KR101248164B1 - 고주파 유도가열 장치를 이용한 공융 다이 점착 시스템 - Google Patents

고주파 유도가열 장치를 이용한 공융 다이 점착 시스템 Download PDF

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Abstract

고주파 유도 가열 장치를 이용한 공융 다이 점착 시스템을 개시한다. 상기 고주파 유도 가열 장치를 이용한 공융 다이 점착 시스템은 내부에 기판이 구비된 밀폐형 챔버; 상기 기판 상부와 이격되되, 기설정된 크기를 갖는 복수 개의 오프닝 홈이 형성된 브라켓층; 및 외부로부터 제공되는 고주파 발진기의 고주파 신호를 인가받아, 상기 오프닝 홈 내에 와전류를 생성시켜, 상기 와전류에 의해 발생된 줄열을 이용하여 상기 기판을 국부적으로 가열시키는 고주파 유도 가열 장치;를 포함하며, 상기 기판은 상부에 기 설정된 크기의 공융층이 구비된다.

Description

고주파 유도가열 장치를 이용한 공융 다이 점착 시스템{HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING APPARATUS AND EUTECTIC DIE BONDING SYSTEM USING THEREOF}
본 발명은 기판상에 반도체 다이를 공융 점착하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 고정하는 브라켓에 고주파 유도가열 장치를 결합하여 반도체 다이에 열적 손상을 가하지 않으면서도 효율적으로 공융 점착을 수행할 수 있는 고주파 유도가열 장치를 이용한 공융 다이 점착 시스템을 제공하는 것이다.
고주파 유도가열은 교류 전류가 흐르는 코일 속에 위치하는 금속 등의 도전체에 시변하는 자속을 발생시켜 그로인한 히스테리시스 손실 혹은 와전류 손실에 의해 도전체를 가열하는 방식이다. 코일에 교류 전류를 통하면 코일 내부에 시변하는 자속이 발생하고 이 자계 속에 놓인 도전체에는 와전류가 발생하여, 와전류에 의한 줄열에 의해 도전체는 가열된다.
고주파 유도가열은 용해, 열처리, 단조가열, 브레이징, 용접 등의 다양한 금속 제조공정에 이용되며, 고주파 인두기 또는 인덕션 레인지와 같은 상품도 출시되어 있다.
한편, LED 다이와 기판을 접합하는 공정에는 다음과 같이 크게 5가지가 있다.
Ag 에폭시 공정, 직접 공융 점착(dierect eutectic) 공정, 유속 공융 점착(flux eutectic) 공정, 플립칩(flip chip) 공정, 소프트 솔더(soft solder) 공정, 그 중에서도 전기 전도성 및 열전도성, 안전성, 신뢰성 등을 고려할 때 직접 공융 점착(dierect eutectic) 공정이 많이 이용된다.
직접 공융 점착(Direct eutectic) 공정 (이하 공융 점착 공정 또는 공융 점착)에 이용되는 금속 물질은 80% Au/20% Sn 물질이 주로 이용되고, 이 물질의 용융점은 약 280℃이다.
이에 관련하여, 미국 특허 제7,854,365 호에는 LED 다이를 픽업하고 기판 위에 배치하는 공융 다이 콜렛에 히터를 연결하여 용융점 이상의 온도로 설정하고, 기판은 용융점 이하의 온도로 설정해 놓고 공융 점착 공정을 수행하면 공융 다이 콜렛에 연결된 히터에 의해 용융 되었던 공융 층(eutectic layer)이 기판에 점착한 후 빠르게 응결(solidification)되어 점착의 특성이 향상시키는 기술에 관한 내용이 개시되어 있다.
하지만 이러한 경우 LED 다이를 구성하는 p, n 반도체 층, 양자 우물 층 및 전극 등에도 열이 가해져 LED의 특성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고주파 유도가열 방식을 직접 가열 방식의 문제점을 개선하여 LED 다이에 손상을 입히지 않고, 점착에 필요한 열량만을 신속하게 공급하여 필요 이상의 열량에 의한 부품 파손이나 손상을 방지할 수 있는 고주파 유도가열 장치 및 이를 구비한 공융 다이 점착 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공융 다이 점착 시스템은 내부에 기판이 구비된 밀폐형 챔버; 상기 기판 상부와 이격되되, 기설정된 크기를 갖는 복수 개의 오프닝 홈이 형성된 브라켓층; 및 외부로부터 제공되는 고주파 발진기의 고주파 신호를 인가받아, 상기 오프닝 홈 내에 와전류를 생성시켜, 상기 와전류에 의해 발생된 줄열을 이용하여 상기 기판을 국부적으로 가열시키는 고주파 유도 가열 장치;를 포함하며, 상기 기판은 상부에 기 설정된 크기의 공융층이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 브라켓층은 한 개 이상의 브라켓이 순차적으로 적층되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 브라켓들 각각은 복수 개의 오프닝 홈이 일정한 간격으로 형성되며, 상기 브라켓 중 하나 이상의 브라켓에는 상기 홈 내부 측면에 유도 코일이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 고주파 유도가열 장치는 상기 고주파 발진기로부터 고주파 신호를 인가받는 공융 다이 콜릿; 공융 다이 콜릿 하단부에 형성된 LED 다이; 및 상기 LED 다이 하단에 형성된 공융층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은, 상기 복수 개의 브라켓들 중 어느 하나와 반응하여 상기 와전류를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 고주파 유도 가열 장치는 외부로부터 제공되는 기판과 이격되도록 구비되며, 복수 개의 오프닝 홈이 일정한 간격으로 형성되되, 상기 홈 내부 측면에 유도 코일이 감겨진 브라켓; 고주파 발진기로부터 고주파 신호를 인가받는 공융 다이 콜릿; 공융 다이 콜릿 하단부에 형성된 LED 다이; 및 상기 LED 다이 하단에 형성된 제1공융층;을 포함하며, 상기 기판은 기 설정된 크기의 제2공융층이 형성되며, 상기 제1공융층은 상기 제2공융층과 반응하여 와전류를 생성시켜 상기 와전류에 따른 줄열을 통해 상기 기판을 가열시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, LED 다이를 구성하는 p, n 반도체 층, 양자 우물 층 및 전극 층에 열적 손상을 가하지 않으면서도 최적의 공융 점착 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공융 다이 점착 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 브라켓를 보다 상세하게 나타낸 예시도이다.
도 3은 고주파 유도가열의 원리를 나타낸 예시도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명할 것이며, 같은 문자는 같은 의미를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공융 다이 점착 시스템을 나타낸 예시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 브라켓층 중 어느 하나의 브라켓을 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시된 바와같이, 본 발명의 공융 다이 점착 시스템(100)은 밀폐형 챔버(300), 브라켓층(141, 142) 및 고주파 유도 가열 장치(200)를 포함한다.
상기 밀폐형 챔버(300)는 내부에 기판(150)이 구비되며, 상기 기판(150)은 상부에 기 설정된 크기의 공융층(130)이 구비된다.
도 2를 참조하면, 상기 브라켓 층(141, 142)은 상기 기판 상부와 이격되되, 기설정된 크기를 갖는 복수 개의 오프닝 홈이 형성된 브라켓이 복수 개 적층되도록 형성된다.
상기 고주파 유도 가열 장치(200)는 외부로부터 제공되는 고주파 발진기의 고주파 신호를 인가받아, 상기 오프닝 홈(h) 내에 와전류를 생성시켜, 상기 와전류에 의해 발생된 줄열을 이용하여 상기 기판(150)을 국부적으로 가열시킨다.
보다 구체적으로, 상기 브라켓층(141, 142)은 한 개 이상의 브라켓이 순차적으로 적층되도록 형성될 수 있으며, 상기 브라켓들 각각은 복수 개의 오프닝 홈(h)이 일정한 간격으로 형성되며, 상기 브라켓 중 한 개 이상의 브라켓에는 상기 홈(h) 내부 측면에 유도 코일(160)이 구비되도록 형성된다.
상기 고주파 유도 가열 장치(200)는 상기 고주파 발진기로부터 고주파 신호를 인가받는 공융 다이 콜릿(110), 공융 다이 콜릿(110) 하단부에 형성된 LED 다이(120) 및 상기 LED 다이(120) 하단에 형성된 공융층(130)을 포함한다.
상기 LED 다이(120)는 p, n 반도체 층, 양자 우물 층 및 전극 층들 중 어느 하나일 수 있거나, 또는 적어도 하나 이상이 결합된 형태일 수 있다.
이때, 상기 시스템(100)은 상기 복수 개의 브라켓들(141, 142) 중 어느 하나와 반응하여 공융층(130)과 맞닿는 공융층 사이의 공간, 즉, 기판(150)과 브라켓들(141, 142) 중 유도 코일(160)이 감겨진 브라켓과의 간격만큼의 공간에서 자기장을 발생시키며, 상기 자기장에 따른 와전류를 생성하여, 생성된 와전류의 줄열을 통해 상기 기판을 국부적으로 가열시킬 수 있다.
도 3은 고주파 유도가열의 원리를 나타낸 예시도이다.
도 3에 코일에 고주파 교류 전류를 흘려주면 코일 내부에 시변하는 자속이 형성되고 코일 내부에 근접하게 위치한 기판에 와전류가 형성되고 와전류에 의해 발생한 줄열에 의해 기판이 국부적으로 가열된다.
참고로, 고주파 유도가열은 피열물(被熱物)이 되는 금속 도체를 코일 내에 두고, 여기에 고주파 전류를 흘리면 금속 도체의 표면 가까이에 와전류가 생겨 이 손실의 열로 가열하는 것을 말한다.
가열방법에는 유전체의 손실때문에 피가열체가 자체 발열하는 유전가열과 양도체에 생기는 맴돌이 전류의 손실이나 히스테리시스에 의해 자체 발열하는 유도가열 방식이 있다.
여기서, 유전가열 방식은 목재의 건조나 접착, 고무의 가황, 합성수지의 성형, 가공, 비닐막의 접착(고주파 접착), 섬유류의 건조, 농어산물의 가공, 살충, 식품의 조리(전자 레인지) 등에 응용되고 있다. 대체로 고주파로 되면 될수록 발열량이 증가하지만, 피가열체가 커지면 골고루 가열되지 않으므로, 사용 주파수는 피가열체에 따라 수 MHz에서 수 GHz 까지를 사용한다.
고주파를 가하는 전극에는 평판전극, 격자상전극, 동축전극이 있으며, 주파수가 높아지면 공동공진기상으로 한 것도 있다. 이 가열 방법의 특징은 열전도율이 낮은 절연물이 피가열체일 경우라도 피가열체 자체의 발열로 효율이 좋다는 것과 필요한 곳을 선택해서 가열할 수 있다는 점이 있다.
상기 유도 가열 방식은 금속합금의 용융, 담금질, 풀림, 용접, 경납땜, 단조 등이나 반도체 공업에서 게르마늄이나 실리콘의 용융정제, 단결정 제조 등에 이용된다. 사용 주파수는 주파수가 높아지면 높아질수록 맴돌이전류는 양도체의 표면에만 흐르고 내부로 침입하지 않게 되므로 용해할 때는 비교적 낮은 주파수를 사용하고, 금속의 표면 담금질 등 표면만을 가열할 때는 비교적 높은 주파수를 사용한다. 이 가열방법의 특징은 열전도율이 높은 금속을 국부적으로 가열 또는 용해할 수 있다는 것, 진공 속에서 순도가 높은 금속용해가 된다는 점이다.
따라서 본 발명에서는 LED 다이에 열적 손상을 입히지 않고, LED 다이와 기판이 접촉하는 국부적인 표면에 점착에 필요한 열량만을 신속하게 공급하여 필요 이상의 열량에 의한 부품 파손이나 손상을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 공융 다이 점착 시스템 110: 공융 다이 콜릿
120: LED 다이 130: 공융층
141, 142: 브라켓 150: 기판
160: 유도 코일

Claims (6)

  1. 내부에 기판이 구비된 밀폐형 챔버;
    상기 기판 상부와 이격되되, 기설정된 크기를 갖는 복수 개의 오프닝 홈이 형성된 브라켓층; 및
    외부로부터 제공되는 고주파 발진기의 고주파 신호를 인가받아, 상기 오프닝 홈 내에 와전류를 생성시켜, 상기 와전류에 의해 발생된 줄열을 이용하여 상기 기판을 국부적으로 가열시키는 고주파 유도 가열 장치;를 포함하며,
    상기 기판은 상부에 기 설정된 크기의 공융층이 구비되는 고주파 유도 가열장치가 구비된 공융 다이 점착 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓층은,
    한 개 이상의 브라켓이 순차적으로 적층되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치가 구비된 공융 다이 점착 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 브라켓 각각은,
    복수 개의 오프닝 홈이 일정한 간격으로 형성되며, 상기 브라켓 중 하나 이상의 브라켓에는 상기 홈 내부 측면에 유도 코일이 구비되는 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치가 구비된 공융 다이 점착 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 유도 가열 장치는,
    상기 고주파 발진기로부터 고주파 신호를 인가받는 공융 다이 콜릿;
    공융 다이 콜릿 하단부에 형성된 LED 다이; 및
    상기 LED 다이 하단에 형성된 공융층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도 가열장치가 구비된 공융 다이 점착 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 복수 개의 브라켓들 중 어느 하나와 반응하여 상기 와전류를 생성하는 것을 특징으로 하는 공융 다이 점착 시스템.
  6. 외부로부터 제공되는 기판과 이격되도록 구비되며, 복수 개의 오프닝 홈이 일정한 간격으로 형성되되, 상기 홈 내부 측면에 유도 코일이 감겨진 브라켓;
    고주파 발진기로부터 고주파 신호를 인가받는 공융 다이 콜릿;
    공융 다이 콜릿 하단부에 형성된 LED 다이; 및
    상기 LED 다이 하단에 형성된 제1공융층;을 포함하며,
    상기 기판은 기 설정된 크기의 제2공융층이 형성되며, 상기 제1공융층은 상기 제2공융층과 반응하여 와전류를 생성시켜 상기 와전류에 따른 줄열을 통해 상기 기판을 가열시키는 고주파 유도 가열 장치.
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