KR100894169B1 - 형광체 필터 및 그의 제조방법과 그 형광체 필터를 이용한반도체 패키지 - Google Patents

Abstract

색좌표의 산포를 안정화시켜 수율을 향상시키고 형광체층의 평탄한 수평유지를 간단하게 하여 노란띠의 발생을 제거하도록 한 형광체 필터 및 그의 제조방법과 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지를 제시한다. 제시된 본 발명의 형광체 필터는 입사되는 광을 백색광으로 투사시킨다. 형광체 필터는 평판의 투명기재; 및 투명기재의 일면에 형성된 형광체층을 포함한다. 평판의 유리의 일면에 형광체층을 스퀴즈 또는 스프레이 등의 방식으로 균일한 두께로 형성시킴으로서 종래에 비해 수평 몰딩이 간편하게 이루어진다. 종래에 비해 수평 몰딩을 정확히 하여 색좌표의 산포가 안정된다. 이로 인해, 등외품 발생율을 현격하게 줄이게 되어 수율을 향상시킨다.

Description

형광체 필터 및 그의 제조방법과 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지{Phosphor filter, manufacturing method the phosphor filter, and semiconductor package using the phosphor filter}

도 1은 일반적인 엘이디 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 2는 종래 엘이디 패키지의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a는 종래 엘이디 패키지의 색좌표 데이터를 포함한 데이터 시트의 일예이다.

도 3b는 종래 엘이디 패키지에 대한 색좌표 그래프의 일예이다.

도 4는 종래의 노란띠 현상을 설명하기 위해 채용된 엘이디 패키지의 개략적인 구조도이다.

도 5는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 필터 및 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지의 구성 및 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 변형예에 따른 형광체 필터의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 형광체 필터 및 그 형 광체 필터를 이용한 반도체 패키지의 구성 및 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 9a는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 경우의 데이터 시트이다.

도 9b는 도 9a의 데이터 시트중 색좌표 데이터를 그래프로 표현한 도면이다.

도 10a는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 다른 경우의 데이터 시트이다.

도 10b는 도 10a의 데이터 시트중 색좌표 데이터를 그래프로 표현한 도면이다.

도 11a는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 또 다른 경우의 데이터 시트이다.

도 11b는 도 11a의 데이터 시트중 색좌표 데이터를 그래프로 표현한 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

14 : LED칩 16 : 와이어

40 : 템플릿 지그 42, 74 : 투명 유리

44 : 마스크 46 : 배합 액상

48 : 스퀴즈 50 : 형광체층

52 : 마일러 시트 60 : 기판

62 : 하부 캐비티 64 : 상부 캐비티

80 : 확산층 82, 84 : 형광체 필터

본 발명은 형광체 필터 및 그의 제조방법과 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간편하게 백색 발현을 가능하게 하도록 한 형광체 필터 및 그러한 형광체 필터를 제조하는 방법 및 백색 구현이 가능한 형광체 필터를 채용한 반도체 패키지에 관한 것이다.

발광다이오드(light emission diode, 이하, LED라 함)는 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자이다. LED는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성한다. 현재, 이와 같은 반도체 소자가 전자부품에 패키지형태로 많이 채택되고 있다.

일반적으로, 조명기구 등에 채용되어 백색 LED를 구현하는 방법으로는, 가시광 영역중 파장이 대략 430nm∼470nm인 청색 LED칩과 YAG계의 형광체(예컨대, yellow phosphor)를 조합하는 방법, 및 UV LED칩과 적색/녹색/청색 형광체를 조합하는 방법, 적색/녹색/청색 LED칩을 조합하는 방법 등이 있다. 백색 LED를 저렴하게 구현할 수 있고 광효율이 높다라는 등의 이유로 인해 첫 번째 방법이 주로 많이 사용된다.

청색 LED칩과 YAG계의 형광체(예컨대, yellow phosphor)를 조합하여 백색 LED를 구현하게 되면 도 1에 예시된 바와 같은 구조가 된다.

도 1의 LED패키지는, LED칩(14); LED칩(14)이 실장되는 제 1기판(10); 제 1기판(10)상에 배치되며 LED칩(14)이 실장되는 영역에 상응하는 영역에 캐비티가 형성된 제 2기판(20); 제 1기판(10)에 소정 형태로 형성되고 와이어(16)를 매개로 하여 LED칩(14)에 접속된 패턴 전극(12a, 12b); 및 형광체(예컨대, yellow phosphor) 및 실리콘(또는 에폭시)이 소정의 배합비율에 따라 배합된 후 LED칩(14)을 덮도록 충전된 형광체층(18)을 구비한다. 제 1기판(10)을 하부 기판이라 하고, 제 2기판(20)을 상부 기판이라 하여도 된다.

이러한 LED패키지에서 형광체층(18)을 형성시키기 위해 제조사마다 다양한 방식을 채택한다.

그 중에서 많이 사용되고 있는 방식이 주사기(도시 생략)를 이용하여 LED칩(14)의 주변에 정량의 형광체를 도팅하는 방식이다. 이 방식을 사용하는 기기를 보통 디스펜서(dispenser)라고 한다.

디스펜서에 의해 제조된 LED패키지는 도 2의 (b)에서와 같이 기판(30)에 형성된 캐비티내에 충전되는 형광체층(18)의 상면이 수평을 유지하는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 주사기(도시 생략)로 도팅되는 형광체의 양변화 및 액상장력 등으로 인하여 형광체층(18)의 수평 몰드가 어렵다. 도팅되는 형광체의 양의 많고 적음에 따라 도 2의 (a)와 같이 형광체층(18)의 상면이 오목하게 된다거나 도 2의 (c)와 같이 볼록하게 된다. 그로 인해 디스펜서에 의해 제조되는 LED패키지들의 색좌표 산포가 넓다. 이는 다량의 등외품들이 지속적으로 발생됨을 의미한다.

다시 말해서, 종래에는 디스펜서를 이용하여 LED패키지를 제조하는 방식이 가장 보편화되어 있다. 디스펜서는 주사기(도시 생략)내에 형광체 및 실리콘(또는 에폭시)를 넣어 일정량씩 토출시킨다. 그런데, 주사기(도시 생략)에 주입된 형광체는 시간이 경과(예컨대, 3시간 내지 4시간 정도 경과)함에 따라 아래 방향으로 침전된다. 그로 인해, 실리콘(또는 에폭시)이 골고루 혼합되어 있어야 함에도 불구하고 실리콘(또는 에폭시)의 혼합량에 변화가 발생된다. 즉, 형광체 입자가 시간이 경과됨에 따라 주사기(도시 생략)내에서 가라앉으므로서 제품 특성값에 악영향을 미친다. 이는 동일한 주사기를 사용하여 일정량씩 토출하였다고 하더라도 동일한 주사기를 사용한 LED패키지들의 색좌표를 살펴보면 서로간에 편차가 발생하게 된다. 다른 LED패키지와의 색좌표의 편차가 심한 LED패키지는 등외품으로 분류되는데, 이러한 다량의 등외품이 지속적으로 발생된다. 도 3a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y)에 근거한 그래프(도 3b 참조)를 보더라도 등외품(A)으로 분류되는 비율이 높음을 알 수 있다. 그리고, 주사기(도시 생략)에서 토출되는 형광체의 미세 변화량에 따라 어쩔 수 없이 도 2의 (a) 및 도 2의 (c)와 같은 제품이 생산되어 등외품으로 처리된다.

따라서, 종래에는 디스펜서를 사용하여 LED패키지를 제조하는 경우에는 등외품(불량품)을 줄이기 위해 주사기(도시 생략)내에 주입된 형광체 입자의 균일성 유지, 주재와 경화재의 점도, 점도 변화에 따른 양 조절, 수두압 변화에 따른 양 조절, 작업환경변화에 따른 양 조절 등에 각별한 신경을 기울이고 있다. 그러나, 각별한 신경을 기울임에도 불구하고 앞서 설명한 색좌표 산포가 넓어서 등외품으로 처리되는 제품의 발생율을 줄이기 힘들다.

특히, 등외품은 LED칩(14)을 둘러싸고 있는 형광체층(18)의 두께가 일정하지 않기 때문에 LED칩(14)에서 발생된 광이 형광체층(18)을 통과하는 경로에 변화가 발생된다. 이는 피사체에 광을 비추었을 경우 비춰지는 광의 가장자리를 따라 노란띠(yellow ring)가 발생됨을 의미한다. 노란띠는 외관상 좋은 느낌을 주지 않을 뿐만 아니라 일반 카메라 후레쉬에서는 사진 촬영시 사진의 품질을 저하시키는 주요 원인이 된다. 도 4를 참조하여 노란띠 발생원인에 대하여 설명하면 다음과 같다. 도 4의 LED패키지는 기판의 캐비티내에 LED칩(14)이 실장된다. LED칩(14)에서의 광이 캐비티내의 형광체층(18)을 통과하여 전방으로 방출되는 구조를 취한다. 도 4의 LED패키지는 개략적인 구조로서, 패턴 전극 및 와이어 등이 생략된 것이다.

도 4의 LED패키지는 LED칩(14)에서의 광(예컨대, 청색광)이 형광체층(18)을 거쳐 백색광으로 출력된다. 여기서, LED칩(14)에서 방출된 광이 백색으로 변환되기까지의 이동경로를 살펴보면, ①과 같이 최단거리의 이동경로 및 ②와 같이 캐비티의 내측벽에 부딪친 후에 방출되는 이동경로(즉, ①에 비해 긴 이동경로임) 등이 있다.

즉, LED칩(14)에서의 광이 캐비티내의 형광체층(18)을 완전히 통과하기까지에는 ①과 ②와 같이 상호 다른 길이의 이동경로들이 존재하고, 보다 긴 이동경로를 갖는 ②에 의해서 노란띠 현상이 발생한다. 다시 말해서, LED칩(14)의 모든 출광면이 균일한 두께의 형광체층으로 에워싸여져 있다면 LED칩(14)에서 출광된 광이 어느 방향으로 가더라도 그 형광체층을 통과하기까지의 이동경로의 길이가 모두 동일하여 노란띠가 발생되지 않겠지만, 등외품의 경우 LED칩(14)을 에워싸고 있는 형 광체층의 두께는 불균일하기 때문에 길이가 보다 긴 이동경로(②)를 통과한 광이 비춰지는 영역은 노란띠를 형성하게 된다. 그로 인해 광효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 색좌표의 산포를 안정화시켜 수율을 향상시키고 형광체층의 평탄한 수평유지를 간단하게 하여 노란띠의 발생을 제거하도록 한 형광체 필터 및 그의 제조방법과 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형광체 필터는, 입사되는 광을 백색광으로 투사시키는 형광체 필터로서, 평판의 투명기재; 및 투명기재의 일면에 형성된 형광체층을 포함한다.

투명기재는 소정치 이상의 광투과율을 갖는 유리이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 필터는, 입사되는 광을 백색광으로 투사시키는 형광체 필터로서, 평판의 제 1투명기재; 제 1투명기재에 대향되어 평행하게 설치된 평판의 제 2투명기재; 및 제 1투명기재와 제 2투명기재의 사이에 충전된 형광체층을 포함한다.

제 1투명기재 및 제 2투명기재는 소정치 이상의 광투과율을 갖는 유리이다.

본 발명의 실시예에 따른 형광체 필터의 제조방법은, 입사되는 광을 백색광 으로 투사시키는 형광체 필터를 제조하는 방법으로서,

템플릿 지그에 평판의 투명기재를 배치하는 제 1단계; 템플릿 지그의 상면에 소정 패턴의 마스크를 배치하는 제 2단계; 형광체가 배합된 액상을 이용하여 마스크의 개구를 통해 투명기재의 상면에 형광체층을 형성하는 제 3단계; 및 형광체층을 경화시키는 동시에 형광체층을 투명기재에 고착시키는 큐어링을 실시하는 제 4단계를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광체 필터의 제조방법은, 입사되는 광을 백색광으로 투사시키는 형광체 필터를 제조하는 방법으로서,

템플릿 지그에 평판의 제 1투명기재를 배치하는 제 1단계; 템플릿 지그의 상면에 소정 패턴의 마스크를 배치하는 제 2단계; 형광체가 배합된 액상을 이용하여 마스크의 개구를 통해 제 1투명기재의 상면에 형광체층을 형성하는 제 3단계; 형광체층의 상면에 평판의 제 2투명기재를 얹는 제 4단계; 및 형광체층을 경화시키는 동시에 형광체층을 제 1 및 제 2투명기재에 고착시키는 큐어링을 실시하는 제 5단계를 포함한다.

형광체층을 스퀴즈 방식 또는 스프레이 방식으로 형성한다.

스텝 큐어링을 실시하기 전에 마스크를 제거하거나 스텝 큐어링을 실시한 후에 마스크를 제거한다.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지는, 캐비티내에 발광소자 실장영역을 갖춘 기판; 발광소자 실장영역에 실장되는 발광소자; 및 발광소자와 이격되어 발광 소자의 상부에 수평으로 형성되는 형광체 필터를 포함하고,

형광체 필터는 평판의 투명기재, 및 투명기재의 일면에 형성된 형광체층을 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지는, 캐비티내에 발광소자 실장영역을 갖춘 기판; 발광소자 실장영역에 실장되는 발광소자; 및 발광소자와 이격되어 발광소자의 상부에 수평으로 형성되는 형광체 필터를 포함하고,

형광체 필터는 평판의 제 1투명기재, 제 1투명기재에 대향되어 평행하게 설치된 평판의 제 2투명기재, 및 제 1투명기재와 제 2투명기재의 사이에 충전된 형광체층을 포함한다.

형광체 필터의 상부에는 소정 두께의 확산층이 형성된다.

발광소자는 상면측 및 좌우 양면측으로 모두 발광이 가능한 LED칩으로 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 형광체 필터 및 그의 제조방법과 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다. 이하에서는 엘이디(LED) 패키지를 최적의 실시예로 하여 설명한다. 그리고, 본 발명의 반도체 패키지는 세라믹 패키지, 플라스틱 패키지, 리드 프레임 타입 패키지, 플라스틱 + 리드 프레임 타입 패키지 등 모든 SMD 타입 패키지에 적용가능한 것으로 보면 된다.

도 5의 반도체 패키지는, 캐비티가 형성된 기판(60); 캐비티내의 발광소자 실장영역에 실장되는 LED칩(14); LED칩(14)을 패턴 전극(도시 생략)에 전기적으로 연결시키는 와이어(16); 및 LED칩(14)의 상부에서 LED칩(14)과 이격되게 수평으로 설치된 형광체 필터(82)를 포함한다. 본 발명에서의 형광체 필터는 입사되는 광을 백색광으로 변환시켜 내보내는 것으로서, 형광체 필터라는 용어 대신 적절한 다른 용어를 채택하여도 무방하다.

LED칩(14)은 상면측만으로 발광되는 것이 아니라 상면측 및 좌우 양면측으로 모두 발광된다.

기판(60)의 캐비티는 하부 캐비티와 상부 캐비티로 구획된다. 하부 캐비티의 직경이 상부 캐비티의 직경에 비해 작다. 하부 캐비티와 상부 캐비티는 직각의 단면 구조로 형성된다.

기판(60)은 LED칩(14)을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 된다. 예를 들어, 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-fired ceramic) 등이 기판(60)의 재질이 될 수 있다. 그리고, 기판(60)을 바리스터 재질로 구성시켜 ESD 방지 기능을 추가로 구현할 수도 있다.

LED칩(14)은 하부 캐비티내의 발광소자 실장영역에 실장된다. LED칩(14)의 양측면과 그에 대면하는 하부 캐비티간의 거리 및 LED칩(14)의 상면과 그에 대면하 는 형광체 필터(82)의 하면간의 거리는 상호 동일한 것이 가장 바람직하다.

형광체 필터(82)는 노란색의 형광체를 주성분으로 하여 제조된다. 이는 LED칩(14)이 청색광을 출력하는 것으로 가정한 경우로서, 백색광을 만들기 위한 것이다. 만약, LED칩(14)에서 출력되는 광의 색깔이 청색이 아니라면 백색광을 만들기 위해 형광체의 색상도 바뀌어야 한다.

형광체 필터(82)는 평판의 투명 유리(42); 및 투명 유리(42)의 상면에 형성된 형광체층(50)으로 구성된다. 투명 유리(42)는 소정치 이상(예컨대, 90% 이상)의 광투과율을 갖는다. 투명 유리(42)는 광투과율을 향상시키기 위해 AR코팅처리된다. 또한, 투명 유리(42)는 열강화처리된다. 스퀴즈 방식 또는 스프레이 방식으로 형광체층(50)이 투명 유리(42)의 상면에 형성된다. 물론, 스퀴즈 방식 및 스프레이 방식이 아닌 다른 방식(예컨대, 스핀 코팅 방식)으로도 가능하다. 형광체층(50)을 투명 유리(42)의 하면에 형성시킬 수도 있는데, 투명 유리(42)의 난반사를 제거하기 위해 형광체층(50)이 투명 유리(42)의 상면에 형성되는 것이 보다 바람직하다. 형광체층(50)에는 알갱이 형상의 형광체와 실리콘(또는 에폭시)이 소정의 배합비율로 배합되어 있다.

LED칩(14)과 형광체 필터(82) 사이의 공간(즉, 하부 캐비티)내에는 소정의 매질(예컨대, 공기 또는 실리콘(또는 에폭시))이 수용된다. 매질을 투명한 실리콘으로 하는 것이 공기로 하는 것에 비해 광효율이 뛰어나다.

형광체 필터(82)의 상면에는 확산층(80)이 형성된다. 확산층(80)에는 예컨대 Al₂O₃ 의 디퓨저(diffuser)와 실리콘(또는 에폭시)이 소정의 배합비율로 배합되어 있다. 디퓨저의 배합비율에 따라 광특성 변화가 있을 수 있으므로, 디퓨저의 배합비율에 대한 범위는 광특성을 고려하여 정하면 된다. 실제적으로 디퓨저는 예를 들어 별모양 또는 톱니바퀴 모양과 같은 단면을 갖는다. 확산층(80)내에서 디퓨저에 의한 광의 반사(산란)가 많이 발생하여 확산의 효과를 얻게 된다. 확산층(80)은 노란띠 제거의 정확성을 보다 높이기 위해 부수적으로 채용되는 요소이다. 필요에 따라서는 확산층(80)을 형성시키지 않고 에어(air) 상태로 두어도 된다.

도 5에는 도시하지 않았지만, 투명 유리(42)를 두 개로 하여도 된다. 즉, 상호 대향되게 평행하게 상하로 위치시킨 두 개의 투명 유리 사이에 형광체층을 형성시켜도 된다. 그리고, 두 개의 투명 유리중에서 상부의 투명 유리의 상면에 별도의 형광체층을 추가로 형성시켜도 된다. 두 개의 투명 유리를 사용하였다고 하더라도 광투과율은 90% 이상인 것이 바람직하다. 물론, 세 개 이상의 투명 유리를 사용할 수 있겠으나, 이는 필요에 따라 결정될 것이다.

도 5와 같은 구성에 의하면, 투명 유리(42)가 평판을 이루며 수평하게 설치되고 투명 유리(42)의 상면에 형광체층(50)이 균일한 두께로 형성된다. 이는 종래의 수평 몰드가 어렸웠던 점을 간단하게 해결한 구성이다. 이로 인해, LED칩(14)에서 방출되는 광이 균일한 두께의 형광체 필터(82)를 통과하므로 색좌표 산포가 종래에 비해 안정화되어 수율 향상에 큰 기여를 한다. 또한, LED칩(14)에서 방출되어 형광체 필터(82)를 통과하는 광들의 이동경로의 길이가 동일하여 노란띠 생성이 억 제된다. 실험을 한 결과 사람이 보았을 때 노란띠의 발생을 거의 인지하지 못하지만 계측장비 등에 의해 미세하게나마 노란띠의 생성을 확인할 수 있었다. 이는 투명 유리(42)상에 형광체층(50)을 균일한 두께로 형성시켰다고 하지만, 형광체층(50)을 수직으로 통과하는 광의 이동경로와 비스듬하게 통과하는 광의 이동경로의 길이 차이가 아닐까 추정된다. 그래서, 형광체 필터(82)의 상부에 확산층(80)을 형성시킨 결과, 확산층(80)에서의 확산에 의해 미세한 노란띠가 완전히 제거됨을 확인할 수 있었다.

도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 실시예에 따른 형광체 필터 및 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지의 구성 및 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.

템플릿 지그(Template jig)(40)에 다수개의 평판의 투명 유리(슬라이드 유리)(42)를 배열시킨다(도 6a 참조). 이때, 투명 유리(42)는 투사되는 광의 표면 반사율을 줄이고 투과율을 높이기 위해 미리 AR 코팅처리되고 추후의 스텝 큐어링(step curing)시의 변형 방지를 위해 열강화처리되었다.

템플릿 지그(40)의 상부에 소정 패턴의 마스크(44)를 배열시킨다(도 6b 참조). 도 6b에서는 마스크(44)간의 간격(즉, 개구)이 대응된 투명 유리(42)의 길이보다 작게 하였으나 동일하게 하여도 무방하다. 동일하게 할 경우에는, 템플릿 지그(40)에 배열된 투명 유리(42)의 상면 테두리 부분을 소정 두께의 사각 링 형상의 테이프(도시 생략)로 붙인다. 이후에 투명 유리(42)간의 길이와 동일한 마스크(44)를 투명 유리(42)들간의 공간상에 배열시키면 된다. 도면으로 도시하지 않았지만 이러한 마스크 배열에 관련된 내용은 앞서 설명한 내용으로도 동종업계에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다. 물론, 마스크(44)간의 간격(즉, 개구)이 대응된 투명 유리(42)의 길이보다 작을 경우에도 사각 링 형상의 테이프를 사용한다.

예컨대, 스텝 큐어링을 실시한 후에 마스크(44)를 제거하다면 스텝 큐어링(Curing)시의 변형 방지를 위해 메탈 등의 재질로 하는 것이 바람직하다. 스텝 큐어링 전에 마스크(44)를 제거하는 경우 마스크(44)의 재질은 형광체층을 수용할 수 있는 댐 또는 격리막의 역할을 할 수만 있다면 굳이 메탈 재질을 사용하지 않아도 된다. 스텝 큐어링 전에 마스크(44)를 제거하는 경우에는 형광체층(50)의 형상 유지를 위해 형광체 및 경화제의 점도를 조정해야 된다. 물론, 스텝 큐어링을 실시하기 전에 마스크(44)를 제거하는 경우에라도 마스크(44)의 재질을 메탈 재질로 하여도 무방하다. 물론, 스텝 큐어링을 실시한 후에 마스크(44)를 제거하는 경우에라도 메탈 재질이 아닌 다른 재질(예컨대, 발포 테이프)의 마스크를 사용하여도 무방하다.

1차 탈포한 배합액상(예컨대, 실리콘 타입 또는 바인더 타입)인 형광체 액상(46)을 디스펜싱한 후에 스퀴즈(48)를 갖춘 상판 툴(도시 생략)을 도 6c의 좌측의 방향에서 우측의 방향으로 이동시킨다. 그리하면, 도 6d에서와 같이 각각의 투명 유리(42)의 상면에 형광체층(50)이 평탄하게 형성된다.

이후, 형광체층(50)내의 미세 기포를 제거하기 위해 2차 탈포를 한 후에 스텝 큐어링(step curing)을 실시한다. 대략 60℃의 온도에서 대략 1시간 동안 큐어링을 실시한 후 다시 대략 150℃의 온도에서 대략 3시간 동안 큐어링을 실시한다. 급격한 고온에서의 큐어링 대신에 스텝 큐어링을 실시하게 되면 형광체층(50)의 원하는 물성 발현이 보다 잘 이루어지고 형광체층(50)을 투명 유리(42)에 보다 잘 고착시킬 수 있게 된다.

스텝 큐어링이 종료되면 형광체 필터(82)가 완성된다. 작업의 편의성을 위해 스텝 큐어링을 실시한 후에 마스크(44)를 제거하는 것이 보다 좋을 것이다. 마스크(44)는 스텝 큐어링을 종료하자마자 제거할 수도 있고 소잉후에 제거하여 무방하다.

스텝 큐어링 후에 마스크(44)를 제거하고 나서 이후의 소잉(sawing)공정을 위하여 마일러 시트(myler sheet)(52)의 상면에 형광체 필터(82)를 마운트시킨다(도 6e 참조). 도 6d에서는 크게 세 개의 형광체 필터 부분으로 나누어지게 되는데, 도 6e에 도시한 형광체 필터(82)는 앞서 설명한 도 6d에서의 어느 한 형광체 필터 부분이다.

이어, 도 6f의 점선 방향(가로, 세로)으로 소잉(sawing)을 실시한다. 점선을 표시한 후에 그 점선을 따라 소잉을 실시한다라는 것이 아니라 점선은 표시되지 않고 형광체 필터(82)에 대한 정해진 규격대로의 소잉을 실시한다라는 것이다. 이와 같이 하면 다수의 형광체 필터(82)로 세분화된다. 소정 패턴의 마스크(44)를 배열하기 전에 투명 유리(42)의 상면 테두리를 따라 붙인 사각 링 형상의 테이프(도시 생략)는 소잉 공정 바로 전 또는 후에 제거하면 된다.

소잉 공정을 마친 후에는 마일러 시트(52)를 사방으로 팽창시킨다(도 6g 참조). 이는 마일러 시트(52)상의 다수의 형광체 필터(82)를 마일러 시트(52)로부터 쉽게 분리해 낼 수 있도록 하기 위함이다.

이후에는, 도 6h와 같이 하부 캐비티(62)와 상부 캐비티(64)가 형성된 기판(60)의 발광소자 실장영역에 LED칩(14)을 실장하고서 와이어(16) 본딩을 실시한다. 그리고 나서, 실리콘 또는 에폭시를 이용하여 하부 캐비티(62)에 1차 디스펜싱을 실시한다. 1차 디스펜싱은 점선으로 표시된 높이 또는 그 높이보다 약간 낮은 높이까지 실시한다.

그리고, 소잉되어 유니트화된 형광체 필터(82)를 상부 캐비티(64)에 평탄하게 부착시킨다(도 6i 참조). 형광체 필터(82)의 정확한 설치 및 고정을 용이하게 하기 위해 하부 캐비티(62)와 상부 캐비티(64)의 접한 부위에 단차(도시 생략)를 미리 형성하여 두어도 된다.

이후에, 스텝 큐어링을 실시한다. 이에 의해 원하는 반도체 패키지를 완성하게 된다. 물론, 형광체 필터(82)의 상부에 확산층(80) 형성을 위한 2차 디스펜싱을 실시한 후에 스텝 큐어링을 실시하여도 된다. 필요에 따라서는 확산층(80) 대신에 투명한 실리콘을 몰딩하거나 공기 상태로 두어도 된다.

통상적으로, 도 6f와 같이 소잉되어 유니트화된 제품이 형광체 필터(82)로 사용되겠지만, 크기를 제외하면 스텝 큐어링이 종료된 제품을 형광체 필터로 볼 수 있다.

도 7은 본 발명의 변형예에 따른 형광체 필터의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 도 6a 내지 도 6i에서는 스퀴즈 방식으로 형광체층(50)을 형성시킨 것인데 반해, 도 7은 스프레이 방식을 사용하였다.

즉, 도 6c 및 도 6d를 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)로 바꾸어도 무방하다.

도 7에서는, 일정 크기의 개구를 갖는 노즐(70)이 템플릿 지그(40)의 상부에 이격되어 수직으로 설치된다. 노즐(70)이 도 7의 (a)에서와 같이 좌측에서 우측으로 이동하면서 미세한 형광체 액상(72)을 하부로 분사시킨다. 노즐(70)이 완전히 우측으로 이동하게 되면 도 7의 (b)에서와 같이 투명 유리(42)의 상면에는 형광체층(50)이 일정한 두께로 평탄하게 형성된다.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 형광체 필터 및 그 형광체 필터를 이용한 반도체 패키지의 구성 및 제조과정을 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 본 발명의 실시예에서는 형광체 필터의 투명 유리(42)를 한 개로 구성시킨 것인데 반해, 도 8a 내지 도 8e에서는 두 개의 투명 유리(42, 74)를 사용한다. 도 8a 내지 도 8e의 투명 유리(42)를 본 발명의 청구항에 기재된 제 1투명기재로 이해하면 되고, 투명 유리(74)를 제 2투명기재로 이해하면 된다.

일단, 도 6a 내지 도 6d의 과정을 순차적으로 실시한 후에 도 8a에서와 같이 투명 유리(74)를 형광체층(50)의 상면에 배치시킨다. 도면으로 도시하지 않았지만, 투명 유리(74)는 특성상 난반사가 일어나기 때문에 광효율을 약간 저하시킬 수 있다. 그래서, 형광체층(50)을 투명 유리(74)의 상부에 추가로 형성하여도 된다.

이후, 2차 탈포를 한 후에 스텝 큐어링(step curing)을 실시한다. 대략 60℃의 온도에서 대략 1시간 동안 큐어링을 실시한 후 다시 대략 150℃의 온도에서 대 략 3시간 동안 큐어링을 실시한다. 스텝 큐어링을 실시하게 되면 중간의 형광체층(50)을 매개로 상하 두 개의 투명 유리(42, 74)가 융착되어 원하는 형광체 필터(84)가 완성된다. 여기서, 마스크(44)는 스텝 큐어링을 실시하기 전에 제거하여도 되고 스텝 큐어링을 실시한 후에 제거하여도 된다. 도 8a에서의 마스크(44)는 제거의 용이성을 위해 메탈 재질 보다는 발포 테이프와 같이 유연성이 좋은 재질로 함이 바람직하다.

스텝 큐어링이 종료되면 이후의 소잉(sawing)공정을 위하여 마일러 시트(myler sheet)(52)의 상면에 형광체 필터(84)를 마운트시킨다(도 8b 참조).

이어, 도 8c에서처럼 형광체 필터(84)에 대한 정해진 규격대로의 소잉을 실시한다. 이와 같이 하면 다수의 형광체 필터(84)로 세분화된다.

소잉 공정을 마친 후에는 마일러 시트(52)를 사방으로 팽창시킨다(도 8d 참조). 이는 마일러 시트(52)상의 다수의 형광체 필터(84)를 마일러 시트(52)로부터 쉽게 분리해 낼 수 있도록 하기 위함이다.

이후에는, 앞서 설명한 도 6h에서와 같이 하부 캐비티(62)와 상부 캐비티(64)가 형성된 기판(60)의 발광소자 실장영역에 LED칩(14)을 실장하고서 와이어(16) 본딩을 실시한다. 그리고 나서, 실리콘 또는 에폭시를 이용하여 하부 캐비티(62)에 1차 디스펜싱을 실시한다.

그리고, 소잉되어 유니트화된 형광체 필터(84)를 상부 캐비티(64)에 평탄하게 부착시킨다(도 8e 참조).

이후에, 스텝 큐어링을 실시한다. 이에 의해 원하는 반도체 패키지를 완성하 게 된다. 물론, 형광체 필터(84)의 상부에 확산층(80) 형성을 위한 2차 디스펜싱을 실시한 후에 스텝 큐어링을 실시하여도 된다. 필요에 따라서는 확산층(80) 대신에 투명한 실리콘을 몰딩하거나 공기 상태로 두어도 된다.

도 8a 내지 도 8e에 도시된 변형예에 따르면, 상부의 투명 유리(74)가 하부의 형광체층(50)을 눌러주는 형태이므로, 상술한 도 6a 내지 도 6i에서 설명한 한 개의 투명 유리(42)만을 사용한 것에 비해 형광체층(50)의 평탄도를 더 높일 수 있게 된다.

도 9a는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 경우의 데이터 시트이고, 도 9b는 도 9a의 데이터 시트중 색좌표 데이터를 그래프로 표현한 도면이다

도 9a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y)에 근거한 그래프(도 9b 참조)를 보게 되면 색좌표 산포의 안정성으로 인해 등외품으로 분류되는 제품이 발생되지 않음을 알 수 있다.

도 5와 같은 캐비티(하부 캐비티 및 상부 캐비티로 구성됨)를 갖는 기판으로 된 LED패키지를 사용하여 기존 방식과 본 발명의 방식을 각각 실험하였다고 가정한다. 이는 이하의 도 10a, 도 10b, 도 11a, 도 11b의 설명에 그대로 적용된다.

도 3a의 "형광체(phosphor) 15%"는 하부 캐비티내에 충전되는 형광체의 함량이 15%임을 의미한다. 도 3a의 "Clear Silicone 2중 주형"은 상부 캐비티를 투명한 실리콘으로 몰딩하였음을 의미한다. 도 9a에서 "Air Cavity"는 캐비티내의 매질을 공기로 함을 의미한다. 도 9a에서 "P-Filter30%(유리 1장)"은 본 발명의 형광체 필 터의 형광체의 함량을 30%로 하고 투명 유리는 1장을 사용한 것을 의미한다.

도 9a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y) 각각의 최소값(MIN)과 최대값(MAX)의 편차(0.010, 0.030)가 도 3a에 도시한 색좌표 데이터 각각의 최소값과 최대값의 편차(0.053, 0.091)에 비해 극히 작다. 이는 본 발명에 의해 제조된 형광체 필터들의 색좌표 산포가 종래에 비해 좁아서 등외품으로 처리될 제품의 발생율이 낮음을 의미한다.

도 10a는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 다른 경우의 데이터 시트이고, 도 10b는 도 10a의 데이터 시트중 색좌표 데이터를 그래프로 표현한 도면이다.

도 10a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y)에 근거한 그래프(도 10b 참조)를 보게 되면 색좌표 산포의 안정성으로 인해 등외품으로 분류되는 제품이 발생되지 않음을 알 수 있다.

도 10a에서 "Clear Silicone 1차 주형"은 하부 캐비티에 충전되는 매질을 투명한 실리콘으로 하였음을 의미한다. 도 10a에서 "P-Filter25%(유리 1장)"은 본 발명의 형광체 필터의 형광체의 함량을 25%로 하고 투명 유리는 1장을 사용한 것을 의미한다.

도 10a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y) 각각의 최소값(MIN)과 최대값(MAX)의 편차(0.027, 0.046)가 도 3a에 도시한 색좌표 데이터 각각의 최소값과 최대값의 편차(0.053, 0.091)에 비해 극히 작다. 이는 본 발명에 의해 제조된 형광체 필터들의 색좌표 산포가 종래에 비해 좁아서 등외품으로 처리될 제품의 발생율이 낮음을 의미한다.

그리고, 종래와 비교하여 보면 광효율(TLF, lm/W)이 증대되었음을 알 수 있다. 특히, 하부 캐비티내의 매질을 공기로 하는 것에 비해 광효율이 우수함을 알 수 있다.

도 11a는 본 발명의 형광체 필터를 이용한 또 다른 경우의 데이터 시트이고, 도 11b는 도 11a의 데이터 시트중 색좌표 데이터를 그래프로 표현한 도면이다.

도 11a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y)에 근거한 그래프(도 11b 참조)를 보게 되면 색좌표 산포의 안정성으로 인해 등외품으로 분류되는 제품이 발생되지 않음을 알 수 있다.

도 11a에서 "Clear Silicone 1차 주형"은 하부 캐비티에 충전되는 매질을 투명한 실리콘으로 하였음을 의미한다. 도 11a에서 "P-Filter25%(유리 2장)"은 본 발명의 형광체 필터의 형광체의 함량을 25%로 하고 투명 유리는 2장을 사용한 것을 의미한다.

도 11a의 데이터 시트상의 색좌표 데이터(chrom x, chrom y) 각각의 최소값(MIN)과 최대값(MAX)의 편차(0.020, 0.029)가 도 3a에 도시한 색좌표 데이터 각각의 최소값과 최대값의 편차(0.053, 0.091)에 비해 극히 작다. 이는 본 발명에 의해 제조된 형광체 필터들의 색좌표 산포가 종래에 비해 좁아서 등외품으로 처리될 제품의 발생율이 낮음을 의미한다.

그리고, 종래와 비교하여 보면 광효율(TLF, lm/W)이 증대되었음을 알 수 있 다. 특히, 하부 캐비티내의 매질을 공기로 하는 것에 비해 광효율이 우수함을 알 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예 및 변형예들에 채용된 LED칩(14)은 상면측 및 좌우 양면측으로 모두 발광이 가능한 발광소자이다. 오스람(Osram)사의 패키지에는 상면측 및 좌우측 모두 발광이 가능한 플립칩(flip chip)이 사용된다. 오스람사의 패키지는 플립칩에 형광체층을 균일하게 코팅하는 것이 어려울 뿐만 아니라 미세하게 노란띠가 존재한다. 크리(Cree)사의 패키지에는 상면측 및 좌우측 모두 발광이 가능한 유테틱 칩(Eutetic chip)이 사용된다. 크리사의 패키지는 유테틱 칩 주변으로 형광체층을 균일한 두께로 도팅하는 것이 어려울 뿐만 아니라 노란띠가 미세하게 발생한다. 본 발명의 형광체 필터를 사용하게 되면 형광체층의 균일한 두께로의 형성이 매우 간단하게 이루어질 뿐만 아니라 노란띠가 말끔하게 제거되므로 매우 효과적이다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 평판의 유리의 일면에 형광체층을 스퀴즈 또는 스프레이 등의 방식으로 균일한 두께로 형성시킴으로서 종래 에 비해 수평 몰딩이 간편하게 이루어진다.

종래에 비해 수평 몰딩을 정확히 하여 색좌표의 산포가 안정된다. 이로 인해, 등외품 발생율을 현격하게 줄이게 되어 수율을 향상시킨다.

종래에 비해 수평 몰딩이 간편하게 이루어짐에 따라 종래의 몰딩 방식(즉, 디스펜서를 사용하여 캐비티내에 형광체층을 충전하는 방식)에서 발생되었던 각종의 문제점을 해결하게 된다. 또한, 종래에 비해 광효율이 증대되는 효과가 있다.

광원으로부터의 광이 통과되는 형광체층의 두께가 일정하게 되므로 노란띠가 발생되지 않게 된다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 입사되는 광을 백색광으로 변환시켜 내보내는 형광체 필터로서,

   평판의 제 1투명기재;

   상기 제 1투명기재에 대향되어 평행하게 설치된 평판의 제 2투명기재; 및

   상기 제 1투명기재와 상기 제 2투명기재의 사이에 충전된 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 필터.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제 1투명기재 및 상기 제 2투명기재는 90% 이상의 광투과율을 갖는 유리인 것을 특징으로 하는 형광체 필터.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 제 1투명기재 및 상기 제 2투명기재중에서 상부에 설치된 투명기재의 상면에 형광체층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 형광체 필터.
6. 삭제
7. 입사되는 광을 백색광으로 변환시켜 내보내는 형광체 필터를 제조하는 방법으로서,

   템플릿 지그에 평판의 제 1투명기재를 배치하는 제 1단계;

   상기 템플릿 지그의 상면에 소정 패턴의 마스크를 배치하는 제 2단계;

   형광체가 배합된 액상을 이용하여 상기 마스크의 개구를 통해 상기 제 1투명기재의 상면에 형광체층을 형성하는 제 3단계;

   상기 형광체층의 상면에 평판의 제 2투명기재를 얹는 제 4단계; 및

   상기 형광체층을 경화시키는 동시에 상기 형광체층을 상기 제 1 및 제 2투명기재에 고착시키는 스텝 큐어링을 실시하는 제 5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체 필터의 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 형광체층을 스퀴즈 방식 또는 스프레이 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 형광체 필터의 제조방법.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 스텝 큐어링을 실시한 후에 상기 마스크를 제거하는 것을 특징으로 하는 형광체 필터의 제조방법.
10. 삭제
11. 캐비티내에 발광소자 실장영역을 갖춘 기판;

    상기 발광소자 실장영역에 실장되는 발광소자; 및

    상기 발광소자와 이격되어 상기 발광소자의 상부에 수평으로 형성되는 형광체 필터를 포함하고,

    상기 형광체 필터는 평판의 제 1투명기재, 상기 제 1투명기재에 대향되어 평행하게 설치된 평판의 제 2투명기재, 및 상기 제 1투명기재와 상기 제 2투명기재의 사이에 충전된 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 형광체 필터의 상부에는 소정 두께의 확산층이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
13. 삭제

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