KR101483656B1 - 광 또는 온도 센서들이 통합되고, 시다중화되어 있는 반도체 패키지 - Google Patents

광 또는 온도 센서들이 통합되고, 시다중화되어 있는 반도체 패키지 Download PDF

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Abstract

적어도 2개의 핀들(11, 12)을 갖는 패키지(10)가 제안된다. 패키지는 제1 기능을 갖는 반도체 구조(20), 및 제2 기능을 갖는 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 전기 회로(30)를 포함한다. 구조(20) 및 회로(30)는 핀들(11, 12)에 전기적으로 접속된다. 또한, 패키지는 핀들(11, 12)을 통해 제1 동작 신호(60) 및 제2 동작 신호(70)를 시다중화함으로써 제1 기능 및 제2 기능을 수행하도록 동작가능하다. 마지막으로, 제1 기능은 조명 기능이고, 제2 기능은 감지 기능이다. 본 발명은 비용 효율적이면서 다용도의 소형화된, LED들 또는 레이저 다이오드들을 포함하는 발광 패키지를 제공한다는 점에서 특히 유리하다.

Description

광 또는 온도 센서들이 통합되고, 시다중화되어 있는 반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE WITH INCORPORATED LIGHT OR TEMPERATURE SENSORS AND TIME MULTIPLEXING}
본 발명은 적어도 2개의 핀들을 포함하는 패키지에 관한 것으로서, 이 패키지는 반도체 구조를 포함한다. 또한, 본 발명은 이러한 패키지를 포함하는 모듈, 및 이러한 패키지들 및 모듈들을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)들을 포함하는 제시된 종류의 패키지들 및 모듈들은 잘 알려져 있다. 이들은 (일반적인) 조명, LCD들 또는 간판(sign)들을 위한 백라이팅 등과 같은 다수의 응용들에서 사용될 수 있다. 통상적으로, 이러한 패키지들은 전기 회로를 포함한다. 이 회로는 예를 들면, 정전기 또는 역전압(reversed voltage)에 대한 보호를 위하여 LED에 대해 비평행하게(anti-parallel) 배치된 정전기 방전 보호 다이오드(electrostatic discharge protection diode)로 이루어진다. 대안으로, 회로는 마찬가지로 제1 LED에 비평행하게 배치된 제2 LED로 이루어져서, 패키지가 예를 들어, AC 전류로 구동되게 할 수 있다. 가능하게는, 2개의 LED들이 상이한 파장들에서 광을 방출하여, 색 혼합을 가능하게 한다. 서두 단락에서 언급된 패키지의 전형적인 예로는 종래 기술 문헌인 미국 특허 US 2003/0020415에 개시되어 있다.
종래 기술의 패키지들은 통상의 동작 조건들 하에서 색 안정성이 부족하다. 그 중에서도, LED들에서 동작하는 물리적인 프로세스들에 의해, 방출되는 광이 접합 온도에 민감해진다. 방출된 광의 색 안정성을 보장하기 위하여 온도 또는 광 센서들에 의존하는 다수의 능동 및 수동 피드백/포워드 제어 스킴들이 제안되었다. 통상적으로, 이러한 센서들은 광원들로서 패키지들을 포함하는 발광 모듈 또는 루미너리(luminary) 내부에 배치되었다. 그러나, 이는 어셈블리 비용들이 높은 것에 비해 생산가능한 장치를 복잡하게 한다. 또한, 센서들이 패키지들 외부의 모듈에서 어셈블되면, 개별적인 패키지들의 아이덴티티 및 기여도에 대한 선택도(selectivity)가 낮아진다. 또한, 알려져 있는 패키지들은, 3개 이상의 액세스 핀들을 적용하면, LED 전반에 걸친 전압 강하의 측정과 같이 전기 수단을 통해서만 결함이 있는 LED들을 검출할 수 있다. 예를 들어, 단지 2개의 액세스 핀들을 갖는 단일 패키지 내에 4개의 LED들의 스트링을 직렬로 적용하면, 이러한 전압 강하 측정에 의해서는 스트링 내의 결함이 있는 단일의 LED를 판정해낼 수 없다.
요약
본 발명의 목적은 비용 효율적인 다용도 패키지를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 추가적인 액세스 핀들을 필요로 하지 않고도, 결함이 있는 LED를 판정할 수 있는 패키지를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 소형화된 패키지 및/또는 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 (광 및 열) 소스들의 아이덴티티 및 이 소스들로부터의 기여도에 대해 높은 선택도를 갖는 (광 및 열) 센서 어셈블리를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 이들 목적들 중 적어도 하나의 목적은 청구항 1에 따른 본 발명의 제1 양태에 따른 패키지에 의해 달성된다. 적어도 2개의 핀들을 갖는 패키지가 제공되며, 이 패키지는 제1 기능을 갖는 반도체 구조, 및 제2 기능을 갖는 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 전기 회로를 포함하고, 상기 회로 소자는 다이오드 속성을 가지며 반도체 구조에 비평행하게 배치되고, 이 구조 및 회로는 핀들에 전기적으로 접속되고, 패키지는 핀들을 통해 양의 극성을 갖는 제1 동작 신호 및 음의 극성을 갖는 제2 동작 신호를 시다중화(time multiplexing)함으로써, 제1 기능 및 제2 기능을 수행하도록 동작가능하고, 제1 기능은 조명 기능이고, 제2 기능은 감지 기능이다.
본 발명은, LED(light emitting diode)들, RCLED(resonant cavity light emitting diode)들, VCSEL(vertical cavity laser diode)들 및 단면 발광 레이저 다이오드(edge emitting laser diode)들과 같은 반도체 발광 구조들이 오로지 한 방향으로만 전류를 도통시키기 때문에, 이들 구조들이 시다중화(time multiplexing)를 통한 핀 공유를 위해 훌륭한 기회를 제공한다는 점에 기초한다. 또한, 이들 구조들의 펄스화 동작 또는 변조 동작은 흔한 일로서, 즉, 이들 구조들은 보통 연속적으로 구동되지 않는다. 따라서, 일부 시간 동안 반도체 구조에 구동 전류를 제공하지 않으면, 가능한 다른 기능에 핀들을 재사용하게 된다. 또한, 최소 개수의 액세스 핀들을 갖는 패키지를 설계하는 것은 비용적인 이유에서도 이점이 있다. 또한, 설계 규칙들은 패키지들이 한번에 복수의 핀만큼 핀 카운트를 증가시키도록 규정한다. 따라서, 본 발명은 패키지에의 액세스 핀들의 개수를 최소화시켜, 비용 효율적이면서 다용도의 소형화된 패키지를 실현하게 된다. 마지막으로, 패키지 내부에 센서들을 통합시키면 다른 패키지들 내부의 소스들에 비해 패키지 내부의 (광 또는 열) 소스에 대한 선택도가 향상되게 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 회로는 적어도 하나의 DC 동작 장치(DC operated device)를 포함한다. 일 실시예에서, DC 동작 장치는 온도 센서 또는 광 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함한다. 유리하게는, 광 출력(플럭스, 색점 등)을 제어하고 안정화시키는 피드백 신호를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 회로는 반도체 발광 구조에 비평행하게 구성된 다이오드를 더 포함한다. 유리하게는, 2개의 기능이 서로 독립적으로 수행되게 구성된다.
일 실시예에서, 감지 기능은 플럭스 측정 또는 색점 측정 중 하나의 측정을 포함한다. 또한, 이는 방출된 광의 플럭스 및/또는 색점을 제어하고 안정화시킬 수 있게 한다.
일 실시예에서, 회로의 적어도 일부는 반도체 발광 구조에 통합된다. 일 실시예에서, 반도체 발광 구조는 서브마운트를 포함하고, 회로는 서브마운트 상에 통합된다. 이에 의해, 통합의 정도를 훨씬 더 크게 할 수 있다.
일 실시예에서, 반도체 발광 구조는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 중 적어도 하나의 다이오드를 포함한다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 적어도 하나의 패키지를 포함하는 발광 모듈을 제공한다. 유리하게는, (광 및 열) 소스들의 아이덴티티 및 이들 소스들로부터의 기여도에 대해 높은 선택도를 갖는 감지 및 피드백 능력들을 갖는 발광 어셈블리(이를테면, 루미너리 등)를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 모듈은 제1 동작 신호 및 제2 동작 신호를 시다중화하도록 구성된 처리 수단을 더 포함한다. 바람직하게는, 이들 처리 수단은 LED 또는 LD를 구동할 뿐 아니라, 센서로부터 피드백/피드포워드 신호를 모으는 (통합 또는 별개의) 회로를 포함하여, 발광 모듈의 미리 정해진 출력(플럭스, 색점 등)을 안정화시키도록 구동 신호들을 조정할 수 있다.
제3 양태에 따르면, 본 발명은 발광 모듈을 동작시키는 방법을 제공하며, 이 방법은, 모듈을 적어도 2개의 핀들을 갖는 적어도 하나의 패키지를 포함하도록 구성하는 단계, 패키지를 제1 기능을 갖는 반도체 구조, 및 제2 기능을 갖는 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 전기 회로를 포함하도록 구성하는 단계 - 상기 회로 소자는 다이오드 속성을 갖고 반도체 구조에 비평행하게 배치됨 -, 구조 및 회로를 핀들에 전기적으로 접속시키는 단계, 및 핀들을 통해 양의 극성을 갖는 제1 동작 신호 및 음의 극성을 갖는 제2 동작 신호를 시다중화함으로써, 제1 기능 및 제2 기능을 수행하도록 패키지를 동작시키는 단계를 포함하고, 제1 기능은 조명 기능이고, 제2 기능은 감지 기능이다.
본 발명의 이들 양태들 및 다른 양태들은 이하 설명되는 실시예들을 참조하여 명백히 설명될 것이다.
본 발명의 더욱 상세한 내용, 특징들 및 이점들은 도면들과 관련하여 이하의 예시적인 설명 및 바람직한 실시예들에서 개시된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 패키지를 동작시키는 시다중화 스킴을 도시하는 도면.
도 3은 회로 소자들이 통합되어 있는 서브마운트를 포함하는 반도체 구조를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 패키지의 실시예의 분해도.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 패키지(10)는 패키지를 예를 들어, 전원(도시 생략)에 접속시킬 수 있는 적어도 2개의 핀들(11, 12)을 갖는다. 패키지(10)는 LED(light emitting diode)들, RCLED(resonant cavity light emitting diode)들, VCSEL(vertical cavity laser diode)들 및 단면 발광 레이저 다이오드(edge emitting laser diode)들과 같은 반도체 구조(20)를 포함한다. 또한, 패키지(10)는 전기 회로(30)를 포함한다. 이 회로(30)는 다이오드(50) 및 DC 동작 장치(40)를 포함한다. 다이오드(50)는 반도체 구조(20)에 비평행하게 배치된다. 결과적으로, 반도체 구조(20)가 발광하도록 동작될 때, 다이오드(50)는 DC 장치를 차단한다(shut down). 또한, 다이오드(50)는 DC 동작 장치(40)를 역극성(reverse polarity)에 대해 보호한다. 일부 DC 동작 장치들은 그 자신들의 다이오드 속성을 갖는다는 것을 유의해야 한다(예를 들어, 광 및 온도 감지 다이오드). 이러한 경우, 다이오드(50) 및 DC 동작 장치(40)는 하나의 회로 소자로 결합될 수 있다. 이 구성은 2개의 상이한 기능들에 대해 핀들(11, 12)을 순차적으로 사용하게 할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 패키지(10)를 동작시키는 시다중화 스킴을 도시한다. 핀(11)에 대한 전기 신호들의 극성을 시간의 함수로서 도시한다. 다중화 스킴은 시간을 미리 정해진 길이 T1 및 T2의 구간들(이는 동일한 길이일 수도 있고 아닐 수도 있다)로 세분한다. T1 구간 동안에는, 핀(11)에 대해 양의 극성을 갖는 제1 동작 신호(60)가 반도체 구조(20)를 구동시킨다. T2 구간 동안에는, 핀(12)에 대해 양의 극성(핀(11)에 대한 음의 극성과 등가임)을 갖는 제2 동작 신호(70)가 DC 동작 장치(40)를 구동시킨다. 예를 들어, 반도체 구조(20)를 LED로서 구성하면, 제1 기능은 조명 기능일 수 있다. 제1 동작 신호(60)는 방출된 광 플럭스를 고정된 높이 및 가변하는 폭에 의해 규정하는 PWM 기반 구동 신호일 수 있다. 대안으로, 제1 동작 신호는 방출된 광 플럭스를 고정된 폭 및 가변하는 높이(또는 진폭)에 의해 규정하는 PAM 기반 신호일 수 있다. 다수의 다른 구동 신호(DC 또는 변조) 스킴들이 당해 기술 분야에서 현존하며, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 적용될 수 있다. 또한, DC 동작 장치(40)를 센서로서 구성하면 제2 기능이 감지 기능이 되게 할 수 있다. 유리하게는, 이러한 센서는 온도 센서를 포함할 수 있다. 대안으로, 이러한 센서는 광 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 제2 동작 신호(70)는 측정된 온도 또는 검출된 광을 프로브(probe)할 수 있다. 유리하게는, 방출된 광의 플럭스 및/또는 색점을 제어하고 안정화시키는 피드백 신호를 제공할 수 있게 한다. 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 다수의 다른 다중화 스킴들이 패키지(10)를 동작시키는 것도 고려될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 패키지(10)가 반도체 구조(20) 및 전기 회로(30)를 포함하지만, 이들 반도체 구조(20) 및 전기 회로(30)는 별개의 컴포넌트들로서 존재할 수도 있고 통합될 수도 있다. 따라서, 일 실시예에서, 회로(30)의 적어도 일부는 반도체 구조(20)에 통합된다. 일 실시예에서, 반도체 구조(20)는 서브마운트(29)를 포함하고, 회로(30)는 서브마운트 상에 통합된다(도 3). 이에 의해 통합의 정도를 훨씬 더 크게 할 수 있다. 이 실시예에서, 서브마운트(29)는 그 상면에 DC 동작 장치(40), 다이오드(50) 및 반도체 광원(21)을 상호접속시킨 전기 회로(도시 생략)를 포함한다. 또한, 이에 의해, 패키지(10)의 핀들(11, 12)에 대한 상호접속이 가능하게 된다. 반도체 광원(21)은 제1 도전성 타입(예를 들어, n-타입)의 층(22) 및 제2 도전성 타입(예를 들어, p-타입)의 층(23)을 포함하고, 그 사이에는 광원(21)에 적절한 구동 신호를 인가하면 미리 정해진 파장에서 광을 방출하도록 구성된 접합층(24)이 개재되어 있다. 제1 도전성 타입의 층(22) 및 제2 도전성 타입의 층(23)은 각각 컨택트층들(25 및 26)에 접속된다. 솔더 범프들(solder bump)(27, 28)은 서브마운트(29) 상의 전기 회로에 대한 접속을 가능하게 한다.
도 4는 패키지(10)의 분해도를 도시한다. 일 실시예에서, 패키지는 삽입 몰딩된 리드프레임(insert molded leadframe)에 배치된 열-싱크 슬러그(100)를 포함한다. 삽입 몰딩된 리드프레임은 핀들(106a, 106b)을 통해 전기 경로를 제공하는 금속 프레임(106) 주위에 몰딩된 예를 들면, 충전된 플라스틱 재료(105)이다. 슬러그(100)는 광학 반사기(102)를 포함할 수 있다. 반도체 발광 구조(104)는 열 전도성인 서브마운트(103)를 통해 슬러그(100)에 직접적으로 또는 간접적으로 실장된다. 회로(30)(도시 생략)는 반도체 발광 구조(104)에 통합될 수 있다. 대안으로, 회로는 서브마운트(103) 상에 통합될 수 있다. 대안으로, 회로는 몰딩된 플라스틱 재료(105) 내에 통합될 수 있다. 광학 렌즈일 수 있는 커버(108)가 추가될 수 있다.
다수의 패키지들(10)을 모듈로 조립하면 발광 루미너리(또는 그외 유사한 것)를 제작하는 것이 가능해진다. 유리하게는, 발광 어셈블리에 (광 및 열) 소스들의 아이덴티티 및 이들 소스들로부터의 기여도에 대해 높은 선택도를 갖는 감지 및 피드백 능력들을 제공한다. 센서들을 패키지들(10) 내부에 통합함으로써, 동일 패키지(10) 내부의 광원들의 적절한 특성들(온도, 광)을 아주 효과적으로 측정한다. 일 실시예에서, 모듈은 제1 동작 신호(60) 및 제2 동작 신호(70)를 시다중화하도록 구성된 처리 수단을 더 포함한다. 바람직하게는, 이들 처리 수단은 LED 또는 LD를 구동할 뿐만 아니라 센서로부터 피드백/피드포워드 신호를 모으는 (통합 또는 별개의) 회로를 포함하여, 발광 모듈의 미리 정해진 출력(플럭스, 색점 등)을 안정화시키도록 구동 신호들을 조정할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하기 위해 대안적인 실시예들이 사용될 수 있음은 자명할 것이다. 예를 들어, 패키지는 적절한 개수의 핀들과 결합하여 그 관련 회로(30)를 갖는 2 이상의 반도체 구조(20)를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 상술한 실시예들에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범주는 청구항들 및 그 등가물들에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (11)

  1. 적어도 2개의 핀들(11, 12)을 갖는 패키지(10)로서,
    제1 기능을 갖는 반도체 구조체(20), 및
    제2 기능을 갖는 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 전기 회로(30)
    를 포함하고,
    상기 회로 소자는 다이오드 속성을 가지며, 상기 반도체 구조체에 비평행하게(anti-parallel) 배치되고,
    상기 구조체(20) 및 상기 회로(30)는 상기 핀들(11, 12)에 전기적으로 접속되고,
    상기 패키지는, 상기 핀들(11, 12)을 통해 양의 극성을 갖는 제1 동작 신호(60) 및 음의 극성을 갖는 제2 동작 신호(70)를 시간 다중화(time multiplexing)함으로써, 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능을 수행하도록 동작가능하고,
    상기 제1 기능은 조명 기능이고, 상기 제2 기능은 감지 기능인 패키지(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로(30)는 온도 센서 및 광 센서 중 적어도 하나의 센서인 적어도 하나의 DC 동작 장치(40)를 포함하는 패키지(10).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회로(30)는 상기 반도체 구조체(20)에 비평행하게 배치된 다이오드(50)를 더 포함하는 패키지(10).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 감지 기능은 플럭스 측정 또는 색점 측정 중 하나의 측정을 포함하는 패키지(10).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로(30)의 적어도 일부는 상기 반도체 구조체(20)에 통합되는 패키지(10).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 구조체(20)는 서브마운트(29)를 포함하고, 상기 회로(30)는 상기 서브마운트 상에 통합되는 패키지(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 구조체(20)는 발광 다이오드 및 레이저 다이오드 중 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 패키지(10).
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 패키지(10)를 포함하는 발광 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모듈은 상기 제1 동작 신호(60) 및 상기 제2 동작 신호(70)를 시간 다중화하도록 구성된 처리 수단을 더 포함하는 발광 모듈.
  10. 발광 모듈을 동작시키는 방법으로서,
    상기 모듈을, 적어도 2개의 핀들(11, 12)을 갖는 패키지(10)를 포함하도록 구성하는 단계,
    상기 패키지를, 제1 기능을 갖는 반도체 구조체(20), 및 제2 기능을 갖는 적어도 하나의 회로 소자를 포함하는 전기 회로(30)를 포함하도록 구성하는 단계 - 상기 회로 소자는 다이오드 속성을 가지며, 상기 반도체 구조체에 비평행하게 배치됨 -,
    상기 구조체(20) 및 상기 회로(30)를 상기 핀들(11, 12)에 전기적으로 접속시키는 단계, 및
    상기 핀들(11, 12)을 통해 양의 극성을 갖는 제1 동작 신호(60) 및 음의 극성을 갖는 제2 동작 신호(70)를 시간 다중화함으로써, 상기 제1 기능 및 상기 제2 기능을 수행하도록 상기 패키지를 동작시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 기능은 조명 기능이고, 상기 제2 기능은 감지 기능인 방법.
  11. 삭제
KR1020107019255A 2008-01-30 2009-01-23 광 또는 온도 센서들이 통합되고, 시다중화되어 있는 반도체 패키지 KR101483656B1 (ko)

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EP08150811 2008-01-30
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