KR101448588B1 - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는, 기판과 전극 사이에 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 셀을 캐리어 상에 배치하되, 상기 전극이 상기 캐리어를 향하도록 배치하는 단계; 몰딩 공정을 통하여 상기 발광 다이오드 셀 주위에 수지를 형성시키는 단계; 상기 캐리어를 제거하는 단계; 상기 전극에 전도성 범프를 연결하는 단계; 상기 반도체층으로부터 방출되는 빛이 상기 전도성 범프가 연결되는 반대방향으로 출사될 수 있도록 상기 수지 중 적어도 일부를 제거하는 단계; 및 상기 전도성 범프를 패키지 기판에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법을 제공한다.

Description

발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제조 효율이 높고 일반형 발광 다이오드 셀과 플립칩 발광 다이오드 셀의 장점을 모두 갖는 발광 다이오드 패키지를 제조하기 위한 방법 및 이에 따라 제조되는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 실내 또는 실외의 조명등으로 전구나 형광등이 많이 사용되고 있는데, 이러한 전구나 형광등은 수명이 짧아 자주 교환하여야 하는 문제가 있다. 또한, 종래의 형광등은 그 사용시간 경과에 따른 열화로 인해 조도가 점차 떨어지는 현상이 과도하게 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 제어성, 빠른 응답속도, 높은 전기 광 변환효율, 긴 수명, 적은 소비전력 및 높은 휘도의 특성 및 감성 조명을 구현할 수 있는 발광 다이오드(LED; Light Emitting diode)가 널리 이용되고 있다.
발광 다이오드는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 인가되는 전류, 즉, 전기 에너지를 광 에너지로 변환한다.
통상적으로 발광 다이오드는 발광할 수 있는 최소의 단위인 칩으로 생산되어 패키징된다.
도 1 및 도 2는 발광 다이오드의 대표적인 형태인 일반형 발광 다이오드 칩과 플립칩(Flip Chip) 형 발광 다이오드 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반형 발광 다이오드 셀은 다음과 같은 과정으로 제조된다. 먼저, 사파이어 기판(10) 상에 완충을 위한 버퍼층(11)을 형성하고, 버퍼층(11) 상부에 질화물계 반도체로 이루어지는 n형 반도체층(12)을 형성시킨다. 다음으로, n형 반도체층(12)의 상부에 활성층(13)과, p형 질화물계 반도체로 이루어지는 p형 반도체층(14)을 순차적으로 성장시킨다. 그 후, p형 반도체층(14)과 오믹 접촉(ohmic contact)을 이루는 투명 전극층(15)을 형성한 뒤, 투명 전극층(15), p형 반도체층(14), 활성층(13)의 일부를 식각하여, n형 반도체층(12)을 노출시키고, 외부로의 전기적 연결을 위한 전극(16, 17)을 각각 형성시킴으로써, 일반형 발광 다이오드 셀을 생산할 수 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 사파이어 기판(10) 하부에는 광 효율 향상을 위한 광 반사층이 더 형성될 수도 있다.
일반형 발광 다이오드 셀에 있어서는 광이 사파이어 기판(10) 방향으로 방출된다. 이에 따라, 사파이어 기판(10)은 반사판 등으로 활용될 수 있다. 그러나, 사파이어 기판(10)의 열전도도가 낮기 때문에, 열 방출 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 열 방출 효율이 떨어지는 문제점을 해결하기 위해 플립칩 발광 다이오드 셀이 활용되고 있다.
도 2를 참조하면, 플립칩 발광 다이오드 셀은 다음과 같은 과정으로 제조된다. 먼저, 사파이어 기판(20) 상에 버퍼층(21)을 형성시키고, 그 위에 n형 반도체층(22), 활성층(23), p형 반도체층(24)을 순차적으로 성장시킨다. 다음으로, p형 반도체층(24)과 활성층(23)의 일부를 식각하여, n형 반도체층(22)을 노출시킨 후, p형 반도체층(24)과 n형 반도체층(22)의 노출된 영역에 제1 전극(25) 및 제2 전극(26)을 형성한다. 제1 전극(25)은 은(Ag) 등의 반사성 물질로 형성되어, 광 효율 향상에 도움을 줄 수 있다. 다음으로, 제1 전극(25) 및 제2 전극(26) 상에 범프(bump)(27)를 형성한다.
그 후, 제1 전극(25) 및 제2 전극(26) 상에 형성된 솔더(27)가 별도로 준비된 서브 마운트 기판(30)에 각각 접촉하도록 서브 마운트 기판(30)과 본딩한다.
플립칩 발광 다이오드에 있어서는 발생하는 열이 발광 다이오드 셀로부터 서브 마운트 기판(30) 방향으로 방출된다. 즉, 열 전도도가 낮은 사파이어 기판(20) 방향이 아닌 다른 방향으로 열이 방출되기 때문에, 일반형 발광 다이오드보다 높은 열 전도 효율을 보인다.
한편, 이러한 플립칩 발광 다이오드의 광 효율을 향상시키기 위해 본딩 후 사파이어 기판(20)에 텍스쳐링 구조를 형성하여, 활성층(23)으로부터 사파이어 기판(20) 방향으로 방출되는 광을 난반사 시키거나, 사파이어 기판(20) 자체를 제거하는 박막형 플립칩 발광 다이오드 구조가 제안되었다.
그러나, 사파이어 기판(20)을 제거하기 위해 사용되는 레이저 리프트 오프(LLO: Laser Lift Off) 공정은 개개의 발광 다이오드 셀을 대상으로 하여야 하는 바, 공정 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 일반형 발광 다이오드 셀을 공급받는 업체에서는 이를 열 방출 효율 등이 뛰어난 플립칩 발광 다이오드로 적용할 수 없는 문제점 등이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2007-0045461호(2007. 05. 02. 공개)
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하기 위한 것으로, 일반형 발광 다이오드 셀과 플립칩 발광 다이오드 셀의 장점을 모두 얻을 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 광 추출 효율 및 열 방출 능력이 향상된 박막형 플립칩 발광 다이오드 패키지를 제조하되, 웨이퍼 단계에서 발광 다이오드 셀의 기판 제거를 가능하게 함으로써, 공정 시간 및 제조 비용이 감소되도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광 추출 효율 및 열 방출 능력이 향상된 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판과 전극 사이에 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 셀을 캐리어 상에 배치하되, 상기 전극이 상기 캐리어를 향하도록 배치하는 단계; 몰딩 공정을 통하여 상기 발광 다이오드 셀 주위에 수지를 형성시키는 단계; 상기 캐리어를 제거하는 단계; 상기 전극에 전도성 범프를 연결하는 단계; 상기 반도체층으로부터 방출되는 빛이 상기 전도성 범프가 연결되는 반대방향으로 출사될 수 있도록 상기 수지 중 적어도 일부를 제거하는 단계; 및 상기 전도성 범프를 패키지 기판에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법이 제공된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판이 제거된 상태로 패키지 기판 상에 배치되며, 상기 패키지 기판을 향하도록 형성된 전극, 및 상기 기판과 전극 사이에 형성되는 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 셀; 상기 발광 다이오드 셀 주위에 형성되는 수지; 및 상기 패키지 기판 상에 형성되며 상기 전극과 전기적으로 연결되는 전도성 범프를 포함하는, 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
본 발명에 따르면, 발광 다이오드 패키지를 제조하되, 발광 다이오드 셀에 포함된 기판을 웨이퍼 단계에서 제거함으로써, 칩 단계에서의 기판 제거를 위한 레이저 리프트 오프(LLO: Laser Lift Off) 등의 공정이 불필요하게 되며, 이에 따라 공정 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 일반형 발광 다이오드 셀과 플립칩 발광 다이오드 셀의 장점을 모두 갖는 발광 다이오드 패키지를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 높은 광 추출 효율 및 낮은 열 저항을 갖는 발광 다이오드 패키지를 얻을 수 있으며, 패키지용 기판과 발광 다이오드 셀 사이에 형성되는 전도성 범프가 반사층의 기능 또한 함에 따라 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 발광 다이오드 패키지의 틀로서 기능하는 그라운드 플레인에 의해 열 방출 능력이 더욱 향상될 수 있으며, 그라운드 플레인 자체를 입력 및 출력 단자로 활용할 수도 있다.
도 1은 통상적인 일반형 발광 다이오드 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 통상적인 플립칩 발광 다이오드 셀의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
도 3 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 패키지의 제조 공정을 나타낸다.
이하, 도 3 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 과정에 대해 설명하기로 한다.
도 3를 참조하면, 제1 기판(300) 상에 그라운드 플레인(Ground Plane)(310)을 형성한다. 제1 기판(300)은 그 위에 증착될 일반형 발광 다이오드 셀(400; 도 4 참조)과 그라운드 플레인(310)의 하면을 평탄화하는 등의 보조적인 기능을 하는 기판이다. 이러한 제1 기판(300)은 캐리어(carrier) 기판으로 준비할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 기판(300)은 세라믹 기판, 실리콘 또는 산화 실리콘 기판, 유리 기판 등으로 구현될 수 있다. 한편, 그라운드 플레인(310)은 발광 다이오드 패키지의 전체적인 틀을 제공하는 구성요소이다. 그라운드 플레인(310)은 구리 등 전도성과 광 반사율, 열전도도 등이 뛰어난 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 그라운드 플레인(310)은 발광 다이오드 셀의 전극과 전기적으로 연결되어, 와이어 본딩의 대상으로서도 기능할 수 있으며, 발광 다이오드 셀로부터 방출되는 열에 대한 방열 기능도 수행할 수 있다. 그라운드 플레인(310)은 예를 들면, 임베디드 그라운드 플레인(EGP: Embedded Ground Plane)으로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일 이상의 발광 다이오드 셀(400)을 준비하고, 이를 제1 기판(300) 상에 접착시킨다.
발광 다이오드 셀(400)은 일반형 또는 플립칩 발광 다이오드 셀일 수 있다.
도 4는 발광 다이오드 셀(400)이 일반형 발광 다이오드 셀인 경우를 예시하고 있으며, 이는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 먼저, 사파이어 기판(410) 상에 반도체층을 형성한다. 반도체층은 제1 도전형 반도체층(420), 활성층(430), 제2 도전형 반도체층(440)으로 구성될 수 있다. 사파이어 기판(410)은 Si 기판, SiC 기판, GaN 기판 등으로 대체될 수도 있다. 한편, 사파이어 기판(410)과 제1 도전형 반도체층(420) 사이에는 범프 층이 더 형성될 수 있으나, 도면에서는 간략화를 위해 도시하지 않았다. 그 후, 제2 도전형 반도체층(440)과 활성층(430)의 일부를 식각하여, 제1 도전형 반도체층(420)을 노출시키고, 노출된 제1 도전형 반도체층(420) 상부와 제2 도전형 반도체층(440) 상부에 각각 제1 전극(450) 및 제2 전극(460)을 형성한다.
여기서, 제1 도전형 반도체층(420)은 n형 반도체층일 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(440)은 p형 반도체층일 수 있다. 이 때, 제1 전극(450)은 n형 전극, 제2 전극은 p형 전극일 수 있다. 또한, 활성층은 Ⅱ-Ⅳ족 산화물계, 예를 들면, ZnO, MaO, CdO, MnO 등과 같은 화합물 반도체, 질화물계, 예를 들면, GaN, AlN, InN 등과 같은 화합물 반도체, 또는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 예를 들면, InP, GaAs, InAs 등의 반도체로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 발광 다이오드 셀(400)이 플립칩 발광 다이오드 셀인 경우에는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다. 사파이어 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시킨 후, 제2 도전형 반도체층과 활성층의 일부를 식각하여, 제1 도전형 반도체층을 노출시킨 후, 노출된 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 상에 전극을 각각 형성한다. 그 후, 전극 상에 범프를 형성하고 서브 마운트 기판과 본딩한다.
완성된 일반형 발광 다이오드와 플립칩 발광 다이오드는 광의 출사 방향 등의 특성상 차이가 있으나, 기판과 전극 사이에 반도체층을 포함하는 구조는 공통된다.
이하에서는, 발광 다이오드 셀(400)이 일반형 발광 다이오드 셀인 것으로 예시하여 설명하기로 한다.
다시, 도 4를 참조하면, 발광 다이오드 셀(400)을 제1 기판(300)에 부착하되, 제1 전극(450)과 제2 전극(460)이 제1 기판(300)을 향하도록 부착한다. 발광 다이오드 셀(400)은 제1 기판(300) 상에서 그라운드 플레인(310)에 의해 형성된 틀 내에 부착될 수 있다.
발광 다이오드 셀(400)이 일반형 발광 다이오드 셀인 경우, 사파이어 기판(410) 하면으로부터 제1 전극(450) 및 제2 전극(460)까지의 높이는 차이가 있을 수 있다.
이 때, 발광 다이오드 셀(400)을 제1 기판(300)에 부착시키기 위한 열과 압력 조절을 통해 그 단차를 극복할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 4에 도시되는 바와 같이 제1 기판(300) 상에는 그라운드 플레인(310)과 발광 다이오드 셀(400) 부착을 위한 접착제(A)를 형성시킬 수 있다. 발광 다이오드 셀(400)은 제1 전극(450)과 제2 전극(460)이 접착제(A)를 향하도록 제1 기판(300) 상에 접착되는데, 이 때, 부착을 위한 열 및 압력에 의해 발광 다이오드 셀(400)의 제1 전극(450) 및 제2 전극(460) 중 적어도 일부가 접착제(A) 내부로 잠입될 수 있다. 따라서, 사파이어 기판(400) 하면으로부터 제1 전극(450)까지의 높이와 제2 전극(460)까지의 높이가 다르더라도 제1 기판(300)에의 부착 시 그 단차가 극복될 수 있다.
도 5 이하에서는 설명의 편의 및 도면의 간략화를 위해 접착제(A) 부분을 생략하고, 발광 다이오드 셀(400)의 제1 전극(450)과 제2 전극(460) 간의 높이 단차가 없는 것으로 도시한다.
도 5를 참조하면, 제1 기판(300) 상부에 그라운드 플레인(310)과 발광 다이오드 셀(400) 모두를 둘러싸도록 수지(500)를 형성시킨다. 수지(500)는 상부에 그라운드 플레인(310)과 발광 다이오드 셀(400)이 형성된 제1 기판(300)에 대해 몰딩 공정을 수행함으로써, 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 기판(300)을 제거한다. 제1 기판(300)은 식각 공정(예를 들면, 화학적 식각 공정), 열처리 공정, 진공 공정, 플라즈마 공정, 스트립(strip) 공정 또는 가압 공정 등의 방식을 통해 제거될 수 있다. 예를 들면, 발광 다이오드 셀(400)과 제1 기판(300) 간 접착을 위해 사용하였던 접착제(A; 도 4 참조)를 제거함으로써, 제1 기판(300)이 자동적으로 분리되도록 할 수 있다. 이 때, 제1 기판(300)은 온전한 상태로 분리되기 때문에 재활용도 가능해진다. 또한, 접착제를 제거하는 방식이 아니라 제1 기판(300) 자체를 제거하는 방식, 예를 들면, 압력을 가하여 제1 기판(300)을 밀어내어 그 형태를 유지하고, 이를 재활용하는 방식도 가능하다.
도 7을 참조하면, 제1 기판(300)이 제거된 면에서 노출된 발광 다이오드 셀(400)의 제1 전극(450)과 제2 전극(460)에 각각 전도성 범프(710, 720)를 형성시킨다. 전도성 범프(710, 720)는 제1 전극(450)과 제2 전극(460)이 외부와 전기적으로 연결되도록 하는 배선의 기능을 할 수 있다. 또한, 전도성 범프(710, 720)는 광 반사성 물질로 형성되어, 발광 다이오드 셀(400)로부터 방출되는 광이 다시 반사될 수 있도록 하는 반사층의 역할을 수행할 수도 있다. 이를 위해 전도성 범프(710, 720)는 전도성을 가지며 반사율이 뛰어난 물질(예를 들면, Au, Ag, Al 등)로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 높은 반사율 획득을 위해 전도성 범프(710, 720)가 차지하는 면적은 가능한 넓게 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 전도성 범프(710, 720)가 차지하는 면적이 넓을수록 열 전도도 또한 향상될 수 있다. 전도성 범프(710, 720)가 반사층의 역할을 동시에 함에 따라, 광 효율 향상을 위한 별도의 반사층 제조 공정을 생략할 수 있다.
한편, 제1 전극(450)과 연결되는 전도성 범프(710)와 제2 전극(460)과 연결되는 전도성 범프(720)는 쇼트(short)되지 않도록 이격되어야 한다. 전술한 바와 같이, 그라운드 플레인(310)에 의해 형성된 틀 내에 발광 다이오드 셀(400)이 형성되는데, 그라운드 플레인(310)은 전도성이 있으며 방열 특성이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 한편, 그라운드 플레인(310)은 제1 기판(300) 상부에 형성되었었기 때문에, 제1 기판(300) 제거 시, 제1 전극(450) 및 제2 전극(460)과 함께 노출되게 된다. 따라서, 전도성 범프(710, 720) 형성시 그라운드 플레인(310)에 가까운 것(예를 들면, 전도성 범프(720))을 그라운드 플레인(310)이 노출된 부분까지 연장시키게 되면, 전도성 범프(710)와 그라운드 플레인(310)이 전기적으로 연결되게 되어, 발광 다이오드 셀(400)로부터 방출되는 열에 대한 방열 효과가 더욱더 향상될 수 있게 된다. 특히, 발광 다이오드 셀(400)로부터 측 방향으로 방출되는 열에 대한 방열 효과가 극대화될 수 있다. 한편, 그라운드 플레인(310)과 전도성 범프(720)를 연결시키면, 그라운드 플레인(310)을 패키징 마지막 공정인 와이어 본딩 공정의 포인트로서 활용할 수도 있다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 몰딩 공정에 의해 얻어진 전체 구조물에서 발광 다이오드 셀(400)의 사파이어 기판(410)을 제거하는 공정을 수행한다. 구체적으로, 발광 다이오드 셀(400)의 사파이어 기판(410)과 제1 도전형 반도체층(420)의 접촉면의 연장선을 기준으로 하여, 수지(500)로 둘러싸인 전체 구조물 중 사파이어 기판(410)이 존재하는 부분을 제거한다. 즉, 수지(500)로 둘러싸인 전체 구조물을 사파이어 기판(410)과 제1 도전형 반도체층(420)의 접촉면의 연장선을 기준으로 하여 2개의 부분으로 나누었을 때, 사파이어 기판(410)을 포함하는 부분을 제거한다. 이에 따라, 발광 다이오드 셀(400)의 제1 도전형 반도체층(420)과 그라운드 플레인(310)이 수지(500) 외부로 노출되게 된다. 제거 공정은 그라인딩(grinding) 등의 방식을 통해 수행될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제거 공정은 다른 물리적 방법이나 화학적 방법 등으로도 수행될 수 있다.
사파이어 기판(410)의 제거 공정을 도 7을 참조하여 설명한 전도성 범프(710, 720) 형성 공정 이후에 수행하는 이유는, 전도성 범프(710, 720)의 형성에 있어서의 휨 또는 운송 공정에 대한 안전성 확보를 위해 범프 형성 대상의 높이가 어느 정도 이상이어야 하기 때문이다. 즉, 제거되기 전의 사파이어 기판(410)이 전도성 범프(710, 720) 형성 대상물의 높이 확보에 도움을 주고, 결과적으로 범프 형성 공정에 있어서의 안정성을 확보해 줄 수 있다.
사파이어 기판(410) 제거 공정 후에는, 웨이퍼 절단(sawing) 공정을 수행하여, 개별 발광 다이오드 칩 상태로 분리한다. 구체적으로, 웨이퍼 레벨에서 하나의 웨이퍼 상에 도 8의 단면도로서 도시되는 것과 같은 발광 다이오드 칩이 복수 개 형성될 수 있는데, 각 칩에 존재하는 발광 다이오드 셀(400)의 사파이어 기판(410)을 한번의 공정으로 동시에 제거한 상태로 웨이퍼 절단 공정을 수행하여 각 칩을 개별 발광 다이오드 칩으로서 분리한다.
종래 박막형 플립칩 발광 다이오드에 있어서는 광 추출 효율 향상 등을 위한 사파이어 기판 제거 공정을 웨이퍼 단계 이후에 처리함에 따라 개별 칩을 대상으로 일일이 레이저 리프트 오프(LLO: Laser Lift Off) 등의 공정을 실시하여야 하였다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는, 웨이퍼 레벨에서 사파이어 기판을 제거하기 때문에, 하나의 웨이퍼 상에 있는 복수개의 칩에 대해 일괄적으로 사파이어 기판 제거가 가능해진다.
도 9를 참조하면, 도 8을 참조하여 설명한 공정에 의해 사파이어 기판(410)이 제거된 구조물, 즉, 발광 다이오드 칩 구조물을 제2 기판(900) 상에 형성하되, 전도성 범프(710, 720)가 제2 기판(900) 상면에 접촉하도록 형성한다. 제2 기판(900)은 세라믹 기판 또는 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 등의 절연 기판으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 제2 기판(900)은 최종 패키지 기판이라고 할 수 있으며, 외부 단자와 연결 가능한 배선 처리가 완료된 기판일 수 있다. 제2 기판(900)에 형성되어 있는 배선 형태에 대해서는 도 10 내지 도 12를 참조하여 후에 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 노출된 제1 도전형 반도체층(420)을 덮도록 캡(1000, 1100)을 형성시켜 발광 다이오드 패키지 제조를 완료할 수 있다.
도 10을 참조하면, 캡(1000)은 노출된 제1 도전형 반도체층(420)을 덮되, 노출된 그라운드 플레인(310)은 덮지 않도록 형성될 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면, 캡(1100)은 노출된 제1 도전형 반도체층(420)과 노출된 그라운드 플레인(310) 모두를 덮도록 형성될 수도 있다.
캡(1000, 1100)은 구현하고자 하는 광 색상에 따른 형광물질을 포함하는 몰딩 구조 및 에폭시 등의 수지층을 포함할 수 있다.
다시 도 10을 참조하면, 제2 기판(900)에 형성된 패드(미도시된)가 전도성 범프(710, 720)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 기판(900)에는 비아 홀(H)이 형성될 수 있으며, 비아 홀(H)을 통해 전도성 범프(710, 720)로부터 비아 홀(H)을 통한 배선이 제2 기판(900)의 일면, 즉, 도면상 하면으로 노출될 수 있다. 비아 홀(H)은 반드시 형성되지 않아도 족하다.
한편, 도 11을 참조하면, 그라운드 플레인(310)에 와이어(W)를 본딩하여 캡(1100)과 함께 몰딩시킴으로써, 그라운드 플레인(310)을 입력 및 출력 단자로 활용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사파이어 기판(410)의 제거 공정이 발광 다이오드 셀이 개별 칩으로 분리되기 전 단계, 즉, 웨이퍼 단계에서 이루어진다. 이에 의해, 사파이어 기판(410) 제거를 위한 레이저 리프트 오프 등의 공정을 생략할 수 있게 된다. 즉, 기존에는 광 추출 효율 등의 향상을 위해 칩 단위로 레이저 리프트 공정을 수행하여 사파이어 기판(410)을 제거하는 공정 등을 행하였었는데, 본 발명의 실시예에 따르면, 웨이퍼 단계에서의 사파이어 기판(410) 제거가 가능해지므로, 웨이퍼 절단 단계 이전 웨이퍼 상에 존재하는 칩 모두에 대한 사파이어 기판(410) 제거가 한번의 공정만으로 가능해지므로 소요되는 시간이 줄어들고, 그 제거 공정이 레이저 리프트 오프 공정에 비해 매우 간단한 공정으로 가능해지므로 제조 단가가 줄어들게 된다.
한편, 발광 다이오드 셀(400)이 일반형 발광 다이오드 셀인 경우에는, 일반형 발광 다이오드의 장점 및 플립칩 발광 다이오드의 장점을 모두 누릴 수 있다. 즉, 일반형 발광 다이오드 셀을 사용하기 때문에 공정 수율이 향상되며, 패키지 제조 방법에 있어서 플립칩 방식을 적용하기 때문에 열 저항이 낮아지고, 패드나 와이어 등에 의한 간섭 영향이 감소될 수 있다. 또한, 사파이어 기판이 웨이퍼 단계에서 제거되기 때문에, 레이저 리프트 공정 등의 복잡한 과정 없이도 높은 광 추출 효율을 기대할 수 있다. 실제로 종래 일반형 발광 다이오드 또는 플립칩 발광 다이오드와 비교 시 약 10배 정도 낮은 열 저항, 및 약 1.6배 향상된 광 추출 효율을 기대할 수 있을 것으로 기대된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 하나의 발광 다이오드 패키지는 복수의 발광 다이오드 칩(1200)을 포함할 수 있다. 즉, 멀티칩 패키지가 가능하다.
한편, 도 12에 도시되는 바와 같이, 각 발광 다이오드 칩(1200)은 제1 패턴(1210)과 제2 패턴(1220)을 가질 수 있다. 제1 패턴(1210)과 제2 패턴(1220)은 도 10 및 도 11에 도시된 전도성 범프(710, 720)의 패턴일 수 있다. 즉, 제1 패턴(1210)은 제1 전도성 범프(710)의 패턴이고, 제2 패턴(1220)은 제2 전도성 범프(720)의 패턴일 수 있으며, 그 반대일 수도 있다. 제1 패턴(1210)과 제2 패턴(1220)은 일정 간격을 두고 서로 교대로 배치되는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 제1 패턴(1210)과 제2 패턴(1220)은 각각 그라운드 플레인(1230)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 도면에 도시되는 바와 같이, 제1 패턴(1210)과 제2 패턴(1220)에 각각 형성된 제1 패드(1211)와 제2 패드(1221)로부터 연장되는 와이어(W)에 의해 그라운드 플레인(1230)과 연결될 수 있다. 제1 패드(1211) 및 제2 패드(1221) 또한 전도성 범프(710, 720)의 일부일 수 있다. 이 때, 그라운드 플레인(1230) 중 제1 패턴(1210)과 연결되는 부분은 제2 패턴(1220)과 연결되는 부분과 이격되어 있어야 한다. 즉, 그라운드 플레인(1220) 중 적어도 일부에는 격리부(S)가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 다른 예로서, 와이어(W) 없이 제1 패드(1211)와 제2 패드(1221)가 각각 연장되어 그 자체로서 그라운드 플레인(1220)과 연결될 수도 있다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
300: 제1 기판
310: 그라운드 플레인
400: 발광 다이오드 셀
410: 사파이어 기판
420: 제1 도전형 반도체층
430: 활성층
440: 제2 도전형 반도체층
450: 제1 전극
460: 제2 전극
500: 수지
710, 720: 전도성 범프
900: 제2 기판
1000, 1100: 캡
1210: 제1 패턴
1210: 제1 패드
1220: 제2 패턴
1221: 제2 패드

Claims (15)

  1. 기판과 전극 사이에 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 셀을 캐리어 상에 배치하되, 상기 전극이 상기 캐리어를 향하도록 배치하는 단계;
    몰딩 공정을 통하여 상기 발광 다이오드 셀 주위에 수지를 형성시키는 단계;
    상기 캐리어를 제거하는 단계;
    상기 전극에 전도성 범프를 연결하는 단계;
    상기 반도체층으로부터 방출되는 빛이 상기 전도성 범프가 연결되는 반대방향으로 출사될 수 있도록 상기 수지 중 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
    상기 전도성 범프를 패키지 기판에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지 중 적어도 일부를 제거하는 단계는,
    상기 수지와 함께 상기 기판을 제거하는 단계를 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수지와 함께 상기 기판을 제거하는 단계는,
    상기 기판과 상기 반도체층의 접촉면의 연장선을 기준으로 상기 기판이 존재하는 영역을 수지와 함께 제거하는 단계를 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 셀은 복수 개 배치되며,
    상기 수지와 함께 상기 기판을 제거하는 단계는 상기 복수개의 발광 다이오드 셀에 대해 동시에 수행되는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수지 중 적어도 일부를 제거하는 단계 이후에,
    웨이퍼 절단 공정을 수행하여 개별 발광 다이오드 칩 상태로 분리하는 단계를 더 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 상에 그라운드 플레인을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 발광 다이오드 셀은 상기 캐리어 상의 상기 그라운드 플레인에 의해 형성된 가상의 틀 내에 배치되는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 범프 중 적어도 일부는 상기 전극과 상기 그라운드 플레인을 연결시키도록 형성되는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그라운드 플레인 중 적어도 일부에 와이어 본딩을 하여 입력 및 출력 단자를 형성하는 단계를 더 포함하는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 범프는 광 반사성 물질로 형성되는, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 셀은 일반형 또는 플립칩 발광 다이오드 셀인, 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  11. 기판이 제거된 상태로 패키지 기판 상에 배치되며, 상기 패키지 기판을 향하도록 형성된 전극, 및 상기 기판과 전극 사이에 형성되는 반도체층을 포함하는 발광 다이오드 셀;
    상기 발광 다이오드 셀 주위에 형성되는 수지; 및
    상기 패키지 기판 상에 형성되며 상기 전극과 전기적으로 연결되는 전도성 범프를 포함하는, 발광 다이오드 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패키지 기판 상에 형성된 그라운드 플레인을 더 포함하며,
    상기 전도성 범프 중 적어도 일부는 상기 전극과 상기 그라운드 플레인을 연결하는, 발광 다이오드 패키지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 그라운드 플레인의 일부와 본딩된 와이어를 더 포함하는, 발광 다이오드 패키지.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 패키지 기판에는 상기 전도성 범프를 노출시키는 일 이상의 비아 홀이 형성되는, 발광 다이오드 패키지.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 셀은, 일반형 또는 플립칩 발광 다이오드 셀인, 발광 다이오드 패키지.
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