KR20230079923A

KR20230079923A - 마이크로 led 검사장치

Info

Publication number: KR20230079923A
Application number: KR1020210167153A
Authority: KR
Inventors: 임동현
Original assignee: 임동현
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-07
Also published as: KR102647469B1

Abstract

본 발명은 가로×세로가 15㎛×5㎛인 R,G,B(Red, Green, Blue) 독립방식의 마이크로 LED를 검사하기 위하여 3㎛ 크기의 탐침을 갖는 탐침부재를 MEMS공정으로 구현하되 상기 탐침부재를 2단으로 제작하여 두꺼운 1단에 3㎛의 얇은 2단을 포개는 방식으로 구성하고 상기 탐침부재를 검사장비와 연결되는 회로기판에 납땜부를 이용하여 납땜함으로써, 초소형의 싱글방식 마이크로 LED 검사가 가능하고 또한 3㎛의 탐침이 2단으로 제작되어서 내구성이 향상되는 마이크로 LED 검사장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 R,G,B들이 독립적으로 구성되어 접촉부 3㎛인 싱글방식의 마이크로 LED가 무수히 많이 형성된 웨이퍼를 직접 검사하기 위하여 27㎛ 두께의 1단에 3㎛ 두께의 2단을 동일형상으로 접착하되 상기 2단의 일부를 돌출시켜 두께 3㎛의 탐침을 갖는 탐침부재를 형성하고; 상기 탐침을 제외하고 상기 탐침부재를 수용하는 케이스부가 구비되며; 상기 케이스부의 개방된 양측에 결합되어서 상기 탐침부재를 보호하는 덮개부가 구비되고; 상기 탐침부재, 케이스부 및 덮개부를 관통하여 회로적으로 연결된 하나의 조립체로 만드는 수평납땜부 및 수직납땜부들이 구비되며; 상기 조립체는 검사장비와 연결된 회로기판의 밑면에 놓이고, 상기 회로기판의 단자와 상기 수평납땜부 및 수직납땜부들이 납땜되는 특징이 있다.

Description

마이크로 LED 검사장치{Micro LED inspection device}

본 발명은 마이크로 LED 검사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가로×세로가 15㎛×5㎛인 R,G,B(Red, Green, Blue) 독립방식의 마이크로 LED를 검사하기 위하여 3㎛ 크기의 탐침을 갖는 탐침부재를 MEMS공정으로 구현하되 상기 탐침부재를 2단으로 제작하여 두꺼운 1단에 3㎛의 얇은 2단을 포개는 방식으로 구성하고 상기 탐침부재를 검사장비와 연결되는 회로기판에 납땜부를 이용하여 납땜함으로써, 초소형의 싱글방식 마이크로 LED 검사가 가능하고 또한 3㎛의 탐침이 2단으로 제작되어서 내구성이 향상되는 마이크로 LED 검사장치에 관한 것이다.

최근 OLED 단점을 극복하고 액정 디스플레이와 비교할 수 없는 높은 성능을 제공하는 마이크로 LED 디스플레이가 상용화될 예정인데, 이러한 마이크로 LED는 기존에 사용되던 LED 칩의 1/10 수준인 100㎛이하의 크기를 가지는 것으로 이를 이용하여 자체발광의 디스플레이를 구현할 수 있다. 이러한 마이크로 LED 디스플레이는 백색 LED 백라이트를 이용하는 기존 액정 디스플레이에 비해 R,G,B 색상의 마이크로 LED가 독립 구동 방식으로 자체 발광하므로 명암비, 반응속도, 시야각, 밝기, 한계 해상도 및 수명 등에서도 월등할 것으로 기대되고 있다.

다만 이러한 마이크로 LED는 아직까지 생산 단가가 매우 높은데 초소형 크기의 LED 품질을 측정하여 불량품을 선별한 후 이들을 적절히 디스플레이 매트릭스에 배열하는 과정이 어렵고 복잡하기 때문이다. 특히 웨이퍼에서 생산된 칩 상태에서 각 마이크로 LED의 전기적 특성과 광학적 특성 및 각종 온도에 따른 특성까지 모두 측정하는 품질검사 과정이 복잡하며, 이를 통해 개별 마이크로 LED에 대한 복합적 특성을 모두 고려하여 디스플레이 기판에 전사해야 하므로 그 구현이 복잡하고 어렵다.

종래 특허 제2318507호는 마이크로 LED 패키지 검사장치를 제안한 바 있다. 이는 복수 개의 능동형 매트릭스(Active Matrix, AM) 구동용 마이크로 LED 유닛을 패키지 단위별로 절단하여 생성된마이크로 LED 패키지가 로딩되는 스테이지; 상기 스테이지의 상부에 설치되어 상기 복수 개의 마이크로 LED 유닛의 패드들에 각각 대응되면서 각각의 마이크로 LED 유닛과 마주하도록 배치되고, 각 마이크로 LED 유닛의 패드에 접촉되는 스테이션; 상기 스테이션의 일측에 설치되어 외부의 제어 명령에 따라 상기 복수 개의 프로브에 상기 마이크로 LED 유닛을 구동시키기 위한 전기적 신호를 전송하는 AM 구동 드라이버; 상기 스테이지의 하부에 설치되어 상기 마이크로 LED 유닛의 구동에 의해 발생되는 빛을 수광하여 광도를 측정하는 측정유닛; 및 상기 측정 유닛에 의해 측정된 광도가 기설정된 정상 범위에 포함되는지를 확인하여 픽셀별 불량/양품을 평가하는 검사 장비로 구성된다.

그러나 종래 특허는 웨이퍼에 형성된 마이크로 LED를 직접 검사하지 않고 마이크로 LED 유닛을 패키지 단위별로 절단하여 마이크로 LED 패키지를 생성하고, 생성된 마이크로 LED 패키지가 로딩되는 스테이지를 구현해야 되므로 웨이퍼의 절단 및 스테이지의 형성에 따른 제조공정이 추가되어 검사장치가 복잡해지는 단점이 있었다. 또한 종래 특허는 R,G,B(Red, Green, Blue)가 하나의 단일칩에 형성되는 방식이기 때문에 R,G,B(Red, Green, Blue)가 분리된 독립방식의 마이크로 LED를 검사할 수 없는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 가로×세로가 15㎛×5㎛인 R,G,B(Red, Green, Blue) 독립방식의 마이크로 LED를 검사하기 위하여 3㎛ 크기의 탐침을 갖는 탐침부재를 MEMS공정으로 구현하되 상기 탐침부재를 2단으로 제작하여 두꺼운 1단에 3㎛의 얇은 2단을 포개는 방식으로 구성하고 상기 탐침부재를 검사장비와 연결되는 회로기판에 납땜부를 이용하여 납땜함으로써, 초소형의 싱글방식 마이크로 LED 검사가 가능하고 또한 3㎛의 탐침이 2단으로 제작되어서 내구성이 향상되는 마이크로 LED 검사장치를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 R,G,B들이 독립적으로 구성되어 접촉부 3㎛인 싱글방식의 마이크로 LED가 무수히 많이 형성된 웨이퍼를 직접 검사하기 위하여 27㎛ 두께의 1단에 3㎛ 두께의 2단을 동일형상으로 접착하되 상기 2단의 일부를 돌출시켜 두께 3㎛의 탐침을 갖는 탐침부재를 형성하고; 상기 탐침을 제외하고 상기 탐침부재를 수용하는 케이스부가 구비되며; 상기 케이스부의 개방된 양측에 결합되어서 상기 탐침부재를 보호하는 덮개부가 구비되고; 상기 탐침부재, 케이스부 및 덮개부를 관통하여 회로적으로 연결된 하나의 조립체로 만드는 수평납땜부 및 수직납땜부들이 구비되며; 상기 조립체는 검사장비와 연결된 회로기판의 밑면에 놓이고, 상기 회로기판의 단자와 상기 수평납땜부 및 수직납땜부들이 납땜되는 특징이 있다.

본 발명에 따르면 탐침부재는 MEMS공정을 통하여 27㎛의 1단에 3㎛의 2단을 형성하는 방식으로 제작되는데, 이때 2단의 일부를 1단에서 돌출시켜 3㎛의 두께를 갖는 탐침이 제작된다. 따라서 가로×세로가 15㎛×5㎛이고 접촉부가 3㎛ 정도 되는 R,G,B(Red, Green, Blue) 독립방식의 마이크로 LED를 검사할 수 있으며, 특히 탐침부재는 1단의 두께가 2단보다 크기 때문에 반복사용하더라도 충분한 내구성을 갖는다.

또한 탐침부재는 검사장비와 통하는 회로기판에 수평납땜부 및 수직납땜부를 통하여 납땜되므로 자세가 틀어지지 않으며, 마이크로 LED를 웨이퍼 상에서 직접 콘텍트할 수 있기 때문에 웨이퍼를 절단할 필요가 없으며, 또한 절단된 웨이퍼를 고정시키는 별도 스테이지가 불필요한 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 마이크로 LED가 형성된 웨이퍼의 예시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 검사장치의 분리 사시도
도 3은 본 발명 한 실시예의 검사장치의 탐침부재의 분리사시도
도 4는 본 발명 한 실시예의 검사장치의 조립 사시도
도 5는 본 발명 한 실시예의 검사장치의 단면도

도 1 내지 도 5에서 본 발명 한 실시예의 검사장치는 R,G,B가 독립된 싱글 방식의 마이크로 LED(2)를 직접 콘택트하기 위한 탐침부재(10), 상기 탐침부재(10)를 수용하는 케이스부(20), 상기 케이스부(20)의 개방된 양쪽을 덮는 한쌍의 덮개부(30) 및 상기 탐침부재(10), 케이스부(20) 및 덮개부(30)를 회로기판(50)에 회로적으로 연결하는 수평납땜부(40) 및 수직납땜부(41)들이 MEMS 공정을 통하여 형성된다. 상기 탐침부재(10)는 MEMS공정을 통하여 형태가 동일한 1단(11) 및 2단(12)으로 구성되는데 1단(11)은 27㎛ 두께로 형성되고, 2단(12)은 3㎛ 두께로 형성된다. 상기 2단(12)은 1단(11)에서 하향으로 7㎛ 돌출된 탐침(13)을 갖는다. 상기 탐침(13)은 2단(12)에 형성되므로 두께 3㎛로 구성되는데, 이는 가로×세로가 15㎛×5㎛이고 접촉부가 3㎛ 정도 되는 R,G,B(Red, Green, Blue) 독립방식의 마이크로 LED를 검사할때 사용된다.

상기 탐침부재(10)는 상기 수평납땜부(40)가 관통되는 수평구멍(15)이 상부에 형성되고, 양쪽에는 원호형의 끼움홈(14)이 잘록하게 형성된다. 그리고 상기 탐침(13)은 다수의 절개홈을 갖는 탄성부(16) 끝단에 형성되어서 LED와 접촉시 탄성복원력을 가지며 접촉성이 향상된다.

상기 케이스부(20)는 상기 탐침부재(10)가 끼워지는 탐침자리(21)가 중앙에 관통 형성되고, 양측에는 상기 수직납땜부(41)가 각각 끼워지는 수직구멍(23)이 형성되며, 상기 탐침자리(21)의 내주면 양측에는 상기 탐침부재(10)의 끼움홈(14)에 들어가는 원호형의 끼움구(22)가 형성된다.

상기 덮개부(30)는 상기 케이스부(20)의 양측에 구비되어서 상기 탐침자리(21)에 놓인 탐침부재(10)를 가려주는 역할을 하며, 상부에는 상기 탐침부재(10)의 수평구멍(15)과 일치되는 수평구멍(31)이 천공되고, 양측에는 상기 케이스부(20)의 수직구멍(23)과 일치되는 수직구멍(32)이 천공된다. 그리고 상기 각 수평구멍(15)(31) 및 수직구멍(23)(32)으로 끼워지는 수평납땜부(40) 및 수직납땜부(41)는 각 덮개부(30)의 양측으로 돌출된 뒤 회로기판(50)의 밑면에 형성된 단자에 납땜(52)된다. 상기 탐침부재(10), 케이스부(20) 및 덮개부(30)는 포개진 상태에서 상기 회로기판(50)에 형성된 체결구멍(51)에 상단부가 끼워지며 이때 상기 수평납땜부(40)는 회로기판(50)의 밑면에 닿아 단자와 회로적으로 접촉된 뒤 납땜(52)된다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 웨이퍼(1)에 형성된 무수히 많은 마이크로 LED(2)가 디스플레이에 전사되기 전에 상기 검사장치를 통하여 선별된다. 상기 회로기판(20)은 검사장치와 회로적으로 연결되고, 상기 회로기판(20)은 수평납땜부(40) 및 수직납땜부(41)를 통하여 탐침부재(10)와 회로적으로 연결된다. 따라서 상기 검사장치에서 각종 검사신호를 보내면 상기 마이크로 LED(2) 구동에 의해 발생되는 R,G,B LED 소자의 빛을 통하여 광발광 및 전기발광 등의 광도를 측정할 수 있다.

이러한 본 발명 한 실시예의 조립과정은 다음과 같다. 먼저 1단(11)과 2단(12)이 동일 형태가 되도록 MEMS공정을 통하여 탐침부재(10)가 형성된다. 이때 2단(12)은 1단(11)에서 7㎛ 돌출되게 탐침(13)이 형성된다. 이후 상기 탐침부재(10)는 케이스부(20)의 탐침자리(21)에 끼워지는데, 이때 끼움홈(14)이 끼움구(22)로 끼워져 상하측 및 좌우측으로 움직이지 않고 고정된다. 이후 상기 케이스부(20) 양측에 덮개부(30)가 놓이면 상기 덮개부(30)의 수직구멍(32)과 케이스부(20)의 수직구멍(23)이 일치되고, 상기 덮개부(30)의 수평구멍(31)과 탐침부재(10)의 수평구멍(15)이 일치된다.

따라서 상기 수직구멍(23)(32) 및 수평구멍(15)(31)으로 수직납땜부(41) 및 수평납땜부(40)를 끼우면 이들 탐침부재(10), 케이스부(20) 및 덮개부(30)가 수직납땜부(41) 및 수평납땜부(40)들과 회로적으로 접촉된다. 이후 조립된 탐침부재(10), 케이스부(20) 및 덮개부(30)를 회로기판(50)의 체결구멍(51)에 끼우고 수평납땜부(40) 및 수직납땜부(41)를 납땜(52)하면 회로기판(50)의 단자들이 수평납땜부(40) 및 수직납땜부(41)를 통하여 탐침부재(10)와 회로적으로 연결된다.

이처럼 조립되는 본 발명 한 실시예의 검사장치는 탐침부재(10)에 3㎛ 크기의 탐침(11)이 MEMS 공정을 통하여 형성되므로 가로×세로가 15㎛×5㎛이고 접촉부가 3㎛ 정도되는 마이크로 LED(2)를 검사할 수 있다. 또한 상기 탐침(13)은 탄성부(16) 끝단에 형성되기 때문에 웨이퍼(1)에 접촉되는 과정에서 탄성적으로 각 마이크로 LED(2)를 검사할 수 있으므로 접촉불량이 발생되지 않는 등의 이점이 있다.

10 : 탄성부재 11 : 1단
12 : 2단 13 : 탐침
14 : 끼움홈 15 : 수평구멍
20 : 케이스부 21 : 탐침자리
22 : 끼움구 23 : 수직구멍
30 : 덮개부 31 : 수평구멍
32 : 수직구멍 40 : 수평납땜부
41 : 수직납땜부 50 : 회로기판
51 : 체결구멍 52 : 납땜

Claims

R,G,B들이 독립적으로 구성되어 접촉부 3㎛인 싱글방식의 마이크로 LED가 무수히 많이 형성된 웨이퍼를 직접 검사하기 위하여 27㎛ 두께의 1단에 3㎛ 두께의 2단을 동일형상으로 접착하되 상기 2단의 일부를 돌출시켜 두께 3㎛의 탐침을 갖는 탐침부재를 MEMS 공정으로 형성하고;
상기 탐침을 제외하고 상기 탐침부재를 수용하는 케이스부가 구비되며;
상기 케이스부의 개방된 양측에 결합되어서 상기 탐침부재를 보호하는 덮개부가 구비되고;
상기 탐침부재, 케이스부 및 덮개부를 관통하여 회로적으로 연결된 하나의 조립체로 만드는 수평납땜부 및 수직납땜부들이 구비되며;
상기 조립체는 검사장비와 연결된 회로기판의 밑면에 놓이고, 상기 회로기판의 단자와 상기 수평납땜부 및 수직납땜부들이 납땜됨을 특징으로 하는 마이크로 LED 검사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탐침부재의 양측에 원호형의 끼움홈이 형성되고;
상기 케이스부는 상기 탐침부재가 끼워지는 탐침자리 양측에 각 상기 끼움홈에 들어가는 끼움구가 구비되어서 상기 탐침부재가 상기 케이스부에 상하측 및 좌우측으로 고정됨을 특징으로 하는 마이크로 LED 검사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탐침부재의 상부에 상기 수평납땜부가 관통되는 수평구멍이 천공되고;
상기 케이스부의 양측에는 상기 수직납땜부들이 관통되는 수직구멍이 천공되며;
상기 덮개부에는 상기 케이스부의 수직구멍과 일치되는 수직구멍이 천공되며;
상기 수평납땜부 및 수직납땜부들은 각 상기 수평구멍 및 수직구멍으로 끼워지면 양단이 각 덮개부의 외측으로 돌출되고, 돌출된 부분이 납땜됨을 특징으로 하는 마이크로 LED 검사장치.