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NTIS 바로가기마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.19 no.4, 2012년, pp.51 - 56
유병규 (홍익대학교 공과대학 신소재공학과) , 김민영 (홍익대학교 공과대학 신소재공학과) , 오태성 (홍익대학교 공과대학 신소재공학과)
In order to fabricate through-Si-vias for thermal vias by using wet etching process, anisotropic etching behavior of Si substrate was investigated as functions of concentration and temperature of TMAH solution in this study. The etching rate of 5 wt%, 10 wt%, and 25 wt% TMAH solutions, of which temp...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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발광 다이오드의 장점은? | 발광 다이오드(light emitting diode, LED)는 친환경, 낮은 소비전력, 뛰어난 색 재현성, 긴 수명 등의 장점을 바탕으로 기존의 광원을 대체할 차세대 광원으로 큰 주목을 받고 있다.1-3) LED는 반도체 소자의 일종으로써 기존의 필라멘트를 사용하는 백색 광원에 비해 높은 효율성과 신뢰성을 가지기 때문에, 휴대전화 기판을 시작으로 LCD TV의 백라이트 조명장치나 자동차의 헤드라이트 등을 거쳐 현재는 일반조명 분야에 이르기까지 점점 그 활용 범위가 확대되고 있다. | |
습식공정에서 TMAH 용액의 농도와 온도에 따른 Si 기판의 이방성 습식식각 거동을 분석한 이유는? | 습식공정으로 thermal via용 SI 관통 via를 형성하기 위해 TMAH 용액의 농도와 온도에 따른 Si 기판의 이방성 습식식각 거동을 분석하였다. TMAH 용액의 온도를 $80^{\circ}C$로 유지한 경우, 5 wt%, 10 wt% 및 25 wt% 농도의 TMAH 용액은 각기 $0. | |
고출력 LED의 방열 패키지 방안의 단점은? | 현재 고출력 LED의 방열 패키지 방안으로는 우수한 열전도도 특성을 지닌 MPCB(metal printed circuit board) 위에 LED 칩을 실장하여 열을 분산시키는 방법,5,9,10) LED 칩이 실장되는 패키지 자체를 금속으로 제작하여 방열특성을 향상시키는 방법,11) 패키지의 하단부에 열전도도가 우수한 구리 등의 금속으로 제작된 heat sink를 부착하여 이를 통해 열을 방출시키는 방법5,12)이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5) 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 MPCB보다 가격이 저렴하고 Cu보다 가벼우면서 열전도도가 우수한 Si을 방열 기판으로 사용한 LED 패키지가 개발되었으며2,12,13), Si 기판의 방열 특성을 더욱 향상시키기 위해 Si 기판에 비아(via) hole을 뚫고 이를 Cu로 채운 thermal via 공정이 제안되었다. |
K. Y. Kim and K. K. Ham, "The Technical Trend of Heat Dissipation for High Power LED Flood Light", Proc. KIIEE Spring Conference, Yongpyung, 214, Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers (2009).
발광 다이오드(light emitting diode, LED)는 친환경, 낮은 소비전력, 뛰어난 색 재현성, 긴 수명 등의 장점을 바탕으로 기존의 광원을 대체할 차세대 광원으로 큰 주목을 받고 있다.1-3)
LED를 일반 조명에 적용하기 위해서는 LED소자의 고출력화가 필수적이기 때문에, 수십~수백 W급의 고출력 LED 개발에 대해 국내외적으로 많은 연구가 진행되고 있다.2,5)
이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 MPCB보다 가격이 저렴하고 Cu보다 가벼우면서 열전도도가 우수한 Si을 방열 기판으로 사용한 LED 패키지가 개발되었으며2,12,13), Si 기판의 방열 특성을 더욱 향상시키기 위해 Si 기판에 비아(via) hole을 뚫고 이를 Cu로 채운 thermal via 공정이 제안되었다.2,8,14)
S. J. Lee, J. S. Lee and Y. J. Kim, "Synthesis and Optical Properties of M-Si(Al)-O-N (M: Sr, Ca) Phosphors for White Light Emitting Diodes", J. Microelectron. Packag. Soc., 19(2), 41 (2012).
J. Hu, L. Yang and M. W. Shin, "Electrical, Optical and Thermal Degradation of High Power GaN/InGaN Light-Emitting Diodes", J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 1 (2008).
S. H. Kim, S. I. Lee, J. K. Yang and D. H. Park, "Analysis of Thermal Properties in LED Package by Via-Hole and Dimension of FR4 PCB", J. KIEEME, 24, 234 (2011).
LED는 반도체 소자의 일종으로써 기존의 필라멘트를 사용하는 백색 광원에 비해 높은 효율성과 신뢰성을 가지기 때문에, 휴대전화 기판을 시작으로 LCD TV의 백라이트 조명장치나 자동차의 헤드라이트 등을 거쳐 현재는 일반조명 분야에 이르기까지 점점 그 활용 범위가 확대되고 있다.4,5)
LED를 일반 조명에 적용하기 위해서는 LED소자의 고출력화가 필수적이기 때문에, 수십~수백 W급의 고출력 LED 개발에 대해 국내외적으로 많은 연구가 진행되고 있다.2,5)
고출력 LED소자의 경우 출력 전압이 높아짐에 따라 그에 비례하여 LED 소자의 p-n 접합부에서 발생하는 열이 증가하며, 이 열이 내부에서 지속적으로 유지될 경우 LED 소자의 온도가 상승하여 광방출 효율이 감소되는 문제가 발생하게 된다.5,6)
현재 고출력 LED의 방열 패키지 방안으로는 우수한 열전도도 특성을 지닌 MPCB(metal printed circuit board) 위에 LED 칩을 실장하여 열을 분산시키는 방법,5,9,10) LED 칩이 실장되는 패키지 자체를 금속으로 제작하여 방열특성을 향상시키는 방법,11) 패키지의 하단부에 열전도도가 우수한 구리 등의 금속으로 제작된 heat sink를 부착하여 이를 통해 열을 방출시키는 방법5,12)이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5)
그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5)
S. Chan and J. S. Jang, "Accelerated Degradation Stress of High Power Phosphor Converted LED Package", J. Microelectron. Packag. Soc., 17(4), 19 (2010).
고출력 LED소자의 경우 출력 전압이 높아짐에 따라 그에 비례하여 LED 소자의 p-n 접합부에서 발생하는 열이 증가하며, 이 열이 내부에서 지속적으로 유지될 경우 LED 소자의 온도가 상승하여 광방출 효율이 감소되는 문제가 발생하게 된다.5,6)
H. W. Shin, H. S. Lee, J. O. Bang, S. H. Yoo, S. B. Jung and K. D. Kim, "Variation of Thermal Resistance of LED Module Embedded by Thermal Via", J. Microelectron. Packag. Soc., 17(4), 95 (2010).
따라서 고출력 LED 소자의 개발을 위해서는 소자에서 발생한 열을 외부로 원활히 방출할 수 있는 방열 방안에 대한 연구개발이 필수적으로 요구된다.8,9)
이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 MPCB보다 가격이 저렴하고 Cu보다 가벼우면서 열전도도가 우수한 Si을 방열 기판으로 사용한 LED 패키지가 개발되었으며2,12,13), Si 기판의 방열 특성을 더욱 향상시키기 위해 Si 기판에 비아(via) hole을 뚫고 이를 Cu로 채운 thermal via 공정이 제안되었다.2,8,14)
M. H. Lee, T. J. Lee, H. J. Lee and Y. J. Kim, "Design and Fabrication of Metal PCB Based on the Patterned Anodizing for Improving Thermal Dissipation of LED Lighting", Proc. 5th Int. Conference on Microsys. Pack. Assembly Circuits Technol., 1, Taipei, IEEE (2010).
따라서 고출력 LED 소자의 개발을 위해서는 소자에서 발생한 열을 외부로 원활히 방출할 수 있는 방열 방안에 대한 연구개발이 필수적으로 요구된다.8,9)
현재 고출력 LED의 방열 패키지 방안으로는 우수한 열전도도 특성을 지닌 MPCB(metal printed circuit board) 위에 LED 칩을 실장하여 열을 분산시키는 방법,5,9,10) LED 칩이 실장되는 패키지 자체를 금속으로 제작하여 방열특성을 향상시키는 방법,11) 패키지의 하단부에 열전도도가 우수한 구리 등의 금속으로 제작된 heat sink를 부착하여 이를 통해 열을 방출시키는 방법5,12)이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5)
J. Petroski, "Spacing of High-Brightness LEDs on Metal Substrate PCB's for Proper Thermal Performance", Proc. Intersoc. Conference Thermal & Thermomech. Phenomena Electron. Systems, 507, Las Vegas, IEEE (2004).
현재 고출력 LED의 방열 패키지 방안으로는 우수한 열전도도 특성을 지닌 MPCB(metal printed circuit board) 위에 LED 칩을 실장하여 열을 분산시키는 방법,5,9,10) LED 칩이 실장되는 패키지 자체를 금속으로 제작하여 방열특성을 향상시키는 방법,11) 패키지의 하단부에 열전도도가 우수한 구리 등의 금속으로 제작된 heat sink를 부착하여 이를 통해 열을 방출시키는 방법5,12)이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5)
A. Christensen and S. Graham, "Thermal Effects in Packaging High Power Light Emitting Diode Arrays", Appl. Thermal Engineer., 29, 364 (2009).
현재 고출력 LED의 방열 패키지 방안으로는 우수한 열전도도 특성을 지닌 MPCB(metal printed circuit board) 위에 LED 칩을 실장하여 열을 분산시키는 방법,5,9,10) LED 칩이 실장되는 패키지 자체를 금속으로 제작하여 방열특성을 향상시키는 방법,11) 패키지의 하단부에 열전도도가 우수한 구리 등의 금속으로 제작된 heat sink를 부착하여 이를 통해 열을 방출시키는 방법5,12)이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5)
M. Arik, C. Becker, S. Weaver and J. Petroski, "Thermal Management of LEDs: Package to System", Proc. 3th Int. Conference Solid State Lighting, 64, San Diego, International Society for Optics and Photonics (2004).
현재 고출력 LED의 방열 패키지 방안으로는 우수한 열전도도 특성을 지닌 MPCB(metal printed circuit board) 위에 LED 칩을 실장하여 열을 분산시키는 방법,5,9,10) LED 칩이 실장되는 패키지 자체를 금속으로 제작하여 방열특성을 향상시키는 방법,11) 패키지의 하단부에 열전도도가 우수한 구리 등의 금속으로 제작된 heat sink를 부착하여 이를 통해 열을 방출시키는 방법5,12)이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 방열 패키지들은 고가의 비용이 발생하거나 구조적으로 큰 부피를 차지하거나, 무게가 무겁다는 문제점들이 있다.5)
이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 MPCB보다 가격이 저렴하고 Cu보다 가벼우면서 열전도도가 우수한 Si을 방열 기판으로 사용한 LED 패키지가 개발되었으며2,12,13), Si 기판의 방열 특성을 더욱 향상시키기 위해 Si 기판에 비아(via) hole을 뚫고 이를 Cu로 채운 thermal via 공정이 제안되었다.2,8,14)
W. K. Jeung, S. H. Shin, S. Y. Hong, S. M. Choi, S. Yi, Y. B. Yoon, H. J. Kim, S. J. Lee and K. Y. Park, "Silicon-Based, Multi-Chip LED Package", Proc. 57th Electron. Comp. Technol. Conference(ECTC), Reno, 722, IEEE CPMT (2007).
이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 MPCB보다 가격이 저렴하고 Cu보다 가벼우면서 열전도도가 우수한 Si을 방열 기판으로 사용한 LED 패키지가 개발되었으며2,12,13), Si 기판의 방열 특성을 더욱 향상시키기 위해 Si 기판에 비아(via) hole을 뚫고 이를 Cu로 채운 thermal via 공정이 제안되었다.2,8,14)
L. Yang, S. Jang, W. J. Hwang and M. W. Shin, "Thermal Analysis of High Power GaN-Based LEDs with Ceramic Package", Thermochimica Acta, 455, 95 (2007).
K. S. Kim, Y. C. Lee, J. H. Ahn, J. Y. Song, C. D. Yoo and S. B. Jung, "Effect of Process Parameters on TSV Formation Using Deep Reactive Ion Etching", Korean J. Met. Mater., 48, 1028 (2010).
Y. M. Jung and Y. C. Kim, "Fabrication of a (100) Silicon Master Using Anisotropic Wet Etching for Embossing", J. Korean Ceram. Soc., 42, 645 (2005).
Y. Cao, W. Ning and L. Luo, "Wafer-Level Package with Simultaneous TSV Connection and Cavity Hermetic Sealing by Solder Bonding for MEMS Device", IEEE Trans. Electron. Pack. Manuf., 32, 125 (2009).
C. R. Yang, P. Y. Chen, C. H. Yang, Y. C. Chiou and R. T. Lee, "Effects of Various Ion-Typed Surfactants on Silicon Anisotropic Etching Properties in KOH and TMAH Solutions", Sens. Actuators A, 119, 271 (2005).
이방성 습식식 각법은 MEMS 분야에서 Si 기판에 via hole을 형성할 때 주로 사용하는 방법으로 Deep RIE에 비해 공정이 단순하여 공정단가가 저렴하며, 큰 부피를 갖는 via hole을 손쉽게 제작할 수 있다는 장점이 있다.17,18)
식각 패턴을 형성한 Si 기판을 BOE (buffered hydrofluoric acid) 용액에 장입하여 식각하고자 하는 부위의 SiO2를 제거한 후 포토레지스트 패턴을 제거하여 이방성 습식식각을 위한 Si 기판 시편을 제작하였다.18,19)
식각이 진행되는 동안 식각 용액의 온도와 농도를 일정하게 유지하기 위해 식각 용액을 중탕기에 넣고 300 rpm으로 교반하며 식각을 진행하였다.18-20)
K. Biswas, S. Das, D. K. Maurya, S. Kal and S. K. Lahiri, "Bulk Micromachining of Silicon in TMAH-Based Etchants for Aluminium Passivation and Smooth Surface", Microelectron. J., 37, 321 (2006).
P. H. Chen, H. Y. Peng, C. M. Hsieh and M. K. Chyu, "The Characteristic Behavior of TMAH Water Solution for Anisotropic Etching on Both Silicon Substrate and SiO2 Layer", Sens. Actuators A, 93, 132 (2001).
I. Zubel and M. Kramkowska, "The Effect of Isopropyl Alcohol on Etching Rate and Roughness of (100) Si Surface Etched in KOH and TMAH Solutions", Sens. Actuators A, 93, 138 (2001).
H. Seidel, L. Csepregi, A. Heuberger and H. Baumgartel, "Anisotropic Etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions", J. Electrochem. Soc., 137, 3626 (1990).
I. Zubel, I. Barycka, K. Kotowska and M. Kramkowska, "Silicon Anisotropic Etching in Alkaline Solutions IV: The Effect of Organic and Inorganic Agents on Silicon Anisotropic Etching Process", Sens. Actuators A, 87, 163 (2001).
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오픈액세스 학술지에 출판된 논문
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