KR101063997B1 - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 저면에 홈을 포함하는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 내에 캐비티; 및 상기 패키지 몸체의 캐비티에 배치된 발광소자;를 포함한다.
발광소자, 패키지
Description
실시예는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색, 녹색, UV 발광소자는 상용화되어 널리 사용되고 있다.
발광소자는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광소자는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광장치로 이용되고 있으며, 상기 발광장치는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
그런데, 종래기술에 의한 발광소자 패키지에 있어서 열방출 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라, 열방출 효율을 개선할 수 있는 발광소자의 패키지에 대한 연구가 진행되고 있다.
실시예는 열방출 효율을 개선할 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 저면에 홈을 포함하는 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체 내에 캐비티; 및 상기 패키지 몸체의 캐비티에 배치된 발광소자;를 포함한다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은 패키지 몸체에 캐비티를 형성하는 단계; 상기 패키지 몸체 저면에 홈을 형성하는 단계; 및 상기 패키지 몸체의 캐비티에 발광소자를 배치하는 단계;를 포함한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 방열 면적을 넓힘으로써 열방출 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 저면에 홈(groove)(G)을 포함하는 패키지 몸체(210)와 상기 패키지 몸체(210) 내에 형성된 캐비티(C) 및 상기 패키지 몸체의 캐비티(C)에 배치된 발광소자(100)를 포함한다. 도 1에서 미설명 도면부호는 이하 제조방법에서 설명하기로 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지에 의하면, 패키지 몸체(210)의 저면에 홈을 형성함으로써 방열 면적을 넓혀 열방출 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 실시예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명한다.
먼저, 도 2와 같이 패키지 몸체(210)를 준비하고, 상기 패키지 몸체(210) 상면과 저면에 각각 제1 마스크 패턴 물질(221a)과 제2 마스크 패턴 물질(222a)을 형성한다.
상기 패키지 몸체(210)는 실리콘 재질 예컨대, 실리콘(silicon) 기반의 wafer level package(WLP)로 이루어질 수 있으며, 다면체(예: 직육면체) 형태의 몸체(frame)로 이루어진다.
상기 제1 마스크 패턴 물질(221a)과 상기 제2 마스크 패턴 물질(222a)은 질 화막, 예를 들어 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 패키지 몸체(210)에 캐비티(C)를 형성한다. 실시예에서 캐비티(C)는 기판 위에 칩을 실장하던 기존의 방식과 달리 기판을 필요한 면적과 깊이 만큼 식각하거나 파내어 칩을 매립하는 방식을 말한다.
예를 들어, 우선 상기 제1 마스크 패턴 물질(221a)을 패터닝 하여 상기 패키지 몸체(210) 상면을 일부 노출하는 제1 마스크 패턴(221)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제1 마스크 패턴 물질(221a) 상에 제1 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 제1 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 제1 마스크 패턴 물질(221a)을 일부 식각하여 상기 패키지 몸체(210) 상면을 일부 노출할 수 있다.
이후, 상기 제1 마스크 패턴(221)과 상기 패키지 몸체 하면을 가리는 제2 마스크 패턴(222)을 식각 마스크로 하여 상기 패키지 몸체(210)를 식각하여 상기 패키지 몸체(210)에 캐비티(C)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 마스크 패턴(221)과 상기 제2 마스크 패턴(222)을 식각 마스크로 하여 상기 패키지 몸체(210)를 습식식각하여 캐비티(C)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 패키지 몸체(210)가 실리콘 기판이면서 <100>의 결정방향성을 가질 경우 경사진 방향으로 식각이 진행되어 도 3과 같이 캐비티(C)의 형태가 아래쪽이 윗쪽 보다 폭이 좁은 형태가 될 수 있다. 이러한 형태의 캐비티(C)는 발광소자의 광반사율에 효과적이다.
다음으로, 도 4와 같이 상기 패키지 몸체(210) 저면 상에 소정 영역을 노출하는 제3 마스크 패턴(223)을 형성한다. 예를 들어, 상기 캐비티(C) 형성에 이용된 제2 마스크 패턴(222)이 패키지 몸체(210) 저면을 일부 노출하도록 식각하여 제3 마스크 패턴(223)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 마스크 패턴(222) 상에 제2 감광막 패턴(미도시)을 형성하고 건식식각을 진행하여 제3 마스크 패턴(223)을 형성할 수 있다.
또는, 상기 제2 마스크 패턴(222)을 제거하고, 별도의 제3 마스크 패턴(223)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 5와 같이 상기 제3 마스크 패턴(223)을 식각 마스크로 상기 패키지 몸체(210) 저면을 일부 식각하여 홈(G)을 형성한다.
예를 들어, 상기 제3 마스크 패턴(223)을 식각마스크로 습식식각을 진행하여 상기 상기 패키지 몸체(210) 저면을 일부 식각하여 홈(G)을 형성한다. 이때, 상기 패키지 몸체 저면에 형성되는 홈(G)은 사각뿔, 피라미드, 삼각뿔 등 다각뿔 형태일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 따라, 실시예에 의하면, 패키지 몸체(210)의 저면에 홈(G)을 형성함으로써 방열 면적을 넓혀 열방출 효율을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 홈(G)이 사각뿔 형태인 경우 a는 홈의 깊이, b는 홈의 폭, c는 빗변의 길이일 수 있으며, 패키지 몸체(210)가 <100>의 결정방향성을 가지는 실리콘 기판인 경우 약 54.74°의 경사를 가지고 홈이 형성될 수 있다.
이때, 홈(사각뿔인 경우)의 수직 단면도에서 홈의 깊이는 a이며,
사각뿔의 저면인 사각형의 한변은 b이고, 사각뿔의 4개의 측면 삼각형의 각 높이는 c가 된다.
이때, 사각뿔의 측면에 있는 삼각형의 넓이는 1/2×b×c이다.
이때, c를 b에 대해 나타내면, c=b/(2cos54.74°)이다.
그러므로, 상기 사각뿔 형태의 홈 내의 4개의 삼각형의 넓이(S)는
S=4×1/2×b×b/(2cos54.74°)=1.73b2일 수 있다.
그러므로, 실시예에 의하면, 패키지 몸체(210)의 저면에 홈(G)을 형성함으로써 방열 면적을 예를 들어, b2에서 1.73b2으로 약 70% 이상 넓혀 열방출 효율을 증대시킬 수 있다.
다음으로, 도 6과 같이 상기 제1 마스크 패턴(221), 제3 마스크 패턴(223)을 제거하고, 상기 패키지 몸체(210)에 절연층(240)을 형성한 후 금속층(250)을 형성할 수 있다.
상기 절연층(240)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, AlN, SiC 등의 절연 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 열산화에 의해 절연층(240)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연층(240)은 패키지 몸체(210)와 이후 형성되는 금속층(250) 또는 외부전극층(미도시)과의 전기적인 절연을 위해 형성된다.
상기 금속층(250)은 상기 발광소자(100)에 전기적으로 연결되는 전극층이며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
실시예는 이후 형성되는 솔더(260)와 절연층(240)의 접촉성이 낮으므로 패키 지 저면의 홈 부분에 금속이 형성되어 있을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 실시예에서 전극역할을 하는 제1 금속층(251)과 연결되게 저면 홈에 금속층이 형성되거나 전극역할을 하는 금속층(250)과는 분리되어 별도의 제3 금속층(미도시)이 형성될 수 있습니다. 즉, 제1 금속층(251) 또는 제2 금속층(252)은 칩 저면의 홈 위에까지 연장되어 형성될 수 있다. 실시예에서 제1 금속층(251)이 칩의 저면에 연장되어 형성되도록 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또는, 상기 금속층(250)과는 분리되어 별도의 제3 금속층(미도시)이 칩의 저면에 형성될 수 있다.
실시예는 상기 금속층(250) 중에서 상기 캐비티(C) 내부에 형성된 금속층은 반사도가 높은 금속 물질로 형성될 수 있으며, 또한 수지물과의 접착력이 좋은 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 금속층이 다층인 경우, 최상층은 Al, Ag 또는 APC(Ag+Pd+Cu) 금속 물질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
이후, 상기 패키지 몸체(210)의 캐비티(C) 내에 발광소자(100)가 배치된다. 예를 들어, 발광소자(100)는 접착제로 부착될 수 있으며, 상기 접착제는 비 전도성 재질로 이용할 수 있다. 상기 발광소자(100)는 적어도 하나의 유색 LED 칩 또는 UV LED 칩을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
이후, 상기 발광소자(100)는 와이어(280)로 금속층(250)에 연결된다.
이후, 상기 캐비티(C)에는 수지물(230)이 형성된다. 상기 수지물(230)은 투명한 에폭시 또는 실리콘 재질이며, 필요에 따라 형광체가 첨가될 수 있다.
다음으로, 상기 발광소자(100)가 배치된 패키지 몸체(210)를 솔더(260)을 이 용하여 PCB(300)에 부착할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 방열 면적을 넓힘으로써 열방출 효율을 증대시킬 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 2 내지 도 6은 실시예에 따른 발광소자의 제조방법의 공정단면도.
Claims (10)
- 저면에 홈을 포함하는 패키지 몸체;상기 패키지 몸체의 상부에 형성된 캐비티;상기 패키지 몸체 상에 형성된 절연층;상기 패키지 몸체의 캐비티 내에 배치된 발광소자;상기 절연층 상의 적어도 일 부분에 형성되고, 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고,상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층 중 적어도 하나의 금속층이 상기 패키지 몸체의 저면에 형성된 홈까지 연장되는 발광소자 패키지.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 패키지 몸체 저면의 홈은 사각뿔 형태의 홈인 발광소자 패키지.
- 패키지 몸체의 상면을 일부 노출하는 제1 마스크 패턴과 상기 패키지 몸체의 하면을 가리는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계;상기 제1 마스크 패턴과 상기 제2 마스크 패턴을 마스크로 상기 패키지 몸체를 식각하여 상기 패키지 몸체에 캐비티를 형성하는 단계;상기 패키지 몸체의 저면에 홈을 형성하는 단계; 및상기 패키지 몸체의 캐비티에 발광소자를 배치하는 단계;를 포함하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 캐비티의 상부 폭이 상기 캐비티의 하부 폭 보다 넓게 형성되는 발광 소자 패키지의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 패키지 몸체의 저면에 홈을 형성하는 단계는,상기 패키지 몸체의 저면 상에 소정 영역을 노출하는 제3 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제3 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 패키지 몸체의 저면을 일부 식각하여 홈을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 패키지 몸체의 저면에 홈을 형성하는 단계는,상기 패키지 몸체에 캐비티를 형성하는 단계 후에,상기 제2 마스크 패턴이 상기 패키지 몸체의 저면을 일부 노출하도록 식각하여 제3 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및상기 제3 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 패키지 몸체의 저면을 일부 식각하여 홈을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법.
- 제4 항에 있어서,상기 패키지 몸체에 절연층을 형성한 후 상기 절연층 상에 금속층을 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법.
- 제4 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 패키지 몸체의 저면에 홈을 형성하는 단계는,습식식각에 의해 상기 패키지 몸체 저면에 홈을 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법.
- 제4 항 내지 제8 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 패키지 몸체의 저면에 홈을 형성하는 단계는,사각뿔 형태의 홈을 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법.
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