KR20110130847A - Ｌｅｄ 패키지용 렌즈 제조 방법 - Google Patents

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KR20110130847A
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김학환
백호선
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법은, 복수의 LED 소자 영역을 갖는 LED 패키지용 웨이퍼를 제공하는 단계; 각각의 상기 복수의 LED 소자 영역에 형성될 렌즈 형상에 대응하는 오목부를 갖는 몰드를 준비하는 단계; 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름(release film)을 상기 몰드의 오목부에 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 오목부와 반대하는 방향을 향하도록 상기 릴리즈 필름을 배치하는 단계; 및 상기 몰드와 릴리즈 필름를 사용하여 액상의 렌즈 물질로 상기 LED 패키지용 웨이퍼의 각각의 LED 소자 영역 상에 렌즈를 몰딩하여, 상기 몰딩된 렌즈의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 패키지용 렌즈 제조 방법{Method of manufacturing lens for LED package}
본 발명은 LED 패키지용 렌즈를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 렌즈에 미세한 표면 패턴을 용이하게 형성할 수 있고, 기판이나 웨이퍼 상에서 다수의 LED 패키지용 렌즈를 일괄하여 제작할 수 있는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법에 관한 것이다.
최근 친환경 고효율 발광 소자로서 LED(Light Emitting Diode)가 주목을 받고 있다. 이러한 LED는 패키지 형태로 사용되는데, LED 패키지는 출력광의 각도를 넓히거나 줄이기 위해 또는 원하는 특정 방향의 출력광을 얻거나 원하는 패턴의 빛을 방출시키기 위해 상부에 렌즈를 구비할 수 있다. 기판에 실장된 LED 소자 위에 미리 제조된 특정 형상의 렌즈를 탑재 또는 접합하여 렌즈를 구비한 LED 패키지를 얻을 수 있다. 예를 들어, 단품 실리콘 렌즈를 접착력이 강한 실리콘을 이용하여 개별 LED 패키지에 접착하는 방식이 사용될 수 있다.
또한, 고방열, 고신뢰성을 갖는 LED 패키지 제품, 예를 들어 히트슬러그(heat slug)를 포함한 패키지, 혹은 형광체를 위한 캐비티(cavity)가 없는 시트(sheet) 형태의 고방열 PCB나 세라믹 기판에 LED 칩을 직접 장착하는 형태의 패키지가 개발 및 제조되고 있다. 이러한 형태의 LED 패키지를 제작하기 위해서, 패키지 위에 렌즈를 직접 몰딩할 수 있다. 저가의 소형 LED 패키지에 대한 필요성이 높아지면서 LED 패키징 공정의 간소화가 요구되고 있다. 이러한 필요성에 의해서 웨이퍼 레벨로 LED 패키지를 일괄 제조하는 기술이 제안되고 있다. 특히 웨이퍼 레벨로 칩 스케일의 패키지를 제작하는 것은, 패키징 공정의 단순화와 패키징 공정 원가 저하에 기여할 것으로 여겨진다. 칩 스케일의 LED 패키지에 있어서, 소형화된 렌즈를 통해 광추출 효율을 극대화할 필요가 있고, 재현성 있는 렌즈 제작 공정이 필요하다.
본 발명의 실시예는 광추출 효율을 높일 수 있는 렌즈를 몰딩을 통해 효과적으로 재현성 있게 제작할 수 있는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법은, 복수의 LED 소자 영역을 갖는 LED 패키지용 웨이퍼를 제공하는 단계; 각각의 상기 복수의 LED 소자 영역에 형성될 렌즈 형상에 대응하는 오목부를 갖는 몰드를 준비하는 단계; 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름(release film)을 상기 몰드의 오목부에 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 오목부와 반대하는 방향을 향하도록 상기 릴리즈 필름을 배치하는 단계; 및 상기 몰드와 릴리즈 필름를 사용하여 액상의 렌즈 물질로 상기 LED 패키지용 웨이퍼의 각각의 LED 소자 영역 상에 렌즈를 몰딩하여, 상기 몰딩된 렌즈의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 렌즈를 몰딩하는 단계는, 상기 몰드와 LED 패키지용 웨이퍼 사이에 액상 렌즈 물질을 배치하고 상기 몰드와 액상 렌즈 물질 사이에 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름을 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 액상 렌즈 물질을 향하도록 배치한 상태에서, 상기 몰드와 LED 패키지용 웨이퍼를 서로 가압하여 상기 복수의 LED 소자 영역을 상기 액상 렌즈 물질에 접하게 하고 상기 액상 렌즈 물질을 압박하는 단계; 상기 액상 렌즈 물질을 경화하는 단계; 및 상기 LED 패키지용 웨이퍼를 상기 몰드로부터 제거하여, 상기 경화된 렌즈 물질로부터 형성되며 표면에 요철 패턴을 갖는 렌즈가 상기 각 LED 소자 영역 상에 배치되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 LED 패키지용 웨이퍼를 제공하는 단계는, 복수의 LED 소자 영역의 발광층을 포함하는 반도체 웨이퍼와 본딩용 기판을 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 몰딩된 렌즈의 표면 상에 형성되는 요철 패턴은 주름진 표면 텍스쳐(corrugated surface texture)를 포함할 수 있다.
상기 렌즈를 몰딩한 후에, 각각 렌즈가 형성된 복수개의 칩 레벨 LED 패키지를 얻도록 상기 LED 패키지용 웨이퍼를 개별 LED 소자 영역 별로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법은, 상면에 복수의 LED 칩이 실장되어 복수의 LED 패키지 영역을 형성하는 LED 패키지용 몸체 기판을 제공하는 단계; 각각의 상기 복수의 LED 패키지 영역에 형성될 렌즈 형상에 대응하는 오목부를 갖는 몰드를 준비하는 단계; 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름(release film)을 상기 몰드의 오목부에 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 오목부와 반대하는 방향을 향하도록 상기 릴리즈 필름을 배치하는 단계; 및 상기 몰드와 릴리즈 필름을 사용하여 액상의 렌즈 물질로 상기 LED 패키지용 몸체 기판의 각각의 LED 패키지 영역 상에 렌즈를 몰딩하여, 상기 몰딩된 렌즈의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 렌즈를 몰딩하는 단계는, 상기 몰드와 LED 패키지용 몸체 기판 사이에 액상 렌즈 물질을 배치하고 상기 몰드와 액상 렌즈 물질 사이에 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름을 배치하되, 상기 요철 패턴이 상기 액상 렌즈 물질을 향하도록 배치한 상태에서, 상기 몰드와 LED 패키지용 몸체 기판을 서로 가압하여 상기 복수의 LED 칩을 상기 액상 렌즈 물질에 삽입하고 상기 액상 렌즈 물질을 압박하는 단계; 상기 액상 렌즈 물질을 경화하는 단계; 및 상기 LED 패키지용 몸체 기판을 상기 몰드로부터 제거하여, 상기 경화된 렌즈 물질로부터 형성되며 표면에 요철 패턴을 갖는 렌즈가 상기 각 LED 패키지 영역 상에 배치되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 LED 패키지용 몸체 기판을 제공하는 단계는, 복수의 LED 칩을 상기 몸체 기판 상에 본딩하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 LED 패키지용 몸체 기판을 제공하는 단계는, 복수의 LED 칩을 상기 몸체 기판 상에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 표면에 미세한 요철 패턴을 갖는 LED 패키지용 렌즈를 일괄적으로 용이하게 제작할 수 있다. 렌즈 제작후 개별 패키지 단품으로 절단(sigulation)함으로써 다수의 LED 패키지를 동시에 얻을 수 있게 된다. 릴리즈 필름의 두께로 인한 미세한 표면 요철 패턴 제작의 어려움을 제거할 수 있고, 표면 요철 패턴을 갖는 렌즈 어레이를 제현성 있게 제작할 수 있다. 또한 금형 등의 몰드에 미세 패턴을 형성할 필요가 없어 몰드 제작이 간소화되고 용이하게 된다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 도 3에 도시된 LED 패키지들의 어레이를 개별화하여 얻어진 단일 LED 패키지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법이 적용될 수 있는 웨이퍼 레벨의 LED 패키지 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 비교예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법이 적용될 수 있는 LED 패키지 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 본 실시예의 LED 패키지용 렌즈 제조 방법은 특히, 웨이퍼 레벨의 칩 스케일 LED 패키지를 제조하는 데에 유용하게 적용될 수 있다(도 5 참조).
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 소자 영역을 갖는 LED 패키지용 웨이퍼(10)를 준비한다. 이 LED 패키지용 웨이퍼(10)는, 발광층을 포함하는 반도체 웨이퍼(12)와 이 반도체 웨이퍼(12)에 접합된 본딩용 기판(11)을 포함할 수 있다. 반도체 웨이퍼(12)는 예를 들어, 에픽택셜 성장을 통해 형성된 GaN 등의 3족 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 이 반도체 웨이퍼는 패브리케이션 공정을 거친 것으로서, 다수의 LED 소자 영역을 포함한다. 도면에는 개별 LED 소자 영역의 경계 부분이 편의상 점선으로 표시되어 있다. LED 패키지용 웨이퍼(10)는 LED 소자 영역을 덮는 형광체층을 포함할 수도 있다. 본딩용 기판(11)으로는, 예를 들어, Si, Al, AlN, ZnO, 세라믹 등의 전도성 또는 비전도성 기판이 사용될 수 있다. 이러한 본딩용 기판(11)과 반도체 웨이퍼(12)는 웨이퍼 본딩 공정을 통해 서로 접합될 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 웨이퍼(10)의 각 LED 소자 영역에 형성될 렌즈의 형상에 대응하는 오목부(16a)를 갖는 몰드(16)를 준비한다. 이 몰드(16)는 금형과 같이 금속 물질로 제조될 수 있으며, 몰드(16)의 오목부(16a)는 예를 들어 돔(dome) 형상 기타 제조하고자 하는 렌즈 형상에 대응하는 형상을 갖는다.
또한, 도 1을 참조하면, 몰드(16)에 의한 후속의 렌즈 몰딩 공정 후 몰드를 렌즈 물질로부터 떼어내는 것을 용이하게 몰드를 떼어낼때 렌즈 표면에 손상을 주지 않도록 하기 위해 릴리즈 필름(release film: 14)을 준비한다. 이 릴리즈 필름(14)은, 도시된 바와 같이 그 일면이 요철 패턴(14a)을 갖는다. 이 요철 패턴(14a)은 후속의 렌즈 몰딩 공정시 렌즈 표면에 전사되도록 하기 위해 릴리즈 필름(14)의 일면에 형성되는 것이다. 도시된 바와 같이, 릴리즈 필름(14)은 요철 패턴(14a)이 형성된 일면이 몰드(16)의 오목부와 반대하는 방향을 향상도록 배치된다.
렌즈 몰딩 공정에 사용되는 액상의 렌즈 물질(13)은 릴리즈 필름(14)과 LED 패키지용 웨이퍼(10) 사이에 배치된다. 예를 들어, 릴리즈 필름(14)을 몰드(16)의 오목부(16a)에 배치 또는 부착하거나 릴리즈 플름(14)을 몰드(16)의 오목부(16a)에 형성한 후, 액상의 렌즈 물질(13)을 몰드(16)의 오목부(16a)에 채워 넣을 수 있다. 또 다른 방안으로서, 액상의 렌즈 물질(13)을 LED 패키지용 웨이퍼(10) 상에 주입할 수도 있다. 액상의 렌즈 물질(13)로는 예를 들어, 실리콘 수지와 같은 투명한 액상 수지 물질이 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상술한 몰드(16)와 릴리즈 필름을 사용하여 액상의 렌즈 물질(13)로 LED 패키지용 웨이퍼(10)의 각 LED 소자 영역 상에 렌즈를 몰딩한다. 더 구체적으로 말하면, 몰드(16)와 LED 패키지용 웨이퍼(10) 사이에 액상의 렌즈 물질(13)을 배치하고 몰드(16)와 액상 렌즈 물질 사이에 릴리즈 필름(14)을 배치하되 요철 패턴(14a)을 갖는 릴리즈 필름(14)의 일면(14a)이 액상 렌즈 물질(13)을 향하도록 배치한 상태에서, 몰드(16)와 LED 패키지용 웨이퍼를 서로 가압한다. 이에 따라, LED 패키지용 웨이퍼(10)의 복수의 LED 소자 영역은 액상 렌즈 물질(13)에 접하게 되고 액상 렌즈 물질(130은 압박 상태에 놓인다.
그 후, 가열 또는 기타의 방법으로 액상 렌즈 물질(13)을 경화시킨다. 렌즈 물질(13)의 경화시, 릴리즈 필름(14)의 일면에 형성된 요철 패턴은 렌즈 물질의 표면에 전사된다. 렌즈 물질(13)의 경화가 완료된 후에는, LED 패키지용 웨이퍼(10)를 몰드(16)로부터 제거한다. 몰드(16)의 제거는 릴리즈 필름(14)에 의해 쉽게 수행된다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 경화된 렌즈 물질로부터 형성된 렌즈(13a)가 LED 패키지용 웨이퍼(10)의 각 LED 소자 영역 상에 배치된다. 도 3을 참조하면, 렌즈(13a)는 그 표면(S)에 요철 패턴을 갖는데, 이 요철 패턴은 릴리즈 필름(14)의 일면에 형성된 요철 패턴이 전사되어 형성된 것이다.
상술한 몰딩 공정에 의해, LED 패키지용 웨이퍼(10) 상에는 어레이 형태로 배열된 복수의 LED 패키지용 렌즈(13a)가 얻어지는데, 이 몰딩된 렌즈(13a)의 표면에 형성되는 요철 패턴은 반구형, 사각형, 뿔 형상의 단면 등 다양한 형태의 단면 형상을 가질 수 있으며, 주름진 표면 텍스쳐(corrugated surface texture)를 갖는 요철 패턴일 수 있다. 렌즈(13a) 표면에 형성된 요철 패턴은 LED 패키지 내의 LED 칩으로부터 나온 빛이 렌즈 외부로 잘 추출되도록 하는 역할을 하여 LED 패키지의 광추출 효율을 높인다. 특히, 칩 스케일의 소형 사이즈를 갖는 LED 패키지의 렌즈 표면에 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이 요철 패턴(14a)을 갖는 릴리즈 필름(14)을 이용한 렌즈 몰딩 공정은, 1mm 이하의 마이크로 미터 스케일의 거칠기를 갖는 미세한 표면 패턴을 구현하기에 적합하다. 릴리즈 필름(14)의 두께가 20 내지 200㎛ 수준일 수 있는데, 렌즈 표면에 구현하고자 하는 미세한 표면 요철 패턴이 릴리즈 필름(14)으로부터 렌즈 표면으로 잘 전사됨으로써 당초 설계한 대로 원하는 요철 패턴을 효과적으로 구현할 수가 있다. 또한, 릴리즈 필름(14)과 렌즈 물질 간의 직접적인 접촉을 통해 릴리즈 필름(14)의 요철 패턴(14a)이 렌즈 물질에 쉽게 전사되므로 렌즈 표면에 미세 요철 패턴을 재현성 있게 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 몰딩 공정에 의해 LED 패키지용 웨이퍼(10) 상에 렌즈(13a)들의 어레이를 형성한 후에는, 웨이퍼(10)로부터 개별 LED 패키지를 절단해내는 패키지 개별화(package singulation) 공정이 실시될 수 있다. 이로써, LED 패키지용 웨이퍼(10)로부터 다수의 서로 분리된 개별 LED 패키지들을 얻게 된다. 도 4는 이러한 패키지 개별화 공정을 통해 얻은 하나의 LED 패키지(1)를 나타낸다. 이 LED 패키지(1)의 렌즈(13a) 표면에는 광추출 효율을 높이는 요철 패턴이 형성되어 있다. 특히, 개별화를 통해 얻은 LED 패키지(1)는 칩 스케일의 소형화된 패키지일 수 있으며, 렌즈 표면에 형성된 요철 패턴은 마이크로 미터 스케일의 미세한 패턴일 수 있다.
상술한 LED 패키지용 렌즈 제조 공정은, 웨이퍼 레벨로 패키징 공정을 수행하여 LED 패키지를 제조하는데 적용될 수 있다. 도 5는 웨이퍼 레벨 LED 패키징 공정의 일례를 나타낸 흐름도이다. 도 5를 참조하면, n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 등의 에피택셜층들이 형성된 에피택셜 웨이퍼를 준비한다(S11). 그 후, 에피택셜 웨이퍼에 대해 리소그래피, 에칭 등의 패브리케이션(fabrication) 공정을 실시하여 웨이퍼에 복수의 LED 소자 영역을 형성한다(S12). 특히, 웨이퍼 레벨의 칩 스케일 패키징을 위해서 패브리케이션 공정시 배선이나 웨이퍼 본딩 등의 온 웨이퍼 패키징(on-wafer packaging) 공정을 함께 실시할 수 있다. 그 후, 웨이퍼 상에 형광체를 코팅하여 각 LED 소자 영역 상에 색변환 영역을 형성한다(S13). 그리고 나서 웨이퍼 레벨의 렌즈 형성 공정을 실시하는데(S14), 이 웨이퍼 레벨 렌즈 형성시 도 1 내지 3을 참조하여 설명한 LED 패키지용 렌즈 제조 공정을 적용할 수 있다. 다음으로, 렌즈 어레이가 형성된 웨이퍼로부터 개별 LED 패키지를 절단해내는 개별화 공정, 즉 패키지 싱귤레이션(singulation) 공정을 실시한다(S15). 이로써 개별화된 LED 패키지 제품(단품)들을 얻게 된다(S16).
도 6은 비교예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조를 설명하기 위한 도면이다. 상술한 실시예와 달리, 렌즈 표면의 요철 패턴을 얻기 위해 몰드(26)의 오목부(26a) 내측면에 요철 패턴이 형성되어 있고, 릴리즈 필름(24)의 표면에는 요철 패턴이 형성되어 있지 않다. 이러한 요철 패턴을 갖는 몰드(26)를 제조하기 위해, 몰드(26)의 오목부를 에칭하거나 부식시킬 수 있다. LED 패키지용 웨이퍼(10)는 서로 접합된 본딩용 웨이퍼(11)와 반도체 웨이퍼(12)를 갖는다. LED 패키지용 웨이퍼(10)와 몰드(26) 사이에 릴리즈 필름(24)과 액상 렌즈 물질(13)을 배치한 상태에서 웨이퍼(10)와 몰드(26)를 서로 가압하여 액상 렌즈 물질(13)로부터 복수의 렌즈를 몰딩할 수 있다.
그러나, 이러한 방식은, 몰드(26)에 별도의 에칭이나 부식 등의 방법으로 요철 패턴을 형성해야 하는 과정이 필요하다. 또한, 요철 패턴을 갖는 몰드(26)를 이용하여 렌즈 표면에 요철 패턴을 형성하는 방식은, 마이크로 미터 스케일의 거칠기를 갖는 미세 표면 패턴을 구현하는데에 한계가 있다. 즉, 릴리즈 필름(24)의 두께(예컨대, 20 내지 200 ㎛ 수준)로 인해, 원하는 미세 표면 패턴이 몰드(26)의 오목부(26a)로부터 렌즈 표면으로 잘 전사되지 않고 릴리즈 필름(24)에 의해 미세 표면 패턴이 감추어져 버린다. 이에 따라, 요철 패턴을 렌즈 표면에 설계대로 구현하는 것이 어렵게 된다.
본 발명은 웨이퍼 레벨의 칩 스케일 패키지 제조 공정 뿐만 아니라 개별 LED 칩 또는 다이(즉, 패키징 전에 이미 개별화된 칩)를 패키징하는 LED 패키지 제조에도 적용될 수 있다.
도 7 내지 10은 개별 칩의 패키징 공정에 적용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지용 렌즈 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 상면에 복수의 LED 칩(30)이 실장된 LED 패키지용 몸체 기판(LED package body substrate)(51)을 준비한다. LED 칩(30)은 반도체 에피택셜층을 갖는 웨이퍼에 대한 패브리케이션 공정과 웨이퍼로부터 칩을 절단해내는 칩 싱귤레이션(chip singulation)을 거쳐 얻어질 수 있다. LED 패키지용 몸체 기판(51)에는 배선 또는 전극이 형성되어 있고 세라믹 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 복수의 LED 칩(30)이 다이 본딩에 의해 몸체 기판(51) 상에 부착되며 필요에 따라 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩에 의해 LED 칩(30)의 전극을 몸체 기판(51)에 형성된 배선 또는 전극에 연결시킬 수 있다. 도 7에는 본딩 와이어(41)을 통해 LED 칩을 몸체 기판(51)의 전극과 연결하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 LED 칩(30)이 실장된 몸체 기판(51)은 LED 칩이 실장된 영역마다 LED 패키지 영역을 형성할 수 있다.
전술한 실시예에서와 마찬가지로, 렌즈 형상에 대응하는 오목부를 갖는 몰드(56)를 준비하고, 일면이 요철 패턴(54a)을 갖는 릴리즈 필름(54)을 준비한다. 릴리즈 필름(54)을 몰드(56)의 오목부에 배치하되, 요철 패턴을 갖는 일면이 몰드(56)의 오목부와 반대하는 방향을 향하도록 릴리즈 필름(54)을 배치한다. 그리고 나서, 도 8에 도시된 바와 같이, 몰드(56)와 LED 패키지용 몸체 기판(51) 사이에 릴리즈 필름(54)과 액상의 렌즈 물질(53)을 둔 상태에서, 몰드(56)와 LED 패키지용 몸체 기판(51)을 서로 가압하여 LED 패키지용 몸체 기판(51) 상에 렌즈 어레이를 몰딩한다.
보다 구체적으로 설명하면, 몰드(56)와 몸체 기판(51) 사이에 액상 렌즈 물질(53)을 배치하고, 몰드(56)와 액상 렌즈 물질(53) 사이에 릴리즈 필름(54)을 배치하되, 릴리즈 필름(54)의 요철 패턴이 액상 렌즈 물질(53)을 향하도록 배치한 상태에서, 몰드(56)와 LED 패키지용 몸체 기판(51)을 서로 가압한다(도 8 참조). 이에 따라 몸체 기판(51) 상의 복수의 LED 칩(30)을 액상 렌즈 물질(53)에 삽입하고 액상 렌즈 물질(53)을 압박한다.
그리고 나서, 가열 등의 통해 액상 렌즈 물질(53)을 경화시킨다. 렌즈 물질(53)을 경화한 후에는, LED 패키지용 몸체 기판(51)을 몰드(51)로부터 제거한다. 몰드(51)의 제거는 릴리즈 필름(54)에 의해 쉽게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 경화된 렌즈 물질로부터 형성된 렌즈가 몸체 기판(51)의 각 LED 패키지 영역 상에 배치된다. 이 렌즈(53a)의 표면(S)에는, 릴리즈 필름(54)으로부터 전사된 요철 패턴이 형성되어 있다. 즉, 렌즈 몰딩 과정에서 릴리즈 필름(54)의 요철 패턴이 렌즈 물질에 전사되어, 결국 제작된 렌즈 표면에는 거칠기를 제공하는 표면 패턴이 형성된다. 렌즈 표면에 형성된 요철 패턴은 LED 패키지의 광추출 효율을 높이는 역할을 하며, 주름진 표면 텍스쳐를 포함할 수 있다. 렌즈 몰딩 과정에서 릴리즈 필름(54)과 렌즈 물질 간의 직접적인 접촉을 통해 릴리즈 필름(54)의 요철 패턴(54a)이 렌즈 물질에 전사되기 때문에, 본 실시예는 렌즈 표면에의 미세한 요철 패턴(예컨대, 1mm 이하의 마이크로 미터 스케일의 거칠기를 제공하는 미세 표면 패턴) 형성에 유리하다. 또한, 릴리즈 필름(54)과 렌즈 물질 간의 직접적인 접촉을 통해 릴리즈 필름(54)의 요철 패턴(54a)이 렌즈 물질에 쉽게 전사되므로 렌즈 표면에 미세 요철 패턴을 재현성 있게 형성할 수 있다.
도 9에 도시된 렌즈 어레이가 형성된 LED 패키지 집합체는 패키지 영역들의 경계(점선 참조)에서 패키지 싱귤레이션, 즉 패키지 개별화 공정을 실시함으로써 복수의 서로 분리된 개별 LED 패키지들이 얻어진다. 이 개별 LED 패키지는 표면에 요철 패턴을 갖는 렌즈를 구비한다. 특히, 이 요철 패턴은 마이크로 미터 스케일의 미세 표면 패턴일 수 있다.
도 7 내지 9를 참조하여 설명한 실시예의 LED 패키지용 렌즈 제조 방법은, 개별화된 LED 칩들의 패키징 공정에 적용될 수 있다. 도 10은 이러한 LED 패키징 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 먼저 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층 등의 에피택셜층을 포함하는 에피택셜 웨이퍼를 준비한다(S31). 이 웨이퍼에 대해 리소그래피, 에칭, 전극 형성 등의 패브리케이션 공정을 실시한다(S32). 그 후, 웨이퍼로부터 개별 LED 칩을 절단해내는 칩 싱귤레이션 공정을 실시하고(S33), 이에 따라 얻어진 개별 LED 칩들을 몸체 기판 상에 본딩하는 칩 어태치먼트를 실시한다(S34). 그리고 나서, 필요시, 몸체 기판에 본딩된 LED 칩 상에 형광체를 코팅하여 색변환 영역을 형성한다(S35). 그 후, 상술한 LED 패키지용 렌즈 제조 공정을 적용하여 몸체 기판 상에 렌즈 어레이를 형성한다. 그 후, 패키지 싱귤레이션 공정을 통해 개별 LED 패키지들로 절단한다(S37). 이에 따라, 표면 요철 패턴을 갖는 렌즈를 구비한 복수의 LED 패키지 제품을 얻게 된다(S38).
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: LED 패키지용 웨이퍼 11: 본딩용 기판
12: 반도체 웨이퍼 13, 53: 액상 렌즈 물질
14, 54: 릴리즈 필름 14a, 54a: 요철 패턴
16, 56: 몰드 16a, 56a: 오목부
30: LED 칩 41: 본딩 와이어
51: 몸체 기판

Claims (9)

  1. 복수의 LED 소자 영역을 갖는 LED 패키지용 웨이퍼를 제공하는 단계;
    각각의 상기 복수의 LED 소자 영역에 형성될 렌즈 형상에 대응하는 오목부를 갖는 몰드를 준비하는 단계;
    일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름(release film)을 상기 몰드의 오목부에 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 오목부와 반대하는 방향을 향하도록 상기 릴리즈 필름을 배치하는 단계; 및
    상기 몰드와 릴리즈 필름를 사용하여 액상의 렌즈 물질로 상기 LED 패키지용 웨이퍼의 각각의 LED 소자 영역 상에 렌즈를 몰딩하여, 상기 몰딩된 렌즈의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈를 몰딩하는 단계는,
    상기 몰드와 LED 패키지용 웨이퍼 사이에 액상 렌즈 물질을 배치하고 상기 몰드와 액상 렌즈 물질 사이에 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름을 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 액상 렌즈 물질을 향하도록 배치한 상태에서, 상기 몰드와 LED 패키지용 웨이퍼를 서로 가압하여 상기 복수의 LED 소자 영역을 상기 액상 렌즈 물질에 접하게 하고 상기 액상 렌즈 물질을 압박하는 단계;
    상기 액상 렌즈 물질을 경화하는 단계; 및
    상기 LED 패키지용 웨이퍼를 상기 몰드로부터 제거하여, 상기 경화된 렌즈 물질로부터 형성되며 표면에 요철 패턴을 갖는 렌즈가 상기 각 LED 소자 영역 상에 배치되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 패키지용 웨이퍼를 제공하는 단계는, 복수의 LED 소자 영역의 발광층을 포함하는 반도체 웨이퍼와 본딩용 기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈를 몰딩한 후에, 각각 렌즈가 형성된 복수개의 칩 레벨 LED 패키지를 얻도록 상기 LED 패키지용 웨이퍼를 개별 LED 소자 영역 별로 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  5. 상면에 복수의 LED 칩이 실장되어 복수의 LED 패키지 영역을 형성하는 LED 패키지용 몸체 기판을 제공하는 단계;
    각각의 상기 복수의 LED 패키지 영역에 형성될 렌즈 형상에 대응하는 오목부를 갖는 몰드를 준비하는 단계;
    일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름(release film)을 상기 몰드의 오목부에 배치하되, 상기 요철 패턴을 갖는 일면이 상기 오목부와 반대하는 방향을 향하도록 상기 릴리즈 필름을 배치하는 단계; 및
    상기 몰드와 릴리즈 필름을 사용하여 액상의 렌즈 물질로 상기 LED 패키지용 몸체 기판의 각각의 LED 패키지 영역 상에 렌즈를 몰딩하여, 상기 몰딩된 렌즈의 표면에 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 렌즈를 몰딩하는 단계는,
    상기 몰드와 LED 패키지용 몸체 기판 사이에 액상 렌즈 물질을 배치하고 상기 몰드와 액상 렌즈 물질 사이에 일면이 요철 패턴을 갖는 릴리즈 필름을 배치하되, 상기 요철 패턴이 상기 액상 렌즈 물질을 향하도록 배치한 상태에서, 상기 몰드와 LED 패키지용 몸체 기판을 서로 가압하여 상기 복수의 LED 칩을 상기 액상 렌즈 물질에 삽입하고 상기 액상 렌즈 물질을 압박하는 단계;
    상기 액상 렌즈 물질을 경화하는 단계; 및
    상기 LED 패키지용 몸체 기판을 상기 몰드로부터 제거하여, 상기 경화된 렌즈 물질로부터 형성되며 표면에 요철 패턴을 갖는 렌즈가 상기 각 LED 패키지 영역 상에 배치되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 LED 패키지용 몸체 기판을 제공하는 단계는, 복수의 LED 칩을 상기 몸체 기판 상에 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 LED 패키지용 몸체 기판을 제공하는 단계는, 복수의 LED 칩을 상기 몸체 기판 상에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 몰딩된 렌즈의 표면 상에 형성되는 요철 패턴은 주름진 표면 텍스쳐를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 렌즈 제조 방법.
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CN107403862A (zh) * 2016-05-20 2017-11-28 厦门市三安光电科技有限公司 发光二极管封装结构的制作方法
WO2021171894A1 (ja) * 2020-02-26 2021-09-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 発光装置およびその製造方法

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