KR101243691B1 - 열싱크가 향상된 반도체 발광 장치 - Google Patents

열싱크가 향상된 반도체 발광 장치 Download PDF

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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 기판, 회로, 상기 회로와 전기적으로 접속하는 LED, 및 상기 LED의 열을 방출시키도록 배치된 열싱크를 포함하며, LED는 상기 기판 내의 개구를 통하여 상기 열싱크와 열접촉하는 발광 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 장치의 제조를 위한 방법에 관한 것이다.
기판, 회로, LED, 열싱크, 개구

Description

열싱크가 향상된 반도체 발광 장치{SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE WITH IMPROVED HEATSINKING}
본 발명은 기판, 회로, 적어도 하나의 열싱크 및 상기 회로에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 LED를 포함하는 발광 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 장치의 제조를 위한 방법에 관한 것이다.
현재, 조명을 위하여 고효율 및 고휘도 LED들의 배치가 고려되고 있다. 이러한 조명을 실행 가능하게 하기 위해서는, 개별 LED들이 서브-마운트 상에 미세 피치로 어셈블되어야 한다.
현재는 이 서브-마운트들을 제조하기 위한, 실리콘 기판들 상의 박막 프로세싱이 이미 이용되고 있다. 실리콘 프로세싱이 공지되어 있고 용이하게 이용 가능하며 LED들을 구동하기 위한 회로로서 이용하기에 충분히 작은 피치로 실리콘 상에 금속 구조체들을 제조하는 것이 가능하므로, 실리콘을 이용하는 것이 유리하다. 동시에, 실리콘은 LED로부터의 열을 수송하기에 적절한 열전도성을 갖는다.
현재는, LED들과 실리콘 기판 사이의 열저항을 최소화시키기 위한 회로가 얇은 분리 게이트 산화물 상에 성장되며, LED들은 상기 회로의 상부에 접속된다.
기판 상에 미세한 피치로 수개의 LED들이 위치되는 멀티-LED 응용에서는, LED들 사이의 크로스토크(cross-talk), 즉, LED들의 측벽들로부터 방출되는 광이 이웃 LED(선택적으로는 상이한 컬러) 내로 결합되어 그곳에서 흡수되는 것을 피하는 것이 더 요망된다.
LED들 사이의 크로스토크를 방지하는 한 가지 방법은 기판 내의 오목부들 내에 LED들을 위치시켜서 오목부들의 벽들이 LED들 사이의 크로스토크를 방지하게 하는 것이다. 그러나, 그러한 오목부들 내에 회로 패턴을 배치하는 프로세스는 간단하지 않으므로, 개개의 LED들 주위에 리소그래피를 이용하여 벽들을 만들어서 크로스토크를 방지하는 것이 제안되어 있다.
멀티 LED 응용들에서의 다른 문제는 LED들, 특히 고전력 LED들은 발광시 많은 열에너지를 소모한다는 점이다. 이 열소모로 인해 LED들이 얼마나 오래 동작할 수 있는지 또는 얼마큼의 전력으로 LED들이 동작할 수 있는지에 대한 제한이 부여된다. 따라서 LED로부터의 열을 양호하게 수송하는 것이 더욱 요망된다. 통상적으로 이는, LED들을 수용하는 서브-마운트 측이 열싱크와 떨어져서 대향하게 하면서, 열싱크 상에 실리콘 기반 서브-마운트를 배치함으로써 이루어진다. 그러나, 열싱크와 LED 사이의 열저항을 감소시키는 것이 유리한데, 그 이유는 열저항이 열소모로 인한 상기 제한을 감소시킬 것이기 때문이다.
크로스토크를 방지하는 대안의 방법은 OKI Electric Ind Co Ltd.의 JP61061458 A 에 개시되어 있다. 이 공개 공보에서는, 메사(mesa) 구조의 LED들의 패턴이 기판 상에 배치된다. 그 후 감광성 수지(photosensitive resin)가 기판 상에 스핀 코트되어, LED들 사이에 광차폐(light shielding) 영역들을 형성하는 재료 로 LED들 사이의 영역들을 충전한다. 그 후 회로 패턴이 상기 구조의 상부에 배치된다.
그러나 이 방법은 LED들로부터의 향상된 열수송을 제공하지 않는다.
따라서 용이하게 제조되고 LED들로부터의 향상된 열수송을 제공하는 LED 기반 조명 장치에 대한 요구가 여전히 존재한다. 특히, 이웃하는 LED들 간의 크로스토크가 감소된 이들 장치에 대한 요구가 존재한다.
발명의 개요
본 발명의 한 목적은 전술된 결점들을 극복하는 발광 장치, 및 그런 장치의 제조를 위한 방법을 제공하는 것이다.
제1 측면에서, 본 발명은 기판, 회로, 열싱크 및 상기 회로에 전기적으로 접속되는 발광 다이오드(LED)를 포함하며, 상기 LED는 상기 기판 내의 개구를 통하여 상기 열싱크와 열접촉하며, 상기 개구는 상기 기판을 통해 연장되는 홀(hole)이며, 상기 회로는, 유전체층에 의해 상기 기판으로부터 분리되어, 상기 기판 상에 배치되며, 상기 LED는 상기 회로를 적어도 부분적으로 경유하여 상기 열싱크와 열접촉하며, 상기 LED는 상기 개구 내에 적어도 부분적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 장치의 한 가지 장점은, LED 및 열싱크가 기판 내의 개구를 통하여 열접촉되므로, 열경로에 기판 재료가 존재하지 않는 것이다. 열경로 내의 재료는 바람직하게는 기판 재료의 열전도성보다 높은 열전도성을 갖도록 선택된다. 따라서 접속 부분의 열전도성은 열이 기판 재료를 통하여 수송되는 경우보다 더 높을 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "회로"는 수동 전기 도체들의 패턴, 즉 다이오드, 트랜지스터, 스위치, 등과 같은 전기적 컴포넌트들이 접속될 수 있는 배선을 의미한다. 예를 들어 열싱크일 수 있는 그라운드와 한 컴포넌트 사이의 그라운딩 접속도 또한 회로의 일부이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "열싱크"는 발광 다이오드와 같은 열소모 컴포넌트로부터의 열을 수송하는 수단을 의미한다. 상기 용어는 열소모 컴포넌트로부터 수개의 중간 열싱크들에 공통일 수 있는 제2 열싱크로 열을 수송하는 소위 중간 열싱크들을 포함하는 것으로 간주될 것이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "LED"는 단일의 LED(light emitting diode) 또는 하나의 칩 상에 형성된 복수의 LED들, 소위 "멀티폴드 칩들(multifold chips)"을 의미한다. 상기 용어는 또한, 예를 들면 OLED들(organic LEDs), polyLED들(polymeric LEDs) 및 통상의 무기 LED들과 같은, 자외선으로부터 가시광선을 지나 적외선까지 임의의 파장의 광을 방출하는 모든 종류의 LED들에 관한 것이다. 용어 LED는 또한 LD들(laser diodes)를 포함하는 것으로 간주된다.
용어들 "열접속하여" 및 "열적으로 접속된"은 두 컴포넌트들 사이, 예를 들면 LED와 열싱크 사이에서의 열전도성이 높고, 바람직하게는 기판 재료의 열전도성보다 더 높은 것을 의미한다. 따라서 두 컴포넌트들은 하나 이상의 부가적인 컴포넌트들에 의하여 분리되어 있는 경우에도, 그러한 부가적인 컴포넌트들이 기판 재료의 전도성보다 높은 열전도성을 가지는 한, 서로 열적으로 접속될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, LED는 기판 내의 개구를 통하여, 적어도 부분적으로는 회로를 경유하여, 열싱크와 열접속하여 배치되어 있다.
LED는 상기 회로에 전기적으로 접속되지만, 상기 회로가 열싱크에 열적으로 접속되는 한편 LED도 상기 회로에 열적으로 접속되는 경우, 특히 상기 회로가 높은 열전도성 재료로 형성되는 경우, 바람직할 것이다. 따라서, LED에 의하여 소모된 열의 적어도 일부는 기판 내의 개구를 통하여, 상기 회로를 경유하여 열싱크에 수송된다.
바람직하게는, 또한 LED는 상기 개구를 통하여 상기 회로에 접속된다. 상기 회로가 LED로부터 반대인 기판 쪽에 주로 배치될 수 있을 경우라도, 상기 회로의 일부는 개구 내에서 노출되어, LED가 기판 내의 개구를 통하여 상기 회로에 접속되도록 해준다.
더욱 바람직하게는, 상기 회로는 열싱크 상에 배치되고, 선택적으로는 유전체층에 의하여 적어도 부분적으로 분리되며, LED는 상기 회로 상에 배치된다.
이것은 열싱크와 회로 사이 및 LED와 회로 사이의 높은 접촉 면적을 가능하게 하여, LED와 열싱크 사이의 높은 열전도성을 가능하게 한다. 또한, 이것은 LED와 열싱크 사이의 거리를 최소화시키며, 이로 인해 LED로부터 열싱크로의 열전도성이 증가된다.
LED는 기판 내의 개구에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 이 방식으로 상기 회로와 LED 상의 접속 패드들 사이의 직접 접촉이 가능해지므로, LED와 열싱크 사이의 양호한 열접속이 이루어질 수 있다.
또한, LED가 기판면에 평행한 방향으로 광을 방출하는 것에 기인한, 두 개의 이웃하는 LED들 사이의 크로스토크는, 특히 기판이 반투명하지 않은 재료로 만들어진 경우 또는 개구의 내측벽들이 광을 반사 또는 흡수하는 경우, 개구 내에 LED를 배치함으로써 감소된다. 기판 내의 개구에 LED를 배치함으로써, 이웃하는 LED들 사이의 크로스토크를 방지하기 위하여 리소그래피를 이용하여 LED 주위에 벽들을 만들 필요가 없다.
회로는 기판 내의 개구에 돌출부들을 형성할 수 있다. 그러한 돌출부들은 회로에 LED를 부착하는 것을 용이하게 하고 개구의 하부와 LED 사이에 잘 정의된 간격을 제공하여, 개구의 하부와 LED 사이에 공동(cavity)을 생성한다. 그러한 공동은 열도전성 언더필(under-fill) 재료로 충전되어 LED로부터 열싱크로의 열수송을 더 향상시킬 수 있다.
각각 기판 내의 개구를 통하여, 회로를 경유하여 열싱크와 열접속되는 둘 이상의 LED들을 포함하는 본 발명에 따른 장치들에서, LED들은 하나의 공통 또는 두개의 상이한 열싱크들에 접속될 수 있다. 그러나 장치 상에서 기계적 스트레스를 감소시키기 위하여 별도의 열싱크들에 LED들이 접속되는 것이 바람직하다.
제2 측면에서, 본 발명은 발광 장치의 제조를 위한 방법을 제공한다. 본 방법은 기판, 회로, 열싱크 및 LED를 제공하는 단계, 상기 기판 상에 상기 회로를 배치하는 단계, 상기 기판 내에 개구를 획득하는 단계 - 상기 개구는 상기 기판을 통해 연장되는 홀임 - , 상기 LED를 상기 개구 내에 적어도 부분적으로 배치하는 단계, 상기 회로에 전기적으로 접속하도록 상기 LED를 배치하는 단계, 및 상기 회로를 적어도 부분적으로 경유하여 상기 LED에 열접속하도록 상기 열싱크를 배치하는 단계 - 상기 열접속은 상기 개구를 통하여 이루어짐 - 를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에서, LED와 회로 사이의 전기적 접속은 기판 내의 개구를 통하여 이루어진다.
따라서, 기판 내의 개구를 통하여, 적어도 부분적으로 회로를 경유하여, LED가 열싱크에 열접속되는 발광 장치가 제조된다.
따라서 본 방법은 LED와 열싱크 사이에 기판 재료가 존재하지 않아서, LED로부터의 양호한 열수송을 가능하게 해주는 본 발명에 따른 조명 장치의 제조를 가능하게 한다.
본 방법은 또한 회로와 기판 및/또는 열싱크 사이의 전기적 분리층들과 같은 보호층들의 피착 및 에치 마스크들의 피착과 같은 추가적인 단계들을 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 또한 위치 특정(site-specific) 에칭을 통한 추가적인 개구들 또는 기판의 스루 비아홀들(through substrate via holes)의 용이한 제조를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 조명 장치의 단면도.
도 2a-2d는 도 1의 조명 장치의 제조 방법의 단계들의 개략도.
본 발명은 이제 도면들을 참조하여 후술될 것이다.
본 발명의 한 실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, LED(4)가 배치되는 개구(3)가 제공된 기판(2)을 포함하는, 본 발명에 따른 조명 장치(1)를 도시한다.
유전체층(6)에 의하여 기판으로부터 분리되어, 기판(2) 상에 회로(5)가 배치된다. 그러나, 개구(3)의 특정 부분들에서, 회로(5) 상에는 유전체가 배치되지 않으므로, 개구 내에서 회로는 접근 가능하다.
LED(4)는 개구(3) 내의 회로(5)의 접근 가능한 부분들에서 회로에 전기적으 로, 및 열적으로 접속된다. LED는 또한 열범프(7)에 열적으로(전기적으로는 아님) 접속된다.
중간 열싱크(8)는 회로(5) 및 열범프(7) 상에 열접속되어 배치되며, 열전도 유전체층(9)에 의하여 회로(5)로부터 부분적으로 전기적으로 분리된다. 그러나, 열싱크(8)는 회로에 대한 그라운드 접속으로서 기능하므로, 회로의 한 위치(10)에서 회로는 중간 열싱크(8)와 전기적으로 접촉된다.
회로(5) 및 열범프(7)는 개구의 하부와 LED(4) 사이에 공동(cavity, 11)을 형성하는 돌출부들을 개구의 하부에 형성한다. 공동(11)은 열전도성 언더필로 충전되며, 이것은 LED(4)와 중간 열싱크(8) 사이의 열접속을 더 향상시키며, 중간 열싱크(8)는 제2 열싱크(12)에 납땜된다.
LED(4)는 또한, 회로(5)를 통하여, LED를 제어하는 LED 구동기 유닛(13)에 접속된다. LED 구동기 유닛(13)은 열전도성 유전체층(9) 내의 개구(14)를 통하여, 열싱크에 의하여 커버되지 않는 회로의 한 위치에서 회로(5)에 접속된다.
기판(1)은 발광 장치를 위한 서브-마운트에서의 사용에 적절한 것으로 당업자에게 공지된 임의의 기판일 수 있다. 기판 재료는 에칭에 의하여 기판에 오목부들 및 개구들을 매우 용이하게 만들 수 있게 되는 것이 바람직하다. 적절한 기판들은 통상적으로는, 표준 실리콘 기판들, 다이아몬드 및 알루미늄 질화물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
개구(3)의 영역은 LED(4)가 개구 내에서 맞도록 충분히 큰 것이 바람직하다. 더욱이, 개구는 또한, 회로에 부착된 경우 LED의 상부면이 실질적으로 기판의 상부 면의 레벨과 같거나 그보다 낮게 되도록 충분히 깊다. 본 발명의 조명 장치들에서 적절히 이용된 많은 LED들은 기판면과 다소 평행한 방향으로도 광을 방출할 수도 있다. 특정 응용들에서는, 예를 들어 서로 나란히 위치된, 본 발명의 수개의 조명 장치들을 이용하는 경우, 하나의 LED로부터 방출되는 광이 이웃하는 LED 내로 결합되어 그곳에서 흡수되는 것이 방지되는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 그런 경우들에 기판면에 평행한 방향으로 광을 방출할 수 있는 LED의 적어도 부분들이 상기 개구 내에 위치되어 실질적으로 평행한 방향으로 방출된 광이 개구의 벽들에 의하여 흡수 또는 반사되는 것이 유리하다. 바람직하게는, 개구의 면적은 개구의 하부에서보다 개구의 상부면에서 더 넓어서, 개구로부터의 광을 반사할 수 있는 개구의 내벽들을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에서, LED는 기판 내의 개구 위에 또는 개구의 옆에서 기판면 상에 위치될 수 있으며, 전기 접속기들은 회로로의 접속을 위한 개구 내에 도달하고, 접속기들은 회로를 통하여 LED로부터 열싱크로 열을 수송한다.
본 발명에서의 사용에 적합한 LED는 레이저 다이오드들을 포함하여, 임의의 컬러의 광을 방출하는 LED일 수 있다. 그러나 한쪽 측 상에 모든 컨택트가 배치된 LED가 바람직한데, 이는 회로에 대한 접속을 용이하게 하기 때문이다.
회로는 바람직하게는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 은, 금, 및 기타 적절한 도전 금속들뿐만 아니라, AlSi와 같이, 발광 장치를 위한 회로로서 사용하는데 적합한 도전 재료들을 포함하는 그 밖의 다른 비금속 또는 금속의 패터닝된 층을 포함한다. 바람직하게는 회로의 열전도성은 기판에 대한 열전도성보다 더 높다.
회로는, 예를 들면 회로와 기판 사이에 배치된, 바람직하게는 높은 열전도성을 갖는 유전체 재료의 층에 의하여 기판으로부터 전기적으로 분리되는 것이 바람직하다.
그러한 유전체 재료들의 비제한적 예들은 예를 들면, AlN, 다이아몬드, Si3N4 및 SiC를 포함한다.
도 1에 도시된 회로는 열전도성 유전체 재료에 의하여 열싱크로부터 부분적으로 전기적으로 분리되어 있다. 그러나, 본 발명의 일부 실시예들에서, 회로는 열싱크로부터 전체적으로 분리되어 있는 것이 바람직하다. 열싱크로부터 회로를 분리시키는데 적절한 유전체 재료들은 다이아몬드, SiC 및 AlN을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
회로는 장치의 후면측(즉, 열싱크측)에서 적어도 일 부분이 주변환경(surroundings)에 노출되어 있는 것이 바람직하다. 그러한 노출부는 회로와, 회로에 전기적으로 접속된 LED의 기능을 제어하는데 이용될 LED 구동기 유닛 사이의 접속부로서 이용될 수 있다.
회로로부터 분리된 열범프의 이용은 선택적이지만, LED와 열싱크 사이의 열접촉을 더 향상시키는데 이용될 수 있다. 열범프는 바람직하게는, 적어도 기판의 열전도성보다는 높은, 높은 열전도성을 갖는 전기적으로 도전성 또는 비도전성 재료로 만들어진다. 열범프를 위한 적절한 재료들은, 예를 들면, 회로에서의 이용에 적합한 재료들이지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
중간 열싱크는 바람직하게는, 예를 들면 구리, 은, 금, 볼프람(wolfram) 및 높은 열전도성을 갖는 다른 금속 또는 비금속 재료들과 같은 높은 열전도성 재료로 만들어진다(이에 한정되는 것은 아님). 그러한 재료들은 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 본 발명에 따른 수 개의 조명 장치들이 조명 장치들의 어레이에 배치된다. 그러한 어레이에서, 수 개의 LED들은 하나의 동일한 기판 상에, 그러나 별도의 개구들에 배치되거나, 별도의 기판들상에 배치될 수도 있다. 수 개의 장치들은 하나의 공통 중간 열싱크 또는 별도의 중간 열싱크들에 열적으로 접속될 수 있다. 그러나, 각각의 LED는 별도의 중간 열싱크에 열적으로 접속되는 것이 바람직한데, 이는 예를 들면 열싱크의 열팽창에 기인하여 장치 상에 발생하는 기계적 변형(mechanical strains)을 감소시키기 때문이다. 그러나, 그 경우 장치들을 위한 열싱킹 특성 및 기계적 지지를 향상시키기 위하여, 모든 열싱크들을 공통의 제2 열싱크 상에 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
제2 열싱크에 적합한 재료들은 높은 열전도성을 갖는 재료들이며, CuW-합금, 구리/몰리브덴 합금, Al/SiC(silicon-carbide-particle-reinforced aluminum)과 같은 금속복합물, 다이아몬드입자강화된 실리콘 카바이드(diamond-particle-reinforced silicon carbide)와 같은 탄소/탄소 복합물 및 세라믹 복합물을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다.
개구의 하부와 LED 사이의 공동은 LED와 열싱크 사이의 열접촉을 향상시키기 위하여 열전도성 재료로 충전되는 것이 바람직하다. 그러한 적절한 재료들로서 열 전도성 세라믹 입자들로 충전된 에폭시들을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 회로는 회로에 접속된 LED(들)의 기능을 제어하는 LED 구동기 유닛들에 접속될 수 있다. 그러한 적절한 LED 구동기 유닛들은 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한 적어도 부분적으로 공통 회로를 공유하면서, 하나의 단일 기판 상의 별도의 개구들에 각각 배치된 전술된 복수의 LED들을 포함하는 장치에 관한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 장치는 또한 "기판의 스루 비아홀들(through substrate via holes)", 즉 기판을 통한 개구들을 포함할 수 있다. 장치는 LED 또는 LED들의 어레이 위에 배치된 광시준기(light collimator)에 의하여 커버되어 LED(들)로부터 방출된 광을 원하는 방향으로 확산시킬 수 있고, 그러한 시준기와 LED(들) 사이의 보이드(void)는 실리콘 페이스트로 충전될 수 있다. 기판의 스루 비아홀은 실리콘 페이스트로 이러한 보이드를 충전하는데에 이용될 수 있다.
예
도 1에 도시된 발광 장치 제조 방법의 예가 이제 기술되며, 도 2에서 개요가 설명된다.
(i) 회로의 제조
본 방법은 본 실시예에서 개구에 돌출부들을 형성할 열범프들 및 회로의 제 조로 시작된다.
약 625㎛의 두께를 갖는 실리콘 기판이 제공된다. 회로측이 되는 실리콘 기판측에, 하드 에치 마스크(0.5 ㎛ SiO2)가 성장되어 패터닝되어, 마스크에는 돌출부들을 위한 위치를 정의한 개구들이 남겨지고, 그 후 개구 내에서 5-20㎛ 깊이까지 KOH 에칭이 후속되며, SiO2가 기판으로부터 제거되었다.
다음, 유전체 재료 Si3N4가 회로측 기판 상에 피착되고 패터닝되어 기판과 회로 사이에 전기적 분리를 제공하였으며, 돌출부들을 위한 위치들에 유전체 재료의 개구들이 남는다.
두꺼운(1-5㎛) 알루미늄층을 피착 및 패터닝하여 기판 상에 회로가 형성되었고, 회로 상에는, 높은 열전도성의 얇은(~100nm) 유전체(AlN)가 스퍼터링되어 주변 환경, 특히 열싱크로부터 회로를 분리하였다.
열범프는 LED에 전기적으로 접속되지 않으므로, 이 AlN 층은 에칭(70℃ KOF 에칭)에 의하여 열범프로부터 제거되어 열싱크로의 직접적인 열적 및 전기적 접속을 제공할 수 있다. 더욱이, 열싱크는 LED를 위한 전기적 그라운드로서 기능하므로, AlN 재료는 또한 열싱크로의 그라운딩 접속으로서 기능할 수도 있는 회로의 일부로부터 제거될 수 있다. 또한, 열싱크에 의하여 커버되지 않을 회로의 한 영역에서, AlN 재료가 제거되어 회로의 영역을 제공하며, 이것은 장치의 열싱크측의 주변환경들에 노출된다(도 2a).
( ii ) 개구의 정의
그 후, 기판은 그라인딩 및 습식 손상 에칭(wet damage etching)에 의하여 기판의 LED 측으로부터 거의 LED의 두께(~200 um)까지 박막화되었다. 하드-에치 마스크(Cr/Cu)가 기판의 LED측 상에 피착되었고 개구를 위한 영역을 정의하도록 패터닝되었다.
( iii ) 중간 열싱크 도금
중간 열싱크를 피착하기 위하여, 도금 베이스(Cr/Cu)가 기판의 회로측 상에 스퍼터링되었고, 도금 베이스 상에 두꺼운(20-100㎛) 레지스트가 패터닝되어 중간 열싱크를 위한 위치를 정의하였다. 그 후, 중간 열싱크(구리, ~ 50㎛)가 정의된 위치에서 도금 베이스 상에 도금되었다(도 2b).
( iv ) 개구 에칭
레지스트를 제거한 후, 이전에 피착된 하드 에치 마스크에 의하여 그 영역이 정의되었던 개구가 기판의 LED 측으로부터 회로 및/또는 회로가 피착된 유전체 Si3N4 재료까지 에칭되었다. 이 단계 동안, 기판의 회로측은 도금 베이스 및 열싱크에 의하여 에칭으로부터 보호되었다.
이 후, 도금 베이스는 습식 에칭에 의하여 제거되었고, 이것은 또한 기판의 LED 측으로부터 하드 에치 마스크를 제거하였다(도 2c).
(v) LED 부착
이제 개구에서 노출되어 개구 내에 돌출부들을 형성하는 회로의 부분들에는, 무전해 성장(electro-less growth)에 의하여 땜납 습윤층(solder wetting layer), Ni/Au가 제공되었다. 이 단계 동안 Ni/Au 층은 또한 기판의 회로측 상의 구리 중간 열싱크 상에 피착되고, 이로써 부식이 방지될 것이다.
최종적으로 LED는 회로에 납땜되고 언더필될 수 있으며, 장치는 CuW 열싱크에 납땜된다(도 2d).
본 설명이 본 발명에 따른 조명 장치를 형성하기 위하여 기판 내의 개구를 통하여 열싱크에 열접촉하는 하나의 단일 LED를 배치하는 것에 관한 것일지라도, 본 설명은, 하나의 기판 내의 수개의 개구들을 통하여 열싱크들에 열접촉하는 수개의 LED들을 평행 배치하는 방법에 관한 것이기도 하다.
상기 제안된 방법은 또한 기판의 스루 비아홀들의 제조 방법을 제공한다.
기판의 스루 비아홀들의 제조는 예를 들면 다음과 같이 수행될 수 있다.
중간 열싱크 도금 전에, 회로가 피착되는 SiO2층, 및 중간 열싱크로부터 회로를 분리시키는 열전도성 유전체 재료는 작은 영역으로부터 제거되어 기판 재료를 노출시킨다. 중간 열싱크가 도금되면, 또한 그 재료의 링(ring)이 이에 따라 상기 노출된 영역 주위에 도금된다. 기판의 LED측 내에 개구를 에칭하는 동안, 이에 따라 노출된 영역은 보호되지 않을 것이고, 따라서, 원하는 위치에서 기판의 스루 비 아홀이 획득될 것이다.

Claims (10)

  1. 기판(2), 회로(5), 상기 회로와 전기적으로 접속하는 LED(4), 및 상기 LED의 열을 방출시키도록 배치된 열싱크(8)를 포함하는 발광 장치(1)로서 - 상기 LED는 상기 기판 내의 개구(3)를 통하여 상기 열싱크와 열접촉(thermal contact)하며, 상기 개구는 상기 기판을 통해 연장되는 홀(hole)임 - ,
    상기 회로(5)는, 유전체층(6)에 의해 상기 기판으로부터 분리되어, 상기 기판(2) 상에 배치되어 있으며,
    상기 LED는 적어도 부분적으로 상기 회로를 경유하여 상기 열싱크와 열접촉하며,
    상기 LED는 상기 개구 내에 적어도 부분적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED는 상기 기판 내의 상기 개구를 통하여 상기 회로에 접속되는 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회로는 상기 개구 내에 돌출부를 형성하는 발광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 내의 제1 개구를 통하여 제1 열싱크에 열접속하는 제1 LED, 및 상기 기판 내의 제2 개구를 통하여 제2 열싱크에 열접속하는 제2 LED를 포함하는 발광 장치.
  5. 발광 장치의 제조 방법으로서,
    기판, 회로, 열싱크, 유전체층 및 LED를 제공하는 단계;
    상기 회로를 상기 기판 상에 배치하는 단계 - 상기 회로는 상기 유전체층에 의해 상기 기판으로부터 분리되어, 상기 기판상에 배치됨 -;
    상기 기판 내에 개구를 획득하는 단계 - 상기 개구는 상기 기판을 통해 연장되는 홀임 - ;
    상기 LED를 상기 개구 내에 적어도 부분적으로 배치하는 단계;
    상기 LED를 상기 회로와 전기적으로 접속하도록 배치하는 단계; 및
    상기 열싱크를, 적어도 부분적으로 상기 회로를 경유하여 상기 LED와 열접속하도록 배치하는 단계 - 상기 열접속은 상기 개구를 통하여 이루어짐 -
    를 포함하는 발광 장치 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전기적 접속은 상기 개구를 통하여 이루어지는 발광 장치 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 개구는 에칭에 의하여 획득되는 발광 장치 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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