(57)【要約】【課題】ベースユニットにチップユニットを強固に固定し、結合の精度及び安定度を高め、製造工程の収率を大幅に高めるチップの固定方法を提供する。【解決手段】チップの固定方法は、第１の電極群をそれぞれ有する複数のマイクロチップを準備するステップＳ１ａと、第１の電極群に対応した複数の第２の電極群を有する基板を準備するステップＳ１ｂと、第１の電極群と第２の電極群との間に設けられたペースト状のフラックスを準備するステップＳ１ｃと、フラックスを第１の電極群及び第２の電極群に接続する、第１の配置ステップＳ２ａと、フラックスを第１の電極群及び第２の電極群に位置決めする、第１の加熱・加圧ステップＳ２ｂと、フラックスを第１の電極群及び第２の電極群に接続する、第２の配置ステップＳ３ａと、第２の加熱・加圧ステップＳ３ｂと、第３の加熱・加圧ステップＳ４とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極群をそれぞれ有する複数のマイクロチップを準備するステップと、
チップ固定装置に位置決めするとともに、前記第１の電極群に対応した複数の第２の電極群を有する基板を準備するステップと、
前記第１の電極群と前記第２の電極群との間に設けられたペースト状のフラックスを準備するステップと、
縦方向及び横方向で間隔をおいて設置される第１の配列方式により、前記複数のマイクロチップの第１の部分の前記第１の電極群を前記基板の第１の部分の前記第２の電極群に対応するように設け、前記フラックスを前記第１の部分の第１の電極群及び前記第１の部分の第２の電極群に接続する、第１の配置ステップと、
第１の所定温度で前記フラックスを液体状になるまで加熱し、加圧して前記第１の部分の第１の電極群と前記第１の部分の第２の電極群とを互いに近づけた後、前記フラックスを冷却し、前記フラックスを前記第１の部分の第１の電極群及び前記第１の部分の第２の電極群に位置決めする、第１の加熱・加圧ステップと、
前記第１の配列方式とマトリクス相補的関係を有する第２の配列方式により、前記マイクロチップの第２の部分の前記第１の電極群を前記基板の第２の部分の前記第２の電極群に対応するように設け、前記フラックスを前記第２の部分の第１の電極群及び前記第２の部分の第２の電極群に接続する、第２の配置ステップと、
前記第１の所定温度で前記フラックスを液体状になるまで加熱し、加圧して前記第２の部分の第１の電極群と前記第２の部分の第２の電極群とを互いに近づけた後、前記フラックスを冷却し、前記フラックスを前記第２の部分の第１の電極群及び前記第２の部分の第２の電極群に位置決めする、第２の加熱・加圧ステップと、
第２の所定温度で加熱・加圧し、全部の前記第１の電極群及び前記第２の電極群を溶接した後に冷却して常温にする、第３の加熱・加圧ステップと、を含むことを特徴とするチップの固定方法。
【請求項２】
前記第１の所定温度は１２０〜２３０℃であることを特徴とする請求項１に記載のチップの固定方法。
【請求項３】
前記第２の所定温度は、２３０℃より大きくて３３０℃より小さいことを特徴とする請求項１に記載のチップの固定方法。
【請求項４】
前記第２の電極群は、金属めっき層をそれぞれ含み、前記第１の加熱・加圧ステップ及び前記第２の加熱・加圧ステップにおいて、前記フラックスにより前記第１の電極群及び前記金属めっき層を溶接し、前記金属めっき層には、外側から内側にかけて順次、半田層、銅材料層及び下地層が形成され、前記下地層は、ニッケル又はチタンからなり、前記第２の所定温度は、前記半田層の融点より高いか融点に等しいことを特徴とする請求項１に記載のチップの固定方法。
【請求項５】
前記金属めっき層には、金材料層が形成され、前記金材料層は、前記半田層を覆うことを特徴とする請求項４に記載のチップの固定方法。
【請求項６】
前記半田層の厚さは１〜１０μｍであることを特徴とする請求項４に記載のチップの固定方法。
【請求項７】
前記半田層の厚さは５〜７μｍであることを特徴とする請求項６に記載のチップの固定方法。
【請求項８】
一方向で互いに隣り合う２つの前記マイクロチップの間隔距離は２００μｍより小さく、前記マイクロチップの面積は１０〜３００μｍ２であることを特徴とする請求項１に記載のチップの固定方法。
【請求項９】
前記フラックスは、スクリーン印刷方式、１点設置方式又は吹き付け方式で前記第２の電極群に設けられることを特徴とする請求項１に記載のチップの固定方法。
【請求項１０】
前記金属めっき層の上表面は平面状であり、前記第１の所定温度は１８０℃であり、前記第２の所定温度は２６０℃であり、前記基板は、ＦＲ−４基板、ＢＴ基板、ガラス、フレーム、セラミック、アルミニウム基板、銅基板、シリコン基板、フレキシブル基板又はサファイアからなり、前記フラックスは、１点設置方式により前記第２の電極群に設けられ、一方向で互いに隣り合う２つの前記マイクロチップの間隔距離は２００μｍより小さく、前記マイクロチップの面積は５ｍｉｌ２より小さく、前記チップの固定方法において、軌道ユニット及びヒーターを準備し、前記軌道ユニットには、加熱装置及び冷却装置が設けられ、前記基板は、前記加熱位置と前記冷却位置との間で移動可能に前記軌道ユニットに設けられ、前記ヒーターは、前記加熱位置に設けられて前記基板を加熱し、加圧に用いる圧力は、１〜１００ｇ／５ｍｉｌ２であることを特徴とする請求項７に記載のチップの固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップの固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、色飽和度が好ましい上、軽量かつ薄型で消費電力が少なく、長寿命などの長所を有し、メーカは、例えばＬＥＤのバックライトモジュール、ＯＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤの表示技術の研究開発を積極的に行っていた。
しかし、科学技術の進歩に伴い、従来のＬＥＤ技術では様々なニーズを満足させることができなくなってきている。例えば、一般によく見かけるＡＭＯＬＥＤ表示技術の欠点は色飽和度及び歪みにあり、直射日光の下でははっきりと見ることができない上、長期間使用した場合、スクリーンに焼きつきが発生する虞があった。
【０００３】
そのため、新世代の技術により従来技術の問題点を解決する必要があった。研究開発技術のポイントの一つはＭｉｃｒｏ−ＬＥＤである。発光ダイオードは、表示装置、表示スクリーン、ウェアラブルデバイス及びヘッドアップ表示部材（例えばグーグルグラス（登録商標））又はバーチャルリアリティー（ＶＲ）などのコンピュータ、通信、家電などの製品に応用することができる。しかし、Ｍｉｃｒｏ−ＬＥＤの技術は、非常に小さいサイズ（マイクロレベル）に応用されるため、製造工程で要求される精度及び収率のレベルが非常に高く、収率及び品質を高めることが求められていた。
【０００４】
そのため、上述したような問題点を改善し、新規性及び進歩性を有するチップの固定方法が求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、２回の昇温によりフラックス及び金属めっき層を溶融し、ベースユニットにチップユニットを強固に固定し、結合の精度及び安定度を高め、製造工程の収率を大幅に高めるチップの固定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、第１の電極群をそれぞれ有する複数のマイクロチップを準備するステップと、チップ固定装置に位置決めするとともに、前記第１の電極群に対応した複数の第２の電極群を有する基板を準備するステップと、前記第１の電極群と前記第２の電極群との間に設けられたペースト状のフラックスを準備するステップと、縦方向及び横方向で間隔をおいて設置される第１の配列方式により、前記複数のマイクロチップの第１の部分の前記第１の電極群を前記基板の第１の部分の前記第２の電極群に対応するように設け、前記フラックスを前記第１の部分の第１の電極群及び前記第１の部分の第２の電極群に接続する、第１の配置ステップと、第１の所定温度で前記フラックスを液体状になるまで加熱し、加圧して前記第１の部分の第１の電極群と前記第１の部分の第２の電極群とを互いに近づけた後、前記フラックスを冷却し、前記フラックスを前記第１の部分の第１の電極群及び前記第１の部分の第２の電極群に位置決めする、第１の加熱・加圧ステップと、前記第１の配列方式とマトリクス相補的関係を有する第２の配列方式により、前記マイクロチップの第２の部分の前記第１の電極群を前記基板の第２の部分の前記第２の電極群に対応するように設け、前記フラックスを前記第２の部分の第１の電極群及び前記第２の部分の第２の電極群に接続する、第２の配置ステップと、前記第１の所定温度で前記フラックスを液体状になるまで加熱し、加圧して前記第２の部分の第１の電極群と前記第２の部分の第２の電極群とを互いに近づけた後、前記フラックスを冷却し、前記フラックスを前記第２の部分の第１の電極群及び前記第２の部分の第２の電極群に位置決めする、第２の加熱・加圧ステップと、第２の所定温度で加熱・加圧し、全部の前記第１の電極群及び前記第２の電極群を溶接した後に冷却して常温にする、第３の加熱・加圧ステップと、を含むことを特徴とするチップの固定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係るチップの固定方法を示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＭｉｃｒｏ−ＬＥＤを基板に結合する動作の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る第２の電極セットを示す部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る金属めっき層を示す部分拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る第１の配置ステップの説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る第２の配置ステップの説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る加熱・加圧を行うときの状態の説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る金属めっき層を示す部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【０００９】
図１〜図５を参照する。図１〜図５に示すように、本発明の一実施形態に係るチップの固定方法は、（１）〜（８）のステップを含む。
（１）第１の電極群２１をそれぞれ有する複数のマイクロチップ２を準備するステップ。
（２）チップ固定装置１に位置決めするとともに、第１の電極群２１に対応した複数の第２の電極群３１を有する基板３を準備するステップ。
（３）第１の電極群２１と第２の電極群３１との間に設けられたペースト状のフラックス４を準備するステップ。
（４）縦方向及び横方向で間隔をおいて設置される第１の配列方式（図５を参照する）により、複数のマイクロチップの第１の部分の第１の電極群２１を基板３の第１の部分の第２の電極群３１に対応するように設け、フラックス４を第１の部分の第１の電極群２１及び第１の部分の第２の電極群３１に接続する、第１の配置ステップ。
（５）第１の所定温度でフラックス４を液体状になるまで加熱し、加圧して第１の部分の第１の電極群２１と第１の部分の第２の電極群３１とを互いに近づけた後、フラックス４を冷却し、フラックス４を第１の部分の第１の電極群２１及び第１の部分の第２の電極群３１に位置決めする、第１の加熱・加圧ステップ。
（６）第１の配列方式とマトリクス相補的関係を有する第２の配列方式（図６を参照する）により、マイクロチップの第２の部分の第１の電極群２１を基板３の第２の部分の第２の電極群３１に対応するように設け、フラックス４を第２の部分の第１の電極群２１及び第２の部分の第２の電極群３１に接続する、第２の配置ステップ。
（７）第１の所定温度でフラックス４を液体状になるまで加熱し、加圧して第２の部分の第１の電極群２１と第２の部分の第２の電極群３１とを互いに近づけた後、フラックス４を冷却し、フラックス４を第２の部分の第１の電極群２１及び第２の部分の第２の電極群３１に位置決めする、第２の加熱・加圧ステップ。
（８）第２の所定温度で加熱・加圧し、全部（第１の部分及び第２の部分）の第１の電極群２１及び第２の電極群３１を溶接した後に冷却して常温にする、第３の加熱・加圧ステップ。
【００１０】
マイクロチップ２は非常に小さく、過大な挟持力によりマイクロチップ２が損壊されることを防ぐために、ノズル６を利用し、マイクロチップ２を基板３まで移動させることが好ましい。同じ道理により、専門の加圧部材７によりマイクロチップ２に圧力を加えてもよい。加圧に用いる圧力は１〜１００ｇ／５ｍｉｌ２である。基板３は、ＦＲ−４基板、ＢＴ基板、ガラス、フレーム、セラミック、アルミニウム基板、銅基板、シリコン基板、フレキシブル基板（ＰＩ）又はサファイアからなる。
【００１１】
フラックス４を使用すると、電極群２１，３１表面の酸化物又は汚染物質を除去し、結合品質を高めることができる。フラックス４は、被溶接表面を保護し、酸化することを防ぐことができる。また第１の加熱・加圧ステップ及び第２の加熱・加圧ステップは１回目のチップ固定（所定の位置）でもよい。
フラックス４が冷却されると液体が固体に変換され、電極群２１，３１が連結固定される。言い換えると、各マイクロチップ２は、フラックス４を介して基板３に位置決めされる。第１の所定温度は、他の部材が熱による影響を受けないように、１２０〜２３０℃に設定することが好ましく、フラックス４を選択して使用する場合、フラックス４を速やかに加熱して溶融し、消費電力を少なくし、製造時間を短縮するために、その融点はこの温度範囲内かこの温度範囲以下であることが好ましい。
【００１２】
詳細には、第２の電極群３１は金属めっき層５を含む。第１の加熱・加圧ステップ及び第２の加熱・加圧ステップにおいて、フラックス４は、第１の電極群２１及び金属めっき層５を溶接する。金属めっき層５は、エッチング方式で形成される。好ましくは、金属めっき層５の上表面が平面状であり、平滑な接触面積が多めにあり、第１の電極群２１と強固に結合される。
【００１３】
さらに詳細には、金属めっき層５は、外側から内側にかけて順次、半田層５１、銅材料層５２及び下地層５３が形成されている。下地層５３は、ニッケル又はチタンからなる。第２の所定温度は、半田層５１の融点より高いか融点に等しい。ここで、第３の加熱・加圧ステップは、主に半田層５１を溶融させて第１の電極群２１と接続し、半田層５１を冷却すると、チップ固定製造工程全体が完了する。そのため、第３の加熱・加圧ステップは、２回目のチップ固定ステップとも称される。
同じ道理により、好適な昇温時間を得て加工コストを減らすために、これだけに限定されるわけではないが、第２の所定温度は２３０℃より大きく、３３０℃より小さいことが好ましい。本実施形態において、第１の所定温度を１８０℃に設定し、第２の所定温度を２６０℃に設定し、半田層５１を確実に溶解させると、フラックス４がこの温度で揮発されるため、好ましい完成品を得ることができる。
【００１４】
図８を参照する。図８に示すように、本発明の他の実施形態において、金属めっき層５Ａには金材料層５４が形成される。金材料層５４は、半田層５１を覆う。金材料層５４の厚さは０．２μｍであり、結合する前に金材料層５４はその他金属層が酸化することを防ぎ、良好な状態を保持することができる。
【００１５】
図１〜図５を参照する。図１〜図５に示すように、本発明の一実施形態に係るチップの固定方法において、一方向で互いに隣り合う２つのマイクロチップ２の間隔距離Ｄは２００μｍより小さく、各マイクロチップ２の面積は１０〜３００μｍ２である。
上述したことから分かるように、各マイクロチップ２のサイズと、隣り合う間隔とが非常に小さいため、変化が発生するので結果は好ましくなく、収率が下がる虞があった。また、本実施形態の各マイクロチップ２の面積は５ｍｉｌ２より小さかった。そのため、高収率の製造工程の品質を高めるために、電極群２１，３１には２ステップ式の熱圧着方式が採用されている。
【００１６】
さらに詳細には、電極群２１，３１を結合させるために移動を２段階に分けて行うため、第１の電極群２１及び第２の電極群３１が互いに近づく変位量が小さくなり、溶融状態のフラックス４又は半田層５１により力を受けて撥ね、隣り合う２つのマイクロチップ２同士が不用意に電気的に接続されて短絡が発生し、基板３その他の回路、部材に悪影響を与えることを防ぐ。
好ましくは、フラックス４に非導電かつ無腐食性の無洗浄タイプ（例えば、ロジン有機タイプ）を選択し、短絡なども問題が生じることを防いで結合成功率を高める。好ましくは、半田層５１の厚さを１〜１０μｍにすると、半田層５１が押圧されたときに、２つのマイクロチップ２間の隙間から外へ溢れ出ることを防ぐことができる。実際に製造工程のテストを複数回行った結果、半田層５１の厚さを５〜７μｍにすると、結合の品質が高くなることが分かった。
【００１７】
本実施形態のフラックス４は、単点設置方式により第２の電極群３１に設置されるため、フラックス４を１回で複数の第２の電極群３１の外部へ全て設けたり、第１の配列方式又は第２の配列方式の必要に応じてフラックス４と複数の第２の電極とを結合したりしてもよい。勿論、フラックス４の接地方式のみに限定されるわけではなく、必要に応じてフラックス４をスクリーン印刷方式により第２の電極群３１に設けてもよい。或いは、フラックス４を吹き付け方式により第２の電極群３１に設けても何等差し支えない。
【００１８】
ここで、図２に示すように、チップの固定方法において、軌道ユニット８及びヒーター９を準備する。軌道ユニット８には、加熱装置及び冷却装置が設けられる。基板３は、加熱位置と冷却位置との間で移動可能に軌道ユニット８に設けられる。ヒーター９は、加熱位置に設けられて基板３を加熱し、加熱が完了した後、軌道ユニット８により基板３及び複数のマイクロチップ２を一緒に冷却位置へ移動させて冷却する。
【００１９】
上述したことから分かるように、本発明のチップの固定方法は、フラックス及び半田層をステップ方式で溶融して２回のチップ固定を行い、マイクロチップユニットと基板３との結合安定度を高める。またフラックス及び半田層が外へ溢れ出て互いに隣り合う２つのマイクロチップに短絡が発生することを防ぎ、結合成功率（収率）を高める。また、必要に応じてフラックスを特定の方式で分布させて複数の第２の電極と結合させ、結合成功率を高めてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１    チップ固定装置
２    マイクロチップ
３    基板
４    フラックス
５    金属めっき層
５Ａ  金属めっき層
６    ノズル
７    加圧部材
８    軌道ユニット
９    ヒーター
２１  第１の電極群
３１  第２の電極群
５１  半田層
５２  銅材料層
５３  下地層
５４  金材料層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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