KR100755279B1 - 발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조는, 한 면이 경면 처리된 서브마운트와, 발광다이오드의 한 전극이 직접 서브마운트에 접촉될 수 있도록 일부가 오픈되어 서브마운트의 경면 위에 증착된 절연성 물질과, 절연성 물질 위에 증착된 전도성 금속과, 절연성 물질이 오픈된 상기 서브마운트 위 및 전도성 금속 위에 각각 마련되며 발광다이오드의 전원을 공급하고 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 열을 서브마운트를 통해 방열시키는 범퍼금속을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 서브마운트는 금속 또는 합금으로 구현된다. 이로써, 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출시킬 수 있게 되어 결과적으로 고출력 발광다이오드의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

발광다이오드, 서브마운트, 활성층, 범퍼금속

Description

발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법{Mount structure of LED and a method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조의 예를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 도 1의 발광다이오드 마운트의 제조방법을 나타낸 흐름도,

도 3은 도 2의 제조방법에 의해 형성되는 서브마운틴의 형상을 각각의 공정에 따라 순차적으로 도시한 도면,

도 4는 도 1의 서브마운트의 평면도의 예를 나타낸 도면으로서 도 4a 내지 도 4d는 서로 다른 평면모양의 예를 나타낸 도면이고, 도 4e 내지 도 4h는 도 4a 내지 도 4d에 대하여 범퍼패턴이 다른 경우의 예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면,

도 6은 도 5의 발광다이오드 마운트의 제조방법을 나타낸 흐름도,

도 7은 도 6의 제조방법에 의해 형성되는 서브마운틴의 형상을 각각의 공정에 따라 순차적으로 도시한 도면, 그리고

도 8은 도 7의 서브마운트의 평면도의 예를 나타낸 도면으로서 도 8a 내지 도 8d는 서로 다른 평면모양의 예를 나타낸 도면이고, 도 8e 내지 도 8h는 도 4a 내지 도 8d에 대하여 범퍼패턴이 다른 경우의 예를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 서브마운트

20 : 절연성 물질

40 : 전도성 금속

50 : 범퍼금속

본 발명은 발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출시킴으로써 고출력 발광다이오드의 특성을 향상시킬 수 있는 발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드는'LED(Light Emitting Diode)'라고도 하며, 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공(hole))를 만들고, 이들의 재결합에 의해 빛을 발생시키는 소자를 말한다. 이와 같은 발광다이오드는 주로 표시용 램프나 숫자와 같은 산업용 광센서의 광원, LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트, 경고등, 교통 신호등 등으로 널리 사용되고 있다. 실용화되어 있는 발광다이오드의 재료로서는 AlGaAs, GaAlP, GaP, InGaAlP 등의 5족 원소로 As, P를 사용한 3-5족 화합물 반도체가 적색, 등색(橙色), 황색, 녹색 발광용으로 이용되고, 녹색, 청색, 자외(紫外) 영역용으로서는 GaNrP 화합물 반도체가 이용되며, 발광강도가 높은 LED가 실현되고 있다.

이와 같은 발광다이오드는 그 제조 기술이 점차 발전함에 따라, 에피 윗면을 통해 빛을 방출시키는 구조에서 칩을 뒤집어 기판에서 빛을 방출시키는 플립칩(flip-chip) 구조로 변해왔다. 플립칩 구조는 종래의 구조에서 에피 윗면에 있는 전극 등으로 인해 빛이 반사되어 방출되지 못하였던 문제점을 개선한 것이다. 그리고 플립칩 구조의 또 하나의 장점은, 실제로 열이 발생하는 활성층과 방열판 또는 서브마운트와의 거리가 가까워져 열을 보다 쉽게 방출시킬 수 있다는 것이다.

칩의 크기는 초기에 300㎛ × 300㎛ 정도였는데 고출력 발광다이오드로 진행되면서 1000㎛ × 1000㎛ 정도로 점점 커져가고 있으며, 동작전류 또한 초기에 20㎃ 정도였던 것이 고출력 발광다이오드에서는 1000㎃ 이상의 상당히 높은 동작전류를 요구하고 있다.

그런데, 고출력 발광다이오드에서 요구되는 동작전류가 높아짐에 따라 방열, 즉 어떻게 하면 칩의 활성층에서 발생하는 열을 쉽게 방출시킬 것인가 하는 것이 시급한 문제점으로 대두되고 있다. 칩의 활성층에서 발생되는 열이 잘 방출되지 않는 상태에서 발광다이오드가 동작을 하게 되면 제대로 된 특성을 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 동작을 하더라도 진행성 또는 장시간 동작하였을 때 발생되는 신뢰성 특성 등의 문제점이 발생될 수 있기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출시킴으로써 고출력 발광다이오드의 특성을 향상시킬 수 있는 발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조는, 한 면이 경면(鏡面) 처리된 서브마운트; 발광다이오드의 한 전극이 직접 상기 서브마운트에 접촉될 수 있도록 일부가 오픈되어 상기 서브마운트의 경면 위에 증착된 절연성 물질; 상기 절연성 물질 위에 증착된 전도성 금속; 및 상기 전도성 금속 위, 및 상기 절연성 물질이 오픈된 상기 서브마운트 위에 각각 마련되며, 상기 발광다이오드의 전원을 공급하고, 상기 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 열을 상기 서브마운트를 통해 방열시키는 범퍼금속을 포함하며, 상기 서브마운트는 금속 또는 합금으로 구현되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 서브마운트는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금 중의 어느 하나로 구현된다.

또한, 상기 서브마운트는 원형, 사각형, 육각형, 원모양에서 일부가 평행한 직선형을 가지는 모양 중 어느 하나의 형상을 이루는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서브마운트는 그 단면이 평면인 구조와 광 벤치 모양의 오목한 구조 중의 어느 하나로 구현될 수 있다.

또한, 서브마운트는 그 두께가 30㎛ 내지 2000㎛ 인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조는 금속 또는 합금으로 이루어진 서브마운트의 한 면을 경면 처리하는 단계; 상기 서브마운트의 상기 경면 위에 절연성 물질을 증착하는 단계; 발광다이오드의 한 전극이 직접 상기 서브마운트에 접촉될 수 있도록 상기 절연성 물질의 일부를 오픈시키는 단계; 상기 절연성 물질 위에 전도성 금속을 증착하는 단계; 및 상기 전도성 금속 위, 및 상기 절연성 물질이 오픈된 상기 서브마운트 위에, 상기 발광다이오드의 전원을 공급하고 상기 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 열을 상기 서브마운트를 통해 방열시키기 위한 범퍼금속을 각각 마련하는 단계를 포함하는 발광다이오드의 마운트 제조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 발광다이오드의 마운트 제조방법은 상기 서브마운트 위에 형성된 적어도 둘 이상의 패턴을 개개의 패턴으로 분리하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 발광다이오드의 마운트 제조방법은 상기 서브마운트에 압축기를 이용하여 금형 프레싱(pressing)으로 광 벤치 모양의 오목한 홈을 형성하는 단계를 더 포함한다.

이로써, 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조는 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출시킴으로써 고출력 발광다이오드의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 마운트 구조의 실시 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 발광다이오드 마운트는 그 단면이 평면 구조이며, 한 면이 경면(鏡面) 처리된 서브마운트(10) 위에 절연성 물질(20)이 증착된다. 이때의 절연성 물질(20)은 발광다이오드의 한 전극이 직접 서브마운트(10)에 접촉될 수 있도록 일부가 오픈되어 있다. 또한, 절연성 물질(20)의 위에는 전도성 금속(40)이 증착되며, 절연성 물질(20)의 일부가 오픈된 부분의 서브마운트(10) 위, 및 전도성 금속(40) 위에는 각각 범퍼금속(50)이 증착된다. 이 범퍼금속(50)을 통하여 플립칩 구조의 발광다이오드(100)가 접촉된다. 또한, 전도성 금속(40) 위에는 와이어 본딩(200)이 마련된다.

도 2는 도 1의 발광다이오드 마운트의 제조방법을 나타낸 흐름도이며, 도 3은 도 2의 제조방법에 의해 형성되는 서브마운틴의 형상을 각각의 공정에 따라 순차적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 먼저 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 금속 또는 합금으로 이루어진 서브마운트(10)의 한 면을 폴리싱(polishing)하여 경면 처리하거나(S101), 폴리싱 처리된 서브마운트(10)를 준비한다. 여기서, 서브마운트(10)의 두께는 30㎛ 내지 2000㎛로 구현되는 것이 바람직하다.

이때, 종래의 고출력 발광다이오드의 서브마운트는 실리콘을 가장 널리 사용하고 있는데, 실리콘의 열전도도는 25℃에서 1.39(Watt/cm,℃)인 반면에, 금속재질의 서브마운트의 열전도도는 알루미늄의 경우 2.37(Watt/cm,℃), 구리의 경우 3.98(Watt/cm,℃), 은의 경우 4.27(Watt/cm,℃)이다. 본 발명에 따른 발광 다이오드의 서브마운트(10)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금 등의 금속 또는 금속 합금으로 구현함으로써, 발광다이오드의 플립칩(100)에 전원을 인가하기 위한 와이어 본딩을 한 전극에만 할 수 있도록 한다. 여기서, 금속 재질 또는 합금의 서브마운트(10)는 적색, 청색, 녹색, 자외선에서의 광 반사율이 뛰어난 것을 선택하는 것이 바람직하다.

서브마운트(10)의 한 면에 대한 경면 처리가 완료되면, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 경면 처리된 서브마운틴(10)의 경면 위에 SiNx 등의 절연성 물질(20)을 증착한다(S103). 이 절연성 물질(20)의 증착 공정은, 발광다이오드(100)의 N 전극과 P 전극을 전기적으로 분리시키기 위한 공정이다.

서브마운트(10) 위에 증착된 절연성 물질(20)은 발광다이오드(100)의 한 전극이 직접 서브마운트(10)에 접촉될 수 있도록 일부가 오픈된다(S105). 서브마운트(10)의 일부를 오픈시키는 공정은 도 3(c) 및 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 공정(30)을 통하여 절연성 물질(20)의 오픈 패턴을 형성하고, 습식식각 공정 및 감광막 제거 공정을 통하여 형성된다. 절연성 물질(20)의 일부가 오픈됨으로써, 발광다이오드(50-1)의 한 전극을 와이어본딩을 하지 않고 직접 서브마운트(10)에 접촉시킬 수 있게 된다.

다음으로 절연성 물질(20) 위에 알루미늄 등의 전도도와 광 반사율이 높은 전도성 금속(40)이 증착된다(S107). 이것은 광 반사율을 높이는 동시에 서브마운트(10)에 직접 접촉되지 않는 다른 한 전극에 범퍼금속(50-2)을 통하여 전원을 공급 하기 위한 공정이다. 전도성 금속(40)의 증착 공정은 도 3(e) 및 도 3(f)에 도시한 바와 같이, 포토리소그라피 공정(30)에 의하여 리프트 오프(lift-off)용 패턴을 형성하여 전도성 금속(40)을 증착하고, 클리닝(cleaning) 공정을 통하여 이루어진다.

다음에, 절연성 물질(20)의 일부가 오픈된 부분의 서브마운트(10) 위, 및 전도성 금속(40) 위의 각각에 범퍼금속(50)이 증작된다(S109). 이때, 범퍼금속(50)은 도 3(g), 도 3(h), 및 도 3(i)에 도시한 바와 같이, 포토리소그라피를 형성하고, 범퍼금속(50-1, 50-2)을 증착한 후, 리프트 오프 공정 및 클리닝 공정을 통하여 완성된다. 본 발명에서의 범퍼금속(50)은 전자 빔 증착기(E-Beam Evaporator)를 이용하여 증착하였다. 이 범퍼금속(50)을 통하여 발광다이오드(100)의 전원이 공급되고 또한 범퍼금속(50)을 통하여 발광다이오드(100)의 활성층에서 발생하는 열이 서브마운트(10)를 통해서 방열이 되게 된다.

증착된 범퍼금속(50)의 위에는 발광다이오드의 플립칩(100)을 뒤집어 올려놓고 접촉시킨다(S111). 이로써, 발광다이오드의 마운트 구조가 완성된다. 이때, 서브마운트(10)의 평면의 모양은 발광다이오드(100)의 패턴에 대응하여 도 4a 내지도 4d에 도시한 바와 같이, 원형, 사각형, 육각형, 원모양에서 일부가 평행한 직선형을 가지는 모양 등 다양한 형상중의 하나로 구현될 수 있다. 또한, 범퍼금속의 패턴도 도 4e 내지 도 4h에 도시한 바와 같이 도 4a 내지 도 4d의 경우와 다르게 구현될 수도 있다. 평면의 형상 및 범퍼금속의 형상은 도시된 바에 한정된 것이 아님은 물론이다. 이때, 서브마운트 위에는 동일한 모양의 여러 개의 패턴으로 존재하므로, 서브마운트(10) 위에 형성된 복수의 패턴은 소잉 머쉰(Sawing Machine) 또는 절단용 프레서(presser)를 통하여 개개의 패턴으로 분리되어야 한다(S113).

도 5는 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 도 5의 발광다이오드 마운트를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

도시한 바와 같이, 서브마운트(10)는 그 단면이 광 벤치 모양의 오목한 구조로 구현될 수 있다. 이때, 광 벤치 모양의 오목한 구조는, 평면 구조의 서브마운트(10)에 압축기를 이용하여 금형 프레싱(pressing)으로 광 벤치(optical bench) 모양의 오목한 홈을 형성하고(S201), 홈이 형성된 면을 폴리싱 처리하여 경면 처리를 한다(S203). 광 벤치 모양의 금속 재질의 서브마운트(10)는 빛이 산란하여 퍼지는 것을 윗면으로 모아주는 역할을 하게 된다. 이와 같은 과정은 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같다. 이후의 절연성 물질 증착공정(S205), 절연성 물질의 일부 오픈공정(S207), 전도성 금속 증착공정(S209), 범퍼금속 증착공정(S211), 플립칩 접촉공정(S213), 및 패턴 분리공정(S215)은, 도 3b 내지 도 3j에 도시된 바와 유사하며, 도 7c 내지 도 7k에 도시된 바와 같다. 도 7의 각각의 구성요소는 도 3의 각각의 구성요소와 기능 및 공정이 동일하므로 동일한 부재번호를 부여하였으며, 이하 그 설명을 생략한다.

또한, 서브마운트(10)의 평면의 모양은 도 4a 내지 도 4d의 경우와 마찬가지로 원형, 사각형, 육각형, 원모양에서 일부가 평행한 직선형을 가지는 모양 중 어느 하나로 구현될 수 있으며, 도 4e 내지 도 4h와 마찬가지로 범퍼금속(50-2)의 패턴도 다르게 구현될 수 있다. 이에 대한 형상은 도 8a 내지 도 8h에 도시한 바와 같다. 다만, 도 8에는 광 벤치 모양의 오목한 구조를 사각형으로 도시하였으나, 광 벤치 모양의 오목한 구조는 도시한 바와 같은 사각형에 한정되는 것은 아니며, 다각형, 원추형, 및 구형 등 다양한 모양으로 구현될 수 있다. 또한, 범퍼금속(50)이 증착되는 전도성 금속(40)의 패턴 및 오픈되는 절연성 물질(20)의 패턴도 도시된 바에 한정된 것이 아니며, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따르면 발광다이오드의 마운트 구조는, 서브마운트의 재질을 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금 등의 금속 또는 금속의 합금으로 구현함으로써, 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 방출시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조는, 광 반사율이 높은 알루미늄 등의 재질을 서브마운트로 사용함으로써, 발광다이오드의 아래 부분에서 빛이 난반사 및 흡수로 인해 소멸되는 문제점을 개선할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 발광다이오드의 마운트 구조는, 전도도가 뛰어난 금속 재질을 서브마운트로 사용함으로써, 발광다이오드의 하나의 전극을 서브마운트에 직접 접촉시킬 수 있게 되어 와이어 본딩 공정 수를 줄일 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 한 면이 경면(鏡面) 처리된 서브마운트;

   발광다이오드의 한 전극이 직접 상기 서브마운트에 접촉될 수 있도록 일부가 오픈되어 상기 서브마운트의 경면 위에 증착된 절연성 물질;

   상기 절연성 물질 위에 증착된 전도성 금속; 및

   상기 전도성 금속 위, 및 상기 절연성 물질이 오픈된 상기 서브마운트 위에 각각 마련되며, 상기 발광다이오드의 전원을 공급하고, 상기 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 열을 상기 서브마운트를 통해 방열시키는 범퍼금속을 포함하며,

   상기 서브마운트는 금속 또는 합금으로 구현되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 서브마운트는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금 중의 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 서브마운트는 원형, 사각형, 육각형, 원모양에서 일부가 평행한 직선형을 가지는 모양 중 어느 하나의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 구조.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 서브마운트는 그 단면이 평면인 구조와 광 벤치 모양의 오목한 구조 중의 어느 하나로 구현되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 구조.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 서브마운트는 그 두께가 30㎛ 내지 2000㎛ 인 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 구조.
6. 금속 또는 합금으로 이루어진 서브마운트의 한 면을 경면 처리하는 단계;

   상기 서브마운트의 상기 경면 위에 절연성 물질을 증착하는 단계;

   발광다이오드의 한 전극이 직접 상기 서브마운트에 접촉될 수 있도록 상기 절연성 물질의 일부를 오픈시키는 단계;

   상기 절연성 물질 위에 전도성 금속을 증착하는 단계; 및

   상기 전도성 금속 위, 및 상기 절연성 물질이 오픈된 상기 서브마운트 위에, 상기 발광다이오드의 전원을 공급하고 상기 발광다이오드의 활성층에서 발생하는 열을 상기 서브마운트를 통해 방열시키기 위한 범퍼금속을 각각 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 제조방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 서브마운트 위에 형성된 적어도 둘 이상의 패턴을 개개의 패턴으로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 제조방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 서브마운트에 압축기를 이용하여 금형 프레싱(pressing)으로 광 벤치 모양의 오목한 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드의 마운트 제조방법.

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