고휘도 고출력 LED 패키지의 Thermal via 형성공정 및 열방출 특성 향상에 관한 연구 :(A) Study on fabrication Process of thermal via and improvement of heat dissipation characteristics for high-brightness and high-power LED packages

유병규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 유병규 (홍익대학교, 弘益大學校大學院)

지도교수: 吳泰成

발행연도: 2013

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이용수2

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

고휘도 고출력 LED 패키지의 Thermal via 형성공정 및 열방출 특성 향상에 관한 연구

유병규 新素材工學科 2013.01 학위논문

2012

고출력 LED 패키지의 Thermal Via 형성을 위한 Si 기판의 이방성 습식식각 공정

유병규 , 김민영 , 오태성 마이크로전자 및 패키징학회지 2012.01 학술저널

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발광다이오드(light emitting diode, LED)는 친환경, 낮은 소비전력, 뛰어난 색 재현성 및 긴 수명 등의 장점을 바탕으로 기존의 광원을 대체할 차세대 광원으로 큰 주목을 받고 있다. 하지만, 다양한 장점을 갖는 LED의 구동 시 인가된 전력의 20 ~ 30 % 정도만이 빛으로 전환되며, 나머지 70 ~ 80 %의 전력은 열로 전환되기 때문에, 이러한 발열에 따른 열적 스트레스 및 LED의 효율 감소 등의 문제는 반드시 해결되어야 할 문제점으로 지적되고 있다. 이를 해결하기 위한 많은 연구가 진행되어 최근에는 LED의 효율이 꾸준히 향상되고 있지만, 고출력 고휘도 LED의 경우 주입전류량이 증가됨에 따라 LED 효율이 감소하는 efficiency droop 현상 등이 발생함에 따라 LED의 방열에 대한 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 고출력 LED의 방열을 위한 Cu thermal via이 구비된 방열패키지를 설계하여 그에 따른 방열특성 및 출력특성을 측정하였다. 실험에는 기존의 LED 칩에 비해 향상된 방열특성을 지닌 수직형 LED 칩을 사용하였으며, 기판은 열전도도가 우수한 Si 기판을 사용하여 이 위에 LED 칩을 실장하였다. 또한 패키지 열 방출의 극대화를 위해 습식 식각 및 Deep RIE (Reactive ion 식각) 공법을 사용하여 Si 기판 내에 대용량의 via hole을 형성하였으며, 형성된 via hole에 전해도금법을 이용하여 열전도도가 우수한 Cu를 filling 하여 Cu thermal via이 구비된 기판을 제조하였다. 제조된 기판 위에 수직형 LED 칩을 실장하여 Si 기판의 유무 및 Cu thermal via의 크기 및 형태에 따른 LED 패키지 구조의 열 저항 특성을 Transient thermal tester(T3Ster, MicRed)를 사용해 측정하였으며, Integrating Sphere System을 사용하여 출력특성을 분석하였다.

제 1 장 서 론 1
제 2 장 이론적 배경 4
2-1. LED의 정의 4
2-2. LED 패키지 13
2-3. Via hole 형성 기술 19
2-4. 전해도금 공정의 원리 24
2-5. Cu via filling 방법 32
2-6. 열 저항의 개념 및 측정 방법 35
제 3 장 실험방법 39
3-1. 공정변수에 따른 습식 식각 특성 분석 40
3-1-1. 습식 식각 특성 분석용 시편 제작 40
3-1-2. 식각 용액의 종류에 따른 Si 식각 특성 43
3-1-3. 식각 용액의 농도 변화에 따른 Si 식각 특성 44
3-1-4. 식각 용액의 온도 변화에 따른 Si 식각 특성 47
3-2. Via hole 시편 제작 48
3-2-1. 습식 식각을 이용한 via hole형성 공정 48
3-2-2. Deep RIE를 이용한 via hole 형성 51
3-3. Cu 전해도금을 이용한 via hole 내 Cu filling 공정 53
3-3-1. Via hole 내 절연층 및 전해도금 씨앗층 형성 53
3-3-2. Via filling용 용 Cu 전해도금액 제조 55
3-3-3. 다양한 전류인가방식에 따른 via filling 공정 59
3-3-4. Bottom up 방식을 이용한 Cu thermal via 기판 제작 62
3-4. 방열특성 측정을 위한 LED 패키지 제작 65
제 4 장 결과 및 고찰 67
4-1. 공정변수에 따른 습식 식각 특성 및 형상 분석 67
4-1-1. 식각 용액의 종류에 따른 식각 형상 67
4-1-2. 식각 용액의 농도에 따른 식각 형상 70
4-1-3. 식각 용액의 온도에 따른 식각 형상 73
4-1-4. 식각 용액의 공정변수에 따른 식각 특성 분석 76
4-2. 공정방법에 따른 via hole 형상 분석 81
4-2-1. 습식 식각 공정을 이용한 via hole 형상 81
4-2-2. Deep RIE 공정을 이용한 via hole 형상 83
4-3. Cu via filling 형상 분석 84
4-3-1. 전해도금 용액의 조성에 따른 Cu via filling 형상 84
4-3-2. 전류인가방식에 따른 Cu via filling 형상 86
4-3-3. Bottom up 방식의 Cu via filling 형상 89
4-3-4. Cu thermal via이 형성된 패키지용 기판 제작 93
4-4. LED 패키지 방열특성 측정 97
4-4-1. 열 저항 측정 97
4-4-2. 광 출력특성 측정 105
제 5 장 결 론 107
참고 문헌 109
Abstract 115

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