KR101230617B1 - 발광 다이오드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR101230617B1
KR101230617B1 KR1020060060970A KR20060060970A KR101230617B1 KR 101230617 B1 KR101230617 B1 KR 101230617B1 KR 1020060060970 A KR1020060060970 A KR 1020060060970A KR 20060060970 A KR20060060970 A KR 20060060970A KR 101230617 B1 KR101230617 B1 KR 101230617B1
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Abstract

본 발명은 베이스 기판 상에 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함한 발광 셀이 형성된 발광 다이오드 칩, 상기 발광 다이오드 칩이 플립칩 본딩되는 플렉서블 필름(flexible film) 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 플렉서블 필름은 테이프 캐리어 패키지(TCP; tape carrier package) 필름일 수 있으며, 상기 테이프 캐리어 패키지 필름은 유기 재료의 절연 기재와, 상기 절연 기재 상에 형성된 도전층 패턴을 포함할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 별도의 서브마운트 기판을 요하지 않아 원가를 절감하고 공정을 단순화할 수 있으며, 또한 플렉서블 디스플레이에 응용할 수 있는 이점이 있다.
발광 다이오드, LED, 플립칩, flip-chip, 플렉서블, 유연성 필름

Description

발광 다이오드 및 이의 제조 방법 {Light emitting diode and Method of manufacturing the same}
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 도시한 개념 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 도시한 개략 사시도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 일 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 다른 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100, 1000 : 발광 다이오드 칩
11, 110, 1100 : 베이스 기판 12, 120, 1200 : n형 반도체층
13, 130, 1300 : 활성층 14, 140, 1400 : p형 반도체층
20, 200, 2000 : 테이프 캐리어 패키지 필름
21, 210, 2100 : 절연 기재 22, 220, 2200 : 도전층
31, 32, 310, 320, 3100, 3200 : 금속 범프
40, 400, 4000 : 몰딩부
본 발명은 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉서블 디스플레이(flexible display)에 응용할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 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, GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있다.
발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고 진동에 강한 특성을 보인다. 이러한 발광 다이오드는 표시 소자 및 백라이트로 이용되고 있으며, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 우수한 특성을 갖기 때문에 최근 일반 조명용, 대형 LCD-TV 백라이트, 자동차 헤드라이트, 일반 조명에까지 응용이 확대되고 있는 추세이다.
일반적으로 발광 다이오드는 리드 프레임 또는 인쇄 회로 기판 상에 발광 다이오드 칩을 실장하고 와이어를 통해 칩을 외부 전압의 인가를 위한 전극에 전기적으로 연결한 다음, 전체 구조를 투명한 수지 등으로 성형하여 완성한다. 또한, 광효율을 증대시키기 위한 기술로, 발광 다이오드 칩을 기판 상에 플립칩 본딩(flip-chip bonding)하여 발광 다이오드를 제조하는 기술도 알려져있다. 그러나, 이러한 플립칩 구조의 발광 다이오드는 미세 간격의 회로를 필요로 하기 때문에, 회로 패턴의 정밀도를 위해 별도의 서브 마운트 기판이 요구된다.
최근 정보 디스플레이는 기존의 단단하고 고정된 기판이 아닌 유연성 필름을 사용하여 가볍고 얇으며 충격에도 강한 플렉서블(flexible) 소자의 개발이 활성화되고 있다.
그러나 종래에는 리드 프레임, FR-4 소재 또는 BT 소재의 인쇄 회로 기판 등과 같이 경도가 높아 단단한 기판을 사용함으로써, 유연성을 요하는 플렉서블 디스플레이(flexible display)에 대하여 발광 다이오드를 응용하는데 한계가 있다. 또한, 종래 발광 다이오드를 외관이 굴곡된 면을 갖는 응용 제품에 적용하기에 공간 활용이 부족하여 부적합한 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 얇고 유연성을 갖는 테이프 캐리어 패키지 필름을 사용함으로써, 별도의 서브마운트 기판을 요하지 않아 원가를 절감하고 공정을 단순화할 수 있으며, 또한 플렉서블 디스플레이에 응용할 수 있는 발광 다이오드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 베이스 기판 상에 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함한 발광 셀이 형성된 발광 다이오드 칩, 상기 발광 다이오드 칩이 플립칩 본딩되는 플렉서블 필름(flexible film) 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다. 상 기 플렉서블 필름은 테이프 캐리어 패키지(TCP; tape carrier package) 필름일 수 있으며, 상기 테이프 캐리어 패키지 필름은 유기 재료의 절연 기재와, 상기 절연 기재 상에 형성된 도전층 패턴을 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩은 상기 베이스 기판 상에 서로 이격된 발광 셀이 다수개 형성되고, 상기 일 발광 셀의 n형 반도체층과 그에 인접한 다른 일 발광 셀의 p형 반도체층이 연결될 수 있으며, 상기 일 발광 셀의 n형 반도체층과 그에 인접한 다른 일 발광 셀의 p형 반도체층을 연결하기 위한 배선을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 베이스 기판 상에 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광 다이오드 칩을 형성하는 단계, 플렉서블 필름을 마련하는 단계, 상기 발광 다이오드 칩을 상기 플렉서블 필름에 플립칩 본딩하는 단계 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 발광 다이오드 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 발광 다이오드의 제조에 있어서, 리드 프레임 또는 단단한 기판 대신 회로 패턴이 구비된 플렉서블(flexible) 필름을 기판으로 사용하여 소자의 유 연성을 부여하고 패키지의 박형화에 기여하고자 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드를 도시한 개념 단면도 및 개략 사시도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 베이스 기판(11) 상에 발광층, 즉 n형 반도체층(12), 활성층(13) 및 p형 반도체층(14)이 순차적으로 형성된 발광 다이오드 칩(10)과, 상기 발광 다이오드 칩(10)이 플립칩 본딩되는 플렉서블 필름(20)을 포함한다. 상기 플렉서블 필름(20)은 테이프 캐리어 패키지(TCP; tape carrier package) 필름 또는 연성 인쇄 회로 기판(FPC; flexible printed circuit)을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 유연성을 갖는 다양한 필름을 사용할 수 있다.
상기 테이프 캐리어 패키지 필름은 절연 기재(21) 상에 패턴 형성된 도전층(22)과, 도전층 상에 상기 발광 다이오드 칩(10)과 본딩될 부분을 제외한 나머지 영역에 보호층으로 형성된 솔더 레지스트(23)를 포함한다. 상기 발광 다이오드 칩(10)은 금속 범프(31, 32)를 이용하여 상기 테이프 캐리어 패키지 필름(30)의 도전층(22)에 접속된다. 상기 도전층(22)은 절연 기재(21)의 일단에 형성되어 외부 단자와 전기 연결될 전극(24, 25)과 연결되도록 연장 형성될 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(10)을 봉지하는 몰딩부(40)를 더 포함할 수 있다.
테이프 캐리어 패키지 필름(20)은 도 2에서 볼 수 있듯이 얇고 유연성을 갖기 때문에, 소자의 두께를 박형화할 수 있으며 필름의 굴곡이 가능하여 발광 다이오드를 다양한 형상의 제품에 응용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 미세 회로 패턴의 형성이 용이하여 발광 다이오드 칩을 직접 실장할 수 있으며, 별도의 서브마운 트 기판을 필요로 하지 않는다. 이로 인해 원가를 절감할 수 있고 공정을 단순화할 수 있으며, 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 일 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 베이스 기판(110) 상에 발광층, 즉 n형 반도체층(120), 활성층(130) 및 p형 반도체층(140)을 순차적으로 형성한다.
상기의 베이스 기판(110)으로는 발광 소자를 제작하기 위한 통상의 웨이퍼를 지칭하는 것으로, Al2O3, ZnO, LiAl2O3 등의 투명 기판을 사용한다. 본 실시예에서는 사파이어 기판을 사용한다. 상기 베이스 기판(110) 상에 n형 반도체층(120)을 형성하기 전에 사파이어 기판과의 격자 부정합도를 줄이기 위하여, AlN 또는 GaN을 포함하는 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다.
n형 반도체층(120)은 전자가 생성되는 층으로서, n형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 n형 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)을 포함하는 n형 반도체층(120)을 형성한다.
또한, p형 반도체층(140)은 정공이 생성되는 층으로서, p형 불순물이 주입된 질화갈륨(GaN)을 사용하는 것이 바람직하고, 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 성질의 물질층이 가능하다. 본 실시예에서는 p형 AlxGa1 - xN(0≤x≤1)을 포함하는 p형 반도체층(140)을 형성한다. 뿐만 아니라, 상기 반도체층으로 InGaN을 사용할 수 있 다. 또한 상기의 n형 반도체층(120) 및 p형 반도체층(140)은 다층막으로 형성할 수도 있다.
활성층(130)은 소정의 밴드 갭을 가지며 양자 우물이 만들어져 전자 및 정공이 재결합되는 영역으로서, InGaN을 포함하여 이루어질 수 있다. 활성층(130)을 이루는 물질의 종류에 따라 전자 및 전공이 결합하여 발생하는 발광 파장이 변화된다. 따라서, 목표로 하는 파장에 따라 활성층(130)에 포함되는 반도체 재료를 조절하는 것이 바람직하다.
상술한 물질층들은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PCVD; Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등을 포함한 다양한 증착 및 성장 방법을 통해 형성된다.
그 다음에 도 3b에 도시한 바와 같이 소정의 식각 공정을 통해 p형 반도체층(140) 및 활성층(130)의 일부를 제거하여 n형 반도체층(120)의 일부를 노출한다. 이를 위해, p형 반도체층(140) 상에 소정의 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식/습식 식각 공정을 실시하여 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 영역의 p형 반도체층(140) 및 활성층(130)을 제거하여 n형 반도체층(120)을 노출시킨다.
이로써, 베이스 기판(110) 상에 반도체층(120, 130, 140)이 형성된 발광 다이오드 칩(100)이 제조된다. 이러한 발광 다이오드 칩의 제조 공정은 상술한 방법에 한정되지 않고 다양한 변형과 다양한 물질막이 더 추가될 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 반도체층(140) 및 노출된 n형 반도체층(120) 상부에 전류의 공급을 원활히 하기 위한 별도의 오믹 금속층을 더 형성할 수도 있다. 상기 오믹 금속층으로는 Cr, Au를 사용할 수 있다.
이후, 도 3c에 도시한 바와 같이 p형 반도체층(140) 상에 p형 금속 범프(310)를 형성하고, 노출된 n형 반도체층(120) 상에 n형 금속 범프(320)를 형성한다. 이를 위해, 전체 구조 상에 감광막을 도포한 다음, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 실시하여 p형 반도체층(140)과 n형 반도체층(120)의 일부를 노출시킨 소정의 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 전체 구조상에 금속막을 증착한 다음, 상기 감광막 패턴에 의해 노출된 p형 반도체층(140) 상부에 형성된 금속막과, n형 반도체층(120)의 상부에 형성된 금속막을 제외한 나머지 영역의 금속막 및 상기 감광막 패턴을 제거한다. 이로써, p형 반도체층(140) 상에는 p형 금속 범프(310)가 형성되고, n형 반도체층(120) 상에는 n형 금속 범프(320)가 형성된다. 상기 p형 및 n형 금속 범프(310, 320)로는 Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Bi, Cd, Zn, Ag, Ni 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 이들의 합금을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 3d에 도시한 바와 같은 테이프 캐리어 패키지 필름(200)을 마련한다.
테이프 캐리어 패키지 필름(200)은 절연 기재(210) 상에 도전층 패턴(220)이 형성된다. 즉, 절연 기재(210) 상에 상기 발광 다이오드 칩(100)의 p형 금속 범프(310) 및 n형 금속 범프(320)와 각각 접속될 p형 도전층(221) 및 n형 도전층(222)을 포함한다.
이의 제조를 위해, 상기 절연 기재(210)는 폴리이미드 재질의 유기 재료로 이루어지고, 상기 절연 기재(210)에는 실장될 발광 다이오드 칩(100)에 대응하여 디바이스 홀(211)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연 기재(210)에 추후 패키징 작업시 벤딩(bending)성 제공을 위한 슬릿 홀(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 이러한 절연 기재(210) 상에 접착제를 사용하여 구리(Cu) 재질의 도전층을 접착하고, 소정의 사진 식각 공정을 통해 도전층 패턴(220)을 형성한다. 즉, 도전층이 형성된 전체 구조 상에 감광막을 도포한 다음, 소정의 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 실시하여 배선이 형성될 부분을 제외하여 노출시킨 소정의 감광막 패턴을 형성하고, 이를 식각 마스크 패턴으로 하여 하부 도전층을 식각하여 도전층 패턴(220)을 형성하고, 잔류한 식각 마스크 패턴을 제거한다. 이렇게 형성된 도전층 패턴(220)을 따라 외부 단자와의 접착성 향상을 위해 주석(Sn) 도금층을 더 형성할 수 있다. 또한, 상기 도전층 패턴(220)을 보호하고 패턴과의 절연성을 제공하기 위해, 상기 도전층 패턴(220) 중 상기 발광 다이오드 칩(100)의 금속 범프(310, 320)와 접속될 부분을 제외한 나머지 전영역에 보호층으로써 솔더 레지스트(230, solder resist)를 도포한다.
이로써, 절연 기재(210) 상에 패터닝된 p형 및 n형 도전층(221, 222)을 포함한 테이프 캐리어 패키지 필름(200)이 마련된다.
이는 상기 발광 다이오드 칩(100)이 플립칩 본딩되는 영역에 대해서만 설명한 것으로, 동일한 공정에 의해 상기 테이프 캐리어 패키지 필름 상에 외부와의 전기 연결을 위한 회로 패턴이 형성될 수 있다. 상기 테이프 캐리어 패키지 필름의 구조 및 제조 공정은 상술한 바에 한정되지 않고, 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예는 상기 발광 다이오드 칩(100)의 플립칩 실장을 위해 테이프 캐리어 패키지 필름(200)을 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 적합하게 회로 패턴이 형성된 다양한 종류의 플렉서블 필름을 사용할 수 있다.
이후, 앞서 설명한 발광 다이오드 칩(100)을 테이프 캐리어 패키지 필름(200) 상에 플립칩 본딩한다.
도 3e는 상기 발광 다이오드 칩(100)이 테이프 캐리어 패키지 필름(200)에 플립칩 본딩된 것을 도시한 것으로, p형 및 n형 금속 범프(310, 320)를 통해 본딩하되 발광 다이오드 칩(100)의 p형 반도체층(140)이 테이프 캐리어 패키지 필름(200)의 p형 도전층(221)에 접속되고, 발광 다이오드 칩(100)의 n형 반도체층(120)이 테이프 캐리어 패키지 필름(200)의 n형 도전층(222)에 접속된다.
이 때, 열, 압력 또는 초음파(ultrasonic)를 이용하거나, 이들을 동시에 사용하여 본딩할 수 있다. 금속 범프(310, 320)와 하부 도전층 패턴(220)과의 접속은 다양한 본딩 방법을 통해 본딩된다.
이와 같이 발광 다이오드 칩(100)과 테이프 캐리어 패키지 필름(200)을 금속 범프(310, 320)를 이용하여 전기적으로 접속한 후, 금속 범프의 산화를 방지하고 전기적 접속 상태를 안정시키며 기계적 강도 유지를 위해 도 3f에 도시한 바와 같이 발광 다이오드 칩(100)을 둘러싸는 몰딩부(400)를 형성한다.
상기 몰딩부(400)는 액상 수지를 이용한 인캡슐레이션(Encapsulation) 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 즉, 액상 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 발광 다이 오드 칩(100)의 상부에 도포하고, 도포된 수지의 외형이 일정 형상을 갖도록 격벽을 가진 성형기로 그 상부를 누른 후 장시간에 걸쳐 경화시켜 몰딩부(400)를 형성할 수 있다. 또한, 에폭시 수지의 분말로 제작된 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩 방법을 사용하여 몰딩부(400)를 형성할 수도 있다. 즉, 분말 에폭시 수지를 소정 압력으로 압축하여 형성한 태블릿을 트랜스퍼 몰딩기에 투입하면, 소정 온도와 압력이 가해져 트랜스퍼 몰딩기의 금형 형태에 따라 상기 테이프 캐리어 패키지 필름(200) 상부에 몰딩부(400)를 형성한다.
상기 몰딩부(400)의 형상은 도시한 바에 한정되지 않고 다양하게 형성될 수 있으며, 제조 공정 역시 상술한 바에 한정되지 않는다.
이러한 몰딩부(400)로 인해 상기 발광 다이오드 칩(100)과 상기 테이프 캐리어 패키지 필름(200)의 접속을 안정시키고, 상기 발광 다이오드 칩(100)을 외부로부터 보호할 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(100)의 상부에는 원하는 색의 구현을 위해 소정의 형광체(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이를 위해 상기 발광 다이오드 칩(100)의 상부에 형광체를 포팅한 후 상술한 몰딩부(400)를 형성하거나, 형광체가 혼합된 수지를 이용하여 상기 몰딩부(400)를 형성하여 몰딩부(400) 내에 균일하게 분포하도록 할 수 있다.
본 실시예는 상기 발광 다이오드 칩의 전체 구조를 둘러싸는 몰딩부(400)를 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 발광 다이오드 칩(100)과 상기 테이프 캐리어 패키지 필름(200) 사이의 공간에만 수지를 충진한 언더필 수지층을 형성할 수 도 있다. 이를 위해 상기 발광 다이오드 칩(100)과 상기 테이프 캐리어 패키지 필름(200) 사이의 공간에 수지를 주입한 후 경화시키거나, 플립칩 본딩 전에 미리 액체 상태의 수지를 테이프 캐리어 패키지 필름(200) 상에 디스펜싱하고 금속 범프(310, 320)가 형성된 발광 다이오드 칩(100)을 플립칩 본딩하여 금속 범프(310, 320)에 의해 전기적으로 접속시키고 상기 수지를 경화시켜 언더필 수지층을 형성할 수도 있다.
상술한 본 발명의 발광 다이오드의 제조 공정은 일 실시예일뿐 상술한 바에 한정되지 않고, 다양한 공정과 제조 방법이 소자의 특성 및 공정의 편의에 따라 변경되거나 추가될 수 있다.
상기에는 하나의 기판 상에 하나의 발광 다이오드를 제조한 경우에 대해 설명하였으나, 하나의 기판 상에 다수 개의 발광 셀을 제작하고 추후 개별적으로 절단하여 단일 셀을 하나의 발광 다이오드로 사용하거나, 다수 개의 발광 다이오드로 형성하여 사용할 수 있으며, 하기 설명되는 바와 같이 웨이퍼 레벨에서 다수 개의 발광 셀을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 하나의 발광 다이오드를 제조할 수도 있다. 이에 대해 하기 설명되는 실시예에 있어서 상술한 일 실시예의 경우와 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 다른 실시예의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 유기금속 화학 증착법, 화학 증착법, 플라즈마 화학 증착법, 분자선 성장법, 수소화물 기상 성장법 등의 다양한 증착 방법을 통해 베이스 기판(1100) 상에 발광층, 즉 n형 반도체층(1200), 활성층(1300) 및 p형 반도체층(1400)을 순차적으로 형성한다. 상기 기판(1100) 상에 결정 성장시 기판(1100)과 후속층들의 격자 부정합을 줄이기 위한 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수 있다.
그 다음에 도 4b에 도시한 바와 같이 다수 개의 발광 셀을 형성한다.
먼저, p형 반도체층(1400), 활성층(1300) 및 n형 반도체층(1200)의 일부를 제거하여 발광 셀 간을 분리한다. 이를 위해, p형 반도체층(1400) 상에 소정의 식각 마스크 패턴(미도시)을 형성한 다음, 상기 식각 마스크 패턴에 의해 노출된 영역의 p형 반도체층(1400), 활성층(1300) 및 n형 반도체층(1200)을 식각하여 다수의 발광 셀을 전기적으로 분리한다.
또한, 소정의 식각 공정을 통해 p형 반도체층(1400) 및 활성층(1300)의 일부를 제거하여 n형 반도체층(1200)의 일부를 노출한다. p형 반도체층(1400) 상에 소정의 식각 마스크 패턴을 형성한 다음, 건식/습식 식각 공정을 실시하여 p형 반도체층(1400) 및 활성층(1300)을 제거하여 n형 반도체층(1200)을 노출시킨다.
이는 상술한 과정에 한정되지 않고, p형 반도체층(1400) 및 활성층(1300)의 일부를 제거하여 n형 반도체층(1200)을 먼저 노출시킨 다음, 발광 셀간의 분리를 위해 노출된 n형 반도체층(1200)의 일부를 더 제거할 수도 있다.
이후, 도 4c에 도시한 바와 같이 소정의 배선 형성 공정을 통해 인접한 발광 셀간의 n형 반도체층(1200)과 p형 반도체층(1400)을 연결한다. 즉, 일 발광 셀의 n형 반도체층(1200)과 이와 인접한 다른 일 발광 셀의 p형 반도체층(1400)을 배선(3500)으로 연결한다. 이 때, 브리지(Bridge) 공정 또는 스탭 커버리지(Step Coverage) 등의 공정을 통해 상기 도전성 배선(3500)을 형성할 수 있다.
상술한 브리지 공정은 에어브리지 공정이라고도 하며, 서로 연결할 칩 간에 포토 공정을 이용해 감광액을 도포하고 현상하여 감광막 패턴을 형성하고, 그 위에 금속 등의 물질을 진공 증착 등의 방법으로 먼저 박막으로 형성하고, 다시 그 위에 전기 도금(electroplating), 무전해 도금(electroplating) 또는 금속 증착 등의 방법으로 금을 포함하는 도전성 물질을 일정 두께로 도포한다. 이후, 솔벤트 등의 용액으로 감광막 패턴을 제거하면 도전성 물질의 하부는 다 제거되고 브리지 형태의 도전성 물질만이 공간에 형성된다.
또한, 스탭 커버리지 공정은 서로 연결할 칩 간에 포토 공정을 이용해 감광액을 도포하고, 현상하여 서로 연결될 부분만을 남기고 다른 부분은 감광막 패턴으로 뒤덮고, 그 위에 전기 도금, 무전해 도금 또는 금속 증착 등의 방법으로 금을 포함하는 도전성 물질을 일정 두께로 도포한다. 이어서, 솔벤트 등의 용액으로 감광막 패턴을 제거하면 도전성 물질이 덮힌 이외의 부분은 다 제거되고 이 덮힌 부분 만이 남아 연결할 칩 사이를 전기적으로 연결시키는 역할을 하게 되다.
상기의 배선(3500)으로는 금속뿐만 아니라 전도성을 갖는 모든 물질들을 사용할 수 있다.
이로써, 베이스 기판(1100) 상에 다수 개의 발광 셀이 도전성 배선(3500)에 의해 전기적으로 연결된 발광 다이오드 칩(1000)이 제조된다.
또한, 다수 개의 발광 셀 중 일 가장자리에 위치한 발광 셀의 p형 반도체층(1400) 상에 p형 금속 범프(3100)를 형성하고, 다른 일 가장자리에 위치한 발광 셀의 노출된 n형 반도체층(1200) 상에 n형 금속 범프(3200)를 형성한다.
다음으로, 도 4d에 도시한 바와 같은 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)을 마련한다. 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)은 절연 기재(2100) 상에 상기 발광 다이오드 칩(1000)의 p형 금속 범프(3100) 및 n형 금속 범프(3200)와 각각 접속될 p형 도전층(2210) 및 n형 도전층(2220)을 포함한다.
이후, 앞서 설명한 발광 다이오드 칩(1000)을 테이프 캐리어 패키지 필름(2000) 상에 플립칩 본딩한다.
도 4e는 상기 발광 다이오드 칩(1000)이 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)에 플립칩 본딩된 것을 도시한 것으로, 금속 범프(3100, 3200)를 통해 본딩하되 발광 다이오드 칩(1000)의 다수개의 발광 셀 중 일 가장자리에 위치한 발광 셀의 p형 반도체층(1400)이 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)의 p형 도전층(2210)에 접속되고, 다른 일 가장자리에 위치한 발광 셀의 n형 반도체층(1200)이 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)의 n형 도전층(2220)에 접속된다.
이 때, 열, 압력 또는 초음파(ultrasonic)를 이용하거나, 열, 압력, 초음파를 동시에 사용하여 본딩할 수 있다. 금속 범프(3100, 3200)와 하부 도전층 패턴(2200)과의 접속은 다양한 본딩 방법을 통해 본딩된다.
이와 같이 발광 다이오드 칩(1000)과 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)을 금속 범프(3100, 3200)를 이용하여 전기적으로 접속한 후, 금속 범프의 산화를 방지하고 전기적 접속 상태를 안정시키며 기계적 강도 유지를 위해 도 4f에 도시한 바와 같이 발광 다이오드 칩(1000)을 둘러싸는 몰딩부(4000)를 형성한다.
이러한 몰딩부(4000)로 인해 상기 발광 다이오드 칩(1000)과 상기 테이프 캐리어 패키지 필름(2000)의 접속을 안정시키고, 상기 발광 다이오드 칩(1000)을 외부로부터 보호할 수 있다.
이와 같은 발광 다이오드는 다수 개의 발광 셀을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 소자의 크기를 줄이고, 적정 전압 및 전류에 구동되도록 하여 조명용으로 사용가능하며 교류 전원에서도 구동할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 얇고 유연성을 갖는 테이프 캐리어 패키지 필름을 사용함으로써, 소자의 두께를 박형화할 수 있으며 발광 다이오드의 응용 범위를 확대할 수 있다. 또한, 미세 회로 패턴의 형성이 용이하여 발광 다이오드 칩을 직접 실장할 수 있으며, 별도의 서브마운트 기판을 필요로 하지 않는다. 이로 인해 원가를 절감할 수 있고 공정을 단순화할 수 있으며, 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 얇고 유연성을 갖는 테이프 캐리어 패키지 필름을 사용함으로써, 소자의 두께를 박형화할 수 있으며 플렉서블 디스플레이에 적용할 수 있는 이점이 있다. 특히, 필름의 굴곡이 가능하여 발광 다이오드의 공간 활용력을 향상시킬 수 있으며, 외관이 굴곡된 형상의 제품에의 응용이 가능하다. 또한, 미세 회로 패턴의 형성이 용이하여 별도의 서브마운트 기판을 필요로 하지 않으며, 이에 따라 원가를 절감할 수 있고 공정을 단순화할 수 있으며, 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 베이스 기판 상에 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함한 발광 셀이 형성된 발광 다이오드 칩;
    그 일측 표면 상에 상기 발광 다이오드 칩이 플립칩 본딩되는 플렉서블 필름(flexible film); 및
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 포함하며,
    상기 플렉서블 필름:은
    상기 발광 다이오드 칩에 대응하는 디바이스 홀을 구비한 절연 기재;
    상기 절연 기재 상에 구비된 도전층 패턴; 및
    상기 도전층 패턴을 덮되, 상기 발광 다이오드 칩이 플립칩 본딩되는 영역을 제외한 영역을 덮는 솔더 레지스트를 포함하며,
    상기 몰딩부는 상기 디바이스 홀을 통해 상기 플렉서블 필름의 타측 표면의 일정 영역을 덮도록 연장되어 구비된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플렉서블 필름은 테이프 캐리어 패키지(TCP; tape carrier package) 필름인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 상기 베이스 기판 상에 서로 이격된 발광 셀이 다수개 형성되고, 상기 발광 셀들 중 어느 하나의 발광 셀의 n형 반도체층과 상기 어느 하나의 발광 셀과 인접한 다른 발광 셀의 p형 반도체층이 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 발광 셀들 중 어느 하나의 발광 셀의 n형 반도체층과 상기 어느 하나의 발광 셀과 인접한 다른 발광 셀의 p형 반도체층을 연결하기 위한 배선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 베이스 기판 상에 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 순차적으로 형성하여 발광 다이오드 칩을 형성하는 단계;
    플렉서블 필름을 마련하는 단계;
    그 일측 표면 상에 상기 발광 다이오드 칩을 상기 플렉서블 필름에 플립칩 본딩하는 단계; 및
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 플렉서블 필름:은
    상기 발광 다이오드 칩에 대응하는 디바이스 홀을 구비한 절연 기재;
    상기 절연 기재 상에 구비된 도전층 패턴; 및
    상기 도전층 패턴을 덮되, 상기 발광 다이오드 칩이 플립칩 본딩되는 영역을 제외한 영역을 덮는 솔더 레지스트를 포함하며,
    상기 몰딩부는 상기 디바이스 홀을 통해 상기 플렉서블 필름의 타측 표면의 일정 영역을 덮도록 연장되어 구비된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조 방법.
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