KR101719642B1 - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 서브 마운트 기판; 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 그 상면에 갖는, 상기 서브 마운트 기판상에 실장된 발광 다이오드 칩; 및 상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성된 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 노출시키며 상기 발광 다이오드 칩의 상면과 측면을 일체로 덮고, 적어도 상기 서브 마운트 기판의 상면 일부를 덮는 파장변환층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 발광 다이오드 칩의 상면은 물론 측면을 통해 방출되는 광의 파장 변환을 수행할 수 있으며, 또한 와이어를 용이하게 본딩할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
이에 따라, 발광 다이오드 칩의 상면은 물론 측면을 통해 방출되는 광의 파장 변환을 수행할 수 있으며, 또한 와이어를 용이하게 본딩할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장변환층을 갖는 발광 다이오드를 포함하는 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 발광 다이오드는 경박단소화가 가능하고, 에너지 절감과 오랜 기간 동안 수명이 유지되는 장점으로 인해 휴대폰을 비롯한 각종 표시장치의 배면 광원으로 이용되고 있으며, 발광 다이오드를 실장한 발광소자, 즉 발광 다이오드 패키지는 높은 연색성을 갖는 백색광 구현이 가능하기 때문에 형광등과 같은 백색광원을 대체하여 일반조명에도 적용될 것으로 기대되고 있다.
한편, 발광 다이오드를 이용하여 백색광을 구현하는 다양한 방법이 있으며, 일반적으로 430nm~470nm의 청색광을 방출하는 InGaN 발광 다이오드와 상기 청색광을 장파장으로 변환할 수 있는 형광체를 조합하여 백색광을 구현하는 방법이 사용되고 있다. 예컨대, 백색광은 청색 발광 다이오드와 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되어 황색을 방출하는 황색 형광체의 조합을 통해 구현되거나 청색 발광 다이오드와 녹색 형광체 및 적색 형광체의 조합으로 구현될 수 있다.
종래, 백색 발광 소자는 형광체가 함유된 수지를 발광 다이오드가 실장된 패키지의 리세스 영역 내에 도포함으로써 형성되어 왔다. 그러나 패키지 내에 수지를 도포함에 따라 형광체가 수지 내에 균일하게 분포되지 못하고 또한 수지를 균일한 두께로 형성하는 것이 어려운 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는, 발광 다이오드 상에 파장변환 시트(sheet)를 부착하는 방식이 연구되고 있다. 파장변환 시트는 예컨대, 글래스, 투명 플라스틱 등의 재료에 형광체를 혼합하여 형성될 수 있다. 그러나, 종래의 파장변환 시트는 발광 다이오드의 상면에 부착되기 때문에, 광이 주로 발광 다이오드의 상면으로 방출되는 구조의 발광 다이오드에서 백색광을 구현하는 데 제한된다. 발광 다이오드의 측면, 예컨대 성장 기판의 측면으로 상당한 양의 광이 방출되는 구조의 발광 다이오드에서는 파장변환 시트를 이용한 파장 변환이 적합하지 않다.
한편, 패키지에서 형광체를 함유한 수지를 도포할 경우에는, 발광 다이오드에 와이어를 본딩한 후, 수지를 도포할 수 있다. 따라서 발광 다이오드의 전극은 형광체를 함유한 수지로 덮혀도 문제가 되지 않는다. 그러나, 칩 레벨에서 파장변환층을 형성할 경우, 파장변환층이 형성된 이후에 와이어를 발광 다이오드에 본딩할 것이 요구되므로, 이러한 와이어본딩 작업을 고려하여 발광 다이오드의 전극 형성위치를 제외한 영역으로 파장변환층의 형성 위치를 한정하여야 하기 때문에, 파장변환층의 형성 작업이 용이하지 않다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 칩 레벨에서 파장변환층을 용이하게 형성할 수 있고, 이를 이용하여 간편하게 패키지화할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는, 발광 다이오드 칩의 측면을 통해서 방출되는 광에 대해서도 파장 변환을 수행할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는, 본딩 와이어를 용이하게 본딩할 수 있는 전극을 갖는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는, 대량생산이 용이하고 제조시간 및 제조 단가를 줄일 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드 패키지는,
서브 마운트 기판;
제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 그 상면에 갖는, 상기 서브 마운트 기판상에 실장된 발광 다이오드 칩; 및
상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성된 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 노출시키며 상기 발광 다이오드 칩의 상면과 측면을 일체로 덮고, 적어도 상기 서브 마운트 기판의 상면 일부를 덮는 파장변환층을 포함한다.
여기서, 상기 서브 마운트 기판은 상기 발광 다이오드 칩의 측면을 따라 형성된 복수의 슬릿들을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 슬릿들 각각은 개구 형상이고, 상기 파장변환층은 상기 복수의 슬릿들 중 적어도 일부를 통하여 상기 서브 마운트 기판의 내부 측면을 덮을 수 있다.
또한, 상기 서브 마운트 기판과 상기 발광 다이오드 칩은 메탈 본딩될 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 패키지는, 전원 공급용 리드들이 형성된 기판과, 상기 전원 공급용 리드들과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어, 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 태양에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은,
서브 마운트 기판을 마련하는 단계;
그 각각이 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 발광 다이오드 칩을 상기 서브 마운트 기판상에 실장하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성된 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 노출시키며 상기 발광 다이오드 칩의 상면과 측면을 일체로 덮고, 적어도 상기 서브 마운트 기판의 상면 일부를 덮는 파장변환층을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 금형을 이용하여 상기 제1 전극 및 제2 전극을 가압하여 상기 금형과 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 갭이 생기지 않도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 파장변환층을 형성하는 단계는, 상기 금형의 내부 공간에 형광체를 함유하는 수지를 주입하여 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 서브 마운트 기판을 마련하는 단계는, 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 영역을 따라 복수의 슬릿들을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 복수의 슬릿들 각각은 개구 형상일 수 있다. 또한, 상기 파장변환층을 형성하는 단계는, 상기 복수의 슬릿들 중 적어도 일부를 통하여 상기 서브 마운트 기판의 내부 측면을 덮도록 상기 파장변환층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 상기 파장변환층과 상기 발광 다이오드 칩 사이에 투명 수지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 상기 서브 마운트 기판을 개별 발광 다이오드 칩단위로 다이싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은, 리드를 갖는 기판에 상기 다이싱된 개별 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계와, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 본딩 와이어와 전기적으로 연결하는 단계, 및 상기 개별 발광 다이오드 칩을 봉지하는 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 패키지 레벨이 아닌 칩 레벨에서, 와이어 본딩 작업에 영향을 미치지 않으면서 발광 다이오드 칩 상면에 파장변환층을 형성하는 것이 가능한 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
또한 발광 다이오드 칩의 측면을 통해 방출되는 광에 대해서도 파장 변환을 수행할 수 있는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
나아가, 제1 및 제2 추가전극을 채택함으로써 와이어 본딩을 용이하게 수행할 수 있는 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
또한, 복수개의 발광 다이오드를 동일 서브 마운트 기판을 이용하여 한꺼번에 제조할 수 있으므로, 제조 시간이 단축되고 대량생산으로 인하여 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 상부 평면도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드를 C-C'선에 따라 본 단면을 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드가 형성된 서브 마운트 기판을 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 원으로 표시한 영역을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 탑재한 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드를 C-C'선에 따라 본 단면을 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드가 형성된 서브 마운트 기판을 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 원으로 표시한 영역을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 단계별로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 탑재한 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도 1 내지 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기 위한 상부 평면도이고, 도 2는 도 1의 발광 다이오드를 C-C'선에 따라 본 단면을 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는, 서브 마운트 기판(100), 발광 다이오드 칩(200), 접합 부재(300), 상기 발광 다이오드 칩(200)의 상부에 형성된 제1 및 제2 전극(210, 220), 제1 및 제2 추가 전극(410, 420) 및 파장변환층(500)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 서브 마운트 기판(100)은 발광 다이오드 칩(200)의 실장 및 이동을 위한 것으로서, 후술할 발광 다이오드 칩(200)의 반도체 적층 구조체를 성장시키기 위한 성장 기판과는 구별되는 것이며, 전극(미도시)이 형성되거나 형성되지 않을 수 있고, 제한적이지는 않으나 예를들어, 인쇄회로기판, 리드 프레임 또는 세라믹 기판일 수 있고, 상면과 하면 및 이들을 연결하는 측면으로 이루어진다. 또한, 서브 마운트 기판(100)에는 발광 다이오드 칩(200)이 놓이는 영역의 둘레를 따라, 제1 슬릿(110) 및 제2 슬릿(120)이 형성될 수 있다.
제1 슬릿(110) 및 제2 슬릿(120)은 상기 발광 다이오드 칩(200)이 서브 마운트 기판(100) 상에 실장될 위치 및 발광 다이오드 칩(200)의 크기를 고려하여 발광 다이오드 칩(200)이 실장되기 이전에 미리 서브 마운트 기판(100)에 형성되며, 제1 슬릿(110) 및 제2 슬릿(120)과 발광 다이오드 칩(200) 간의 간격은 일정하게 유지되고, 상기 슬릿들(110, 120)을 형성함으로써, 예를들어, 발광 다이오드 칩(200)을 후술하는 바와 같이, 메탈 본딩 방식으로 실장하는 경우, 상기 슬릿들(110, 120)에 의해 용융된 메탈의 이동이 제한됨으로써, 그 결과, 발광 다이오드 칩(200)이 크게 오정렬되지 않고, 정위치에 배치될 수 있게 된다.
또한, 제1 슬릿(110) 및 제2 슬릿(120)은, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를들어, 서브 마운트 기판(100)을 관통하는 개구의 형상으로 형성되거나, 실시예에 따라, 예를들어, 에칭의 방식으로 형성된 오목패턴의 형상을 취할 수도 있다.
제1 슬릿(110) 및 제2 슬릿(120)을 개구 형상으로 제조하는 경우, 도 2의 영역 A에 표시된 바와 같이, 파장변환층(500)이 제1 슬릿(110)의 개구부를 관통하여 서브 마운트 기판(100)의 상면은 물론 내부측면에도 형성됨으로써 상기 파장변환층(500)에 의해 서브 마운트 기판(100)과 발광 다이오드 칩(200)이 고정될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 슬릿(110, 120)의 개구 형상은 동일하거나 상이할 수 있으며, 도시된 바와 같이 모서리가 둥근 직사각형과 유사한 형태를 취할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 발광 다이오드 칩(200)의 측면을 따라 연장된 형상을 취할 수 있다. 다만, 도 1은 제2 슬릿(120)을 다이싱 선(140)(도 3b 참조)과 중첩되는 위치에 형성한 경우로서, 개별 칩 단위로 절단한 상태에서의 서브 마운트 기판(100)을 도시한 것이므로, 제2 슬릿(120)은 제1 슬릿(110)과 달리 그 절반의 형상만이 도시되었다. 따라서, 다이싱 선(140)의 위치가 조절되는 경우, 제2 슬릿(120)은 제1 슬릿(110)과 유사하게 형성될 수 있다. 상기 접합 부재(300)는 상기 서브 마운트 기판(100)의 상면에 발광 다이오드 칩(200)을 부착시키는 역할을 하며, 비제한적이나, 예를들어, 상기 발광 다이오드 칩(200)이 수평형 구조인 경우, 발광 다이오드 칩(200)의 반도체 층이 그 상부에 형성된 성장 기판(미도시)의 하면과 서브 마운트 기판(100)의 상면이 상기 접합 부재(300)를 통하여 접착될 수 있다. 상기 접합 부재(300)는, 예컨대, 실리콘 페이스트, 메탈 페이스트, 에폭시 페이스트 등을 이용하여 제조될 수 있다. 다만, 본 발명이 특정 접합 부재의 종류로 제한되는 것은 아니며, 발광 다이오드 칩(200)은 AuSn과 같은 메탈을 이용한 메탈 본딩에 의하여 서브 마운트 기판(100) 상에 실장될 수도 있다.
상기 발광 다이오드 칩(200)은 간략화를 위하여 도시를 생략하였으나, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 질화갈륨계 반도체 적층 구조체가 형성된 LED칩일 수 있다. 구체적으로, 상기 반도체 적층 구조체는 예를 들어, GaN 막으로 형성된 n형층 및 p형층과, 이들 사이에 개재되며 InGaN 막으로 형성된 활성층을 포함할 수 있다. 이러한, 반도체 적층 구조체는 통상 성장 기판(미도시)에서 성장되며, 상기 성장 기판은 사파이어(Al2O3) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 실리콘(Si) 기판, 아연 산화물(ZnO) 기판, 갈륨 비소화물(GaAs) 기판 또는 갈륨 인화물(GaP) 기판 등을 사용하여 형성될 수 있다. 다만, 상기 발광 다이오드 칩(200)이 수직형 구조인 경우에는, 상기 성장 기판은 예를들어, 레이저 리프트 오프 공정(LLO)을 통하여 상기 반도체 적층 구조체와 분리될 수 있다.
본 발명이 수평형 구조 또는 수직형 구조 등 특정 발광 다이오드 칩 구조로 제한되는 것은 아니나, 이하의 설명은 수평형 발광 다이오드 칩을 위주로 하여 기재하겠고, 발광 다이오드 칩(200)의 구성은 통상의 질화갈륨계 발광 다이오드의 구조와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 상기 발광 다이오드 칩(200)의 제1 및 제2 도전형 반도체층(미도시)에 각각 전기적으로 접속하며, 예컨대, Ti, Cu, Ni, Al, Au 또는 Cr을 포함할 수 있으며 이들 중 2개 이상의 물질로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 약 10~200㎛의 두께로 형성될 수 있다. 다만, 도 2에서는, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)이 각각 두개씩 형성된 것으로 도시하였으나, 제1 및 제2 전극(210, 220)의 형성 개수나 형성 위치가 도시된 특정 실시예의 경우로 제한되는 것은 아니다. 즉, 발광 다이오드 칩(200)의 종류에 따라서, 발광 다이오드 칩(200)이 수평형 구조를 취하는 경우는 제1 및 제 2 전극(210, 220) 모두가 발광 다이오드 칩(200)의 상면에 형성되며, 수직형 구조를 취하는 경우는 제1 및 제2 전극(210, 220) 중 어느 하나는 생략될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(210, 220)이 모두 형성되는 경우에도, 도시된 바와 달리, 제1 및 제2 전극(210)이 발광 다이오드 칩(200)의 상면에서 서로 마주보며 하나씩만 형성될 수도 있다. 즉, 발광 다이오드 칩(200) 자체가 대면적화됨에 따라서, 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극(210, 220)이 각각 두개씩 형성될 수도 있으나, 통상의 경우는 제1 및 제2 전극(210, 220)은 한 개씩만 형성될 수 있고, 이들 제1 및 제2 전극(210, 220)의 위치는 수평형 또는 수직형 구조에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이하의 설명은 도 2의 구조를 위주로 하여 기재하기로 한다.
상기 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)은 각각 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 상에 약 100㎛ 이상의 두께로, 예컨대, Au, Cu, Ag, Al 등 도전성 금속 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 화학기상성장법, 전자 빔(e-beam), 스퍼터링, 도금, 또는 솔더 볼 등을 이용한 제조 방법에 의해 형성될 수도 있고, 실시예에 따라서 감광성 재료를 도포한 후 노광 및 현상하여 제조할 수도 있으므로, 본 발명이 특정한 전극의 형성방법으로 제한되는 것은 아니다.
또한, 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)은 각각 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)의 폭에 비해 좁은 폭을 가질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 추가전극(410, 420)은 각각 제1 전극 및 제2 전극(210, 220) 상부에 한정된다. 또한, 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)은 각각 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)과의 접촉면으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상에 의해, 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)이 각각 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 안정하게 부착되어 유지될 수 있으며, 와이어 본딩 등의 후속 공정에 유리하다. 또한, 제1 및 제2 추가전극(410, 420)이 제1 전극 및 제2 전극(210, 220) 상에 안정하게 유지될 수 있도록 바닥면에 대한 높이의 비율을 소정 범위 내로 제한할 수도 있다.
상기 파장변환층(500)은 에폭시 또는 실리콘에 형광체가 함유되어 형성되거나 또는 형광체만으로 형성되어, 발광 다이오드 칩(200)의 활성층(미도시)으로부터 생성된 광을 여기원으로 하여 파장을 변환시킨 후 출사시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 형광체의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 파장변환용 물질이 모두 사용 가능하며, 제한적이지는 않으나 예를들어, (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu2+, YAG((Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3 +)계열 형광체, TAG((Tb, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce3+)계열 형광체, (Ba, Sr, Ca)3SiO5:Eu2 +, (Ba, Sr, Ca)MgSi2O6: Eu2 +, Mn2 +, (Ba, Sr, Ca)3MgSi2O8: Eu2 +, Mn2 + 및 (Ba, Sr, Ca)MgSiO4: Eu2 +, Mn2 +로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따를 때, 파장변환층(500)은 발광 다이오드 칩(200)의 상부(도 1의 점선으로 표시된 영역)는 물론 측면에도 균일한 두께로 형성될 수 있다. 이때, 후술하는 바와 같이, 금형을 이용하여 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)의 상면 (전체 또는 일부) 영역을 제외시킨 영역에 상면이 평평한 파장변환층(500)이 형성될 수 있으며, 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)이 파장변환층(500)을 관통하여 외부에 노출됨으로써, 패키지 작업시 와이어 본딩을 쉽게 할 수 있으며, 칩레벨에서 파장변환층(500)이 형성됨에도 불구하고, 와이어 본딩을 위하여 전극을 노출시키는 추가 공정이 필요하지 않다.
나아가, 파장변환층(500)은 예컨대 1.4~2.0 범위 내의 굴절률을 가질 수 있으며, 굴절률을 조절하기 위해 TiO2, SiO2, Y2O3 등의 분말이 파장변환층(500) 내에 혼입될 수도 있다.
한편, 도시된 바와 같이, 제1 추가 전극(410)의 상면은 제2 추가 전극(420)의 상면과 동일한 높이에 위치할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 칩(200)이 수평형 발광 다이오드로서 제2 도전형 반도체층 및 활성층의 일부를 제거하여 제1 도전형 반도체층을 노출시킨 경우, 제1 도전형 반도체와 전기적으로 연결된 제1 추가 전극(410)은 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 추가 전극(420)에 비해 더 길게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 파장변환층(500)이 발광 다이오드 칩(200)의 상면은 물론 측면을 덮기 때문에, 반도체 적층 구조체의 상면을 통해 방출되는 광뿐만 아니라, 그 측면을 통해 방출되는 광에 대해서도 파장 변환을 수행할 수 있는 발광 다이오드가 제공된다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드가 형성된 서브 마운트 기판을 도시한 도면이고, 도 3b는 도 3a의 원으로 표시한 영역을 확대한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 서브 마운트 기판(100) 상에 매트릭스 형상으로 복수개의 발광 다이오드 칩(200)을 실장한 후, 금형을 이용하여 이들 복수의 발광 다이오드 칩(200)의 상면에 한꺼번에 파장변환층(500)을 형성하고, 이를 개별 칩 단위로 다이싱 할 수 있다. 또한, 이때, 제2 슬릿(120)이 다이싱 선(140)과 중첩되는 위치에 형성되면, 이러한 다이싱 공정을 좀더 용이하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트 기판(100)에는 전술한 제1 및 제2 슬릿(110, 120) 외에도 칩 분리용 슬릿(130)이 더 형성될 수 있다. 즉, 다이싱 선(140)을 따라, 서브 마운트 기판(100)을 가로 방향(X 방향)으로 절단하면, 서브 마운트 기판(100)에 일정한 간격으로 세로 방향(Y 방향)으로 형성된 칩 분리용 슬릿(130)에 의하여, 발광 다이오드들이 개별 칩단위로 분리될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따를 때, 복수개의 발광 다이오드 칩을 하나의 기판상에 실장한 후, 동일 공정을 통하여 모든 발광 다이오드 칩의 상부에 파장변환층을 형성하고 이를 개별 칩 단위로 절단함으로써, 복수의 발광 소자를 동시에 제조할 수 있게 되므로, 제조 시간이 단축되고, 대량생산을 통한 제조비용 절감이 가능해지게 된다.
이하, 도 4 및 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 및 이를 포함하는 패키지의 제조 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 공정을 단계별로 도시한 도면이다. 다만, 도 4의 각 단계는 동시 또는 이시에 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 순서를 달리할 수도 있으며, 특정 단계는 생략될 수도 있다. 따라서, 도시된 순서로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
먼저, 도 5의 (a)와 같이, 서브 마운트 기판(100)을 마련한다(단계 S1). 전술한 바와 같이, 서브 마운트 기판(100)(도 3b 참조)에는 발광 다이오드 칩(200)이 놓일 영역의 둘레를 따라서, 복수개의 제1 및 제2 슬릿(110, 120)이 형성될 수 있으며, 칩 분리용 슬릿(130)이 미리 형성되어 추후 다이싱 공정에서 서브 마운트 기판(100)을 X 방향으로만 절단하더라도 발광 다이오드들이 개별 칩 단위로 분리될 수 있도록 할 수 있다.
그 후, 도 5의 (b)와 같이, 준비된 서브 마운트 기판(100)에 복수개의 발광 다이오드 칩(200)을 매트릭스 형태로 실장할 수 있다(단계 S2). 여기서, 발광 다이오드 칩(200)은 접착 부재(300)를 이용하여 서브 마운트 기판(100)의 상면에 부착될 수도 있고, 예를들어, AuSn 등을 이용한 메탈 본딩 방법을 이용하여 부착될 수도 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(200)의 실장 시, 제1 및 제2 슬릿(110, 120)으로 인하여, 발광 다이오드 칩들(200)이 오정렬되지 않고 원하는 위치에 배열될 수 있게 할 수 있다. 이때, 발광 다이오드 칩(200)의 상면에는 제1 도전형 반도체층(미도시)과 제2 도전형 반도체층(미도시)에 각각 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극(210, 220)이 형성되어 있을 수 있다.
그 후, 도 5의 (c)와 같이, 상기 제1 및 제2 전극(210, 220)의 상부에 각각 제1 및 제2 추가 전극(410, 420)을 형성한다(단계 S3). 제1 및 제2 추가 전극(410, 420)은 예컨대, Au, Cu, Ag, Al 등 도전성 금속 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 화학기상성장법, 전자 빔(e-beam), 스퍼터링, 도금, 또는 솔더 볼 등을 이용한 제조방법으로 형성될 수 있고, 실시예에 따라서는 감광성 재료를 도포한 후 노광 및 현상하여 제조할 수도 있다.
그 후, 발광 다이오드 칩(200)의 상면과 측면에 파장변환층(500)을 형성한다(단계 S4). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드 칩(200)이 실장된 서브 마운트 기판(100)을 금형(650)으로 클램핑하여 상기 제1 및 제2 추가 전극(410, 420)의 상면을 가압하면서, 금형(650)의 일면과 추가 전극들(410, 420)의 상면이 서로 밀착되어 공간이 생기지 않도록 한 상태에서, 금형 내부 공간(600)으로 형광체와 수지 혼합물을 주입한 후, 상기 수지를 경화시켜 파장변환층(500)을 형성할 수 있다(도 5의 (e)). 이때, 금형(650)이 추가 전극들(410, 420)을 가압하는 힘으로 인하여, 추가 전극들(410, 420)의 형상이 변형되면서, 이들의 높이가 약간 상이하게 형성되어 있던 경우라도 금형에 의하여 높이가 동일해질 수 있으며, 금형과 추가 전극들(410, 420) 사이에 갭이 생기지 않을 수 있다.
또한, 금형(650)이 추가 전극을 보다 효과적으로 가압할 수 있도록, 실시예에 따라서는 금형틀의 높이가 추가 전극(410, 420)을 구비한 발광 다이오드 칩(200)의 전체 높이보다 동일한 경우는 물론 낮게 조절될 수도 있다. 또한, 도 5의 (e)에서는 단일 발광 다이오드 칩(200)만을 기준으로 도시하였으나, 실제 파장변환층(500)의 형성에 있어서는, 도 3a, 3b에서 매트릭스로 배열된 복수개의 발광 다이오드 칩들(200) 전체에 대하여 단일의 금형을 사용하여, 이들 복수개의 발광 다이오드 칩들(200)의 상면에 한꺼번에 파장변환층(500)을 형성하는 것이 가능하다.
그 후, 파장변환층(500)이 형성된 서브 마운트 기판(100)을 다이싱 선(140)을 따라서 절단하여, 발광 다이오드들을 개별 칩 단위로 분리한다(단계 S5). 이 경우 전술한 바와 같이, 칩과 칩 사이의 영역에 칩 분리용 슬릿(130)의 개구가 Y축 방향으로 길게 연장되어 있으므로, 절단 작업은 X축 한 방향으로만 실시하여도 되므로, 다이싱 공정이 간소화될 수 있고 공정 시간이 단축된다.
그 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 개별 발광 다이오드들을 패키지용 기판(1000)에 실장한 후, 제1 및 제2 추가 전극(410, 420)에 본딩 와이어(800)를 각각 전기적으로 연결시켜 발광 다이오드에 전원을 인가할 수 있도록 하고, 상기 발광 다이오드를 봉지하는 렌즈(700)를 형성하여 외부로부터 상기 발광 다이오드를 보호할 수 있다(단계 S6).
즉, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 탑재한 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 발광 다이오드 패키지는, 발광 다이오드 칩(200)을 탑재한 서브 마운트 기판(100)이 부착되는 패키지용 기판(1000), 상기 발광 다이오드 칩(200) 상에 형성된 제1 및 제2 추가 전극(410, 420)과 전기적으로 연결된 본딩 와이어(800) 및 상기 발광 다이오드 칩(200)을 봉지하는 렌즈(700)를 포함할 수 있다.
상기 패키지용 기판(1000)은, 서브 마운트용 기판(100)과 달리 발광 다이오드 칩(200)에의 전원 공급을 위하여 마련된 기판으로서, 제한적이지는 않으나 예를들어, 인쇄회로 기판, 리드 프레임, 세라믹 기판 등일 수 있으며, 전원 공급용 리드 단자들(미도시)을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 칩(200)의 제1 추가 전극(410) 및 제2 추가 전극(420)이 각각 본딩 와이어(800)를 통해 상기 리드 단자들에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 렌즈(700)는 상기 파장변환층(500)이 형성된 상기 서브 마운트 기판(100)을 일체로 봉지하도록, 즉 발광 다이오드 칩(200) 전체를 덮도록 형성되어, 발광 다이오드 칩(200)에서 방출된 광의 지향각을 조절하여 원하는 방향으로 광이 방출되도록 할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 발광 다이오드 칩(200)에 파장변환층(500)이 형성되어 있으므로, 상기 렌즈(700)는 형광체를 포함할 필요가 없지만, 경우에 따라서는 파장변환층(500)에 포함된 형광체와 상이한 형광체를 포함할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 서브 마운트 기판(100)에 실장된 발광 다이오드 칩(200)을 이용하여, 발광 다이오드를 패키지화함에 따라서, 패키지 디자인 설계를 보다 자유롭게 할 수 있고 패키징작업이 단순화되어 작업 능률이 향상될 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 설명하기로 한다.
전술한 실시예와 달리, 예를들어 도 2의 발광 다이오드는 파장변환층(500)이 발광 다이오드 칩(200)의 반도체 적층 구조체와 접해 있는 구조이나, 도 7에 도시된 발광 다이오드는 파장변환층(500)이 반도체 적층 구조체로부터 떨어져 있도록, 즉, 파장변환층(500)과 반도체 적층 구조체 사이에 투명 수지(550)가 개재되도록 형성될 수도 있다.
이렇게 함으로써, 파장변환층(500)이 반도체 적층 구조체로부터 이격됨에 따라, 활성층(미도시)에서 생성된 광에 의해 파장변환층(500)의 수지 또는 형광체가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이경우, 상기 투명 수지(550)는 서브 마운트 기판(100)에 형성된 제1 슬릿(110)의 내측면과 파장변환층(500) 사이에도 개재될 수 있다(도 7의 영역 B).
여기서, 상기 투명 수지(550)는, 형광체로 전달되는 열을 감소시키기 위해, 열전도율이 낮을수록 유리하며, 예컨대 3W/mK 미만일 수 있다. 또한, 투명 수지(550)의 굴절률을 조절하기 위해 TiO2, SiO2, Y2O3 등의 분말이 투명 수지 내에 혼입될 수도 있다.
또는, 도시하지는 않았으나, 상기 투명 수지(550)보다 경도가 높은 고경도 투명 수지(미도시)가 파장변환층(500)을 덮도록 상기 파장변환층(500)의 상부에 추가로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 고경도 투명 수지는 외부의 습기로부터 형광체를 보호할 수 있고, 흡습 방지를 위해서 상기 고경도 투명 수지는 예컨대 듀로미터 쇼어 경도 값이 60A 이상인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 고경도 투명 수지의 굴절률을 조절하기 위해, TiO2, SiO2, Y2O3 등의 분말이 수지에 혼입될 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 발광 다이오드, 이를 포함하는 패키지 및 그 제조 방법은 상기 상술한 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 파장 변환 물질을 포함하는 다양한 구조를 갖는 발광 소자로의 응용이 가능하다.
본 발명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (16)
- 서브 마운트 기판;
제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 그 상면에 갖는, 상기 서브 마운트 기판상에 실장된 발광 다이오드 칩; 및
상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성된 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 노출시키며 상기 발광 다이오드 칩의 상면과 측면을 일체로 덮고, 적어도 상기 서브 마운트 기판의 상면 일부를 덮는 파장변환층;
을 포함하며,
상기 서브 마운트 기판은 상기 발광 다이오드 칩의 측면을 따라 형성된 개구 형상의 복수의 슬릿들을 포함하고,
상기 파장변환층은 상기 복수의 슬릿들 중 적어도 일부를 통하여 상기 서브 마운트 기판의 내부 측면을 덮는 발광 다이오드 패키지. - 삭제
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- 청구항 1에 있어서,
상기 서브 마운트 기판과 상기 발광 다이오드 칩은 메탈 본딩되는 발광 다이오드 패키지. - 청구항 1에 있어서,
전원 공급용 리드들이 형성된 기판;
상기 전원 공급용 리드들과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및
상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 렌즈를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지. - 서브 마운트 기판을 마련하는 단계;
그 각각이 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 발광 다이오드 칩을 상기 서브 마운트 기판상에 실장하는 단계;
상기 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극을 형성하고, 상기 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성된 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 노출시키며 상기 발광 다이오드 칩의 상면과 측면을 일체로 덮고, 적어도 상기 서브 마운트 기판의 상면 일부를 덮는 파장변환층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 서브 마운트 기판을 마련하는 단계는, 상기 발광 다이오드 칩의 측면을 따라 형성된 개구 형상의 복수의 슬릿들을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 파장변환층을 형성하는 단계는, 상기 복수의 슬릿들 중 적어도 일부를 통하여 상기 서브 마운트 기판의 내부 측면을 덮도록 상기 파장변환층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 상기 발광 다이오드 칩의 상면에 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법. - 청구항 7에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은,
금형을 이용하여 상기 제1 전극 및 제2 전극을 가압하여 상기 금형과 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 갭이 생기지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 파장변환층을 형성하는 단계는,
상기 금형의 내부 공간에 형광체를 함유하는 수지를 주입하여 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법. - 삭제
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- 청구항 7에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은,
상기 파장변환층과 상기 발광 다이오드 칩 사이에 투명 수지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법. - 청구항 7에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은,
상기 서브 마운트 기판을 개별 발광 다이오드 칩단위로 다이싱하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법. - 청구항 15에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은,
리드를 갖는 기판에 상기 다이싱된 개별 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 본딩 와이어와 전기적으로 연결하는 단계; 및
상기 개별 발광 다이오드 칩을 봉지하는 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
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