KR100632006B1

KR100632006B1 - 발광다이오드 패키지

Info

Publication number: KR100632006B1
Application number: KR1020050089612A
Authority: KR
Inventors: 홍석윤; 황해연; 조명수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2006-10-09

Abstract

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 제1 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 갖는 발광다이오드를 위한 패키지에 있어서, 제1 및 제2 도전성 패드가 각각 형성된 상하면을 갖는 서브마운트 기판과, 상기 제1 및 제2 도전성 패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판을 관통하도록 형성된 복수개의 도전성 비아홀과, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 제1 도전성 패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판 상에 실장된 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.

발광다이오드(light emitting diode), 비아홀(via hole), 열방출(heat dissipation)

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}

도1a 및 도1b는 각각 종래의 발광다이오드 패키지를 나타내는 측단면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광다이오드 패키지를 나타내는 측단면도이다.

도3a 및 도3b는 본 발명에 채용가능한 서브마운트기판을 나타내는 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

31: 서브마운트 기판 32a: 제1 도전성 패드

32b: 제2 도전성 패드 34: 도전성 접착층

35: 발광다이오드 칩 38: 와이어

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게 직렬저항이 감소되고 열방출특성이 향상되도록 서브마운트기판에 마련된 새로운 통전구조를 갖 는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드 패키지는 소형화뿐만 아니라, 높은 광효율과 우수한 열방출특성의 조건을 만족하도록 제조하는 것이 중요하다. 이러한 발광다이오드 패키지는 통전구조가 마련된 서브 마운트 기판에 실장된 형태로 제공된다. 종래의 발광다이오드의 다양한 형태가 도1a 및 도1b에 예시되어 있다.

도1a와 같이, 종래의 발광다이오드 패키지(10)는 서브 마운트 기판(11)과 그 상면에 실장된 발광다이오드(15)를 포함한다. 도1a에 도시된 발광다이오드(15)는 p형 및 n형 반도체층(15a,15c) 사이에 활성층(15b)을 포함한 구조를 가지며, 각 에피택셜층의 성장에 사용되는 기판이 제거된 상태로 이해될 수 있다. 또한, 상기 발광다이오드(15)는 상기 p형 및 n형 반도체층(15a,15c)에 각각 접속된 p측 및 n측 전극(16a,16b)을 포함하며, 상기 p측 전극이 상기 상부 본딩패드(12b)와 접속되도록 서브 마운트 기판(11) 상면에 도전성 접착층(14)에 의해 고정된다.

상기 서브 마운트 기판(11)은 충분한 전도성을 갖도록 높은 도핑레벨로 도프된 Si와 같은 도전성 기판이며. 하면에 하부 본딩패드(12a)를 갖는다. 이러한 패키지구조에서 p측 전극(16a)은 본딩패드(12b)를 통해 패키지(10)의 실장과 함께 외부장치의 일 회로영역에 접속될 수 있으며, n측 전극(16b)은 와이어를 통해 다른 회로영역에 접속된다.

이와 같이, 본 예에서는, 발광다이오드 칩(15)와 거의 동일한 면적을 갖는 서브마운트 기판(11)을 사용하므로, 패키지의 소형화 측면에서 장점을 가질 수 있다. 하지만, p측 전극(16a)과의 통전구조가 기판의 불순물도핑에 의해 얻어지므로, 그 통전구조가 높은 불순물 농도에 의해 전기적 저항이 크며 열전도성이 감소한다는 문제가 있다.

이와 달리, 도1b에 도시된 형태에서는 유사하게 p형 및 n형 반도체층(25a,25c)과 활성층(25b)을 갖는 발광다이오드 칩(25)이 서브 마운트 기판(21) 상면의 본딩패드(22a)에 실장된다. 본 예에 채용된 서브 마운트 기판(21)은 비도전성 기판으로서 발광다이오드 칩(25)의 면적보다 큰 상면 면적을 갖는다. 따라서, 상기 서브 마운트 기판(21)은 비교적 큰 상면이 보장되므로, 그 위에 형성되는 본딩패드(22a)는 발광다이오드(25)의 실장 후에도 와이어 본딩영역을 위한 여유면적을 갖도록 형성될 수 있다.

이로써, 발광다이오드 칩(25)의 양측전극(26a,26b)이 모두 와이어(28a,28b)를 통해 외부 장치와 접속가능하므로, 전기적 저항 및 열방출측면에서 도전성 기판이 갖는 불이익한 특성을 방지할 수 있으나, 패키지구조가 커질 뿐만 아니라 와이어본딩 횟수가 증가하여 후속 공정에 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 도전성 비아홀을 이용한 통전구조를 통해 전기적 저항이 낮추는 동시에 열방출특성을 향상시키는 발광다이오드 패키지를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은

제1 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 갖는 발광다이오드를 위한 패키지에 있어서, 제1 및 제2 도전성 패드가 각각 형성된 상하면을 갖는 서브마운트 기판과, 상기 제1 및 제2 도전성 패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판을 관통하도록 형성된 복수개의 도전성 비아홀과, 상기 제1 및 제2 도전형 질화물층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 제1 도전성 패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판 상에 실장된 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.

바람직하게 상기 서브마운트 기판은 전기적으로 전도성을 갖는 기판일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 서브마운트 기판은 GaAs, AlN 또는 Si인 반도체 기판일 수 있으며, 이 경우에, 상기 서브마운트 기판은 전기적 전도성을 갖도록 제1 도전형 불순물로 도프될 수 있다.

바람직하게는, 도전성 물질이 홀구조에 보다 용이하게 충전될 수 있도록, 상기 복수개의 도전성 비아홀은 테이퍼된 구조를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 서브마운트기판의 통전구조 해결방안은 접촉저항문제가 큰 p형 질화물층을 위한 통전구조로서 유익하게 채용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 발광다이오드 패키지(30)는 도1a와 유사하게 서브 마운트 기판(31)과 그 상면에 실장된 발광다이오드 칩(35)을 포함한다.

본 발명에 채용되는 발광다이오드 칩(35)은 p형 및 n형 반도체층(35a,35c) 사이에 활성층(35b)을 포함한 에피택셜구조를 가지며, 상기 p형 및 n형 반도체층(35a,35c)에 각각 접속된 p측 및 n측 전극(36a,36b)이 제공된다. 여기서, 예시된 발광다이오드 칩(35)은 에피택셜 성장에 사용되는 기판이 제거된 상태로 이해될 수 있으나, 이와 달리 성장용 기판이 도전성 기판인 경우에는 수직 통전구조를 보장할 수 있는 구조인 형태로도 채용될 수 있다.

본 실시형태에 채용된 서브 마운트 기판(31)은 도1a와 유사하게 그 상하면에 형성된 제1 및 제2 도전성 패드(32b,32a)를 구비하며, 상기 발광다이오드 칩(35)의 p측 전극(36a)은 제1 도전성 패드(32b)와 접속되도록 서브 마운트 기판(31) 상면에 도전성 접착층(34)에 의해 고정된다.

또한, 상기 서브 마운트 기판(31)은 상기 제1 및 제2 도전성 패드(32a,32b)를 수직 방향으로 연결하는 복수의 도전성 비아홀(33)을 포함한다. 상기 비아홀 (33)에 충전된 물질은 높은 전기적 전도성을 갖는 구리와 같은 금속일 수 있다.

본 실시형태에서는, 서브 마운트 기판(31)은 추가적인 전도성 경로를 제공하도록 종래와 유사하게 도프된 Si와 같은 도전성 기판인 것으로 도시되어 설명되었으나, 본 발며이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 서브 마운트 기판(31)은 GaAs, AlN 기판일 수도 있으며, 상기 도전성 비아홀(33)을 통해 전기적 전도성 경로가 제공되므로, 반드시 도전성이 요구되는 것은 아니다.

상기 복수의 도전성 비아홀(33)은 발광다이오드 칩(35)의 하면 전체에 걸쳐 균일한 간격으로 배열될 수 있으므로, 발광다이오드 칩(35)에서 생성된 열을 서브 마운트 기판(31)의 하면으로 보다 효과적으로 방출시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서 채용된 도전성 비아홀(33)은 서브 마운트 기판(31)의 통전구조일 뿐만 아니라, 열방출경로로서 매우 유익하게 사용될 수 있다.

이러한 패키지구조에서는, 상기 p측 전극(34a)은 상기 도전성 비아홀(33)과 상기 서브 마운트 기판(31)의 하면에 마련된 제2 도전성 패드(32a)를 통해 외부 장치의 회로(미도시)와 연결될 수 있다. n측 전극(36b)은 와이어(38)를 통해 다른 회로영역에 접속된다.

본 실시형태에서는, 발광다이오드 칩의 p측 전극이 서브 마운트 기판의 통전구조에 접속된 형태를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 n측 전극이 서브 마운트 기판에 실장되면서 그 통전구조를 통해 접속되고, p측 전극이 와이어 본딩을 통해 연결될 수도 있다.

도3a 및 도3b는 본 발명에 채용가능한 서브마운트기판을 나타내는 측단면도이다. 본 도면에는 본 발명에서 채용가능한 다른 형태의 통전구조를 갖는 서브 마운트 기판이 도시되어 있다.

우선, 도3a를 참조하면 상기 서브 마운트 기판(41)은 상하면에 각각 형성된 제1 및 제2 도전성 패드(42a,42b)와, 상기 제1 및 제2 도전성 패드(42a,42b)를 연결하는 복수의 도전성 비아홀(43)을 포함한다. 상기 비아홀(43)에 충전된 물질은 높은 전기적 전도성을 갖는 구리와 같은 금속일 수 있다.

본 실시형태에 채용된 도전성 비아홀(43)은 각각 상부 직경(d1)이 하부 직경(d2)보다 크도록 테이퍼된 구조를 갖는다. 이러한 테이퍼된 구조는 비아홀구조를 형성한 후에 금속과 같은 높은 전기적 전도성 물질을 충전하는 공정을 보다 용이하게 적용될 수 있다. 즉, 상부방향으로 도금공정을 적용할 때에 비아홀(43)의 내부측면에 도금물질의 증착이 보다 쉽게 이루어질 수 있다.

이와 같이, 서브 마운트 기판(41)에 형성된 도전성 비아홀(43)은 제1 및 제2 도전성 패드를 연결하는 전기적 저항이 낮은 새로운 통전구조로서 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 기판물질보다 열저항이 낮은 금속물질을 채용함으로써 보다 효과적인 열방출경로로서도 제공될 수 있다.

도3b와 같이, 상기 서브 마운트 기판(51)은 상하면에 각각 형성된 제1 및 제2 도전성 패드(52a,52b)와, 상기 제1 및 제2 도전성 패드(52a,52b)를 연결하는 복수의 도전성 비아홀(53)을 포함한다.

본 실시형태에 채용된 도전성 비아홀(53)은 각각 상부 직경(d1)이 하부 직경(d2)보다 작은 테이퍼된 구조를 갖는다. 이러한 테이퍼된 구조도 도3a에서 설명된 바와 같이, 충전공정을 보다 용이하게 적용될 수 있다는 장점을 제공한다.

또한, 서브 마운트 기판(51)은 기판 자체를 통해서 통전될 수 있도록 종래와 유사하게 도프된 Si와 같은 도전성 기판일 수 있다. 이 경우에도, 전기적 및/또는 열적 경로는 상대적으로 낮은 전기적 저항과 열적 저항을 갖는 도전성 비아홀(53)을 통해 형성될 것이다. 이러한 서브 마운트 기판(51)은 GaAs, AlN 기판도 사용될 수 있으며, 도전성이 필수적으로 요구되지는 않는다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수개의 도전성 비아홀을 서브 마운트 기판에 형성하여 일측 전극을 위한 통전구조를 제공함으로써, 전기적 저항이 낮출 뿐만 아니라, 열방출특성을 향상시킬 수 있으며, 그 결과 우수한 특성을 갖는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

Claims

제1 및 제2 도전형 질화물층과 그 사이에 형성된 활성층을 갖는 발광다이오드를 위한 패키지에 있어서,

제1 및 제2 도전성 패드가 각각 형성된 상하면을 갖는 서브마운트 기판;

상기 제1 및 제2 도전성 패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판을 관통하도록 형성된 복수개의 도전성 비아홀; 및

상기 제1 및 제2 도전형 질화물층 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 제1 도전성 패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판 상에 실장된 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 서브마운트 기판은 전기적으로 전도성을 갖는 기판인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
제2항에 있어서,

상기 서브마운트 기판은 GaAs, AlN 또는 Si인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
제3항에 있어서,

상기 서브마운트 기판은 제1 도전형 불순물로 도프된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 복수개의 도전성 비아홀은 테이퍼된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 제1 도전형 질화물층은 p형 질화물층이며, 상기 제2 도전형 질화물층은 n형 질화물층인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.