KR20200071497A

KR20200071497A - 마이크로led를 이용한 전자 장치 제조방법

Info

Publication number: KR20200071497A
Application number: KR1020180159306A
Authority: KR
Inventors: 안성룡
Original assignee: 안성룡
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-19
Also published as: KR102258524B1

Abstract

본 발명은 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법은, 1) 다수개의 마이크로LED 소자(10)를 제작하는 단계(S100); 2) 상기 마이크로LED 소자(10)들의 전극(12, 14)들이 실장될 전극 패턴(22, 24)이 형성되는 기판(20)을 준비하는 단계(S200); 3) 상기 기판(20)에 형성된 전극 패턴(22, 24)과 동일한 위치에 도전볼(132)이 집중적으로 형성되는 도전볼 패턴(132)을 가지는 이방성 도전 시트(130)를 준비하는 단계(S300); 4) 상기 패턴화된 이방성 도전 시트(130)를 상기 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 상기 기판(20)에 로딩하는 단계(S400); 5) 상기 전극(12, 14)과 도전볼 패턴(132)가 일치하도록 얼라인한 상태에서 상기 패턴화된 이방선 도전 시트(130) 상측에서 하측으로 상기 마이크로LED 소자(10)를 가압하여 실장하는 단계(S500);를 포함한다.

Description

마이크로LED를 이용한 전자 장치 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRONIC DEVICE USING MICROLED}

본 발명은 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 LED 소자의 전극과 기판의 전극 패턴 사이에 충분한 개수의 도전볼이 배치되는 구조의 이방성 도전 시트를 이용하여 마이크로 LED 소자를 기판에 실장하여 전기적인 연결이 안정적으로 이루어지고 불량률이 현저히 낮아지는 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법에 관한 것이다.

발광다이오드(LED)는 자외선에서 적외선에 이르는 다양한 파장 대역에서 폭넓게 이용될 수 있다. 니치아(Nichia)가 질화물 발광다이오드(GaN LED)를 상용화한 이래, 반도체 박막기술, 공정기술, 디바이스 기술의 지속적인 발전에 힘입어 GaN-LED는 성능 및 신뢰성에 비약적인 향상을 가져왔고, 작은 표시소자 기능에서 휴대폰, TV, 조명, 전광판, 신호등, 자동차, 가전 분야 등 고휘도, 고출력 응용제품 출시로 LED 수요는 폭발적으로 증가하고 있다.

특히 2005년 이후 전광효율이 급격히 증가하면서부터 디스플레이 산업의 LCD 백라이트 유닛으로서 거대 규모의 시장이 형성되었고, 조명 산업에서는 에너지 절약에 대한 우수성 입증과 가격하락이 가속화되면서 향후 2030년까지 LED 조명의 보급 및 발전이 꾸준히 증가할 것으로 예측된다.

최근 LED의 크기조절의 자유도, 유연한 특성, 선택적인 발광 파장의 효과를 응용한 수많은 연구 개발의 결과들이 발표되고 있다. 조명용으로 쓰이는 LED는 주로 1000 μm ×1000 μm의 크기이다. 이러한 LED의 면적을 1/100 이하로 줄이면 머리카락 두께 정도인 100 μm × 100 μm 크기가 되는데, 이 크기보다 작은 LED를 마이크로 LED라 한다. 이러한 마이크로 LED는 스트레처블 기판 및 유연기판, 3차원 구조의 기판에 실장 할 수 있게 되어 웨어러블 디스플레이, 조명, 피부 부착형 의료기기, 반도체 장비, 자율주행센서 및 빅데이터 서비스용 광원 등과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있다.

상기 마이크로 LED를 이용한 전자장치 중 디스플레이 장치(1)는 미세한 LED 소자들(10)이 도 1 또는 2에 도시된 바와 같이, R, G, B 색상을 각각 발광하는 3개의 소자들이 하나의 픽셀(P, pixel)을 이루는 방식으로 배열되어 디스플레이 패널을 이룬다. 여기에서 각 마이크로 LED 소자(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 양측에 각각 전극(12, 14)이 형성되고 그 사이에 발광부(16)가 형성되는 구조를 가지며, 전체 마이크로 LED 소자(10)의 크기가 15 μm × 30 μm 까지 작아지면서 한 전극(12, 14)의 크기는 10 μm × 15 μm 이하로 작아지고 있다.

이러한 크기의 마이크로 LED 소자(10)도 발광을 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이, 각 전극(12)이 기판(20)에 형성되어 있는 전극 패턴(22)과 연결되어 전류를 공급받아야 한다. 이때 상기 전극들이 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 방법은 이방성 도전 필름(30, ACF)를 이용하는 것이 일반적인데, 이방성 도전 필름(30) 내의 도전볼((32)들은 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 서로 일정한 간격을 두고 균일하게 배열되어 있다.

이때 각 도전볼의 직경이 3㎛ 정도이므로 10 μm × 15 μm 크기의 전극(12)에는, 상기 도전볼의 크기(d1)와 이격 간격(d2)을 고려하면 도 5에 도시된 바와 같이, 5개나 그 이하 정도의 도전볼(32)이 배치된다. 5개 정도의 도전볼(32)에 의하여 전극이 연결된다고 가정하면 전체 전극 면적에 대한 도전볼 배치 면적 비율은 30% 이하가 된다. 즉, 도전볼의 반지름을 r, 배치되는도전볼의 개수를 n이라고 하고, 전극의 면적을 가로×세로(a×b)라고 하면, 전극의 면적 대비 도전볼 배치 면적 비율은 nπr²/ab가 된다. 이 비율이 30% 이하가 되면, 적은 개수의 도전볼에 의하여 전극(12)과 전극 패턴(22)이 연결되면 발광 과정에서 과도한 저항에 의하여 발열 등이 발생하여 전기적 단락이 발생하거나 소자가 죽는 현상이 발생한다.

따라서 미세한 크기를 가지는 마이크로 LED 소자를 전기적 안정성을 가진 상태에서 기판에 연결할 수 있는 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 마이크로 LED 소자의 전극과 기판의 전극 패턴 사이에 충분한 개수의 도전볼이 배치되는 구조의 이방성 도전 시트를 이용하여 마이크로 LED 소자를 기판에 실장하여 전기적인 연결이 안정적으로 이루어지고 불량률이 현저히 낮아지는 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법은, 1) 다수개의 마이크로LED 소자(10)를 제작하는 단계(S100); 2) 상기 마이크로LED 소자(10)들의 전극(12, 14)들이 실장될 전극 패턴(22, 24)이 형성되는 기판(20)을 준비하는 단계(S200); 3) 상기 기판(20)에 형성된 전극 패턴(22, 24)과 동일한 위치에 도전볼(132)이 집중적으로 형성되는 도전볼 패턴(132)을 가지는 이방성 도전 시트(130)를 준비하는 단계(S300); 4) 상기 패턴화된 이방성 도전 시트(130)를 상기 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 상기 기판(20)에 로딩하는 단계(S400); 5) 상기 전극(12, 14)과 도전볼 패턴(132)가 일치하도록 얼라인한 상태에서 상기 패턴화된 이방선 도전 시트(130) 상측에서 하측으로 상기 마이크로LED 소자(10)를 가압하여 실장하는 단계(S500);를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 이방성 도전 시트(130)에서는, 하나의 패턴 내에 전체 면적에 대한 도전볼 배치 면적 비율이 60% 이상인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 4) 단계(S400)는, a) 상기 기판(20)과 이방성 도전 시트(130)를 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 얼라인하는 단계(S410); b) 상기 이방성 도전 시트(130)를 상기 기판(20)에 부착하는 단계(S420);의 소단계로 나뉘어 진행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 마이크로 LED를 이용한 전자장치 장치 제조방법에 따르면 마이크로 LED 소자의 전극과 기판의 전극 패턴 사이에만 충분한 개수의 도전볼이 배치되고 나머지 영역에는 도전볼이 배치되지 않는 독특한 구조의 이방성 도전 시트를 이용하여 마이크로 LED 소자를 기판에 실장하여 전기적인 연결이 안정적으로 이루어지고 불량률이 현저히 낮아지는 독특한 효과를 달성할 수 있다.

도 11, 12를 참조하면 좌측의 종래의 ACF에서는 도전볼(32)들이 균일하게 이격되어 배치되므로 하나의 전극(12) 영역 내에 배치되는 도전볼의 개수가 6, 7 정도이고 도전볼이 배치되지 아니한 빈 공간이 많이 발생함에 반하여, 후측의 본 발명의 ACF에서는 도전볼(132)이 전극(12) 영역에만 집중적으로 근접하여 배치되고, 그 외의 영역에는 배치되지 않으므로 전극(12) 영역 내에서는 빈공간이 거의 없이 다수개의 도전볼이 배치된다. 따라서 도전볼 배치 면적 비율이 최소 60% 이상으로 매우 높은 장점이 있다.

도 1, 2는 종래의 마이크로 LED 디스플레이 장치에서의 마이크로 LED 소자의 배치 형태를 도시하는 도면들이다.
도 3은 종래의 마이크로 LED 소자의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 마이크로 LED 소자의 실장 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 이방성 도전 필름 내에서의 도전볼의 배치 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이방성 도전 시트와 기판의 얼라인된 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극과 전극 패턴의 실장 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극과 도전볼 패턴의 배치 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전볼 패턴 내의 도전볼 배치 상태를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법의 공정도이다.
도 11, 12는 종래의 ACF와 본 발명의 ACF에서의 도전볼 배치 상태를 비교한 도면들이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 마이크로 LED를 이용한 전자장치 제조방법은, 도 10에 도시된 바와 같이, 다수개의 마이크로LED 소자(10)를 제작하는 단계(S100)로 시작된다. 마이크로 LED 소자(10)를 제작하는 방법은 일반적으로 알려진 여러가지 방법을 그대로 채용할 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

다음으로 상기 마이크로LED 소자(10)들의 전극(12, 14)들이 실장될 전극 패턴(22, 24)이 형성되는 기판(20)을 준비하는 단계(S200)가 진행된다. 여기에서 상기 기판(20)을 제작하는 방법도 일반적으로 알려진 여러가지 방법을 그대로 채용할 수 있다.

다음으로 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 기판(20)에 형성된 전극 패턴(22, 24)과 동일한 위치에 도전볼(132)이 집중적으로 형성되는 도전볼 패턴(132)을 가지는 이방성 도전 시트(130)를 준비하는 단계(S300)가 진행된다. 즉, 본 실시예에서 상기 이방성 도전 시트(130)는 도전볼들이 서로 이격된 상태로 균일하게 배치되는 종래의 이방성 도전 시트(30)와 달리, 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 특정한 영역에 도전볼(132)들이 집중적으로 배치되고 그 외의 영역에는 도전볼이 배치되지 않는 도전볼 패턴을 가진다.

이때 도전볼(132)들이 집중적으로 배치되는 영역은 도 8에 도시된 바와 같이, 전극 패턴(22, 24)이 형성되는 위치와 일치하거나 조금 크거나 또는 조금 작은 영역이며, 이러한 도전볼 패턴과 이웃한 도전볼 패턴 사이의 공간에는 도전볼이 배치되지 않아서 단락이 발생할 가능성이 원천적으로 배제된다.

한편 상기 도전볼 패턴 내에서 도전볼(132)들이 배치되는 양상은 도 8에 도시된 바와 같이, 규칙적인 배열을 가질 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 불규칙적인 배열을 가질 수도 있으며, 불규칙적인 배열이 일반적이다. 다만, 도전볼 패턴 내에서 각 도전볼(132)들은 최대한 밀착된 상태를 가져서 단위 면적당 최대의 도전볼이 배치되는 것이 바람직하다.

구체적으로 본 실시예에 따른 상기 이방성 도전 시트(130)에서는, 하나의 패턴 내에 전체 면적에 대한 도전볼 배치 면적 비율이 60% 이상인 것이 바람직하다.

* 도전볼 점유 비율(%) = 도전볼 배치 면적/패턴 전체 면적×100

이렇게 도전볼 배치 면적 비율이 60% 이상으로 높으면 후속으로 이어지는 전극(12, 14)과 전극 패턴(22, 24)의 실장 단계에서 전극과 전극 패턴 사이에 많은 수의 도전볼(132)이 배치되면서 연결 불량이 발생할 가능성이 낮아지고, 실장된 이후 사용 과정에서도 넓은 면적으로 통전이 이루어지면서 저항이 낮아져서 운용 중 열이 발생하는 등의 불량 발생 가능성도 낮아진다.

다음으로 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 패턴화된 이방성 도전 시트(130)를 상기 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 상기 기판(20)에 로딩하는 단계(S400)가 진행된다. 이 단계는 전술한 바와 같이, 동일한 영역에 형성된 도전볼 패턴과 전극 패턴이 정확하게 일치하도록 세팅하는 단계(S400)로서, 본 실시예에 따른 마이크로LED를 이용한 전자장치 제조방법에서 매우 중요한 단계이다.

본 실시예에서는 이 단계(S400)를, 상기 기판(20)과 이방성 도전 시트(130)를 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 얼라인하는 단계(S410)와, b) 상기 이방성 도전 시트(130)를 상기 기판(20)에 부착하는 단계(S420)의 소단계로 나누어 진행하는 것이 바람직하다. 즉, 먼저 상기 이방성 도전 시트(130)를 상기 기판(20) 상에서 상기 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 정확하게 일치하도록 위치 조정하고 나서, 이 상태에서 상기 이방성 도전 시트(130)를 그대로 상기 기판(20)에 부착하는 것이다.

다음으로 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 전극(12, 14)과 도전볼 패턴(132)가 일치하도록 얼라인한 상태에서 상기 패턴화된 이방선 도전 시트(130) 상측에서 하측으로 상기 마이크로LED 소자(10)를 가압하여 실장하는 단계(S500)가 진행된다. 이 단계에서는 전 단계에서 준비된 기판(20)과 이방성 도전 시트(130)의 부착물 상에서 다수개의 마이크로LED 소자를 하측으로 가압하면서 공정이 진행되며, 다수개의 마이크로 LED 소자를 한 번에 실장할 수도 있고, 하나씩 순차적으로 실장할 수도 있다.

1 : 마이크로 LED를 이용한 전자장치
10 : 마이크로 LED 소자 20 : 기판
30 : 종래의 ACF 130 : 본 발명의 일 실시예에 따른 ACF
P : 픽셀

Claims

1) 다수개의 마이크로LED 소자(10)를 제작하는 단계(S100);
2) 상기 마이크로LED 소자(10)들의 전극(12, 14)들이 실장될 전극 패턴(22, 24)이 형성되는 기판(20)을 준비하는 단계(S200);
3) 상기 기판(20)에 형성된 전극 패턴(22, 24)과 동일한 위치에 도전볼(132)이 집중적으로 형성되는 도전볼 패턴(132)을 가지는 이방성 도전 시트(130)를 준비하는 단계(S300);
4) 상기 패턴화된 이방성 도전 시트(130)를 상기 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 상기 기판(20)에 로딩하는 단계(S400);
5) 상기 전극(12, 14)과 도전볼 패턴(132)가 일치하도록 얼라인한 상태에서 상기 패턴화된 이방선 도전 시트(130) 상측에서 하측으로 상기 마이크로LED 소자(10)를 가압하여 실장하는 단계(S500);를 포함하는 마이크로LED를 이용한 전자장치 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 이방성 도전 시트(130)에서는,
하나의 패턴 내에 전체 면적에 대한 도전볼 배치 면적 비율이 60% 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로LED를 이용한 전자장치 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 4) 단계(S400)는,
a) 상기 기판(20)과 이방성 도전 시트(130)를 도전볼 패턴(132)과 전극 패턴(22, 24)이 일치하도록 얼라인하는 단계(S410);
b) 상기 이방성 도전 시트(130)를 상기 기판(20)에 부착하는 단계(S420);의 소단계로 나뉘어 진행되는 것을 특징으로 하는 마이크로LED를 이용한 전자장치 제조방법.