KR101144616B1 - 발광다이오드 패키지 제조 방법 - Google Patents

발광다이오드 패키지 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 패키지 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상면에 전극 패드가 형성된 발광 다이오드 칩을 제 1 전극 및 제 2 전극이 설치된 리드프레임 상에 실장하는 단계, 발광 다이오드 칩에 형광체를 도포하여 형광체막을 형성하는 단계, 발광 다이오드 칩 상면에 형성된 전극 패드와 대응되는 부분의 형광체막을 레이저 식각으로 제거하여 전극패드를 노출하는 단계, 제 1 전극 및 제 2 전극과 전극 패드면 간을 와이어로 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 형광체가 코팅된 발광 다이오드 칩에 레이저 식각으로 전극패드를 노출하여 식각의 정밀도가 높아 추가적인 빛샘 방지를 위한 공정 없이 패키지를 통해 방출되는 광의 색이 균일하게 되어, 수율이 높은 효과가 있다.
또한, 발광 다이오드 칩에 형광체를 코팅한 후 와이어 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩에 균일한 형광체 코팅층이 형성되는 효과가 있다.

Description

발광다이오드 패키지 제조 방법{Method for manufacturing LED package}
본 발명은 발광다이오드 패키지 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드 칩의 발광면에 형광체를 균일하게 코팅하기 위한 발광 다이오드 패키지 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode; LED)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭하며, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.
발광 다이오드는 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 제공한다. 이러한 발광 다이오드는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 최근 일반 조명 용도로 이를 적용하기 위해 활발한 연구가 진행중이다. 최근에는 단일 색성분 예를 들어, 적색, 청색, 또는 녹색 발광 다이오드 외에 백색 발광 다이오드들이 출시되고 있다. 백색 발광 다이오드는 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서, 그 수요가 급속히 증가할 것으로 예상된다.
발광 다이오드 기술에서 백색을 구현하는 방식은 크게 두 가지로 구분 가능하다.
첫 번째는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩을 인접하게 설치하고, 각 소자의 발광을 혼색시켜 백색을 구현하는 방식이다. 그러나, 각 발광 다이오드 칩은 열적 또는 시간적 특성이 상이하기 때문에 사용 환경에 따라 색조가 변하고 특히, 색얼룩이 발생하는 등 균일한 혼색을 구현하지 못하는 문제점이 있다.
두 번째는 형광체를 발광 다이오드 칩에 배치시켜, 발광 다이오드 칩의 1차 발광의 일부와 형광체에 의해 파장 변환된 2차 발광이 혼색되어 백색을 구현하는 방식이다. 예를 들어 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 상에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색 발광하는 형광체를 분포시켜 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 현재 이와 같이 청색 발광 다이오드 칩과 형광체를 이용하여 백색광을 구현하는 방법이 보편화 되어 있다.
도 1은 이러한 제조방법에 따라 제조된 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(1000)는 리드 프레임(100)과, 리드 프레임(100) 내에 형성된 캐비티(200) 저면에 실장된 발광 다이오드 칩(300)을 포함하여 구성된다.
일반적인 발광 다이오드 패키지(1000) 제조 방법은 발광 다이오드 칩(300)을 캐비티(200) 저면에 실장한 후, 발광 다이오드 칩(300) 상면의 전극패드와 전극(500)을 와이어(400)로 본딩하고, 형광체(700)를 캐비티(200) 내부에 도포하게 된다.
이때에 형광체(700)는 직접 도포되지 않고, 수지가 포함된 봉지재(600)로 주입된다. 수지는 발광 다이오드 칩(300)으로부터 발생되는 광에 직접적으로 영향을 미치지 않도록 하면서, 발광 다이오드 칩(300)을 보호하도록 하며, 형광체(600)는 발광 다이오드 칩(300)으로부터 발생되는 광을 흡수하여 흡수된 광과 상이한 파장의 광을 발생시킨다. 그리고 수지가 경화되면 발광 다이오드 패키지(1000)가 완성된다.
이러한 발광 다이오드 패키지(1000) 제조방법은 아래와 같은 문제점이 발생된다.
먼저, 수지 내에 분산되어 있던 형광체(700)가 수지의 경화 과정에서 중력에 의해 바닥으로 침전된다. 이 때, 도 1에서와 같이 발광 다이오드 칩(300)의 측면에는 형광체(700)가 완전히 도포되지 않을 수 있다. 이로 인하여 발광 다이오드 칩(300)의 측면에서 나오는 광은 형광체(700)를 이용하여 변환되기 어려워 발광 다이오드 패키기(10000)를 통하여 발광되는 광의 색이 균일하지 못하게 된다. 또한, 형광체(700)의 뭉침 현상으로 인해 균일한 코팅이 이루어지지 않으며, 형광체(700) 도포시 와이어(400) 본딩의 간섭으로 인해 형광체(700)의 불균일한 혼합 현상이 발생되어 광변환에 영향을 미치게 된다.
그리고 발광 다이오드 칩(300)의 측면에서 나오는 광의 파장을 변환하기 위해 발광 다이오드 칩(300)의 상면에 더 많은 양의 형광체(700)를 도포할 경우 과도하게 많은 형광체(700)로 인해 휘도가 감소하게 되어 광효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 일본공개특허 제 2010-010261호에서 형광체를 발광 다이오드 칩에 도포시킨 후 와이어 본딩하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법에 관한 기술이 제안된 바 있다.
도 2a은 상기 종래 기술에 따라 스크린 인쇄를 통해 발광 다이오드 칩에 형광체를 도포한 상태의 패키지 단면도이며, 도 2b는 형광체 코팅막 생성후 전극패드(300a)면에 빛샘 방지를 위한 반사성 수지를 도포한 상태의 부분 단면도이다.
도면을 참조하면, 상기 종래 기술은 스크린 인쇄 기법으로 발광 다이오드 칩(300) 상면에 전극 패드(300a) 부분만 스크린(900) 처리하고 전극패드(300a)를 제외한 나머지 발광면에는 형광체(700)가 코팅되는 기술이다.
이와 같은 스크린 인쇄 기법을 사용할 경우, 도면에 도시된 바와 같이 발광 다이오드 칩(300) 측면에는 형광체(700) 코팅층이 형성되기 어려우며, 정밀도가 떨어져 전극패드(300a) 부분에서도 빛샘이 발생하여 광변환이 원활하게 이루어지지 않게 된다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 전극패드(300a) 상부에 광반사 수지(910)을 도포하여 빛샘을 억제하고 있으나, 광반사 수지(910) 도포에 따른 공정의 증가로 인해 수율이 떨어지는 문제점이 발생된다.
다른 방법으로 패키지 제조 과정에서 발광 다이오드 칩(300)을 와이어 본딩하기 전에 형광체(700)를 미리 발광 다이오드 칩(300)에 균일하게 도포한 후 포토리소그래피 공정을 통해 발광 다이오드 칩(300) 상부에 전극패드(300a)와 대응되도록 마스킹하여 전극패드(300a) 부분의 형광체(700) 코팅막을 식각하여 본딩 패드를 마련하는 기술이 제안된 바 있다. 그러나 상기와 같은 방법은 공정 자체가 복잡하여 수율이 현저하게 떨어져 현장 적용이 곤란한 문제점이 발생된다.
따라서, 이러한 종래 발광 다이오드 패키지 제조 방법의 문제점을 해결하기 위한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발광 다이오드 칩에 균일한 형광체 코팅층을 형성하기 위한 발광다이오드 패키지 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 상면에 전극 패드가 형성된 발광 다이오드 칩을 제 1 전극 및 제 2 전극이 설치된 리드프레임 상에 실장하는 단계, 발광 다이오드 칩에 형광체를 도포하여 형광체막을 형성하는 단계, 발광 다이오드 칩 상면에 형성된 전극 패드와 대응되는 부분의 형광체막을 레이저 식각으로 제거하여 전극패드를 노출하는 단계, 제 1 전극 및 제 2 전극과 전극 패드면 간을 와이어로 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법이 제공된다.
여기서 상기 형광체는 발광 다이오드 칩의 상면과 측면 전체에 도포된다.
또한, 상기 형광체의 도포는 스프레이 분사 방식으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 발광 다이오드 칩 상면에 형성된 전극 패드와 대응되는 부분의 형광체막을 레이저 식각으로 제거하여 노출된 전극패드는 플라즈마 전처리된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 형광체가 코팅된 발광 다이오드 칩에 레이저 식각으로 전극패드를 노출하여 식각의 정밀도가 높아 추가적인 빛샘 방지를 위한 공정 없이 패키지를 통해 방출되는 광의 색이 균일하게 되어, 수율이 높은 효과가 있다.
또한, 발광 다이오드 칩에 형광체를 코팅한 후 와이어 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩에 균일한 형광체 코팅층이 형성되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 제조방법에 따라 제조된 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.
도 2a은 본 제안 기술에 따라 스크린 인쇄를 통해 발광 다이오드 칩에 형광체를 도포한 상태의 패키지 단면도이다.
도 2b는 형광체 코팅막 생성후 전극패드면에 빛샘 방지를 위한 반사성 수지를 도포한 상태의 부분 단면도이다.
도 3a ~ 도 3d는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 청색 누락 개선 효과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3a ~ 도 3d는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 공정도이다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은 상면에 전극패드가 형성된 발광 다이오드 칩(20)을 제 1 전극(30a) 및 제 2 전극(30b)이 설치된 리드프레임(10) 상에 실장하는 단계, 발광 다이오드 칩(20)에 형광체(40)를 도포하여 형광체(40)막을 형성하는 단계, 발광 다이오드 칩(20) 상면에 형성된 전극패드와 대응되는 부분의 형광체(40)막을 레이저 식각으로 제거하여 전극패드(20a)를 노출하는 단계, 제 1 전극(30a) 및 제 2 전극(30b)과 전극패드면 간을 와이어(50)로 본딩하는 단계를 포함하여 이루어진다.
아래에서는 도면을 참조하여 더욱 자세히 설명하도록 한다.
도 3a는 발광 다이오드 패키지를 마련하는 단계로, 먼저 제 1 전극(30a) 및 제 2 전극(30b)이 설치된 리드프레임(10) 상에 발광 다이오드 칩(20)을 실장한다.
그리고 도 3b에서와 같이 발광 다이오드 칩(20)의 발광면에 수지가 포함된 형광체(40)를 도포하여 형광체(40) 코팅막을 형성한다.
형광체(40)는 발광 다이오드 칩(20)의 상면과 측면 전체에 도포된다. 이때 형광체(40)는 스프레이 분사 방식으로 발광 다이오드 칩(20) 발광면에 도포될 수 있다. 스프레이 분사 방식은 소정의 분무기 즉, 스프레이를 사용하여 작은 입자 형태로 발광 다이오드 칩(20)의 발광면에 분사된다. 분무되는 입자에는 형광체(40), 수지 및 휘발성의 희석제가 포함되며, 분무된 입자의 희석제가 순간적으로 증발하여 형광체(40) 코팅막이 형성되어 공정 시간을 단축할 수 있으며, 또한 적은 양의 형광체(40)만으로도 발광 다이오드 칩(20)의 발광면에 균일하게 분포되어 형광체(40)의 사용량을 줄일 수 있다.
여기에 사용되는 스프레이는 에어 젯 스프레이일 수 있으며, 분사각도를 조절하여 발광 다이오드 칩(20)의 측면과 모서리 부분에서도 충분히 입자가 도포되도록 하며 또한, 분사시간을 조절하여 일정한 두께의 형광체(40) 코팅막을 형성한다.
도 3c는 레이저 가공을 통해 형광체(40) 코팅막을 제거하여 전극패드(20a)가 노출된 상태의 도면이다. 레이저 가공을 통한 식각은 종래의 스크린 인쇄에 의한 형광체(40) 코팅방법보다 코팅면이 정밀하게 제거되어 전극패드(20a)와 형광체(40) 간의 간극이 발생되지 않아 전극패드(20a)면을 통한 빛샘 발생이 거의 없게 된다.
레이저 가공을 위한 시스템으로는 "LASERTEC"사의 "DML80fc" 시스템 및 "KLS246"의 레이저 타입이 사용될 수 있으며, 본 시스템은 4배의 빔 확대율, 100배의 대물렌즈 배율, 0.4 ~ 0.6 mm의 내경을 갖는 노즐, 0.3 ~ 0.5 mm의 노즐 유극 및 3.0 ~ 4.0 mm의 초점 길이를 갖는다.
그리고 전극패드(20a)를 와이어(50) 본딩하기 전에, 전처리 과정으로 전극패드 금속 표면의 오염을 방지하여 양호한 전기적 접합을 행하기 위해 플라즈마로 전극패드를 전처리한다.
그리고 도 3d에서와 같이 전극패드와 제 1 전극(30a) 및 제 2 전극(30b) 간을 와이어(50)로 본딩하여 발광 다이오드 칩(20)에 일정한 전압을 인가한다.
아래에서는 본 발명에 따른 실시예와 종래 기술의 실시예 실험을 통한 효과를 비교분석하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 청색 누락 개선 효과를 나타낸 도면이다.
실시예 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지, 비교예 1은 종래 기술로 스크린 인쇄를 통해 형광체 코팅층을 형성한 후, 와이어 본딩 후 본딩 부분을 광반사 수지로 코팅한 발광 다이오드 패키지, 비교예 2는 종래 기술로 스크린 인쇄를 통해 형광체 코팅층을 형성한 후, 와이어 본딩된 상태의 발광 다이오드 패키지의 발광면에서 방출되는 빛의 색도를 측정한 것이다.
그외 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 형광체의 성분 및 도포 두께와 발광 다이오드 패키지의 구성은 동일한 상태에서 색도를 측정하였다. 발광 다이오드 칩으로는 한 변의 길이가 980미크론 m의 청색 발광 다이오드를 실장하였으며, 황색 형광체를 함유하는 형광체 코팅층을 200미크론 m의 두께로 형성하였다. 형광체 코팅층은 실리콘계 열경화성 수지에 대하여 27wt%의 YAG계 형광체와, 점도 조정을 위해 13wt%의 퓸드 실리카를 혼합한 형광체 분산액을 사용하였다.
실험 결과 실시예 1은 비교예 2와 같은 청색 누락부가 발생되지 않았으며 색도 그래프가 비교예 2와 유사한 형태로 나타났음을 알 수 있으며 이는 비교예 1과 같이 빛샘 감소를 위한 광반사 수지 코팅 공정이 없더라도 빛샘 감소의 측면에서 비교예 1과 거의 대등한 효과를 나타냄을 의미한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법은 스프레이 분사방식으로 형광체 코팅 후 와이어 본딩을 실시하여 발광 다이오드 칩의 발광면에 균일한 형광체 코팅막이 형성되며, 전극패드면 상부 형광체 코팅막을 레이저로 정밀하게 제거하여 전극패드로부터 빛샘 발생이 억제된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 리드프레임 20 : 발광 다이오드 칩
20a : 전극패드 30a : 제 1 전극
30b : 제 2 전극 40 : 형광체
50 : 와이어

Claims (4)

  1. 상면에 전극 패드가 형성된 발광 다이오드 칩을 제 1 전극 및 제 2 전극이 설치된 리드프레임 상에 실장하는 단계;
    발광 다이오드 칩에 형광체를 도포하여 형광체막을 형성하는 단계;
    발광 다이오드 칩 상면에 형성된 전극 패드와 대응되는 부분의 형광체막을 레이저 식각으로 제거하여 전극패드를 노출하는 단계;
    상기 레이저 식각에 의해 외부로 노출된 전극패드를 플라즈마 전처리하는 단계; 및
    제 1 전극 및 제 2 전극과 전극 패드면 간을 와이어로 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 형광체는 발광 다이오드 칩의 상면과 측면 전체에 도포되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 형광체의 도포는 스프레이 분사 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  4. 삭제
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