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KR102543179B1 - 발광다이오드 모듈 제조방법 - Google Patents

발광다이오드 모듈 제조방법 Download PDF

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KR102543179B1
KR102543179B1 KR1020160106015A KR20160106015A KR102543179B1 KR 102543179 B1 KR102543179 B1 KR 102543179B1 KR 1020160106015 A KR1020160106015 A KR 1020160106015A KR 20160106015 A KR20160106015 A KR 20160106015A KR 102543179 B1 KR102543179 B1 KR 102543179B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 칩 실장영역 주위에 배치된 반사성 적층체와 상기 칩 실장영역에 배치된 전극 패드를 갖는 회로 기판을 마련하는 단계와, 토출홀(discharge hole)이 형성된 돌출부를 갖는 마스크를 이용하여 상기 전극 패드 상에 솔더 페이스트를 적하시키는 단계 - 상기 돌출부는 상기 반사성 적층체에 의해 둘러싸인 공간에 삽입되도록 구성됨 - 와, 상기 솔더 페이스트를 이용하여 LED 칩의 전극을 상기 전극 패드에 접합시키는 단계를 포함하는 LED 모듈 제조방법를 제공한다.

Description

발광다이오드 모듈 제조방법{METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIDOE MODULE}
본 발명의 기술적 사상은 발광다이오드(LED) 모듈 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광다이오드(light emitting diode, LED)는 전기에너지를 이용하여 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 접합된 반도체의 전자와 정공이 재결합하며 발생하는 에너지를 광으로 변환하여 방출한다. 이러한 발광다이오드는 조명장치 및 대형 액정디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)용 백라이트(backlight) 장치의 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED) 모듈은 광추출 효율을 향상시키기 위해서 다양한 구조체를 추가로 도입할 수 있다. 이러한 구조체의 도입에 따라 발광 다이오드를 모듈화하는 과정이 복잡해지고 이로 인해 불량이 야기될 수 있다는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제들 중 하나는, 솔더 인쇄 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 발광다이오드(LED) 모듈 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 칩 실장영역 주위에 배치된 반사성 적층체와 상기 칩 실장영역에 배치된 전극 패드를 갖는 회로 기판을 마련하는 단계와, 토출홀(discharge hole)이 형성된 돌출부를 갖는 마스크를 이용하여 상기 전극 패드 상에 솔더 페이스트를 적하시키는 단계 - 상기 돌출부는 상기 반사성 적층체에 의해 둘러싸인 공간에 삽입되도록 구성됨 - 와, 상기 솔더 페이스트를 이용하여 LED 칩의 전극을 상기 전극 패드에 접합시키는 단계를 포함하는 LED 모듈 제조방법를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 칩 실장 공간을 정의하는 반사성 적층체와 상기 칩 실장 공간에 노출된 전극 패드를 갖는 회로 기판을 마련하는 단계와, 토출홀이 형성된 돌출부를 갖는 메탈 마스크를 마련하는 단계와, 상기 돌출부가 상기 칩 실장 공간에 삽입되도록 상기 메탈 마스크를 정렬하는 단계와, 상기 메탈 마스크가 정렬된 상태에서 상기 토출홀을 통해 상기 전극 패드 상에 솔더 페이스트를 적하시키는 단계와, 상기 솔더 페이스트를 이용하여 LED 칩의 전극을 상기 전극 패드에 접합시키는 단계를 포함하는 LED 모듈 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 홀을 갖는 제1 금속 플레이트와, 상기 제1 금속 플레이트의 일부 영역에 적층되며 상기 제1 홀과 연결된 제2 홀을 갖는 적어도 하나의 제2 금속 플레이트와, 상기 제2 금속 플레이트 상에 적층되며 상기 제2 홀과 연결된 제3 홀을 갖는 제3 금속 플레이트를 포함하며, 상기 제2 및 제3 금속 플레이트는 상기 제1 금속 플레이트의 일면으로부터 볼록한 구조로 제공되는 메탈 마스크를 제공한다.
회로 기판에 배치된 3차원 구조체로 인해 솔더 인쇄의 작업효율이 저하되지 않을 수 있는 방안을 제공한다. 돌출부를 갖는 메탈 마스크를 이용하여 효율적인 솔더 인쇄 공정을 수행할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 제조에 사용되는 메탈 마스크와 회로 기판을 나타내는 개략 사시도이다.
도2a 및 도2b는 각각 도1에 도시된 메탈 마스크의 단면도 및 상부 평면도이다.
도3 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 제조방법을 설명하기 위한 주요 공정별 단면도이다.
도7은 도3에 도시된 회로 기판에 채용된 반사성 적층체를 나타내는 단면도이다.
도8 및 도9는 본 발명의 다양한 실시예에 채용 가능한 반사성 적층체의 예들을 나타내는 단면도이다.
도10 및 도11은 본 발명의 다양한 실시예에 채용 가능한 LED 칩의 예들을 나타내는 단면도이다.
도12 내지 도15는 본 발명의 다양한 실시예에 채용 가능한 메탈 마스크의 예들을 나타낸다.
도16 내지 도18은 본 발명의 실시예에 의해 제조가능한 LED 모듈의 예들을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 제조에 사용되는 메탈 마스크와 회로 기판을 나타내는 개략 사시도이다.
도1을 참조하면, 회로 기판(11)은 칩 실장 영역(M) 주위에 배치된 반사성 구조체(15)와 상기 칩 실장 영역(M)에 배치된 복수의 전극 패드(12a,12b)를 포함한다. 상기 복수의 전극 패드(12a,12b)는 상기 회로 기판(11)에 마련된 다른 회로 패턴들과 연결되도록 구성될 수 있다.
메탈 마스크(30)는 베이스 플레이트(31)와 상기 베이스 플레이트(31) 하부에 위치한 돌출부(35)를 포함한다. 상기 돌출부(35)는 상기 반사성 적층체(15)에 의해 둘러싸인 공간에 삽입하도록 구성된다. 상기 돌출부(35)는 칩 실장 영역(M)의 폭(w1)보다 작은 폭(w2)을 가질 수 있다. 이에 한정되지는 않으나, 상기 돌출부(35)는 전극 패드(12a,12b)와 직접 접속되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌출부(35)는 반사 적층체(15)의 높이(h1)보다 낮은 높이(h2)를 가질 수 있다.
도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(35)는 아래 방향으로 개방된 토출홀(Ha,Hb)을 갖는다. 토출홀(Ha,Hb)은 솔더 페이스트가 토출되는 개구로서, 사이즈를 조절하여 전극 패드(12a,12b)에 배치될 솔더의 양과 크기를 제어할 수 있다. 본 실시예와 같이, 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b)에 동시에 솔더 페이스트를 제공하는 경우에는, 상기 돌출부(35)는 제1 및 제2 전극패드(12a,12b)와 대응되는 위치에 토출홀(Ha,Hb)을 가질 수 있다.
상기 메탈 마스크(30)는 상기 토출홀(Ha,Hb)에 연결되어 솔더 페이스트를 위한 수용 공간(S)을 가질 수 있다. 상기 수용 공간(S)은 상부로 개방된 개구를 갖는다. 상기 수용 공간(S)은 솔더 페이스트를 토출홀(Ha,Hb)을 통해서 원하는 사이즈로 공급하기 위해서 솔더 페이스트를 일시 수용하는 공간으로 사용된다.
도3 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 제조방법을 설명하기 위한 주요 공정별 단면도이다.
도3을 참조하면, 반사성 적층체(15)와 제1 및 제2 전극 패드(12a,12nb를 갖는 회로 기판(11)을 마련한다.
도3에 도시된 회로 기판(11)은 도1에 도시된 회로 기판을 I2-I2'로 절개한 단면으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 회로 기판(11)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 칩 실장 영역(M)은 반도체 적층체(15)에 의해 정의되며, 상기 칩 실장 영역(M)에는 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b)가 배치될 수 있다. 반사성 적층체(15)는 광추출 효율을 향상시키기 위한 구조체로 제공될 수 있으며, 반사성을 갖는 다수의 필름(15)을 충분한 두께(예, 0.2∼1.0㎜)로 적층시킨 구조를 갖는다.
도7에는 반사성 적층체(15)의 단면 구조가 도시되어 있다. 도7에 도시된 부부분은 도3에서 "A"부분을 확대하여 나타낸 것으로 이해할 수 있다.
도7에 도시된 바와 같이, 상기 반사성 적층체(15)는 반사성 분말(R)이 함유된 수지로 이루어진 복수의 반사 필름(15a)(본 명세서에서는 "제1 수지층"이라고도 함)과 복수의 접합층(15b)이 교대로 적층된 구조체일 수 있다. 접합층(15b)을 이용하여 다소 얇은 반사 필름(15a)을 복수 회(예, 5회)로 적층시킴으로써 원하는 두께의 반사성 적층체(15)를 제조할 수 있다.
반사 필름(15a)을 구성하는 수지는, 실리콘(silicone), 에폭시, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 및 우레탄 수지일 수 있다. 반사성 분말(R)은 백색 세라믹 분말 또는 금속 분말일 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹 분말은 TiO2, Al2O3, Nb2O5 및 ZnO로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 금속 분말은 Al 또는 Ag와 같은 물질일 수 있다. 접합층(15b)은 실리콘 수지 조성물, 에폭시 수지 조성물, 폴리이미드 조성물 및 그들의 변성 수지를 포함할 수 있다.
본 실시예에 채용 가능한 반사성 적층체(15)는 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다(도8 및 도9 참조).
도4를 참조하면, 메탈 마스크(30)를 이용하여 솔더 페이스트(25)를 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b) 상에 적하시킬 수 있다.
우선, 토출홀(Ha,Hb)이 형성된 돌출부(35)가 칩 실장 공간(M)에 위치하도록 메탈 마스크(30)를 정렬시킬 수 있다. 메탈 마스크(30)를 정렬한 후에, 메탈 마스크(30)의 수용부(S)에 솔더 페이스트(25)를 공급하고, 상기 토출홀(Ha,Hb)을 통해 상기 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b) 상에 소정의 양의 솔더볼(25a,25b)을 적하시킬 수 있다. 예를 들어, 스퀴즈(squeeze) 공정과 유사하게, 개구를 통해서 솔더 페이스트(25)를 압착시켜 토출홀(Ha,Hb)로 원하는 양의 솔더볼(25a,25b)을 적하시킬 수 있다.
칩 실장 공간(M) 내부에 돌출부(35)를 삽입시켜 솔더볼(25a,25b)을 제공함으로써 드랍되는 거리를 감소시킬 수 있으며, 그 결과 정확한 위치에 솔더볼(25a,25b)을 제공할 수 있다. 또한 낙하 충격을 감소됨으로써 솔더볼(25a,25b)이 무너지지 않도록(퍼지지 않도록) 형성할 수 있다.
도5를 참조하면, LED 칩(20)을 솔더볼(25a,25b)이 배치된 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b)에 탑재할 수 있다.
본 실시예에 채용된 LED 칩(20)은 일면에 제1 및 제2 전극(29a,29b)을 배치된 플립칩 구조일 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(29a,29b)은 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b) 상에 위치한 솔더볼(25a,25b) 상에 위치하도록 탑재될 수 있다. 본 실시예에 채용가능한 LED 칩(20,100)의 다양한 예는 도10 및 도11에서 상세히 설명하기로 한다.
도6을 참조하면, 솔더볼(25a,25b)을 이용하여 LED 칩(20)의 제1 및 제2 전극(29a,29b)을 각각 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b)에 접합시킬 수 있다.
본 접합 공정은 솔더볼(25a,25b)을 가열하여 용융시킴으로써 구현될 수 있다. 용융된 솔더볼은 제1 및 제2 전극(29a,29b)과 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b)을 서로 결합시킨 후에 응고될 수 있다. 이러한 가열과정은 회로 기판(11)의 일부 회로 패턴을 통해서 열을 제1 및 제2 전극 패드(12a,12b)에 전달시킴으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에 사용 가능한 회로 기판은 도7에 도시된 반사성 적층체 외에도 다양한 다른 형태의 반사성 적층체를 사용할 수 있다. 도8 및 도9는 본 발명의 다양한 실시예에 채용 가능한 반사성 적층체의 예들을 나타내는 단면도이다.
도8을 참조하면, 본 실시예에 따른 반사성 적층체(15A)는, 제1 수지층(15a), 제2 수지층(15c) 및 접합층(15b)이 교대로 적층된 구조를 갖는다.
상기 제1 수지층(15a)은 반사성 분말(R)이 함유된 수지로 이루어질 수 있다. 상기 제2 수지층(15c)은 반사성 분말이 함유되지 않은 수지층일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제2 수지층(15c)은 상기 제1 수지층(15a)을 제조하기 위해서 사용된 베이스 필름일 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 2 수지층(15a,15b)은 서로 접합된 상태에서 제공될 수 있다.
본 실시예에서, 접합층(15b)은 제2 수지층(15c)의 하면에 제공되어 제1 수지층(15a)의 상면과 접합될 수 있다. 이와 같이, 접합층(15b)을 이용하여 제1 및 제2 수지층(15a,15b)의 결합체를 복수 회(예, 4회)로 적층시킴으로써 원하는 두께의 반사성 적층체(15A)를 제조할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 수지층(15a,15c)을 구성하는 수지는, 실리콘, 에폭시, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 및 우레탄 수지일 수 있다.
도9을 참조하면, 본 실시예에 따른 반사성 적층체(15B)는 일정한 높이를 갖는 수지체(15')와 상기 수지체(15')의 표면에 코팅되며 반사성 분말(R)이 함유된 반사성 수지층(15a')을 포함할 수 있다.
상기 수지체(15')는 이에 한정되지 않으나, 회로 기판(11)을 구성하는 재질과 유사한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 수지체(15')는 FR4과 같은 유리 강화 에폭시 필름(glass-reinforced epoxy film)일 수 있다. 상기 수지체(15')는 반사서 적층체의 두께를 확보하는 역할을 할 수 있다.
상기 반사성 수지층(15a')은 별도의 접합층에 의해 접합될 수 있으나, 반사성 액상 수지를 마련한 후에 도포한 후에 이를 경화시키는 방식으로 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 반사성 수지층(15a')은 수지체(15')의 상면에만 코팅된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 다른 측면들에도 추가적으로 제공되어 반사효율을 향상시킬 수 있다.
도10 및 도11은 본 발명의 다양한 실시예에 채용 가능한 LED 칩의 예들을 나타내는 단면도이다.
도10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 반도체 발광 다이오드 칩(20)은, 기판(21)과, 상기 기판(21) 상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(24), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(26)을 포함한다. 상기 기판(21)과 상기 제1 도전형 반도체층(24) 사이에 버퍼층(22)을 배치시킬 수 있다.
상기 기판(21)은 사파이어와 같은 절연성 기판일 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 상기 기판(21)은 절연성 외에도 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(21)은 사파이어 외에도 SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. 상기 기판(21)의 상면에는 요철(P)이 형성될 수 있다. 상기 요철(P)은 광추출효율을 개선하면서 성장되는 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 버퍼층(22)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(22)는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다. 필요에 따라, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(24)은 n형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(24)은 n형 GaN을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(26)은 p형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(26)은 단층 구조로 구현될 수도 있으나, 본 실시예와 같이, 서로 다른 조성을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 활성층(25)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물층과 양자장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다. 특정 예에서, 상기 양자우물층은 InxGa1 - xN (0<x≤1)이며, 상기 양자장벽층은 GaN 또는 AlGaN일 수 있다. 양자우물층과 양자장벽층의 두께는 각각 1㎚∼50㎚ 범위일 수 있다. 상기 활성층(25)은 다중양자우물구조에 한정되지 않고, 단일양자우물 구조일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(29a,29b)은, 동일한 면(제1 면)에 위치하도록, 상기 제1 도전형 반도체층(24)의 메사 에칭된 영역과 상기 제2 도전형 반도체층(26)에 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(29a)은 이에 한정되지 않지만, Ag, Ni, Al, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 필요에 따라, 상기 제2 전극(29b)은 투명 전도성 산화물 또는 투명 전도성 질화물과 같은 투명 전극이거나, 그래핀(graphene)을 포함할 수도 있다. 상기 제2 전극(29b)은 Al, Au, Cr, Ni, Ti, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광다이오드 칩(20)의 상면(즉, 제2 면)에는 파장변환필름(28)이 배치될 수 있다. 상기 파장변환필름(28)은 상기 반도체 발광다이오드 칩(20)으로부터 방출된 광의 일부를 다른 파장을 변환하는 파장변환물질을 포함한다. 상기 파장변환필름(28)은 상기 파장변환물질이 분산된 수지층 또는 세라믹 형광체의 소결체로 이루어진 세라믹 필름일 수 있다. 상기 반도체 발광다이오드 칩(20)은 청색광을 방출하고, 상기 파장변환필름(28)은 상기 청색광의 일부를 황색 및/또는 적색 및 녹색으로 변환하여, 백색 광을 방출할 수 있다.
도8은 본 발명에 채용될 수 있는 반도체 발광다이오드의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도8을 참조하면, 반도체 발광다이오드 칩(100)은 기판(110) 상에 형성된 반도체 적층체(L)을 포함한다. 상기 반도체 적층체(L)는 제1 도전형 반도체층(114), 활성층(115) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광다이오드(100)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(114,116)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(122,124)을 포함한다. 상기 제1 전극(122)은 제2 도전형 반도체층(116) 및 활성층(115)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(114)과 접속된 도전성 비아와 같은 연결 전극부(122a) 및 연결 전극부(122a)에 연결된 제1 전극 패드(122b)를 포함할 수 있다. 연결 전극부(122a)는 절연부(121)에 의하여 둘러싸여 활성층(115) 및 제2 도전형 반도체층(116)과 전기적으로 분리될 수 있다. 연결 전극부(122a)는 반도체 적층체(L)이 식각된 영역에 배치될 수 있다. 연결 전극부(122a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(114)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 연결 전극부(122a)는 반도체 적층체(L) 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극(124)은 제2 도전형 반도체층(116) 상의 오믹 콘택층(124a) 및 제2 전극 패드(124b)를 포함할 수 있다.
상기 연결 전극부 및 오믹 콘택층(122a,124a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(114, 116)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(122b,124b)는 각각 상기 연결 전극부(122a) 및 오믹 콘택층(124a)에 각각 접속되어 상기 반도체 발광다이오드(100)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 패드(122b,124b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(122,124)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩 형태로 실장될 수 있다.
한편, 2개의 전극(122,124)는 절연부(121)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(121)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 절연부(121)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 다층 반사구조일 수 있다. 예를 들어 이러한 다층 반사구조는 제1 굴절률을 갖는 제1 절연막과 제2 굴절률을 갖는 제2 절연막이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다.
상기 다층 반사 구조는 상기 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 예를 들어, 3회 내지 70회 반복하여 적층 될 수 있으며, 나아가 4회 내지 50회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 다층 반사 구조의 복수의 절연막은 각각 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물 및 그 조합일 수 있다.
예를 들어, 상기 활성층에서 생성되는 빛의 파장을 λ이라고 하고 n을 해당 층의 굴절률이라 할 때에, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은, λ/4n의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 대략 약 300Å 내지 900Å의 두께를 가질 수 있다. 이때, 상기 다층 반사구조는 상기 활성층(115)에서 생성된 빛의 파장에 대해서 높은 반사율(예, 95% 이상)을 갖도록 각 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률과 두께가 선택되어 설계될 수 있다.
상기 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률은 약 1.4 내지 약 2.5 범위에서 결정될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(114)의 굴절률 및 기판의 굴절률보다 작은 값일 수 있으나, 상기 제1 도전형 반도체층(114)의 굴절률보다는 작되 기판(101)의 굴절률보다는 큰 값을 가질 수도 있다.
본 실시예에 따른 LED 모듈 제조방법에 사용되는 메탈 마스크는 다양한 구조의 메탈 마스크가 유익하게 사용될 수 있다. 도12 내지 도15는 메탈 마스크의 다양한 예들을 나타낸다.
우선, 도12를 참조하면, 메탈 마스크(40)는, 플레이트(41)와 상기 플레이트(41) 하부에 위치한 돌출부(45)를 포함한다.
상기 메탈 마스크(40)는 도2a에 도시된 메탈 마스크(30)와 유사하게, 단일체를 가공하여 얻어진 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 메탈 마스크(40)는 SUS 재질의 직방형인 벌크를 화학적으로 에칭하거나 기계적으로 연삭공정으로 가공하여 제조될 수 있다.
본 실시예에 채용된 돌출부(45)는 경사진 측면(SP)을 갖는다. 상기 돌출부(45)는 상단의 폭(Wb)보다 하단의 폭(Wa)이 작은 구조를 가질 수 있다. 이러한 돌출부(45)는 칩 실장 공간에 더욱 용이하게 삽입될 수 있다.
상기 돌출부(45)는 아래 방향으로 개방된 하나의 토출홀(H)을 갖는다. 상기 메탈 마스크(40)는 상기 토출홀(H)에 연결되어 솔더 페이스트를 위한 수용부(S)를 가질 수 있다. 상기 수용부(S)는 상부로 개방된 개구를 갖는다.
토출홀(H)의 개수 및 크기는 다양하게 변경될 수 있다. 일 실시예에서는, 하나의 LED 칩에 관련된 전극 패드들의 수와 위치에 대응되는 토출홀들을 가질 수 있다(도2a 참조). 다른 실시예에서는, 2 이상의 LED 칩의 전극패드들에 동시에 솔더 인쇄 가능하도록 복수의 토출홀의 배열이 제공될 수도 있다.
본 실시예에 따른 메탈 마스크는 단일체로부터 가공되지 않고, 복수의 플레이트를 접합시키는 형태로 구현될 수 있다.
도13a은 복수의 금속 플레이트가 적층된 메탈 마스크의 단면을 나타내며, 도13b는 도13a에 도시된 메탈 마스크의 분해 사시도이다.
도13a 및 도13b를 참조하면, 본 실시예에 따른 메탈 마스크(50A)는, 제1 홀(H1)을 갖는 제1 금속 플레이트(51)와, 상기 제1 금속 플레이트(51)의 일부 영역에 순차적으로 적층된 제2 및 제3 금속 플레이트(52,53)를 포함한다. 상기 제2 및 제3 금속 플레이트(52,53)는 볼록한 구조(또는 돌출부라고도 함)를 제공할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 금속 플레이트(51,52,53)는 이에 한정되지는 않으나, 외부 표면들이 용접됨으로써 서로 접합될 수 있다. 도13a에 도시된 바와 같이, 외부 표면들의 일부 영역에 인접한 플레이트들을 서로 연결하는 용접부들(55a,55b)에 의해 상기 금속 플레이트들(51,52과 52,53)은 접합될 수 있다.
상기 제2 및 제3 금속 플레이트(52,53)는 각각 제2 및 제3 홀(H2,H3)을 갖는다. 상기 제2 및 제3 금속 플레이트(52,53)는 상기 제2 및 제3홀(H2,H3)이 상기 제1 홀(H1)과 연결되도록 상기 제1 금속 플레이트(51) 상에 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 홀(H1)의 크기(또는 직경)(d1)은 상기 제2 홀(H2)의 크기(d2)과 동일하거나 유사한 반면에, 상기 제3 홀(H3)은 상기 제1 및 제2 홀(H1,H2)의 크기(d1,d2)보다 작은 크기(d3)를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 홀(H1,H2)은 솔더 페이스트를 위한 수용부(S)로 제공되며, 상기 제3 홀(H3)은 토출홀로 제공될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 금속 플레이트(51,52,53)는 동일한 두께로 형성될 수 있으나, 필요에 따라 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 금속 플레이트(52)는 상기 제1 및 제3 금속 플레이트(51,53) 중 적어도 하나의 두께와 다른 두께를 가질 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 금속 플레이트(52)의 두께(t2)는 상기 제1 및 제3 금속 플레이트(51,53)의 두께(t1,t3)보다 클 수 있다. 상기 제1 및 제3 금속 플레이트(51,53)의 두께(t1,t3)는 이에 한정되지는 않으나 서로 동일하거나 유사한 두께를 가질 수 있다.
도14를 참조하면, 메탈 마스크(50B)는 복수의 제2 금속 플레이트(52a,52b)를 갖는 점과 용접부(55) 형태가 상인 점을 제외하고는 도13a에 도시된 메탈 마스크(50A)와 유사한 것으로 이해할 수 있다.
본 실시예에 채용된 제2 금속 플레이트는 2개의 제2 금속 플레이트(52a,52b)를 포함할 수 있다. 2개의 제2 금속 플레이트(52a,52b)에 형성된 홀(H2a,H2b)은 서로 동일한 크기(d2a=d2b)를 가질 수 있다. 또한, 상기 홀(H2a,H2b)의 크기는 상기 제1 금속 플레이트(51)의 홀 크기(d1)에 대응되어 하나의 수용부를 제공할 수 있다. 상기 복수의 제2 금속 플레이트(52a,52b)와 상기 제1 및 제3 금속 플레이트(51,53)는 하나의 용접부(55)에 의해 서로 연결될 수 있다.
도15를 참조하면, 메탈 마스크(50C)는 홀(H1',H2',H3') 크기가 상이한 점과 용접부(55) 형태가 상이한 점을 제외하고는 도13a에 도시된 메탈 마스크와 유사한 것으로 이해할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 금속 플레이트(51,52,53)는 도14에 도시된 예와 유사헤가 하나의 용접부(55)에 의해 서로 연결될 수 있다.
또한, 도15에 도시된 바와 같이, 상기 제2 홀(H2)의 크기(d2')은 상기 제2 홀(H3')의 크기(d3')과 동일하거나 유사한 반면에, 상기 제1 홀(H1)은 상기 제2 및 제3 홀(H2,H3)의 크기(d2,d3)보다 작은 크기(d1)를 가질 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 제1 홀(H1)은 솔더볼의 양(또는 크기)를 결정하는 토출홀로 제공될 수 있다. 상기 제2 및 제3 홀(H2,H3)은 제1 홀(H1)을 통해 적하되는 솔더볼의 경로를 제공할 수 있다. 특정 예에서, 상기 제3 금속 플레이트(53')의 하면이 전극 패드 또는 칩 실장 영역의 표면에 밀착되어 원하지 않은 영역으로 솔더 페이스트가 튀거나 흐르는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제조방법은 다양한 형태의 LED 모듈를 제조하는 방법으로 사용될 수 있다. 도16 내지 도18은 본 발명의 실시예에 의해 제조가능한 LED 모듈의 다양한 예들을 나타내는 상부 평면도이다.
도16에 도시된 LED 모듈(10A)은 회로 기판(11)과, 칩 실장 영역(M) 주위에 배치된 반사성 구조체(65)와, 상기 칩 실장 영역(M)에 배치된 복수의 LED 칩(20)을 포함한다.
상기 반사성 구조체(65)는 백색 분말과 같은 반사성 분말이 함유된 수지층일 수 있다. 예를 들어, 상기 반사성 구조체(65)는 도7 내지 도9에 예시된 적층 구조체들 중 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에 채용된 반사성 구조체(65)는 앞선 실시예와 달리 칩 실장 영역(M)을 완전히 둘러싸지 않고, 양단부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조의 LED 모듈(10A)은 다른 LED 모듈과 단부에서 연결될 수 있으며, 모듈 사이에 격벽이 존재하지 않은 하나의 LED 모듈과 같이 구성될 수 있다.
복수의 LED 칩(20)은 일렬로 배열된 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 LED 모듈(10A)은 백라이트 유닛의 광원으로 사용될 수 있다. 상기 LED 칩(20)은 전극 패드(도1의 12a,12b 참조)에 본딩될 수 있다. 이러한 본딩 과정에서 도3 내지 도5에서 설명된 방식으로 돌출부를 갖는 메탈 마스크를 이용하여 인쇄된 솔더볼을 사용할 수 있다.
도17에 도시된 LED 모듈(10B)은 도16에 도시된 LED 모듈(10A)과 유사하게 회로 기판(11)과, 반사성 구조체(75)와, 복수의 LED 칩(20)을 포함한다.
본 실시예에서 채용된 반사성 구조체(75)는 칩 실장 영역을 3개의 영역(Ma,Mb,Mc)으로 구분되도록 추가적인 격벽(75a)를 포함할 수 있다. 상기 격벽(75a,75b)은 LED 배열 방향을 가로질러 형성되며, 구획된 각 실장 영역(Ma,Mb,Mc)에는 동일한 수의 LED 칩(20)이 배열될 수 있다. 본 실시예에서는 반사성 구조체가 더욱 밀집되게 배치되므로, 돌출부를 갖는 메탈 마스크를 이용하여 솔더 인쇄 공정이 유익하게 사용할 수 있다.
도18에 도시된 LED 모듈(10C)은 도16에 도시된 LED 모듈(10A)과 유사하게 회로 기판(11')과, 반사성 구조체(85)와, 복수의 LED 칩(20)을 포함하되, 앞선 실시예들과 달리 정방형 구조를 가질 수 있다. 반사성 구조체(85)에 의해 정의된 칩 실장 영역(M)에는 2 X 2의 배열로 LED 칩이 배열될 수 있다. 이와 같이, LED 칩이 일렬로 배열된 모듈뿐만 아니라, LED 칩들이 복수의 열로 배열된 LED 모듈에서도 본 실시예에 따른 메탈 마스크를 이용한 솔더 인쇄공정이 유익하게 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10,10A,10B,10C: LED 모듈
11: 회로 기판
12a,12b: 전극 패드
15: 반사성 구조체
30,40,50A,50B: 메탈 마스크
31: 베이스 플레이트
35: 돌출부

Claims (20)

  1. 칩 실장영역 주위에 배치된 반사성 적층체와 상기 칩 실장영역에 배치된 전극 패드를 갖는 회로 기판을 마련하는 단계;
    토출홀이 형성된 돌출부를 갖는 마스크를 이용하여 상기 전극 패드 상에 솔더 페이스트를 적하시키는 단계 - 상기 돌출부는 상기 반사성 적층체에 의해 둘러싸인 공간에 삽입되도록 구성됨 - ; 및
    상기 솔더 페이스트를 이용하여 LED 칩의 전극을 상기 전극 패드에 접합시키는 단계를 포함하고,
    상기 마스크는 상기 돌출부 내부에 상부로 개방되어 상기 솔더 페이스트를 수용하기 위한 수용부를 가지며,
    상기 토출홀은 상기 수용부의 바닥에 형성되고, 상기 수용부의 폭보다 작은 폭을 갖는 LED 모듈 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사성 적층체는 반사성 분말이 함유된 복수의 제1 수지층과 복수의 접합층이 교대로 적층된 구조체인 LED 모듈 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사성 적층체는 일정한 높이를 갖는 수지체와 상기 수지체의 표면에 코팅되며 반사성 분말이 함유된 반사성 수지층을 포함하는 LED 모듈 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상단의 폭보다 하단의 폭이 작은 구조를 갖는 LED 모듈 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 패드는 제1 및 제2 전극 패드를 포함하며,
    상기 마스크의 토출홀은 상기 수용부의 바닥에 상기 제1 및 제2 전극 패드에 각각 대응되도록 형성된 제1 및 제2 토출홀을 포함하는 LED 모듈 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스크는, 제1 홀을 갖는 제1 금속 플레이트와, 상기 제1 금속 플레이트의 일부 영역에 적층되며 상기 제1 홀과 연결된 제2 홀을 갖는 적어도 하나의 제2 금속 플레이트와, 상기 제2 금속 플레이트 상에 적층되며 상기 제2 홀과 연결된 제3 홀을 갖는 제3 금속 플레이트를 포함하며,
    상기 적층된 제2 및 제3 금속 플레이트는 상기 돌출부로 제공되는 LED 모듈 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 홀은 상기 제1 및 제2 홀의 크기보다 작은 크기를 가지며,
    상기 제1 및 제2 홀은 상기 수용부로 제공되며, 상기 제3 홀은 상기 토출홀로 제공되는 LED 모듈 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 홀은 상기 제2 및 제3 홀의 크기보다 작은 크기를 갖는 LED 모듈 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사성 적층체는 복수의 칩 실장 영역을 제공하도록 상기 복수의 칩 실장 영역 사이에 위치한 격벽 구조를 포함하는 LED 모듈 제조방법.
  10. 제1 홀을 갖는 제1 금속 플레이트;
    상기 제1 금속 플레이트의 일부 영역에 적층되며 상기 제1 홀과 연결된 제2 홀을 갖는 적어도 하나의 제2 금속 플레이트; 및
    상기 제2 금속 플레이트 상에 적층되며 상기 제2 홀과 연결된 제3 홀을 갖는 제3 금속 플레이트를 포함하며,
    상기 제2 및 제3 금속 플레이트는 상기 제1 금속 플레이트의 일면으로부터 볼록한 구조로 제공되는 솔더 인쇄용 메탈 마스크.
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