KR101436456B1 - Ehd 펌프를 이용한 led 소자 제조 방법 - Google Patents

Ehd 펌프를 이용한 led 소자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법은, LED 칩에 형광물질 분말이 혼합된 합성수지 재질의 형광체를 LED 칩에 부착하여 LED 소자를 제조하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 웨이퍼를 가공하여 상기 LED 칩에 부착하기 위한 상기 형광체에 대응하는 형상의 복수의 캐비티가 형성된 웨이퍼 금형을 마련하는 단계; (b) 액상 합성수지와 형광물질 분말이 혼합된 형광액이 저장되는 저장부와, 상기 형광액이 토출될 수 있도록 상기 저장부의 하측에 형성된 노즐과, 상기 형광액의 전위를 조절할 수 있도록 상기 형광액에 잠기도록 배치되는 상부전극을 구비하는 펌프 헤드와 상기 상부전극과의 사이에 전위차를 형성할 수 있도록 상기 펌프 헤드의 하부에 배치되는 하부전극을 구비하는 EHD 펌프를 이용하여 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 상기 형광액을 도포하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 채워진 상기 형광액을 경화시켜 상기 형광체를 형성하는 단계; (d) 상기 웨이퍼 금형의 캐비티에 형성된 형광체를 상기 웨이퍼 금형으로부터 분리하여 점착성의 블루 필름에 부착하는 단계; 및 (e) 상기 블루 필름에 부착된 각각의 형광체를 상기 블루 필름으로부터 분리하여 상기 LED 칩에 부착하는 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법{Method of Manufacturing LED Device Using EHD Pump}
본 발명은 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기-수력학(EHD; Electro-Hydrodynamic) 펌프를 이용하여 형광물질과 액상의 합성수지가 혼합된 형광액을 도포하고 경화시킴으로써 별도로 형광체를 마련하고 이와 같은 형광체를 LED 칩에 부착하여 LED 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)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 형광액을 도포하면서 형광물질의 양에 따라 LED 소자에서 발생하는 색상이 변하게 된다. LED 칩이 실장된 패키지에 형광액을 적정량 디스펜싱함으로써 백색광이나 기타 다양한 색상의 LED 소자를 제조할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0081029호에는, LED 패키지에 기 설정된 토출량으로 형광체 함유 액상수지를 디스펜싱하며 목표 색좌표에 기초하여, 상기 목표 색좌표가 얻어지도록 형광체 함유 액상 수지의 토출량을 조정하는 LED 패키지 제조방법을 제공하는 발광장치 제조방법 및 형광체 함유 액상 수지 디스펜싱 장치가 개시되어 있다.
최근에 LED 칩의 크기가 소형화되면서 LED 칩에 소량의 형광액을 정량으로 도포하는 것이 점차 어려워지고 있다. 또한, LED 칩의 상면에 형성되는 형광체의 두께를 일정하게 유지하는 것도 쉽지 않다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 형광체를 필름의 형태(형광 필름)로 별도로 제작하여 LED 칩에 부착하는 방법도 시도되었다. 이와 같은 형광 필름을 사용하는 방법의 경우에도 LED 칩의 크기와 형상에 맞추어 형광 필름을 절단하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다. 형광 필름의 절단면이 매끄럽지 않은 경우 형광 필름의 절단면 부근에서 LED 소자의 광특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LED 칩에 부착하기 위한 형광체(형광물질이 혼합된 투명한 합성수지)를 작고 정확한 크기와 형상으로 제조하여 고품질의 LED 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법은, LED 칩에 형광물질 분말이 혼합된 합성수지 재질의 형광체를 LED 칩에 부착하여 LED 소자를 제조하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 웨이퍼를 가공하여 상기 LED 칩에 부착하기 위한 상기 형광체에 대응하는 형상의 복수의 캐비티가 형성된 웨이퍼 금형을 마련하는 단계; (b) 액상 합성수지와 형광물질 분말이 혼합된 형광액이 저장되는 저장부와, 상기 형광액이 토출될 수 있도록 상기 저장부의 하측에 형성된 노즐과, 상기 형광액의 전위를 조절할 수 있도록 상기 형광액에 잠기도록 배치되는 상부전극을 구비하는 펌프 헤드와 상기 상부전극과의 사이에 전위차를 형성할 수 있도록 상기 펌프 헤드의 하부에 배치되는 하부전극을 구비하는 EHD 펌프를 이용하여 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 상기 형광액을 도포하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 채워진 상기 형광액을 경화시켜 상기 형광체를 형성하는 단계; (d) 상기 웨이퍼 금형의 캐비티에 형성된 형광체를 상기 웨이퍼 금형으로부터 분리하여 점착성의 블루 필름에 부착하는 단계; 및 (e) 상기 블루 필름에 부착된 각각의 형광체를 상기 블루 필름으로부터 분리하여 상기 LED 칩에 부착하는 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.
상술한 바와 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법은, 정확한 크기와 형상을 가진 형광체를 효과적으로 제조함으로써 고품질의 LED 소자를 높은 생산성으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 일실시예에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 금형의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법에서, 웨이퍼 금형에 위치된 형광체를 흡착하여 블루 필름에 부착하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법에서, 형광체를 LED 칩 위에 부착하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법의 순서도이다. 도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 실리콘 웨이퍼를 가공하여 LED 칩(10)에 부착하기 위한 형광체(20)에 대응하는 형상의 복수의 캐비티(111)가 형성된 웨이퍼 금형(110)을 마련한다((a) 단계; S100). 캐비티(111)는 웨이퍼 금형(110)에 일정 간격으로 배열된다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 캐비티(111)는 양측이 각 내측을 향하여 돌출되는 돌기(1111)가 형성된다. 돌기(1111)는 LED 칩(10)의 전극(11)을 제외한 나머지 영역에만 형광체(20)가 부착되도록 형성된다. 실리콘 웨이퍼를 식각하는 방법으로 다양한 형상의 캐비티(111)를 웨이퍼 금형(110)에 쉽게 형성할 수 있다. 특히, LED 칩(10)의 형상 및 LED 칩(10)에 형성된 전극(11)의 형상을 고려하여 그에 맞는 형상의 캐비티(111)를 웨이퍼 금형(110)에 쉽게 형성할 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 웨이퍼 금형(110)의 각 캐비티(111)에 형광액(L)을 도포하는 단계를 수행한다((b) 단계; S200). 이때, 웨이퍼 금형(110)의 각 캐비티(111)에 도포되는 형광액(L)은 EHD 펌프(120)를 이용하여 효율적으로 도포된다. 이와 같은 EHD 펌프(120)의 구성을 살펴보면, EHD 펌프(120)는 펌프 헤드(121)와 하부전극(122)을 포함한다. 펌프 헤드(121)는 저장부(1211)와 노즐(1212) 및 상부전극(1213)을 구비한다. 저장부(1211)는 용기 형상으로 형성되어 형광액(L)이 저장된다. 형광액(L)은 액상의 합성수지와 형광물질 분말이 혼합되어 형성된다. 액상의 합성수지로는 실리콘이 주로 사용된다. 형광액(L)은 LED 칩(10)에 도포된 후 일정한 시간이 지나면 경화되어 고체상태 즉, 형광체(20)로 변한다. 형광액(L)은 밀폐된 상태로 저장부(1211)에 저장되고, 별도의 공압 공급장치의 작동에 의해 튜브를 통해서 저장부(1211)에서 연속적으로 공급된다.
노즐(1212)은 저장부(1211)의 하측에 형성된다. 형광액(L)은 노즐(1212)을 통해 연속적으로 하측으로 토출된다.
상부전극(1213)은 저장부(1211)에 저장된 형광액(L)에 잠기도록 배치된다. 상부전극(1213)은 전원공급장치(1214)와 연결되며 전원공급장치(1214)에 의해 전압이 조절된다. 상부전극(1213)은 저장부(1211)에 저장된 형광액(L)의 전위를 동일하게 유지시킨다.
하부전극(122)은 수평하게 배치되고 전원공급장치(1214)에 연결된다. 이와 같은 하부전극(122) 위에는 웨이퍼 금형(110)이 배치된다. 하부전극(122)과 상부전극(1213) 사이에는 전원공급장치(1214)에 의해 전위차가 형성된다. 하부전극(122)과 상부전극(1213) 사이의 전위차에 의해 발생하는 전기력에 의해 저장부(1211)에 저장된 형광액(L)이 노즐(1212)에서 토출되어 웨이퍼 금형(110)의 캐비티(111)에 떨어지게 된다. 즉, 전원공급장치(1214)에 의해 상부전극(1213)과 하부전극(122)에 전압을 인가하여 노즐(1212)에서 형광액(L)이 토출되도록 한다. 전압은 펄스 형태로 일정시간 간격으로 인가될 수도 있고, 시간의 흐름에 따라 전압이 일정한 패턴으로 승강하는 형태로 공급될 수도 있다.
본 실시예에서 EHD 펌프(120)는 중간전극(123)을 더 포함한다. 중간전극(123)은 상부전극(1213)과 하부전극(122) 사이에 배치된다. 중간전극(123)은 노즐(1212)에서 토출되는 형광액(L)이 통과할 수 있도록 관통공(1231)이 형성된다. 중간전극(123)은 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐(1212)의 하측에 배치된다. 중간전극(123)은 전원공급장치(1214)에 연결되어 상부전극(1213) 및 하부전극(122) 사이에서 전위차를 형성하는 역할을 한다. 경우에 따라서는 복수의 중간전극(123)을 상하로 배열하여 사용하는 것도 가능하다. 사용자의 판단에 따라 중간전극(123)의 전압은 조절된다. 관통공(1231)은 상측의 노즐(1212)에서 토출된 형광액(L)이 통과한다. 관통공(1231)을 통과한 형광액(L)은 그 하부의 웨이퍼 금형(110)의 캐비티(111)에 떨어지게 된다.
다음으로는, (b) 단계에서 웨이퍼 금형(110)의 각 캐비티(111)에 채워진 형광액(L)을 경화시켜 형광체(20)를 형성하는 단계를 수행한다((c) 단계; S300). 형광액(L)을 경화시키는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있다. 상온에서 시간을 경과시킴으로써 행광액(L)을 경화시킬 수도 있으며 열을 가하여 경화 속도를 향상시킬 수도 있다. 가열장치(130)를 이용하여 웨이퍼 금형(110)을 가열하는 방법으로 형광액(L)을 경화시킬 수도 있고, 오븐 형태로 형성된 가열장치(130)에 웨이퍼 금형(110)을 통과시키는 방법으로 캐비티(111) 내부의 형광액(L)을 경화시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 EHD 펌프(120)를 이용하여 형광액(L)을 캐비티(111)에 도포함으로써 종래의 다른 방법에 비해 형광체(20)의 두께를 정밀하고 정확하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 형광체(20)의 두께를 정확하게 유지함으로써 LED 소자의 광특성 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, (c) 단계를 수행하는 중에 웨이퍼 금형(110)의 각 캐비티(111)에 채워진 형광액(L)의 상면을 가압하여 형광체(20) 상면의 평탄도를 향상시키는 단계를 수행할 수 있다((f) 단계; S350). 형광액(L)은 상술한 바와 같이 액상의 합성수지와 형광물질 분말이 혼합되어 형성되어 점성이 높다. 캐비티(111)에 도포된 형광액(L)의 상면이 평탄하지 않을 수도 있으므로, 경화되는 형광체(20)의 상면이 평탄하도록 가압부재(140)를 이용하여 가압함으로써 형광체(20) 상면의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 웨이퍼 금형(110)의 캐비티(111)에 형성된 형광체(20)를 웨이퍼 금형(110)으로부터 분리하여 점착성의 블루 필름(150)에 옮겨 붙이는 단계를 수행한다((d) 단계; S400). 도 4를 참조하면, (c) 단계에서 각 캐비티(111)에 경화된 형광체(20)를 흡착하여 웨이퍼 금형(110)으로부터 분리한 후, 점착성을 가지는 블루 필름(150)으로 옮겨 부착시킨다. 본 실시예에서는 캐비티(111)에 경화된 형광체(20)를 흡착하기 위해 픽업장치(160)를 사용한다. 픽업장치(160)는 외부에서 진공을 전달받아 형광체(20)를 흡착한다. 픽업장치(160)는 형광체(20)를 웨이퍼 금형(110)으로부터 분리하여 점착성의 블루 필름(150)에 부착한다. 이와 같은 과정을 각각의 캐비티(111)마다 반복하여 형광체(20)를 일정 간격으로 블루 필름(150)에 부착한다.
다음으로는, 블루 필름(150)에 부착된 각각의 형광체(20)를 블루 필름(150)으로부터 분리하여 LED 칩(10)에 부착하는 단계를 수행한다((e) 단계; S500). 이와 같은 단계에서는 픽업장치(160)를 이용하여 블루 필름(150)에 점착된 형광체(20)를 LED 칩(10)에 부착하는 작업이 이루어진다. 이와 같은 픽업장치(160)는, 형광체(20)를 블루 필름(150)으로부터 디테칭한다. 또한, 픽업 장치(160)는 디테칭한 형광체(20)를 LED 칩(10)에 부착한 후 되돌아와 다음 형광체(20)를 블루 필름(150)으로부터 디테칭하게 된다.
상술한 바와 같은 과정에 의해 형광체(20)를 제작하고 이를 각각의 LED 칩(10)에 부착함으로써 LED 소자가 완성된다.
본 발명은 반도체 공정에 의해 실리콘 웨이퍼를 가공하고 웨이퍼 금형(110)을 형성하므로 매우 높은 정확도와 정밀도로 필요한 크기와 형상의 형광체(20)를 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 EHD 펌프(120)를 사용하여 형광액(L)을 도포함으로써 형광체(20)의 두께를 매우 정확하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 하부전극(122)이 웨이퍼 금형(110)의 하부에 배치하여 전위를 발생하도록 구성되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 웨이퍼 금형의 하면에 하부전극을 일체로 하여 결합할 수도 있고, 또한 웨이퍼 금형의 내부에 하부전극이 형성되도록 웨이퍼 금형을 구성하는 것도 가능하다. 실리콘 웨이퍼를 가공하여 웨이퍼 금형을 형성하는 과정에서 증착 등의 방법에 의해 하부전극을 웨이퍼 금형 내부에 형성하는 것이 가능하다.
또한, 앞에서 웨이퍼 금형(110)의 캐비티(111)에 경화된 형광체(20)를 옮기기 위해 픽업 장치(160)를 이용하여 형광체(20)를 흡착하는 것으로 설명하였으나, 점착성의 블루 필름을 이용하여 형광체를 웨이퍼 금형으로부터 분리할 수도 있다. 즉, 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 위치하는 형광체에 대해 점착성을 갖는 블루 필름을 압착한 후 웨이퍼 금형으로부터 블루 필름을 분리한다. 이때 블루 필름이 웨이퍼 금형으로부터 분리되는 과정에서 형광체도 웨이퍼 금형에서 분리되어 블루 필름에 옮겨 붙게 된다.
110: 웨이퍼 금형 111: 캐비티
1111: 돌기 120: EHD 펌프
121: 펌프헤드 1211: 저장부
1212: 노즐 1213: 상부전극
1214: 전원공급장치 122: 하부전극
123: 중간전극 1231: 관통공
130: 가열장치 140: 가압부재
150: 블루 필름 160: 픽업장치

Claims (8)

  1. LED 칩에 형광물질 분말이 혼합된 합성수지 재질의 형광체를 LED 칩에 부착하여 LED 소자를 제조하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법에 있어서,
    (a) 실리콘 웨이퍼를 가공하여 상기 LED 칩에 부착하기 위한 상기 형광체에 대응하는 형상의 복수의 캐비티가 형성된 웨이퍼 금형을 마련하는 단계;
    (b) 액상 합성수지와 형광물질 분말이 혼합된 형광액이 저장되는 저장부와, 상기 형광액이 토출될 수 있도록 상기 저장부의 하측에 형성된 노즐과, 상기 형광액의 전위를 조절할 수 있도록 상기 형광액에 잠기도록 배치되는 상부전극을 구비하는 펌프 헤드와 상기 상부전극과의 사이에 전위차를 형성할 수 있도록 상기 펌프 헤드의 하부에 배치되는 하부전극을 구비하는 EHD 펌프를 이용하여 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 상기 형광액을 도포하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 채워진 상기 형광액을 경화시켜 상기 형광체를 형성하는 단계;
    (d) 상기 웨이퍼 금형의 캐비티에 형성된 형광체를 상기 웨이퍼 금형으로부터 분리하여 점착성의 블루 필름에 부착하는 단계; 및
    (e) 상기 블루 필름에 부착된 각각의 형광체를 상기 블루 필름으로부터 분리하여 상기 LED 칩에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 (b) 단계의 상기 EHD 펌프의 하부전극이 상기 웨이퍼 금형의 하면 또는 내부에 배치되도록 상기 웨이퍼 금형을 마련하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 상기 EHD 펌프의 하부전극 위에 상기 웨이퍼 금형을 배치한 상태에서 상기 형광액을 도포하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (f) 상기 (c) 단계를 수행하는 중에 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 채워진 상기 형광액의 상면을 가압하여 상기 형광체 상면의 평탄도를 향상시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 위치하는 상기 형광체에 대해 상기 블루 필름을 압착한 후 상기 웨이퍼 금형으로부터 상기 블루 필름을 분리하여 상기 형광체가 상기 블루 필름으로 옮겨 붙도록 수행하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 웨이퍼 금형의 각 캐비티에 위치하는 상기 형광체를 각각 흡착하여 상기 웨이퍼 금형으로부터 분리한 후 상기 블루 필름에 부착하는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 LED 칩의 전극을 제외한 나머지 영역에만 상기 형광체가 부착되도록 상기 웨이퍼 금형의 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 상부전극과 하부전극 사이에 상기 노즐에서 토출되는 상기 형광액이 통과할 수 있도록 관통공이 형성되고 상기 상부전극과 하부전극의 사이에서 전위차를 형성하는 중간전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EHD 펌프를 이용한 LED 소자 제조 방법.
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