KR102077645B1 - 돔을 가진 칩 규모 발광 디바이스 패키지 - Google Patents

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Abstract

발광 디바이스들(LED들)이 구조적 지지를 각각의 LED에게 제공하는 하나 이상의 두꺼운 금속 층들을 가진 웨이퍼 기판 상에서 제조된다. 개개의 LED들 사이의, 스트리트들 또는 레인들은 이 금속을 포함하지 않고, 웨이퍼는 싱귤레이팅된 자가 지지 LED들이 되도록 쉽게 슬라이싱되고/다이싱될 수 있다. 이들 디바이스들은 자가 지지하기 때문에, 별개의 지지 서브마운트가 요구되지 않는다. 싱귤레이션 전에, 추가적 공정들이 웨이퍼 레벨에서 적용될 수 있다; 싱귤레이션 후에, 이들 자가 지지 LED들은 필요에 따라 추가적 공정을 위해 중간 기판 상에 픽 앤 플레이스될 수 있다. 이 발명의 실시예에서, 보호용 광학적 돔들이 웨이퍼 레벨에서 또는 발광 디바이스들이 중간 기판 상에 위치하는 동안 발광 디바이스들 위에 형성된다.

Description

돔을 가진 칩 규모 발광 디바이스 패키지{CHIP SCALE LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE WITH DOME}
본 발명은 발광 디바이스(light emitting device)들의 분야와 관련되고, 특히 광학적 돔(optical dome)들을 가진 칩 규모 발광 디바이스들을 생산하기 위한 방법과 관련된다.
박막 플립 칩 디바이스들을 포함하는 박막 발광 디바이스들이, 통상적으로 시험되고, 싱귤레이팅되고(다이싱되고), 이후 전형적으로 수백 개의 발광 다이를 서브마운트에 부착시키는 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 공정을 통해 서브마운트에 부착된다. 서브마운트는 개개의 발광 다이들, 및 외부 전원이 발광 다이들에 결합되는 것을 허용하는 전기 회로를 지지하기 위해 필요한 구조를 제공한다. 서브마운트는 라미네이션(lamination) 및 캡슐화와 같은 후속 공정들이 서브마운트상의 모든 디바이드들에 대해 동시적으로 적용되는 것을 또한 허용하여, 제조 비용을 상당한 정도로 절감시킨다. 그러한 공정 후에, 마감된 발광 디바이스들을 가진 서브마운트가 후속적으로 슬라이싱되고/다이싱되어("싱귤레이팅되어") 전등에 배치되거나, 인쇄 회로 기판에 부착되거나, 및 등등과 같이 될 수 있는 개개의 발광 디바이스들을 생산하게 된다.
그러나, 서브마운트상에서의 발광 디바이스들의 싱귤레이션은 서브마운트에 의해 제공되는 구조 지지체에 의해 방해를 받는다. 슬라이싱 장치는 서브마운트를 절단할 수 있어야만 하는데, 라미네이션 공정 내내 발광 디바이스들의 그룹을 구조적으로 지지하기에 충분히 두껍고 및/또는 견고한 서브마운트는 비 구조적 기판보다 슬라이싱하기가 더 어렵다.
슬라이싱되어야만 하는 구조적 지지용 서브마운트를 요구하지 않고서 마감된 발광 디바이스들을 제공하는 것이 유리할 것이다.
이러한 관심사들 중 하나 이상을 더 잘 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서, LED들은 구조적 지지를 각각의 LED에게 제공하는 하나 이상의 두꺼운 금속 층들을 가진 웨이퍼 기판상에서 제조된다. 개개의 LED들 사이의 스트리트들(streets) 또는 레인들(lanes)은 이 금속을 포함하지 않고, 웨이퍼는 싱귤레이팅된 자가 지지 LED들이 되도록 쉽게 슬라이싱되고/다이싱될 수 있다. 이들 디바이스들이 자가 지지(self-supporting)하기 때문에, 별개의 지지 서브마운트가 필요하지 않다. 싱귤레이션 전에, 추가적 공정들이 웨이퍼 레벨에서 적용될 수 있다; 싱귤레이션 후에, 이들 자가 지지 LED들이 요구되는 추가적 공정을 위해 중간 기판상에 픽 앤 플레이스될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 보호용 광학적 돔들이 웨이퍼 레벨에서 또는 발광 디바이스들이 중간 기판상에 위치하는 동안 발광 디바이스들 위에 형성된다.
본 발명은 하기 첨부 도면들을 참조하여 예를 드는 식으로 더욱 상세하게 설명된다:
도 1a-1e는 자가 지지 발광 디바이스의 예시적 제조를 도해한다.
도 2a-2b는 웨이퍼 레벨에서의 자가 지지 발광 디바이스들의 예시적 캡슐화들을 도해한다.
도 3a-3e는 중간 기판 상에 위치하는 자가 지지 발광 디바이스들의 예시적 캡슐화들을 도해한다.
도 4a-4f는 자가 지지 발광 디바이스들의 캡슐화들을 형성하기 위한 예시적 몰딩 공정을 도해한다.
도 5는 캡슐화된 자가 지지 발광 디바이스들의 제조를 위한 예시적 흐름도를 도해한다.
도면 전체에 걸쳐서, 동일한 참조 번호들은 유사 또는 대응하는 특징들 또는 기능들을 표시한다. 도면들은 예시적 목적을 위해 포함된 것이고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다.
하기 설명에서, 본 발명의 개념들의 철저한 이해를 제공하기 위해서, 제한이 아닌 설명 목적을 위해 특정한 아키텍처, 인터페이스들, 기법들, 기타 등등과 같은 특정 상세 사항들이 제시된다. 하지만, 본 발명이 이 특정 상세 사항들로부터 벗어나는 기타 실시예들에서 실시될 수도 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 마찬가지로, 이 설명의 텍스트는 도면들에 도해된 바와 같은 예시적 실시예들과 관련된 것일 뿐이고, 명시적으로 청구항들에 기재된 제한들을 넘어서서 청구된 발명을 제한하고자 의도된 것은 아니다. 단순성 및 명료성을 위해, 공지된 디바이스들, 회로들, 및 방법들에 대한 상세한 설명들은 불필요한 상세 사항으로 본 발명의 설명을 모호하게 하지 않기 위해서 생략된다.
도 1a-e는, Alexander Nickel, Jim Lei, Anneli Munkholm, Grigoriy Basin, Sal Akram, 및 Stefano Schiaffino에 의해 2011년 12월 8일에 출원되고, 발명의 명칭이 "FORMING THICK METAL LAYERS ON A SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE"이고, 공동 계류중인 미국 특허 출원 번호 제61/568,297호(Attorney Docket 2011P00972)에 개시된 대로의 자가 지지 발광 디바이스의 예시적 제조를 도해하는데, 이 출원의 내용은 본 명세서에 참조로서 통합된다.
도 1a에 도해된 것과 같이, 발광 구조(20)가 기판(40) 상에 형성된다. 기판(40)은 그 상에 수백 또는 수천 개의 발광 구조가 형성되는 웨이퍼일 수 있다. 발광 구조(20)는, 예를 들어 n형 영역과 p형 영역 사이에 끼어있는 능동 층을 포함할 수 있고, 기판(40)은 사파이어, SiC, Si, GaN, 또는 복합 기판으로 구성될 수 있다. 금속 패드들(84 및 86)은 전기적 콘택트를 n형 및 p형 영역들에게 제공하고 또한 갭(89)에 의해 분리되는데, 이 갭은 유전체, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물, 공기, 또는 주위 기체와 같은 절연 물질로 채워질 수 있다. 수반되는 패드들(84 및 86)을 가진 발광 구조(20)는 본 분야에 공통적인 다양한 기술들 중 임의의 것을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 두꺼운 금속 층들이 패드들(84, 86) 위에 형성된다. 이들 두꺼운 금속 층들의 형성을 용이하게 하기 위해, 두 개의 기저 층(22, 24)이 패드들(84, 86) 위에 형성될 수 있다. 기저 층(22)은 도전성 접착 층일 수 있고, 또한 예를 들어 Ti, W, 및 TiW와 같은 합금들을 포함할 수 있다. 기저 층(24)은 두꺼운 금속 층들이 그 상에 형성될 수 있는 시드 층(seed layer)일 수 있다. 예를 들어, 두꺼운 금속 층들이 구리 도금에 의해 형성된다면, 시드 층(24)은 구리일 수 있다.
추가로 하기에 상술될 것처럼, 기저 층들(22, 24)은 반도체 디바이스들의 웨이퍼의 전체 표면을 도포하도록 형성되고 또한 패드들을 전기적으로 분리하도록 후속적으로 에칭될 수 있거나, 또는 이들은 발광 구조(20)의 영역들을 분리하기 위해 패터닝될 수 있다.
포토레지스트와 같은 제거 가능한 물질(26)이 두꺼운 금속 층들이 그 상에 형성되는 구별 영역들을 제공하기 위해 선택 패턴으로 피착될 수 있다. 도해된 것처럼, 제거가능한 물질은 패드들(84, 86) 간의 갭들(89)과 일치하게 위치할 수 있다. 이 제거가능한 물질은 개개의 발광 구조들(20) 간의 영역들("스트리트들" 또는 "레인들")에 또한 놓여질 수 있다.
도 1b에서, 두꺼운 금속 층들(28, 30)은 제거가능한 물질(26)에 의해 정의되는 영역들에 형성될 수 있다; 도해된 대로 금속 층(28)은 패드(86) 위에 있고, 금속 층(30)은 패드(84) 위에 있다. 이들 층들(28, 30)의 두께는 몇몇 실시예들에서 50 미크론보다 더 크고, 몇몇 실시예들에서 100 미크론보다 더 클 수 있다.
다른 기술은 발광 구조(20)를 지지하고 또한 이들 구조들의 각각의 패드들(84, 86)에게 도전성을 제공하도록 두꺼운 금속 성분들을 형성하는데 이용될 수 있다. 2012년 6월 7일에 Jipu Lei, Stefano Schiaffino, Alexander Nickel, Mooi Guan Ng, Grigoriy Basin, 및 Sal Akram 에 의해 출원되고, 발명의 명칭이 "CHIP SCALE LIGHT EMITTING DEVICE WITH METAL PILLARS IN A MOLDING COMPOUND FORMED AT WAFER LEVEL"인 공동 계류중인 미국 특허 출원 번호 제61/656,691호 (Attorney docket 2012PF00450)이고 그 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 이 출원에는, 패드들(84, 86)상에 다중 기둥을 생성하고 또한 이들 기둥들을 몰딩 화합물에 임베딩하는 것이 개시되어 있다. 기둥들은 기계적 지지 및 도전성을 제공하는 한편, 몰딩 화합물은 기둥 구조에서의 비틀림들을 방지한다.
도전성 기저 층들(22, 24)은 제각기 이들 두꺼운 금속 층들(28, 30)을 패드들(84 및 86)에 전기적으로 결합한다. 선택 사항으로, 기저 층들(22, 24) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 직접적으로 발광 요소(20)에 결합되어, 커넥터 패드 및 기저/시드 층으로서의 이중 역할을 감당한다; 유사하게, 패드들(84 및 86)은 시드 물질을 포함할 수 있어서 기저 층들(22, 24)에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
이 예시적 실시예에서, 도전성 기저 층들(22, 24)은 전체 웨이퍼(40)에 걸쳐서 연장하고, 그러므로 모든 발광 요소들의 모든 패드들(84, 86) 중에서의 도전성 경로를 생성한다.
도 1c에서, 제거가능한 물질(26)이 제거되어, 패드들(84, 86) 사이의 영역들에서 및 웨이퍼 상의 디바이스들 사이의 스트리트들에서 기저 층들(22, 24)을 노출시킨다. 기저 층들(22, 24)의 노출된 영역들은 통상적 에칭에 의해 제거될 수 있어서, 패드들(86, 84)의 꼭대기에 전기적 분리된 두꺼운 금속 영역들(28, 30)을 생성하게 된다.
통상의 기술자는 도전성 기저 층들(22, 24)이 패드들(84, 86)의 꼭대기에만 자리잡도록 패터닝된다면, 제거와 에칭 공정이 수행될 필요가 없다는 것을 인식할 것이다. 마찬가지로, 도전성 베이스 층들(22, 24)을 패터닝하는 것은 발광 요소들의 그룹들 내에서의 접속들을 허용할 수 있다.
도 1d에서, 물질(26)이 제거되었다면, 전기적 절연 물질(33)이 웨이퍼 위에 형성될수 있어서, 두꺼운 금속 영역들(28, 30) 사이의 및 웨이퍼 상의 개개의 발광 디바이스들 사이의 지지를 제공할 수 있다. 이 물질(33)은 반사성일 수 있어서, 이 물질을 향해 지향될 수 있는 광의 흡수를 감소시킨다. 이 물질(33)은 웨이퍼의 전체 표면 위에 도포될 수 있고, 이후 마이크로비드 블라스팅(microbead blasting), 플라이 커팅(fly cutting), 블레이드에 의한 커팅, 또는 화학기계적 연마와 같은 통상적 기술을 이용하여 금속 영역들(28, 30)을 노출시키도록 평탄화되거나 에칭될 수 있다. 층들(22, 24)이 패터닝되었고 물질(26)이 제거될 필요가 없었다면, 물질(26)이 도해된 물질(33)을 형성한다.
도 1d에 도해된 것과 같이, 금속 콘택트 패드들(36, 38)이, 예를 들어 리플로 납땜(reflow soldering)에 의해 PC 기판과 같은 구조에의 접속을 용이하게 하기 위해 두꺼운 금속 층들(28, 30) 상에 형성될 수 있다. 콘택트 패드들(36, 38)은 예를 들어 금 마이크로범프들 또는 땜납일 수 있고, 예를 들어 도금 또는 스크린 프린팅을 포함하여 임의의 적절한 기술에 의해 형성될 수 있다.
기판(40)은 제거될 수 있어서, 디바이스(100)가 패드들(36, 38)을 통해 외부에서 전력을 공급받을 때 광이 그로부터 방출될 발광 구조(20)의 표면을 노출시킨다. 발광 구조(20)의 발광 표면은 광 추출을 개선하기 위해 거칠게 될 수 있으며, 그에 의해 광 출력 효율을 향상시킨다. 대안적으로, 기판(40)은 발광 구조(20)에 의해 방출되는 광에 투명할 수 있고, 그 자리에 남아 있을 수 있다. 기판(40)은 발광 구조(20)로부터 기판(40) 내로의 광의 추출을 용이하게 하는 특징들을 포함할 수 있다; 예를 들어, 기판(40)은 발광 구조(20)가 그 상에서 성장되는 패터닝된 사파이어 기판(patterned sapphire substrate: PSS)일 수 있다.
도 1e에 도해된 것과 같이, 개개의 디바이스들(100)은, 예를 들어 레이저 스크라이빙 및 다이싱을 이용하여 싱귤레이팅될 수 있다. 특히 주목할 점은, 두꺼운 금속 영역들(28, 30)이 디바이스들(100) 간의 스트리트들 내로 연장하지 않기 때문에, 통상의 반도체 다이싱 기술이 이용될 수 있다는 것이다.
기판(40)이 제거될 때, 각각의 개개의 디바이스(100)는 후속 공정을 위해 자가 지지하기에, 특히 도 2a-2b, 도 3a-3e, 및 도 4a-4e에 도해된 것과 같이 투명한 돔과 같은 보호용 광학적 물질에 의한 디바이스(100)의 캡슐화 동안 자가 지지하기에 충분한 구조적 무결성을 가질 것이다.
도 2a-2b는 웨이퍼 레벨에서의 자가 지지 발광 디바이스들의 예시적 캡슐화들을 도해한다. 이들 및 후속하는 도면들에서, 발광 요소(20), 두꺼운 금속 층(28, 30), 절연 물질(33), 및 패드들(84, 86)의 각각의 자가 지지 구조는 발광 디바이스(100)로서 참조된다.
도 2a는 이들 디바이스들(100)이 웨이퍼 레벨에 있는 동안; 즉, 두꺼운 금속 층들(28, 30)을 가진 병행적으로 형성된 발광 요소들(20)이 서로로부터 분리되기 전에, 발광 디바이스들(100) 위의 반구형 돔들(210)의 예시적 형성을 도해한다. 이들 돔들(210)은 발광 디바이스들에게 보호를 제공할 뿐만 아니라 발광 디바이스(100)에 의해 산출되는 광의, 각각의 돔(210) 외부의 영역들에의 광학적 결합을 제공하도록 의도된 것이다. 몇몇 실시예들에서, 돔들은 투명 에폭시, 실리콘, 유리, 또는 발광 디바이스와 돔(210) 외부의 영역들 사이의 광학적 결합을 제공하는 다른 물질을 이용하여 형성된다. 몇몇 실시예들에서, 돔(210)을 포함하는 물질은, 발광 디바이스(100)로부터 방출되는 광의 일부 또는 전부를 상이한 파장(색)으로 변환하는, 인광체(phosphor)들과 같은 하나 이상의 파장 변환 물질들을 포함한다. 기타 실시예들에서, 파장 변환 물질의 층은 돔들(210)이 형성되기 전에 발광 요소들(20) 상에 형성될 수 있다. 돔(210)은, 파장 변환 물질의 겉보기 색(apparent color)을 변경하는 것과 같이, 상이한 광학적 또는 다른 기능들을 제공하는 물질들로 된 다중 층을 또한 포함할 수 있다.
이들 돔들(210)의 형성이 발광 요소들(100)을 포함하는 웨이퍼 위에서의 렌즈들의 '인 시투(in-situ)' 몰딩에 대해 매우 적합하기는 하지만 - 여기서 돔들(210)의 물질은 유체 형태로 피착되고, 이후 몰드 내에서 경화됨 -, 이들 돔들을 형성하기 위한 다른 기술이 통상의 기술자에 이용 가능하다. 예를 들어, 미리 형성된(사전 몰딩된) 인접한 돔들(210)의 시트들이 형성되고, 이후 정렬되어 발광 요소들(100)을 포함하는 웨이퍼에 부착될 수 있다.
이들 반구형 돔들(210)을 형성한 후, 광학적 돔들(210)을 가진 개개의 발광 디바이스들(100)은, 예를 들어, 발광 요소들(20) 사이의 절연 물질(33), 및 이들 스트리트들/레인들을 따라 있는 임의의 잉여 몰딩된 물질(210)을 포함하는 물질들에 의존하여, 기계적 소잉 또는 커팅, 레이저 커팅, 및 등등을 포함하는, 통상적 슬라이싱/다이싱 기술을 이용하여 표시된 커팅 라인들(220)을 따라 싱귤레이팅될 수 있다.
앞서 주목한 대로, 지지 제공용 두꺼운 금속 층들(28, 30)이 개개의 디바이스들(100)을 분리하는 스트리트/레인들 내로 연장하지 않기 때문에, 디바이스들(100)을 싱귤레이팅하는데 사용되는 공정 및 도구들은, 구조적으로 지지하는 서브마운트들상의 디바이스들을 싱귤레이팅할 때 종래의 공정들 및 도구들이 경험하는 기계적 마모 및 응력을 경험하지 않는다.
도 2b는 발광 디바이스들(100)을 캡슐화하는 돔의 예시적 대안 형상(212)을 도해한다. 이 예에서, 돔(212)은 프로필에 있어서 사다리꼴이고, 도 2a의 반구형 돔(210)과 비교하여, 일반적으로 더 시준된 광 출력을 제공할 것이다. 전형적으로, 다른 3차원 형상들이 각뿔대 및 다른 것들을 포함하여 사다리꼴 프로파일을 제공할 수 있기는 하지만, 돔(212)의 프로필은 원뿔대 형상의 렌즈에 대응한다. 돔들(212)을 형성하는데 이용되는 공정들 및 물질들은 돔들(210)을 형성하는데 이용된 전술한 공정들 및 물질들과 유사하다.
통상의 기술자는 캡슐화 돔이, 각각이 상이한 광학적 특성들을 갖는, 다양한 형상들 중 임의의 것일 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 프레넬 렌즈가 발광 디바이스(100)로부터 출력되는 광을 추가로 시준하기 위해 각각의 발광 디바이스(100) 위에 몰딩될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 측 지향 렌즈(side-directing lens)가 각각의 발광 디바이스(100) 위에 형성되어 디바이스(100)의 발광 표면의 평면과 실질적으로 직교하는 광 출력을 제공할 수 있다. 통상의 기술자는 다양한 광학적 효과들 중 임의의 것이 발광 디바이스(100) 위에 형성되는 돔들의 형성에 있어서 달성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
몇몇 응용들에서, 웨이퍼 레벨에서의 각각의 발광 요소들(100)의 광학적 캡슐화의 형성은 가능하지 않을 수 있다. 몇몇 응용들에서, 광학적 캡슐체(210, 212)를 발광 요소들(100)의 웨이퍼 레벨 세트와 정렬하는데 요구되는 정밀도는 발광 디바이스 생산자의 능력 또는 비용 예상을 초과할 수 있다. 다른 응용들에서, 요망된 광 출력 특성들은 웨이퍼상의 각각의 발광 디바이스(100)와 연관되는 제한된 면적에서 성취 가능하지 않을 수 있다.
그와 같은 응용들 및 다른 것에서, 캡슐화 광학적 돔의 형성을 위한 디바이스당 더 큰 면적을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그에 따라서, 자가 지지 디바이스들(100)은 웨이퍼로부터 싱귤레이팅될 수 있고, 이후 여분의 면적을 제공하는 중간 기판상에 자리잡을 수 있다.
도 3a-3e는 통상적 다이싱 테이프와 같은 중간 기판(301) 상에 위치되는 자가 지지 발광 디바이스들(100)의 예시적 캡슐화들을 도해한다.
도 3a의 예에서, 각각의 발광 디바이스(100)를 캡슐화하는 돔들(310)은, 기판(301) 상의 복수의 디바이스(100)의 동시적 매스 몰딩(concurrent mass molding)의 결과, 또는 기판(301) 상의 복수의 디바이스(100) 상의 성형 요소들(310)의 미리 형성된 시트의 피착과 같은, 연속 성형된 막의 부분이다. 대안적으로, 디바이스들(100)은 각각의 발광 디바이스 주위에서 성분들(310)의 형성을 용이하게 하기 위해 적절히 이격되어 이동 가능 기판(301) 위에 위치되고, 또한 조립 라인 방식에서의 캡슐화 장치를 통과해 나아갈 수 있다. 그러한 장치는 각각의 디바이스(100)에 대하여 급속 경화성 슬러리의 몰드를 광학적 성분(310)으로서 피착하거나, 또는 각각의 디바이스(100)에 대해 미리 형성된 돔을 광학적 성분(310)으로서 붙일(affix) 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 캡슐화된 디바이스(100)의 광 출력 효율을 향상시키기 위해, 반사 층(330)이 각각의 돔(310)의 바닥면에 피착될 수 있다. 이 반사 층(330)은, 그렇지 않았더라면 돔(310)의 바닥을 통하여 탈출하였을 임의의 광을, 이 예에서는 돔(310)의 상부 반구형 표면인 요망 광 출력 표면을 향해 되돌려 반사한다.
돔(210)에 의해 그런 것처럼, 돔(310)(및 후속적으로 설명되는 돔들(312-318) 및 (450))은 상술한 대로 다양한 형상들 중 임의의 것에서 다양한 물질들 중 임의의 것을 포함할 수 있다
도 3b-3e는 디바이스들(100) 위의 돔들로서 형성될 수 있는 다양한 형상들을 도해한다. 유일한 요소로서 예시되기는 하였지만, 디바이스들(100) 위에서의 특정 형상들의 형성은, 디바이스들(100)이 중간 기판(301)(도 3b-3e에 도해되지 않음) 상에 있었을 동안에 양호하게는 일어났을 것이다.
도 3b는 흔히 원뿔대 형상과 연관되는, 돔(312)에 대한 사다리꼴 프로필을 도해한다. 도해된 것처럼, 반사 층(330)은 디바이스(100)를 넘어서서 오버행 표면 주위로 연장한다.
도 3c는 흔히 광학적 캡슐화에 대한 원통 형상 또는 입방 모양과 연관되는, 돔(314)에 대한 사각형 프로필을 도해한다.
도 3d는, 상부를 향하여 감소하는 반경을 가진 원통 형상 또는 만곡된 상위 모서리들 또는 에지들을 가진 입방 형성에 대응할 수 있는, 돔(316)에 대한 '절단된 탄환' 프로필을 도해한다.
도 3c 및 도 3d의 프로필들의 장점은, 이들이 인쇄회로기판 또는 디바이스(100)가 부착되고 있는 다른 유형의 고정 기구상에서의 디바이스(100)의 후속적 취급, 배치, 및 정렬을 용이하게 하는 평탄 수직 세그먼트(314A 및 316A)를 제공한다는 점이다.
통상의 기술자는 캡슐화 돔의 형상이 본 발명의 원리에 대해 실질적인 중요성이 없고, 또한 캡슐화 디바이스(100)의 의도된 응용에 의존한다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 3e는 특정 장점들을 달성하기 위한 특징 형상들의 조합을 도해한다. 앞서 주목한 바와 같이, 평탄 수직 표면들(318A)은 캡슐화된 디바이스(100)의 취급, 배치, 및 정렬을 용이하게 하고, 흔히 원뿔대 형상과 연관되는 사다리꼴 프로필(318B)은 흔한 반구형 프로필보다 더 시준된 광 출력을 공급한다.
도 4a-4e는, 각각의 발광 디바이스(100) 위의 광학적 성분들을 형성하는 상부 몰드(420)와 매칭되는 하부 몰드(410)를 형성하는 중간 기판 상에 탑재되는 자가 지지 발광 디바이스들(100)의 캡슐화들을 형성하기 위한 예시적 몰딩 공정을 도해한다.
도 4a에 도해된 것과 같이, 몰드(410)는 자가 지지 디바이스들(100)이 그 내에 놓이게 될 수 있는 웰들(415)을 포함한다. 양호하게는, 디바이스들(100)은 웨이퍼 상에 위치하는 동안 시험되고, 적절히 기능하는 디바이스들(100)만이 몰드(410)의 웰들(415) 내에 놓여질 것이다. 웰들(415)이 디바이스들(100)을 수용하도록 그 형상이 만들어지고 또한 디바이스들(100)이 이들 웰들(415) 내에 놓여질 때 자가 지지하기 때문에, 디바이스들(100)을 몰드(410)에 접착시키거나 또는 다른 식으로 웰들(415)에서 디바이스들의 이 배치를 지지하기 위한 어떤 필요도 없고, 그에 따라 몰드(410)에 대해 디바이스들(100)을 부착하고 분리하는 데 드는 비용을 회피하게 된다.
대응하는 몰드(420)가 몰드(410)와 정렬되고, 또한 특정한 형상의 캡슐화 광학적 성분, 이 경우에는 반구형 프로파일을 갖는 성분(도 4b-4e의 (450))의 형성을 허용하도록 형상이 만들어진다. 몰드(420)는, 캡슐화 광학 성분을 형성하는 물질(도 4b의 (450))이 기판(410)과 몰드(420) 사이의 공간 내에 놓이기 전에 또는 놓인 후에, 몰드(410)에 결합된다. 그 후에, 캡슐화 물질(450)이 통상의 기술을 이용하여 경화되고/안착된다.
선택 사항으로, 반사 코팅이 캡슐화 물질(450)의 바닥면에 피착될 것이라면 및 캡술화 물질이 안착한 후에, 몰드(410)는 도 4b에 도해된 것과 같이 제거될 수 있어서, 캡슐화 물질(450)의 바닥면을 노출시킨다. 도 4c에 도해된 것과 같이, 몰드(410) 또는 유사한 몰드는 끈적끈적한 반사 코팅(460)으로 코팅되고, 이후 발광 디바이스들(100) 사이에 남겨진 갭들 내로 재삽입될 수 있어서, 도 4d에 도해된 것과 같이, 물질(450)의 바닥면을 이 반사 코팅(460)으로 코팅하게 된다. 몰드(410)는, 반사 코팅(460)이 몰드(410)로부터 릴리스되어 물질(450)의 바닥면에 남아 있는 것을 보장하기 위해, 적절히 코팅되거나 또는 다른 식으로 준비될 수 있다.
도 4e에서, 몰드들(410, 420)은 (반사 코팅이 캡슐화 물질(450)의 바닥면에 피착되는지의 여부에 의존하여, 도 4b 또는 도 4d에 도해된 단계 후에) 제거될 수 있다. 몰드들(410, 420)을 제거하는 것은 발광 디바이스들(100) 간의 몰드들(410, 420)에 의해 생성되었던 영역들/스트리트들/레인들(이하에서 '스트리트들')을 노출시킨다. 선택 사항으로, 발광 디바이스들(100)을 싱귤레이팅하는데 사용된 기술에 의존하여, 몰드(410)는 제자리에 유지되어, 싱귤레이션 공정에 대해 이들 스트리트들에서의 지지 표면을 제공할 수 있다.
기계적 소잉 또는 커팅, 레이저 커팅, 에칭, 및 기타 등등을 포함하는 임의의 다양한 기술이 디바이스들(100)을 싱귤레이팅하거나 다이싱하는 데에 사용될 수 있다. 싱귤레이션이 스트리트에서의 임의의 잉여 캡슐화 물질(450), 및 선택 사항으로는 피착된 반사 코팅(460)을 절단하는 것만을 요구하므로, 싱귤레이팅 장치상에서의 응력 및 마모는 최소화될 것이다. 싱귤레이션 시에, 선택 사항인 반사 오버행들(460)을 가진 개개의 캡슐화된(450) 자가 지지 디바이스들(100)이 도 4f에 도해된 대로 제공된다.
도 5는 캡슐화된 자가 지지 발광 디바이스들의 제조를 위한 예시적 흐름도를 설명한다.
510에서, 통상의 발광 구조가 이 구조의 동일 표면상의 N 및 P 콘택트들을 가지며 형성된다.
이들 N 및 P 콘택트들 상에, 두꺼운 금속 층이, 형성된 층들 사이의 절연 물질을 가지면서 530에서 형성된다. 필요한 경우 시드 층이, 520에서, 두꺼운 금속 층의 형성을 용이하게 하기 위해 N 및 P 콘택트들에 피착된다.
두꺼운 금속 층은 임의의 전기적 도전성 물질, 및 바람직하게는 발광 구조에 의해 발생되는 열을 소산시키기 위해 높은 열 전도율을 나타내는 물질을 포함할 수 있다. 적절한 물질들은, 예를 들어 구리, 니켈, 금, 팔라듐, 니켈-구리 합금, 또는 다른 금속들과 합금들을 포함한다.
540에서, 패드들이 발광 디바이스(100)에의 외부 접속을 용이하게 하기 위해 이들 두꺼운 금속 기둥들 상에 형성된다. 두꺼운 금속 층들을 형성하기 위해 이용되는 물질에 의존하여, 패드들은 금속층들 사이의 전술한 절연 물질을 넘어서는 패드들의 연장일 수 있거나, 또는 이들은 금과 같은 비 산화 물질을 외부 콘택트들로서 제공하라는 요구와 같은 특정 요구들을 충족시키기 위해 선택되는 물질일 수 있다. 각각의 패드는, 디바이스에 대한 특정 응용의 치수 요구들에 의존하여, 대응하는 두꺼운 금속 층의 표면적보다 더 크거나 더 작은 표면적을 차지할 수 있다.
디바이스의 요망 캡슐화가 웨이퍼 레벨에서 이용 가능한 치수들을 초과하면, 디바이스들은 550에서 싱귤레이팅되고 중간 기판 상에 놓일 수 있다.
560에서, 디바이스들은, 웨이퍼 상에 또는 중간 기판 상에 있는 동안 캡슐화된다. 캡슐화 후에, 앞서 상술한 것처럼, 디바이스들은 570에서 싱귤레이팅된다. 특히 주목할 점은, 캡슐화가 웨이퍼 또는 중간 기판 상에서 일어나는지에 상관없이, 싱귤레이션은 지지용 서브마운트를 통한 슬라이싱/다이싱을 필요로 하지 않으며, 그에 의해 싱귤레이션을 수행하는데 사용되는 장치에 대한 응력 및 마모를 실질적으로 감소시킨다.
본 발명이 도면들 및 상기 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 제한이 아닌 예시 또는 사례로 간주되어야 한다; 본 발명은 개시된 실시예들로만 한정되지는 않는다.
예를 들어, 캡슐화가 한 그룹의 발광 디바이스들 위의 미리 형성된 시트를 중간 기판 상에 피착하는 것을 포함하고, 한 그룹의 발광 디바이스들이 공통 발광 특성에 기초하여 선택되고, 및 미리 형성된 시트가 이 공통 발광 특성에 기초하여 선택되는 실시예에서 본 발명을 작동시키는 것이 가능하다. Haryanto Chandra에게2008년 7월 3일자로 허여되고, 발명의 명칭이 "Laminating Encapsulant Film Containing Phosphor Over LEDs"인 미국 특허 제7,344,952호에는 서브마운트 상의 발광 디바이스들의 세트에 인광체 막을 라미네이팅하기 위한 기법이 개시되어 있는데, 이 특허의 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다. 다양한 인광체 막들이 변화하는 파장 변환 속성을 가지며 미리 형성된다. 발광 다이들이 이들의 광 출력 특성들에 기초하여 시험되고 소팅('비닝(binned)')되고, 비슷한 특성들을 갖는 다이들이 서브마운트에 부착된다. 그 후에, 특정 인광체 막이 비슷한 특성들을 가진 서브마운트의 다이들에 피착되기 위해 선택되어서, 발광 다이들의 특정 광 방출과 선택된 인광체 막의 파장 변환의 조합이 요망 복합 광 출력을 제공하도록 된다. 한 그룹의 유사하게 실행하는 발광 다이들과 이 그룹의 특정 특성들에 기초하여 선택되는 인광체 조성물을 짝지움으로써, 복합 광 출력의 편차가 실질적으로 감소된다.
또한, 예시적 실시예들이 각각의 N과 P 콘택트들 위에 단일의 두꺼운 금속 층을 예시하기는 하였지만, Jipu Lei 등등의 상기 참조된 공동 계류 출원에 개시된 것처럼, 통상의 기술자는 이 두꺼운 금속 층이 복수의 개개의 두꺼운 금속 기둥을 포함할 수 있고, 또한 N과 P 콘택트들에 결합되지 않은 다른 두꺼운 금속 층들이 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변형들이 도면들, 명세서, 및 첨부된 청구항들의 숙지로부터, 청구된 발명을 실시하는 통상이 기술자에 의해 이해되고 영향받을 수 있을 것이다. 청구항들에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 아니하며, 부정 관사 "일(a)" 또는 "일(an)"은 복수를 배제하지 않는다. 소정 수단들이 서로 다른 종속 청구항들에 기재되어 있다는 단순 사실이, 이들 수단들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지는 않는다. 청구항들 내의 임의의 참조 부호들은 범위를 한정하는 것으로서 해석해서는 안 될 것이다.

Claims (24)

  1. 방법으로서:
    제1 기판 상에 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 형성하는 단계 - 각각의 자가 지지 발광 디바이스는, 각각의 자가 지지 발광 디바이스가 자가 지지하는 것이 가능하도록 적어도 50 미크론의 두께를 갖는 금속 층들을 포함함 -;
    상기 제1 기판을 제거하는 단계;
    상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 싱귤레이팅하는 단계;
    발광 디바이스들을 중간 기판에 부착하지 않고서, 상기 중간 기판의 웰(well)들 내에 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 배치하는 단계;
    복수의 캡슐화된 자가 지지 발광 디바이스를 형성하기 위해 상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 캡슐화하는 단계;
    상기 중간 기판을 제거하는 단계; 및
    개개의 캡슐화된 자가 지지 발광 디바이스를 제공하기 위해 상기 복수의 캡슐화된 자가 지지 발광 디바이스를 싱귤레이팅하는 단계
    를 포함하는 방법.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 배치하는 단계는 공통 발광 특성에 기초하여 상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 선택하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캡슐화하는 단계는 상기 공통 발광 특성에 기초하여 미리 형성된 시트를 선택하는 단계, 및 상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스 위에 상기 미리 형성된 시트를 피착하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화하는 단계는 각각의 자가 지지 발광 디바이스 위에 에폭시, 실리콘, 및 유리 중 적어도 하나의 것의 캡슐화 구조를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자가 지지 발광 디바이스와 상기 캡슐화 구조 사이에 파장 변환 물질의 층을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화하는 단계는 각각의 자가 지지 발광 디바이스 위에 파장 변환 물질을 포함하는 구조를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화하는 단계는 상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스 위에 미리 형성된 시트를 피착하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 자가 지지 발광 디바이스를 캡슐화하는 단계는 복수의 반구형 돔을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
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  21. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화하는 단계는 상기 자가 지지 발광 디바이스들 간에서 연장하는 캡슐화 물질을 피착하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수의 캡슐화된 자가 지지 발광 디바이스를 싱귤레이팅하기 전에 상기 자가 지지 발광 디바이스들 간의 상기 캡슐화 물질에 반사 물질을 피착하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 반사 물질을 피착하는 단계는 상기 반사 물질을 몰드상에 배치하고, 이후 상기 몰드를 상기 캡슐화 물질에 피착하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 중간 기판은 상기 몰드인 방법.
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