보고서 정보
주관연구기관 |
(주)큐엠씨 |
연구책임자 |
유병소
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2016-11 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201800039712 |
과제고유번호 |
1415142508 |
사업명 |
신성장동력장비경쟁력강화 |
DB 구축일자 |
2018-11-03
|
키워드 |
발광다이오드.대량생산.대형.칩온보드.인쇄.복합 접착 소재.솔더 합금 분말.에폭시.저점도 고전도성 페이스트.Multi Die Bonding System.Multi Dispensing System.LED.Large Scale.Mass Production.COB (Chip On Board).Printing.Lamination.Singulation.Pattern Printing.
|
초록
▼
□ 핵심기술
- 대형 Size PCB의 Chip Dispensing 및 Bonding 장비 개발 : Multi Head Dispensing 장비 및 Piezo Actuating Module, Multi Head Die Bonding 장비
- 대형 PCB Substrate Loading/Unloading 장비 개발, Scalar Robot 기반 반송 시스템,
- 생산성 향상 대면적 COB 공정용 형광체 시트 Lamination, Singulation, Pattern Printing 장비 기술
- COB LED용
□ 핵심기술
- 대형 Size PCB의 Chip Dispensing 및 Bonding 장비 개발 : Multi Head Dispensing 장비 및 Piezo Actuating Module, Multi Head Die Bonding 장비
- 대형 PCB Substrate Loading/Unloading 장비 개발, Scalar Robot 기반 반송 시스템,
- 생산성 향상 대면적 COB 공정용 형광체 시트 Lamination, Singulation, Pattern Printing 장비 기술
- COB LED용 복합 접착 소재 에폭시 원재료 6종을 이용한 소재 합성 및 복합 접착 소재 공정 기술 최적화
- 금속 나노입자 혼입을 통한 기존 페이스트 대비 고전도성 구현
□ 최종목표
- 본 기술개발은 다양한 Lateral, Vertical, Flip chip을 적용하여 COB 생산이 가능한 공정 핵심 장비를 개발하는 것을 목표로 함.
다양한 형태의 Chip을 PCB Substrate에 실장하여, COB 제품화시키기 위한 방법은 Chip 종류와 형태에 따라 다양한 공정방법이 필요하나, 이러한 공정 기술을 통합하여 공통으로 적용 가능한 핵심 공정 장비를 개발하고, 이와 동시에 Throughput을 최적화시키기 위한 공정 기술과 재료를 개발하는 것을 본 기술 개발의 목표로 구성하였음.
- 형광체/배선 접합 정밀도 ± 5um 이내의 대면적 COB 공정 장비개발
- COB LED용 복합 접착 소재 개발 및 접합 소재 공정 최적화
; Nano Ag/Cu 접합재 점도 : 5,000 cps
; Nano Ag/Cu 접합재 비저항 : 20 μΩ·cm
□ 개발내용 및 결과
큐엠씨 (주관기관)
- 1차년도 : 1차년도 정량목표인n 디스펜서 헤드 최소토출 요구치 0.05mg 이하로 토출되며 재현성을 확인하였음. 토출량을 증가시키기 위해 Open Time을 증가시켜 요구 토출량을 확보할 수 있음. (평균 0.045mg, 표준편차 0.0007, Rising Time : 0.03ms, Falling Time : 0.2ms, Open Time : 1ms,스트로크: 100%, 노즐온도 : 40도, 공압 : 250Kps)
․X-Y Cantilever 구조로 Dual 형태로 구성하여 시스템에 공급된 COB의 Dispensing 영역을 2분할하여 Dispensing 을 진행하는 형태로 시스템을 개발하였음. Stroke 및 속도는 X축 : 348mm, max 1000mm/s, Y축 : 822mm,max 500mm/s으로 고속 디스펜싱이 가능함.
․Multi COB 위치 고정용 Vacuum System은 다양한 Size의 COB의 위치 고정을 위한 Vacuum Path Line의 형성 및 Vacuum에 의한 COB Bending을 최소화하기 위한 구조 설계 및 제작됨. (210 mm X 150 mm ~ 600 mm X 500mm COB 기판 사용을 위한 Plate 및 Vacuum Line(폭 1mm) 구성하였음.
- 2차년도 :
- Multi Head 방식의 Chip Mounting System 시제품 제작
. Piezo Actuator Dispenser 성능 향상 기술개발
. Feeder Unit 구성
. Needle Unit 구성
. COB PCB Base Stage의 구성
. Wafer Loading/Unloading System 구성
. MCC (Machine Cycle Chart)
. Multi Bonding System 용 Software 개발
. Chip공급을 위한 수직형 Wafer Stage Unit 개발
. Chip, Stamp Alignment 위치 검증용 Vision System 개발
. 3 Axes 자유도를 갖는 Multi Pick-up Head Unit 개발
. 수직형 Bonding Head 시스템 Prototype 개발
① 4 Arm 구조의 실시간 Force Control이 없는 고속형 구조 설계
② Vertical Pick & Place 구조의 Stage 및 Bonding Head 구조설계
③ Bonding Head 고정 구조의 시스템 반영
④ Position Accuracy 확보를 위한 3 Machine Vision 적용
⑤ Specification
㈀ Tact Time :100msec
㈁ Wafer Status :Expanded wafer(Whole wafer, Partial wafer)
㈂ Position Average (X, Y axis) : ±30um
㈃ Rotation Average (Theta axis) : ±2°
㈄ Wafer Size : Up to 6“
㈅ LED Chip Size : 0.3mm ~ 2.0mm
. Main System Specification (Multi Die Bonding System)
① Tact Time : Less Than 400msec
② Position Average (X, Y axis) : ±30um
③ Rotation Average (Theta axis) : ±2°
④ Wafer Size : Up to 6“
⑤ LED Chip Size : 0.3mm ~ 2.0mm
⑥ Wafer Stage Unit : X, Y, Theta Axes
⑦ PCB For COB Stage Unit : X, Y, Theta Axes
⑧ Machine Vision Resolution for Wafer Stage:33.7~5.7 um/pixel
⑨ Machine Vision Resolution for Inspection : 33.7~5.7 um/pixel
⑩ Machine Vision Resolution for COB : 33.7~5.7 um/pixel
⑪ Real Time Force Control : 30 ~ 250g
⑫ Layout : 1,685mm x 1340mm x 1994mm
- 3차년도 :
- 1차년도 개발 장비 Multi Dispensing System과 2차년도 개발 장비 Multi Die Bonding System 그리고 LED COB 기판 이송을 위한 Robot 이송 시스템을 구성하였고, LED COB 기판 Loading/Unloading 시스템을 설계 및 개발 완료하였음
- LED COB 기판을 이송하기 위한 Robot 과 기판을 Cassette 로부터 원하는 작업 장비로 Loading/Unloading 하는 System을 구성하고 개발 완료 함.
- Robot Arm의 COB 기판 이송을 위한 하중 및 Bending 테스트를 위한 시뮬레이션을 진행하여 Robot Arm 설계를 완료 함.
1) 무게 하중 1.5kg 이상 Bending 최소화 구조
2) 유한요소 해석을 통한 Arm Bending Simulation 진행
3) 집중하중 기준 2kg (20N) 까지 Bending 최소화 설계 진행
- Robot & Loading/Unloading System Software 개발
- PCB Lot 정보 관리 : PCB Type, Cassette ID, Lot ID, Operator ID관리 Program
- Cassette Mapping Information Management Program
- Robot 구동용 Main GUI, 동작 설정용 GUI
- Integrated System Schedule Management S/W 개발
한국광기술원
- 1차년도 : 백색 광원용 LED 조명 제조 공정에 필수적인 형광체/Phosphor를 Sheet형태로 공급하여 Laminating 하는 장비를 국산화하고, 접합정밀도 ±0.03 mm 이내를 만족하는 장비 개발하여 Sheet 접합 오차 ±22 μm, 형광체 도포영역 6인치 이상 달성
- 2차년도 : 1차년도 개발된 형광체 시트 접합 장비를 이용하여 LED를 형광체 시트에 접합한 이후 Laser를 이용하여 개별 칩 단위로 분리(Singulation)하기 위한 공정 장비 설계 및 개발하여 가공 정밀도 ±5 μm 이하, 대응 칩 사이즈 0.5 mm ~ 1 mm, Working area 300 x 300 mm 이상 달성
- 3차년도 : 생산성 향상 대면적 COB의 LED 접합후 배선 연결을 위한 Micro nozzle jet 장비 설계 및 개발하여 배선폭 100 um 이하 배선위치정밀도 ±5 μm, 프린팅 속도 500 mm/sec, Via aspect ratio 1.0, Working area 300 x 300 mm 이상 달성
- 호전에이블
COB LED용 복합 접착 소재 개발 하였고, COB LED 접합 소재로 적용하여 시제품을 제작하였음.
- 전북대학교
기존 상용화된 페이스트에 나노사이즈의 금속입자를 혼입해 줌으로써 상용화된 페이스트 대비 최대 50% 향상된 전기적 특성을 갖는 페이스트 개발
□ 기술개발 배경
- LED 조명은 제조비용 중에서 패키지 제조비용이 전체 45% 이상을 차지하고 있어, 공정 개선을 위한 대안이 필요한 상황이며, 이 문제를 해결하기 위한 방안으로 기존 Lead Frame 방식의 패키지 방식이 아닌 PCB 형태로 Chip을 안착하여, 패키지화 및 PCB Size를 Scale Up하여 제조비용을 절감할 수 있는 COB 기술을 적용한 신 공정 기술 개발이 필요하므로 대면적 COB 공정/장비/소재 개발이 시급함.
- 호전에이블 : COB LED용 복합 접착 소재는 에폭시의 절연 특성을 이용하여(+), (-) 패드간의 전기적 절연 확보 및 접합 강도를 상승시킬 수 있는 융합형 접착제임
- 전북대학교 :수 μm flake 크기를 갖는 페이스트의 경우 flake 사이사이에 무수히 많은 빈 공간들이 존재하고 있다. 이러한 빈 공간들은 페이스트의 전기적 특성을 떨어뜨린다. 본 연구에서는 나노크기의 금속입자를 페이스트와 혼입시켜줌으로써 최대한 빈 공간들을 제거해주어 페이스트의 전기적 특성을 향상시키고자 하였다
□ 핵심개발 기술의 의의
개발 장비를 활용하여 LED 조명 시장 성장에 걸림돌이 되는 가격대 성능비를 향상시킬 후 있을 것으로 기대되며, 조명 시장의 활성화를 통해 산업 발전에 이바지 할 수 있음
- 호전에이블 : 복합 접착 소재 시장 진입을 위하여 국내 및 해외 LED 생산회사에 접착소재를 소개하고 있으며, 스템핑용 소재는 국내 업체에 납품하여 제품에 사용하였음.
- 전북대학교 : 금속은 크기가 작아질수록 산화가 빠르게 진행한다. 수μm 크기를 갖는 flake는 물론 혼입되는 금속나노입자에서 빠르게 산화가 발생한다. 금속의 산화는 전기적 특성에 악영향을 주는 요인으로 방지해주어야 한다. 본 연구에서는 이러한 산화현상을 방지하기 위해 flake와 나노입자에 산화방지막이 형성된 재료를 사용하였다.
□ 적용 분야
고생산성 LED COB 조명
COB LED용 조명 제품 및 자동차 LED 전장 제품
( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 4p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 13
- 목차 ... 17
- 제 1 장 서론 ... 18
- 제 1 절 과제의 개요 ... 18
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 20
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 20
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 26
- 1. 1차년도 목표 및 평가 방법 ... 26
- 2. 2차년도 목표 및 평가 방법 ... 32
- 3. 3차년도 목표 및 평가 방법 ... 38
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 41
- 1. 1차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 41
- 2. 2차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 59
- 3. 3차년도 개발 내용 및 개발 범위 ... 84
- 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 120
- 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 120
- 제 3 장 결과 ... 121
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 121
- - 연구개발 추진 일정 / 추진 실적 ... 121
- - 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 122
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 131
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 134
- 제2절 자체보안관리진단표 ... 135
- 제 4 장 사업화 계획 ... 141
- 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 141
- 제 2절 사업화계획 ... 143
- 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 145
- 끝페이지 ... 148
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.