KR101041068B1 - 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법 - Google Patents

서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 LED 칩들을 서브 마운트 기판에 각각 부착하는 칩 부착 단계; 상기 칩 부착 단계가 완료된 서브 마운트 기판 및 LED 칩에 형광물질이 혼합된 실리콘을 도포하는 형광체 도포 단계; 상기 형광체 도포 단계가 완료된 서브 마운트 기판을 각 LED 칩 단위로 절단하는 기판 절단 단계; 및 상기 기판 절단 단계가 완료된 서브 마운트 기판을 패키지에 부착하고 패키지와 전기적으로 연결하는 패키징 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING LIGHT EMITTING DIODE USING SUBMOUNT SUBSTRATE}
본 발명은 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 칩을 패키징하여 LED 소자를 제조하는 방법에 있어서 별도의 서브 마운트 기판을 이용하여 그 서브 마운트 기판 위에 LED 칩을 부착한 상태에서 형광체를 도포하는 과정을 수행한 후 패키징을 함으로써 발광 다이오드를 제조하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 발광 다이오드 소자의 제조 방법은 다음과 같다. 먼저 사파이어 등의 소재를 이용하여 LED 칩(1)을 제조한 후에 각 LED 칩(1)을 도 1에 도시한 것과 같이 패키지(2) 내부에 부착(attaching)한다. 다음으로 LED 칩(1)과 패키지(2)를 와이어(4) 본딩하여 전기적으로 연결한다. 다음으로 LED 칩(1) 주위에 형광물질이 혼합된 실리콘(3)을 도포한다. 이와 같이 형광 물질을 도포함으로써 LED 칩(1)에 발생된 빛의 특성을 조절할 수 있다. 일반적으로 LED 소자의 광특성은 1931 CIE(International Commission on Illumination)의 색좌표 상의 값으로 표시한다.
이와 같은 색좌표 값은 LED 칩의 제조 공정에서 반도체 층의 두께 등을 조 절하는 방법으로 조절하거나, 도포되는 형광물질의 양을 조절함으로써 원하는 색좌표의 광특성을 가지는 LED 소자를 제조할 수 있다.
그런데, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 패키지 내부에 LED 칩(1)을 실장한 후 각 패키지(2)마다 일일이 형광물질이 혼합된 실리콘(3)을 디스펜싱해야 하므로 공정이 번거롭고 생산성을 향상시키기 어려운 점이 있다. 또한, 각 LED 소자마다 정확한 양의 실리콘을 도포하는 것이 쉽지 않은 문제점도 있다.
또한, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 패키지(2) 내부에서 LED 칩(1) 주위의 실리콘(3)의 두께는 일정하지 않고 위치마다 각각 다른 두께로 되어 있기 때문에, LED 소자의 광특성이 우수하지 못한 문제점이 있다. 즉, LED 소자와 가까운 위치에서는 전체적으로 색좌표 값의 차이가 없이 균일한 색좌표 값을 가지는 빛이 발생하지만 LED 소자에서 거리가 멀리 떨어진 지점에서 색좌표를 측정하면 빛이 조사되는 영역마다 색좌표 값이 달라지는 문제점이 있다. 즉, 색분리 현상이 발생하는 것이다.
한편, LED 칩의 발광 방향을 고려하면, LED 칩은 도 2 및 도 3과 같은 두가지 형태로 구분할 수 있다. 즉, 도 2에 도시한 것과 같이 두께 방향으로 빛이 발생하게 되는 LED 칩(5)이 있으며, 도 3에 도시한 것과 같이 폭방향으로 빛이 발생하는 LED 칩(6)이 있다.
특히, 도 3에 도시한 것과 같은 LED 칩(6)의 경우 도 1에 도시한 것과 같은 방법으로 형광물질을 도포하면 상술한바와 같은 색분리 현상이 더욱 심하게 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, LED 칩에 형광물질이 혼합된 실리콘을 도포하는 공정을 개선하여 LED 소자를 제조하는 방법의 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 칩의 표면에 형광물질이 혼합된 실리콘이 균일하게 도포되도록 함으로써, LED 칩에서 발생하는 빛에 조사되는 위치에 관계없이 균일한 색좌표값을 가지며 색분리 현상이 발생하지 않는 LED 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 복수의 LED 칩들을 서브 마운트 기판에 각각 부착하는 칩 부착 단계; 상기 칩 부착 단계가 완료된 서브 마운트 기판 및 LED 칩에 형광물질이 혼합된 실리콘을 도포하는 형광체 도포 단계; 상기 형광체 도포 단계가 완료된 서브 마운트 기판을 각 LED 칩 단위로 절단하는 기판 절단 단계; 및 상기 기판 절단 단계가 완료된 서브 마운트 기판을 패키지에 부착하고 패키지와 전기적으로 연결하는 패키징 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법은 LED 칩에 형광물질을 포함하는 실리콘을 도포하는 공정을 개선함으로써 LED 제조 방법의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
또한 본 발명은 LED 칩에 도포되는 실리콘의 두께를 균일하게 함으로써 LED 소자의 광특성을 개선하는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 순서도이며, 도 5 내지 도 9는 도 4에 도시된 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법에 따라 LED 소자를 제작하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 서브 마운트 기판(20)을 이용한 발광 다이오드 제조 방법을 실시하기 위하여 먼저, LED 칩(10)을 마련한다. LED 칩(10)은 일반적으로 사용되는 사파이어 기판(substrate)에 전극이 형성된 형태의 것으로 각각의 LED 칩(10) 마다 절단(dicing)되어 있는 형태이다.
이와 같이 개개의 LED 칩(10)이 마련된 상태에서 각각의 LED 칩들(10)을 도 5 및 도 6에 도시한바와 같이 서브 마운트 기판(20)에 부착하는 칩 부착 단계(S100)를 수행한다. 서브 마운트 기판(20)은 Si 기판(substrate)으로 형성된다. LED 칩이 플립칩 방식으로 서브 마운트 기판에 부착되도록 서브 마운트 기판에 플립칩 전극(범프; bump)이 형성될 수도 있으며, LED 칩과 서브 마운트 기판이 서로 와이어 본딩될 수 있도록 서브 마운트 기판에 전극 패드가 형성될 수도 있다. 또는 서브 마운트 기판(20)에 전극이 형성되지 않고, LED 칩(10)이 부착(die attaching)되기만 할 수도 있다.
이와 같은 상태에서 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 서브 마운트 기판(20) 및 LED 칩(10)의 상면에 형광 물질이 혼합된 실리콘(30)을 도포하는 형광체 도포 단계(S200)를 수행한다. 형광체 도포 단계(S200)는 실리콘(30)을 분무(spray)하는 방법으로 도포할 수 있다. 또한, 일반적인 레진 디스펜서를 이용하는 방법으로 도포할 수도 있다. 이와 같이 실리콘(30)을 도포함에 있어서, 도 7 및 도 8에 도시한 것과 같은 방법으로 도포할 수도 있다. 즉, 먼저 비교적 점성이 높은 댐 실리콘(31)을 이용하여 웨이퍼의 가장자리 부분을 도포하여 댐(dam, 31)을 형성하고 다음으로 그 댐(31)에 둘러싸인 영역 내(32)에 비교적 점성이 낮은 실리콘(30)을 도포하는 방법으로 형광체 도포 단계(S200)를 수행할 수 있다. 이와 같은 방법에 의할 경우, 서브 마운트 기판(20)의 필요한 부분에만 실리콘(30)을 도포하고 다른 부분에는 실리콘(30)이 도포되지 않도록 영역을 쉽게 구분하면서도 빠른 시간 내에 형광체 도포 단계(S200)를 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 액체 상태의 실리콘(30)을 다수의 액적(droplet) 상태로 도포한 후 그 액적들이 주변으로 흐르면서 서브 마운트 기판(20) 및 LED 칩(10)의 표면에 균일한(uniform) 실리콘(30) 막을 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이와 같이 형성된 서브 마운트 기판(20)과 LED 칩(10)의 표면에 실리콘(30)이 도포됨으로써 LED 칩(10)의 상면에 도포된 실리콘(30)의 두께를 균일하게 하거나 LED 칩(10)의 측면에 도포된 실리콘(30)의 두께를 균일하게 할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 LED 칩(10) 표면의 실리콘(30)의 두께를 균일하게 함으로써, LED 칩(10)에서 발생하는 빛의 특성(색좌표계 상의 좌표)을 발광 지점에 관계없이 일정하게 할 수 있는 장점이 있다. 결과적으로 LED 칩(10)에 의한 발광 특성을 일정한 수준으로 쉽게 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한, LED 칩(10)의 위치에 관계 없이 코팅된 실리콘(30)의 두께(코팅된 형광물질의 양)가 균일하므로, LED 칩(10)으로부터 거리가 멀리 떨어진 곳에서도 빛의 색분리 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.
다음으로, 각 LED 칩들(10)의 광특성을 검사하는 검사 단계(S300)를 수행한다. 이와 같은 검사 단계(S300)는 서브 마운트 기판(20)에 LED 칩(10)이 실장된 상태에서 프로브와 같은 장치를 이용하여 각각의 LED 칩(10)에 전압을 인가하고 LED 칩(10)에서 발생하는 빛의 특성을 검사한다. 이와 같이 프로브를 이용하여 LED 칩(10)의 광특성을 검사할 때에는 프로브가 접촉할 전극 부분의 실리콘(30)을 벗겨내는 과정을 먼저 수행한 후에 검사를 수행할 수 있다.
검사항목은 LED 칩(10)에서 발생하는 빛의 색좌표 상의 값이 주요 항목이다. LED 칩(10)에서 발생하는 빛의 색좌표 값은 LED 칩(10)의 반도체 층의 두께, 형광물질이 혼합된 실리콘(30)의 두께 등의 인자에 영향을 받는다. 이와 같은 검사 단계(S300)를 수행한 결과 LED 칩(10)에서 발생하는 빛의 광특성이 미리 정해진 값과 다른 경우에는 광특성을 보정할 수 있는 실리콘(30)의 두께를 계산한다.
이와 같이 계산된 결과를 바탕으로, 실리콘 보충 단계(S400)를 수행한다. 실리콘 보충 단계(S400)에서는 실리콘(30)의 두께를 증가시킬 필요가 있는 영역에 추가로 실리콘(30)을 도포하여 필요한 만큼 실리콘(30)의 두께를 증가시키게 된다.
이와 같이 실리콘 보충 단계(S400)가 완료된 후에는 실리콘(30)을 경화시키 는 작업을 수행한다. 실리콘(30)은 시간이 경과함에 따라 경화되므로, 소정 시간 기다린 후에 다음 작업을 수행할 수도 있고, 서브 마운트 기판(20)을 가열하여 실리콘(30)의 경화 속도를 향상시킴으로써 작업 속도를 높일 수도 있다.
다음으로 서브 마운트 기판(20)을 각 LED 칩(10) 단위로 절단(dicing)하는 기판 절단 단계(S500)를 수행한다. LED 칩(10)이 서브 마운트 기판(20)에 실장된 상태에서 실리콘(30)을 도포한 후에 각 LED 칩(10)마다 패키징을 하기 위하여 서브 마운트 기판(20)을 절단하는 것이다.
다음으로 절단된 각 서브 마운트 기판(20)을 도 9에 도시한 바와 같이 패키지(40)에 부착하고 패키지(40)와 전기적으로 연결하는 패키징 단계(S600)를 수행한다. 도 9에 도시한 바와 같이 서브 마운트 기판(20)을 패키지(40)에 부착(die attatch)한 후, LED 칩(10)의 전극과 패키지(40)의 전극을 와이어(41)로 연결하여 본딩하는 방법으로 패키징 단계(S600)를 수행할 수 있다. 경우에 따라서는 서브 마운트 기판에 형성된 전극과 패키지의 전극을 와이어 본딩하는 방법으로 패키징 단계(S600)를 수행할 수도 있으며, 플립칩 방식으로 서브 마운트 기판과 패키지를 전기적으로 연결할 수도 있다. 한편, LED 칩(10) 또는 서브 마운트 기판(20)과 패키지(40)를 와이어 본딩할 때에는 본딩 지점에 씌워져 있는 실리콘(30)을 벗겨내고 와이어 본딩을 수행하게 된다.
이와 같이 패키징이 완료된 제품에 대하여 와이어(41)의 연결 상태, LED 칩(10)의 발광 여부, LED 칩(10)에서 발광된 빛의 광특성 등을 검사한 후, 불량품을 제외하고 각 패키지(40)를 테이프로 포장하는 테이핑 단계(S700)를 수행하여 제 품을 완성한다. 또한, 테이핑 단계(S700)에서는 앞서 검사 단계(S300)를 수행하여 불량으로 판정된 LED 소자를 제외하고 포장하게 된다.
상술한 바와 같은 과정을 거쳐서 본 발명에 따른 LED 소자가 완성된다.
상술한 바와 같은 방법에 의하면, 서브 마운트 기판(20) 위에 실장된 다수의 LED 칩(10)에 대하여 일괄적으로 실리콘(30)을 도포할 수 있으므로, 패키징 후에 개개의 패키지(40)마다 실리콘(30)을 도포하는 경우에 비해서 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또한, LED 칩(10)의 발광 방향이 두께 방향이든 폭 방향이든 관계 없이 도포되는 실리콘(30)의 두께를 도 1을 참조하여 설명한 LED 소자에 비해 균일하게 관리할 수 있으므로, LED 소자에서 발생하는 빛의 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 도 1을 참조하여 설명한 LED 소자에 비해서 색분리 현상도 대폭 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 서브 마운트 기판(20) 위에 실장된 상태에서 검사 단계(S300)를 수행하여 미리 불량품을 선별함으로써, 불량품에 대해서는 기판 절단 단계(S500) 이후의 공정을 수행하지 않도록 하여 공정상의 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도면에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 패키징 단계(S600)를 수행하기 전에 본딩 지점의 실리콘(30)을 벗겨낸 후 와이어 본딩을 실시하는 것으로 설명하였으나, 형광체 도포 단계(S200)를 수행하기에 앞서서, 미리 전극에 마스킹을 하여 전극에는 형광체가 도 포되지 않도록 서브 마운트 기판(20)을 이용한 발광 다이오드 제조 방법을 실시할 수도 있다.
또한, 앞에서 형광체 도포 단계(S200)는 서브 마운트 기판(20)의 가장자리에 댐(31)을 형성한 후 그 댐(31)에 의해 둘러싸이는 영역(32)에 점성이 낮은 실리콘(30)을 도포하는 것으로 설명하였으나, 이와 같이 댐(31)을 형성하지 않고 서브 마운트 기판(20)에 전체적으로 실리콘(30)을 분무하는 방법으로 형광체 도포 단계(S200)를 수행할 수도 있다. 또한, 실리콘(30)을 분무방법으로 도포하지 않고, 스크류 방식의 레진 펌프를 사용하거나 액적 단위로 레진을 디스펜싱하는 레진 펌프를 사용하여 형광체 도포 단계(S200)를 수행할 수도 있다.
또한, 앞에서 검사 단계(S300)를 수행한 후 실리콘 보충 단계(S400)를 수행하여 실리콘(30)의 두께가 부족한 부분에 실리콘(30)을 보충하여 도포하는 것으로 설명하였으나, 이와 같은 실리콘 보충 단계(S400)를 수행하지 않을 수도 있다. 즉, 검사 단계(S300)만 수행하여 각 LED 칩(10)들의 광특성만을 파악한 후 그 결과를 저장하고 바로 기판 절단 단계(S500)를 수행할 수 있다. 검사 단계(S300)에서 광특성이 부적절한 것으로 판단된 LED 칩(10)에 대해서는 패키징 단계에서 제외하고 패키징하면 된다.
도 1은 종래의 LED 제조 방법에 의해 제작된 LED 소자의 단면도이다.
도 2와 도 3은 LED 칩의 발광 방향을 설명하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 따른 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 4에 도시된 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법에 의해 LED 소자를 제작하는 서브 마운트 기판의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 서브 마운트 기판의 부분 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 서브 마운트 기판에 실리콘을 도포하는 과정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 서브 마운트 기판의 부분 단면도이다.
도 9는 도 4에 도시된 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법에 의해 제작된 LED 소자의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
S100: 칩 부착 단계 S200: 형광체 도포 단계
S300: 검사 단계 S400: 실리콘 보충 단계
S500: 기판 절단 단계 S600: 패키징 단계
S700: 테이핑 단계 10: LED 칩
20: 서브 마운트 기판 30: 실리콘
40: 패키지 41: 와이어

Claims (9)

  1. 복수의 LED 칩들을 서브 마운트 기판에 각각 부착하는 칩 부착 단계;
    상기 칩 부착 단계가 완료된 서브 마운트 기판 및 LED 칩에 형광물질이 혼합된 실리콘을 도포하는 형광체 도포 단계;
    상기 형광체 도포 단계가 완료된 서브 마운트 기판을 각 LED 칩 단위로 절단하는 기판 절단 단계; 및
    상기 기판 절단 단계가 완료된 서브 마운트 기판을 패키지에 부착하고 패키지와 전기적으로 연결하는 패키징 단계;를 포함하며,
    상기 형광체 도포 단계는, 기판의 가장자리에 점성이 높은 댐 실리콘을 도포하여 댐을 형성한 후, 기판의 중앙부에 비교적 상기 댐보다 점성이 낮은 실리콘을 도포하고, 그 실리콘이 균일하게 흘러서 경화되는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 마운트 기판은 Si 소재의 기판에 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 형광체 도포 단계가 완료된 각 LED 칩들의 광특성을 검사하는 검사 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 검사 단계를 수행하여 불량으로 판정된 LED 소자를 제외하고 포장하는 테이핑 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서
    상기 검사 단계를 수행한 후, 상기 실리콘의 도포 두께가 얇다고 판단되는 경우 상기 실리콘을 보충하여 도포하는 실리콘 보충 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 칩 부착 단계는, 플립칩 형태로 형성된 LED 칩들을 서브 마운트 기판에 부착하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패키징 단계는, LED 칩 또는 서브 마운트 기판의 전극 상면에 도포된상기 실리콘을 벗겨 내고 그 전극에 와이어 본딩을 하여 패키지와 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 도포 단계는, 상기 실리콘을 분무(spray)하는 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 기판을 이용한 발광 다이오드 제조 방법.
  9. 삭제
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