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KR100843884B1 - 플립 칩 유형의 ｌｅｄ 조명 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

플립 칩 유형의 ｌｅｄ 조명 장치 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR100843884B1
KR100843884B1 KR1020050093319A KR20050093319A KR100843884B1 KR 100843884 B1 KR100843884 B1 KR 100843884B1 KR 1020050093319 A KR1020050093319 A KR 1020050093319A KR 20050093319 A KR20050093319 A KR 20050093319A KR 100843884 B1 KR100843884 B1 KR 100843884B1
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Abstract

플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법은 스트립을 제공하는 단계, 서브마운트를 제공하는 단계, 스트립 또는 서브마운트 상에 금속 본딩 층을 형성하는 단계, 스트립에 서브마운트를 본딩하는 단계, 및 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 얻기 위하여 상기 구조를 절단하는 단계를 포함한다.
플립 칩 유형의 LED 조명 장치, 스트립, 서브마운트, 금속 본딩 층,

Description

플립 칩 유형의 ＬＥＤ 조명 장치 및 그의 제조 방법{FLIP CHIP TYPE LED LIGHTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 종래 기술에 따라 만들어진 플립 칩 유형의 LED 조명 장치에 대한 개략적인 단면도
도 2는 본 발명에 따른 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법의 순서도를 도시하는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 제조용 스트립에 대한 개략도
도 4는 본 발명에 따라 만들어진 플립 칩 유형의 LED 조명 장치에 대한 개략적인 단면도
도 5는 본 발명에 따른 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 토대로 한 광 모듈의 개략적인 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 플립 칩 유형의 LED 조명 장치
10, 24: 플립 칩 LED
12: 서브마운트
16, 18: 본드 핑거
20: 스트립 소자
21: 금속 리드 프레임
22: 플립 칩 내장형 서브마운트
26: 금속성 또는 은 페이스트 본딩 층
30: 열 전도/분산 부재
32: 집광 소자
본 발명은 조명 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 와이어 본딩 없이 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 만드는 간단한 방법에 관한 것이다.
삭제
조명 장치는 일상 생활의 필수품이다. 조명 장치는 어두울 때 공간을 밝게 한다. 고도의 기술의 빠른 발전으로 인해, 플립 칩 LED는 종래 백열등을 대신하기 위해 집약적으로 사용되었다.
삭제
도 1은 종래 기술에 따라 만들어진 플립 칩 유형의 LED 조명 장치에 대한 개략적인 단면도이다. 이 설계에 따라, 플립 칩 유형의 LED 조명 장치(1)는 서브마운트(submount, 12), 서브마운트(12)의 두 측면에 제공되는 본드 핑거(bond fingers, 16, 18), 및 서브마운트(12) 상에 본딩되고 와이어 본딩에 의해 본드 핑거(16, 18) 에 전기적으로 연결되는 다수의 플립 칩 LED(발광 다이오드, 10)를 포함한다. 이 설계에 따라, 다이 본딩(die bonding) 및 와이어 본딩 절차는 본드 핑거(16, 18)에 연결된 LED(10)의 다리를 갖기 위해 사용되어야 한다. 이런 와이어 본딩 절차는 복잡하다. 와이어 본딩 동안, LED(10) 또는 서브마운트(12)는 잘못하여 손상될 수 있다.
그러므로, 앞서 언급된 문제점을 제거하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이와 같은 점을 고려하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 와이어 본딩의 적용을 제거한, 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 조명 장치의 열 분산 효과를 향상시키도록 열 전도/분산 부재의 본딩을 위해 밖으로 노출된 서브마운트의 바닥 벽을 갖는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 여러 목적을 달성하기 위하여, 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법은 a) 서로에 각각 전기적으로 연결된 각각의 금속 리드 프레임을 갖는 다수의 스트립 소자를 포함하는 스트립을 제공하는 단계; b) 서브마운트 및 상기 서브마운트에 설치된 다수의 플립 칩 LED(발광 다이오드)를 포함하는 서브마운트를 제공하는 단계; c) 스트립에 사전-고정되어 있는 스트립 본드 패드와 조명 구조를 형성하기 위한 서브마운트 사이에 금속 본딩 층을 형성하는 단계; 및 d) 각각의 스트립 소자를 토대로 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 얻기 위하여 상기 조명 구조를 절단하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 각각의 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 서브마운트에 열 전도/분산 부재를 본딩하는 단계를 추가로 포함한다.
도 2를 보면, 본 발명에 따른 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법은:
S10-도 3에서 처럼, 각각 서로에 전기적으로 연결되는 스트립 소자(20)의 금속 리드 프레임(21)을 각각 갖는 다수의 스트립 소자(20)를 포함하여 준비된 스트립을 제공하는 단계;
S12-예를 들어, 실리콘 또는 저온 동시-소성 세라믹(low temperature co-firing ceramic, LTCC) 서브마운트가 제공되고, 다수의 발광 소자, 예를 들어 발광 다이오드가 플립 칩에 의해 실리콘 마운트 상에 설치되는 서브마운트를 제공하는 단계;
S14-금속 본딩 층이 스트립의 바닥 벽 또는 서브마운트의 상부 벽 상에 저온 솔더 물질(low temperature solder material)을 예를 들어, 주석계 합금(tin base alloy), 비스무쓰 계 합금(bismuth base alloy), 또는 인듐계 합금(indium base alloy)으로 또는 공융 본딩(eutectic bonding)에 의하여, 또는 조명 구조를 형성하기 위한 금 초음파 본딩(gold ultrasonic bonding)으로 형성되는 금속 본딩 층의 형성 단계;
S16-서브마운트가 스트립의 바닥 측면에 부착되는 동시에 서브마운트가 스트립에 서브마운트를 고정시키고 서브마운트의 본드 패드에 금속 리드 프레임을 전기적으로 연결시키기 위해 금속 본딩 층을 용융시키도록 가열되거나 초음파 에너지와 관련시킴으로써 저온 본딩을 사용하여 스트립에 서브-마운트을 본딩하는 단계; 및
S18-상기 얻어진 구조가 하나의 스트립 소자를 각각 포함하는 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치로 절단되도록 하는 절단 단계를 포함한다.
앞서 언급된 S18 단계 후, 열 전도/분산 부재는 각각의 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 아래에 제공되어 안정되게 고정된다. 열 전도/분산 부재는 은 또는 구리 필러(filler)를 포함하는 전도성 접착제의 도포에 의해 플립 칩 유형의 LED 조명 장치에 본딩될 수 있다. 대안적으로, 저온 솔더 물질은 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 바닥 벽 상에 직접 가해져 본딩을 얻기 위해 열 공정(예를 들어, 리플로우(reflow))으로 처리될 수 있다. 또한 공융 본딩에 의하여 각각의 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 바닥 벽에 열 전도/분산 부재를 본딩하도록 구성된다.
각각의 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 바닥 벽에 열 전도/분산 부재의 본딩 후, 집광 소자, 예를 들어, 집광 렌즈 또는 반사기는 조명 장치의 광 경로를 조정하기 위해 사용되어 복사 휘도(radiation brightness)를 향상시킨다.
도 4는 본 발명에 따라 만들어진 플립 칩 유형의 LED 조명 장치(2)에 대한 단면도이다. 도시된 것처럼, 플립 칩 유형의 LED 조명 장치(2)는 스트립 소자(20), 스트립 소자(20)내에 내장된 금속 리드 프레임(21), 스트립 소자(20)에 본딩된 플립 칩 내장형 서브마운트(22), 스트립 소자(20) 상의 회로에 본딩된 플립 칩 LED(24), 및 스트립 소자(20)와 서브-마운트(22) 사이의 금속, 예를 들어, 전도성 또는 은 페이스트 본딩 층(26)을 포함한다.
도 5는 앞에 언급된 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 기초로 한 광 모듈이다. 도시된 것처럼, 광 모듈은 플립 칩 유형의 LED 조명 장치(2), 열 인터페이스 물질(TIM) 예를 들어, 은 접착제, 구리 접착제, 저온 솔더 물질에 의하여 서브마운트(22)의 바닥 벽에 본딩된 열 전도/분산 부재(30), 및 플립 칩 LED(24)의 광을 모으기 위해 플립 칩 유형의 LED 조명 장치(2)의 상부 측면을 커버하는 집광 소자(32)를 포함한다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 방법은 스트립을 제공하는 단계, 서브마운트를 제공하는 단계, 스트립 또는 서브마운트 상에 금속 본딩 층을 형성하는 단계, 스트립에 서브마운트를 본딩하는 단계, 및 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 얻기 위해 상기 구조를 절단하는 단계를 포함한다. 이 방법은 종래 설계에서 공통적으로 볼 수 있는 와이어 본딩 절차를 제거한다. 그러므로, 본 발명은 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 제조를 간단하게 한다.
본 발명의 특정 실시예가 설명을 목적으로 자세히 기술되었지만, 다양한 변형 및 향상이 본 발명의 사조 및 관점으로부터 벗어남 없이 만들어질 것이다.
상기 방법은 종래 설계에서 공통적으로 볼 수 있던 와이어 본딩 절차를 제거하여, 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 제조를 간단하게 한다.

Claims (25)

  1. 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법에 있어서,
    서로에 각각 전기적으로 연결된 각각의 금속 리드 프레임을 갖는 다수의 스트립 소자를 포함하는 스트립을 제공하는 단계;
    서브마운트 및 상기 서브마운트에 설치된 다수의 플립 칩 LED(발광 다이오드)를 제공하는 단계;
    조명 구조를 형성하도록 상기 서브마운트를 상기 스트립에 본딩하기 위해 상기 스트립과 상기 서브마운트 사이에 금속 본딩 층을 형성하는 단계; 및
    각각의 상기 스트립 소자를 토대로 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치를 얻기 위해 상기 조명 구조를 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브마운트는 상기 플립 칩 LED의 본딩을 위한 실리콘 서브마운트인 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 본딩 층은 저온 솔더 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저온 솔더 물질은 주석 계 합금, 비스무쓰 계 합금, 및 인듐 계 합금을 포함하는 합금 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 서브마운트는 용융 상태로 상기 금속 본딩 층을 가열하여 상기 금속 본딩 층에 의해 상기 스트립에 본딩되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 본딩 층은 전기 전도성 접착제 페이스트로 형성되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브마운트는 상기 전기 전도성 접착제 페이스트를 가열하여 상기 금속 본딩 층에 의해 상기 스트립에 본딩되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 본딩 층은 공융 본딩에 의하여 상기 서브마운트와 상기 스트립 소자의 금속 리드 프레임에 본딩되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 상기 서브마운트에 열 전도/분산 부재를 본딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 전도/분산 부재는 열 인터페이스 물질(TIM)에 의하여 상기 서브마운트에 본딩되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열 인터페이스 물질(TIM)은 은 접착제, 구리 접착제 및 저온 솔더 물질을 포함하는 물질 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 전도/분산 부재의 본딩 후, 각각의 상기 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치의 상기 스트립 소자에 집광 수단을 본딩하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 집광 수단은 집광 렌즈 및 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 개별 플립 칩 유형의 LED 조명 장치는 하나의 상기 금속 리드 프레임, 상기 금속 본딩 층의 일부, 및 적어도 하나의 상기 플립 칩 LED를 갖는 상기 서브마운트의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 유형의 LED 조명 장치 제조 방법.
  15. 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치에 있어서,
    금속 리드를 갖는 스트립 소자;
    하나 이상의 플립 칩 LED를 그 상에 갖는 서브 마운트; 및,
    상기 스트립 소자 및 상기 서브 마운트를 전기적으로 연결하기 위하여 상기 스트립 소자 및 상기 서브마운트 사이의 금속 본딩 층을 포함하는 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브마운트는 상기 서브마운트 상의 상기 플립 칩 LED를 전기적으로 본딩하기 위한 회로를 포함하는 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 서브마운트의 바닥 상에 열 전도/분산 부재를 더 포함하는 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
  21. 삭제
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 열 전도/분산 부재는 열 인터페이스 물질(TIM)에 의해 상기 서브마운트에 본딩되는 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 열 인터페이스 물질(TIM)은 은 접착제, 구리 접착제, 저온 솔더 물질, 또는 공융-본딩 물질 층으로부터 선택되는 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
  24. 제 15 항에 있어서, 상기 스트립 소자 상에 집광 소자를 더 포함하는 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 집광 소자는 집광 렌즈 또는 반사기 또는 이들의 조합인 플립 칩 형 유형의 LED 조명 장치.
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