용 모듈 개발 기술지원용 모듈 개발 기술지원용 모듈 개발 기술지원용 모듈 개발 기술지원LCD BLU High Brightness LEDLCD BLU High Brightness LEDLCD BLU High Brightness LEDLCD BLU High Brightness LED

2007. 12.2007. 12.2007. 12.2007. 12.

한국광기술원한국광기술원한국광기술원한국광기술원

우리우리우리우리ETIETIETIETI

산업자원부산업자원부산업자원부산업자원부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 용 모듈 개발 기술지원 에 관한 지원"LCD BLU High Brightness LED " (

기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2005. 12.~2006. 11.) .

2006. 12.2006. 12.2006. 12.2006. 12.

지원기관 한국광기술원 원장:

김태일

지원기업 우리: ETI

권경환

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 김 재 필김 재 필김 재 필김 재 필

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 재 범김 재 범김 재 범김 재 범

〃〃〃〃 :::: 김 영 우김 영 우김 영 우김 영 우

〃〃〃〃 :::: 박 승 현박 승 현박 승 현박 승 현

〃〃〃〃 :::: 신 상 현신 상 현신 상 현신 상 현

〃〃〃〃 :::: 조 승 현조 승 현조 승 현조 승 현

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기관 년 월 일 년 월 일2005 12 01 ~2006 11 30

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 용 모듈 개발 기술지원LCD BLU High Brightness LED

지원책임자 김 재 필 지원연구원수

총 명: 4

내부 명: 4

외부 명: 0

총

사업비

정부 천원: 100,000

기업 천원: 100,000

계 천원: 200,00

지원기관명 한국광기술원 소속부서명 패키징침LED

지원기업 기업명 우리: ETI 기술책임자 신상현:

요약보고서

면수142

특허 검식 및 특허맵 작성법 교육 관련 특허맵 작성1) : LED BLU

용 패키징 재료 선정 칩 접착제 및 봉지재 특성 평가2) LED BLU :

패키징 공정 장비 셋업 및 지윈3) LED : Plasma cleaner, epoxy die bonder, ball wire

등bonder, shear/pull tester, flip chip bonder, dispenser, mixer

봉지 기슬 등의 패키징 기술 이전4) Die Bonding, Wire Bonding, LED

열방출을 최적화 할 수 있는 옅 설계 기술 및 구조 설계 지원5) LED BLU

방출광의 균일도를 최적화할 수 있는 광학설계 기술 지원 실험계획법 적용한 광학설6) :

계

용 모듈 개발7) LCD BLU high brightness LED :

크기- : 32inch

두께- : <30㎜

휘도- : >6,300cd/㎡

휘도 균일도 중심대비- : >80 ( )

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 발광다이오드 백라이트 유닛 액정화면 열설계 광학설계, , , ,

영 어Light emitting diode, Back light unit, Liquid crystal

display, Thermal simulation, Optical simulation

- 4 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

최종 목표는 를 이용한 인치 용 개발이며LED 32 TET-LCD BLU module•

기술지원 내용은 관련 특허 동향 검색 및 기술개발 동향 자료 지원LED BLU•

모듈을 제작하기 위한 장비 셋업 패키지 재료 선정 및 패키징 공정기술 이전BLU ,•

모듈을 제작하기 위한 열 설계 및 광학 설계 지원BLU•

를 이용한 인치 제작LED 32 BLU•

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

특허 및 최신기술 동향 자문 특허 검색 및 특허맵 작성법 교육( )•

신뢰성 및 성능을 향상 시킬 수 있는 패키징 재료 선정 칩 접착제 및 봉지재 특LED (•

성 평가법 지원 및 재료 전정)

패키징 공정 및 측정 장비 셋업 지원 및 교육LED (plasma cleaner, epoxy die•

등bonder, ball wire bonder, shear/pull tester, ftip chip bonder, dispenser, mixer )

봉지 기술 등의 패키징 기술 이전 및Die Bonding, Wire Bonding, LED shear/test,•

광학특성 측정 모듈의 열 분포 측정 등의 측정기슬 이전, BLU

방출광의 균일도를 최적화할 수 있는 광학설계 기술 지원•

에 사용되는 재료들의 를 해석하고 정확한 시뮬레이션이LED BLU optical properties•

되도록 검증

칩의 최적 배치 및 칩의 적정한 배치를 통해 목표 두께 냉에서 균Red, Green, Blue•

일성을 얻을 수 있도록 함

열방출을 최적화 할 수 있는 열 설계 기술 및 구조 설계 지원 차설계LED BLU (1 /•

방법전수 업체추천 협의주선/Design, , / )

열 전달 시뮬레이션을 통해 열 응력에 의한 구조 응력을 해석하여 패키징 공정으로 부•

터 제작된 패키지의 구조적 안정성 검증

에 적용되는 모듈 어셈블리의 열팽창계수에 따른 결합구조 및 설계 치수 결정BLU•

- 5 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

특허맵 작성1. 無특허 검색 및 특허

맵 작성

장비 셋업 지원 및2.

작동법無 장비 운용 가능

광학설계3. 無 광학설계 가능

열 설계4. LED BLU

기술無 열설계 가능

패키지 재료 선정5. 無재료 평가 및 선정

가능

기관 제작 및 패키6.

지 제작無

기판 및 패키지 제

작 가능

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 : LCD BLU MODULE◦

모델명 해당 무 건물 신축 및 양산라인 설치 중: ( )◦

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원 전 지원 후

경쟁제품 대비 품질 일본Omron( ) 無 대등 광특성치만 비교

경쟁제품 대비 가격 - - - -

원가절감 효과 해당 무원가절감 효과 해당 무원가절감 효과 해당 무원가절감 효과 해당 무3) ( )3) ( )3) ( )3) ( )

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년/ ( %)

인건비 절검 백만원 년/ ( %)

계 백만원 년/ ( %)

- 6 -

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당 해 연 도 매출차차년도

예상매출

작년대비

증가비율비고

내 수 백만원 년0 / 백만원 년10,000 / %

수 출 천달러 년0 / 천달러 년5,000 / %

계 백만원 년0 / 백만원 년14,0000 / %

참고 적용제품 주요수출국 미국 유럽) 1. : ,

작성당시 환율기준 원2. : 930 /$

수입대체효과 해당 무수입대체효과 해당 무수입대체효과 해당 무수입대체효과 해당 무5) ( )5) ( )5) ( )5) ( )

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비고

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

우리 는 국내 최대의 모듈 광원 생산 업체이며 향후 분야로ETI LCD BLU (CCFL) LED•

사업을 확장하기 위하여 연구 및 사업화 인프라를 확보하고자 함

본 지원 사업 이전에는 에 대한 개발 능력이 미진하였으나 연구조직 연구LED BLU , ,•

개발 공간 확보 장비 등을 본 지원사업과 연계하여 확보하였으며 역량까지 확보하, R&D

게 됨

점광원이며 열이 많이 발생하는 에 대한 광학 및 열 설계에 대한 기술력을 축적함LED•

현재는 사업화하기위한 장비와 건물을 신축 중에 있음•

- 7 -

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

본 기술지원을 통하여 휘도 전력소모량 및 열적 안정성이 우수한 대형, TFT-LCD•

를 개발함으로서 의 국산화 및 프리미엄급 출시가 앞당겨짐BLU LED BLU LCD

를 이용한 고휘도의 백라이트 유닛 기술을 확보함으로서 기존보다 향후 큰LED LCD•

시장이 형성될 자동차헤드램프나 조명제품 등에 적용할 수 있으며 이는 선진사보LED ,

다 기술적 우위를 확보할 수 있는 지름길임

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득 해당 무규격 인증획득 해당 무규격 인증획득 해당 무규격 인증획득 해당 무1) , ( )1) , ( )1) , ( )1) , ( )

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종 류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

국내특허

엘이디

백라이드

장치

제

2006-0136

호909

신상현 조승,

현 곽재오 유, ,

희진 김재필, ,

김재범 김영,

우

우리ETI

한국광기

술원

우리ETI 출원

국내특허

광학

구조물을

갖는

에이디

백라이트장

치

제

2006-0136

호913

신상현 조승,

현 곽재오 유, ,

희진 김재필, ,

김재범 김영,

우

우리ETI

한국광기

술원

우리ETI 출원

- 8 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건10 사업에 대한 전략 수립BLU

시제품제작 건6 인치 패키지 및 모듈 자체 제작32 BLU

양산화개발 건0

공정개선 건2 양산화시 공정 능력 향상

품질향상 건0

시험분석 건8 열전도율이 높은 패키지 제작

수출 및 해외바이어발굴 건0

교육훈련 건6 패키징 공정 및 설계에 대한 지식 축적LED

기술마케팅 경영자문/ 건1 시장에 대한 전략 수립LED

정책자금알선 건0

논문게제 및 학술발표 건0

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건0 업로드 안 되어 올리지 못함

지원기업 방문회수 건12 자체 공정 및 열광학 설계 기술 확보LED

기타 건5 세미나 및 에 의한 최적화 교육DOE

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

우리 는 국내 최대의 모듈 광원 생산 업체이며 향후 분야로ETI LCD BLU (CCFL) LED•

사업을 확장하기 위하여 연구 및 사업화 인프라를 확보하고자 함

우리 는 본 부품소재종합기술지원사업을 통해ETI•

본 지원 사업 이전에는 에 대한 개발 능력이 미진하였으나 연구조직 연구LED BLU , ,•

개발 공간 확보 장비 등을 본 지원사업과 연계하여 확보하였으며 역량까지 확보함, R&D

점광원이며 열이 많이 발생하는 에 대한 광학 및 열 설계에 대한 기술력을 축적함LED•

최종적으로 선지사와 대등한 성능을 가지는 용 모듈LCD BLU high brightness LED•

개발 하여 서업화하기위한 양산 장비 구매와 공간을 신축 중에 있음LED

- 9 -

� 연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과 해당 무( )�

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과�

출원된 특허의 경우◦

세부사항

(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

2006엘이디 백라이드

장치

우리ETI,

한국광기술원대한민국 제 호2006-0136909

2006광학 구조물을 갖는

엘이디 백라이트장치

우리ETI,

한국광기술원대한민국 제 호2006-0136913

등록된 특허의 경우 해당 무( )◦

- 10 -

사업화 현황 건물 신축 중( )�

사업화 세부사항

(9)

사업화

명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11)(12)

기 매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액합계

백만원( )업체명 대표자

종원원

수

사업화

형태

LEDLED

BLU우리ETI 권경환 8+α 4 - - -

고용창출 효과�

고용창출 세부사항

(9)

창업

명( )

(10)

사업체 확장

명( )

(11)

합계

명( )

- 8+α 현재 채용 중8+ ( )α

- 11 -

� 세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 121. : 121. : 121. : 12

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

106. 01. 05~06

김재필( )

장비작동법 교육-

에폭시 다이 본더의 경우 에폭시 토-

출 부분을 교체하여 다이접착 교육 시

며줌

볼와이어 본더 공정 조건 잡아줌-

플라즈마 클러너 클리닝 효과 실험법-

지원

및 공구 현미-CONVECTION OVEN

경 개선점 기술 지원

마이크로 피펫 사용법 교육-

세라믹 오픈 패키지를 이용한- LED

패키징 기술 이전

페이스트 믹서 사용시 주의 사항 교-

육

우리 의 모듈 디자인에 대한- ETI BLU

개선점 토의

다우 코닝과 모듈 패키징 물질- BLU

에 대한 토의

유 장비작동법 첨부( )

206. 02. 08~10

김재필( )

제작된 우리 의 세라믹 단품패키지- ETI

의 문제점 지적 딤플이 열전도에 문제(

가 될 것임)

세라믹 단품 패키지의 와이어 본딩을-

위한 플라즈마 클리닝 조건 및 본딩

온도 조건 확립

공구현미경 사용법 교육 접착층 두께- (

측정 등)

대면적 패키지 버블 제거 공정 지워-

작성한 특허맵 보완할 점 토의함-

무 보고서에 내용 첨부( )

- 12 -

306. 03. 06~08

김재범( )

상의 를 으로 변환-Chip spec cd lumen

방법 전달 및 사용되는 의chip lumen

계산 후 통보

의 별 굴절률 송부-chip material data

비구면 계산 파일 전달- profile (excel)

무

406. 03. 06~08

김재필( )

에폭시 다이 본더의 재현성을 검증하기-

위하여 재현성 실험 토출 재현성 및(

재현성 실험 검증SHEAR STRENGTH

완료)

용 실리콘 렌즈업체와 미팅-LCD BLU

주선 김재필 신상현 조승현 이승룡( , , ,

(GRS))

세라믹 패키지 제조업체 기술 미팅주선-

김영우 신상현 정동진 우상개 세라( , , , (

텍))

특허 원문 다운 받는법 교육-PartPrint

및 특허맵 보완

태영과 힛싱크 제작에 관한 미팅 김영- (

우 최병태 강창훈 태영, . ( ))

소자 기술에 대한 기초 교육 실시-LED

무

506. 03. 06~08

김영우( )

적용한 해석- Back Box Analysis BLU

기법 세미나 실시

기본 교육- IcePark

유 세미나후 파일로(

전달)

606. 05. 17~19

김재필( )

용 봉지재에 있어서 굴절율과 신뢰-LED

성에 관한 상관관계 교육 및 최적 봉지

에 제시

공정중 다이 본딩 및 와이어 본딩- Au

표준 강도 제시

칩간 간격 및 칩 개수 계산법 제-LED

시

칩에 봉지재를 균일하게 씌우기 위한-

공정 조건을 제시

유 세미나후 파일로(

전달)

- 13 -

706. 09. 13~15

김재범( )

차 광학 및 결과-32“ 1 data simulation

송부 결과 및 차이점 확(Block full size

인)

비구면 구현 방법 설명-

몰딩형상에 따른 확산각 및 효율 설명-

보고서에 작성

806. 09. 13~15

김재필( )광학설계 최적화 교육BLU 보고서에 작성

906. 10. 01~03

김재필( )

요인 실험계획법에의한 패키지 설계 최

적화 교육보고서에 작성

1006. 11. 01~03

김재필( )

표면 분석 실험계획법에의한 패키지 설

계 최적화 교육보고서로 작성

1106. 11. 01~03

김영우( )

적용 및 구조에 대한- BLU PKG PCB

세미나 실시 및 특허 구조의 협의

유 세미나후 파일로(

전달)

1206. 11. 20~23

김재필( )제작 및 최종 점검 지워BLU 무

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 102. : 102. : 102. : 10

- 14 -

NO 일자 구체적 내용 증빙유무

1 06. 01. 05

국내광반도체산업기술 워크샵 발표 자료 제공

광반도체시장 및 기술 동향 외 건 총- 18 (

쪽403 )

유 표지만 첨부( )

2 06. 01. 05 특허동향 총 쪽LCD BLU ( 4 ) 무 파일로 제공( )

3 06. 01. 05 특허맵 총 쪽LED ( 305 ) 무 파일로 제공( )

4 06. 05. 17Solid-state lighting research and

총 쪽development portfolio ( 129 )유 표지만 첨부( )

5 06. 05. 17 총 쪽Back light unit for TFT LCD ( 19 ) 유 표지만 첨부( )

6 06. 09. 13 총 쪽2006 APOC-LEDs for SSL ( 40 ) 유 표지만 첨부( )

7 06. 09. 13 기술교육 총 쪽LED ( 229 ) 유 표지만 첨부( )

8 06. 10. 01 발표자료 건Strategies 2006 22 무 파일로 제공( )

9 06. 10. 01

LED2light

고출력 의 시장 및 기술동향- LED

총 쪽( 133 )

유 표지만 첨부( )

10 06. 11. 20A recent trend of LED technology for

총 쪽LCd backlight ( 21 )유 표지만 첨부( )

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 63. : 63. : 63. : 6

NO 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2006. 4. 3세라믹 리드프레임 샘플LED PKG (L/F)

제작건유

2 2006. 5. 2 용 제작건LCD BLU COB Type Module 유

3 2006. 5. 29 샘플Power LED Driver 유

4 2006. 7. 25 신뢰성 장비 시험용 제작건MCPCB 유

5 2006. 8. 29 건Lead Frame 유

6 2006. 11. 29 리드프레임 제작건FPCB 유

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 84. : 84. : 84. : 8

- 15 -

NO 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005.07.12

광학특성 광속 및 지향각 측정( )

봉지재 와 종류에 따른: (Epoxy Silicon)

특성 분석

유

2 2005.07.18

광학특성 광속 및 지향각 측정( )

봉지재 와 종류 및 형광: (Epoxy Silicon)

체 비중 에 따른 특성 분석(%)

유

3 2006.02.28열저항특성 측정 패키기 특성 열전: 5050 (

도 분석)유

4 2006.03.16열저항특성 특정 패키지 타입별 종: 5050

류에 따른 특성 열전도 분석( )유

5 2006.03.16카메라 특정 패키지 타입별 종IR : 5050

률에 따른 특성 열전도 분석( )유

6 2006.06.12열저항특성 측정 단품 패키지 및 모듈:

패키지 종류에 따른 특성 열전도 분석( )유

7 2006.06.14열저항특성 측정 및 패키지 타입별: PCB

종류에 따른 특성 열전도 분석( )유유

8 2006.08.14열저항특성 측정 및 종류에:MCPCB PCB

따른 특성 열전도 분석( )

기술지원실적 업로드 건 인터넷 업로드되지 않아 지원 일지 첨부함기술지원실적 업로드 건 인터넷 업로드되지 않아 지원 일지 첨부함기술지원실적 업로드 건 인터넷 업로드되지 않아 지원 일지 첨부함기술지원실적 업로드 건 인터넷 업로드되지 않아 지원 일지 첨부함5. : 0 ( )5. : 0 ( )5. : 0 ( )5. : 0 ( )

- 16 -

목차목차목차목차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

특허분석을 통하여특허분석을 통하여특허분석을 통하여특허분석을 통하여1.1.1.1.

장비 셋업 지원 및 작동법 교육장비 셋업 지원 및 작동법 교육장비 셋업 지원 및 작동법 교육장비 셋업 지원 및 작동법 교육2.2.2.2.

패키지 공정 기술 이전패키지 공정 기술 이전패키지 공정 기술 이전패키지 공정 기술 이전3.3.3.3.

제작 기술 지원제작 기술 지원제작 기술 지원제작 기술 지원4. BLU4. BLU4. BLU4. BLU

열광학 설계 기술 지원열광학 설계 기술 지원열광학 설계 기술 지원열광학 설계 기술 지원5.5.5.5.

도출된 지적 재산권도출된 지적 재산권도출된 지적 재산권도출된 지적 재산권6.6.6.6.

우리 기업전략에의 기여도우리 기업전략에의 기여도우리 기업전략에의 기여도우리 기업전략에의 기여도7. ETI7. ETI7. ETI7. ETI

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

용 기술 특허 동향용 기술 특허 동향용 기술 특허 동향용 기술 특허 동향1. LCD LED BLU1. LCD LED BLU1. LCD LED BLU1. LCD LED BLU

장비 셋업 및 작동법을 교육장비 셋업 및 작동법을 교육장비 셋업 및 작동법을 교육장비 셋업 및 작동법을 교육2.2.2.2.

에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

을 위한 플라즈마 클리닝 최적화 공정기술지원을 위한 플라즈마 클리닝 최적화 공정기술지원을 위한 플라즈마 클리닝 최적화 공정기술지원을 위한 플라즈마 클리닝 최적화 공정기술지원4. All wire bonding ( )4. All wire bonding ( )4. All wire bonding ( )4. All wire bonding ( )

용 봉지재의 특성 파악용 봉지재의 특성 파악용 봉지재의 특성 파악용 봉지재의 특성 파악5. LED5. LED5. LED5. LED

광학 설계광학 설계광학 설계광학 설계6. BLU6. BLU6. BLU6. BLU

중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원7. ( )7. ( )7. ( )7. ( )

열 구조 설계 기술 지원열 구조 설계 기술 지원열 구조 설계 기술 지원열 구조 설계 기술 지원8.8.8.8.

9. Dame and fill9. Dame and fill9. Dame and fill9. Dame and fill

신뢰성 장비 시험용 제작건신뢰성 장비 시험용 제작건신뢰성 장비 시험용 제작건신뢰성 장비 시험용 제작건10. MPCB10. MPCB10. MPCB10. MPCB

제작건제작건제작건제작건11. Lead Frame11. Lead Frame11. Lead Frame11. Lead Frame

리드프레임 제작건리드프레임 제작건리드프레임 제작건리드프레임 제작건12. FPCB12. FPCB12. FPCB12. FPCB

인치 디스플레이용 제작건인치 디스플레이용 제작건인치 디스플레이용 제작건인치 디스플레이용 제작건13. 32 LCD BLU13. 32 LCD BLU13. 32 LCD BLU13. 32 LCD BLU

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용1 .1 .1 .1 .

절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련2 .2 .2 .2 .

전용건물 신 증축 공사전용건물 신 증축 공사전용건물 신 증축 공사전용건물 신 증축 공사1.1.1.1. ㆍㆍㆍㆍ

양산라인 추진양산라인 추진양산라인 추진양산라인 추진2.2.2.2.

인원확대인원확대인원확대인원확대3.3.3.3.

부록부록부록부록

- 17 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

우리 는 국내 최대의 모듈 광원 생산 업체임ETI LCD BLU (CCFL) t•

를 이용한 이용한 는 휘도와 균일도 가 기종의 에 비해LED BLU (Uniformity) CCFL•

우수하며 만 시간 이상의 수명과 수은을 사용하지 않아 각종 환경규제에 유리10

높은 연색성 빠른 응답성 높은 명암 대비 등으 시술적 장점이 있음LED BLU , , .•

우리 는 디스플에이 업체가 요구하는 모듈을 시급히 개발 양산ETI LCD LED BLU•

할 필요가 있으며 사업 다가화 측면에서도 모듈을 개발해야함, LED BLU

우리 는 새로운 분야에 투자할 자금력은 매우 높지만ETI•

에 대한 기술 축적이 되어 있지 않아 패키지 장비 셋업 및 운영 그리고LED BLU•

재료 선정에 어려움이 있으며

점광원이며 열이 많이 발생하는 에 대한 광학 및 열 설계에 대한 경함이 부LED•

족하여 이를 해결할 수 있는 기술지원이 절실하였음

제 절 기슬지원 목표제 절 기슬지원 목표제 절 기슬지원 목표제 절 기슬지원 목표2222

최종 목표는 를 이용한 인치 용 개발이며LED 32 TFT-LCD BLU MODULE•

기술지원 내용은 특허 동향 검색 및 기술개발 동향 자료 지원•

하기의 상세예상목표를 달성하기 위한 장비 셋업 패키지 재료 선정 및 패키징,•

공정기술 이전

하기의 예상목표를 달성하기 위한 열 설계 및 광학 설계 지원•

- 18 -

표 인치 모듈 개발 목표표 인치 모듈 개발 목표표 인치 모듈 개발 목표표 인치 모듈 개발 목표1. 32 LCD BLU1. 32 LCD BLU1. 32 LCD BLU1. 32 LCD BLU

구분 평가항목평가기준

평가방법기술지원전 기술지원후

내용

Active Area•

해당 무

702x397• ㎜

인치(32 )

Thickness• < 30• ㎜

(Diffuser

Shee t~Heat

sink

Color Temperature•6,500K±10•

%

지원기업 내부규정※

측정장비1. : BM7

측정거리2 : 880㎜

휘도 균일도→

평균: 9 point .

측정3. Power meter

Luminance• >6,300cd/• ㎡

Luminance•

Uniformity

대비Center•

80%

Power• <200W•

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

특허 및 최신기슬 동향 자문 특허 검색 및 특허맵 작성법 교육( )•

신뢰성 및 성능을 향상 시킬 수 있는 패키징 재료 선정 칩 접착제 및 봉지LED (•

재 특성 평가법 지원 및 재료 선정)

패키징 공정 및 측정 장비 셋업 지원 및 교육LED (plasma cleaner, eposy die•

bonder, ball wire bonder, shear/pull tester, flip chip bonder, dispenser, mixer

등)

봉지 기술 등의 패키징 기술 이전Die bonding, Wire bonding, LED•

열방출을 최적화 할 수 있는 열설계 기술 및 구조 설계 지원 차설계LED BLU (1•

방법전수 업체추천 협의주선/Design, , / )

방출광의 균일도를 최적화할 수 있는 광학설계 기술 지원 부족분 지원(SPEOS )•

- 19 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

국내 소형 용 백라이트 광원은 주로 삼성전기 엘지이노텍에서 양LCD BLU LED ,•

산하고 있으며 대형 용 백라이트는 이들 회사외에도 삼성전자 전자에서 자, LCD , lG

체적으로 개발하고 있음

백라이트용 광원으로 사용하는 패키지는 서울 반도체에서 상의 칩LED Cree LED•

으로 독자적인 패키징 기술을 이용하여 의 단일 패키지를 개발하여 시판하고1~5W

있음

개발고 관련해서는 부품 소재사업으로 필립스 주관으로 개발이LCD BLU LG LCD• ㆍ

진행되고 있다 주된 개발내용은 백라이트 유닛에 사용되는 부품 및 소재의 국산화.

를 목표를 하고 있으며 백라이트 광원으로 기존의 대신에 수은을 사용LCD CCFL

하지 않은 를 사용하여 에 장착하였FFL(Flat Fluorescent Lamp) 30“~46” LCD TV

음

국외 중대형 용 백라이트의 기술은 현재 오스람 의 주도로 기술개LCD , Lumileds•

발이 진행되고 있으며 에서 자사제의 패키지 파워 를, Lumileds 120lm/ RGB LED

으로 제작하여 소니의 에 장착하였음COB type 40“, 46” LCD TV

오스람도 자체 패키지를 이용하여 인치 를 개발하여 전시하였음80 LCD TV•

도요다 고세이는 자사제의 패키지 백색 개를 시켜 모듈화30 lm/ LED 1200 Array•

하는 방식으로 인치 모니터에 적용하였으며 소비전력이 임32 LCD , 140W

이상의 기술개발 결과를 간단히 나타내면 아래와 같음

소니 일본( )•

년 월 급 발매- 04 11 : 40, 46 inch LCD TV

사 고출력 적용(Lumileds LED )

미국Lumileds( )•

년- 3 : 17, 23 inch LCD Demo

년- 04 : 46 inch LCD TV Demo

독일Osram Opto Semiconductors( )•

년- 05 : 82/32 inch LCD TV Demo

일본Nichia( )•

년 급- 04 : 20 inch LCD Demo

삼성전자 삼성전기 대한민국, ( )•

년 급- 04 :. 40 inch LCD TV Demo

넌 양산돌입 예정- 05 : 40 inch (?)

대한민국LGIT( )•

년- 04 : 23 inch LCD Monitor Demo

년 급- 05 : 40 inch LCD TV Demo

- 20 -

일본Omron( )•

년- 05 : 32 inch LED BLU Demo

전자 대한민국LG ( )•

년 월 인치 용 전시- 06 3 : 47 LCD TV

삼성전자 대한민구( )•

년 월 를 채택한 전시- 06 3 : 82 inch LED BLU LCD TV

삼성전기 대한민국( )•

년 월 를 채택한 모니터 출시- 06 8 : 20.1 inch LED BLU

대한민국LG. Phlips LCD( )•

년 월 분할구동 기능 갖춘 를 채- 06 10 : (local dimming) LED BLU(Backlight Unit)

용 화질과 명암비를 획기적으로 개선한 인치 급 용, 32 Full HD TV LCD

본 종합기술지원사업으로 제작된 인치급 모듈은 소비전력 휘도 두께32 LCD BLU , ,

면에서 선진사의 모듈과 대등하여 시장진입에는 어려움이 없을 것으로 사료됨 또,

한 인치급 광원의 모듈 제작 기술을 보유하면 더 큰 를 제작할 수 있으32 LCD BLU

므로 대화면의 도 사업화하는데는 어려움이 없을 것임LED BLU

- 21 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

기술지원 내용 및 달성 정도는 아래 표 와 같음 각 지원을 통하여 얻은 결과를 보면2 . .

표 기술지원 내용표 기술지원 내용표 기술지원 내용표 기술지원 내용2.2.2.2.

번호 기술지원 내용달성정도

(%)

1 특허 및 최신기술 동향 자문 특허 검색 및 특허맵 작성법 교육( )→ 100

2신뢰성 및 성능을 향상 시킬 수 있는 패키징 재료 선정 칩 접착LED (

제 및 봉지재 특성 평가법 지원 및 재료 선정)100

3

패키징 공정 및 측정 장비 셋업 지원 및 교육LED (plasma cleaner,

eposy die bonder, ball wire bonder, shear/pull tester, flip chip

등bonder, dispenser, mixer

100

4

봉지 기술 등의 패키징 기술 이전Die bonding, Wire bonding, LED

및 광학특성 측정 모듈의 열 분포 측정 등의 측shear/pull test, , BLU

정기술 이전

100

5 방출광의 균일도를 최적화할 수 있는 광학설계 기술 지원 100

6에 사용되는 재료들의 를 해석하고 정확한LED BLU optical prpperties

시뮬레이션이 되도록 검증100

7칩의 최적 배치 및 칩의 적정한 배치를 통해 목표Red, Green, Blue

두께 내에서 균일성을 얻을 수 있도록 함100

8열방출을 최적화 할 수 있는 열 설계 기술 및 구조 설계 지LED BLU

원 차 설계 방법전수 업체추천 협의주선(1 / Design, , / )100

9열 전달 시뮬레이션을 통해 열 응력에 의한 구조 응력을 해석하여 패

키징 공정으로부터 제작된 패키지의 구조적 안정성 검증100

10에 적용되는 모듈 어셈블리의 열팽창계수에 따른 결합구조 및 설BLU

계 지수 결정100

11 인치 제작 기술 지원32 BLU 100

특허분석을 통하여특허분석을 통하여특허분석을 통하여특허분석을 통하여1.1.1.1.

기술개발 동향 파악•

특허권의 존속 기간 파악•

침해 분쟁 소지 파악•

기술개발과 특허 창안 및 분석의 보유SEED•

특허 대응방안 마련•

- 22 -

공정 기술 지원•

장비 셋업 지원 및 작동법 교육장비 셋업 지원 및 작동법 교육장비 셋업 지원 및 작동법 교육장비 셋업 지원 및 작동법 교육2.2.2.2.

아래 표 과 같은 장비에 대하여 장비 셋업 지원 및 작동법 기술 이전함3 .

표 장비셋업 및 교육 리스트표 장비셋업 및 교육 리스트표 장비셋업 및 교육 리스트표 장비셋업 및 교육 리스트3.3.3.3.

장비 제조사 장 비 명

맥암 주( ) DB 400 EPOXY DIE BONDER

우원테크놀러지 주( ) 4522 BALL BONDER

포톤데이즈 주( ) PTD-03LF FLIP CHIP BONDER

교니산교 주( ) PTR-1100 BONDING TESTER

대화테크 PDM-300 PASTE MIXTER

제 기한국 주4 ( ) JSPCS-450S PLASMA CLEANER

비전과학 주( ) VS-1202D3N

개성과학상사 C-012 DESICATOR

용비통상 주( ) ML-808FX COM DISPENSER SYSTEM

한국기계 주( ) HMF-B-1500 HUME HOOD

전자 주LG ( ) R-B571GM

니콤인터내셔널 주( )WT3000 PRESISION POWER ANALYZER

ELECTROSTATIC DISCHARGE SIMULATOR

신우엔지니어링 NIKON MODEL MM-40/L3U

인프라레드 코리아 주( ) FLIR THERMA CAM P25

광전자정밀 주( ) LED TESTER

패키징 공정 기술 이전패키징 공정 기술 이전패키징 공정 기술 이전패키징 공정 기술 이전3.3.3.3.

실험계획법에의한 공정 최적화•

재료 특성 파악법 기술 이전•

제작 기술 지원제작 기술 지원제작 기술 지원제작 기술 지원4. BLU4. BLU4. BLU4. BLU

기판 설계 및 제조사 소개•

패키지 제작 기술 및 설계•

패키지 구조 특성 기술 이전•

열광학 설계 기술 지원열광학 설계 기술 지원열광학 설계 기술 지원열광학 설계 기술 지원5.5.5.5.

광학설계 기술 지원•

중심합성법에 의한 패키지 광학설계•

네트워크 기법을 이용한 열설계BLU•

도출된 지적 재산권도출된 지적 재산권도출된 지적 재산권도출된 지적 재산권6.6.6.6.

- 23 -

가 백라이트 장치 출원번호 특허 제 호가 백라이트 장치 출원번호 특허 제 호가 백라이트 장치 출원번호 특허 제 호가 백라이트 장치 출원번호 특허 제 호. ( : 2006-0136909 ). ( : 2006-0136909 ). ( : 2006-0136909 ). ( : 2006-0136909 )

본 발명은 엘이디를 이용하여 투과형의 액정표시장치의 백라이트를 사용하기 위한

엘이디 백라이트 장치에 관한 것이다 본 발명은 발광 다이오드가 액정 표시패(LED) .

널의 직하부에 배치되어 광을 공급하도록 하는 백라이트 장치에 있어서 상기 백라,

이트 장치의 기판에는 다수개의 레드 그린 블루 발광 다이오드가 반복적(R), (G), (B)

으로 배열되고 상기 기판의 모서리 에는 상기 발광 다이오드 대신 백, (edge) R,G,B

색 발광 다이오드를 배열하여 백라이트의 사각 모서리부분에서의 색 얼룩 현상을

방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 백라이트 장치를 제공한다 그림 에. 1

대표도를 나타내었다.

그림 백라이트 장치에 사용되는 백색 발광 다이오드의 다양한 배열을 도시한 도면그림 백라이트 장치에 사용되는 백색 발광 다이오드의 다양한 배열을 도시한 도면그림 백라이트 장치에 사용되는 백색 발광 다이오드의 다양한 배열을 도시한 도면그림 백라이트 장치에 사용되는 백색 발광 다이오드의 다양한 배열을 도시한 도면1.1.1.1.

나 광학 구조물을 갖는 백라이트 장치 특허 제 호나 광학 구조물을 갖는 백라이트 장치 특허 제 호나 광학 구조물을 갖는 백라이트 장치 특허 제 호나 광학 구조물을 갖는 백라이트 장치 특허 제 호. LED ( 2006-0136913 ). LED ( 2006-0136913 ). LED ( 2006-0136913 ). LED ( 2006-0136913 )

- 24 -

본 발명은 광학 구조물을 엘이디 패키지 클러스트의 내부 또는 외부에 배열하여 전

방 출사 광량을 증대시킬 수 있도록 하는 투과형의 액정표시장치의 백라이트로 사

용하기 위한 엘이디 백라이트 장치에 관한 것이다 본 발명은 다수개의 드((LED) . fp

그린 블루 발광 다이오드가 하나의 클러스트를 이루고 다수개의 상기(R), (4C), (B) ,

클러스트가 액정표시패널의 직하부에 배치되어 광을 공급하도록 하는 백라이트 장

치에 있어서 상기 발광 다이오드들 사이에는 인접한 발광 다이오드로 광이 전달되,

는 것을 방지하기 위하여 광의 경로를 변경시키도록 하는 광학 구조물이 형성되는

것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치를 제공한다 그림. 2

에 대표도를 나타내었다.

(a)

(b)

그림 백라이트를 이루는 클러스트를 도시 한 것 종래의 방법그림 백라이트를 이루는 클러스트를 도시 한 것 종래의 방법그림 백라이트를 이루는 클러스트를 도시 한 것 종래의 방법그림 백라이트를 이루는 클러스트를 도시 한 것 종래의 방법2. (a), (b)2. (a), (b)2. (a), (b)2. (a), (b)

우리 기업전략에의 기여도우리 기업전략에의 기여도우리 기업전략에의 기여도우리 기업전략에의 기여도7. ETI7. ETI7. ETI7. ETI

우리 는 기업전략은 그림 에 나타낸 바와 같이 디스플레이 산업의 중심에 서는ETI 3

것으로 년 현재 국내 최대의 생산 업체이다 그러나 향후 에도 이러한2006 CCFL .

디스플레

- 25 -

이 산업의 정상에 서기 위하여 미래 광원으로 예측되는 그림 에 나타낸 것처럼4

대한 준비를 하여야 한다 이에 한국광기술원은 부품소재기술지원사업을 통하LED .

여 우리 가 그림 의 로드맵에 나타낸 바와 같이 산업에 진입할 수 있는 토ETI 5 LED

대를 마련할 수 있도록 지원하였다.

그림 우리 의 경영 전략그림 우리 의 경영 전략그림 우리 의 경영 전략그림 우리 의 경영 전략3. ETI3. ETI3. ETI3. ETI

정확한 시장 예측에 의한 선기술개발로 업계 선도

그림 우리 의 시장예측그림 우리 의 시장예측그림 우리 의 시장예측그림 우리 의 시장예측4. ETI4. ETI4. ETI4. ETI

- 26 -

후발업체이지만 기술개발에 한발 앞장 선 우리 기술진화 선도ETI =

후발업체이나 개월만에 의 모든 테스트 통과 후 개월만에 직접 거래 승인 받음후발업체이나 개월만에 의 모든 테스트 통과 후 개월만에 직접 거래 승인 받음후발업체이나 개월만에 의 모든 테스트 통과 후 개월만에 직접 거래 승인 받음후발업체이나 개월만에 의 모든 테스트 통과 후 개월만에 직접 거래 승인 받음9 LG Philips LCD 39 LG Philips LCD 39 LG Philips LCD 39 LG Philips LCD 3

그림 우리 의 기술 개발 로드맵그림 우리 의 기술 개발 로드맵그림 우리 의 기술 개발 로드맵그림 우리 의 기술 개발 로드맵5. ETI5. ETI5. ETI5. ETI

본 기술지원사업을 통하여 한국광기술원은 연구에 필요한 패키징 장비LED LED

종류 및 특성 교육 지원 패키징을 위한 클린룸 설치 자원 장비 작동법 교육, , , LED

에 대한 전반적인 교육 및 정보를 제고 패키지를 제작하기 위한 열광학 설계, LED ,

공정 최적화 지원을 통하여 우리 가 패키지 모듈을 양산 산업화 할 수 있는ETI LED

양산 체제를 구축할 수 있도록 하였다 현재 우리 는 를 사업화하기 위한 양. ETI LED

산 장비 및 건물을 신축 중에 있습니다.

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

용 기술 특허 동향용 기술 특허 동향용 기술 특허 동향용 기술 특허 동향1. LCD LED BLU1. LCD LED BLU1. LCD LED BLU1. LCD LED BLU

우리 의 연구원이 한국광기술원에 주간 파견와서 특허맵 및 장비 작동법등에 대ETI 3

해 교육을 받았으며 특허 검색 빛 특허맵 작성에 관한 결과는 다음과 같다.

가 목 적가 목 적가 목 적가 목 적 기존의 실장기술 및 응용괸 특허를 선행조사하여 기술의 발전단계: LED

를 파악하고 기존의 특허와 차별화된 실장의 개발방향을 찾고자 한다 또한, LED .

궁극적으로 고유 특허를 개발하여 대내외적으로 기술경쟁력을 확보하는데 그 목적

이 있다.

나 검색 소프트웨어나 검색 소프트웨어나 검색 소프트웨어나 검색 소프트웨어.... 한국광기술원: WIPS( )

다 검색항목다 검색항목다 검색항목다 검색항목....

- 27 -

검색어 분류검색어 분류검색어 분류검색어 분류(1)(1)(1)(1)

백라이트 백 라이트BACKLIGHT, BACKLIGHTING, , , BACKLIGHTING CIRCUIT,①

배면광원BACKLIT, BACK-LIT, BACKLIGHT DISPLAY PANEL, , BACKLIGHT UNIT,

BLU

LCD, LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT,②

액정LIQUID CRYSTAL DISPLAYING,

점광원 발광다이오LED, LIGHT EMITTING, DIODE, LIGHT EMITTING PANEL, ,③

드 발광 다이오드 점형상 광원 점 형상 발광원 광원, , , , POINTING DEVICE, LED ,

LCD LED-BLU④

피시비 인쇄회로기판PCB, PRINTED ADJ CIRCUIT ADJ BOARD, ,⑤

씨오비 칩온보드COB, CHIP NEAR BOARD, ,⑥

세라믹패키지CERAMIC ADJ PACKAGE,⑦

성형수지 봉지제ENCAPSULANT, ,⑧

방열홀VIA,⑨

화합물반도체 화합물 반도체 반도COMPOUND ADJ SEMICONDUCTOR, , ADJ ,⑩

체 조명 반도체 조명 고체조명, ADJ , SEMICONDUCTOR ADJ LIGHTING, , SOLID

ADJ STATE ADJ LIGHTING

검색어 조합검색어 조합검색어 조합검색어 조합(2)(2)(2)(2)

백라이트 백라이팅(BACKLIGHT OR BACKLIGHTING OR OR OR (BACK ADJ①

백릿 백라이트부 배면광원 비엘유LIT) OR OR OR OR BLU OR ) & (LCD OR

액정 점광(LIQUID ADJ CRYSTAL) OR ) & (LED OR (LIGHT ADJ EMITTING) OR

원 점 광원 발광 다이오드 발광 다이오드 점형상OR ( ADJ ) OR OR ( ADJ ) OR OR

점 형상 포인팅 디바이스 점( ADJ ) OR (POINTING ADJ DEVICE) OR ( ADJ ) OR (

모양인ADJ ))

백라이트 백라이팅(BACKLIGHT OR BACKLIGHTING OR OR OR (BACK ADJ②

백릿 백라이트부 배면광원 비엘유LIT) OR OR OR OR BLU OR ) & (LCD OR

액정 점광(LIQUID ADJ CRYSTAL) OR ) & (LED OR (LIGHT ADJ EMITTING) OR

원 점 광원 발광 다이오드 발광 다이오드 점형상OR ( ADJ ) OR OR ( ADJ ) OR OR

점 형상 포인팅 디바이스 점( ADJ ) OR (POINTING ADJ DEVICE) OR ( ADJ ) OR (

모양인 화합물반도체 화합물 반도체ADJ )) & ( OR ( ADJ ) OR (COMPOUND ADJ

반도체 조명 반도체 조명SEMICONDUCTOR) OR OR ( ADJ ) OR (

고체조명SEMICONDUCTOR ADJ LIGHTING) OR OR (SOLID ADJ STATE ADJ

LIGHTING)

검색어 분류를 통해 검색어를 조합해서 특허를 검색한 결과 검색어 분류의 ~※ ⑤

항목을 넣고 조합을 하면 특허검색이 되지 않음 이것은 항목이 이미 상당. ~⑨ ⑤ ⑨

한 기술발전으로 인해 특허로서의 효력을 상실했다거나 또는 최근에 로의 기술LED

접목으로 인한 특허출원으로 특허검색에서 나타나지 않았다고 사료됨.

라 검색국가라 검색국가라 검색국가라 검색국가.... 특허대상건이 미미한 여타 국가를 제외하고 전 세계의 이상의: 95%

특허를

- 28 -

출원하는 한국 일본 미국 유럽특허만을 조사함, , , .

마 검색범위마 검색범위마 검색범위마 검색범위....

조사범위조사범위조사범위조사범위(1)(1)(1)(1) 년 년:1976 ~ 2004

기술발전 파급효과등을 고려하여 특허출원 및 등록이 미비했던 년부터, 1976※

년까지의 시기는 분석구간에서 제외함1990 .

분석구간분석구간분석구간분석구간(2)(2)(2)(2)

한국 년부터 년까지 출원된 특허출원 분석: 1991 2004①

미국 년부터 년까지 등록된 특허분석: 1991 2004②

일본 년부터 년까지 출원된 특허출원 분석: 1991 2004③

유럽 년부터 년까지 출원된 특허출원 분석: 1991 2004④

한국 일본 유럽은 공개제도로 인하여 출원후 개월 이후에 공개되기 때문에, , 18※

아직 공개되지 않고 미공개인 자료가 있을 것으로 예상되어 유효 분석구간을 2004

년 상반기로 정하고 분석하였음.

미국은 과거에 등록제도만을 채택하였기 때문에 출원이 되더라도 공개 안 되는※

경우가 많아 분석은 공개된 자료만을 가지고 등록.

바 검색특허수바 검색특허수바 검색특허수바 검색특허수.... 총 건 한국 건 일본 건 미국 건 유럽: 1,039 ( : 372 / : 198 / : 426 /

건: 43 )

분석특허수 총 건 한국 건 일본 건 미국 건: 649 ( : 372 / : 198 / : 79 )※

- 29 -

사 전체 특허동향사 전체 특허동향사 전체 특허동향사 전체 특허동향....

그림 의 연도에 따른 출원건수를 보면 년을 기점으로 큰 폭의 증가세를 보인6 1999

다 이것은 실장기술이나 으용의 기술발전이 파급효과가 증대되어 발전기를. LED ㅏ

지나 성숙기로 진행하도 있다고 예상할 수 있으며 년과 년의 특허건수, 2004 2005

감소는 앞서 언급한 출원 후 팬딩 중인 것으로 사료된다.

그림 연도별 특허 출원 건수 변화그림 연도별 특허 출원 건수 변화그림 연도별 특허 출원 건수 변화그림 연도별 특허 출원 건수 변화6.6.6.6.

그림 과 에 출원인 별 국가 별 출원 건수를 나타내고 있는데 출원인에 따른 출7 8 ,

원건수를 분석 하면 현재 의 경우 일본과 한국의 특허건수가 전체 특허의LED BLU

대부분을 차지하고 있다는 점과 유럽과 미국에서 일본특허가 대부분을 차지하고,

있다는 특허청의 보고서를 감안한다면 이번 특허분석에서 한국의 출원인이 다수를

차지하고 있는 것은 자명한 결과로 판단됨 예상외의 결과로는 의 특. SEIKO EPSON

허건수가 확보되지 않았다는데 있다.

그림 출원인에 따른 특허 출원 건수그림 출원인에 따른 특허 출원 건수그림 출원인에 따른 특허 출원 건수그림 출원인에 따른 특허 출원 건수7.7.7.7.

- 30 -

그림 국가별 특허 출원 건수그림 국가별 특허 출원 건수그림 국가별 특허 출원 건수그림 국가별 특허 출원 건수8.8.8.8.

그림 에 나타낸 바 처럼 출원된 특허의 기술을 분류해보면 로 응용되는 사이9 BLU

드형 직하형 그리고 이 분류로 확인할 수 없지만 응용이 가능한 건수(2), (4) BLU

의 출원거수가 가장 높다는 것을 알 수 있다 이것은 현재 실장 기술이(1) . LED

로의 응용범위가 가장 활성화 되어 있다는 것을 의미하며 더불어 사이드형이BLU ,

작하형보다 많은 건수를 차지한 것은 기존의 중소형 인치에서 사이드형 가 활BLU

발히 출원되었다는 것을 알 수 있다 하지만 그림 에 나타낸 바와 같이 기술분류. 10

를 출원연도별로 비교해 보면 직하형의 최근 출원건수가 급증하고 있는 것으로 보

아 대면적 에 대한 연구가 많이 이루어 지고 있음을 알 수 있다LCD BLU .

그림 기술 분류별 특허 출원 건수그림 기술 분류별 특허 출원 건수그림 기술 분류별 특허 출원 건수그림 기술 분류별 특허 출원 건수9.9.9.9.

- 31 -

그림 기술 분류별 출원 연도 변화그림 기술 분류별 출원 연도 변화그림 기술 분류별 출원 연도 변화그림 기술 분류별 출원 연도 변화10.10.10.10.

국가별 출원건수 그림 에 대한 기술분류를 보면 한국과 일본의 경우 단연(11) BLU

에 대한 특허건수가 대다수를 차지하고 있으며 미국의 경우에는 전체 특허건수는,

적지만 를 이용한 전반적인 응용범위에 고르게 출원하고 있다는 것을 알 수 있LED

다.

그림 국가별 기술 분류그림 국가별 기술 분류그림 국가별 기술 분류그림 국가별 기술 분류11.11.11.11.

특허에 대한 중요도를 연도별 그림 로 보면 년 년 그리고 년에 주( 2) 1997 , 2001 2002

요 특허가 많이 출원되었다 이것은 일본특허가 년과 년에 급증했다가. 1997 1998

년과 년 이후에 다시 한번 급증하는 경향성과 이후에 년대 들어와서2001 2002 2000

한국의 특허건수가 증감한 요인에 의한 것으로 판단된다.

- 32 -

그림 중요도별 특허 출원 변화그림 중요도별 특허 출원 변화그림 중요도별 특허 출원 변화그림 중요도별 특허 출원 변화12.12.12.12.

국가별 특허 중요도 그림 를 보면 일본이 역시 발전기가 빠른 만큼 중요도를 떠( 13)

나서 수치상으로도 가장 많은 특허건수를 보여주고 있다.

그림 국가별 특허 중요도그림 국가별 특허 중요도그림 국가별 특허 중요도그림 국가별 특허 중요도13.13.13.13.

출원인별 특허 중요도 그림 를 보면 개인적인 차이를 배제할 수는 없지만 중요( 14) ,

도를 감안해 등급에서 살펴보면 역시 일본인에 의한 출원비율이 가장 높다는A, B

것을 알 수 있다.

- 33 -

그림 출원인별 특허 중요도그림 출원인별 특허 중요도그림 출원인별 특허 중요도그림 출원인별 특허 중요도14.14.14.14.

아 한국의 특허동향아 한국의 특허동향아 한국의 특허동향아 한국의 특허동향....

연도별 출원거수 그림 를 보면 년을 기점으로 해서 증가추세를 보임 이것( 15) 1999 .

역시 년을 시점으로 기술 개발과 파급효과가 증대되고 있음을 알 수 있다 또1999 .

한 출원인 그림 에서는 엘지필립스엘시디가 가장 많은 수의 특허출원을 하고 있( 16)

음을 알 수 있다 하지만 실질적인 를 개발하고 있는 업체로 알려져 있는. LED BLU

우영이나 태산엘시디와 같은 기존 업체에서의 특허 실적은 상대적으로 저조한BLU

편이다 이는 특허의 대부분이 대기업을 위주로 해서 진행되고 있다는 것을 알 수.

있는 부분이다.

그림 한국의 연도별 특허 출원 건수그림 한국의 연도별 특허 출원 건수그림 한국의 연도별 특허 출원 건수그림 한국의 연도별 특허 출원 건수15.15.15.15.

- 34 -

그림 출원인데 따른 특허 출원 건수그림 출원인데 따른 특허 출원 건수그림 출원인데 따른 특허 출원 건수그림 출원인데 따른 특허 출원 건수16.16.16.16.

기술분류 그림 를 통해 확인하면 역시 사이드형 직하형을 비롯한 관련( 17, 18) , BLU

특허건수가 가장 많은 비율을 차지하고 있으며 직하형 특허건수가 년을 기점, 2003

으로 점차 증가하고 추세이다 반면에 사이드형 특허 건수는 점차 감소하고 있는.

추세로 관련 기술개발이 종전의 핸드폰용 키 패드나 중소형인치대에 활발히LED

이루어지다 어느 정도 포화된 상태라고 예측할 수 있다.

그림 기술 분류별 특허 출원 건수그림 기술 분류별 특허 출원 건수그림 기술 분류별 특허 출원 건수그림 기술 분류별 특허 출원 건수17.17.17.17.

- 35 -

그림 기술 분류별 특허 출원 연도그림 기술 분류별 특허 출원 연도그림 기술 분류별 특허 출원 연도그림 기술 분류별 특허 출원 연도18.18.18.18.

출원인별 특허 중요도 그림 를 살펴보면 최대 특허수를 보유한 엘지필립스엘시( 19)

디가 없다는 것은 개인적인 시각차이로 인하여 누락되었을 가능성이 많으며 기존,

의 패널업체인 삼성계열의 회사와 소형 업체인 나노엘시디 그리고 오리온 전기BLU

가 중요한 특허를 출원한 것으로 판단된다.

그림 출원인별 특허 중요도그림 출원인별 특허 중요도그림 출원인별 특허 중요도그림 출원인별 특허 중요도19.19.19.19.

자 일본의 특허동향자 일본의 특허동향자 일본의 특허동향자 일본의 특허동향....

일본의 경우 예외적으로 년을 기점으로 출원특허수가 큰 폭으로 증가 그림1995 (

함을 알 수 있으며 년대 들어와서는 오히려 감소추세를 보이고 있다 이것20) , 2002 .

은 공개제도 제한에 의한 것이라고 일부 판단되지만 이것을 감안하더라도 점차 출,

원건수가 감소하고 있다고 조심스럽게 예측할 수 있다 또한 이것을 통해 알 수 있.

는 것은 일본이 한국에 비해 약 년 정도 개발기술이 앞서 잇다는 것과 그4~5 LED

만큼 원천 특허를 많이 보유할 수 있는 가능성이 있다는 것을 추측할 수 있게 된

다 출원인별 특허 출원 건수를 보면 세계적인 선두업체들의 다수 특허를 출. LCD

원하였으며 그림 그 밖에 전문 업체들이 뒤를 잇고 있다( 21) LED .

- 36 -

그림 일본의 연도별 특허 출원 건수 변화그림 일본의 연도별 특허 출원 건수 변화그림 일본의 연도별 특허 출원 건수 변화그림 일본의 연도별 특허 출원 건수 변화20.20.20.20.

그림 일본의 출원인별 특허 건수그림 일본의 출원인별 특허 건수그림 일본의 출원인별 특허 건수그림 일본의 출원인별 특허 건수21.21.21.21.

기술분류 그림 를 통해 보면 역시 관련된 특허가 전체 특허의 대부분( 22, 23) BLU

을 차지하고 있다는 것을 알 수 있으며 직하형 관련 특허가 년에, BLU CHIP 2001

큰 증가세를 보이고 있다는 것이 특징이라 할 수 있다.

그림 일본의 기술 분류별 특허 추원 건수그림 일본의 기술 분류별 특허 추원 건수그림 일본의 기술 분류별 특허 추원 건수그림 일본의 기술 분류별 특허 추원 건수22.22.22.22.

- 37 -

그림 일본의 기술 분류별 출원 연도그림 일본의 기술 분류별 출원 연도그림 일본의 기술 분류별 출원 연도그림 일본의 기술 분류별 출원 연도23.23.23.23.

출원인별 중요도 그림 를 살펴보면 중요 특허인 단계에서 니치아 샤프 그( 24) A, B ,

리고 마쯔시다와 같은 업체가 많은 특허를 출원하고 있는 것으로 판단된다.

그림 일본의 특허 출원인별 중요 특허 동향그림 일본의 특허 출원인별 중요 특허 동향그림 일본의 특허 출원인별 중요 특허 동향그림 일본의 특허 출원인별 중요 특허 동향24.24.24.24.

차 미국의 특허동향차 미국의 특허동향차 미국의 특허동향차 미국의 특허동향....

그림 를 보면 미국의 경우 년을 기점으로 증가추세를 보이다 다소 주춤거리25 1993

는 경향도 있지만 년을 기점으로 큰 폭의 증가세를 보이고 있음을 알 수 있다2000 .

하지만 출원인에 따른 건수를 확인하면 미국내 특허의 대부분은 일본 출원인에 의

해 결정된다는 것을 알 수 있다 이것은 일본이 미국내 기술적 우위를 선점 하려는.

노력으로 분석된다 그림 은 미국내에서의 출원인별 특허 출원 건수를 나타내고. 26

있는데 일본의 경우와 비슷한 업체들이 상위 그룹에 두각을 나티내고 있으며 한국

의 삼성전자도 많은 특허를 출원하고 있음을 알 수 있다.

- 38 -

그림 미국의 연도별 특허 출원 동향그림 미국의 연도별 특허 출원 동향그림 미국의 연도별 특허 출원 동향그림 미국의 연도별 특허 출원 동향25.25.25.25.

그림 미국의 출원인별 특허 출원 건수그림 미국의 출원인별 특허 출원 건수그림 미국의 출원인별 특허 출원 건수그림 미국의 출원인별 특허 출원 건수26.26.26.26.

기술분류를 출원년도 그림 별 건수로 비교해 보면 관련 특허가 주종을( 27, 28) , BLU

이루는데 상대적으로 직하형 타입의 특허건수가 적으며 최근 개발 동향도 직하형,

보다는 사이드형 응용 그리고 에 관련한 특허가 많고 특이할 사항은 패, BLU CHIP ,

키지 관련 특허가 아주 높은 비율을 차지하고 있다는데 있다.

- 39 -

그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 건수 동향그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 건수 동향그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 건수 동향그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 건수 동향27.27.27.27.

그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 연도 변화그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 연도 변화그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 연도 변화그림 미국의 기술 분류별 특허 출원 연도 변화28.28.28.28.

출원인별 중요도 그림 를 살펴보면 도요다 고세이나 가부시키가이사와 같은 일( 29)

본업체가 미국내 특허 출원건수와 비례하여 많이 출원하였다는 것을 알 수 있다.

그림 미국의 출원인별 특허 중요도그림 미국의 출원인별 특허 중요도그림 미국의 출원인별 특허 중요도그림 미국의 출원인별 특허 중요도29.29.29.29.

- 40 -

카 결론카 결론카 결론카 결론....

헌재 개발팀이 추진하고 있는 세라믹 또는 형태의LED METAL PCB COB TYPE•

단품 또는 에 대한 기술은 최근에 논의가 많이 되고 있는MULTI-CHIP PACKAGE

실장기술의 한 가지로서 현재 특허검색에 의한 출원건수가 나오지 않는 것으LED

로 판단하건대 공개제도 제한에 걸렸다거나 또는 아직 출원되지 않은 기술 분야로

예상할 수 있으며 이에 대한 적절한 대응이 필요하다고 판단된다, .

의 응용분야는 무궁무진한데 반하여 현재 가장 많이 출원되고 있는 분야는LED•

분야로 지속적인 발전이 이루어진다고 가정하면 일반조명의 대체조명으로서BLU ,

의 역할과 더불어 자동차용 헤드라이트와 같은 특수 응용분야에 대해서도 폭넓게

관심을 가져야 할 것이다 또한 이에 따라서 우수한 기술을 축적하여 경쟁력 있는.

특허출원 대응이 필요하다고 판단된다.

장비 셋업 및 작동법을 교육장비 셋업 및 작동법을 교육장비 셋업 및 작동법을 교육장비 셋업 및 작동법을 교육2.2.2.2.

장비의 작동법을 작성하여 문서화 함 별첨- ( )-

표 지원한 장비 목록표 지원한 장비 목록표 지원한 장비 목록표 지원한 장비 목록4.4.4.4.

우리 장비셋업지원현황ETI

맥암 주( ) DB 600 EPOXY DIE BONDER

우원테크놀러지 주( ) 4522 BALL BONDER

포톤데이즈 주( ) PTD-03LF FLIP CHIP BONDER

교니산교 주( ) PTR-1100 BONDING TESTER

대화테크 PDM-300 PASTE MIXTER

제 기한국 주4 ( ) JSPCS-450S PLASMA CLEANER

비전과학 주( ) VS-1202D3N

개성과학상사 C-012 DESICATOR

용비통상 주( ) ML-808FX COM DISPENSER SYSTEM

한국기계 주( ) HMF-B-1500 HUME HOOD

전자 주LG ( ) R-B571GM

니콤인터내셔널 주( )WT3000 PRESISION POWER ANALYZER

ELECTROSTATIC DISCHARGE SIMULATOR

신우엔지니어링 NIKON MODEL MM-40/L3U

인프라레드 코리아 주( ) FLIR THERMA CAM P25

광전자정밀 주( ) LED TESTER

에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트에폭시 다이 본딩 재현성 검사 장비 테스트3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

우리 에서 구매한 에폭시 다이본더ETI ( 까막스 의 접착 재DB 600 EPOXY DIE BONDER, )

현성이 의심스럽다고 하여 다이본더의 에폭시 토출 재현성을 측정하였다 토출 조건은.

을로 하였으며 에폭시 스미토모 것을 사용하3bar, 25G needle, 1.5 time T3100 Ag epoxy ( )

였다 칩 사양은 아래 그림 에 나타낸 바와 같다. 30 .

- 41 -

그림 에폭시 다이본더 접착 재현성에 사용된 칩 사양그림 에폭시 다이본더 접착 재현성에 사용된 칩 사양그림 에폭시 다이본더 접착 재현성에 사용된 칩 사양그림 에폭시 다이본더 접착 재현성에 사용된 칩 사양30.30.30.30.

일반적으로 에포시의 토출 재현성은 토출되는 무게를 재어 그 편차를 측정하면 쉽게 평가할

수 있으나 우리 는 무게를 잴 수 있는 정밀 저울이 없으므로 그림 에 보이는 바와 같ETI 31

은 공구현미경을 축의 길이를 측정하여 토출 편차를 측정하였다 측정결과 그림X, Y, Z . ( 31,

축은 약 이내에서 정밀하게 제어된 토출양을 나타내었으며 축은 약 로 비교32) x,y 3% z 9%

적 편차율이 높았으나 이는 공구 현미경의 특성상 측정 오차에서 비롯된 것으로 사료되었

다 보통 의 토출 재현성은 이내이면 높은편 임으로 우리 가 보유한 장비는 토. epoxy ±5% ETI

출 재현성이 매우 높은 장비임을 알 수 있다 우리 에서 제기한 재현성에 문제가 있다는. ETI

것은 토출시 니들과 패키지의 바닥면의 높이가 일정하지 않아 재현성이 떨어지는 것으로 판

단된다.

- 42 -

그림 토출된 에폭시의 크기 높이 및 형상그림 토출된 에폭시의 크기 높이 및 형상그림 토출된 에폭시의 크기 높이 및 형상그림 토출된 에폭시의 크기 높이 및 형상31. ,31. ,31. ,31. ,

그림 토출된 에폭시의 변화 경향그림 토출된 에폭시의 변화 경향그림 토출된 에폭시의 변화 경향그림 토출된 에폭시의 변화 경향32.32.32.32.

토출된 접착제의 접착 강도를 알아보기 위하여 적색 칩을 사용하여 접착한 후 접착 강LED

도를 측정하였다 아래 표 는 각 샘플의 를 나타낸 것으로 평균 값은 약. 5 Shear strength

편차는 였다 이 값은 에폭시 제조사사 제시한 값 보다 약간 낮은 값362gf 66gf . Ag 444gf

으로 예상되는 원인으로는

접착두께가 너무 두꺼웠을 가능성•

다이 밑면에 접착제가 고루 펴져 있지 않을 가능성•

이 덜 되었을 가능성Curing•

측정시 측정 높이를 너무 높이 하였을 가능성Shear strength•

- 43 -

를 한지 오래되어 수명이 다 되었을 가능성Ag epoxy open•

접착면이 오염되었을 가능성 등이 추측되면 칩이 떨어지는 형상으로 보아 패키지 바닥면이•

공기중에 오래 노출되어 오염되었을 가능성이 가장 높음

등이 예상되며 패키지 보관에 주의를 요하면 해결되는 문제로 사료됨

표 칩을 접착한 후의표 칩을 접착한 후의표 칩을 접착한 후의표 칩을 접착한 후의5. Shear strength5. Shear strength5. Shear strength5. Shear strength

을 위한 플라즈마 최적화 공정기술지원을 위한 플라즈마 최적화 공정기술지원을 위한 플라즈마 최적화 공정기술지원을 위한 플라즈마 최적화 공정기술지원4. Au wire bonding ( )4. Au wire bonding ( )4. Au wire bonding ( )4. Au wire bonding ( )

모듈로 사용하기 위한 패키지의 와이어 본딩 조건을 최적화 하기 위하여 실BLU LED Au

험계획법을 통하여 이자 수준 그림 디자인 실험을 실시하였다 실험인자가4 2 ( 330 . ball wire

본딩 하기전의 플라즈마 클리닝 양 그리고 본딩시 온도이며power, gas , time ball wire ball

본딩 조건은 고정하였다 특성치는 였으며 반복 실험을 행하였wire . shear, pull strength 4

다 아래 그림 은 본 실험계획법에 사용한 패키지 및 실험계획 조건을 나타낸 것이며 표. 33

는 본 실험게획법의 실험 조건을 나타낸 것이다 수준은 은2 . Power 2 100, 400 W, Time

초 양은 본딩 온도는 였다30, 90 , Gas 100, 300 sccm, 25, 100 .℃

- 44 -

실험제목 을 위한 플라즈마 클리닝 조건 확립: Au wire bonding•

실험 계획법 수준 요인배치법:2•

특성치: Ball shear, Pull strength•

Factorial design: Full Factorial•

총 회 실험Number of replicates: 4 ( 64 )•

인자 A: Power (100, 400)•

B: Time (30, 90)

C: Gas (100, 300)

D: Wire bonding temp. (25, 100)

표 실험계획법 실험 조건6.

- 45 -

실험계획법 에 의한 실험은 얻은 결과치의 잔차를 분석함으로서 실험이나 공(DOE)

정에 대한 오차나 신뢰도를 분석힐 수 있는데 그림 에 분석 결과를 나타내었34, 35

다 보통 축은 실험 순서를 나타내며 축은 스케일로 변화하여 나타내었. x y Deleted

다 만일 실험이 재현성 있게 오차가 없이 진행되었다면 얻어진 데이터는. +3~-3

사이에 들어가게 된다 본 공정 실험의 결과 모두 상. shear pull strength, +3~-3

이에 들어가게 되어 실험은 잘 이루어졌음을 알 수 있었다.

그림 실험 순서에 따른 전차그림 실험 순서에 따른 전차그림 실험 순서에 따른 전차그림 실험 순서에 따른 전차34. shear strength34. shear strength34. shear strength34. shear strength

그림 실험 순서에 따른 전차그림 실험 순서에 따른 전차그림 실험 순서에 따른 전차그림 실험 순서에 따른 전차35. pull strength35. pull strength35. pull strength35. pull strength

- 46 -

그림 은 에 대한 를 보여주고 있으며 이 그래프에35 Shear strength Pareto Chart ,

서 붉은색 실선을 넘어가는 인자들이 결과치에 주로 영향을 미치는 인자이다 .

에 영향을 주는 인자는 본딩 온도 양 플라즈마 처리 이Shear strength , gas , power

거나 이들의 상호 교호작용에 의한 것이 주 영향 인자였다 그 밖에 인자인 플라즈.

마 처리 시간은 에 영향을 미치지 않았다 그림 은shear strength . 37 Pull strength

에 대한 를 보여주고 있다 에 영향을 주는 인자는 플라Pareto Chart . Pull strength

즈마 처리 이거나 시간이었으며 이들의 상호 교호작용에 의한 것이 주 영향power

인자였다 그 밖에 인자인 플라즈마 처리 양 및 온도는 에 영향을. gas pull strength

미치지 않았다.

그림 에 대한 차트그림 에 대한 차트그림 에 대한 차트그림 에 대한 차트36. Shear strength pareto36. Shear strength pareto36. Shear strength pareto36. Shear strength pareto

- 47 -

그림 에 대한 차트그림 에 대한 차트그림 에 대한 차트그림 에 대한 차트37. Pull strength pareto37. Pull strength pareto37. Pull strength pareto37. Pull strength pareto

그림 은 에 대한 을 나타낸 것인데 상기 결과를38 shear strength main effect plot

더 명확하게 확인할 수 있다 는 수준에서 수준으로 인자값을 변화. Power, Gas - +

하면 값이 감소함을 알 수 있으며 은 값이 이상으로 영향인strength Time P 0.05

자가 아님을 알 수 있다 값에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 본딩. Shear strength

시 온도였으며 온도늘 상온에서 로 올리면 강도는 에서 로 증가함을100 12 15gf℃

알 수 있다 따라서 본딩시 본 지원과제에서 제작한 패키지는 플라즈마. ball wire

클리닝을 하는 것보다 접합 온도만 올려서 본딩하는 것이 좋음을 알 수 있었다.

의 경우 을 그려보면 그림 와 이 강도Pull strength main effect plot ( 39) power time

를 증가시키는 주요 인자 였으며 시간과 온도는 별다른 영향을 미치지 않는 인자였

다 상기 결과들을 종합해 보면 본 패키지는 와이어 본딩 이전에 플라즈마 클리닝.

을 하지 않는 것이 공정이 용이하며 결과적으로 시뇌성에도 좋음을 알 수 있다 이.

와 같이 플라즈마 클리닝이 오히려 본딩에 악영향을 미치는 이유로는 플라즈마 클

리닝시 전극이나 세라믹에서 오염물질이 방출되어 본딩 에 영향을 미치는strength

것으로 사료된다.

- 48 -

그림 에 대한 주효과도그림 에 대한 주효과도그림 에 대한 주효과도그림 에 대한 주효과도38. Shear strength38. Shear strength38. Shear strength38. Shear strength

그림 에 대한 효과 도그림 에 대한 효과 도그림 에 대한 효과 도그림 에 대한 효과 도39. Pull strength39. Pull strength39. Pull strength39. Pull strength

실험 계획법에서 은 실시한 실험조건에 대한 결과를 모여cube plot full spectrum

주는 그림으로 본 실험에 대한 결과를 종합하여 그림 에 나타내었다40, 41 . Cube

으로 그려보면 는 시간 가스 온도 에plot shear strength Power 100, 90, 100, 100

서 최대 를 나타내었으며 값은 시간 가스21gf Pull strength Power 400, 90, 100,

온도 에서 가장 높은 값이 최대 를 나타내었다25 8gf .

- 49 -

일반적으로 본딩시 인 경우 인 경우Au wire 1mil Au wire 16gf, Pull strength 3gf

이상이면 공정을 계속 진행할 수 있는 스펙의 기준점이 된다 이러한 기준Go/No .

강도를 참작하여 그림 시켜 보면 와response optimization( 42) shear strength pull

를 최대로 할 경우 시간 가스 온도 인 조건으로strength Power 100, 90, 100, 100

와이어 본딩 하면 최적을 본딩 결과를 얻음을 알 수 있다.

그림 에 대한 입방체도그림 에 대한 입방체도그림 에 대한 입방체도그림 에 대한 입방체도40. Shear strength40. Shear strength40. Shear strength40. Shear strength

그림 에 대한 입방체도그림 에 대한 입방체도그림 에 대한 입방체도그림 에 대한 입방체도41. Pull strength41. Pull strength41. Pull strength41. Pull strength

- 50 -

그림 최종 목표치에 대한그림 최종 목표치에 대한그림 최종 목표치에 대한그림 최종 목표치에 대한42. response optimi42. response optimi42. response optimi42. response optimizzzzationationationation

용 봉지재의 특성 파악용 봉지재의 특성 파악용 봉지재의 특성 파악용 봉지재의 특성 파악5. LED5. LED5. LED5. LED

가 봉지재의 일가 봉지재의 일가 봉지재의 일가 봉지재의 일반반반반적 특성적 특성적 특성적 특성....

현재 는 외관의 모양에 따라 분류를 하는데 램프타임에 해당하는 포탄형과 표LED

면 실장형으로 분류를 한다 그림 초기에는 포탄형이 주류를 이루었으나 현재( 43).

는 등 디스플레이 시장이 활성화 되면서 표면실장형 시장이 주류를 이루LCD BLU

고 있다 봉지용 수지는 에폭시 계열과 실리콘계열이 주류를 이루고 있으며. LED ,

에폭시 수지는 에폭시 주제 및 산무수물 경화제가 주성분이며 여기에 경화촉진제,

첨가제등을 배합시키 투명한 유기고분자이다 실리콘 봉지재의 경우도 주제와 경화.

제로 나누어져 있으며 반응 후 구조는 실록산 주 체인의 특성에 따라 메틸기와 페

닐기가 적정 비유로 혼합되어 있는 구조를 나타내고 있다 그림 는 전형적인 포. 14

탄형 와 표면실장형 형태를 나타낸 것이다LED LED .

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그림그림그림그림 포탄형 와포탄형 와포탄형 와포탄형 와 표면실장표면실장표면실장표면실장형형형형43. LED LED43. LED LED43. LED LED43. LED LED

일반적으로 에폭시는 산소를 사이에 둔 화합물이란 뜻으로 그림 에 나타낸 가보44

아 같이 주제의 각 부분은 봉지 표면과 접착력을 증가시키는 관능기(hydroxy

열에 잘 견디는 관능기 화학적으로 안정한 결합group) (methyl group), (ether

등을 가지고 있다 에폭시는 올리고마 형태로 출시되며 무색투명한 비스페롤bond) .

형 에폭시가 주로 사용되고 있는데 저점도가 요구되는 곳에는 비스페롤 형 에폭A F

시가 주로 사용되고 있다 그밖에도 비스페놀 에폭시형의 열변색 방지를 위해서 유.

리전이온도가 높은 가교밀도가 높은 에폭시를 사용하는 경우도 있으며 점도를 조절

하기 위하여 점도 조절용 첨가제를 혼합하는 경우도 있다.

그림 대표적인 에폭시의 화학구조 및 경화그림 대표적인 에폭시의 화학구조 및 경화그림 대표적인 에폭시의 화학구조 및 경화그림 대표적인 에폭시의 화학구조 및 경화반반반반응응응응 메메메메카카카카니즘니즘니즘니즘44.44.44.44.

실리콘 고분자는 주 사슬에 탄소를 함유하지 않는 실리콘과 산소의 결합으로 이루

어진 고분자로 실리콘 원자가 탄소원자가 주기율표에서 같은 족 화합물이지만 물리

적 화학적 특성은 매우 다르다 다양한 유기 관능기가 실록산 주 사슬에 결합할 수.

있으며 주로 메틸기가 가지 형태로 붙어 있으며 여기에 굴절율 조절 및 기타 물성

조절을 위하여 페닐기를 혼합하는 형태도 많이 사용되고 있다 실리콘 고분자는 일.

반적으로 열적 화학적으로 안정하며 그림 의 표에 나타낸 결합에너지를 보면 자, 45

외선에도 안정한 구조를 가지고 있다 따라서 열적 물리적 고신뢰성을 요구하는 분.

야에 적합한 봉지재라 할 수 있다.

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그림 대표적인 실리그림 대표적인 실리그림 대표적인 실리그림 대표적인 실리콘콘콘콘 봉지재의 구조 및 결합에봉지재의 구조 및 결합에봉지재의 구조 및 결합에봉지재의 구조 및 결합에너너너너지지지지45.45.45.45.

나 봉지재의나 봉지재의나 봉지재의나 봉지재의 투투투투과과과과율율율율....

봉지재의 투과율은 패키지 효율 및 의 신뢰성에 직접적인 영향을 미치기LED BLU

때문에 매우 중요한 봉지재의 특성이다 물론 투과율이 높다고 해서 봉지재의 안정.

성이 보장되는 것은 아니지만 봉지재가 요구하는 기본특성은 투광율이 높고 에BLU

서 사용되는 가장 짧은 파장에서 변성이 적아야 하기 때문에 이들 특성은 다른 특

성에 선행되어 조사되어야 한다 그러나 기존에 판매 또는 샘플로 제공되고 있는.

제품들은 대부분은 측정 방법이 다르고 과율이 정확하지 않은 경우가 많음으로 그

림 과 같은 샘플을 만들어 투과율을 측정하였다 봉지재의 투과율을 측정하기 위46 .

해서는 먼저 샘플이 두꺼울 것 다른 인자 즉 표면에서의 산란이나 샘플 내부의 크

랙등에 의한 산란이 없을 것 등이다.

봉지재 샘플의 투과율 측정 방법은 첫째 테프로 판위에 봉지재를 이상을LED 2㎜

두껍게 코팅하여 필름을 형성한 후 때어내어 투과율 측정 샘플을 제작하는 방법인

데 테프론의 표면의 거친 형상이 샘플의 표면에 그대로 프린팅되어 투과율 측정시

표면에서 산란이 심하게 일어나는 문제점이 발생하였다 두 번째 방법으로는 수정.

셀에 봉지재를 넣고 가교하여 투과율을 측정하는 방법인데 이 방법은 봉지재에 열

을 가해 가교시 봉지재의 수축 팽창에 의해 수정 셀이 깨지거나 봉지재 내부에 크

랙이 발생하여 정확한 투과율을 측정할 수 없는 문제점이 발생하였다 세 번째 방.

법은 수정 판의 가장자리에 유리를 절단하여 틀을 만들고 안쪽에 봉지재를 토출한

후 가교 시켜 샘플을 만드는 형태로 안정적이고 매우 정확한 투과율 데이터를 얻을

수 있었다 여기서 정확한 데이터란 가시광 영역의 투과율 데이터와 봉지재 판매회.

사의 가시광 영역의 투과율 데이터를 비교하여 검증하였다

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측정 불량 필름( )• 측정 불량 셀( )• 측정 양호 틀( )•

그림그림그림그림 투투투투과과과과율율율율을 측정하기 위한을 측정하기 위한을 측정하기 위한을 측정하기 위한 샘샘샘샘플의플의플의플의 형태형태형태형태46.46.46.46.

그림 에 나타낸 봉지재에 대한 투과율은 굴절율 이 높은 실리콘47 (1.53) (JCR6175,

이 제조회사에 관계없이 가시광 영역에서 이상의 투과율을 나타내었IVS5332) 90%

으며 같은 실리콘 계열이라도 굴절율 이 낮은 봉지재 가 낮(1.41) (EG6301, TX2335)

은 투과율 을 나타내었다 이러한 결과는 나타내는 원인으로는 굴절율도 중요(75%) .

한 인자로 작용하였겠지만 굴절율이 낮은 봉지재에 혼합된 첨가제도 중요한 역할을

한 것으로 사료된다 한편 에폭시의 경우 실리콘과 대등한 투과율을 나타내어 투과.

율만 놓고 보면 실리콘이나 에폭시나 봉지재로 사용함에 있어 좋은 물질이라 할 수

있다 이 밖에 봉지재 물질로 우레탄 계열의 봉지재 도 측정을 하였는. (DYMAX9617)

데 가시광 영역에서 투과율이 상대적으로 낮아 본 지원사업의 봉지재로는 적BLU

당하지 않음을 알 수 있다.

그림 대표적인 봉지재의그림 대표적인 봉지재의그림 대표적인 봉지재의그림 대표적인 봉지재의 투투투투과과과과율율율율47.47.47.47.

그림 는 램프 패키지에 를 본딩하고 실리콘 수소 첨가된48 5 380 UV LED ,㎜ ㎜∅

에폭시 일반에폭시 봉지재를 씌운 후 의 전류를 흘렸을 때 구동 시간에 따른, 20mA

광출력의 변화를 조사한 데이터이다 의 광원으로 의 단파장을 사용. LCD BLU 380㎜

하지 않지만 가속으로 봉자재의 수명을 단축하기위하여 도입하였으며 에서, 380㎜

시간동안 이내의 광출력 감소를 보인다면 가시광 영역에서 광분해에 의한500 10%

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봉지재의 신뢰성 감소는 일어나는 않을 것으로 사료된다 실리콘 봉지재의 경우 초.

창기 약 시간까지 광출력 데이터가 상승하는 결과를 보이는 것은 칩의 에이200 UV

징에 의한 광출력 증가이다 이후 광출력은 미미할 정도의 감소를 보이며 안정한.

형태를 나타내어 실리콘 봉지재가 영역에서 매우 안정함을 나타내었다380 UV .㎜

따라서 용 봉지재로 사용되었을 경우 광분해 현상은 매우 적을 것으로 사LCD BLU

료되며 실리콘의 경우 역적 스트레스에 의한 패키지의 변형 및 와이어의 탈리 현,

상이 매우 적음으로 용 봉지재로 매우 적당함을 알 수 있다LCD BLU

기존에 주로 사용하여온 일반 비스페놀 형 에폭시는 시간 이내에서 광출력 감A 500

소가 급격하여 본 연구개발의 파장대에서는 봉지재로 사용할 수 없음을 다시 확인

할 수 있었다 이러한 광출력의 감소는 이 구조의 에폭시는 분자중의 자외선을 강.

하게 흡수하는 방향족 그룹이 존재하며 이 방향족 화합물은 그림 에 나타내 바와20

같이 산화되어 카르복실기 생성하게 되고 발색단을 형성하게 되어 수지가 노랗게

변한는 현상이 발생하게 된다 결과적으로 황변 현상은 광출력의 급격한 감소를 일.

으키게 된다 그래서 이러한 문제를 개선할 수 있는 대책으로 방향족 고리를 수첨.

화 시켜 수첨된 비스페놀 형 에폭시 수지를 만드는 것이다 수소 첨가 반응을 시키A .

는 단계로는 출발 물질에서 수첨하는 방법과 비스페놀 형 에폭시를 만든 후 수첨A

반응을 시키는 두 가지 방법이 있다.

그림 에폭시의 광그림 에폭시의 광그림 에폭시의 광그림 에폭시의 광반반반반응 및 대책응 및 대책응 및 대책응 및 대책48.48.48.48.

수소 첨가된 비스페놀 형 에폭시의 경우 약 시간의 구동시간에도 광출력 감A 1,000

소가 이내로 매우 안정하였으며 그림 다른 기계적 물성은 기존의 에폭시10% ( 49)

와 비슷하여 램프형 의 봉지재로서 알맞음을 알 수 있었다 그러나 에폭시UV LED .

의 경우 열적 스트레스에 의한 패키지 및 와이어의 탈리 현상이 빈번하여 시간10

이상의 수명을 요구하는 의 경우에는 실리콘의 경우보다는 적당하지 않을LCD BLU

것으로 사료된다.

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그림 대표적인 봉지재의 신뢰성그림 대표적인 봉지재의 신뢰성그림 대표적인 봉지재의 신뢰성그림 대표적인 봉지재의 신뢰성49. LED49. LED49. LED49. LED

광학 설계광학 설계광학 설계광학 설계6. BLU6. BLU6. BLU6. BLU

가 원리 및 구조가 원리 및 구조가 원리 및 구조가 원리 및 구조. Ba. Ba. Ba. Backckckcklight Unitlight Unitlight Unitlight Unit

의 기본원리는 디스플레이의 화소에서 빛을 제어하는 방법에 따라 두 가지로FPD

나뉘어진다 첫 번째 로 화소에서 빛을 발광시키는 방법이 있다 그. Active Display , .

예로 를 들 수 있는데 화면은 전자빔이 충돌할 때 발광하는 형광체를 가CRT CRT

지고 있다 각 화소는 전자빔이 충돌할 때 빛을 발생시키도록 구성되어 있다. .

두 번째 방법은 로서 화소가 빛을 자체적으로 발생하지 않으나 다Passive Display ,

른 디스플레이 소자를 이용하여 빛의 양을 조절하는 방식이다 가장 좋은 예는.

이다 는 와 달리 자체 발광은 하지 않으므로 로 입사하는 빛이LCD . LCD CRT LCD

필요하게 되고 이를 부분이 담당하게 된다 그림Backlight Unit ( 50).

- 56 -

그림 의 기본 구조그림 의 기본 구조그림 의 기본 구조그림 의 기본 구조50. LCD BLU50. LCD BLU50. LCD BLU50. LCD BLU

광원광원광원광원(1)(1)(1)(1)

가가가가( )LED(Light Emitting Diode)( )LED(Light Emitting Diode)( )LED(Light Emitting Diode)( )LED(Light Emitting Diode)

로 잘 알려진 밭광다이오드는 전기를 통해주면 전자가 에너지 레벨이 높은 곳LED에서 낮은 곳으로 이동하면서 특정한 파장의 빛을 내는 화합물 반도체에 의해 만들이진 기본 소자이다.적색 및 녹색 발광다이오드는 수십년 전에 개발되어 디스플레이 및 광원용 장치 등에 폭 넓게 쓰이고 있었으나 청색 과 순녹색 이 빛을 내는 의, (blue) (pure green) LED개발이 어려워 오랫동안 총천연색을 구현하지 못하였다 하지만 년대에 이르러. 1990일본 가 이끄는 의 연구팀을 필두로S.Nakamura Nichia Chemical HP, Cree,

등 세계 최고의 기술을 가진 몇몇 반도체 회사에 의해 질화칼륨을 이Toyota Gosei용한 청색 발광다이오드가 개발되었고 이에 총천연색의 구현을 갈망하던 램프 및,디스플레이 장치 산업과 짧고 안정된 파장을 요구하는 광 메모리 장치 등 여러

응용 사업분야로부터 청색 및 순녹색 의 수요는 폭발적으로 증가하게 외LED LED었다.이러한 청색 의 생산 역시 고난도의 기술과 고가의 장비가 필요한 분야로서 양LED산을 하는 데에는 막대한 비용과 시간이 걸리며 기하급수적으로 늘어나는 시장의,수요를 공급이 감당치 못하고 있는 형편이다.또한 청색 에 를 코팅하여 백색광을 구현하는 역시 고부LED Phosphor White LED가가치 상품으로 소형기기의 광원 및 전구를 대체할 차기 조명시장의 주역으로 떠

오르며 시장의 수요는 폭발적으로 늘어날 전망이다.

나나나나( ) CCFL(Cold Cathode Fluores( ) CCFL(Cold Cathode Fluores( ) CCFL(Cold Cathode Fluores( ) CCFL(Cold Cathode Fluoresccccent Lamp)ent Lamp)ent Lamp)ent Lamp)구조 및 동작원리•

사이에 전계 인가 차 전자 방출 충돌 차 전자 방출Lamp 1 Gas(Ne, Ar) 2→ → →

수은과 충돌 자외선 방출 형광체를 통해 가시광선 방출→ → →

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그림 구동 원리그림 구동 원리그림 구동 원리그림 구동 원리51. CCFL51. CCFL51. CCFL51. CCFL

이중관 램프 구조•

저전류 저온특성이 우수∙

그림 이중관그림 이중관그림 이중관그림 이중관 램램램램프 구조프 구조프 구조프 구조52.52.52.52.

다다다다( ) EEFL(E( ) EEFL(E( ) EEFL(E( ) EEFL(Exxxxternal Eleternal Eleternal Eleternal Elecccctrode Fluorestrode Fluorestrode Fluorestrode Fluoresccccent Lamp)ent Lamp)ent Lamp)ent Lamp)

이란 과 달리 외부전극을 사용한 이다-EEFL CCFL Lamp .

은 병렬구동 가능으로 직하형 의 많은 인버터를 하나로 줄일 수 있어 원-EEFL BLU

가절감이 가능하다

또한 납땜이 필요없고 간단히 램프를 조립할 수 있다 또한 램프 전극이 외부에- .

있기 때문에 제조 공정이 간단해 진다Lamp .

은 고휘도가 필요한 용 직하형 에 사용된다-EEFL TV BLU .

- 58 -

외부전극의 역할

내의 방이-Lamp OVER_CURRENT

병렬 구동 가능-

문제 해결-CURRENT UNBALANCE

(2) Lamp Reflector (CCFL Reflector)

의 한 쪽 면에 위치하는 을 감싸고 있어 흩어지는 빛을 도광판 입-LGP SIDE CCFL

사면으로 모아주어 의 효율을 극대화 시킨다Lamp .

의 경우 점광원으로 별도의 광원용 를 사용하지 않는다-LED Reflector .

(3) Mold Frame

의 기본 형상을 유지시켜주는 부품으로 재질은 주로 를BLU Poly Cabonate (White)

사용한다.

(4) Reflector Sheet

광원에서 발광된 빛을 반사하여 광 효율을 향상시켜주는 역할을 함 그림( 53)

그림 구조그림 구조그림 구조그림 구조53. LCD refle53. LCD refle53. LCD refle53. LCD reflecccctortortortor

(5) LGP(Light Guide Panel)

광원에서 발광된 빛을 유도하는 역할을 함 선광원인 이나 점광원인 를. CCFL LED

면광원으로 바꿔주는 의 핵심 부품BLU

가 재료( )

투명아크릴수지인 가장 많이 사용PMMA(poly methylmethacrylate) :

기계적 강도가 높아 깨어지거나 변형되지 않음▶

가볍고 내화학성이 강함▶

투명하여 가시광선 투과율이 높음▶

나 도광판용 일반적 특성( ) PMMA

구분 특성 도광판용 비고

색조 투명 반투명, 투명 제조방법 및 원료에 영향을 받음

- 59 -

비중 1.19 1.19 -

굴절률 1.49~1.62 1.49굴절율의 크기는 입사된 광의 내

부반사율과 관계

광학적에너지갭 3.8~4.4 eV 3.8

광투과율88~93(0.1 inch,

350~850nm)93

이하에서 불순물에 의한 광380nm

흡수대 발생

(6) Diffuser Sheet

위에 위치하여 표면으로 나오는 빛을 산란시켜 광 휘도를 균일화하는 역할LGP LGP

을 함

(7) Prism Sheet

의 산방향이 가로 세로로 된 것으로 로부터 확산된 빛을 굴절Prism , Diffuser Sheet ,

집광 하여 휘도를 향상시키는 역할을 함

나 설계의 중요인자나 설계의 중요인자나 설계의 중요인자나 설계의 중요인자....

패키징패키징패키징패키징 형태형태형태형태(1)(1)(1)(1)

패키지의 형태는 광학특성에 중요한 요인이 된다 패키지의 형태라고 하면 의. cup

유무나 이 있는 경의 의 과 같은 기하학적 형태가 중요하게 되고 또cup cup angle ,

그 패키지 내에서 의 수직위치도 중요하게 된다 아래 그림 에서는 일반적인chip . 54

패키지의 광학 특성과 부가 없는 구조 패키지의 광학 특성을 비3528 mold open

교 평가 하여 보았다.

그림 상용 패키지를 이용한 구조그림 상용 패키지를 이용한 구조그림 상용 패키지를 이용한 구조그림 상용 패키지를 이용한 구조54. (a)54. (a)54. (a)54. (a) 부위를 갖지 않는 구조부위를 갖지 않는 구조부위를 갖지 않는 구조부위를 갖지 않는 구조(b) mold open(b) mold open(b) mold open(b) mold open

모두 의 두께를 낮추기 위한 특별한 구조의 형태를 취하고(a), (b) BLU molding

있다 그러나 의 경우에는 상용의 패키지를 사용하여 개발 및 제조 단가. (a) 3528

를 최소화 하기 위한 구조를 선택하였고 의 경우에는 의 측벽이 없는 구조, (b) mold

를 택하여 지향각을 보다 안정적으로 확장할 수 있도록 하였다.

의 유무에 따른 특성치의 효과를 명확히 하기 위해 의 단일Mold cup green source

만을 사용하였고 의 특성을 분석하였다chip single LED .

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그림 상용패키지를 사용한 경우 위치별 배광성그림 상용패키지를 사용한 경우 위치별 배광성그림 상용패키지를 사용한 경우 위치별 배광성그림 상용패키지를 사용한 경우 위치별 배광성능능능능55. 3528 dete55. 3528 dete55. 3528 dete55. 3528 detecccctortortortor

그림 부위를 갖지 않는 패키지 구조 및그림 부위를 갖지 않는 패키지 구조 및그림 부위를 갖지 않는 패키지 구조 및그림 부위를 갖지 않는 패키지 구조 및 형태형태형태형태56. Mold simulation56. Mold simulation56. Mold simulation56. Mold simulation

패키지로부터 거리 떨어진 위치에 를 위치시키고7 , 10 , 13 , 16 detector㎜ ㎜ ㎜ ㎜

빔의 분포를 분석하였다.

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그림 부위를 갖지 않는 경우 배광그림 부위를 갖지 않는 경우 배광그림 부위를 갖지 않는 경우 배광그림 부위를 갖지 않는 경우 배광57. Mold simulation57. Mold simulation57. Mold simulation57. Mold simulation

위의 그림 은 각 위치에서 광의 분포를 보여 주고 있다 실제로55~57 detector .

에서부터는 양호한 를 보여주고 있다10 uniformity .㎜

아래 그림 는 이를 실제 형태의 차원 분포와 차원 형태의 광분포로58, 59 color 2 3

다시 나타내어 보았고 에서 형태보다 향상된 균일도를 보여주고 있음을10 (a)㎜

확인할 수 있다 위의 두 가지 단일 패키지 형태를 으로 구성하였을 때의. Block

성능은 아래의 그림과 같다 정방행렬 배치를 갖는 개의 를 구성하여. 6×6 36 LED

단위 모듈상태의 성능을 비교하여 보았다.

그림 상용패키지를 이용해 구성된 모듈의 광학성그림 상용패키지를 이용해 구성된 모듈의 광학성그림 상용패키지를 이용해 구성된 모듈의 광학성그림 상용패키지를 이용해 구성된 모듈의 광학성능능능능58. 352858. 352858. 352858. 3528

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그림그림그림그림 몰몰몰몰드 프레임이드 프레임이드 프레임이드 프레임이 없없없없는 구조를 이용해 구성된 모듈의 광학성는 구조를 이용해 구성된 모듈의 광학성는 구조를 이용해 구성된 모듈의 광학성는 구조를 이용해 구성된 모듈의 광학성능능능능59. open59. open59. open59. open

일반적인 상용 단일 패키지의 경우처럼 몰드 프레임으로 된 반사벽을 갖는 경우에

는 이 부분에서 반사된 광이 도 이상의 지향각을 형성하는데는 한계를 갖게 되120

고 또한 이 부분으로 인한 흡수 손실도 발생하게 된다 그러므로 최근의 경향과 같, .

이 형태의 이 된 경우가 지향각의 확보에는 보다 큰 장점을 갖게 된COB chip open

다.

의의의의(2) Molding lens shape(2) Molding lens shape(2) Molding lens shape(2) Molding lens shape

중대형에의 사용을 목적으로 개발되고 있는 대부분의 직하방식 에서 를 몰LED LED

딩하는 렌즈의 형태는 광학설계자들에게 있어서 가장 중요한 포인트가 되고 있다.

아래 그림 는 사의 와 최근에 에 적용되고 있는60~62 Lumileds side-emitter COB

몰딩렌즈의 형태와 그 배광특성을 표시하였다 넓은 지향각은 곧 얇은 의 두. BLU

께를 확보할 수 있는 가장 기본이 되는 항목이므로 이를 위한 여러 가지 형태의 몰

딩렌즈 형태가 검토 되고 있다.

그림그림그림그림 60. Side-emitter-60. Side-emitter-60. Side-emitter-60. Side-emitter-ⅠⅠⅠⅠ

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그림그림그림그림 61. Side-emitter-61. Side-emitter-61. Side-emitter-61. Side-emitter-ⅡⅡⅡⅡ

그림그림그림그림 62. Side-emitter-62. Side-emitter-62. Side-emitter-62. Side-emitter-ⅢⅢⅢⅢ

첫 번째와 두 번째는 좋은 설계 성능을 가지는 반면 제조상의 어려움을 갖고 있고 세

번째 형태는 제조는 편리한 반면에 그 효율은 상대적으로 상위의 형태에 비해 낮게 측

정되고 있다 최근에는 광학용 플라스틱 소재를 사용한 차 렌즈의 형태에서 벗어나 실. 2

리콘 소재를 사용한 자동몰딩을 통해 세 번째와 유사한 형상을 구현하려 하고 있다 그.

러나 실리콘 소재의 특성으로 제품간의 편차등으로 인해 개발에 어려움을 갖고 있다.

의 배치 및 간격의 배치 및 간격의 배치 및 간격의 배치 및 간격(3) Chip(3) Chip(3) Chip(3) Chip

직하 방식 의 설계에서 가장 중요한 중의 하나가 배치에 관한 것LED BLU factor chip

이다 좋은 과 의 두께를 얇게 하기 위해서는 의 최적화된 배치. color mixing BLU LED

가 매우 중요하게 된다.

그림 간격 지향그림 간격 지향그림 간격 지향그림 간격 지향각 높각 높각 높각 높이이이이와와와와의 관계의 관계의 관계의 관계63. LED ,63. LED ,63. LED ,63. LED ,

- 64 -

위 그림 을 보면 하나의 지향가은 의 두께와 반비례 관계를 갖게 된다 즉63 LED BLU .

지향각이 크면 클수록 의 두께는 얇아질 수 있게 된다 또한 간의 간격이 가까BLU . LED

우면 가까울 수록 의 두께를 얇게 할 수 있다 그러나 이 경우에 의 개수가 많BLU . LED

아지게 되고 이로 인한 공정비용 및 제조 비용이 급격히 증가하게 되는 문제를 안게 된

다.

그러므로 요구되는 두께를 만조하면서 최대의 휘도를 발생시키고 또한 를 만uniformity

족하도록 하는 것이 중요하게 된다.

아래 그림 는 으로 배치된 총 개의 에 대한 광학 특성과 그 중간 부64 6×6 36 LED block

분에 를 추가하여 총 개로 실장된 에 대한 광학 특성치를 나타내었LED 51 LED block

다.

그림 구조 의 모듈그림 구조 의 모듈그림 구조 의 모듈그림 구조 의 모듈형태형태형태형태 및및및및 거거거거리별 광학성리별 광학성리별 광학성리별 광학성능능능능54. 654. 654. 654. 6××××6 (36LED) LED6 (36LED) LED6 (36LED) LED6 (36LED) LED

그림 개의 모듈그림 개의 모듈그림 개의 모듈그림 개의 모듈 형태형태형태형태 및및및및 거거거거리별 광학성리별 광학성리별 광학성리별 광학성능능능능65. 51 LED65. 51 LED65. 51 LED65. 51 LED

그림 에서 보는 바와 같이 추가로 개의 를 사각형 배치의 중간부분에 삽입한65 26 LED

구조에서는 위치에서 수준의 를 보여 주고 있다 물론 당연한 결13 95% uniformity .㎜

과이겠지만 두 구조에서 보는 바와 같이 기하학적 배치에 의해 그 특성이 확연하게 달

라지는 의 최적성능을 만족하기 위해 정확한 단품의 측정을 바탕으로 한BLU LED

과 최소 휘도를 만족하는 최소의 개수의 최적화된 배치를 이루는 것이simulation LED

매우 중요한 항목이 되게 된다.

- 65 -

다다다다.... OOOOptiptiptipticcccal simulational simulational simulational simulation

(1) Blo(1) Blo(1) Blo(1) Blockckckck simulationsimulationsimulationsimulation

백색 구현을 위해 을 한 으로 하는 단위 구성을 통해 기본 특성4 in 1 block 6×6 block

을 평가한다 을 위한 의 배치는 의 구성으로 을 대각으로. Simulation chip RGGB Green

개 배치해서 휘도의 목표치를 맞추었으며 전체적인 의 목표 값에 이르도록 하2 , white

였다 그림( 66, 67).

그림그림그림그림 단단단단위 상위 상위 상위 상태태태태에서의 배치에서의 배치에서의 배치에서의 배치형태형태형태형태66. blo66. blo66. blo66. blockckckck LEDLEDLEDLED

기본 성능chip

Red : 622~624nm,

296mcd

Green : 530~532nm,

405mcd

Blue : 457~460nm,

162mcd

그림 의 배광그림 의 배광그림 의 배광그림 의 배광형태형태형태형태67. Chip67. Chip67. Chip67. Chip

의 배광형태는 전의 자체의 고유한 배광형태에 대한 측정치로 이를Chip encap chip

이용하여 의 모델링 시에 적용된다 의 기본 패키지 구조는 프레임이 없chip . LED mold

는 형태이고 원형형태의 몰딩구조를 갖도록 설계 되었다 그림COB ( 68).

- 66 -

그림 광학특성을 갖도록 모그림 광학특성을 갖도록 모그림 광학특성을 갖도록 모그림 광학특성을 갖도록 모델링델링델링델링된된된된 단단단단위위위위68. BLU Blo68. BLU Blo68. BLU Blo68. BLU Blockckckck

그림그림그림그림 단단단단위 의 결과위 의 결과위 의 결과위 의 결과69. Blo69. Blo69. Blo69. Blockckckck simulationsimulationsimulationsimulation

의 단위 에서 높이가 낮아짐에 따라 대각선 방향의 휘선이 발생됨을 확6×6 block color

인할 수 있다 본 구조와 같은 배치는 높이가 매우 낮은 경우에는 색분리를 발생. chip

시킬 수 있으므로 설계시 주의를 기울여야 할 것으로 보인다 그림( 69).

- 67 -

(2) Full simulation(2) Full simulation(2) Full simulation(2) Full simulation

배치에 대한 광학 을 수행하였다 그림 전체가 갱의 단위32" full simulation ( 70). 28

으로 형성되어 있고 총 개의 로 구성되어 있다block 1008 LED .

그림 에 대한 배치그림 에 대한 배치그림 에 대한 배치그림 에 대한 배치 형태형태형태형태70. 3270. 3270. 3270. 32"""" BLU LEDBLU LEDBLU LEDBLU LED

- 68 -

그림 결과그림 결과그림 결과그림 결과71. 3271. 3271. 3271. 32"""" FullFullFullFull RRRRaaaayyyytratratratraccccinginginging

그림 위치에서 광분그림 위치에서 광분그림 위치에서 광분그림 위치에서 광분포 형태포 형태포 형태포 형태72. 5072. 5072. 5072. 50㎜㎜㎜㎜

- 69 -

그림그림그림그림 두께두께두께두께의 위치에서 광분의 위치에서 광분의 위치에서 광분의 위치에서 광분포 형태포 형태포 형태포 형태73. 3073. 3073. 3073. 30㎜㎜㎜㎜

그림 의 시뮬레이션 결과를 보면 위치에서는 휘선은 보이지 않으나 평균71~73 50㎜

휘도가 수준이고 위치에서는 수준의 목표를 달성하고 있으나 대4800nit 30 6000nit㎜

각선 방향의 휘선이 조금 보이고 있다.

중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원중심합성법에 의한 광학설계 최적화 기술지원7. ( )7. ( )7. ( )7. ( )

그림 와 같은 패키지를 제작하고자 할 대 도 이상의 지향각과 최고의 광출력을74 120

얻고자 한다면 어떻게 패키지의 광학 설계를 최적화하는지 기술지원 하였다 최적화는.

실험설계획법 중 중심합성법에 의하여 수행하였다 인자는 가지로 하였으며 그림. 3 74

에 보여지는 것처럼 패키지의 각도 넓이 높이 인자로 하였다 본 실험은 어떤 인자가, , 3 .

중요한 인자 인지 알아보기 위하여 실시하는 선별실험에 해당한다.

그림 패키지그림 패키지그림 패키지그림 패키지 형태형태형태형태 및 실험설계법의 인자및 실험설계법의 인자및 실험설계법의 인자및 실험설계법의 인자74.74.74.74.

- 70 -

인자의 수준은 각도 를 수준으로 하였으며 넓이 와 높이 는 수준으로 하는(A) 3 (B), (C) 2

완전 요인 설계법을 행하였다 이 실험계획법을 수행하는 프로그램은 스피어스이며 패.

키지 재질은 세라믹 전극은 실버 코팅된 것으로 고정하였다 반복회수는 반복으로 하, . 1

였으며 특성치는 지향각 및 칸델라 값이다 표 에 실험 인자 및 수준 그(VA), (cd) . 7, 8

리고 실험 조건을 나타내었다.

표 실험계획법 인자 및 수표 실험계획법 인자 및 수표 실험계획법 인자 및 수표 실험계획법 인자 및 수준준준준7.7.7.7.

인 자 저 수준(-) 중 수준(0) 고 수준(+) 단 위

A 각도 60 75 90 도

B 넓이 2.5 - 3.5 ㎜

C 높이 0.15 - 0.5 ㎜

고정 인자설계 프로그램 스피어스

패키지재료 세라믹

표 실험계획법 실험 조건표 실험계획법 실험 조건표 실험계획법 실험 조건표 실험계획법 실험 조건8.8.8.8.

완전요인실험계획법으로 반복 실험을 행한 후 칸델라 값과 지향각 값에 대한 잔차를1

그림 에 나타내었다 광학 시뮬레이션 순서에 따른 칸델라 값과 지향각 모두75 . -3~+3

사이데 위치하여 실험은 오차 없이 신뢰성 있게 이루어 졌음을 알 수 있었다 보통 외.

적 스튜더트화 잔차 가 이 범위 안에 들어가면 실험이 믿을 수 있는 결과를 나타내었음

을 의미한다

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그림그림그림그림 칸델칸델칸델칸델라라라라 값값값값과 지향과 지향과 지향과 지향각각각각의 외적 스의 외적 스의 외적 스의 외적 스튜던튜던튜던튜던트화트화트화트화 잔잔잔잔차차차차75.75.75.75.

이들 인자들에 대한 주 효과도를 나타내어 보면 그림 지향각의 경우 패키지의 각도( 76)

에 따라서 올라가다가 감소하는 곡률효과를 보이고 있으며 패키지의 넓이와 높이는 커

짐에 따라서 지향각이 점차 감소하는 경향을 나타내었다 또한 칸델라 값은 세 인자 모.

두 인자 값이 커짐에 따라서 커지는 효과를 나타내었으나 패키지의 넓이는 값이p

으로 영향이 적음을 알 수 있었다 다라서 곡률 효과를 더 심도 있게 조사하기 위0.356 .

하여 칸델라 값에 여향를 미치지 않는 패키지 넓이 인자를 제외하고 패키지 각도와 높

이만 다시 중심합성법에 의한 실험계획법을 실시하였다.

그림 실험계획법그림 실험계획법그림 실험계획법그림 실험계획법 선선선선별실험의 주효과도별실험의 주효과도별실험의 주효과도별실험의 주효과도76.76.76.76.

중심합성법에 대한 인자는 패키지의 각도와 높이로 하였으며 저수준과 고수준 값은 각

각 에서 에서 로 하였다 표 이 실험계획에서 값은 표준 값인 로60 90, 0.1 0.5 ( 9). 1.414α

하였으며 그 형태는 표 에 나타낸 바와 같이 점에 해당 한다 고정 인자는 프로그, 10 9 .

램 종류와 패키지 바닥면의 넓이 이다.

표 중심합성법의 실험 인자표 중심합성법의 실험 인자표 중심합성법의 실험 인자표 중심합성법의 실험 인자9.9.9.9.

인 자 저 수준(-) 고 수준(+) α 단위

A 각도 60 90 1.414 도

B 높이 0.1 0.5 1.414 ㎜

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고정 인자 설계 프로그램 스피어스

바닥면 넓이 3㎜

표 중심합성법의 실험 조건표 중심합성법의 실험 조건표 중심합성법의 실험 조건표 중심합성법의 실험 조건10.10.10.10.

그림 에 본 중심합성법에 의해 시뮬레이션한 결과에 대한 외적 스튜던튼 잔차를 나77

타내었다 지향각 칸델라 값 모두 에서 사이에 들어 신뢰성 있는 시뮬에이션이. -3 +3

진행되었음을 알 수 있었다.

그림 중심합성법의 의한 결과의 외적 스그림 중심합성법의 의한 결과의 외적 스그림 중심합성법의 의한 결과의 외적 스그림 중심합성법의 의한 결과의 외적 스튜던튜던튜던튜던트화트화트화트화 잔잔잔잔차차차차77.77.77.77.

중심합성법에 의한 실험 결과를 표면도로 그려보면 그림 지향각은 패키지의 리플( 78),

렉터의 각도가 부근에서 그리고 패키지 높이는 약 에서 최고치를 나타내었다 칸70 0.3 .

델라 값은 리플렉터의 각도가 낮은 수록 그리고 패키지의 높이가 약 에서 가장 높은0.3

수치를 나타내었다.

이들 결과를 토대로 최적화를 행하였다 그림 지향각은 도로 하였으며 이대 칸( 79). 120

델라 값이 가장 높은 경우를 최적화 하였다 최종 결과 패키지의 리플렉터의 각도는. 65

도 그리고 패키지의 높이는 일 대 상기의 요구 조건을 만족시키는 결과를 얻을 수0.35

있었다.

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그림 중심합성법 결과에 대한 표면도그림 중심합성법 결과에 대한 표면도그림 중심합성법 결과에 대한 표면도그림 중심합성법 결과에 대한 표면도78.78.78.78.

그림 중심합성법의그림 중심합성법의그림 중심합성법의그림 중심합성법의79. response optimi79. response optimi79. response optimi79. response optimizzzzationationationation

열 구조 설계 기술 지원열 구조 설계 기술 지원열 구조 설계 기술 지원열 구조 설계 기술 지원8.8.8.8.

반도체 패키지는 반도체 칩을 방사선과 습도 등의 외적 환경으로부터 보호하고 원할한

소자의 동작을 위해서 요구되는 것으로서 의 등장 이후 년, IC(integrated Circuit) 1980

대 표면 실장 기술 의 도입으로(SMT: Surface Mount Technology) QFP(Quad Flat

및 로부터 타입의 패Package) SOP(Small Outline Package) Peripheral Leaded Array

키지가 사용되었다가 년대 미국을 중심으로 의 소위 세대, 1990 BGA (Ball Grid Array) 3

에 해당하는 타입으로 의 를 바탕Area Array IBM C4(controled Co Chip Connection)

으로 하는 의 패키지가 사용되지 시작하였고 최근 휴대기기DCA(Direct Chip Attach) ,

등의 경박 단소의 특성이 요구되는 전자기기의 도입으로 기반의Flip-Chip CSP(Chip

및 등의 적용이 확대되고 있다 그림Size Package) BGA ( 80).

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년 이후 칩에서 대용량 데이터 처리를 위하여 입 출력 핀의 수는 급격히 증가하였2000 ,

으며 이에 다라 칩 내의 소자 또는 의 수는 수 백만개에 달하게 되었고 패, (CMOS FET) ,

키지 내의 열은 소자를 둘러싼 재료 및 연결 접합부에 열 및 기계적인 응력을 발생시켜

제품의 장기 신뢰성에 지대한 영향을 미치게 된다.

[[[[ EleEleEleElecccctronitronitronitronicccc FailureFailureFailureFailure ]]]] [ J[ J[ J[ Jununununcccction Life Statistition Life Statistition Life Statistition Life Statisticcccssss ]]]]

그림 신뢰성그림 신뢰성그림 신뢰성그림 신뢰성 불량 점유율불량 점유율불량 점유율불량 점유율 및및및및 접접접접합부의 수합부의 수합부의 수합부의 수명명명명80.80.80.80.

급 청색 고출력 발광 다이오드를 이용한 본 과제의 목표인 외부 양자 효율1W 50 /W㏐

은 약 수준에 불과하며 이상은 열 에너지로 방출 된다 고출력 발광 다이오드20% 80% .

는 넓이 및 의 열 선속을 가진 중앙연산장치 와 같은 일반 미세전900 31W/ (CPU)㎠ ㎠

자 소자에 비하여 배 일반 백열전구의 배 이상의 열 선속을 가진다 따라서 장3.5 , 5000 .

시간 가동으로 인하여 열 저항이 큰 접합부에 피로가 누적됨으로서 다음 그림 과 같81

이 구조 변형 으로 이한 접합계면의 파손 및 떨어짐 등(Creep) (Crack) (De-lamination)

의 신뢰성 불량이 발생된다.

그림 열적그림 열적그림 열적그림 열적 피피피피로에 의한 변로에 의한 변로에 의한 변로에 의한 변형형형형 및 파소및 파소및 파소및 파소81. (81. (81. (81. (ccccreep) (reep) (reep) (reep) (ccccrarararackckckck))))

전자 미세 패키징 분야에서는 재료의 특성과 안정성 있는 후보 구조를 추출하여 개발

모델에 대한 전산모사를 통해 개발 기간을 단축하고 안정성 있는 제품 출시할 수 있었

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다 따라서 본 과제의 고출력 발광 다이오드를 적용한 패키징 구조 및 패키지 개발 목.

표를 달성하기 위하여 저 열 저항 구현과 고출력 발광 다이오드 및 패키징 구조에 적용

되는 재료에 대한 열 저항 측정 결과와 정합을 위한 전산 모사 기법을 제시하고 이를,

적용한 고방열 패키지를 설계한다.

가 고출력 발광 다이오드 종류별 열 저항 비교.

과제의 목표를 달성하기 위하여서는 급 고출력 발광 다이오드의 구조에 따른 열 저1W

항을 비교할 필요가 있다 그림 는 종류별 의 구조이다 수평형 는 사파. 82, 83 LED . LED

이어 기판(Al2O3 에 의 열 전도도는 이며 두께는 이다 플립칩 발) GaN 130 W/m-K 4um .

광 다이오드는 및 사파이어의 두께와 열 전도도는 동일하나 서브 마운트GaN Silicon

과 에 대한 규격이 추가가 된다 수직형 는 층은 수평형 과Solder bump . LED GaN LED

같고 단지 서브마운트로 적용이 의 경우 또는 가중 도핑이 된 을Receptor Wafer CW Si

이용하여 도금 또는 을 적용함으로써 열 전도도와 두께가 결정이 된다Wafer bonding .

각 의 열 저항 계산을 위한 규격은 그림 와 같으며 각 구조와 공일 패LED 84~86 , LED

키지 사양에 대한 열 전도도를 적용하여 각 구조에 대한 열 저항을 계산하고 등가 열

저항 회로를 열 방출 방향을 상 하 방향으로 가정하여 등가 열 저항을 표 같이, 11~12

계산하였다 구조 특성에 따라 와 접합 패드와의 재료에 다라 구분하였으며. LED LED ,

이에 대한 종합저인 결과는 표 과 같다11~13 .

그림 종류별 패키징의 구조그림 종류별 패키징의 구조그림 종류별 패키징의 구조그림 종류별 패키징의 구조82. LED82. LED82. LED82. LED

그림 동일한 패키지내의 실장한 의 구조그림 동일한 패키지내의 실장한 의 구조그림 동일한 패키지내의 실장한 의 구조그림 동일한 패키지내의 실장한 의 구조83. LED83. LED83. LED83. LED

- 76 -

그림 수그림 수그림 수그림 수평형평형평형평형 의 열 전의 열 전의 열 전의 열 전달달달달 경로에 따른 열경로에 따른 열경로에 따른 열경로에 따른 열 저저저저항항항항 등등등등가가가가 회회회회로로로로84. LED84. LED84. LED84. LED

표 수표 수표 수표 수평형평형평형평형 의 을 적용한 열의 을 적용한 열의 을 적용한 열의 을 적용한 열 저저저저항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과11. LED Ag Epo11. LED Ag Epo11. LED Ag Epo11. LED Ag Epoxyxyxyxy 1111

그림 의 열 전그림 의 열 전그림 의 열 전그림 의 열 전달달달달 경로에 따른 열경로에 따른 열경로에 따른 열경로에 따른 열 저저저저항항항항 등등등등가가가가 회회회회로로로로85. Flip-Chip LED85. Flip-Chip LED85. Flip-Chip LED85. Flip-Chip LED

- 77 -

표 플표 플표 플표 플립칩립칩립칩립칩 의 을 적용한 열의 을 적용한 열의 을 적용한 열의 을 적용한 열 저저저저항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과12. LED Ag Epo12. LED Ag Epo12. LED Ag Epo12. LED Ag Epoxyxyxyxy 1111

그림 수그림 수그림 수그림 수직형직형직형직형 의 열 전의 열 전의 열 전의 열 전달달달달 경로에 따른 열경로에 따른 열경로에 따른 열경로에 따른 열 저저저저항항항항 등등등등가가가가 회회회회로로로로86. LED86. LED86. LED86. LED

- 78 -

표 수표 수표 수표 수직형직형직형직형 의 을 적용한 열의 을 적용한 열의 을 적용한 열의 을 적용한 열 저저저저항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과13. LED Ag Epo13. LED Ag Epo13. LED Ag Epo13. LED Ag Epoxyxyxyxy 1111

상기 결과로부터 접합 매질은 을 적용한 과 열 전조조가 높은 수AuSn eutetic bonding

직형 의 경우가 열 저항이 가장 낮은 결과를 보이고 있다 패키징 구조를 동일하게LED .

하였기 때문에 절대적인 비교가 되었으며 플립칩과 수평형 는 양극과 음극을 와이, LED

어 본딩을 하기 때문에 전기 신호의 전갈 경로와 열 방출 경로를 분리할 수 있는 장점

이 있어 방식의 패키징 방식을 적용할 수 있는 장점이 있으며COB(Chip On Board) ,

수직형 는 열 방출 경로와 전기적인 신호 전달 경로가 동일하여 방식 보다는LED COB

방식을 적용하는 단점이 있다 따라서 동일 패키지에 적용POB(Package On Board) . ,

하지 않고 각 구조를 특성화 시킨 패키지를 제작하여 적용한다면 열 방출 구조에 있어

각각의 열 저항은 그림 과 같이 종합 비교한 결과와 다른 결과를 산출 될 수 있으며87 ,

본 과제의 목표인 플립칩 가 열 방출 특성이 수직형 에 비하여 다소 적은 이유LED LED

는 플립칩 본딩시 범프의 유효 면적 이외에 재료에 의한 열 전도도가 상대적Underfill

으로 동일 면적에서 감소 때문이다.

그림그림그림그림 접접접접합 매질 및 종류별 열합 매질 및 종류별 열합 매질 및 종류별 열합 매질 및 종류별 열 저저저저항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과항 계산 결과87. LED87. LED87. LED87. LED

나 패키지의 특성 분석.

칩이 접합되는 패키지의 구조는 열 방출 특성이 우수하여야 하므로 열 전도도가 높은

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매질로 설계하여야 한다 그러나 동일한 면적의 고 열 전도성 매질을 패키지 내에 삽입.

또는 복합적인 배치가 방열 특성에 큰 영향이 미치는 것에 대하여 검증하여야 할 필요

성이 있다 이에 다라 시료 제작이 쉬운 저온 소성 세라믹 기판에 열 전달 비아 홀을 구.

조별로 삽입하여 측정 및 전산 모사를 통한 등가 열 전도도의 차이을 확인한다.

패키지 구조에 대한 효과 검증을 위한 시료는 모두 종류로서 그림 과 같다3 88 .

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀 구조별 패키지의상면도 열방출봉구조별 패키지의상면도 열방출봉구조별 패키지의상면도 열방출봉구조별 패키지의상면도 열방출봉형 단형 단형 단형 단면도 관통면도 관통면도 관통면도 관통형 단형 단형 단형 단면도면도면도면도88. (a) , (b) , (88. (a) , (b) , (88. (a) , (b) , (88. (a) , (b) , (cccc))))

지그재그지그재그지그재그지그재그형단형단형단형단면도 열방출봉면도 열방출봉면도 열방출봉면도 열방출봉형형형형 상면도 관통상면도 관통상면도 관통상면도 관통형형형형 상면도 지그재그상면도 지그재그상면도 지그재그상면도 지그재그형형형형 상면도상면도상면도상면도, (d) , (e) , (f), (d) , (e) , (f), (d) , (e) , (f), (d) , (e) , (f)

소자의 면적을 고려한 열 방출 효과를 분석하기 위하여 그림 과 같이 세라믹 패키지, 88

내에 종류의 비아홀 구조에 대한 실험 및 전산모사를 실시하였다 그림 는 직경3 . 88(a)

이 의 열방출봉 형 비아홀이 형성된 패키지의 단면1.5 (HEP, heat-emission-pole)㎜

도이며 그림 는 관통 형 비아홀이 형성된 패키지이다 그림 에서, 88(b) (through) . 88(c)

지그재그형 비아홀이 형성된 패키지의 은 상층 접합 패드에서 가운데 층까지 연결하V1

는 직경의 비아홀이며 는 가운데 층으로부터 바닥 층까지 연결하는 직0.3 , V2 0.8㎜ ㎜

경의 비아홀 이다 각 구조의 상면도는 그림 의 와 같다. 88 (d), (f) .

- 80 -

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀 구조별 제작된 패키지 열방출봉구조별 제작된 패키지 열방출봉구조별 제작된 패키지 열방출봉구조별 제작된 패키지 열방출봉형형형형 관통관통관통관통형형형형 지그재그지그재그지그재그지그재그형형형형89. . (a) , (b) , (89. . (a) , (b) , (89. . (a) , (b) , (89. . (a) , (b) , (cccc))))

그림 는 표 에서 제시한 비아홀 구조에 다라 의 저온소성세라믹 기판을 제89 14 5×5 2㎜

작하여 고출력 발광 다이오드를 패키징 한 후 방열기판 에 실장한 결과이며(MCOCB) ,

봉지제 및 형광체의 영향을 배제하기 위하 고출력 발광 다이오드 주위에 도포 하지 않

는 조건으로 하였다.

표 비아표 비아표 비아표 비아홀홀홀홀 구조에 따른 규격구조에 따른 규격구조에 따른 규격구조에 따른 규격14.14.14.14.

그림 은 각 구조에 대한 열 저항 측정 결과이다 모든 패키지와 소자 간의 접합 계면90 .

열 저항이 로 패키징에 의한 영향이 없는 것을 확인하였으며 발광 다이오드5 ~ 6 K/W ,

에서 패키지의 솔더 접합면 까지 열방출봉형 패키지의 열 저항이 로 가장 낮7.4 K/W

다.

- 81 -

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀 구조별 열구조별 열구조별 열구조별 열 저저저저항 측정 결과항 측정 결과항 측정 결과항 측정 결과90.90.90.90.

측정 결과를 바탕으로 패키지에 대한 전산 모사를 통하여 각 비아홀에 대한 계산된 열

전도도와 전산 모사로부터 추출되어진 등가열전도도를 비교함으로써 열 방출봉형 비

아홀에 대한 최적화 된 열 방출 통롱에 대한 규격을 제시 확인한다 그림 은 종류별. 91

이바홀에 대한 모델링 및 전처리 과정에 대한 조건으로서 측정 환경에 부합 하T3Ster

도록 의 핀이 구비된 방열판을 모델링하였으며 실제 는 패키Chamber , Chamber LED

지를 측정조에 넣을 수 있도록 되어 있으나 메쉬의 크기 조정과 욕조내의 공기 유동,

흐름이 없는 조건에 측정을 감안하여 해석의에 효율을 높이기 위하여 상면에 위치하도

록 가정하였으며 패키지는 측정시에 에 실장을 하여 평가를 하였으므로 이에, MCPCB

대한 정확한 규격으를 적요하여 에 대한 모델을 설계하였다 재료의 특징으로MCPCB .

느 은 의 열 전도도로 하였으며 비아홀을 충진하는 는stpfkalr 3.5 W/m-K , Ag

으로서 반사컵 내에 수평형 가 와이어 본딩 되며 패드와의 접합은411W/m-K LED , Ag

에폭시를 이용하였고 반사컵 내에는 봉지네 및 형광체가 패키징 되지 않은 상태를 가,

정하였다 그림 는 각 구조에 대한 전산 모사 결과로서 온도 분표를 패키지의 하단에. 92

- 82 -

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀의 종류에 따른 전산 모사 전의 종류에 따른 전산 모사 전의 종류에 따른 전산 모사 전의 종류에 따른 전산 모사 전처처처처리 조건 설정리 조건 설정리 조건 설정리 조건 설정91.91.91.91.

서 아래에 있는 접합 패드와 비아홀 들에 대한 온도 분포이다 비아홀과LED . Staggerd

비아홀이 포함된 패키지는 비아홀을 통하여 열이 방출되지 못하고 패드로 분Through

산되면서 일부는 비아홀로 나머지는 세라믹에 동시에 열이 전달되어 단위 면적당 열,

방출 효율이 좋지 못하나 열 방출봉형 비아홀이 삽입된 패키지는 접합 패드와 비아홀,

간의 온도 편차 없으므로 에서 발생된 열이 모두 열 방출봉형 비아홀로 열이 방출LED

되는 것을 확인 할 수 있다.

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀의 종류에 따른 전산 모사 결과의 종류에 따른 전산 모사 결과의 종류에 따른 전산 모사 결과의 종류에 따른 전산 모사 결과92.92.92.92.

그림 은 비아홀 종류에 다른 전산모사의 후처리 결과로서 패키지의 일부를 잘라93 3D

내고 내부에 확산되는 열에 대한 분석 결과로서 열 방출봉형 의 비아홀에 열 확산LED

이 집중되고 있는 것을 확인할 수 있다.

- 83 -

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀의 종류에 다른 전산 모사의의 종류에 다른 전산 모사의의 종류에 다른 전산 모사의의 종류에 다른 전산 모사의 후처후처후처후처리 결과리 결과리 결과리 결과93. 3D93. 3D93. 3D93. 3D

표 전산모사의 결과로부터 계산되어진표 전산모사의 결과로부터 계산되어진표 전산모사의 결과로부터 계산되어진표 전산모사의 결과로부터 계산되어진 등등등등가 열 전도도가 열 전도도가 열 전도도가 열 전도도15.15.15.15.

표 은 아래의 그림 와 같이 일반적으로 제시되어진 구조에 대한 공식에 의해 구해16 94

진 열 전도도로서 열방출봉형 비아홀은 면적이 가장 적으면서 비아홀에 소요되는 의Ag

양이 매우 적음에도 불구하고 열 전도도가 가장 높은 것을 알 수 있으며 산출되어진,

열 전도도와 전산 모사로부터 얻어진 등가 열 전도도가 일정한 상관관계 있는 것 보다

는 일정한 크기의 칩으로부터 발생된 열이 방출 되는 비아홀의 범위력과 공식과의 오

차가 상관 관계 있음을 알 수 있다.

표 계산된 열 전도도표 계산된 열 전도도표 계산된 열 전도도표 계산된 열 전도도와와와와 전산모사로부터전산모사로부터전산모사로부터전산모사로부터 얻얻얻얻어진어진어진어진 등등등등가 열 전도도 비교가 열 전도도 비교가 열 전도도 비교가 열 전도도 비교16.16.16.16.

- 84 -

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀 구조에 따른 열 전도도 계산구조에 따른 열 전도도 계산구조에 따른 열 전도도 계산구조에 따른 열 전도도 계산94.94.94.94.

따라서 이에 대한 상관 관계식을 정리하여 보면 기존에 제시되어진 공식에 비아홀의,

범위력과 보상 계수가 패키지의 면적과 비아홀의 상대 차지 비율 및 의 크기와 패LED

키지의 크기가 감안된 식이 아래와 같이 성립이 된다.

가장 최적의 구조 설계는 열 선속이 높은 의 하단에 고열 전도성 매질을 비아홀 보LED

다 크게 설계하여야 하는데 이에 대한 적절한 크기 결정이 필요하다 다라서 비아홀의.

크기에 따라 전산 모사를 통하여 포화되는 열 저항과 비아홀의 반경에 대한 상관 관계

를 그림 와 같이 나타낼 수 있으며 이로부터 적절한 비아홀의 크기는 급의 대면95 , 1W

적 에서 가로 및 세로 크기가 동일 하다고 가정할 때 그 대각의 길이 보다 배 이LED 1.1

상이면 열 방출에 있어 최대의 효율을 낼 수 있을 것으로 판단이 된다.

- 85 -

그림 비아그림 비아그림 비아그림 비아홀홀홀홀의의의의 반반반반경과 열경과 열경과 열경과 열 저저저저항의 상관 관계항의 상관 관계항의 상관 관계항의 상관 관계95.95.95.95.

다 용 패키지의 전산모사 및 설계다 용 패키지의 전산모사 및 설계다 용 패키지의 전산모사 및 설계다 용 패키지의 전산모사 및 설계. BLU. BLU. BLU. BLU

의 휘도 균일도 확보를 위하여 의 배열 방법은 여러 가지로 나눌 수 있으LED BLU LED

며 칩의 패키징 방법과 패키지도 이에 부합하여야 한다 광학적인 특성 확보를 위, LED .

해 패키지에 칩의 패키징 방법은 개의 패키지에 여래 개의 칩을 패키징 하LED 1 RGB

는 방법 및 개의 패키지에 각각의 칩을 패키징하는 방법과 패키지를 적용하지1 RGB

않고 에 직접 부착하는 방식으로 분류할 수 있으며 이에 다라 패키지내의 칩의 영PCB ,

향도와 발령 온도를 상대 비교하여 최적의 패키지 및 패키징 구조를 설계하여야 한다.

패키지의 전산 모사패키지의 전산 모사패키지의 전산 모사패키지의 전산 모사(1) 4in1(1) 4in1(1) 4in1(1) 4in1

에 개의 칩이 실장 된 것을 가정하여 칩 간의 거리와 열 방출1PKG RGGB 4 LED

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그림 패키지의 모그림 패키지의 모그림 패키지의 모그림 패키지의 모델링델링델링델링96. 4in196. 4in196. 4in196. 4in1

비아홀의 대한 효과를 검증하기 위하여 그림 과 같이 패키지에 대한 전산 모사96 4in1

를 위한 모델링을 하였다 의 구동 전력은 광출력의 비율을 비로. RGGB 3 :3.5 : 3.5 :1

하였으며 에 의 전기적인 측성을 갖는 청색 의 광학적인 출력이, 3.5 V, 20 70 LED㎃ ㎽

라고 가정한다면 나머지 를 입력 열 유량으로 가정하여 적색 및 녹색의 입력50% , 50%

전력을 계산한 결과 하였다 또한 적색R:G:G:B = 32 : 32.5 : 32.5 : 11 . LED㎽ ㎽ ㎽ ㎽

의 구조는 청색 및 녹색 에 비하여 수직형인 구조가 일반적이어서 회로적으로 분리LED

를 하여야 할 필요성이 있어 전기적으로 단선 되어 있는 배치를 하였으며 각 가 패, LED

키징 되는 중심 좌표간의 거리를 로 하여 거리에 다른 효과와 열 방출 비아홀은 앞 장L

에서 비교한 바와 같이 크기의 배로 하여 열 방출 비아홀의 유무와 패키지의LED 1.1

두께에 따른 효과를 검증하였다 그림 은 시뮬레이션 결과로서 가지에 대한 효과에. 97 3

대하여 검증을 통한 주효과는 그림 과 같다 각각의 칩에 대한 거리와 패키지의DOE 98 .

두께에 대한 영향은 비아홀의 유무에 대한 효과에 비하여 매우 작으며 비아홀을 설계,

시에 접합 온도의 나머지 개의 조합에 의한 변화량은 최대 이내이며 비아홀이2 3 /W ,℃

설계되지 않은 경우에는 로서 그 영향이 매우 작은 것을 알 수 있으며 비아홀을5 /W℃

설계시 칩의 크기에 비하여 배 이상으로 하여 패키지를 최소의 크기로 설계한LED 1.1

다면 목적하는 광학적인 성능을 얻기 위해서는 크게 문제가 없을 것이다.

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그림 패키지의 시그림 패키지의 시그림 패키지의 시그림 패키지의 시뮬뮬뮬뮬레이레이레이레이션션션션 결과결과결과결과97.97.97.97.

그림 가지 영향 요소에 대한 효과 검증그림 가지 영향 요소에 대한 효과 검증그림 가지 영향 요소에 대한 효과 검증그림 가지 영향 요소에 대한 효과 검증98. 398. 398. 398. 3

패키지의 전산 모사패키지의 전산 모사패키지의 전산 모사패키지의 전산 모사(2) 1in1(2) 1in1(2) 1in1(2) 1in1

하나의 패키지에 각 칩이 실장된 것을 가정하여 실시한 모델링 결과는 그림 와 같다99 .

의 크기는 이며 구동 전압 및 전류는 표 과 같다 청색 는LED 600um × 600um , 17 . LED

의 전기적인 입력 전력 대비하여 의 최대 광 출력 대비 조합을 위한408 80 RGGB㎽ ㎽

구동 전력에 대비한 입력 열 유량은 이며 녹색 및 적색 는 각가 와38 , LED 265 53㎽ ㎽ ㎽

이다 일반적으로 의 를 적용하였을 경우에 열전도도는 이나. FR_4 PCB 0.3W/m-K

는 최소 의 절연 두께에 이상의 열 전도도를 가지고 있어 방열MCPCB 70um 2W/m-K

효과와 열 피로에 대한 수명 및 열 방출 비아홀을 가지고 있는 패키지를 에 실MCPCB

장한 것을 가정하여 모델링을 하였으며 이에 대한 전산 모사 결과는 그림 과 같다, 100

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그림 패키지의 모그림 패키지의 모그림 패키지의 모그림 패키지의 모델링델링델링델링99. 1in199. 1in199. 1in199. 1in1

표 의 구동 전표 의 구동 전표 의 구동 전표 의 구동 전압압압압 및 입력 열및 입력 열및 입력 열및 입력 열 유량유량유량유량의 계산의 계산의 계산의 계산17.17.17.17. RGRGRGRGB LEDB LEDB LEDB LED

그림 패키지를 에 실장한 전산 모사 결과그림 패키지를 에 실장한 전산 모사 결과그림 패키지를 에 실장한 전산 모사 결과그림 패키지를 에 실장한 전산 모사 결과100.100.100.100. RGRGRGRGB MCPCBB MCPCBB MCPCBB MCPCB

패키징의 전산 모사 결과패키징의 전산 모사 결과패키징의 전산 모사 결과패키징의 전산 모사 결과(3) C(3) C(3) C(3) COOOOBBBB

패키지의 간 거리가 매우 멀어서 적용 방법에 대한 비교가 어려움에 따1in1 RGB LED

라 패키징의 효과를 분석을 위하여 패키지와 상대 비교를 하였다 그림COB 4in1 ( 101,

102).

그림 은 패키지의 모델링 결과로서 패키지는 저온소성세라믹으로 열 전도도103 4in1

는 이며 는 로서 이고 뚜께는 각각 로서 의3.5W/m-K , PCB FR-4 0.3W/m-K 0.4 PCB㎜

배면에 판을 설계하였다 그림 는 패키징 구조로서 의 절연층을Al . 104 COB PCB Laser

를 이용하여 천공을 방열판까지 형성한 다음 그 위에 를 실장한 것으로서Al RGB LED

- 89 -

녹색 의 경우인 것을 감안하여 를 설계한 것으로 가정하였다 열 유량LED Sub-mount .

은 로 하여 의 경우 입력 열 유량을 패키지에 비R:G:G:B = 3 : 3.5 : 3.5 : 1 COB 4in1

하여 배로 하여 전산 모사를 실시한 결과 그림 과 같은 결과를 얻었으며 접합 온2 104 ,

도로부터 방열판 하단까지의 온도의 차이를 계산하여 열 저항을 비교하여 본 결과Al

패키지는 이며 패키징은 로서 패키징이 상대적으4in1 34.6 K/W , COB 6.58 K/W COB

로 우수한 결과를 보이고 있음을 알 수 있다.

그림 패키징그림 패키징그림 패키징그림 패키징와와와와 비교 분석을 위한 패키지비교 분석을 위한 패키지비교 분석을 위한 패키지비교 분석을 위한 패키지101. C101. C101. C101. COOOOB 4in1B 4in1B 4in1B 4in1

그림 패키징의 구조그림 패키징의 구조그림 패키징의 구조그림 패키징의 구조102. C102. C102. C102. COOOOBBBB

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그림그림그림그림

패키지의 전산 모사 결과패키지의 전산 모사 결과패키지의 전산 모사 결과패키지의 전산 모사 결과103. 4in1103. 4in1103. 4in1103. 4in1

그림 패키징의 전산 모사 결과그림 패키징의 전산 모사 결과그림 패키징의 전산 모사 결과그림 패키징의 전산 모사 결과104. C104. C104. C104. COOOOBBBB

분석 기법을 적용한 해석분석 기법을 적용한 해석분석 기법을 적용한 해석분석 기법을 적용한 해석(4) Bla(4) Bla(4) Bla(4) Blackckckck boboboboxxxx ssssyyyystemstemstemstem

패키지와 패키징의 구조가 적용된 패키지 전산 모사 결과로부터 열 저항을4in1 COB

산출하여 모델링의 내에 모델을 적용함으로서 시스템 수준IcePak block star network

의 온도와 냉각 방식에 대한 전산 모사가 이루어진다.

열 방출 비아열 방출 비아열 방출 비아열 방출 비아홀홀홀홀이 적용된 패키지이 적용된 패키지이 적용된 패키지이 적용된 패키지와와와와 패키징의패키징의패키징의패키징의 등등등등가 모가 모가 모가 모델델델델(5) 4in1 C(5) 4in1 C(5) 4in1 C(5) 4in1 COOOOBBBB

패키지내의 열원과 전달 과정에서 존재하는 매개체의 열 전달 계수 및 전달 거리와 면

적으로부터 열 저항 값을 산출하여 등가 회로 모델을 그림 과 열원에 대하여105, 106

표 과 같이 도식할 수 있다 그러나 세부 모델에 대한 시스템 수준에서 해석을 하기18 .

에

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그림 패키지의 열그림 패키지의 열그림 패키지의 열그림 패키지의 열 저저저저항항항항 등등등등가가가가 회회회회로 모로 모로 모로 모델델델델105. 4in1105. 4in1105. 4in1105. 4in1

그림 패키징의 열그림 패키징의 열그림 패키징의 열그림 패키징의 열 저저저저항항항항 등등등등가가가가 회회회회로 모로 모로 모로 모델델델델106. C106. C106. C106. COOOOBBBB

표표표표 등등등등가 모가 모가 모가 모델델델델에서의 산출 기에서의 산출 기에서의 산출 기에서의 산출 기준준준준18.18.18.18. RGRGRGRGB heat flowB heat flowB heat flowB heat flow

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표표표표 등등등등가 모가 모가 모가 모델델델델내의 열 전내의 열 전내의 열 전내의 열 전 달달달달 매개체의 열매개체의 열매개체의 열매개체의 열 저저저저항 산출 결과항 산출 결과항 산출 결과항 산출 결과19.19.19.19.

는 한계가 있으며 각 매개에 대하여 표 와 같이 계산 결과를 도출한다 할지라도 서, 19

로 다른 열 전달 매개체의 대류 열 전달 계수로 인하여 전산 모사의 결과와 계산 결과

가 상이 할 가능성이 높다 따라서 시스템 수준에서의 열 해석을 위해서는 패키지 내에.

적용된 칩의 각각의 를 에 적용하기 위한 등가 열원으로 변경하RGB heat flow IcepPak

여야 하며 각 매개체 대한 열 저항을 입력하기 보다는 패키지의 외곽과 열 원과의 총,

열 저항을 계산하여 입력하야야 한다.

분석 기법 적용한 패키징의분석 기법 적용한 패키징의분석 기법 적용한 패키징의분석 기법 적용한 패키징의 등등등등가 추출가 추출가 추출가 추출(6) Bla(6) Bla(6) Bla(6) Blackckckck baobaobaobaoxxxx CCCCOOOOB heat flowB heat flowB heat flowB heat flow

패키지와 패키지에 대한 효과는 열 저항 및 방열 특성에 있어 패키징이4in1 COB COB

우수한 것이 입증되었다 이에 따라 그림 과 같은 모델을 통하여 방열판. 10r black box

하단의 온도가 정합되는 등가 를 전산 모사의 결과와 대한 희귀 분석을 통하heat flow

여 추출 할 숭 다 그림 은 각각의 열원을 한 개의 등가 열원으로 가정하여lT . 108 RGB

에서 까지 해석을 한 결과이며 그림 는 이에 대한 온도 정합점을 찾기0.1 W 0.9W , 109

위한 희귀 분석 결과로서 열원에 대한 등가 는 이다RGB heat flow 0.29 W .

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그림 패키징의 모그림 패키징의 모그림 패키징의 모그림 패키징의 모델델델델107. C107. C107. C107. COOOOB BlaB BlaB BlaB Blackckckck BoBoBoBox >x >x >x >

그림 패키징의 전산 모사 결과그림 패키징의 전산 모사 결과그림 패키징의 전산 모사 결과그림 패키징의 전산 모사 결과108. C108. C108. C108. COOOOBBBB

그림 전산 모사 결과에 대한그림 전산 모사 결과에 대한그림 전산 모사 결과에 대한그림 전산 모사 결과에 대한 희희희희귀 분석 결과귀 분석 결과귀 분석 결과귀 분석 결과109.109.109.109.

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모모모모델델델델을 이용한 시스을 이용한 시스을 이용한 시스을 이용한 시스템템템템 해석해석해석해석(7)(7)(7)(7) NNNNetworetworetworetworkkkk BLUBLUBLUBLU

패키지에 대한 전산 모사 환경 내에 정합되는 등가 모델을 바탕으로 기준의small chip

패키지를 적용한 결과와 대면적 기준의 패키징에 대한 전산 모사를 실4in1 chip COB

시하였다 그림 은 패키지에 대한 전산 모사 해석 결과로서 을 가각. 110 4in1 R:G:B 448

개 적용한 결과로서 총 를 에 구도하였을 경우의 결과이다 패: 896 : 448 198W Panel .

키지의 최고 온도는 이며 밀폐된 공간의 내에서는 강제 대류 방식을 적62.59 Frame℃

용 하여야만 이하로 관리가 가능하다60.0 .℃

그림 기그림 기그림 기그림 기준준준준의 시스의 시스의 시스의 시스템템템템의 기법의 전산 모사 결과의 기법의 전산 모사 결과의 기법의 전산 모사 결과의 기법의 전산 모사 결과110. smaii110. smaii110. smaii110. smaii cccchip BLUhip BLUhip BLUhip BLU NNNNetworetworetworetworkkkk

그림 은 패키징 방식에 대면적 칩을 적용하였을 경우의 결과로서 로11 COB LED 50%

구동을 하였을 경우에 입력 전력에 열린 공간에서 로서 패키지102.4W 42.29 4in1℃

보다 적은 개수의 가 적용되었으며 그림 와 같이 밀폐된 내의LED , 112 Frame LED

모듈을 위치하였을 경우 강제 대류 방식이 불가피하다 따라서 중아에 개 배BLU . Fan 3

치하고 양 끝단으로부터 공기 유입구를 형성하여 안에 밖으로 불어내는 방식을 적용하

였을 경우 열린 공간에 비하여 온도를 이상 냉각 할 수 있다5 .℃

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그림 패키지에 기그림 패키지에 기그림 패키지에 기그림 패키지에 기준준준준의 시스의 시스의 시스의 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과111. C111. C111. C111. COOOOB LargeB LargeB LargeB Large cccchip BLUhip BLUhip BLUhip BLU

그림그림그림그림 강강강강제 대류 방제 대류 방제 대류 방제 대류 방식식식식의 시스의 시스의 시스의 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과112. BLU112. BLU112. BLU112. BLU

의 개수의 개수의 개수의 개수와와와와 구동 전력에 따른 시스구동 전력에 따른 시스구동 전력에 따른 시스구동 전력에 따른 시스템템템템 해석 결과해석 결과해석 결과해석 결과(8)(8)(8)(8) RGRGRGRGB LEDB LEDB LEDB LED

패키지와 패키징 방식에 따라 광학적인 균일도는 다르게 분포할 수 있으나 패키지간

거리가 일정 거리 이상인 경우 서로 인접한 패키지 및 칩가의 상호 작용에 의한 열LED

저항의 변화는 매우 작다 따라서 에 구동되는 총 전력 대비 에서. 32“ BLU Panel LED

발생 되는 를 로 가정하여 자연 대류 및 강제 대류 가지 조건에 대한 비heat flow 85% 2

교한 결과 그림 와 같은 결과를 얻을 수 있었다 전산 모사 조건은 열 전달 비114~119 .

아홀이 삽입되어 있는 두께의 저온소성세라믹 패키지에 를0.6 4040 RGB LED㎜

개의 로 하여 개의 을 하나의 모델로 하여 해석을 하였으며RGGB 1 Cell 4 Cell Network ,

패키지의 수는 개를 최대의 개수로 하였다RGB 2160 .

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그림 구동 전력 대비 패키지의그림 구동 전력 대비 패키지의그림 구동 전력 대비 패키지의그림 구동 전력 대비 패키지의 온온온온도도도도113. BLU S113. BLU S113. BLU S113. BLU Syyyystemstemstemstem ////

표 패키지의 및 전체 구동 전력 대비 시스표 패키지의 및 전체 구동 전력 대비 시스표 패키지의 및 전체 구동 전력 대비 시스표 패키지의 및 전체 구동 전력 대비 시스템 온템 온템 온템 온도 결과도 결과도 결과도 결과20. 1in120. 1in120. 1in120. 1in1 RGRGRGRGBBBB

희귀 분석식으로부터 자연 대류 방식의 경우 구동 전력이 에 대한 희귀 분석 결200 W

과 의 시스템 온도에 대하여 강제 대류 방식을 적용하였을 경우 이라도58.2 41.63℃ ℃

관리가 가능하며 자연 대류 방식에서도 이하의 온도 관리가 가능한 것을 확인 할, 60℃

수 있다.

- 97 -

그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과114. 79114. 79114. 79114. 79WWWW BLUBLUBLUBLU

그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과115. 159115. 159115. 159115. 159WWWW BLUBLUBLUBLU

그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스그림 자연 대류에서 구동 전력 에서 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과116. 318116. 318116. 318116. 318WWWW BLUBLUBLUBLU

- 98 -

그림그림그림그림 강강강강제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과117. 79117. 79117. 79117. 79WWWW BLUBLUBLUBLU

그림그림그림그림 강강강강제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과118. 159118. 159118. 159118. 159WWWW BLUBLUBLUBLU

그림그림그림그림 강강강강제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스제 대류에서 구동 전력 에서 시스템템템템의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과의 전산 모사 결과119. 318119. 318119. 318119. 318WWWW BLUBLUBLUBLU

를 위한 는 의 열 방출 비아홀이 적용된 저온소성세라믹 패키지를 적요하BlU PKG 4040

였을 경우 그림 과 같은 저 열 저항 구현이 가능한 것을 확인 할 수 있었으며 패키120 ,

지간 중심 거리를 로 하여 의 를 패키지에 방식으로12 600um×600um RGB LED 1in1㎜

패키징하고 모듈에 실장하여 최대 개를 실장하였을 경우에도 최대 의BLU 2160 200W

구동 전력을 입력 하여도 시스템 온도가 관리가 목표값에 만족하는 것을 알 수 있으며,

강제 대류 방식과 자연 대류 방식에 대한 분석 기법을 응용한 여러Black box RGGB

을 개의 통합하여 해석함으로서 분석 시간의 감소 및 효과적인 해석을 통한Cell 1 Cell

가 최대한 많이 실장된 최악의 조건에 대하여 최대 구동 전력에 대한RGB LED 200 W

예측 및 그 이하 조건에 대한 희귀 분석식을 도출 할 수 있었다.

- 99 -

그림 개발된 패키지의 열그림 개발된 패키지의 열그림 개발된 패키지의 열그림 개발된 패키지의 열 저저저저항 측정 결과항 측정 결과항 측정 결과항 측정 결과120.120.120.120.

9. Dame and fill9. Dame and fill9. Dame and fill9. Dame and fill

를 이용하여 용 모듈을 제작하였다 그MCPCB (metal core printed circuit board) BLU (

림 칩을 교대로 장착하는 방식이며 타입의 모듈이다121). RGB COB(chip on board) .

그러나 이 타입의 모듈은 측면 리플렉터가 없기 때문에 유동성을 가지는 봉지재가 바

닥면으로 흘러내리는 문제점을 가지고 있다 그림 이러한 문제점을 개선하기 위( 122).

하여 기술을 도입하였다dame and fill .

그림 모듈의 개그림 모듈의 개그림 모듈의 개그림 모듈의 개념념념념도도도도121. LCD BLU121. LCD BLU121. LCD BLU121. LCD BLU

- 100 -

그림 제작한 모듈그림 제작한 모듈그림 제작한 모듈그림 제작한 모듈122. LCD BLU122. LCD BLU122. LCD BLU122. LCD BLU

공정은 두 가지 방법에 의해서 수행할 수 있는데 성능 시험 결과를 아래Dame and fill

표 에 나타내었다 공정 속도는 토출 방식이 제팅 방식에 비하여 다소 느렸으나 작업21 .

수행 물질에 대한 영향이 없어 공정적용에 문제가 없었으나 제팅 방식은dame and fill

점도가 높은 실리콘 계열의 시 끌림 현상이 일어나 문제점을 나타내었다 따damming .

라서 공정은 니들을 이용한 토출 방식이 알맞음을 알 수 있었다dame and fill .

표 기기 구동 방표 기기 구동 방표 기기 구동 방표 기기 구동 방식식식식에 성에 성에 성에 성능능능능 비교비교비교비교21. fms dame21. fms dame21. fms dame21. fms dame &&&& fillfillfillfill

토출 방식 제팅 방식 비고

Two head ○ ○ Dam/Fil

Teck time △ ○

Vision & height sensing ○ ○ 프로그램 가능

High viscosity compound ○ × 니들 제팅 방식 가능/

기판 평탄도에 따른 작업성 △ ○ 회로 돌출 부분동

작동 소음 및 작업 완료 후

세척○ △ 장비유지

매우 좋음 좋음 다소불량* : , : , × :○ △

지수가 낮으면서 점도가 높은 실리콘 계열의 물질을 이용하여 을Thixotropy damming

한 후 이종의 실리콘 물질로 하여 특성을 관찰하였다 물질의 높이는filling . Damming

약 높이 였으며 와이어를 덮을 만큼 충진 하였을때는 아래 그림 에 나타낸30 Au 123㎛

화살표 처럼 을 넘어서 흘러내리는 문제점을 야기하였다 이를 개선하기 위해서dame .

는 성질이 있는 점도가 높은 물질로 을 만들고 안 후 을 하는 것thixotropy dame filling

이 바람직하였다.

- 101 -

토토토토출 방출 방출 방출 방식식식식Damming ( )Damming ( )Damming ( )Damming ( ) FillingFillingFillingFilling

Compound SCR7010(Dow Corning)•

Dam Height : 30• ㎛

Dam width : 788• ㎛

단점 바깥쪽이 균일하지 못함:Dam•

Encapsulant SCR7010(Dow Corning)•

단점 봉지층을 두껍게 하기가 어려우며:•

봉지재가 을 쉽게 넘어감dam

봉지층이 균일하지 않음 광학적 불균일( →

초래)

그림 실리그림 실리그림 실리그림 실리콘콘콘콘을 이용한을 이용한을 이용한을 이용한123. dam123. dam123. dam123. dam &&&& fillfillfillfill

있는 카메라 모듈용 댐인 물질을 사용하여 공정 을 진Thixotropy dame and filling ㅇ

행하였다 의 높이는 이전에 틱소성이 없는 물질에 비하여 에서 로 매. Dame 30 225㎛ ㎛

우 높아졌음을 알 수 있으며 을 하였을때도 댐만 틈새가 없이 만들어지면 모filling BLU

듈을 하는데 전혀 문제가 없음을 알 수 있었다encapsulation .

그림그림그림그림 틱틱틱틱소성이소성이소성이소성이 있있있있는 실리는 실리는 실리는 실리콘콘콘콘을 사용한 사진을 사용한 사진을 사용한 사진을 사용한 사진124. damming124. damming124. damming124. damming

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그림그림그림그림 틱틱틱틱소성이소성이소성이소성이 있있있있는 실리는 실리는 실리는 실리콘콘콘콘을 이용한을 이용한을 이용한을 이용한125. filling125. filling125. filling125. filling

신뢰성 장비 시험용 제작건신뢰성 장비 시험용 제작건신뢰성 장비 시험용 제작건신뢰성 장비 시험용 제작건10. MPCB10. MPCB10. MPCB10. MPCB

용 단품 패키지의 신뢰성을 측정하기위한 시험용 기판도 제작하였는데 설계도 및BLU

실제 제작품은 각각 아래 그림 과 같다126, 127 .

-Cad Drawing

그림 신뢰성 장비 시험용그림 신뢰성 장비 시험용그림 신뢰성 장비 시험용그림 신뢰성 장비 시험용 캐캐캐캐드 도면드 도면드 도면드 도면126. MPCB126. MPCB126. MPCB126. MPCB

- 103 -

- Image

그림 제작된 신뢰성 장비 시험용 사진그림 제작된 신뢰성 장비 시험용 사진그림 제작된 신뢰성 장비 시험용 사진그림 제작된 신뢰성 장비 시험용 사진127. MPCB127. MPCB127. MPCB127. MPCB

제작건제작건제작건제작건11. Lead Frame11. Lead Frame11. Lead Frame11. Lead Frame

칩용 패키지도 제작하였는데 디자인 및 실제 제작품은 각각 아래 그림Power 128,

과 같다129 .

-Cad Drawing

그림 용그림 용그림 용그림 용 캐캐캐캐드 도면드 도면드 도면드 도면128. Lead frame128. Lead frame128. Lead frame128. Lead frame

- Image

- 104 -

그림 제작된 사진그림 제작된 사진그림 제작된 사진그림 제작된 사진129. lead frame129. lead frame129. lead frame129. lead frame

리드프레임 제작건리드프레임 제작건리드프레임 제작건리드프레임 제작건12. FPCB12. FPCB12. FPCB12. FPCB

단품 패키지의 제작 원가를 낮추기 위하여 플라스틱 재질의 기판을 이용한 패키지도

제작하였는데 디자인 및 실제 제작품은 그림 과 같다130, 131 .

-Cad Drawing

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그림 용그림 용그림 용그림 용 캐캐캐캐드 도면드 도면드 도면드 도면30. FPCB lead frame30. FPCB lead frame30. FPCB lead frame30. FPCB lead frame

검사-Image &

그림 제작된 사진그림 제작된 사진그림 제작된 사진그림 제작된 사진131. FPCB lead frame131. FPCB lead frame131. FPCB lead frame131. FPCB lead frame

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인치 디스플레이용 제작인치 디스플레이용 제작인치 디스플레이용 제작인치 디스플레이용 제작13. 32 LCD BLU13. 32 LCD BLU13. 32 LCD BLU13. 32 LCD BLU

표 에 본 종합기술지원사업의 최종목표와 최종 결과를 정리하였다 의 크22 . LCD BLU

기 두께 휘도 휘도 균일도 모두 목표치를 달성하였다 제작에 사용한 단품 패키, , , . BLU

지는 그림 에 나타낸 바와 같이 세라믹 재질의 리플렉터가 없이 편평한 형태의 것132

을 사용하였으며 칩으로부터 발생한 열이 잘 방출될 수 있도록 이 뚫thermal via hole

려 있는 구조를 채택하였다 그리고 봉지재를 봉지시 패키지의 바깥쪽으로 봉지재가.

흘러내리지 않도록 점도가 낮으면서 표면장력이 높은 실리콘 계열을 사용하였다 칩은.

약 의 칩을 사용하였다600 RGB .㎛

표 제작한 인치 의 목표표 제작한 인치 의 목표표 제작한 인치 의 목표표 제작한 인치 의 목표 달달달달성 수성 수성 수성 수준준준준22. 32 BLU22. 32 BLU22. 32 BLU22. 32 BLU

그림 인치 용 세라그림 인치 용 세라그림 인치 용 세라그림 인치 용 세라믹믹믹믹 패키지패키지패키지패키지132. 32 BLU132. 32 BLU132. 32 BLU132. 32 BLU

그림 은 인치 모듈의 제작 사진을 나타낸 것이다 칩 모두 가각133 32 LCD BLU . RGB

개씩 사용하였으며 총 의 소비전력 중에 가 이336 194 RED 57.5W, GREEN 95.3W,

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가 의 소비전력을 차지한다 모듈 구동시 기판의 온도는 로 측BlUE 40.6W . BLU <60℃

정되어 디스플레이 사용온도 이내로 발열하였다LCD .

그림 제작된 인치그림 제작된 인치그림 제작된 인치그림 제작된 인치133. 32 BLU133. 32 BLU133. 32 BLU133. 32 BLU

모듈의 광학 특성 측정 조건은 아래 그리 와 같으며 포인트를 설정하여BLU A134 9

을 사용하여 의 거리에서 측정 하였다 측정 항목은 색온도 휘도 색좌표 등BM7 800 . , ,㎜

이다.

측정 조건

으로 조정 후 휘도 측정1. Center point :x = 0.3174, y=0.3270

색온도 조도계 으로 측정2. :6,320K - CL-200

휘도 측정 사용3. - BM7

1) distance : 880±50㎜

2) Field : 1°

4. dark room :3.8Lux

5. sheet :diffuser plate 2(2.0 ) + prism sheet㎜

없이 측정함6. aging time .

그림 인치 의 광특성 측정 조건그림 인치 의 광특성 측정 조건그림 인치 의 광특성 측정 조건그림 인치 의 광특성 측정 조건134. 32 BLU134. 32 BLU134. 32 BLU134. 32 BLU

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그림 는 각 측정 포인트별 휘도를 나타낸 것으로 사각의 사장 자리 부분이 가장 낮135

은 휘도를 나타내었으며 중앙 부분이 가장 높은 휘도를 나타내었다 휘도 균일도는 중.

앙점 대비 가장자리 부분이 약 로 목표치인 이내에 도달하였다82% 80% .

LuminanLuminanLuminanLuminancccce Uniformite Uniformite Uniformite Uniformityyyy

그림 인치 의그림 인치 의그림 인치 의그림 인치 의 각각각각 측정측정측정측정 점점점점의 광특성의 광특성의 광특성의 광특성135. 32 BLU135. 32 BLU135. 32 BLU135. 32 BLU

그림 의 좌측 그림은 확산시트를 씌우지 않고 모듈의 칩을 모두 구동하136 BLU RGB

였을때의 형상을 보여주는 것이며 광원의 선형 배치가 선명하게 보이고 있으며RGB

우측 그림은 여기에 확산시트를 씌워서 각각의 광원의 선형 비치가 보이지 않고 균일

하게 빛이 확산되고 있음을 보여주고 있는 그림이다.

확산 시트확산 시트확산 시트확산 시트 無無無無 확산 시트확산 시트확산 시트확산 시트 有有有有

그림 인치 의 구동 사진그림 인치 의 구동 사진그림 인치 의 구동 사진그림 인치 의 구동 사진136. 32 BLU136. 32 BLU136. 32 BLU136. 32 BLU

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제 장 기술 지원 결과의 활용계획제 장 기술 지원 결과의 활용계획제 장 기술 지원 결과의 활용계획제 장 기술 지원 결과의 활용계획4444

절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용절 추가지원의 필요성 및 타 연구에의 응용1 .1 .1 .1 .

를 단기간에 개발하여 사업화 하기는 기술적인 어려움이 많다 특히 신뢰성LED BLU .•

확보 부분이 어려움이 많을 것으로 생각되는데 이 부분은 향후에도 지속적인 기술 지

원이 필요할 것으로 사료됨

본 종합기술지원은 주로 를 사업화하기 위한 기반구축 개념이 매우 강하였으나BLU•

향후에는 종합기술지원사업을 통하여 조명분야로 연구 범위 및 사업 범위를 확장LED

할 필요가 있음

기업화 추진 방안은 지금까지 장비 공간 인력 기술력을 확보하였음으로 향후R&D , , ,•

에는 분야를 사업호 할 수 있는 생산 공자 장비 숙련된 인력이 필요하게 된다 따LED , , .

라서 우리 는 이들 요건을 갖추기 위하여 양산 장비를 구매 중에 있으며 인력채용ETI ,

공고을 내어 인력 채용도 적기에 수급할 예정이며 생산 공장을 확보하기 위하여 건물

을 신축 중에 있음.

절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련절 지원과제를 통해 양산화의 기초 마련2 .2 .2 .2 .

전용건물 신 증축 공사전용건물 신 증축 공사전용건물 신 증축 공사전용건물 신 증축 공사1.1.1.1. ㆍㆍㆍㆍ

그림 사업화동 공사현장그림 사업화동 공사현장그림 사업화동 공사현장그림 사업화동 공사현장137. image137. image137. image137. image

총 평 대지면적32,375.7m2(2,793.65 )￭

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총 층 지상 층 지하 층6 ( 5 , 1 ) 5408.41m2￭

공사시간 월 사무실 이전예정2006. 09 ~2007.01(2007. 02 )￭

양산라인 추진양산라인 추진양산라인 추진양산라인 추진2.2.2.2.

그림 양산장비 구축일정 맵그림 양산장비 구축일정 맵그림 양산장비 구축일정 맵그림 양산장비 구축일정 맵138.138.138.138.

장비구축 집행비 예산액 외 종 대 총 억 책정: Die Bonder 8 20 25￭

보조장비 및 신뢰성장비 집행 별도※

년 월중 장비별 계약 및 발주 년 월중으로 장비 입고 그리고 검2007 1 / 2007 5 , Install￭

수완료 년 월중으로 완료 예정/ 2007 7 Set-Up

인원확대인원확대인원확대인원확대3.3.3.3.

연구원 총 명 증원 년 월 연구원 명 년 월 선임연구워 명- 5 (2006 12 4 / 2007 7 1 )

보조연구원 및 양산인원 명 증원계획 년 월 이후- 8~12 (2007 3 )