KR20240030795A - 마이크로 디스플레이 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 디스플레이 모듈 및 그 제조방법을 개시하며, 마이크로 디스플레이 모듈의 구동부와 회로부를 별도의 웨이퍼에서 별도의 공정으로 구현한 후 구동부가 구현된 칩을 회로부가 구현된 칩에 실리콘 관통 전극을 적용하여 본딩함으로써 비용을 절감하고 고해상도를 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 디스플레이 모듈 및 그 제조방법{Micro Display Module and manufacturing method thereof}
본 발명은 마이크로 디스플레이 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 디스플레이 모듈의 구동부와 회로부를 별도의 웨이퍼에서 별도의 공정으로 구현한 후 구동부가 구현된 칩을 회로부가 구현된 칩에 실리콘 관통 전극을 적용하여 본딩함으로써 비용을 절감하고 고해상도를 구현할 수 있도록 한 마이크로 디스플레이 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로 디스플레이 모듈은 실리콘 웨이퍼에 씨모스 회로로 구현되며 하나의 기판 내에 화소 구동 회로를 포함하는 회로부와 드라이브 집적회로를 포함하는 구동부를 동시에 구현하고 있다. 이후 모듈화 과정에서 회로부를 인쇄회로기판(PCB)에 와이어 본딩으로 연결하고, 해당 인쇄회로기판(PCB)을 회로판(circuit board)과 플렉시블 인쇄회로기판(FPCB) 등으로 연결하여 전원과 신호를 전달받을 수 있도록 한다.
이때, 드라이브 집적회로의 구현을 위해서는 고 해상도의 하이 테크 공정이 요구되는 반면 회로부의 구현을 위해서는 저 해상도의 로우 테크 공정으로도 충분하다.
종래의 마이크로-디스플레이 모듈은 하나의 기판 내에 회로부와 구동부를 구현해야 하므로 회로부와 구동부를 구현하기 위해 동일한 공정을 적용하여야 한다.
즉, 낮은 수준의 공정으로도 충분한 회로부에도 드라이브 집적회로의 구현을 위해서 요구되는 높은 수준의 하이 테크 공정을 적용하게 됨으로써 제작에 소요되는 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한 모듈화 과정에서 와이어 본딩이나 필름(film)을 이용하여 신호를 메인 기판으로 전달하는 데에 한계가 있으며, 초고해상도를 달성하는데 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 마이크로 디스플레이 모듈의 구동부와 회로부를 별도의 웨이퍼에서 별도의 공정으로 구현한 후 구동부가 구현된 칩을 회로부가 구현된 칩에 실리콘 관통 전극을 적용하여 본딩함으로써 제작비를 절감하고 고해상도를 구현할 수 있는 마이크로 디스플레이 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈은, 디스플레이 동작에 필요한 회로부가 구현된 디스플레이 칩; 및 드라이브 집적회로를 포함하는 구동부가 형성되며, 내부에 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드가 형성된 구동 칩;을 포함하되, 상기 구동 칩은 상기 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 통해 상기 디스플레이 칩 상에 본딩된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법은, 제1 웨이퍼에 디스플레이 동작에 필요한 회로부를 구현하는 디스플레이 칩 형성 단계; 제2 웨이퍼에 드라이브 집적회로를 포함하는 구동부를 구현하고, 상기 구동부 내부에 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 구현하는 구동 칩 형성 단계; 및 상기 구동 칩 형성 단계에서 형성된 구동 칩을 상기 디스플레이 칩 형성 단계에서 형성된 디스플레이 칩 상에 본딩하는 본딩 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈은 구동부와 회로부를 별도의 웨이퍼에서 각각에 적합한 하이 테크 공정 또는 로우 테크 공정을 별도로 적용하여 제작한 후 실리콘 관통 전극을 이용하여 칩온웨이퍼 또는 칩온칩 공법으로 본딩함으로써 제작비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 구동부에 실리콘 관통 전극을 이용한 인터페이스 패드를 구성하고 회로부에 본딩함으로써 본딩 구조를 단순화할 수 있고, 고밀도의 인터페이스 구현이 가능하여 고해상도 및 고 PPI에 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법의 공정 흐름을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법의 디스플레이 칩 형성 단계를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법의 구동 칩 형성 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법의 본딩 단계를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 마이크로 디스플레이 모듈 및 그 제조방법을 개시한다. 이하 본 발명에 관한 마이크로 디스플레이 모듈 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈(100)은 디스플레이 칩(110) 및 구동칩(120)을 포함하여 이루어진다.
디스플레이 칩(110)에는 디스플레이 동작에 필요한 회로부(111)가 구현된다. 상기 회로부(111)에는 화소 구동부, 제어부 및 각종 배선들이 포함될 수 있다.
구동 칩(120)에는 드라이브 집적회로를 포함하는 구동부(121)가 형성되며, 내부에 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)가 형성된다.
한편, 상기 구동 칩(120)은 칩 온 칩(Chip on Chip:CoC) 또는 칩 온 웨이퍼(Chip on Wafer:CoW) 공법을 통해 상기 디스플레이 칩(110) 상에 본딩된다. 이때, 상기 구동 칩(120)은 상기 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)를 통해 상기 디스플레이 웨이퍼(110) 상에 본딩될 수 있다.
드라이브 집적회로를 포함하는 구동부(121)가 구현된 구동 칩(120)과 회로부(111)가 형성된 디스플레이 칩(110)의 전기적 연결은 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)를 통해 이루어진다.
관통 실리콘 전극(Trough Silicon Via : TSV)은 와이어를 이용해 칩을 연결하는 와이어 본딩(wire bonding)과 달리, 칩에 미세한 구멍(via)을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징(packaging) 기술이다.
이는 추가적인 공간을 요구하지 않아 패키지 크기를 소형화할 수 있고 칩 간의 상호 접속 길이를 감소시킬 수 있다는 점에서 고집적도(high density)를 통한 전자부품의 소형화 및 빠른 신호전달, 고용량 및 저전력에 유리하다.
TSV는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 관통하는 관통홀(via)을 형성한 후, 홀 내부에 전도성 물질(conductive materials)을 충전시켜 칩 내부에 직접적인 전기적 연결 통로를 확보하는 기술로, 칩 내부에 직접 연결 통로가 확보되기 때문에 다수의 칩을 수직으로 적층할 때 와이어 본딩을 이용한 3차원 패키징에서의 I/O(input/output unit) 수의 제한, 단락 접촉 불량과 같은 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다.
즉, 구동부(121)에 TSV(122) 및 이를 이용한 인터페이스 패드(123)를 구현하고, 상기 인터페이스 패드(123)를 회로부(111)가 구현된 디스플레이 칩(110) 상에 본딩한다. 이때 본딩은 Metal-to-Metal 본딩 또는 필름 본딩이 이용될 수 있다.
즉, 단일 모듈 내에서 회로부와 구동부를 동시에 구현하는 종래와 달리 본 발명에서는 별도의 웨이퍼에서 별도의 공정을 통해 디스플레이 칩(110)과 구동 칩(120)을 제조한 후 칩 온 칩 또는 칩 온 웨이퍼 공법 및 TSV를 이용하여 구동 칩(120)을 디스플레이 칩(110) 상에 본딩한다.
상기 구동부(121)는 40nm 이하 또는 28nm 이하의 상대적으로 높은 수준의 하이 테크 공정을 필요로 하지만 상기 회로부(111)는 90nm 이하의 상대적으로 낮은 수준의 로우 테크 공정으로도 충분히 구현될 수 있다. 이에 따라 본 발명은 구동부(121)와 회로부(111)를 분리하여 별도의 웨이퍼에서 각각에 적합한 하이 테크 공정 또는 로우 테크 공정을 별도로 적용하여 구현할 수 있도록 하였다.
한편, 상기 구동 칩(120)은 상기 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)를 이용하여 와이어 본딩 또는 연성 인쇄회로기판(FPCB)을 통해 메인 기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 메인 기판(10)으로부터 전원과 신호를 전달받는다.
종래의 마이크로 디스플레이 모듈은 메인 기판으로부터 전원 및 신호를 전달받기 위해서는 마이크로 디스플레이 모듈을 인쇄회로기판(PCB에 연결하고 PCB와 메인 기판을 연성인쇄회로기판(FPCB) 등으로 연결하였다.
이에 비해 본 발명에서는 구동부(121)에 형성된 상기 관통 실리콘 전극(122)을 직접 이용함으로써 디스플레이 칩(110) 상에 연성인쇄회로기판(FPCB)을 본딩하기 위한 공간을 필요로 하지 아니하며, 전기적 연결 구조가 단순해지는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법의 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법의 디스플레이 칩 형성 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 구동 칩 형성 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본딩 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법(200)은, 디스플레이 칩 형성 단계(S210), 구동 칩 형성 단계(S220) 및 본딩 단계(S230)를 포함하여 이루어진다.
디스플레이 칩 형성 단계(S210)에서는 제1 웨이퍼(110a)에 디스플레이 동작에 필요한 회로부(111)가 구현된 디스플레이 칩(110)을 형성한다. 이때, 상기 디스플레이 칩 형성 단계(S210)는 90nm 이하의 상대적으로 낮은 수준의 로우 테크 공정으로 구현할 수 있다.
구동 칩 형성 단계(S220)에서는 제2 웨이퍼(120a)에 드라이브 집적회로를 포함하는 구동부(121)를 구현하고, 상기 구동부(121) 내부에 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)가 구현된 구동 칩(120)을 형성한다. 이때, 상기 구동 칩 형성 단계(S220)는 40nm 이하 또는 28nm 이하의 상대적으로 높은 수준의 하이 테크 공정으로 구현할 수 있다.
상기 구동부(121)에 TSV 공정을 적용하기 위해서는 먼저 상기 구동부(121)가 형성된 제2 웨이퍼(120a)의 내부에 화학적 식각을 이용하여 수직으로 관통홀을 형성한다. 이때, 화학적 식각 방법은 대표적으로 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching:RIE) 방법이 사용될 수 있다. 반응성 이온 식각은 플라즈마 에칭 기술로서 육불화황(SF6)을 사용하여 실리콘을 에칭시키고 비아의 측면을 패시베이션(passivation)하여 이방성 에칭(anisotropic etching)을 하는 방법이다.
이어서 상기 관통홀의 내부를 금속으로 채워 관통 실리콘 전극(122)을 형성한다. 이때 관통홀의 내부를 충진시키는 금속으로는 구리가 사용될 수 있다. 이때 상기 관통홀의 내부를 구리로 충진시키기 위해서는 먼저 관통홀의 내부에 3층으로 이루어진 시드(seed)층을 형성할 필요가 있다.
시드(seed)층은 구리와 실리콘 사이의 절연을 위한 유전체 층, 구리가 실리콘 방향으로 확산되지 않도록 하기 위한 접착 및 확산방지층, 구리 도금을 위한 구리 시드 층의 순서로 관통홀의 내부에 형성된다. 이후 구리는 전기 도금 방식을 통해 구리 시드 층 위에 채워진다.
이후 관통 실리콘 전극이 형성된 제2 웨이퍼(120a)를 얇게 하는 웨이퍼 박화(thinning)공정을 수행하기 위해 먼저, 웨이퍼를 일시적으로 캐리어 웨이퍼(carrier wafer)에 접착시킨 후 공정을 진행하고 그 다음 다시 웨이퍼를 캐리어 웨이퍼(carrier wafer)에서 떼어내는 본딩 및 디본딩 공정을 수행한다.
웨이퍼 박화(thinning)공정은 백 그라인딩(back-grinding) 공정과 CMP 공정의 두 단계로 이루어진다. 웨이퍼의 후면을 연마하는 백 그라인딩(back-grinding) 공정의 경우 웨이퍼에 소정 두께의 물리적인 손상을 가하게 되므로 CMP 공정을 통해 손상된 부분이나 표면의 거칠기를 제거하는 과정이 요구된다.
본딩 단계(S230)에서는 칩 온 칩(Chip on Chip) 공법을 적용하여 상기 구동 칩 형성 단계(S220)에서 형성된 구동 칩(120)을 상기 디스플레이 칩 형성 단계(S210)에서 형성된 디스플레이 칩(110) 상에 본딩한다.
이때, 상기 본딩 단계(S230)는 상기 구동 칩(120)을 내부에 형성된 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)를 이용하여 상기 디스플레이 칩(110) 상에 본딩한다.
본 발명에서는 삼차원 적층 방법의 하나로 구동 칩(120)을 디스플레이 칩(110)에 본딩하는 칩 온 칩(Chip on Chip) 방법에 대해 설명하고 있으나, 구동 칩(120)을 제1 웨이퍼(110a)에 본딩하는 칩 온 웨이퍼(Chip on Wafer) 방법과, 구동부가 형성된 제2 웨이퍼(120a)를 디스플레이 회로부가 형성된 제1 웨이퍼(110a)에 본딩하는 웨이퍼 온 웨이퍼(Wafer on Wafer) 방법이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법(200)은 관통 실리콘 전극(122) 및 인터페이스 패드(123)를 이용하여 와이어 본딩 또는 연성 인쇄회로기판(FPCB)을 통해 메인 기판과 전기적으로 연결하는 메인 기판 연결 단계를 더 포함할 수 있다.
살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로 디스플레이 모듈은 구동부와 회로부를 별도의 웨이퍼에서 각각에 적합한 하이 테크 공정 또는 로우 테크 공정을 별도로 적용하여 제작한 후 칩 온 칩 또는 칩 온 웨이퍼 공법으로 본딩함으로써 본딩 구조를 단순화하여 제작비를 절감할 수 있으며, 고밀도의 인터페이스 구현이 가능하여 고해상도 및 고 PPI에 대응할 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 마이크로 디스플레이 모듈에 있어서,
    디스플레이 동작에 필요한 회로부가 구현된 디스플레이 칩; 및
    드라이브 집적회로를 포함하는 구동부가 형성되며, 내부에 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드가 형성된 구동 칩;을 포함하되,
    상기 구동 칩은 상기 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 통해 상기 디스플레이 칩 상에 본딩된 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 구동 칩은
    칩 온 칩(Chip on Chip) 또는 칩 온 웨이퍼(Chip on Wafer) 공법을 통해 상기 디스플레이 웨이퍼 상에 본딩된 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 회로부와 상기 구동부는 별도의 공정을 통해 구현된 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 구동 칩은
    상기 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 이용하여 와이어 본딩 또는 연성 인쇄회로기판(FPCB)을 통해 메인 기판과 전기적으로 연결되며, 상기 메인 기판으로부터 전원과 신호를 전달받는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 회로부는
    90nm 이하의 로우 테크 공정으로 구현된 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈.
  6. 제3 항에 있어서, 상기 구동부는
    40nm 이하의 하이 테크 공정으로 구현된 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈.
  7. 마이크로 디스플레이 모듈의 제조 방법에 있어서,
    제1 웨이퍼에 디스플레이 동작에 필요한 회로부를 구현하는 디스플레이 칩 형성 단계;
    제2 웨이퍼에 드라이브 집적회로를 포함하는 구동부를 구현하고, 상기 구동부 내부에 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 구현하는 구동 칩 형성 단계; 및
    상기 구동 칩 형성 단계에서 형성된 구동 칩을 상기 디스플레이 칩 형성 단계에서 형성된 디스플레이 칩 상에 본딩하는 본딩 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 디스플레이 칩 형성 단계는
    90nm 이하의 로우 테크 공정으로 구현 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 구동 칩 형성 단계는
    40nm 이하의 하이 테크 공정으로 구현 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 본딩 단계는
    칩 온 칩(Chip on Chip) 또는 칩 온 웨이퍼(Chip on Wafer) 공법을 통해 상기 디스플레이 칩 상에 상기 구동 칩을 본딩하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 본딩 단계는
    상기 구동 칩을 내부에 형성된 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 이용하여 상기 디스플레이 칩 상에 본딩하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 관통 실리콘 전극 및 인터페이스 패드를 이용하여 와이어 본딩 또는 연성 인쇄회로기판(FPCB)을 통해 메인 기판과 전기적으로 연결하는 메인 기판 연결 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스플레이 모듈의 제조방법.
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