JP2013153195A

JP2013153195A - 発光素子パッケージ

Info

Publication number: JP2013153195A
Application number: JP2013058713A
Authority: JP
Inventors: Kyokon Kin; 亨根金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-08-08
Also published as: US20060118800A1; US8124998B2; KR20060062716A; JP2006165542A; KR100867515B1

Abstract

【課題】発光素子のパッケージを提供する。
【解決手段】発光素子（３１２）と、相互に離れて備えられ、その各々が発光素子と電気的に連結されるように発光素子に付着されるものであって、発光素子に電圧を印加して発光素子から発生する熱を放熱させる第１及び第２電極（３１６Ａ，３１６Ｂ）と、を備える発光素子。
【選択図】図６

Description

本発明は、発光素子パッケージに係り、詳細には、ヒートシンクの機能を伴う電極を備えることによって、小型化を具現しうる発光素子パッケージに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）またはレーザーダイオード（ＬＤ：ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）などの発光素子をパッケージングするために、従来はワイヤーボンディングが主に使われた。

図１は、ワイヤーボンディングを用いて製作された従来の発光素子パッケージの部分断面図である。図１を参照すれば、発光素子１２は、その下部に備えられて、前記発光素子１２から発生する熱を放熱させるヒートシンク１４に付着される。そして、前記発光素子１２の上面は、金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤー１８によってパッケージハウジング１０に備えられた電極１６に連結される。しかし、前記のような発光素子パッケージは、ワイヤーボンディング工程のために、小型化の具現が難しいという短所がある。最近では、発光素子とサブマウントを直接連結するフリップチップボンディングが脚光を浴びている。しかし、ワイヤーボンディング工程は依然として適用されている。

本発明は、ヒートシンクの機能を伴う電極を備えることによって、小型化を具現しうる改善された構造の発光素子パッケージを提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するために、本発明の第１の構成である発光素子パッケージは、発光素子と、前記発光素子と電気的に連結されるように前記発光素子に付着されるサブマウントと、相互に離れて備えられ、その各々が前記サブマウントに付着されるものであって、前記発光素子に電圧を印加して前記発光素子から発生する熱を放熱させる第１及び第２電極と、前記サブマウントと第１電極、及び前記サブマウントと第２電極を、各々電気的に連結させるボンディングワイヤーと、を備える。

前記発光素子とサブマウントは、ボンディングメタルまたは導電性接着剤によって接着されることが望ましい。ここで、前記ボンディングメタルは、ソルダ、金（Ａｕ）または銅（Ｃｕ）であることが望ましい。

そして、前記サブマウントと第１電極、及び前記サブマウントと第２電極は、各々熱伝導性物質によって接着されることが望ましい。

前記サブマウントに付着される前記第１及び第２電極の表面には、各々銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）からなる反射層がコーティングされうる。

前記第１及び第２電極は、耐熱性絶縁物質からなるパッケージハウジングによって支持されることが望ましい。

本発明の第２の構成である発光素子パッケージは、発光素子と、前記発光素子と電気的に連結されるように前記発光素子に付着されるサブマウントと、相互に離れて備えられ、その各々が前記サブマウントと電気的に連結されるように前記サブマウントに付着されるものであって、前記発光素子に電圧を印加して前記発光素子から発生する熱を放熱させる第１及び第２電極と、を備える。

前記サブマウントには、前記第１及び第２電極に各々対応する少なくとも１つの第１及び第２ビアホールが形成されており、前記第１及び第２ビアホールの内部には、熱伝導性の導電性物質からなる第１及び第２充填材が備えられうる。

ここで、前記第１及び第２充填材は、純金属または合金からなることができる。

本発明の第３の構成である発光素子パッケージは、発光素子と、相互に離れて備えられ、その各々が前記発光素子と電気的に連結されるように前記発光素子に付着されるものであって、前記発光素子に電圧を印加して前記発光素子から発生する熱を放熱させる第１及び第２電極と、を備える。

本発明によれば、発光素子に電圧を印加すると同時に、発光素子から発生した熱を放熱させる役割も行う２個の電極を備えることによって、発光素子パッケージを小型化し、また簡単な工程で発光素子パッケージを製作しうる。そして、発光素子を２つの電極に直接付着すれば、さらに小型化された発光素子パッケージを製作しうる。

従来の発光素子パッケージの部分断面図である。本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの概略的な断面図である。本発明の第２実施形態による発光素子パッケージの概略的な断面図である。図３に示されたサブマウントの平面図である。図３に示されたサブマウントの変形例を示す平面図である。本発明の第３実施形態による発光素子パッケージの概略的な断面図である。

以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面において同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

図２は、本発明の第１実施形態による発光素子パッケージを概略的に示す断面図である。

図２を参照すれば、本発明の第１実施形態による発光素子パッケージは、発光素子１１２と、前記発光素子１１２の下部に備えられるサブマウント１２０と、前記サブマウント１２０の下部に備えられる第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂと、前記第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂを各々前記サブマウント１２０に電気的に連結するボンディングワイヤー１１８ａ、１１８ｂを備える。

前記発光素子１１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）のような半導体素子になりうる。ここで、前記発光素子１１２は、光を発光素子の上面から出射させることが望ましい。前記発光素子１１２は、フリップチップボンディングによってサブマウント１２０に付着される。具体的に、前記発光素子１１２に備えられた電極（図示せず）が各々ボンディングメタル１２２ａ、１２２ｂによってサブマウント１２０と電気的に連結されるように接着される。ここで、前記ボンディングメタル１２２ａ、１２２ｂは、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金からなるソルダまたはＡｕ、Ｃｕなどの金属であり得る。一方、前記発光素子１１２は、導電性接着剤によってサブマウント１２０に接着されうる。

前記サブマウント１２０は、第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂに付着される。前記第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂは、相互に離れて備えられ、前記発光素子１１２に電圧を印加すると同時に、前記発光素子１１２から発生する熱を放熱させる役割を果たす。ここで、前記第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂは、各々サブマウント１２０と熱伝導性物質１２４ａ、１２４ｂによって接着されうる。

前記第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂは、各々ボンディングワイヤー１１８ａ、１１８ｂによってサブマウント１２０と電気的に連結される。ここで、前記ボンディングワイヤー１１８ａ、１１８ｂは、Ａｕのような電気伝導性に優れた物質からなりうる。一方、前記サブマウント１２０上には、第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂがボンディングワイヤー１１８ａ、１１８ｂを通じて発光素子１１２に電気的に連結されるように配線層がパターニングされている。

前記サブマウント１２０が付着される第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂの表面には、各々発光素子１１２に発生した光を反射させて発光素子１１２の上部に向かわせる反射層１３０ａ、１３０ｂがコーティングされることが望ましい。ここで、前記反射層１３０ａ、１３０ｂは、ＡｇまたはＡｌからなりうる。

前記第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂは、パッケージハウジング１１０によって支持される。ここで、前記パッケージハウジング１１０は、高温で安定した物質やセラミックのような耐熱性絶縁物質からなることが望ましい。一方、前記パッケージハウジング１１０は、前記第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂ間にも備えられて、前記第１電極１１６ａと第２電極１１６ｂとの間を電気的に絶縁させる。

このように、本実施形態では、発光素子１１２に電圧を印加する第１及び第２電極１１６ａ、１１６ｂが、前記発光素子１１２から発生する熱を放熱させる機能も共に担えるようにすることによって、パッケージを小型化させうる。

図３は、本発明の第２実施形態による発光素子パッケージを概略的に示す断面図である。そして、図４は、図３に示されたサブマウントの平面を示す図面である。

図３及び図４を参照すれば、本発明の第２実施形態による発光素子パッケージは、発光素子２１２と、前記発光素子２１２の下部に備えられるサブマウント２２０と、前記サブマウント２２０の下部に備えられる第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂを備える。

ここで、前記発光素子２１２は、前述したように、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）のような半導体素子になりうる。そして、このような発光素子２１２は、フリップチップボンディングによってサブマウント２２０に付着される。

前記サブマウント２２０には、第１及び第２ビアホール２２７ａ、２２７ｂが貫通して形成されている。ここで、前記第１及び第２ビアホール２２７ａ、２２７ｂは、前記第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂに各々対応するように形成される。そして、前記第１及び第２ビアホール２２７ａ、２２７ｂの内部には、各々高い熱伝導性を有する導電性物質からなる第１及び第２充填材２２５ａ、２２５ｂが備えられている。ここで、前記第１及び第２充填材２２５ａ、２２５ｂは、純金属または合金からなりうる。

そして、前記発光素子２１２とサブマウント２２０を電気的に連結するように接着させるために前記第１及び第２充填材２２５ａ、２２５ｂと発光素子２１２との間には、各々ボンディングメタル２２２ａ、２２２ｂが介在されている。ここで、前記ボンディングメタル２２２ａ、２２２ｂは、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金からなるソルダまたはＡｕ、Ｃｕのような金属であり得る。一方、前記第１及び第２充填材２２５ａ、２２５ｂと発光素子２１２との間には、導電性接着剤が介在されることもある。

前記サブマウント２２０は、第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂに付着される。前記第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂは相互離れて備えられ、前記サブマウント２２０を通じて前記発光素子２１２に電圧を印加すると同時に、前記発光素子２１２から発生する熱を放熱させる役割を果たす。このために前記第１充填材２２５ａと第１電極２１６ａとの間、及び第２充填材２２５ｂと第２電極２１６ｂとの間には、各々ボンディングメタル２２４ａ、２２４ｂが介在されている。ここで、前記ボンディングメタル２２４ａ、２２４ｂは、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金からなるソルダまたはＡｕ、Ｃｕのような金属であり得る。一方、前記第１充填材２２５ａと第１電極２１６ａとの間及び第２充填材２２５ｂと第２電極２１６ｂとの間には、導電性接着剤が介在されることもある。ここで、前記サブマウント２２０の上面及び下面に備えられる接合物質が同じ材質からなる場合には、一回の工程で発光素子２１２、サブマウント２２０、第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂを接着させうる。

前記サブマウント２２０が付着される第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂの表面には、各々発光素子２１２に発生した光を反射させて発光素子２１２の上部に向かわせる反射層２３０ａ、２３０ｂがコーティングされることが望ましい。ここで、前記反射層２３０ａ、２３０ｂは、ＡｇまたはＡｌからなりうる。

前記第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂは、パッケージハウジング２１０によって支持される。ここで、前記パッケージハウジング２１０は、高温で安定した物質やセラミックのような耐熱性絶縁物質からなることが望ましい。一方、前記パッケージハウジング２１０は、前記第１及び第２電極２１６ａ、２１６ｂ間にも備えられて前記第１電極２１６ａと第２電極２１６ｂとの間を電気的に絶縁させる。

本実施形態のようにサブマウント２２０にビアホール２２７ａ、２２７ｂを形成し、その内部に充填材２２５ａ、２２５ｂを用意すれば、前述した実施形態のようなワイヤーボンディング工程は不要なので、簡単な工程で発光素子パッケージを製作できるようになる。

一方、以上では図４に示されたように、サブマウント２２０に四角形の断面形状を有する第１及び第２ビアホール２２７ａ、２２７ｂが各々１つずつ形成された場合が示されているが、本実施形態は、これに限定されず、ビアホールの数及び形状を多様に変更させうる。したがって、図５に示されたように、サブマウント２２０には、円形の断面形状を有する第１及び第２ビアホール２２７’ａ、２２７’ｂが各々複数個形成されうる。この際、前記第１及び第２ビアホール２２７’ａ、２２７’ｂの内部には、各々高い熱伝導性を有する導電性物質からなる第１及び第２充填材２２５’ａ、２２５’ｂが備えられる。

図６は、本発明の第３実施形態による発光素子パッケージを概略的に示す断面図である。

図６を参照すれば、本発明の第３実施形態による発光素子パッケージは、発光素子３１２と、前記発光素子３１２の下部に備えられて、前記発光素子３１２が付着される第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂを備える。

ここで、前記発光素子３１２は、前述したように、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの半導体素子になりうる。そして、このような発光素子３１２は、フリップチップボンディングによって前記第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂに付着される。

前記第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂは、相互に離れて備えられ、前記発光素子３１２に電圧を印加すると同時に、前記発光素子３１２から発生する熱を放熱させる役割を果たす。このために前記発光素子３１２と第１電極３１６ａとの間、及び発光素子３１２と第２電極３１６ｂとの間には、各々ボンディングメタル３３５ａ、３３５ｂが介在されている。ここで、前記ボンディングメタル３３５ａ、３３５ｂは、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金からなるソルダまたはＡｕ、Ｃｕのような金属でありうる。一方、前記発光素子３１２は、導電性接着剤によって前記第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂに接着されうる。

前記発光素子３１２が付着される第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂの表面には各々発光素子３１２に発生した光を反射させて発光素子３１２の上部に向かわせる反射層３３０ａ、３３０ｂがコーティングされることが望ましい。ここで、前記反射層３３０ａ、３３０ｂは、ＡｇまたはＡｌからなりうる。

前記第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂは、パッケージハウジング３１０によって支持される。ここで、前記パッケージハウジング３１０は、高温で安定した物質やセラミックのような耐熱性絶縁物質からなることが望ましい。一方、前記パッケージハウジング３１０は、前記第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂ間にも備えられて、前記第１電極３１６ａと第２電極３１６ｂとの間を電気的に絶縁させる。

前述したように、本実施形態では、前述した実施形態でのサブマウントを除去し、発光素子３１２を直接第１及び第２電極３１６ａ、３１６ｂに付着することによって、簡単な工程で発光素子パッケージを製作し、また発光素子パッケージをさらに小型化させうる。

前述したように本発明による望ましい実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。

本発明は、発光ダイオードまたはレーザーダイオードのような発光素子のパッケージに関する技術分野に好適に適用しうる。

３１０パッケージハウジング、
３１２発光素子、
３１６ａ、３１６ｂ第１及び第２電極、
３３０ａ、３３０ｂ反射層、
３３５ａ、３３５ｂボンディングメタル。

前記目的を達成するために、本発明の発光素子パッケージは、発光素子と、前記発光素子と電気的に連結されるように前記発光素子に付着されるサブマウントと、前記サブマウントの下に位置し、電気的絶縁性を有する耐熱性部材からなるパッケージハウジングと、相互に離れて備えられ、前記パッケージハウジングを貫通するように形成され、その各々が前記サブマウントに付着されるものであって、前記発光素子に電圧を印加して前記発光素子から発生する熱を放熱させる第１及び第２電極と、前記サブマウントに付着される前記第１及び第２電極の表面に各々コーティングされる反射層と、を備え、前記第１及び第２電極は前記パッケージハウジングの上面と垂直な方向に形成され、前記パッケージハウジングの下面に沿って各々別の方向に引き出される部分を有し、前記第１及び第２電極は前記発光素子と垂直な方向に重畳される第１領域と前記発光素子と垂直な方向に重畳されない第２領域を有し、前記第１及び第２領域はパッケージハウジングの上面と下面を貫通して形成されることを特徴とする。

前記発光素子と前記サブマウントとは、ボンディングメタルまたは導電性接着剤によって接着されることを特徴とする。

前記サブマウントには、前記第１及び第２電極に各々対応する少なくとも１つの第１及び第２ビアホールが形成されており、前記第１及び第２ビアホール内には熱伝導性の導電性物質からなる第１及び第２充填材が備えられることを特徴とする。

前記第１及び第２充填材は、純金属または合金からなることを特徴とする。

前記第１及び第２充填材と前記発光素子との間には、各々ボンディングメタルまたは導電性接着剤が介在されることを特徴とする。

前記第１充填材と前記第１電極との間、及び前記第２充填材と前記第２電極との間は、ボンディングメタルまたは導電性接着剤が介在されることを特徴とする。

前記サブマウントと前記第１電極及び前記サブマウントと前記第２電極を各々電気的に連結させるボンディングワイヤーをさらに含むことを特徴とする。

Claims

発光素子と、
前記発光素子と電気的に連結されるように前記発光素子に付着されるサブマウントと、
相互に離れて備えられ、その各々が前記サブマウントに付着されるものであって、前記発光素子に電圧を印加して前記発光素子から発生する熱を放熱させる第１及び第２電極と、
前記サブマウントと第１電極、及び前記サブマウントと第２電極を各々電気的に連結させるボンディングワイヤーと、を備えることを特徴とする発光素子パッケージ。