(57)【要約】【課題】小型のＬＥＤを実装するための導電性ペーストを基板上に印刷するスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法を得る。【解決手段】平板状の母材の表面に機械加工を施し、多数の凹部を形成する工程と、母材の上からメッキ加工を施し、母材の凹部と対応する部位には底部平坦面を有する凹部が多数形成され、凹部以外と対応する部位には上部平坦面を有する凸部が多数形成されたメタルマスク素材を形成する工程と、母材からメタルマスク素材を剥離して分離する工程と、分離されたメタルマスク素材を、底部平坦面を有する凹部が上側に位置し、上部平坦面を有する凸部が下側に位置するように、メタルマスク素材の上下を反転させる工程と、反転されたメタルマスク素材の上側に位置する凹部の底部平坦面のレーザー加工部位を位置合わせした後、上方からレーザー加工を施して複数の貫通孔を形成する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の母材を用意する工程と、
前記母材の表面に工具による機械加工を施すことにより、前記母材表面に多数の凹部を形成する工程と、
多数の凹部が形成された前記母材の上からメッキ加工を施すことにより、前記母材の凹部と対応する部位には底部平坦面を有する凹部が多数形成され、かつ前記凹部以外と対応する部位には上部平坦面を有する凸部が多数形成されたメタルマスク素材を形成する工程と、
前記母材から前記メタルマスク素材を剥離して分離する工程と、
分離された前記メタルマスク素材を、底部平坦面を有する凹部が上側に位置し、かつ上部平坦面を有する凸部が下側に位置するように、前記メタルマスク素材の上下を反転させる工程と、
反転された前記メタルマスク素材の上側に位置する凹部の底部平坦面のレーザー加工部位を位置合わせした後、上方からレーザー加工を施して複数の貫通孔を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法。
【請求項２】
平板状の母材を用意する工程と、
前記母材の表面に工具による機械加工を施すことにより、前記母材表面に多数の凹部を形成する工程と、
多数の凹部が形成された前記母材の上からメッキ加工を施すことにより、前記母材の凹部と対応する部位には底部平坦面を有する凹部が多数形成され、かつ前記凹部以外と対応する部位には上部平坦面を有する凸部が多数形成されたメタルマスク素材を形成する工程と、
前記母材から前記メタルマスク素材を剥離して分離する工程と、
分離された前記メタルマスク素材を、底部平坦面を有する凹部が上側に位置し、かつ上部平坦面を有する凸部が下側に位置するように、前記メタルマスク素材の上下を反転させる工程と、
反転された前記メタルマスク素材の上側に位置する凹部の底部平坦面のレーザー加工部位を位置合わせした後、上方からレーザー加工を施して複数の貫通孔を形成する工程と、
レーザー加工により貫通孔を形成した後、前記メタルマスク素材から中央部を切り出すことによりメタルマスクを得る工程と、
を備えたことを特徴とするスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法。
【請求項３】
母材表面に多数形成される凹部の形状は、上部開口側が広く、下部底面側が狭いコップ状であり、傾斜角度は５〜１０度の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法。
【請求項４】
母材表面に多数形成される凹部の深さは、０．４５〜２．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法。
【請求項５】
メタルマスク素材の凹部の底部平坦面にレーザー加工により形成される複数の貫通孔は、凹部の周側壁下端部との間隔が３０〜５０μｍ離れた位置に形成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載されたスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製されたスクリーン印刷用メタルマスクを用いてフリップチップ構造のＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
ＬＥＤデバイスを構成する基板の上面に電極が設けられ、基板上面の周囲を取り囲むように反射板又はケースが突出され、基板上面に反射板又はケースで囲まれたキャビティが形成されているＬＥＤデバイスであり、前記基板から突設されている反射板又はケースを逃げるように前記メタルマスクの凸部の裏面側空間内に収容配置し、一方前記キャビティ内には前記メタルマスクの凹部を侵入させて収容することにより、前記凹部の底部平坦面に形成された多数の貫通孔を通過して前記基板の電極上に導電性ペーストを印刷し、前記フリップチップ構造のＬＥＤ素子の下側となる電極を前記基板上の導電性ペーストに実装することを特徴とするスクリーン印刷用メタルマスクを用いたＬＥＤデバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載されたスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製されたスクリーン印刷用メタルマスクを用いてフェイスアップチップ構造のＬＥＤデバイスを製造する方法であって、
ＬＥＤデバイスを構成する基板の上面に電極が設けられ、基板上面の周囲を取り囲むように反射板又はケースが突出され、基板上面に反射板又はケースで囲まれたキャビティが形成されているＬＥＤデバイスであり、前記基板から突設されている反射板又はケースを逃げるように前記メタルマスクの凸部の裏面側空間内に収容配置し、一方前記キャビティ内には前記メタルマスクの凹部を侵入させて収容することにより、前記凹部の底部平坦面に形成された多数の貫通孔を通過して前記基板上に接着剤を印刷し、この接着剤の上に前記フェイスアップチップ構造のＬＥＤ素子をマウントした後、前記ＬＥＤ素子の上部電極と前記基板の電極をワイヤーにより接続することを特徴とするスクリーン印刷用メタルマスクを用いたＬＥＤデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装するための導電性ペーストを基板上に印刷するために用いられるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法及びスクリーン印刷用メタルマスクを用いたＬＥＤデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶バックライト等に使われる小型のＬＥＤを実装する際、基板上に接着剤をディスペンスし、接着剤の上にＬＥＤ素子をマウントした後、ＬＥＤ素子の上部電極と基板の電極をワイヤーにより接続していたが、ＬＥＤの微細化やコストダウンの要請により、接着剤やワイヤーを使わずに、ＬＥＤ素子の上面（エピタキシャル成長面）側から両電極を取り、天地をひっくり返した状態で下側となる電極面を導電性ペーストで直接実装するフリップチップ構造と呼ばれるものが開発されている。しかし、導電性ペーストを基板上にディスペンスする場合、塗布量の微妙な調整が難しく、生産性を悪化させる原因となっていた。そこで、最近、スクリーン印刷用メタルマスクを用いて導電性ペーストを基板上に適量印刷することが考えられている。
また、従来の先行技術としては、複数の突起物を有する部材上における印刷対象位置に印刷材料を印刷するために、突起部上に配置されるスクリーンであり、突起部を覆って、印刷材料を印刷するためのスキージを案内するための平坦部と、平坦部と一体になっていて、複数の突起部の間の印刷対象位置に印刷材料を案内するための凹部と、を有し、凹部の底部には、印刷対象位置に対応する部分に、開口部が設けられているスクリーンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９９１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ素子を固定する基板には、予めＬＥＤ素子の周囲を取り囲むように反射板又はケースが設けられているため、この反射板又はケースを避けながら反射板又はケースで囲まれたキャビティ内の基板上の電極に導電性ペーストをスクリーン印刷し、印刷された導電性ペースト上にＬＥＤ素子の電極側をマウントし、その後、反射板又はケースで囲まれたキャビティ内に蛍光体を分散させた封入樹脂を充填させて完成している。したがって、導電性ペーストを基板上にスクリーン印刷するメタルマスクとしては、キャビティ内に侵入する凹部を有するキャビティマスクが必要である。しかし、微細化が進むＬＥＤでは基板の種類により、キャビティマスクの凹部のデザインも多様になり、凹部の深さも多様になり、凹部の深さが２ｍｍ以下、例えば０．４５ｍｍまである。しかしながら、通常は凹部の深さが０．４５〜２ｍｍというキャビティマスクを作製するのは困難であった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、液晶バックライト等に用いられる小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装するための導電性ペーストを基板上に印刷するために用いられるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法及びスクリーン印刷用メタルマスクを用いたＬＥＤデバイスの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法においては、平板状の母材を用意する工程と、母材の表面に工具による機械加工を施すことにより、母材表面に多数の凹部を形成する工程と、多数の凹部が形成された母材の上からメッキ加工を施すことにより、母材の凹部と対応する部位には底部平坦面を有する凹部が多数形成され、かつ凹部以外と対応する部位には上部平坦面を有する凸部が多数形成されたメタルマスク素材を形成する工程と、母材からメタルマスク素材を剥離して分離する工程と、分離されたメタルマスク素材を、底部平坦面を有する凹部が上側に位置し、かつ上部平坦面を有する凸部が下側に位置するように、メタルマスク素材の上下を反転させる工程と、反転されたメタルマスク素材の上側に位置する凹部の底部平坦面のレーザー加工部位を位置合わせした後、上方からレーザー加工を施して複数の貫通孔を形成する工程と、を備えたものである。
【０００７】
また、レーザー加工により貫通孔を形成した後、メタルマスク素材から中央部を切り出すことによりメタルマスクを得る工程を更に付加したものである。
【０００８】
また、母材表面に多数形成される凹部の形状は、上部開口側が広く、下部底面側が狭いコップ状であり、傾斜角度は５〜１０度の範囲である。
【０００９】
また、母材表面に多数形成される凹部の深さは、０．４５〜２．０ｍｍの範囲である。
【００１０】
また、メタルマスク素材の凹部の底部平坦面にレーザー加工により形成される複数の貫通孔は、凹部の周側壁下端部との間隔が３０〜５０μｍ離れた位置に形成するものである。
【００１１】
また、この発明に係るスクリーン印刷用メタルマスクを用いたＬＥＤデバイスの製造方法においては、ＬＥＤデバイスを構成する基板の上面に電極が設けられ、基板上面の周囲を取り囲むように反射板又はケースが突出され、基板上面に反射板又はケースで囲まれたキャビティが形成されているＬＥＤデバイスであり、基板から突設されている反射板又はケースを逃げるようにメタルマスクの凸部の裏面側空間内に収容配置し、一方キャビティ内にはメタルマスクの凹部を侵入させて収容することにより、凹部の底部平坦面に形成された多数の貫通孔を通過して基板の電極上に導電性ペーストを印刷し、フリップチップ構造のＬＥＤ素子の下側となる電極を基板上の導電性ペーストに実装するものである。
【００１２】
また、ＬＥＤデバイスを構成する基板の上面に電極が設けられ、基板上面の周囲を取り囲むように反射板又はケースが突出され、基板上面に反射板又はケースで囲まれたキャビティが形成されているＬＥＤデバイスであり、基板から突設されている反射板又はケースを逃げるようにメタルマスクの凸部の裏面側空間内に収容配置し、一方キャビティ内にはメタルマスクの凹部を侵入させて収容することにより、凹部の底部平坦面に形成された多数の貫通孔を通過して基板上に接着剤を印刷し、この接着剤の上にフェイスアップチップ構造のＬＥＤ素子をマウントした後、ＬＥＤ素子の上部電極と基板の電極をワイヤーにより接続するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ＬＥＤデバイスの基板上に導電性ペースト等をディスペンスするよりもはるかに早くスクリーン印刷ができ、またペースト量も安定するため、生産性を向上させることができる。特にＬＥＤデバイスの小型化の進展に合わせて対応が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】この発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製されたメタルマスク素材の切り出し前の全体構造を示す平面図である。
【図３】この発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製され、レーザー加工により貫通孔を形成したメタルマスクの凹部部分のみを拡大して示す平面図である。
【図４】この発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製されたメタルマスクを用いてＬＥＤデバイスを製造する工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施例１．
図１はこの発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。
先ず、板厚が例えば約２ｍｍのＳＵＳ材からなる平板状の母材１を用意し、マシニングセンターにてドリル２を工具とする機械加工を施すことにより、平坦状の母材１の表面に多数の凹部加工を行う（図１（ａ）参照）。ドリル２により母材１の表面に多数加工される凹部１１は、その深さｄが約０．４５〜２ｍｍの範囲（好ましくは、約０．６〜１ｍｍの範囲）と比較的深く、凹部１１の形状は、上部開口側が広く、下部底面側が狭いコップ状であり、傾斜角度が約５〜１０度（開き角度が約１０〜２０度）の範囲となるように角度を付けて加工される（図１（ｂ）参照）。凹部１１に傾斜角度を付けておくと、メッキ加工後剥がし易くなり、導電性ペーストが入り易くなる利点がある。このように母材１に比較的深さのある凹部１１を形成する場合には、エッチング加工は不適であり、ドリル２による機械加工が最も好ましい加工方法である。次に、多数の凹部１１が形成された母材１の上からメッキ加工を施すことにより、厚さが約５０〜２００μｍ程度のメタルマスク素材３を形成する（図１（ｃ）参照）。このメタルマスク素材３は、母材１の凹部１１と対応する部位には、底部平坦面３１を有する凹部３２が多数形成されており、母材１の凹部１１以外と対応する部位には上部平坦面を有する凸部３３が多数形成されている。そして、母材１からメッキ加工されたメタルマスク素材３を剥離して分離する（図１（ｄ）参照）。ここで、母材１からメタルマスク素材３を剥離する際、メタルマスク素材３がある程度伸びることは避けられない。次に、分離されたメタルマスク素材３を、底部平坦面３１を有する凹部３２が上側に位置し、かつ上部平坦面を有する凸部３３が下側に位置するように（天地をひっくり返した状態に）、メタルマスク素材３の上下を反転させる。そして、反転されたメタルマスク素材３の上側に位置する凹部３２の底部平坦面３１のレーザー加工部位を位置合わせした後、上方からレーザー加工４を施して複数の貫通孔３４を形成する（図１（ｅ）参照）。このレーザー加工４による貫通孔３４の形成加工においては、貫通孔３４の形成位置と凹部３２の周側壁下端部との間隔ｗが最も狭いところで約３０〜５０μｍと小さいため、凹部３２の深さにも関連して、メッキ加工時に予めレジストを用いて貫通孔を形成する方法では無理であり、レーザー加工４により凹部３２の底部平坦面３１に貫通孔３４を形成する加工方法が唯一の最適手段となる。なお、レーザー加工４により貫通孔３４の形成加工を行う場合、メタルマスク素材３が剥離の際にある程度伸びているので、メタルマスク素材３の基準点マーク（後述する）を基点としてレーザー加工用データに補正を掛けて、凹部３２の底部平坦面３１のレーザー加工部位が合うように調整する必要がある。実際には、レーザー加工機のカメラ（図示せず）にて凹部３２と位置合わせを行うが、±２０μｍ程度のずれが生じるのを考慮して設計する必要がある。
【００１６】
図２はこの発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製されたメタルマスク素材の切り出し前の全体構造を示す平面図である。
図２において、メタルマスク素材３の点線５で囲まれた内側部分がメタルマスク３Ａであり、レーザー加工４による貫通孔３４の形成加工後に、切り出されることにより得られ、例えば液晶バックライト等に用いられる小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装するための導電性ペーストを基板上に印刷するために用いられるスクリーン印刷用メタルマスク３Ａとなる。このメタルマスク３Ａは中央部に３個のパターン形成領域６が並列に形成されており、この各パターン形成領域６に多数の凹部３２が形成されている。切り出される前のメタルマスク素材３の外周縁辺と切り出されてメタルマスク３Ａとなる点線５との間を仮想線の一点鎖線７で示しており、この一点鎖線７における上下中央部の２箇所及び左右中央部の２箇所には、レーザー加工４による貫通孔３４の形成加工時の位置合わせのための基準点マーク８が形成されている。したがって、レーザー加工４による貫通孔３４の形成加工時には、この基準点マーク８を基点としてレーザー加工用データに補正を掛けて、凹部３２の底部平坦面３１のレーザー加工部位が合うように調整する。
【００１７】
図３はこの発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により作製され、レーザー加工により貫通孔を形成したメタルマスクの凹部部分のみを拡大して示す平面図である。
図３において、切り出されて得られた、例えば液晶バックライト等に用いられる小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装するための導電性ペーストを基板上に印刷するために用いられるスクリーン印刷用メタルマスク３Ａの凹部３２の形状は、平面視が隅丸の正方形状であり、凹部３２の底部平坦面３１の四隅には隅丸の正方形状の貫通孔３４がそれぞれ形成されている。なお、ＬＥＤの種類により、凹部３２の数、形状、大きさがそれぞれ変わり、貫通孔３４の数、形状、大きさもそれぞれ変わるものである。凹部３２の周側壁は、角度が付いているので、導電性ペーストが入り易くなる利点がある。
【００１８】
図４はこの発明の実施例１におけるスクリーン印刷用メタルマスクの製造方法により
作製されたメタルマスクを用いてＬＥＤデバイスを製造する工程を示す断面図である。
図４によりフリップチップ構造のＬＥＤデバイスを製造する工程を説明する。フリップチップ構造のＬＥＤデバイスは、ＬＥＤ素子の上面（エピタキシャル成長面）側から両電極を取り、天地をひっくり返した状態で実装するタイプであり、ワイヤーボンディングで実装するフェイスアップチップ構造のＬＥＤデバイスに比較して、フリップチップ構造は小型でかつ凹部深さが深くなるという傾向がある。図４において、フリップチップ構造のＬＥＤデバイスを構成する基板９は、上面に電極１０が設けられており、基板９上面の周囲を取り囲むように断面台形状の反射板又はケース１２が突設され、基板９の上面に反射板又はケース１２で囲まれたキャビティ１３が形成されている。そこで、この発明のスクリーン印刷用メタルマスク３Ａを用意し、基板９から突設されている断面台形状の反射板又はケース１２に対してはこれを逃げるようにメタルマスク３Ａの凸部３３の裏面側空間内に収容配置する。同時に、キャビティ１３内にはメタルマスク３Ａの凹部３２を侵入させて収容することにより、凹部３２の底部平坦面３１を基板９の電極１０に接触させる（図４（ａ）参照）。この時、反射板又はケース１２の上端面とメタルマスク３Ａの凸部３３の裏面との間に若干の隙間が形成されている。しかし、隙間を形成せずに両者を接触させるようにしても良い。次に、図４（ａ）の状態で、メタルマスク３Ａの上面側に半田等の導電性ペーストを載せてスクリーン印刷を行うと、メタルマスク３Ａの凹部３２内に半田等の導電性ペーストが充填され、凹部３２の底部平坦面３１に形成された多数の貫通孔３４を通過して基板９の電極１０上に半田等の導電性ペースト１４が印刷される（図４（ｂ）参照）。次に、ＬＥＤ素子１５の上面（エピタキシャル成長）側から両電極１６を取ったフリップチップ構造のＬＥＤ素子１５を、天地をひっくり返した状態（両電極１６を下面にする）で、下側となる両電極１６の面を基板９の電極１０上の半田等の導電性ペースト１４に載置した後、リフローして直接実装する（図４（ｃ）参照）。その後、基板９の上面の反射板又はケース１２で囲まれたキャビティ１３内にＬＥＤ素子１５の全体を覆うように蛍光体を含む樹脂を充填して封止する。その後、ＬＥＤデバイスは一個毎にカットされる。すなわち、フェイスアップチップ構造のように、基板上に接着剤をディスペンスし、ＬＥＤ素子の上部電極と基板の電極をワイヤーボンディングにより接続する必要が無いため、ＬＥＤデバイスのより一層の小型化が可能となる。
【００１９】
実施例２．
上記実施例１では、フリップチップ構造のＬＥＤデバイスを製造する場合について説明したが、この発明のスクリーン印刷用メタルマスクは、ワイヤーボンディングで実装するフェイスアップチップ構造のＬＥＤデバイスにも適用することができる。
すなわち、ワイヤーボンディングで実装するフェイスアップチップ構造のＬＥＤデバイスは、発光面が上面にある最も汎用的ＬＥＤ素子構造であるが、ＬＥＤ素子を実装する際、この発明のスクリーン印刷用メタルマスクにより、基板上に接着剤をスクリーン印刷してから、接着剤の上にＬＥＤ素子をマウントし、ＬＥＤ素子の上部電極と基板の電極をワイヤーにより接続すれば良い。フェイスアップチップ構造のＬＥＤデバイスであっても、更なる小型化の要請があれば、基板上に接着剤をスクリーン印刷する場合には、この発明のスクリーン印刷用メタルマスクを適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００２０】
１  母材
１１  凹部
２  ドリル（工具）
３  メタルマスク素材
３１  底部平坦面
３２  凹部
３３  凸部
３４  貫通孔
４  レーザー加工
５  点線
３Ａ  メタルマスク
６  パターン形成領域
７  一点鎖線
８  基準点マーク
９  基板
１０  電極
１２  反射板又はケース
１３  キャビティ
１４  導電性ペースト
１５  ＬＥＤ素子
１６  両電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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