KR101114794B1 - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 칩영역과 지지영역을 포함하는 서브마운트; 상기 서브마운트의 칩영역 상에 발광소자 칩; 상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 봉지재;를 포함할 수 있다.
발광소자, 발광소자 패키지

Description

발광소자 패키지 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
실시예는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 Ⅲ족과 Ⅴ족의 원소가 화합하여 생성될 수 있다. 발광소자는 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.
발광소자는 순방향전압 인가 시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하여 전도대(Conduction band)와 가전대(Valance band)의 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지는 주로 열이나 빛의 형태로 방출되며, 빛의 형태로 발산되면 발광소자가 되는 것이다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
한편, 백색(White) 발광소자 패키지를 구현하기 위해서는 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색 발광소자를 조합하거나, 청색 발광소자에 황색 형광체(YAG, TAG 등의 형광체를 사용)를 더하거나, UV 발광소자에 적/녹/청 삼색 형광체를 사용할 수 있다.
그런데, 종래기술에 의하면 형광체를 이용한 백색 발광소자 패키지에 있어서 봉지재 안의 형광체가 몰딩후 시간이 지남에 따라 발광소자 패키지의 바닥으로 침전되어 발광소자 칩 주위로 형광체가 일정하게 분포하지 않음으로써 색온도 분포가 넓게 형성되는 문제가 있다.
또한, 종래기술에 의하면 형광체의 분포면적이 발광소자의 면적에 비해 상대적으로 큼으로써 형광체가 발광소자 주위에 고르게 분포하지 않을 수 있어 역시 색온도 분포가 넓게 형성되는 문제가 있다.
실시예는 발광소자 주위에 형광체의 분포가 균일한 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 칩영역과 지지영역을 포함하는 서브마운트; 상기 서브마운트의 칩영역 상에 발광소자 칩; 상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 봉지재;를 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은 서브마운트를 준비하는 단계; 상기 서브마운트에 칩영역과 지지영역을 형성하는 단계; 상기 서브마운트의 칩영역 상에 발광소자 칩을 부착하는 단계; 및 상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 봉지재를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 형광체의 분포를 발광소자 면적과 유사하게 분포시켜 발광소자 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직 접(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 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 칩영역(120)과 지지영역(110)을 포함하는 서브마운트(100), 상기 서브마운트의 칩영역 상에 형성된 발광소자 칩(200) 및 상기 발광소자 칩(200) 상에 형성된 형광체(미도시)를 포함하는 봉지재(400)를 포함할 수 있다.
상기 서브마운트의 칩영역(120) 중 상기 발광소자 칩(200)이 부착되지 않는 일측 상면의 수평길이(L)가 상기 발광소자 칩의 두께(t)의 약 1배 내지 약 10배의 길이를 가질 수 있다.
상기 봉지재(400)는 반구형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 봉지재(400)는 상기 서브마운트의 칩영역(120)과 상기 발광소자 칩(200) 상에 형성될 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 상기 봉지재를 서브마운트의 칩영역과 발광소자 칩 상에 형성함으로써 형광체의 분포를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 분포시켜 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
즉, 종래기술에 의하면 형광체의 분포면적이 발광소자의 면적에 비해 상대적으로 큼으로써 형광체가 발광소자 주위에 고르게 분포하지 않을 수 있어 역시 색온도 분포가 넓게 형성되는 문제가 있다.
이에 실시예는 형광체가 포함된 봉지재를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 형성함으로써 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
예를 들어 칩영역(120)이 돌출되는 경우에, 상기 돌출된 칩영역(120) 상에 발광소자 칩(200)을 부착하고, 상기 돌출된 칩영역(120) 상에 형광체를 포함하는 봉지재(400)를 형성함으로써 형광체가 포함된 봉지재를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 형성함으로써 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5을 참조하여 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법을 설명한다.
우선, 도 2와 같이 서브마운트(submount)(100)를 준비한다.
상기 서브마운트(100)는 열팽창계수가 발광소자 칩의 재료의 열팽창계수와 유사하고, 열전도도가 우수한 재질일 수 있다. 예들 들어, 실시예에서 서브마운트(100)로 실리콘(Si)을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 서브마운트(100)는 반사기 컵(reflector cup)(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 서브마운트(100) 내에 제너 다이오드 형태의 정전기(ESD) 방지를 위한 소자를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 서브마운트(100)에 칩영역(120)과 지지영역(110)을 형성한 다.
예를 들어, 상기 서브마운트(100) 상에 칩영역(120)을 가리는 마스크(미도시)를 형성하고, 상기 마스크를 식각마스크로하여 노출된 서브마운트를 일부 식각하여 지지영역(110)과 칩영역(120)을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 칩영역(120)과 지지영역(110)을 포함하는 서브마운트 형성단계에 있어서, 상기 서브마운트의 칩영역(120) 중 발광소자 칩이 부착되지 않는 일측 상면의 수평길이(L)(도 1 참조)가 상기 발광소자 칩(200)의 두께(t)의 약 1배 내지 10배의 길이를 가지도록 서브마운트의 칩영역(120)을 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 봉지재(400)는 반구형으로 용이하게 형성될 수 있다.
실시예에 의하면 봉지재를 서브마운트의 칩영역(120)과 발광소자 칩(200) 상에 형성함으로써 형광체의 분포를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 분포시켜 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
예를 들어, 칩영역(120)이 돌출되는 경우에, 상기 돌출된 칩영역(120) 상에 발광소자 칩(200)을 부착하고, 상기 돌출된 칩영역(120) 상에 형광체를 포함하는 봉지재(400)를 형성함으로써 형광체가 포함된 봉지재를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 형성함으로써 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
다음으로, 도 3과 같이 상기 서브마운트의 칩영역(120) 상에 발광소자 칩(200)을 부착한다.
상기 발광소자 칩(200)은 GaN, GaAs, GaAsP, GaP 등의 물질로 형성될 수 있 다. 예를 들어, Green~Blue LED는 GaN(InGaN), Yellow~Red LED는 InGaAIP, AIGaAs를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시된 발광소자 칩(200)은 수평형 발광소자 칩이나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4와 같이, 상기 발광소자 칩(200)은 기판(210) 상에 형성된 발광구조물(220)을 포함할 수 있다. 상기 기판(210)은 사파이어 기판 등일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 발광구조물(220)은 제1 도전형 반도체층(222), 활성층(224), 제2 도전형 반도체층(226)을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층은 일부 노출될 수 있으며 그 위에 제1 전극(240)이, 제2 도전형 반도체층(226) 상에는 제2 전극(230)이 각각 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 발광소자 칩(200)의 상기 서브마운트(100) 상에 부착은 플립칩 방법, 고분자 접착체를 이용하여 발광소자 칩을 접착하는 방법 또는 발광소자 칩에 플레이팅된 우테틱 메탈을 이용하는 방법 등으로 진행될 수 있다.
도 3에서는 플립칩 방법에 의해 발광소자 칩(200)이 부착되는 예를 들고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 공정성이 우수한 실버 전도성 에폭시(Ag conductive epoxy)에 의한 솔더링(soldering)에 의해 발광소자 칩을 부착하거나, 고열전도성이 필요한 경우에는 플립칩 접합방식이나 유테틱 접합방식을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 발광소자 칩(200)의 상기 서브마운트(100) 상에 부착단계에서 상 기 서브마운트의 칩영역(120) 중 발광소자 칩이 부착되지 않는 일측 상면의 수평길이(L)(도 1 참조)가 상기 발광소자 칩(200)의 두께(t)의 약 1배 내지 10배의 길이를 가지도록 서브마운트의 칩영역(120)을 형성할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면 봉지재를 서브마운트의 칩영역(120)과 발광소자 칩(200) 상에 형성함으로써 형광체의 분포를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 분포시켜 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
다음으로, 도 5와 같이 칩을 보호하고 광추출 효율을 증가시키기 위하여 상기 발광소자 칩(200) 상에 형광체(미도시)를 포함하는 봉지재(encapsulating material)(400)로 봉지한다.
상기 발광소자 칩(200) 상에 형광체를 포함하는 봉지재(400)는 반구형으로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 봉지재(400)는 상기 서브마운트의 칩영역(120)과 상기 발광소자 칩(200) 상에 반구형으로 형성될 수 있다.
상기 봉지재(400)는 에폭시 봉지재나 실리콘 봉지재 등을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 발광소자 칩(200)은 Green~Blue LED, 혹은 Yellow~Red LED 또는 UV LED 등일 수 있으며, 형광체를 봉지재에 추가하여 백색광을 만들 수 있다.
예를 들어, 실시예는 청색 LED에 황색 형광체(YAG, TAG 등의 형광체를 사용)를 더하거나, UV LED에 적/녹/청 삼색 형광체를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 형광체는 호스트 물질과 활성물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG)의 호스트물질에 세륨(Ce) 활성물질이, 실리게이트 계열의 호스트물질에 유로피움(Eu) 활성물질을 채용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 봉지공정은 배합, 혼합, 토출, 경화의 순으로 진행될 수 있다. 상기 봉지재의 봉지방법으로는 디스펜싱, 캐스팅 몰딩, 트랜스퍼 몰딩방법 등으로 진행될 수 있다.
한편, 실시예에서 상기 봉지재(400)는 반구형으로 형성될 수 있으며, 봉지물질의 표면장력에 의해 봉지재 내에 일정한 형태로 형광체의 분포를 만들어 줄 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면 봉지재를 서브마운트의 칩영역(120)과 발광소자 칩(200) 상에 표면장력에 의해 균일하게 형성함으로써 봉지재 내에 균일하게 형광체의 분포를 만들어 줄 수 있고, 이에 따라 형광체의 분포가 균일하며, 나아가 발광소자 칩의 면적과 유사하게 균일하게 분포시킬 수 있다.
예를 들어 칩영역(120)이 돌출되는 경우에, 상기 돌출된 칩영역(120) 상에 발광소자 칩(200)을 부착하고, 상기 돌출된 칩영역(120) 상에 형광체를 포함하는 봉지재(400)를 형성함으로써 형광체가 포함된 봉지재를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 형성함으로써 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
실시예에서 봉지재(400)를 서브마운트의 칩영역(120)과 발광소자 칩(200) 상에 표면장력에 의해 균일하게 형성하기 위해 서브마운트 칩영역이나 발광소자 칩의 표면을 젖음성이 낮은 상태로 형성할 수 있다.
예를 들어, 발광소자 칩(200)의 표면에 요철(미도시)을 형성하면 봉지물질의 젖음성이 낮아져서 반구형상의 봉지재를 형성할 수 있으며, 나아가 광추출 효과도 증가할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 상기 봉지재를 서브마운트의 칩영역과 발광소자 칩 상에 형성함으로써 형광체의 분포를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 분포시켜 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
도 6는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
제2 실시예는 상기 제1 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하에서는 제2 실시예의 특징 위주로 기술한다.
제2 실시예는 상기 발광소자 칩(200)을 부착하는 단계 후에, 와이어(310) 본딩 공정을 진행하고, 봉지재(400)를 형성하는 단계를 진행할 수 있다.
예를 들어, 플립칩 외의 공정에서는 발광소자 칩(200)에 전류를 흘러줄 수 있도록 발광소자 칩(200)과 리드프레임(320) 사이의 와이어(310) 접합공정을 진행할 수 있다. 예를 들어, 수직형 발광소자 칩은 1개의 와이어 접합공정이, 수평형 발광소자 칩은 2개의 와이어 접합공정이 진행될 수 있다. 와이어는 금 와이어, 구리 와이어, 알루미늄 와이어 중 어느 하나 이상의 와이어를 채용할 수 있으며, 와이어 접합은 볼 와이어 접합방법이나 에지 와이어 접합 등의 방법으로 진행할 수 있다.
이후, 상기 봉지재(400) 상에 상에 광추출 효과 증대와 와이어(310)를 보호 등을 위해 반구 형상의 외부렌즈(500)를 형성할 수 있다. 상기 외부렌즈(500)는 봉지재물질과 같은 물질이거나 다른 물질을 채용할 수 있고, 형광체는 포함하지 않는다.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
제3 실시예는 제1 실시예 또는 제2 실시예의 기술적인 특징을 채용할 수 있으며, 이하에서는 제3 실시예의 특징 위주로 기술한다.
제3 실시예에서는 상기 서브마운트에 칩영역(120)과 지지영역(110)을 형성하는 단계 후에, 상기 서브마운트의 칩영역(120) 상에 홈(H)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 서브마운트의 칩영역(120) 중 발광소자 칩이 부착되지 않는 영역(A)에 홈(H)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 서브마운트의 칩영역(120) 중 발광소자 칩이 부착되지 않는 영역에 홈(H)을 형성하면 서브마운트의 젖음성이 낮아지고, 봉지물질이 퍼지는 것을 저지하여 반구형상의 봉지재를 형성할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 상기 봉지재를 서브마운트의 칩영역과 발광소자 칩 상에 형성함으로써 형광체의 분포를 발광소자 칩의 면적과 유사하게 분포시켜 발광소자 칩 주위의 형광체 분포를 균일하게 할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실 시예의 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 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 2 내지 도 5는 제1 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에 대한 공정단면도.
도 6는 제2 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 7은 제3 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.

Claims (16)

  1. 칩영역과 지지영역을 포함하는 서브마운트;
    상기 서브마운트의 칩영역 상에 발광소자 칩;
    상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 봉지재;를 포함하며,
    상기 발광소자 칩이 부착되는 상기 서브마운트의 칩영역 상에 홈을 포함하며,
    상기 서브마운트의 칩영역 중 상기 발광소자 칩에 부착되지 않는 일측 상면의 수평길이가 상기 발광소자 칩의 두께의 1배 내지 10배의 길이를 가지는 발광소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 봉지재는 반구형인 발광소자 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 봉지재는,
    상기 서브마운트의 칩영역과 상기 발광소자 칩 상에 반구형으로 형성된 발광소자 패키지.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 발광소자 칩 상에 본딩된 와이어를 포함하고,
    상기 봉지재 상에 외부렌즈를 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 서브마운트의 칩영역 중 상기 발광소자 칩이 부착되지 않는 영역에 형성되는 발광소자 패키지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 발광소자 칩 상에 요철을 포함하는 발광소자 패키지.
  9. 서브마운트를 준비하는 단계;
    상기 서브마운트에 칩영역과 지지영역을 형성하는 단계;
    상기 서브마운트의 칩영역 상에 발광소자 칩을 부착하는 단계;
    상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 봉지재를 형성하는 단계; 및
    상기 서브마운트에 칩영역 상에 홈을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 서브마운트의 칩영역 상에 발광소자 칩을 부착하는 단계에서 상기 서브마운트의 칩영역 중 상기 발광소자 칩에 부착되지 않는 일측 상면의 수평길이가 상기 발광소자 칩의 두께의 1배 내지 10배의 길이를 가지는 발광소자 패키지의 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 서브마운트에 칩영역과 지지영역을 형성하는 단계는,
    상기 서브마운트 상에 칩영역을 가리는 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 마스크를 식각마스크로하여 노출된 서브마운트를 일부 식각하여 지지영역과 칩영역을 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 발광소자 칩 상에 형광체를 포함하는 봉지재를 형성하는 단계는,
    상기 봉지재를 반구형으로 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 봉지재를 형성하는 단계는,
    상기 서브마운트의 칩영역과 상기 발광소자 칩 상에 봉지재를 반구형으로 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 발광소자 칩을 부착하는 단계 후에, 와이어 본딩 공정을 진행하고, 상기 봉지재를 형성하는 단계를 진행하며,
    상기 봉지재 상에 외부렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제9 항에 있어서,
    상기 홈을 형성하는 단계는,
    상기 서브마운트의 칩영역 중 상기 발광소자 칩이 부착되지 않는 영역에 형성되는 발광소자 패키지의 제조방법.
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