KR101873220B1 - 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 접합 방법은 기판 상에 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층이 적층된 발광소자를 제공하는 단계, 산화 가능한 실장용 기판 상에 액체를 도포하는 단계 및 액체에 의해 실장용 기판이 산화되는 중에 발광소자에서 상기 기판이 배치된 면을 실장용 기판 상에 접합시키는 단계를 포함한다.

Description

발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법 {METHOD OF MANUFACTURING LIGHT EMITTING DIODE FOR LIGHT EMITTING DIODE MODULE}
본 발명의 실시예들은 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발광소자 모듈 제조시, 실장용 기판 상에 발광소자를 용이하게 접합하는 방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Device) 패키지는 초기에는 신호 표시용으로 이용되었으나, 최근에는 휴대폰용 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)나 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)와 같은 대형 표시 장치의 광원 및 조명용으로 광범위하게 이용되고 있다. 또한, 발광소자를 이용한 발광소자 모듈이 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 낮고 수명이 길기 때문에 그 수요량이 증가하고 있다.
발광소자 모듈을 제조하는데 있어서, 발광소자를 실장용 기판(예를 들어, PCB) 상에 접합시키는 공정이 필수적이다. 일반적으로, 발광소자는 수지(resin)와 같은 절연성 접합 물질을 이용하여 실장용 기판 상에 접합되었다. 그러나, 수지를 이용하여 발광소자를 실장용 기판 상에 접합할 경우, 수지의 열전도율이 낮아 방열 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이 같은 문제는 특히, 고출력의 발광소자 모듈에서 두드러진다.
또한, 수지는 발광소자와 실장용 기판 사이에서 1 내지 30㎛의 두께를 갖는 것으로, 열저항 증가와 함께 발광소자 모듈의 사이즈를 증가시키는 구성으로 작용한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 발광소자 모듈 제조시, 금속 물질의 산화를 이용하여 실장용 기판 상에 발광소자를 접합시킴으로써, 발광소자의 용이한 접합과 방열 효율 향상을 구현할 수 있는 발광소자 접합 방법을 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법은, 기판 상에 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층이 적층된 발광소자를 제공하는 단계, 산화 가능한 실장용 기판 상에 액체를 도포하는 단계 및 상기 액체에 의해 상기 실장용 기판이 산화되는 중에 상기 발광소자에서 기판이 배치된 면을 상기 실장용 기판 상에 접합시키는 단계를 포함한다.
일측에 따르면, 상기 발광소자를 제공하는 단계는 상기 기판에 산화 가능한 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 발광소자 접합 방법은 상기 액체에 의해 상기 실장용 기판이 산화되는 중에 상기 발광소자에서 기판이 배치된 면을 상기 실장용 기판 상에 접합시키는 단계 전에, 상기 발광소자와 상기 실장용 기판 사이에 액체가 도포된 산화 가능한 금속층을 배치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 발광소자 접합 방법은 상기 액체에 의해 상기 실장용 기판이 산화되는 중에 상기 발광소자에서 기판이 배치된 면을 상기 실장용 기판 상에 접합시키는 단계는, 상기 발광소자와 상기 실장용 기판 사이에 액체가 도포된 산화 가능한 금속층을 배치시키는 단계와 동시에 수행될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 산화 가능한 실장용 기판은, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 산화 가능한 금속층은, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 액체는 산소(O) 원자를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광소자 접합 방법은, 발광소자 모듈 제조시, 금속 물질의 산화를 이용하여 실장용 기판 상에 발광소자를 접합시킴으로써, 발광소자를 실장용 기판 상에 용이하게 접합할 수 있으며, 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광소자와 실장용 기판의 접합에 이용된, 산화된 금속층은 0.01 내지 0.03㎛의 두께를 갖는 것으로, 열저항 감소와 발광소자 모듈의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 모듈을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층 또는 패턴 등이 각 기판, 층 또는 패턴 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 접합 방법을 나타낸 도면이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 발광소자 접합 방법은 발광소자 모듈을 제조하기 위하여, 발광소자(110)를 실장용 기판(120) 상에 접합하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자는 소자 단위의 패키지 타입으로 제조되었다. 그러나, 소자 단위의 발광소자 패키지를 제품에 활용하고자 할 경우, PCB와 같은 실장용 기판 상에 접합시켜야 한다. 그러나, 이 경우에는 발광소자를 패키지 기판에 1차적으로 접합해야 하고, 발광소자 패키지를 실장용 기판에 2차적으로 접합해야 하기 때문에, 접합 공정에 소요되는 비용 및 시간이 증가하였다. 또한, 패키지 기판의 사용으로 인해 발광소자 모듈의 크기가 증가하였다. 이 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로, COB(Chip On Board) 타입의 발광소자 모듈이 개발되었다.
COB(Chip On Board) 타입의 발광소자 모듈은 발광소자가 패키지 기판 상에 실장되지 않고, 직접 실장용 기판 상에 실장된 구조를 갖는다. 이 같은 발광소자 모듈의 경우, 발광소자의 접합에 이용되는 물질 또는 방식에 따라, 방열 효율에 많은 영향을 받는다. 고출력의 발광소자 모듈은 동작시, 온도가 매우 높아지기 때문에, 방열 효율이 높은 것이 바람직하다. 만약, 방열 효율이 낮을 경우, 고온에 의해 발광소자 모듈이 손상되거나, 그의 수명이 짧아질 수 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 발광소자 접합 방법을 제안한다.
도 1a를 참조하면, 발광소자 접합 방법은, 기판(111) 상에 제1 반도체층(112), 활성층(113) 및 제2 반도체층(114)이 적층된 발광소자(110)를 마련하고, 산화 가능한 실장용 기판(120) 상에 액체(130)를 도포한 후, 액체(130)에 의해 실장용 기판(120)이 산화되는 중에 발광소자(110)에서 기판(111)이 배치된 면을 실장용 기판(120) 상에 접합시키는 과정을 포함한다.
발광소자(110)는 제1 반도체층(112) 상에 형성된 제1 전극(115)과, 제2 반도체층(114) 상에 형성된 제2 전극(116)을 더 포함한다. 제1 전극(115) 및 제2 전극(116)은 발광소자(110)의 동일 면 방향에 수평으로 배치된다. 또한, 발광소자(110)에서, 기판(111)은 사파이어(Al2O3) 기판이 될 수 있다.
산화 가능한 실장용 기판(120)은 산소(O) 원자에 의해 산화되는 특성을 갖는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 실장용 기판(120)은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어질 수 있다. 실장용 기판(120)은 상술한 금속 물질들에 한정되지 않으며, 산소(O) 원자에 의해 산화되는 특성을 갖는 금속 물질이라면 어떠한 것도 사용 가능하다.
액체(130)는 실장용 기판(120) 상에 도포되는데, 산소(O) 원자를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 액체(130)는 물(H2O)이 될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다.
실장용 기판(120)은 액체(130)가 도포되는 경우, 액체(130)에 포함된 산소(O) 원자에 의해 산화가 시작된다. 이 같이, 액체(130)에 의해 실장용 기판(120)이 산화될 때, 발광소자(110)를 실장용 기판(120) 상에 접합시킨다. 실장용 기판(120)에서, 액체(130)에 의해 산화된 영역은 도 1b에 도시된 바와 같이, 접합층(140)을 형성하여 발광소자(110)와 실장용 기판(120)을 접합시켜 발광소자 모듈을 구현할 수 있다. 이 실시예에서, 발광소자 모듈은 수지와 같은 절연성 접합 물질을 이용하지 않고, 금속 물질의 산화 반응을 이용하여 발광소자(110)와 실장용 기판(120)을 접합하기 때문에, 공정이 간단하며 특히, 방열 효율이 향상된다.
또한, 도 1b에 도시된 접합층(140)은 액체(130)에 의해 산화된 영역으로, 그 두께가 0.01~0.03㎛가 될 수 있다. 이는 기존의 수지를 이용한 접합 방법과 비교할 때, 매우 얇은 두께를 갖는 것으로, 접합층(140)의 열저항을 감소시키고, 발광소자 모듈의 사이즈를 감소시킨다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 2a를 참조하면, 발광소자 접합 방법은, 기판(211) 상에 제1 반도체층(212), 활성층(213) 및 제2 반도체층(214)이 적층된 발광소자(210)를 마련하고, 이 과정에서 기판(211)에 산화 가능한 금속층(217)을 형성하는 과정을 포함한다.
또한, 산화 가능한 실장용 기판(220) 상에 액체(230)를 도포한 후, 액체(230)에 의해 실장용 기판(220)이 산화되는 중에 발광소자(210)에서 기판(211)이 배치된 면을 실장용 기판(220) 상에 접합시키는 과정을 포함한다.
발광소자(210)는 동일 면 방향에 수평으로 배치된 제1 전극(215) 및 제2 전극(216)을 포함한다.
산화 가능한 금속층(217)과, 산화 가능한 실장용 기판(220)은 산소(O) 원자에 의해 산화되는 특성을 갖는 금속 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 산화 가능한 금속층(217)과, 산화 가능한 실장용 기판(220)은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어질 수 있다. 실장용 기판(220)은 이들 금속 물질 외에도 산소(O) 원자에 의해 산화되는 특성을 갖는 다른 금속 물질로 이루어질 수도 있다.
산화 가능한 금속층(217)과, 산화 가능한 실장용 기판(220)은 상기의 금속 물질들 중에서 서로 동일한 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 서로 다른 금속 물질로 이루어질 수 있다.
액체(230)는 실장용 기판(220) 상에 도포되는데, 산소(O) 원자를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 액체(230)는 물(H2O)이 될 수 있다.
실장용 기판(220)은 액체(230)가 도포되는 경우, 액체(230)에 포함된 산소(O) 원자에 의해 산화가 시작된다. 이 같이, 액체(230)에 의해 실장용 기판(220)이 산화될 때, 발광소자(210)를 실장용 기판(220) 상에 접합시킨다.
또한, 발광소자(210)에서 기판(211)이 배치된 면을 실장용 기판(220) 상에 접합하는 경우, 기판(211)의 일면에 형성된 금속층(217)에도 액체(230)가 접촉된다. 따라서, 금속층(217) 역시 산소(O) 원자에 의해 산화가 시작된다.
금속층(217)과 실장용 기판(220)에서, 액체(230)에 의해 산화된 영역은 도 2b에 도시된 바와 같이, 접합층(240)을 형성하여 발광소자(210)와 실장용 기판(220)을 접합시켜 발광소자 모듈을 구현할 수 있다.
이 실시예에서, 발광소자 모듈은 발광소자(210)에 형성된 금속층(217)을 통해서도 접합층(240)이 형성되고, 실장용 기판(220)을 통해서도 접합층(240)이 형성되기 때문에, 그 접합성이 향상될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 3a를 참조하면, 발광소자 접합 방법은, 기판(311) 상에 제1 반도체층(312), 활성층(313) 및 제2 반도체층(314)이 적층된 발광소자(310)를 마련하고, 산화 가능한 실장용 기판(320) 상에 액체(330)를 도포한 후, 액체(330)에 의해 실장용 기판(320)이 산화되는 중에 발광소자(310)에서 기판(311)이 배치된 면을 실장용 기판(320) 상에 접합시키는 과정을 포함한다. 특히, 이 실시예에서는, 발광소자(310)를 실장용 기판(320) 상에 접합시키기 전에, 발광소자(310)와 실장용 기판(320) 사이에 액체(350)가 도포된 산화 가능한 금속층(340)을 배치시키는 과정을 더 포함한다.
산소(O) 원자를 포함하는 물질로 이루어진 액체(350)는 금속층(340)을 산화시키고, 금속층(340)의 산화가 진행되는 중에 발광소자(310)를 금속층(340) 상에 배치시킬 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 발광소자(310)와 금속층(340) 사이에 접합층(360)이 형성되어 발광소자(310)와 금속층(340)이 접합될 수 있다.
발광소자(310)가 금속층(340)과 접합된 상태에서, 이를 실장용 기판(320) 상에 접합시키면, 액체(330)에 의해 실장용 기판(320)이 산화되어 형성된 접합층(360)을 통해 발광소자(310)가 실장용 기판(320) 상에 접합된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서, 발광소자(310)를 실장용 기판(320) 상에 배치시키는 과정에서, 발광소자(310)와 실장용 기판(320) 사이에 액체(350)가 도포된 산화 가능한 금속층(340)을 배치시키는 과정이 동시에 수행될 수 있다. 즉, 금속층(340)의 산화와 실장용 기판(320)의 산화를 동시에 수행하여 발광소자(310)와 금속층(340)과 실장용 기판(320)을 동시에 접합시킬 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 도시된 실시예에서, 실장용 기판(320)은 반드시 산화 가능한 금속 물질로 이루어질 필요는 없다. 구체적으로, 실장용 기판(320)이 산화 가능한 금속 물질로 이루어지지 않더라도, 실장용 기판(320) 상에 도포된 액체(330)에 의해 금속층(340)이 산화되기 때문에, 금속층(340)의 산화된 영역을 이용하여 발광소자(310)를 실장용 기판(320) 상에 접합시킬 수 있다. 즉, 금속층(340)을 양면으로 산화시켜 발광소자(310)와 실장용 기판(320)을 접합시킬 수 있다.
또한, 각 실시예를 통해 금속층 또는 실장용 기판이 액체에 의해 산화되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 금속층 또는 실장용 기판을 이루는 금속 물질을 산화시킬 수 있는, 산소(O) 원자를 포함하는 기체(예를 들어, 산소 가스)를 이용하여 금속층 또는 실장용 기판을 산화시킬 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 모듈을 나타내는 도면이다.
도 1a 및 도 1b에서는 설명의 편의를 위해, 발광소자(110)와 실장용 기판(120)의 접합 영역 구조만을 도시하였으나, 도 4에서는 전체적인 발광소자 모듈의 구조를 도시하였다.
도 4를 참조하면, 실장용 기판(420)은 일 면에, 절연층(421)을 포함하고 절연층(421) 상에 형성된 제1 전극 패드(422b) 및 제2 전극 패드(422a)를 포함한다. 절연층(421)은 금속 물질로 이루어진 실장용 기판(420)과 제1 전극 패드(422b) 및 제2 전극 패드(422a)를 전기적으로 절연시킨다.
발광소자(410)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 접합 방식에 의해 실장용 기판(420) 상에 접합될 수 있다. 여기서, 발광소자(410)에 포함된 기판(411)은 액체에 의해 산화된 실장용 기판(420) 영역, 즉, 접합층(430)을 통해 실장용 기판(420) 상에 접합될 수 있다.
발광소자(410)에 포함된 제1 전극 및 제2 전극은 각각 제1 와이어(442) 및 제2 와이어(441)에 의해 제1 전극 패드(422b) 및 제2 전극 패드(422a)와 전기적으로 연결된다. 또한, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 필요에 따라 발광소자(410) 상에 투명 렌즈 몰드 또는 형광체 몰드가 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 발광소자
120: 실장용 기판
130: 액체

Claims (10)

  1. 기판 상에 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층이 적층된 발광소자를 마련하는 단계;
    산화 가능한 실장용 기판 상에 액체를 도포하는 단계; 및
    상기 액체에 의해 상기 실장용 기판이 산화되는 중에 상기 발광소자에서 상기 기판이 배치된 면을 상기 실장용 기판 상에 접합시키는 단계
    를 포함하는, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자를 제공하는 단계는,
    상기 기판에 산화 가능한 금속층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체에 의해 상기 실장용 기판이 산화되는 중에 상기 발광소자에서 상기 기판이 배치된 면을 상기 실장용 기판 상에 접합시키는 단계 전에,
    상기 발광소자와 상기 실장용 기판 사이에 액체가 도포된 산화 가능한 금속층을 배치시키는 단계
    를 더 포함하는, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액체에 의해 상기 실장용 기판이 산화되는 중에 상기 발광소자에서 상기 기판이 배치된 면을 상기 실장용 기판 상에 접합시키는 단계는,
    상기 발광소자와 상기 실장용 기판 사이에 액체가 도포된 산화 가능한 금속층을 배치시키는 단계와 동시에 수행되는, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화 가능한 실장용 기판은,
    알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어진, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 산화 가능한 금속층은,
    알루미늄(Al), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 중 적어도 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어진, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 액체는,
    산소(O) 원자를 포함하는 물질로 이루어진, 발광소자 모듈을 위한 발광소자 접합 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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