全に述べられたかのようにここに組み込む。
【００３１】
本発明の特定の実施形態では、発光デバイスは、能動領域で生成された光を反射してデバイスに戻す反射層を与えるｐ電極を含むことができる。反射性ｐ電極および関連した構造は、２００２年１月２５日に出願された「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」という名称の米国特許出願第１０／０５７，８２１号（整理番号５３０８−１６２）に記載されている。この出願は、あたかもここに完全に述べるかのように参照により組み込んだ。
【００３２】
サーモソニックボンディングは、一般に、機械振動、熱および圧力を使用してデバイスを基板またはサブマウントに取り付ける技術であり、それによって、デバイスとサブマウントの間に導電性とすることのできる結合を作る。熱圧着は、一般に、熱と圧力を使用してデバイスを基板またはサブマウントに取り付ける技術であり、それによって、デバイスを基板に結合する。一般に、真空コレットを使用して、デバイスを掴み上げ、それをサブマウントと物理的に接触させる。デバイスがサブマウントと接触するとすぐに、コレットを通してデバイスに力を加え、そしてサーモソニックボンディングの場合にはコレットを振動させる。熱、振動および圧力の組合せによって、デバイスはサブマウントにサーモソニック溶接される。そのような結合を形成するために、熱、圧力および随意に振動が加えられたときに結合を形成するＡｕのような金属で作られた金属パッド層が使用される。他の可能性のある金属および合金は、Ａｕ／ＳｎおよびＰｂ／Ｓｎである。金属パッド層をデバイスに設けることができ、または金属プリフォームをサブマウントに設けることができ、そして、デバイスとサブマウントが互いに結合されるように、金属パッドおよび／または金属プレフォームをサーモソニックボンディングし、および／または熱圧着することができる。
【００３３】
図３に示すＬＥＤチップ３０のような成形基板チップの独特の成形のために、立方体部２５の側壁１７に接触するコレットの従来の設計は望ましくないであろう。例えば、従来のコレットを立方体部２５だけに取り付けながらチップを機械的に振動させるように使用すると、振動中に生じるせん断力によって立方体部２５がチップから分離するようになり、チップを役立たなくし、製造歩留りを低下させるだろう。
【００３４】
従来の真空コレットを使用して成形基板を有する発光デバイスをサブマウントにサーモソニックボンディングおよび／または熱圧着するときに遭遇する可能性のある先の問題を考慮に入れて、本発明のある特定の実施形態は、コレットが基板に力を加えるときに基板のせん断力を減少させるようにして成形基板に接触する真空コレットを使用して、成形基板を有する発光デバイスをボンディングすることを可能にする。そのような力は、例えば基板破壊をもたらす閾値のような破壊閾値よりも下に減少させることができる。特定の破壊閾値は、成形基板の形状および基板を作っている材料に依存する可能性がある。したがって、図３の成形基板では、本発明の実施形態は、基板１０の切頭角錘部１９の傾斜側壁１５の少なくとも一部に接触して、力を基板１０に伝える。本発明の実施形態に従ったコレットの例を、図５Ａから図７に示し、ここでさらに詳細に説明する。そのようなコレットは、基板１０の切頭角錘部１９の側壁１５に少なくとも接触し、さらに随意に基板１０の立方体部２５の側壁１７に接触することもできる。
【００３５】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施形態に従ったコレット４０を示す。図５Ａは、図５Ｂに上面図が示される線５Ａ−５Ａ’に沿ったコレット４０の断面である。コレット４０は、チャンバ４５を形成するように頂上の壁４３に結合された垂直な側壁４２を有し、発光デバイスを収容するためにチャンバ４５と連通する開口部４７を有する本体４１を含む。頂上の壁４３は、チャンバ４５に通じる開口部４６を含み、この開口部を通して真空が得られる。水平部４４は、コレット４０の側壁４２から内側に延びる。水平部４４は、コレットがＬＥＤチップ３０の上に置かれたときに基板１０の傾斜側壁１５に物理的に接触する端面４８を有する。水平部４４の端面４８は、水平部４４の間隔と、水平部４４の端面４８が端面４８の上端か底かどちらかの向い合うものを結合する面に対して作る角度とに基づいて、側壁１５に接触するように構成することができる。端面４８が同じ長さである場合、端面の上端または底を結合する面は平行である。端面４８が結合面に対して作る角度は、側壁１５が側壁１７に対して作る角度φに基づくことができる。この角度は、φから９０°を引いたものに略等しくすることができる。もしくは、図４に示すように、端面の角度は、結合面に対して垂直な軸を基準にして測定することができ、この角度はφと略同一であることができる。水平部４４は、ＬＥＤチップ３０の立方体部２５がその間を通ることができるのに十分であるが、切頭角錘部１９もその間を通るほどには大きくない距離だけスペースをあけて配置される。
【００３６】
コレット４０は、単一の一体化部材を備えることができ、または図５に示す構成を実現するように相互に結合された２以上の部材を含むことができる。さらに、コレット４０は、アルミニウム、鋼などのような金属材料で作ることができ、またはプラスチック、セラミックまたは他のそのような非金属材料で作ることができる。コレット４０は、鋳造、機械加工、成形、それらの組合せ、または他のそのような適切な製造プロセスで製造することができる。
【００３７】
動作中に、基板１０の立方体部２５がチャンバ４５の中まで延び端面４８が基板１０の側壁１５に接触するような具合に、コレット４０はＬＥＤチップ３０の上に置かれる。端面４８との接触で、コレット４０の端面４８とＬＥＤチップ３０の傾斜側壁部１５の間に気密封止を形成することができる。開口部４６を通してコレット４０に加えられる真空圧は、チャンバ４５内に低圧領域を生じさせ、ＬＥＤチップ３０が扱われている間、ＬＥＤチップを安全に所定の位置に保持するのに役立つ。
【００３８】
コレット４０の動きは、ＬＥＤチップ３０をサーモソニックボンディングするために使用することができるが、ＬＥＤチップ３０に加わる力は傾斜側壁１５に加えられ、その結果、基板１０の立方体部２５と切頭角錐部１９の間の境界におけるせん断力は減少する。このように、本発明のある特定の実施形態では、ＬＥＤチップ３０の動き方向に対して傾斜したチップ３０の基板１０の表面に接触して力を加えることで、ＬＥＤチップ３０はサーモソニックボンディングされる。力がＬＥＤチップ３０に加えられる基板１０との接触角は、動き方向に対して鋭角または鈍角のいずれでもよい。
【００３９】
同様に、基板１０の角錐部１９に力を加えることでコレット４０を使用して、ＬＥＤチップ３０を熱圧着することができる。そのような力は、コレット４０の端面４０を通して加えることができる。
【００４０】
本発明のさらに別の実施形態に従ったコレット設計を図６および図７に示す。図６において、図５の水平部４４は、図６に示すコレット５０では、側面部５１の成端面に取り替えられている。コレット５０は、チャンバ５５を形成するように頂上の壁５３に結合された垂直側壁５２および発光デバイスを収容するチャンバ５５と連通した開口部５７を含む本体６１を有する。頂上の壁５３は、チャンバ５５に通じる開口部５６を含み、この開口部を通して真空が得られる。図６に見られるように、側面部５１の垂直側壁５２は傾斜端面５８で終る。側面部５１の端面５８は、側面部５１の間隔と、側面部５１の端面５８が端面５８の上端かまたは底かどちらかの向かい合うものを結合する面に対して作る角度とに基づいて、側壁１５に接触するように構成することができる。端面５８が同じ長さである場合、端面の上端または底を結合する面は平行である。端面５８が結合面に対して作る角度は、側壁１５が側壁１７に対して作る角度φに基づくものとすることができる。この角度は、φ−９０°に略等しいものとすることができる。もしくは、図６に示すように、端面５８の角度は、結合面に対して垂直な軸を基準にして測定することができ、この角度はφと略同一とすることもできる。側面部５１は、ＬＥＤチップ３０の立方体部２５がその間を通ることができるのに十分であるが、切頭角錘部１９もその間を通るほどには大きくない距離だけスペースをあけて配置される。
【００４１】
コレット５０は、単一の一体化部材を備えることができ、または図６に示す構成を実現するように相互に結合された２以上の部材を含むことができる。さらに、コレット５０は、アルミニウム、鋼などのような金属材料で作ることができ、またはプラスチック、セラミックまたは他のそのような非金属材料のような非金属材料で作ることができる。コレット５０は、鋳造、機械加工、成形、それらの組合せ、または他のそのような適切な製造プロセスで製造することができる。図７は、本発明の実施形態に従ったさらに他のコレット７０を示す。図７のコレット７０では、水平部７４は蝶番式端部分７７を備え、この蝶番式端部分７７によって、たとえコレットが僅かに位置合せ不良であるかまたは傾斜側壁１５の角度が可動端部分７７の角度に対して僅かにずれていても、コレット７０はＬＥＤチップ３０の傾斜部１５と気密封止を形成することが可能になる。コレット７０は、チャンバ７９を形成するように頂上の壁７３に結合された垂直側壁７２および図７に示すように、発光デバイス基板１０を収容するようにチャンバ７９と連通した開口部８０を含む本体７１を有する。頂上の壁７３は、チャンバ７９に通じる開口部７６を含み、この開口部を通して真空が得られる。図７に示すように、水平部７４は、それぞれの回転軸７５のまわりを回転するようにそれぞれの回転軸７５のまわりに蝶番式に動くことができる。同様に、端部分７７は、端部分７７がＬＥＤチップ３０の傾斜部１５の傾斜面に接合することができるように、回転軸７８のまわりを回転するように蝶番式に動くことができる。
【００４２】
コレット７０は、単一の一体化部材の部分を備えることができ、または図７に示す構成を実現するように相互に結合された２以上の部材を含むことができる。さらに、コレット７０は、アルミニウム、鋼などのような金属材料で作ることができ、またはプラスチック、セラミックまたは他のそのような非金属材料のような非金属材料で作ることができる。コレット７０は、鋳造、機械加工、成形、それらの組合せ、または他のそのような適切な製造プロセスで製造することができる。
【００４３】
コレット４０、５０および７０で例示したように、本発明の実施形態に従ったコレットでは、低圧領域が維持されるように基板１０とコレット４０、５０または７０の接合の不完全さを克服するのに十分な程度に、開口部４６、５６および７６の大きさを大きくすることができる。そのような大きさにすることで、例えば真空圧を加えるためのより大きな開口部を可能にするために、コレット４０の違った構成が必要になる。このように、開口部４６、５６および７６と外部環境の間の圧力低下の大部分が、コレットと基板１０の間の接触領域の開口部または欠陥にかかるように、コレットの特定の構成を修正することができる。そのようにして、動きおよび／またはボンディングのために真空圧を加えることによって、コレット４０、５０または７０の中に基板１０を維持することができる。
【００４４】
先に述べたように、本発明の実施形態は、コレットの外面を成形基板に接合させるための手段を提供する。また、本発明の実施形態は、発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングするように成形基板に力が加えられたときに、基板の内部せん断力を基板のほぼせん断破壊閾値よりも下に維持しながら、基板に係合するための手段も提供する。基板に接合させるための手段および／または基板に係合するための手段は、コレットの動きに対して傾斜した角度で成形基板に接触するコレットの固定した面によって、または可動な、調整可能な、および／または適合する面によって実現することができる。さらに、コレットで形成された長方形のチャンバに関連して本発明を説明したが、他の形状を使用することもできる。したがって、例えば、角錐形チャンバ、または発光ダイオードを収容することができるキャビティを実現する任意の他の形状を形成することができる。
【００４５】
本発明のさらに別の実施形態では、成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングおよび／または熱圧着するためのシステムが提供される。特定のシステムでは、上述のコレットは、サーモソニックボンディングおよび／または熱圧着用の従来のシステムで使用することができる。したがって、従来のシステムは、発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングおよび／または熱圧着するために基板に力を加えるようにコレットを動かす手段を実現することができる。
【００４６】
さらに、本発明の実施形態は、立方体部および切頭角錐部を有する成形基板に関連して説明したが、基板の他の形状を、チャンバの周辺に対する対応する形状の変化とともに、使用することができる。したがって、例えば、基板は、円柱部および切頭円錐部および／または円錐部を含むことができる。そのような場合、本発明の実施形態は、略円形の開口部を有するチャンバを与えることができ、この場合、開口部の側壁は、基板の円錐部および／または切頭円錐部の側壁と接合するように構成される。したがって、本発明の実施形態は、ここで説明した特定の形状に制限されるように解釈されるべきでない。
【００４７】
図面および明細書で、本発明の代表的な好ましい実施形態が開示された。そして特定の用語が使用されたが、これらの用語は一般的かつ記述的な意図だけで使用され、制限するためではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記述されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来のＬＥＤを示す模式化された図である。
【図２】従来方法を使用するフリップチップ実装ＬＥＤを示す模式化された図である。
【図３】成形基板を有するＬＥＤを示す模式化された図である。
【図４】成形基板を有するＬＥＤを示す平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従ったコレットを示す側面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従ったコレットを示す上面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に従ったコレットを示す側面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態に従ったコレットを示す側面図である。
【図１】
2005510042.tif 000003
【図２】
2005510042.tif 000004
【図３】
2005510042.tif 000005
【図４】
2005510042.tif 000006
【図５Ａ】
2005510042.tif 000007
【図５Ｂ】
2005510042.tif 000008
【図６】
2005510042.tif 000009
【図７】
2005510042.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月15日(2003.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングする方法であって、
前記サブマウントにボンディングされる前記発光ダイオードの表面に対して傾斜した前記発光ダイオードの基板の表面に力を加えて、前記サブマウントにボンディングされる前記発光ダイオードの前記表面に対して略平行な動きを前記発光ダイオードに伝え、前記発光ダイオードを前記サブマウントにサーモソニックボンディングするステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記力を加えるステップは、前記基板の傾斜面にコレットを接合させること、および、前記サブマウントにボンディングされる前記発光ダイオードの前記表面に対して略平行な動き方向に前記コレットを動かすことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コレットを接合させることは、コレットの接合面が前記基板の前記傾斜面に接触するように前記基板の前記傾斜面に対応する前記接合面を有する前記コレットを取り付けることを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コレットの前記接合面は、前記コレットの本体に対し固定面であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コレットの前記接合面は、前記コレットの本体に対し可動面であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記コレットを取り付けることは、前記発光ダイオードの上に前記コレットを置くこと、および、前記コレットに真空圧を加えることを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記発光ダイオードは、炭化珪素成形基板を有する、窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記炭化珪素成形基板は、立方体部および該立方体部に近接した切頭角錐部を有し、
前記力を加えるステップは、前記炭化珪素基板の前記切頭角錐部の側壁に力を加えることを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、前記成形基板が前記サブマウントに実装される基板表面に対して傾斜した少なくとも１つの外面を有するものにおいて、
チャンバを有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように適合した開口部と、
使用時に前記成形基板の傾斜面に前記コレットの外面を接合させるための手段と
を備えることを特徴とするコレット。
【請求項１０】
前記コレットの外面を前記成形基板の傾斜面に接合させるための前記手段は、前記開口部を画定し、および、前記動き方向に対して傾斜した前記成形基板の前記表面の角度に対応する角度で配置された前記コレットの固定面を備えることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項１１】
前記本体は、前記発光ダイオードを収容するように適合した前記開口部に対向する頂上部と、前記チャンバを画定する側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項１０に記載のコレット。
【請求項１２】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された、前記チャンバを画定する側部を備えており、前記コレットの前記固定面は前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部は、前記成形基板の傾斜面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のコレット。
【請求項１３】
前記本体は、前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載のコレット。
【請求項１４】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する前記頂上部に対して略垂直な第１の側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えており、前記第１の側部は、前記第１の側部から延び、および、前記頂上部からスペースをあけて配置された第２の側部を含むことを特徴とする請求項１２に記載のコレット。
【請求項１５】
前記コレットの外面を前記成形基板に接合させるための前記手段は前記開口部を画定する前記コレットの外面を備え、該外面は前記本体に対して可動であり、および前記成形基板の前記傾斜面の角度に対応する角度に適合するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項１６】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項１５に記載のコレット。
【請求項１７】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された第１の側部を備えており、前記コレットの前記可動面は前記第１の側部の可動端部を備え、該可動端部は前記成形基板の前記角度に略適合するように構成されており、前記可動端部は、前記成形基板の前記傾斜面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項１５に記載のコレット。
【請求項１８】
前記可動端部が、前記第１の側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項１７に記載のコレット。
【請求項１９】
前記本体はさらに、頂上部と、該頂上部を前記チャンバを画定する前記第１の側部と結合する第２の側部と、前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項１８に記載のコレット。
【請求項２０】
前記第１の側部が、前記第２の側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項１９に記載のコレット。
【請求項２１】
前記第１の側部が、前記第２の側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項２０に記載のコレット。
【請求項２２】
前記コレットが、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードで使用するように適合していることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項２３】
前記コレットは、立方体部および該立方体部に近接した切頭角錘部を有する炭化珪素成形基板で使用するように適合しており、接合させるための前記手段が、前記コレットの外面を前記成形炭化珪素基板の前記切頭角錘部の側壁に接合させるための手段を備えることを特徴とする請求項９に記載のコレット。
【請求項２４】
発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、
チャンバをその中に有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように構成された前記本体の開口部と、
前記発光ダイオードの成形基板に接触する、前記開口部における前記コレットの固定面とを備え、
前記固定面は、前記開口部を画定し、および、前記サブマウントにボンディングされている前記発光ダイオードの表面に対して傾斜した成形基板の傾斜面の角度に対応する角度で配置されていることを特徴とするコレット。
【請求項２５】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する第１の側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項２４に記載のコレット。
【請求項２６】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された側部を備えており、前記コレットの前記固定面は前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部が、前記成形基板の前記傾斜面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項２４に記載のコレット。
【請求項２７】
前記本体はさらに、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備えることを特徴とする請求項２６に記載のコレット。
【請求項２８】
前記本体はさらに、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備えており、前記側部は、第２の側部から延び、および、頂上部からスペースをあけて配置されている第１の側部であることを特徴とする請求項２６に記載のコレット。
【請求項２９】
発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングするためのコレットであって、
チャンバをその中に有する本体と、
前記チャンバと連通し、前記発光ダイオードを収容するように構成された前記本体の開口部と、
前記本体に対して可動であり、および成形基板に接触する、前記開口部における前記コレットの可動面とを備え、
前記可動面が、前記サブマウントにボンディングされている前記発光ダイオードの表面に対して傾斜した前記成形基板の傾斜面の角度に対応する角度に適合するように構成されていることを特徴とするコレット。
【請求項３０】
前記本体は、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備えることを特徴とする請求項２９に記載のコレット。
【請求項３１】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された第１の側部を備えており、前記コレットの前記可動面は前記第１の側部の可動端部を備え、前記可動端部は、前記成形基板の前記角度に略適合するように構成されており、前記可動端部は、前記成形基板の前記傾斜面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項２９に記載のコレット。
【請求項３２】
前記可動端部は、前記第１の側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項３１に記載のコレット。
【請求項３３】
前記本体はさらに、前記チャンバを画定する頂上部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部と、前記頂上部を前記第１の側部に結合する第２の側部とを備えることを特徴とする請求項３２に記載のコレット。
【請求項３４】
前記第１の側部は、前記第２の側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項３３に記載のコレット。
【請求項３５】
前記第１の側部は、前記第２の側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項３４に記載のコレット。
【請求項３６】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにサーモソニックボンディングするためのシステムであって、
前記サブマウントにボンディングされる前記発光ダイオードの表面に対して傾斜した基板の表面に係合するための手段と、
前記発光ダイオードを前記サブマウントにサーモソニックボンディングするために、係合するための前記手段を動かして前記基板の傾斜面に力を加えて、前記発光ダイオードを前記サブマウントにサーモソニックボンディングされる前記発光ダイオードの前記表面に対して略平行な方向に動かす手段と
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
係合するための前記手段は、コレット本体に対して固定された位置にあるコレットの壁を備え、前記コレットが前記発光ダイオードを収容するように構成されていることを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記係合するための手段は、コレット本体に対して可動であるコレットの壁を備え、前記コレットが前記発光ダイオードを収容するように構成されていることを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
成形基板を有する発光ダイオードをサブマウントにボンディングするためのコレットであって、
チャンバを有する本体と、
前記チャンバと連通し、および、前記発光ダイオードを収容するように適合した開口部であって、前記チャンバに近接した部分および前記チャンバに対して遠位の部分を有するものと、
前記開口部と関連付けられ、および、前記サブマウントにボンディングされている前記発光ダイオードの表面に対して傾斜した前記成形基板の傾斜面に接合する前記開口部の遠位部分を結合する軸に対して傾斜した角度で配置された接合面と
を備えることを特徴とするコレット。
【請求項４０】
前記接合面は、前記開口部を画定する前記コレットの固定面であり、および、前記成形基板の前記傾斜面の角度に対応する角度で配置されることを特徴とする請求項３９に記載のコレット。
【請求項４１】
前記本体は、頂上部と、前記チャンバを画定する側部と、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項４０に記載のコレット。
【請求項４２】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された前記チャンバを画定する側部を備えており、前記コレットの前記固定面は前記側部の末端に傾斜面を備え、前記側部は、前記固定面が接合する前記成形基板の前記傾斜面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項４０に記載のコレット。
【請求項４３】
前記本体はさらに、前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部を備えることを特徴とする請求項４２に記載のコレット。
【請求項４４】
前記本体は前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備えており、前記側部は、第２の側部から延び、および、前記チャンバの頂上部からスペースをあけて配置された第１側部であることを特徴とする請求項４２に記載のコレット。
【請求項４５】
前記接合面は前記開口部を画定する前記コレットの外面を備え、該外面は、前記本体に対して可動であり、および、前記開口部を画定するコレットの前記外面が接合する傾斜した成形基板の傾斜面の角度に対応する角度に適合するように構成されていることを特徴とする請求項３９に記載のコレット。
【請求項４６】
前記本体はさらに、前記チャンバ中に真空を生じさせるための開口部を備えることを特徴とする請求項４５に記載のコレット。
【請求項４７】
前記本体は、互いにスペースをあけて配置された第１の側部を備えており、前記コレットの前記可動面は前記第１の側部の可動端部を備え、前記可動端部は前記成形基板の前記角度に略適合するように構成されており、前記可動端部が、前記可動端部が接合する前記成形基板の前記傾斜面の寸法に対応する距離だけスペースをあけて配置されていることを特徴とする請求項４５に記載のコレット。
【請求項４８】
前記可動端部は、前記第１の側部の端のまわりを回転するように蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項４７に記載のコレット。
【請求項４９】
前記本体はさらに、頂上部と、前記頂上部を前記チャンバを画定する前記第１の側部と結合する第２の側部と、前記チャンバ中に真空圧を生じさせるための開口部とを備えることを特徴とする請求項４８に記載のコレット。
【請求項５０】
前記第１の側部は、前記第２の側部に可動に結合されていることを特徴とする請求項４９に記載のコレット。
【請求項５１】
前記第１の側部は、前記第２の側部に蝶番式に取り付けられていることを特徴とする請求項４９に記載のコレット。
【請求項５２】
前記コレットは、炭化珪素成形基板を有する窒化ガリウムをベースにした発光ダイオードで使用するように適合していることを特徴とする請求項３９に記載のコレット。
【請求項５３】
前記コレットは切頭角錘部を有する炭化珪素成形基板で使用するように適合しており、前記接合面は前記成形炭化珪素基板の前記切頭角錘部の傾斜した側壁と接合することを特徴とする請求項３９に記載のコレット。
【国際調査報告】
2005510042.tif 000011
2005510042.tif 000012
2005510042.tif 000013