WO2022086035A1 - 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법 - Google Patents

흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법 Download PDF

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WO2022086035A1
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substrate
bonding
upper substrate
lower substrate
gap
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PCT/KR2021/014122
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당현우
심지훈
장상복
이보라
김대호
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주식회사 나래나노텍
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    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
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    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for bonding a substrate using a bonding material having flowability, and more particularly, to a bonding material having flowability during substrate bonding through a series of sequential operations in the substrate bonding process overflows or overflows. Or it relates to a substrate bonding apparatus and method using a bonding material having flowability, which improves the empty phenomenon.
  • Optically clear resin is easy to rework and has excellent gap filling ability compared to optically clear adhesive tape (OCA). Or, care must be taken to avoid voids.
  • Most of the existing silicon-based OCRs have a characteristic that the curing reaction proceeds through a time delay after exposure to ultraviolet (UV) light. ) or an empty phenomenon occurs frequently.
  • UV ultraviolet
  • Korean Patent Publication No. 10-1979726 describes a bonding apparatus and method for curved substrates, but provides specific solutions to problems that may occur during substrate bonding using the above-described liquid or liquid bonding material having flowability. can't do it Accordingly, there is a need for a substrate bonding apparatus and/or method for improving the uniformity of adhesion between substrates in a bonding process of a substrate, particularly a curved substrate, using a substrate bonding material having flowability.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, a bonding material having flowability during substrate bonding through a series of sequential operations in a substrate bonding process overflows or overflows (empty) phenomenon It is to provide an apparatus and method for bonding a substrate using a bonding material having flowability, which is improved.
  • an apparatus for bonding a substrate using a bonding material having flowability comprising: a mold upper plate provided with an upper substrate; a mold lower plate provided with a lower substrate onto which the bonding material is loaded; The upper substrate and the lower substrate are respectively provided on both sides of the upper plate of the mold or the lower plate of the mold, and when the upper substrate and the lower substrate are bonded, the upper substrate and the lower substrate to control the motion and position of one or both of the upper substrate and the lower substrate a gap block for sensing the interval of ; and a control device for controlling the operation of the upper mold plate, the lower mold plate, and the gap block, wherein the motion and position of any one or both of the upper substrate and the lower substrate when the upper substrate and the lower substrate are attached It is characterized in that it is controlled using a rheological property of the surface tension of the cementing material by the control device.
  • a method of bonding a substrate using a bonding material having flowability comprises the steps of providing an upper substrate and a lower substrate to a substrate bonding apparatus and loading the bonding material onto the lower substrate; bonding the upper substrate and the lower substrate; UV curing the side surface of the bonding material; thermally curing the cementation material; and discharging and inspecting the bonded substrates from the substrate bonding apparatus, wherein the bonding step is such that the motion and position of any one or both of the upper substrate and the lower substrate when the upper substrate and the lower substrate are bonded. It is characterized in that it is controlled using a rheological property of the surface tension of the cementation material.
  • the bonding material overflows or overflows due to the flowability of the bonding material during the bonding process of a substrate, particularly a curved substrate. It provides the effect of improving the adhesion uniformity of the substrate by improving the empty) phenomenon.
  • FIG. 1 is a schematic view of a portion including a mold in an apparatus for bonding a curved substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a series of sequential operations in which a substrate bonding apparatus performs a bonding process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic schematic diagram illustrating a series of sequential operations in which a substrate bonding apparatus performs a bonding process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a substrate bonding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a resultant example of correct and incorrect execution of an operation in relation to a series of sequential operations for performing a substrate bonding process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of a portion including a mold in a device for bonding a curved substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a series of sequential operations in which the device for bonding a substrate according to an embodiment of the present invention performs a bonding process. It is a schematic schematic diagram showing
  • the substrate bonding apparatus 100 using a bonding material having flowability includes: a mold top plate 10 on which an upper substrate 12 is provided; a mold lower plate 20 provided with a lower substrate 22 on which the bonding material 50 is loaded; It is provided on both sides of the mold upper plate 10 or the mold lower plate 20, respectively, and when the upper substrate 12 and the lower substrate 22 are bonded together, one of the upper substrate 12 and the lower substrate 22 a gap block (30a, 30b) for sensing a distance between the upper substrate (12) and the lower substrate (22) to control the motion and position of one or both of them; and a control device (not shown) for controlling operations of the upper mold plate 10 , the mold lower plate 20 , and the gap blocks 30a and 30b, wherein the upper substrate 12 and the lower substrate 22 ), the motion and position of either or both of the upper substrate 12 and the lower substrate 22 during the cementation of the rheological property of the surface tension of the cementing material 50 by the control device. It is characterized in that it
  • the substrate bonding apparatus 100 using the bonding material having flowability may be an apparatus for bonding the curved substrates 12 and 22 as shown in FIG. 1 , in this case the mold upper plate 10 ) and the lower mold plate 20 are implemented in a curved shape corresponding to the curved substrates 12 and 22 .
  • the substrate bonding apparatus 100 is illustrated and described as an apparatus for bonding planar substrates, but this is only for convenience of explanation of a series of sequential operations performing the bonding process, and a curved surface It will be fully understood by those skilled in the art that the same is applicable to an apparatus and method for bonding a substrate.
  • the gap blocks 30a and 30b respectively provided on both sides of the lower mold plate 20 are positioned between the upper substrate 12 and the lower substrate 22, and the upper substrate 12 and
  • the sensor units 31a and 31b for sensing the gap between the lower substrate 22 and the sensor units 31a and 31b are provided under the sensor units 31a and 31b and are detachably coupled to the sensor units 31a and 31b to separate the sensor units. It may be composed of jigs (32a, 32b) for fixing the positions of (31a, 31b).
  • the sensor units 31a and 31b may include a pressure sensor (not shown) therein, and may sense the pressure applied during the bonding of the upper substrate 12 and the lower substrate 22 in real time.
  • the pressure sensor may generate a pressure sensing signal by converting the sensed pressure into an electrical signal.
  • the pressure sensor may generate a pressure sensing signal in an absolute pressure, a gauge pressure, or a differential pressure method, and through the generated pressure sensing signal, the motion of the upper mold plate 10 and/or the mold lower plate 20 and Control of the position and thus the motion and position of the upper substrate 12 and/or the lower substrate 22 is possible.
  • the sensor units 31a and 31b detect that the upper substrate 12 has reached the compression interval (ie, when the pressure sensor senses a pressure corresponding to the compression interval position), the upper substrate 12 .
  • the motion and position of the mold upper plate 10 are controlled so as to be positioned at this elongation interval, and the sensor units 31a and 31b detect that the interval between the substrates 12 and 22 reaches the elongation interval (ie, a pressure sensor).
  • the motion and position of the mold upper plate 10 are controlled so that the gap between the substrates 12 and 22 is positioned at the cementation gap.
  • one surface (upper surface or lower surface) of the sensor units 31a and 31b is the curved surface of the upper substrate 12 and It may be formed to have a matching curved surface, and in this case, the upper substrate 12 may be seated on a portion of the curved surface of the sensor units 31a and 31b.
  • the sensor parts 31a and 31b may be formed of an elastic material, and the jigs 32a and 32b may be formed of a hard material.
  • the elastic material may include a material having flexibility and elasticity, such as silicone, rubber, flexible synthetic resin, and the like
  • the hard material may include a material having high hardness, such as reinforced plastic or metal.
  • the bonding material 50 having flowability may be an optically transparent resin (OCR) used as an ultraviolet curable adhesive, or a liquid optically clear adhesive (LOCA).
  • OCR optically transparent resin
  • LOCA liquid optically clear adhesive
  • it may be a liquid or fluid with high viscosity such as other adhesives or film stock solutions.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a substrate bonding method according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate bonding method 400 using the bonding material 50 having flowability includes an upper substrate ( 12) and providing a lower substrate (22) and loading (410) the bonding material (50) onto the lower substrate (22); bonding (420) the upper substrate (12) and the lower substrate (22); UV curing (430) the side surface of the cementing material; thermally curing (440) the cementation material (50); and removing and inspecting the bonded substrates 12 and 22 from the substrate bonding apparatus 100, wherein the bonding step 420 includes the upper substrate 12 and the lower substrate 22. It is characterized in that the motion and position of the upper substrate 12 during the bonding of the substrate 12 is controlled using a rheological property of the surface tension of the bonding material 50 .
  • the bonding step 420 includes, more specifically, the step 422 of compressing one or both of the substrates 12 and 22 and placing them in a compression gap, the substrate stretching (424) one or both of the substrates (12,22) and positioning (424) one or both of the substrates (12,22) in the cementation gap (426)
  • the steps 422 , 424 , and 426 may be sequentially performed.
  • the distance between the substrates 12 and 22 may be adjusted by controlling the motion and position of the substrate 22 or controlling the motion and position of both the upper substrate 12 and the lower substrate 22 .
  • the gap blocks 30a and 30b are provided on both sides of the mold upper plate 10, respectively, and the positions of the sensor parts 31a and 31b and the jigs 32a and 32b constituting the gap blocks 30a and 30b are It should be noted that it may be provided in the opposite direction to the embodiment shown in FIG. 2 (that is, the jigs 32a and 32b are positioned at the upper part, and the sensor parts 31a and 31b are positioned at the lower part).
  • an upper substrate 12 and a lower substrate 22 are provided on the upper mold 10 and the lower mold 20 of the substrate bonding apparatus 100, respectively, and the bonding material 50 ) is loaded on the lower substrate 22 .
  • the control device (not shown) of the substrate bonding apparatus 100 controls the upper mold 10 to lower the upper substrate 12 to position it at a preset compression interval L1.
  • Perform operation 422 More specifically, the upper substrate 12 moves in the downward direction while narrowing the gap with the lower substrate 22 until the distance with the lower substrate 22 becomes the preset compression distance L1 .
  • the cementing material 50 is compressed so that both sides thereof are bulging, and the gap blocks 30a and 30b sense the force applied between the upper substrate 12 and the lower substrate 22 to perform the next operation. (ie, operation 424 ) is determined.
  • the force pressing the upper substrate 12 should be set to be smaller than the surface tension of the cementing material 50 corresponding thereto, and based on this, the compression interval L1 is preset, and the upper substrate 12 is initially The motion and position of the upper substrate 12 from position to compression gap L1 is controlled.
  • the control device (not shown) of the substrate bonding apparatus 100 controls the upper mold 10 to raise the upper substrate 12 to position it at a preset elongation interval L2.
  • An operation 424 is performed. More specifically, the upper substrate 12 moves upward while increasing the distance from the lower substrate 22 until the distance from the lower substrate 22 becomes the extension distance L2 .
  • the cementing material 50 is elongated and both sides are necked, and the gap blocks 30a and 30b sense the force released between the upper substrate 12 and the lower substrate 22 to generate the next A determination is made whether to perform an operation (ie, operation 426 ).
  • the force (releasing force) for raising the upper substrate 12 should be set to be smaller than the surface tension of the cementing material 50 corresponding thereto, and based on this, the elongation interval L2 is preset, and the upper substrate ( 12) The motion and position of the upper substrate 12 from the position of this compression gap L1 to the extension gap L2 is controlled.
  • a control device (not shown) of the substrate bonding apparatus 100 controls the upper mold 10 to lower the upper substrate 12 again, and is positioned at a preset bonding interval L3.
  • An operation 426 is performed. More specifically, the upper substrate 12 moves in the downward direction while narrowing the gap with the lower substrate 22 again until the gap with the lower substrate 22 becomes the bonding distance L3.
  • the cementation material 50 is aligned with the upper substrate 12 and the lower substrate 22 by a capillary action to keep the bonding distance L3 uniformly.
  • the force pressing the upper substrate 12 should be set to be equal to the surface tension of the cementing material 50 corresponding thereto.
  • a control device (not shown) of the substrate bonding apparatus 100 controls the upper mold 10 to control the motion of the upper substrate 12 and Although it is described as controlling the position by way of example, those skilled in the art may control the lower mold 20 or the upper mold 10 and the lower mold 20 at the same time by a control device (not shown) of the substrate bonding apparatus 100 . It will be fully understood that the motion and position of the lower substrate 22 can be controlled by controlling, or the motion and position of each of the upper substrate 12 and the lower substrate 22 can be simultaneously controlled.
  • the side surface of the bonding material 50 is UV cured (step 430).
  • the bonding material 50 is thermally cured (step 440 ), and the bonded substrates 12 and 22 are unloaded from the substrate bonding apparatus 100 and inspected (step 450 ).
  • the UV curing process is, in more detail, 1) a vertical scan method; and 2) there is a left and right scan method.
  • the UV irradiation device In the vertical scan method, the UV irradiation device is directed upward and then descends to harden the side of the bonding material, and in the left and right scan method, the UV irradiation device reciprocates one end and the other end of the substrate. It is a method of hardening the side of the cementing material while doing so.
  • FIG. 3 is a schematic schematic diagram illustrating a series of sequential operations in which a substrate bonding apparatus performs a bonding process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a detailed view of only the substrates 12 and 22 and the bonding material 50 separated from FIG. 2 for better understanding, and (a) to (d) of FIG. It corresponds to (a) to (d), respectively, and the movement of the substrates 12 and 22 and the change of the bonding material 50 accordingly are the same as described above in the description of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a resultant example of correct and incorrect execution of an operation in relation to a series of sequential operations for performing a substrate bonding process according to an embodiment of the present invention.
  • the substrates 12 and 22 and the bonding material 50 are substantially the same as those of reference numerals 422a, 424a, and 426, respectively, and when the above conditions are not satisfied, the substrates 12 and 22 and the bonding material 50 ) may have a shape similar to those of reference numerals 422b and 424b, respectively, and the reference numerals 422b and 424b may be an exemplary form in which the above conditions are not satisfied.
  • a force pressing the upper substrate 12 is applied to the corresponding bonding force. If it is controlled to be smaller than the surface tension of the material 50 (that is, when the conditions related to the surface tension are satisfied), the cementing material 50 is compressed to a state in which both sides are bulging 422a, and the upper substrate ( 12) If the pressing force is controlled to be greater than the surface tension of the corresponding cementing material 50 (that is, when the conditions related to the surface tension are not satisfied), the cementing material 50 is capillary break-up. ), the overflowing state 422b occurs.
  • a force for raising the upper substrate 12 is applied to the bonding material 50 corresponding thereto. ) to be smaller than the surface tension of (that is, when the conditions related to the surface tension are satisfied), the cementing material 50 is elongated to a state in which both sides are necked 424a, and the upper substrate 12 is removed.
  • the lifting force is controlled to be greater than the surface tension of the corresponding cementing material 50 (that is, when the condition related to the surface tension is not satisfied)
  • the cementing material 50 is in an empty state in which capillary breakage has occurred. (424b) becomes.
  • the force maintaining the bonding distance L3 is applied to the bonding material corresponding thereto.
  • the cementing material 50 is formed on the upper substrate 12 and the lower substrate 22 by capillary action. It is aligned with a state 426a in which the bonding interval L3 is maintained in a uniform state.
  • the distance between the substrates 12 and 22 is adjusted through motion and position control of the upper substrate 12 .
  • the distance between the substrates 12 and 22 can be adjusted through motion and position control of the upper substrate 12 and/or the lower substrate 22 .
  • the apparatus and method for bonding a substrate using a bonding material having flowability provides bonding of substrates by controlling a series of sequential operations according to conditions related to the surface tension of the bonding material in the bonding process.
  • the bonding material having flowability improves the overflow or empty phenomenon, thereby providing an effect of improving the adhesion uniformity of the substrate.

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 방법은 기판 합착 장치에 상부 기판 및 하부 기판을 제공하고 상기 합착 재료를 상기 하부 기판 상에 로딩하는 단계; 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판을 합착하는 단계; 상기 합착 재료의 측면을 자외선(UV) 경화하는 단계; 상기 합착 재료를 열 경화하는 단계; 및 합착된 기판을 상기 기판 합착 장치에서 반출하고 검사하는 단계를 포함하고, 상기 합착 단계는 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치가 상기 합착 재료의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에서는, 기판 합착 공정에서 합착 재료의 표면 장력과 관련된 조건에 따라 일련의 순차적 동작을 제어함으로써 기판 합착 시 흐름성을 갖는 합착 재료가 흘러넘치거나(overflow) 또는 비는(empty) 현상을 개선하여 기판의 접착 균일성이 향상되는 효과가 달성된다.

Description

흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법
본 발명은 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판 합착 공정에서 일련의 순차적 동작을 통해 기판 합착 시 흐름성을 갖는 합착 재료가 흘러넘치거나(overflow) 또는 비는(empty) 현상을 개선하는, 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법에 관한 것이다.
대형 TV를 비롯한 컴퓨터 모니터, 각종 휴대기기 및 각종 의료기기를 비롯한 전자산업 내의 디스플레이 시장은 나날이 수요가 증대되고 있다. 최근 들어 고성능 디스플레이에 대한 중요성이 강조되어 디스플레이의 화질을 개선하고 시인성을 향상시키려는 노력이 이루어지고 있다. 일 예로, 터치 패널과 디스플레이 간의 에어갭을 광학용 투명 접착제(예를 들어, OCR(optically clear resin), OCA(optically clear adhesive) 등)로 채우게 되면 시인성이 향상되므로 현재는 광학용 투명 접착제를 이용하여 에어갭을 없앤 제품들이 주류를 이루고 있는 추세이다.
광학용 투명 수지(OCR)는 광학용 투명 접착 테이프(OCA)에 비해 재작업이 용이하고 우수한 갭 충전(gap filling) 능력을 갖지만, 액체 형태이기 때문에 기판에 도포할 때나 합착 시에 버블(bubble) 또는 공동(void)이 발생하지 않도록 주의를 기울여야 한다. 현존하는 대다수의 실리콘계 OCR은 자외선(UV) 노광 후 시간 지연을 통해 경화 반응이 진행되는 특성을 지니고 있는 바, 기판, 특히 곡면 기판의 합착 공정 시 그 흐름성에 기인하여 합착 재료가 흘러넘치거나(overflow) 또는 비는(empty) 현상이 빈번하게 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1979726호는 곡면 기판용 합착 장치 및 방법에 관하여 기재하고 있으나, 상술한 흐름성을 갖는 액체 또는 액상의 합착 재료를 사용한 기판 합착 시 발생할 수 있는 문제에 대해서는 구체적인 해결책을 제시하지 못하고 있다. 이에 따라, 흐름성을 갖는 기판 합착 재료를 사용한 기판, 특히 곡면 기판의 합착 공정에서 기판 간 접착의 균일성을 향상시키기 위한 기판 합착 장치 및/또는 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판 합착 공정에서 일련의 순차적 동작을 통해 기판 합착 시 흐름성을 갖는 합착 재료가 흘러넘치거나(overflow) 또는 비는(empty) 현상을 개선하는, 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치는, 상부 기판이 제공되는 금형 상판; 상기 합착 재료가 로딩되는 하부 기판이 제공되는 금형 하판; 상기 금형 상판 또는 상기 금형 하판의 양측에 각각 제공되며, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치를 제어하도록 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 간격을 센싱하는 갭 블록; 및 상기 금형 상판, 상기 금형 하판 및 상기 갭 블록의 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하고, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치는 상기 제어 장치에 의해 상기 합착 재료의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 특징에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 방법은, 기판 합착 장치에 상부 기판 및 하부 기판을 제공하고 상기 합착 재료를 상기 하부 기판 상에 로딩하는 단계; 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판을 합착하는 단계; 상기 합착 재료의 측면을 자외선(UV) 경화하는 단계; 상기 합착 재료를 열 경화하는 단계; 및 합착된 기판을 상기 기판 합착 장치에서 반출하고 검사하는 단계를 포함하고, 상기 합착 단계는 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치가 상기 합착 재료의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법은 기판, 특히 곡면 기판의 합착 공정 시 합착 재료의 흐름성에 기인하여 합착 재료가 흘러넘치거나(overflow) 또는 비는(empty) 현상을 개선하여 기판의 접착 균일성을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 곡면 기판 합착 장치 중 금형을 포함한 부분의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 합착 장치가 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작을 나타내는 개략적인 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 합착 장치가 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작을 나타내는 개략적인 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 합착 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작과 관련하여 동작의 올바른 수행 및 올바르지 않은 수행의 결과적 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 대해서 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 곡면 기판 합착 장치 중 금형을 포함한 부분의 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 합착 장치가 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작을 나타내는 개략적인 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치(100)는, 상부 기판(12)이 제공되는 금형 상판(10); 상기 합착 재료(50)가 로딩되는 하부 기판(22)이 제공되는 금형 하판(20); 상기 금형 상판(10) 또는 상기 금형 하판(20)의 양측에 각각 제공되며, 상기 상부 기판(12)과 상기 하부 기판(22)의 합착 시 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(22) 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치를 제어하도록 상기 상부 기판(12)과 상기 하부 기판(22)의 간격을 센싱하는 갭 블록(30a,30b); 및 상기 금형 상판(10), 상기 금형 하판(20) 및 상기 갭 블록(30a,30b)의 동작을 제어하는 제어 장치(미도시)를 포함하고, 상기 상부 기판(12)과 상기 하부 기판(22)의 합착 시 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(22) 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치는 상기 제어 장치에 의해 상기 합착 재료(50)의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치(100)는 도 1과 같이 곡면 기판(12,22)을 합착하기 위한 장치일 수 있으며, 이 경우 금형 상판(10) 및 금형 하판(20)은 곡면 기판(12,22)에 대응하는 곡면 형상으로 구현된다. 도 2 내지 도 5의 도면에서는 기판 합착 장치(100)가 평면 기판을 합착하기 위한 장치로 도시 및 설명되고 있지만, 이는 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작에 대한 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 곡면 기판을 합착하는 장치 및 방법에도 동일하게 적용 가능하다는 점이 본 발명 분야의 기술자들에게 충분히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 금형 하판(20)의 양측에 각각 제공되는 갭 블록(30a,30b) 은 상부 기판(12) 및 하부 기판(22) 사이에 위치하며, 상부 기판(12)과 하부 기판(22)의 간격을 센싱하는 센서부(31a,31b), 및 상기 센서부(31a,31b)의 하부에 제공되며, 상기 센서부(31a,31b)와 분리 가능하게 결합되어 상기 센서부(31a,31b)의 위치를 고정하는 지그(32a,32b)로 구성될 수 있다.
센서부(31a,31b)는 그 내부에 압력 센서(미도시)를 포함할 수 있으며, 상부 기판(12)과 하부 기판(22)이 합착되는 과정에서 가해지는 압력을 실시간으로 센싱할 수 있다. 압력 센서는 센싱된 압력을 전기 신호로 변환하여 압력 센싱 신호를 생성할 수 있다. 또한, 압력 센서는 절대압, 게이지압, 또는 차압 방식으로 압력 센싱 신호를 생성할 수 있으며, 생성된 압력 센싱 신호를 통하여 후술하는 바와 같이 금형 상판(10) 및/또는 금형 하판(20)의 모션 및 위치와 그에 따른 상부 기판(12) 및/또는 하부 기판(22)의 모션 및 위치 대한 제어가 가능하다.
좀 더 구체적으로, 센서부(31a,31b)는 상부 기판(12)이 압축 간격에 도달하였음을 검출하면(즉, 압력 센서가 압축 간격 위치에 대응하는 압력을 센싱하면), 상부 기판(12)이 신장 간격에 위치되도록 금형 상판(10)의 모션 및 위치를 제어하고, 센서부(31a,31b)는 기판들(12,22) 간의 간격이 신장 간격에 도달하였음을 검출하면(즉, 압력 센서가 신장 간격 위치에 대응하는 압력을 센싱하면) 기판들(12,22)간의 간격이 합착 간격에 위치되도록 금형 상판(10)의 모션 및 위치를 제어한다. 여기서, 압축 간격, 신장 간격 및 합착 간격에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기판 합착 장치(100)가 도 1과 같은 곡면 기판 합착 장치인 경우, 센서부(31a,31b)의 일면(상면 또는 하면)은 상부 기판(12)의 곡면과 일치하는 곡면으로 형성될 수 있으며, 이 경우 센서부(31a,31b)의 곡면 일부에는 상부 기판(12)이 안착될 수 있다.
센서부(31a,31b)는 탄성 재질로 형성될 수 있으며, 지그(32a,32b)는 단단한 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 탄성 재질은 실리콘, 고무, 유연한 합성수지 등과 같은 유연성과 탄성력을 갖는 재질을 포함할 수 있으며, 단단한 재질은 강화 플라스틱, 금속 등과 같은 경도가 높은 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 흐름성을 갖는 합착 재료(50)는 자외선 경화형 접착제로 사용되는 광학용 투명 수지(OCR)이거나, 또는 액상 광학용 투명 접착제(LOCA: liquid optically clear adhesive)일 수 있으며, 이외에도 기타 다른 접착제나 필름 원액과 같은 점성이 높은 액체 또는 유동체일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 합착 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 4를 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료(50)를 사용한 기판 합착 방법(400)은, 기판 합착 장치(100)에 상부 기판(12) 및 하부 기판(22)을 제공하고 상기 합착 재료(50)를 상기 하부 기판(22) 상에 로딩하는 단계(410); 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(22)을 합착하는 단계(420); 상기 합착 재료의 측면을 자외선(UV) 경화하는 단계(430); 상기 합착 재료(50)를 열 경화하는 단계(440); 및 합착된 기판(12,22)을 상기 기판 합착 장치(100)에서 반출하고 검사하는 단계(450)를 포함하고, 상기 합착 단계(420)는 상기 상부 기판(12)과 상기 하부 기판(22)의 합착 시 상기 상부 기판(12)의 모션 및 위치가 상기 합착 재료(50)의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 합착 단계(420)는, 좀 더 구체적으로, 상기 기판들(12,22) 중 어느 하나 또는 양자를 압축하여 압축 간격에 위치시키는 단계(422), 상기 기판들(12,22) 중 어느 하나 또는 양자를 신장하여 신장 간격에 위치시키는 단계(424), 및 상기 기판들(12,22) 중 어느 하나 또는 양자를 합착 간격에 위치시키는 단계(426)를 포함할 수 있으며, 상기 단계들(422,424,426)은 순차적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작을 도 2를 참조하여 설명한다.
이하에서는 설명 및 이해의 편의를 위해 상부 기판(12)의 모션 및 위치 제어를 통해 기판들(12,22) 간의 간격을 조절하는 것으로 예시적으로 기술 및 도시되어 있으나, 상부 기판(12) 대신 하부 기판(22)의 모션 및 위치를 제어하거나 또는 상부 기판(12) 및 하부 기판(22) 양자의 모션 및 위치 제어를 통해서도 기판들(12,22) 간 간격을 조절할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 경우, 갭 블록(30a,30b)은 금형 상판(10)의 양측에 각각 제공되되, 갭 블록(30a,30b)을 구성하는 센서부(31a,31b)와 지그(32a,32b)의 위치가 도 2에 도시된 실시예와 반대 방향(즉, 지그(32a,32b)가 상부에 위치되고, 센서부(31a,31b)가 하부에 위치됨)으로 제공될 수 있다는 점에 유의하여야 한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 상부 기판(12) 및 하부 기판(22)이 기판 합착 장치(100)의 상부 금형(10) 및 하부 금형(20) 상에 각각 제공되고, 합착 재료(50)가 하부 기판(22) 상에 로딩된다.
도 2의 (b)를 참조하면, 기판 합착 장치(100)의 제어 장치(미도시)는 상부 금형(10)을 제어하여 상부 기판(12)을 하강시켜 미리 설정된 압축 간격(L1)에 위치시키는 동작(422)을 수행한다. 좀 더 구체적으로, 상부 기판(12)은 하부 기판(22)과의 간격이 미리 설정된 압축 간격(L1)이 될 때까지 하부 기판(22)과의 간격을 좁히면서 아래쪽 방향으로 이동한다. 그 결과, 합착 재료(50)는 압축되어 양 측면이 볼록한(bulging) 상태가 되고, 갭 블록(30a,30b)은 상부 기판(12) 및 하부 기판(22) 사이에 가해진 힘을 센싱하여 다음 동작(즉, 동작(424))의 수행 여부를 결정한다. 이 경우, 상부 기판(12)을 누르는 힘은 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력보다 작도록 설정되어야 하며, 이에 기반하여 압축 간격(L1)이 미리 설정되고, 상부 기판(12)이 초기 위치에서 압축 간격(L1)까지의 상부 기판(12)의 모션 및 위치가 제어된다.
도 2의 (c)를 참조하면, 기판 합착 장치(100)의 제어 장치(미도시)는 상부 금형(10)을 제어하여 상부 기판(12)을 상승시켜 미리 설정된 신장 간격(L2)에 위치시키는 동작(424)을 수행한다. 좀 더 구체적으로, 상부 기판(12)은 하부 기판(22)과의 간격이 신장 간격(L2)이 될 때까지 하부 기판(22)과의 간격을 넓히면서 위쪽 방향으로 이동한다. 그 결과, 합착 재료(50)는 신장되어 양 측면이 오목한(necking) 상태가 되고, 갭 블록(30a,30b)은 상부 기판(12) 및 하부 기판(22) 사이에서 해제된 힘을 센싱하여 다음 동작(즉, 동작(426))의 수행 여부를 결정한다. 이 경우, 상부 기판(12)을 올리는 힘(해제력)은 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력보다 작도록 설정되어야 하며, 이에 기반하여 신장 간격(L2)이 미리 설정되고, 상부 기판(12)이 압축 간격(L1)의 위치에서 신장 간격(L2)까지의 상부 기판(12)의 모션 및 위치가 제어된다.
도 2의 (d)를 참조하면, 기판 합착 장치(100)의 제어 장치(미도시)는 상부 금형(10)을 제어하여 상부 기판(12)을 다시 하강시켜 미리 설정된 합착 간격(L3)에 위치시키는 동작(426)을 수행한다. 좀 더 구체적으로, 상부 기판(12)은 하부 기판(22)과의 간격이 합착 간격(L3)이 될 때까지 하부 기판(22)과의 간격을 다시 좁히면서 아래쪽 방향으로 이동한다. 그 결과, 합착 재료(50)는 모세관 작용(capillary action)에 의해 상부 기판(12) 및 하부 기판(22)과 정렬되어 합착 간격(L3)을 균일하게 유지한다. 이를 위해, 상부 기판(12)을 누르는 힘은 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력과 같도록 설정되어야 한다.
상기 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 합착 공정에서는, 기판 합착 장치(100)의 제어 장치(미도시)가 상부 금형(10)을 제어하여 상부 기판(12)의 모션 및 위치를 제어하는 것으로 예시적으로 기술하고 있지만, 당업자라면 기판 합착 장치(100)의 제어 장치(미도시)가 하부 금형(20)을 제어하거나 또는 상부 금형(10) 및 하부 금형(20)을 동시에 제어하여 하부 기판(22)의 모션 및 위치를 제어하거나, 또는 상부 기판(12) 및 하부 기판(22)의 각각의 모션 및 위치를 동시에 제어할 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 일련의 순차적 동작(422,424,426)이 수행되어 도 4에 도시된 바와 같은 합착 단계(420)가 완료되면, 합착 재료(50)의 측면이 자외선(UV) 경화되고(단계(430)), 합착 재료(50)가 열 경화되며(단계(440)), 합착된 기판(12,22)이 기판 합착 장치(100)에서 반출되어 검사가 이루어진다(단계(450)).
참고로, 자외선 경화 공정은, 좀 더 상세하게는, 1) 상하 스캔 방식; 및 2) 좌우 스캔 방식이 있으며, 상하 스캔 방식은 자외선 조사 장치가 상측을 향했다가 하측으로 내려오면서 합착 재료의 측면을 경화시키는 방식이고, 좌우 스캔 방식은 자외선 조사 장치가 기판의 일단과 타단을 왕복하면서 합착 재료의 측면을 경화시키는 방식이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 합착 장치가 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작을 나타내는 개략적인 모식도이다.
도 3을 참조하면, 도 3은 이해를 돕기 위해 도 2에서 기판(12,22) 및 합착 재료(50) 만을 분리하여 상세하게 나타낸 것으로서, 도 3의 (a) 내지 (d) 각각은 도 2의 (a) 내지 (d)와 각각 대응되며, 기판(12,22)의 이동 및 그에 따른 합착 재료(50)의 변화는 도 2에 대한 설명에서 상술한 바와 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 합착 공정을 수행하는 일련의 순차적 동작과 관련하여 동작의 올바른 수행 및 올바르지 않은 수행의 결과적 예시를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 도 2에 상술한 바와 같이, 기판 합착 시 일련의 순차적 동작들을 수행함에 있어서 합착 재료(50)의 표면 장력과 관련된 조건을 만족하는 경우, 기판(12,22) 및 합착 재료(50)의 형태는 각각 참조부호 422a, 424a, 426과 실질적으로 동일한 형태가 되고, 상기 조건을 만족하지 않는 경우, 기판(12,22) 및 합착 재료(50)의 형태는 각각 참조부호 422b, 424b와 유사한 형태가 될 수 있으며, 상기 참조부호 422b 및 424b는 상기 조건을 만족하지 않는 경우의 일 예시의 형태일 수 있다.
좀 더 구체적으로, 기판의 합착 단계(420)에서, 상부 기판(12)을 하강시켜 압축 간격(L1)에 위치시키는 동작(422)에 있어서, 상부 기판(12)을 누르는 힘을 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력보다 작도록 제어하면(즉, 표면 장력과 관련된 조건을 만족하는 경우) 합착 재료(50)는 압축되어 양 측면이 볼록한(bulging) 상태(422a)가 되고, 상부 기판(12)을 누르는 힘을 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력보다 크도록 제어하면(즉, 표면 장력과 관련된 조건을 만족하지 않는 경우), 합착 재료(50)는 모세관 파괴(capillary break-up) 현상이 발생한 흘러넘치는(overflowing) 상태(422b)가 된다.
또한, 기판의 합착 단계(420)에서, 상부 기판(12)을 상승시켜 신장 간격(L2)에 위치시키는 동작(424)에 있어서, 상부 기판(12)을 올리는 힘을 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력보다 작도록 제어하면(즉, 표면 장력과 관련된 조건을 만족하는 경우) 합착 재료(50)는 신장되어 양 측면이 오목한(necking) 상태(424a)가 되고, 상부 기판(12)을 올리는 힘을 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력보다 크도록 제어하면(즉, 표면 장력과 관련된 조건을 만족하지 않는 경우), 합착 재료(50)는 모세관 파괴 현상이 발생한 빈(empty) 상태(424b)가 된다.
또한, 기판의 합착 단계(420)에서, 상부 기판(12)을 다시 하강시켜 합착 간격(L3)에 위치시키는 동작(426)에 있어서, 합착 간격(L3)을 유지하는 힘이 이에 대응하는 합착 재료(50)의 표면 장력과 같도록 제어하면(즉, 표면 장력과 관련된 조건을 만족하는 경우), 합착 재료(50)는 모세관 작용(capillary action)에 의해 상부 기판(12) 및 하부 기판(22)과 정렬되어 합착 간격(L3)을 균일한 상태로 유지한 상태(426a)가 된다.
상술한 기판의 합착 단계(420)에 대한 설명은, 이미 언급한 바와 같이 설명 및 이해의 편의를 위해 상부 기판(12)의 모션 및 위치 제어를 통해 기판들(12,22) 간의 간격을 조절하는 것으로 기술하고 있으나, 상부 기판(12) 및/또는 하부 기판(22)의 모션 및 위치 제어를 통해서도 기판들(12,22) 간의 간격을 조절할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치 및 방법은 기판 합착 공정에서 합착 재료의 표면 장력과 관련된 조건에 따라 일련의 순차적 동작을 제어함으로써 기판 합착 시 흐름성을 갖는 합착 재료가 흘러넘치거나(overflow) 또는 비는(empty) 현상을 개선하여 기판의 접착 균일성을 향상시키는 효과를 제공한다.
다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구 범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 장치에 있어서,
    상부 기판이 제공되는 금형 상판;
    상기 합착 재료가 로딩되는 하부 기판이 제공되는 금형 하판;
    상기 금형 상판 또는 상기 금형 하판의 양측에 각각 제공되며, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치를 제어하도록 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 간격을 센싱하는 갭 블록; 및
    상기 금형 상판, 상기 금형 하판 및 상기 갭 블록의 동작을 제어하는 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치는 상기 제어 장치에 의해 상기 합착 재료의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 갭 블록은
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 사이에 위치하며, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 간격을 센싱하는 센서부; 및
    상기 센서부의 하부에 제공되며, 상기 센서부와 분리 가능하게 결합되어 상기 센서부의 위치를 고정하는 지그
    를 포함하고,
    상기 금형 상판 및 상기 금형 하판은, 상기 센서부가 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 간의 간격이 압축 간격에 도달하였음을 검출하면 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자가 신장 간격에 위치되도록 이동이 제어되고, 상기 센서부가 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 간의 간격이 상기 신장 간격에 도달하였음을 검출하면 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자가 합착 간격에 위치되도록 이동이 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축 간격은 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 압축하는 힘이 이에 대응하는 상기 합착 재료의 표면 장력보다 작도록 미리 설정되고,
    상기 신장 간격은 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 신장하는 힘이 이에 대응하는 상기 합착 재료의 표면 장력보다 작도록 미리 설정되며,
    상기 합착 간격은 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 다시 압축하는 힘이 이에 대응하는 상기 합착 재료의 표면 장력과 같도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판은 각각 곡면 기판으로 구현되고, 상기 금형 상판 및 상기 금형 하판은 상기 곡면 기판에 대응하는 곡면 형상으로 구현되는 기판 합착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서부의 일면은 상기 상부 기판의 곡면과 일치하는 곡면으로 형성되는 기판 합착 장치.
  6. 흐름성을 갖는 합착 재료를 사용한 기판 합착 방법에 있어서,
    기판 합착 장치에 상부 기판 및 하부 기판을 제공하고 상기 합착 재료를 상기 하부 기판 상에 로딩하는 단계;
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판을 합착하는 단계;
    상기 합착 재료의 측면을 자외선(UV) 경화하는 단계;
    상기 합착 재료를 열 경화하는 단계; 및
    합착된 기판을 상기 기판 합착 장치에서 반출하고 검사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 합착 단계는 상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 합착 시 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자의 모션 및 위치가 상기 합착 재료의 표면 장력의 유변학적 특성(Rheological property)을 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 합착 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 합착 단계는
    a) 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 압축하여 압축 간격에 위치시키는 단계;
    b) 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 신장하여 신장 간격에 위치시키는 단계; 및
    c) 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 다시 압축하여 합착 간격에 위치시키는 단계
    를 포함하는 기판 합착 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 압축하는 힘은 이에 대응하는 상기 합착 재료의 표면 장력보다 작도록 미리 설정되고,
    상기 b) 단계에서, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 중 어느 하나 또는 양자를 신장하는 힘은 이에 대응하는 상기 합착 재료의 표면 장력보다 작도록 미리 설정되며,
    상기 c) 단계에서, 상기 합착 간격을 유지하는 힘은 이에 대응하는 상기 합착 재료의 표면 장력과 같도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 기판 합착 방법.
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