KR100489452B1 - 기판을제거한led디스플레이패키지및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 레벨 프로세스 기술을 이용해 적절히 상호 결합되도록 배치된 최상부 표면에 라우팅되는 접속 패드를 가진 개별 드라이버 칩, LED 칩의 주위에 배치된 접속 패드를 가진 LED 어레이 디스플레이 칩을 포함하는 LED 디스플레이 패키지와 그 제조 방법을 제공한다. LED 칩은 드라이버 칩과 LED 칩에 의해 제한된 공간 사이에 배치된 인터칩 결합 유전층을 갖고 드라이버 칩에 장착된 플립칩이다. LED 및 드라이버 칩 패키지가 LED 어레이가 초기 형성된 기판을 제거하므로, 잔류 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP) 에피층과 LED 칩의 접속 패드가 노출된다. LED 칩에서 방사된 광은 LED 칩의 잔류 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP) 에피층을 통해 방사된다.

Description

기판을 제거한 LED 디스플레이 패키지 및 그 제조 방법
발명의 분야
본 발명은 발광 다이오드 어레이들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 새롭고 신규한 패키징 및, 발광 다이오드 어레이들을 드라이브 전자기술들과 함께 패키징하는 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
발광 다이오드(LED)들은 다양한 디스플레이들, 특히 이미지원으로서 LED들의 2차원 어레이를 사용하는 신규한 소형 가상 디스플레이에 사용된다. 일반적으로, 상기 2차원 어레이는 5,000 내지 80,000 이상의 복수의 발광 소자들을 포함한다. 전체 34,560 픽셀의 240칼럼× 144로우와 같은 고픽셀 카운트의 2차원 LED 어레이로 이미지원이 구성되는 특정 실시예가 존재한다. 특정 실시예의 어레이 크기는, 어레이에서 이미지를 적절하게 스캔하거나 활성화하여 형성하기 위해 전체 384개의 외부 상호 접속부들을 필요로 한다. LED의 어레이는 그림(그래픽) 및/또는 영숫자 문자(alphanumeric characters)를 포함하는 완전한 상을 형성하는데 사용된다. 그 다음, 작업자에게는 적어도 표준 용지의 크기로 나타나는 가상 이미지들을 생성하도록 완전한 이미지가 확대된다.
이러한 어레이의 생산에 직면하는 주 문제점은, 어레이에 정보를 제공하기 위해 요구되는 매우 많은 접속 또는 결합 패드들에 대해 지출되는 응보이다. 가장 큰 단점은, 접속 패드와 상기 접속 패드를 칼럼 및 로우에 접속하는데 필요한 상호 접속 팬아웃(fanout)에 요구되는 반도체 칩 또는 칩 영역이 증가된다는 것이다.
어레이가 구성된 반도체 칩의 예상 비용(projected cost)의 상당 부분은 개시 물질(starting material)에 있으며, 와이어 본딩된 외부 상호 접속부를 설치하기 위한 240× 140의 예에서는, 발광 영역(발광 다이오드 어레이)이 전체 칩 영역의 20% 미만을 차지하며, 나머지 80%는 접속 패드 및 상호 접속 팬아웃을 위해 요구된다. 종래의 직접 칩 부착(direct chip attach; DCA) 본딩은 현재의 기술과 관련된 대형 패드 사이즈와 상호 접속부 피치에 의해 이러한 비율을 약간 향상시킬 수 있다.
큰 본딩 기판 영역 또한 요구되는데, 이는 유사한 패드와 상호 접속 팬아웃 패턴이 구동 전자 회로를 포함하는 수반되는 반도체 칩 상에 반복되어야 하기 때문이다. 또한, 드라이버 칩 자체는 복수의 상호 접속 패드(본예서는 384개)를 수용하기에 충분히 커야만 한다. 전체 결과는 물리적인 체적이 작은 것이 높게 평가되는 휴대용 전자 장치의 적용에 적합하지 않은 대형 전체 모듈이다.
LED 디스플레이 패키지에서 패키지 사이즈 문제를 완화하는 한 방법은 LED 디스플레이를 드라이버 보드와 직접 일체화하여 패키지 및 조립체를 단순화함으로써, 디스플레이 칩과 드라이버 칩 모두에 필요한 사이즈를 최소화시키는 것이다. 통상적으로, 데이터 입력 단자를 가지며, 데이터 입력 단자에 인가된 데이터 신호에 따라 이미지를 발생시키는 발광 소자를 활성화하기 위해 발광 소자의 리드와 인터페이스되는 제어 신호 출력 단자를 또한 갖는, 기판상에 장착되거나, 선택적으로 광학 투명 기판상에 장착되는 복수의 드라이버 및 제어 회로가 제공된다.
무기 LED 구조들에 있어서, 통상적으로 반도체 기판 또는 집적 회로는 인쇄 회로 보드 등에 장착되고, 기판을 외부 회로에 접속하도록 허용된 방법은 표준 와이어 결합 기술을 사용하는 것이다. 그러나, 전기 부품 또는 소자가 상부에 형성된 비교적 큰 어레이를 갖는 반도체 기판이 접속될 때, 표준 와이어 결합 기술은 매우 어렵게 될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드의 비교적 큰 어레이(예를 들어, 10,000 또는 100× 100 이상)가 P의 피치(중심 대 중심 거리)를 구비한 기판상에 형성되면, 기판의 주위(perimeter) 상의 접속 패드는 2P의 피치를 갖게 될 것이다. 이는 모든 다른 칼럼 및 모든 다른 로우가 가능한 한 최대로 접속 패드 사이의 거리를 증가시키기 위해 주위의 대향 에지로 향하기 때문이다.
현재, 0.12㎜(4.8mil)의 피치를 갖는 접속 패드로부터 와이어 결합 상호 접속이 최대 가능한 방법이다. 따라서, 상술한 100× 100 발광 다이오드들의 어레이에서, 반도체 칩의 주위 상의 접속 패드는, 주위의 각각의 에지를 따라 50개의 접속 패드가 배치된 0.12㎜(4.8mil)의 최소 피치를 가질 수 있다. 많은 소자가 어레이 내에 포함됨에 따라, 더욱 많은 접속 패드가 요구되고, 부가의 접속 패드를 수용한 주위 사이즈는 더욱 큰 비율로 증가한다. 즉, 결합 패드의 최소 피치는 0.12㎜ (4.8mil)이기 때문에, 어레이 내의 소자의 피치는 기판의 사이즈에 영향을 미치지 않고, 0.06㎜(2.4mil), 또는 대략 61미크론일 수 있다. 따라서, 소자가 61미크론 이하로 제조될 수 있을지라도, 결합 패드의 최소 피치는 기판의 주위가 더욱 작게 제조되도록 허용하지 않는다. 기판의 사이즈는 와이어 결합 기술의 제한에 의해 극히 한정된다는 사실을 즉시 알 수 있다.
따라서, LED 디스플레이 소자 및 반도체 칩의 사이즈의 제한을 실질적으로 감소시킬 수 있고 요구되는 표면 영역의 양을 감소시킬 수 있는 상호 접속 및 패키지 구조 및 기술이 요구된다.
따라서, 상기 문제점들을 극복하는 LED 어레이의 제조 방법 및 상호 접속 장치 패키지를 제공하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 신규하고 개량된 LED 어레이의 제조 방법 및 상호 접속 장치 패키지들을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 신규하고 개량된 LED 어레이와 대형 LED들의 어레이들의 구동을 위한 집적 드라이버 회로 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소자들의 더 큰 어레이들에 대해 적은 반도체 칩 영역을 필요로 하는 신규하고 개량된 집적 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 신규하고 개량된 LED 어레이 및 실질적으로 개선된 충전 팩터(fill factor)를 갖는 드라이버 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 생산 수율로 용이하게 채택할 수 있는 종래 기술보다 더욱 간단하며 효율적인 신규하고 개량된 LED 어레이 제조 방법과 드라이버 패키지를 제공하는 것이다.
발명의 요약
기판 제거를 사용하여 발광 다이오드 어레이와 드라이버 패키지를 제조하는 방법에 의해 상기 문제점들 및 그외의 문제점들이 실질적으로 해결되고, 상기 목적들 및 그외의 목적들이 실현된다. 본 발명에 개시된 것은, 모든 LED가 칼럼 및 로우에 접속되는, 기판상에 형성된 발광 다이오드(LED)의 할당 가능한 어레이를 포함하는, 집적 회로로 구성된 LED 디스플레이 패키지이다. 본 발명의 디스플레이 칩을 포함하는 LED의 어레이는, 디스플레이 칩 내에 규정된 디스플레이 영역의 외주 주위에 형성된 접속 패드를 또한 구비한다. 공지된 양호한 디스플레이 칩이 정렬되어 있으며 공지된 양호한 드라이버 칩 배치에 직접 부착되는 실리콘(Si) 드라이버 웨이퍼가 개별 부품으로서 제공된다.
본 발명의 개별 디스플레이 칩은 디스플레이 칩의 디스플레이 영역의 주위의 둘레의 영역으로 라우팅되는 복수의 접속 또는 결합 패드를 갖도록 설계된다. 실리콘(Si) 드라이버 칩은 일단 노출된 디스플레이 칩의 접속 패드를 협동적으로 결합하기 위해 상부 주 표면에 형성된 접속 또는 결합 패드를 갖도록 설계되며, 디스플레이 칩은 적합하게 상부에 레지스터된다. 접속 패드의 인터 칩 접속부는 웨이퍼 레벨 금속화에 의해 제조된다. 게다가, 개별의 외부 데이터 입력 단자로서 작용하는 Si 드라이버 칩의 주위로 라우팅되는 복수의 결합 패드들이 제공된다.
본 발명의 장치의 형성에 있어서, 생산량을 최대로 하는 목표는 종래 양호한 드라이버 칩 배치에 단지 종래의 양호한 디스플레이 칩을 부착함으로써 성취된다. 이 목표를 성취하기 위해서, 제조 공정 중에, LED 어레이는 임의의 불량한 어레이를 선별하기 위해 웨이퍼 탐침 주사가 행해진다. 추가로, 어레이 드라이버 회로는 실리콘 웨이퍼상에 제조되고, 임의의 불량한 칩을 테스트해서 선발한다. 테스트가 완료되면, 디스플레이 칩은 전체 실리콘 웨이퍼에 포함된 종래의 양호한 드라이버 칩 상에 장착된 플립 칩이다. 인터칩(interchip) 결합 유전 접착제층은 디스플레이 칩과 드라이버 칩 사이에 배치된다.
다음, 디스플레이 칩이 초기에 형성된 갈륨 비화물(GaAs) 기판은 전체 조립체를 에칭하거나, LED 구조체 내에 형성된 이형층(release layer)을 선택적으로 에칭하고, 디스플레이 칩의 접속 패드와 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP) 에피층(epilayer)을 노출시킴으로서 선택적으로 제거된다. 광은 디스플레이 칩으로부터 Si 드라이버 칩의 장착의 대향 방향으로 방출된다. 이 방향으로의 빛의 방출은 전형적인 금속 라인 상호 접속부의 간섭 없이 일어남으로서, 보다 높은 조명과 보다 큰 픽셀 충전 팩터를 허용함으로써 디스플레이 성능을 개선한다. 추가로, 종래 공지된 표준 와이어 결합 상호 접속부 및 크기 요구를 제거함으로써 더욱 높은 수율 및 더욱 낮은 비용에 대한 가능성이 존재한다.
본 발명의 드라이버 패키지와 LED 어레이의 제조에서의 최종 단계로서, 비아들(vias)이 결합 유전층에 에칭되고 패턴 금속 상호 접속 라인은 웨이퍼 레벨 제조기술을 사용하여 디스플레이 칩의 접속 패드와 드라이버 칩의 접속 패드 사이에 형성된다.
본 발명에 개시된 바와 같이, 관련 전자 회로의 동일 수의 접속 패드에 대해서 어레이상의 필요한 복수의 접속 패드를 인터페이싱 함으로서, 드라이브 전자기술과 함께 어레이를 패키지하는 것은 제조 공정을 신뢰성 있고 반복 가능하게 하면서, 동시에 소형 디스플레이와 드라이버 칩과, 전체 콤팩트한 패키지 크기와 비용 유효성을 유지한다.
본 발명의 신규의 특징은 청구범위에 설명되어 있다. 그러나, 본 발명은 첨부 도면과 연관해서 아래의 상세한 설명을 참조하면 본 발명의 여러 특징과 장점을 보다 이해하기 쉬울 것이다.
양호한 실시예의 설명
본원을 설명하는 중에, 동일한 도면 부호는 본 발명을 설명하는 상이한 도면에 따른 LED 어레이 및 드라이버 기판 패키지의 제조 중에 동일한 부재 및 단계를 식별하는데 사용된다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드들의 어레이에 형성된 발광 다이오드 어레이 디스플레이 칩(10)으로 구성되며, 협동 드라이버 칩(20)을 구비하는 발광 다이오드 디스플레이 패키지의 제조 공정에서의 제 1 구조가 개략 단면도로 도시되어 있다. 발광 다이오드(LED) 어레이 디스플레이 칩(10)과 드라이버 칩(20)은 플립 칩 부착 이전에 도 1에 개별 부품으로서 도시되어 있다. 도시된 LED 어레이 디스플레이 칩(10)은 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP) LED 디스플레이 어레이를 형성하는 현재 공지된 임의의 방법을 사용하여 LED 디스플레이 어레이(14)가 상부에 형성된 기판(12)을 구비한다.
도 1을 더욱 상세하게 참조하면, 본원에서 개시된 것을 포함하여, 공지 기술로 InGaAlP LED 어레이를 형성하기 위한 공지 방법에 따라 형성된 LED 어레이 디스플레이 칩(10)은 LED 어레이 디스플레이 칩(10)의 디스플레이 영역(18) 주위에 형성되고 라우팅되는 디스플레이 접속 패드(16)를 가진다. 패드(16)는 LED 디스플레이 어레이(14)의 디스플레이 영역(18)의 주위에 형성되고, 칼럼 및 로우의 형태로 배치된다.
본 특정 예에 있어서, 디스플레이 어레이(14)는 240× 144 화소 해상도를 갖는 디스플레이이다. 따라서, 실제 디스플레이 영역(18)의 크기는 대략 4.8㎜×2.88㎜ 이다. 디스플레이 어레이(14)에 요구되는 접속 패드(16)의 수는 384개(240+144=384)이다. 본 발명에 따르면, 접속 패드(16)는 상술한 바와 같이 디스플레이 칩(10)의 주위 둘레에 형성된다.
도시된 바와 같이, 전체 실리콘 드라이버 웨이퍼(도 2에 도시됨) 상에 초기에 형성된 실리콘(Si) 드라이버 칩(20)은 Si 웨이퍼가 다이싱될 때, 본원에 구동 전자 회로(22)로서 개략적으로 나타낸 완전 기능성 디스플레이 모듈을 형성하는데 필요한 어레이 드라이버, 제어 전자 회로 및 메모리를 포함한다. 드라이버 칩(20)은 기판(24) 상에 형성되고, 칩(20)의 최상면(26)에 LED 어레이 소자(10)의 패드(16)에 대한 복수의 협동 드라이버 접속 패드(28)가 형성된다. 접속 패드(16, 28)를 본질적으로 평면형 협동 형태로, 직접 인접하게 그리고 디스플레이 영역(18)의 주위 둘레 및 드라이버 칩(20)의 최상면(26)상에 배치시킴으로써, 종래의 리드의 팬아웃을 위해 요구되는 통상의 공간 및 이 경우 실제 접속부가 감소됨으로써, 디바이스를 더욱 경제적으로 제조할 수 있게 된다. 드라이버 칩(20)의 접속 패드(28) 외에, 데이터 입력 단자로서 기능하는 복수의 외부 배선 패드(도시하지 않음)가 제공될 수 있다.
본 발명의 LED 디스플레이 및 드라이버 패키지의 형성에서의 이러한 초기 스텝 중, 추가의 스텝이 최종 패키지의 효율을 확보하기 위해 취해질 수 있다. 도 2를 참조하면, 평면도에 본 발명의 전체 실리콘 웨이퍼(30)가 도시되어 있다. 불량 어레이를 선별하는 웨이퍼 탐침 주사 기술을 이용하여 디스플레이 웨이퍼 상에 복수의 LED 어레이(14)를 형성하는 것이 개시되어 있다. 또한, 어레이 드라이버 회로는 실리콘 웨이퍼(30) 상에 형성되며, LED 어레이 디스플레이 칩(10)을 Si 드라이버 칩(20)에 플립 칩 형태로 장착하기 전에 임의의 불량 칩을 선별해내기 위해 시험될 수 있다. 도 2에는 기능성 드라이버 칩(32)과 비기능성 드라이버 칩(34)으로 도시된, 복수의 Si 드라이버 칩, 또는 드라이버 배치가 상부에 형성된 전체 실리콘 웨이퍼(30)의 평면도가 도시되어 있다. 본원에 개시된 LED 디스플레이와 드라이버 패키지의 제조 중에, 미리 선별된 LED 어레이(14)는 완전 기능성 드라이버 칩(32)에 결합된다. LED 어레이(14)는 비기능성 드라이버 칩(34)에는 결합되지 않는다. 얻어진 Si 웨이퍼(30)가 도시되어 있다. 이러한 예비 선별 공정은 조립 과정의 초기 스텝중 비기능성 LED 어레이(14)와 비기능성 드라이버 칩(34)을 불합격 시킴으로써 제조 수율을 최대로 할 수 있다. 일단 기판(12)의 상호 접속 금속화 패터닝 및 에칭이 완료되면, Si 웨이퍼(30)는 가상 이미지용의 복수의 개별 단일 칩 디스플레이를 제조하는 디스플레이 모듈로 다이싱된다.
제 1 특정 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 InGaAlP LED 구조체(40)를 형성하기 위한 하나의 방법은, 차례로 에칭 정지층(41), 도전층(42), 제 1 캐리어 제한층(44), 활성층(46), 제 2 캐리어 제한층(48) 및 도전캡층(42)이 상부에 배치된 상부 표면을 갖는 기판을 구비한다. 에칭 정지층(41), 도전층(42) 및, 제 1 캐리어 제한층(44)은, 기판(12)이 선택적으로 제거된 후, 상기 층들을 통해 후방으로 활성층(46)으로부터 방출된 광을 통과시키기 위해 실질적으로 투명하다. 상기 LED 디스플레이 어레이(14)의 특정 제조에서, 기판(12)은 반도체이도록 갈륨 비화물(GaAs)로 형성된다. 에칭 정지층(41)은 투명한 비도전성층으로 형성되며 기판(12)의 제거를 용이하게 한다. 선택적으로, 에칭 정지층(41)은 이형층(도시 않음)일 수 있고, 이형층이 선택적으로 에칭 제거될 수 있는 알루미늄 비화물(AlAs)과 같은 물질로 형성됨으로써, 나머지 LED 에피층 구조로부터 기판(12)을 분리시킨다. 도전층(42)은 에칭 상부층(41)의 표면에 성장한 GaAs 또는 InGaAlP의 실질적으로 투명한 층이고, 비교적 양호한 N+-형 도전체를 형성하기 위해 셀레늄, 실리콘 등의 불순물로 무겁게 도핑된다(1018 이상으로). LED 디스플레이 어레이(14)를 제조하는 상기 특정의 방법에서, 도전층(42)은 실질적으로 투명하게 남도록 500 옹스트롬 미만의 두께로 성장한다. 제 1 캐리어 제한층(44)은 도전층(42)의 표면에 에피택셜(epitaxial) 성장한 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP)의 투명층이고, N-형 반도체를 위한 실리콘으로 도핑된다(1017 내지 1018). 캐리어 제한층(44)은 대략 1000 내지 8000 옹스트롬 범위의 두께로 성장되지만, 활성층(46)으로부터 방출된 광의 통과를 허용하기 위해 투명하게 남는다. 활성층(46)은 대략 100 내지 1000 옹스트롬 범위의 두께로 캐리어 제한층(44)의 표면에 에피택셜 성장한 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP)의 비도핑 층이다. 제 2 캐리어 제한층(48)은 활성층(46)의 표면에 에피택셜 성장된 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP)의 층이고 P-형 반도체를 위한 아연으로 도핑된다(1016 내지 1018). 상기 특정의 실시예에서, 캐리어 제한층(48)은 1000 내지 8000 옹스트롬 범위의 두께로 성장되어 있다. 도전캡층(50)은 대략 200 내지 1000 옹스트롬 범위의 두께로 캐리어 제한층(48)의 표면에 에피택셜 성장되고 양호한 P+-형 도전체가 형성될 수 있도록 아연으로 무겁게 도핑된다(1019). 캐리어 제한층(44,48)의 (AlXGa1-X)0.5In0.5P에서 알루미늄의 분자비는 대략 0.7 내지 1.0의 범위에 있고 활성층(46)에서는 대략 0.0 내지 0.24의 범위에 있다. 활성층(46) 및 도전층(42)에서의 Al 조성은 파장 및 그를 통해 방출되는 광을 결정하며, 따라서 층(42)의 Al 조성은 층(46) 보다 커야만 한다. 상술된 특정예에 있어서 제조를 간단하게 하기 위해, 상기 층들은 전체 기판(12) 상부에 블랭킷층으로서 에피택셜 성장하지만, 마스킹 및 선택적 성장 또는 선택적 에칭을 포함하는 다른 방법이 개별 픽셀의 형성 및 한정을 위해 필요한 복수의 영역을 제공하는데 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
물론 다양한 층들이 복수의 다른 형태로 제공될 수 있으며, 형성의 간단함에 기인하여 InGaAlP LED 구조체의 본 실시예가 제공된다. 또한, 몇몇 실시예에 있어서, 부가의 층들이 특정 적용을 위해 제공될 수 있으며, 개시된 구조체는 한정을 위해서가 아니라 설명의 목적으로 LED 디스플레이 어레이(14)의 기본 구조체의 예로서 제시된 것을 이해해야 한다.
LED 디스플레이 어레이(14)의 제조 방법에 있어서, LED 어레이 디스플레이 칩(10)을 위한 제 1 구조체(도시 않음)는 캡층(50)이 일부 공지된 방법에 의해 캐리어 제한층(48)상에 선택적으로 형성되는 형상을 갖는다. 예를 들어, 캡층(50)은 블랭킷 층 및 복수의 영역이 캐리어 인접층(48)의 표면을 노출시키기 위한 에칭과 같은 편리한 방식으로 이동됨에 따라 에피택셜 성장된다.
물론, 상기 캡층(50)은 캐리어 제한층(48)의 표면을 마스킹함으로써 선택적으로 성장 또는 증착될 수 있다. 다른 방법에 있어서, 캡층(50)은 오직 약 500 옹스트롬의 두께를 가지기 때문에 프로세스의 평면성을 크게 변경시키지 않는다. 설명된 다른 실시예 뿐만 아니라 상기와 같은 방식의 발광 다이오드 어레이 및 제조방법에 대한 부가의 정보 및 설명은 동일 양수인에 의해 "주입 LED의 제조 방법" 이란 제목으로 1995년 9월 26일 허여된 미국 특허 제5,453,386호에서 참고할 수 있으며, 또한 동일 양수인에 의해 "주입 LED 어레이 및 제조방법" 이란 제목으로 1995년 8월 10일 출원된 출원번호 08/513,259호도 참고될 수 있는데, 이들은 모두 본원에서 참고로 이용되고 있다.
동일 양수인에 의해 "전자 광학 집적 회로 및 그의 제조방법" 이란 제목으로 1994년 5월 9일 출원되어 계류중에 있는 출원번호 08/239,626호 및, 동일 양수인에 의해 "전자 광학 집적 회로 및 그의 제조방법" 이란 제목으로 1995년 8월 10일 출원되어 계류중에 있는 출원번호 08/513,655호는 도 3에 도시된 바와 같이 메사 에칭 기술을 사용하여 InGaAlP LED 어레이 구조체를 제조하기 위한 방법을 설명하고 있으며, 모두 본원에 참고를 위해 기재되어 있다. 특히, 캡층(50)과, 제 1 캐리어 제한층(44)과, 활성층(46)및, 제 2 캐리어 제한층(48)의 일부가 칼럼 및 로우의 2차원 어레이 또는 매트릭스로 유기화된 메사를 형성 또는 분리하기 위해 에칭되는 구조가 기술된다. 어레이에서 각 메사의 상부면은 발광 다이오드용 발광 면적을 한정한다.
상술한 바와 같이, 상술된 것 뿐만 아니라 InGaAlP LED 구조체에서 LED 어레이의 제조를 위해 공지된 다른 방법은, 본 발명의 LED 어레이칩(10)의 제조에 활용된다. 칼럼 및 로우를 참조로한 이러한 설명이 상기 설명의 간략화를 위해 이루어졌으나 본 기술 분야에 숙련자들에게 이해될 것일지라도, 상기 용어는 매트릭스 또는 어레이의 칼럼 및 로우가 물리적 배향에 의존하기 때문에 완전히 상호 교환될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 LED 어레이와 드라이버 패키지의 제조시 제 2단계가 도시되어 있다. 특히, 실리콘(Si) 드라이버 칩(20)에 플립 칩 형태로 장착된 LED 어레이 디스플레이 칩(10)이 도시되어 있다. 인터칩 결합 유전 접착층(52)은 디스플레이 칩(10)과 드라이버 칩(20)사이에 배치된다. 또한, 디스플레이 칩(10)과 드라이버 칩(20)을 부착하기 위한 C5 DCA 기술과 같이 본 기술 분야에 잘 공지된 종래의 납땜 펌프 지향칩 부착(DCA) 결합을 사용하기 위한 대안책이 개시되어 있다. 발광 다이오드 어레이와 드라이버 패키지의 이러한 형태의 다른 정보 및 설명과, 제조 방법 및, 설명된 대안적인 실시예는 동일 양수인에 의해 양도되어 현재 계류중인 미국 특허 출원인 발명의 명칭이 "기판 제거용 LED 디스플레이 패키지 및 그 제조 방법(LED DISPLAY PACKAGING WITH SUBSTRATE REMOVAL AND METHOD OF FABRICATION)"으로 이용가능하고, 본 명세서에서 참조로 인용했다.
조립 공정에 있어서, LED 디스플레이 칩(10)은 디스플레이 영역(18)의 주위 둘레에 형성되고 접속 패드(16)를 갖는 LED 어레이칩(10)의 최상부 표면(13)이 하부 배치에 배치되고, 접속 패드(10)는 LED 디스플레이 칩(10)과 Si 드라이버 칩(20)이 상호 접속되기 전에 적합하게 레지스터될 때 Si 드라이버 칩(20)상에 형성된 개별 접속 패드(28)에 근접하게 정렬되어 배치되도록 변환된다. 상술한 바와 같이, 인터칩 접합 유전체(52) 층은 LED 어레이 디스플레이 칩(10)과 Si 드라이버 칩(20) 사이에 배치된다. 인터칩 접합 유전체(52)는 디스플레이 칩(10)과 드라이버 칩(20)을 전기적으로 절연하여 기계적으로 접합하기 위해 작용하며 또한 에칭 보호층으로서 작용한다. 인터칩 접합 유전체 접착제(52)가 에폭시, 폴리이미드 또는 다른 유기 또는 무기 유전체 접착제인 것을 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 드라이버 칩(20)에 플립 칩 형태로 장착된 LED 어레이 디스플레이 칩(10)을 도시한 개략적인 부분 단면도이다. Si 드라이버 칩(20)에 LED 어레이 디스플레이 칩(10)을 플립 칩 형태로 부착한 후, LED 어레이 디스플레이 칩(10)의 기판(도시 않음)이 종래의 에칭 기술을 사용하여 제거된다. 예로서, 도핑되지 않은 GaAs로 형성된 기판(12)은 본원 기술분야에서의 습식 에칭 기술 또는 다른 에칭 기술을 사용하여 에칭된다. 다른 예에서는, 상술한 바와 같이, 내부에 이형층이 형성된 LED 구조체가 사용될 수 있으며, 여기서 이형층은 선택적으로 에칭 제거되며, 따라서 기판(12)을 잔여 LED 에피층 구조체로부터 분리한다. GaAs 구조체가 제거되면, 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP) 에피층(54)이 노출된 에칭 정지층(41)으로 구성된 채 남게 되고, 노출된 접속 패드(16)는 디스플레이 영역(18)의 둘레 주위에 배치한다. LED 어레이 디스플레이 칩(10)에 의해 방출되는 광은 이제 본 발명의 LED 디스플레이 및 드라이버 패키지의 전방면이 되는 LED 어레이 디스플레이 칩(10)의 후방면으로부터 방출된다. 또한 LED 어레이(14)의 형성 중에는 방출광을 관측 방향으로 반사시키기 위해 반사 금속으로 형성되는 복수의 LED 금속 접점(56)을 형성하는 것이 개시되어 있다. 이러한 반사 금속의 이용은 측방향 전류 충만을 제거하는 것을 도와주며, 디스플레이 칩(10)으로 하여금 광학 발사로 인해 출력 파워를 거의 두배로 늘리는 것을 가능하게 한다.
기판(12)의 제거는 초기에 디스플레이 칩(10)의 후방부였던 배치로부터 광이 방출될 수 있게 한다. 상술한 바와 같이, 패키지의 형성은 높은 조도가 가능하게 함으로써 디스플레이 성능을 향상시키고 빛 차단 금속 라인 상호 접속 부재로 인해 큰 픽셀 충전 팩터를 향상시킨다.
도 6에는, 본 발명의 완전한 발광 다이오드 디스플레이 및 드라이버 칩 패키지(60)가 부분 단면 도시되어 있다. 본 발명의 LED 디스플레이 및 드라이버 칩 패키지(60) 형성의 마지막 단계가 도시되어 있다. 즉, 복수의 비아들(62)이 본딩 절연층(52)내로 에칭되어 드라이버 칩 접속 패드(28)를 노출시킨다. 디스플레이 칩(10)의 접속 패드(16)와 드라이버 칩(20)의 접속 패드(28) 사이에는 복수의 패턴 금속 연결 라인들(64)이 형성된다. 이러한 형태의 웨이퍼 레벨 가공은 두개의 포토 스텝으로 표시 조립체의 전체 웨이퍼를 포토 패터닝 매스 연결할 수 있으며, 포토 리소그래피 기술을 이용하여 표시칩과 드라이버 칩에 작은 패드를 형성할 수 있게 한다.
따라서, 신규 LED 어레이 표시 칩 및 드라이버 패키지와, (기존 문제를 해결하는) LED 어레이를 드라이브 전자기술로 제조하는 방법이 제공되는 것이다. 이러한 신규한 LED 어레이 및 드라이브 전자기술 패키지들의 제조 방법은 다른 방법보다 간단하고 보다 효과적이며 고생산 레벨에 보다 쉽게 적용될 수 있다. 추가적으로, LED 어레이 디스플레이 칩(10)과 웨이퍼 레벨 프로세싱 기술을 사용한 Si 드라이버 칩(20)을 위한 새롭고 향상된 패키지 제조 방법이 제공된다.
개시된 방법의 다양한 단계들은 설명을 위한 특정 목적으로 수행된 것이며, 그러나, 개시된 방법의 다양한 단계들은 특정 응용들에서의 다른 단계들과 상호 교체되거나/ 및 결합될 수 있고 개시된 방법들에서 모든 그러한 변경들은 청구항들의 범위 내에 있음을 의도한다.
본 명세서에 특정 실시예들이 개시되었지만, 다른 개조나 변경이 숙련된 기술자들에게는 가능하다. 우리는 이것이 이해될것으로 바라고 있으며 따라서 본 발명은 보여준 특정 형식들에 제한되는 것이 아니며 첨부된 청구항들은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않는 모든 변경들을 커버하도록 의도된다.
본 발명에 따르면, 신규한 LED 어레이 표시 칩 및 드라이버 패키지와, 기존 문제를 해결하는 LED 어레이를 드라이브 전자기술로 제조하는 방법이 제공된다. 이러한 신규한 LED 어레이 및 드라이브 전자기술 패키지들의 제조 방법은 다른 방법보다 간단하고 보다 효과적이며 고생산 레벨에 보다 쉽게 적용될 수 있다. 추가적으로, LED 어레이 디스플레이 칩과 웨이퍼 레벨 프로세싱 기술을 사용한 Si 드라이버 칩을 위한 새롭고 향상된 패키지 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 디스플레이 칩과 드라이버 칩을 도시하는 개략 단면도.
도 2는 드라이버 칩에 부착된 발광 다이오드 디스플레이 칩을 가지는 본 발명에 따른 전체 실리콘 웨이퍼의 개략적인 확대 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 칩의 다층 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도 4는 실리콘 드라이버 칩에 부착된 플립 칩의 형태인 본 발명의 발광 다이오드 디스플레이 칩을 도시하는 개략 단면도.
도 5는 본 발명에 따른, 발광 다이오드 디스플레이 칩의 GaAs 기판이 제거된 상태의 실리콘 드라이버 칩에 장착된 발광 다이오드 디스플레이 칩 플립을 도시하는 개략 단면도.
도 6은 디스플레이 칩의 접속 패드와 드라이버 칩 사이에 형성된 금속 인터칩 상호 접속부를 갖는 드라이버 칩의 접속 패드가 노출되어 있는, 발광 디스플레이 패키지의 최종 패키지를 도시하는 개략 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 디스플레이 칩 14 : 표시 어레이
16 : 접속 패드 18 : 디스플레이 영역
20 : 드라이버 칩 24 : 기판
28 : 접속 패드 30 : 웨이퍼

Claims (5)

  1. 발광 다이오드 디스플레이 패키지 제조 방법에 있어서,
    주 표면을 갖는 갈륨 비화물(GaAs ; gallium arsenide) 기판을 가지는 디스플레이 칩을 제공하는 단계와,
    상기 갈륨 비화물(SaAs) 기판의 주 표면상에 발광 다이오드들의 어레이를 형성하는 단계와,
    실리콘 기판상에 형성된 드라이버 칩을 제공하는 단계와,
    상기 드라이버 칩에 상기 디스플레이 칩을 플립 칩 장착(flip chip mounting)하는 단계와,
    상기 디스플레이 칩으로부터 상기 갈륨 비화물(GaAs) 기판을 선택적으로 제거하는 단계로서, 상기 제거에 의해 에칭 정지 층이 노출되는, 상기 선택적 제거 단계, 및
    상기 드라이버 칩과 상기 디스플레이 칩의 외주 주위에 배치되는 복수의 팬아웃 상호 접속부들을 사용하여 상기 드라이버 칩에 상기 디스플레이 칩을 전기적으로 인터페이싱하는 단계를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이 패키지 제조 방법.
  2. 발광 다이오드 디스플레이 패키지를 제조하는 방법에 있어서,
    주 표면을 갖는 갈륨 비화물(GaAs) 기판을 가지는 발광 다이오드 칩을 제공하는 단계와,
    상기 갈륨 비화물(GaAs) 기판의 주 표면상에 발광 다이오드들의 어레이를 형성하는 단계로서, 상기 어레이의 형성에 의해 디스플레이 영역이 규정되는, 상기 어레이 형성 단계와,
    상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하는, 상기 디스플레이 칩의 외주 주위에 복수의 결합 패드들을 형성하는 단계와,
    실리콘 기판 상에 형성되며, 내부에 형성된 복수의 드라이브 부품들을 갖는 드라이버 칩을 제공하는 단계와,
    상기 발광 다이오드들의 어레이의 상기 결합 패드들과 결합하도록 협동적으로 배치되고, 상기 드라이브 부품들과 전기적으로 협동하는, 상기 드라이버 칩의 외주 주위에 복수의 결합 패드들을 형성하는 단계와,
    상기 디스플레이 칩을 상기 드라이버 칩에 플립 칩 장착하는 단계와,
    상기 발광 다이오드 칩으로부터 상기 갈륨 비화물(GaAs) 기판을 선택적으로 제거하는 단계로서, 상기 제거에 의해 에칭 정지 층이 노출되는, 상기 선택적 제거 단계, 및
    상기 발광 다이오드들의 에레이와 전기적으로 협동하는 상기 복수의 결합 패드들을 상기 드라이버 칩의 상기 드라이브 부품들과 전기적으로 협동하는 상기 복수의 결합 패드들에 인터페이싱하는 단계로서, 상기 인터페이싱에 의해 상기 발광 다이오드 칩과 상기 드라이버 칩이 전기적으로 접속되는, 상기 인터페이싱 단계를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이 패키지 제조 방법.
  3. 발광 다이오드 디스플레이 패키지를 제조하는 방법에 있어서,
    주 표면을 갖는 갈륨 비화물(GaAs) 기판을 가지는 디스플레이 칩을 제공하는 단계와,
    상기 갈륨 비화물(GaAs) 기판의 주 표면상에 인듐-갈륨-알루미늄-인화물(InGaAlP : indium gallium aluminum phosphide) 발광 다이오드들의 어레이를 형성하는 단계로서, 상기 어레이의 형성에 의해 디스플레이 영역이 규정되는, 상기 어레이 형성 단계와,
    상기 디스플레이 영역의 외주 주위에 배치되고, 상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하는, 복수의 결합 패드들을 형성하는 단계와,
    상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하는 상기 복수의 결합 패드들로 라우팅되는 복수의 행 및 열 접속부들을 형성하는 단계와,
    실리콘 기판 상에 형성되며, 내부에 형성되는 복수의 드라이브 부품들을 갖는 드라이버 칩을 제공하는 단계와,
    상기 발광 다이오드들의 어레이의 상기 결합 패드들과 결합하도록 협동적으로 배치되고, 상기 드라이버 소자의 최상부 표면으로 라우팅되며, 상기 드라이브 부품들과 전기적으로 협동하는, 복수의 결합 패드들을 형성하는 단계와,
    상기 디스플레이 칩을 플립 칩 배향(orientation)으로 상기 드라이버 칩에 플립 칩 장착하는 단계와,
    상기 디스플레이 칩과 드라이버 칩 사이에 규정된 영역내에 비도전성 물질의 층을 증착하는 단계와,
    상기 디스플레이 칩으로부터 상기 갈륨 비화물(GaAs) 기판을 선택적으로 제거하는 단계로서, 상기 제거에 의해 상기 디스플레이 칩의 인듐-갈륨-알루미늄-인화물 에피층(epilayer)이 노출되는, 상기 선택적 제거 단계, 및
    웨이퍼 레벨 처리를 사용하여, 상기 디스플레이 칩의 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하는 상기 복수의 결합 패드들을 상기 드라이버 칩의 드라이브 부품들과 전기적으로 협동하는 상기 복수의 결합 패드들과 상호 접속하는 단계로서, 상기 상호 접속에 의해 상기 디스플레이 칩과 상기 드라이버 칩이 전기적으로 접속되는, 상기 상호 접속 단계를 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이 패키지 제조 방법.
  4. 발광 다이오드 디스플레이 패키지에 있어서,
    초기에 존재하는 갈륨 비화물(GaAs) 기판이 선택적으로 제거되어 규정된 디스플레이 영역을 가진 발광 다이오드 소자를 형성한, 발광 다이오드들의 어레이와,
    상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하도록 형성되는 복수의 결합 패드들과,
    실리콘 기판 상에 형성되며, 내부에 형성된 복수의 드라이브 부품들을 갖고, 상기 발광 다이오드 소자에 플립 칩 장착되는 드라이버 소자와,
    상기 드라이버 소자와 전기적으로 협동하도록 형성되는 복수의 결합 패드들, 및
    상기 발광 다이오드 소자의 디스플레이 영역의 외주 주위에 배치되고, 상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하는 상기 결합 패드들을, 상기 드라이버 소자와 전기적으로 협동하도록 형성되고 상기 드라이버 소자의 최상부 표면으로 라우팅되는 상기 결합 패드들과 전기적으로 접속하기 위한 수단을 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이 패키지.
  5. 발광 다이오드 디스플레이 패키지에 있어서,
    초기에 존재하는 갈륨 비화물(GaAs) 기판이 선택적으로 제거되어 규정된 디스플레이 영역을 가진 발광 다이오드 소자를 형성한, 발광 다이오드들의 어레이와,
    상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하도록 형성되며, 상기 디스플레이 영역의 외주 주위에 배치되는 복수의 결합 패드들과,
    상기 발광 다이오드들의 어레이와 전기적으로 협동하도록 형성되고, 상기 복수의 결합 패드들로 라우팅되는 복수의 행 및 열 접속 패드들과,
    실리콘 기판 상에 형성되며, 내부에 형성되는 복수의 드라이브 부품들을 갖는 드라이버 소자와,
    상기 드라이버 소자와 전기적으로 협동하도록 형성되고, 상기 드라이버 소자의 최상부 표면으로 라우팅되는, 복수의 결합 패드들과,
    상기 발광 다이오드 소자와 상기 드라이버 소자 사이에 규정된 영역에 배치되는 비도전성 물질의 층, 및
    상기 발광 다이오드 소자의 디스플레이 영역의 외주 주위에 배치되는 상기 결합 패드들을, 상기 드라이버 소자의 최상부 표면으로 라우팅되는 상기 결합 패드들에 전기적으로 접속하기 위한 복수의 인터칩 상호 접속부들을 포함하는, 발광 다이오드 디스플레이 패키지.
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