KR101051328B1 - 발광다이오드의 코팅 방법 - Google Patents

발광다이오드의 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 다층구조 반도체층 및 그에 구비된 본딩 패드를 포함하는 발광다이오드의 코팅 방법에 있어서, 발광다이오드 위에 코팅물질을 구비하는 단계; 본딩 패드를 투과하지 못하는 광을 다층구조 반도체층에서 본딩 패드를 향하는 방향으로 코팅물질에 선택적으로 조사하여 발광다이오드에 경화된 코팅층을 형성하는 단계; 및 경화되지 않은 코팅물질을 제거하는 단계;를 포함하는 발광다이오드의 코팅 방법에 관한 것이다.

Description

발광다이오드의 코팅 방법{COATING METHOD FOR LIGHT EMITTING DIODE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 발광다이오드의 코팅 방법에 관한 것으로, 특히 발광다이오드의 표면을 몰딩하는 공정에 적용될 수 있는 발광다이오드의 코팅 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 종래의 발광다이오드의 코팅 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 발광다이오드(110)는 마운트(120)에 접착되어 고정된 상태에서 코팅된다.
마운트(120)는 전원이 도입되는 리드프레임(130)을 포함하며, 발광다이오드(110)는 리드프레임(130)과 전기적으로 연결된다. 일반적으로 가는 금속선(140)을 이용하여 연결되는데, 이를 '와이어 본딩 공정'이라 한다.
코팅은 와이어 본딩 공정이 완료된 발광다이오드(110)에 액적(droplet) 형태의 코팅물질(150)을 떨어뜨리는 방법으로 진행된다.
액적 형태의 코팅물질(150)은 유동되어 발광다이오드(110)를 감싸는 상태로 경화된다.
이에 의해 발광다이오드(110)의 코팅이 완료된다.
이 경우, 발광다이오드(110)가 마운트(120)에 고정되고 와이어 본딩 공정이 완료된 후에 코팅이 이루어지므로, 코팅 공정에서 불량이 발생되면 마운트(120)와 함께 폐기되므로 큰 손실이 발생되는 문제가 있었다.
또한, 마운트(120)마다 액적 상태의 코팅 물질을 공급하여야 하므로, 코팅 공정에 많은 공수가 들어가 수율이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 발광다이오드(110)가 코팅되는 두께는 액적 상태인 코팅 물질의 유동에 의해 결정되므로 일정한 코팅 두께를 형성하는 것이 거의 불가능한 문제가 있었다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 다층구조 반도체층 및 그에 구비된 본딩 패드를 포함하는 발광다이오드의 코팅 방법에 있어서, 발광다이오드 위에 코팅물질을 구비하는 단계; 본딩 패드를 투과하지 못하는 광을 다층구조 반도체층에서 본딩 패드를 향하는 방향으로 코팅물질에 선택적으로 조사하여 발광다이오드에 경화된 코팅층을 형성하는 단계; 및 경화되지 않은 코팅물질을 제거하는 단계;를 포함하는 발광다이오드의 코팅 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 발광다이오드의 코팅 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 2 내지 도 5는 본 개시에 따른 발광다이오드의 코팅 방법의 일 예를 단계별로 설명하는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 발광다이오드의 코팅 방법의 다른 예를 설명하는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 2 내지 도 5는 본 개시에 따른 발광다이오드의 코팅 방법의 일 예를 단계별로 설명하는 도면으로서, 복수의 발광다이오드(10)를 소정의 간격만큼 떨어뜨려 위치시키는 단계(도 2 참조.), 발광다이오드(10) 위에 코팅물질(20)을 구비하는 단계(도 3 참조.), 코팅물질(20)을 선택적으로 경화시키는 단계(도 4 참조.) 및 경화되지 않은 코팅물질(20c,20d)을 제거하는 단계(도 5 참조.)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 발광다이오드(10)는 전자를 제공하는 n형 반도체층(11c)과, 정공을 제공하는 p형 반도체층(11a)과, n형 반도체층(11c) 및 p형 반도체층(11a) 사이에 개재되며 제공된 전자와 정공의 재결합에 의해 빛이 발생되는 활성층(11b)을 포함하는 다층구조로 구비된다.
다층구조의 반도체층(11)을 구성하는 물질은 3족 질화물 반도체, 2족 산화물 반도체, 적색 발광에 사용되는 GaAs계 반도체를 예로 들 수 있다.
다층구조의 반도체층(11)은 기판(13) 위에 주로 MOCVD(유기금속기상성장법)에 의해 성장된다.
기판(13)은 3족 질화물 반도체가 성장되는 경우 동종기판으로 GaN계 기판이 이용되며, 이종기판으로 사파이어 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등이 이용될 수 있다.
한편, n형 반도체층(11c) 위와, p형 반도체층(11a) 위에는 각각 본딩 패드(15a,15c)가 구비된다.
본딩 패드(15a,15c)는 와이어 본딩을 위한 구성으로 전기 전도성 물질로 구비되며, 크롬(Cr)을 포함하는 물질로 구비되는 것이 바람직하며, 크롬(Cr) 대신 티타늄(Ti)을 포함하는 물질로 구비될 수 있다. 그 밖에 금(Au), 알루미늄(Al) 등이 더 함유된 물질로 구비될 수 있다.
이에 의해, 본딩 패드(15a,15c)를 통해 빛이 투과되는 것이 방지되며, 추후 설명하는 본딩 패드(15a,15c)의 포토 마스크로서의 기능이 향상될 수 있다.
구체적으로, 포토 마스크의 금속 재료로는 크롬(Cr)이 가장 많이 사용되는데, 그 이유로는 쿼츠(quartz) 나 글래스 등에의 접착력이 좋고 패턴의 정밀도가 높으며, 세정시에 화학 약품에 강한 특성을 보이는 등 전체적으로 수명이 길기 때문이다.
여기서, 다층구조의 반도체층(11)이 성장된 기판(13)을 소위 '에피 웨이퍼(Epi-wafer)'라 하며, 발광다이오드(10)는 에피 웨이퍼를 절단하는 공정에 의해 형성된다.
에피 웨이퍼를 절단하는 공정은 레이저 또는 다이아몬드 커팅기를 이용하여 진행된다.
에피 웨이퍼를 절단하는 공정에 의해 분리된 복수 개의 발광다이오드(10)는 고정부재(30)에 부착되어 제각각 움직이는 것이 방지된다.
고정부재(30)는 접착제가 도포된 투광성의 기판이나 연신 가능한 물질(예: 투명테이프)로 구비된다.
고정부재(30)에 부착된 복수 개의 발광다이오드(10) 사이의 간격은 고정부재(30)를 연신시킴으로써 넓혀질 수 있다.
이와 달리, 분리된 복수 개의 발광다이오드(10)를 성능검사를 통해 성능에 따라 배열시키는 공정이 추가될 수 있는데, 이 과정에서 발광다이오드(10) 사이의 간격이 형성되도록 배열될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 고정부재(30) 위에 소정의 간격만큼 떨어져 배치된 발광다이오드(10)에 코팅물질(20)이 도포된다.
코팅물질(20)은 발광다이오드(10)를 덮는 두께로 도포된다.
이때, 도포된 코팅 물질(20)이 소정의 두께를 갖도록 코팅물질(20)의 도포 속도를 적절히 조절하는 것이 필요하다.
한편, 코팅물질(20)을 도포하는 속도가 빠를 경우 도포된 코팅물질(20)이나 복수 개의 발광다이오드(10) 사이의 간격에 기포가 생길 수 있으므로 이를 방지하기 위한 코팅물질(20)의 도포 속도를 적절히 조절하는 것이 필요하다.
코팅물질(20)은 빛에 의해 경화되는 광경화성 물질로 구비된다.
광경화성 물질은 UV epoxy, UV-patternable polymer를 예로 들 수 있으며, 이 밖에 광에 의해 경화 또는 패터닝될 수 있는 수지로 구비될 수 있다.
특히, 코팅물질(20)은 자외선 영역의 빛에 의해 경화되는 광경화성 물질로 구비되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 경화성 물질(수지)은 광경화성 수지와 열경화성 수지로 나누어진다. 열경화성 수지는 열(또는 적외선)에 의해 경화되는 수지로서 안정적인 특성 및 신뢰성을 갖는다. 반면에 광경화성 수지에 비하여 경화 시간이 오래 걸리고, 패터닝이 요구되거나 국부적으로 경화시키고자 할 때에는 사용할 수 없는 단점이 있다.
이에 비해 광경화성 수지는 일반적으로 자외선에 의해 경화되는 수지로서 짧은 시간에 경화가 이루어지므로 공정 시간이 단축되고 국부적 경화가 요구되거나, 패터닝이 요구되는 경우에도 사용될 수 있는 장점이 있다.
한편, 코팅물질(20)에는 활성층(11b)에서 방출되는 빛의 파장을 변화시키는 형광체(23)가 혼입될 수 있다.
이에 의해, 발광다이오드(10)에서 방출되는 빛의 색이 다양하게 연출될 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 도포된 코팅물질(20)의 선택적인 경화를 위해 고정부재(30)의 하부에 포토 마스크(40)가 구비된다.
포토 마스크(40)는, 복수 개의 발광다이오드(10)에 대응되는 수로 구획된 윈도우(A), 즉 빛이 투과되는 영역과, 복수 개의 발광다이오드(10) 사이의 간격에 정렬되는 빛이 통과하지 못하는 영역(B)의 마스크 패턴을 가진다.
복수 개의 윈도우(A)는 복수 개의 발광다이오드(10)와 정렬되도록 구비되며, 각 윈도우(A)의 외곽선의 내부에 발광다이오드(10)가 위치된다.
이에 의해, 각 윈도우(A)의 외곽선과 그에 대응되는 발광다이오드(10)의 측면 사이에 소정의 수평 간격(W)이 형성된다.
다음으로, 포토 마스크(40)의 하부로부터 발광다이오드(10)의 상부를 향하는 방향으로 코팅물질(20)의 경화를 위한 빛이 조사된다.
빛은 자외선 영역의 빛으로 구비되는 것이 바람직하다.
이에 의해, 각각의 발광다이오드(10) 측면의 코팅물질(20a)은 윈도우(A)를 투과한 빛의 일부에 의해 경화되며, 발광다이오드(10)의 상면의 코팅물질(20b)은 윈도우(A) 및 발광다이오드(10)를 투과한 빛에 의해 경화된다. 그러나, 각각의 발광다이오드(10) 사이 간격의 코팅물질(20c)은 빛이 통과하지 못하는 영역(B)에 의해 경화되지 않은 상태로 유지된다.
한편, 발광다이오드(10)의 상면의 코팅물질 중 본딩 패드(15a,15c) 위의 코팅물질(20d)은 빛이 본딩 패드(15a,15c)에 의해 차단되므로 경화되지 않은 상태로 유지된다.
여기서, 본딩 패드(15a,15c)는 일종의 포토 마스크로서 기능을 하게 된다.
따라서, 크기가 매우 작은 본딩 패드(15a,15c)에 대응되는 마스크 패턴 형성의 어려움이 해소될 수 있으며, 본딩 패드(15a,15c)에 대응되는 마스크 패턴을 형성할 필요가 없어지므로 공수가 절감되어 코팅 공정의 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 본 예에서 발광다이오드(10)의 측면에 코팅물질(20a)이 코팅되는 두께는 각 윈도우(A)의 외곽선과 그에 대응되는 발광다이오드(10)의 측면 사이의 수평 간격(W)에 따라 결정된다.
따라서, 윈도우(A)의 외곽선과 발광다이오드(10)의 측면 사이의 수평 간격(W) 조절을 통해 발광다이오드(10)의 측면에 코팅물질(20a)이 코팅되는 두께를 최적화시킬 수 있을 것이다.
또한, 본 예에서 발광다이오드(10)의 측면 코팅 두께가 일정하도록 빛은 다층구조 반도체층(11) 하부로부터 본딩 패드(15a,15c)에 수직한 방향으로 조사되는 것이 바람직하다.
한편, 본 예에서 포토 마스크(40)가 별도로 구비되는 경우에 대해 설명되었으나, 고정부재(30)의 하면에 직접 마스크 패턴을 형성하는 것도 가능할 것이다.
이 경우, 공정이 보다 간단해지게 된다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 경화되지 않은 코팅물질(20c,20d)이 제거된다.
이 과정에서 복수 개의 발광다이오드(10)는 서로 분리된 상태로 코팅되므로, 각각의 발광다이오드(10) 별로 분리를 위한 기계적 공정이 불필요하게 된다.
또한, 본딩 패드(15a,15c) 상부의 코팅물질(20d)도 경화되지 않고 제거되므로, 코팅 공정을 완료한 후 와이어 본딩 공정을 진행할 수 있게 된다.
도 6은 본 개시에 따른 발광다이오드의 코팅 방법의 다른 예를 설명하는 도면으로서, 발광다이오드(10)에 도포되는 코팅물질(20)의 정확한 두께 조절을 위해, 코팅물질(20)이 고정부재(30)와 평행한 방향으로 계속 유동되는 것을 방지하는 흐름방지막(35)이 고정부재(30)의 둘레에 구비되는 점에서 앞서 설명한 예와 차이가 있다.
흐름방지막(35)은 발광다이오드(10)의 두께보다 높게 형성되며, 이 경우 코팅물질(20)의 두께는 발광다이오드(10)의 도포를 위해 공급되는 코팅물질(20)의 양에 의해 조절될 수 있을 것이다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 본딩 패드 위에 구비된 코팅물질은 경화되지 않는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅방법. 이는 발광다이오드의 저면에서 코팅물질을 경화시키는 광이 조사됨으로써 가능해진다. 이때 본딩 패드는 일종의 마스크로서 역할을 하게 된다.
(2) 광은 다층구조 반도체층 하부로부터 본딩 패드에 수직한 방향으로 조사되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법. 이는 경화되지 않은 코팅물질의 제거 시 본딩 패드의 수직방향으로 제거되므로, 와이어 본딩 공정이 보다 용이해지게 된다.
(3) 본딩 패드는 자외선이 투과하지 못하는 전기 전도성 물질로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법. 이에 의해 본딩 패드가 일종을 마스크로 기능하게 되며, 와이어 본딩을 위해 본딩 패드에 대응되는 별도의 마스크 제작에 소요되는 공수를 감소시키게 된다.
(4) 코팅물질은 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(5) 경화된 코팅층 형성단계는 다층구조 반도체층 하부에 구비되는 포토 마스크를 사용하여 코팅물질에 선택적으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(6) 포토 마스크는 하나의 발광다이오드와 대응되도록 구획되며 빛이 투과되는 적어도 하나의 윈도우를 가지며, 발광다이오드의 측면에 형성된 경화된 코팅층의 두께는 윈도우의 외곽선과 다층구조 반도체층의 수평간격에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(7) 발광다이오드는 복수 개로 구비되며, 설정된 간격만큼 떨어져 배열되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(8) 복수의 개의 발광다이오드는 투광성 부재에 의해 일체로 고정되며, 경화된 코팅층 형성단계는 투광성 부재의 하부에 구비되는 포토 마스크로써, 복수 개의 발광다이오드와 일대일 대응되도록 구획되며 빛이 투과되는 복수 개의 윈도우를 가지는 포토 마스크를 사용하여 코팅물질에 선택적으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(9) 포토 마스크는 투광성 부재의 하면에 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(10) 하나의 발광다이오드의 외곽선은 그와 일대일 대응되는 윈도우의 외곽선 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(11) 코팅물질은 형광체를 포함하며, 본딩 패드는 크롬(Cr)을 포함하는 전기 전도성 물질로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
(12) 복수 개의 발광다이오드는 투광성 부재에 의해 일체로 고정되며, 경화된 코팅층 형성단계는, 투광성 부재의 하면에 형성되는 패턴으로서, 빛이 투과하는 영역(A)과 투과하지 못하는 영역(B)을 포함하는 패턴을 사용하여 코팅물질에 선택적으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
본 개시에 따른 하나의 발광다이오드의 코팅 방법에 의하면, 발광다이오드에 구비되는 본딩 패드를 일종의 포토 마스크로 사용하므로 본딩 패드 윗부분의 코팅 물질 제거를 위해 별도의 포토 마스크를 제작하는데 소요되는 비용 및 공수를 제거하여 수율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 개시에 따른 다른 발광다이오드의 코팅 방법에 의하면, 발광다이오드를 마운트에 고정하거나, 와이어 본딩 공정 전에 코팅하므로 코팅 불량으로 인한 손실이 줄어드는 이점을 가질 수 있다.
또한 본 개시에 따른 또다른 발광다이오드의 코팅 방법에 의하면, 코팅 물질이 복수의 발광다이오드에 동시에 도포된 상태에서 광경화에 의해 코팅이 이루어지므로 코팅 공정에 소요되는 공수를 줄일 수 있다. 따라서, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 다층구조 반도체층 및 그에 구비된 본딩 패드를 포함하는 발광다이오드의 코팅 방법에 있어서,
    발광다이오드 위에 코팅물질을 구비하는 단계;
    본딩 패드를 투과하지 못하는 광을 다층구조 반도체층에서 본딩 패드를 향하는 방향으로 코팅물질에 선택적으로 조사하여 발광다이오드에 경화된 코팅층을 형성하는 단계; 및
    경화되지 않은 코팅물질을 제거하는 단계;를 포함하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    본딩 패드 위에 구비된 코팅물질은 경화되지 않는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    광은 다층구조 반도체층 하부로부터 본딩 패드에 수직한 방향으로 조사되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    코팅물질은 광경화성 수지로 구비되며, 광은 자외선인 것을 특징으로 발광다이오드의 코팅 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    본딩 패드는 자외선이 투과하지 못하는 전기 전도성 물질로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    코팅물질은 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    경화된 코팅층 형성단계는 다층구조 반도체층 하부에 구비되는 포토 마스크를 사용하여 코팅물질에 선택적으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    포토 마스크는 하나의 발광다이오드와 대응되도록 구획되며 빛이 투과되는 적어도 하나의 윈도우를 가지며,
    발광다이오드의 측면에 형성된 경화된 코팅층의 두께는 윈도우의 외곽선과 다층구조 반도체층의 수평간격에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    발광다이오드는 복수 개로 구비되며, 설정된 간격만큼 떨어져 배열되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    복수 개의 발광다이오드는 투광성 부재에 의해 일체로 고정되며,
    경화된 코팅층 형성단계는 투광성 부재의 하부에 구비되는 포토 마스크로써, 복수 개의 발광다이오드와 일대일 대응되도록 구획되며 빛이 투과되는 복수 개의 윈도우를 가지는 포토 마스크를 사용하여 코팅물질에 선택적으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    포토 마스크는 투광성 부재의 하면에 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    하나의 발광다이오드의 외곽선은 그와 일대일 대응되는 윈도우의 외곽선 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    코팅물질은 형광체를 포함하며,
    본딩 패드는 크롬(Cr)을 포함하는 전기 전도성 물질로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    복수 개의 발광다이오드는 투광성 부재에 의해 일체로 고정되며,
    경화된 코팅층 형성단계는, 투광성 부재의 하면에 형성되는 패턴으로서, 빛이 투과하는 영역(A)과 투과하지 못하는 영역(B)을 포함하는 패턴을 사용하여 코팅물질에 선택적으로 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 코팅 방법.
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