説明

ベアチップのフリップチップ実装方法

【課題】フリップチップ実装時に、ベアチップの実装位置に多少のズレが生じても、ベアチップのアノード電極およびカソード電極間の短絡の発生を防止する。
【解決手段】LEDベアチップ1または回路基板2にバンプ3を設け、バンプを間に介在させてLEDベアチップを回路基板に対向配置し、LEDベアチップに超音波振動を印加しつつ熱圧着し、バンプを塑性変形して、LEDベアチップを回路基板に電気接続するLEDベアチップのフリップチップ実装方法であって、超音波振動をLEDベアチップの対向する一対の辺を斜めに横切る方向に印加することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ベアチップのフリップチップ実装方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ベアチップ、特にLEDベアチップの回路基板への実装は、これまで、主としてダイボンディングを介したワイヤボンディングにより行われていたが、LEDチップ作動時の熱放散を促進してLEDチップの発光効率を上げるべく、最近では、フリップチップ実装方法が用いられるようになってきている。
【0003】
フリップチップ実装方法は、チップ表面(回路面)または回路基板にバンプと呼ばれる突起電極(接続用金属、通常はAu)を設け、バンプを間に介在させてチップを回路基板に対向配置し、チップに超音波振動を印加しつつ熱圧着し、バンプを塑性変形して、チップを回路基板に電気接続する実装方法である(例えば、特許文献1、2参照)。
【0004】
こうして、LEDチップが回路基板にフリップチップ実装された場合は、従来のダイボンディング樹脂を通じた熱放散より、バンプ部からの熱放散の方が効率が良いので、LEDチップの温度上昇の抑制効果が大きい。
【0005】
ベアチップのフリップチップ実装方法によれば、通常、回路基板およびベアチップ間の接続端子となるバンプは、バンプボンダーと呼ばれる装置によって回路基板またはベアチップに形成される。バンプは、LEDベアチップの場合、アノード電極およびカソード電極の配列パターンを考慮して、バンプがアノード電極およびカソード電極間に跨らないようなパターンに配置される。
【0006】
その後、フリップチップボンダーと呼ばれる装置が使用され、バンプを間に介在させてベアチップおよび回路基板が対置された後、両者が加熱されるとともに、ベアチップに超音波振動が印加されつつ加圧されることにより、バンプが塑性変形され、ベアチップが回路基板に金属接合される。
図3には、上記のフリップチップボンダーによるLEDベアチップおよび回路基板の金属接合の工程を図示した。
図3(A)において、回路基板2が、フリップチップボンダーのステージ(図示されない)上に置かれている。この例では、バンプ3は回路基板2に設けられている。また、LEDベアチップ1は、回路面が下向きになるようにして、フリップチップボンダーの超音波発信器5に接続されたボンディングヘッド4にピックアップされている。
そして、図3(B)に示すように、バンプ3がアノード電極6およびカソード電極7間に跨らないようにLEDベアチップ1が位置決めされて回路基板2に対向配置され、回路基板2がステージによって加熱されるとともに、LEDベアチップ1は、フリップチップボンダーの超音波発信器5に取付けられたボンディングヘッド4によって超音波振動を印加され、かつ加熱されながら回路基板2に向かって押しつけられ、LEDベアチップ1と回路基板2が金属接合される。このとき、超音波振動は、LEDベアチップ1の対向する一対の辺と平行に印加される。
【0007】
図3(C)は、回路基板2に接合されたLEDベアチップ1の平面図である。最近の高輝度用のLEDベアチップ1は、アノード電極6およびカソード電極7が複雑に入り組んだパターンで配置されている。したがって、LEDベアチップの実装時に、バンプの変形やフリップチップボンダーの実装誤差等によってLEDベアチップの実装位置がずれると、図3(C)に示すように、バンプ3が変形しアノード電極6およびカソード電極7を接続させ、電気的な短絡が生じるという問題があった(図3(C)の部分8)。このため、製品の歩留の低下を招き、高精度のフリップチップ実装が要求されていた。
【0008】
【特許文献1】特開2004−356129号公報
【特許文献2】特開2006−128487号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、本発明の課題は、フリップチップ実装時に、ベアチップの実装位置に多少のズレが生じても、ベアチップのアノード電極およびカソード電極間の短絡が生じないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明は、ベアチップまたは回路基板にバンプを設け、前記バンプを間に介在させて前記ベアチップを前記回路基板に対向配置し、前記ベアチップに超音波振動を印加しつつ熱圧着し、前記バンプを塑性変形して、前記ベアチップを前記回路基板に電気接続するベアチップのフリップチップ実装方法であって、前記超音波振動を前記ベアチップの一対の対辺を斜めに横切る方向に印加することを特徴とするベアチップのフリップチップ実装方法を構成したものである。
【0011】
上記構成において、前記超音波振動を前記ベアチップの対角線方向に印加することが好ましい。
また、前記バンプが所定の高さになるまで、前記バンプを塑性変形させること、さらには、前記バンプがその台座部高さを超える高さまで、前記バンプを塑性変形させることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、超音波振動を加える方向を対向した一対の辺に対して斜めに印加しているため、バンプが振動方向に変形して長く延びても、他方の電極までの距離が長くなるので、LEDチップのアノードおよびカソード間の短絡が防止でき、製品歩留が飛躍的に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。本発明によれば、まず、回路基板およびLEDベアチップ間の接続端子となるバンプが、バンプボンダーによって回路基板またはLEDベアチップに形成される。バンプは、LEDベアチップのアノード電極およびカソード電極の配列パターンを考慮して、アノード電極およびカソード電極間に跨らないようなパターンで配列される。
なお、実施例で使用したLEDベアチップのサイズは約1×1mm角であり、アノード電極とカソード電極間は10〜20μmの隙間があり、絶縁されている。
【0014】
その後、フリップチップボンダーが使用され、バンプを間に介在させてLEDベアチップおよび回路基板が対置された後、両者が加熱されるとともに、LEDベアチップに超音波振動が印加されつつ加圧されることにより、バンプが塑性変形され、LEDベアチップが回路基板に金属接合される。
【0015】
図1は、フリップチップボンダーによるLEDベアチップおよび回路基板の金属接合の工程を説明した図であり、(A)および(B)は、それぞれ、接合前および接合時のLEDベアチップおよび回路基板を図説する斜視図であり、(C)は、回路基板に接合されたLEDベアチップの平面図である。また、図2は、接合時にバンプが塑性変形せしめられる様子を説明する側面図である。
【0016】
図1(A)を参照して説明する。本発明によれば、回路基板2が、フリップチップボンダーのステージ(図示されない)上に置かれる。この実施例では、バンプ3は回路基板2に設けられる。なお、バンプ3がLEDベアチップ1に設けられる場合には、バンプ3がアノード電極およびカソード電極間に跨らないように配置される。
なお、1バンプあたり必要な接合強度を得るためのバンプ径は、直径約90μmのほぼ円形で、バンプ台座部高さdは約30μmとした。ここで、バンプの高さとは、バンプの台座部3aとその上部3bを含めた高さをいう。
また、LEDベアチップ1は、回路面が下向きになるようにして、フリップチップボンダーの超音波発信器5に接続されたボンディングヘッド4にピックアップされる。
【0017】
その後、図1(B)に示すように、バンプ3がアノード電極6およびカソード電極7間に跨らないようにLEDベアチップ1が位置決めされて回路基板2に対向配置される。そして、回路基板2がステージによって加熱されるとともに、LEDベアチップ1は、フリップチップボンダーの超音波発信器5に取付けられたボンディングヘッド4によって超音波振動を印加され、かつ加熱されながら回路基板2に向かって押しつけられる。
【0018】
このとき、超音波振動は、LEDベアチップ1の対向する一対の辺を斜めに横切る方向に、より好ましくはLEDベアチップ1の対角線方向に印加される。それによって、バンプ3が、一定幅をもつ直線状のアノードおよびカソード電極6、7に対して斜めになるように変形され、その結果、バンプが変形して振動方法に長く延びても、他方の電極までの距離が長くなるため、バンプ3が変形可能な許容面積が増大し、アノードおよびカソード電極6、7間の電気的短絡の発生が防止される。ここで、バンプは変形して楕円状となり、長径は約110μmに延びた。
【0019】
さらに、図2に示すように、バンプ3は、その台座部3aは変形させず、その上部3bだけが押し潰されるように塑性変形される。すなわち、台座部3aの高さdを超える高さになるまで、バンプ3が塑性変形される。それによって、バンプ3の塑性変形を、LEDベアチップ1のアノードまたはカソード電極6、7の範囲内に制限することができるとともに、剪断強度で1バンプ当たり600mN以上の接合強度を得ることができ、実装時に発生するバンプの外れやバンプの形状の崩れを防止することができる。
このバンプ3の変形時の高さの制御は、フリップチップボンダーで荷重、超音波の周波数、超音波の印加時間等のパラメータを適宜設定することによってなされ得る。
なお、バンプ高さが、台座部高さd以下になると、塑性変形後の面積が拡大して電極の短絡につながる。
【0020】
こうして、バンプ3が塑性変形せしめられ、LEDベアチップ1と回路基板2がバンプ3を介して金属接合される。そして、図1(C)に示すように、本発明によれば、バンプの変形やフリップチップボンダーの実装誤差等によってLEDベアチップの実装位置に多少のずれが生じても、バンプ3が変形してアノード電極6およびカソード電極間を接続してしまうことがなく、よって、アノード電極6およびカソード電極7の間に電気的な短絡が発生するのを防止する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の1実施例によるフリップチップ実装方法における、フリップチップボンダーによるLEDベアチップおよび回路基板の金属接合の工程を説明した図であり、(A)および(B)は、それぞれ、接合前および接合時のLEDベアチップおよび回路基板を図説する斜視図であり、(C)は、回路基板に接合されたLEDベアチップの平面図である。
【図2】接合時にバンプが塑性変形せしめられる様子を説明する側面図である。
【図3】従来のフリップチップ実装方法における、フリップチップボンダーによるLEDベアチップおよび回路基板の金属接合の工程を説明した図であり、(A)および(B)は、それぞれ、接合前および接合時のLEDベアチップおよび回路基板を示す斜視図であり、(C)は、回路基板に接合されたLEDベアチップの平面図である。
【符号の説明】
【0022】
1 LEDベアチップ
2 回路基板
3 バンプ
4 ボンディングヘッド
5 超音波発信器
6 アノード電極
7 カソード電極
8 短絡部分

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベアチップまたは回路基板にバンプを設け、前記バンプを間に介在させて前記ベアチップを前記回路基板に対向配置し、前記ベアチップに超音波振動を印加しつつ熱圧着し、前記バンプを塑性変形して、前記ベアチップを前記回路基板に電気接続するベアチップのフリップチップ実装方法であって、
前記超音波振動を前記ベアチップの対向する一対の辺を斜めに横切る方向に印加することを特徴とするベアチップのフリップチップ実装方法。
【請求項2】
前記超音波振動を前記ベアチップの対角線方向に印加することを特徴とする請求項1に記載のベアチップのフリップチップ実装方法。
【請求項3】
前記バンプが所定の高さになるまで、前記バンプを塑性変形させることを特徴とする請求項1または2に記載のベアチップのフリップチップ実装方法。
【請求項4】
前記バンプがその台座部高さを超える高さまで、前記バンプを塑性変形させることを特徴とする請求項3に記載のベアチップのフリップチップ実装方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2008−300638(P2008−300638A)
【公開日】平成20年12月11日(2008.12.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−145207(P2007−145207)
【出願日】平成19年5月31日(2007.5.31)
【出願人】(000004606)ニチコン株式会社 (656)
【Fターム(参考)】