KR102198918B1 - 엘이디 금속 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직형 LED를 위하여 사용되는 엘이디 금속 기판을 개시하며, 상기 금속 기판은 코어층을 이루는 MoCu층; 상기 MoCu층의 상부면에 형성되는 제1 접착층; 상기 제1 접착층의 상부면에 형성되는 제1 Au층; 상기 MoCu층의 하부면에 형성되는 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층의 하부면에 형성되는 제2 Au층;을 포함함을 특징으로 한다.

Description

엘이디 금속 기판{METAL SUBSTRATE FOR LED}
본 발명은 엘이디(LED) 금속 기판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직형 LED를 위하여 사용되는 엘이디 금속 기판에 관한 것이다.
최근, 일반 및 특수 조명, 자동차, UV LED 등 다양한 분야에서 고출력 LED 소자의 이용이 이루어지고 있다. 상기한 LED의 광출력을 높이기 위해서는 LED 소자에 높은 전력을 인가해야 한다. 그러나, LED 소자는 전력을 높이 인가할수록 발열량이 높아져 광출력 효율이 떨어지는 특성을 가지며, 발생된 열을 방출하지 못하면 발열에 의해 수명이 저하된다.
최근, LED 기판은 LED 소자에서 발생하는 열을 배출하기 위해 방열 기판을 부착하거나, LED 기판의 바닥에 열전도 특성이 좋은 재료를 사용하여 LED 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하거나 또는 LED 소자에 전원을 공급하는 금속 재질의 리드프레임의 형태를 변형시키는 등 다양한 방식으로 방열 구조를 갖도록 연구 개발되고 있다.
방열 기판으로 실리콘 기판이 이용될 수 있다. 실리콘 기판은 사파이어 웨이퍼와 유사한 두께를 갖는다. 그러므로, 실리콘 기판은 방열 기판으로 이용하는 경우 칩의 두께를 맞추기 위하여 LED 제조 공정 장비에 대한 많은 툴(Tool)의 개조 또는 신규 툴의 적용이 필요하다.
또한, 실리콘 기판은 LED 제조 공정 이후 칩의 두께를 맞추기 위하여 폴리싱(Polishing)되어야 한다. 이 과정에서, 실리콘 기판은 스트레스를 받거나 파손(Broken)될 수 있다.
수직형 LED(Vertical LED)는 효율적인 방열 구조를 가져야 하는데, 상기한 수율 문제로 인하여 제조 단가가 상승하기 때문에 시장이 확대되기 어려운 점이 있다.
본 발명은 LED의 발열된 열을 효율적으로 방출할 수 있고, 제조 과정에서 높은 수율을 확보할 있으며, 일반 제조 공정 장비의 큰 변경없이 제조할 수 있는 엘이디 금속 기판을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 금속 기판을 수직형 LED에 적용하고, 금속 기판을 수직형 LED에서 외부로 리드되는 전극으로 이용하며, 넓은 면적의 금속 기판이 전극으로 이용됨으로써 전류 확산 효율을 개선하고, 와이어 본딩 패드 형성에 필요한 공정을 절감하며, 전극 형성에 필요한 설계 면적을 감소시킴으로써 LED의 유효 발광 면적을 더 확보함을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 엘이디 금속 기판은, 코어층을 이루는 MoCu층; 상기 MoCu층의 상부면에 형성되는 제1 접착층; 상기 제1 접착층의 상부면에 형성되는 제1 Au층; 상기 MoCu층의 하부면에 형성되는 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층의 하부면에 형성되는 제2 Au층;을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 엘이디 금속 기판은, 코어층을 이루는 MoCu층; 상기 MoCu층의 상부면에 형성되는 제1 Cu층; 상기 제1 Cu층의 상부면에 형성되는 제1 접착층; 상기 제1 접착층의 상부면에 형성되는 제1 Au층; 상기 MoCu층의 하부면에 형성되는 제2 Cu층; 상기 제2 Cu층의 하부면에 형성되는 제2 접착층; 및 상기 제2 접착층의 하부면에 형성되는 제2 Au층;을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 엘이디 금속 기판은 실리콘 기판과 대비하여 스트레스가 감소되고 쉽게 파손(Broken)이 발생하지 않는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 엘이디 금속 기판은 얇은 두께로 제작될 수 있으며, 일반 제조 공정의 장비를 일부 조정함으로써 이용할 수 있어서 공정 셋업 시간을 절감할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 엘이디 금속 기판은 수직형 LED(Vertical LED)에 대한 효율적인 방열 구조를 제공할 수 있고, 개선된 수율로 인하여 제조 단가를 절감할 수 있어서 수직형 LED의 상품성을 개선할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 금속 기판은 수직형 LED에 적용할 수 있다. 이 경우, 금속 기판을 수직형 LED에서 외부로 리드되는 전극으로 이용하며, 넓은 면적의 금속 기판이 전극으로 이용됨으로써 전류 확산 효율을 개선하고, 와이어 본딩 패드 형성에 필요한 공정을 절감하며, 전극 형성에 필요한 설계 면적을 감소시킴으로써 LED의 유효 발광 면적을 더 확보할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 금속 기판은 수직형 LED에 사용됨으로써 수직형 LED의 신뢰성과 광효율 개선을 도모할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 엘이디 금속 기판의 바람직한 실시예를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 엘이디 금속 기판의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명의 엘이디 금속 기판은 도 1 및 도 2와 같이 MoCu층(10)과 제1 및 제2 접착층들(20, 22) 및 캡핑층으로서 제1 및 제2 Au층들(30, 32)을 포함한다.
본 발명의 엘이디 금속 기판은 열전도율 개선 및 수분 침투 방지를 위하여 Cu층을 사용하는 여부에 따라 도 1의 실시예와 도 2의 실시예로 구분될 수 있다. 도 1의 실시예는 Cu층을 사용하지 않는 경우에 해당하고, 도 2의 실시예는 Cu층을 사용하는 경우에 해당한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 코어층을 형성하기 위하여 MoCu층(10)이 형성된다.
MoCu는 높은 밀도와 경도, 우수한 열전도도 및 전기전도도를 가지므로 방열용 코어층으로 사용하기에 적합한 특성을 갖는다.
MoCu층(10)의 상부와 하부에는 각각 접착층 및 Au층이 적층된다. 설명의 편의를 위하여, 제1 접착층(20) 및 제1 Au층(30)이 MoCu층(10)의 상부에 순차적으로 적층된 것으로 표시하고, 제2 접착층(22) 및 제2 Au층(32)이 MoCu층(10)의 하부에 순차적으로 적층된 것으로 표시한다.
먼저, 제1 접착층(20)은 MoCu층(10)의 상부면에 형성되며, 제2 접착층(22)은 MoCu층(10)의 하부면에 형성된다.
제1 접착층(20)과 제2 접착층(22)은 도금이나 증착을 통해 금속 박막을 금속 재질의 MoCu층(10) 상부에 형성하는 경우 이들 간의 접착력을 제공하기 위해 구성된 것이다. 보다 구체적으로, 제1 접착층(20)은 제1 Au층(30)을 통하여 LED 기판(100)의 AuSn과 공정 본딩(Eutectic bonding)을 이루어서 접착력을 향상시키기 위해 구성된 것이다. 제2 접착층(22)은 제2 Au층(32)을 통하여 지지 기판(200)의 Sn(또는 AuSn)과 공정 본딩(Eutectic bonding)을 이루어서 접착력을 향상시키기 위해 구성된 것이다.
제1 접착층(20)과 제2 접착층(22)은 Ni, Ti, Cr, Ni 합금, Ti 합금 및 Cr 합금 중 선택된 하나로 형성할 수 있다.
제1 접착층(20)과 제2 접착층(22)은 MoCu층(10)과 상부의 금속층 간의 접합을 위한 접합 메탈(Adhesion metal)로 사용되며 도금 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 여기에서, 증착으로서 e-beam 증착이나 스퍼터링(Sputtering) 증착 등이 이용될 수 있다.
제1 접착층(20)과 제2 접착층(22)의 형성에 이용될 수 있는 Ni, Ti, Cr, Ni 합금, Ti 합금 및 Cr 합금은 우수한 접착력을 갖는다.
그리고, 제1 접착층(20)과 제2 접착층(22)은 재질의 특성에 의해 Sn이 MoCu층(10)으로 확산되는 것을 방지하는 디퓨젼 배리어(Diffusion Barrier) 기능을 갖는다.
상기한 제1 접착층(20)과 제2 접착층(22)은 1.0㎛ 내지 3.0㎛의 두께로 각각 형성됨이 바람직하다.
그리고, 제1 Au층(30)과 제2 Au층(32)은 캡핑층(Capping Layer)으로 형성된다. 이 중, 제1 Au층(30)은 제1 접착층(20)의 상부면에 형성되며, 제2 Au층(32)은 제2 접착층(22)의 하부면에 형성된다.
제1 Au층(30)과 제2 Au층(32)은 제1 접착층(20) 및 제2 접착층(22)의 표면이 노출에 의해 산화되는 것을 방지하기 위한 캡핑층으로 작용한다.
제1 Au층(30)과 제2 Au층(32)은 도금 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 여기에서, 증착으로서 e-beam 증착이나 스퍼터링(Sputtering) 증착 등이 이용될 수 있다.
그리고, 제1 Au층(30)과 제2 Au층(32)은 0.05㎛ 내지 0.3㎛의 두께로 각각 형성됨이 바람직하다. 필요한 경우, 제1 Au(30)과 제2 Au층(32)은 캡핑막으로 필요한 최소의 두께를 갖도록 증착될 수 있으며, 이 경우, 제1 Au층(30)과 제2 Au층(32)은 0.005㎛ 내지 0.3㎛의 두께로 각각 형성될 수 있다.
도 1과 같이, 본 발명의 엘이디 금속 기판은, MoCu층(10)을 중심으로 상부에 제1 접착층(20) 및 제1 Au층(30)이 적층되고, 하부에 제2 접착층(22) 및 제2 Au층(32)이 적층된 구조를 갖도록 실시될 수 있다.
상기한 엘이디 금속 기판은 제조 공정시 지지 기판(200)이 MoCu층(10)의 하부에 형성된 제2 Au층(32)에 접착될 수 있다.
이때 지지 기판(200)은 사파이어 기판 등이 이용될 수 있고 공정 본딩(Eutectic bonding)을 통하여 본 발명에 의해 실시된 도 1의 금속 기판에 접합될 수 있다.
공정 본딩(Eutectic bonding)은 열 공정에 의해 진행되며, 제2 Au층(32)과 지지 기판(200)의 Sn층(도시되지 않음)의 열 공정에 의한 결합에 의해 지지기판(200)과 본 발명의 금속 기판을 접합하는 공정 본딩 메탈인 AuSn층이 형성될 수 있다.
또한, 엘이디 금속 기판은 LED 기판(100)에 MoCu층(10)의 상부에 형성된 제1 Au층(32)이 접착될 수 있다.
이때, LED 기판(100)의 에피텍셜 면에는 Sn층이 형성될 수 있으며, 공정 본딩(Eutectic bonding)을 통하여 본 발명에 의해 실시된 도 1의 금속 기판에 접합될 수 있다.
공정 본딩(Eutectic bonding)은 열 공정에 의해 진행되며, 제1 Au층(30)과 LED 기판(100)의 Sn층(도시되지 않음)의 열 공정에 의한 결합에 의해 LED 기판(100)과 본 발명의 금속 기판을 접합하는 공정 본딩 메탈인 AuSn층이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 엘이디 금속 기판은 도 2와 같이 Cu층을 사용하여 실시될 수 있다.
도 2의 실시예는 코어층을 이루는 MoCu층(10), MoCu층(10)의 상부면에 형성되는 제1 Cu층(50), 제1 Cu층(50)의 상부면에 형성되는 제1 접착층(20), 제1 접착층(20)의 상부면에 형성되는 제1 Au층(30), MoCu층(10)의 하부면에 형성되는 제2 Cu층(52), 제2 Cu층(52)의 하부면에 형성되는 제2 접착층(22) 및 제2 접착층(22)의 하부면에 형성되는 제2 Au층(32)을 포함한다.
그리고, 도 2의 실시예는 MoCu층(10)과 제1 Cu층(50) 및 MoCu층(10)과 제2 Cu층(52) 간의 접착력 향상을 위하여 제3 접착층(40) 및 제4 접착층(42)을 더 포함할 수 있다. 제3 접착층(40)은 MoCu층(10)과 제1 Cu층(50) 사이에 형성되고, 제4 접착층(42)은 MoCu층(10)과 제2 Cu층(52) 사이에 형성된다.
도 2의 실시예 중, MoCu층(10), 제1 접착층(20), 제2 접착층(22), 제1 Au층(40) 및 제2 Au층(42)은 도 1의 실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 2의 실시예에 포함된 제1 Cu층(50) 및 제2 Cu층(52)은 MoCu보다 우수한 열전도율을 갖는 Cu의 특성을 이용하여 LED 기판(100)의 열을 효과적으로 MoCu층(10)으로 펌핑하는 펌핑 가속층으로 기능을 갖는다.
도 2의 실시예는 MoCu층(10)과 제1 및 제2 Cu층들(50, 52)의 조합에 의해서 개선된 열 전도 효과를 가지며 LED 기판(100)에 대한 효율적으로 방열을 수행할 수 있다.
또한, 도 2의 실시예에 포함된 제1 Cu층(50) 및 제2 Cu층(52)은 MoCu층(10)의 상부면과 하부면에 도금 또는 증착됨으로써 MoCu의 이상 변화(이상 성장 등)를 방지하는 기능을 갖는다. 제1 Cu층(50) 및 제2 Cu층(52)은 2.0㎛ 내지 7.5㎛의 두께로 각각 형성될 수 있다.
MoCu층(10)은 수분으로 인한 산화 등에 의해 이상 변화될 수 있다. 제1 Cu층(50)과 제2 Cu층(52)은 MoCu층(10)의 상부면과 하부면을 캡핑(Capping)함으로써 수분의 침투 등으로 인한 MoCu층(10)의 이상 변화를 방지할 수 있다.
MoCu층(10)과 제1 및 제2 Cu층(50, 52)은 금속층들이므로, 이들의 계면들에 밀착력이 약해서 들뜸이 발생할 수 있다. 제1 및 제2 Cu층(50, 52)은 계면들의 접합력 강화를 위해 MoCu층(10) 상에 e-beam 증착 또는 스퍼터링 증착과 같은 증착에 의해 형성될 수 있다.
또한, 도 2의 실시예는 MoCu층(10)과 제1 및 제2 Cu층(50, 52)의 접착력을 보강하기 위하여 제3 접착층(40) 및 제4 접착층(42)을 형성할 수 있다. 제3 접착층(40)은 MoCu층(10)과 제1 Cu층(50) 사이에 형성되고, 제4 접착층(42)은 MoCu층(10)과 제2 Cu층(52) 사이에 형성된다.
제3 접착층(40)과 제4 접착층(42)은 NiP, Ti, Cr, Ni 합금, Ti 합금, Cr 합금 중 선택된 하나로 형성될 수 있다.
제3 접착층(40)과 제4 접착층(42)은 MoCu(10)과 금속층인 제1 Cu층(50) 또는 제2 Cu층(52) 간의 접합을 위한 접합 메탈(Adhesion metal)로 사용되며 도금 또는 증착에 의해 형성될 수 있다. 여기에서, 증착으로서 e-beam 증착이나 스퍼터링(Sputtering) 증착 등이 이용될 수 있다.
제3 접착층(40)과 제4 접착층(42)의 형성에 이용될 수 있는 NiP, Ti, Cr, Ni 합금, Ti 합금 및 Cr 합금은 우수한 접착력을 갖는다.
상기한 제3 접착층(40)과 제4 접착층(42)은 0.0001㎛ 내지 0.15㎛의 두께로 각각 형성됨이 바람직하다.
상기한 도 2의 엘이디 금속 기판도 제조 공정시 지지 기판(200)이 MoCu층(10)의 하부에 형성된 제2 Au층(32)에 접착될 수 있다.
그리고, 도 2의 엘이디 금속 기판도 LED 기판(100)에 MoCu층(10)의 상부에 형성된 제1 Au층(32)이 접착될 수 있다.
본 발명은 도 1 및 도 2와 같이 실시됨에 의해 방열 기판으로 이용할 수 있는 금속 기판을 제공할 수 있다.
본 발명의 금속 기판은 실리콘 기판과 대비하여 스트레스가 감소되고 쉽게 파손(Broken)이 발생하지 않는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 금속 기판은 90㎛ 내지 120㎛의 두께를 갖도록 제작될 수 있으므로 실리콘 기판과 같이 폴리싱 공정이 불필요하고 일반 제조 공정 장비의 척 등의 일부 조정으로 공정을 진행할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 금속 기판은 공정 셋업(set-up) 시간을 절감할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 금속 기판은 수직형 LED(Vertical LED)에 대한 효율적인 방열 구조를 제공할 수 있고, 개선된 수율로 인하여 제조 단가를 절감할 수 있어서 수직형 LED의 상품성을 개선할 수 있는 이점을 갖는다.
한편, 본 발명의 금속 기판은 수직형 LED의 외부로 리드되는 전극과 컨택되도록 구성되도록 실시될 수 있다. 이 경우, 금속 기판이 수직형 LED의 하나의 전극으로 이용될 수 있다.
보다 구체적으로, 금속 기판은 수직형 LED(도시되지 않음)에서 리드되는 전극과 도 1 및 도 2의 실시예의 제1 Au층(40) 쪽에 접착되는 LED 기판(100)을 통하여 전기적으로 컨택될 수 있다. 이때, LED 기판(100)을 통하여 전기적으로 컨택되는 방법은 금속 기판이 LED 기판(100)의 비아 홀(Via Hole)을 통하여 전극과 전기적으로 컨택되는 방법 또는 금속 기판이 LED 기판(100) 상에 라우팅된 패턴과 본딩되는 방법 등으로 다양하게 구현될 수 있다. 상기한 방법들은 본 발명의 기술적 사상을 이해한 자라면 용이하게 실시할 수 있으므로 구체적인 도시는 생략한다.
상기와 같이 금속 기판이 전극으로 이용됨에 따라서, 본 발명의 금속 기판은 넓은 면적을 가짐에 따라 개선된 전류 확산 효율을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 금속 기판이 하나의 전극으로 이용됨에 의해 수직형 LED에 와이어 본딩 패드를 형성하는 공정을 절감할 수 있고, 전극 형성에 필요한 수직형 LED의 설계 면적을 감소시킴으로써 LED의 유효 발광 면적을 더 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명은 금속 기판을 수직형 LED의 전극으로 이용할 수 있어서 수직형 LED의 신뢰성과 광효율 개선을 도모할 수 있는 이점이 있다.

Claims (14)

  1. 코어층을 이루는 MoCu층;
    상기 MoCu층의 상부면에 형성되는 제1 접착층;
    상기 제1 접착층의 상부면에 형성되며 LED 기판과 접착되는 제1 Au층;
    상기 MoCu층의 하부면에 형성되는 제2 접착층; 및
    상기 제2 접착층의 하부면에 형성되며 지지기판과 접합되는 제2 Au층;을 포함하며,
    상기 제1 접착층 및 상기 제2 접착층은 Ti, Cr, Ti 합금 및 Cr 합금 중 선택된 하나로 형성되며
    상기 제1 접착층은 상기 제1 Au층을 통하여 상기 LED 기판과 공정 본딩을 이루고,
    상기 제2 접착층은 상기 제2 Au층을 통하여 상기 지지기판과 공정 본딩을 이루며,
    상기 제1 접착층과 상기 제2 접착층은 상기 공정 본딩에 의해 상기 LED 기판 또는 상기 지지기판의 Sn이 상기 MoCu층으로 확산되는 것을 방지하는 디퓨젼 배리어 기능을 가짐을 특징으로 하는 엘이디 금속 기판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 접착층 및 상기 제2 접착층은 1.0㎛ 내지 3.0㎛의 두께로 각각 형성되고,
    상기 제1 Au층 및 상기 제2 Au층은 상기 제1 접착층 및 상기 제2 접착층보다 얇은 0.05㎛ 내지 0.3㎛의 두께로 각각 형성되는 엘이디 금속 기판.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 Au층에 접합되는 상기 지지 기판을 더 포함하는 엘이디 금속 기판.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 엘이디 금속 기판은 수직형 LED에서 리드되는 전극과 상기 제1 Au층 쪽에 접착되는 상기 LED 기판을 통하여 전기적으로 컨택되는 엘이디 금속 기판.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
KR1020180172418A 2018-12-28 2018-12-28 엘이디 금속 기판 KR102198918B1 (ko)

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