KR100767681B1 - 발광 소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 제작 공정을 단순화시킬 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 발광 소자 패키지의 제조방법에 있어서, 기판 상에 발광 소자가 장착될 장착부를 형성하는 단계와; 상기 장착부 외측의 패키지 분리 영역 중 적어도 일측 방향의 분리 영역을 따라 제1관통홀을 형성하는 단계와; 상기 제1관통홀을 통하여 상기 장착부와 상기 기판의 하면이 연결되는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

발광 소자, 패키지, 서브마운트, 관통홀, 전극.

Description

발광 소자 패키지 및 그 제조방법{LED package and method for making the same}

도 1은 종래의 발광 소자의 패키지의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 2는 종래의 발광 소자의 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 단면도로서,

도 3은 패터닝된 마스크층을 나타내는 단면도이다.

도 4는 장착부 및 관통홀이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 5는 장착부 및 관통홀이 형성된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 6은 절연층 및 전극이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 7은 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.

도 8은 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.

도 9는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제2실시예의 회로도이다.

도 11은 본 발명의 제3실시예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

10 : 기판 11 : 장착부

12 : 제1관통홀 13 : 제2관통홀

20 : 마스크 층 30 : 절연층

40 : 전극 40a : 전면전극

40b : 후면전극 50 : 반사막

60 : 발광 소자 70 : 충진재

80 : 제너 다이오드

본 발명은 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 제작 공정을 단순화시킬 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.

질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)에 의해 고출력 전자소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아 왔다. 이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.

이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.

또한, 종래의 녹색 LED의 경우에는 처음에는 GaP로 구현이 되었는데, 이는 간접 천이형 재료로서 효율이 떨어져서 실용적인 순녹색 발광을 얻을 수 없었으나, InGaN 박막 성장이 성공함에 따라 고휘도 녹색 LED 구현이 가능하게 되었다.

이와 같은 이점 및 다른 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다.

GaN 발광 다이오드의 효율은 백열등의 효율을 능가하였고, 현재는 형광등의 효율에 필적하기 때문에, GaN 계열의 LED 시장은 급속한 성장을 계속할 것으로 예상된다.

이와 같은 LED 소자는 개개의 소자가 제조된 후에 패키징되어 사용된다. 도 1과 도 2에서는 이러한 LED 패키지의 일례를 도시하고 있다.

이러한 LED 패키지의 구성은, LED(1)가 마운팅되는 실리콘 서브마운트(Si submount: 2)와, 알루미늄 슬러그(slug: 3)와, 금속 배선이 있는 PCB 기판(4)과, 알루미늄 방열기판(heat sink: 5)으로 구성된다.

상기 실리콘 서브마운트(2)는 평탄한 실리콘에 LED(1)와 전기적 연결을 위한 금속 배선이 구비된다.

상기 LED(1)는 상기 서브마운트(2)에 플립 칩 본딩(flip chip bonding)되고, 이러한 서브마운트(2)는 미러(mirror)면을 갖는 알루미늄 슬러그(3)에 접착제를 이용하여 접합된다.

이때, 패키지 바디(6)에 의하여 고정되어 있는 리드(lead: 6a)는 서브마운트(2)의 전극 메탈과 도전성 와이어(conductive wire: 7)에 의하여 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 리드(6a)는 패키지 바디(6)와 접착제에 의하여 접합되어 있는 PCB 기판(4)의 금속배선(4a)과 용접에 의하여 접합되어 있으며, 이러한 PCB 기판(4)은 열을 방출하기 위한 알루미늄 방열기판(5)과 부착된 구조이다.

이와 같은 구조의 LED 패키지는 LED 구동 시 발생하게 되는 열이 열 전달 속도가 늦은 플라스틱의 패키지 바디(6) 및 PCB 기판(4)을 통하여 전달되므로 방열 효과가 낮을 뿐만 아니라, 이로 인하여 LED의 광 특성이 저하되는 단점이 있다.

특히, LED를 배열하여 백라이트 등의 조명장치로 사용하는 경우, 그 크기, 광 균일성, 비용문제로 인해 패키지 형태의 LED로 조명장치를 구현하기 어려울 뿐만 아니라 정밀한 와이어 본딩이 필요하여 수율과 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 소자로부터 균일한 조도의 빛 이 방출될 수 있도록 하고, 이러한 발광 소자를 이용하여 균일한 밝기를 가지도록 하는 발광 소자 패키지와 그 렌즈 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 발광 소자 패키지의 제조방법에 있어서, 기판 상에 발광 소자가 장착될 장착부를 형성하는 단계와; 상기 장착부 외측의 패키지 분리 영역 중 적어도 일측 방향의 분리 영역을 따라 제1관통홀을 형성하는 단계와; 상기 제1관통홀을 통하여 상기 장착부와 상기 기판의 하면이 연결되는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 일측 방향에 대하여 직각인 타측 방향의 분리 영역의 적어도 일부를 관통하는 제2관통홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 제2관통홀은 상기 제1관통홀과 연결될 수 있다.

또한, 상기 장착부를 형성하는 단계와 제1관통홀을 형성하는 단계는 동시에 이루어질 수 있다.

한편, 상기 전극 상에는, 반사막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 일측 방향에 대하여 직각인 타측 방향의 분리 영역으로 상기 기판을 절삭하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판의 일측면과 상기 전극 사이에 전기적으로 연결되는 제너 다이오드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1관통홀을 형성하는 단계 이후에는, 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판의 양측면과 장착부에 결합금속을 형성하는 단계와; 상기 결합금속 위에 접착층을 형성하는 단계와; 상기 접착층 위에 전극금속을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 발광 소자가 장착되는 장착부를 가지며, 모서리측에 홈이 형성된 패키지 바디와; 상기 패키지 바디의 일측 방향의 외측면을 따라 상기 패키지 바디의 전면과 후면을 연결하여 형성된 전극과; 상기 패키지 바디의 전면에 장착되며, 상기 전극과 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발광 소자 상측에 충진되는 충진재와; 상기 충진재 상측에 결합되는 렌즈를 더 포함할 수 있고, 상기 장착부에는, 복수의 발광 소자 칩이 장착될 수 있다.

한편, 상기 홈은, 상기 패키지 바디의 네 개의 모서리에 형성될 수 있으며, 이러한 홈은, 상기 패키지 바디의 모서리에 대하여 직각 방향으로 인입된 형상인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

<제1실시예>

도 3에서 도시하는 바와 같이, 먼저, 기판(10) 상에 마스크층(20)의 패턴을 형성한다. 이러한 마스크층(20)은 기판(10)의 상부와 하부에 형성하며, 이 마스크층(20)을 이용하여 기판(10)을 벌크식각(bulk etching)하여 도 4와 같이, 발광 소자가 장착될 장착부(11)와 관통홀(12, 13)을 형성한다.

이때, 상기 마스크층(20)은 식각을 할 때 장시간 동안 마스크로 사용할 수 있는 물질이어야 하며, 일반적으로 실리콘 질화막(silicon nitride film)이나 실리콘 산화막(silicon oxide film)이 이용될 수 있다.

또한, 상기 기판(10)은 실리콘(silicon) 기판, 알루미늄(aluminum), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride: AlN), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlO_x), PSG(photo sensitive glass), Al₂O₃, BeO, 및 PCB 기판 등을 사용할 수 있다.

한편, 상기 장착부(11)는 도 4에서와 같이, 내측으로 함몰된 형상으로 형성할 수 있으며, 경우에 따라서는 이러한 형상을 형성하지 않고 기판(10)의 상측면과 동일 높이에 발광 소자를 장착할 수도 있다.

상기 관통홀(12, 13)은, 도 5에서와 같이, 발광 소자 패키지 분리 영역 중 일측 방향(y)의 분리 영역을 따라 형성되는 제1관통홀(12)과, 이러한 제1관통홀(12)에 대하여 수직 방향(x)으로 형성되는 제2관통홀(13)로 이루어질 수 있다.

이하, 편의상 발광 소자 구분영역 중 상기 제1관통홀(12)이 형성된 일측 방향을 y 방향, 상기 일측 방향에 대하여 수직 방향인 제2관통홀(13)이 형성된 타측 방향을 x 방향이라 칭한다.

이때, 이후의 공정에서 전면전극(front side electrode)과 후면전극(back side electrode)이 상호 연결되도록 하기 위한 y 방향의 관통홀(12)은, 추후 패키지를 분리할 때, y 방향으로의 절삭작업이 필요 없이 각각의 서브 마운트별 패키지 단위로 분리 될 수 있도록 연결하여 형성한다.

또한 x 방향의 관통홀(13)은 후 공정에서 x 방향으로의 절삭작업 후 개별 서브마운트를 스템에 본딩 시 솔더가 번져 절삭작업에 의하여 노출된 기판 표면과 전극배선이 전기적으로 연결되지 않도록 제1관통홀(12)과 충분한 거리(a)를 갖도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 발광 소자 장착부(11)와 관통홀(12, 13)을 형성하기 위한 벌크식각 방법으로는, 습식식각(wet etching) 방법, 건식식각(dry etching) 방법, 레이저 드릴링(laser drilling) 방법 등이 이용될 수 있으며, 또한 상기 방법들 중 2가지 이상 방법들을 함께 이용할 수도 있다. 상기의 건식 식각 방법의 대표적인 방법으로는 딥 반응성 이온 식각(deep reactive ion etching) 방법이 있다.

본 실시예에서는 [100] 오리엔테이션(Orientation) 단결정 실리콘 기판을 사용하여 KOH 용액 또는 TMAH, EDP와 같은 이방성 습식 식각 용액을 사용하여 발광 소자 장착부(11) 및 관통홀(12, 13)을 형성하였다.

상기의 방법으로 장착부(11)를 형성할 경우, 단면의 각도(θ)가 50도 내지 60도, 바람직하게는 54.74도의 경사각(θ)을 갖는 장착부(11)를 형성하게 되는데, 이러한 발광 소자 장착부(11)의 폭과 깊이는 장착되는 발광 소자의 크기나 두께에 따라 다를 수 있으며, 발광 소자의 측면으로 방출되는 빛을 최대한 효율적으로 사 용할 수 있도록 한다.

이러한 발광 소자 장착부(11) 및 관통홀(12, 13)을 형성하기 위한 습식식각 방법으로는 다음과 같은 방법이 있다.

우선, 상기와 같이 발광 소자 장착 영역 및 관통홀이 형성될 영역을 마스크로 패터닝 한 후, 발광 소자 장착부(11)와 관통홀(12, 13)을 동시에 습식식각(wet etching) 하여 형성하는 방법이 있다.

또한, 발광 소자 장착 영역 및 관통홀이 형성될 영역 중 어느 일측만을 먼저 마스크로 패터닝 한 후, 1차적으로 식각을 진행하다 타측을 패터닝하여 2차적으로 식각함으로써, 발광 소자 장착부(11)의 깊이와 관통홀(12, 13)의 깊이 비를 조절할 수 있는 방법이 있다.

한편, 상기 관통홀(12, 13)의 형성은 기판(10)의 전후면을 동시에 정렬(alignment) 가능한 노광장치를 사용하여 마스크층(20)을 패터닝 한 후, 전면과 후면에서 동시에 또는 각각 식각함으로써 일정한 깊이에서 서로 연결되어 기판(10)이 관통되도록 한다.

또한 이러한 관통홀(12, 13)을 습식식각 방법에 의하여 형성 시 y 방향의 제1관통홀(12)과 x 방향의 제2관통홀(13)이 서로 교차하는 부분에는 실리콘 기판(10)이 과도하게 식각될 수 있으며, 따라서 이를 보상하기 위한 보상패턴(compensation pattern: 도시되지 않음)을 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 보상패턴의 일례는, 상기 y 방향의 제1관통홀(12)과 x 방향의 제2관통홀(13)이 서로 교차하는 부분의 일부를 막는 마스크일 수 있다.

상기의 발광 소자 장착부(11)와 관통홀(12, 13)를 형성하기 위한 또 다른 방법으로는 기판(10) 전면의 발광 소자 장착부(11)와 관통홀(12, 13)을 일정 깊이만큼 습식식각하여 형성한 후, 기판(10) 후면에서 딥 반응성 이온 식각법을 이용한 건식식각 방법에 의하여 관통홀(12, 13)이 형성되도록 하는 습식식각 방법과 건식식각 방법을 혼합하여 이용할 수도 있다.

그 다음, 도 6에서 도시하는 바와 같이 기판(10)의 전기적 절연을 위한 절연층(insulation layer: 30)을 기판(10)에 형성된 장착부(11) 및 관통홀(12, 13)을 포함한 기판(10) 표면의 전면에 형성한다.

이와 같은 절연층(30)의 형성을 위하여 도 6에 도시한 바와 같이 상기의 장착부(11) 및 관통홀(12, 13) 형성을 위하여 사용된 마스크층(20)을 제거하고, 열적 산화(thermal oxidation) 방법에 의하여 절연 특성이 우수한 실리콘 산화막(silicon oxide film)을 기판(10) 전면에 형성한다.

상기 방법 이외의 절연층 형성방법으로는 LPCVD 방법 또는 PECVD 방법 등에 의하여 실리콘 질화막(silicon nitride film)을 증착하여 절연층(30)으로 사용할 수 있다.

이러한 절연층(30)은 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride: AlN), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide: AlO_x)와 같은 절연체를 기판(10)으로 사용하는 경우에는 생략하여도 무방하다.

이와 같이, 장착부(11) 및 관통홀(12, 13)이 형성된 기판(10)에 절연층(30) 이 형성된 상태에서, 전면전극(40a) 및 후면전극(40b)을 포함하는 전극(40)을 패터닝(patterning)하여 형성한다.

도 6에서 도시하는 바와 같이, 이러한 전면전극(40a) 및 후면전극(40b)은 관통홀(12)을 통하여 서로 연결되게 되며, 분리홈(41)을 통하여 양 전극과 음 전극으로 분리된다.

이러한 전극(40)을 형성하는 방법으로 다음과 같은 세 가지 방법이 이용될 수 있다.

첫째, 전기 도금(Electroplating)에 의한 방법이다.

먼저, 상기와 같이 발광 소자의 장착부(11) 및 관통홀(12, 13) 형성 후 절연층(30)이 형성된 3차원 구조물의 기판(10) 후면과 전면의 양면에 결합금속(seed metal)을 증착한다.

이러한 결합금속에 전기 도금 또는 무전해 도금 방법으로 전면전극(40a)과 후면전극(40b)을 포함한 전극(40)을 형성한다.

이후, 포토 레지스트(photoresist)를 도포(coating)하고 노광(expose), 현상(develop)하여, 상기 전극(40)이 분리홈(41)에 의하여 양(positive) 전극와 음(negative) 전극으로 서로 분리되도록 식각하여, 도 6과 같이 전극을 형성한다.

또한, 전극(40) 형성 전에 포토 레지스트를 패터닝하고, 이후 도금 방법으로 전극(40)을 형성한 후에, 상기 포토 레지스트를 제거하고 결합금속(40)을 식각하여 양 전극과 음 전극을 서로 분리하는 방법으로 전극을 형성할 수도 있다.

둘째, 리프트-오프(Lift-off)에 의한 방법이다.

먼저, 기판(10)의 전면과 후면의 양면에 포토 레지스트를 도포하고 노광, 현상하여 양 전극과 음 전극이 서로 분리되도록 한다.

이후, 스퍼터링(sputtering) 방법 또는 E-beam 증착(evaporation) 방법 등으로 전면, 후면, 및 관통홀에 전극(40) 메탈을 증착하고, 상기 도포된 포토 레지스트를 제거(lift-off)하면 도 6과 같은 상태가 된다.

그리고 이와 같은 구조에 추가로 전극(40)의 두께를 늘리기 위하여 전기 도금 또는 무전해 도금으로 금속층을 형성하여 전극(40) 층을 보완할 수 있다.

셋째, 리프트 오프(Lift-off)와 전기 도금(electroplating) 혼합 방법이다.

먼저, 기판(10)의 전면 또는 후면에 상술한 리프트 오프 방법으로 전면전극(40a) 또는 후면전극(40b)을 형성한다.

그리고 이와 같이 리프트 오프 방법으로 형성된 전극의 반대면에 전기 도금 또는 무전해 도금 방법으로 전극을 형성하고, 이와 같이 형성된 전면전극(40a)과 후면전극(40b)이 관통홀을 통하여 전기적으로 연결되도록 형성하는 것이다.

이러한 전극(40)을 형성하기 위한 금속은 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라 절연층과 접착력도 우수하여야 하며, 일반적으로 절연층으로 많이 사용되고 있는 실리콘 산화막과 접착력이 우수한 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta) 등을 접착층(adhesion layer)으로 사용할 수 있다.

또한, 전기적 특성이 우수하면서 반도체 공정으로 용이하게 증착할 수 있는 전극으로서의 대표적인 물질인 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al)을 이용할 수 있다.

이때, 전극을 형성하기 위한 금속은 후 공정 중 모듈의 부품을 결합할 때 고 온에 노출되는데, 접착층(adhesion layer)인 Ti이나 Cr이 Au로 확산(diffusion)되어 Au의 전기적 특성이 감소하게 되므로, 이를 방지 하고자 Ti, Cr의 접착층과 Au 사이에 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 확산방지층(diffusion barrier layer)을 이용할 수 있다.

따라서, 이러한 전극(40)의 구조는 Ti/Pt/Au 또는 Cr/Ni/Au, Cr/Cu/Ni/Au 구조를 형성할 수 있다.

이러한 전기 도금 방법에 의하여 전극(40)을 형성하기 위해서는 결합금속(도시되지 않음)이 필요할 수 있으며, 이러한 결합금속은 상기의 전극(40)을 위한 금속과 같이 전기적 특성이 우수하여야 할 뿐만 아니라 절연층(30)과 접착력(adhesion)도 우수하여야 한다.

따라서, 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta) 등을 접착층(adhesion layer)으로 사용하며 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al)을 결합금속으로 사용하여 Cr/Au나, Cr/Cu, Ti/Au, Ta/Cu, Ta/Ti/Cu 등의 구조를 이룰 수 있다.

이러한 경우 전극(40)은 결합금속을 포함하여 Cr/Cu/Cu/Ni/Au 또는 Cr/Au/Au, Cr/Au/Cu/Ni/Au 등의 구조로 형성할 수 있다.

그 다음에는, 도 7에서 도시한 바와 같이, 발광 소자에서 방출되는 빛의 효율을 향상시키기 위하여 발광 소자의 장착부(11)의 바닥면과 경사면에 반사막(reflective layer: 50)을 형성한다.

이러한 반사막(50) 물질로는 반사도가 우수한 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 사용할 수 있다.

이러한 반사막(50)의 형성은, 전면에 포토 레지스트를 코팅하고, 노광, 현상하여 발광 소자가 장착되는 바닥면 또는 경사면이 노출되게 패터닝 하여, 스퍼터링 방법 또는 E-beam 증착 방법으로 반사막(50)을 위한 금속층을 증착하고 리프트 오프하여 형성할 수 있다.

또한, 전면에 반사막(50) 층을 증착하고 패터닝 후 불필요한 부분을 식각하여 반사막(50)을 형성할 수도 있다.

이때, 이러한 반사막(50)을 이루는 금속은 상기 전극(40a, 40b)의 양 전극과 음 전극에 동시에 연결되거나 겹쳐지지 않게 형성하여 전기적으로 단락되지 않게 하여야 하며, 발광 소자의 전극 메탈과 접합하기 위하여 전극 메탈 상에 솔더(solder) 또는 Au 스터드(Au stud; 61)가 형성되는 영역에는 반사막(50) 금속이 형성되지 않는 것이 더욱 바람직하다.

그 다음, 전도성 솔더(solder) 또는 Au 스터드(71)를 이용하는 본딩과 같은 방법에 의하여 상기 전면전극(40a) 상에 발광 소자(60)를 전기적으로 연결되게 접합한 후, 형광체(phosphor) 또는 실리콘 젤(silicon gel)이나 투광성이 우수한 에폭시(epoxy)와 같은 물질로 발광 소자(60)가 장착된 장착부(11)를 충진하는 충진재(70)를 형성한다.

발광 소자(60)의 접합은, 플립칩 본딩 방식, 또는 와이어(도시되지 않음)를 이용한 탑 다운 방식의 결합이 가능하며, 수직형 발광 소자의 이용은 추후 설명한다.

한편, 이러한 발광 소자(60)는 하나의 장착부(11)에 복수로 형성될 수도 있 다. 이러한 복수의 발광 소자(60)는 하나의 색의 광을 발광할 수 있고, 적색, 녹색, 및 청색과 같은 여러 색의 광을 발광할 수도 있다.

상기 공정은 기판(10)을 패키지 단위로 절삭(dicing) 한 후 발광 소자(60)의 충진재(70)를 채울 수도 있고, 또는 기판(10) 단위로 발광 소자(60)를 접합하고 충진재(70)를 채운 후 패키지 단위로 기판(10)을 절삭하여 패키징할 수 있다.

상기의 발광 소자(60)를 접합하기 위한 솔더 물질로는 골드틴(AuSn), 레드틴(PbSn), 인듐(In) 등을 E-beam 증착법으로 형성할 수 있다.

이와 같이, 발광 소자(60)를 접합하고 기판(10)을 패키지 단위로 절삭한 상태는 도 8에 도시하는 바와 같다.

이러한 절삭 과정은 x 방향의 절삭만으로 이루어질 수 있다. 즉, y 방향으로는 제1관통홀(12)에 의하여 기판(10)이 패키지 단위로 분리되어 있는 상태이고, x 방향으로는 제2관통홀(13) 이외의 부분이 연결되어 있는 상태이므로, 이 연결된 부분을 절삭함으로써 패키지 단위로 분리가 가능하다.

이와 같이, 분리된 발광 소자 패키지는, 전체적으로 사각형 형상을 이루게 되며, x 방향의 제2관통홀(13)이 형성되었던 부분에는 홈(14) 형상이 남게 된다.

상술한 바와 같이, x 방향의 제2관통홀(13)에 의하여 형성되는 홈(14)은 x 방향으로의 절삭공정 후 개별 패키지를 스템(도시되지 않음)에 본딩 시 솔더가 번져 절삭에 의하여 노출된 기판(10) 표면과 전극배선이 전기적으로 연결되지 않도록 한다. 또한, 기판(10)의 y 방향 외측면에 대하여 충분한 거리(a)를 갖도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 이러한 홈(14)의 형상은 기판(10)으로 이루어지는 패키지 바디의 네 모서리에 형성되며, 각각 모서리에 대하여 직각 방향으로 인입된 형상을 이루게 된다.

그 다음, 필요에 따라, 발광 소자(60)에서 방출된 빛의 분포를 제어하기 위하여 도안된 모양을 갖는 렌즈를 접합 또는 형성하여 렌즈(도시되지 않음)를 형성할 수 있다.

이러한 렌즈가 형성된 면의 반대 면에 스크린 프린팅(screen printing) 방법을 이용하여 원하는 영역 또는 전면에 형광체가 포함된 실리콘 젤 또는 투광성이 우수한 에폭시를 형성하여 한쪽 면에는 렌즈 형상을 형성하고 반대 면에는 형광체가 포함된 충진재(70)를 포함하는 렌즈 시트로 렌즈를 제작할 수 있다.

이후, 라미네이트 공법을 이용하여 상기 렌즈 시트를 발광 소자(60)가 접합된 서브마운트 기판(10)에 접합하고 단위 패키지 단위로 절삭하여 사용할 수도 있다.

그 다음, 발광 소자(60)에 전원 공급을 위한 전극 배선이 형성된 스템(미도시)에 상기의 발광 소자가 접합된 패키지를 접합하여 다양한 용도의 발광 소자 조명장치를 형성할 수 있다.

<제2실시예>

이하, 본 발명의 제2실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 실시예에서 설명되지 않는 부분들은 상기 제1실시예와 동일할 수 있다.

도 9에서와 같이, 발광 소자 패키지에 실리콘 기판(10)을 사용하여 제너 다 이오드(zener diode: 80)를 기판(10)에 내장(embedment)할 수 있다.

이러한 제너 다이오드(80)의 형성은, 기판(10)의 일측, 바람직하게는 전극(40)과 기판(10) 사이에 반도체층을 형성하는 것이며, 그 일례로, 도 9에서와 같이, 기판(10)의 후면과 후면전극(40b) 사이에 형성할 수 있다.

이러한 제너 다이오드(80) 형성을 위한 방법으로는 다음과 같은 방법들이 가능하다.

첫째, n-형의 기판(10)에 보론(Boron) 등의 p-형 도펀트(dopant) 이온을 주입하는 방법과, 둘째로, p-형의 기판(10)에 PoCl₃ 등의 n-형 도펀트 이온을 주입하는 방법이 있다.

상기 첫째 방법은, n-형 전극와 n-형 전극이 접촉하는 기판(10) 상에 보론을 도핑하고 전기적으로 연결되게 함으로써, 반도체 PNP 접합 구조 갖도록 하는 것이다.

이러한 제너 다이오드(80) 구조는 발광 소자(60)에 정전기 등에 의하여 과전압이 인가되는 경우에, 상기 제너 다이오드(80)에 의해 전류가 바이패스(By-Pass)되어 발광 소자(80)의 손상을 방지할 수 있도록 한다.

상기의 제너 다이오드(80)를 형성하기 위한 실리콘 기판(10)은 0.01 ~ 1.0 Ohm/cm의 저항을 가지는 것이 바람직하다.

도 10은 이러한 제너 다이오드(80)를 내장한 발광 소자 패키지의 회로도를 나타낸다.

<제3실시예>

이하, 본 발명의 제3실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 실시예에서 설명되지 않는 부분들은 상기 제1실시예와 동일할 수 있다.

도 11에서는 발광 소자 패키지에 수직형 발광 소자(62)가 접합된 상태를 도시하고 있다.

수직형 발광 소자(62)는 보통 발광 소자 구조가 형성되는 사파이어 기판을 제거한 상태에서 상하부에 전극이 형성되거나, 일측에 지지기판이 형성된 구조로서, 따라서 도 11에서와 같이, 발광 소자(62)의 일측 전극은 와이어(63)에 의하여 본딩될 수 있다.

이때, 수직형 발광 소자(62)의 하측 전극이 접합되기 위하여, 전면전극(40a)의 일부는 그 크기가 더 클 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.

첫째, 발광 소자 패키지 제작시 일측 방향의 절삭 공정으로 패키지가 분리되므로 공정 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.

둘째, 패키지를 스템에 본딩하여 발광 장치의 제작시 절삭 공정에 의하여 노 출된 패키지 바디 표면에 솔더가 번져 전극 배선과 전기적으로 연결되어 발생하는 불량을 제거할 수 있다.

Claims (12)

1. 발광 소자 패키지의 제조방법에 있어서,

   기판 상에 발광 소자가 장착될 장착부를 형성하는 단계와;

   상기 장착부 외측의 패키지 분리 영역 중 적어도 일측 방향의 분리 영역을 따라 제1관통홀을 형성하는 단계와;

   상기 제1관통홀을 통하여 상기 장착부와 상기 기판의 하면이 연결되는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 일측 방향에 대하여 직각인 타측 방향의 분리 영역의 적어도 일부를 관통하는 제2관통홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제2관통홀은 상기 제1관통홀과 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 기판의 일측면과 상기 전극 사이에 전기적으로 연결되는 제너 다이오드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제1관통홀을 형성하는 단계 이후에는, 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 전극을 형성하는 단계는,

   상기 기판의 양측면과 장착부에 결합금속을 형성하는 단계와;

   상기 결합금속 위에 접착층을 형성하는 단계와;

   상기 접착층 위에 전극금속을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
7. 발광 소자 패키지에 있어서,

   발광 소자가 장착되는 장착부를 가지며, 모서리측에 홈이 형성된 패키지 바디와;

   상기 패키지 바디의 일측 방향의 외측면을 따라 상기 패키지 바디의 전면과 후면을 연결하여 형성된 전극과;

   상기 패키지 바디의 전면에 장착되며, 상기 전극과 전기적으로 연결되는 발광 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
8. 제 7항에 있어서, 상기 패키지 바디에는, 상기 장착부와 전극 사이에 연결되 는 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 발광 소자 상측에 충진되는 충진재와;

   상기 충진재 상측에 결합되는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
10. 제 7항에 있어서, 상기 장착부에 형성되는 전극 상에는 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
11. 제 7항에 있어서, 상기 홈은, 상기 패키지 바디의 네 개의 모서리에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
12. 제 7항에 있어서, 상기 홈은, 상기 패키지 바디의 모서리에 대하여 직각 방향으로 인입된 형상인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.

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