KR101824589B1 - 반도체 발광소자 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 개시는, 반도체 발광소자 구조물에 있어서, 기판;으로서 기판 전극을 구비하는 기판; 그리고 기판에 실장되는 반도체 발광소자;를 포함하며, 반도체 발광소자:는 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체; 적어도 하나 이상의 홀 각각에 수용되는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 그리고 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극이 기판 전극에 직접 실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 구조물{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 구조물에 관한 것으로, 특히 광 추출 효율을 향상시킨 반도체 발광소자 구조물에 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 나타내는 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 나타내는 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 나타내는 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 봉지제(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. 그러나 도 3에 기재된 반도체 발광소자(100)는 반도체 발광소자 칩(150)과 리드 프레임(110, 120) 사이에 접합이 필요하며, 특히 도 2에 도시된 플립 칩을 사용하는 경우 리드 프레임(110, 120)에 접합하는 과정에서 플립 칩에서 나오는 광량이 접합물질(예 : solder paste)에 의해 손실될 가능성이 큰 문제가 있었다. 또한 반도체 발광소자(100)를 기판(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)과 접합하는 SMT 공정 중 발생하는 열 때문에 반도체 발광소자 칩(150)과 리드 프레임(110, 120) 사이의 접합에 문제가 발생할 수 있었다.
본 개시는 반도체 발광소자 및 반도체 발광소자 구조물에 대한 것으로 반도체 발광소자 칩의 전극이 직접 기판과 접합하는 반도체 발광소자 및 이를 사용한 반도체 발광소자 구조물을 제공하고자 한다. 특히 플립 칩을 사용하였음에도 리드 프레임과 플립 칩 사이의 접합에 의해 플립 칩에서 나오는 광량에 손실이 없도록 리드 프레임과 플립 칩 사이에 접합이 필요없는 반도체 발광소자 및 이를 사용한 반도체 발광소자 구조물을 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 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 발광소자 구조물에 있어서, 기판;으로서 기판 전극을 구비하는 기판; 그리고 기판에 실장되는 반도체 발광소자;를 포함하며, 반도체 발광소자:는 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체;적어도 하나 이상의 홀 각각에 수용되는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 그리고 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극이 기판 전극에 직접 실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물이 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 바닥부 상면의 다양한 실시 예를 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 바닥부 상면이 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 경우 광 추출이 향상되는 원리를 설명하는 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 일 예를 보여주는 도면,
도 14는 도 13에 개시된 반도체 발광소자 구조물의 장점을 보여주는 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 제조방법의 일 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 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4(a)는 사시도이며, 도 4(b)는 AA'에 따른 단면도이다.
반도체 발광소자(200)는 몸체(210), 반도체 발광소자 칩(220) 및 봉지재(230)를 포함한다.
몸체(210)는 측벽(211) 및 바닥부(212)를 포함한다. 바닥부(212)는 홀(213)을 포함한다. 또한 측벽(211) 및 바닥부(212)에 의해 형성된 캐비티(214)를 포함한다. 바닥부(212)는 상면(215)과 하면(216)을 포함한다. 측벽(211)은 외측면(217)과 내측면(218)을 포함한다. 측벽(211)의 높이(H)는 바닥부(212)의 길이(L)보다 작을 수 있다. 예를 들어 측벽(211)의 높이(H)는 0.1mm 이상 내지 0.6mm 이하 일 수 있으며, 바닥부(212)의 길이(L)는 0.5mm 이상일 수 있다. 또한 측벽(211)은 필요에 따라 없을 수도 있다.(미도시). 홀(213)의 크기는 반도체 발광소자 칩(220)의 크기와 비슷하거나 반도체 발광소자 칩(220)의 크기의 1.5배가 바람직하다. 또한 홀(213)을 형성하는 바닥부 내측면(240)은 광 추출 효율의 향상을 위해 경사진 것이 바람직하다.
반도체 발광소자 칩(220)은 홀(213)에 위치하고 있다. 반도체 발광소자 칩(220)은 래터럴 칩, 수직 칩 및 플립 칩이 가능하다. 다만 본 개시에서 반도체 발광소자 칩의 전극(221)이 몸체(210) 바닥부(212) 하면(216) 방향으로 노출되어 있는 점에서 플립 칩이 바람직하다. 바닥부(212)의 높이(219)는 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)보다 낮은 것이 바람직하다. 바닥부(212)의 높이(219)가 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)보다 높은 경우 반도체 발광소자(200)의 광 추출 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 다만 광 추출 효율이 떨어질 수 있지만, 광 경로 등을 고려하여 바닥부(212)의 높이(219)가 반도체 발광소자 칩(220)의 높이보다 높게 할 수도 있다. 바닥부(212)의 높이(219)가 반도체 발광소자 칩(220)의 높이보다 높은 경우에 대해서는 도 9에서 설명한다. 바닥부(212)의 높이(219) 및 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)는 바닥부(212)의 하면(216)을 기준으로 측정할 수 있다. 반도체 발광소자 칩(220)의 높이(222)는 0.05mm 이상 내지 0.5mm 이하 일 수 있다. 바닥부(212)의 높이(219)는 0.08mm 이상 내지 0.4mm 이하 일 수 있다.
봉지재(230)는 적어도 캐비티(214)에 구비되어 반도체 발광소자 칩(220)을 덮고 있어서, 홀(213)에 위치하고 있는 반도체 발광소자 칩(220)을 몸체(210)에 고정시킬 수 있다. 봉지재(230)는 투광성을 갖고 있으며, 예를 들어 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 하나로 이루어질 수 있다. 필요한 경우 파장 변환재(231)를 포함할 수 있다. 파장 변환재(231)는 반도체 발광소자 칩(220)의 활성층으로부터 생성되는 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 것이라면 어떠한 것이라도 좋지만(예: 안료, 염료 등), 광 변환 효율을 고려할 때 형광체(예: YAG, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 파장 변환재(231)는 반도체 발광소자에서 나오는 빛의 색에 따라 정해질 수 있으며, 당업자에게 잘 알려져 있다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(300)는 접합부(330)를 포함한다. 접합부(330)를 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(200)와 동일한 특성을 갖는다. 접합부(330)는 몸체(310) 바닥부(311)의 하면(312)에 위치한다. 다만 몸체(310) 바닥부(311)의 하면(312) 방향으로 노출된 반도체 발광소자 칩(320)의 전극(321)과 떨어져 위치한다. 접합부(330)로 인하여 반도체 발광소자(300)가 기판과 접합될 때, 전극(321)만으로 접합하는 경우보다 접합력이 향상될 수 있다. 접합부(330)는 금속일 수 있다. 예를 들어 접합부(330)는 은(Ag), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 하나일 수 있다. 또한 접합부(330)는 2개 이상의 금속의 조합일 수 있다. 예를 들어 니켈(Ni)과 구리 조합, 크롬(Cr)과 구리 조합, 티타늄(Ti)과 구리 조합 중 하나일 수 있다. 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서 접합부(330)는 다양한 조합이 가능하다. 도 5(b)는 도 5(a)의 저면도이며, 전극(321)과 접합부(330)의 배치를 확인할 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 필요한 경우에는 접합부(330)가 반도체 발광소자 칩(320)의 전극(321)과 접하여 위치함으로써, 전극 기능을 수행할 수도 있다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(400)는 몸체(410)의 바닥부(411)와 반도체 발광소자 칩(420) 사이에 반사 물질(430)을 포함한다. 반사 물질(430)을 제외하고는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특성을 갖는다. 반사 물질(430)이 반도체 발광소자 칩(420)의 측면에 위치함으로써 반도체 발광소자 칩(420)의 측면에서 나오는 빛을 반사시켜, 반도체 발광소자(400)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 반사 물질(430)은 백색 반사 물질이 바람직하다. 예를 들어 백색 실리콘 수지일 수 있다. 또한 도 6(b)와 같이 반사 물질(430)과 반도체 발광소자 칩(420) 사이에 공간(431)이 형성되게 반사 물질(430)이 위치할 수도 있다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(500)는 몸체(510) 측벽(511)의 내측면(513) 및 바닥부(512)의 상면(514) 중 적어도 하나에 반사층(530)을 포함한다. 반사층(530)을 제외하고는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특성을 갖는다. 반사층(530)은 몸체(510) 바닥부(512)의 상면(514) 전체에 형성될 수 있다. 반사층(530)은 예를 들어 알루미늄(Al), 은(Ag), 분포 브래그 리플렉터(DBR : Distributed Bragg Reflector), 고반사 백색 반사물질 등으로 될 수 있다. 특히 도 3과 같은 종래의 반도체 발광소자(100)에는 리드 프레임(110, 120)에 반도체 발광소자 칩(150)이 접합되어야 하기 때문에, 반사효율이 좋은 금속의 반사층이 반도체 발광소자 칩(150)이 접합되는 리드 프레임(110, 120) 상면 전체에 전기적 쇼트 문제로 인하여 형성될 수 없었다. 그러나 본 개시에서는 반도체 발광소자 칩(520)에 접합되는 리드 프레임이 없으며, 또한 바닥부(512)의 상면(514)에 반도체 발광소자 칩(520)이 위치하지 않기 때문에, 반사효율이 높은 금속의 반사층(530)이 바닥부(512)의 상면(514) 전체에 형성될 수 있다. 반사효율이 높은 금속의 반사층(530)을 바닥부(512)의 상면(514) 전체에 형성시킴으로써, 반도체 발광소자(500)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 도시 하지는 않았지만, 반사층(530)은 홀의 측면에 위치할 수도 있다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(600)는 몸체(610) 바닥부(611)에 복수개의 홀(612)을 포함하며, 각각의 홀(612)에 반도체 발광소자 칩(620)이 위치한다. 복수개의 홀(612) 및 각각의 홀(612)에 반도체 발광소자 칩(620)이 위치하는 것을 제외하고는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일한 특성을 갖는다. 도 8에는 2개의 홀이 기재되어 있으나, 2개 이상도 가능하다. 또한 각각의 홀(612)에 위치하는 반도체 발광소자 칩(620)은 서로 다른 색을 발광할 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(700)는 몸체(710) 바닥부(711)의 상면(712)이 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나를 포함한다. 즉 몸체(710) 바닥부(711)의 상면(712)이 도 9(a)와 같이 오목부를 포함하거나, 도 9(b)와 같이 볼록부를 포함하거나, 도 9(c)와 같이 연속하여 나타나는 오목부와 볼록부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바닥부의 상면이 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 경우, 반도체 발광소자(700)의 광 추출 효율이 높아질 수 있으며, 광 추출 효율이 높아지는 이유는 도 11에서 설명한다. 도 9에서 설명하지 않는 나머지 특성은 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일하다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 바닥부 상면의 다양한 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 10(a)와 같이 몸체(710) 바닥부(711)의 상면(712) 오목부와 몸체(710)의 측벽(713)이 연결되는 부분(714)이 평탄면이 아니라 곡선을 이루고 있다. 또한 몸체(710) 바닥부(711)의 상면(712) 오목부와 몸체(710)의 홀(715)이 연결되는 부분(716)도 평탄면이 아니라 곡선을 이루고 있다. 연결되는 부분(714, 716)이 평탄면이 아니라 곡선을 이루기 때문에 광 추출 효율이 높아질 수 있다. 또는 도 10(b)와 같이 몸체(710) 바닥부(711)의 상면(712)이 복수개의 오목부를 포함할 수 있으며, 오목부가 반도체 발광소자 칩(720)에 가까워질수록 오목부의 크기가 작아진다. 오목부가 클수록 광 추출 효율이 높아질 수 있다. 따라서 반도체 발광소자 칩(720)에서 먼 곳에 큰 오목부가 위치하고 가까워질수록 작은 오목부가 위치함으로써, 반도체 발광소자(700)는 전체적으로 균일한 빛을 발광할 수 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)에는 도시하지는 않았지만, 오목부 대신 볼록부인 경우에도 유사한 특성을 가질 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 바닥부 상면이 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 경우 광 추출이 향상되는 원리를 설명하는 도면이다.
반도체 발광소자(700)의 반도체 발광소자 칩(720)에서 발광하는 빛(740)은 봉지재(730)와 외부의 경계(750)에서 굴절율 차이로 인하여 반사된다. 반사된 빛(740)은 몸체(710) 바닥부(711) 상면(712)의 오목부에서 점선과 같이 반사되어 반도체 발광소자(700)로부터 나갈 수 있다. 즉 바닥부(711)의 상면(712)이 평탄면일 경우, 반도체 발광소자(700) 내부에 갇힐 수 있는 빛이 바닥부(711)의 상면(712)이 볼록부 및 오목부 중 적어도 하나를 포함함으로써 반도체 발광소자(700)에서 나갈 수 있게 되어 광 추출 효율을 높일 수 있다. 바람직하게는 바닥부(711)의 상면(712)이 오목부를 포함하는 경우 광 추출 효율이 더 좋다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다. 도 12(a)는 사시도이며, 도 12(b)는 AA'에 따른 단면도이며, 도 12(c)는 도 12(b)에 대응하는 다른 실시 예를 보여주는 단면도이며, 도 12(d)는 제조방법을 보여주는 단면도이다.
반도체 발광소자(800)는 몸체(810)의 측벽(811)이 2개의 개방 구간(812, 813)을 포함한다. 2개의 개방 구간(812, 813)은 서로 마주보고 있다. 특히 몸체(810)가 단방향(814)과 장방향(815)을 갖는 경우, 2개의 개방 구간(812, 813)은 몸체(810)의 장방향(815)측에서 서로 마주보고 있는 것이 바람직하다. 반도체 발광소자(800)는 빛을 반도체 발광소자(800)의 상측 및 개방 구간(812, 813)을 통해 발광할 수 있어, 3면 발광이 가능하다. 또한 도 12(c)와 같이 개방 구간(812, 813)의 측벽(811)이 완전히 제거되는 것이 아니라 일부가 남아서 반도체 발광소자(800)의 측면으로 나가는 빛의 각도 또는 빛의 양을 조절할 수 있다. 반도체 발광소자(800)의 제조방법은 도 16에서 S4 단계 이후에 도 12(d)와 같이 절단선(820)에 따라 절단하여 제작할 수 있다. 도 12에서 설명하지 않은 나머지는 도 5에 기재된 반도체 발광소자(300)와 동일하다. 도 12에는 개방 구간이 2개가 도시되었지만, 필요에 따라 2개 이상 또는 1개도 가능하다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 13(a)는 평면도이고, 도 13(b)는 AA'를 따라 자른 단면도이다.
반도체 발광소자 구조물(900)은 기판(910) 및 반도체 발광소자(920)를 포함한다. 기판(910)은 일측면에 기판 전극(911)을 포함하는 것으로 예를 들어 서브마운트 또는 PCB 등이 될 수 있다. 반도체 발광소자(920)는 도 4 내지 도 12에 기재된 반도체 발광소자 중 하나이다. 특히 도 8과 같이 복수개의 홀이 포함된 반도체 발광소자가 바람직하다. 일반적으로 기판에 반도체 발광소자 칩이 직접 실장되어 형성된 반도체 발광소자 구조물을 COB(Chip On Board) 타입의 반도체 발광소자 구조물이라 하며, 한국 등록특허공보 제10-1448165호, 한국 공개특허공보 제10-2014-0085908호 등 다수에 기재되어 있다. 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물(900)은 반도체 발광소자 칩(921)의 전극(922)이 기판 전극(911)에 직접 실장되는 것으로 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물이다. 반도체 발광소자 칩(921)의 전극(922)이 기판 전극(911)에 실장되는 방법으로는 유테틱 본딩, 솔더링 등 다양한 방법이 가능하다. 도 13에는 솔더링 방법을 사용하였다. 또한 반도체 발광소자(920)의 몸체(923) 바닥부(924)의 하면(925)과 기판(910)의 상면(912) 사이에 접착층(930)을 통해 반도체 발광소자(920)와 기판(910)을 접합할 수 있다. 도 13에서는 설명의 편의를 위해 접착층(930)을 두껍게 도시하였지만, 접착층(930)은 10 um 정도로 얇게 형성된다. 다만 반도체 발광소자 칩(921) 대비 바닥부(924)가 차지하는 면적이 크지 않은 경우에는 접착층(930) 없이 반도체 발광소자 칩(921)의 전극(922)과 기판 전극(911) 사이의 접합만으로 반도체 발광소자(920)와 기판(910)이 접합될 수 있다. 13에서 반도체 발광소자(920)는 반도체 발광소자 칩(921)이 플립 칩 타입이며 개수는 6개만이 도시되었지만, 반도체 발광소자 칩의 종류와 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한 도 13(a)에서 평면도의 형상은 사각형이지만 이에 제한을 받지 않으며 원형도 가능하다.
도 14는 도 13에 개시된 반도체 발광소자 구조물의 장점을 보여주는 도면이다.
도 14(a)에 도시된 종래의 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물(1000)은 기판(1010)의 기판 전극(1011)에 반도체 발광소자 칩(1020)이 실장되고 봉지재(1030)가 반도체 발광소자 칩(1020)을 덮고 있다. 벽(1040)은 반도체 발광소자 칩(1020)이 기판(1010)에 실장되기 전에 형성되거나 반도체 발광소자 칩(1020)이 기판에 실장된 후에 형성될 수 있다. 그러나 종래의 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물(1000)의 경우 반도체 발광소자 칩(1020)을 기판(1010)에 각각 실장하기 때문에 실장하는데 시간이 비교적 많이 소요되며 반도체 발광소자 칩(1020)에서 나오는 빛 중 일부(1021)가 기판(1010)의 상면(1012)에 흡수되어 빛이 손실되는 문제점이 있었다. 그러나 도 14(b)에 도시된 본 개시에 따른 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물(900)은 기판(910)에 반도체 발광소자 칩(921)을 개별적으로 실장하고 봉지재(940)를 덮는 것이 아니라, 봉지재(940) 및 반도체 발광소자 칩(921)을 포함하고 있는 반도체 발광소자(920)를 기판(910)에 실장함으로써 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물(900)이 형성된다. 즉 홀에 수용된 반도체 발광소자 칩(921)의 전극(922)이 직접 기판(910)의 기판 전극(911)과 결합하기 때문에 반도체 발광소자 칩을 기판에 직접 실장하는 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물(900)이 형성되나, 반도체 발광소자(900)가 측벽(926) 및 봉지재(940)를 포함하고 있기 때문에 별도로 벽이나 봉지재를 형성하기 위한 공정이 필요없다. 따라서 개별적으로 반도체 발광소자 칩을 실장하는 종래의 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물을 제조하는 경우보다 공정 시간을 줄일 수 있으며, 더 나아가 반도체 발광소자 칩(921)에서 나오는 빛 중 기판을 향하는 빛(928)이 바닥부(924)에 반사되어 상측으로 나가기 때문에 종래 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물에서 발생한 기판에 의한 빛 손실 문제를 해결하였다. 특히 반도체 발광소자(920)가 도 7에 개시된 특징을 갖는 경우, 즉 반도체 발광소자(920)는 측벽(926)의 내측면(927) 및 바닥부(924)의 상면(929) 중 적어도 하나에 반사층(930)을 포함하며, 반사층(930)이 금속의 반사층인 경우 빛의 반사율을 높일 수 있다. 종래의 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물(1000)은 기판(1010)의 상면(1012) 및 벽(1040)의 내측면(1041)에 금속의 반사층을 형성하는 경우 쇼트의 위험이 있으며, 특히 기판(1010)의 상면(1012)에는 전기적 배선 때문에 금속의 반사층을 형성할 수가 없다. 또한 재고 관리 측면에서 종래에는 소비자의 요청에 따른 납품 시간을 맞추기 위해 소비자의 요청에 맞는 전류-전압 특성을 갖는 다수의 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물 각각에 대해 재고를 보유하고 있어야 했다. 그러나 본 개시에 따른 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물은 반도체 발광소자에 기판을 결합하기만 하면 최종제품이 나와 제조 공정 시간이 줄어들기 때문에 반도체 발광소자와 소비자의 요청에 맞는 전류-전압 특성을 갖는 여러 종류의 기판을 보유하고 있을 수 있다. 예를 들어 종래에는 A와 B 특성을 갖는 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물을 각각 재고로 갖고 있어야 되지만, 본 개시에 따르면 A 특성에 맞는 기판과 B 특성에 맞는 기판 및 A 특성에 맞는 기판 및 B 특성에 맞는 기판에 공통으로 사용될 수 있는 반도체 발광소자를 재고로 보유할 수 있어 종래에는 B 특성을 갖는 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물이 더 이상 필요 없는 경우 B 특성을 갖는 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물의 재고를 폐기해야 되지만 본 개시에 따르는 경우에는 B 특성을 갖는 기판만을 폐기하면 되기 때문에 고가의 반도체 발광소자 칩에 대한 재고 부담을 줄일 수 있다.
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자 구조물(1100)은 기판 접합부(1112)를 포함하는 기판(1110) 및 반도체 발광소자(1120)를 포함한다. 반도체 발광소자(1120)는 도 4 내지 도 12에 기재된 반도체 발광소자 중 하나이며 특히 도 5와 같이 바닥부(311)의 하면(312)에 접합부(330)를 포함한 반도체 발광소자(300)가 바람직하다. 반도체 발광소자(1120)의 접합부(1121)와 기판 접합부(1112)가 결합하여 반도체 발광소자(1120)와 기판(1110)의 접합력이 단순히 도 13에서와 같이 접착층(930)을 사용한 경우보다 향상될 수 있다. 반도체 발광소자(1120)의 접합부(1121)와 기판 접합부(1112)의 결합 방법은 도 16에서 설명한다. 기판 접합부(1112)는 도 5에서 설명한 반도체 발광소자의 접합부와 같이 금속으로 되는 것이 바람직하다. 예를 들어 기판 접합부(1112)는 은(Ag), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 하나일 수 있다. 또한 기판 접합부(1112)는 2개 이상의 금속의 조합일 수 있다. 예를 들어 니켈(Ni)과 구리 조합, 크롬(Cr)과 구리 조합, 티타늄(Ti)과 구리 조합 중 하나일 수 있다. 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서 기판 접합부(1112)는 다양한 조합이 가능하다. 도 15에서 설명하는 것을 제외하고 반도체 발광소자 구조물(1100)은 도 13에 기재된 반도체 발광소자 구조물(900)과 실질적으로 동일하다.
도 16은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 구조물의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
먼저 바닥부(1210)에 홀(1211)을 포함하는 몸체(1200)를 준비한다(S1). 몸체(1200)는 사출성형을 통해 얻을 수 있다. 이후 홀(1211)에 반도체 발광소자 칩(1220)을 위치시킨다(S2). 이후 반도체 발광소자 칩(1220)을 몸체(1200)에 고정시키기 위해 봉지재(1230)로 반도체 발광소자 칩(1220)을 덮는다(S3). 봉지재(1230)로 반도체 발광소자 칩(1220)을 고정시키기 전에 반도체 발광소자 칩(1220)이 움직이지 않도록 하기 위해 임시고정판(1240)을 사용할 수 있다. 임시고정판(1240)은 일반 접착력있는 테이프이면 가능하다. 예를 들어 블루 테이프일 수 있다. 이후 필요에 따라 임시고정판(1240)이 있는 경우, 임시고정판(1240)을 제거하고, 접합부(1250)를 형성한다(S4). 또한 접합부(1250) 대신에 보강재(미도시)를 형성할 수도 있다. 보강재가 몸체 바닥부의 상면 및 하면 사이에 위치하는 경우 몸체를 만들 때 보강재를 넣을 수 있다. 이후 반도체 발광소자 칩(1220)의 노출된 전극(1221)을 기판(1260)의 기판 전극(1261)에 접합한다. 반도체 발광소자 칩(1220)의 전극(1221)과 기판 전극(1261)의 접합 및 반도체 발광소자의 접합부(1250)와 기판 접합부(1262)의 접합은 솔더물질(1270)을 사용한 솔더링에 의해 접합할 수 있다. 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 순서는 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서는 본 개시의 범위에 포함될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자 구조물에 있어서, 기판;으로서 기판 전극을 구비하는 기판; 그리고 기판에 실장되는 반도체 발광소자;를 포함하며, 반도체 발광소자:는
바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체; 적어도 하나 이상의 홀 각각에 수용되는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩; 그리고 반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극이 기판 전극에 직접 실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(2) 기판은 기판 전극 주위에 기판 접합부;를 추가로 포함하며, 반도체 발광소자는 바닥부의 하면에 접합부;를 추가로 포함하며, 반도체 발광소자의 접합부와 기판의 기판 접합부가 접합하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(3) 바닥부의 높이는 반도체 발광소자 칩의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(4) 바닥부의 상면에 반사층;이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(5) 반사층은 금속 반사층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(6) 바닥부의 상면은 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(7) 바닥부의 상면은 오목부와 볼록부가 연속하여 나타나는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(8) 몸체;는 측벽을 포함하며, 측벽 및 바닥부에 의해 형성되는 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(9) 측벽이 적어도 1개 이상의 개방 구간을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
(10) 측벽의 개방 구간이 2개이며, 2개의 개방 구간이 서로 마주보고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물
본 개시에 따르면 반도체 발광소자 칩의 전극이 직접 기판과 접합하는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
또한 본 개시에 따르면 플립 칩을 사용하였음에도 리드 프레임과 플립 칩 사이의 접합에 의해 플립 칩에서 나오는 광량에 손실이 없도록 리드 프레임과 플립 칩 사이에 접합이 필요없는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
또한 본 개시에 따르면 반도체 발광소자 칩에서 나오는 빛이 기판에서 손실되는 것을 줄인 COB 타입의 반도체 발광소자 구조물을 얻을 수 있다.
반도체 발광소자 : 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 920, 1120
반도체 발광소자 칩 : 150, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 921, 1020, 1220
반도체 발광소자 구조물 : 900, 1100

Claims (10)

  1. 반도체 발광소자 구조물에 있어서,
    기판;으로서 기판 전극을 구비하는 기판; 그리고
    기판에 실장되는 반도체 발광소자;를 포함하며,
    기판;은 기판 전극 주위에 위치하는 기판 접합부;를 포함하고,
    반도체 발광소자;는
    측벽 및 측벽과 연결되는 바닥부를 포함하는 몸체;로서, 바닥부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 몸체;
    적어도 하나 이상의 홀 각각에 수용되는 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하고, 홀의 측면과 떨어져 위치하는 반도체 발광소자 칩;
    반도체 발광소자 칩을 덮는 봉지재; 그리고
    바닥부의 하면에 대응하여 위치하는 접합부;를 포함하며,
    반도체 발광소자 칩의 전극이 기판 전극에 대응하여 직접 실장되고,
    몸체의 바닥부의 길이가 몸체의 측벽의 높이보다 길고,
    반도체 발광소자의 접합부와 기판의 기판 접합부가 서로 대응하여 접합하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    바닥부의 높이는 반도체 발광소자 칩의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    바닥부의 상면에 반사층;이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    반사층은 금속 반사층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    바닥부의 상면은 오목부 및 볼록부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    바닥부의 상면은 오목부와 볼록부가 연속하여 나타나는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    몸체;는
    측벽 및 바닥부에 의해 형성되는 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    측벽이 적어도 1개 이상의 개방 구간을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    측벽의 개방 구간이 2개이며, 2개의 개방 구간이 서로 마주보고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 구조물.
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JP2013127994A (ja) * 2010-03-29 2013-06-27 Sanyo Electric Co Ltd 発光装置、発光装置モジュール及び発光装置の製造方法
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