KR101469052B1 - 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 면적의 손실이 없이 제너 소자를 기판에 실장할 수 있게 하는 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법에 관한 것으로서, 전극분리선을 경계로 상기 전극분리선의 일측 방향에 제 1 전극부가 설치되고, 상기 전극분리선의 타측 방향에 제 2 전극부가 설치되는 기판; 상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 1 신호전달부재와 제 2 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 실장되는 적어도 하나의 발광 소자; 및 상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 3 신호전달부재와 제 4 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 실장되는 적어도 하나의 제너 소자(zener diode);를 포함할 수 있다.

Description

발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법{Light emitting device package and its manufacturing method}
본 발명은 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 면적의 손실이 없이 제너 소자를 기판에 실장할 수 있게 하는 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 광의 지향성이 강하여 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어, 여러 가지 용도로 모듈화하여 각종 조명 장치나 디스플레이 장치 등에 적용할 수 있다.
한편, 정전기나 전자파에 의해서 발광 소자에 발생되는 피해를 줄이기 위해서 종래의 발광 소자 패키지는 기판에 별도의 제너 소자(zener diode)를 실장하였다.
그러나, 종래의 발광 소자 패키지는, 제너 소자가 기판의 발광 소자 실장면에 상기 발광 소자와 함께 실장되기 때문에 제너 소자가 실장되는 면적 만큼, 발광 면적의 손실이 발생되어 제품의 발광 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 발광 면적이 손실이 없이 제너 소자를 실장하여 제품의 발광 성능을 향상시키고, 제작 비용 및 제작 시간을 절감하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 하는 발광 소자 패키지 및 이의 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 전극분리선을 경계로 상기 전극분리선의 일측 방향에 제 1 전극부가 설치되고, 상기 전극분리선의 타측 방향에 제 2 전극부가 설치되는 기판; 상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 1 신호전달부재와 제 2 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 실장되는 적어도 하나의 발광 소자; 및 상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 3 신호전달부재와 제 4 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 실장되는 적어도 하나의 제너 소자(zener diode);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자는, 상기 기판의 상면에 실장되고, 상기 제너 소자는, 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판의 하면에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자는, 상기 기판의 상면에 실장되고, 상기 제너 소자는, 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판의 측면에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 상기 발광 소자의 주위를 둘러싸도록 상기 기판에 설치되는 하우징 부재;를 더 포함하고, 상기 기판의 상기 전극분리선은, 상기 하우징 부재가 설치되는 상기 기판의 하우징 부재 설치면에 부분적으로 설치되며, 상기 제너 소자는, 상기 하우징 부재 설치면에 설치되는 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판과 상기 하우징 부재 사이에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 기판은, 상기 발광 소자가 안착되는 상기 기판의 발광 소자 안착면에 제너 소자 수용홈이 형성되고, 상기 제너 소자는, 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판의 제너 소자 수용홈에 삽입되어 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제너 소자는, 플립칩일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제 3 신호전달부재 및 상기 제 4 신호전달부재는, 도전성 패이스트(paste)로 이루어지는 범프일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 전극분리선의 폭(W)은 적어도 상기 기판의 두께(t)의 70퍼센트 이상이고 상기 제 3 신호전달부재와 상기 제 4 신호전달부재 사이의 이격 거리보다 작고, 상기 제너 소자는 상기 제 3 신호전달부재와 상기 제 4 신호전달부재의 폭을 a라 할 때, 단변의 길이는 a보다 크고 2a 이하의 범위이고, 장변의 길이는 2a보다 크고 2a + t + 2a 이하의 범위일 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법은, 전극분리선을 경계로 상기 전극분리선의 일측 방향에 제 1 전극부가 설치되고, 상기 전극분리선의 타측 방향에 제 2 전극부가 설치되도록 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 3 신호전달부재와 제 4 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 적어도 하나의 제너 소자(zener diode)을 실장하는 단계; 및 상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 1 신호전달부재와 제 2 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 적어도 하나의 발광 소자를 실장하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제너 소자를 실장하는 단계에서, 상기 제너 소자가 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판의 하면에 도전성 패이스트를 도포한 다음, 상기 제너 소자를 상기 기판의 하면에 설치하고, 상기 발광 소자를 실장하는 단계에서, 상기 기판의 상면에 상기 발광 소자를 실장할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 의한 발광 소자 패키지에 따르면, 제품의 발광 성능을 향상시키고, 제품의 생산성을 높일 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 발광 소자 패키지의 제너 소자를 나타내는 저면도이다.
도 7은 도 1의 발광 소자 패키지의 발광 소자와 제너 소자를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 사시도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 크게 기판(10)과, 발광 소자(20) 및 제너 소자(30)(zener chip)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기판(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극분리선(L1)을 경계로 상기 전극분리선(L1)의 일측 방향에 제 1 전극부(11)가 설치되고, 상기 전극분리선(L1)의 타측 방향에 제 2 전극부(12)가 설치될 수 있다.
이러한, 상기 기판(10)은, 상기 발광 소자(20)를 수용할 수 있고, 상기 발광 소자(20)와 전기적으로 연결되는 것으로서, 상기 발광 소자(20)를 지지할 수 있도록 적당한 기계적 강도와 절연성을 갖는 재료나 전도성 재료로 제작될 수 있다.
예를 들어서, 상기 기판(10)은, 상기 발광 소자(20)를 외부 전원과 연결시키도록 각종 배선층이 형성될 수 있고, 에폭시계 수지 시트를 다층 형성시킨 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은, 연성 재질의 플랙서블 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)일 수 있다.
이외에도, 상기 기판(10)은, 레진, 글래스 에폭시 등의 합성 수지 기판이나, 열전도율을 고려하여 세라믹(ceramic) 기판이 적용될 수 있고, 이외에도 절연 처리된 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 납, 금, 은 등의 금속 기판 등이 적용될 수 있으며, 플레이트 형태나 리드 프레임 형태의 기판들이 적용될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 상기 기판(10)의 상기 제 1 전극부(11)와 상기 제 2 전극부(12)에 제 1 신호전달부재(21)와 제 2 신호전달부재(22)가 각각 연결되도록 상기 기판(10)에 적어도 하나 이상 실장되는 것으로서, 상기 발광 소자(20)는, 상기 기판(10)의 상면(10a)에 실장될 수 있다.
이러한, 상기 발광 소자(20)는, 상기 기판(10)에 안착될 수 있는 것으로서, 반도체로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 질화물 반도체로 이루어지는 청색, 녹색, 적색, 황색 발광의 LED, 자외 발광의 LED 등이 적용될 수 있다. 질화물 반도체는, 일반식이 AlxGayInzN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1, x+y+z=1)으로 나타내진다.
또한, 상기 발광 소자(20)는, 예를 들면, MOCVD법 등의 기상성장법에 의해, 성장용 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드 기판 상에 InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 에피택셜 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성할 수 있다. 이들 반도체는, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순으로 형성한 적층체를 이용할 수 있다. 상기 발광층(활성층)은, 다중 양자웰 구조나 단일 양자웰 구조를 한 적층 반도체 또는 더블 헤테로 구조의 적층 반도체를 이용할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(20)는, 디스플레이 용도나 조명 용도 등 용도에 따라 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다.
여기서, 상기 성장용 기판으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장용 기판은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며. 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판(1501)과 GaN계인 발광 적층체(S) 사이의 버퍼층(1502)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
또한, 상기 성장용 기판은 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 제거 시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지 기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키게 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 LED 구조 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형, 다각형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001 과 4.758 이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
또한, 상기 성장용 기판의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판 면으로 갖는 Si 기판이 GaN와의 격자상수의 차이가 17% 정도로 격자 정수의차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56%정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판 등의 지지기판을 추가로 형성하여 사용한다.
상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 성장용 기판과 발광적층체 사이에 버퍼층을 배치시킬 수 있다. 상기 버퍼층은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
여기서, 상기 버퍼층은 AlxInyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
또한, 도 1에서는, 범프나 패드나 솔더 등의 신호전달매체를 갖는 플립칩 형태의 발광 소자(20)를 예시하였으나, 이외에도 와이어 등의 신호전달매체를 갖는 수직형 및 수평형 등 다양한 형태의 발광 소자들이 적용될 수 있다.
또한, 상기 제너 소자(30)(zener chip)는, 상기 기판(10)의 상기 제 1 전극부(11)와 상기 제 2 전극부(12)에 제 3 신호전달부재(31)와 제 4 신호전달부재(32)가 각각 연결되도록 상기 기판(10)에 적어도 하나 이상 실장되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제너 소자(30)는, 발광 면적의 손실이 없도록 상기 전극분리선(L1)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)의 하면(10b)에 설치될 수 있다.
여기서, 상기 제너 소자(30)는, 플립칩일 수 있고, 상기 제너 소자(30)의 상기 제 3 신호전달부재(31) 및 상기 제 4 신호전달부재(32)는, 도전성 패이스트(paste)로 이루어지는 범프일 수 있다.
이러한, 상기 제너 소자(30)는, 제너 효과를 이용한 정전압 다이오드일 수 있다. 여기서, 상기 제너 다이오드는, 정전압 장치에 이용되어 반도체의 PN 접합에 역방향 전압을 가할 경우, 어느 전압값 이상이 되면 전류가 급격히 증가한다. 이것을 이용하여 전류의 대폭적인 변화에 대해서도 단자 전압이 별로 변화하지 않으므로 정전압 장치에 이용할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 상기 제너 소자(30)가 발광 면적으로 이용되는 상기 기판(10)의 상면(10a)이 아닌 발광 면적으로 사용되지 않는 상기 기판(10)의 하면(10b)에 설치되어 발광 면적의 손실이 없이도 상기 제너 소자(30)를 상기 기판(10)에 설치할 수 있다.
한편, 도시하진 않았지만, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 상기 발광 소자(20)의 광 경로에 설치되는 형광체를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 형광체는, 예컨데, 아래와 같은 조성식 및 컬러를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 L3Si6O11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu
이러한, 상기 형광체의 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y은 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다, 또한 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 상기 형광체의 대체 물질로 양자점(Quantum Dot) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, LED에 형광체와 QD를 혼합 또는 단독으로 사용될 수 있다.
QD는 CdSe, InP 등의 코어(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 쉘(0.5 ~ 2nm)및 코어, 쉘의 안정화를 위한 리간드(Regand)의 구조로 구성될 수 있으며, 크기에 따라 다양한 칼라를 구현할 수 있다.
또한, 상기 형광체 또는 양자점(Quantum Dot)의 도포 방식은 크게 LED 칩 또는 발광소자에 뿌리는 방식, 또는 막 형태로 덮는 방식, 필름 또는 세라믹 형광체 등의 시트 형태를 부착하는 방식 중 적어도 하나를 사용 할 수 있다.
뿌리는 방식으로는 디스펜싱, 스프레이 코팅 등이 일반적이며 디스펜싱은 공압방식과 스크류(Screw), 리니어 타입(Linear type) 등의 기계적 방식을 포함한다. 제팅(Jetting) 방식으로 미량 토출을 통한 도팅량 제어 및 이를 통한 색좌표 제어도 가능하다. 웨이퍼 레벨 또는 발광 소자 기판상에 스프레이 방식으로 형광체를 일괄 도포하는 방식은 생산성 및 두께 제어가 용이할 수 있다.
발광 소자 또는 LED 칩 위에 막 형태로 직접 덮는 방식은 전기영동, 스크린 프린팅 또는 형광체의 몰딩 방식으로 적용될 수 있으며 LED 칩 측면의 도포 유무 필요에 따라 해당 방식의 차이점을 가질 수 있다.
발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체 중 단파장에서 발광하는 광을 재 흡수하는 장파장 발광 형광체의 효율을 제어하기 위하여 발광 파장이 다른 2종 이상의 형광체층을 구분할 수 있으며, LED 칩과 형광체 2종 이상의 파장 재흡수 및 간섭을 최소화하기 위하여 각 층 사이에 DBR(ODR)층을 포함 할 수 있다.
균일 도포막을 형성하기 위하여 형광체를 필름 또는 세라믹 형태로 제작 후 LED 칩 또는 발광 소자 위에 부착할 수 있다.
광 효율, 배광 특성에 차이점을 주기 위하여 리모트 형식으로 광변환 물질을 위치할 수 있으며, 이 때 광변환 물질은 내구성, 내열성에 따라 투광성 고분자, 유리등의 물질 등과 함께 위치한다.
이러한, 상기 형광체 도포 기술은 LED 소자에서 광특성을 결정하는 가장 큰 역할을 하게 되므로, 형광체 도포층의 두께, 형광체 균일 분산 등의 제어 기술들이 다양하게 연구되고 있다. QD 또한 형광체와 동일한 방식으로 LED 칩 또는 발광소자에 위치할 수 있으며, 유리 또는 투광성 고분자 물질 사이에 위치하여 광 변환을 할 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, LED 칩 또는 상기 발광 소자(20)를 외부 환경으로부터 보호하거나, 상기 발광 소자(20)의 외부로 나가는 광 추출 효율을 개선하기 위하여 충진재로 투광성 물질이 상기 LED 칩 또는 상기 발광 소자(20) 또는 상기 형광체 상에 위치할 수 있다.
이 때 적용되는 투광성 물질은 Epoxy, Silicone, Epoxy 와 Silicone의 Hybrid 등의 투명 유기용제가 적용되며, 가열, 광 조사, 시간 경과 등의 방식으로 경화하여 사용할 수 있다.
상기 Silicone 은 Polydimethyl siloxane 을 Methyl 계로 Polymethylphenyl siloxane 을 Phenyl 계로 구분하며, Methyl 계와 Phenyl 계에 따라 굴절률, 투습률, 광투과율, 내광안정성, 내열안정성에 차이를 가지게 된다. 또한, Cross Linker 와 촉매재에 따라 경화 속도에 차이를 가지게 되어 형광체 분산에 영향을 준다.
충진재의 굴절률에 따라 광 추출 효율은 차이를 가지게 되며, Blue 광이 방출되는 부분의 Chip 최외각 매질의 굴절률과 Air로 방출되는 굴절률의 Gap을 최소로 해주기 위하여 굴절률이 다른 이종 이상의 Silicone 을 순차적으로 적층할 수 있다.
일반적으로 내열 안정성은 Methyl 계가 가장 안정하며, Phenly 계, Hybrid, Epoxy 순으로 온도 상승에 변화율이 적다. Silicone은 경도에 따라 Gel type, Elastomer type, Resin type 으로 구분할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 상기 발광 소자(20)의 주위를 둘러싸도록 상기 기판(10)에 설치되는 하우징 부재(40)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 하우징 부재(40)는, 적어도 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘, PSR(Photo Solder Resister) 및 이들의 조합 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 하우징 부재(40)는, 상기 기판(10)에 몰딩 성형되거나, 기타 디스펜싱 또는 스크린 프린팅될 수 있다.
이외에도, 상기 하우징 부재(40)은, 상기 발광 소자(20)의 형태에 따라서, 타원홀, 다각형홀, 사다리꼴형, 복합형 등 매우 다양한 형태의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 더욱 구체적으로는, 예를 들어서, 상기 하우징 부재(40)은, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지 등이 적용될 수 있다.
또한, 이들 수지 중에, 산화 티타늄, 이산화 규소, 이산화 티탄, 이산화 지르코늄, 티타늄 산 칼륨, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 붕소, 멀라이트, 크롬, 화이트 계열이나 금속 계열의 성분 등 광 반사성 반사 물질을 함유시킬 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 하우징 부재(40)는, 상기 발광 소자(20)의 전방 및 후방에 총 2개가 설치되는 것을 예시하였으나, 이외에도 상기 발광 소자(20)의 전방, 후방, 좌측방, 우측방에 총 4개가 상기 발광 소자(20)의 주위를 둘러쌀 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 나타내는 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)는, 상기 발광 소자(20)가, 상기 기판(10)의 상면(10a)에 실장되고, 상기 제너 소자(30)는, 상기 전극분리선(L1)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)의 측면(10c)에 설치될 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)는, 상기 제너 소자(30)가 발광 면적으로 이용되는 상기 기판(10)의 상면(10a)이 아닌 발광 면적으로 사용되지 않는 상기 기판(10)의 측면(10c)에 설치되어 발광 면적의 손실이 없이도 상기 제너 소자(30)를 상기 기판(10)에 설치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(300)를 나타내는 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(300)는, 상기 발광 소자(20)의 주위를 둘러싸도록 상기 기판(10)에 설치되는 하우징 부재(40)를 더 포함하고, 상기 기판(10)의 상기 전극분리선(L2)은, 상기 하우징 부재(40)가 설치되는 상기 기판(10)의 하우징 부재 설치면(10d)에 부분적으로 설치되며, 상기 제너 소자(30)는, 상기 하우징 부재 설치면(10d)에 설치되는 상기 전극분리선(L2)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)과 상기 하우징 부재(40) 사이에 설치될 수 있다.
즉, 상기 전극분리선(L2)은, 일부분이 상기 기판(10)의 상면(10a)에 형성되는 발광 소자 안착면을 지나서, 타부분이 절곡되어 상기 하우징 부재 설치면(10d)를을 지날 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(300)는, 상기 제너 소자(30)가 발광 면적으로 이용되는 상기 기판(10)의 발광 소자 안착면이 아닌 발광 면적으로 사용되지 않는 상기 하우징 부재 설치면(10d)에 설치되어 발광 면적의 손실이 없이도 상기 제너 소자(30)를 상기 기판(10)에 설치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(400)를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 발광 소자 패키지(400)를 나타내는 단면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(400)는, 상기 기판(10)에 상기 발광 소자(20)가 안착되는 상기 기판(10)의 발광 소자 안착면(10e)에 제너 소자 수용홈(13)이 형성되고, 상기 제너 소자(30)는, 상기 전극분리선(L3)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)의 제너 소자 수용홈(13)에 삽입되어 설치될 수 있다.
따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(400)는, 상기 제너 소자(30)가 발광 면적으로 이용되는 상기 발광 소자(20)의 상방이 아닌 발광 면적으로 사용되지 않는 상기 발광 소자(20)의 하방에 설치되어 발광 면적의 손실이 없이도 상기 제너 소자(30)를 상기 기판(10)에 설치할 수 있다.
도 6은 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 제너 소자(30)를 나타내는 저면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 상기 전극분리선(L1)의 폭(W)은, 제작 과정에서 기계적인 한계로 인하여 적어도 상기 기판(10)의 두께(t)의 70퍼센트 이상일 수 있고, 나아가 제너 소자(30)으 제 3 신호전달부재(31)와 제 4 신호전달부재(32) 사이에 배치될 수 있도록 제 3 신호전달부재(31)와 제 4 신호전달부재(32)의 이격거리보다 작을 수 있다.
또한, 이러한 기계적인 한계와 공정 상의 허용 오차 등을 고려하여, 상기 제너 소자(30)는, 상기 제 3 신호전달부재(31)와 상기 제 4 신호전달부재(32)의 폭을 a라 할 때, 그 단변의 길이(m)는 a보다 크고 2a 이하의 범위이고, 그 장변의 길이(n)는 2a보다 크고 2a + t + 2a 이하의 범위일 수 있다.
도 7은 도 1의 발광 소자 패키지(100)의 발광 소자(20)와 제너 소자(30)를 나타내는 회로도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제너 소자(30)는, 상기 발광 소자(20)와 병렬로 연결될 수 있다. 이외에도, 상기 제너 소자(30)는, 상기 발광 소자(20)와 직렬로도 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)의 제작 방법은, 전극분리선(L1)을 경계로 상기 전극분리선(L1)의 일측 방향에 제 1 전극부(11)가 설치되고, 상기 전극분리선(L1)의 타측 방향에 제 2 전극부(12)가 설치되도록 기판(10)을 준비하는 단계(S1)와, 이어서, 상기 기판(10)의 상기 제 1 전극부(11)와 상기 제 2 전극부(12)에 제 3 신호전달부재(31)와 제 4 신호전달부재(32)가 각각 연결되도록 상기 기판(10)에 적어도 하나의 제너 소자(30)(zener chip)을 실장하는 단계(S2) 및, 이어서, 상기 기판(10)의 상기 제 1 전극부(11)와 상기 제 2 전극부(12)에 제 1 신호전달부재(21)와 제 2 신호전달부재(22)가 각각 연결되도록 상기 기판(10)에 적어도 하나의 발광 소자(20)를 실장하는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제너 소자(30)을 실장하는 단계(S2)에서, 상기 제너 소자(30)가 상기 전극분리선(L1)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)의 하면(10b)에 도전성 패이스트를 도포한 다음, 상기 제너 소자(30)을 상기 기판(10)의 하면(10b)에 설치하고, 상기 발광 소자(20)를 실장하는 단계(S3)에서, 상기 기판(10)의 상면(10a)에 상기 발광소자(20)를 실장할 수 있다.
이외에도, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)의 제작 방법은, 상기 제너 소자(30)을 실장하는 단계(S2)에서, 상기 제너 소자(30)가 상기 전극분리선(L1)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)의 측면(10c)에 도전성 패이스트를 도포한 다음, 상기 제너 소자(30)을 상기 기판(10)의 측면(10c)에 설치하고, 상기 발광 소자(20)를 실장하는 단계(S3)에서, 상기 기판(10)의 상면(10a)에 상기 발광소자(20)를 실장할 수 있다.
이외에도, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(300)의 제작 방법은, 상기 기판(10)을 준비하는 단계(S1)에서, 하우징 부재(40)가 설치될 수 있는 상기 기판(10)의 하우징 부재 설치면(10d)에 상기 기판(10)의 상기 전극분리선(L2)을 부분적으로 설치하고, 상기 제너 소자(30)을 실장하는 단계(S2)에서, 상기 하우징 부재 설치면(10d)에 설치된 상기 전극분리선(L2)에 상기 제너 소자(30)가 걸쳐지도록 상기 기판(10)에 상기 제너 소자(30)을 설치하며, 상기 발광 소자(20)의 주위를 둘러싸도록 상기 하우징 부재(40)를 상기 기판(10)에 설치하는 단계(S4)를 더 포함할 수 있다.
이외에도, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(400)의 제작 방법은, 상기 기판(10)을 준비하는 단계(10)에서, 상기 발광 소자(20)가 안착되는 상기 기판(10)의 발광 소자 안착면(10e)에 제너 소자 수용홈(13)을 형성하고, 상기 제너 소자(30)을 실장하는 단계(S2)에서, 상기 제너 소자(30)가 상기 전극분리선(L3)에 걸쳐지도록 상기 기판(10)의 제너 소자 수용홈(13)에 상기 제너 소자(30)을 삽입하여 설치할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
L1, L2, L3: 전극분리선
10: 기판
10a: 상면
10b: 하면
10c: 측면
10d: 하우징 부재 설치면
10e: 발광 소자 안착면
11: 제 1 전극부
12: 제 2 전극부
13: 제너 소자 수용홈
20: 발광 소자
21: 제 1 신호전달부재
22: 제 2 신호전달부재
30: 제너 소자
31: 제 3 신호전달부재
32: 제 4 신호전달부재
40: 하우징 부재
100, 200, 300, 400: 발광 소자 패키지
W, a: 폭
t: 두께
m: 단변의 길이
n: 장변의 길이

Claims (10)

  1. 전극분리선을 경계로 상기 전극분리선의 일측 방향에 제 1 전극부가 설치되고, 상기 전극분리선의 타측 방향에 제 2 전극부가 설치되는 기판;
    상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 1 신호전달부재와 제 2 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 실장되는 적어도 하나의 발광 소자; 및
    상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 3 신호전달부재와 제 4 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 실장되는 적어도 하나의 제너 소자(zener diode);
    을 포함하고,
    상기 발광 소자는, 상기 기판의 상면에 실장되고,
    상기 제너 소자는, 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판의 측면에 설치되는 것인, 발광 소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제너 소자는, 플립칩인, 발광 소자 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 신호전달부재 및 상기 제 4 신호전달부재는, 도전성 패이스트(paste)로 이루어지는 범프인, 발광 소자 패키지.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극분리선의 폭(W)은 적어도 상기 기판의 두께(t)의 70퍼센트 이상이고 상기 제 3 신호전달부재와 상기 제 4 신호전달 부재 사이의 이격 거리보다 작고,
    상기 제너 소자는, 상기 제 3 신호전달부재와 상기 제 4 신호전달부재의 폭을 a라 할 때, 단변의 길이는 a보다 크고 2a 이하의 범위고, 장변의 길이는 2a보다 크고 2a + t + 2a 이하의 범위를 갖는, 발광 소자 패키지.
  9. 전극분리선을 경계로 상기 전극분리선의 일측 방향에 제 1 전극부가 설치되고, 상기 전극분리선의 타측 방향에 제 2 전극부가 설치되도록 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 3 신호전달부재와 제 4 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 적어도 하나의 제너 소자(zener diode)을 실장하는 단계; 및
    상기 기판의 상기 제 1 전극부와 상기 제 2 전극부에 제 1 신호전달부재와 제 2 신호전달부재가 각각 연결되도록 상기 기판에 적어도 하나의 발광 소자를 실장하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제너 소자를 실장하는 단계에서, 상기 제너 소자는, 상기 전극분리선에 걸쳐지도록 상기 기판의 측면에 설치되고,
    상기 발광 소자를 실장하는 단계에서, 상기 기판의 상면에 상기 발광 소자가 실장되는, 발광 소자 패키지의 제작 방법.
  10. 삭제
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