JP2013140964A - ドライ・フィルム・フォトレジストを使用したダイ上部への蛍光体の堆積 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤダイに、蛍光体を含んだ材料の層を堆積する方法を提供すること。
【解決手段】本方法は、接着テープに、複数の開口を有するテンプレートを配置するステップと、テンプレートの複数の開口のうちの１つに複数のＬＥＤダイのそれぞれを配置するステップとを含む。また本方法は、テンプレートおよび複数のＬＥＤダイの上に、パターニングされたドライ・フィルム・フォトレジスト層を形成するステップを含む。フォトレジスト層は、ＬＥＤダイのそれぞれの上部表面を暴露するように構成された複数の開口を有する。次に、蛍光体を含んだ材料は、それぞれのＬＥＤダイの暴露された上部表面に配置される。本方法は、フォトレジスト層およびテンプレートを除去するステップをさらに含む。
【選択図】図１４

Description

関連出願の相互参照
本願は、「ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＯＮ ＤＩＥ ＴＯＰ ＵＳＩＮＧ ＤＲＹ ＦＩＬＭ ＰＨＯＴＯＲＥＳＩＳＴ」と題する米国特許出願第１３／３３８，９３６号の優先権を主張するものであり、また、「ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＯＦ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＯＮ ＤＩＥ ＴＯＰ ＢＹ ＳＴＥＮＣＩＬ ＰＲＩＮＴＩＮＧ」と題する米国特許出願第１３／３３８，９１２号に関連するものである。

本発明は、一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、詳細には、光色を選択するためのＬＥＤダイにおける蛍光体を含んだ材料の堆積に関する。

白熱電球が光よりも多くの熱を発生させることから、より効率的な人工光源が切望されている。ＬＥＤは、有望な技術であり、すでに、信号機や懐中電灯など、特別な目的のために広く展開されている。有色光の場合は、所望の出力光色を得るために、ＬＥＤチップは波長変換材料と結合されることが多い。例えば、黄色の蛍光体は、白色光を生成するために、青色ＬＥＤと結合されることが多い。しかし、一般照明用のＬＥＤベースのランプの開発は、様々な問題にぶつかっている。中でも、蛍光体を用いた、一定の光色をもたらすＬＥＤエミッタを大量生産することは難題である。

従来のＬＥＤエミッタは、ＬＥＤダイをカップの中に蛍光体を含んだ材料を有する凹部またはカップ構造の中に含むことが多い。いくつかの例では、蛍光体を含んだ材料は、例えばシリコーン材料によって、ＬＥＤダイから分離される。これらの従来の方法は、多くの不利点に悩まされる傾向がある。例えば、従来の方法は、大量の蛍光体を使用することが多く、蛍光体およびシリコーン材料の冷却不良の原因になる場合もある。結果として、エミッタは、パッケージングの信頼性低下、および光色の不均一な角度分布に悩まされる可能性がある。ＬＥＤ製造の既存のプロセスを前提とすると、一定の色温度を有する白色ＬＥＤを大量生産することは課題であることが分かっている。

本発明の実施形態は、ＬＥＤダイの上部に、調整された量の蛍光体を含んだ材料を載置するための方法に関する。いくつかの実施形態において、複数のＬＥＤダイは、テンプレートの開口に載置される。適切な粘度の蛍光体を含んだ材料は、例えば印刷によって塗布され、次いで、余分な材料が、指標としてのテンプレートを使用して除去される。開口の大きさは、蛍光体を含んだ材料をＬＥＤダイの露出された上部表面のみに限定し、テンプレートの高さは、蛍光体を含んだ材料の厚さを調整するのに役立つ。パターニングされたフォトレジストが、蛍光体を含んだ材料が望まれていない、ダイの領域をマスキングするために使用され得る。

本明細書に説明される方法は、多くの利点を有し、従来の技法によって達成され得る。本方法は、従来の設備およびプロセスを使用し、費用効果的な大量生産に適している。蛍光体は、ＬＥＤダイの上部表面にしか載置されないので、その使用量は抑えられる。蛍光体材料に生成される熱は、ＬＥＤダイを通して消散することが可能であり、より一層の冷却により、蛍光体およびシリコーン材料の温度が抑えられ、より信頼性のあるパッケージがもたらされ得る。対照的に、ダイ上部に蛍光体を載置する従来の方法は、蛍光体材料の液滴を載置するシリンジを使用することを含む。この方法の１つの不利な点は、液体混合物が沈殿する傾向があり、色ずれをもたらす可能性があることである。本発明による方法では、蛍光体を含んだ材料の混合物が、所望の粘度に形成されてから、テンプレートに塗布される。

ある実施形態によれば、複数のＬＥＤダイに、蛍光体を含んだ材料の層を堆積するための方法が、接着テープに、複数の開口を有するテンプレートを配置するステップと、テンプレートの複数の開口のうちの１つに複数のＬＥＤダイのそれぞれを配置するステップとを含む。本方法はまた、テンプレートおよび複数のＬＥＤダイの上に、パターニングされたドライ・フォトレジスト・フィルムを配置するステップを含む。ドライ・フォトレジスト・フィルムは、ＬＥＤダイのそれぞれの上部表面を暴露するように構成されている複数の開口を含むが、接合パッドなどの表面領域を遮蔽することができる。次に、蛍光体を含んだ材料が、ＬＥＤダイのそれぞれの暴露された上部表面に配置される。方法は、ドライ・フォトレジスト・フィルムおよびテンプレートを除去するステップをさらに含む。

上述の方法の具体的な実施形態において、接着テープは、ガラス・プレートに載置される。接着テープは、熱剥離テープまたはＵＶ剥離テープとすることができる。いくつかの実施形態において、テンプレートの開口の領域は、ＬＥＤダイの大きさとほぼ等しい。テンプレートの開口の厚さは、ＬＥＤダイの厚さと実質的に等しい。いくつかの実施形態において、ドライ・フォトレジスト・フィルムは、ＬＥＤダイにおける接合パッド領域をカバーするように構成されている。いくつかの実施形態において、本方法は、ドライ・フォトレジスト・フィルムおよびＬＥＤダイに、蛍光体を含んだ材料を堆積するステップと、ステンシルの上部表面から、およびドライ・フォトレジスト・フィルムの上部表面よりも上に突出しているＬＥＤダイの上部表面における蛍光体を含んだ材料を除去するステップを含む。ある実施形態において、ドライ・フォトレジスト・フィルムの厚さは、蛍光体を含んだ材料の所望の厚さと等しい。

本発明の性質および利点のさらなる理解は、続く本明細書の残りの部分における詳細な説明および添付の図面を参照することによってより認識され得る。

図１乃至図１３は、本発明の実施形態による蛍光体を堆積する方法を行うための方法を示す図である。

本発明の実施形態による蛍光体を堆積する方法を行うための基板を示す図である。 本発明の実施形態による蛍光体を堆積する方法を行うための格子テンプレートを示す図である。 本発明の実施形態による蛍光体を堆積する方法を行うための格子テンプレートを示す図である。 テンプレートの格子開口にＬＥＤチップが載置されるプロセスを示す図である。 図５（ａ）−図５（ｃ）は、ＬＥＤチップで充填されたテンプレート開口と、ＬＥＤチップにおける接合パターンとを示す図である。 フォトレジスト・フィルムをパターニングする際に使用可能なマスク・レイアウトを示す図である。 ドライ・フォトレジスト・フィルムがテンプレートおよびＬＥＤチップの上に配置された図である。 フォトマスクを使用してドライ・フィルム・フォトレジストを暴露するプロセスを示す図である。 現像プロセス後のパターニングされたフォトレジストを示す図である。 蛍光体材料がフォトレジスト・パターンの開口に堆積していることを示す図である。 ガラス・プレートと、プレートを覆うテンプレートと、テンプレートの開口に載置されたＬＥＤチップと、蛍光体を含んだ混合物がフォトレジスト・パターンの開口を充填し、ＬＥＤチップの暴露された上部表面を覆ったフォトレジスト・パターンとを含む中間構造体を硬化するステップを示す図である。 フォトレジストが除去された状態の図１１における構造体を示す図である。 接着テープに付着された複数の個別のＬＥＤダイを含む構造体を示す図であり、ＬＥＤダイのそれぞれは、上部表面に、蛍光体を含んだ材料の層を有する。 本発明の実施形態による複数のＬＥＤダイに、蛍光体を含んだ材料の層を堆積する方法を要約した流れ図である。

以下の説明は、上記列挙した一連の図面を参照してなされる。これらの図は、単に例示に過ぎず、これらの例示は、添付の特許請求の範囲の範囲を不当に限定するものではない。図示され、説明される様々な態様との関連において、他の変形形態、修正形態、および代替形態を当業者は理解するであろう。

図１は、蛍光体を堆積する方法を行うための基板の上面図と横断面図とを示している。接着テープ１１０が、ガラス・プレート１２０に配置される。ある実施形態において、このテープは、例えば、ポリエステルから作られる熱剥離テープまたはＵＶ剥離テープとすることができる両面の接着テープである。例えば、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐ．から市販されているテープが使用され得る。テープ１１０は、プレート１２０、すなわちガラス基板に付着される。具体的な実施形態において、プレート１２０は、約１ｍｍの厚さである。しかし、他の適切な厚さを有するプレートも使用可能である。

図２では、格子テンプレート１３０が、テープ１１０の接着上面側に配置される。図２の例では、格子テンプレートは、６×６アレイで配列された開口を含む。しかし、用途に応じて、格子テンプレートは、他の格子パターン、例えば３０×３０を有することが可能である。いくつかの実施形態において、格子テンプレートは、正方形の開口を有する金属プレートである。開口は、ＬＥＤチップの大きさよりもわずかに大きく、プレートの厚さは、ＬＥＤチップの厚さと同じである。テンプレート１３０の具体的な例は、図３に示され、開口１３２の大きさは、ＬＥＤチップの大きさが０．９ｍｍ×０．９ｍｍであるのに対して、０．９５ｍｍ×０．９５ｍｍである。この例では、開口間の間隔は、０．５ｍｍであり、プレートの厚さは、０．１７ｍｍである。もちろん、これらの寸法は変更可能である。

図４では、個々のＬＥＤチップ１４０が、格子開口の中に載置される。例えば、ピック・アンド・プレース・ツールが、基準としてこの格子を使用して、個々のＬＥＤチップを格子開口の中に載置するために使用され得る。図５（ａ）は、ＬＥＤチップ１４０が開口に載置された状態のテンプレート１３０の上面図を示している。図５（ｂ）は、蛍光体層から遮蔽される接合パッド領域１４４を含んだＬＥＤチップの上面図を示している。本発明の実施形態において、ドライ・フィルム・フォトレジストが、後述されるように、接合パッド領域を保護するために使用される。図５（ｃ）は、接合パッド領域を保護しながら、ＬＥＤチップの上部表面を暴露して蛍光体材料を堆積するための所望のパターンを示している。

本発明の実施形態において、市販のドライ・フィルム・フォトレジストが、接合パッド領域など、ＬＥＤダイの上部表面の領域をマスキングするために使用される。例えば、Ｄｕｐｏｎｔ、Ｒｉｓｔｏｎシリーズのドライ・フィルム・レジストは、厚さが２０ｕｍから１００ｕｍである。Ｄｕｐｏｎｔのレジストは、ネガティブ・トーンを有し、リソグラフィにＵＶ光源を必要とする。別の例では、ＭＧ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによる４１６−ＤＦＲドライ・フィルム・レジストでは、１．５ｍｉｌ（０．０３８１ｍｍ）から２ｍｉｌ（０．０５０８ｍｍ）の厚さが利用可能である。ＭＧフィルムもやはり、ネガティブ・トーンであるが、リソグラフィに通常の昼光蛍光電球を使用することが可能である。ドライ・フィルム・フォトレジストは、２つのフィルム、ポリエチレン・フィルムと、ポリエステル・フィルムとの間に挟まれることが多い。ポジティブ・トーンのレジストでは、除去すべき領域は、暴露され、したがって、図５（ｃ）に示されるように、マスク内に開口領域として現れる。ネガティブ・トーンのレジストの場合、マスク内の除去すべき領域は、暗色であり、このようなマスク・レイアウトの例は、図６に示されている。マスクの原図は、コンピュータ・グラフィック・ソフトウェアを使用して作成することができ、例えば、レーザ・プリンタを使用して透明フィルムに印刷することができる。

図７では、ポリエチレン層が、ドライ・フィルム・レジストから剥離された後、ドライ・フィルム・レジスト１５０は、ＬＥＤチップ１４０を有するテンプレート１３０の上に置かれる。ドライ・フィルム・レジストは、ＬＥＤチップおよびテンプレートと接触している。図７に示されるように、ドライ・レジスト・フィルムは、ＬＥＤチップとテンプレートとの間の空隙の上に「天幕状に覆う」ことができる。

図８は、ドライ・レジスト・フィルムの暴露を示している。原図が透明フィルムに印刷されたフォトマスク１５２は、ＬＥＤチップ／テンプレートに接着されているドライ・フィルム・レジスト１５０のポリエステルのカバーの上に配置される。フォトマスクのインク側は、ポリエステルのカバーと接触している。次に、ＵＶ透明ガラス、またはアクリル・プレート（図示せず）が、フォトマスクの上部の上に載置され、それにより、フォトマスクは、ポリエステルのカバーと滑らかで密接な接触をすることができる。暴露は、ＵＶ光源１９０を使用して行うことができ、例えば、ＬｅｄＥｎｇｉｎによるＬＥＤランプＬｕｘｐｏｔ ａｌｔａは、４００ｕｍのＵＶ光をもたらすことが可能である。暴露は、例えば、２０分間行うことができる。続いて、暴露後ベークが、フォトレジストの架橋をさらに補助するために実行される。フォトレジスト・フィルムの暴露されない領域は、従来のレジスト現像プロセスを使用して除去される。この時点で、図９に示されるように、ＬＥＤダイの上部表面は、接合パッド領域を除いて暴露される。このとき、接合パッド領域と、テンプレートの残りの表面とは、ダイ領域１５４の上面図に示されるように、現像されたフォトレジストによって保護されている。

図１０では、蛍光体を含んだ混合物１６０が、パターニングされた積層体の上に堆積される。一例として、混合物は、適正な粘度とチクソ性を達成するように、シリコーン（例えば、Ｋｅｒ２５００）と、蛍光体（例えば、黄色と赤色の蛍光体）と、希釈溶液（例えば、ＫＦ−９９４、シクロテトラシロキサン）とを混合することによって用意され得る。ここでは、この混合物は、従来の液体を分注する方法に使用される混合物の粘度よりも高い粘度を有することが可能である。そのため、沈殿によって引き起こされる蛍光体混合物の変化を抑えることができる。蛍光体混合物が塗布された後、ガス抜き手順が気泡を除去するために使用され得る。次いで、混合物は、フォトレジストのパターンおよびプリントの上にローラ付けされる。印刷は、例えば、ＤＥＫによる印刷機械を使用して実施され得る。印刷後、過剰なシリコーン／蛍光体／希釈混合物が、ステンシルから除去される。フォトレジストの厚さは、ダイ上部への蛍光体の混合物の調整された厚さを可能にする。

図１１は、ガラス・プレート１２０と、プレートの上のテンプレート１３０と、テンプレートの開口に配置されたＬＥＤチップ１４０と、蛍光体を含んだ混合物１６０がフォトレジストの開口を充填し、ＬＥＤチップの暴露された上部表面を覆ったフォトレジスト１５０とを含む中間構造体を示している。この中間構造体は、シリコーンを１２０℃〜１５０℃で２分間硬化するようにホット・プレート２００の上に載置される。硬化中、シリコーン／蛍光体／希釈混合物が乾燥するまで、シリコーンがワイヤ接合パッドを流したり、覆ったりしないように、フォトレジストは印刷位置に保持される。

図１２では、フォトレジストが除去される。ここでは、例えば、ＤｕｐｏｎｔまたはＭＧ Ｃｈｅｍｉｃａｌによるものなど、適切なフォトレジスト剥離溶液が使用可能である。図１３では、テンプレートが除去され、このとき、それぞれの個々のＬＥＤダイは、蛍光体を含んだ混合物の層によりカバーされている。

図１３に示される構造体が、接着テープ１１０に付着された複数の個別のＬＥＤダイ１４０を含み、ＬＥＤダイのそれぞれは、ダイ上部に、蛍光体を含んだ材料１６０の層を有する。この時点で、蛍光体がコーティングされたＬＥＤダイをエミッタ・パッケージに実装するために、例えば、ピック・アンド・プレース・ツールを使用する標準的な組立てプロセスが、使用され得る。

図１４は、本発明の実施形態による複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ダイに、蛍光体を含んだ材料の層を堆積する方法を要約した流れ図である。図１４に示されるように、方法は、以下のプロセス、すなわち、
接着テープに、複数の開口を有するテンプレートを配置するステップと、
テンプレートの複数の開口のうちの１つに複数のＬＥＤダイのそれぞれを配置するステップと、
テンプレートおよび複数のＬＥＤダイの上に、ＬＥＤダイのそれぞれの上部表面を暴露するように構成された複数の開口を有するドライ・フィルム・フォトレジスト層を形成するステップと、
それぞれのＬＥＤダイの暴露された上部表面に、蛍光体を含んだ材料を堆積するステップと、
フォトレジスト・フィルムを除去するステップと、
テンプレートを除去するステップと
を含む。方法の例は、図１乃至図１３に関連して上述されている。

この方法において、それぞれのＬＥＤダイの上部表面に、蛍光体を含んだ材料を堆積するプロセスは、
ステンシルおよびＬＥＤダイに蛍光体を含んだ材料を堆積するステップと、
ドライ・フィルム・フォトレジスト層の上部表面から、およびテンプレートの上部表面よりも上に突出しているＬＥＤダイの上部表面における蛍光体を含んだ材料を除去するステップと
を含む。

上述の方法は、単色の複数ダイ・エミッタのためのダイ付着とワイヤ・ボンディングのステップの前の蛍光体堆積に適している。さらに、いくつかの実施形態において、蛍光体の印刷後、それぞれのダイは、光の色について試験される。（すべてのダイの平均色を基準にして）反対色の２つ以上のダイを選択し、複数ダイのパッケージに取り付けることが可能である。

本発明は、具体的な実施形態に対して説明してきたが、本発明が、以下の特許請求の範囲の範囲内のすべての修正形態および均等形態を網羅するように意図されていることは理解されるであろう。

１１０ 接着テープ
１２０ ガラス・プレート
１３０ 格子テンプレート
１４０ ＬＥＤチップ
１４４ 接合パッド領域
１５０ ドライ・フィルム・レジスト
１５２ フォトマスク
１５４ ダイ領域
１６０ 蛍光体を含んだ混合物
１９０ ＵＶ光源
２００ ホット・プレート

Claims (11)

1. 複数のＬＥＤ（発光ダイオード）ダイに、蛍光体を含んだ材料の層を堆積する方法であって、この方法は、
   接着テープに、複数の開口を有するテンプレートを配置するステップと、
   前記テンプレートの前記複数の開口のうちの１つに複数のＬＥＤダイのそれぞれを配置するステップと、
   前記テンプレートおよび前記複数のＬＥＤダイの上に、前記ＬＥＤダイのそれぞれの上部表面を暴露するように構成された複数の開口を有する、パターニングされたフォトレジスト層を形成するステップと、
   それぞれの前記ＬＥＤダイの前記暴露された上部表面に、蛍光体を含んだ材料を堆積するステップと、
   前記フォトレジスト層を除去するステップと、
   前記テンプレートを除去するステップと
   から構成されることを特徴とする方法。
2. 前記接着テープは、ガラス・プレートに載置される、請求項１に記載の方法。
3. 前記接着テープは、熱剥離テープである、請求項１に記載の方法。
4. 前記接着テープは、ＵＶ剥離テープである、請求項１に記載の方法。
5. 前記テンプレートの前記開口の領域は、前記ＬＥＤダイの大きさとほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
6. 前記テンプレートの前記開口の厚さは、前記ＬＥＤダイの厚さと実質的に等しい、請求項１に記載の方法。
7. 前記フォトレジスト層は、前記ＬＥＤダイの接合パッド領域をカバーするように構成されている、請求項１に記載の方法。
8. 前記ステンシルの前記開口のそれぞれに、前記蛍光体を含んだ材料を堆積するステップは、
   前記フォトレジスト層および前記ＬＥＤダイに、前記蛍光体を含んだ材料を堆積するステップと、
   前記フォトレジスト層の前記上部表面から、および前記ステンシルの上部表面よりも上に突出している前記ＬＥＤダイの前記上部表面の前記蛍光体を含んだ材料を除去するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記フォトレジスト層の前記開口の深さは、前記蛍光体を含んだ材料の所望の厚さと等しい、請求項１に記載の方法。
10. 前記フォトレジスト層を形成するステップは、
    前記テンプレートの上にドライ・フォトレジスト・フィルムの層を配置するステップと、
    前記フォトレジスト層の上にマスク層を配置するステップと、
    前記フォトレジスト層に複数の開口を形成するステップと
    を含む、請求項１に記載の方法。
11. 接着テープに付着された複数の個別のＬＥＤダイを備える構造体であって、前記ＬＥＤダイのそれぞれは、蛍光体を含んだ材料の層を含む、構造体。

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