KR101149028B1 - Ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, LED 패터닝층상에 형성된 제 1도전층; 상기 LED 패터닝층상에 상기 제 1도전층을 매립하도록 형성된 절연층; 상기 절연층 외면에 형성된 제 2도전층; 및 상기 제 1도전층과 제 2도전층을 전기적으로 연결하도록 상기 절연층 내부에 형성된 와이어 또는 범프층을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이에 의해, 기존의 와이어 본딩 또는 범프 형성기술을 이용하여 원하는 LED 기판의 두께를 더욱 수월하게 확보함으로써 가공 단가 및 생산성을 증대시킬 수 있다.

Description

ＬＥＤ 패키지 및 그 제조방법{LED PACKAGE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 LED 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 기존의 와이어 본딩 또는 범프 형성기술을 이용하여 원하는 LED 기판의 두께를 더욱 수월하게 확보함으로써 가공 단가 및 생산성을 증대시킬 수 있는 LED 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자이다. LED (Light Emitting Diode, 엘이디) 라고도 불린다. 발광 원리는 전계 발광 효과를 이용하고 있다. 또한, 수명도 백열전구보다 상당히 길다. 발광색은 사용되는 재료에 따라서 다르며 자외선 영역에서 가시광선, 적외선 영역까지 발광하는 것을 제조할 수 있다. 일리노이 대학의 닉 호로니악이 1962년에 최초로 개발하였다. 또한, 오늘날까지 여러 가지 용도로 사용되었으며 향후 형광등이나 전구를 대체할 광원으로 기대되고 있다.
이러한 LED 칩도 일반적인 반도체 칩과 마찬가지로 PCB 기판에 장착하기 위해서는 패키징 되어야 한다. LED PKG가 소형, 박형화됨에 따라 기존의 WL (wafer level)에서 CS (chip scale)로 변경하여 재료비와 공정비/투자비를 절감하려는 움직임이 있다. 이에 따라 기존의 리드 프레임 (Lead Frame)과 LED 칩 (chip)을 W/B (와이어 본딩), D/B (다이 본딩)으로 연결하여 PKG하던 것과 다르게 Si 기판(혹은 AlN기판 혹은 LTCC 기판 등)을 사용하여 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩 (wafer to wafer bonding)으로 PKG 형태를 변경하여 공정 단계를 줄이고, 웨이퍼당 PKG 취개수를 증대시키는 방법이 제안되었다. 특히 웨이퍼 대 웨이퍼의 본딩방법에 있어서, 기판과 LED 사이에 공극이 없이, 접착력을 강화시킬 수 있도록 인쇄기법에 따라 절연층 및 회로층을 형성하는 기술이 개발되었다.
도 1a은 종래의 인쇄기술에 의해 제작된 LED 패키지의 단면도이며, 도 1b는 종래의 인쇄기술에 의해 LED 패키지를 제작하는 공정의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 도시된 바와 같이, 사파이어 웨이퍼 (100) 위 (도면은 공정의 이해를 용이하게 하기 위해 공정 방향이 아래로 도시되었음)에 형성된 LED 패터팅층 (110) 위의 도전성 패터닝층 (이하 제 1도전층이라 지칭함) (120)을 형성하고, 그 위에 인쇄방식을 이용하여 절연층 (130), 제 3도전층 (150) 및 제 2도전층 (140)을 형성한다. 구체적으로는 절연층 (130)과 제 3 (150), 제 2도전층 (140)을 순차적으로 인쇄함에 따라 LED 패터닝층 (110)이 제 2도전층 (140)과 전기적으로 연결되도록 한다. 또한, 제 1도전층 (120)과 기판 (130)과의 접합 후 레이저 리프트 오프 (Laser Lift off) 공정에 따라 사파이어 기판 (100)을 제거한다.
그러나 이러한 기술은 기판을 구성하기 위한 절연층 재료와 도전층들의 재료를 잉크 또는 페이스트를 사용하여 인쇄하게 되어, 원하는 기판의 전체 두께를 형성하는데 어려움이 존재한다. 예를 들어, 도전층과 절연체 모두를 인쇄기법만으로 형성하기 위해서는 수차례의 반복적인 인쇄/경화 공정 또는 인쇄/건조 공정을 수행하여 두께를 확보할 수밖에 없다.
결국, 인쇄기술에 필요한 해상력, 번짐성, 건조/경화 조건, 두께 확보, 공정시간 등의 다양한 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 절연층 내부 도전층의 형성을 기존의 와이어 본딩이나 범프 형성 기술로 대체하여, 해상력과 관계없이 작업이 가능하고 필요한 두께를 쉽게 확보한 LED 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지의 구조는, LED 패터닝층상에 형성된 제 1도전층; 상기 LED 패터닝층상에 상기 제 1도전층을 매립하도록 형성된 절연층; 상기 절연층 외면에 형성된 제 2도전층; 및 상기 제 1도전층과 제 2도전층을 전기적으로 연결하도록 상기 절연층 내부에 형성된 와이어 또는 범프층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 LED 패키지는, 상기 LED 패터닝층 아래에 형성된 몰딩부를 더 포함할 수도 있으며, 이 경우, 상기 몰딩부는 형광체를 함유하거나, 렌즈 형상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 LED 패키지 제조 방법은, (a) LED 패터닝층상에 제 1도전층을 형성하는 단계; (b) 상기 제 1도전층상에 범프층을 형성하거나 와이어를 본딩하는 단계; (c) 상기 범프층 또는 와이어를 매립하는 절연층을 형성하는 단계; (d) 상기 절연층의 두께를 감소시켜 상기 범프층 또는 와이어의 일부를 노출시키는 단계; 및 (e) 상기 노출된 범프층 또는 와이어상에 제 2도전층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하여, 해상력과 관계없이 작업이 가능하고 필요한 두께를 쉽게 확보할 수 있다.
특히, 상기 (c) 단계는, 상기 LED 패터닝층 및 상기 제 1도전층상에 액상의 절연재료를 도포 및 경화시켜, 상기 범프층 또는 와이어를 매립하는 절연층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하여, 원하는 두께를 얻기 전에 충분한 두께를 용이하게 형성할 수 있다.
여기서, 상기 (c) 단계는, 래핑 (lapping) 또는 폴리싱 (Polishing) 공정에 의해 절연층의 두께를 감소시키는 것이 바람직하다.
그리고 상기 LED 패키지 제조 방법은, (f) 상기 LED 패터닝층 아래에 몰딩부를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 이 경우, 상기 (f) 단계는, 형광체를 함유한 몰딩부를 형성하거나, 렌즈 형태의 몰딩부를 형성하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명에 의해, 기존의 와이어 본딩 또는 범프 형성기술을 이용하여 원하는 LED 기판의 두께를 더욱 수월하게 확보함으로써 가공 단가 및 생산성을 개선할 수 있다.
도 1a은 종래의 인쇄기술에 의해 제작된 LED 패키지의 단면도
도 1b는 종래의 인쇄기술에 의해 LED 패키지를 제작하는 공정의 단면도
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지를 제작하는 공정의 단면도
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따라 LED 패키지가 완성된 단면도
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 LED 패키지 및 그 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지를 제작하는 공정의 단면도이다. 특히, 본 도면에서는, LED 패키지가 PCB 에 부착될 부분을 아래 방향으로 하여 완성되는 과정을 설명한 것이며, 실질적으로는 LED 칩 위에 순차로 공정이 진행되는 것으로 이해해야 한다. 도 2a를 참조하면, 사파이어 기판 (100) 상에 LED 패터닝층 (110) 및 제 1도전층 (120)이 순차로 형성된 LED 칩을 준비한다 (S1). 그 다음, LED 패터닝층 (110) 위의 제 1도전층 (120) 상에 와이어 (150a)를 본딩하거나 (좌측그림) 범프 형성기술로 도체 (150b)를 형성 (우측그림)한다 (S2). 이 경우 와이어 (150a) 및 범프층 (150b)의 높이는 형성하고자 하는 기판의 두께보다 높게 형성한다. 그리고 범프층 (150b) 또는 와이어 (150a)를 매립하는 절연층 (130)을 형성한다 (S3). 구체적으로는, 와이어 (150a)가 본딩되거나 범프층 (150b)을 매립하도록 액상의 절연 재료를 도포한다. 여기서 도포 방법은 일반적인 Dam&Fill, Transfer 몰딩, Dispensing 등 다양한 공정으로 가능하여, 도포의 두께는 구현하고자 하는 기판의 두께보다 높게 형성한다. 그 후, 경화과정을 통해 기판, 즉 절연층 (130)을 형성한다.
그 다음, 절연층 (130)의 두께를 감소시켜, 원하는 절연층의 두께를 구현하며, 범프층 (150b) 또는 와이어 (150a)의 일부를 노출시킨 후, 노출된 범프층 (150b) 또는 와이어 (150a) 상에 제 2도전층 (140)을 형성한다 (S4). 더욱 상세하게는, 래핑 (Lapping) 또는 폴리싱 (Polishing) 기법 등으로 구현하고자 하는 기판 (130)의 두께를 형성하고, 이와 같이 가동된 기판에 의해 노출된 와이어 (150a) 또는 범프층 (150b) 상에 인쇄 또는 박막가공 등으로 제 2도전층 (140)을 형성한다. 따라서, 와이어 (150a) 또는 범프층 (150b)에 의해 LED 패터닝층 (110)과 전기적으로 연결된다.
그리고 LED 공법에 따라 사파이어 기판 (100)을 리프트 오프 (Lift off) 시킬 수 있으며, 투명 몰딩 재료를 LED 패터닝층 (100) 위에 도포하여 LED 패키지를 완성할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따라 LED 패키지가 완성된 단면도를 나타낸다. LED 패터닝층상에 사파이어 기판 (100)을 리프트 오프 시키고 몰딩부 (160)를 형성한다. 이러한 몰딩부 (160)는 LED 패터닝층 (110)을 보호하고 광효율을 높인다. 여기서 몰딩부 (160)는 렌즈 형태 등 다양한 형상으로 구현이 가능하며, LED 성능 향상을 위해 형광체를 함유할 수도 있다.
그 결과, 본 발명에 의해 기존의 인쇄 기법을 통한 LED 패키지에 사용되는 기판 내부의 도체 (와이어 또는 범프층)를 인쇄 기법이 아닌 종래의 와이어 본딩이나 범프형성 기술로 형성 후, 절연 재료를 다양한 몰딩기법으로 구현하고, 그 두께를 원하는 만큼 감소시킴으로써 기판의 평판도 및 높이를 확보할 수 있다.
더욱이, 도체 및 절연체 모두를 인쇄기법에 의해 형성하는 종래 기술에 비해, 해상력, 번짐성, 건조/경화 조건, 두께 확보, 공정시간 등과 같은 다양한 문제점의 발생을 방지하고, 해상력과 관계없이 작업이 가능하며, 원하는 LED 패키지의 두께를 용이하게 확보할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 사파이어 기판 110: LED 패터닝층
120: 제 1도전층 130: 절연층
140: 제 2도전층 150a: 와이어
150b: 범프층 160: 몰딩부

Claims (8)

  1. LED 패터닝층상에 형성된 제 1도전층;
    상기 LED 패터닝층상에 상기 제 1도전층을 매립하도록 형성된 절연층;
    상기 절연층 외면에 형성된 제 2도전층;
    상기 제 1도전층과 제 2도전층을 전기적으로 연결하도록 상기 절연층 내부에 형성된 와이어 또는 범프층; 및
    상기 LED 패터닝층 아래에 형성된 몰딩부를 포함하며,
    상기 와이어 또는 범프층은 상기 범프층 또는 상기 와이어의 최종 높이보다 높게 형성되고 상기 절연층은 상기 절연층의 최종 두께보다 높게 형성된 후 상기 절연층의 두께를 감소시켜 상기 범프층 또는 와이어의 일부가 노출되며,
    상기 제 2도전층은 상기 노출된 상기 노출된 와이어 또는 범프층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 몰딩부는 형광체를 함유하거나, 렌즈 형상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. LED 패키지를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) LED 패터닝층상에 제 1도전층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제 1도전층상에 범프층을 형성하거나 와이어를 본딩하는데, 상기 범프층 및 상기 와이어의 높이를 상기 LED 패키지에서의 상기 범프층 및 상기 와이어의 최종 높이보다 높게 형성하는, 단계;
    (c) 상기 범프층 또는 와이어를 매립하는 절연층을 상기 LED 패키지에서의 상기 절연층의 최종 두께보다 높게 형성하는 단계;
    (d) 상기 절연층의 두께를 감소시켜 상기 범프층 또는 와이어의 일부를 노출시키는 단계; 및
    (e) 상기 노출된 범프층 또는 와이어상에 제 2도전층을 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 LED 패터닝층 아래에 몰딩부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 LED 패터닝층 및 상기 제 1도전층상에 액상의 절연재료를 도포 및 경화시켜, 상기 범프층 또는 와이어를 매립하는 절연층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    래핑 (lapping) 또는 폴리싱 (Polishing) 공정에 의해 절연층의 두께를 감소시키는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    형광체를 함유한 몰딩부를 형성하거나, 렌즈 형태의 몰딩부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
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