KR101598711B1 - 형광체 코팅 장치 - Google Patents

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KR101598711B1
KR101598711B1 KR1020140138296A KR20140138296A KR101598711B1 KR 101598711 B1 KR101598711 B1 KR 101598711B1 KR 1020140138296 A KR1020140138296 A KR 1020140138296A KR 20140138296 A KR20140138296 A KR 20140138296A KR 101598711 B1 KR101598711 B1 KR 101598711B1
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김재필
윤창훈
전시욱
김기현
송상빈
구대형
이경원
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한국광기술원
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Abstract

본 발명은 웨이퍼에 코팅되는 형광체 코팅층과 LED 패키지의 칩 본딩 후 형광체 코팅층이 균일한 두께를 유지할 수 있도록 개선한 형광체 코팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 도포된 형광체 용액을 스퀴지가 일정한 속도로 이동하여 웨이퍼 상에 형광체 코팅층을 형성하는 형광체 코팅 장치로서, 상기 웨이퍼가 로딩되도록 하는 웨이퍼 로딩부; 상기 웨이퍼 로딩부에 로딩된 웨이퍼가 일정 온도범위에서 가열 또는 냉각되도록 상기 웨이퍼의 온도를 조절하는 온도 조절부; 및 상기 온도가 조절된 웨이퍼 상에 형광체 코팅층을 형성하는 스퀴지를 포함한다. 따라서 본 발명은 웨이퍼에 코팅되는 형광체 혼합 용액의 온도 조절이 가능하여 용액의 점도 제어를 통한 형광체 코팅층과 LED 패키지의 칩 본딩 후 형광체 코팅층이 균일한 두께를 유지할 수 있고, 스퀴지 코팅시 발생하는 미세 버블(Bubble)을 제거하여 미세 버블에 의한 색좌표의 산포와 색온도 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있으며, 스퀴지 후 형광체 코팅 용액을 고속 경화하여 용액이 번지거나 두께가 낮아지는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

형광체 코팅 장치{APPARATUS FOR COATING PHOSPHOR}
본 발명은 형광체 코팅 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼에 코팅되는 형광체 코팅층과 LED 패키지의 칩 본딩 후 형광체 코팅층이 균일한 두께를 유지할 수 있도록 개선한 형광체 코팅 장치에 관한 것이다.
공지된 바와 같이, LED는 p-n접합 다이오드의 일종으로, 순방향으로 전압이 걸리면 단파장 광이 방출되는 현상인 전기발광효과를 이용한 반도체소자로서, 순방향 전압 인가시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하면서 전도대(conduction band)와 가전대(valance band)의 높이차이(에너지 갭)에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 LED가 된다.
최근 LED가 다양한 색의 광원으로 사용되면서 조명용 백색 LED와 고출력, 고휘도의 LED에 대한 수요가 급증함에 따라 LED 칩, 패키지의 성능 및 신뢰성의 향상이 더욱 요구되고 있다.
한편, LED 패키지의 제조는 일반적으로 칩 형태의 청색 또는 자외선(UV) LED 칩 위에 형광체를 도포하여 이루어지는데 이러한 형광체를 코팅하는 방법은 스퀴지(squeegee) 코팅, 스핀 코팅(spin coating), 스프레이(spray) 코팅과 같이 여러 코팅 기술들이 공지되어 있다.
도 1은 종래의 스퀴지 코팅 방법으로 스퀴지 코팅(squeegee coating)은 웨이퍼(10)의 상면에 마스크(11)가 설치되고, 상기 마스크(11)가 설치되지 않은 웨이퍼(10)의 상에 형광체(12)를 도포한 후 스퀴지(13)를 일정한 속도로 이동시켜 상기 도포된 형광체(12)가 형광체 코팅층을 형성하는 방법이다.
또한, 스핀 코팅(spin coating)은 마스크가 설치된 웨이퍼 상에 일정량의 형광체가 노즐을 통해 토출되면 모터의 회전을 통해 상기 웨이퍼가 회전되도록 하여 형광체가 분산되어 형광체 코팅층을 형성하는 방식이다.
또한, 스프레이 코팅(spray coating)은 마스크가 설치된 웨이퍼 상에 형광체를 분사하는 스프레이 노즐이 형광체를 분사하여 코팅되도록 하는 방식이다.
그러나 이러한 종래의 형광체 코팅방식은 형광체에 에폭시나 실리콘 수지를 혼합하여 도포함으로써, 에폭시나 실리콘 등의 용액 내에 분산되어 있던 형광체가 상기 에폭시나 실리콘 수지의 경화과정에서 발생하는 형광체 입자의 불균일한 분포 및 침전이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 형광체 혼합 용액의 점도 제어가 어려워 스퀴지 코팅 후 번짐 현상의 발생으로 인해 일정한 두께와 밀도를 갖는 형광체 코팅층을 형성하는 것이 어려운 문제점이 있다.
또한, 형광체 혼합 용액의 온도 조절이 되지 않아 용액의 점도 제어가 어려워 두께 조절의 재현성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기 에폭시나 실리콘의 점도 특성 및 형광체의 비중에 따라 형광체의 침전 및 분산이 발생하고, 스퀴지 코팅시 발생하는 미세 버블(Bubble)로 인해 색좌표의 산포와 색온도 특성 및 신뢰성에 영향을 주어 불량이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 자외선 LED에 적색, 녹색, 및 청색 형광체를 혼합하여 사용하는 경우에는 각각의 형광체 종류에 따라 비중이나 크기가 상이하므로 색의 불균일이 심화되고, 휘도가 감소하게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 형광체 코팅은 형광체의 도포 후 컨벡션 오븐에서 가열에 의한 경화를 수행함으로써, 경화시에 형광체 코팅층의 두께 변화와 번짐 현상이 발생하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0116032호(발명의 명칭: 형광체 코팅 장치 및 방법)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼에 코팅되는 형광체 코팅층과 LED 패키지의 칩 본딩 후 형광체 코팅층이 균일한 두께를 유지할 수 있도록 개선한 형광체 코팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도포된 형광체 용액을 스퀴지가 일정한 속도로 이동하여 웨이퍼 상에 형광체 코팅층을 형성하는 형광체 코팅 장치로서, 상기 웨이퍼가 로딩되도록 하고, 상기 로딩된 웨이퍼의 평면도와 수평도를 조절하며, 상면에는 상기 로딩되는 웨이퍼의 두께와 동일한 두께의 심 플레이트를 설치한 웨이퍼 로딩부; 상기 웨이퍼 로딩부에 로딩된 웨이퍼가 일정 온도범위에서 가열 또는 냉각되도록 상기 웨이퍼의 온도를 조절하는 온도 조절부; 및 상기 온도가 조절된 웨이퍼 상에 형광체 코팅층을 형성하는 스퀴지를 포함하고, 상기 스퀴지의 동작으로 형성된 형광체 코팅층으로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하여 상기 형광체 코팅층의 경화속도가 증가되도록 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 파장의 빛, 레이저를 통해 증폭된 청색 또는 적외선 파장의 빛 중 어느 하나를 발광하는 광원부와, 상기 광원부에서 발광된 빛이 상기 형광체 코팅층으로 반사되도록 하는 반사부와, 상기 광원부의 전측에 설치되어 상기 광원부에서 발광된 빛이 확산되며 출력되도록 하여 형광체 코팅층에 균일하게 조사될 수 있도록 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 광학계를 구비한 고속 경화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 온도 조절부는 웨이퍼 로딩부에 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 온도 조절부는 스퀴지가 동작하는 공간을 구획하는 챔버에 설치되어 상기 스퀴지가 동작하는 챔버 내부 공간의 온도가 제어되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 온도 조절부는 -40℃ ~ 150℃ 사이의 온도 범위에서 온도를 가변하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 코팅 장치는 스퀴지가 동작하여 형광체 코팅층이 형성되는 영역에 설치되고, 상기 스퀴지의 동작으로 발생하는 미세 버블을 흡입하여 외부로 배출하는 진공 탈포부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 웨이퍼에 코팅되는 형광체 혼합 용액의 온도 조절이 가능하여 용액의 점도 제어를 통한 형광체 코팅층과 LED 패키지의 칩 본딩 후 형광체 코팅층이 균일한 두께를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 스퀴지 코팅시 발생하는 미세 버블(Bubble)을 제거하여 미세 버블에 의한 색좌표의 산포와 색온도 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 스퀴지 후 형광체 코팅 용액을 고속 경화하여 용액이 번지거나 두께가 낮아지는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 스퀴지 코팅 과정을 나타낸 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치를 나타낸 블록도.
도 3 은 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 온도 조절부를 나타낸 예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 진공 탈포부를 나타낸 예시도.
도 5 는 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 경화부의 일 실시예를 나타낸 예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 경화부의 다른 실시예를 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 온도 조절부를 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 진공 탈포부를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 경화부의 일 실시예를 나타낸 예시도이다.
도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치(100)는 도포된 형광체 용액(220')을 스퀴지(300)가 일정한 속도로 이동하여 웨이퍼(200) 상에 형광체 코팅층(220)을 형성하는 형광체 코팅 장치로서, 이동부(101)와, 온도 조절부(110)와, 진공 탈포부(120)와, 고속 경화부(130)와, 스퀴지(300)를 포함하여 구성된다.
상기 웨이퍼 로딩부(101)는 형광체 코팅층(220)이 형성되는 웨이퍼(200)가 로딩(Loading)되면, 상기 웨이퍼(200)의 평면도(또는 평탄도)와 수평도를 조절하고, 상기 형광체 코팅층(220)이 경화될 때까지 고정되도록 하는 구성으로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.
또한, 상기 웨이퍼 로딩부(101)의 상부에는 로딩되는 웨이퍼(200)의 두께와 동일한 두께의 웨이퍼 심 플레이트(Wafer Shim Plate, 102)가 설치되고, 상기 웨이퍼 심 플레이트(102)의 상부에는 스크린 마스크(210)가 설치된다.
상기 온도 조절부(110)는 웨이퍼 로딩부(101)에 로딩된 웨이퍼(200)가 일정 온도범위에서 가열 또는 냉각되도록 상기 웨이퍼(200)의 온도를 조절하는 구성으로서, 상기 웨이퍼 로딩부(101)에 설치되어 상부에 로딩된 웨이퍼(200)가 일정 온도가 되도록 직접 가열하거나 또는 냉각한다.
또한, 상기 온도 조절부(110)는 스퀴지(300)가 동작하는 공간을 구획하도록 별도로 설치한 챔버가 있는 경우, 상기 챔버에 설치되어 상기 스퀴지(300)가 동작하는 챔버 내부 공간의 온도를 제어하여 웨이퍼 로딩부(101)에 로딩된 웨이퍼(200)가 일정 온도를 유지하도록 가열 또는 냉각한다.
또한, 상기 온도 조절부(110)는 -40℃ ~ 150℃ 사이의 온도 범위에서 온도를 가변하여 웨이퍼(200)의 온도가 제어되도록 한다.
상기 진공 탈포부(120)는 웨이퍼 로딩부(101)의 상부에 스퀴지(300)가 동작하여 웨이퍼(200)의 상부에 형광체 코팅층(220)을 형성하는 영역에 설치되고, 일측에 형성된 습기관(121)을 통해 상기 스퀴지(300)의 동작으로 형광체 용액(220')이 도포되는 과정에서 발생하는 미세 버블(Bubble)을 흡입하여 외부로 배출되도록 한다.
상기 고속 경화부(130)는 스퀴지(300)의 동작으로 형성된 형광체 코팅층(220)으로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하여 상기 형광체 코팅층(220)의 경화속도를 증가시켜 형광체 용액(220')이 퍼지거나 두께가 낮아지는 것을 방지하는 구성으로서, 형광체 코팅층(220)을 형성하는 웨이퍼 로딩부(101)의 상부에 설치되며, 광원부(131)와, 반사부(132)와, 광학계(133)를 포함하여 구성된다.
상기 광원부(131)는 일정 파장의 빛을 발광하는 구성으로서, 램프 또는 LED 중 적어도 하나로 이루어지고, 적외선(IR) 파장 또는 자외선(UV) 파장의 빛을 발광한다.
상기 반사부(132)는 광원부(131)에서 발광된 빛을 반사시켜 형광체 코팅층(220)으로 집광되도록 하는 구성으로서, 바람직하게는 반사갓이다.
상기 광학계(133)는 광원부(131)의 전측에 설치되어 상기 광원부(131)에서 발광된 빛이 확산하며 출력되도록 하여 형광체 코팅층(220)에 전체적으로 균일하게 조사될 수 있게 함으로써, 균일한 경화가 이루어질 수 있게 하며, 바람직하게는 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 광학계이다.
본 실시예에서는 고속 경화부(130)의 광원부(131) 구성을 램프 또는 LED로 설명하였으나, 도 6과 같이 고속 경화부(130')에서 경화용 빛을 출력하는 구성을 레이저 빛을 출력하는 레이저 광원부(131')로 변경하여 실시할 수도 있다.
도 6과 같이, 고속 경화부(130')는 일정 파장의 빛을 증폭시켜 발광하는 레이저 광원부(131')로 구성하고, 상기 레이저 광원부(131')는 청색 파장 또는 적외선 파장을 갖는 레이저 빛을 출력하여 형광체 코팅층(220)이 신속하게 경화될 수 있게 한다.
또한, 상기 레이저 광원부(131')는 좁은 영역에 레이저 빛을 출력하므로, 상기 형광체 코팅층(220)의 상면에서 "A" 방향으로 웨이퍼 로딩부(101)의 길이방향을 따라 스캐닝하듯이 이동하면서 상기 형광체 코팅층(220)에 경화용 레이저 빛이 조사되도록 한다.
상기 스퀴지(300)는 웨이퍼 로딩부(101)의 상면 일측에 설치되어 형광체 용액(220')이 도포되면 상기 웨이퍼 로딩부(101)의 상면을 따라 수평이동하며 웨이퍼(200)의 상면에 일정 두께의 형광체 코팅층(220)이 형성되도록 한다.
다음은 본 발명에 따른 형광체 코팅 장치의 동작 과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
상기 웨이퍼 로딩부(101)는 형광체 코팅층(220)이 형성되는 웨이퍼(200)가 로딩(Loading)되면, 상기 웨이퍼(200)의 평면도(또는 평탄도)와 수평도를 조절하고, 상기 형광체 코팅층(220)이 경화될 때까지 고정되도록 하는 구성으로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진다.
웨이퍼 로딩부(101)의 상부에는 웨이퍼(200)와, 상기 웨이퍼(200)의 두께와 동일한 두께의 웨이퍼 심 플레이트(WaferShim Plate, 102)가 설치되고, 상기 웨이퍼 심 플레이트(102)의 상부에는 스크린 마스크(210)가 설치된다.
상기 웨이퍼(200)가 로딩되면, 웨이퍼(200)의 평면도와 수평도를 보정한 다음 온도 조절부(110)가 동작하여 상기 웨이퍼(200)를 미리 설정된 온도가 되도록 가열 또는 냉각한다.
상기 온도 조절부(110)에 의해 웨이퍼(200)의 온도가 제어되면, 웨이퍼 로딩부(101)의 상부 일측에 형광체 용액(220')이 도포되고, 상기 형광체 용액(220')은 스퀴지(300)가 이동하며 웨이퍼(200)의 상면에 도포되어 형광체 코팅층(220)이 형성되도록 한다.
상기 도포된 형광체 용액(220')은 온도 조절부(110)에 의해 웨이퍼(200)가 미리 설정된 온도를 유지함으로써, 상기 도포된 형광체 용액(220')의 온도 조절이 가능하여 형광체 용액(220')의 점도 제어를 통한 형광체 코팅층(220)이 균일한 두께를 형성할 수 있도록 한다.
상기 스퀴지(300)가 이동하는 동안 또는 이동을 종료한 다음 진공 탈포부(120)가 동작하여 상기 스퀴지(300)의 작동으로 발생되는 형광체 코팅층(220)의 미세 버블을 흡수하여 도포된 형광체 코팅층(220)에서 제거되도록 한다.
상기 스퀴지(300) 동작과 미세 버블의 탈포(脫泡)가 완료되면, 고속 경화부(130)의 광원부(131)가 점등하여 경화용 빛을 발광하고, 광학계(133)에 의해 확산되어 형광체 코팅층(220)에 조사됨으로써, 웨이퍼(200)의 상면에 도포된 형광체 코팅층(220)이 신속하게 경화되도록 하여 균일한 두께를 유지할 수 있게 되고, 스퀴지 코팅시 발생하는 미세 버블을 제거하여 색좌표의 산포와 색온도 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있게 되며, 스퀴지 후 형광체 용액을 고속 경화하여 용액이 번지거나 형광체 코팅층의 두께가 낮아지는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 형광체 코팅 장치
101 : 웨이퍼 로딩부
102 : 웨이퍼 심 플레이트(Shim plate)부
110 : 온도 조절부
120 : 진공 탈포부
121 : 흡기관
130, 130' : 고속 경화부
131 : 광원부
131' : 레이저 광원부
132 : 반사부
133 : 광학계
200 : 웨이퍼
210 : 스크린 마스크
220 : 형광체 코팅층
220' : 형광체 용액
300 : 스퀴지(squeegee)

Claims (11)

  1. 도포된 형광체 용액(220')을 스퀴지(300)가 일정한 속도로 이동하여 웨이퍼(200) 상에 형광체 코팅층(220)을 형성하는 형광체 코팅 장치로서,
    상기 웨이퍼(200)가 로딩되도록 하고, 상기 로딩된 웨이퍼(200)의 평면도와 수평도를 조절하며, 상면에는 상기 로딩되는 웨이퍼(200)의 두께와 동일한 두께의 심 플레이트(102)를 설치한 웨이퍼 로딩부(101);
    상기 웨이퍼 로딩부(101)에 로딩된 웨이퍼(200)가 일정 온도범위에서 가열 또는 냉각되도록 상기 웨이퍼(200)의 온도를 조절하는 온도 조절부(110); 및
    상기 온도가 조절된 웨이퍼(200) 상에 형광체 코팅층(220)을 형성하는 스퀴지(300)를 포함하고,
    상기 스퀴지(300)의 동작으로 형성된 형광체 코팅층(220)으로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하여 상기 형광체 코팅층(220)의 경화속도가 증가되도록 적외선(IR) 또는 자외선(UV) 파장의 빛, 레이저를 통해 증폭된 청색 또는 적외선 파장의 빛 중 어느 하나를 발광하는 광원부(131, 131')와, 상기 광원부(131)에서 발광된 빛이 상기 형광체 코팅층(220)으로 반사되도록 하는 반사부(132)와, 상기 광원부(131)의 전측에 설치되어 상기 광원부(131)에서 발광된 빛이 확산되며 출력되도록 하여 형광체 코팅층(220)에 균일하게 조사될 수 있도록 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 광학계(133)를 구비한 고속 경화부(130, 130')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 코팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부(110)는 웨이퍼 로딩부(101)에 설치한 것을 특징으로 하는 형광체 코팅 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부(110)는 스퀴지(300)가 동작하는 공간을 구획하는 챔버에 설치되어 상기 스퀴지(300)가 동작하는 챔버 내부 공간의 온도가 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 형광체 코팅 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 조절부(110)는 -40℃ ~ 150℃ 사이의 온도 범위에서 온도를 가변하는 것을 특징으로 하는 형광체 코팅 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광체 코팅 장치는 스퀴지(300)가 동작하여 형광체 코팅층(220)이 형성되는 영역에 설치되고, 상기 스퀴지(300)의 동작으로 발생하는 미세 버블을 흡입하여 외부로 배출하는 진공 탈포부(120)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 코팅 장치.
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