L E D 의 공정

1. LED의 공정 SEOUL SEMICONDUCT BY KIM JONG BEOM

2. 반도체 광원 공정 • 기판 단결성 제조 공정 • 에피 웨이퍼 제작 공정 • 칩제조 공정 • 패키지 공정 • 모듈 조립 공정

3. 1. 기판 단결성 제조 공정 ※기판 제조법의 종류 ①. CZ 법 Seed 가 되는 작은 실리콘 단결정을 원료물질이 녹아 있는 Bath 에서 아주 천천히 회전하여 단결정을 만드는 방법이다. ②. 브리지만법 고휘발성 성분의 증기압을 제어하면서 용액에서 결정을 성장시키는 방법이다. ③. 액체캡슐법 쵸크랄스키법 또는 플로팅존법을 사용할 때 녹는점 에서의 휘발성이 높은 성분이 함유된 화합물 등 고휘발성 성분의 반도체 결정을 만드는 경우에는 그 성분의 증발을 막는 기법이 필요하다. 이를 위해서는 고온,고압하에서 결정을 성장시키지 않으면 안되는데 이때 물질의 증발을 방지하게 하는 방법이 바로 액체캡슐법이다. ④. 액체캡슐 쵸크랄스키법 최근의 결정 성장은 쵸크랄스키법과 액체캡슐법을 이용한 액체캡슐 쵸크랄스키법을 양산에 많이 적용되고 있다

4. 2. 에피 웨이퍼 제작 공정 • 에피웨이퍼 제작 공정 • LED는 기판 기판위에 PN접합을 제작하기 위해 에피성장을 한다. • 에피성장 된 층을 포함한 웨이퍼를 통상 에피 웨이퍼라 부른다. • 에피성장 장비로는 • MOCVD • MBE • VPE • LPE • 에피성장에는 • 동종에피성장 • 이종에피성장 = 부정합 고려 • 에피성장은 성장표면에서의 원자적,분자적인 메커니즘에 의해 일어난다. • 결국 표면확산에 의하여 원자 또는 분자들의 핵생성에 의해 에피층이 성장된다. • 에피택시 성장법은 • 하이드리드 기상성장법 • 분자선 결정성장법 • 유기금속기상성장법

5. 에피성장의 비교& 장단점 에피 성장의 비교 에피성장의 장단점

6. 3.칩제조 공정 LED 칩 제작공정 성장된 에피웨이퍼를 가지고 LED 칩을 제작한다. 칩공정은 1. 전공정 2.후공정 전공정 = P,N전극형성 공정, 식각공정, 보호막 형성 공정이 있다. 후공정 =기판을 얇게 연마하는 랩핑공정, 칩을 분리 시키는 스크라이빙 공정 전기적, 광학적 전수측정 , 등급분류 , 외관검사 가 있다.

7. INGAN/GAN LED 공정흐름도 1. 웨이퍼 세척 2. 투명 전극 형성 3. 에피층 식각 4. P패드 형성 5. P패드 금속합금화 6. N형 전극 증착 7. N형 전극 합금화 8. 보호막 형성 9. 이면 연마 10. 스크라이빙 11. 전기적 , 광학적 특성 전수 측정 12. 등급별 분류 13. 외관검사 14. 포장 15. 출하검사 및 출하

8. 3.칩제조 공정(2) LED칩의 제작공정은 InGaAIP/GaAs계열의 공정과 InGa(AI)N/GaN계열의 공정으로 분류한다. -InGaAIP/GaAs 계열은 N+-GaAs 기판을 사용 하고 그위에 N형 반도체와 MQW 구조의 활성층 및 P형반도체와 콘텍층의 에피층으로 구성. -P+GaAs 기판을 사용하는 경우 P형 반도체와 MQW 구조의 활성층 및 N형반도체과 콘텍층의 에피층으로 구성. 대부분이 SIC또는 사파이어 기판 사용. ※ 사파이어 기판은 LED와 동일한 구조를 가진다. - 사파이어 기판을 이용할씨 상부표면에 P,N전극이 모두 필요*공정이 추가하게된다*

9. 최대추출효율 향상 구조 및 방법 • 1. 루미레즈 방법 • 적색 및 황색 칩에 사용되는 InGaAIP/GaAs계의 경우 GaAs 기판의 재흡수 때문에 광의 추출효율이 떨어지는데 이를 보완하기 위하여 다음과 같은 방법을 사용한다. • = GaAs 기판을 제거 , 투명한 GaP 대리기판 사용 • = GaAs 기판 제거 , 사파이어 사용 • 외 1가지 • 2. PSS 방법 • 사파이어 기판을 패턴화하여 빛의 방향을 변경하여 고항추출을 향상하는 구조로 • PSS 기판을 이용한다. 이 기판은 패턴의 크기가 아주작은 수준이다. • 3. 표면의 형상을 요철화 방법 • 표면의 형상을 요철화하여 광추츨효율을 증가시키는 공정 • (표면이나 식각된 N형 GaN층에 요철을 형성하여 광추출효율을 증가시킨다.) • 4. 수직형 구조를 사용 • LED 내에서는 많은 열이 발생하는데 , 사파이어 기판을 제거하고 Si 같은 대리기판을 사용하는 수직형 구조가 개발되어 판매되고 있다.

10. 패키지 공정 • 패키지 공정이란? • 웨이퍼에서 생산된 LED 칩을 이용하여 고출력 LED 광원을 만들게 되며 이를 응용하여 원하는 모듈을 생산하게 된다. 패키지 공정은 칩을 외부로부터 기계적, 환경적 , 전기적 위험요소로부터 보호하는 역할을 하며 광의 제어 및 활용도 개선을 위해 공학 설계가 추가된다. • 패키지공정 유의 • 방열기술 • 설계기술 • 단품 패키지 제작공정 • 접착제 도포 = PCB 표면에 접착제를 도포하는 공정 • 다이본딩 = 낱개의 칩을 리드 프레임에 장착시키는 공정 • 와이어본딩 = 전기적 연결이 되도록 금선을 사용하여 부착하는 공정 • 형광체 주입 = 형광체를 주입하는 공정 • 외관봉합 • 기계적,환경적 보호 및 사용이 가능하도록 제품의 외관을 에폭시로 봉지시키는 공정. • ※고출력 패키지를 얻기 위해서는 높은 광추출을 갖는 패키징 기술이 필요하며 또한 열저항을 효과적으로 감소시킬수 있는 패키징 기술 또한 필요하다.

11. LED 칩 조립 공정 • 조립공정 이란? • 제작된 웨이퍼 상의 각 칩의 성능을 테스트한 후 각종 전자 시스템에 쉽게 사용할수 있도록 낱개의 칩으로 잘라내어 최종적으로 제품화 하는 기술이다. • LED 칩 조립 공정. • 일반 반도체칩 조립공정과 달리 트리밍과 테이밍 공정을 추가하는 공정이 대부분이다. • LED 조립 공정의 필수적인 주요기능 • 환경적 , 기계적 , 전기적 보호장치 • 발광효율 향상 • 지향각 조절 • 열방출의 매개체의 역할을 한다.

12. LED 칩 조립 공정.

13. LED 패키지 조립 공정(2) 1. 웨이퍼 선별과 분리? 전 공정이 끝난 웨이퍼는 웨이퍼 상태에서 각 칩의 기능이 양호한지 불량인지를 전기적 규격에 따라 선별하게 된다. 이 과정을 웨이퍼 선별 이라한다. 2. 다이 접착 다이를 리드 프레임 , PCB또는 회로 테이프 위에 붙이는 공정을 다이 접착 이라고 하며 이메 쓰 이는 장비를 다이본더라고 한다. ※갈수록 다이의 크기가 작아지는 추세이므로 접착위치와 각도의 정밀성이 더욱 요구되는 실정이다. 3. 선접착 선접착은 다이 접착이 끝난 후 그림과 같이 칩의 본딩 패드 와 리드 프레임 등 외부단자 사이를 세금선을 이용하여 전기적으로 연결시키는 공정이다. ※종류로는 열압착 , 초음파 접착 , 열음파 접착 등이 있다.

14. LED 패키지 조립 공정(2) • 4. 몰딩 • 몰딩이란? 패키지 성형 공정으로 선접착이 끝난 칩과 리드 프레임을 금형에 넣고 겔화 시킨 EMC 를 금형 틀 내로 주입하여 몰드에 넣고, 칩전체를 습기와 오염으로부터 • 보호하고 일정한 외형을 갖는 형태로 만드는 공정이다. • ※ 종류로는 • 트랜스퍼 몰드 = 몰드 프레스를 사용하여 충분한 압력과 열로 패키지를 형성시키는 방식 • 캐스팅 몰드 = 몰드 컵이라 지칭하는 용기에 경화성 수지를 부어 패키지를 형성하는 방식. • 5. 트리밍과 퍼밍 • 몰딩이 끝난 후 리드프레임을 적당한 길이로 잘라내고, 납땜이 쉽도록 전기 화학 도금을 한 뒤 원하는 모양으로 리드 프레임을 가공하는 공정. • -몰딩된 칩의 전기적 시험, 환경적 시험 , 기계적시험을 컴퓨터로 검사하는 공정.

15. ~FINISH