KR20070000953A - Light emitting diode device having heat dissipation rate enhancement and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 저ㆍ중 출력용 질화갈륨계 전면발광형 발광다이오드 소자의 단면 구조도이다.1 is a cross-sectional structural view of a gallium nitride based light emitting diode device for low and medium output.
도 2는 고출력용 질화갈륨계 플립칩 발광다이오드 소자의 단면 구조도이다.2 is a cross-sectional structural view of a high output gallium nitride-based flip chip light emitting diode device.
도 3은 본 발명에 따른 전면발광형 발광다이오드 소자의 제작 공정을 도시한 개략도이다. 3 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a top-emitting LED device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
10: 사파이어 기판 20: 리드프레임10: sapphire substrate 20: lead frame
30: 서브마운트 40: 플립칩 본딩금속30: submount 40: flip chip bonding metal
11: 음극 12: 양극11: cathode 12: anode
13 : 발광층 13: light emitting layer
본 발명은 열방출 효율이 현저하게 개선된 고출력용 전면발광형 발광 다이오 드 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전도도가 양호하지 않은 사파이어 기판으로 인한 열방출 효율 저하를 개선하고자 사파이어 기판의 두께를 유의적으로 감소시키는 전면발광형 발광 다이오드 소자의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 발광다이오드 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a high power front light emitting diode device having a markedly improved heat dissipation efficiency. More specifically, the present invention relates to a sapphire substrate to improve the heat dissipation efficiency due to a poor sapphire substrate. The present invention relates to a method of manufacturing a top-emitting light emitting diode device that significantly reduces the thickness of the light emitting diode device, and to a light emitting diode device manufactured by the method.
질화갈륨계 화합물 반도체로 만들어지는 청색 및 녹색 발광 다이오드는 1990년대 후반 상용화에 성공하여 현재 방대한 시장을 형성하고 있다. 백색 발광 다이오드 또한 질화갈륨계 화합물 반도체로 만들어지는데, 최근 상용화에 성공하여 급속한 속도로 성장하고 있다. 특히, 백색 발광 다이오드는 종래 백열등과 형광등을 대체할 것으로 기대되고 있어 세계적으로 활발히 연구되고 있는 실정이다. Blue and green light emitting diodes made of gallium nitride compound semiconductors have been successfully commercialized in the late 1990s and now form a vast market. White light emitting diodes are also made of gallium nitride compound semiconductors, which have recently been commercialized and are growing at a rapid rate. In particular, the white light emitting diode is expected to replace the conventional incandescent and fluorescent lamps, the situation is actively studied worldwide.
상기 발광 다이오드를 제조하기 위한 질화갈륨계 화합물 반도체의 성장에는 주로 430 ㎛ 두께의 사파이어 기판이 이용된다. 사파이어 기판은 절연체이므로, 발광 다이오드의 양극과 음극 전극이 웨이퍼의 전면에 형성된다. A sapphire substrate having a thickness of 430 μm is mainly used for growing a gallium nitride compound semiconductor for manufacturing the light emitting diode. Since the sapphire substrate is an insulator, the anode and cathode electrodes of the light emitting diode are formed on the front surface of the wafer.
일반적으로 저·중 출력용 질화갈륨계 발광 다이오드는 도 1에 도시된 바와 같이 결정 구조가 성장된 사파이어 기판(10)을 리드프레임(20)에 올린 후, 양(兩) 전극(11, 12)을 상부에 연결하는 방식으로 제작된다. 이때 열방출 효율을 개선하기 위하여 초기 430 ㎛ 정도 두께의 사파이어 기판을 약 80 ㎛ 정도의 두께로 얇게 하여 리드프레임에 붙이게 된다. 그러나, 사파이어 기판의 열전도도는 약 50 W/m·K이기 때문에 두께를 80 ㎛ 정도로 하더라도 열저항이 크다. 따라서, 도 1에 도시되는 전면발광형 구조는 저·중 출력용 발광 다이오드 제작에 주로 사용되고, 고출력용에 적용되기에는 어려운 실정이다. In general, a gallium nitride-based light emitting diode for low and medium outputs has a
열방출 특성을 보다 개선하기 위하여, 1 × 1 mm2 이상의 칩면적을 갖는 고출력 질화갈륨계 발광 다이오드 소자의 개발 초기에는 도 2에 도시된 바와 같이 플립칩 발광 다이오드 방식이 주로 연구되었다. In order to further improve the heat dissipation characteristics, a flip chip LED method was mainly studied as shown in FIG. 2 at the beginning of the development of a high output gallium nitride based LED device having a chip area of 1 × 1 mm 2 or more.
플립칩 방식은 발광 다이오드 구조가 만들어진 칩을 열전도도가 우수한 실리콘 웨이퍼(150 W/mK)나 AlN 세라믹(약 180 W/mK) 기판 등의 서브마운트(40)에 뒤집어 붙이는 것이다. 이 경우 서브마운트 기판(30)을 통하여 열이 방출되므로 사파이어 기판(10)을 통하여 열을 방출하는 경우보다는 열방출 효율이 개선되기는 하나, 제작 공정이 일반적인 구조의 전면발광형 보다 훨씬 복잡할 뿐만 아니라 플립칩 본딩 공정의 수율이 낮아서 생산단가가 높고 양산성이 떨어지는 단점이 있다. In the flip chip method, a chip having a light emitting diode structure is attached to a
전술한 문제점들로 인해, 최근에는 주요 선진업체들이 플립칩 발광 다이오드의 양산을 포기하고 기존의 전면발광형 고출력 발광 다이오드를 양산화 하려는 경향을 나타내고 있으나, 사파이어 기판의 낮은 열전도도로 인하여 소자의 수명이 단축되는 등 열적인 문제에 직면하고 있다. 따라서, 당 기술 분야에서는 제작 공정이 간단하고 양산성이 뛰어난 전면발광형 고출력 발광 다이오드의 열방출 효율 개선이 절실히 요구되고 있다. Due to the above-mentioned problems, in recent years, leading companies have tended to abandon the mass production of flip chip light emitting diodes and mass-produce existing top emitting high power light emitting diodes, but the life of the device is shortened due to the low thermal conductivity of the sapphire substrate. Are facing thermal problems. Therefore, there is an urgent need in the art for improving the heat dissipation efficiency of a top emission type high output light emitting diode having a simple manufacturing process and excellent mass productivity.
한편, 종래의 기술에 의한 전면발광형 발광다이오드 소자 내 구비되는 사파이어 기판은 하기와 같은 공정에 의해 가공된다. 즉, 사파이어 기판상에 발광 다이오드부가 형성된 면을 상기 사파이어 기판보다 크기가 큰 세라믹 블록에 왁스 등을 이용하여 접합한다. 왁스(wax)는 상온에서는 고체이나 125℃ 정도의 온도에서는 액 체로 변하므로, 이러한 성질을 이용하여 125℃ 정도의 온도에서 왁스를 녹여 사파이어 기판과 세라믹 블록을 접합한 후 상온으로 식힌다. 왁스에 의해 세라믹 블록에 단단히 고정된 사파이어 기판의 뒷면을 그라인딩, 래핑 및 폴리싱하여 약 80 ㎛ 정도로 얇게 한 후, 세라믹 블록을 왁스의 용융점 이상의 온도로 가열하여 사파이어 기판을 분리시킨다. 이와 같은 가공을 통해 초기의 두께가 약 430 ㎛ 정도이던 사파이어 기판은 약 80 ㎛ 정도의 두께로 가공된다. 이와 같은 가공을 통해 초기의 두께가 약 430 ㎛ 정도이던 사파이어 기판은 약 80 ㎛ 정도의 두께로 가공된다. 그러나, 열방출 개선을 위하여 두께를 더 얇게 할 경우에는 사파이어 기판의 휘어짐이 심각해질 뿐만 아니라 세라믹 블록으로부터 분리되는 것만으로도 사파이어 기판이 깨지게 된다. 따라서, 현재 가공 기술에 의해 구현될 수 있는 사파이어 기판 두께의 한계는 80 ㎛ 정도가 된다. On the other hand, the sapphire substrate provided in the top light emitting diode device according to the prior art is processed by the following process. That is, the surface on which the light emitting diode portion is formed on the sapphire substrate is bonded to the ceramic block having a larger size than the sapphire substrate using wax or the like. Wax is a solid at room temperature, but the liquid changes at a temperature of about 125 ℃, using this property to melt the wax at a temperature of about 125 ℃ by bonding the sapphire substrate and the ceramic block is cooled to room temperature. The back surface of the sapphire substrate firmly fixed to the ceramic block by wax is thinned to about 80 μm by grinding, lapping and polishing, and then the ceramic block is heated to a temperature above the melting point of the wax to separate the sapphire substrate. Through such processing, the sapphire substrate, which had an initial thickness of about 430 μm, is processed to a thickness of about 80 μm. Through such processing, the sapphire substrate, which had an initial thickness of about 430 μm, is processed to a thickness of about 80 μm. However, when the thickness is thinner for improving heat dissipation, not only the warpage of the sapphire substrate becomes serious but also the sapphire substrate is broken only by separating from the ceramic block. Thus, the limit of sapphire substrate thickness that can be realized by current processing techniques is on the order of 80 μm.
또한, 전술한 방법은 연마될 사파이어 기판 또는 금속(실리콘 등) 웨이퍼의 두께 부동이 적기 때문에 만족될 수 있지만, 이후 사파이어 기판을 분리하고자 왁스를 가열 용융하는 경우 사파이어 기판 또는 금속(실리콘 등) 웨이퍼 표면상에 잔존하는 왁스를 완전히 제거하기 위해 유독성의 유기용제를 다량 사용하여야만 하는 문제점이 발생한다. 또한, 왁스에 포함된 화합물 또는 외래 분진 등이 연마중인 사파이어 기판 또는 금속(실리콘 등) 웨이퍼 표면상에 딤플(dimple)로서 전사되어 연마의 마무리 상태를 악화시키는 등의 제품 손상을 일으킬 수 있다. 추가적으로, 왁스의 제거를 위한 세척시 사파이어 기판 또는 금속(실리콘 등) 웨이퍼 표면이 미묘히 에칭(etching)되는 문제점 역시 발생하게 된다. In addition, the above-described method can be satisfied because the thickness variation of the sapphire substrate or metal (silicon, etc.) wafer to be polished is small, but when the wax is heated and melted to separate the sapphire substrate, the surface of the sapphire substrate or metal (silicon, etc.) wafer is A problem arises in that a large amount of toxic organic solvent must be used to completely remove the wax remaining in the phase. In addition, a compound or foreign dust or the like contained in the wax may be transferred as a dimple onto the polishing sapphire substrate or the metal (silicon, etc.) wafer surface to cause product damage such as worsening the finish state of polishing. In addition, the problem of subtly etching the surface of the sapphire substrate or metal (silicon, etc.) wafer during cleaning to remove the wax also occurs.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 원하는 두께 범위로 가공된 사파이어 기판과 세라믹 블록과의 접합체로부터 사파이어 기판을 분리할 때 발생하는 전술한 문제점을 인식하고, 이를 해결하기 위해 사파이어 기판을 고정시켜주는 역할을 하는 상기 세라믹 블록(제 2 기판) 이외에 또 다른 기판(제 1 기판), 즉 단위칩 형성 단계에서도 가공된 사파이어 기판을 지속적으로 고정시켜주며, 이후 가공된 사파이어 기판과 리드프레임과의 접합 단계에 이르러서야 비로소 사파이어 기판으로부터 분리되는 제 1 기판을 사파이어 기판과 상기 제 2 기판 사이에 사용하는 신규 제조방법을 수행하고자 하였다. 이와 동시에, 제 1 기판, 제 2 기판 접합시 사용되는 접합제로서 서로 상이한 물성을 갖는 접합제들을 사용함으로써, 상기 접합체로부터 제 1 기판과 제 2 기판을 순차적으로 용이하게 분리할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 이후 제조 공정의 용이성 확보, 공정 수율 및 최종 제품의 품질 향상을 구현하고자 한다. In order to solve such a problem, the present inventors recognize the above-mentioned problems occurring when the sapphire substrate is separated from the bonded body of the sapphire substrate and the ceramic block processed to a desired thickness range, and fix the sapphire substrate to solve the problem. In addition to the ceramic block (second substrate), which serves as a main part, another substrate (first substrate), that is, the sapphire substrate is continuously fixed even in the unit chip forming step, and then the processed sapphire substrate is bonded to the lead frame. It was only at this stage that a new manufacturing method using the first substrate, which was separated from the sapphire substrate, between the sapphire substrate and the second substrate was attempted. At the same time, by using a bonding agent having different physical properties as the bonding agent used in bonding the first substrate and the second substrate, it is possible to easily separate the first substrate and the second substrate from the bonding body in sequence, Because of this, it is intended to realize the ease of manufacturing process, process yield and quality improvement of the final product.
이에, 본 발명은 사파이어 기판의 가공, 가공된 사파이어 기판의 고정 뿐만 아니라 이후 단위칩 형성이 용이한 발광다이오드 소자용 접합체 및 이로부터 제조된 단위칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting diode device assembly and a unit chip manufactured therefrom that are easy to process and fix the sapphire substrate, as well as to form a unit chip thereafter.
또한, 본 발명은 종래 사파이어 기판을 단순히 갈아내는 그라인딩(grinding) 공정과는 차별화되는 공정을 수행함으로써, 사파이어 기판의 두께를 80㎛ 보다 획기적으로 감소시켜 열방출 효율을 현저하게 개선시킬 뿐만 아니라, 제조 공정의 단순성 및 대량 양산성이 구현되는 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. In addition, the present invention by performing a process that is different from the grinding (grinding) process, which simply grinds the conventional sapphire substrate, by dramatically reducing the thickness of the sapphire substrate more than 80㎛ not only significantly improve the heat dissipation efficiency, but also manufacture Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode device in which the simplicity and mass production of the process are realized.
본 발명은 (a) 브레이킹 공정 수행이 가능한 재질로 구성된 제 1 기판; 및 (b) 제 1면 상에 발광다이오드부가 성장된 사파이어 기판을 포함하는 접합체로서, 상기 제 1 기판의 제 1면과 사파이어 기판의 발광다이오드부가 접합제에 의해 서로 접합된 것이 특징인 접합체 및 상기 접합체 중 사파이어 기판의 두께를 5 내지 80㎛ 범위로 가공한 후 분리된 단위칩(unit chip)을 제공한다. The present invention (a) a first substrate made of a material capable of performing a braking process; And (b) a sapphire substrate having light emitting diode portions grown on the first surface, wherein the first surface of the first substrate and the light emitting diode portions of the sapphire substrate are bonded to each other by a bonding agent. After processing the thickness of the sapphire substrate in the range of 5 to 80㎛ range to provide a separate unit chip (unit chip).
또한, 본 발명은 사파이어 기판상에 성장된 발광다이오드부를 구비하는 발광다이오드 소자의 제조방법에 있어서, (a) 사파이어 기판상에 성장된 발광다이오드부와 제 1 기판의 제 1면을 제 1 접합제를 사용하여 접합시키는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 결과물인 접합체 중 제 1 기판의 제 2면과 제 2 기판의 제 1면을 제 1 접합제와 상이한 점착력 저하 물성을 갖는 제 2 접합제를 사용하여 접합시키는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 결과물인 접합체 중 사파이어 기판의 제 2면을 가공한 후, 제 2 기판을 분리하는 단계; (d) 상기 제 2 기판이 분리된 접합체를 단위 칩으로 분리하는 단계; 및 (e) 상기 단위 칩 중 가공된 사파이어 기판의 제 2면을 리드프레임에 접합시킨 후, 제 1 기판을 분리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of manufacturing a light emitting diode device comprising a light emitting diode portion grown on a sapphire substrate, (a) the first surface of the light emitting diode portion and the first substrate grown on the sapphire substrate Bonding using; (b) joining the second surface of the first substrate and the first surface of the second substrate in the resulting bonded body of step (a) using a second bonding agent having a different adhesive force lowering property than the first bonding agent; ; (c) after processing the second surface of the sapphire substrate in the resulting conjugate of step (b), separating the second substrate; (d) separating the bonded body from which the second substrate is separated into unit chips; And (e) bonding a second surface of the processed sapphire substrate of the unit chip to a lead frame, and then separating the first substrate.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 종래 사파이어 기판 가공시, 사파이어 기판을 고정하여 가공할 수 있도록 하는 제 2 기판(세라믹 블록)에 부가(附加)하여, 원하는 두께 범위로 가공 된 사파이어 기판을 가공 단계 이후, 즉 단위칩(unit chip) 형성 단계까지 지속적으로 고정하여 구조적 안정성을 도모할 뿐만 아니라, 사파이어 기판과 접합된 상태에서 스크라이빙 및/또는 브레이킹 공정을 용이하게 수행하여 단위칩을 형성할 수 있는 제 1 기판을 병용하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, in the conventional sapphire substrate processing, the sapphire substrate is added to a second substrate (ceramic block) for fixing and processing the sapphire substrate, and the sapphire substrate processed to a desired thickness range is processed after the step, that is, the unit chip ( In addition to achieving structural stability by continuously fixing unit chip formation stages, a combination of a first substrate capable of forming a unit chip by easily performing a scribing and / or breaking process in a state of being bonded to a sapphire substrate is used. Characterized in that.
특히, 상기 사파이어 기판과 제 1 기판, 제 2 기판을 순차적으로 접합시킨 후 이들 접합체로부터 상기 기판들을 다시 분리할 때 발생하는 전술한 문제점을 해결하고자, 서로 상이한 점착력 저하 물성, 예컨대 용융점, 광조사에 대한 감응성, 용해성 등을 갖는 제 1 접합제 및 제 2 접합제를 사용하는 것을 가장 큰 특징으로 한다.In particular, in order to solve the above-mentioned problems that occur when the sapphire substrate, the first substrate, and the second substrate are sequentially bonded and then separate the substrates from these bonded bodies, different adhesion strength properties such as melting point and light irradiation may be used. It is the biggest feature to use the 1st binder and the 2nd binder which have the sensitivity to water, solubility, etc.
상기와 같은 특징으로 인해, 본 발명의 발광다이오드 소자는 하기와 같은 효과를 나타낼 수 있다.Due to the above characteristics, the light emitting diode device of the present invention can exhibit the following effects.
1) 종래 사파이어 기판의 가공에 사용되는 세라믹 블록(제 2 기판)은 사파이어 기판을 얇게 하기 위한 가공에만 이용된 후 단위칩 형성을 위해서는 사파이어 기판으로부터 분리하여야 하였다. 이에 비해, 본 발명의 제 1 기판은 사파이어 기판과 접합된 상태에서 세라믹 블록(제 2 기판)에 다시 접합되어 사파이어 기판을 원하는 두께, 예컨대 80㎛ 미만으로 가공한 후, 세라믹 블록으로부터 사파이어 기판과 제 1 기판의 접합체를 분리하여도 제 1 기판에 의한 고정으로 인해 사파이어 기판의 휘어짐이나 깨짐 현상을 방지할 수 있다. 1) The ceramic block (second substrate) used in the conventional sapphire substrate processing was used only for thinning the sapphire substrate, and then separated from the sapphire substrate to form the unit chip. In contrast, the first substrate of the present invention is bonded again to the ceramic block (second substrate) in a state of being bonded to the sapphire substrate to process the sapphire substrate to a desired thickness, for example, less than 80 μm, and then the sapphire substrate and the first Even if the bonded body of the 1st board | substrate is isolate | separated, the sapphire board | substrate can be prevented from bent or broken by the fixing by a 1st board | substrate.
2) 본 발명에서는 제 1 접합제와 제 2 접합제로서 사파이어 기판면의 가공 공정(약 70℃ 이하, 약 2시간) 수행이 가능할 뿐만 아니라, 가공된 사파이어 기판, 제 1 기판 및 제 2 기판이 접합된 상태(2차 접합체)로부터 상기 기판들을 순차적으로 분리할 수 있도록 서로 상이한 점착력 저하 물성을 갖는 물질을 사용함으로써, 연마된 사파이어 기판의 마무리 상태에 아무런 영향을 끼치지 않을 뿐만 아니라 이후 제조 공정의 용이성 확보, 공정 수율 향상 및 최종 제품 성능 향상을 도모할 수 있다.2) In the present invention, not only the process of processing the surface of the sapphire substrate (about 70 ° C. or less, about 2 hours) can be performed as the first bonding agent and the second bonding agent, but the processed sapphire substrate, the first substrate, and the second substrate are By using materials having different adhesion lowering properties so that the substrates can be sequentially separated from the bonded state (secondary assembly), not only does not affect the finishing state of the polished sapphire substrate, but also Ease of use, process yield improvement and final product performance can be improved.
3) 또한, 제 1 기판으로서 브레이킹 공정이 수행 가능한 재질로 이루어진 기판을 사용함으로써, 사파이어 기판이 접합된 상태에서 브레이킹 처리를 통해 단위칩 형성이 용이할 뿐만 아니라, 제조 수율 향상 및 대량 양산성을 확보할 수 있다.3) In addition, by using a substrate made of a material capable of performing a braking process as the first substrate, not only is it easy to form a unit chip through the braking process in a state in which the sapphire substrate is bonded, but also the production yield is improved and mass production is secured. can do.
4) 나아가, 가공된 사파이어 기판이 리드프레임과의 접합을 통해 구조적 안정성이 도모될 때 비로소 상기 사파이어 기판으로부터 제 1 기판이 분리되므로, 종래 사파이어 기판과 세라믹 블록(제 2 기판)과의 분리시 발생하는 사파이어 기판의 휘어짐 또는 깨짐 등의 문제점이 발생하지 않는다. 따라서, 사파이어 기판의 최종 두께를 종래 제조 공정의 한계인 80㎛ 이하, 바람직하게는 40㎛ 이하로 구현함으로써, 전면발광형 발광다이오드 소자보다 약 2배 이상의 열방출 효율을 향상시킬 수 있다. 4) Furthermore, since the first substrate is separated from the sapphire substrate when the processed sapphire substrate is structurally secured through bonding to the lead frame, it occurs when the conventional sapphire substrate is separated from the ceramic block (second substrate). Problems such as bending or cracking of the sapphire substrate do not occur. Therefore, by implementing the final thickness of the sapphire substrate to 80 μm or less, preferably 40 μm or less, which is a limitation of the conventional manufacturing process, it is possible to improve heat dissipation efficiency about 2 times or more than that of the front light emitting diode device.
본 발명에 따른 발광다이오드 소자용 접합체는 제 1 기판과 발광다이오드부가 성장된 사파이어 기판을 포함하며, 이들이 서로 접합된 구조이다. 이들의 일 실시 형태를 보다 상세히 설명하면, (a) 브레이킹 공정 수행이 가능한 재질로 구성된 제 1 기판; 및 (b) 제 1면 상에 발광다이오드부가 성장된 사파이어 기판을 포함하고, 상기 제 1 기판의 제 1면과 사파이어 기판의 발광다이오드부가 접합제에 의해 서로 접합된 형태이다. The light emitting diode assembly according to the present invention includes a sapphire substrate on which a first substrate and a light emitting diode portion are grown, and they are bonded to each other. One embodiment of the present invention will be described in more detail, including: (a) a first substrate made of a material capable of performing a breaking process; And (b) a sapphire substrate on which a light emitting diode portion is grown on a first surface, wherein the first surface of the first substrate and the light emitting diode portions of the sapphire substrate are bonded to each other by a bonding agent.
상기 접합체를 구성하는 제 1 기판은 발광다이오드부를 통해 사파이어 기판을 고정시켜주는 역할만 한다면 이의 재질, 크기 또는 두께 등이 특별히 제한되지 않으나, 사파이어 기판과 접합된 상태에서 단위칩으로 분리하기 위한 브레이킹 공정을 수행할 수 있어야 하므로 가능한 잘 쪼개지는 특성을 갖는 재질, 예컨대 실리콘 또는 알루미나 등으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 사파이어 기판과 가능하면 동일한 크기 및 형태를 갖는 것이 바람직하나, 이를 제한하는 것은 아니다. 상기 제 1 기판의 바람직한 크기 및 두께 범위는 각각 2 인치 크기, 150 ~ 300 ㎛ 두께 정도이나 이를 제한하는 것은 아니며, 제 1 기판의 비제한적인 예로는 실리콘 웨이퍼, 알루미나 세라믹 웨이퍼 등이 있다. The first substrate constituting the bonded body is not particularly limited in material, size, or thickness thereof, as long as the sapphire substrate is fixed to the sapphire substrate through a light emitting diode unit. Since it should be possible to perform it is preferably composed of a material having a property that is as good as possible, for example silicon or alumina. In addition, it is preferred to have the same size and shape as possible with the sapphire substrate, but is not limited thereto. Preferred sizes and thickness ranges of the first substrate are 2 inches in size and 150-300 μm thick, respectively, but are not limited thereto. Non-limiting examples of the first substrate include silicon wafers and alumina ceramic wafers.
본 발명의 접합체를 구성하는 사파이어 기판은 제 1면 상에 발광다이오드부가 성장되기만 하면 사용 가능하다. The sapphire substrate constituting the bonded body of the present invention can be used as long as the light emitting diode portion is grown on the first surface.
상기 발광다이오드부는 당 업계에 알려진 통상적인 질화갈륨계 화합물을 사용하여 p형층, 활성층(발광층), n형층을 형성할 수 있으며, 이들의 비제한적인 예로는 GaN, GaAIN, InGaN, InAlGaN 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 또한, 활성층(일명 발광층)은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물구조(multiple quantum well: MQW)일 수 있다. 전술한 p형층, 활성층, n형층 이외에 다른 버퍼층을 포함할 수도 있다. 상기 질화갈륨계 화합물의 성분을 조절함으로써 장파장에서부터 단파장까지의 발광다이오드를 자유롭게 제작할 수 있으며, 이를 통해 460nm를 갖는 청색 질화물계 발광다이오드에 국한되지 않고 모든 발광다이오드에 적용할 수 있다. 이 때 발광다이오드부는 사파이어 기판상에 연속적으로 존재할 수 있으며, 또는 하나 이상의 발광다이오드부가 사파이어 기판 상에 일정 간격으로 존재할 수 있다. The light emitting diode unit may form a p-type layer, an active layer (light emitting layer), and an n-type layer by using a conventional gallium nitride compound known in the art, and non-limiting examples thereof include GaN, GaAIN, InGaN, InAlGaN or the like. Mixtures and the like. In addition, the active layer (aka light emitting layer) may be a single quantum well structure or multiple quantum well structure (MQW). In addition to the p-type layer, the active layer, and the n-type layer described above, other buffer layers may be included. By controlling the components of the gallium nitride-based compound it is possible to freely manufacture a light emitting diode from a long wavelength to a short wavelength, through which can be applied to all light emitting diodes without being limited to the blue nitride-based light emitting diode having a 460nm. In this case, the light emitting diode portions may be continuously present on the sapphire substrate, or one or more light emitting diode portions may be present on the sapphire substrate at predetermined intervals.
사파이어 기판은 가공되지 않을 수 있으며, 또는 그라인딩(grinding), 래핑(lapping), 폴리싱(polishing) 처리된 것일 수 있다. 가공된 사파이어 기판일 경우, 가공면(제 2면)은 경면(鏡面)이 형성된다. 또한, 가공된 사파이어 기판의 두께는 특별한 제한이 없으나, 열방출 효율 증대를 위해 가능하면 5 내지 80㎛ 범위가 바람직하다. The sapphire substrate may not be processed, or it may be grinding, lapping, or polishing. In the case of a processed sapphire substrate, the processed surface (second surface) is formed with a mirror surface. In addition, the thickness of the processed sapphire substrate is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 to 80 ㎛ as possible to increase the heat dissipation efficiency.
본 발명은 전술한 접합체 중 사파이어 기판의 두께를 5 내지 80㎛ 범위로 가공한 후 분리된 단위칩(unit chip)을 제공한다.The present invention provides a unit chip separated after processing the thickness of the sapphire substrate in the range of 5 to 80㎛ of the above-described bonded body.
이때, 단위칩 분리 방법은 당 분야에 잘 알려진 통상적인 방법에 따라실시될 수 있으며, 일례를 들면 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking) 공정 등이 있다. At this time, the unit chip separation method may be performed according to a conventional method well known in the art, for example, scribing (breaking) and breaking (breaking) process.
본 발명은 전술한 접합체 및 단위체를 통해 이루어진 발광다이오드 소자를 제공한다. 이때 상기 발광다이오드 소자는 제조 방식, 출력 방식, 발광 파장 범위에 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명의 발광다이오드 소자는 다양한 방식에 따라 제조될 수 있으나, 이의 바람직한 일 실시예로는 (a) 사파이어 기판상에 성장된 발광다이오드부와 제 1 기판의 제 1면을 제 1 접합제를 사용하여 접합시키는 단계; (b) 상기 단계 (a)의 결과물인 접합체 중 제 1 기판의 제 2면과 제 2 기판의 제 1면을 제 1 접합제와 상이한 점착력 저하 물성을 갖는 제 2 접합제를 사용하여 접합시키는 단계; (c) 상기 단계 (b)의 결과물인 접합체 중 사파이어 기판의 제 2면을 가공한 후, 제 2 기판을 분리하는 단계; (d) 상기 제 2 기판이 분리된 접합체를 단위 칩으로 분리하는 단계; 및 (e) 상기 단위 칩 중 가공된 사파이어 기판의 제 2면을 리드프레임에 접합시킨 후, 제 1 기판을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention provides a light emitting diode device made through the above-described assembly and unit. In this case, the light emitting diode device is not limited to a manufacturing method, an output method, and a light emitting wavelength range. Accordingly, the light emitting diode device of the present invention may be manufactured according to various methods, but in one preferred embodiment, (a) the first surface of the light emitting diode portion grown on the sapphire substrate and the first substrate is a first bonding agent. Bonding using; (b) joining the second surface of the first substrate and the first surface of the second substrate in the resulting bonded body of step (a) using a second bonding agent having a different adhesive force lowering property than the first bonding agent; ; (c) after processing the second surface of the sapphire substrate in the resulting conjugate of step (b), separating the second substrate; (d) separating the bonded body from which the second substrate is separated into unit chips; And (e) bonding the second surface of the processed sapphire substrate of the unit chip to the lead frame, and then separating the first substrate.
이하, 본 발명의 제조방법 중 가장 차별화된 특징부, 예컨대 사파이어 기판의 가공 단계를 상세히 설명하고자 한다. 도 3은 상기 사파이어 가공 단계를 도시한 것이다. Hereinafter, the processing steps of the most differentiated features, such as sapphire substrate of the manufacturing method of the present invention will be described in detail. 3 illustrates the sapphire processing step.
1) 제 1 기판의 접합 단계(도 3b 참조) 1) bonding step of the first substrate (see FIG. 3B)
사파이어 기판상에 성장된 발광다이오드부(도 3a 참조)와 제 1 기판의 제 1 면을 제 1 접합제를 사용하여 접합시킨다. 이때, 발광다이오드부가 성장된 사파이어 기판과 제 1 기판을 접합하는데 사용할 수 있는 제 1 접합제는 당 업계에 알려진 통상적인 접합 물질, 예컨대 상온에서 고체 상태인 고분자 물질(예, 점착성 수지, UV경화 수지, 열가소성 수지 등)로서, 사파이어 기판과 접합된 상태에서 사파이어 기판의 가공 공정(약 70℃에서 2시간) 수행이 가능한 물질을 사용할 수 있다. 이와 같이, 제 1 접합제를 사용하여 접합된 사파이어 기판과 제 1 기판과의 접합체 형태는 도 3b와 같다.The light emitting diode portion (see FIG. 3A) grown on the sapphire substrate and the first surface of the first substrate are bonded using a first bonding agent. In this case, the first bonding agent which can be used to bond the sapphire substrate and the first substrate on which the light emitting diode portion is grown is a conventional bonding material known in the art, for example, a polymer material in a solid state at room temperature (eg, an adhesive resin, a UV curing resin). , Thermoplastic resin, etc.) may be used a material capable of performing a sapphire substrate processing step (about 2 hours at about 70 ℃) in a state of being bonded to the sapphire substrate. Thus, the bonded form of the sapphire substrate and the 1st board | substrate joined using the 1st bonding agent is as FIG. 3B.
2) 제 2 기판의 접합 단계 (도 3c 참조)2) bonding step of the second substrate (see Fig. 3c)
제 1 기판의 제 2면과 제 2 기판의 제 1면을 제 2 접합제를 사용하여 접합시킨다. 이와 같이 사파이어 기판과 제 1 기판의 접합체 중 제 1 기판의 제 2면과 제 2 기판의 제 1면이 접합된 단면은 도 3c와 같다. The second surface of the first substrate and the first surface of the second substrate are bonded using the second bonding agent. Thus, the cross section where the 2nd surface of the 1st board | substrate and the 1st surface of the 2nd board | substrate of the junction body of a sapphire substrate and a 1st board | substrate were joined is as FIG.
제 2 기판 역시 사파이어 기판을 고정시켜주는 역할만 한다면 이의 재질, 크 기나 형태는 특별한 제한이 없다. 특히, 상기 제 2 기판은 통상적으로 래핑 및 폴리싱 장비에 부착된 형태로 사용되므로, 가능한 사용하고자 하는 래핑 및 폴리싱 장비의 규격에 따라 적절히 결정될 수 있다. 제 2 기판의 바람직한 두께 범위는 3 내지 5cm 정도이며, 이의 비제한적인 예로는 세라믹 블록 등이 있다. As long as the second substrate also serves to fix the sapphire substrate, the material, size or shape thereof is not particularly limited. In particular, since the second substrate is typically used in a form attached to the lapping and polishing equipment, it may be appropriately determined according to the specifications of the lapping and polishing equipment to be used as much as possible. A preferred thickness range of the second substrate is about 3 to 5 cm, and non-limiting examples thereof include ceramic blocks and the like.
사파이어 기판과 제 1 기판과의 접합체와 제 2 기판을 접합하는데 사용할 수 있는 제 2 접합제는 전술한 바와 같이 사파이어 기판과 접합된 상태에서 사파이어 기판의 가공 공정 수행이 가능한 상온에서 고체 상태인 고분자 물질, 예컨대 점착성 수지, UV경화 수지, 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다. As described above, the second bonding agent which can be used to bond the sapphire substrate with the first substrate and the second substrate is a polymer material in a solid state at room temperature, which is capable of performing a processing process of the sapphire substrate in a state of being bonded to the sapphire substrate as described above. For example, adhesive resin, UV hardening resin, a thermoplastic resin, etc. can be used.
이때, 사파이어 기판과의 접합체로부터 제 1 기판과 제 2 기판을 순서에 따라 선택적으로 분리하기 위해서, 제 1 접합제와 제 2 접합제는 전술한 바와 같이 서로 상이한 점착력 저하 물성, 예컨대 점착력 저하 온도, 용융점, 광조사에 대한 감응성, 용매에 대한 선택적 용해성 등을 갖는 것이 요구된다. 실제로 제 1 접합제와 제 2 접합제는 서로 다른 조건에서 점착력이 저하되거나, 또는 동일한 조건에서는 점착력이 제 1 접합제 > 제 2 접합제가 되는 것이 바람직하다.At this time, in order to selectively separate the first substrate and the second substrate from the bonding body with the sapphire substrate in order, the first bonding agent and the second bonding agent, as described above, differ from each other in terms of adhesion lowering properties such as adhesion lowering temperature, It is required to have a melting point, sensitivity to light irradiation, selective solubility in a solvent and the like. In fact, it is preferable that the adhesive force is lowered under different conditions, or the adhesive force becomes first binder> second binder under the same conditions.
즉, 도 3c에 나타난 사파이어 기판 - 제 1 접합제 층 - 제 1 기판 - 제 2 접합제 층 - 제 2 기판으로 구성된 최종 접합체(2차 접합체)로부터 제 2 기판을 우선적으로 분리하기 위해서, 제 1 접합제와 구별되는 2 접합제만의 독특한 점착력 저하 물성(예, 점착력 저하 온도, 용융점, 광조사에 대한 감응성 또는 특정 용매에 대한 선택적 용해성)을 이용하게 되면, 사파이어 기판과 제 1 기판의 접합은 그대로 유지된 상태로 제 2 기판만을 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 제 2 기판을 분 리한 이후에도 사파이어 기판은 접합된 제 1 기판에 의해 고정되므로 구조적 안정성이 그대로 유지된다.That is, in order to preferentially separate the second substrate from the final bonded body (secondary bonded body) composed of the sapphire substrate-first binder layer-first substrate-second binder layer-second substrate shown in FIG. By using the unique adhesive lowering properties (e.g., adhesive lowering temperature, melting point, sensitivity to light irradiation or selective solubility in a specific solvent), which are distinguished from the binder, the bonding between the sapphire substrate and the first substrate is achieved. Only the second substrate can be easily separated while being kept intact. In addition, since the sapphire substrate is fixed by the bonded first substrate even after separating the second substrate, structural stability is maintained as it is.
따라서, 상기 제 1 접합제는 추후 사용되는 제 2 접합제와는 서로 상이한 점착력 저하 물성을 갖는 것이 적절하다. 이때 점착력 저하 물성은 특별한 제한은 없으나, 크게 점착력 저하 온도, 용융점, 광조사에 대한 감응성, 용매에 대한 선택적 용해성 등으로 나타낼 수 있다. Therefore, it is appropriate that the first bonding agent has different adhesive force lowering properties from the second bonding agent to be used later. At this time, although the physical properties of the adhesive force is not particularly limited, it can be largely represented by the temperature of the adhesive force, melting point, sensitivity to light irradiation, selective solubility in a solvent, and the like.
본 발명의 제 1 접합제 및 제 2 접합제를 구별하는 물성 중 하나는 점착력 저하 온도로서, 이는 물질의 상태 전이가 발생하기 전 이들의 점착력 특성 저하가 발생하는 온도를 의미한다. 상기 제 1 접합제와 제 2 접합제 각각의 점착력 저하 온도는 특별한 제한은 없으나, 사파이어 기판의 가공 공정이 수행 가능하도록 상온에서 점착력 저하가 발생하지 않는 것이 적절하며, 바람직하게는 제 1 접합제(T1)와 제 2 접합제(T2)의 점착력 저하 온도차가 |T1-T2| ≥ 10℃인 물질이다. 10℃ 미만인 경우 제 2 접합제 분리시 제 1 접합제의 점착력 저하도 유발되고 이로 인해 제 1 기판의 박리가 발생할 수 있으므로, 정밀한 온도 관리가 요구된다. 또한 사파이어 기판면의 가공(폴리싱) 공정과 단위칩 형성 공정이 상온에서 진행되므로, 상기 제 1 접합제와 제 2 접합제는 상온에서 충분한 점착이 이루어지는 것이 좋다.One of the physical properties that distinguish the first binder and the second binder of the present invention is the adhesion lowering temperature, which means the temperature at which their lowering of adhesive properties occurs before the state transition of the material occurs. Although the adhesive force lowering temperature of each of the first adhesive agent and the second adhesive agent is not particularly limited, it is appropriate that the adhesive force lowering does not occur at room temperature so that the processing step of the sapphire substrate can be performed. T 1 ) and the temperature difference in adhesion decrease between the second bonding agent (T 2 ) | T 1 -T 2 | Material with ≧ 10 ° C. When the temperature is less than 10 ° C., since the adhesive force of the first binder may be decreased when the second binder is separated, and thus peeling of the first substrate may occur, precise temperature management is required. Moreover, since the process (polishing) process of a sapphire substrate surface, and a unit chip formation process progress at normal temperature, it is good that the said 1st bonding agent and a 2nd bonding agent make sufficient adhesion at normal temperature.
상기 제 1 접합제와 제 2 접합제로는 특정 온도 이하에서 점착력이 저하되는 냉각 박리형 또는 특정 온도 이상에서 점착력이 저하되는 가열 박리형일 수 있다. 제 2 접합제와 제 1 접합제를 순차적으로 분리하기 위해서 가열 박리형 제 1 접합 제의 점착력 저하 온도(T1)는 가열 박리형 제 2 접합제의 점착력 저하 온도(T2)보다 10oC 이상 큰(T1 ≥ T2) 것이 바람직하고, 이와 반대로 냉각 박리형 제 1 접합제의 점착력 저하 온도(T1)는 냉각 박리형 제 2 접합제의 점착력 저하 온도(T2)보다 10oC 이상 작은(T1 ≤ T2) 것이 바람직하다. 다만 제 1 접합제 및 제 2 접합제가 모두 냉각 박리형인 경우 상온에서보다 20oC 이상 내려가야 하므로 큰 냉각 장치가 필요할 뿐만 아니라, 표면의 온도저하로 수분 응결의 우려가 있기 때문에 제 1 접합제와 제 2 접합제가 모두 가열 박리형인 것이 바람직하다. The first bonding agent and the second bonding agent may be a cooling peeling type in which the adhesive force is lowered below a specific temperature or a heating peeling type in which the adhesive force is lowered above a specific temperature. In order to sequentially separate the second bonding agent and the first bonding agent, the adhesive force lowering temperature (T 1 ) of the heat-peelable first bonding agent is 10 o C than the adhesive force lowering temperature (T 2 ) of the heat-peeling type second bonding agent. It is preferable that it is larger than (T 1 ≥ T 2 ), on the contrary, the adhesive force lowering temperature (T 1 ) of the cold peeling type first bonding agent is 10 o C than the adhesive force lowering temperature (T 2 ) of the cold peeling type second bonding agent. It is preferable that the abnormality is smaller than (T 1 ≦ T 2 ). However, when both the first binder and the second binder are cooled and peeled off, they must be lowered by 20 o C or more than at room temperature, so a large cooling device is required, and since there is a risk of moisture condensation due to the surface temperature drop, It is preferable that all the 2nd bonding agents are the heat peeling type.
상기 점착력 저하 온도와 유사한 개념으로서, 본 발명의 제 1 접합제 및 제 2 접합제는 서로 상이한 용융점(1차 전이온도)을 갖는 것이 바람직하다. 이때, 제 1 접합제와 제 2 접합제가 순차적으로 분리(탈착)되기 위해서는 가능하면 제 2 접합제의 용융온도는 40 내지 120℃, 바람직하게는 70 내지 120℃, 더욱 바람직하게는 80 내지 100℃ 범위이며, 제 1 접합제의 용융온도는 80 내지 220℃, 바람직하게는 120 내지 140℃이다. As a concept similar to the pressure drop temperature, the first binder and the second binder of the present invention preferably have different melting points (primary transition temperature). At this time, in order to separate (desorb) the first binder and the second binder sequentially, the melting temperature of the second binder is 40 to 120 ° C, preferably 70 to 120 ° C, more preferably 80 to 100 ° C. It is a range and melting temperature of a 1st binder is 80-220 degreeC, Preferably it is 120-140 degreeC.
전술한 물성을 통해 사용 가능한 제 1 접합제 및 제 2 접합제의 비제한적인 예로는 측쇄 결정성 고분자, 감압 접착제, 열 발포제, 가열 발포 점착제, 고비등점 가소제, 유기물 결정체 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 특히, 약 15 oC 보다 좁은 온도 범위에 걸쳐 일어나는 용융점(1차 전이온도)을 갖는 것이 바람직하다.Non-limiting examples of the first binder and the second binder usable through the above-described physical properties include side chain crystalline polymers, pressure-sensitive adhesives, thermal blowing agents, heated foam adhesives, high boiling point plasticizers, organic crystals or mixtures thereof. . In particular, about 15 o C It is desirable to have a melting point (primary transition temperature) that occurs over a narrower temperature range.
측쇄 결정성 고분자는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르로부터 유도되는 측쇄 결정성 반복 유니트와 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르로부터 유도되는 측쇄 비결정성 반복 유니트를 포함한다. 즉, 측쇄 결정성 반복 유니트의 -COOR1 에서 R1은 14개 이상의 탄소 원자를 갖는 알킬기이고, 측쇄 비결정성 반복 유니트의 -COOR2 에서 R2은 1개 이상의 탄소원자를 가지는 직쇄 또는 분기쇄의 알킬기이다. 그밖에 결정화 가능 단량체는 플루오르 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 비닐 에스테르 고분자 대응 아크릴레이트, 치환 아크릴아미드 및 말레 이미드 고분자, 폴리 알킬 비닐에테르, 홀리 알킬 에틸렌옥시드, 폴리이소시아네이트, 아민 함유 단량체 또는 알코올 함유 단량체와 알킬 이소시아네이트, 폴리에스테르 및 폴리에트레를 반응한 폴리우레탄, 폴리실록산 및 폴리산란, 알킬 스틸렌 폴리머 등이 있다. 상기 측쇄 결정성 고분자의 측쇄의 종류와 결정성 유니트(unit)의 수에 의해 20 내지 100℃의 용융점을 변화시킬 수 있으며, 이때 용융점은 15℃보다 좁은, 바람직하게는 5℃ 미만의 비교적 좁은 온도 범위에 걸쳐서 용해가 현저하게 생기는 것이다. 따라서, 임의로 설정한 온도로부터 소정의 온도를 약간 변화시키면 측쇄 결정성 고분자의 결정과 비결정과의 사이가 가역적으로 변화되면서 점착제의 점착력은 급속히 저하되기 때문에, 접합체로부터 기판의 박리가 용이해진다. Side chain crystalline polymers include side chain crystalline repeat units derived from acrylate or methacrylate esters and side chain amorphous repeat units derived from acrylate or methacrylate esters. That is, -COOR 1 of the side chain crystalline repeat unit R 1 is an alkyl group having 14 or more carbon atoms, and -COOR 2 of the branched amorphous repeating unit R 2 is a straight or branched chain alkyl group having one or more carbon atoms. Other crystallizable monomers include fluor acrylate, methacrylate and vinyl ester polymer corresponding acrylates, substituted acrylamide and maleimide polymers, polyalkyl vinyl ethers, holly alkyl ethylene oxides, polyisocyanates, amine containing monomers or alcohol containing monomers. And polyurethanes, polysiloxanes and polylans, alkyl styrene polymers reacted with alkyl isocyanates, polyesters and polyesters. It is possible to change the melting point of 20 to 100 ℃ by the type of the side chain and the number of crystalline units of the side chain crystalline polymer, wherein the melting point is narrower than 15 ℃, preferably less than 5 ℃ relatively narrow temperature Dissolution occurs remarkably over a range. Therefore, if the predetermined temperature is slightly changed from the arbitrarily set temperature, the adhesive force of the pressure-sensitive adhesive rapidly decreases between the crystals and the amorphous of the side chain crystalline polymer, so that the substrate is easily peeled from the joined body.
감압 점착제로는 당 기술 분야에 알려진 통상적인 점착제를 사용할 수있으며, 이의 비제한적인 예로는 천연 고무 접착제, 스티렌/부타디엔 라텍스 베이스 접 착제, A-B-A 블록 공중합체형 열가소성 고무(A는 열가소성 폴리스티렌 말단 블록을 나타내고, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔 또는 폴리에틸렌/부틸렌의 고무 중간 블록을 나타냄), 부틸 고무, 폴리이소부틸렌, 폴리 아크릴레이트 및 초산비닐/아크릴 에스테르 공중합체와 같은 아크릴 접착제, 폴리 비닐메틸에테르, 폴리 비닐에틸 에테르 및 폴리 비닐이소부틸 에테르와 같은 비닐에테르 공중합체 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 상기 감압 점착제의 성분은 고분자 또는 고분자의 간단한 혼합물이거나 가소제, 점착 부여제, 비라, 안정제, 제포제, 대전방지제 등을 함유하는 고분자 조성물일 수 있다. 그 외, 비제한적인 실리콘 조성물로 구성된 점착제로서 R2SiO 단위 (D 단위) 또는 R3SiO0 .5단위(M 단위)와 SiO2(Q 단위)로 구성된 직쇄 또는 3차구조의 폴리 올가노실록산 (R은 탄소원자수 1~10의 직쇄형 또는 환상 알킬기), 에폭시기를 함유한 폴리 올가노실록산, 말단에 에폭시기를 함유한 폴리 올가노실록산 등을 들 수 있다. 상기 실리콘 조성물에는 필요에 따라서 안정제 내열 향상제, 충진제, 안료, 레벨링제, 에폭시계 희석제, 비닐 에테르계 희석제, 기재에의 밀착성 향상제, 대전방지제, 소포제, 비반응성 폴리 올가노실록산 등을 첨가하여도 무방하며, 유기용제로 희석하여도 좋다. 또한 수산기를 함유하거나 또는 함유하지 않은 폴리 우레탄, 올레핀 공중합체 재료 등을 포함할 수 있다.As the pressure-sensitive adhesive, a conventional adhesive known in the art may be used, and non-limiting examples thereof include a natural rubber adhesive, a styrene / butadiene latex base adhesive, an ABA block copolymer type thermoplastic rubber (A denotes a thermoplastic polystyrene end block). , An acrylic adhesive such as polyisoprene, polybutadiene or polyethylene / butylene), butyl rubber, polyisobutylene, polyacrylate and vinyl acetate / acrylic ester copolymer, polyvinylmethylether, polyvinyl Vinyl ether copolymers such as ethyl ether and polyvinylisobutyl ether, or mixtures thereof. The pressure-sensitive adhesive component may be a polymer or a simple mixture of polymers or a polymer composition containing a plasticizer, a tackifier, a vira, a stabilizer, a defoamer, an antistatic agent, and the like. In addition, non-limiting poly Olga a linear or three-dimensional structure consisting of a pressure-sensitive adhesive consisting of a silicone composition to the R 2 SiO units (D unit), or R 3 SiO 0 .5 units (M units) and SiO 2 (Q unit) no Siloxane (R is a C1-C10 linear or cyclic alkyl group), the poly organosiloxane containing an epoxy group, the poly organosiloxane containing an epoxy group at the terminal, etc. are mentioned. If necessary, a stabilizer heat improver, a filler, a pigment, a leveling agent, an epoxy diluent, a vinyl ether diluent, an adhesion improver to a substrate, an antistatic agent, an antifoaming agent, a non-reactive poly organosiloxane, and the like may be added to the silicone composition. It may be diluted with an organic solvent. It may also include polyurethanes, olefin copolymer materials, etc., with or without hydroxyl groups.
열경화성 화합물은 50 내지 150oC의 열처리를 받는 가열 중합 개시제에 따라서 점착제 전체에 3차 기초네트 모양 구조를 발생시키고 그 점착력을 저하시키게 된다. 따라서 가열 경화형 점착제 (감압 점착제 + 단량체 또는 올리고머 + 개시제) 로는 삼차원 망상화될 수 있는 분자내에 광중합성 탄소-탄수 이중결합을 적어도 2개 이상 가지는 저분자량 화합물이나 올리고머가 바람직하며, 이의 일례를 들면, 아크릴레이트계 화합물, 우레탄 아크릴레이트계 올리고머 등이 있다. The thermosetting compound generates a tertiary base net structure throughout the pressure-sensitive adhesive according to a heat polymerization initiator subjected to a heat treatment of 50 to 150 ° C. and lowers the adhesive force. Therefore, as the heat-curable pressure-sensitive adhesive (pressure-sensitive adhesive + monomer or oligomer + initiator), a low molecular weight compound or oligomer having at least two or more photopolymerizable carbon-carbohydrate double bonds in a molecule that can be three-dimensionally networked is preferable. Acrylate compounds, urethane acrylate oligomers and the like.
아크릴레이트계 화합물의 비제한적인 예로는 트리메티롤 프로판트리 아크릴레이트, 테트라메티롤 메탄 테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리 아크릴레이트, 펜타에스트리톨 테트라 아크릴레이트, 지펜타에리스리콜 모노시도로키시펜타아쿠리레토, 제펜타에리스리톨헤키사아쿠릴토 또는 1,4-부틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 폴리에스틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 올리고 에스테르 아크릴레이트 등이 있다. Non-limiting examples of acrylate compounds include trimethol propanetri acrylate, tetramethyrol methane tetraacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaestritol tetra acrylate, zipentaerythritol monocidoxykispenta-acrylic Leto, zepenaerythritolhekisaacrylto or 1,4-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, polystyrene glycol diacrylate, oligo ester acrylate and the like.
우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 폴리에스테르형 또는 폴리 에테르형 등의 폴리올 화합물과 이소시아네이트 화합물 등이 있다. 가열 중합 개시제로는 유기 과산화물 유도체, 아조계 중합 개시제가 사용되지만 아조계 중합개시제는 가열시에 질소가 발생하기 때문에 유기 과산화물 유도체의 사용이 바람직하다. The urethane acrylate oligomer includes polyol compounds such as polyester type or poly ether type, and isocyanate compounds. An organic peroxide derivative and an azo polymerization initiator are used as the heating polymerization initiator, but the use of the organic peroxide derivative is preferable because nitrogen is generated when the azo polymerization initiator is heated.
가열 발포 점착제는 가열박리성 점착 조성물과 아크릴계 점착제를 포함하여 제조되며, 가열박리성 저막 조성물은 비닐부티랄기(단위 반복이 3~600), 비닐아세테이트기(단위 반복이 1~80), 비닐알코올기(단위 반복이 4~700)가 중합된 고분자를 가지고 있으며, 아크릴게 점착제를 추가적으로 포함할 수 있다. The heat-expandable pressure-sensitive adhesive is prepared by including a heat-peelable pressure-sensitive adhesive composition and an acrylic pressure-sensitive adhesive, the heat-peelable low-film composition is a vinyl butyral group (unit repeating 3 ~ 600), vinyl acetate group (unit repeating 1 ~ 80), vinyl alcohol The group (unit repeat is 4 ~ 700) has a polymer polymerized, it may further include an acrylic crab adhesive.
유기물 결정체는 융점 미만의 온도에서 결정 형태를 가질 수 있는 유기물질을 지칭하는 것으로서, 점착제가 작동 온도 범위 내에서 결정체가 결정의 형태를 이루나 점착제의 겔 함량을 감소시켜 기재에 대한 젖음성을 향상시키는 등의 작용 으로 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 온도가 작동 온도범위를 초과하여 유기물 결정체의 융점에 이르게 되면 유기물 결정체가 용해되면서 기재와 점착제의 계면으로 이동하여 점착제와 기재의 접착력을 크게 감소시켜 쉽게 박리될 수 있도록 한다. Organic crystal refers to an organic material which may have a crystalline form at a temperature below the melting point, and the adhesive forms crystals within the operating temperature range, but reduces the gel content of the adhesive to improve wettability to the substrate, and the like. The adhesion can be improved by the action of. In addition, when the temperature reaches the melting point of the organic crystals exceeding the operating temperature range, the organic crystals dissolve and move to the interface between the substrate and the adhesive to greatly reduce the adhesive strength of the adhesive and the substrate so that they can be easily peeled off.
상기 유기물 결정체의 비제한적인 예로는 3-(히드록시페닐 포스피닐)프로판산, 9,10-디하이드록시-9옥사-10-포스파페난스렌-10-산화물, 트리스(3-하이드록시프로필)포스핀 산화물, 방향족폴리인산 에스테르 올리고머, 트리페닐인산, 비스페놀 A, 메타-터페닐 등이 있다. Non-limiting examples of such organic crystals include 3- (hydroxyphenyl phosphinyl) propanoic acid, 9,10-dihydroxy-9oxa-10-phosphafaphenesrene-10-oxide, tris (3-hydroxypropyl Phosphine oxide, aromatic polyphosphate ester oligomer, triphenylphosphate, bisphenol A, meta-terphenyl and the like.
열 발포제는 기화가 용이한 물질, 예컨대 이소부탄, 프로판, 펜탄 등을 비닐리텐 클로라이트-아크릴로 니트릴 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴클로라이드 및 폴리스티렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질로 외피를 형성시켜 캡슐화한 열팽창성 미소구일 수 있다. 상기 열팽창성 미소구의 크기는 1 내지 100㎛ 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Thermal blowing agents can be applied to materials that are easily vaporized, such as isobutane, propane, pentane, and the like, such as vinylitene chlorite-acrylonitrile copolymer, polyvinyl alcohol, polyvinylbutyral, polymethylmethacrylate, polyacrylonitrile, poly It may be a thermally expandable microsphere encapsulated by forming an envelope with at least one material selected from the group consisting of vinylidene chloride and polystyrene. The thermally expandable microspheres may have a size of 1 to 100 μm, but is not limited thereto.
상기 열 발포제를 점착제에 첨가하는 경우, 가열온도가 점착제가 사용되는 허용 작동 온도 범위를 초과하여 열발포제의 발포온도에 이르면 가스가 방출되는데, 이때 점착제의 부피가 증가하면서 기재와의 밀착성 및 접촉면적이 감소되어 점착제가 기재로부터 쉽게 자연 박리가 일어날 수 있다. 열 발포제는 가스가 방출되기 시작하는 발포 개시 온도가 점착제가 사용되는 제품의 허용 작동 온도보다 높기만 하면 그 성분에 특별히 제한되지 않으나, 발포개시온도가 낮으면 박리될 가능성 이 있고, 너무 높으면 점착제를 박리하기 위하여 요구되는 가열 온도가 지나치게 높아지므로 다른 부품에 악영향을 초래할 수 있다. 사용 가능한 열 발포제로는 크게 무기발포제와 유기발포제로 구분할 수 있다. 무기발포제의 비제한적인 예로는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드류 등이 있으며, 유기발포제의 비제한적인 예로는 트리클로로모노플루오로메탄 및 디클로로모노플로오로메탄 등과 같은 염불소화알칸, 아조비스이소부티로니트릴 및 아조디카본아미드 등과 같은 아조계 화합물, 톨루엔설포닐히드라지드 및 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐히드라지드), 알릴비스(설포닐히드라지드) 등과 같은 히드라지드계 화합물, p-톨루일렌설포닐세미카바지드 및 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐세미카바지드)와 같은 세미카바지드계 화합물, N-N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민과 같은 N-니트로소계 화합물 등이 있다. 필요에 따라 공지의 발포 조제를 첨가하여 사용하는 경우 발포속도를 향상시키고 발포 온도를 낮출 수 있다. 이때, 열 발포제를 사용하는 탈착 방법은 가열에 따라서 가스를 포함한 미소구를 파열시키고 점착력을 저하시킬 수 있으나, 이 파열에 의해 점착제의 파편이 기재를 오염시킬 수도 있다. 그러나 소량의 유기용매로 세척 가능하므로 용매의 사용량 및 방법에서 용이하게 접근할 수 있다. When the thermal foaming agent is added to the pressure-sensitive adhesive, gas is released when the heating temperature exceeds the allowable operating temperature range in which the pressure-sensitive adhesive is used and the foaming temperature of the thermal foaming agent is released. This decrease can cause the pressure sensitive adhesive to naturally peel off from the substrate. The thermal foaming agent is not particularly limited as long as the foaming start temperature at which the gas starts to be released is higher than the allowable operating temperature of the product in which the adhesive is used. However, the thermal foaming agent may be peeled off when the foaming start temperature is low. The heating temperature required for peeling becomes too high and may adversely affect other components. Thermal foaming agents that can be used can be broadly classified into inorganic foaming agents and organic foaming agents. Non-limiting examples of inorganic foaming agents include carbonium carbonate, sodium bicarbonate, ammonium nitrate, sodium fluoride hydride, azide, and the like, and non-limiting examples of organic foaming agents include trichloromonofluoromethane and dichloromonofluoromethane. Azo compounds such as hydrofluorinated alkanes, azobisisobutyronitrile and azodicarbonamides, toluenesulfonylhydrazide and 4,4'-oxybis (benzenesulfonylhydrazide), allylbis (sulfonylhydra) Hydrazide compounds such as zide), semicarbazide compounds such as p-toluylenesulfonyl semicarbazide and 4,4'-oxybis (benzenesulfonyl semicarbazide), and N-N'-dinitroso And N-nitroso-based compounds such as pentamethylenetetramine. If necessary, by adding a known foaming aid can improve the foaming rate and lower the foaming temperature. At this time, the desorption method using the thermal foaming agent may rupture the microspheres containing the gas and reduce the adhesive force by heating, but the fragments of the pressure-sensitive adhesive may contaminate the substrate by the rupture. However, since it can be washed with a small amount of organic solvent, it can be easily accessed from the amount and method of solvent.
고비등점 가소제를 사용할 경우 공정에서는 접착성(밀착성)의 향상을 가져올 수 있으며, 150oC 이상의 비등점(끓는점) 이상에서는 점착제내에서 가소재가 기화되어 점착력 약화 및 이로 인한 박리가 일어날 수 있다. 그러나 비등점이 150oC보다 낮은 가소제를 이용할 경우 내열성의 문제와 장기 사용에 의해서 증발할 수 있고, 다른 부품 등을 오염시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.In the case of using a high boiling point plasticizer, the process may result in an improvement in adhesiveness (adhesiveness), and at a boiling point (boiling point) of 150 ° C or higher, the plastic material may be vaporized in the pressure-sensitive adhesive, resulting in weakening of adhesive force and peeling. However, the use of a plasticizer having a boiling point lower than 150 ° C. is undesirable because it may evaporate due to heat resistance and long-term use, and may contaminate other parts.
사용 가능한 고비등점 가소제의 비제한적인 예로는 프탈산 디메틸, 프탈산 디에틸, 프탈산 디부틸, 프탈산 지헤푸칠, 프탈산 지-2-에틸 헥실, 프탈산 지이소노닐, 프탈산 지이소데실, 프탈산 디부틸 벤질, 부칠후타릴부틸구리코레토 등의 프탈산계 화합물, 토리메리츠토 산 트리 부틸, 토리메리츠토 산 트리-2-에틸 헥실, 토리메리츠토 산 트리-n-옥틸, 토리메리츠토산 트리 아이소 데실 등의 토리메리츠토 산계 화합물 등이 있다. 그밖에 지방산 이염기산 에스테르계 화합물, 인산계 화합물, 에폭시계 화합물, 올레인산 부틸, 염소화 파라핀 등도 가소제로서 사용될 수 있다. Non-limiting examples of high boiling point plasticizers that can be used include dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dibutyl phthalate, dihexyl phthalic acid, z-2-ethylhexyl phthalate, zisononyl phthalate, zisodecyl phthalate, dibutyl benzyl, butyl Phthalic acid compounds, such as futaryl butyl copper coreto, tori meric acid tri tributyl, tori meritz to acid tri-2-ethyl hexyl, tori meritz to acid tri-n-octyl, tori meritz to acid triisodecyl Earth acid compounds and the like. In addition, fatty acid dibasic acid ester compounds, phosphoric acid compounds, epoxy compounds, butyl oleate, chlorinated paraffin and the like can also be used as plasticizers.
본 발명에 따른 제 1 접합제 및 제 2 접합제는 열공급 없이 광조사에 의해서도 분리가 가능하다. 따라서, 제 1 접합제 및 제 2 접합제는 빛(예, 자외선(UV))의 조사에 의해서 점착력이 저하되는 UV 경화형 점착제를 사용할 수 있다. 이때, 접착제와 동반 사용되는 제 1 기판 및 제 2 기판은 UV가 통과할 수 있는 기판이어야 하므로, 상기 제 1 접합제 또는 제 2 접합제는 동반 사용하는 제 1 기판 또는 제 2 기판의 빛 투과성(透過性)에 따라 광조사(light radiation) 감응성을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 특히, 제 2 기판으로서 UV 투과 가능한 기판을 사용하는 경우, 제 2 접합제는 광조사에 의해 추가 경화가 일어나서 점착력이 현저하게 감소하여 박리하는 UV경화형 점착제를 사용할 수 있다. 이때 제 1 접합제는 온도의 범위에 상관없는 통상적인 점착제가 사용 가능하며, 가열 박리형이 바람직하다. The first binder and the second binder according to the present invention can be separated even by light irradiation without heat supply. Therefore, the 1st adhesive agent and the 2nd adhesive agent can use the UV curable adhesive which adhesive force falls by irradiation of light (for example, ultraviolet-ray (UV)). At this time, since the first substrate and the second substrate to be used together with the adhesive should be a substrate through which UV can pass, the first or second bonding agent is light-transmitting of the first substrate or the second substrate to be used together. It is preferable that it is a substance which has a light radiation sensitivity according to 透過 性. In particular, when using a UV-permeable substrate as the second substrate, the second bonding agent may be a UV-curable pressure-sensitive adhesive which additionally hardens by light irradiation to significantly reduce the adhesive force and peel off. At this time, the conventional adhesive can use the usual adhesive irrespective of the range of temperature, and a heat peeling type is preferable.
상기 제 1 기판의 접합 단계와 제 2 기판의 접합 단계는 전술한 접합제들을 사용하면서 열, 압력 또는 열과 압력을 가하여 진행할 수 있다. 이때, 온도 범위는 사용하는 접합제의 점착 저하 온도, 용융점 또는 그보다 높기만 하면 특별한 제한이 없으며, 압력 범위 역시 특별한 제한이 없다. 일례로, 접합시에는 열을 가하여 용융시켜 접합한 후 온도를 내리면 된다. The bonding of the first substrate and the bonding of the second substrate may be performed by applying heat, pressure, or heat and pressure while using the above-described bonding agents. At this time, the temperature range is not particularly limited as long as it is higher than the adhesion lowering temperature of the binder used, the melting point or higher, and the pressure range is also not particularly limited. For example, at the time of joining, heat may be applied by melting to reduce the temperature after joining.
3) 사파이어 기판의 가공 단계 (도 3d 참조)3) processing step of the sapphire substrate (see Fig. 3d)
상기 단계 (3)의 결과물인 2차 접합체 중 사파이어 기판의 제 2면을 가공, 예컨대 그라인딩, 래핑 및 폴리싱 처리한다. 이때 그라인딩 공정은 사파이어 기판 두께를 목표로 하는 두께 정도로 빠른 속도로 갈아내는 것이며, 이후 래핑 및 폴리싱 등의 공정은 갈아낸 표면을 경면(鏡面) 처리하는 것이다. 사파이어 기판의 뒷면이 경면(鏡面)이어야 하는 이유는, 이후의 공정인 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking) 공정시 사파이어 후면(後面)을 통하여 전면(前面)에 있는 발광 다이오드부의 패턴을 인식하기 위해서이다. The second surface of the sapphire substrate in the secondary conjugate resulting from step (3) is processed, such as grinding, lapping and polishing. At this time, the grinding process is to grind at a speed as fast as the target thickness of the sapphire substrate, and the lapping and polishing processes are then mirror-polished the ground surface. The reason why the back surface of the sapphire substrate should be mirror surface is to recognize the pattern of the light emitting diode part on the front surface through the back surface of the sapphire during the scribing and breaking process, which is a subsequent process. To do that.
제 2 기판은 종래 기술과 동일하게 사파이어 기판을 얇게 가공하는 그라인딩, 래핑, 및 폴리싱 공정시까지 사파이어 기판을 고정해주는 반면, 제 1 기판은 단위칩을 형성하고 이후 리드프레임에 접합하기까지 사파이어 기판과 접합된 상태로 존재하기 때문에, 종래 사파이어 가공 기술의 한계인 80㎛ 이하, 바람직하게는 5 내지 80㎛ 범위, 보다 바람직하게는 40 ㎛ 이하의 두께를 갖도록 사파이어 기판을 가공 처리할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 종래 사파이어 기판 두께보다 얇은 두께를 갖는 사파이어 기판의 제공을 통해, 발광다이오드 소자의 열방출 효율 증대 를 구현할 수 있다. 이와 같은 과정은 도 3과 같이 도시될 수 있다. The second substrate is fixed to the sapphire substrate until the grinding, lapping, and polishing process of thinly processing the sapphire substrate as in the prior art, while the first substrate is formed with the sapphire substrate until the unit chip is formed and then bonded to the lead frame. Since it exists in the bonded state, the sapphire substrate can be processed to have a thickness of 80 μm or less, preferably in the range of 5 to 80 μm, more preferably 40 μm or less, which is the limit of the conventional sapphire processing technology. As described above, the present invention can implement an increase in heat emission efficiency of the light emitting diode device by providing a sapphire substrate having a thickness thinner than that of the conventional sapphire substrate. Such a process may be illustrated in FIG. 3.
4) 제 2 기판 분리(도 3e 참조)4) Removing the second substrate (see Figure 3e)
제 2 접합제만이 갖는 고유한 물성, 예컨대 점착 저하 온도, 용융점, 광조사에 대한 감응성, 선택적인 용매 사용 또는 이들의 혼합 방식을 적용함으로써, 사파이어 기판-제 1 기판-제 2 기판의 접합체로부터 제 2 기판을 용이하게 분리할 수 있다. From the sapphire substrate-first substrate-second substrate assembly by applying the inherent physical properties only the second binder has, such as adhesion lowering temperature, melting point, sensitivity to light irradiation, selective solvent use or a mixture thereof The second substrate can be easily separated.
즉, 1) 제 1 접합제(T1) 또는 제 2 접합제(T2)가 갖는 점착력 저하 온도 이상(이하)으로 승온(냉각)시키거나; 2) 제 1 접합제 또는 제 2 접합제에 선택적인 광조사를 하거나; 3) 제 1 접합제 또는 제 2 접합제가 동시에 용해되지 않고 각각 선택적으로 용해되는 용매를 사용하거나; 또는 4) 상기 1), 2) 및 3)으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 방법을 동시에 사용할 수 있다. 특히, 제 2 접합제가 갖는 점착력 저하 온도(T2) 이상으로 승온시키되, 제 1 접합제의 점착력 저하 온도(T1) 이하까지 승온시키거나, 또는 제 2 접합제의 점착력 저하 온도(T2) 이하로 냉각시키되, 제 1 접합제의 점착력 저하 온도(T1) 이상까지 냉각시키는 것이 바람직하다.That is, 1) to the first bonding agent (T 1) or the second bonding agent (T 2), the adhesive strength decreases over temperature (heating (cooling to below) having) or; 2) selectively irradiating the first binder or the second binder; 3) use a solvent in which the first binder or the second binder does not dissolve simultaneously but selectively dissolves respectively; Or 4) at least one method selected from the group consisting of 1), 2) and 3) can be used simultaneously. In particular, the second sikidoe bonding agent temperature increase in the adhesive strength lowered temperature (T 2) at least has, the adhesive force lowering the temperature of the first bonding agent (T 1) to an elevated temperature to not higher than, or the second adhesive force lowering the temperature of the bonding agent (T 2) sikidoe cooled below, it is preferable to cool the adhesive strength to decrease the temperature (T 1) of at least one binder.
일례로, 분리시에는 열을 가하여 제 2 기판을 분리시킨 후 온도를 내리게 되며, 이때 표면에 부착되어 있는 잔여 접합물질은 알코올, 아세톤 등의 유기 용매를 사용하여 녹여낸다.이때, 제 2 기판이 분리된 이후에도 사파이어 기판은 제 1 기판에 의해 그대로 고정된다. For example, in the separation, the second substrate is separated by applying heat, and then the temperature is lowered. At this time, the remaining bonding material adhering to the surface is melted using an organic solvent such as alcohol or acetone. Even after being separated, the sapphire substrate is fixed as it is by the first substrate.
5) 단위칩 분리 단계(도 3f 참조)5) Unit chip separation step (see Fig. 3f)
필요한 경우, 경면 처리된 사파이어 기판면을 스크라이빙하고, 제 1 기판을 선택적으로 다이싱하거나 스크라이빙 처리할 수 있다. 이후 브레이킹을 수행하면 단위칩으로 분리된다. 필요에 따라서는 기 다이싱하거나 스크라이빙처리된 제 1 기판을 사용하여 사파이어 기판의 분리될 부분과 정렬하여 사파이어 기판에 접합한 후 사파이어 기판을 가공하고 이어서 사파이어 기판면 만을 스크라이빙한 후 브레이킹하여 단위칩으로 분리할 수 있다. 일반적으로 스크라이빙(scribing)은 끝이 뾰족하고 강도가 우수한 다이아몬드 팁으로 웨이퍼 표면에 선을 긋는 작업을 말하고, 브레이킹(breaking)은 스크라이빙에서 그어진 선을 따라 충격을 주어 절단하는 작업을 말한다. If necessary, the mirrored sapphire substrate surface can be scribed, and the first substrate can be selectively diced or scribed. After breaking, it is separated into unit chips. If necessary, using a first diced or scribed first substrate, the sapphire substrate is bonded to the sapphire substrate to be aligned with the part to be separated, and then the sapphire substrate is processed, followed by scribing only the sapphire substrate surface and then breaking. Can be separated into unit chips. In general, scribing refers to the operation of drawing a line on the wafer surface with a pointed and high-strength diamond tip, and breaking refers to the operation of impacting and cutting along the line drawn in the scribing. .
6) 리드프레임과의 접합 및 제 1 기판 분리6) Bonding to the Leadframe and Separating the First Substrate
가공된 사파이어 기판의 제 2면을 리드프레임에 접합시킨 후, 제 1 기판을 분리한다. 사파이어 기판과 리드프레임의 접합에는 당 업계에 알려진 접합이 용이한 물질을 사용할 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 은 페이스트(siver paste), 솔더(solder) 등이 있다. 또한, 필요에 따라 사파이어 기판면에 금속 박막을 증착하여 접합력을 개선할 수도 있으며 In, Sn 계열의 녹는점이 낮은 합금을 증착하여 접합 금속으로 이용할 수도 있는데, 금속 박막을 증착한다면 적어도 브레이킹 단계 이전에 수행하는 것이 적절하다.After bonding the second surface of the processed sapphire substrate to the lead frame, the first substrate is separated. Bonding the sapphire substrate and the lead frame may be a material that is easily known in the art, and non-limiting examples thereof include silver paste, solder, and the like. In addition, if necessary, a thin metal film may be deposited on the surface of the sapphire substrate to improve bonding strength, and a low melting point alloy of In and Sn may be used as a bonding metal. If the metal thin film is deposited, at least before the breaking step is performed. It is appropriate.
상기 5) 단계의 제 2 기판 분리법과 유사하게 진행함으로써 리드프레임 상에 부착된 사파이어 기판과 제 1 기판의 접합체로부터 제 1 기판을 용이하게 분리할 수 있다. 이때, 제 1 기판이 분리되더라도 사파이어 기판은 이미 리드프레임에 완전히 접합된 상태이므로, 사파이어 기판의 구조적 안정성은 그대로 유지된다. By proceeding similarly to the second substrate separation method of step 5), it is possible to easily separate the first substrate from the bonded body of the sapphire substrate and the first substrate attached on the lead frame. At this time, even if the first substrate is separated, since the sapphire substrate is already completely bonded to the lead frame, the structural stability of the sapphire substrate is maintained as it is.
7) 와이어 본딩7) wire bonding
다음으로, 사파이어 기판상에 제작된 발광다이오드부 중 n-오믹 접촉 금속층과 p-오믹 접촉 금속층을 각각 금(gold) 와이어 본딩을 통해 외부 전원과 연결하면 하기 도 1과 같은 전면발광형 발광다이오드 소자가 제작된다(도 3g 참조). 이때, 도 1의 리드프레임 형상은 저출력용의 발광다이오드 소자 제작에 주로 이용되는 램프형이며, 고출력의 경우에는 리드프레임의 형상이 표면실장형(SMD) 등이 된다. Next, when the n-omic contact metal layer and the p-omic contact metal layer of the light emitting diode parts fabricated on the sapphire substrate are connected to an external power source through gold wire bonding, the front light emitting diode device as shown in FIG. Is produced (see FIG. 3G). In this case, the shape of the lead frame of FIG. 1 is a lamp type mainly used for fabricating a light emitting diode device for low output, and in the case of a high output, the shape of the lead frame is a surface mount type (SMD) or the like.
8) 몰딩 단계8) Molding Step
이후 에폭시와 같은 몰딩재, 형광체 또는 형광체가 혼합된 몰딩재를 씌우면 발광 다이오드 소자의 제작이 완료된다(도 3g 참조).Subsequently, when a molding material such as epoxy, a fluorescent material or a molding material mixed with a phosphor is covered, the manufacturing of the light emitting diode device is completed (see FIG. 3G).
전술한 바와 같이 구성된 발광다이오드 소자는 하기와 같은 원리에 의해 작동될 수 있다. 즉, 외부 전원과 연결된 와이어를 통해 특정 전압이 인가되면, n형 도전성 패드부, n-형 오믹 접촉 금속, n형층을 통해 음극이 연결되고, p형 도전성 패드부, p-형 오믹 접촉 금속, p형층을 통해 양극이 연결되어 전류가 주입된다. 이로 인해 활성층에서는 전자와 정공이 서로 재결합하면서 활성층의 밴드갭 또는 에너지 레벨 차이에 해당하는 만큼의 에너지를 갖는 빛을 발광하게 된다. The light emitting diode element constructed as described above can be operated by the following principle. That is, when a specific voltage is applied through a wire connected to the external power source, the negative electrode is connected through the n-type conductive pad portion, the n-type ohmic contact metal, the n-type layer, the p-type conductive pad portion, the p-type ohmic contact metal, The anode is connected through the p-type layer to inject current. As a result, in the active layer, electrons and holes recombine with each other to emit light having an energy corresponding to a band gap or energy level difference of the active layer.
상기에 제시된 본 발명의 사파이어 기판 가공 기술을 이용할 경우, 단순한 제작 공정, 낮은 생산 단가, 높은 양산성 등의 장점을 가진 전면발광형 고출력 발광 다이오드 제작이 가능하다. 특히 열방출이 개선되어 소자의 신뢰성이 확보되므 로, 향후 방대한 시장 형성이 예측되는 LCD TV용 광원 및 조명 기기 등의 응용 제품 제작에 강점을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 사파이어 기판의 가공기술 구현으로 인하여 고출력 발광 다이오드의 제작에 획기적인 전환점이 될 수 있다. When using the sapphire substrate processing technology of the present invention presented above, it is possible to manufacture a top-emitting high-power LED having advantages such as a simple manufacturing process, low production cost, high mass production. In particular, since heat dissipation is improved and reliability of the device is secured, it may have strength in manufacturing application products such as light sources and lighting devices for LCD TVs, which are expected to form a huge market in the future. Due to the implementation of the processing technology of the sapphire substrate according to the present invention it can be a breakthrough turning point in the manufacture of high-power LEDs.
전술한 사파이어 가공 기술을 이용한 본 발명의 전면 발광형 발광다이오드 소자의 제조방법의 바람직한 일 실시예로는, 발광 다이오드 결정 구조가 성장된 사파이어 기판을 리드프레임에 올린 후 양(兩) 전극(11, 12)을 형성시키고 이들을 각각 외부 전원에 연결하는 방식에 의하여 제조되며, 각 공정은 하기와 같이 구성될 수 있다.According to a preferred embodiment of the method of manufacturing the top-emitting LED device of the present invention using the sapphire processing technique described above, after the sapphire substrate on which the LED crystal structure is grown is placed on the lead frame, the
(1) 사파이어 기판 상에 발광다이오드부 성장 단계(1) growing light emitting diode part on sapphire substrate
우선, 금속유기화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition: MOCVD) 등의 방법을 사용하여 n형층, 활성층(일명 발광층), p형층이 차례로 적층된 사파이어 기판(10)을 준비한다. 이때, 상기 n형층, 활성층, p형층은 당업계에 알려진 통상적인 질화갈륨계 화합물, 예컨대 GaN, GaAlN, InGaN, InAlGaN 또는 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성시킬 수 있으며, 필요에 따라 이들 화합물 반도체층와 사파이어 기판 사이에 버퍼층을 형성할 수도 있다. First, a
(2) 식각 단계(2) etching step
소정의 영역에 해당하는 p형층과 활성층을 건식 에칭하여 n형층의 일부 상면을 노출시킨다. The p-type layer and the active layer corresponding to the predetermined region are dry etched to expose a portion of the upper surface of the n-type layer.
(3) n-오믹 접촉 금속 형성 단계(3) n-omic contact metal forming step
식각 처리를 통해 드러난 n형층 표면에 소정의 전압을 인가하기 위한 n-형 오믹 접촉 금속을 증착시킨다. An n-type ohmic contact metal is deposited to apply a predetermined voltage to the n-type layer surface exposed through the etching process.
(4) p-오믹 접촉 금속 또는 투광성 p-오믹 접촉 금속 형성 단계(4) forming a p-omic contact metal or a translucent p-omic contact metal
발광다이오드부 상부인 p형층 표면에 진공 증착으로 투광성 p-오믹 접촉 금속을 형성시키고 열처리를 수행한 후, 와이어 본딩을 위한 p-오믹 접촉 금속을 형성하여 p-오믹 접촉을 형성한다. 보다 간편한 제작을 위해서는 상기 식각 단계(2) 수행 후, 투광성 p-오믹 접촉 금속을 형성시키고 이어서 열처리를 수행한 후 n-오믹 접촉 금속과 p-오믹 접촉 금속을 동시에 형성시킬 수도 있다.After forming a light-transmissive p-omic contact metal by vacuum deposition on the surface of the p-type layer on the light emitting diode portion and performing heat treatment, a p-omic contact metal for wire bonding is formed to form a p-omic contact. For easier fabrication, after performing the etching step (2), a light-transmissive p-omic contact metal may be formed, followed by heat treatment, and then an n-omic contact metal and a p-omic contact metal may be simultaneously formed.
(5) 제 1 기판의 접합 단계 (도 3b 참조)(5) bonding step of the first substrate (see Fig. 3b)
전술한 바와 같이, 사파이어 기판상에 성장된 발광다이오드부와 제 1 기판의 제 1면을 제 1 접합제를 사용하여 접합시킨다.As described above, the light emitting diode portion grown on the sapphire substrate and the first surface of the first substrate are bonded using the first bonding agent.
(6) 제 2 기판의 접합 단계 (도 3c 참조)(6) bonding step of the second substrate (see Fig. 3c)
전술한 바와 같이, 제 1 기판의 제 2면과 제 2 기판의 제 1면을 제 2 접합제를 사용하여 접합시킨다.As mentioned above, the 2nd surface of a 1st board | substrate and the 1st surface of a 2nd board | substrate are bonded together using a 2nd bonding agent.
(7) 사파이어 기판면의 가공(폴리싱) 단계 (도 3d 단계)(7) Processing (Polishing) Step of Sapphire Substrate Surface (Step 3D)
전술한 본 발명의 사파이어 가공 기술에 따라 원하는 두께 범위로 가공한다. The sapphire processing technique of the present invention described above is processed to a desired thickness range.
(8) 제 2 기판 분리 (도 3e 참조)(8) second substrate separation (see FIG. 3E)
전술한 바와 같이, 제 2 접합제만이 갖는 고유한 물성, 예컨대 점착 저하 온도, 용융점, 광조사에 대한 감응성, 선택적인 용매 사용 또는 이들의 혼합 방식을 적용하여 제 2 기판을 분리한다.As described above, the second substrate is separated by applying inherent physical properties of only the second binder, such as adhesion lowering temperature, melting point, sensitivity to light irradiation, selective solvent use, or a mixture thereof.
(9) 단위칩 분리 단계 (도 3f 참조)(9) unit chip separation step (refer to FIG. 3f)
전술한 본 발명의 사파이어 가공 기술에 따라 제 1 기판과 가공된 사파이어 기판의 접합체를 스크라이빙/브레이킹 처리하여 단위 발광다이오드 칩(chip)을 형성한다. According to the sapphire processing technology of the present invention described above, a unit light emitting diode chip is formed by scribing / breaking the bonded body of the first substrate and the processed sapphire substrate.
(10) 리드프레임과의 접합 및 제 1 기판 분리 단계(10) Bonding to the Leadframe and Separating the First Substrate
단위칩 형태로 사파이어 기판의 제 2면(가공면)을 발광다이오드 패키징을 위한 리드프레임에 접합시킨다. 접합에는 당 분야에 알려진 접합제, 예컨대 은 페이스트(silver paste), 솔더(solder), Sn 계열의 저융점 합금 박막, 혹은 In 계열의 저융점 합금 박막 등이 사용될 수 있다. 이후 전술한 바와 같이 제 1 기판을 제거한다.A second surface (processing surface) of the sapphire substrate in the form of a unit chip is bonded to a lead frame for packaging a light emitting diode. A bonding agent known in the art may be used, for example, silver paste, solder, Sn-based low melting alloy thin film, or In-based low melting alloy thin film. Thereafter, as described above, the first substrate is removed.
(11) 와이어 본딩 및 몰딩재 처리 단계(11) wire bonding and molding material processing step
양극 및 음극 결선을 위한 금(gold) 와이어 본딩을 수행한 후, 에폭시와 같은 몰딩재 또는 형광체가 혼합된 몰딩재를 씌워서 발광다이오드 제작을 완료한다.After performing gold wire bonding for anode and cathode connection, a light emitting diode is fabricated by covering a molding material such as epoxy or a molding material in which phosphors are mixed.
상기 제시된 발광다이오드 소자의 제조 방법은 바람직한 일 실시 형태를 든 것에 불과하며, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. The method of manufacturing the above-described light emitting diode device is merely a preferred embodiment, and the present invention is not limited thereto.
본 발명은 상기와 같이 제조된 발광다이오드 소자를 제공한다. 이때, 본 발명의 발광다이오드 소자는 당 업계에 알려진 통상적인 발광 다이오드 소자, 예컨대 청색 질화물계 발광다이오드 소자 뿐만 아니라 다른 모든 파장의 발광다이오드 소자를 포함하며, 사파이어 기판을 일 구성 요소로 하는 모든 발광다이오드 소자에 적용 가능하다.The present invention provides a light emitting diode device manufactured as described above. In this case, the light emitting diode device of the present invention includes not only a conventional light emitting diode device known in the art, for example, a blue nitride-based light emitting diode device, but also a light emitting diode device of all other wavelengths, and all light emitting diodes having a sapphire substrate as one component. Applicable to the device.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법에 따라 제조되는 발광다이오드 소자를 구 비하는 발광 장치를 제공한다. 상기 발광 장치는 발광다이오드 소자를 구비하는 모든 발광 장치를 포함하며, 일례로 조명 장치, 표시부, 살균 램프, 디스플레이부 등이 있다.The present invention also provides a light emitting device comprising a light emitting diode device manufactured according to the above method. The light emitting device includes all light emitting devices including light emitting diode elements. Examples of the light emitting device include a lighting device, a display unit, a germicidal lamp, and a display unit.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by explaining preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited by the following examples.
[실시예 1 ~ 11. 발광다이오드 소자의 제조][Examples 1 to 11. Fabrication of Light-Emitting Diode Device]
실시예 1 Example 1
1-1. 사파이어 기판과 실리콘 웨이퍼 접합1-1. Sapphire Substrate and Silicon Wafer Bonding
GaN형 발광다이오드부가 형성된 2 인치 사파이어 기판을 제 1 접합제로 왁스를 사용하여 250 ㎛ 두께를 가진 2 인치 실리콘 웨이퍼에 접합시켰다. 이때 접합시킬 부분에 왁스(Shift wax)를 올려 녹은 후, 왁스를 120℃로 가열하여 액체 상태로 만들어 실리콘 웨이퍼와 사파이어 웨이퍼의 발광다이오드부 면(面)을 접합시켰으며, 이후 프레스를 이용하여 180℃에서 압착하여 접착시켰다. A 2 inch sapphire substrate on which a GaN type light emitting diode portion was formed was bonded to a 2 inch silicon wafer having a thickness of 250 μm using wax as the first bonding agent. At this time, the wax (Shift wax) is put on the melted part, and then the wax is heated to 120 ° C. to make a liquid state, and then the surface of the light emitting diode part of the silicon wafer and the sapphire wafer is bonded. It was bonded by pressing at 占 폚.
1-2. 세라믹 블록과 접합1-2. Bonding with ceramic blocks
이어서, 제 2 접합제로서 측쇄 결정성 고분자 및 감압 접착제를 사용하여 70 내지 100℃로 승온시켜서 이를 세라믹 블록에 접합시켰다. 제 2 접합제가 부착된 세라믹 블록의 면과 사파이어 기판이 접합된 실리콘 웨이퍼의 뒷면을 접착시킨 후 프레스로 압착하면서 상온으로 식혀 세라믹 블록과의 접착을 완성하였다. Subsequently, it heated up to 70-100 degreeC using the side chain crystalline polymer and a pressure sensitive adhesive as a 2nd bonding agent, and bonded it to the ceramic block. The surface of the ceramic block on which the second bonding agent is attached and the back surface of the silicon wafer on which the sapphire substrate is bonded are bonded together, and then cooled to room temperature while pressing in a press to complete adhesion to the ceramic block.
1-3. 사파이어 기판의 제 2면(후면) 가공1-3. Second surface (rear) processing of sapphire substrate
사파이어 기판의 뒷면을 1 단계로 다이아몬드 판과 물을 이용하여 갈아낸 후 , 2 단계로 CMP 슬러리가 들어간 오일(oil)로 갈아냈다. 이후 3 단계로 CMP 슬러리가 들어간 오일로 천천히 갈아내어 사파이어 기판의 두께를 약 35 ㎛ 정도의 두께로 가공하였다. The back surface of the sapphire substrate was ground in one step using a diamond plate and water, and then in two steps, an oil containing CMP slurry was ground. Thereafter, in three steps, the sapphire substrate was slowly ground to an oil containing CMP slurry, and the sapphire substrate was processed to a thickness of about 35 μm.
1-4. 세라믹 블록 제거1-4. Ceramic block removal
세라믹 블록을 제거하기 위하여, 세라믹 블록을 다시 70 내지 100℃ 정도의 온도로 가열함으로써, 사파이어 기판과 실리콘 웨이퍼 접합체로부터 세라믹 블록을 분리하였다. In order to remove a ceramic block, the ceramic block was again heated to the temperature of about 70-100 degreeC, and the ceramic block was isolate | separated from the sapphire substrate and the silicon wafer assembly.
1-5. 단위 발광 다이오드 칩 제조 및 리드프레임 접합1-5. Unit light emitting diode chip manufacturing and leadframe junction
이어서, 사파이어 기판면을 스크라이빙 및 브레이킹 처리하여 단위 발광 다이오드 칩의 크기로 잘라내었다. 잘라진 발광 다이오드 단위 칩의 사파이어 기판면을 리드프레임에 은페이스트를 이용하여 접합하였다. 접합시 온도는 약 110℃ 정도였다. Subsequently, the surface of the sapphire substrate was scribed and broken to cut out to the size of the unit light emitting diode chip. The sapphire substrate surface of the cut light emitting diode unit chip was bonded to the lead frame using silver paste. The temperature at the time of joining was about 110 degreeC.
1-6. 실리콘 웨이퍼 제거 및 발광 다이오드 제작1-6. Silicon Wafer Removal and Light Emitting Diode Fabrication
이후 리드프레임에 IPA를 넣어서 왁스를 녹여냄과 동시에 실리콘 웨이퍼를 제거하고 추가적인 IPA 처리로 세정하였다. 노출된 발광 다이오드 구조에 금 와이어 본딩을 수행하고 몰딩하여 발광다이오드 소자 제작을 완료하였다.After the IPA was added to the leadframe, the wax was melted and the silicon wafer was removed and cleaned by an additional IPA treatment. Gold wire bonding was performed on the exposed LED structure and molding to complete the fabrication of the LED device.
[실시예 2 ~ 11][Examples 2 to 11]
제 1 접합제와 제 2 접합제를 하기 표 1과 같이 사용하여 실시한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 발광다이오드 소자를 제작하였다.A light emitting diode device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the first bonding agent and the second bonding agent were used as in Table 1 below.
본 발명은 전면발광형 발광 다이오드의 제작에 사용되는 사파이어 기판의 두께를 최소화하는 방법에 관한 것으로, 종래 기술에 의한 전면발광형 구조에 비하여 열방출이 개선되므로 특히 고출력 발광 다이오드의 제작에 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a method for minimizing the thickness of a sapphire substrate used in the fabrication of a top light emitting diode, and is particularly useful in the manufacture of high power light emitting diodes since heat dissipation is improved compared to the top light emitting structure according to the prior art. Can be.
Claims (18)
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
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