제품정보 : 사파이어
알루미나(Al2O3) 원료로 2,050℃ 이상에서 단결정으로 성장시킨 결정체를 사파이어라고 하며, 사파이어 단결정을 직경별로 절단, 연마하여 LED용 GaN Epi 공정에 적합하도록 만들어진 기판을 사파이어 웨이퍼라 합니다.
웨이퍼는 가공 수준에 따라 LED칩의 광효율에 영향을 미치는 핵심 소재로 TV 및 각종 모바일 기기의 BLU, 조명, 전광판, 신호등, 자동차 조명용 등에 사용되는 LED칩에 적용되고 있으며 향후에는 차세대 디스플레이로 주목받고 있는 마이크로 LED용 기판으로 용도가 확대될 것으로 전망됩니다. 마이크로 LED는 기존 LED 대비 1/50 규모로 초소형화되면서 OLED 대비 전력소모를 5분의 1 수준으로 낮춤에 따라 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등 웨어러블 디스플레이 응용 분야로 빠르게 확산될 것으로 전망됩니다.
- 사파이어 단결정이란?
- 알루미늄(Al)과 산소(O)가 결합된 형태의 화합물인 알루미나(Al2O3)를 2,050℃ 이상의 고온용융 후 응고되는 과정에서 단결정구조로 성장된 물질입니다.
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- 다이아몬드 다음으로 지구상에서 가장 강한 소재
- 사파이어 단결정은 다이아몬드 다음으로 지구상에서 가장 강한 경도를 지닌 소재로, 내마모성, 내식성이 석영과 비교해 약 10배 높고, 절연 특성 및 광학성 투과성이 우수합니다.
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| Physical Properties | Value |
|---|---|
| Crystal structure | Hexagonal system (rhombohedral) |
| Unit cell dimension | a = 4.758 Å , c = 12.991 Å |
| Density | 3.98g/cm3 |
| Hardness | 9 mohs, 1,525-2,000 Knoop |
| Tensile strength | 400MPa |
| Flexural strength | 2,500~4,000 MPa |
| Thermal Properties | Value |
|---|---|
| Thermal conductivity (at 300K) | 23.1 W/m·K (perpendicular to c-axis) / 25.2 W/m·K (parallel to c-axis) |
| Specific heat | 105 J/kg·K at 91K / 761 J/kg·K at 291K |
| Thermal coefficient of linear expansion (at 323K) | 6.66?x?10-6 ./K(parallel to optical axis) 5?x?10-6 /K (perpendicular to optical axis) |
| Melting point | 2,050 °C |
| Boiling point | 2,980 °C |
- 사파이어 단결정 성장공법 비교
- Advanced Kyropoulos 성장공법 : 러시아에서 개발된 Kyropoulos 성장공법에서 일진디스플레이의 자체 연구개발을 통해 챔버 및 단열재 구조를 개선한 신(新) 공법입니다.
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| 성장공법 | VHGF | HEM | Kyropoulos | Advanced Kyropoulos | |
|---|---|---|---|---|---|
| Boule 형상 | VHGF 이미지 | HEM 이미지 | Kyropoulos 이미지 | Advanced Kyropoulos 이미지 | |
| 잉곳 크기 | 2~6인치 | 2~8인치 | 2~8인치 | 2~8인치 | |
| 잉곳품질 | 품질 | 보통 | 보통 | 우수 | 우수 |
| 기포 | 보통 | 보통 | 보통 | 적음 | |
| 리니지 | 보통 | 나쁨 | 보통 | 우수 | |
| 결정성 | 우수 | 보통 | 우수 | 우수 | |
| 단열성 | 우수 | 우수 | 낮음 | 우수 | |
| 소비전력 | 낮음 | 낮음 | 높음 | 낮음 | |
| 작업공수 | 보통 | 보통 | 많음 | 적음 | |
| 유지비 | 보통 | 높음 | 높음 | 낮음 | |
| 생산성 | 보통 | 우수 | 보통 | 우수 | |
| 제조원가 | 보통 | 보통 | 보통 | 우수 | |
제품 사양
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| Property | Unit | 4” | 6” |
|---|---|---|---|
| Diameter | mm | 100.05±0.02 | 150.05±0.05 |
| Orientation | - | c?Plane (0001) a?Plane (11-20) r?Plane (10-12) m?Plane (10-10) |
|
| Orientation Tilt Tolerance | Degree | 0±0.05 | 0±0.05 |
| Flat length | mm | Flat 30.7±0.5 or Notch | Flat 25~50±1.0 or Notch |
| Usable Length | Max 220 | Max 200 | |
| Surface finish | mm | As cored Fine Ground | |
| Crystal Quality | - | No Grain Boundaries, Twins, Lineages, and Crack | |
| Picture | - | 4”, 6” 이미지 | |
- 단결정 사파이어 웨이퍼
사파이어 웨이퍼(Sapphire Wafer)는 요구되는 직경 및 방위에 따라 단결정 Boule을 Coring하여 잉곳(Ingot)을 취출한 후, 다이아몬드 와이어(Diamond Wire)를 사용하여 기판의 형태로 절단을 진행합니다. As-Cut 기판은 Edge와 Lapping 공정을 거치면서 기판의 형상을 균일화시키고 열처리 공정을 통해 표면 Stress를 제거하여 휨(BOW)현상을 제어 합니다. 이후 Polishing 연마하여 표면 조도를 0.2nm 수준으로 맞춰 LED용 GaN Epi 공정에 적합하도록 제작된 기판입니다.
- 다이아몬드 다음으로 단단한 물질
내마모성, 내식성, 절연 특성 및 투과율 우수
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| Property | 비고 | ||
|---|---|---|---|
| 기계적 특성 | 경도(Mohs) | 9 | 다이아몬드 다음으로 단단한 물질로 Scratch에 대한 내성이 강합니다. |
| 온도 특성 | 온도 특성(Thermal conductivity) | 25.12W/M/K (100℃) | 세라믹 재료 중에서는 금속과 비슷한 열전도 특성을 가지고 있으며, 고온, 저온 극한 환경에서도 변화가 적습니다. |
| 광학 특성 | 투과율(Transmittance) | 85% | 고른 파장대에서 우수한 투과율을 가지고 있습니다. |
- 고온 공정에서도 휨 없는,
고평탄도 제작을 위한 최적 조건 설계 - Lapping 공정에서 고평탄도 사파이어 웨이퍼 제작을 위해 양면 설비의 상하 정반 회전비 최적 조건을 설계하였으며 기판의 균일 가공을 통해 동심원 형태의 형상을 가집니다.
이러한 기판은 고온 환경에서 진행되는 Epi 공정에서 불균일하게 휘는 현상을 최소화시킵니다.
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CMP공정은 Nano Silica Slurry를 적용한 Polishing 연마를 진행하여 기판의 표면 조도를 0.2nm 수준으로 만듭니다.
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제품 사양
Sapphire SSP(Single Side Polished) Wafer
Sapphire DSP(Double Side Polished) Wafer
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| NO | Parameters | Unit | 2”(50.8mm) | 4”(100.0mm) | 6”(150.0mm) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 공통사양 | 1 | Surface Orientation | - | C-plane (0001) off-set | ||
| 1-1 | Off Angle to M-axis | degree(˚) | 0.20° ± 0.05° | 0.20° ± 0.05° | 0.20° ± 0.05° | |
| 1-2 | Off Angle to A-axis | degree(˚) | 0.00° ± 0.10° | 0.00° ± 0.10° | 0.00° ± 0.10° | |
| 2 | Flat or Notch Orientation | degree(˚) | A-plane(11-20) _ 0 ± 0.20 | |||
| 3 | Thickness | um | 430 ± 10 | 650 ± 10 | 650 ± 10 | |
| 4 | TTV / LTV | um | ≤ 5 / ≤ 2 | ≤ 5 / ≤ 2 | ≤ 5 / ≤ 2 | |
| 5 | Roughness(Ra)-Front side | nm | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | |
| SSP | 6 | BOW | um | -10 ~ 0 | -10 ~ 0 | -10 ~ 0 |
| 7 | Roughness(Ra)-Back Side | um | 0.6 ~ 1.2 | 0.6 ~ 1.2 | 0.6 ~ 1.2 | |
| DSP | 8 | BOW | um | ± 5 | ± 10 | ± 10 |
| 9 | Roughness(Ra)-Back Side | nm | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | |
- 차세대 디스플레이 소자
Micro-LED
디스플레이(Display) 사업분야에서, 기존의 LCD나 LED 대비 ① 소모전력, ② Color Gamut, ③ Brightness, ④ Contrast, ⑤ Life-time 및 내구성에서 우수한 특성을 갖는 LED 소자가 그 칩의 크기(Chip Size)를 100um 이하로 구현함으로써 차세대 디스플레이 소자로 대두되고 있습니다. 특히, 이러한 Micro-LED를 TFT Back Plane에 실장시킴으로써 플렉시블 디스플레이, 특히, AR, VR 등의 웨어러블 디스플레이 및 의료기기 등 광범위하게 사용될 것으로 기대됩니다.
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- Micro-LED 애플리케이션에 요구되는
사파이어 기판
이러한 Micro-LED 디스플레이에서는 사파이어가 갖는 결함이 Chip 수율에 크게 영향을 미치기 때문에 사파이어 기판의 물리적, 특성적 고사양이 요구될 것으로 예상됩니다. 이에 당사는 그동안의 업력(業力)을 바탕으로 세계최고 품질의 잉곳과 웨이퍼 생산을 통해 고객만족을 최우선으로 하는 품질 우위를 목표로 국내외 유수의 고객과, 차세대 디스플레이 소재 개발에 매진하고 있습니다.
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| Property | Parameters | Unit | 6"(150.0mm) |
|---|---|---|---|
| 평탄도 특성 | TTV / LTV | um | ≤ 4 / ≤ 2 |
| BOW / Warp | um | -6 ~ 0 / ≤ 7 | |
| 외관 특성 | Chip, Crack, Pore | - | None |
| 표면 특성 | Particle, Stain, Scratch | - | None |
- 단결정 사파이어 윈도우 (Sapphire Window)
- 사파이어 윈도우는 단결정 Boule을 원통형 Coring을 하거나 Brick 형태의 잉곳(Ingot)으로 취출한 후, 다이아몬드 와이어(Diamond Wire)를 사용하여 기판의 형태로 절단을 진행합니다.
이후 형상 가공 및 양면 Polishing을 진행하여 각 애플리케이션 형태 및 크기에 맞게 제작합니다.
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| Property | Design Preference for Window Application | Sapphire | Tempered Glass | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Mechanical Property | ★★Material | Al2O3 Anisotropy | SiO2 Isotropy | ||
| ★★Density(비중, 9/㎤) | Weight Lightening | 3.98 | 2.42 | ||
| ★★Hardness | Mohs (모스) | Anti Scratch | 9 | 7 | |
| Vickers (비커스, kg/mm2) | 1,940~2,200 | 534 ~ 649 | |||
| Impact Test(충격 시험, N) | Endurance | 1,060 | 198 | ||
| ★★Bending Test(밴딩 시험, N) | 1,540 | 673 | |||
| Yong’s Elastic Modulus(GPa) | Flexible | 345 | 72 | ||
| Thickness(두께, mm) | Slim | 0.26mm | 0.4mm | ||
| ★Contact Angle(접촉각, ˚) | Wettability | 100~110° | 50~60° | ||
| Electrical Property | Dielectric Constant(유전율) | Sensitivity | 9.3 ~ 11.5 | 7.24 | |
| ★★Refractive Index(굴절률, 550nm) | Outdoor Visibility | 1.65 | 1.5 | ||
| Optical Property | ★★ Transmittance (투과율) | Bare | Visibility | 85% | 92% |
| AR Coated | 91% | - | |||
- 공정 간소화, 빠른 생산 속도로
다양한 윈도우(Window) 제품 제조
고온 열처리로 기판 강도 우수
당사 윈도우 기판은 공정이 간소화된 양면 Polishing 기술을 적용하여 생산 속도가 우수하여 다양한 형태의 윈도우 제품을 제조하는데 최적화되어 있습니다. 또한 LED용 Silica Slurry로 표면을 Final Polishing 진행하여 표면 조도 및 스크래치(Scratch) 수준이 LED 제품과 동등합니다. 사파이어 재질 특성상 외부 충격에 쉽게 깨지는 특성이 있지만 당사에서는 고온 열처리를 진행하여 기판의 강도 및 충격 파손에 강합니다.
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- 사파이어 윈도우 제품 사양
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| No | Parameters | Unit | Cover Glass | Lens |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Thickness | um | ≥ 500 ± 20 | ≥ 300 ± 20 |
| 2 | TV5 | um | ≤ 20 | ≤ 5 |
| 3 | Surface Roughness(Ra) | nm | ≤ 0.5 | ≤ 0.5 |
| 4 | Edge Bevel | um | Customize | |
| 5 | Surface shape | - | ||
| 6 | Surface Round | - | ||
| 7 | Diameter | mm | ||
| 8 | Step Thickness | um |
