KR20060085523A - Packaging apparatus of high-power led using laser - Google Patents

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KR20060085523A
KR20060085523A KR1020050006424A KR20050006424A KR20060085523A KR 20060085523 A KR20060085523 A KR 20060085523A KR 1020050006424 A KR1020050006424 A KR 1020050006424A KR 20050006424 A KR20050006424 A KR 20050006424A KR 20060085523 A KR20060085523 A KR 20060085523A
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안동훈
권효택
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포톤데이즈(주)
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Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치에 관한 것으로, 히터를 이용하여 고출력LED를 유테틱방법으로 접합하거나 초음파장치를 이용하여 초음파방법으로 접합하는 기존의 방법을 열원을 레이저로 이용하여 유테틱 방법으로 접합하는 것과 Substrate를 웨이퍼상태에서 직접 LED를 접합하는 것을 특징으로 하며 고신뢰성과 높은 생산성을 달성하기 위한 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a packaging device of a high-power LED using a laser, the conventional method of bonding a high-power LED using a heater by a utero method or an ultrasonic method using an ultrasonic device using a heat source as a laser The present invention relates to a high power LED packaging device using laser for achieving high reliability and high productivity.

이를 위해 본 발명은, LED칩이 접합될 기판의 상부에 LED칩을 픽업하여 안착시키기 위한 이동성있는 접합툴이 위치하고, 소정의 레이저 출력을 발생하는 레이저 발진기로부터 발생된 레이저 빔을 기판의 상부까지 전달하는 광파이버가 구비되되, 상기 광파이버는 서로 대향되는 위치에서 이중으로 설치되어 접합 부위를 향하도록 구성된다. To this end, the present invention, the mobile bonding tool for picking up and seating the LED chip on the substrate to be bonded to the LED chip is located, and transfers the laser beam generated from the laser oscillator generating a predetermined laser output to the upper portion of the substrate Is provided with an optical fiber, the optical fiber is configured to be dually installed in a position opposite to each other to face the bonding site.

Description

레이저를 이용한 고출력 엘씨디의 패키징 장치{Packaging apparatus of high-power LED using laser} Packaging apparatus of high-power LED using laser}             

도 1 내지 도 4 는 종래의 유테틱 접합 방식을 설명하기 위한 도.1 to 4 are diagrams for explaining a conventional eutectic bonding method.

도 5 는 종래의 초음파 접합방식을 설명하기 위한 도.5 is a view for explaining a conventional ultrasonic bonding method.

도 6 은 초음파 접합 방식의 문제점을 설명하기 위한 도.6 is a view for explaining the problem of the ultrasonic bonding method.

도 7 은 본 발명에 의한 접합 장치를 나타낸 도.7 shows a bonding apparatus according to the present invention.

도 8 은 본 발명에 의한 웨이퍼 레벨의 유테틱 접합 방식을 설명하기 위한 도.8 is a view for explaining a wafer level eutectic bonding method according to the present invention.

도 9 내지 도 11 은 본 발명의 다양한 실시예를 보인 도.9 through 11 illustrate various embodiments of the present invention.

도 12 는 본 발명을 실현하기 위한 접합 방법을 나타낸 흐름도.12 is a flowchart showing a bonding method for implementing the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : LED 칩 2 : 기판 웨이퍼1: LED chip 2: substrate wafer

30 : LED칩 상부카메라 31 : LED칩 이송부30: LED chip upper camera 31: LED chip transfer unit

32 : 접합 헤드부 33 : 접합툴32: bonding head portion 33: bonding tool

34 : 기판 상부카메라 35 : 하부 카메라34: upper substrate camera 35: lower camera

36 : 컨트롤러 37 : 레이저 발진기36 controller 37 laser oscillator

38 : 기판 웨이퍼 이송부 39 : 광파이버38 substrate wafer transfer portion 39 optical fiber

40 : 전반사 미러40: total reflection mirror

본 발명은 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치에 관한 것으로, 히터를 이용하여 고출력LED를 유테틱방법으로 접합하거나 초음파장치를 이용하여 초음파방법으로 접합하는 기존의 방법을 열원을 레이저로 이용하여 유테틱 방법으로 접합하는 것과 Substrate를 웨이퍼상태에서 직접 LED를 접합하는 것을 특징으로 하며 고신뢰성과 높은 생산성을 달성하기 위한 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a packaging device of a high-power LED using a laser, the conventional method of bonding a high-power LED using a heater by a utero method or an ultrasonic method using an ultrasonic device using a heat source as a laser The present invention relates to a high power LED packaging device using laser for achieving high reliability and high productivity.

LED칩은 일반적으로 다음과 같은 공정으로 제조된다.LED chip is generally manufactured by the following process.

Epi공정 - 포토리소그래피 - 에칭 - 메탈라이제이션 - 래핑/폴리싱 - 다이싱Epi Process-Photolithography-Etching-Metallization-Lapping / Polishing-Dicing

최종 하나씩 분리된 LED칩을 여러가지 패키지형태에 다이본딩이 되어 사용되어진다.Finally, the separated LED chip is die-bonded in various package types.

최근에 조명용으로 고출력LED가 본격적으로 개발되면서 LED에서의 열발생문제가 대두되고 있다.Recently, as high-power LEDs are developed in earnest for lighting purposes, heat generation problems in LEDs are emerging.

도 1 에 도시한 바와같이 고출력LED(1)는 발광시에 많은 열이 발생하기 때문 에 열을 바깥으로 확산시켜 패키지(3)를 통하여 배출할 수 있도록 일반적으로 열전도성이 좋은 재질인 AℓN, SiC 또는 Si등으로 이루어진 기판(2)을 사용하게 된다. As shown in FIG. 1, since the high power LED 1 emits a lot of heat during light emission, the thermally conductive materials A LN and SiC are generally used so that heat can be diffused outward and discharged through the package 3. Alternatively, a substrate 2 made of Si or the like is used.

고출력LED(1)의 열을 얼마나 빨리 그리고 고르게 기판(2)을 통하여 빠져나가게 하는 것이 고출력LED(1)의 핵심기술이며 이때 고출력LED(1)와 기판(2)간의 접합방법은 크게 2가지가 있다.How fast and evenly the heat of the high power LED (1) is the key technology of the high power LED (1) is the key technology of the high output LED (1) and the bonding method between the high output LED (1) and the substrate (2) have.

한가지는 히터를 이용하여 열로서 접합하는 방법이 있으며, 또 한가지는 초음파를 이용하여 접합하는 방법이 있다.One method is to join as a heat using a heater, and the other method is to join using ultrasonic waves.

전자를 유테틱(Eutectic)접합방법이라 하며, 후자를 초음파(Ultrasonic)접합방법이라 한다.The former is called an eutectic bonding method, and the latter is called an ultrasonic bonding method.

먼저 유테틱접합방법에 대해서 설명한다.First, the utero joining method will be described.

유테틱접합방법이란 금속의 녹는 점은 상당히 높지만 조성을 달리한 이종간의 녹는점은 상당히 낮아지는 점을 착안한 접합방법이다.The eutectic bonding method is a bonding method that focuses on the fact that the melting point of metals is quite high, but the melting points of different kinds of compositions are considerably lowered.

예를 들면 금(Au)의 녹는점은 1064도이지만 여기에 주석(Sn)을 20%정도 함유시키면 녹는점이 283도정도로 낮아지게 된다.For example, the melting point of gold (Au) is 1064 degrees, but if 20% of tin (Sn) is contained here, the melting point is lowered to 283 degrees.

이를 이용하여 LED와 기판을 접합한다. 이 두가지를 접합하기 위해서는 도 2에 도시한 바와 같이 LED(1)의 하면과 기판(2)의 상면에 각각 Au와 AuSn의 박막을 입힌다.This is used to bond the LED and the substrate. In order to bond the two, a thin film of Au and AuSn is coated on the lower surface of the LED 1 and the upper surface of the substrate 2, respectively, as shown in FIG.

유테틱방법으로 접합하는 공정에서는 이종금속을 녹이기 위한 열이 필요하게 된다.In the eutectic joining process, heat is required to melt dissimilar metals.

일반적으로 주석(Sn)은 공기중에서 쉽게 산화가 되므로 유테틱접합방법에서는 칩이 접합되는 공간은 질소가스의 분위기아래에서 작업하는 것이 접합신뢰성에서 좋다.In general, tin (Sn) is easily oxidized in the air, so in the eutectic bonding method, the space where the chips are bonded is preferably operated under the atmosphere of nitrogen gas.

사용되는 열원은 여러가지가 있으나 일반적으로 온도를 올리고 내리는 것은 빠르지가 않다.There are many heat sources used, but in general, raising and lowering the temperature is not fast.

LED칩(1)과 기판(2)을 Pick & Place하는 과정에서는 열을 인가해서는 안되기 때문에 LED칩(1)과 기판(2)이 닿은 순간부터 열을 인가해야 한다. 따라서 상온의 칩들을 적어도 300도까지 올리기 위해서는 그만큼 열원종류나 히팅방법 등이 고려되어야 한다.In the process of picking and placing the LED chip 1 and the substrate 2, heat should not be applied. Therefore, heat must be applied from the moment the LED chip 1 and the substrate 2 touch each other. Therefore, in order to raise the chip at room temperature to at least 300 degrees, the heat source type or heating method should be considered.

도 3 은 이러한 기존의 유테틱접합과정을 도시한 도로서, 하나하나 분리되어 있는 기판(2)과 LED(1)를 장치에 공급한 다음(a), 기판칩을 접합툴에 의하여 픽업하여 카메라에 의하여 자세 보정을 행한다(b).FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional eutectic bonding process, in which a substrate 2 and an LED 1 that are separated one by one are supplied to a device (a), and then the substrate chip is picked up by a bonding tool and the camera The attitude correction is performed by (b).

이후 접합툴을 이동시켜 안착 플레이트에 기판(2)을 안착시킨 다음(c), LED(1)를 픽업툴에 의하여 픽업한 다음 카메라에 의해 자세 보정을 행하게 되며(d), 다시 접합툴이 기판(2)쪽으로 이동하여 상기 기판(2)의 상부에 안착시키게 된다(e).Subsequently, the bonding tool is moved to seat the substrate 2 on the seating plate (c), the LED 1 is picked up by the pick-up tool, and posture correction is performed by the camera (d). It moves toward (2) and rests on the upper portion of the substrate (2) (e).

그런 다음, 안착 플레이트에 열을 가하여 LED(1)와 기판(2)을 접합시키게 되는 것이다(f).Then, heat is applied to the mounting plate to bond the LED 1 to the substrate 2 (f).

그런데, 이와 같은 방법은 도 4 에 도시한 바와 같이 기판(2) 아래에서 히터를 이용하여 열을 가함으로써 기판(2)을 접합하는 방법이지만, 히터가 유테틱 온도 까지 대응되는 시간이 빠르지 않기 때문에 양산성이 높지 않다.By the way, as shown in Fig. 4 is a method of joining the substrate 2 by applying heat under the substrate 2 using a heater, but the time corresponding to the heater temperature is not fast. Mass production is not high.

초음파(Ultrasonic)접합방법은 다음과 같다.Ultrasonic bonding method is as follows.

도 5 에 도시한 바와 같이 먼저 기판(2)상면에 Au Bump(골드 범프)(4)를 형성하며 이 기판(2)의 Au Bump(4)에 대응되는 LED칩의 Au PAD(5)를 일치시킨다.As shown in FIG. 5, Au Bumps 4 are first formed on the upper surface of the substrate 2, and the Au PADs 5 of the LED chips corresponding to the Au Bumps 4 of the substrate 2 are matched. Let's do it.

LED칩(1)을 기판(2)에 밀착을 시키고 초음파헤드(8)를 이용하여 압력(7)과 초음파에너지(6)를 동시에 인가하여 LED칩(1)하면의 Au PAD(5)와 기판(2)의 Au Bump(4)가 닿으면서 Au Bump(4)가 찌그러지면서 초음파에너지(6)로 인해 Au의 표면이 활성화가 되어 Au PAD(5)와 Au Bump(4)간의 접합이 이루어지게 된다.The LED chip 1 is brought into close contact with the substrate 2, the pressure 7 and the ultrasonic energy 6 are simultaneously applied using the ultrasonic head 8, and the Au PAD 5 and the substrate under the LED chip 1 are applied. As Au Bump (4) of (2) touches, Au Bump (4) is distorted and the surface of Au is activated by ultrasonic energy (6), so that the bonding between Au PAD (5) and Au Bump (4) is made. do.

LED가 점점 고출력화되면서 열발생문제가 심각하게 대두되고 있으며 열을 얼마만큼 안정되게 빨리 바깥으로 방출시키느냐가 관건이나 초음파방법은 도 5에서 보는 바와 같이 Au Bump(4)간의 간격이 필요하며 이 빈 공간에서는 열을 빼주지 못하게 된다. 빼주지 못한 열은 축적되어 결국 LED가 fail되는 결과를 초래하게 된다. 따라서 초음파접합방법은 구조적인 결함이 있다.As the LED is getting higher and higher, the heat generation problem is seriously raised, and how much stable and fast heat is emitted to the outside is important, but the ultrasonic method requires the interval between Au Bumps (4) as shown in FIG. You can't get the heat out of space. The heat that could not be drained will accumulate and eventually cause the LED to fail. Therefore, the ultrasonic bonding method has a structural defect.

또한 초음파본딩은 Au Bump(4)을 완전히 녹여서 접합하는 것이 아니기 때문에 LED의 장시간 사용시 발생되는 많은 열방출에 대해 문제가 될 수 있다.In addition, since the ultrasonic bonding does not completely melt and bond the Au Bump (4), it may be a problem for many heat dissipation generated during long time use of the LED.

반면에 유테틱방법은 AuSn을 완전히 녹여서 붙여주며 또한 Au와 AuSn은 LED칩(1)과 기판(2)에 골고루 번지게 되어 열의 확산에 안정적으로 작용하게 된다.On the other hand, the eutectic method melts and pastes AuSn completely, and Au and AuSn are spread evenly on the LED chip 1 and the substrate 2, thereby stably acting on heat diffusion.

현재 고출력LED에서는 초음파접합방법보다 유테틱방법이 우월한 것으로 평가를 받고 있다. At present, the high-power LED is considered to be superior to the ultrasonic method over the ultrasonic bonding method.

하지만 유테틱방법은 열을 가해서 접합하기 때문에 열이 상승되는 시간이 반드시 필요하게 되며 LED칩(1)과 기판(2)사이에 국부적으로 열을 인가할 수 있는 히터가 필요하게 된다. 또한 불균일한 가열에 의한 소자의 열화가 문제가 된다. 또한 먼저 붙힌 chip이 이후의 가열공정에 의해 다시 녹지 않게 해야 한다. 이러한 것을 해결하기 위해 툴자체를 가열하기도 하지만 실제로는 정확한 제어가 어려운 상태이다.However, since the eutectic method joins by applying heat, a heat rising time is necessary and a heater capable of locally applying heat between the LED chip 1 and the substrate 2 is required. In addition, deterioration of the device due to uneven heating becomes a problem. Also, the first chip should not be melted again by the subsequent heating process. To solve this problem, the tool itself may be heated, but in reality, accurate control is difficult.

초음파본딩에서의 초음파발생은 1초이하로 동작하기 때문에 생산성이 유테틱에 비해서 상당히 높다. Ultrasonic generation in ultrasonic bonding operates for less than 1 second, so the productivity is considerably higher than that of the eutectic.

유테틱접합방법이 초음파방법만큼 높은 생산성을 달성할 수가 있다면 고출력LED의 접합방법은 유테틱접합방법이 유리하다.If the eutectic bonding method can achieve higher productivity as the ultrasonic method, the eutectic bonding method is advantageous for the high power LED bonding method.

정리하면, 이러한 접합 방법들은 다음과 같은 문제점을 가지게 된다.In summary, these joining methods have the following problems.

첫 번째, 기존의 유테틱접합방법으로 기판과 LED칩의 온도를 올리기 위해서는 히터를 가열하는 방식이었으나 온도를 올리고 내리는 시간이 많이 소요되어 칩하나를 접합하는데 많은 시간이 필요하다. 따라서 생산성이 높지가 않다.First, in order to raise the temperature of the substrate and the LED chip by the conventional eutectic bonding method, the heater was heated. However, it takes much time to raise and lower the temperature. Therefore, productivity is not high.

두 번째, 기존의 초음파접합방법으로 짧은 접합시간으로 인한 생산성이 상당히 높으나 유테틱접합보다 초음파접합방법이 고출력LED에서는 신뢰성이 떨어지는 경향이 있다. Second, the conventional ultrasonic bonding method has high productivity due to the short bonding time, but the ultrasonic bonding method tends to be less reliable in the high output LED than the ultrasonic bonding method.

즉, 유테틱접합방법은 Au와 AuSn이 완전히 녹아 합금이 되기 때문에 LED와 기판간의 접합력이 우수하여 열방출이 원할하므로 제품의 신뢰성이 높다.In other words, in the eutectic bonding method, Au and AuSn are completely melted to form an alloy, and thus the bonding strength between the LED and the substrate is excellent, and thus heat dissipation is desired.

하지만 초음파접합방법은 Au와 Au간의 표면활성화로 이루어진 부분접합이기때문에 유테틱접합방법보다 접합력 또는 열방출이 떨어지게 된다.However, since the ultrasonic bonding method is a partial bonding consisting of surface activation between Au and Au, the bonding force or heat emission is lower than that of the eutectic bonding method.

세 번째, 기존 방법으로는 웨이퍼레벨에서 유테틱접합방법이 어렵다.Third, the conventional bonding method is difficult at the wafer level.

즉, 웨이퍼로 공급되는 기판위에 LED칩 하나하나마다 유테틱으로 접합시키는 것은 어렵다. 기판위에 LED칩 하나하나를 접합하지 않고 LED를 모두 올려놓은 상태에서 기판의 온도를 올려 LED를 일괄로 한꺼번에 녹일 때에는 LED칩이 기판위에 고정되어 있지 않는 상태이므로 LED칩하면이 녹을 때 칩의 자세가 틀어지게 된다. LED칩의 자세가 틀어진다면 즉, 접합정도가 떨어지게 된다면 열방출이 원활하지 않게 되어 결국 고출력LED의 신뢰성을 보장할 수 없게 된다. 또한 LED칩이 기판위에 놓여지고 난 후 온도를 올려 녹일 때 약간의 가압을 LED에 인가해야만 접합력이 우수해지므로 상기와 같은 방법으로 그냥 LED를 기판위에 놓고 녹인다면 접합력이 떨어지게 된다. 접합력이 떨어지게 되면 역시 열방출이 원할하게 이루어지지 않게 되어 결국 고출력LED의 신뢰성이 떨어지게 된다.In other words, it is difficult to bond each LED chip onto the substrate supplied to the wafer by means of a eutectic. If you melt all the LEDs at once by raising the temperature of the board without putting each LED chip on the board and melting the LEDs at once, the LED chip is not fixed on the board. It is wrong. If the attitude of the LED chip is incorrect, that is, the degree of bonding is reduced, heat dissipation is not smooth, and thus the reliability of the high power LED cannot be guaranteed. In addition, when the LED chip is placed on the substrate and the temperature is melted to apply a slight pressurization to the LED, the bonding strength is excellent, so if the LED is simply placed on the substrate and melted, the bonding strength is reduced. When the bonding force is lowered, heat dissipation is not performed smoothly, and thus the reliability of the high power LED is lowered.

네 번째, 기존의 초음파접합방법의 문제점은 기판위에 Au Bump를 형성해야 하는데 Au Bump간의 높이가 일정하지 않으면 LED칩의 하면이 골고루 닿지 않게 되어 도 6 에 도시한 바와 같이 한쪽면만 녹는 현상이 발생하게 된다. Au Bump의 높 이가 균일하게 관리하지 않으면 안되며 이것은 극히 쉬운 공정은 아니며 Au Bump가 일정하게 형성되게 하여도 LED칩이 Au Bump에 대해서 평형하게 접합이 되어야 하므로 장비의 관리가 어렵다.Fourth, the problem of the conventional ultrasonic bonding method is that Au bumps must be formed on the substrate, but if the height between the Au bumps is not constant, the lower surface of the LED chip does not touch evenly, so that only one side melts as shown in FIG. 6. do. The height of Au Bump must be managed uniformly. This is not an extremely easy process and it is difficult to manage the equipment because the LED chip must be balanced to Au Bump even if Au Bump is formed uniformly.

또한 Au Bump의 형상에 따라 LED의 특성이 달라지게 되므로 Au Bump형상 관리가 상당히 어렵다.Also, it is very difficult to manage the Au bump shape because the characteristics of the LED vary depending on the shape of the Au bump.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여, 본 발명은 유테틱접합방법에서도 초음파접합방법만큼 높은 생산성을 달성하기 위한 것으로 열원으로 레이저를 사용하는데 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above problems, and the present invention aims to achieve higher productivity as the ultrasonic bonding method even in the eutectic bonding method, and has an object of using a laser as a heat source.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치는,In order to achieve the above object, a packaging device for a high power LED using a laser according to the present invention,

LED칩이 접합될 기판의 상부에 LED칩을 픽업하여 안착시키기 위한 이동성있는 접합툴이 위치하고, 소정의 레이저 출력을 발생하는 레이저 발진기로부터 발생된 레이저 빔을 기판의 상부까지 전달하는 광파이버가 구비되되, 상기 광파이버는 서로 대향되는 위치에서 이중으로 설치되어 접합 부위를 향하도록 구성된 것을 특징으로 한다.The mobile bonding tool for picking up and seating the LED chip is positioned on the upper part of the substrate to which the LED chip is to be bonded, and an optical fiber for delivering the laser beam generated from the laser oscillator generating a predetermined laser output to the upper part of the substrate, The optical fiber is characterized in that it is configured so as to face the bonding site is installed in a double in a position opposite to each other.

이와 같이 구성된 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.The present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7 에 도시한 바와 같이 레이저는 상당히 빠른 반응속도로 출력 On/Off를 할 수 있는 장치로 고출력LED(1)와 기판(2)의 접합부분에 극부적으로 온도를 상승시키는데 가장 최적의 방법이다. 통상 이 레이저는 Fiber coupled 반도체레이저를 사용하게 되며 LED기판재료와의 열흡수성을 고려하면 808nm대역이 바람직하다.As shown in FIG. 7, the laser is a device capable of output on / off at a considerably fast response speed and is the most optimal method for raising the temperature at the junction of the high power LED 1 and the substrate 2 extremely. . In general, the laser uses a fiber coupled semiconductor laser, and considering the heat absorption with the LED substrate material, the 808 nm band is preferable.

본 발명에서는 히터의 온도상승을 대폭 줄이기 위하여 레이저 발진기(11)를 사용하였다. 레이저 발진기(11)의 발진시간은 상당히 빠르며 국부적으로 온도를 상승시킬 수 있는 장점이 있다.In the present invention, the laser oscillator 11 is used to greatly reduce the temperature rise of the heater. The oscillation time of the laser oscillator 11 is considerably fast and has the advantage of raising the temperature locally.

레이저빔의 초점을 LED칩(1)과 기판(2)에 맞추어 레이저를 짧은 시간안에 발진시키면 LED(1)의 온도는 급격히 상승하게 되며, 적당한 파워를 레이저 발진기(11)에서 출력시킬 수 있게 하여 유테틱온도를 맞추어 LED(1)를 접합하게 된다.By focusing the laser beam on the LED chip 1 and the substrate 2, when the laser is oscillated within a short time, the temperature of the LED 1 rises rapidly, and the appropriate power can be output from the laser oscillator 11 The LED 1 is bonded by adjusting the eutectic temperature.

또한 접합툴안에 Heater-1을 내장하여 약 150~200도정도의 온도로 항상 유지할 수 있도록 하며, Heater-2도 약150~200정도 온도로 항상 유지할 수 있도록 하여 레이저빔이 LED칩(1)과 기판(2)의 온도를 상승시켜 접합시키고자 할 때 열의 보조히터로 사용하여 우수한 접합력이 나오게 할 수도 있다.In addition, Heater-1 is built into the bonding tool so that it can always be maintained at a temperature of about 150-200 degrees, and Heater-2 can always be maintained at a temperature of about 150-200 degrees. When the temperature of the substrate 2 is to be increased and bonded, it may be used as an auxiliary heater for heat to give excellent bonding force.

또한 기존의 방법에서는 다음과 같은 웨이퍼레벨에서의 유테틱접합방법이 불가능하다. 기존의 방법은 Substrate칩 하나에 LED칩 하나를 접합하는 1:1 방법의 유테틱접합방법이었으나 본 발명에서는 웨이퍼레벨의 유테틱접합방법을 제시한다.In addition, in the conventional method, the following eutectic bonding method is impossible at the wafer level. The conventional method was a 1: 1 bonding method for bonding one LED chip to one substrate chip, but the present invention proposes a wafer level bonding method.

웨이퍼레벨의 유테틱접합방법이란, 기판이 낱개가 아닌 웨이퍼 자체로 장비에 공급되며 웨이퍼위에 바로 LED칩을 유테틱접합방법으로 접합하는 것을 말한다.The wafer-level eutectic bonding method means that the substrate is supplied to the equipment as a wafer itself rather than as a single piece, and the LED chips are directly bonded onto the wafer by the eutectic bonding method.

따라서 하나의 기판에 하나의 LED를 접합하는 기존방법에서는 기판를 하나씩 공급하고 접합된 LED를 빼내오는 기구구성 및 제어가 포함되어 매우 복잡한 모습의 장치가 된다. 하지만 본 발명에서는 웨이퍼로 기판을 사용하게 되므로 그런 이송구조물이 필요가 없게 되어 기존 장치보다 간단한 시스템제조가 가능하다.Therefore, in the existing method of bonding one LED to one board, a device of a very complicated shape is included, including a mechanism configuration and control for supplying the boards one by one and extracting the bonded LEDs. However, in the present invention, since the substrate is used as the wafer, such a transfer structure is not necessary, and thus a simpler system can be manufactured than the existing apparatus.

다음은 웨이퍼레벨의 접합방법을 도 9을 참조하여 설명한다.Next, a wafer level bonding method will be described with reference to FIG.

먼저 (a)와 같이 기판으로 사용할 웨이퍼를 공급한 다음, (b)에 도시한 바와 같이 접합툴을 이용하여 LED칩을 픽업한 다음, (c)에 도시한 바와 같이 웨이퍼의 상부로 이동하여 안착시키게 된다.First, the wafer to be used as a substrate is supplied as shown in (a), and then, as shown in (b), the LED chip is picked up using a bonding tool, and then moved to the upper part of the wafer as shown in (c). Let's go.

이후, (d)에 도시한 바와 같이 광파이버를 통해 전송되어진 레이저빔을 LED를 향해 조사하고, 이로 인해 온도가 상승하여 LED와 웨이퍼가 접합된다.Thereafter, as shown in (d), the laser beam transmitted through the optical fiber is irradiated toward the LED, whereby the temperature rises and the LED and the wafer are bonded.

(e)-(g)의 경우는 상기 (b)-(d)의 과정을 반복하는 과정을 나타내었으며, 이러한 과정을 통하여 (h)와 같이 웨이퍼 레벨 기판위에 다수개의 LED칩이 접합되는 것이다.In the case of (e)-(g), a process of repeating the process of (b)-(d) is shown. Through this process, a plurality of LED chips are bonded onto the wafer level substrate as shown in (h).

본 발명의 방법에 대한 장치구현은 다음과 같으며 레이저빔의 조사방법에 따라 듀얼 조사형, 고정형, 이동형 3가지로 나눌 수가 있다.Apparatus implementation for the method of the present invention is as follows, it can be divided into three types, dual irradiation type, fixed type, mobile type according to the laser beam irradiation method.

먼저, 듀얼 조사형은 도 9에 도시한 바와 같이 접합 툴(33)이 접합 헤드부(32)에 의하여 LED칩 이송부(31) 상에 놓여진 LED 칩(1)을 픽업하여 기판(2)의 상부로 이동하여 놓여진다.First, in the dual irradiation type, as shown in FIG. 9, the bonding tool 33 picks up the LED chip 1 placed on the LED chip transfer part 31 by the bonding head part 32 to form an upper portion of the substrate 2. Moved to and placed.

이후 레이저 발진기(37)기로부터 발진된 레이저 빔은 접합부 양단을 조사하도록 위치된 광파이버(39)를 통하여 LED칩(1)에 조사되어 접합되는 것이다.After that, the laser beam oscillated from the laser oscillator 37 is irradiated onto the LED chip 1 through the optical fiber 39 positioned to irradiate both ends of the junction and is bonded.

이때, 상부 카메라(30)는 접함 헤드(32)가 LED 칩(1)을 픽업하기 전에 칩의 위치를 정확히 파악하기 위한 카메라이며, 기판 상부 카메라(34)는 접합 헤드(32)에 의해 픽업된 LED칩(1)을 기판(2)에 접합하기 전에 기판의 위치 및 패턴을 인식하기 위한 카메라이며, 하부 카메라(35)는 접합헤드(32)에 의해 픽업된 LED칩(1)의 자세를 얼라인하기 위한 카메라이다.In this case, the upper camera 30 is a camera for accurately determining the position of the chip before the contact head 32 picks up the LED chip 1, and the substrate upper camera 34 is picked up by the bonding head 32. It is a camera for recognizing the position and pattern of the substrate before bonding the LED chip 1 to the substrate 2, and the lower camera 35 freezes the posture of the LED chip 1 picked up by the bonding head 32. It is a camera to print.

컨트롤러(36)는 본 발명의 장치를 통합제어하기 위한 것이다.The controller 36 is for integrated control of the apparatus of the present invention.

기판 웨이퍼 이송부(38)는 기판을 상부 카메라(34)에 의하여 인식된 위치 정보를 바탕으로 자세를 이동하기 위한 X-Y 이송부이다.The substrate wafer transfer unit 38 is an X-Y transfer unit for moving the substrate based on the positional information recognized by the upper camera 34.

다음으로 고정형은 도 10에 도시한 바와 같이, 측면의 레이저 발진기(37)에서 발진된 레이저 빔이 접합부 내부에 있는 전반사미러(40)에 의하여 90도 각도로 방향이 틀어지게 되어 기판(2)의 상부로 조사되도록 하는 방식이다.Next, as shown in FIG. 10, the laser beam oscillated from the laser oscillator 37 on the side is oriented at a 90 degree angle by the total reflection mirror 40 inside the junction, so that the substrate 2 may be rotated. This is the way to irradiate to the top.

이동형은 도 11에 도시한 바와 같이, 고정형과 유사하지만 레이저 발진기(37)로부터 발진된 레이저 빔이 광파이버를 통하여 접합부의 측면과 접속되고, 그 접합부의 내부에 전반사미러(40)가 위치하여 각도를 변환시켜 기판(2)의 상부로 조사되도록 하는 방식으로서, 접합부가 광파이버를 끌고 다니면서 이동 조사하는 방식이다.As shown in Fig. 11, the movable type is similar to the fixed type, but the laser beam oscillated from the laser oscillator 37 is connected to the side of the joint through the optical fiber, and the total reflection mirror 40 is positioned inside the joint to adjust the angle. As a method of converting and irradiating to the upper portion of the substrate 2, the bonding portion is a method of moving irradiation while attracting the optical fiber.

도 12는 이러한 본 발명의 장치를 이용하여 LED를 접합시키는 방법을 나타낸 흐름도로서, 먼저 LED칩(1)의 상부에 위치한 상부 카메라(30)에서 LED칩(1)의 차세를 촬영한 다음 컨트롤러(36)에서 이의 영상을 처리하고, 이에 따라 LED칩 이송부(31)를 이동시켜 상부 카메라(30)의 중심에 LED칩(1)의 중심이 일치되도록 한다.FIG. 12 is a flowchart illustrating a method of bonding LEDs using the apparatus of the present invention. First, the next camera of the LED chip 1 is photographed in the upper camera 30 positioned above the LED chip 1, and then the controller ( The image is processed at 36 and, accordingly, the LED chip transfer unit 31 is moved to match the center of the LED chip 1 with the center of the upper camera 30.

접합헤드(32)가 LED칩(1)을 픽업하기 위하여 LED칩(1)의 상부로 이동하게 되고, 이를 픽업한 다음 하부 카메라(35)가 있은 위치로 이동하게 되며, 하부 카메라(35)가 이를 쵤영하여 컨트롤러(36)에서 처리됨으로써 픽업된 LED칩(1)의 자세가 다시한번 정렬된다.The bonding head 32 is moved to the upper part of the LED chip 1 to pick up the LED chip 1, and then picked up to the position where the lower camera 35 is located, and the lower camera 35 is By taking this action, the posture of the LED chip 1 picked up by being processed by the controller 36 is aligned once again.

이때, 기판의 상부 카메라(34)에서는 기판(2)의 자세를 촬영하고, 컨트롤러(36)에서 이를 화상 처리함으로써 상부 카메라(34)의 중심에 기판(2)의 중심이 일치되도록 기판 이송부(38)를 이동시키게 된다. 이러한 화상처리의 광학계를 변경하면 일반적으로 다이본더뿐 아니라 플립칩공정도 대응이 가능하게 된다.In this case, the upper camera 34 of the substrate photographs the posture of the substrate 2, and processes the image on the controller 36 so that the center of the substrate 2 coincides with the center of the upper camera 34. ) Is moved. Changing the optical system of such image processing generally enables not only the die bonder but also the flip chip process.

이후, 픽업 헤드(32)가 기판(1)의 상부 즉 LED칩(1)을 접합할 위치로 이동하여 하강하여 기판(1)의 상부에 LED칩(1)을 놓게 되면, 레이저 발진기(36)가 온되어 소정의 파워 설정치에 도달할때까지 LED칩(1)에 레이저 빔을 조사하여 접합하게 된다.Subsequently, when the pickup head 32 moves to the upper portion of the substrate 1, that is, the position where the LED chip 1 is to be bonded, descends and places the LED chip 1 on the upper portion of the substrate 1, the laser oscillator 36 The laser beam is bonded to the LED chip 1 until it is turned on to reach a predetermined power set point.

이렇게 접합이 완료되면, 레이저 발진기(37)는 오프되고, 접합 헤드(32)가 상승하게 되며, 상기의 과정들을 통하여 복수의 LED칩을 레이저 빔을 이용하여 기판위에 접합하게 되는 것이다. 이렇게 접합이 완료된 기판상태의 웨이퍼를 후에 적절한 Dicing공정으로 칩을 분리하게 된다.When the bonding is completed, the laser oscillator 37 is turned off, the bonding head 32 is raised, and the plurality of LED chips are bonded onto the substrate using the laser beam through the above processes. The wafers in the substrate state in which the bonding is completed are separated after a suitable dicing process.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
As described above, the packaging device of the high power LED using the laser of the present invention has the following effects.

첫 번째, 초음파접합방법보다 접합강도 및 접합신뢰성이 우수한 유테틱(Eutectic)접합방법을 사용하며 기존의 열원(히터)으로 유테틱공정을 달성하기 위해 온도를 상승시킬 때 시간이 많이 소요되고 불균일한 가열이 되는데 반해 레이저를 사용하므로서 유테틱접합방법의 최대단점인 낮은 생산성을 극복할 수 있다.
First, it uses the eutectic bonding method which has better bonding strength and bonding reliability than the ultrasonic bonding method. While heating, the laser can be used to overcome the low productivity, which is the biggest disadvantage of the eutectic bonding method.

두 번째, 기판을를 하나하나씩 공급하는 방식이 아니라 웨이퍼자체 그대로 공급하므로 기판을를 Pick & Place하는 장치구조가 필요없어지므로 장치가 복잡하지 않고 기판의 이송이 필요없으므로 높은 생산성을 달성할 수 있다.
Second, since the wafer itself is supplied instead of the substrates one by one, the device structure for picking and placing the substrates is not necessary, so the device is not complicated and the transport of the substrates is not necessary, thereby achieving high productivity.

세 번째, 레이저를 주열원으로하고 접합툴과 기판의 안착플레이트에 보조히터를 사용하여 신뢰성있고 빠른 온도프로파일을 달성하여 유테틱접합공정의 달성할 수 있다.
Third, a reliable and fast temperature profile can be achieved by using a laser as the main heat source and using an auxiliary heater in the bonding tool and the mounting plate of the substrate to achieve the eutectic bonding process.

네 번째, 기존의 접합방법중 하나인 초음파방법은 LED칩과 기판간의 접합시 높은 가압을 인가해야 하므로 가압구조가 복잡하고 칩에 대한 손상이 발생할 가능성이 있으나 본 발명에서는 동일한 생산성을 달성하면서 가압력이 높지 않은 유테틱방법으로 접합하므로 칩에 대한 영향이 적다.Fourth, the ultrasonic method, which is one of the existing bonding methods, is required to apply a high pressure when bonding the LED chip and the substrate, so that the pressing structure is complicated and damage to the chip may occur. The bonding to the non-high eutectic method has little effect on the chip.

Claims (5)

LED칩이 접합될 기판의 상부에 LED칩을 픽업하여 안착시키기 위한 이동성있는 접합툴이 위치하고, 소정의 레이저 출력을 발생하는 레이저 발진기로부터 발생된 레이저 빔을 기판의 상부까지 전달하는 광파이버가 구비되되, 상기 광파이버는 서로 대향되는 위치에서 이중으로 설치되어 접합 부위를 향하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치.The mobile bonding tool for picking up and seating the LED chip is positioned on the upper part of the substrate to which the LED chip is to be bonded, and an optical fiber for delivering the laser beam generated from the laser oscillator generating a predetermined laser output to the upper part of the substrate, The optical fiber is a packaging device for a high-power LED using a laser, characterized in that it is installed in a dual position in the opposite position to face the bonding site. 제 1 항에 있어서, 기판의 하부 및/또는 접합툴의 내부에는 가열 수단이 장착된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치.2. The packaging apparatus of high power LED using a laser according to claim 1, wherein a heating means is mounted on the lower part of the substrate and / or inside the bonding tool. LED칩이 접합될 기판의 상부에 LED칩을 픽업하여 안착시키기 위한 이동성있는 접합툴이 위치하고, 소정의 레이저 출력을 발생하는 레이저 발진기로부터 발생된 레이저 빔을 상기 접합툴의 측면부에서 전달받아 그 내부에 구비된 전반사미러를 통하여 기판의 상부에 위치한 LED칩의 접합 부위로 레이저 빔을 향하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치.A mobile bonding tool for picking up and seating an LED chip on the substrate to be bonded is located, and receives a laser beam generated from a laser oscillator generating a predetermined laser output from the side of the bonding tool. The packaging device of high power LED using a laser, characterized in that configured to direct the laser beam to the junction portion of the LED chip located on the upper substrate through the total reflection mirror provided. 제 3 항에 있어서, 상기 레이저 빔은 광파이버를 통하여 접합툴의 측면부로 전달되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치. 4. The packaging apparatus of high power LED using a laser according to claim 3, wherein the laser beam is transmitted to the side of the bonding tool through an optical fiber. 제 3 항에 있어서, 기판의 하부 및/또는 접합툴의 내부에는 가열 수단이 장착된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 고출력LED의 패키징 장치.4. The packaging apparatus of high power LED using a laser according to claim 3, wherein a heating means is mounted on a lower portion of the substrate and / or inside the bonding tool.
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