KR101168315B1 - 발광 소자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, LED 칩에 형광물질이 포함된 실리콘을 디스펜싱하여 LED 소자(device)를 제조하는 방법에 있어서, 다수의 패키지들이 배열되며 각 패키지들의 정전극(양전극)과 부전극(음전극)은 서로 전기적으로 분리(isolation)된 구조를 가진 패키지 어레이의 각 패키지에 LED 칩을 부착(attach)하는 부착 단계; 상기 부착 단계가 완료된 각 패키지에 상기 형광물질이 포함된 실리콘을 디스펜싱하는 디스펜싱 단계; 상기 디스펜싱이 완료된 패키지 어레이의 각 LED 칩에 전압을 인가하여 각 LED 칩들이 발광된 상태에서 각 LED 칩의 광특성을 검사하는 광 검사 단계; 및 상기 패키지 어레이로부터 LED 소자들을 분리해 내는 절단 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

발광 소자 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 칩에 형광물질이 포함된 실리콘을 디스펜싱하여 LED 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광 소자(LED)는 웨이퍼 위에 제조된 LED 칩을 절단하여 패키지에 설치함으로써 LED 소자로 제조된다. LED 칩은 통상 청색 또는 적색의 빛을 발광한다. 이와 같은 LED 칩에 형광물질이 포함된 실리콘을 도포하면 형광물질의 양에 따라 LED 소자에서 발생하는 빛의 색상이 변하게 된다. LED 칩이 실장된 패키지에 형광물질을 함유하는 실리콘을 적정량 디스펜싱함으로써 백색광이나 기타 다양한 색상의 LED 소자를 제조할 수 있다.
이와 같은 방법으로 종래에 LED 소자를 제조하는 방법은 다음과 같다. 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 리드 프레임(1)에 설치된 패키지(2)에 LED 칩(3)을 부착하고 리드 프레임(1)의 전극(5)과 LED 칩(3)을 와이어(4)로 본딩한다. 다음으로 형광물질이 포함된 실리콘을 도포하고 리드 프레임(1)으로부터 패키지(2)를 절단해 냄으로서 LED 소자(6)를 완성하게 된다.
이와 같은 개개의 LED 소자(6)에 전압을 인가하여 발광하도록 하고 광 센서를 이용하여 LED 소자(6)의 색좌표를 판독하게 된다. 일반적으로 LED 소자(6)의 광특성은 1931 CIE (International Commission on Illumination)의 색좌표 상의 값으로 표시한다. 형광물질의 도포량에 따라 LED 칩(3)에서 발생하는 빛의 색좌표 값이 달라지게 된다. LED 소자(6)의 색좌표 값은 LED 소자(6)의 중요한 사양 중에 하나로 LED 소자(6)의 색좌표값이 정해진 범위를 벗어나면 불량품이 된다.
그런데 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 리드 프레임(1)에 의해 LED 소자(6)의 양쪽 전극이 서로 전기적으로 연결되기 때문에 LED 소자(6)를 리드 프레임(1)으로부터 분리하기 전에는 LED 소자(6)를 발광시킬 수 없다. 결과적으로 LED 소자(6)가 리드 프레임(1)으로부터 분리되기 전에는 LED 소자(6)의 색좌표값을 측정할 수 없는 것이다. 따라서 LED 소자들(6)을 각각 리드 프레임(1)에서 분리하여 개개의 LED 소자(6)마다 전압을 인가하여 낱개 단위로 광특성을 검사해야만 했다.
리드 프레임(1) 상에서 다수의 LED 소자들(6)에 대해 광특성 검사를 수행할 수 없고 개개의 LED 소자(6) 단위로 광특성 검사를 수행해야 하므로 작업의 효율이 떨어지고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 광특성 검사를 수행한 결과 형광물질의 양이 부족하다고 판독된 경우에 LED 소자(6)에 형광물질을 보충하는 작업을 자동화하여 수행하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, LED 소자들을 리드 프레임과 같은 패키지 어레이로부터 분리하기 전에 LED 소자에 전압을 인가하여 발광된 빛의 특성을 검사하도록 함으로써, 광 특성 검사를 포함한 LED 제조 방법의 전체 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, LED 칩에 형광물질이 포함된 실리콘을 디스펜싱하여 LED 소자(device)를 제조하는 방법에 있어서, 다수의 패키지들이 배열되며 각 패키지들의 정전극(양전극, anode)과 부전극(음전극, cathode)은 서로 전기적으로 분리(isolation)된 구조를 가진 패키지 어레이의 각 패키지에 LED 칩을 부착(attach)하는 부착 단계; 상기 부착 단계가 완료된 각 패키지에 상기 형광물질이 포함된 실리콘을 디스펜싱하는 디스펜싱 단계; 상기 디스펜싱이 완료된 패키지 어레이의 각 LED 칩에 전압을 인가하여 각 LED 칩들이 발광된 상태에서 각 LED 칩의 광특성을 검사하는 광 검사 단계; 및 상기 패키지 어레이로부터 LED 소자들을 분리해 내는 절단 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 발광 소자 제조 방법은 LED 소자를 리드 프레임과 같은 패키지 어레이로부터 분리하기 전에 LED 소자에 전압을 인가하여 발광된 빛의 광특성을 검사 및 판독할 수 있도록 함으로써 생산성을 향상시키고 LED 소자의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 제조 방법의 순서도이고, 도 3은 도 2에 도시된 발광 소자 제조 방법에 의해 LED 소자를 제조하는 과정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 실시예의 발광 소자 제조 방법은 웨이퍼 상태로 제작되어 각각의 개별 칩으로 절단(dicing)된 상태의 LED 칩(30)을 사용하는 LED 소자(40; device)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
먼저, 이와 같은 LED 칩들(30)을 패키지 어레이(10)의 각 패키지(20)에 부착(attach)하는 부착 단계(S100)를 수행한다. 본 실시예에서는 패키지 어레이(10)로 도 3에 도시된 것과 같은 리드 프레임(10)을 사용한다. 리드 프레임(10)은 반도체 소자 제조 과정에서 일반적으로 사용되는 것으로서, 금속 박판으로 형성된 프레임에 다수의 패키지 또는 합성수지 성형물이 동일 간격으로 배치된 형태의 것이다. 본 실시예에서는 금속 박판으로 형성된 프레임의 내부에 합성수지로 형성된 패키지(20)가 설치되어 있다. 도 3에는 리드 프레임(10)의 일부분을 도시한 것으로, 이와 같은 형태가 다수개 반복적으로 형성되어 리드 프레임(10)이 완성된다.
다음으로, 와이어(21)에 의해 패키지(20)의 전극(11, 12)과 LED 칩(30)의 전극(31, 32)을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계(S200)를 수행한다.
와이어 본딩 단계(S200)가 완료되면, 와이어 본딩의 불량 여부를 검사하는 와이어 검사 단계(S300)를 수행한다. 와이어 검사 단계(S300)는 카메라로 촬영된 이미지를 이미지 프로세싱에 의해 끊어졌는지 여부를 판독하는 방법으로 수행하거나, 레이저 스캐너를 이용하여 수행한다. 검사 결과 와이어 본딩이 불량인 것으로 판독된 LED 칩(30)에 대해서는 다음 공정을 생략함으로써 공정의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다.
다음으로 각 패키지(20)에 형광물질이 포함된 실리콘(41)을 디스펜싱하는 디스펜싱 단계(S400)를 수행한다. 일반적으로 LED 소자(40)의 광특성은 1931 CIE (International Commission on Illumination)의 색좌표 상의 값으로 표시한다. 형광물질의 도포량에 따라 LED 칩(30)에서 발생하는 빛의 색좌표 값이 달라지게 된다. 따라서 원하는 색상의 빛을 발광하는 LED 소자(40)를 제작하기 위해서는 정확한 양의 형광물질을 도포하는 것이 중요하다.
이와 같은 상태에서 패키지 어레이(10)의 각 LED 칩(30)에 전압을 인가하여 각 LED 칩들(30)이 발광된 상태에서 LED 칩(30)의 광특성을 검사하는 광 검사 단계(S500)를 수행한다. 이와 같은 광 검사 단계(S500)는 도 3에 도시한 바와 같이 각 LED 칩(30)의 전극(31, 32)에 연결되는 패키지 어레이(10)의 전극들(11, 12)이 모두 전기적으로 서로 분리(isolation)된 형태의 리드 프레임(10)을 사용하는 것이 좋다. 다수의 프로브 핀(61)을 구비하는 프로브 카드(60)를 리드 프레임(10)에 근접시켜서 각 전극들(11, 12)에 전압을 인가함으로써 LED 칩(30)을 발광되도록 한다. 이와 같은 상태에서 LED 칩(30)에서 발광된 빛의 특성을 감지하는 광 검사 유 닛(51)을 LED 소자(40)에 근접시켜 LED 소자(40)의 발광 특성을 검사하게 된다.
도 4는 다수의 광 검사 유닛(51)을 구비하는 수광 어레이(50)의 일례를 도시한 것이다. 플레이트(52)에 다수의 광 검사 유닛들(51)이 고정되어 있다. 광 검사 유닛들(51)이 리드 프레임(10)의 패키지(20)과 일대일로 대응되도록, 각 광 검사 유닛들(51)은 플레이트(52)에 배치된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 수광 어레이(50)를 리드 프레임(10)에 근접시킨 상태에서 프로브 카드(60)를 리드 프레임(10)의 하측에 근접시켜 광 검사 단계(S500)를 수행하게 된다. 프로브 카드(60)는 도 5에 도시한 바와 같이, 스페이스 트랜스포머(62)에 고정된 다수의 프로브 핀(61)을 구비하고, 각 프로브 핀들(61)은 리드 프레임(10)의 전극들(11, 12)의 위치에 대응되도록 배치된다. 프로브 핀(61)이 리드 프레임(10)의 전극들(11, 12)에 접촉하여 전압을 인가하면, LED 칩(30)은 발광하게 된다. 수광 어레이(50)의 광 검사 유닛(51)은 감광 센서(53)에 의해 빛을 감지하여 LED 소자(40)의 광 특성을 판독한다. 이때 상술한 바와 같이 리드 프레임(10)의 각 전극들(11, 12)이 모두 전기적으로 분리되어 있기 때문에 리드 프레임(10)에서 각 LED 소자들(40)을 절단해 내지 않은 상태에서도 이와 같은 광 검사 단계(S500)를 수행할 수 있는 장점이 있다. 즉, 리드 프레임(10)의 전극들(11, 12)이 전기적으로 분리되어 있기 때문에, 리드 프레임(10)으로부터 LED 소자들(40)을 절단하지 않은 상태에서도 LED 소자들(40)을 발광시킬 수 있고 광 특성을 검사할 수 있게 된다.
또한, 상술한 바와 같은 수광 어레이(50)를 사용하면 다수의 LED 소자 들(40)에 대해서 동시에 광 검사 단계(S500)를 수행할 수 있으므로, 각각의 LED 소자들(40)을 하나씩 검사하는 경우에 비해 작업 시간을 비약적으로 단축시킬 수 있다.
이와 같은 광 검사 단계(S500)를 완료하면, 점등이 되지 않는 LED 소자(40)를 파악할 수 있다. 또한, 형광물질의 양이 부족하여 발광되는 빛이 정해진 범위 내의 색좌표 값을 벗어나는 LED 소자(40)를 파악할 수 있다.
이와 같은 광 검사 단계(S500)를 수행한 결과를 바탕으로 형광물질이 부족하다고 판단되는 LED 소자(40)에 대해 형광물질을 보충하는 보정 디스펜싱 단계(S600)를 수행한다.
정해진 범위 내의 색좌표 값을 갖기 위하여 보충해야 할 형광물질의 양을 계산하여 그에 해당하는 양만큼 형광물질을 포함하는 실리콘(41)을 보충하여 디스펜싱하게 된다. 이때 앞에서 광 검사 단계(S500)를 수행한 결과 발광되지 않는 LED 소자(40)에 대해서는 보정 디스펜싱 단계(S600)를 생략함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
보정 디스펜싱 단계(S600)를 수행한 LED 소자들(40)에 대해서는 광 검사 단계(S500)를 다시 수행하여 각 LED 소자들(40)의 광특성을 다시 검사할 수 있다.
다음으로 패키지 어레이(10)로부터 LED 소자들(40)을 분리해 내는 절단 단계(S700)를 수행하고, 절단된 LED 소자들(40)을 포장하는 테이핑 단계(S800)를 수행하여 제품을 완성한다. 이때 와이어 검사 단계(S300)와 광 검사 단계(S500)에서 불량으로 판독된 제품은 절단 단계(S700) 및 테이핑 단계(S800)를 수행하지 않고 양품에 대해서만 포장하여 출하함으로써 출하된 제품의 불량률을 감소시킬 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도면에 도시된 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 LED 소자(40)의 전극들(31, 32)과 연결될 리드 프레임(10)의 모든 전극들(11, 12)은 서로 전기적으로 분리되는 것으로 설명하였으나, 경우에 따라서는 각 LED 소자의 양전극들은 서로 연결되고, 음전극들도 서로 연결되며, 양전극과 음전극은 서로 분리 되도록 구성할 수도 있다. 즉, 리드 프레임에 의해 LED 소자들이 병렬 연결되도록 구성된 리드 프레임을 이용하여 본 발명을 실시할 수도 있다.
또한, 앞에서 LED 소자(40)와 패키지(20)는 와이어(21)에 의해 전기적으로 연결되는 것으로 설명하였으나, 플립 칩(flip chip) 방식으로 연결되도록 구성할 수도 있다.
또한, 앞에서 패키지 어레이(10)로 리드 프레임(10)을 사용하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 패키지 어레이로 기판(substrate)를 사용할 수도 있다. 즉 전극 패턴이 인쇄된 기판 위에 LED 칩을 부착하고 와이어 본딩 또는 플립칩 방식으로 전기적으로 연결되도록 구성하여 본 발명을 실시할 수도 있다. 이 경우에도 기판 위에 인쇄되는 전극 패턴은 각 전극들이 전기적으로 서로 분리되도록 구성하여 사용하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 플립칩 방식으로 LED 칩이 패키지 어레이에 설치되 는 경우에는 앞서 설명한 와이어 검사 단계는 수행하지 않는다.
또한, 앞에서 광 검사 단계(S500)는 도 4에 도시한 것과 같은 수광 어레이(50)를 이용하여 수행하는 것으로 설명하였으나, 하나의 광 검사 유닛을 이송장치에 고정하여 광 검사 유닛을 각 LED 소자들의 위치로 이동시키면서 광 검사 단계를 수행할 수도 있다.
또한, 광 검사 단계(S500)는 도 5에 도시한 바와 같이 리드 프레임(10)의 상측에 수광 어레이(50)를 배치하고 리드 프레임(10)의 하측에 프로브 카드(60)를 배치하여 수행하는 것으로 설명하였으나, 반드시 그와 같은 방법으로 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 수광 어레이와 프로브 카드를 일체로 형성하여 리드 프레임의 상측에서 전원을 인가하면서 동시에 LED 소자의 광특성을 감지할 수도 있다.
또한, 도 3에 도시한 리드 프레임(10)의 구조는 전극들이 전기적으로 분리되면서 패키지(20)를 지지할 수 있는 구조를 가지는 리드 프레임(10)의 일례를 도시한 것으로, 이와 다른 다양한 형태의 리드 프레임을 구성할 수 있음을 물론이다.
도 1은 종래의 LED 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 발광 소자 제조 방법에 의해 LED 소자를 제조하는 과정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 발광 소자 제조 방법에 사용하는 수광 어레이의 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 발광 소자 제조 방법에 의해 광 검사 단계를 수행하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
S100: 부착 단계 S200: 와이어 본딩 단계
S300: 와이어 검사 단계 S400: 디스펜싱 단계
S500: 광 검사 단계 S600: 보정 디스펜싱 단계
S700: 절단 단계 S800: 테이핑 단계
S430: 볼 사이즈 레이저 판독 단계 S500: 검사 결과 저장 단계
10: 리드 프레임 20: 패키지
30: LED 칩 40: LED 소자
50: 수광 어레이 60: 프로브 카드

Claims (11)

  1. 다수의 패키지들이 배열되며 각 패키지들의 정전극(양전극, anode)과 부전극(음전극, cathode)은 서로 전기적으로 분리(isolation)된 구조를 가진 패키지 어레이의 각 패키지에 LED 칩을 부착(attach)하는 부착 단계;
    상기 부착 단계가 완료된 각 패키지에 형광물질이 포함된 실리콘을 디스펜싱하여 LED 소자들을 마련하는 디스펜싱 단계;
    상기 디스펜싱이 완료된 패키지 어레이의 각 LED 칩에 전기신호을 인가하여 각 LED 칩들이 발광된 상태에서 각 LED 칩의 광특성을 검사하는 광 검사 단계; 및
    상기 광 검사 단계를 완료한 후에 상기 패키지 어레이로부터 상기 복수의 LED 소자들을 분리해 내는 절단 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절단 단계가 완료된 각 LED 소자들을 포장하는 테이핑 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 LED 칩의 전극들에 연결되는 상기 패키지 어레이의 모든 전극들은 전기적으로 서로 분리(isolation)되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검사 단계를 수행한 결과 형광물질이 부족하다고 판단되는 LED 소자에 대하여 상기 형광물질을 보충하는 보정 디스펜싱 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패키지 어레이는 다수의 패키지가 실장된 리드 프레임인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 패키지 어레이는 다수의 LED 칩이 실장되는 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 LED 칩은 상기 패키지에 와이어 본딩 방법으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 와이어 본딩의 불량 여부를 검사하는 와이어 검사 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제6항에 있어서,
    상기 LED 칩은 상기 기판에 플립칩 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검사 단계는, 상기 패키지 어레이의 전극에 접촉하여 전압을 인가하는 프로브들을 구비하는 프로브 카드를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검사 단계는, 다수의 광검사 유닛들을 구비하는 수광 어레이를 상기 패키지 어레이에 근접시켜 다수의 LED 소자의 광특성을 동시에 검사하는 단계를 포함하며,
    상기 디스펜싱된 부분을 덮도록 추가적인 외부 봉지부를 형성시키는 단계를 더 포함하는 발광 소자 제조 방법.
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