KR20180083055A - 기판 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡면을 갖는 기판과 유연성 기판을 접합하는 방법에 관한 것으로, 유연성 기판을 U자 형태로 조정하여 접합 패드에 안착함으로써 안착 정밀도를 높일 수 있는 기판 접합 방법에 관한 것이다.

Description

기판 접합 방법{Method for Bonding Substrates}

본 발명은 기판 접합 방법에 관한 것으로, 구체적으로 곡면을 갖는 기판과 유연성 기판을 접합하는 방법에 관한 것이다.

휴대형 전자기기의 경우, 휴대성을 위한 소형 및 경량화와 최대한 많은 양의 정보를 표시하기 위한 디스플레이의 대면적화라는 상반된 두 가지 요구를 만족하여야 한다.

이를 위하여 특성의 손실 없이 휘거나 구부리거나 말 수 있는 유연성 디스플레이가 개발되고 있다.

특히, 주어진 장치의 크기 내에서 최대한의 디스플레이를 확보하기 위하여 대한민국 공개특허 제10-2015-0044870호에서는, 플렉서블 표시부를 갖는 휴대단말에서 플렉서블 표시부를 전면의 메인 표시영역과 측면의 보조 표시영역으로 구분하여, 측면을 표시 영역의 일부로 활용하고 있다.

이와 같이 곡면을 갖는 기판을 접합하기 위해서는 기존의 평면형 기판 접합 장치와는 다른 곡면형 기판 접합 장치가 요구된다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2014-0139361호에서는, 적어도 일부분이 굴곡지게 형성되는 커버 윈도우를 안착하기 위하여 굴곡지게 형성되는 제1 지그를 사용하고 이에 대향하도록 배치되며 커버 윈도우와 라미네이션되는 패널 부재를 배치하기 위하여 굴곡지게 형성되는 제2 지그를 사용하는 라미네이션 방법을 개시하고 있다.

이와 같이 곡면을 갖는 기판과 유연성 기판을 접합하는 경우, 기판의 정렬이 매우 중요한 문제이나 미세한 정렬을 위해서는 정렬 시간이 늘어나 양산성의 측면에서 불리하게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0044870호 대한민국 공개특허 제10-2014-0139361호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 기판 접합 방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 곡면을 갖는 기판과 유연성 기판을 신속하고 정확하게 접합할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 곡면을 갖는 기판의 접합 공정을 간소화하여 양산성을 확보할 수 있는 기판 접합 방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 곡면을 갖는 제1 기판을 지그에 안착하는 단계; 상기 제1 기판과 접합될 유연성의 제2 기판을 상기 지그와 대향하여 배치되는 접합 패드 위쪽에서 U자 형태로 조정하는 단계; 상기 제2 기판의 중앙부가 상기 제2 기판의 주변부에 비해 상기 접합 패드에 먼저 접촉하도록 하여 상기 제2 기판을 상기 접합 패드에 안착하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접촉하도록 상기 지그 및 상기 접합 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함하는 기판 접합 방법을 제공한다.

상기 제2 기판을 U자 형태로 조정하는 단계에서는, 상기 제2 기판은 클램프에 의해 고정되며, 상기 클램프를 내측으로 이동함에 의하여 상기 제2 기판을 U자 형태로 조정할 수 있다.

또한, 상기 제2 기판을 U자 형태로 조정하는 단계에서, 상기 제2 기판의 끝점과 상기 제2 기판의 정중앙 지점을 연결한 선이 상기 제2 기판의 끝점을 지나며 상기 제1 기판의 수평면과 수직을 이루는 선과 이루는 각도가 40° 내지 60°인 것이 바람직하다.

상기 제2 기판을 상기 접합 패드에 안착하는 단계에서는, 상기 접합 패드를 상승시켜 상기 제2 기판을 상기 접합 패드에 안착할 수 있으며, 상기 지그 및 상기 접합 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계에서, 상기 접합 패드를 상승시켜 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접촉하도록 할 수 있다.

상기 접합 패드는 중앙부가 주변부에 비해 돌출된 형상을 가질 수 있으며, 상기 접합 패드는 쇼어경도 30 내지 90의 연성 재료로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 지그 및 상기 접합 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계는 50 Pa 이하의 진공 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 기판 접합 방법에 의하면, 곡면을 갖는 기판과 유연성 기판을 접합할 때 높은 정밀도로 유연성 기판을 접합 패드에 안착할 수 있어 신속하고 정확하게 기판을 접합할 수 있으며, 이에 따라 양산성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법을 수행하기 위한 기판 접합 장치의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법의 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법에 따라 접합된 기판의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법에서 유연성 기판이 접합 패드에 안착될 때의 안착 정밀도를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법에서 유연성 기판의 형태를 설명하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기판 접합 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 첨부된 도면들은 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 상의 편의를 위해 일부 구성요소들은 도면 상에서 과장되게 표현되거나, 축소 또는 생략되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법을 수행하기 위한 기판 접합 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법을 수행하기 위한 기판 접합 장치는 지그(100) 및 이와 대향하여 배치되는 접합 패드(200)를 포함하며, 지그(100)와 접합 패드(200) 중 적어도 하나를 이동시킬 수 있는 구동부(도시하지 않음)를 포함하여 구성된다.

지그(100)는 곡면을 갖는 제1 기판(도 2a; 150)을 안착하는 장치로서, 통상 접합하고자 하는 제1 기판과 동일한 곡면 형상을 갖도록 구성된다. 구체적으로 제1 기판(150)의 평평한 부분이 안착하도록 지그(100)의 일부가 평평하고, 제1 기판(150)의 곡면 부분이 안착하도록 지그(100)의 일부가 곡면 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

지그(100)는, 예를 들면, 공기 흡입을 통해 제1 기판(150)을 고정하고 해제할 수 있다.

지그(100)의 재질은 알루미늄 등의 금속이나 플라스틱과 같은 강성 재질로 이루어질 수 있다.

접합 패드(200)는 통상 유연성의 제2 기판(도 2f, 250)이 안착되는 장치로서, 지그(100)와 대향하여 배치된다.

접합 패드(200)는 쇼어경도 30 내지 90를 갖는 실리콘, 우레탄, NBR(Nitrile butadiene rubber) 등의 연성 재질로 이루어질 수 있으며, 기본적으로 지그(100)와 유사한 곡면 형태를 가질 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 접합 패드(200)의 중앙 부분이 평평하고, 접합 패드(200)의 가장자리 부분은 곡면으로 형성될 수 있다.

그러나, 곡면을 갖는 기판을 접합할 때 유연성의 제2 기판(250)에 적절한 압력을 가할 수 있도록 접합 패드(200)의 형상을 일부 변형하는 것도 가능하다. 예를 들면, 접합 패드(200)의 중앙부가 주변부에 비해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 접합 패드(200)의 중앙부가 주변부에 비해 돌출된 형상을 가지는 경우, 지그(100)와 접합 패드(200) 중 적어도 하나를 이동시켜 제1 및 제2 기판(150, 250)을 접합할 때, 제2 기판(250)의 중앙부가 제1 기판(150)의 중앙부와 먼저 접합되고 이어서 중앙부로부터 주변부로 순차적으로 접합된다. 이에 의하여 제1 기판(150)과 제2 기판(250)이 접합될 때 기포의 발생을 억제할 수 있다.

이제, 도 1에 나타난 바와 같은 장치를 이용하여, 곡면을 갖는 제1 기판(150)과 유연성의 제2 기판(250)을 접합하는 방법을 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 접합 방법의 공정 단면도이다.

먼저, 도 2a에 나타난 바와 같이, 곡면을 갖는 제1 기판(150)을 지그(100)에 안착한다.

제1 기판(150)은, 예를 들면, 디스플레이 장치의 외면을 보호하는 커버 윈도우일 수 있으며, 특히 곡면형 디스플레이를 채용하는 스마트폰과 같은 개인 휴대용 스마트 기기의 커버 윈도우일 수 있다. 제1 기판(150)의 재질은 통상 플라스틱, 유리 등의 강성 재질이다.

다음, 도 2b에 나타난 바와 같이, 제2 기판(250)을 흡입판(300) 위에 안착하고 흡입 고정한다.

제2 기판(250)은 디스플레이 장치의 커버 윈도우 아래에 위치하는 임의의 장치일 수 있으며, 필름 위에 포토리소그래피, 스크린 인쇄 등을 사용하여 베젤 패턴을 형성한 데코레이션 필름, 필름형 터치패널, 필름형 디스플레이 패널, 편광판 등을 포함한다. 그 재질로는 PET, TAC, COP, PI 등의 연성 재질을 포함하여 굴곡에 대한 내구성을 가지는 모든 재질이 적용될 수 있다. 또한, 제2 기판(250)은 제1 기판(150)과의 접합을 위하여 점착제층을 포함할 수 있다.

제2 기판(250)이 고정된 흡입판(300)은 직선운동을 통해 접합 패드(200) 위쪽으로 이동한다(도 2c).

이제, 제2 기판(250)을 클램프(400)로 고정한 다음, 흡입판(300)을 지그(100)와 접합 패드(200)의 사이로부터 후퇴시켜 제거한다(도 2d).

다음, 도 2e에 나타난 바와 같이, 양쪽 클램프(400)를 내측으로 일부 이동하여 제2 기판(250)이 U자 형상이 되도록 한다.

여기에서, 도 2d에 나타난 흡입판(300)의 제거 과정과 도 2e에 나타난 클램프(400)의 내측 방향 이동 과정이 별개의 과정으로 이루어지지 않고 동시에 이루어질 수도 있다. 즉, 흡입판(300)을 제거하면서 동시에 클램프(400)를 안쪽으로 이동하여 제2 기판(250)을 U자 형상으로 만들 수 있다. 이와 같이 할 경우, 공정 단계와 시간이 단축된다.

이제, U자 형상으로 된 제2 기판(250) 쪽으로 접합 패드(200)가 상승하여 접합 패드(200) 위에 제2 기판(250)을 안착하고, 제1 기판(150)과 제2 기판(250)을 정렬한다(도 2f).

제2 기판(250)을 U자 형태로 형성하면 제2 기판(250)을 접합 패드(200) 위에 안착할 때 제2 기판(250)의 중앙부가 접합 패드(200)에 가장 먼저 접촉하게 되어 안착 정밀도를 향상시킬 수 있다.

제2 기판(250)을 접합 패드(200)에 안착할 때, 안착의 정밀도는 도 4에 나타난 ①과 ②의 값을 기준으로 |①-②|/2의 값이 50μm 이하가 되는 것이 일반적으로 요구된다.

한편, 제2 기판(250)을 U자 형상으로 만들 때 제2 기판(250)이 많이 휘게 되면 안착 정밀도를 향상시킬 수 있지만, 제2 기판(250)이 지나치게 휘는 경우 기판의 재질과 그 위에 형성된 소자들이 유연성을 가지는 경우에도 기판이나 소자의 손상이 발생할 수 있다.

따라서, 안착의 정밀도를 확보하면서도 기판이 손상되지 않도록 하는 것이 기판 접합 과정에서 중요하다.

아래의 표 1은 유연성의 제2 기판(250)의 각도와 그에 따른 안착 정밀도 및 기판 손상 여부를 나타내고 있다.

도 5는 표 1에 사용된 각도의 계산 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 이를 참조하면, 표 1의 첫번째 열에 표시된 각도는 클램프(400)에 고정되는 제2 기판(250)의 끝점(A)과 제2 기판(250)의 정중앙 지점(B)을 연결한 선이 접합될 제1 기판(150)의 수평면과 수직을 이루는 선과 이루는 각도(θ)를 가리킨다.

각도(°)	정밀도(μm)	기판손상
180	-	-
170	900	손상
160	800	손상
150	700	손상
140	600	없음
130	500	없음
120	400	없음
110	300	없음
100	200	없음
90	-	-
80	100	없음
70	80	없음
60	50	없음
50	40	없음
40	30	없음
30	20	손상
20	10	손상
10	5	손상
0	-	-

표 1에 나타난 바와 같이, θ가 60°이하이면 통상 요구되는 50μm 이하의 안착 정밀도를 얻을 수 있다. 그러나, θ가 30°이하가 될 경우 제2 기판의 손상을 가져올 수 있다.

따라서, θ의 범위는 40° 내지 60°의 범위인 것이 바람직하다.

한편, 위에서는 먼저 지그(100)에 제1 기판(150)을 안착하고, 접합 패드(200)에 제2 기판(250)을 안착하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이런 순서로 진행되어야 할 필요는 없으며, 제2 기판(250)을 먼저 안착하거나, 제1 기판(150)과 제2 기판(250)을 동시에 안착하는 것도 가능하다.

다음, 도 2g에 나타난 바와 같이, 제2 기판(250)이 안착된 접합 패드(200)를 계속 상승시켜, 제1 기판(150)과 제2 기판(250)이 접촉하고 합착되도록 한다.

상술한 공정, 특히, 도 2g에 나타난 바와 같이 제1 기판(150)과 제2 기판(250)이 접촉하고 합착되는 과정은 진공에서 수행되는 것이 바람직하다. 이는 기포 발생 등의 불량을 방지하기 위한 것으로, 진공 챔버 내의 압력은 50Pa 이내가 바람직하다.

이제, 서로 합착된 제1 기판(150)과 제2 기판(250)으로부터 접합 패드(250)를 하강시켜 분리하고(도 2h), 지그(100)로부터 서로 합착된 제1 기판(150)과 제2 기판(250)을 분리하면, 도 3에 도시한 바와 같이 곡면을 갖는 제1 기판(150)과 유연성의 제2 기판(250)이 합착된 장치가 완성된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 지그 150: 제1 기판
200: 접합 패드 250: 제2 기판
300: 흡입판 400: 클램프

Claims (8)

1. 곡면을 갖는 제1 기판을 지그에 안착하는 단계;
   상기 제1 기판과 접합될 유연성의 제2 기판을 상기 지그와 대향하여 배치되는 접합 패드 위쪽에서 U자 형태로 조정하는 단계;
   상기 제2 기판의 중앙부가 상기 제2 기판의 주변부에 비해 상기 접합 패드에 먼저 접촉하도록 하여 상기 제2 기판을 상기 접합 패드에 안착하는 단계; 및
   상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접촉하도록 상기 지그 및 상기 접합 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함하는
   기판 접합 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 기판을 U자 형태로 조정하는 단계에서,
   상기 제2 기판은 클램프에 의해 고정되며, 상기 클램프를 내측으로 이동함에 의하여 상기 제2 기판을 U자 형태로 조정하는,
   기판 접합 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 기판을 U자 형태로 조정하는 단계에서,
   상기 제2 기판의 끝점과 상기 제2 기판의 정중앙 지점을 연결한 선이 상기 제2 기판의 끝점을 지나며 상기 제1 기판의 수평면과 수직을 이루는 선과 이루는 각도가 40° 내지 60°인
   기판 접합 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2 기판을 상기 접합 패드에 안착하는 단계에서,
   상기 접합 패드를 상승시켜 상기 제2 기판을 상기 접합 패드에 안착하는
   기판 접합 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 지그 및 상기 접합 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계에서,
   상기 접합 패드를 상승시켜 상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 접촉하도록 하는,
   기판 접합 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 접합 패드는 중앙부가 주변부에 비해 돌출된 형상을 갖는,
   기판 접합 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 접합 패드는 쇼어경도 30 내지 90의 연성 재료로 이루어진,
   기판 접합 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 지그 및 상기 접합 패드 중 적어도 하나를 이동시키는 단계는 50 Pa 이하의 진공 상태에서 수행되는,
   기판 접합 방법.

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