KR20120084552A - 반도체 발광 소자 패키지를 제조하는 방법 - Google Patents

반도체 발광 소자 패키지를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법이 개시된다. 개시된 반도체 발광 소자 패키지는 균일한 색 특성을 갖도록 형광체 수지를 도포하여 백색 반도체 발광 소자 패키지의 제조 수율을 향상시키기 위한 것이다. 개시된 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법에 따르면, 동일한 발광 특성을 갖는 발광 소자 칩들끼리 재배열한 후, 발광 특성에 따라 발광 소자 칩들에 적절한 형광체 수지를 일괄적으로 도포하기 때문에, 발광 소자 패키지 제작 후의 색산포를 크게 줄일 수 있다. 따라서 색좌표가 맞지 않아 사용 불가능한 발광 소자 패키지의 개수를 크게 줄여 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 발광 소자 패키지를 제조하는 방법{Method of manufacturing a semiconductor light emitting device}
개시된 발명은 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 색 특성을 갖도록 형광체 수지를 도포하여 백색 반도체 발광 소자 패키지의 제조 수율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 예를 들어 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 빛으로 변화시키는 반도체 발광 소자이다. 발광 다이오드와 같은 반도체 발광 소자는 기존의 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 낮은 전압을 사용하는 동시에 소비전력이 작다는 특성이 있다. 또한, 응답속도 및 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 소형 경량화가 가능하다는 장점도 가지고 있다. 이러한 반도체 발광 소자는 사용하는 반도체의 종류와 조성에 따라 각기 다른 파장의 빛을 발생할 수 있어서 필요에 따라 여러 가지 다른 파장의 빛을 만들어 사용할 수 있다.
최근에는 고휘도의 백색 발광 소자 패키지를 이용한 조명 램프가 기존의 형광등이나 백열등을 대체하는 추세이다. 백색 발광 소자는 예를 들어 청색 계열의 빛을 발생시키는 발광 소자 칩 위에 적색, 녹색 또는 황색 등의 형광체 수지를 도포함으로써 형성될 수 있다. 형광체 수지의 도포 과정는, 예를 들어, 웨이퍼 상에 다수의 발광 소자 칩을 제조한 후, 개개의 발광 소자 칩을 다이싱(dicing)하기 전에 웨이퍼 레벨에서 이루어질 수 있다. 또는, 개개의 발광 소자 칩을 다이싱한 후, 발광 소자 칩을 패키징하는 중에 형광체 수지를 도포할 수도 있다. 즉, 컵 형태의 패키지 상에 발광 소자 칩을 실장하고, 발광 소자 칩과 리드 프레임 사이에 본딩 와이어를 연결한 후, 패키지 위로 형광체 수지를 도포할 수도 있다.
그런데, 동일한 웨이퍼 상에서 제조된 발광 소자 칩들 사이에도 발광 특성이 조금씩 다르기 때문에, 상술한 방식으로 제조된 발광 소자 패키지의 경우, 발광 소자 패키지들 간에 색산포가 균일하지 않을 수 있다. 이는 불량의 증가 및 제조 수율 저하의 원인이 될 수 있다.
개시된 발명은 균일한 색 특성을 갖도록 형광체 수지를 도포하여 백색 발광 소자 패키지의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 형성하는 단계; 상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들의 발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 반도체 발광 소자 칩들을 동일한 캐리어 테이프 위에 배열하는 단계; 상기 반도체 발광 소자 칩들의 상면에 범프를 형성하는 단계; 상기 캐리어 테이프와 반도체 발광 소자 칩들 위로 형광체 수지를 도포하는 단계; 상기 캐리어 테이프 상에서 상기 형광체 수지로 도포된 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 개별적으로 절단하는 단계; 및 상기 절단된 개별적인 반도체 발광 소자 칩들을 패키지 상에 패키징하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 형성하는 단계는, 웨이퍼 상에 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 형성하는 단계; 및 상기 웨이퍼 상에 형성된 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 개별적으로 다이싱하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들의 발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 반도체 발광 소자 칩들을 동일한 캐리어 테이프 위에 배열하는 단계는, 상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들의 발광 특성을 각각 검사하여 분류하는 단계; 발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 반도체 발광 소자 칩들을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 동일 분류 범위 내의 반도체 발광 소자 칩들을 상기 캐리어 테이프 위에 재배열하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 발광 소자 칩들의 상면에 외부 연결 전극이 형성되어 있으며, 상기 범프는 상기 반도체 발광 소자 칩들의 외부 연결 전극 위에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 범프는 금(Au)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 범프는 예를 들어 스터드 범프(stud bump)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 캐리어 테이프와 반도체 발광 소자 칩들 위로 형광체 수지를 도포하는 단계는, 상기 범프가 외부로 노출될 수 있도록, 상기 형광체 수지의 표면을 부분적으로 제거 및 평탄화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 형광체 수지는 수지 재료 내에 형광체를 분산시켜 형성될 수 있다.
개시된 발명에 따르면, 동일한 발광 특성을 갖는 발광 소자 칩들끼리 재배열한 후, 발광 특성에 따라 발광 소자 칩들에 적절한 형광체 수지를 일괄적으로 도포하기 때문에, 발광 소자 패키지 제작 후의 색산포를 크게 줄일 수 있다. 따라서 색좌표가 맞지 않아 사용 불가능한 발광 소자 패키지의 개수를 크게 줄여 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 웨이퍼 상에 다수의 발광 소자 칩들을 형성한 상태를 도시하는 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각, 동일한 발광 특성을 갖는 발광 소자 칩들을 분류한 후 캐리어 테이프 위에 재배열한 상태를 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각, 캐리어 테이프(carrier tape) 상의 발광 소자 칩들의 전극 위에 범프(bump)를 형성한 상태를 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도 4a는 캐리어 테이프 상의 발광 소자 칩들 위에 형광체 수지를 도포한 상태를 도시하는 평면도이다.
도 4b 및 도 4c는 캐리어 테이프 상의 발광 소자 칩들 위에 형광체 수지를 도포하는 과정을 보이는 단면도이다.
도 5는 형광체 수지가 도포된 다수의 발광 소자 칩들을 개별적으로 절단하는 과정을 보이는 평면도이다.
도 6은 절단된 개개의 발광 소자 칩의 단면을 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 발광 소자 칩을 이용하여 완성된 발광 소자 패키지의 단면을 개략적으로 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 반도체 발광 소자 패키지를 제조하는 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 웨이퍼(10) 상에 다수의 반도체 발광 소자 칩(11)들을 형성한다. 웨이퍼(10)는 예를 들어 사파이어, GaN, 실리콘 등과 같은 재료로 이루어질 수 있다. 웨이퍼(10) 상에 반도체 발광 소자 칩(11)들을 형성하는 과정은 일반적으로 알려진 기존의 발광 소자 칩들의 제조 방법을 그대로 이용할 수 있다. 도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 예를 들어, 웨이퍼(10) 상에 버퍼층, n형 질화물 반도체층, 다중양자우물인 활성층, p형 질화물 반도체층을 등을 형성한 후에, p형 질화물 반도체의 일부분을 메사 에칭(Mesa etching)하여 p형 전극과 n형 전극을 만들어 공정을 완료할 수 있다.
발광 소자 칩(11)의 형성 단계가 완료되면, 웨이퍼(10) 상의 다수의 발광 소자 칩(11)들을 개개의 칩들로 다이싱(dicing)한다. 그런 다음, 각각의 발광 소자 칩(11)들에 대해 발광 특성을 검사한다. 예를 들어, 각각의 발광 소자 칩(11)에서 방출되는 빛의 중심 파장을 검사할 수 있다. 이때, 동일 또는 유사한 발광 특성을 갖는 발광 소자 칩(11)들을 분류한다. 검사가 완료되면, 동일 또는 유사한 발광 특성을 갖는, 예를 들어 발광 파장이 동일 또는 유사한 발광 소자 칩(11)들을 하나의 캐리어 테이프(20) 위에 재배열한다. 도 2a 및 도 2b는 각각, 이렇게 동일 또는 유사한 발광 특성을 갖는 발광 소자 칩(11)들을 분류한 후 캐리어 테이프(20) 위에 재배열한 상태를 도시하는 평면도 및 단면도이다.
여기서, 유사한 것으로 분류될 수 있는 발광 소자 칩(11)들은, 예를 들어, 여러 범위의 발광 파장 대역들 중에서 동일한 대역 내의 발광 파장을 발생시키는 발광 소자 칩(11)들일 수 있다. 즉, 다수의 발광 소자 칩(11)들의 발광 파장 분포가 전체적으로 약 350~450nm 내에 있다고 가정할 경우, 350~450nm의 전체적인 대역을 예컨대 350nm~360nm, ..., 440nm~450nm과 같이 10개의 국소 대역으로 나누고, 동일 대역 내의 발광 파장을 방출하는 발광 소자 칩(11)들을 동일 또는 유사한 발광 소자 칩(11)들로 분류할 수 있다. 그러나, 상술한 분류 방식은 단지 하나의 예일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 발광 소자 칩(11)들을 선택하는 방식은 발광 소자 칩(11)들의 구조와 용도에 따라 다양하게 존재할 수도 있다.
그런 후, 도 3a의 평면도 및 도 3b의 단면도에 도시된 바와 같이, 각각의 발광 소자 칩(11)들의 상면에 있는 외부 연결 전극에 범프(15)(bump)를 형성한다. 예를 들어, 상기 범프(15)는 발광 소자 칩(11)들의 n형 전극(미도시)과 p형 전극(미도시) 상에 각각 형성될 수 있다. 이러한 범프(15)는 예를 들어 금(Au)으로 형성될 수 있다. 후술하겠지만, 범프(15)는 형광체 수지가 도포된 발광 소자 칩(11)들을 패키징할 때, 발광 소자 칩(11)의 외부 연결 전극에 본딩 와이어를 용이하게 연결하기 위한 것이다. 이러한 범프(15)는 예를 들어 스터드 범프(stud bump)의 형태로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 캐리어 테이프(2) 위에 배열된 다수의 발광 소자 칩(11)들 위에 형광체 수지(25)를 도포한다. 형광체 수지(25)는 예를 들어, 실리콘 수지와 같은 수지 재료 내에 형광체를 분산시킨 것일 수 있다. 여기서, 형광체는 발광 소자 칩(11)들의 발광 특성에 맞게 재료 및 조성비가 선택될 수 있다. 일반적으로, 발광 소자 칩(11)에서 발생한 빛의 일부는 형광체를 여기시켜 특정 파장 대역의 형광을 발생시킨다. 형광체가 여기되어 발생된 형광과 발광 소자 칩(11)에서 발생한 빛의 나머지 일부가 혼합되어 관찰자에게 보이게 된다. 이때, 관찰자에게 보이는 혼합된 광이 순수한 백색광이 될 수 있도록, 발광 소자 칩(11)의 발광 파장에 따라 형광체의 재료 및 조성비를 적절하게 선택할 수 있다.
이러한 형광체를 포함하는 형광체 수지(25)는 예를 들어 일반적인 스크린 프린팅 방식 또는 스핀 코팅(spin coating) 방식으로, 캐리어 테이프(20) 및 발광 소자 칩(11) 위로 일정한 높이가 되도록 도포될 수 있다. 그러면, 도 4b의 단면도에 도시된 바와 같이, 형광체 수지(25)는 발광 소자 칩(11)의 범프(15) 위를 완전하게 덮게 된다.
그런 다음에는, 도 4c의 단면도에 도시된 바와 같이, 이후의 패키징 공정을 위해 발광 소자 칩(11)의 범프(15)를 외부로 노출시킨다. 즉, 형광체 수지(25)의 상부 표면을 예를 들어 연마(grind) 또는 화학적 폴리싱(chemical polish)과 같은 방식으로 부분적으로 제거 및 평탄화한다. 그러면, 형광체 수지(25)의 표면이 매끄럽게 처리되는 동시에, 발광 소자 칩(11)의 범프(15)가 적어도 부분적으로 외부에 노출될 수 있다.
이러한 방식으로 형광체 수지(25)의 도포가 완료된 후에는, 도 5의 평면도에 도시된 바와 같이, 캐리어 테이프(20) 상의 형광체 수지(25)가 도포된 다수의 발광 소자 칩(11)들을 개별적으로 절단한다. 그러면, 발광면이 형광체 수지(25)로 둘러싸인 개별적인 발광 소자 칩(11)이 완성된다. 도 6은 이렇게 절단된 개개의 발광 소자 칩(11)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
마지막으로, 도 7의 단면도에 도시된 바와 같이, 발광면이 형광체 수지(25)로 둘러싸인 각각의 발광 소자 칩(11)을 패키징하여 발광 소자 패키지(100)를 완성한다. 도 7을 참조하면, 예를 들어 제 1 리드 프레임(101) 위에 발광 소자 칩(11)을 실장한 후, 접착제 등으로 발광 소자 칩(11)을 제 1 리드 프레임(101) 이에 고정시킨다. 그런 다음, 발광 소자 칩(11)과 리드 프레임(101, 102) 사이에 본딩 와이어(103, 104)를 연결하여, 발광 소자 칩(11)과 리드 프레임(101, 102)을 전기적으로 연결시킨다. 예를 들어, 제 1 본딩 와이어(103)는 발광 소자 칩(11)의 p형 전극 상의 범프(15)와 제 1 리드 프레임(101)을 전기적으로 연결시킨다. 그리고, 제 2 본딩 와이어(104)는 발광 소자 칩(11)의 n형 전극 상의 범프(15)와 제 2 리드 프레임(102)을 전기적으로 연결시킨다.
그런 후에는, 본딩 와이어(103, 104)와 발광 소자 칩(11)을 보호하기 위하여, 발광 소자 칩(11)의 주위로 몰딩 부재(110)를 형성하고, 상기 몰딩 부재(110) 내에 봉지재(120)를 채운다. 몰딩 부재(110)는 예를 들어 플라스틱 수지 등으로 형성될 수 있다. 실시예에 따라서는, 리드 프레임(101, 102) 위에 몰딩 부재(110)를 먼저 형성한 후, 발광 소자 칩(11)을 몰딩 부재(110) 내부의 리드 프레임(101) 위에 배치할 수도 있다. 또는, 리드 프레임(101, 102)과 몰딩 부재(110)가 일체로 함께 형성될 수도 있다. 봉지재(120)는 예를 들어 실리콘 수지와 같은 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 봉지재(120)는 렌즈의 형태로 표면이 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 또는 몰딩 부재(110) 내에 표면이 평평하도록 봉지재(120)를 채운 후에, 별도로 제작된 렌즈 형태의 부재를 봉지재(120)의 평평한 표면 위에 접착할 수도 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법의 경우, 동일한 발광 특성을 갖는 발광 소자 칩(11)들끼리 재배열한 후, 발광 특성에 따라 발광 소자 칩(11)들에 맞는 적절한 형광체 수지를 일괄적으로 도포한다. 따라서, 상술한 방식으로 제조된 발광 소자 패키지(100)들은 거의 동일한 색 특성을 가지며, 그들 사이의 색산포가 크게 줄어들 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 색좌표가 맞지 않아 사용 불가능한 발광 소자 패키지의 개수를 크게 줄여 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 반도체 발광 소자 패키지를 제조하는 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....웨이퍼 11.....발광 소자 칩
15.....범프 20.....캐리어 테이프
25.....형광체 수지 100....발광 소자 패키지
101, 102.....리드 프레임 103, 104.....본딩 와이어
110.....몰딩 부재 120....봉지재

Claims (8)

  1. 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 형성하는 단계;
    상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들의 발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 반도체 발광 소자 칩들을 동일한 캐리어 테이프 위에 배열하는 단계;
    상기 반도체 발광 소자 칩들의 상면에 범프를 형성하는 단계;
    상기 캐리어 테이프와 반도체 발광 소자 칩들 위로 형광체 수지를 도포하는 단계;
    상기 캐리어 테이프 상에서 상기 형광체 수지로 도포된 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 개별적으로 절단하는 단계; 및
    상기 절단된 개별적인 반도체 발광 소자 칩들을 패키지 상에 패키징하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 형성하는 단계는:
    웨이퍼 상에 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 형성하는 단계; 및
    상기 웨이퍼 상에 형성된 다수의 반도체 발광 소자 칩들을 개별적으로 다이싱하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들의 발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 반도체 발광 소자 칩들을 동일한 캐리어 테이프 위에 배열하는 단계는:
    상기 다수의 반도체 발광 소자 칩들의 발광 특성을 각각 검사하여 분류하는 단계;
    발광 특성에 따라 동일 분류 범위 내에 있는 반도체 발광 소자 칩들을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 동일 분류 범위 내의 반도체 발광 소자 칩들을 상기 캐리어 테이프 위에 재배열하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자 칩들의 상면에 외부 연결 전극이 형성되어 있으며, 상기 범프는 상기 반도체 발광 소자 칩들의 외부 연결 전극 위에 형성되는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 범프는 금(Au)으로 형성되는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 범프는 스터드 범프인 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 테이프와 반도체 발광 소자 칩들 위로 형광체 수지를 도포하는 단계는, 상기 범프가 외부로 노출될 수 있도록, 상기 형광체 수지의 표면을 부분적으로 제거 및 평탄화하는 단계를 더 포함하는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 형광체 수지는 수지 재료 내에 형광체를 분산시켜 형성되는 반도체 발광 소자 패키지의 제조 방법.
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