KR101173251B1 - 프리폼 형광체 시트가 사용된 백색 엘이디 소자 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백색의 빛을 발광하는 엘이디 소자에 대한 제조 방법에 관한 것으로, 돌출 형상이 형성된 제1몰딩 구조물과 요철이 형성된 제2몰딩 구조물을 사전 제작하여 실리콘 수지 성형제를 제조하고, 이렇게 제조된 실리콘 수지 성형체에 필름을 장착하여, 다양한 광도와 전압을 가지는 단색 엘이디 소자를 실장하여도 동일한 백색 특성을 가지는 백색 엘이디 소자를 제조하는 것이 가능한 백색 엘이디 소자 제조 방법을 제공한다.

Description

프리폼 형광체 시트가 사용된 백색 엘이디 소자 제조 방법{WHITE LED ELEMENT MANUFACTURING METHOD USING PREFORM PHORSPHOR SHEETS}

본 발명은 엘이디 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백색의 빛을 발광하는 엘이디 소자에 대한 제조 방법에 관한 것이다.

엘이디(LED) 소자는 기본적으로 단색광을 발광한다. 그리하여 이를 이용하여 백색광을 발광하도록 하기 위해서는 추가적인 패키지 공정이 요구되는데, 기존의 패키지 공정은 백색을 구현하기 위한 도포공정에서 불균일하게 도포되는 문제가 발생할 수 있다. 이렇게 기존의 도포공정은 백색용 형광체와 에폭시나 실리콘 수지를 혼합하여 주사기에 주입한 후, 공압으로 패키지를 형성하는데, 이때, 형광체의 혼합 비율과 수지의 양에 따라서 색좌표가 결정된다.

하지만, 수지는 온도에 따라 점도가 변하고, 형광체 가루 역시 시간의 경과에 따라 침전이 이루어지며, 주사기에 주입된 혼합액의 혼합 비율도 일정하지 않을 수 있다. 그러므로 생산량이 많아지는 경우에 초기 주입된 형광체 혼합 비율과 마지막에 주입된 형광체 혼합 비율이 달라져, 백색의 색좌표가 제조 과정에서 흔들리게 되는 결과가 나타나는 문제가 있다.

그리하여, 이러한 문제를 해결하기 위해 도포 공정을 거치지 않는 실리콘 수지와 형광체가 포함된 수지를 엘이디 소자가 배치된 서브마운트 형태의 기판위에 특정 높이를 가지도록 실크스크린 기법을 사용하여 형광체 도포법이 제시되고 있다. 이런 방법을 사용하면 기존에 도포 공정에서 발생하던 색좌표의 분산을 줄일 수 있고, 소자의 각도별 색편차도 감소시킬 수 있다.

하지만, 이런 방법은 사용가능한 소자에 한정이 있는데, 서브마운트라는 추가의 통전이 가능한 기판을 사용해야 하고, 제품의 원가 측면에 있어, 원가를 상승시키는 원인이 된다. 그래서 서브마운트를 사용하지 않고 전사용 필름 위에 소자를 직접 배치하여 적용하는 공정도 시도되고 있으나, 형광체가 포함된 수지의 열경화 특성상 150℃의 고온에서 2~4시간 이상의 경화공정이 필수적으로 포함되고 있다. 이 과정에서 전사용 필름은 폴리이미드 계열의 필름이외에는 필름이 파괴되어 적용 불가능하다는 점에서 이런 공정이 구현하는데 어려움이 있다.

또한, 패키지 과정에서 가장 많은 시간을 요구하는 것이 형광체가 포함된 수지의 열경화 공정이며, 이는 전체 공정에서 소요되는 95% 이상이 경화공정에 소비되고 있으므로, 이러한 경화공정이 사전에 성형이 완료된 형광체가 포함된 수지를 적용하면, 공정시간을 줄일 수 있다.

더욱이, 백색 엘이디소자에 적용하고자 하는 도포방법이 사용되지 않는 형광체와 수지가 결합된 형광체 필름을 형성하는데 있어서, 필름과 소자가 결합된 이후에 필름에 거칠기를 추가로 형성하는 공정이 적용되고 있으므로, 원가를 상승시키는 원인이 된다. 그리고 백색 엘이디소자의 경우 소자의 가장 넓은 면인 상면에서 발광하는 광도의 비율이 소자에서 발광하는 광도의 비율 중 90% 정도를 차지하고 있으며, 소자의 부착부위의 수직면에서 발광하는 광보의 비율이 10% 정도가 발생하기 때문에 형광체 필름을 형성하는데 소자의 측면까지 필름이 형성되지 않는 경우에는 소자의 각도별 색좌표의 분포 결과가 지향각 범위 내에서 달라진다.

이러한 원인은 통산 2차 렌즈가 적용된 이후에 더 크게 나타나는데, 이를 색분리 현상이라 한다. 이를 억제하기 위해서는 소자의 발광면과 수직인 면에 대해서도 형광체가 포함된 수지가 형성되어야 하는데, 이를 구현하는 것은 실크스크린 방법에서 수지를 마스킹하고 성형하는 과정에서 열경화 과정에서 발생되는 수지의 점도 변화가 일어나기 때문에 각각의 소자 발광면과 수직인 면에 대해 일정한 폭과 두께가 형성되지 않아 쉽지 않다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 형광체 배합 비율의 균일성을 유지함으로써 높은 색재현성을 가지는 백색의 엘이디 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 엘이디 소자의 백색을 구현함에 있어서 중요한 요소인 형광체 배합비율의 균일성 유지와 광추출효율을 증대시키기 위한 성형수지의 거칠기 형성에도 동시에 진행이 가능한 백색 엘이디 소자를 제조하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 백색 엘이디 소자 제조 방법은 일면에 소정의 폭을 가지는 다수의 돌출 형상이 형성된 제1몰딩 구조물을 제조하는 제1몰딩 구조물 제조단계; 한 쪽 면에 양각 또는 음각으로 요철이 형성된 제2몰딩 구조물을 제조하는 제2몰딩 구조물 제조단계; 상기 제1몰딩 구조물 제조단계에서 제조된 제1몰딩 구조물의 일면과 상기 제2몰딩 구조물 제조단계에서 제조된 제2몰딩 구조물이 한 쪽 면이 서로 마주보며, 상기 제1몰딩 구조물과 제2몰딩 구조물의 사이에 소정의 거리를 가지도록 이격되도록 배치되는 몰딩 구조물 배치단계; 상기 몰딩 구조물 배치단계에서 배치된 제1몰딩 구조물 및 제2몰딩 구조물의 사이에 형광체가 포함된 실리콘 수지를 투입하여 실리콘 수지 성형체를 제조하는 성형체 제조단계; 상기 성형체 제조단계를 통해 실리콘 수지 성형체에서 제1몰딩 구조물 및 제2몰딩 구조물을 분리하는 분리단계; 상기 분리단계에서 분리된 실리콘 수지 성형체의 요철이 형성된 면에 필름을 장착하는 필름 장착단계; 및 상기 분리단계에서 분리된 실리콘 수지 성형체의 일면에 상기 제1몰딩 구조물에 의해 형성된 홈에 단색 엘이디 소자를 장착하는 단색 엘이디 소자 장착단계; 를 포함하고, 상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자는 백색을 발광할 수 있도록 상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체에 포함되는 형광체의 종류, 농도 및 두께에 따라 광도 및 순방향 전압을 가지는 단색 엘이디 소자인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자가 청색을 발광하는 엘이디 소자인 경우, 상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체는 YAG 계열 황색 형광체가 10% 중량 내지 60% 중량이 포함되고, 실리케이트 계열의 적색 형광체와 녹색 형광체가 혼합된 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이나 나이트라이드 계열 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자가 청색을 발광하는 엘이디 소자인 경우, 상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체는 실리케이트 계열 황색 형광체가 10% 중량 내지 50% 중량이 포함되고, 실리케이트 계열의 적색 형광체와 녹색 형광체가 혼합된 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이나 나이트라이드 계열 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이 포함되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자가 자외선을 발광하는 엘이디 소자인 경우, 상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체는 실리케이트 계열의 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체의 혼합 형광체가 10% 중량 내지 30% 중량이나 나이트라이드 계열 형광체가 10% 중량 내지 30% 중량이 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체의 얇은 쪽 두께는 30 내지 100um이고, 두꺼운 쪽 두께는 150 내지 300um인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면,형광체 배합 비율의 균일성 유지에 의해 높은 색재현성을 실현하는 것이 가능하고, 패키지 공정에서 가장 많은 공정 소요 시간인 수지 경화시간을 제거함으로써, 패키지 공정의 소요 시간을 단축할 수 있다는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 제1몰딩 구조물을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 제1몰딩 구조물과 제2몰딩 구조물을 이용하여 틀을 형성한 것을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 실리콘 수지 성형체를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 실리콘 수지 성형체에 필름과 단색 엘이디를 장착한 도면이다.
도5는 본 발명의 각기 다른 필름이 장착된 실리콘 수지 성형체에 단색 엘이디를 장착한 것을 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 백색 엘이디 소자 제조 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

본 발명의 백색의 엘이디 소자 제조 방법에 대해서 도1 내지 도6에 도시된 도면을 참조하여 설명을 하되, 편의상 순서를 붙여 설명한다.

1. 제1몰딩 구조물 제조<S101>

본 단계는 제1몰딩 구조물(110)을 제조하는 단계로, 제1몰딩 구조물(110)은 일면에 다수의 돌출 형상(112)을 가지도록 제조된다. 이때, 제1몰딩 구조물(110)의 일면에 형성되는 돌출 형상(112)은 단계 S104에서 제조되는 실리콘 수지 성형체(130)에 단색 엘이디 소자(150)가 삽입될 수 있도록 단색 엘이디 소자(150)의 크기에 맞게 소정의 폭을 가진다. 그리고 백색 엘이디 소자를 제조함에 있어, 돌출 형상(112)의 위치는 웨이퍼 상태의 엘이디 소자의 배치에 따라 달라지는 것이 가능하다.

또한, 제1몰딩 구조물(110)은 고온 경화가 가능하고, 필요에 따라 그 형상이 다르게 제조하는 것이 가능한데, 도1의 (a)에 도시된 바와 같이, Flip Chip 구조와 같이 접합이 가능한 패드의 위치가 하단부에 위치하는 소자에 적용하는 것이 가능하도록 제조될 수 있으며, 도1의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1몰딩 구조물(210)은 와이어 본딩이 가능하도록 패드의 위치가 상단부에 위치하는 소자에 적용하는 것이 가능하도록 제조될 수도 있다.

본 발명의 일실시예에서는 도1의 (a)에 도시된 Flip Chip 구조에 해당하는 제1몰딩 구조물(110)을 이용하여 설명한다.

2. 제2몰딩 구조물 제조<S102>

본 단계는 평판 형태의 고온 경화가 가능한 제2몰딩 구조물(120)을 제조하는 단계로, 도2에 도시된 바와 같이, 형광체 필름의 광추출 효율을 상승시키기 위해 한 쪽 면에 요철(122)이 형성되는 것이 바람직하다. 이때 형성되는 요철(122)은 양각이나 음각으로 형성되는 것이 가능하며, 고온 경화가 가능한 텅스텐카바이드나 이에 상당하는 물질을 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 요철(122)은 실리콘 기판의 표면에 습식성 에칭처리를 하여 임의로 요철(122)을 형성한 웨이퍼를 사용하는 것도 가능할 것이다.

3. 몰딩 구조물 배치<S103>

본 단계는 단계 S101 및 단계 S102에서 제조된 제1몰딩 구조물(110)과 제2몰딩 구조물(120)을 배치하는 단계로, 도2에 도시된 바와 같이, 서로 소정의 거리를 가지도록 이격된 상태로 배치하는데, 제1몰딩 구조물(110)의 돌출 형상(112)이 형성된 면과 제2몰딩 구조물(120)의 요철(122)이 형성된 면이 서로 마주보도록 배치한다.

이때, 제1몰딩 구조물(110)의 돌출 형상(112)과 제2몰딩 구조물(120)과의 거리는 30 내지 100um의 거리가 되도록 유지하고, 제1몰딩 구조물(110)에서 돌출 형상(112)이 형성되지 않은 부분과 제2몰딩 구조물(120)과의 거리는 150 내지 300um의 거리가 유지되도록 이격하는 것이 바람직하다.

또한, 제1몰딩 구조물(110)과 제2몰딩 구조물(120)의 양측으로 틀을 형성하며, 실리콘 수지 성형체(130)가 제조된 이후에 원활하게 분리가 가능하도록 투명한 불소계 수지의 이형용 필름이 제1몰딩 구조물(110) 및 제2몰딩 구조물(120)에 장착되거나 이형용 액이 도포되는 것이 바람직할 것이다.

4. 성형체 제조<S104>

단계 S103에서 배치된 몰딩 구조물을 이용하여 제1몰딩 구조물(110)과 제2몰딩 구조물(120)의 사이에 실리콘 수지를 투입하여 성형체를 성형한다. 그리하여, 본 단계에서 제조된 실리콘 수지 성형체(130)는 제1몰딩 구조물(110)과 제2몰딩 구조물(120)에 의해 형상이 형성되며, 엘이디 소자의 광도 분포별, 제조하고자 하는 백색 색좌표 값에 따라서 실리콘 수지 성형체(130)의 두께가 정해진다.

그리고 제조하고자 하는 백색 색좌표 값에 따라 형광체의 배합을 달리 한다. 그 예로, 본 단계에서 제조된 성형체에 실장되는 단색 엘이디가 청색인 경우에는, 본 단계에서의 실리콘 수지 성형체(130)는 YAG 계열의 황색 형광체가 10%중량 내지 60% 중량이 포함되거나 실리케이트 계열의 황색 형광체가 10% 중량 내지 50% 중량이 포함되는 것이 가능하다.

또한, 상기에서처럼 YAG 계열의 황색 형광체나 실리케이트 계열의 황색 형광체와 함께 실리케이트 계열의 적색 형광체와 녹색 형광체가 혼합된 혼합 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이 포함되거나, 나이트라이드 계열 형광체를 1% 중량 내지 10% 중량이 포함되는 것이 바람직하다.

또 다른 예로, 본 단계에서 제조되는 성형체에 실정되는 단색 엘이디가 자외선을 발광하는 경우에는, 본 단계에서의 실리콘 수지 성형체(130)는 실리케이트 계열의 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체가 혼합된 혼합 형광체가 10% 중량 내지 30% 중량이 포함되거나, 나이트라이드 계열의 형광체 10% 중량 내지 30% 중량이 포함되는 것이 바람직할 것이다.

그리고 본 단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체(130)는 얇은 쪽의 두께가 30 내지 100um인 것이 바람직하고, 돌출 형상(112)으로 인해 두꺼운 쪽의 두께는 150 내지 300um인 것이 바람직할 것이다.

5. 분리<S105>

단계 S104를 통해 제조된 실리콘 수지 성형체(130)의 제조가 이루어지면, 제1몰딩 구조물(110)과 제2몰딩 구조물(120)을 각각 제거하여 분리한다.

6. 필름 장착<S106>

단계 S105를 통해 제1몰딩 구조물(110)과 제2몰딩 구조물(120)이 각각 분리되어 생성된 실리콘 수지 성형체(130)에 필름(140)을 장착하는데, 이때 장착되는 필름(140)은 도4에 도시된 바와 같이, 요철(134)이 형성된 실리콘 수지 성형체(130)의 한 쪽 면에 장착이 이루어진다. 이처럼, 실리콘 수지 성형체(130)에 필름(140)을 장착하기 때문에 기존에 패키지 공정에서 소요되는 수지 경화시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

더욱이, 도5에 도시된 바와 같이, 본 단계에서 장착되는 필름(140)의 두께를 달리함으로써, 다양한 광조를 가지는 단색 엘이디를 장착하더라도 동일한 백색 특성치를 가지는 빛을 발광할 수 있도록 하는 것이 가능하다.

즉, 한 장의 웨이퍼 상에서 제조되는 단색 엘이디는 다양한 광도와 전압을 가지는 엘이디 소자가 존재하게 되는데, 그에 따라 이를 이용하여 백색 엘이디를 제조할 때, 백색의 특성치 산포도가 달라지기 때문에 이를 억제하기 위해 각 단색 엘이디 소자(150)의 분류 범위에 따라 각기 다른 두께를 가지는 필름(140)을 장착함으로써, 동일한 백색의 특성치를 가지는 백색 엘이디를 제조하는 것이 가능하다.

물론, 단계 S104에서 제조되는 실리콘 수지 성형체(130)의 형광체 조성비가 각기 다른 실리콘 수지 성형체(130)를 다수 개 제조함으로써, 각기 다른 광도와 전압을 가지는 단색 엘이디 소자(150)가 장착되더라도 동일한 백색의 특성치를 가지는 백색 엘이디를 제조하는 것도 가능할 것이다.

7. 소자 장착<S107>

단계 S106을 통해 필름(140)이 장착된 실리콘 수지 성형체(130)에 단색 엘이디를 장착한다. 이때 장착되는 소자는 단계 S104에서 설명한 바와 같이, 청색을 발광하는 엘이디 소자나 자외선을 발광하는 엘이디 소자 등을 장착하는 것이 가능하며, 소자가 장착되는 위치는 제1몰딩 구조물(110)의 돌출 형상(112)에 의해 실리콘 수지 성형체(130)에 형성된 홈(132)에 장착된다.

8. 개별 소자 Dicing<S108>

단계 S107을 통해 단색 엘이디 소자(150)가 각각의 홈(132)에 장착되면, 이를 각각 Dicing함으로써, 하나의 백색 엘이디 소자를 제조한다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

110, 210: 제1몰딩 구조물
112, 212: 돌출 형상
120: 제2몰딩 구조물
122: 요철
130, 230: 실리콘 수지 성형체
132, 232: 홈 134: 요철
140: 필름
150: 단색 엘이디 소자

Claims (5)

1. 일면에 소정의 폭을 가지는 다수의 돌출 형상이 형성된 제1몰딩 구조물을 제조하는 제1몰딩 구조물 제조단계;
   한 쪽 면에 양각 또는 음각으로 요철이 형성된 제2몰딩 구조물을 제조하는 제2몰딩 구조물 제조단계;
   상기 제1몰딩 구조물 제조단계에서 제조된 제1몰딩 구조물의 일면과 상기 제2몰딩 구조물 제조단계에서 제조된 제2몰딩 구조물이 한 쪽 면이 서로 마주보며, 상기 제1몰딩 구조물과 제2몰딩 구조물의 사이에 소정의 거리를 가지도록 이격되도록 배치되는 몰딩 구조물 배치단계;
   상기 몰딩 구조물 배치단계에서 배치된 제1몰딩 구조물 및 제2몰딩 구조물의 사이에 형광체가 포함된 실리콘 수지를 투입하여 실리콘 수지 성형체를 제조하는 성형체 제조단계;
   상기 성형체 제조단계를 통해 실리콘 수지 성형체에서 제1몰딩 구조물 및 제2몰딩 구조물을 분리하는 분리단계;
   상기 분리단계에서 분리된 실리콘 수지 성형체의 요철이 형성된 면에 필름을 장착하는 필름 장착단계; 및
   상기 분리단계에서 분리된 실리콘 수지 성형체의 일면에 상기 제1몰딩 구조물에 의해 형성된 홈에 단색 엘이디 소자를 장착하는 단색 엘이디 소자 장착단계; 를 포함하고,
   상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자는 백색을 발광할 수 있도록 상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체에 포함되는 형광체의 종류, 농도 및 두께에 따라 광도 및 순방향 전압을 가지는 단색 엘이디 소자인 것을 특징으로 하는
   백색의 엘이디 소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자가 청색을 발광하는 엘이디 소자인 경우,
   상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체는 YAG 계열 황색 형광체가 10% 중량 내지 60% 중량이 포함되고,
   실리케이트 계열의 적색 형광체와 녹색 형광체가 혼합된 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이나 나이트라이드 계열 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이 포함되는 것을 특징으로 하는
   백색의 엘이디 소자 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자가 청색을 발광하는 엘이디 소자인 경우,
   상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체는 실리케이트 계열 황색 형광체가 10% 중량 내지 50% 중량이 포함되고,
   실리케이트 계열의 적색 형광체와 녹색 형광체가 혼합된 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이나 나이트라이드 계열 형광체가 1% 중량 내지 10% 중량이 포함되는 것을 특징으로 하는
   백색의 엘이디 소자 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단색 엘이디 소자 장착단계에서 장착되는 단색 엘이디 소자가 자외선을 발광하는 엘이디 소자인 경우,
   상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체는 실리케이트 계열의 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체의 혼합 형광체가 10% 중량 내지 30% 중량이나 나이트라이드 계열 형광체가 10% 중량 내지 30% 중량이 포함되는 것을 특징으로 하는
   백색의 엘이디 소자 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 성형체 제조단계에서 제조되는 실리콘 수지 성형체의 얇은 쪽 두께는 30 내지 100um이고, 두꺼운 쪽 두께는 150 내지 300um인 것을 특징으로 하는
   백색의 엘이디 소자 제조 방법.

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