LED 칩 패키징에서 다이본딩은 분할된 칩을 리드 프레임에 고정시켜 칩이 이후 공정을 견딜 수 있도록 충분한 강도를 제공하는 중요한 공정이다. 기존의 다이 본더의 픽업 장치는 단순히 콜렛의 하강 동작과 이젝터 핀의 상승 동작만으로 구동되어 픽업 장치와 다이가 접촉하는 순간 충격에 의한 다이의 손상과 위치 정렬 오차에 대한 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 위치 정렬 에러 및 다이의 손상을 최소화시키기 위하여 고정밀, 고속 이송이 가능한 픽업 헤드를 사용한 다이 본더 시스템을 개발하였다. 구조적 안정성을 평가하기 위해 다이 본더의 유한요소모델을 생성하였고 구조 해석을 수행하였다. 그다음, 다이 본더의 작동 주파수에 대해 픽업 헤드의 유한요소모델을 이용하여 진동해석을 수행하였다. 해석 결과, 다이 본더에 작용하는 응력 및 변위, 고유진동수에 대해 분석하였고 개발된 시스템의 구조적 안정성에 대해 확인하였다.
LED 칩 패키징에서 다이 본딩은 분할된 칩을 리드 프레임에 고정시켜 칩이 이후 공정을 견딜 수 있도록 충분한 강도를 제공하는 중요한 공정이다. 기존의 다이 본더의 픽업 장치는 단순히 콜렛의 하강 동작과 이젝터 핀의 상승 동작만으로 구동되어 픽업 장치와 다이가 접촉하는 순간 충격에 의한 다이의 손상과 위치 정렬 오차에 대한 문제점이 발생한다. 본 연구에서는 위치 정렬 에러 및 다이의 손상을 최소화시키기 위하여 고정밀, 고속 이송이 가능한 픽업 헤드를 사용한 다이 본더 시스템을 개발하였다. 구조적 안정성을 평가하기 위해 다이 본더의 유한요소모델을 생성하였고 구조 해석을 수행하였다. 그다음, 다이 본더의 작동 주파수에 대해 픽업 헤드의 유한요소모델을 이용하여 진동해석을 수행하였다. 해석 결과, 다이 본더에 작용하는 응력 및 변위, 고유진동수에 대해 분석하였고 개발된 시스템의 구조적 안정성에 대해 확인하였다.
In LED chip packaging, die bonding is a very important process which fixes the LED chip on the lead frame to provide enough strength for the next process. Conventional pick-up device of the die bonder is simply operated by up and down motion of a collet and an ejector pin. However, this method may c...
In LED chip packaging, die bonding is a very important process which fixes the LED chip on the lead frame to provide enough strength for the next process. Conventional pick-up device of the die bonder is simply operated by up and down motion of a collet and an ejector pin. However, this method may cause undesired problems such as position misalignment and/or severe die damage when the pick-up device reaches the die. In this study, to minimize the position alignment error and die damage, a die bonder is developed by adopting a new pick-up head for precise alignment and high speed feeding. To evaluate structural stability of the designed system, required finite element model of the die bonder is generated, and structural analysis is performed. Vibration analysis of the pick-up head is also performed using developed finite element model at operation frequency range. As a result of the analysis, deformation, stress, and natural frequency of the die bonder are investigated.
In LED chip packaging, die bonding is a very important process which fixes the LED chip on the lead frame to provide enough strength for the next process. Conventional pick-up device of the die bonder is simply operated by up and down motion of a collet and an ejector pin. However, this method may cause undesired problems such as position misalignment and/or severe die damage when the pick-up device reaches the die. In this study, to minimize the position alignment error and die damage, a die bonder is developed by adopting a new pick-up head for precise alignment and high speed feeding. To evaluate structural stability of the designed system, required finite element model of the die bonder is generated, and structural analysis is performed. Vibration analysis of the pick-up head is also performed using developed finite element model at operation frequency range. As a result of the analysis, deformation, stress, and natural frequency of the die bonder are investigated.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 이러한 픽업 에러 및 다이의 손상을 최소화시키기 위하여 정밀 이송 모터로 구성된 고속 픽업 헤드를 개발하여 LED 칩 다이 본더 시스템에 적용시켰다. 이에 대한 구조적 안정성을 평가하기 위해 다이 본더프레임의 유한요소 모델링을 생성하였고 구조 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 픽업 에러를 최소화시키고, 고속 및 고정밀 이송이 가능한 LED 칩 다이 본더 장치를 설계하였고, 설계된 시스템에 대하여 작용하는 자중 및 진동에 대한 분석을 수행하였고 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
2) 픽업 동작 시 발생되는 진동에 대해 픽업 헤드의 모드 해석을 수행하였고 1차에서부터 6차까지의 모드 형상 및 고유진동수를 분석하였다. 해석 결과, 픽업 헤드의 가진 주파수보다 시스템의 고유진동수가 큰 값이 가지는 것을 확인하였다.
3) 고유진동수 해석을 바탕으로 픽업 헤드에 작용하는 접촉력에 대해 조화 진동 해석을 수행하였다. 해석 결과, 진동에 의한 응력 및 변위 값이 픽업 헤드의 가진 주파수 내에서 안정성을 보임을 확인하였다.
개발된 다이 본더의 구조적 안정성을 검증하기 위해 주요 부품의 3차원 모델링을 이용하여 유한요소모델을 구성하였고, 유한요소모델을 이용하여 다이 본더의 자중에 의한 변위 및 응력에 대한 해석을 통해 다이 본딩 시 시스템에 미치는 영향을 분석하였다.[5]
고유진동수 분석 결과를 바탕으로 최대 접촉력에 대한 조화 진동 분석을 수행하였다. 그림 8은 접촉력이 작용할때 조화 진동 해석 결과이다.
이에 대한 구조적 안정성을 평가하기 위해 다이 본더프레임의 유한요소 모델링을 생성하였고 구조 해석을 수행하였다. 그다음, 다이 본더의 핵심 부품인 픽업 헤드의 유한요소 모델을 이용하여 작동 주파수에 대해 진동해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 다이 본더 및 픽업 헤드에 작용하는 응력 및 변위, 고유 진동수를 분석함으로써 개발된 시스템의 유효성을 검증하였다.
기존 어태칭 장치의 픽업 장치는 단순히 콜렛의 하강 동작과 이젝터 핀의 상승 동작만으로 구동되기 때문에 실제 픽업 장치의 콜렛이 다이와 접촉하는 순간에 다이에 충격이 가해져 다이가 손상되거나, 접착테이프에서 떨어져 콜렛에 흡착된 다이가 흔들려 미세 회전을 해 위치 정렬 오차가 발생하는 등의 픽업 에러가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 웨이퍼에서 절단된 각각의 LED 칩을 안정적으로 픽업할 수 있도록 그림 2와 같은 다이본더 시스템을 설계하였다. 고속 정밀 구동을 위해 Robot 은 linear servo motor로 구성하였고 효과적인 이송을 위하여 belt feeding 방식으로 이송 시스템을 구성하였다.
따라서 본 연구에서는 픽업 헤드에 외력이 작용하지 않는다고 가정하고 전체적인 시스템의 고유진동수를 유한요소해석을 통해 분석하였고, 고유진동수 분석 결과를 바탕으로 다이 본딩 시 작용하는 최대 접촉력 300g⋅f를 픽업 헤드의 작동 주파수인 0~60Hz로 가할 때 응력 및 변위를 분석하였다.
본 연구에서는 이러한 픽업 에러 및 다이의 손상을 최소화시키기 위하여 정밀 이송 모터로 구성된 고속 픽업 헤드를 개발하여 LED 칩 다이 본더 시스템에 적용시켰다. 이에 대한 구조적 안정성을 평가하기 위해 다이 본더프레임의 유한요소 모델링을 생성하였고 구조 해석을 수행하였다. 그다음, 다이 본더의 핵심 부품인 픽업 헤드의 유한요소 모델을 이용하여 작동 주파수에 대해 진동해석을 수행하였다.
그림 4(b)은 구조해석을 위한 경계 조건 및 접촉 조건을 나타낸 것으로, 다이 본더 하단부 프레임에 구속 조건을 부여하였고 픽업 모듈과 프레임을 연결하는 가이드 부분 접촉면에 슬라이딩 조건을 부여하였다. 전체 시스템에 대하여 중력이 작용하도록 설정하여 작용하는 자중에 의한 시스템의 변위 및 응력을 분석하였다.
진동 해석은 그림 6과 같이 픽업 헤드의 유한요소 모델 및 경계 조건을 부여하였다. 측면에 구속 조건을 부여하고 픽업 구동부 접촉면에 슬라이딩 조건을 부여하여 고유진동수를 분석하였다.
픽업 헤드(Pick-up Head)는 에어 부싱(Air bushing) 및 에어 패드(Air pad)를 이용하여 고속, 고정밀 운동이 가능한 이송 시스템을 구축하였다. 그림 3은 본 연구에서 적용한 에어 부싱과 에어 패드의 구조로 하우징의 입구로 공기가 주입되면 하우징 내부에 있는 다공질(Porous)를 통하여 축(Shaft)으로 공기가 이동되고 다공질과 축 사이의 간격으로 인해 공기압이 형성되어 무부하 상태로 하우징이 공중에 떠있게 된다.
대상 데이터
018mm로 설정하였다. 해석을 위한 다이 본더의 재질은 일반적인 다이 본더 시스템에 사용하는 Aluminum을 사용하였고 재질 특성은 표 2와 같다.
데이터처리
그다음, 다이 본더의 핵심 부품인 픽업 헤드의 유한요소 모델을 이용하여 작동 주파수에 대해 진동해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 다이 본더 및 픽업 헤드에 작용하는 응력 및 변위, 고유 진동수를 분석함으로써 개발된 시스템의 유효성을 검증하였다.
이론/모형
따라서 본 연구에서는 웨이퍼에서 절단된 각각의 LED 칩을 안정적으로 픽업할 수 있도록 그림 2와 같은 다이본더 시스템을 설계하였다. 고속 정밀 구동을 위해 Robot 은 linear servo motor로 구성하였고 효과적인 이송을 위하여 belt feeding 방식으로 이송 시스템을 구성하였다.
다이 본더의 구조 및 해석은 Ansys workbench V13을 이용하였고 그림 4(a)과 같이 Tetrahedrons mesh로 유한 요소모델을 생성하였다. 유한요소 사이즈는 0.
성능/효과
1) 구조 해석 결과, 다이 본더에 작용하는 자중에 대해 최대 변위는 0.9μm로 픽업 헤드가 이송되는 축 위치에서 발생하였으나 다이 본더 시스템에서 요구되는 위치 정밀도인 ±25μm에 대해 영향이 미비한 것을 확인하였다.
그림 5는 자중에 의한 다이 본더의 변위 및 응력 해석 결과이다. 다이 본더에 작용하는 최대 응력은 픽업 모듈과 프레임을 연결하는 가이드 부분에 발생하였으며 0.4Mpa로 재료의 항복 강도에 비하여 무시할만한 수준으로 나타났다. 최대 변위는 0.
이는 시스템의 위치 정밀도 25μm이므로 자중에 의해서 발생되는 변위가 매우 작은 수치로 위치 정밀도에 미치는 영향이 미비할 것으로 판단할 수 있고 개발된 다이 본더 시스템이 구조적으로 안정됨을 확인할 수 있다.
해석 결과 60Hz일 때 최대응력은 5Mpa, 최대 변위는 8μm로 낮은 값을 가졌다. 픽업 헤드 동작 시 작용하는 접촉력에 의한 변위 및 응력에 대해 시스템이 안정성을 가짐을 확인하였다.
해석 결과 60Hz일 때 최대응력은 5Mpa, 최대 변위는 8μm로 낮은 값을 가졌다.
3) 고유진동수 해석을 바탕으로 픽업 헤드에 작용하는 접촉력에 대해 조화 진동 해석을 수행하였다. 해석 결과, 진동에 의한 응력 및 변위 값이 픽업 헤드의 가진 주파수 내에서 안정성을 보임을 확인하였다.
2) 픽업 동작 시 발생되는 진동에 대해 픽업 헤드의 모드 해석을 수행하였고 1차에서부터 6차까지의 모드 형상 및 고유진동수를 분석하였다. 해석 결과, 픽업 헤드의 가진 주파수보다 시스템의 고유진동수가 큰 값이 가지는 것을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LED란 무엇인가?
LED(Light Emitting Diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로 휴대폰의 액정 표지 소자, 교통 신호등, 자동차 부품, 모니터, TV와 같은 가전제품 등 모든 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.[1] LED는 광변환 효율이 높고 낮은 전압을 사용하기 때문에 소비전력이 적으며 소형화, 경량화에 유리하며 수명이 반영구적이라는 장점을 가지고 있어 출력과 효율 향상 방법, 제조 방법 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
LED 칩 제작 중 패키징(packaging) 공정이 중요한 이유는 무엇인가?
[2] 이러한 LED 칩 제작은 기판 위에 화합물 반도체를 성장시키는 에피 웨이퍼 제조 공정, 노광, 현상, 식각을 통해 전극을 형성하고 개별 칩으로 절단하는 칩 제조 공정, 제조된 칩과 리드(lead)를 연결하고 빛이 최대한 외부로 방출되도록 만들어주는 패키징(packaging) 공정, 제작된 개별 LED 소자를 하나의 모듈(module)로 제작하는 모듈화 공정을 거치게 된다.[3] 그중 패키징 공정은 외부 환경으로 부터 LED 칩을 보호하고 열에 의한 LED 효율 저하와 관련이 있기 때문에 매우 중요하고 LED 칩 제작의 핵심 기술로 각광받고 있다.
LED는 어떤 장점을 가지고 있는가?
LED(Light Emitting Diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로 휴대폰의 액정 표지 소자, 교통 신호등, 자동차 부품, 모니터, TV와 같은 가전제품 등 모든 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.[1] LED는 광변환 효율이 높고 낮은 전압을 사용하기 때문에 소비전력이 적으며 소형화, 경량화에 유리하며 수명이 반영구적이라는 장점을 가지고 있어 출력과 효율 향상 방법, 제조 방법 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.[2] 이러한 LED 칩 제작은 기판 위에 화합물 반도체를 성장시키는 에피 웨이퍼 제조 공정, 노광, 현상, 식각을 통해 전극을 형성하고 개별 칩으로 절단하는 칩 제조 공정, 제조된 칩과 리드(lead)를 연결하고 빛이 최대한 외부로 방출되도록 만들어주는 패키징(packaging) 공정, 제작된 개별 LED 소자를 하나의 모듈(module)로 제작하는 모듈화 공정을 거치게 된다.
참고문헌 (5)
M. Fan, M. Liang, D. Guo, F. Yang, L. Wang, G. Wang and J. Li, "Color Filter-less Technology of LED Back Light for LCD-TV," Proc. SPIE, Vol. 6841, pp. 68410G1-68410G6, 2007.
J. R. Ryu, "The Improvement for Performance of White LED chip using Improved Fabrication Process", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 13, No. 1, pp. 329-332, 2012.
B. C. Gather, A. Kohnen, A. Falcou, H. Becker and K. Meerholz, "Solution-Processed Full-Color Polymer Organic Light-Emitting Diode Displays Fabricated by Direct Photolithography", Advanced Functional Materials, Vol. 17, pp. 191-200, 2007.
H. H. Kim, S. H. Choi, S. H. Shin, Y. K. Lee, S. M. Choi and S. Yi, "Thermal Transient Characteristics of Die Attach in High Power LED PKG", Microelectronics Reliability Vol. 48, pp. 445-454, 2008.
J. S. Lee and D. S. Baik, "Structural Analysis of Tension Controller Spring", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 10, No. 1, pp. 1-5, 2009.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.