KR100616680B1 - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

방열 특성이 우수한 박형의 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법을 제공한다. 홈이 형성되어 있는 제1 실리콘층과; 상기 제1 실리콘층 상에 순차적으로 적층된 제1 절연층, 제2 실리콘층, 제2 절연층 및 1쌍의 패키지 전극과; 상기 각각의 패키지 전극에 연결되어 상기 제1 실리콘층, 제1 절연층, 제2 실리콘층 및 제2 절연층을 관통하는 도전성 비아와; 상기 패키지 전극 상에 형성되어, 캐비티를 갖는 스페이서와; 상기 캐비티 내에서 상기 패키지 전극 상에 실장된 LED 소자를 포함하고, 상기 제1 실리콘층에 형성된 상기 홈에는 금속 코어부가 매립되어 있다.

발광 다이오드, LED, 패키지

Description

발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 종래의 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 발광 다이오드 패키지 어레이를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 발광 다이오드 패키지 101: 제1 실리콘층

102: 제1 절연층 103: 제2 실리콘층

104: 금속막 105: 도금층

106: 금속 코어부 107: 제2 절연층

108: 패키지 전극 109: 캐비티

110: 스페이서 112: LED 소자

114: 광학 소자 121: 절연막

123: 도전성 비아

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 열방출 특성이 우수하고 대량 생산에 적합한 박형의 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 AlGaAs, AlGaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 사용하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, LED 라고도 함) 소자가 개발되어 다양한 색의 광원으로 사용되고 있다. LED 제품의 특성은 1차적으로는 LED 소자(LED 칩)에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료와 그 구조에 의해 결정되지만, 2차적으로는 LED 소자를 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다. LED 소자가 실내외 조명, 자동차 헤드라이트, LCD 표시장치의 백라이트 유닛(backlight unit) 등 다양한 응용분야에 사용됨에 따라, LED 패키지에 요구되는 특성이 많아지게 되었다.

특히, LED 소자가 조명용으로 사용되기 위해서는, 고출력의 광을 발생시켜야 하고, 높은 입력 전력을 필요로 한다. 이에 따라, LED 소자에 많은 열이 발생된다. LED 소자에 발생되는 열이 LED 패키지에서 효과적으로 방출되지 못하면, LED 소자 의 온도가 높아져서 LED 소자의 특성이 열화되고, 소자의 수명이 줄어들게 된다. 따라서, 고출력 LED 패키지에 있어서, LED 소자로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시키고자 하는 노력이 진행되고 있다. LED 패키지의 방열 특성을 개선하기 위해, 일본특허공개공보 제2003-218398호는 좁은 슬릿에 의해 분리된 금속 기판을 LED 패키지 기판으로 사용하는 기술을 개시하고 있다.

또한, 전자부품의 소형화 및 경량화 추세에 따라, 매우 얇은 두께를 갖는 박형 LED 패키지에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들어, LCD의 백라이트 유닛에 사용되는 LED 패키지는 백라이트 유닛의 소형화를 위해 박형으로 제조될 필요가 있다. 그러나, 종래의 기술에서 채용하고 있는 LED 패키지는 이러한 요구를 충분히 충족시키지 못하고 있으며, 제조 공정이 어렵다는 문제를 가지고 있다.

도 1은 종래의 LED 패키지(10)의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, LED 패키지(10)는, 좁은 슬릿(6)이 형성되어 있는 금속 기판(2)과, 절연 기판으로 된 스페이서(4)와, 투명 유리로 된 커버판(9)을 포함한다. 슬릿(6)에는 에폭시 수지 등의 절연 부재(3)가 충전되어 있어 금속 기판(2)은 서로 분리된 2개의 전극(2a, 2b)을 형성한다. 상기 금속 기판(2), 스페이서(4) 및 커버판(9)은 이들 사이에 개재된 접착 시트(5, 8)에 의해 서로 접합된다. 스페이서(4)의 중앙부에는 캐비티(4b)가 형성되어 있고, 이 캐비티(4b) 내에 LED 소자(7)가 실장된다. 캐비티(4b)의 측면에는 금속막(11)이 코팅되어 있다. 이 금속막(11)은 측방향으로 진행하는 LED 광을 상방으로 반사시키는 반사면의 역할을 한다. LED 소자(7)는 범 프(7a, 7b)를 통해 상기 금속 기판(2)의 2개 전극(2a, 2b)에 플립 칩 본딩되어 있다. LED 소자(7)와 금속 기판(2) 간의 틈에는 언더필 수지가 충전될 수 있다.

상기 LED 패키지(10)는 금속 기판(2)을 사용함으로써 LED 소자(7)로부터 발생하는 열의 방출 특성을 높이게 된다. 그러나, 상기 구조를 갖는 종래의 LED 패키지(10)를 제조하기 위해서는, 좁은 슬릿(6)으로 금속 기판(2)을 분리하도록 금속 기판(2)을 정밀하게 가공하여야 하며, 좁은 슬릿(6) 내에 절연 부재(3)를 완전히 충전시켜야 한다. 따라서, LED 패키지(10)를 제조하기가 용이하지 않으며, 충분히 얇은 두께의 박형 패키지를 제조할 수가 없게 된다. 또한, 슬릿(6)이 양쪽 범프(7a, 7b)의 가운데 위치하도록 LED 소자(7)를 금속 기판(2)의 양쪽 전극(2a, 2b)에 정확히 플립 칩 본딩시키기가 매우 어렵다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED 소자로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출하고, 보다 얇은 두께를 갖는 박형의 LED 패키지를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 방열 특성이 우수한 박형의 LED 패키지를 보다 용이하게 제조할 수 있고, 다수의 LED 패키지를 동시에 제조하기에 적합한 LED 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 홈이 형성되어 있는 제1 실리콘층과; 상기 제1 실리콘층 상에 순차적으로 적층된 제1 절연층, 제2 실리콘층, 제2 절연층 및 1쌍의 패키지 전극과; 상기 각각의 패키지 전극에 연결되어 상기 제1 실리콘층, 제1 절연층, 제2 실리콘층 및 제2 절연층을 관통하는 도전성 비아와; 상기 패키지 전극 상에 형성되어, 캐비티를 갖는 스페이서와; 상기 캐비티 내에서 상기 패키지 전극 상에 실장된 LED 소자를 포함하고, 상기 제1 실리콘층에 형성된 상기 홈에는 금속 코어부가 매립되어 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 LED 소자는 상기 패키지 전극 상에 플립 칩 본딩될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 상기 LED 소자는 상기 1쌍의 패키지 전극 중 하나의 패키지 전극에는 다이본딩되고 다른 하나의 패키지 전극에는 와이어 본딩될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 도전성 비아와 상기 제1 및 제2 실리콘층 사이에는 상기 도전성 비아와 상기 실리콘층 간의 전기적 연결을 방지하기 위한 절연막이 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 스페이서 상면에는 유리 평판이나 렌즈 등의 광학 소자가 접합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 금속 코어부는 상기 홈 내벽에 형성된 금속막과, 상기 금속막 하면에 형성되어 상기 홈을 매립하는 도금층를 포함할 수 있다. 바람직 하게는, 상기 홈에 형성된 금속 코어부는 상기 LED 소자의 실장 영역에 상응하는 영역에 형성되어 있다. 또한, 상기 금속 코어부는 상기 LED 소자의 실장 영역에 상응하는 영역에서 상기 제1 절연층과 접촉한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 스페이서는 실리콘으로 이루어질 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 상기 스페이서는 절연성 수지로 이루어질 수도 있다. 특히, 상기 스페이서가 절연성 수지로 이루어진 경우, 상기 캐비티의 측면은 곡면 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 캐비티 측면에는 Ag 또는 Al 등으로 이루어진 반사용 금속막이 형성되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 열산화막이다 열산화막은 수천 Å 정도의 매우 얇은 두께로 형성될 수 있으므로, 열 방출 특성의 장애가 되지 않는다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 제1 실리콘층, 제1 절연층, 제2 실리콘층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되어 형성된 서브마운트용 기판을 준비하는 단계와; 상기 제1 실리콘층을 선택적으로 식각하여, 상기 제1 절연층을 노출시키는 홈을 형성하는 단계와; 상기 서브 마운트용 기판을 관통하는 배선용 비아홀을 형성하고 상기 비아홀 내벽을 열산화시키는 단계와; 상기 홈과 비아홀을 금속으로 매립하여 금속 코어부와 도 전성 비아를 형성하는 단계와; 상기 제2 절연층 상에 상기 도전성 비아와 연결된 1쌍의 패키지 전극을 형성하고, 상기 패키지 전극 상에 LED 소자를 실장하는 단계와; 상기 패키지 전극 상에 캐비티를 갖는 스페이서를 형성하여 상기 LED 소자가 상기 캐비티 내에 위치하도록 하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 서브마운트용 기판을 준비하는 단계는, 제1 실리콘층, 제1 절연층 및 제2 실리콘층이 순차적으로 적층되어 형성된 SOI(silicon on insulator) 기판을 준비하는 단계와; 상기 SOI 기판 상에 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 서브마운트용 기판을 준비하는 단계는, 실리콘 직접접합(silicon direct bonding)에 의해 제1 절연층을 사이에 두고 2개의 실리콘 기판을 접합하는 단계와; 상기 2개의 실리콘 기판 중 하나의 실리콘 기판 상에 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 금속 코어부와 도전성 비아를 형성하는 단계는, 상기 홈 내면과 상기 제1 실리콘층 하면과 상기 비아홀 내벽에 금속막을 형성하는 단계와; 상기 홈과 비아홀을 매립하는 도금층을 형성하도록 상기 금속막에 전기도금을 실시하는 단계와; 상기 홈 바깥의 하부에 형성되어 있는 상기 금속막 및 도금층을 제거하도록 상기 금속막 및 도금층을 연마하는 단계를 포함한다. 이 경우, 바람직하게는 상기 금속막을 형성하기 전에 상기 비아홀 내벽에 열산화막 등의 절연막을 형성한다. 이로써, 도전성 비아를 상기 실리콘층으로부터 확실히 절연시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 LED 소자를 실장하는 단계는, 상기 LED 소자를 상기 패키지 전극 상에 플립 칩 본딩하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 LED 소자를 실장하는 단계는, 상기 LED 소자를 상기 1쌍의 패키지 전극 중 하나의 패키지 전극에 다이본딩하는 단계와, 상기 LED 소자를 다른 하나의 패키지 전극에 와이어 본딩하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 패키지 전극 상에 캐비티를 갖는 스페이서를 형성하는 단계는, 스페이서용 실리콘 기판을 선택적으로 식각하여 상기 스페이서용 실리콘 기판에 캐비티를 형성하는 단계와; 상기 캐비티가 형성된 상기 스페이서용 실리콘 기판을 상기 패키지 전극 상에 접합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 패키지 전극 상에 캐비티를 갖는 스페이서를 형성하는 단계는, 절연성 수지 기판에 캐비티를 형성하는 단계와; 상기 캐비티가 형성된 상기 절연성 수지 기판을 상기 패키지 전극 상에 접합하는 단계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 스페이서의 캐비티 측면에는 Ag, Al 등의 반사용 금속막을 코팅한다. 또한, 상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 실리콘을 열산화시켜 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스페이서를 형성한 후에는 상기 스페이서 상면에 광학 소자를 접합할 수도 있다.

본 발명의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 단일 서브마운트 기판을 사용하여 다수의 LED 패키지를 동시에 제조하는 데에 용이하게 적용될 수 있다. 이 경우, 단일 서브마운트 기판을 사용하여 형성된 LED 패키지 어레이(package array)를 개별 LED 패키지로 절단함으로써 다수의 LED 패키지를 동시에 얻을 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지(100)를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 순차 적층되어 있는 제1 실리 콘층(101), 제1 절연층(102), 제2 실리콘층(103), 제2 절연층(107)을 포함한다. 상기 제1 실리콘층(101)/제1 절연층(102)/제2 실리콘층(103)의 적층구조는, 예를 들어 SOI(Silicon On Insuator) 기판으로부터 얻을 수 있다. 또한, 상기 적층 구조는, 후술하는 바와 같이, 실리콘 직접접합(silicon direct boding) 기술을 이용하여 얻을 수도 있다. 제2 절연층(107) 상에는 1쌍의 패키지 전극(108a, 108b)이 형성되어 있다. 제2 절연층(107)은 한 쌍의 전극(108a, 108b)이 전기적으로 서로 연결되지 않도록 하는 역할을 한다. 제1 절연층(102)과 제2 절연층(107)은 실리콘을 열산화시켜 얻은 열산화막(SiO₂)이다. 상기 제1, 2 실리콘층(101, 103)과 제1, 2 절연층(102, 107)의 적층 구조는, LED 소자를 탑재하기 위한 서브마운트 역할을 한다.

각각의 패키지 전극(108a, 108b)에는, 도전성 비아(conductive via; 123)가 연결되어 있다. 이 도전성 비아(123)는 패키지 전극(108a, 108b)으로부터 실리콘층들(101, 103)과 절연층들(102, 107)을 관통하여 제1 실리콘층(101)의 하면에 이른다. 도전성 비아(123)와 실리콘층(101, 103) 사이에는 열산화막(SiO₂)과 같은 절연막(121)이 형성되어 있다. 이 절연막(121)은 도전성 비아(123)와 실리콘층(101, 103) 간의 전기적 연결을 방지하는 역할을 한다. 도전성 비아(123)는 LED 소자를 외부 배선(예컨대, 인쇄회로 기판의 전극 패드)에 연결시키는 역할을 한다. 후술하는 바와 같이, 도전성 비아(123)는, 비아홀 내벽에 금속막(104b)을 입히고 도금층 (105b)을 채움으로써, 형성될 수 있다.

상기 패키지 전극(108a, 108b) 상에는 캐비티(cavity; 109)를 갖는 스페이서(110)가 접착 시트 등의 접착 수단(미도시)에 의해 접합되어 있다. 상기 스페이서(110)는 실리콘 재질 또는 절연성 수지로 형성될 수 있다. 상기 캐비티(109)의 측면(110a)으로부터 충분한 광 반사 효과를 얻기 위해서, 상기 캐비티(109) 측면(110a)에 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등으로 된 반사용 금속막을 형성하는 것이 바람직하다. 스페이서(110)가 절연성 수지로 이루어진 경우, 캐비티(109)의 측면(110a)은 다양한 배광 특성을 나타내는 곡면 형상을 가질 수 있다.

상기 캐비티(109) 내에는 LED 소자(112)가 패키지 전극(108a, 108b)에 플립 칩 본딩되어 있다. 플립칩 본딩된 LED 소자(112)는 수평 구조의 LED 소자에 해당한다. 스페이서(110) 상면에는 광학 소자(114)가 접착 시트(미도시) 등에 의해 접합되어 있다. 광학 소자(114)는 LED 소자(112)를 밀봉하는 커버판의 역할을 한다. 광학 소자(114)로는, 광학적 렌즈(예컨대, 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈) 또는 평판 형상의 투명 유리 기판 등을 사용할 수 있다.

제1 실리콘층(101)에는 LED 소자(112)의 실장영역에 상응하는 영역에서 홈(101a)이 형성되어 있으며, 금속 코어부(106)가 상기 홈(101a)을 매립하고 있다. 금속 코어부(106)는 LED 소자(112)의 실장 영역에 상응하는 영역에서 제1 절연층 (102)과 접촉하게 된다. 이 금속 코어부(106)는 금속막(104a)과 도금층(105a)으로 구성된다. 이러한 금속 코어부(106)는 LED 소자(112)에서 발생된 열을 외부로 효과적으로 방출시키는 방열부를 형성한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 패키지(200)의 단면도이다. 도 3에 도시된 LED 패키지(200)는, 수직 구조의 LED 소자(112')가 다이본딩과 와이어 본딩에 의해 1쌍의 패키지 전극(108a, 108b)에 전기적으로 연결된다는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 LED 패키지(100)와 동일하다.

구체적으로 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 1쌍의 패키지 전극 중 일 전극(108a)은 다이본딩에 의해 LED 소자(112')의 하부 전극과 연결된다. 다른 패키지 전극(108b)은 와이어 본딩에 의해 LED 소자(112')의 상부 전극과 연결된다. 따라서, 상기 LED 소자(112')는 수직 구조의 LED 소자에 해당한다. 그외 다른 구성요소 또는 부재는 전술한 실시형태와 같으므로 상세한 설명을 생략한다.

전술한 바와 같이 LED 패키지(100, 200)는, 서브마운트로서 실리콘층(101, 103) 및 절연층(102, 107)을 사용한다. 실리콘층(101, 103)은 종래의 좁은 슬릿이 형성된 금속 기판(도 1의 도면부호 2 참조)에 비하여 더 얇은 두께를 가질 수 있고, 상기 절연층(102, 107)은 수천 Å 정도의 매우 얇은 두께로 형성될 수 있다. 특히, 제2 실리콘층(103)은 수십 ㎛의 두께로 얇게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 LED 패키지(100, 200)는, 종래의 LED 패키지(도 1 참조)에 비하여 더욱 얇은 두께 를 가질 수 있으므로, 제품의 소형화에 적합하다.

실리콘의 열전도도는 절연성 수지에 비하여 상당히 크기 때문에, 상기 실리콘층(101, 103)은 열방출에 유리하다. 특히, LED 소자(112, 112')의 실장영역에 상응하는 영역에서 금속 코어부(106)가 제1 절연층(102)과 접촉함으로써, 열방출 효과는 더욱 향상된다. 서브마운트에 포함된 절연층(102, 107)은 실리콘의 열산화를 통해 수천 Å 정도의 얇은 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 절연층(102, 107)에 의한 열 방출의 차단 효과는 무시할만큼 작게 될 수 있다. 이와 같이, 열전도도가 높은 실리콘층(101, 103) 및 금속 코어부(106)와 함께, 박막의 열산화막으로 된 절연층(102, 107)을 사용함으로써, LED 소자(112, 112')에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있게 된다.

이하, 도 4 내지 도 10를 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법들을 설명한다.

먼저, 도 4를 참조하면, 제1 실리콘층(101), 제1 절연층(102), 제2 실리콘층(103) 및 제2 절연층(107)이 순차 적층되어 형성된 서브마운트용 기판을 준비한다. 이 서브 마운트용 기판은, 예를 들어 SOI 기판으로부터 얻을 수 있다. 즉, 제1 실리콘층(101)/제1 절연층(102)/제2 실리콘층(103)의 적층 구조를 갖는 SOI 기판을 준비한다. 이 경우, 제1 절연층(102)은 열산화막인 것이 바람직하다. 그 후,상기 SOI 기판의 제2 실리콘층(103)을 열산화시킴으로써, 제2 실리콘층(103) 상에 제2 절연층(107)을 형성한다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은 서브마운트용 기판을 얻게 된다.

도 4의 서브마운트용 기판을 얻기 위한 다른 방안으로서, 실리콘 직접접합(silicon direct bonding) 기술을 이용할 수도 있다. 즉, 실리콘 직접접합에 의해 제1 절연층(열산화막)을 사이에 두고 2개의 실리콘 기판을 접합한다. 그 후, 상기 2개의 실리콘 기판 중 어느 하나의 실리콘 기판을 열산화시킴으로써 제2 절연층을 형성한다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같은 서브마운트용 기판을 얻게 된다.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 실리콘층(101)을 선택적으로 습식식각하여 LED 소자의 실장영역에 상응하는 영역에 홈(101a)을 형성한다. 이에 따라, LED 소자의 실장영역에 상응하는 영역에서 제1 절연층(102)이 노출된다. 이 때 열산화막에 대한 실리콘의 식각 선택비가 높은 식각액을 사용함으로써, 제1 절연층(102)은 식각되지 않도록 식각 공정을 용이하게 제어할 수 있다. 이 홈(101a)은 후속 공정에서 금속으로 채워지게 된다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 서브마운트용 기판을 관통하는 배선용 비아홀(120)을 형성한다. 구체적으로 설명하면, 홈(101a) 바깥의 양쪽에서 실리콘층들(101, 103) 및 절연층들(102, 107)을 관통하는 비아홀(120)을 뚫는다. 나중에 이 비아홀(120)은 도전체로 채워지게 된다.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 비아홀(120) 내벽을 열산화하여 박막의 절연막(121)을 형성한다. 그리고 나서, 상기 홈(101a)과 제1 실리콘층(101) 하면과 비아홀((120) 내벽에 금속막(104)을 형성한다. 이 금속막(104)은 후속의 전기도금을 위한 시드층으로서의 역할을 한다.

다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 금속막(104)에 구리 등으로 전기도금을 실시한다. 이에 따라, 홈(101a)과 비아홀(120)을 매립하는 도금층(105)이 형성된다.

그 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 하부를 연마하여 홈(101a) 바깥의 하부에 형성되어 있는 금속막(104) 및 도금층(105)을 제거한다. 이에 따라, 금속막(104a)과 도금층(105a)으로 이루어진 금속 코어부(106)를 얻게 된다. 또한, 이 때 금속막(104b)과 도금층(105b)으로 이루어진 도전성 비아(123)를 얻게 된다. 그리고 나서, 각각의 대응되는 도전성 비아(123)와 연결된 1쌍의 패키지 전극(108)을 형성한다. 이에 따라, 각각의 패키지 전극(108a, 108b)은 도전성 비아(123)를 통해 외부 배선과 전기적으로 연결될 수 있게 된다.

다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 패키지 전극(108a, 108b) 상에 LED 소자(112)를 실장한다. LED 소자(112)는, 도 10에 도시된 바와 같이 플립 칩 본딩에 의해 실장될 수 있지만, 다이본딩과 와이어 본딩을 이용하여 실장될 수도 있다. 즉 도 3을 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 일 패키지 전극(108a)에는 LED 소자(112)를 다이본딩하고, 타 패키지 전극(108b)에는 LED 소자(112)를 와이어 본딩할 수 있다.

LED 소자(112)를 실장한 후에는, 캐비티(109)를 갖는 스페이서(110)를 패키지 전극(108a, 108b) 상에 형성하여, LED 소자(112)가 캐비티(109) 내에 위치하도록 한다. 이 캐비티(110a)의 측면(110a)은, LED 소자(112)에서 발생된 빛을 반사시키기 위한 반사면의 역할을 한다. 스페이서(110)를 형성한 후에는 스페이서(110) 상면에 볼록렌즈, 오목렌즈 또는 유리 평판으로 된 광학 소자(114)를 접합한다. 이에 따라, 본 실시형태에 따른 LED 패키지를 얻게 된다.

상기 스페이서(110)는 실리콘 기판을 사용하여 형성될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 먼저 스페이서용 실리콘 기판을 준비한 후, 이를 선택적으로 식각하여 스페이서용 실리콘 기판에 캐비티를 형성한다. 이 캐비티가 형성된 스페이서용 실리콘 기판을 패키지 전극(108a, 108b) 상에 접합함으로써, 실리콘 재질의 스페이서(110)를 얻게 된다.

다른 방안으로서, 실리콘 대신에 절연성 수지 기판을 사용하여 스페이서(110)를 형성할 수도 있다. 즉, 절연성 수지 기판에 캐비티를 형성한 후, 이 절연성 수지 기판을 패키지 전극(108a, 108b) 상에 접합함으로써, 절연성 수지 재질의 스페이서(110)를 얻게 된다. 이와 같이 절연성 수지 기판을 사용하여 스페이서를 형성할 경우, 캐비티 측면이 곡면이 되도록 절연성 수지 기판에 캐비티를 형성할 수 있다. 이러한 곡면 형상의 캐비티 측면은 다양한 배광 특성을 나타낼 수 있다. 충분한 광 반사효과를 얻기 위해, 스페이서(110)의 캐비티 측면(110a)에는 Ag 또는 Al 등의 반사용 금속막을 코팅하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 제조 방법에서는, 종래와 달리 서브마운트 기판에 좁은 슬릿(도 1의 도면부호 6 참조)을 형성할 필요가 없다. 또한, 본 실시형태의 제조 방법은, 실리콘의 습식 식각, 열산화 등의 일반적인 반도체 공정을 이용할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 발광 다이오드 패키지의 제조 공정이 종래에 비하여 용이하다.

본 발명의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 단일 서브마운트 기판을 사용하여 다수의 LED 패키지를 동시에 제조하는 데에 용이하게 적용될 수 있다. 즉, 전술한 LED 패키지 제조 방법을 집합 상태의 서브마운트 기판에 그대로 적용하여 단일 기판 상에 LED 패키지 어레이를 제조할 수 있다. 이 LED 패키지 어레이를 개별 LED 패키지로 절단함으로써 다수의 LED 패키지를 동시에 얻을 수 있게 된다. 도 11에는 LED 패키지 어레이(300)가 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 금속 코어부(106), 제1, 2 실리콘층(101, 103) 및 제1, 2 절연층(102, 107)을 포함하는 웨이퍼 레벨의 서브마운트 기판 상에 다수의 패키지 전극쌍(108)이 형성되어 있다. 다수의 패키지 전극쌍(108) 위에는 다수의 LED 소자(112)가 실장되어 있다. 이러한 LED 패키지 어레이(300)를 절단선(A, B)을 따라 절단함으로써, 본 발명에 따른 다수의 개별 LED 패키지를 얻게 된다. 이와 같이 본 발명의 LED 패키지 제조 방법은, LED 패키지 어레이를 제조하는 데에 용이하게 적용될 수 있고, LED 패키지를 대량으로 생산하는 데에 적합하다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 서브마운트 기판에 실리콘층과 금속 코어부를 사용함으로써, LED 소자로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있으며 보다 얇은 두께를 갖는 박형의 LED 패키지를 구현할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, LED 패키지의 제조 공정이 용이하며, 고품질의 LED 패키지를 저비용으로 대량 생산할 수 있다.

Claims (25)

1. 홈이 형성되어 있는 제1 실리콘층;

   상기 제1 실리콘층 상에 순차적으로 적층된 제1 절연층, 제2 실리콘층, 제2 절연층 및 1쌍의 패키지 전극;

   상기 각각의 패키지 전극에 연결되어 상기 제1 실리콘층, 제1 절연층, 제2 실리콘층 및 제2 절연층을 관통하는 도전성 비아;

   상기 패키지 전극 상에 형성되어, 캐비티를 갖는 스페이서; 및

   상기 캐비티 내에서 상기 패키지 전극 상에 실장된 LED 소자를 포함하고,

   상기 제1 실리콘층에 형성된 상기 홈에는 금속 코어부가 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 LED 소자는 상기 패키지 전극 상에 플립 칩 본딩된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 LED 소자는 상기 1쌍의 패키지 전극 중 하나의 패키지 전극에는 다이본딩되고 다른 하나의 패키지 전극에는 와이어 본딩된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 제1항에 있어서,

   상기 도전성 비아와 상기 제1 및 제2 실리콘층 사이에는 상기 도전성 비아와 상기 실리콘층 간의 전기적 연결을 방지하기 위한 절연막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서 상면에 접합된 광학 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
6. 제1항에 있어서,

   상기 금속 코어부는 상기 홈 내벽에 형성된 금속막과, 상기 금속막 하면에 형성되어 상기 홈을 매립하는 도금층를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
7. 제1항에 있어서,

   상기 금속 코어부는, 상기 LED 소자의 실장 영역에 상응하는 영역에 형성되어 있고, 상기 LED 소자의 실장 영역에 상응하는 영역에서 상기 제1 절연층과 접촉하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
8. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서는 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
9. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서는 절연성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
10. 제9항에 있어서,

    상기 캐비티의 측면은 곡면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
11. 제1항에 있어서,

    상기 캐비티의 측면에는 반사용 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
12. 제11항에 있어서,

    상기 반사용 금속막은 Ag 또는 Al로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
13. 제1항에 있어서,

    상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 열산화막인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
14. 제1 실리콘층, 제1 절연층, 제2 실리콘층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되어 형성된 서브마운트용 기판을 준비하는 단계;

    상기 제1 실리콘층을 선택적으로 식각하여, 상기 제1 절연층을 노출시키는 홈을 형성하는 단계;

    상기 서브 마운트용 기판을 관통하는 배선용 비아홀을 형성하고 상기 비아홀 내벽을 산화시키는 단계;

    상기 홈과 비아홀을 금속으로 매립하여 금속 코어부와 도전성 비아를 형성하는 단계;

    상기 제2 절연층 상에 상기 도전성 비아와 연결된 1쌍의 패키지 전극을 형성하고, 상기 패키지 전극 상에 LED 소자를 실장하는 단계; 및

    상기 패키지 전극 상에 캐비티를 갖는 스페이서를 형성하여 상기 LED 소자가 상기 캐비티 내에 위치하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 서브마운트용 기판을 준비하는 단계는,

    제1 실리콘층, 제1 절연층 및 제2 실리콘층이 순차적으로 적층되어 형성된 SOI 기판을 준비하는 단계; 및

    상기 SOI 기판 상에 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
16. 제14항에 있어서,

    상기 서브마운트용 기판을 준비하는 단계는,

    실리콘 직접접합에 의해 제1 절연층을 사이에 두고 2개의 실리콘 기판을 접합하는 단계; 및

    상기 2개의 실리콘 기판 중 하나의 실리콘 기판 상에 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
17. 제14항에 있어서,

    상기 금속 코어부와 도전성 비아를 형성하는 단계는,

    상기 홈 내면과 상기 제1 실리콘층 하면과 상기 비아홀 내벽에 금속막을 형성하는 단계;

    상기 홈과 비아홀을 매립하는 도금층을 형성하도록 상기 금속막에 전기도금을 실시하는 단계; 및

    상기 홈 바깥의 하부에 형성되어 있는 상기 금속막 및 도금층을 제거하도록 상기 금속막 및 도금층을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이 오드 패키지의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 금속막을 형성하기 전에 상기 비아홀 내벽에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
19. 제14항에 있어서,

    상기 LED 소자를 실장하는 단계는,

    상기 LED 소자를 상기 패키지 전극 상에 플립 칩 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
20. 제14항에 있어서,

    상기 LED 소자를 실장하는 단계는,

    상기 LED 소자를 상기 1쌍의 패키지 전극 중 하나의 패키지 전극에 다이본딩하는 단계; 및

    상기 LED 소자를 다른 하나의 패키지 전극에 와이어 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
21. 제14항에 있어서,

    상기 패키지 전극 상에 캐비티를 갖는 스페이서를 형성하는 단계는,

    스페이서용 실리콘 기판을 선택적으로 식각하여 상기 스페이서용 실리콘 기판에 캐비티를 형성하는 단계; 및

    상기 캐비티가 형성된 상기 스페이서용 실리콘 기판을 상기 패키지 전극 상에 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
22. 제14항에 있어서,

    상기 패키지 전극 상에 캐비티를 갖는 스페이서를 형성하는 단계는,

    절연성 수지 기판에 캐비티를 형성하는 단계; 및

    상기 캐비티가 형성된 상기 절연성 수지 기판을 상기 패키지 전극 상에 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
23. 제14항에 있어서,

    상기 스페이서의 캐비티 측면에 반사용 금속막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
24. 제14항에 있어서,

    상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 실리콘을 열산화시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
25. 제14항에 있어서,

    상기 스페이서를 형성한 후에 상기 스페이서 상면에 광학 소자를 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.

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