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Kafe 바로가기주관연구기관 | 홍익대학교 Hongik University |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2014-09 |
과제시작연도 | 2013 |
주관부처 | 미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 | TRKO201400028809 |
과제고유번호 | 1711000788 |
사업명 | 중견연구자지원 |
DB 구축일자 | 2014-11-22 |
키워드 | 발광 다이오드.초고휘도 LED.LED 패키징.써멀 비아.금속 플러그.능동냉각.열전박막소자.p형 (Bi.Sb)2Te3.n형 Bi2(Te.Se)3.light-emitting diode.ultra-high bright LED.LED packaging.thermal via.metal plug.active cooling.thermoelectric thin film device.p-type (Bi.Sb)2Te3.n-type Bi2(Te.Se)3. |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201400028809 |
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 thermal via를 적용한 대용량 열방출형 기판기술, metal plug를 적용한 대용량 열방출형 LED 공정기술과 열전박막 냉각소자를 적용한 능동냉각기술을 융합함으로써 고전류밀도 초고휘도 LED용 신개념 패키징 기술을 확립하였음.
연구결과
◦ 1차년도에는 Si submount에 Deep RIE 및 wet etching을 이용하여 open via hole을 형성하고 bottom up 전기도금 Cu via filling을 이용한 Cu thermal via 공정기술을 확립하였음.
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 thermal via를 적용한 대용량 열방출형 기판기술, metal plug를 적용한 대용량 열방출형 LED 공정기술과 열전박막 냉각소자를 적용한 능동냉각기술을 융합함으로써 고전류밀도 초고휘도 LED용 신개념 패키징 기술을 확립하였음.
연구결과
◦ 1차년도에는 Si submount에 Deep RIE 및 wet etching을 이용하여 open via hole을 형성하고 bottom up 전기도금 Cu via filling을 이용한 Cu thermal via 공정기술을 확립하였음. 또한 Si submount와 수직형 LED 칩 간의 Ni/Cu/Au/Sn/Au 다층박막구조의 본딩을 위해 AuSn 합금을 이용한 eutectic 본딩 기술을 연구하였음. 이와 더불어 삼원계 p형 (Bi,Sb)2Te3 및 n형 Bi2(Te,Se)3 열전박막을 전기도금으로 형성하여 열전특성을 분석하였음.
◦ 2차년도에는 metal plug를 구비한 수직형 LED를 제작하기 위해 metal plug 형성기술과 광추출 효율을 향상하기 위한 공정기술을 확립하였음. 또한 metal plug LED와 thermal via가 형성된 Si submount의 솔더본딩 기술을 연구하고 제작된 패키지의 특성을 분석하였음. 삼원계 p형 (Bi,Sb)2Te3 및 n형 Bi2(Te,Se)3로 이루어진 열전박막소자의 형성공정을 개발하고 소자의 열전특성을 분석하였음.
◦ 3차년도에는 대용량 Cu thermal via 형성공정을 수립하여 대용량 열방출형 기판기술을 확립하였고, 이원계 p형 Sb2Te3 및 n형 Bi2Te3와 삼원계 p형 (Bi,Sb)2Te3 및 n형 Bi2(Te,Se)3 열전박막으로 이루어진 열전박막소자의 디자인을 최적화시키고 소자의 냉각특성 및 발전특성을 분석하였음. 또한 metal plug LED의 전기적, 광학적 특성을 개선하기 위해 전극 디자인과 표면 거칠기 최적화와 passivation 공정을 확립하였음.
Thermal via가 내장된 Si submount에 열전박막소자를 형성하고 metal plug LED를 실장하는 integration 기술을 확립하고 열방출 및 광출력 특성을 분석하였음.
연구결과의 활용계획
◦ 대용량 Cu thermal via의 제작공정을 LED 패키징의 열방출 및 반도체 패키징의 열방출과 칩 interconnection에 활용.
◦ 열방출 특성이 우수한 Metal plug LED를 이용한 조명 패키지 기술에 활용 및 추가분석과 성능향상을 통한 시장 경쟁력 강화.
◦ 열전박막소자의 냉각특성 및 발전출력 특성을 웨어러블 디바이스에 적용하기 위한 연구 진행.
◦ 본 연구에서 개발된 열방출 특성이 우수한 LED 패키지 구조 및 공정기술을 산업체에 기술이전 및 산업화를 위한 공동연구에 활용.
Purpose & contents
In this study, we established the new conceptual packaging technology for light-emitting diodes of high current density and ultra-high brightness by integrating the substrate technology for high heat dissipation utilizing thermal vias, the LED structure capable of high heat dis
Purpose & contents
In this study, we established the new conceptual packaging technology for light-emitting diodes of high current density and ultra-high brightness by integrating the substrate technology for high heat dissipation utilizing thermal vias, the LED structure capable of high heat dissipation utilizing metal plugs, and the active cooling technology utilizing thermoelectric thin-film cooling devices.
Result
◦ In first year, Cu thermal via process was established using bottom-up via filling with Cu electroplating into open vias formed in a Si submount using Deep RIE and wet etching methods. Also, eutectic bonding was developed with AuSn alloy for bonding of Ni/Cu/Au/Sn/Au multilayer between Si submount and vertical LED chip. Thermoelectric characteristics of ternary p-type (Bi,Sb)2Te3 and n-type Bi2(Te,Se)3 thin films, prepared by electroplating, were analyzed.
◦ In second year, metal plug formation technology and process for enhancing light extraction efficiency for fabricating vertical LED with metal plug have been established. Also, we developed a solder bonding process between metal plug LED and Si submount with thermal vias, and their properties were analyzed.
Thermoelectric thin film devices consisting of ternary p-type (Bi,Sb)2Te3 and n-type Bi2(Te,Se)3 thin films were fabricated and their thermoelectric characteristics were analyzed.
◦ In third year, we established the submount technology for heat dissipation through developing large-size Cu thermal-via process and also optimized the design and process of thermoelectric thin film devices consisting of binary p-type Sb2Te3 and n-type Bi2Te3 and ternary p-type (Bi,Sb)2Te3 and n-type Bi2(Te,Se)3 thin films. Surface roughness optimization and passivation process were proceeded for improving electrical and optical properties of metal plug LED. We established the integration technology of metal plug LED with thermoelectric thin film devices on Si submount with Cu thermal vias, and their heat dissipation and optical power properties were analyzed.
Expected Contribution
◦ Establishing Cu thermal via process which can be utilized for heat dissipation of LED packages and semiconductor packages.
◦ Applying the metal plug LED with excellent heat dissipation properties to optical LED package technology for ensuring market competitiveness.
◦ Additional research to apply thermoelectric cooling capability and power generation properties of thermoelectric thin film devices to developing wearable devices.
◦ Utilizing the structures and processing technologies of LED packages developed in this study for technology transfer to industry and for co-research with industry.
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