KR20210091640A - 디스플레이 장치의 제조 방법, 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치 제조용 구조물 - Google Patents
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Abstract
디스플레이 장치의 제조 방법, 디스플레이 장치, 및 디스플레이 장치 제조용 구조물이 개시된다.
개시된 디스플레이 장치의 제조 방법은, 칩 측 전극이 노출되도록 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판에 구비하는 릴레이 단계와, 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판으로부터 구동 기판 측 전극을 갖는 구동 기판으로 이송하여 칩 측 전극과 구동 기판 측 전극을 접합하는 접합 단계를 포함한다.
개시된 디스플레이 장치의 제조 방법은, 칩 측 전극이 노출되도록 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판에 구비하는 릴레이 단계와, 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판으로부터 구동 기판 측 전극을 갖는 구동 기판으로 이송하여 칩 측 전극과 구동 기판 측 전극을 접합하는 접합 단계를 포함한다.
Description
예시적인 실시예는 디스플레이 장치의 제조 방법, 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치 제조용 구조물에 관한 것이다.
최근 발광 소자로서 마이크로 LED (micro-light emitting diode)를 이용한 디스플레이 장치가 각광을 받고 있다. 마이크로 LED 디스플레이 장치 (이하 "디스플레이 장치"라 칭함)는 응답 속도의 저하를 일으키지 않고, 저전력 고휘도 고화질의 영상을 비출 수 있는 차세대 표시 장치이다.
종래의 디스플레이 장치의 제조 기술에서는 마이크로 LED 칩을 구동 기판 상에 소정의 배열 피치를 가지고 접합한 후, 불량 칩을 점검한다. 그리고 검사 결과 불량 칩이 있으면 구동 기판에서 분리하여 양호한 품질의 칩을 구동 기판에 접합시킨다.
그러나, 구동 기판에 접합된 칩은 구동 기판과 납땜에 의해 견고하게 접합되어 있기 때문에, 거기에서 제거하는 것은 쉽지 않다. 마이크로 LED 칩은 100μm 이하로 매우 작기 때문에, 불량 칩만을 구동 기판에서 제거하려고 해도, 불량 칩의 주변에 있는 정상적인 칩을 손상시킬 수 있다.
예시적인 실시예는 용이하게 불량 칩의 교환을 할 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.
예시적인 실시예는 용이하게 불량 칩의 교환을 할 수 있는 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 실시예는 용이하게 불량 칩의 교환을 할 수 있는 디스플레이 장치 제조용 구조물을 제공한다.
예시적인 실시예는, 각각 칩 측 전극을 갖는 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 칩 측 전극이 노출되도록, 상기 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판에 구비하는, 릴레이 단계; 상기 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 상기 릴레이 기판에서 구동 기판 측 전극을 갖는 구동 기판으로 이송하여 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 접합하는, 접합 단계;를 포함한다.
상기 릴레이 단계는, 상기 릴레이 기판에 형성된 수지 재로 상기 마이크로 발광 소자 칩을 부착시키는 부착 단계를 포함할 수 있다.
상기 수지 재는 실리콘 수지를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 릴레이 단계 후, 상기 릴레이 기판에 구비된 상기 마이크로 발광 소자 칩의 상기 칩 측 전극에 통전하여 불량 칩을 검출하고, 상기 불량 칩의 위치를 기억하는 전기적 검사 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 불량 칩의 위치에 따라 상기 불량 칩을 상기 릴레이 기판에서 분리하고, 분리된 상기 불량 칩 대신에 새로운 마이크로 발광 소자 칩을 상기 릴레이 기판에 부착시키는 리페어 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 기판에 상기 마이크로 발광 소자 칩이 형성될 반도체 층을 형성하는 반도체 층 형성 단계와, 상기 반도체 층 상에 상기 칩 측 전극을 형성하는 칩 측 전극 형성 단계와, 상기 반도체 층을 상기 마이크로 발광 소자 칩이 되도록 분리하여 지지 기판으로 이송하는, 지지 기판으로 이동 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 지지 기판으로 이동 단계는, 상기 칩 측 전극이 상기 지지 기판 쪽을 향하도록 하여 상기 마이크로 발광 소자 칩을 소정의 배열 피치를 가지고 상기 지지 기판 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 릴레이 단계는, 상기 마이크로 발광 소자 칩을 상기 칩 측 전극이 노출되도록 상기 지지 기판에서 상기 릴레이 기판으로 이송할 수 있다.
상기 접합 단계는, 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극 사이에 플럭스 없이 솔더를 통해 대향시켜 상기 릴레이 기판과 상기 구동 기판을 가압하고, 상기 솔더의 용융 온도 이하의 온도로 가열하여, 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 솔더를 통해 압착하는 임시 접합 단계를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 릴레이 기판을 상기 마이크로 발광 소자 칩으로부터 분리하는, 릴레이 기판 분리 단계;와 상기 마이크로 발광 소자 칩이 압착된 상기 구동 기판마다 상기 솔더의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 리플로우 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 릴레이 기판 분리 단계 후, 상기 구동 기판의 상기 마이크로 발광 소자 칩을 갖는 표면에 플럭스를 도포하는 플럭스 도포 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 리플로우에 의해, 상기 솔더와 상기 칩 측 전극과의 공정 금속과, 상기 솔더와 상기 구동 기판 측 전극과의 공정 금속 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
상기 임시 접합 단계에서, 상기 솔더를 온도 200 ~ 216 ℃가 되도록 가열하고, 상기 릴레이 기판을 구동 기판 측 전극에 가압력 0.5 ~ 1 .0 MPa로 가압할 수 있다.
상기 릴레이 기판은 가시 광선을 50 % 이상 투과하는 재질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는, 마이크로 발광 소자 칩; 상기 마이크로 발광 소자 칩에 구비된 칩 측 전극; 상기 마이크로 발광 소자 칩이 실장되는 구동 기판; 상기 구동 기판에 구비된 구동 기판 측 전극; 및 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 접합하는 금속 재료;를 포함하고, 상기 칩 측 전극과 상기 금속 재료의 계면과 상기 구동 기판 측 전극과 상기 금속 재료와의 계면 중 적어도 하나에 플럭스가 없다.
상기 금속 재료는, 솔더와 상기 칩 측 전극과의 공정 금속과, 솔더와 상기 구동 기판 측 전극과의 공정 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 칩 측 전극 및 상기 구동 기판 측 전극은 구리, 금, 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 칩 측 전극을 갖는 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판에서 구동 기판 측 전극을 갖는 구동 기판으로 이송하여 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 접합하기 위한 디스플레이 장치용 구조물에 있어서, 상기 마이크로 발광 소자 칩; 상기 릴레이 기판; 및 상기 릴레이 기판 상에 구비된 수지 재;를 포함하고, 상기 마이크로 발광 소자 칩이 상기 칩 측 전극이 노출되도록 상기 릴레이 기판에 소정의 배열 피치를 가지고 상기 수지 재에 부착될 수 있다. 상기 릴레이 기판은 가시 광선을 50 % 이상 투과하는 재질을 포함할 수 있다.
상기 수지 재는 실리콘 수지를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에 의하면, 릴레이 기판에서 구동 기판으로 칩을 이송하여 칩 측 전극과 구동 기판 측 전극을 접합한다. 따라서, 칩 측 전극과 구동 기판 측 전극을 금속 성분에 의해 접합 할 수 있고, 전극 간 계면에 보이드의 발생을 줄일 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에서는 릴레이 기판에서 불량 칩을 용이하게 교체할 수 있고, 구동 기판에서의 칩 불량률이 적고, 구동 기판에 칩을 접합한 후에 불량 칩의 교환을 감소시킬 수 있다.
도 1은 마이크로 LED의 형성을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 2는 칩이 유지 된 지지 기판을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3a는 색상마다 칩이 구비된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3b는 색상마다 칩이 구비된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3c는 색상마다 칩이 구비된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다.
도 4는 지지 기판에 구비된 칩에서 기판의 일부분이 제거 된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 칩을 지지 기판에서 릴레이 기판으로 이송하는 과정을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 6은 지지 기판이 제거 된 상태의 릴레이 기판을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 모든 색상의 칩이 구비된 상태의 릴레이 기판을 나타내는 평면도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 릴레이 기판에서 구동 기판으로의 칩 이송을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 칩에서 릴레이 기판이 제거 된 후 구동 회로를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 리플로우 후 구동 회로를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 비교 예에 따른 칩 접합 부분의 리플로우 후의 상태를 나타내는 개략 확대 단면도이다.
도 14는 실시 예에 따른 칩 접합 부분의 리플로우 후의 상태를 나타내는 개략 확대 단면도이다.
도 2는 칩이 유지 된 지지 기판을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3a는 색상마다 칩이 구비된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3b는 색상마다 칩이 구비된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다.
도 3c는 색상마다 칩이 구비된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다.
도 4는 지지 기판에 구비된 칩에서 기판의 일부분이 제거 된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 칩을 지지 기판에서 릴레이 기판으로 이송하는 과정을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 6은 지지 기판이 제거 된 상태의 릴레이 기판을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 모든 색상의 칩이 구비된 상태의 릴레이 기판을 나타내는 평면도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 릴레이 기판에서 구동 기판으로의 칩 이송을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 칩에서 릴레이 기판이 제거 된 후 구동 회로를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 리플로우 후 구동 회로를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 비교 예에 따른 칩 접합 부분의 리플로우 후의 상태를 나타내는 개략 확대 단면도이다.
도 14는 실시 예에 따른 칩 접합 부분의 리플로우 후의 상태를 나타내는 개략 확대 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 상세하게 설명한다. 다음 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의를 위해 과장될 수 있다. 한편, 다음에서 설명되는 실시 예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 그러한 실시 예에서 다양한 변형이 가능하다.
다음에서 "상부"와 "위"로 표시된 곳은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함 할 수 있다. 마찬가지로, "하부"및 "아래"로 표시된 곳은 접촉하여 바로 아래에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 아래에 있는 것도 포함 할 수 있다.
단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 의미하지 않는 한, 복수의 표현을 가진다. 또 어떤 부분이 있는 구성 요소를 "포함"또는 "가지다"라고 할 때, 그것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함 할 수 좋다는 것을 의미한다.
또한 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수의 어느 것에도 해당한다.
방법을 구성하는 단계에 대해 명백하게 순서를 기재하거나 반대되는 기재가 없으면 단계는 적절한 순서로 실행된다. 반드시 상기 단계의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예 또는 예시적인 용어 (예를 들어, 등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 설명하기 위한 것이며, 특허 청구 범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예 또는 예시적인 용어에 의해 범위 가 한정되는 것은 아니다.
예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 1은 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
디스플레이 장치의 제조 방법에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(101)(초기 기판)에 마이크로 LED 칩(마이크로 발광 소자 칩)이 될 반도체 층(102)이 형성된다. 기판(101)은 예를 들어, 사파이어 기판(101)일 수 있다. 하지만, 기판(101)은 여기에 한정되는 것은 아니고 다양한 재질로 형성될 수 있다.
반도체 층(102)은 소정의 발광 스펙트럼의 빛을 발광하는 발광층을 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서는 3 색의 마이크로 LED칩을 구비한다. 3 색은 예를 들어, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)일 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 색마다 기판(101)이 준비되어 색마다 조성이 다른 반도체 층(102)이 기판 (101)에 형성될 수 있다. 각 색상의 반도체 층(102)은 조성 및 구조가 다르지만, 이들은 공지이며, 그 제조 방법도 공지이기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
반도체 층(102)에는 각 마이크로 LED 칩에 대응하는 위치에 전극이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 이 전극을 칩 측 전극(12)(또는 소자 측 전극)이라고 칭한다.
칩 측 전극(12)은 후술하는 구동 기판(도 8의 20) 상에 배치되는 칩의 배열 피치에 대응하여 형성될 수 있다. 칩 측 전극(12)은 반도체 층(102)과 전기적으로 접속된 금속 배선의 일부가 그대로 사용 되어도 좋고, 반도체 층(102)에 직접 접하는 금속 패드로 형성되는 것도 가능하다.
칩 측 전극(12)은 예를 들어, Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Cr, Ti, ITO를 포함하는 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 그래핀(Graphene)을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 칩 측 전극(12)은 Au, Ag, Cu로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 칩 측 전극(12)에 솔더(13)(또는 금속 재료)에 의한 마이크로 범프가 형성될 수 있다. 솔더(13)로는 예를 들어, SAC(SnAgCu)가 사용될 수 있다.
다음, 마이크로 LED의 다이싱 및 지지 기판으로의 이동이 행해진다(지지 기판으로 이동 단계). 도 2를 참조하면, 지지 기판으로 이동 단계에서는 먼저, 기판(101)에 대해 반도체 층(102)을 공지의 다이싱 방법을 사용하여 마이크로 LED 칩(11)(이하, 칩이라고 함)의 형태로 분할한다. 여기서, 기판(101)은 완전히 분리되지 않고, 일부 커팅될 수 있다.
이어서, 기판(101)을 가진 채로, 칩(11)은 지지 기판(112)에 부착될 수 있다. 도 2는 칩(11)이 유지된 지지 기판(112)을 나타내는 개략 단면도이다.
분할 된 칩(11)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 칩 측 전극(12)이 형성된 면이 지지 기판(112) 쪽을 향하도록 하여 수지층(111)에 의해 부착될 수 있다. 또한, 도 2에서는 어느 한 색의 칩(11)만을 나타내고 있지만, 본 실시 예에서, 이 단계에서 색깔 별로 지지 기판(112)이 제공되며, 각각의 지지 기판(112)에 각 색상의 칩(11)이 부착될 수 있다. 또한 각 색상의 칩(11)은 한 개 한 개 소정의 배열 피치로 지지 기판(112)에 부착될 수 있다. 이 단계에서 배열 피치는 구동 기판(20)(도 8 참조)에서의 최종 배열 피치가 되도록 한다.
도 3a 내지 도 3c는 색상마다 칩(11)이 지지된 상태의 지지 기판을 나타내는 평면도이다. 도 3a는 적색 발광 칩(11R)이 구비된 지지 기판(112R)을, 도 3b는 녹색 발광 칩(11G)이 구비된 지지 기판(112G)을, 도 3c는 청색 발광 칩(11B)이 구비된 지지 기판(112B)을 각각 나타내고 있다.
도시 된 바와 같이, 적색 용 지지 기판(112R)에는 적색 발광 칩(11R)이 소정의 배열 피치를 가지고 배열될 수 있다. 녹색 용 지지 기판(112G)에는 녹색 발광 칩(11G)이 소정의 배열 피치를 가지고 배열될 수 있다. 청색 용 지지 기판(112B)에는 청색 발광 칩(11B)이 소정의 배열 피치로 배열될 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 기재에 있어서는, 색깔 별로 구별 할 필요 없이 설명할 것이다. 지지 기판(112)은 예를 들어, 무 알칼리 유리, 석영 유리 기판이 사용될 수 있다. 또한, 수지층(111)은 예를 들어, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지 (예를 들어 PMMA (Polymethyl methacrylate)), 에폭시 수지, PP (Polypropylene) 수지, 폴리카보네이트 수지 및 ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시한 수지의 사용시, 열 경화제가 함유될 수 있다. 또는 수지층(111)은 열 경화성 수지가 사용될 수 있다.
다음, 칩(11)으로부터 기판(101)이 분리, 제거될 수 있다. 도 4는 지지 기판(112)에 지지된 칩(11)으로부터 기판(101)이 제거된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
기판(101)의 분리는 예를 들어, 레이저 리프트 오프 기술을 사용한다. 기판(101)의 측면에서 그 전체 면을 통과하도록 자외선 파장의 레이저 광이 조사된다. 레이저 광은 예를 들어, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 사용하는 파장은 이에 한정되지 않고, 기판(101)을 반도체 층(102)으로부터 분리 할 수 있는 파장이면 된다. 레이저 광 조사에 의해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 반도체 층(102)에서 기판 (101)이 분리되어 제거될 수 있다.
칩(11)으로부터 기판(101)이 제거되어, 칩(11)은 개별 마이크로 LED칩으로 형성될 수 있다. 칩(11)(기판(101)의 부분이 없는 상태)은 예를 들어 대략 직육면체 또는 대략 입방체 등의 입체 형상을 가지고 직사각형의 평면 형상을 가질 수 있다. 사각형의 한 변의 길이는 예를 들어, 1μm 이상 100μm 이하의 범위를 가질 수 있다. 또한 칩(11)은 예를 들어, 원통 모양을 가지고, 원형의 평면 형상을 가질 수 있다. 원형의 직경은 1μm 이상 100μm 이하의 범위를 가질 수 있다. 사각형이나 원형의 평면 형상 부분은 예를 들어, 마이크로 LED의 광 추출면이 될 수 있다. 또한, 칩(11)은 상기 형상에 한정되지 않지만 상기의 사각형과 원형과 같은 정도의 크기의 평면 형상을 가질 수 있다.
칩(11)은, 이 단계에서는, 칩 측 전극(12)이 지지 기판(112)을 향하도록 배치되어 있고, 칩 측 전극(12)과 반대편의 하부 면이 노출되어 있다. 이 하부 면이 광 추출면이 될 수 있다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이 칩(11)이 지지 기판(112)에서 릴레이 기판(14)으로 이송될 수 있다(릴레이 단계). 도 5는 칩(11)을 지지 기판(112)에서 릴레이 기판(14)으로 이송하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
릴레이 기판(14)은 후술하는 구동 기판(20)과 동등한 열팽창률을 가질 수 있다. 또한, 릴레이 기판(14)은 가시 광선을 50 % 이상 투과하는 재료를 포함할 수 있다. 또한, 가시 광선 투과율은 릴레이 기판(14) 상에 수지층(31), 예를 들어 실리콘 수지(후술)를 도포한 상태에서 50 % 이상일 수 있다.
릴레이 기판(14)은 예를 들어, 석영 유리, 또는 무 알칼리 유리(alkali-free glass) 등이 사용될 수 있다. 이 것은 후술하는 칩(11)의 전기적 검사 시 칩(11)의 발광 상태를 관찰할 수 있도록 한다.
릴레이 기판(14)의 크기는 구동 기판(20)과 같거나 그보다 클 수 있다. 그 이유는, 후술하는 구동 기판(20)으로의 칩(11)의 이송이 한번으로 끝나도록 하기 위한 것이다. 그러나, 릴레이 기판(14)의 크기가 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 1 개의 릴레이 기판(14)의 크기가 구동 기판(20)의 1 / 10 ~ 1 / 2 범위의 크기를 가질 수 있다. 릴레이 기판(14)의 크기가 구동 기판(20)보다 작은 경우에는, 릴레이 기판(14)으로부터 구동 기판(20)으로 칩(11)의 이송을 반복한다.
지지 기판(112)에서 릴레이 기판(14)으로의 칩(11)의 이동 시, 릴레이 기판(14)에 대해 칩(11)의 하부 면 측에서 칩(11)을 부착시킨다(부착 단계). 칩(11)과 릴레이 기판(14)을 부착할 때 수지 재(31), 예를 들어, 실리콘 수지(실리콘 엘라스토머(silicon elastomer)라고도 함)를 사용할 수 있다.
릴레이 기판(14)에, 실리콘 수지, 예를 들어, PDMS (Polydimethylsiloxane)수지를 스핀 코팅, 라미네이트, 슬릿 코팅, 또는 몰딩 등에 의해 균일한 두께로 도포하여 수지 재(31)를 형성할 수 있다.
그 후, 릴레이 기판(14)과 수지 재(31)가 가열되어 열 가교시킬 수 있다. 열 가교된 수지 재(31)는 고무 경도(쇼어 A)가 20 ~ 100 정도가 되도록 조정될 수 있다. 경도의 조정은 가교제 배합량 및 경화 온도의 조정에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 경도의 수지 재(31)에는 고무 특성이 있으며, 수지 재(31)를 이용하여 칩(11)을 부착시킬 수 있다.
수지 재(31)의 두께는 칩(11)을 부착시키는 정도이면 되고, 예를 들어, 1μm ~ 1mm 정도일 수 있다. 이와 같은 두께로 하여 수지 재(31)에 칩(11)을 부착시킬 수 있다. 또한, 수지 재(31)의 두께가 1μm ~ 1mm 정도이면 후술하는 전기적 검사 시 LED를 발광시킨 경우, 검사에 충분한 빛이 수지 재(31)를 투과할 수 있다.
칩(11)의 이송은 각 색상의 칩(11)을 지지한 지지 기판(112) 마다 행해질 수 있다. 칩(11)의 이송에는 스탬프 또는 레이저 박리가 사용될 수 있다. 본 실시 형태에서는 스탬프를 이용한 예를 설명한다.
칩(11)의 이송은 도 5와 같이 먼저 지지 기판(112) 마다 칩(11)을 수지 재(31)에 가압하여 이루어질 수 있다. 칩(11)은 수지 재(31)의 고무 특성에 따라 수지 재(31)에 부착될 수 있다. 또한, 릴레이 기판(14) 위의 칩(11)의 이송에 있어서는, 칩(11)을 수지 재(31) 위에 위치시킨 후, 칩(11)을 릴레이 기판(14) 방향으로 가압하여 더 강하게 밀착시킬 수 있다.
이송 후 칩(11)은 수지 재(31)의 고무 특성에 따라 부착하기 때문에 쉽게 위치가 바뀌거나 칩(11)이 있는 면을 아래로 향하게 하여도 릴레이 기판(14)으로부터 칩(11)이 떨어지지 않는다.
다음, 칩(11)에서 지지 기판(112)이 제거될 수 있다. 도 6은 지지 기판(112)이 제거된 상태의 릴레이 기판(14)을 나타내는 개략적인 단면도이다. 지지 기판(112)의 제거에는 예를 들어, 레이저 리프트 오프 기술이 사용될 수 있다. 레이저 리프트 오프 기술에 의한 지지 기판(112)의 제거는 예를 들어, 다음과 같이 진행된다. 먼저 지지 기판(112) 측에서 지지 기판(112)의 전체 면을 주사하도록 자외선 파장의 레이저 광이 조사된다. 사용하는 레이저 광은 예를 들어, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. 사용하는 파장은 이에 한정되지 않고, 수지층(111)으로 사용하는 수지 재료에 따라 적절히 결정될 수 있다. 수지층(111)은 레이저 빛의 조사에 의해 용해되고, 지지 기판(112)이 칩 측 전극(12)의 표면에서 분리될 수 있다. 따라서, 지지 기판(112)이 칩(11)에서 제거될 수 있다. 또한, 레이저 절제(ablation)를 이용한 경우에는, 칩(11)이 레이저 절제에 의해 지지 기판(112)에서 릴레이 기판(14)으로 옮겨지기 때문에 지지 기판(112)을 제거하는 공정이 불필요하다.
지지 기판(112)의 제거 후, 칩 측 전극(12)의 표면에 남아 있는 수지층(111)은 세정 처리에 의해 제거될 수 있다. 세정 처리는 예를 들어 산소 플라즈마 워싱 등의 건식 식각을 원하는 시간으로 처리하여 제거될 수 있다. 또는, 수지층(111)을 용해 할 수 있는 약액을 이용하여 습식 식각에 의해 제거 할 수 있다.
도 7은 모든 색상의 칩(11R)(11G)(11B)이 지지된 상태의 릴레이 기판(14)을 나타내는 평면도이다. 릴레이 기판(14)으로 칩(11)의 이동이 완료되면 도 7과 같이 모든 색상의 모든 칩(11R, 11G 및 11B)이 수지 재(31)에 의해 릴레이 기판(14)에 배치될 수 있다. 모든 칩(11)은 소정의 배열 피치로 배치될 수 있다. 배열 피치는 구동 기판(20) 상의 배열 피치와 같을 수 있다. 또한, 칩(11)에서는 칩 측 전극(12)과 마이크로 범프의 솔더(13)가 노출될 수 있다.
다음, 도 8을 참조하면, 외관 검사 및 전기적 검사를 한다(외관 검사 단계 및 전기적 검사 단계)(S101). 외관 검사는 자동 광학 검사(AOI: Automated Optical Inspection)를 통해 릴레이 기판(14) 상의 칩(11)의 기울기, 복수의 칩(11) 사이의 높이 차, 칩(11)의 누락 등의 외관 불량이 검출될 수 있다. AOI에서 검출된 불량 칩의 위치 및 칩 누락 위치는 AOI 장비의 기억 장치에 기억될 수 있다. 또한, 불량 칩의 위치 및 칩 누락 위치는 별도 AOI 장비에서 검사 정보를 검색할 컴퓨터의 기억 장치 등에 저장될 수 있다(S102).
그 후, 불량 칩은 기억된 불량 칩의 위치에 따라 양호한 품질의 칩(11)으로 교체될 수 있다. 칩 누락은 기억된 칩 누락 위치에 따라 새로운 칩(11)으로 보충되고, 릴레이 기판(14)에 부착될 수 있다. 본 실시 형태에서는 AOI 결과에 따라 불량 칩의 교환 및 누락된 칩의 보충을 제 1 리페어 단계라고 칭한다(S103).
제 1 리페어 후, 칩(11)의 전기적 검사가 실시될 수 있다(S104). 전기적 검사는 각 칩(11)에 칩 측 전극(12)에서 통전하여 LED가 양호하게 발광하는 지 여부를 확인하는 발광 시험이다. 전기적 검사로는 소정의 발광 휘도 미만 여부가 검사될 수 있다. 소정의 발광 휘도 미만은 점등의 경우 휘도가 부족한 경우를 포함한다. 또한, 전기적 검사로는 소정의 발광 스펙트럼을 충족하는지 여부가 검사될 수 있다. 소정의 발광 휘도 미만 또는 소정의 발광 스펙트럼에서 벗어나 있는 칩(11)은 불량 칩(불량 소자)으로 검출될 수 있다. 전기적 검사에서 검출된 불량 칩의 위치는 전기 장치의 기억 장치에 기억될 수 있다. 또한, 불량 칩의 위치는 별도의 전기 장치에서 검사 정보를 검색할 컴퓨터의 기억 장치 등에 저장될 수 있다(S105).
또한, 소정의 발광 휘도 및 소정의 발광 스펙트럼은 릴레이 기판(14)을 통해 관찰되는 발광에 대한 규격이며, 최종 디스플레이 장치에서의 규격과는 다를 수 있다. 또한 전기적 검사 단계에서는 발광 휘도 및 발광 스펙트럼을 모두 검사하는 것이 바람직하지만, 어느 한쪽 만 검사해도 좋다.
그 후, 불량 칩은 기억된 불량 칩의 위치에 따라 양호한 칩으로 교환될 수 있다. 본 실시 형태에서는, 전기적 검사 결과에 따른 불량 칩의 교환을 제 2 리페어 단계라고 칭한다(S106).
전기적 검사는 예를 들어, 전기적 검사 프로브를 칩(11) 마다 칩 측 전극(12)에 개별적으로 맞춘 검사를 해도 좋고, 여러 개의 칩(11)을 한 번에 검사 할 수 있는 검사 장비를 준비하여 검사 할 수도 있다.
릴레이 기판(14)으로는 앞서 설명한 바와 같이, 광 투과성 기판이 사용되기 때문에, 칩(11)을 점등시키면 릴레이 기판(14) 쪽에서 빛을 측정할 수 있다. 전기적 검사에서는 릴레이 기판(14) 측에서 각 칩(11)의 밝기와 파장 등을 검사할 수 있다.
제 1 및 제 2 리페어 단계는 예를 들어, 다음과 같이 진행된다. 우선, 릴레이 기판(14) 상에서 불량 칩이 확인 된 경우, 불량 칩을 점착성 스탬프 등으로 릴레이 기판(14) 상에서 제거할 수 있다. 점착성 스탬프는 예를 들어, 끝에, 수지 재(31)가 칩(11)을 지지하고 있는 힘보다 강한 접착력을 갖는 점착제 또는 접착제를 붙인 바늘 일 수 있다. 불량 칩을 제거 할 때, 이 바늘 끝에 불량 칩을 점착하거나 접착시켜 릴레이 기판(14)에서 끌어 낸다. 불량 칩은 앞서 설명한 바와 같이, 릴레이 기판(14)의 수지 재(31)에 부착하고 있는 것뿐이기 때문에, 1 개, 1 개의 칩을 개별적으로 쉽게 분리 할 수 있다.
불량 칩을 제거한 후, 그 자리에 양호한 품질의 칩을 재배치한다. 또한, AOI에서 칩 누락이 발견 된 경우, 빠진 부분에 양호한 품질의 칩이 배치된다.
이와 같이, 본 실시 예에서, 릴레이 기판(14) 상에서 불량 칩을 양호한 품질의 칩으로 교환하는 리페어가 실시된다. 또한, 제 1 리페어는 생략하고, 전기적 검사 후 1 회 리페어 의해, AOI 및 전기 검사에서 불량 칩의 교환 또는 누락 칩의 배치 등을 실시하는 것도 가능하다.
다음, 도 9를 참조하면, 칩(11)이 릴레이 기판(14)으로부터 구동 기판(20)으로 이송될 수 있다(접합 단계). 구동 기판(20)에는 마이크로 LED의 각 칩(11)에 전력을 공급하기 위해 필요한 배선 및 TFT(thin-film-transistor) 등과 함께, 칩 측 전극(12)과 접합하기 위한 전극이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는 구동 기판(20)에 설치되는 전극을 구동 기판 측 전극(21)이라고 칭한다. 구동 기판 측 전극(21)은 구동 기판(20) 상에 형성되는 금속 배선의 일부가 그대로 사용 되어도 좋고, 배선과 연결된 금속 패드가 별도로 구비되어 있어도 좋다. 구동 기판 측 전극(21)으로는 앞서 언급한 칩 측 전극(12)과 같은 금속이 사용될 수 있다. 구동 기판 측 전극(21)의 상부에는 아무 것도 없을 수 있으나, 솔더(13)의 마이크로 범프가 형성되어 있어도 좋다.
도 9는 릴레이 기판(14)으로부터 구동 기판 (20)으로 칩(11)의 이송을 설명하기 위한 개략 단면도이다. 릴레이 기판(14)으로부터 구동 기판(20)으로의 칩(11)의 이송은 플럭스 없이 임시 접합이 이루어질 수 있다(임시 접합 단계). 임시 접합은 도 9에 나타낸 바와 같이, 릴레이 기판(14)에 부착된 칩(11)의 칩 측 전극(12)과 구동 기판(20)에 형성된 구동 기판 측 전극(21)이 접하도록 릴레이 기판(14)과 구동 기판(20)을 중합시킨다. 그 후, 릴레이 기판(14)과 구동 기판 (20)을 서로 접근시키는 방향으로 가압하면서 전체를 상온 이상 솔더 용융 온도 이하의 온도에서 가열한다. 따라서, 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)이 접합될 수 있다. 솔더 용융 온도 이하의 온도에도 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)은 어느 정도의 힘으로 결합될 수 있다.
이것은 솔더 용융 온도 미만이어도 가압하여 솔더(13)의 주성분인 주석 (Sn)의 금속 원자와 전극 재료인 금(Au), 구리(Cu), 또는 알루미늄(Al) 등이 서로 확산 접합하는 현상이 발생하기 때문이다. 이 확산 접합에 관해서는 JIS 규격 Z3001-2의 22702의 정의는 "모재를 밀착시켜 모재의 융점 이하의 온도 조건에서 소성 변형을 가능한 한 생기지 않을 정도로 가압하여 접합면 사이에 발생 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법 "이라고 정의되어 있다. 또 다른 참고 자료로는 도쿄 공업 대학 대학원 종합 이공학 연구과 재료 물리 화학 전공 카지와라(梶原) 연구실 "Au-Sn 계의 고상(固相) 반응 확산" URL = http : //j2www.materia.titech.ac. jp / kajihara / chapters / chap01 / detail.html이 있다.
가열 온도 및 가압력은 칩 측 전극(12)의 마이크로 범프에 사용된 솔더(13)의 소재에 따라 다르다. 예를 들어, SAC(Sn96.5 %, Ag3.0 %, Cu0.5 %)의 경우에는 융점이 217 ~ 220 ℃이다. 임시 접합 시에는, 예를 들어, 솔더를 온도 200 ~ 216 ℃가 되도록 가열하고, 릴레이 기판(14)을 구동 기판 측 전극(21)에 가압하는 가압력으로는 0.5 ~ 1 .0 MPa로 할 수 있다.
이러한 온도 및 가압력 범위를 이용하여, 솔더(13)가 용융하지 않고 칩(11)과 구동 기판(20)을 접합시킬 수 있다. 또한, 이 온도 범위이면, 수지 재(31)가 변질하지 않을 수 있다. 이 단계에서의 칩(11)과 구동 기판(20)과의 접합에는 플럭스를 사용하지 않는다. 따라서, 칩 측 전극(12)과 솔더(13)(또는 금속 재료)의 계면과, 구동 기판 측 전극(210)과 솔더(13)(또는 금속 재료)와의 계면 중 적어도 하나에 플럭스가 없다. 따라서, 칩 측 전극(12)의 솔더(또는 금속 재료)(13)와 구동 기판 측 전극(21)과의 계면에는 금속 이외의 성분을 존재시키지 않고 접합 할 수 있다.
도 10은 위에서 설명한 디스플레이 장치의 제조 방법을 간략하게 나타낸 도면이다. 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, 칩 측 전극이 노출되도록 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩(11)을 릴레이 기판(14)에 구비하는 릴레이 단계를 포함할 수 있다(S201). 그리고, 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩(11)을 릴레이 기판(14)에서 구동 기판(20)으로 이송한다. 그러면, 마이크로 발광 소자 칩(11)과 구동 기판 측 전극(21)이 접합될 수 있다(S202). 다음, 칩(11)으로부터 릴레이 기판(14)이 제거될 수 있다(릴레이 기판 분리 단계). 도 11은 칩(11)에서 릴레이 기판(14)이 제거된 후 구동 기판(20)을 나타내는 개략 단면도이다.
칩(11)에서 릴레이 기판(14)을 제거할 때, 릴레이 기판(14)을 칩(11)에서 당기면 릴레이 기판(14)이 벗겨진다. 앞서 언급 한 바와 같이, 릴레이 기판(14)과 칩(11)은 수지 재(31)에 의해 부착되어 있다. 릴레이 기판(14)과 칩(11)이 수지 재(31)에 부착되어 있는 힘은, 임시 접합에 의해 칩(11)이 구동 기판(20)에 접합되는 힘보다 약하다. 따라서, 릴레이 기판(14)은 칩(11)에서 쉽게 당겨 떼어 낼 수 있고, 이렇게 하면 도 11과 같이, 칩(11)이 구동 기판(20)에 임시 접합된 상태가 된다. 그 후, 구동 기판(20)을 솔더 용융 온도 이상까지 가열하여 칩(11)과 구동 기판 측 전극(21)을 견고하게 접합시킬 수 있다(리플로우 단계). 도 12는 리플로우 후 구동 기판(20)을 나타내는 개략 단면도이다.
리플로우에서는 가열 전에, 구동 기판(20)의 칩(11)을 탑재한 면에 플럭스를 도포한다(플럭스 도포 단계). 이 리플로우 단계에서는 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)과의 계면은 이미 접합하고 있다. 따라서, 도포한 플럭스는 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)과의 계면에 침입하지 않는다. 이 상태에서 리플로우 하면 도 12와 같이 솔더(13)가 용융 후 응고(공정 금속화) 할 때 자기 정렬 효과로 잘 정렬된 상태에서 칩(11)을 실장시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 플럭스를 도포하고 리플로우하기 때문에, 구동 기판(20)의 표면에서 약간 돌출되어 있는 전극 주위에는 솔더(13)가 둘러싸 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)이 더 견고하게 접합될 수 있다.
본 실시 예에서는 칩 측 전극(12)에 형성된 마이크로 범프인 솔더(13)와, 구동 기판 측 전극(21)이 이 리플로우에 의해 공정 금속이 견고하게 접합될 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21) 사이에 솔더(또는, 금속 재료)(13)가 개재하면, 플럭스의 성분은 존재하지 않고 접합될 수 있다. 칩 측 전극(12)과 금속 재료(13)의 계면과, 구동 기판 측 전극(21)과 금속 재료(13)와의 계면 중 적어도 하나에 플럭스가 존재하지 않을 수 있다. 여기서, 금속 재료는 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)이 솔더를 통하여 리플로우 되었을 때, 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21) 사이의 재료를 나타낼 수 있다. 따라서, 금속 재료에 대해 솔더와 같은 부재 번호 13을 사용할 수 있다.
금속 재료는, 솔더와 칩 측 전극과의 공정 금속과, 솔더와 구동 기판 측 전극과의 공정 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 릴레이 기판(14)의 크기가 구동 기판(20)보다 작은 경우에는 먼저 모든 칩(11)을 릴레이 기판(14)으로부터 구동 기판(20)으로 임시 접합에 의해 이송할 수 있다. 그 후, 구동 기판(20)에 대해 전체를 리플로우 할 수 있다.
또한, 리플로우 단계에서는 플럭스를 도포하지 않고 리플로우를 실시하여도 좋다. 플럭스를 도포하지 않아도 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)은 솔더(13)의 융점 이상으로 가열되는 것에 의해, 공정 금속화 하여 견고하게 접합 할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태의 전극 접합의 작용을 설명한다. 도 13 및 도 14는 칩 접합 부분의 리플로우 후의 상태를 나타내는 개략 확대 단면도이다. 도 13은 비교 예의 접합 상태이며, 불량 발생시를 나타내고, 도 14는 본 실시 예에 따른 결합 상태를 나타내고 있다.
비교 예의 접합에서는, 리플로우 전에 플럭스를 구동 기판 측 전극(21) 표면에 도포한다. 따라서 기존의 접합은 구동 기판 측 전극(21)에 칩 측 전극(12)의 마이크로 범프 솔더(13)를 접촉 시켰을 때 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)과의 계면에 플럭스의 성분이 존재할 수 있다. 따라서, 기존의 접합에서는, 이 상태에서 리플로우 가열하면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 플럭스의 성분이 계면 부근에서 팽창하여 보이드(50)가 발생할 수 있다. 보이드(50)의 발생은 칩(11)이 기울어지는 등의 불량 원인이 된다. 특히, 칩(11)은 마이크로 LED로 매우 작기 때문에, 보이드(50)의 발생에 의해, 칩(11)이 빠질 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 리플로우 이전 단계에서 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)이 임시 접합하여 금속끼리 완전히 밀착되어 있기 때문에, 접합 계면에 플럭스가 들어갈 수 없다. 따라서 본 실시 예에서, 리플로우 시에는 솔더(13)가 구동 기판 측 전극(21)의 금속과 함께 결정화한다. 따라서, 본 실시 예에서는 도 14에 나타낸 바와 같이, 리플로우에 의해 플럭스의 성분에 기인한 보이드(50)는 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시 예에서, 리플로우 단계에서 칩(11)이 기울어지거나 빠지지 않는다.
한편, 본 실시 형태에 있어서 리페어의 작용을 설명한다.
비교 예에서는, 구동 기판(20) 상에서의 리페어는 구동 기판(20)과 칩(11)이 솔더(13)에 의해 고착된 후에 이루어진다. 이 경우, 구동 기판(20)과 칩(11)의 결합이 견고하므로, 불량 칩을 구동 기판(20)에서 제거하는 것은 쉽지 않다. 예를 들어, 구동 기판(20)에서 불량 칩을 분리할 경우 무리하게 힘을 가하면 구동 기판(20)이 손상될 수 있다. 또한, 솔더(13)를 용융하여 불량 칩을 분리하는 경우는 불량 칩만을 국소적으로 가열하는 것은 어렵고, 주변의 양호한 칩의 고착 솔더(13)도 용융되거나 또는 느슨하게 되어 불량 칩 이외의 주변 칩까지 떨어지거나 움직일 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 도 6을 참조하면, 칩(11)을 릴레이 기판(14)에 부착시킨 상태에서 불량 칩을 분리한다. 여기서, 칩(11)을 릴레이 기판(14)에 형성된 PDMS 수지(31)에 의해 부착시키고 있다. 따라서, 릴레이 기판(14)으로부터 불량 칩을 끌어내는 힘은 비교 예에서 구동 기판(20)에서 불량 칩을 끌어내는 힘보다 약하다. 또한, 본 실시 형태에서는 솔더 용융과 같은 고온에서의 가열도 필요 없다. 따라서, 본 실시 예에서는, 릴레이 기판(14)으로부터 주변의 양호한 칩에는 영향을 주지 않고 불량 칩만을 용이하게 분리 할 수 있다. 따라서, 본 실시 예에 따른 릴레이 기판(14) 상에서의 리페어는 비교 예의 구동 기판(20) 상에서의 리페어보다 쉽다.
AOI 및 전기적 검사, 연속 리페어는 반복 실시될 수 있다. 이러한 공정의 반복은 릴레이 기판(14) 상에 불량 칩의 수가 소정의 불량 물품 종류 미만이 될 때까지 실시될 수 있다. 소정의 불량 물품 종류는 예를 들어, 마지막으로 디스플레이 장치로 완성 된 때, 점등 및 밝기 부족 등의 불량 화소에 허용되는 수를 기준으로 결정될 수 있다.
<실시 예>
상술한 실시 예에 따라, 마이크로 LED를 구동 기판(20)에 구현 한 디스플레이의 제조이다.
본 실시 예는 무 알칼리 유리 기판으로 형성된 구동 기판(20)에 다수의 마이크로 LED를 일괄적으로 실장한다. 실제적인 생산에 있어서는, 구동 기판(20)의 크기는 데이 스프레이 크기에 해당하며, 화소 수는 디스플레이 해상도를 대응한다. 본 실시 예에서는 실험을 위해, 구동 기판(20)의 크기는 35 × 35mm, 화소 수(즉 칩의 수)는 80 × 80 × RGB이다.구동 기판 (20)에는 TFT 배선 및 Cu 전극 패드가 형성되어 있다. 전극 패드는 실시 예의 설명에서 구동 기판 측 전극 (21)에 상당한다. 전극 패드는 화소 수, 즉 접합하는 마이크로 LED 칩(11)의 수에 대응하는 수만 형성되어 있다.
릴레이 기판(14)으로는 구동 기판(20)과 같은 크기로 두께 0.7mm의 무 알칼리 유리 기판을 사용 하였다. 릴레이 기판(14) 상에 PDMS 수지(31)를 10μm의 두께로 형성 하였다.
PDMS 수지(31)의 형성은 라미네이트 코팅으로, 릴레이 기판(14) 표면에 PDMS 수지(31)를 균일한 두께로 도포하고, 100 ℃의 오븐에서 1 시간 정도 가열하여 PDMS 수지(31)를 열 가교시켰다. PDMS 수지(31)는, 신에츠(信越) 화학 공업 주식회사 제조의, 신에츠 실리콘 SIM360 및 CAT360를 배합하여 완성 경도를 조정했다. 완성(열 가교 후)의 경도는 고무 경도 쇼어 A60였다.
마이크로 LED 칩(11)은 반도체 층(102)이 형성된 사파이어 기판(101)에서 다이싱되어 지지 기판(112)으로 이송 한 후, 나아가 릴레이 기판(14)으로 이송했다. 또한, 칩(11)에는 칩 측 전극(12)이 형성되고, 그 전극(12)에 높이 5μm의 솔더(13)에 의한 마이크로 범프가 형성되어 있다. 솔더(13)는 SAC(SnAgCu)를 사용 하였다.
릴레이 기판(14)으로의 이동에서는 스탬프를 사용하여, 제품이 되는 화소 피치로, 마이크로 LED 칩(11)을 릴레이 기판(14) 상에 배열시켰다. 칩(11)과 칩 측 전극(12)은 노출되어 있다.
다음은 릴레이 기판(14)의 칩(11) 및 칩 측 전극(12) 위 등에 남은 수지 잔류물을 산소 어셔(usher)에서 제거한 후, Ar 플라즈마 처리의 트리트먼트를 실시했다.
다음, AOI 검사를 통해 릴레이 기판(14) 상의 칩(11)의 기울기, 높이의 불일치 및 칩(11)의 부재 등의 외관 불량을 검출하여 불량 칩 또는 누락 칩에 대해 새로운 칩으로 교환 및 재배치를 했다.
다음, 프로브를 릴레이 기판(14)의 칩 측 전극(12)에 접촉시켜 전기적 검사를 실시하여 점등 불량이나 밝기, 발광 스펙트럼이 표준에서 제외된 불량 칩을 교체 및 재배치 했다.
이 AOI 검사와 제 1 리페어, 전기적 검사와 제 2 리페어를 여러 번 반복 실시하여 릴레이 기판(14) 상에서 불량 칩을 모두 양호한 칩으로 교환하고 릴레이 기판(14) 상에 100 % 양호한 품질의 칩이 되도록 했다. 즉, 리페어 후 릴레이 기판(14) 상에는, 칩(11)은 정확하게 배치되고, 점등되지 않는 칩이 없는 양호한 품질로만 구성된다.
제 1 리페어 및 제 2 리페어는 모두 릴레이 기판(14)으로부터 불량 칩을 끌어내는 데 큰 힘을 필요로 하지 않고 쉽게 수행될 수 있다. 또한 교환을 위한 양호한 칩은 릴레이 기판(14)의 PDMS 수지(31)에 쉽게 부착시킬 수 있었다.
다음으로, 구동 기판(20)과 릴레이 기판(14)을 정렬 한 후 각각의 전극이 겹치는 위치에 솔더 용융 온도 이하의 온도에서 일괄 본딩을 했다. 따라서, 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)이 솔더(13)를 통해 임시 접합되었다.
다음은 릴레이 기판(14)을 박리하여 제거 하였다. 모든 칩(11)이 구동 기판(20)에 접합하고, 칩의 부재는 확인되지 않았다.
다음으로, 구동 기판(20)을 통해 전기적 검사를 실시했다. 약간 불량 칩이 감지되었지만 쉽게 교환 할 수 있었다. 본 실시 예에서는 이 단계에서는 임시 접합 상태이기 때문에, 불량 칩을 솔더(13)의 융점보다 낮은 온도로 가열하면 쉽게 제거 할 수 있다. 그리고 교체할 양호한 칩은 장착 위치를 솔더(13)의 융점보다 낮은 온도에서 국소적으로 가열하면서 임시 접합시키면 된다. 따라서 본 실시 예에서는 구동 기판(20)에도 1 개, 1 개의 불량 칩을 교체하여, 기존의 제조 방식으로 구동 기판(20)에 접합 된 칩(11)을 교환하는 것보다 쉽게 불량 칩을 교환 할 수 있다.
다음으로, 구동 기판(20)상의 칩(11)이 임시 접합된 면에 플럭스를 도포하여 리플로우 오븐에서 솔더 용융 온도 이상에서 가열 처리를 실시했다. 이 리플로우를 하여 본 실시 예에서는 칩 측 전극(12)에 형성된 마이크로 범프인 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)이, 공정(共晶) 금속으로 되어 견고하게 접합되었다. 또한 리플로우 솔더(13)가 용융 후 공정 금속화할 때에 자기 정렬 효과로 잘 정렬된 상태에서 마이크로 LED 칩(11)이 실장 되었다.
본 실시 예에 따른 불량률(= 불량 칩 / 칩 개수)는 0.01 % (2 / 19,200)였다.
비교를 위해 본 발명을 적용하지 않는 제조 방법에 의해 디스플레이 장치를 제조 하였다 (비교 예).
비교 예는, 릴레이 기판, 구동 기판, 칩 개수, 및 마이크로 LED 칩은 실시 예와 동일하다. 비교 예에서는 마이크로 LED 칩을 에폭시 수지에 의해 릴레이 기판에 접착했다. 그 후, 비교 예에서는 릴레이 기판에서 리페어를 할 필요 없이 릴레이 기판에서 플럭스 도포 후 구동 기판에 칩을 배치하고, 그대로 (임시 접합 없이) 솔더 융점 이상의 접합에 적합한 온도에서 리플로우를 실시했다. 릴레이 기판에서 구동 기판으로의 이송은 레이저 리프트 오프에 의해 에폭시 수지에서 칩을 분리 하였다. 따라서, 비교 예에서는 실리콘 수지가 도포된 릴레이 기판이 사용되지 않고 릴레이 기판에서의 리페어도 이루어지고 있지 않다.
비교 예에서는, 불량률이 0.8 %(154 / 19,200)였다. 불량률 0.8 %는 4K 화소(3,840 × 2,160 × RGB)에 대응 시키면, 199,065 개의 불량 칩 개수에 해당하고, 이를 모두 리페어하는 것은 엄청난 시간이 걸리기 때문에 현실적이지 않다.
먼저 설명한 실시 예의 경우, 완성 후의 구동 기판(20) 상에 검출되는 불량 칩은 비교 예의 제조 방법보다 매우 적기 때문에 고품질의 디스플레이 장치의 제조에 적합하다.
이상 설명한 실시 예에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
다양한 실시 예에서는, 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)을 플럭스 없이 접합하고 있다. 따라서 칩 측 전극(12)의 솔더(13)와 구동 기판 측 전극(21)과의 계면은 금속 이외의 성분이 존재하지 않는다. 따라서, 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 칩(11)의 접합 계면에 보이드(50)의 발생이 적다. 따라서, 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 구동 기판(20) 상에 칩(11)의 접합 불량이 적다. 따라서, 예시적인 실시예는 구동 기판(20) 상에서의 불량 칩의 교환을 줄일 수 있으며, 수율의 저하를 억제 할 수 있다.
또한, 예시적인 실시예에서는 칩 접합 부분에서의 보이드 발생이 적기 때문에 안정적인 마이크로 LED 모듈(디스플레이 장치)을 제조할 수 있다. 예시적인 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 야외에 설치될 수 있는 간판, 진동이 많아지는 자동차 디스플레이 등, 높은 내구성 및 신뢰성이 요구되는 용도에 적합하며, 다양한 디스플레이 제품을 제공할 수 있다.
또한, 예시적인 실시 예에서, 릴레이 기판(14) 상에 실리콘 수지를 사용하여 칩(11)을 정렬시킨 것으로, 릴레이 기판(14) 상에 외관 검사 및 전기적 검사를 실시하여 불량 칩을 리페어 한다. 이에 따라 기존에, 구동 기판 실장 후에 이루어진 리페어와 비교할 때, 불량 칩 교체가 용이해진다. 따라서, 구동 기판(20)에 칩(11)을 실장할 때의 수율이 향상될 수 있다.
이상, 예시적인 실시를 설명 하였지만, 다양한 변형이 가능하다.
상술한 실시 예에서는 칩(11)과 구동 기판 (20)과의 접합은, 솔더(13)에 의한 마이크로 범프를 형성한 칩 측 전극(12)과 구동 기판 측 전극(21)을 직접 접합함으로써 이루어졌다. 그러나 칩(11)과 구동 기판(20)과의 접합은 이에 한정되지 않는다. 칩(11)과 구동 기판(20)과의 접합은 예를 들어, 구동 기판(20)의 전극이 있는 면을 ACF(anisotropic conductive film) 또는 NCF(Non Conductive Film)에 의해 라미네이트 하여 칩(11)을 접합하는 것도 가능하다.
이와 같이, ACF 또는 NCF를 사용한 접합에서도 릴레이 기판(14)의 리페어가 실시되는 것으로, 구동 기판(20)에 칩을 접합한 후의, 칩의 불량을 줄일 수 있다.
또한, 릴레이 기판(14) 상에서 검사 및 리페어를 실시한 후, 구동 기판(20)에 플럭스를 도포하고, 칩(11)을 이송한 후 가열하여 솔더 리플로우시켜 접합하여도 좋다. 이 경우는 상온에서 칩을 이송할 수 있는 프로세스의 장점이 있다. 이 경우에도 릴레이 기판(14) 상에서 검사 및 리페어를 실시하는 것으로, 구동 기판(20)에 칩(11)을 접합한 후의 칩 불량을 줄일 수 있다.
또한, 일 실시 형태로서, 릴레이 기판이 되는 기판 상에 수지 재료(예를 들어 PDMS 수지 등의 실리콘 수지)가 형성되고, 이 수지 재료에 여러 마이크로 발광 소자를 부착시킨 디스플레이 장치 제조용 구조물을 제공 할 수 있다. 이 디스플레이 장치 제조용 구조물은 실시 예로서 앞서 설명한 바와 같이, 릴레이 기판(14) 상에 복수의 칩(11)이 소정의 배열 피치로 배열되어 있다. 디스플레이 장치 제조용 구조물은 릴레이 기판(14) 상에 디스플레이 장치에 사용되는 소정의 개수에 대해 칩(11)이 정확하게 배치되는 한편, 점등이 되지 않는 것을 포함한 밝기 부족 등의 불량 소자가 소정의 불량 물품 개수 미만의 상태로 제공될 수 있다.
본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 구성에 따라 다양한 변경이 가능하며, 그 내용도 본 발명의 범주에 속한다.
11: 칩,
12: 칩 측 전극,
13: 솔더,
14: 릴레이 기판,
20: 구동 기판,
21: 구동 기판 측 전극,
31: PDMS 수지,
50: 보이드,
101: 기판
102: 반도체 층,
112: 지지 기판
12: 칩 측 전극,
13: 솔더,
14: 릴레이 기판,
20: 구동 기판,
21: 구동 기판 측 전극,
31: PDMS 수지,
50: 보이드,
101: 기판
102: 반도체 층,
112: 지지 기판
Claims (20)
- 각각 칩 측 전극을 갖는 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
상기 칩 측 전극이 노출되도록, 상기 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판에 구비하는, 릴레이 단계;
상기 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 상기 릴레이 기판에서 구동 기판 측 전극을 갖는 구동 기판으로 이송하여 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 접합하는, 접합 단계;를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 릴레이 단계는,
상기 릴레이 기판에 형성된 수지 재로 상기 마이크로 발광 소자 칩을 부착시키는 부착 단계를 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 수지 재는 실리콘 수지를 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 릴레이 단계 후, 상기 릴레이 기판에 구비된 상기 마이크로 발광 소자 칩의 상기 칩 측 전극에 통전하여 불량 칩을 검출하고, 상기 불량 칩의 위치를 기억하는 전기적 검사 단계를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 불량 칩의 위치에 따라 상기 불량 칩을 상기 릴레이 기판에서 분리하고, 분리된 상기 불량 칩 대신에 새로운 마이크로 발광 소자 칩을 상기 릴레이 기판에 부착시키는 리페어 단계를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
기판에 상기 마이크로 발광 소자 칩이 형성될 반도체 층을 형성하는 반도체 층 형성 단계와,
상기 반도체 층 상에 상기 칩 측 전극을 형성하는 칩 측 전극 형성 단계와,
상기 반도체 층을 상기 마이크로 발광 소자 칩이 되도록 분리하여 지지 기판으로 이송하는, 지지 기판으로 이동 단계를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제 6항에 있어서,
상기 지지 기판으로 이동 단계는, 상기 칩 측 전극이 상기 지지 기판 쪽을 향하도록 하여 상기 마이크로 발광 소자 칩을 소정의 배열 피치를 가지고 상기 지지 기판 상에 배치하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 릴레이 단계는,
상기 마이크로 발광 소자 칩을 상기 칩 측 전극이 노출되도록 상기 지지 기판에서 상기 릴레이 기판으로 이송하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 단계는,
상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극 사이에 플럭스 없이 솔더를 통해 대향시켜 상기 릴레이 기판과 상기 구동 기판을 가압하고, 상기 솔더의 용융 온도 이하의 온도로 가열하여, 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 솔더를 통해 압착하는 임시 접합 단계를 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 릴레이 기판을 상기 마이크로 발광 소자 칩으로부터 분리하는, 릴레이 기판 분리 단계;와
상기 마이크로 발광 소자 칩이 압착된 상기 구동 기판마다 상기 솔더의 용융 온도 이상의 온도로 가열하는 리플로우(reflow) 단계;를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 릴레이 기판 분리 단계 후,
상기 구동 기판의 상기 마이크로 발광 소자 칩을 갖는 표면에 플럭스를 도포하는 플럭스 도포 단계를 더 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 리플로우에 의해, 상기 솔더와 상기 칩 측 전극과의 공정 금속과, 상기 솔더와 상기 구동 기판 측 전극과의 공정 금속 중 적어도 하나가 형성되는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 임시 접합 단계에서, 상기 솔더를 온도 200 ~ 216 ℃가 되도록 가열하고, 상기 릴레이 기판을 구동 기판 측 전극에 가압력 0.5 ~ 1 .0 MPa로 가압하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 릴레이 기판은 가시 광선을 50 % 이상 투과하는 재질을 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법. - 마이크로 발광 소자 칩;
상기 마이크로 발광 소자 칩에 구비된 칩 측 전극;
상기 마이크로 발광 소자 칩이 실장되는 구동 기판;
상기 구동 기판에 구비된 구동 기판 측 전극; 및
상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 접합하는 금속 재료;를 포함하고,
상기 칩 측 전극과 상기 금속 재료의 계면과 상기 구동 기판 측 전극과 상기 금속 재료와의 계면 중 적어도 하나에 플럭스가 없는, 디스플레이 장치. - 제15항에 있어서,
상기 금속 재료는, 솔더와 상기 칩 측 전극과의 공정 금속과, 솔더와 상기 구동 기판 측 전극과의 공정 금속 중 적어도 하나를 포함하는, 디스플레이 장치. - 제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 칩 측 전극 및 상기 구동 기판 측 전극은 구리, 금, 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하는, 디스플레이 장치. - 칩 측 전극을 갖는 복수 개의 마이크로 발광 소자 칩을 릴레이 기판에서 구동 기판 측 전극을 갖는 구동 기판으로 이송하여 상기 칩 측 전극과 상기 구동 기판 측 전극을 접합하기 위한 디스플레이 장치용 구조물에 있어서,
상기 마이크로 발광 소자 칩;
상기 릴레이 기판; 및
상기 릴레이 기판 상에 구비된 수지 재;를 포함하고,
상기 마이크로 발광 소자 칩이 상기 칩 측 전극이 노출되도록 상기 릴레이 기판에 소정의 배열 피치를 가지고 상기 수지 재에 부착된, 디스플레이 장치 제조용 구조물. - 제18항에 있어서,
상기 릴레이 기판은 가시 광선을 50 % 이상 투과하는 재질을 포함하는, 디스플레이 장치 제조용 구조물. - 제18항에 있어서,
상기 수지 재는 실리콘 수지를 포함하는, 디스플레이 장치 제조용 구조물.
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