KR101808038B1 - 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 반도체 발광소자 칩의 상면 및 측면을 덮는 투광성의 제1 봉지재; 그리고 제1 봉지재의 아래에 위치하는 빛을 반사하는 제2 봉지재;로서 반도체 발광소자 칩과 제2 봉지재 사이에 제1 봉지재가 위치하는 제2 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 및 이의 제조 방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 광추출 효율을 향상시킨 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10; 예: 사파이어 기판), 성장기판(10) 위에, 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10), 성장기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(150; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(140)는 파장 변환재(160)를 함유하는 봉지재(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(160)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(150)은 청색광을 만들고 파장 변환재(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다.
도 3에 기재된 타입의 반도체 발광소자를 일반적으로 패키지(Package) 타입(Type)의 반도체 발광소자라고 하며 반도체 발광소자 칩 크기의 반도체 발광소자를 CSP(Chip Scale Package) 타입의 반도체 발광소자라 한다. CSP 타입의 반도체 발광소자와 관련된 것은 한국 공개특허공보 제2014-0127457호에 기재되어 있다. 최근에는 반도체 발광소자의 크기가 소형화되는 경향에 따라 CSP 타입의 반도체 발광소자에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 본 개시는 CSP 타입의 반도체 발광소자에서 광 추출 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 반도체 발광소자 칩의 상면 및 측면을 덮는 투광성의 제1 봉지재; 그리고 제1 봉지재의 아래에 위치하는 빛을 반사하는 제2 봉지재;로서 반도체 발광소자 칩과 제2 봉지재 사이에 제1 봉지재가 위치하는 제2 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자 칩을 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 구비하는 단계;로서 개구를 형성하는 마스크의 내벽의 높이가 반도체 발광소자 칩의 높이보다 낮은 마스크를 구비하는 단계; 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 베이스 위에 구비하는 단계; 마스크의 각 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계; 마스크의 외벽을 댐(dam)으로 하여, 반도체 발광소자 칩의 상면과 측면을 덮는 제1 봉지재를 형성하는 단계; 마스크와 베이스를 제거하는 단계; 그리고 마스크의 내벽에 의해 형성된 제1 봉지재의 캐비티에 빛을 반사하는 제2 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법에서 봉지재를 형성하는 물질이 개구에 공급되고 경화된 형태의 예들을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 13은 도 12에 개시된 반도체 발광소자의 장점을 설명하는 도면,
도 14는 도 12에 개시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 15는 도 12에 개시된 반도체 발광소자의 다양한 실시 예를 보여주는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4 내지 도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 도 4에 제시된 바와 같이, 먼저, 베이스(201) 위에 하나 이상의 개구(305)가 형성된 마스크(301)를 구비한다. 이후, 도 6(b)에 제시된 바와 같이, 마스크(301)의 형상, 패턴, 또는 경계 등을 인식하여 소자가 놓일 위치 및 각도를 보정하는 소자 이송 장치(501)를 사용하여, 각 개구(305)로 노출된 베이스(201) 위에 반도체 발광소자 칩(101)을 놓는다. 다음으로, 도 8에 제시된 바와 같이, 마스크(301)를 댐(dam)으로 하여, 각 개구(305)에 봉지재(170)를 형성하는 물질을 공급한다.
본 예에서, 베이스(201) 위에 반도체 발광소자 칩(101)을 놓기 전에, 먼저 베이스(201)에 마스크(301)를 놓는다. 마스크(301)는 소자 이송 장치(501)가 반도체 발광소자 칩(101)을 놓을 위치나 각도를 보정하기 위한 패턴으로 인식될 수 있으며, 이와 함께 봉지재(170)의 댐으로 기능한다. 본 예에서, 반도체 발광소자 칩(101)으로는 플립 칩(flip chip)이 적합하지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다. 플립 칩 소자로서, 반도체 발광소자 칩(101)은 도 2 및 도 7에 도시되어 있다.
이하, 각 과정을 상세히 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 베이스(201) 위에 마스크(301)가 구비된다. 베이스(201)는 도 5(a)에 제시된 바와 같이, 리지드(rigid)한 금속 판 또는 비금속 판이거나, 도 5(b)에 제시된 바와 같이, 플렉시블한 필름 또는 테이프일 수 있다. 금속 판으로는 특별한 한정이 있는 것은 아니며, 예를 들어, Al, Cu, Ag, Cu-Al 합금, Cu-Ag 합금, Cu-Au 합금, SUS(스테인리스스틸) 등이 사용될 수 있으며, 도금된 판도 물론 사용 가능하다. 비금속 판으로는 플라스틱이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다. 필름 또는 테이프도 특별한 제한은 없으며, 점착성 또는 접착성을 가지며 내열성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내열성 테이프, 블루테이프 등이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다.
이와 같이, 본 예에 의하면, 반도체 발광소자 칩(101)이 배열되는 베이스(201)가 반도체 기판이나 다른 고가의 기판이 아니라도 무방한 장점이 있다. 또한, 마스크(301)가 반도체 발광소자 칩(101) 배열의 가이드가 되므로 베이스(201)에 추가적인 패턴 형성 공정이 필요 없다. 또한, 도 7에 도시된 반도체 발광소자 칩(101)의 전극(80,70)이 직접 외부 전극과 접하는 전극이 되거나, 베이스가 전기적 도통에 사용될 수도 있어서, 베이스(201) 위에 증착 또는 도금 등의 방법으로 전기적 연결을 위한 도전층을 형성하거나, 베이스(201) 제거 후에 반도체 발광소자 칩(101)의 전극(80,70)과 연결되는 전기적 콘택부를 추가로 형성하는 등의 추가적 및 부가적 공정이 필요 없어서 공정 및 비용 면에서 매우 유리한 장점이 있다.
마스크(301)는 플라스틱, 금속, 또는, 표면이 도금된 부재일 수 있으며, 하나 이상의 개구(305)가 형성되어 있다. 마스크(301)의 재질은 상기 베이스의 재질로 예시된 예들이 사용될 수 있지만, 마스크(301) 및 개구(305)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하고, 크랙이나 갈라짐 방지에 효과적인 재질로 선택하는 것이 바람직하다. 특히, 후술되는 바와 같이, 소자 이송 장치가 마스크(301)의 패턴을 인식하는 측면에서는 마스크(301)와 베이스(201)는 재질, 색상 및 광반사율 중 적어도 하나가 다르게 선택되는 것이 바람직하다.
본 예에서, 베이스(201)와 마스크(301)는 외력에 의해 가압되어 서로 접하게 된다. 예를 들어, 도 5(a)에 제시된 바와 같이, 클램프(401)를 사용하여 베이스(201)와 마스크(301)를 접촉시킬 수 있다. 이와 같이, 본 예에 의하면, 베이스(201)와 마스크(301)를 접촉시키 위한 방법이 간편하고, 클램프(401)를 풀어서 베이스(201)로부터 마스크(301)를 제거할 수 있으므로 편리한 장점이 있다. 베이스(201)와 마스크(301) 사이에 접착 물질을 개재시키는 실시예도 물론 가능하다. 예를 들어, 접착 물질은 도전성 패이스트, 절연성 패이스트, 폴리머 접착제 등 다양하게 선택가능하며, 특별히 제한되지는 않는다. 어느 온도 범위에서는 접착력을 상실하는 물질을 사용하면, 베이스(201)와 마스크(301)의 분리시에 상기 온도 범위에서 분리가 쉽게 될 수 있다.
마스크(301)에 형성된 하나 이상의 개구(305)는 일 예로, 복수의 행과 열로 배열되어 있다. 개구(305)로 베이스(201)의 상면이 노출된다. 개구(305)의 개수 및 배열 방식은 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있음은 물론이다. 개구(305)는 반도체 발광소자 칩(101)의 형상을 따를 수도 있지만, 반도체 발광소자 칩(101)과 다른 형상을 가질 수도 있다.
도 6은 반도체 발광소자 칩(101)을 개구(305)로 노출된 베이스(201)에 놓는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 소자 이송 장치(501)는 고정부(13; 예: 테이프) 위의 각 반도체 발광소자 칩(101)을 픽업(pick-up)하여 마스크(301)의 개구(305)로 노출된 베이스(201) 위에 놓는다. 이 과정보다 먼저, 소자 배열 장치(예: 쏘터; sorter)를 사용하여, 복수의 반도체 발광소자 칩(101)을 테이프(13) 위에 제공하는 과정이 선행될 수 있다. 도 6(a)에 제시된 바와 같이, 테이프(13)의 아래에서 핀 또는 봉이 반도체 발광소자 칩(101)을 치면 테이프(13)로부터 반도체 발광소자 칩(101)이 떨어지며, 그 순간 소자 이송 장치(501)가 반도체 발광소자 칩(101)을 전기적 흡착 또는 진공 흡착할 수 있다. 도 6(b)에 제시된 바와 같이, 소자 이송 장치(501)는 베이스(201) 위로 이동하여 각 개구(305)에 반도체 발광소자 칩(101)을 놓는다. 반도체 발광소자 칩(101)은 2개의 전극(80,70)이 베이스(201)의 상면과 마주하도록 놓이며, 이에 따라 후술되는 봉지재(170)에 의해 2개의 전극(80,70)이 덮이지 않고 봉지재(170)의 하면으로부터 노출된다. 소자 이송 장치(501)의 일 예로, 다이본더와 유사하게, 패턴 또는 형상을 인식하며, 이송할 위치나 대상물의 각도를 보정할 수 있는 장치라면 그 명칭에 무관하게 사용 가능할 것이다.
도 7은 플립 칩으로서 도 2에 도시된 것과 다른 구조의 플립 칩을 설명하고 있다. 반도체 발광소자 칩(101)은 성장 기판(10), 복수의 반도체층(30,40,50), 광반사층(R), 및 2개의 전극(80,70)을 포함한다. 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들면, 성장 기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 성장 기판(10)은 최종적으로 제거될 수도 있다. 복수의 반도체층(30,40,50)은 성장 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(도시되지 않음), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층은 생략될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 제1 전극(80)은 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통되어 전자를 공급한다. 제2 전극(70)은 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통되어 정공을 공급한다.
도 7(a)에 제시된 바와 같이, 제2 반도체층(50)과 전극(70,80) 사이에는 광반사층(R)이 개재되며, 광반사층(R)은 SiO2와 같은 절연층, DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 또는, 도 7(b)에 제시된 바와 같이, 제2 반도체층(50) 위에 금속 반사막(R)이 구비되고, 전극(70)이 금속 반사막(R) 위에 구비되며, 메사식각으로 노출된 제1 반도체층(50)과 다른 전극(80)이 연통될 수 있다. 전술된 소자 이송 장치(501)는 이와 같은 전극(70,80)의 형상 또는 패턴을 인식할 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법에서 마스크를 댐으로 하여 각 개구에 봉지재를 형성하는 물질을 공급하는 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8(a)와 같이, 디스펜서(601)로 각 개구(305)마다 봉지재(170)를 형성하는 물질을 공급할 수 있다. 이와 다르게, 도 8(b)와 같이, 봉지재(170)를 형성하는 물질을 밀어서 평탄화하는 방법이 사용될 수 있다. 봉지재(170)을 형성하는 물질은 파장 변환재를 포함하는 투광성 물질 및 투광성 물질 중 하나이다. 투광성 물질은 실리콘 수지 및 에폭시 수지 중 하나일 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법에서 봉지재를 형성하는 물질이 개구에 공급되고 경화된 형태의 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 디스펜서(601)로 봉지재(170)를 형성하는 물질을 공급하는 속도, 양 등을 제어하여 도 9(a)와 같이 봉지재(170)의 상면이 약간 볼록하게 할 수 있다. 이와 같은 형태로 봉지재(170)가 형성되면, 반도체 발광소자 칩(101)으로부터 나온 빛의 분포를 원하는 형태로 하는 데에 도움이 될 수 있다. 또한, 도 9(b)와 같이 평탄하게 할 수도 있다. 한편, 도 9(c)와 같이, 마스크(301) 외곽에 마스크(301)보다 높은 벽(303)을 구비하고 마스크(301)보다 봉지재(170)가 더 높게 형성되도록 하는 것도 가능하다. 마스크(301)의 높이보다 낮게 봉지재(170)를 형성하는 물질을 공급하는 것도 가능하며 이에 대해서는 도 14에서 설명한다. 이후, 도 9(d)에 제시된 바와 같이, 클램프(401; 도 5 참조)를 풀면, 마스크(301), 봉지재(170), 및 반도체 발광소자 칩(101)이 일체로 베이스(201)로부터 분리된다. 여기서, 마스크(301), 봉지재(170), 및 반도체 발광소자 칩(101)의 결합체를 그대로 소자로 사용하는 것도 물론 고려할 수 있다. 한편, 베이스(201)와 마스크(301)를 접착제나 다른 방법으로 접합하는 경우에는 마스크(301), 봉지재(170), 반도체 발광소자 칩(101), 및 베이스(201)가 일체로서 반도체 발광소자로 사용될 수도 있다. 이와 다르게, 마스크(301)를 제거하여 개별 반도체 발광소자별로 분리하거나, 마스크(301)를 절단하여 개별 반도체 발광소자로 분리하거나, 마스크(301) 및 베이스(201)를 함께 절단하여 개별 반도체 발광소자로 분리할 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 본 예에서는 반도체 발광소자 칩(101)을 베이스(201)에 놓기 전에 도 10(a)에 제시된 바와 같이, 반도체 발광소자 칩(101)의 표면에 파장변환제가 컨포멀하게 코팅(예: 스프레이 코팅)된다. 파장변환제층(102)은 봉지재(170)에 비해 부피나 두께가 훨씬 작지만 반도체 발광소자 칩(101)에 균일하게 코팅될 수 있고, 파장변환제의 양을 절감할 수 있다. 일 예로 파장변환제층(102)의 두께는 대략 30um 정도이고 봉지재(170)의 두께는 100um~200um 정도이다.
이후, 베이스(201) 위에 마스크(301)를 먼저 배치하고, 패턴을 인식하고, 위치 및 각도 보정이 가능한 소자 이송 장치(501)로 마스크(301)의 각 개구(305)에 파장변환제층(102)이 형성된 반도체 발광소자 칩(101)을 배치한다. 이후, 도 10(b)에 제시된 바와 같이, 개구(305)에 봉지재(170)를 형성하는 물질은 공급하고 경화한다. 여기서 봉지재(170)를 형성하는 물질은 파장변환제를 함유하지 않고 단순히 보호를 위한 봉지만을 하도록 투광성 물질로 이루어질 수 있다. 이후, 도 10(c)에 제시된 바와 같이, 베이스(201)를 마스크(301), 봉지재(170), 및 반도체 발광소자 칩(101)으로부터 분리한다. 분리는 베이스(201)가 딱딱한 판인 경우, 클램프(401)를 해제하여 이루어지거나, 베이스(201)가 필름 또는 테이프인 경우, 베이스(201)를 때어낼 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 본 예에서 반도체 발광소자의 제조 방법은 봉지재(170)를 형성하는 물질을 공급하고 경화하고, 마스크(301), 봉지재(170), 및 반도체 발광소자 칩(101)으로 된 결합체를 베이스(201)와 분리한 이후, 각 반도체 발광소자를 마스크(301)로부터 분리하는 과정을 포함한다. 분리의 방법으로서 반도체 발광소자를 마스크(301)부터 빼내는 방법이 사용될 수 있다.
예를 들어, 마스크(301)로부터 빼내기 위해 쏘터나 또는, 이와 유사한 장치를 사용할 수 있다. 핀(702) 또는 봉으로 아래에서 반도체 발광소자를 때려서 마스크(301)로부터 반도체 발광소자(101,102,170)를 밀어내면, 위에서 진공 흡착, 또는, 전기적 고정 수단(701)을 사용하여 반도체 발광소자를 잡아서 이송할 수 있다. 마스크(301)와 봉지재(170) 간의 접합력이 있기 때문에 너무 강한 힘으로 빼면 반도체 발광소자가 손상될 수 있으므로, 마스크(301)로부터 잘 빠지도록 마스크(301)와 봉지재(170) 간의 접합력을 콘트롤 할 수 있는 구성을 추가하는 것을 고려할 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(800)는 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극(811)을 구비하는 반도체 발광소자 칩(810), 반도체 발광소자 칩(810)의 상면(812) 및 측면(813)을 덮는 제1 봉지재(820) 및 제1 봉지재(820) 아래에 위치하며, 반도체 발광소자 칩(810)에서 나온 하측으로 향하는 빛(840)이 반사되어 상측으로 나가도록 하는 제2 봉지재(830)를 포함한다. 반도체 발광소자 칩(810)은 플립 칩이 바람직하다. 제1 봉지재(820)는 파장 변환재(821)를 포함하는 투광성 물질 및 투광성 물질 중 하나로 형성될 수 있다. 투광성 물질은 예를 들어 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있다. 반도체 발광소자 칩(810)의 전극(811)은 제2 봉지재(830)의 하면(831) 방향으로 노출되어 있다. 또한 제2 봉지재(830)와 반도체 발광소자 칩(810) 사이에 제1 봉지재(820)가 위치한다. 제2 봉지재(830)는 빛을 반사하는 물질로 형성된다. 예를 들어 백색 실리콘 수지나 알루미늄(Al)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다. 제1 봉지재(820)의 하면(822, 823)은 제2 봉지재(830)와 접하는 제1 하면(822)과 외부로 노출되는 제2 하면(823)을 포함하며, 제2 하면(823)은 제2 봉지재(830)의 하면(831)과 이어져 있다. 또한 제2 봉지재(830)는 반도체 발광소자 칩(810)의 측면을 감싸고 있다.
도 13은 도 12에 개시된 반도체 발광소자의 장점을 보여주는 도면이다.
도 13(a)와 같이 반도체 발광소자(900)에서 제1 봉지재(920) 아래에 반도체 발광소자 칩(910)을 감싸고 있는 제2 봉지재가 없는 경우 반도체 발광소자 칩(910)에서 나온 하측으로 향하는 빛(930)이 상측으로 나가지 못하고 손실된다. 그러나 도 13(b)와 같이 반도체 발광소자(800)는 제1 봉지재(820) 아래에 위치하는 제2 봉지재(830)에 의해 반도체 발광소자 칩(810)에서 나온 하측으로 향하는 빛(840)이 반사되어 상측으로 나가 빛의 추출 효율을 높일 수 있다. 특히 제2 봉지재(830)와 반도체 발광소자 칩(810) 사이에 절연성의 제1 봉지재(820)가 위치하는 경우에는 반사효율이 높은 금속 물질로 제2 봉지재(830)를 형성해도 외부와 전기적으로 연결될 때 전기적 쇼트 위험을 줄일 수 있다. 반도체 발광소자 칩(810)과 제2 봉지재(830) 사이의 간격은 100um 이하가 바람직하다.
도 14는 도 12에 개시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 14(a)를 보면 먼저 적어도 하나 이상의 개구(1010)가 형성된 마스크(1000)를 구비한다(S1). 도 14(a)에서 개구(1010)는 3개이지만 3개 이상도 가능하다. 개구(1010)를 형성하는 마스크(1000)의 내벽(1020)의 높이(1021)가 반도체 발광소자 칩(1200)의 높이보다 낮은 마스크(1000)를 구비한다. 또한 마스크(1000)의 개구(1010)의 폭(1011)은 반도체 발광소자 칩(1200)의 폭보다 크다. 도 4에 도시된 마스크(301)는 개구(305)를 형성하는 마스크의 내벽의 높이가 반도체 발광소자 칩의 높이보다 높게 형성되는 점에서 도 14(a)에 도시된 마스크(1000)와 차이가 있다. 이후 적어도 하나 이상의 개구(1010)가 형성된 마스크(1000)를 베이스(1100) 위에 구비한다(S2). 이후 마스크(1000)의 각 개구(1010)로 노출된 베이스(1100) 위에 반도체 발광소자 칩(1200)을 놓는다(S3). 도 6에서 설명한 이송 장치를 사용할 수 있다. 반도체 발광소자 칩(1200)의 전극(1210)이 베이스(1100)를 향하도록 반도체 발광소자 칩(1200)을 놓는다. 이후 마스크(1000)의 외벽(1030)을 댐(dam)으로 하여, 반도체 발광소자 칩(1200)을 덮는 제1 봉지재(1300)를 형성한다(S4). 이후 마스크(1000)와 베이스(1100)를 제거한다(S5). 제1 봉지재(1300)를 형성하는 물질이 경화된 이후에 마스크(1000)와 베이스(1100)를 제거하는 것이 바람직하다. 마스크(1000)를 제거하면 마스크(1000)의 내벽(1020)에 의해 형성된 캐비티(1023)가 제1 봉지재(1300)에 형성된다. 이후 마스크(1000)의 내벽(1020)에 의해 형성된 제1 봉지재(1300)의 캐비티(1023)에 빛을 반사하는 제2 봉지재(1400)를 형성한다(S6). 제2 봉지재(1400)와 반도체 발광소자 칩(1200) 사이에 형성된 제1 봉지재(1300)가 제2 봉지재(1400)를 형성할 때 제2 봉지재(1400)를 형성하는 물질이 반도체 발광소자 칩(1200)까지 흘러가는 것을 방지하여 제2 봉지재(1400)를 형성하는 물질이 반도체 발광소자 칩(1200)의 전극(1210)을 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 마스크(1000)와 베이스(1100)가 제거된 제1 봉지재(1300)와 반도체 발광소자 칩(1200)을 편평한 기판(1500) 위에 놓고 S6 단계를 실시할 수 있다. 이후 필요한 경우 절단선(1600)에 따라 절단하여 제1 봉지재(1300), 제2 봉지재(1400) 및 반도체 발광소자 칩(1200)으로 이루어진 5면 발광하는 CSP 타입 반도체 발광소자를 얻을 수 있다. 또한 도 4에 기재된 마스크(301)의 평면도를 보면 마스크(301) 개구(305)의 평면형상이 사각형이지만 도 14(b)와 같이 마스크(1100) 개구(1110)의 평면형상은 원형 및 다각형 등 다양하게 될 수 있으며 개구(1110)의 평면형상에 따라 반도체 발광소자의 평면형상이 다각형부터 원형까지 가능하다. 바람직하게는 반도체 발광소자의 평면형상은 원형이 좋다. 도 14에서 설명하고 있는 것을 제외하고 나머지는 도 4 내지 도 8에 기재된 반도체 발광소자의 제조 방법과 실질적으로 동일하다.
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다양한 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 15(a)에 도시된 반도체 발광소자(1700)는 복수의 반도체 발광소자 칩(1710), 제1 봉지재(1720) 및 제2 봉지재(1730)를 포함한다. 도 15(b)에 도시된 도시된 반도체 발광소자(1800)는 복수의 반도체 발광소자 칩(1810), 제1 봉지재(1820) 및 제2 봉지재(1830)를 포함한다. 특히 제2 봉지재(1830)가 반도체 발광소자(1800)의 측면에도 형성되어 있어서 반도체 발광소자(1800)의 측면으로 나가는 빛(1840)을 상측으로 추출하는 효과가 있다. 도 15에 설명한 것을 제외하고 반도체 발광소자(1700, 1800)는 도 12에 기재된 반도체 발광소자(800)와 실질적으로 동일하다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 반도체 발광소자 칩의 상면 및 측면을 덮는 투광성의 제1 봉지재; 그리고 제1 봉지재의 아래에 위치하는 빛을 반사하는 제2 봉지재;로서 반도체 발광소자 칩과 제2 봉지재 사이에 제1 봉지재가 위치하는 제2 봉지재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 제1 봉지재의 하면은 제2 봉지재와 접하는 제1 하면과 외부로 노출되는 제2 하면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 제1 봉지재의 제2 하면과 제2 봉지재의 하면은 이어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 반도체 발광소자 칩의 전극이 제2 봉지재의 하면 방향으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 제1 봉지재는 파장 변환재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(6) 제2 봉지재는 반도체 발광소자 칩의 측면을 감싸는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 제2 봉지재를 형성하는 물질은 금속 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서, 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 구비하는 단계;로서 개구를 형성하는 마스크의 내벽의 높이가 반도체 발광소자 칩의 높이보다 낮은 마스크를 구비하는 단계; 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 베이스 위에 구비하는 단계; 마스크의 각 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계; 마스크의 외벽을 댐(dam)으로 하여, 반도체 발광소자 칩의 상면과 측면을 덮는 제1 봉지재를 형성하는 단계; 마스크와 베이스를 제거하는 단계; 그리고 마스크의 내벽에 의해 형성된 제1 봉지재의 캐비티에 빛을 반사하는 제2 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(9) 개구의 폭은 반도체 발광소자 칩의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(10) 마스크의 각 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계는 반도체 발광소자 칩의 전극이 베이스를 향하도록 반도체 발광소자 칩을 놓는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(11) 반도체 발광소자 칩은 플립 칩인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(12) 베이스 위에 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 구비하는 단계는 개구의 평면형상이 사각형, 원형 및 다각형 중 하나인 개구가 형성된 마스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
본 개시에 따른 반도체 발광소자 및 제조 방법에 의하며, 상측으로 빛을 추출하는 효율을 향상시킨 CSP 타입의 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
또한 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법에 의하면, 마스크를 반도체 발광소자 칩 배열의 가이드 패턴으로 사용하여 더욱 정확한 위치와 각도로 반도체 발광소자 칩을 배열할 수 있다. 따라서, 후공정, 예를 들어, 개별 소자로의 분리 공정(예: 쏘잉 등)에서 반도체 발광소자 칩들의 정렬의 오차로 인해 불량이 발생하는 것이 감소한다.
또한, 테이프에 빈 곳을 채우거나 틀어진 반도체 발광소자 칩의 각도를 보정하는 추가 공정을 한 후에 마스크를 반도체 발광소자 칩들이 배열된 테이프 위에 배치하고 봉지재를 공급하는 방식과 비교하면, 본 개시에 따른 방법은 상기 추가 공정이 필요 없어서 효율적이다.
반도체 발광소자 칩 : 101, 810, 910, 1200, 1710, 1810
반도체 발광소자 : 800, 900, 1700, 1800
베이스 : 201, 1100
마스크 : 301, 1000
마스크의 개구 : 305, 1010
봉지재 : 170, 820, 830, 920, 1300, 1400, 1720, 1730, 1820, 1830

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 반도체 발광소자 칩을 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법에 있어서,
    적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 구비하는 단계;로서 개구를 형성하는 마스크의 내벽의 높이가 반도체 발광소자 칩의 높이보다 낮은 마스크를 구비하는 단계;
    적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 베이스 위에 구비하는 단계;
    마스크의 각 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계;
    마스크의 외벽을 댐(dam)으로 하여, 반도체 발광소자 칩의 상면과 측면을 덮는 제1 봉지재를 형성하는 단계;
    마스크와 베이스를 제거하는 단계; 그리고
    마스크의 내벽에 의해 형성된 제1 봉지재의 캐비티에 빛을 반사하는 제2 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    개구의 폭은 반도체 발광소자 칩의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    마스크의 각 개구로 노출된 베이스 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계는 반도체 발광소자 칩의 전극이 베이스를 향하도록 반도체 발광소자 칩을 놓는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    반도체 발광소자 칩은 플립 칩인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    베이스 위에 적어도 하나 이상의 개구가 형성된 마스크를 구비하는 단계는 개구의 평면형상이 사각형, 원형 및 다각형 중 하나인 개구가 형성된 마스크를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조 방법.



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