KR100973928B1

KR100973928B1 - Ｌｅｄ 다이본딩 방법

Info

Publication number: KR100973928B1
Application number: KR1020090122130A
Authority: KR
Inventors: 박준호; 오연진
Original assignee: (주)옵토니카; 박준호
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-08-03

Abstract

본 발명은 반도체 발광소자의 패키지에 관한 것으로 특히 패키지에 있어서, LED(Light Emitting Diode) 칩을 리드프레임에 붙이는 것인 다이 본딩(die bonding)에 관한 것으로 LED 생산에 있어서 작업성이 뛰어나고 정밀도가 높게 LED 칩을 LED 리드 프레임의 컵에 본딩시키는 작업에 관한 것이다. LED 칩을 투입함으로써 LED 칩 후면에 정량화된 접착제를 이용하여 일정량씩 자동으로 도포하는 LED 다이 본딩 방식을 제공하며, 또한 LED 칩을 본딩함에 있어서, 적절한 LED 다이 본딩 온도를 제공한다.

LED, 다이본딩, 발광소자

Description

ＬＥＤ 다이본딩 방법{Process for LED Die Bonding}

본 발명은 반도체 발광소자의 패키지에 관한 것으로 특히 패키지에 있어서, LED(Light Emitting Diode) 칩을 리드프레임에 붙이는 것인 다이 본딩(die bonding)에 관한 것으로 LED 생산에 있어서 작업성이 뛰어나고 정밀도가 높게 LED 칩을 LED 리드 프레임의 컵에 본딩시키는 작업에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 발광소자로는 LED를 들 수 있는데, 이는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기신호를 적외선, 가시광선 또는 자외선의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용되는 소자이다.

보통 LED는 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 그 종류는 크게 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 구분될 수 있다.

LED는 출력되는 광의 세기에 따라 가전제품, 전광판 등에 사용되는데, 현재 정보통신기기가 소형화 또는 슬림(slim)화 추세에 있고, 주변기기인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등도 더욱 소형화되고 있다. 따라서, PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 LED가 표면실장소자(Surface Mount Device, SMD)형으로 만들어지고 있으므로 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD 형으로 개발되고 있다.

상기와 같이 LED는 사용영역이 넓어지면서 우리 생활주변에서 전등, 구조 신호용 전등 등에 널리 사용되고 있고, 요구되는 휘도도 갈수록 높아지고 있으며, 고출력 LED가 널리 쓰이고 있는 실정이다.

그러나 종래에는 다이 본딩에 있어서, 비정량화 및/또는 비계량화된 접착제 수지를 사용하며, 또한 국부적인 자동화로 인하여 불량률이 높고 생산성이 낮은 데에 문제점을 가지고 있었다. KR2003-0030587A에 의하면, 다이 본딩을 할 때에 LED 리드 프레임의 컵에 에폭시수지를 도포하는 디스펜싱부를 가지고 있으나, 이는 상기 디펜싱부의 비정량화 및 리드프레임에 직접 도포함으로써, 매 공정에 사용되는 에폭시의 양이 달라져 솔더링 시간, 다이 본딩의 두께 등에 관한 문제점을 가지고 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 제반 문제를 해소하기 위한 것으로 LED 칩을 투입함으로써 LED 칩 후면에 정량화된 접착제를 이용하여 일정량씩 자동으로 도포하는 LED 다이본딩방식 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한 LED 칩을 본딩함에 있어서, 적절한 LED 다이 본딩 온도를 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, LED 리드 프레임을 적재하여 로딩부에 로딩하는 로딩 단계; 상기 로딩부에 적재된 상기 LED 리드 프레임을 받아 일정 피치만큼 이동시키고 일정시간 고정시키는 작업을 반복하는 제1 이송단계; LED 칩을 진공실린더가 포함된 제2 샤프트를 이용하여 이송하며, 상기 제2 샤프트는 제1 무게측정센서를 포함하는 제2 이송단계; LED 칩 후면의 접착을 위하여 접착제를 정량화하는 정량화단계; 정량화된 접착제를 LED 칩의 후면에 도포시키는 LED 칩 후면 도포단계; 접착제의 도포면을 확인하기 위한 LED 칩 후면 검사단계; LED 리드 프레임을 가열부가 포함된 샤프트로 이송하는 제3 이송단계; 상기 LED 리드 프레임의 컵에 상기 LED 칩을 장착하는 LED 칩장착 본딩단계; 상기 LED 칩이 본딩된 상기 LED 리드 프레임을 적재하는 언로딩단계; 상기 언로딩단계로부터 적재된 상기 LED 리드프레임의 본딩을 검사하기 위한 본딩 검사단계;를 포함하는 LED 다이 본딩 방법을 제공한다.

상기 로딩단계는 LED 리드 프레임을 LED 다이 본딩을 하기 위한 장치에 이동 하는 단계를 제공한다.

상기 제1 이송단계는 로딩단계로부터 이동된 LED 리드프레임을 가지고, 상기 LED 리드 프레임은 일정 간격으로 마련된 가이드레일을 따라서 이동하며, 상기 가이드레일의 상측면과 하측면에 LED 리드 프레임을 감지하는 제1 위치 측정 센서를 마련하며, 일정 간격으로 이동된 상기 LED 리드 프레임을 고정시키기 위한 진공실린더가 포함된 제1 샤프트를 포함하는 것을 제공한다.

상기 제2 이송단계는 LED 칩 또한 진공실린더가 포함된 제2 샤프트를 이용하여 이송시킨다. 이때 상기 LED 칩을 이송시키는 제2 샤프트에는 제1 무게 측정센서를 포함시킨다.

상기 정량화단계는 LED 칩의 후면에 접착제를 제공하기 위한 전 단계에 있어서 상기 접착제를 정량화시키는 것으로 상기 접착제를 제2 무게측정센서가 연결된 무게측정부 도입하는 것을 제공한다.

상기 LED 칩 후면 도포단계는 무게측정부에 도입된 정량화된 접착제를 LED 칩의 후면에 도포시키는 도포단계를 제공한다. 이때 LED 칩 후면을 도포시키기 위하여 상기 제2 샤프트에 흡착된 LED 칩을 도포위치에 이송시키며 도포위치를 감지하기 위하여 제2 위치측정센서를 제공한다. 또한 도포된 접착제의 양을 검사하기 위한 상기 제3 무게측정센서를 이용하여 접착제의 양을 정량화시킨다.

또한 상기 LED 칩 후면 검사단계는 샤프트에 의해 흡착된 LED 칩의 후면에 대하여 접착제의 도포유무를 확인하기 위한 CCD 카메라를 이용하거나, 센서를 이용하여 LED 칩 후면의 접착제 유무를 확인을 제공한다. 또한 LED 칩 후면에 접착제가 없는 경우에는 LED 본딩공정을 진행하지 않고 제1 불량위치로 이동시키는 것을 제공한다.

상기 제3 이송단계는 제1 샤프트에 위치한 LED 리드 프레임을 가열부가 포함되는 샤프트로 이송하는 것으로 상기 가열부가 포함된 샤프트는 상부면에 가열부를 가지며, 상기 가열부는 제어부에 의해 온도를 제어하는 것을 제공한다. 상기 가열온도는 25℃ 내지 500℃의 범위에서 제어하는 것을 제공한다.

상기 LED 칩장착 본딩단계는 제2 샤프트에 흡착된 LED 칩을 LED 리드프레임에 접촉시키는 것으로, 상기 샤프트는 가압센서에 의해 연결되어 있으며, 상기 샤프트는 일정 압력으로 가압하여 LED 리드프레임에 일정시간 접촉시킨 후 상기 샤프트 내부의 진공실린더의 진공을 해제하여 LED 리드프레임과 LED 칩의 본딩을 완성시키는 것을 제공한다.

상기 언로딩단계는 상기 LED 칩 장착단계 후에 제동되는 LED 칩과 LED 리드프레임이 본딩된 LED 리드프레임은 가이드레일을 따라서 이동하며, 상기 가이드레일의 상측면과 하측면에 LED 리드 프레임을 감지하는 제3 위치 측정 센서를 마련하는 것을 제공한다.

상기 본딩 검사단계에서는 상기 언로딩 단계 후에 제공되는 상기 본딩된 리드프레임에 대하여 본딩을 검사하기 위한 단계로서, CCD 카메라를 이용하거나, 적외선 센서를 이용하여 본딩된 리드프레임의 본딩 정확성 여부를 검사하는 것을 제공한다. 또한 본딩된 리드프레임에 대하여 본딩의 불량일 경우에는 제2 불량위치로 이동시키는 것을 제공한다.

LED 다이 본딩방법은 각 단계들을 순서대로 진행시키도록 프로그램화 되어 있는 제어부에 의해 제어되며, 또한 LED 다이 본딩의 불량 여부는 센서에 의해 입력되는 입력신호에 의해 모니터에 표시되도록 하고 있으며, 이를 통하여 시각적으로 LED 본딩 공정의 관리가 용이하게 되도록 한다.

본 발명에 의하면, LED 다이 본딩방법은 LED 칩을 투입하여 LED 칩 후면에 정량화된 접착제를 이용하여 일정량씩 자동으로 도포하는 LED 다이본딩방식을 제공함으로써 제품의 불량률을 감소시키며, 또한 적절한 LED 다이 본딩온도를 제공함으로써 생산의 효율성을 향상시키는 효과가 있다.

또한 본 발명은 각각의 공정 단계들을 순서대로 진행시키도록 프로그램화 되어 있는 제어부에 의해 제어되어 센서에 의해 입력되는 입력신호에 의해 모니터에 표시되도록 하고 있으며, 이를 통하여 시각적으로 LED 본딩 공정의 관리가 용이하게 되도록 하는 데에 효과가 있다.

이와 같이 구성된 본 발명을 첨부 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 도 1은 LED 다이 본딩 공정의 순서에 관한 것으로 LED 리드 프레임을 적재하여 로딩부에 로딩하는 로딩단계; 상기 로딩부에 적재된 상기 LED 리드 프레임을 받아 일정 피치만큼 이동시키고 일정시간 고정시키는 작업을 반복하는 제1 이송단계; LED 칩을 진공실린더가 포함된 제2 샤프트를 이용하여 이송하며, 상기 제2 샤프트는 제1 무게측정센서를 포함하는 제2 이송 단계; LED 칩 후면의 접착을 위하여 접착제를 정량화하는 정량화단계; 정량화된 접착제를 LED 칩의 후면에 도포시키는 LED 칩 후면 도포단계; 접착제의 도포면을 확인하기 위한 LED 칩 후면 검사단계; LED 리드 프레임을 가열부가 포함된 샤프트로 이송하는 제3 이송단계; LED 리드 프레임의 컵에 상기 LED 칩을 장착하는 LED 칩 장착단계; 상기 LED 칩이 본딩된 상기 LED 리드 프레임을 적재하는 언로딩단계; 상기 언로딩단계로부터 적재된 상기 LED 리드프레임의 본딩을 검사하기 위한 본딩 검사단계로 이루어져 있다.

또한 도 2는 다이본딩하는 장치의 개략도로서 LED 리드 프레임(1)이 가이드레일(2)을 따라서 제1 샤프트(6)를 이용하여 일정 피치씩 이동시킨다. LED 리드 프레임의 위치는 제1 위치 측정 센서(7)을 이용하여 감지하고, 제1 샤프트는 LED 리드 프레임의 고정을 위하여 진공실린더를 가지고 있다. 그리고 나서 LED 칩(4)을 제2 샤프트(3)를 이용하여 이송하며, 상기 제2 샤프트는 제1 무게측정센서를 포함한다.
도면에 표시하지 않았지만, LED 칩의 후면에 접착제를 제공하기 위한 것으로 접착제의 무게를 정량하기 위한 제2 무게 측정센서를 가지며, LED 칩을 도포 위치에 이송시켜서 도포 위치를 감지하기 위한 제2 위치측정센서를 가지며, 도포량을 감지하기 위한 제3 무게 측정센서를 가진다. 제1 샤프트에 부착된 LED 리드프레임을 가열부가 포함되는 샤프트(8)에 이송시키고, 제2 샤프트(3)에 흡착된 LED 칩을 LED 리드프레임에 접촉시키서 LED 리드프레임과 LED 칩의 다이 본딩을 완성시킨다.

<실시예>

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성요소들은 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 기능을 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

<실시예 1>

LED 칩 후면에 접착제로서 에폭시 다이본드재(45LV/#15LV, ECCOBOND사)를 이용하여 다이 본딩하는 방법에 관한 것으로 도2에 나타나 있다.

먼저 LED 리드 프레임을 적재하여 로딩부에 로딩을 하고, 상기 로딩부에 적재된 상기 LED 리드 프레임을 받아 100㎛ 피치만큼 이동시킨 후 LED 칩을 진공실린더가 포함된 제2 샤프트를 이용하여 이송시킨다. LED 칩 후면에 에폭시 다이본드재(제품명 : 45LV/#15LV, ECCOBOND사) 0.01g을 정량화 시킨 후 계량된 에폭시 다이본드재를 LED 칩 후면에 도포시킨다. 또한 LED 리드 프레임을 다시 가열부가 포함되는 샤프트로 이동시킨다. 이때 이동된 가열부가 포함된 샤프트의 온도는 75℃이며, 그 후에 LED 칩 후면에 에폭시 다이본드재가 부착된 면을 접촉시켜서 0.1N/cm2의 압력으로 LED 칩을 장착한다. 그리고, 본딩된 LED 리드프레임을 언로딩하고, 적외선 센서를 이용하여 본딩 검사를 한 후 LED 다이 본딩을 완료하였다.

한편 완료된 LED 다이본딩은 육안 검사와 접합인장강도 측정기인 Dage4000(영국)을 이용하여 접합면의 인장강도를 측정하였다.

<실시예 2>

LED 칩 후면에 접착제로서 실리콘 다이본드재(제품명 : KER-3200-T1, 신에츠화학공업)를 이용하여 다이 본딩하는 방법에 관한 것으로 도3에 나타나 있다. 실 시예 2는 실시예1과 동일한 방법을 이용한 LED 칩의 다이 본딩에 관한 것이며, 다만 LED 칩의 후면을 실리콘 다이본드재(제품명 : KER-3200-T1, 신에츠화학공업)를 이용하였으며, 가열부가 포함된 샤프트의 온도는 105℃이다. 또한 LED 다이 본딩된 LED 리드프레임은 오븐에서 150℃, 5시간 동안 경화하였다.

<실시예 3>

LED 칩 후면에 접착제로서 테틱 골드틴 솔더 페이스트(RMA-SMQ51A; 인듐코터레티션)을 이용하여 다이 본딩하는 방법에 관한 것으로 도4에 나타나 있다. 실시예 3는 실시예1과 동일한 방법을 이용한 LED 칩의 다이 본딩에 관한 것이며, 다만 LED 칩의 후면을 유테틱 골드틴 솔더 페이스트(RMA-SMQ51A; 인듐코퍼레이션)를 이용하였으며, 가열부가 포함된 샤프트의 온도는 285℃였다.

<비교예>

LED 칩 후면에 접착제로서 에폭시 다이본드재(45LV/#15LV, ECCOBOND사)를 이용하여 다이 본딩하는 것으로 실시예 1과 동일한 방법을 이용하였으며, 다만 가열부가 포함된 샤프트의 온도를 실온에서 수행하였다. 또한 다이 본딩이 완료된 LED 리드프레임과 LED 칩의 경화를 위하여 75℃ 오븐을 이용하였다.

표1. LED 리드프레임과 LED 칩과의 다이 본딩 결과

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 접착제를 이용하여 다이 본딩하는 공정도이다.

도 2는 다이본딩하는 장치의 개략도이다.

도 3은 에폭시 다이본드재를 이용하여 다이 본딩하는 공정도이다.

도 4는 실리콘 다이본드재를 이용하여 다이 본딩하는 공정도이다.

도 5는 유테틱 골드틴 솔더 페이스트를 이용하여 다이 본딩하는 공정도이다.

<도면 2의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1. LED 리드프레임

2. 가이드레일

3. 제2 샤프트

4. LED 칩

5. 제2 위치 측정센서

6. 제1 샤프트

7. 제1 위치 측정센서

8. 가열부가 포함된 샤프트

9. 제3 위치 측정센서

Claims

LED 리드 프레임을 적재하여 로딩부에 로딩하는 로딩단계;

상기 로딩부에 적재된 상기 LED 리드 프레임을 받아 일정 피치만큼 이동시키고 일정시간 고정시키는 작업을 반복하는 제1 이송단계;

LED 칩을 진공실린더가 포함된 제2 샤프트를 이용하여 이송하며, 상기 제2샤프트는 제1 무게측정센서를 포함하는 제2 이송단계;

LED 칩 후면의 접착을 위하여 접착제를 정량화하는 정량화단계;

정량화된 접착제를 LED 칩의 후면에 도포시키는 LED 칩 후면 도포단계;

접착제의 도포면을 확인하기 위한 LED 칩 후면 검사 단계; LED 리드 프레임을 가열부가 포함된 샤프트로 이송하는 제3 이송단계;

상기 LED 리드 프레임의 컵에 상기 LED 칩을 장착하는 LED 칩 장착 본딩 단계;

상기 LED 칩이 본딩된 상기 LED 리드 프레임을 적재하는 언로딩단계;

상기 언로딩단계로부터 적재된 상기 LED 리드프레임의 본딩을 검사하기 위한 본딩 검사단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 이송단계는 로딩 단계로부터 이동된 LED 리드프레임을 가지고, 상기 LED 리드 프레임은 일정 간격으로 마련된 가이드레일을 따라서 이동하며, 상기 가이드레일의 상측면과 하측면에 LED 리드 프레임을 감지하는 제1 위치 측정 센서를 마련하며, 일정 간격으로 이동된 상기 LED 리드 프레임을 고정시키기 위한 진공실린더가 포함된 제1 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제2항에 있어서, 상기 제2 이송단계는 제1 무게 측정센서를 가지는 제2 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 정량화단계는 제2 무게측정센서가 연결된 무게측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 LED 칩 후면 도포단계는 도포된 접착제의 양을 검사하기

위한 제3 무게측정센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 LED 칩 후면 검사단계는 CCD 카메라 또는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 제3 이송단계는 가열부가 포함되는 샤프트로 이송하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제7항에 있어서, 상기 가열부가 포함되는 샤프트의 가열온도는 25℃ 내지 500℃인 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 LED 칩 장착 본딩 단계는 제2 샤프트에 흡착된 LED 칩을 LED 리드프레임에 일정 압력으로 가압하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩 방법.
제1항에 있어서, 상기 언로딩단계는 상기 LED 칩장착단계 후에 제동되는 LED 칩과 LED 리드 프레임이 본딩된 LED 리드 프레임은 가이드레일을 따라서 이동하며, 상기 가이드레일의 상측면과 하측면에 LED 리드 프레임을 감지하는 제3 위치 측정센서를 마련하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 본딩 검사단계는 CCD 카메라 또는 적외선 센서를 이용하여 본딩 검사 하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 접착제를 에폭시 다이본드재를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 접착제를 실리콘 다이본드재를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항에 있어서, 상기 접착제를 유테틱 골드틴 솔더 페이스트를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, LED 다이 본딩방법을 이용한 LED 다이 본딩장치.
제15항에 있어서, 에폭시 다이본드재를 접착제로 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩장치.
제15항에 있어서, 실리콘 다이본드재를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 다이 본딩장치.
제15항에 있어서, 유테틱 골드틴 솔더 페이스트를 접착제로 이용하는 것을

특징으로 하는 LED 다이 본딩장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, LED 다이 본딩방법을 이용한 LED 램프.
제15항의 LED 다이 본딩장치를 이용한 LED 램프.