KR101893996B1 - 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 측벽으로 둘러싸인 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체; 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하는 제1 및 제2 리드프레임; 상기 제1 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 노출된 영역 상에 실장된 발광소자; 상기 제2 리드프레임과 상기 발광소자를 연결하는 와이어;상기 발광소자 위에 배치된 렌즈; 및 상기 칩 실장영역에서 상기 와이어 보다 높게 형성되어 상기 와이어와 상기 렌즈가 서로 접촉되지 않도록 상기 렌즈를 지지하는 렌즈지지부; 를 포함하는 발광소자 패키지에 관한 것이다.

Description

발광소자 패키지 {Light Emitting Device Package}
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드는 전류가 가해지면 p-n접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여 다양한 색상의 빛이 형성되는 반도체 장치로서, 친환경적이고, 응답 속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이며, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능한 이점이 있다.
또한, 발광다이오드는 광속 및 광도의 세기 분포를 개선시키고, 높은 신뢰성을 제공하기 위해 패키지 본체에 발광다이오드 소자가 설치되는 패키지 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 발광다이오드 패키지 중 일부는 발광면 측에 렌즈가 구비된 형태로 제작되며, 이러한 렌즈는 발광다이오드에서 발광된 빛을 모으거나 분산시키는 역할을 하게 된다.
종래에는 제작상의 용이함 때문에 밑면이 평평하고 상측으로 볼록한 돔 타입의 렌즈가 많이 사용되었다. 그러나, 돔 타입의 렌즈에서는 발광다이오드 소자와 리드 프레임을 서로 전기적으로 연결하는 와이어가 렌즈의 수축과 팽창에 의해 영향을 받아 절단되는 문제가 있었다.
한편, 최근에는 패키지의 소형화 추세와 더불어 SMT 공정에서 렌즈를 픽업(pick up)하는데 용이한 구조를 갖는 렌즈의 반사부(reflector)가 패키지 내부 쪽으로 돌출된 플랫 타입의 렌즈가 많이 사용되고 있다.
픽업이란 렌즈를 패키지 본체에 결합하는 과정에서 픽업장치를 이용하여 패키지 본체 위에 올려놓은 과정을 말하는데, 이때 장치에 가해지는 소정의 압력에 의해 렌즈가 하부로 눌리게 되는 현상이 발생하게 된다. 이는 렌즈가 대부분 경도가 강하지 않은 실리콘 등의 수지로 형성되어 변형이 쉽고 유동성이 있으며, 패키지 본체와 렌즈 간의 접촉 면적이 크기 않기 때문에 발생하게 된다.
따라서, 위와 같이 픽업과정에서 렌즈가 하측으로 눌리게 되면 패키지의 발광다이오드 소자와 리드 프레임을 서로 전기적으로 연결하는 와이어가 렌즈 반사부의 하단부에 의해 눌리면서 손상되거나 절단되어 쇼트와 같은 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 목적은 렌즈를 패키지 본체에 설치함에 있어서, 렌즈의 눌림에 의한 와이어의 손상을 방지할 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 몰딩에 의해 성형된 렌즈나 봉지부의 수축과 팽창에 의해 와이어가 영향을 받는 것을 최소화하여 와이어의 손상을 방지할 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지는,
측벽으로 둘러싸인 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체; 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하는 리드프레임; 상기 칩 실장영역 상에 실장된 발광소자; 상기 리드프레임과 상기 발광소자를 연결하는 와이어; 상기 발광소자 위에 배치된 렌즈; 및 상기 칩 실장영역에서 상기 와이어 보다 높게 형성되어 상기 와이어와 상기 렌즈가 서로 접촉되지 않도록 상기 렌즈를 지지하는 렌즈지지부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 상기 칩 실장영역에서 상기 발광소자가 실장되고 남은 부분 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 상기 렌즈의 하단부가 걸림되도록 걸림턱을 가질 수 있다.
또한, 상기 걸림턱이 반구형일 수 있다.
또한, 상기 걸림턱이 사각기둥 형상일 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 적어도 하나가 상기 측벽으로부터 상기 발광소자를 향해 연장되는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 상기 측벽으로부터 연장되어 상기 칩 실장영역의 상부 공간에 배치되는 부분에 상기 렌즈지지부를 관통하는 개방홀을 구비할 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 적어도 하나가 상기 측벽 중 어느 일측으로부터 연장되어 상기 칩 실장영역을 가로질러 타측으로 연결되는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 복수개가 상기 칩 실장영역에서 서로 교차할 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 하면이 상기 와이어보다 높은 위치에 위치할 수 있다.
또한, 상기 측벽은 내측에 적어도 하나의 지지턱을 가지며, 상기 렌즈는 외주면에 상기 지지턱에 지지되도록 적어도 하나의 수평돌기를 가질 수 있다.
또한, 상기 측벽은 상단에 적어도 하나의 요홈이 형성되고, 상기 렌즈는 상단에 상기 요홈과 대응되도록 적어도 하나의 끼움돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 패키지 본체는 상기 측벽의 내측에 상기 렌즈가 지지되는 지지턱과, 상기 지지턱의 내측에 상기 칩 실장영역을 갖는 홈부를 포함하며, 상기 홈부는 상기 와이어가 상부로 돌출되지 않는 깊이로 형성되어 상기 지지턱의 상면이 상기 와이어보다 높은 위치에 위치할 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 일부가 상기 지지턱 상에 놓여 고정되고, 나머지 부분은 상기 홈부 상에 놓여 상기 칩 실장영역 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부의 하면은 상기 지지턱의 상면과 공면을 이룰 수 있다.
또한, 상기 홈부에 채워져 상기 발광다이오드 소자 및 와이어를 봉지하는 봉지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 봉지부는 적어도 한 종의 형광체를 함유할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 상면이 평평하고, 하부가 볼록하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 볼록한 하부의 저면이 평평하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈의 저면이 프레넬렌즈 형상일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은,
내측에 칩 실장영역을 갖도록 측벽을 형성하고, 상기 칩 실장영역에 인접하여 렌즈지지부를 형성하며, 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하도록 제1 및 제2 리드프레임을 설치하여 패키지 본체를 마련하는 단계; 상기 제1 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 노출된 영역 상에 발광소자를 실장하는 단계; 상기 제2 리드프레임과 상기 발광소자를 와이어로 연결하는 단계; 및 상기 렌즈지지부에 상기 와이어와 접촉되지 않도록 렌즈를 설치하는 단계; 를 포함하며, 상기 렌즈지지부는 상기 와이어 보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 상기 렌즈의 하단부가 걸림되도록 걸림턱을 더 형성할 수 있다.
또한, 상기 패키지 본체는, 상기 렌즈지지부를 밀핀(eject pin) 지지부로 이용하여 금형으로부터 분리하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부는 그 높이를 조절하여 상기 발광소자와 상기 렌즈의 저면 사이의 간격을 조절할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 상면이 평평하고, 하부가 볼록하도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 볼록한 하부의 저면이 평평하도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 저면을 프레넬렌즈 형상으로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은,
내측에 칩 실장영역을 갖도록 홈부를 형성하고, 내측에 상기 홈부를 갖도록 지지턱을 형성하고, 내측에 상기 지지턱을 갖도록 측벽을 형성하며, 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 노출되도록 제1 및 제2 리드프레임을 설치하여 패키지 본체를 마련하는 단계; 상기 제1 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 노출된 영역 상에 발광다이오드 소자를 실장하는 단계; 상기 제2 리드프레임과 상기 발광다이오드 소자를 와이어로 연결하는 단계; 상기 지지턱 상에 일부가 놓여 지지되고, 나머지 부분은 상기 홈부 상에 놓여 상기 칩 실장영역 상에 배치되는 렌즈지지부를 구비하는 단계; 및 상기 지지턱과 상기 렌즈지지부 상에 렌즈를 구비하는 단계;를 포함하며, 상기 렌즈지지부는 상기 와이어보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부를 구비하는 단계 이전에 상기 발광다이오드 소자와 와이어를 봉지하도록 상기 홈부 내에 몰딩 수지를 주입하여 봉지부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈지지부의 하면은 상기 지지턱의 상면과 공면을 이룰 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 패키지 본체에 와이어 보다 높게 렌즈지지부를 형성함으로써 와이어가 손상되는 것을 방지하여 제품의 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 렌즈지지부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지의 패키지 본체와 렌즈를 분리한 모습을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 6은 도 5의 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 7에서 렌즈지지부를 확대하여 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 10은 도 7의 발광소자 패키지에서 렌즈지지부의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11 내지 도 14는 도 7의 발광소자 패키지를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 16은 도 15의 발광다이오드 소자에서 채용될 수 있는 발광다이오드 칩의 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 18은 도 17의 발광다이오드 소자에서 채용될 수 있는 발광다이오드 칩의 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 19는 도 18의 발광다이오드 칩이 적용된 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 21은 도 19의 발광다이오드 소자가 리드 프레임 상에 실장된 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 22 및 도 23은 본 발명에서 채용될 수 있는 파장변환막 형성방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 24 내지 도 25는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 26은 도 24 및 도 25의 방법에 따라 제조된 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 27a 내지 도 27f는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이다.
도 28a 내지 도 28f는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이다.
도 29a 및 도 29b는 도 27 및 도 28의 공정에 따라 제조된 발광다이오드 소자가 리드 프레임 상에 실장된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 30a 내지 도 30e는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이다.
도 31은 도 30의 공정에 따라 제조된 발광다이오드 소자가 리드 프레임 상에 실장된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 도시한 측단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이다.
본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1)는, 내측에 칩 실장영역(16)을 포함하는 홈부(14)를 갖는 패키지 본체(10)와, 일부가 칩 실장영역(16)에 노출된 리드 프레임(30)과, 리드 프레임(30) 중 칩 실장영역(16)에 노출된 영역 상에 실장된 발광소자로서의 발광다이오드 소자(100)와, 리드 프레임(30)과 발광다이오드 소자(100)를 전기적으로 연결하는 와이어(50)와, 발광다이오드 소자(100) 위로 홈부(14)에 배치되는 렌즈(20)를 포함할 수 있다.
패키지 본체(10)에는 홈부(14) 중 칩 실장영역(16)에서 발광다이오드 소자(100)가 실장되고 남은 위치 중 일부에 렌즈(20)의 하단부를 지지하도록 와이어(50) 보다 높게 형성된 렌즈지지부(11)가 구비된다. 이 렌즈지지부(11)는 본 실시 형태에서는 패키지 본체(10)의 후술하는 벽체로부터 연장된 것으로 도시되어 있으나, 필요시 벽체로부터 이격되게 형성할 수 있다.
즉, 렌즈지지부(11)는 와이어(50)보다 높게 형성되어 렌즈(20)의 하측으로 돌출된 반사부의 하단을 지지하여 렌즈(20)가 픽업장치에 의해 눌림 되더라도 와이어(50)가 렌즈의 하단부에 의해 눌리게 되는 것을 방지하는 것이다.
이러한 패키지 본체(10)는 전기적 쇼트를 방지하기 위해 절연성을 가지면서도 열방출 성능과 광반사율이 우수한 플라스틱, 실리콘 또는 세라믹 수지 등의 절연성 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게 투명 수지 및 투명 수지에 광반사 입자(예컨대, TiO2)가 분산된 구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 패키지 본체(10)를 이루는 물질이 이러한 물질로 특별히 제한되는 것은 아니다.
또한, 패키지 본체(10)는 홈부(14)를 형성하도록 둘레에 수직의 측벽(15)이 구비될 수 있다. 측벽(15)은 발광다이오드 소자(100)에서 출사된 광을 상측의 렌즈(20) 방향으로 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있도록 반사층(미도시)을 가질 수 있다. 반사층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 중 하나 또는 그 혼합물과 같이 고반사성의 금속들 중 적어도 하나를 측벽(15)의 내면에 코팅하거나, 이 금속들 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어진 반사시트를 측벽(15)의 내면에 부착하여 구성할 수 있다.
리드 프레임(30)은 제1 및 제2 리드 프레임(31,32)의 복수개로 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 리드 프레임(31,32)은 전기 전도성과 열 전도성이 우수한 금속 물질, 예컨대 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등으로 이루어질 수 있으며, 패키지 본체(10)에 서로 접촉되지 않게 일정 간격을 두고 좌우로 배치될 수 있다.
이러한 제1 및 제2 리드 프레임(31,32)은 일단이 발광다이오드 소자(100)에 전기적으로 연결되는 리드가 되고, 타단은 예컨대 기판(미도시)의 회로패턴 등과 접촉되면서 전기적으로 연결되어 외부전기신호를 인가하는 표면실장영역으로 제공된 본딩영역으로서의 기부가 될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 리드 프레임(31,32)은 저면 중 일부를 패키지 본체(10)의 하부로 노출시켜 표면실장영역의 본딩영역으로 제공할 수 있다.
발광다이오드 소자(100)는 반도체의 p-n, n-p-n 등의 접합 구조를 포함하며, 주입된 전자 또는 정공이 재결합할 경우 빛을 발산하는 다이오드이다. 본 실시 형태에서 발광다이오드 소자(100)는 적색 발광다이오드 소자, 녹색 발광다이오드 소자, 청색 발광다이오드 소자, 백색 발광다이오드 소자, 황색 발광다이오드 소자 또는 UV 발광다이오드 소자와 같이 다양한 소자 중에서 채용될 수 있다.
본 실시 형태에서는 발광다이오드 소자(100)가 제1 리드 프레임(30)상에 한 개만 설치된 것으로 도시하고 있으나, 필요시 휘도를 높이기 위해 하나의 칩 실장영역(16)에 두 개 이상의 발광다이오드 소자(100)를 설치할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 발광다이오드 소자(100)가 제1 리드 프레임(31)과는 실장과 함께 전기적으로 직접 접속되고, 제2 리드 프레임(32)과는 와이어(50)를 통해 연결된 형태를 가지나, 발광다이오드 소자(100)와 리드 프레임(30)의 연결방식은 이에 한정되지 않고, 실시 형태에 따라, 예컨대 제1 리드 프레임(31) 또한 별도의 와이어를 통해 전기적으로 연결되는 등 다양한 접속 형태로 변경될 수 있다. 이러한 발광다이오드 소자(100)에 대해서는 추후 구체적으로 설명한다.
본 실시 형태에 적용된 렌즈(20)는 발광다이오드 소자(100)의 광이 상측으로 방출될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질, 바람직하게는 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성할 수 있으며, 그 형상에 있어서 상면이 평평하고 하부가 볼록한 반사부를 갖는 일명 탑 플랫 렌즈로 구성할 수 있다.
이때, 렌즈(20)는 발광다이오드 소자(100)의 상측 정면에서 출사되는 광을 제어하는 굴절면(24)과, 발광다이오드 소자(100)의 측면에서 출사되는 광을 제어하는 전반사면(25)을 포함할 수 있다.
굴절면(24)은 그 저면을 평평한 면 또는 볼록한 형상으로 가질 수 있으며, 발광다이오드 소자(100)의 광이 일정 각도로 굴절되어 출사면에 비춰지도록 광을 제어하는 역할을 한다. 이때, 그 저면은 발광다이오드 소자(100)의 광이 출사면에 더 집광될 수 있도록 프레넬렌즈 형상으로 구성할 수 있다.
전반사면(25)은 곡면 또는 비곡면으로 형성할 수 있으며, 곡면일 경우 더 바람직하게는 코닉면 또는 비구면으로 형성할 수 있고, 발광다이오드 소자(100)의 측면에서 출사되는 광을 제어하여 전반사시킴으로써 전방 방향으로 출사되는 빛을 집광시키는 역할을 한다.
이러한 렌즈(20)는 외주면에 적어도 하나의 평평한 면을 갖는 적어도 하나의 수평돌기(22)가 형성되고, 이 수평돌기(22)를 패키지 본체(10)의 측벽 내측에 형성된 각각의 지지턱(12)에 거치한 후 접착제 등을 이용하여 패키지 본체(10)에 결합시키게 된다. 그러나, 렌즈(20)와 패키지 본체(10)의 결합방식이 이러한 접착방식에 한정되는 것은 아니며, 패키지 본체(10)와 렌즈(20)의 형태 및 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 렌즈(20)가 구비된 발광소자 패키지(1)에 있어서 광학 특성을 결정짓는 중요 인자로 빛이 발광하는 발광다이오드 소자(100)와 빛의 굴절이 발생하는 렌즈(20)의 간격, 즉 에어 갭(air gap)이 있다. 이 에어 갭은 여러 가지 실험을 통해 외부로 조사되는 광을 일정한 방사 각도로 방출하여 광 효율을 최적화시킬 수 있는 최적의 간격이 정해져 있다.
따라서, 발광다이오드 소자(100)에서 출사된 정면 및 측면 광의 효율을 극대화하기 위해서는 발광다이오드 소자(100)와 렌즈(10)의 굴절면(24)의 공간 높이인 에어 갭의 적절한 간격이 요구된다.
이는, 에어 갭이 너무 작으면 발광다이오드 소자(100)의 측면에서 출사하는 광이 굴절면에 입사하여 출사면의 밖으로 입사되어 광 소실이 커지게 되는 등의 문제점이 발생할 수 있는바, 에어 갭이 설계시의 수치를 유지하거나 적어도 그보다는 축소되지 않아야만 제품의 광학특성을 제대로 나타낼 수 있기 때문이다.
그런데, 위와 같이 렌즈(20)와 패키지 본체(10)를 결합하는 과정에서 픽업 장치에 의해 렌즈(20)가 눌리게 되면 에어 갭의 이미 정해진 수치가 렌즈(20)의 눌려진 수치만큼 변하게 되는바, 이로 인해 발광소자 패키지(1)의 광학특성이 설계 때와 달라지게 되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 렌즈지지부(11)가 와이어(50) 보다 높게 형성되어 렌즈(20)의 하측으로 돌출된 반사부의 하단을 지지하므로, 렌즈(20)가 픽업장치에 의해 눌림 되더라도 렌즈(20)의 굴절면(24)과 발광다이오드 소자(100) 간의 에어 갭을 일정하게 유지할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에서는 렌즈지지부(11)가 픽업장치에 의한 렌즈(20)의 눌림을 방지하여 발광다이오드 소자(100)와 렌즈(20) 간의 에어 갭 변동을 방지함으로써, 설계시의 광학특성을 유지할 수 있는 것이다.
한편, 본 실시 형태에서, 렌즈지지부(11)에 의해 패키지 본체의 홈부(14)에는 오목부로서의 칩 실장영역(16)이 구비될 수 있으며, 이 칩 실장영역(16)에는 발광다이오드 소자(100)를 덮어서 발광다이오드 소자(100)를 보호하고, 발광다이오드 소자(100)를 이루는 물질과 외부와의 굴절률 매칭을 구현하여 외부광 추출효율을 향상시키는 역할을 하는 봉지부(미도시)를 형성할 수 있다.
이 봉지부는 실리콘 또는 에폭시 계열의 투광성 수지를 도포하여 형성할 수 있다. 또한, 봉지부는 발광다이오드 소자(100)로부터 발광된 광의 색을 변환시켜 다양한 색상을 만들 수 있도록 형광체를 포함할 수 있다. 또한, 봉지부는 양자점을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 렌즈지지부(11)의 변형예로서, 렌즈지지부(11)의 단부에 렌즈(20)의 하단부가 걸려 그 위치(주로 상하방향의 위치)가 고정되도록 상측으로 돌출된 걸림턱(11a)을 형성할 수 있다. 이때, 걸림턱(11a)은 단면이 반구형 또는 사각기둥 형상 등으로 렌즈(20) 하단부의 외주면을 따라 길게 구성할 수 있고, 이는 렌즈(20)의 하단부를 지지하여 그 위치를 고정시킬 수 있는 것이라면 어떠한 형태로든 변경할 수 있다.
그리고, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 패키지 본체(10)와 렌즈(20)의 변형예로서, 상기 패키지 본체(10)는 측벽(15)의 상단에 적어도 하나의 요홈(13)을 형성하고, 렌즈(20)는 상단에 이 요홈(13)과 대응되는 끼움돌기(23)를 평평하게 형성할 수 있다. 이를 통해, 미도시된 픽업 장치를 이용한 렌즈(20)와 패키지 본체(10)의 결합시 이 끼움돌기(23)가 요홈(13)에 끼워져 렌즈의 전후 및 좌우 위치가 정확히 설정되어 유동성을 억제할 수 있다.
즉, 렌즈(20)와 패키지 본체(10)의 결합된 위치에 따라 광학특성의 변화가 생기게 되는데, 앞서 설명한 렌즈지지부(11)와, 위의 끼움돌기(23)와 요홈(13)의 결합 구조를 통해 렌즈(20)와 패키지 본체(10)의 x, y 및 z축 상의 위치를 고정시켜 제작하게 됨으로써 발광소자 패키지(1) 제조 후 렌즈가 설계시의 특성을 그대로 나타낼 수 있는 것이다.
위와 같이 구성된 일 실시 형태에 따른 발광다이오드 패키지(1)를 제조하는 방법을 일 실시 형태에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저 금형을 이용하여 패키지 본체(10)를 마련한다. 패키지 본체(10)는 내측에 칩 실장영역(16)을 포함하는 홈부(14)가 형성되도록 측벽(15)을 형성하고, 홈부(14) 중에서 칩 실장영역(16)에 인접하여 와이어(50) 보다 높게 형성된 렌즈지지부(11)를 형성한다.
이때, 플랫 타입의 렌즈를 사용하는 발광다이오드 패키지(1)의 경우 주로 플래시의 조명과 같은 용도로 사용하게 되는데, 이러한 용도로 사용되는 발광다이오드 소자는 일반적인 발광소자와는 달리 소자의 상면에서만 빛이 발생되므로 이와 같이 렌즈지지부(11)를 형성한다 하더라도 광 효율이 저하되지 않는다.
또한, 패키지 본체(10) 마련단계에서, 패키지 본체(10)에는 서로 이격되면서 칩 실장영역(16)에 적어도 일부가 노출되도록 제1 및 제2 리드 프레임(31,32)을 함께 설치한다.
그리고, 제1 리드 프레임(31) 중 칩 실장영역(16)에 노출된 영역 상에 발광다이오드 소자(100)를 실장하고, 제2 리드 프레임(32)과 발광다이오드 소자(100)를 와이어(50)를 통해 전기적으로 연결한다.
이후, 발광다이오드 소자(100) 위에 픽업장치(미도시)를 이용하여 렌즈(20)를 설치한다. 이때, 렌즈(20)는 측벽(14)의 지지턱(12)에 외주면의 수평돌기(22)가 지지되도록 하고, 렌즈(20)의 하단부는 렌즈지지부(11) 위에 지지되도록 하여, 픽업장치의 압력에 의해 와이어(50)가 렌즈(20)의 하단부에 의해 눌려지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 패키지 마련 단계에서, 패키지 본체(10)는 금형에서 복수의 캐비티를 사용하여 제작하게 되는데, 금형에서 패키지 본체(10)가 잘 분리되게 하기 위하여 패키지 본체(10)의 리드 프레임(30)을 밀어주는 밀핀(eject pin)을 사용할 수 있다.
즉, 이 밀핀을 사용하면 금형에서 패키지 본체(10)의 분리가 용이해지며, 이러한 밀핀의 크기가 커질수록 금형에서 패키지 본체(10)의 분리는 더 용이해지는데, 이를 위해 패키지 본체(10)에 별도의 밀핀 공간이 요구되고, 특히 최근의 패키지들은 그 크기가 소형화되어 있어서 이러한 별도의 밀핀 공간을 확보하기 어려워 밀핀의 적용이 힘들었다.
그러나, 본 실시 형태에서는 렌즈지지부(11)를 이러한 밀핀 공간으로 활용할 수 있어 패키지를 소형화함에도 금형으로부터 보다 안정적으로 취출이 가능해지는 효과가 있다. 또한, 이러한 공정을 통해 금형 취출 과정에서의 불량률을 더 감소시킬 수 효과가 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 단면도이며, 도 9a 및 도 9b는 도 7에서 렌즈지지부를 확대하여 도시한 사시도 및 단면도이고, 도 10은 도 7의 발광소자 패키지에서 렌즈지지부의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(1')는, 내측에 칩 실장영역(16')을 포함하는 홈부(14')를 갖는 패키지 본체(10')와, 일부가 칩 실장영역(16')에 노출된 리드 프레임(30')과, 칩 실장영역(16') 상에 실장된 발광다이오드 소자(100)와, 리드 프레임(30')과 발광다이오드 소자(100)를 전기적으로 연결하는 와이어(50')와, 발광다이오드 소자(100) 위로 홈부(14')에 배치되는 렌즈(20')와, 와이어(50')와 렌즈(20')가 서로 접촉되지 않도록 렌즈(20')를 지지하는 렌즈지지부(11')를 포함할 수 있다.
발광다이오드 소자(100)는 반도체의 p-n, n-p-n 등의 접합 구조를 포함하며, 주입된 전자 또는 정공이 재결합할 경우 빛을 발산하는 다이오드이다. 본 실시 형태에서 발광다이오드 소자(100)는 적색 발광다이오드 소자, 녹색 발광다이오드 소자, 청색 발광다이오드 소자, 백색 발광다이오드 소자, 황색 발광다이오드 또는 UV 발광다이오드 소자와 같이 다양한 소자 중에서 채용될 수 있다. 발광다이오드 소자(100)에 대해서는 추후 구체적으로 설명한다.
패키지 본체(10')는 전기적 쇼트를 방지하기 위해 절연성을 가지면서도 열방출 성능과 광반사율이 우수한 플라스틱, 실리콘 또는 세라믹 수지 등의 절연성 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게 투명 수지 및 투명 수지에 광 반사 입자(예컨대, TiO2)가 분산된 구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 패키지 본체(10')를 이루는 물질이 이러한 물질로 특별히 제한되는 것은 아니다.
패키지 본체(10')는 렌즈(20')가 지지되는 지지턱(12')을 형성하도록 둘레에 수직의 측벽(15')이 구비될 수 있다. 상기 지지턱(12')은 상기 측벽(15')의 내측에 상기 측벽(15')의 상면으로부터 아래쪽을 향해 소정 깊이로 단차를 이루는 구조로 형성될 수 있다. 상기 지지턱(12')은 내측에 그 표면으로부터 소정 깊이로 함몰되는 홈부(14')를 구비할 수 있다.
상기 홈부(14')는 상기 발광다이오드 소자(100)를 내부에 수용할 수 있는 소정 크기의 공간을 이루며, 상기 발광다이오드 소자(100)를 리드프레임(30')과 연결하는 와이어(50')가 상부로 돌출되지 않도록 충분한 깊이로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 홈부(14')를 갖는 상기 지지턱(12')의 상면은 상기 와이어(50')보다 높은 위치에 위치할 수 있다. 상기 홈부(14')는 발광다이오드 소자(100)에서 출사된 광을 상측의 렌즈(20') 방향으로 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있도록 내측면이 경사진 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 내측면 상에는 광 반사율이 우수한 반사층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 반사층은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 중 하나 또는 그 혼합물과 같이 고반사성의 금속들 중 적어도 하나를 홈부(14')의 내면에 코팅하거나, 이 금속들 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어진 반사시트를 홈부(14')의 내면에 부착하여 구성할 수 있다. 상기 홈부(14')는 중앙에 상기 발광다이오드 소자(100)가 실장되는 칩 실장영역(16')을 가질 수 있다.
리드 프레임(30')은 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')의 복수개로 이루어지며, 서로 접촉되지 않게 패키지 본체(10')에 일정 간격을 두고 좌우로 배치될 수 있다. 상기 리드 프레임(30')은 전기 전도성과 열 전도성이 우수한 금속 물질, 예컨대 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등으로 이루어질 수 있으나 리드 프레임의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')은 일부가 상기 칩 실장영역(16')에 노출되어 발광다이오드 소자(100)와 전기적으로 연결되는 리드가 되고, 반대측 일부는 패키지 본체(10') 밖으로 돌출되어, 예컨대 장착 기판(미도시)의 회로패턴 등과 접촉되면서 전기적으로 연결되어 외부전기신호를 인가하는 본딩영역으로서의 기부가 될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 리드프레임(31',32')은 패키지 본체(10')의 하부로 노출되어 표면실장에서의 본딩영역으로 제공할 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')이 각각 한 쌍으로 서로 접촉되지 않게 일정 간격을 두고 분리되어 배치된 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')는 상기 도 1의 실시 형태에서와 같이 각각 단일로 구비되어 패키지 본체(10')에 일정 간격을 두고 좌우로 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 리드 프레임(31')의 양 단부와 제2 리드 프레임(32')의 양 단부는 각각 패키지 본체(10') 밖으로 돌출되고, 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')의 중앙 영역 일부는 칩 실장영역(16')으로 노출된다.
도 7 및 도 8에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광다이오드 소자(100)는 적어도 하나가 상기 홈부(14') 내의 칩 실장영역(16') 상에 실장될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광다이오드 소자(100)는 상기 제1 및 제2 리드 프레임(31',32') 사이에서 서로 접촉하지 않게 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 칩 실장영역(16')으로 노출되는 방열부(60) 상에 실장되어 고정될 수 있다. 상기 방열부(60)는 열전도성이 우수한 물질로 이루어지며, 히트 싱크를 포함한다. 상기 방열부(60)는 상기 리드 프레임(30')과 마찬가지로 상기 패키지 본체(10')의 하부로 노출될 수 있으며, 이를 통해 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 발광다이오드 소자(100)는 도전성 와이어(50')를 매개로 상기 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 발광다이오드 소자(100)가 복수개로 상기 칩 실장영역(16') 상에 설치 및 배열되는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라서 단일로 설치되는 것도 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는 상기 방열부(60)와 리드 프레임(30')이 서로 소정 간격으로 분리되어 접촉하지 않는 구조로 도시하고 있다. 그러나, 상기 방열부(60)는 제1 리드 프레임(31') 또는 제2 리드 프레임(32') 중 어느 하나와 연결되어 일체를 이루는 것도 가능하다. 예컨대 방열부(60)와 제1 리드 프레임(31')이 일체를 이루는 경우, 발광다이오드 소자(100)는 도전성 접착층을 매개로 하여 방열부(60)와 물리적 접합 및 전기 접속을 이룰 수 있고, 제2 리드 프레임(32')과는 와이어(50')를 통해 연결될 수 있다.
렌즈지지부(11')는 적어도 하나가 상기 측벽(15')으로부터 상기 발광다이오드 소자(100)를 향해 연장되며, 상기 칩 실장영역(16')에서 상기 와이어(50')보다 높게 형성된다. 이러한 렌즈지지부(11')는 렌즈(20')가 상기 패키지 본체(10') 상에 결합시 상기 와이어(50')와 상기 렌즈(20')가 서로 접촉되지 않도록 상기 렌즈(20')를 지지한다.
도 9에서 도시하는 바와 같이, 상기 렌즈지지부(11')는 일부가 상기 지지턱(12') 상에 놓여 고정되고, 나머지 부분은 상기 홈부(14') 상에 놓여 상기 칩 실장영역(16')의 상부 공간에 배치될 수 있다. 즉, 상기 렌즈지지부(11')는 상기 지지턱(12') 상에 놓여 지지되는 것이며, 따라서 상기 렌즈지지부(11')는 그 하면이 상기 와이어(50')보다 높은 위치에 위치하여 배치되어 상기 렌즈지지부(11')에 의해 지지되는 렌즈(20')가 상기 와이어(50')와 접촉하지 않도록 한다. 이때, 상기 렌즈지지부(11')의 하면은 상기 지지턱(12')의 상면과 공면을 이룰 수 있다.
상기 렌즈지지부(11')는 발광다이오드 소자(100)에서 발생된 빛이 방출되는 홈부(14') 상에 위치하는 관계로 광 효율의 저하가 발생하지 않도록 투명한 플라스틱(투명 PC) 등의 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 렌즈지지부(11')는 상기 홈부(14') 상에 위치하는 부분에 상기 렌즈지지부(11')를 관통하는 개방홀(h)을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 홈부(14')는 상기 렌즈지지부(11')가 상기 지지턱(12')으로부터 상기 칩 실장영역(16')의 상부 공간으로 일부 돌출되어 배치되더라도 상기 개방홀(h)을 통해 노출되어 상기 렌즈지지부(11')에 의해 가리어지는 영역이 최소될 수 있으며, 이에 따라 광 추출 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 상기 렌즈지지부(11')는 적어도 하나가 상기 측벽(15') 중 어느 일측으로부터 연장되어 상기 칩 실장영역(16')을 가로질러 타측으로 연결되는 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 렌즈지지부(11')는 양단이 상기 홈부(14')를 가로질러 서로 마주하는 양측 지지턱(12') 상에 각각 놓여 고정됨으로써 상기 칩 실장영역(16')의 상부 공간에 걸쳐진 구조로 배치될 수 있다. 그리고, 상기 렌즈지지부(11')는 복수개가 상기 칩 실장영역(16') 상에서 서로 교차하는 구조로 배치될 수 있다. 이를 통해, 상기 렌즈지지부(11')에 의해 지지되는 렌즈(20')가 상기 와이어(50')와 접촉하지 않도록 한다.
본 실시 형태에서는 상기 렌즈지지부(11')가 한 쌍으로 구비되어 서로 마주하는 구조로 배치되거나, 서로 교차하는 구조로 배치되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 렌즈지지부(11')는 기타 다양한 개수 및 배치구조로 구비될 수 있다.
상기 홈부(14')는 투명한 에폭시 수지 등으로 채워져 상기 발광다이오드 소자(100)와 와이어(50')를 봉지하는 봉지부(70)가 형성될 수 있다. 상기 홈부(14')에 충진된 상기 봉지부(70)는 그 상면이 상기 지지턱(12')의 상면과 평평하게 평행을 이루도록 형성될 수 있다.
상기 봉지부(70)는 적어도 한 종류의 형광체를 함유할 수 있다. 이 경우, 상기 봉지부(70)에 함유되는 형광체는 추후 설명하는 발광다이오드 소자(100)에 형성된 파장변환부 내에 포함된 형광체와는 종류가 다른 형광체일 수 있다. 그리고, 상기 봉지부(70)에 함유되는 형광체(예를 들어, 녹색 또는 청색 형광체)는 상기 파장변환부에 함유된 형광체(예를 들어, 적색 형광체)보다 짧은 파장을 갖는 광을 방출하는 형광체인 것이 바람직하다. 즉, 상대적으로 긴 파장의 광을 방출하는 형광체가 함유된 파장변환부가 발광다이오드 소자(100)에 가장 가까이 위치하고, 상대적으로 짧은 파장의 광을 방출하는 형광체가 함유된 봉지부(70)를 파장변환부 상에 형성하여 상기 발광다이오드 소자(100)로부터 상대적으로 멀리 위치시킴으로써 상기 발광다이오드 소자(100)의 전체적인 파장변환 효율이 향상될 수 있도록 한다.
본 실시 형태에 적용된 렌즈(20')는 발광다이오드 소자(100)의 광이 상측으로 방출될 수 있도록 투명 또는 반투명의 재질, 바람직하게는 실리콘 또는 에폭시 등의 수지로 형성할 수 있으며, 그 형상에 있어서 상면이 볼록한 돔 렌즈로 구성할 수 있다.
상기 렌즈(20')는 패키지 본체(10')의 측벽(15') 내측에 형성된 지지턱(12') 및 홈부(14')에 충진된 봉지부(70)의 상면에 실장되어 접착제 등을 통해 고정될 수 있다. 그러나, 렌즈(20')와 패키지 본체(10')의 결합방식이 이러한 접착방식에 한정되는 것은 아니며, 미도시된 금형을 이용하여 사출성형을 통해 상기 패키지 본체(10') 상에 직접 형성될 수도 있다.
한편, 렌즈(20')가 구비된 패키지 본체(10')에 있어서 외부 온도 변화에 의한 수축과 팽창에 따른 영향은 렌즈(20')와 패키지 본체(10')사이의 결합면에서 가장 크게 발생한다. 즉, 렌즈(20')와 패키지 본체(10')간의 변형율 차이에 따라 결합면에서 발생하는 응력은 렌즈(20')를 패키지 본체(10')로부터 분리시킴은 물론 봉지부(70) 내의 와이어(50')에도 영향을 주어 누적소성변형(accumulated plastic strain)에 의해 와이어(50')가 발광다이오드 소자(100)와 분리되는 문제를 일으킨다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 렌즈지지부(11')가 와이어(50') 보다 높게 형성되어 렌즈(20')와 패키지 본체(10')사이의 결합면에서 렌즈(20')를 지지하므로, 변형율 차이에 의한 영향을 최소화시키고, 이를 통해 렌즈(20')의 분리를 방지함은 물론 와이어(50')가 받는 누적소성변형을 최소화하여 와이어(50')의 분리를 방지할 수 있다. 또한, 렌즈(20')를 접착하는데 있어서 렌즈(20')가 픽업장치에 의해 눌림 되더라도 렌즈지지부(11')에 의해 렌즈(20')가 와이어(50')를 누르는 것을 방지할 수 있어 제품의 신뢰성은 향상될 수 있다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 패키지를 제조하는 방법을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
먼저 금형을 이용하여 패키지 본체(10')를 마련한다. 패키지 본체(10')는 내측에 지지턱(12')을 갖도록 측벽(15')을 형성하고, 상기 지지턱(12')의 내측에 칩 실장영역(16')을 갖도록 홈부(14')를 형성한다. 그리고, 상기 패키지 본체(10')는 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역(16')에 적어도 일부가 노출되도록 제1 및 제2 리드 프레임(31',32')과, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(31',32') 사이에 배치되는 방열부(60)를 함께 설치한다.
상기 지지턱(12')은 추후 렌즈(20')가 지지되는 부분으로 상기 측벽(15')의 내측에 상기 측벽(15')의 상면으로부터 아래쪽을 향해 소정 깊이로 단차를 이루는 구조로 형성된다. 상기 지지턱(12')의 내측에는 발광다이오드 소자(100)를 내부에 수용하는 소정 크기의 공간을 이루는 홈부(14')가 형성된다. 상기 홈부(14')는 추후 설명하는 발광다이오드 소자(100)를 리드 프레임(31',32')과 연결하는 와이어(50')가 상부로 돌출되지 않도록 충분한 깊이로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 홈부(14')를 갖는 상기 지지턱(12')의 상면은 상기 와이어(50')보다 높은 위치에 위치할 수 있다.
상기 홈부(14')는 발광다이오드 소자(100)에서 출사된 광을 상측의 렌즈(20') 방향으로 반사시켜 광손실을 최소화할 수 있도록 내측면이 경사진 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 내측면 상에는 광 반사율이 우수한 반사층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
이후, 상기 칩 실장영역(16')으로 노출되는 상기 방열부(60) 상에 발광다이오드 소자(100)를 실장하고, 상기 제1 및 상기 제2 리드프레임(31',32')과 상기 발광다이오드 소자(100)를 와이어(50')를 통해 전기적으로 연결한다. 이 경우, 상기 와이어(50')는 상기 홈부(14')로부터 지지턱(12')의 상부로 돌출되지 않는다. 상기 발광다이오드 소자(100)는 단일 또는 복수개가 실장될 수 있다.
다음으로, 도 12에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광다이오드 소자(100)와 와이어(50')를 봉지하도록 상기 홈부(14') 내에 몰딩 수지를 주입하여 봉지부(70)를 형성한다. 몰딩 수지로는 투명한 에폭시 수지나 실리콘 수지 등이 사용될 수 있으며, 형광체가 함유될 수 있다. 상기 홈부(14') 내에 형성되는 봉지부(70)는 그 상면이 상기 지지턱(12')의 상면과 평행한 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 13에서 도시하는 바와 같이, 상기 패키지 본체(10') 상에 렌즈지지부(11')를 장착하여 구비한다. 상기 렌즈지지부(11')는 상기 지지턱(12') 상에 일부가 놓여 지지되고, 나머지 부분은 상기 홈부(14') 상에 놓여 상기 칩 실장영역(16') 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 렌즈지지부(11')는 상기 지지턱(12')과 상기 홈부(14') 내에 충진된 봉지부(70) 상에 걸쳐진 구조로 장착되어 고정될 수 있다. 이와 같이, 렌즈지지부(11')는 지지턱(12') 상에 장착되어 지지됨으로써 상기 와이어(50')보다 높은 위치에 배치되는 구조로 형성된다.
다음으로, 도 14에서 도시하는 바와 같이, 미도시된 픽업장치를 이용하여 상기 지지턱(12')과 상기 렌즈지지부(11') 상에 렌즈(20')를 설치한다. 상기 렌즈(20')는 패키지 본체(10')의 측벽(15') 내측에 형성된 지지턱(12') 및 홈부(14')에 충진된 봉지부(70)의 상면에 실장되어 접착제 등을 통해 고정될 수 있다. 그러나, 렌즈(20')와 패키지 본체(10')의 결합방식이 이러한 접착방식에 한정되는 것은 아니며, 미도시된 금형을 이용하여 사출성형을 통해 상기 패키지 본체(10') 상에 직접 형성될 수도 있다.
이하에서는 도 15 내지 도 31을 참조하여 본 발명의 발광소자 패키지에 채용될 수 있는 다양한 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자에 대해 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 15를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(100)는 발광다이오드 칩(101) 및 소자 상면에 형성된 파장변환부(102)를 구비할 수 있다. 여기서, 소자 상면은 발광다이오드 칩(101)을 상부에서 보았을 때 발광다이오드 칩(101)에 의하여 형성되는 면을 의미한다. 더욱, 구체적으로는 발광다이오드 칩(101) 내에 구비되는 발광구조물(제1 및 제2 도전형 반도체층과 활성층으로 구성된 구조, 예를 들어, 도 16의 S)의 상부에서 보았을 때 발광다이오드 칩(101)에 의하여 형성되는 면으로 정의될 수 있으며, 이에 대해서는 후술할 실시 형태에서 상세하게 설명하기로 한다. 상부에서 보았을 때 형성되는 면인 점에서, 상기 소자 상면은 서로 높이가 다르거나 형성 물질이 다른 영역들에 의하여 형성되는 면일 수 있다. 예컨대, 도 16의 경우, 발광구조물(S)과 p형 컨택층(208), p형 전극(203) 등에 의하여 하나의 소자 상면이 형성될 수 있을 것이다. 다만, 본 명세서에서 사용되는 상면', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자가 배치되는 방향에 따라 그 용어는 달라질 수 있을 것이다.
파장변환부(102)는 발광다이오드 칩(101)으로부터 방출된 빛의 파장을 변환하는 기능을 수행하며, 이를 위하여, 투명 수지 내에 형광체가 분산된 구조가 사용될 수 있다. 파장변환부(102)에 의하여 변환된 빛과 발광다이오드 칩(101)으로부터 방출된 빛이 혼합되어 발광다이오드 소자(100)는 백색 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 발광다이오드 칩(101)이 청색 광을 방출할 경우에는 황색 형광체를 사용할 수 있으며, 발광다이오드 칩(101)이 자외 광을 방출할 경우에는 적색, 녹색, 청색 형광체를 혼합하여 사용할 수 있을 것이다. 이 외에 백색 발광을 위하여 발광다이오드 칩(101) 및 형광체의 색은 다양하게 조합될 수 있다. 또한, 반드시 백색이 아니더라도 녹색, 적색 등의 파장변환 물질만을 도포하여 해당 색을 방출하는 광원을 구현할 수도 있을 것이다.
구체적으로, 발광다이오드 칩(101)으로부터 청색 빛이 방출되는 경우, 적색 형광체로는 MAlSiNx:Re(1≤x≤5)인 질화물계 형광체 및 MD:Re인 황화물계 형광체 등이 있다. 여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나이며, Re는 Eu, Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이다. 또한, 녹색 형광체는 M2SiO4:Re인 규산염계 형광체, MA2D4:Re인 황화물계 형광체, β-SiAlON:Re인 형광체, MA'2O4:Re'인 산화물계 형광체 등이 있으며, M은 Ba, Sr, Ca, Mg 중 선택된 적어도 하나의 원소이고, A는 Ga, Al 및 In 중 선택된 적어도 하나이고, D는 S, Se 및 Te 중 선택된 적어도 하나이며, A'은 Sc, Y, Gd, La, Lu, Al 및 In 중 선택된 적어도 하나이며, Re는 Eu, Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나이고, Re'는 Ce, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br 및 I 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
한편, 형광체를 대체하여 또는 형광체와 함께 파장변환부(102)에는 양자점(Quantum Dot)이 구비될 수도 있다. 양자점은 코어(core)와 쉘(shell)로 이루어진 나노 크리스탈 입자로, 코어의 사이즈가 약 2 ~ 100nm 범위에 있다. 또한, 양자점은 코어의 사이즈를 조절함으로 청색(B), 황색(Y), 녹색(G), 적색(R)과 같은 다양한 색깔을 발광하는 형광물질로 사용될수 있으며, II-VI족의 화합물반도체(ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgTe등), III-V족의 화합물반도체 (GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlAs, AlP, AlSb, AlS 등) 또는 Ⅳ족 반도체(Ge, Si, Pb 등) 중 적어도 두 종류의 반도체를 이종 접합하여 양자점을 이루는 코어(core)와 쉘(shell) 구조를 형성할 수 있다. 이 경우, 양자점의 쉘(shell) 외각에 쉘 표면의 분자 결합을 종료시키거나 양자점의 응집을 억제하고 실리콘 수지나 에폭시 수지 등 수지 내에 분산성을 향상시키거나 또는 형광체 기능을 향상시키기 위해 올레인산(Oleic acid)과 같은 물질을 이용한 유기 리간드(Organic ligand)를 형성할 수도 있다. 이러한 양자점은 수분이나 공기에 취약한 특성을 보이며, 특히, 패키지의 리드 프레임(30)과 접촉할 경우, 화학 반응이 일어날 수 있다. 후술할 바와 같이, 파장변환부(102)를 발광다이오드 칩(101)의 소자 상면에만 적용하여 상기 리드프레임과 접촉되지 않게 함으로써 신뢰성이 향상될 수 있을 것이다. 따라서, 이하, 파장변환물질로서 형광체를 예로 든 경우라 하여도, 형광체를 양자점으로 치환하거나 형광체에 양자점을 부가할 수 있을 것이다.
본 실시 형태에서, 파장변환부(102)는 발광다이오드 칩(101)의 상기 소자 상면에 박막 형태로 얇게 코팅된 구조로 제공되며, 패키지 본체의 컵 내부에 형광체 등을 주입하는 종래 방식과 비교하여 전체적으로 균일한 빛을 얻을 수 있다. 또한, 발광다이오드 칩(101)의 표면에 바로 파장변환부(102)를 적용하며 패키지 본체를 따로 구비하지 않을 경우에는 소자의 사이즈를 줄일 수 있다. 파장변환부(102)는 상부, 즉, 발광다이오드 칩(101)의 상부에서 보았을 때, 상기 소자 상면을 벗어나지 않는 범위에서 형성되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 소자 상면의 모서리에 인접한 영역은 곡면으로 형성된다. 이 경우, 상기 곡면으로 형성된 영역을 제외한 다른 영역, 즉, 상기 소자 상면에서 중앙에 인접한 영역은 상기 소자 상면과 거의 평행하게 이루어진 평탄면이 된다. 따라서, 파장변환부(102)는 상기 평탄면이 상기 소자 상면의 모서리와 상기 곡면에 의하여 연결된 구조가 된다. 다만, 여기서 평탄면의 의미는 물리적으로 상면의 전체적인 높이가 일정한 것만을 의미하는 것은 아니며, 공정상 불가피하게 높이의 편차가 발생하는 경우까지 포함하는 개념이라 할 것이다. 예컨대, 상기 평탄면은 그 높이가 평균값을 기준으로 약 -10 ~ +10%의 범위 내에서 변동할 수 있을 것이다. 또한, 평탄면이 형성되는 상기 중앙에 인접한 영역을 대략적으로 정의하면, 상기 소자 상면의 중앙으로부터 상기 모서리 방향으로 약 70%에 해당하는 영역으로 볼 수 있다. 이 경우, 후술할 연속적인 디스펜싱 공정을 적용하여 파장변환부(102)는 약 25~150㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 파장변환부(102)가 상기 소자 상면에만 제한되어 형성됨에 따라 광원의 실질적인 면적도 상기 소자 상면의 면적과 거의 동일하게 되며, 이에 따라, 광원의 면적당 광량이 높아진다. 이와 같이, 광원의 면적당 광량이 높아짐에 따라 본 실시 형태에서 제공하는 발광다이오드 소자(100)는 낮은 에탄듀를 갖는 광원이 요구되는 조명 장치, 예컨대, 플래시, 자동차용 헤드램프, 프로젝터용 광원 등에 적합하게 사용될 수 있다. 한편, 파장변환부(102)는, 상술한 바와 같이, 수지 및 형광체가 혼합된 구조이며, 특히, 중량비를 기준으로 형광체가 수지보다 2배 이상의 비율로 포함되어 있다. 이는 종래의 반사컵 구조에서 수지/형광체의 일반적인 배합비인 10:1 ~ 1:1보다 형광체의 양이 월등히 높은 비율에 해당한다. 파장변환부(102)의 이러한 형상과 수지/형광체 배합비는 후술할 파장변환막 형성 공정에 의하여 얻어지는 고유한 구조라 볼 수 있다. 여기에 더하여, 파장변환부(102)에는 투명 미세 입자가 더 구비될 수 있다. 투명 미세 입자는 형광체 및 수지와 함께 혼합되며, SiO2, TiO2, Al2O3 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 파장변환부(102)에 구비되는 투명 미세 입자와 형광체의 비율을 적절히 조절함으로써 외부로 방출되는 광의 색 온도를 원하는 수준으로 설정할 수 있으며, 예컨대, 형광체는 투명 미세 입자에 대하여 중량비를 기준으로 2배 이상으로 배합될 수 있다.
한편, 발광다이오드 칩(101)은 외부전원 인가에 의하여 빛을 방출하는 반도체 발광소자의 일종이며, 필요에 따라 다양한 구조를 채용할 수 있다. 일 예의 구조를 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16은 도 15의 발광다이오드 소자에서 채용될 수 있는 발광다이오드 칩의 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 구체적으로, 도 16의 발광다이오드 칩은 소자 상면을 이루는 일부에 본딩 패드가 형성된 구조에 해당한다.
도 16을 참조하면, 발광다이오드 소자(200)는 발광다이오드 칩(201)과 발광다이오드 칩(201)의 광 방출면에 형성된 파장변환부(202)를 구비한다. 앞선 실시 형태와 같이, 파장변환부(202)는 소자 상면을 덮도록 형성되되, 그 상면의 형상이 중앙 영역에서는 평탄면이 되며, 모서리 영역에서는 곡면이 되는 구조이다. 발광다이오드 칩(201)은 발광구조물(S)로서 n형 반도체층(204), 활성층(205) 및 p형 반도체층(206)을 가지며, 발광구조물(S) 외에 p형 반도체층(206)과 연결된 p형 컨택층(208)을 갖는다. 또한, p형 컨택층(208)과 연결되도록 p형 전극(203)이 형성된다. 이 경우, 파장변환부(202)는 발광구조물(S)의 측면은 덮고, 나머지 부분, 즉, 기판(207)이나 p형 컨택층(208)은 덮지 않도록 형성될 수 있으며, 이러한 경우에도 도 4에 도시된 것과 같이, 소자 상면에 한정되어 형성되되 평탄면 및 곡면을 갖는다는 조건을 충족할 수 있다.
기판(207)은 도전성 비아(v)에 의하여 n형 반도체층(204)과 연결되며, 절연체(209)에 의하여 활성층(205), p형 반도체층(206) 및 p형 컨택층(208)과 전기적으로 분리될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, n형 반도체층(204)은 기판(207)에 의하여 전기 신호를 인가받을 수 있으며, 이를 위해, 기판(207)은 전기전도성 물질로 이루어진다. 이러한 구조에 의하여 광 방출면으로 제공되는 n형 반도체층(204)의 상면에는 전극이 형성되지 않아 발광 효율이 우수하며, 다수의 도전성 비아(v)와 n형 반도체층(204)이 접촉하므로, 전류 분산 효과도 향상될 수 있다. 한편, p형 전극(203)과 연결되도록 도전성 와이어(50)가 형성될 수 있다. 도 16에서는 n형 반도체층(204)의 상면과 p형 컨택층(208)의 노출면의 단차가 상대적으로 과장되어 표현되어 있으며, 실제 그 단차는 도전성 기판(207)의 두께에 비하여 매우 작은 수준이 될 수 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 17을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(300)는 발광다이오드 칩(301) 및 그 일면에 형성된 본딩 패드(303)를 구비하며, 본딩 패드(303)가 형성된 면에 파장변환부(302)가 형성되어 있다. 본딩 패드(303)는 도전성 와이어(50)와 연결되어 있으며, 파장변환부(302)는 적어도 발광다이오드 칩(301)의 표면과 본딩 패드(303)를 덮도록 형성된다. 즉, 앞선 실시 형태와 마찬가지로 파장변환부(302)는 발광다이오드 칩(301)의 소자 상면을 덮도록 형성된다. 본딩 패드(303)를 덮는 것과 더불어, 파장변환부(302)는 본딩 패드(303)와 연결된 도전성 와이어(50)에서 본딩부의 적어도 일부까지 덮도록 형성된다. 상기 본딩부는 도전성 와이어(50)에서 본딩 패드(303)와 직접 접촉하는 영역으로서 도전성 와이어(50)의 나머지 부분의 직경보다 큰 폭을 갖는다.
이 경우, 도 17에서는 파장변환부(302)가 도전성 와이어(50)의 상기 본딩부 전체를 덮는 것으로 도시되어 있으나, 파장변환부(302)는 본딩 패드(303)를 덮고 있는 상태라면 도전성 와이어(50)와 극히 일부 영역에서만 접촉하고 있을 수도 있다. 파장변환부(302)가 본딩 패드(303)를 덮으면서 도전성 와이어(50)와 접촉하도록 형성된 구조는 도전성 와이어(50)의 형성 후에 파장변환막을 도포함으로써 얻어질 수 있으며, 이에 대한 내용은 후술한다. 이러한 차이 외에 파장변환부(302)의 형상이나 구성 물질 등에 대한 사항은 앞선 실시 형태와 동일하게 될 수 있다.
본 실시 형태와 같이, 본딩 패드가 일면에 형성되며, 이를 파장변환부가 덮는 구조 형태의 발광다이오드 칩은 다양한 형태로 응용될 수 있다. 도 18은 도 17의 발광다이오드 소자에서 채용될 수 있는 발광다이오드 칩의 일 예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 도 19는 도 18의 발광다이오드 칩이 적용된 발광다이오드 소자를 나타낸다. 도 18 및 도 19를 참조하면, 발광다이오드 칩(301)은 도전성 기판(307) 상에 발광구조물(S)이 배치된 구조이며, 발광구조물(S)은 p형 반도체층(306), 활성층(305) 및 n형 반도체층(304)의 순서로 배치될 수 있다. 도전성 기판(307)은 발광구조물(S)을 지지하는 기능과 더불어, p형 전극으로도 기능 하며, Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs 중 어느 하나를 포함하는 물질, 예컨대, Si에 Al이 도핑된 물질 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 소자 상면은 발광구조물(S)의 상면과 기판(307)의 상면 중 일부, 즉, 발광구조물(S)이 점유하지 않는 영역에 의하여 형성될 수 있을 것이다.
파장변환부(302)는 소자 상면을 덮도록 형성되며, 앞선 실시 형태와 같이, 그 상면의 형상이 중앙 영역에서는 평탄면이 되며, 모서리 영역에서는 곡면이 되는 구조이다. 또한, 발광구조물(S)은 도전성 기판(307) 상면 중 일부 영역만을 점유하도록 형성될 수 있으며, 구체적으로, 테두리 영역 중 적어도 일부를 제외한 영역에 형성될 수 있다. 이는 발광구조물(S)을 소자 단위로 분리하기 위한 에칭 공정에 의하여 얻어질 수 있다. 이 경우, 발광구조물(S)의 측면에서도 빛이 방출되는 점에서, 파장변환부(302)는 발광구조물(S)의 측면까지 덮도록 형성될 수 있다. 한편, 도 7에서 설명한 발광다이오드 칩(301)은 수직 구조로서, 수평 구조에서도 유사한 방식으로 파장변환부(302)를 적용할 수 있다.
도 21에서 도시하는 바와 같이, 상기 발광다이오드 소자(700)는 상기 리드 프레임(31,32) 중 하나, 예를 들어 제1 리드 프레임(31)에 실장되며, 도전성 기판(307)은 도전성 접착층(40)을 매개로 하여 제1 리드 프레임(31)과 물리적 접합 및 전기 접속을 이룰 수 있다. 본딩 패드(303)와 연결되어 파장변환부(302)에 의하여 일부, 예컨대, 본딩부가 매립된 도전성 와이어(50)는 제2 리드 프레임(32)과 연결될 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 20을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(400)는 기판(407), n형 반도체층(404), 활성층(405) 및 p형 반도체층(406)을 구비하며, n형 반도체층(404)의 노출 면과 p형 반도체층(406)의 일면에는 각각 n형 및 p형 전극(403a, 403b)이 형성된 구조로서, 발광다이오드 칩(401) 자체는 수평 구조에 해당한다. 파장변환부(402)는 n형 및 p형 반도체층(404, 406)의 표면에 형성된다. 이에 따라, 파장변환부(402)는 본딩 패드에 해당하는 n형 및 p형 전극(403a, 403b)을 덮으며, 도전성 와이어(50)의 일부와 접하도록 형성된다. 발광다이오드 소자(400)는 기판(407) 상에 배치되며, 도전성 와이어(50)를 통하여 외부 전원이 인가될 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 상부에서 보았을 때 n형 반도체층(404)의 상면과 p형 반도체층(406)의 상면이 소자 상면을 이루며, 상기 소자 상면에는 파장변환부(402)가 형성될 수 있다. 이 경우, 도 20에서는 n형 반도체층(404)의 상면과 p형 반도체층(406)의 상면의 단차가 상대적으로 과장되어 표현되어 있으며, 실제 그 단차는 기판(407)의 두께에 비하여 매우 작은 수준이 될 수 있다.
도 22 및 도 23은 본 발명에서 채용될 수 있는 파장변환막 형성방법을 설명하기 위한 사시도이다. 여기서, 도 22는 디스펜서를 이용하여 형광체 혼합물을 도포하는 과정을 나타내며, 도 23은 일정량의 형광체 혼합물이 도포된 후 솔벤트가 증발되는 모습을 나타낸다. 도 22 및 도 23에서는 발광다이오드 칩(301)의 일면, 즉, 광 방출면(앞선 실시 형태에서 소자 상면에 해당)에 본딩 패드(303)가 형성된 구조에 파장변환막을 도포하는 공정을 나타내고 있으나, 이러한 형광체 도포 공정은 도 15와 같이 본딩 패드가 없는 광 방출면에도 적용될 수 있을 것이다.
우선, 도 22에 도시된 것과 같이, 발광소자의 일 종인 발광다이오드 칩(301)을 마련하며, 발광다이오드 칩(301)의 광 방출면에 형광체 혼합물을 도포한다. 이 경우, 발광다이오드 칩(301)은 도 17에서 설명한 구조를 가질 수 있다. 형광체 혼합물의 도포 하기 전에 발광다이오드 칩(301)은 소자 단위로 분리되어 있을 수 있으며, 이후, 발광장치의 광원으로 사용되기 위하여 리드 프레임과 같은 도전성 구조물에 다이 본딩될 수 있다. 본 실시 형태에서 제안하는 파장변환막 형성 공정의 경우, 디스펜싱 공정 전에 상기 광 방출면에 본딩 패드(303)를 형성하고, 본딩 패드(303)와 연결되도록 도전성 와이어(50)를 형성한다. 이 경우, 도전성 와이어(50)는 다른 전원 단자, 예컨대, 리드 프레임과 연결될 수 있다. 다음으로, 발광다이오드 칩(301)에 도전성 와이어(50)가 연결된 상태에서, 형광체 혼합물을 도포하기 위한 디스펜서(Dispensor)를 발광다이오드 칩(301) 상에 위치시킨다.
상기 형광체 혼합물은 수지 및 형광체와 더불어 솔벤트(Solvent)를 더 구비하고 있다. 일반적으로, 파장변환막을 형성하는 방법으로 수지 및 형광체의 혼합물을 도포한 후 수지를 경화시키는 공정을 사용할 수 있다. 이러한 방법을 사용할 경우, 경화되기 전의 수지가 갖는 표면 장력으로 인하여 파장변환막이 전체적으로 곡면을 이루게 되어 균일한 두께를 갖도록 형성하는 것에 어려움이 있다. 본 실시 형태에서는, 경화 전 수지에 대한 상대적인 형광체의 양을 증가시킴으로써 발광다이오드 칩(301)에 도포된 혼합물의 유동성이 감소되도록 하였다. 구체적으로, 중량비를 기준으로 형광체는 수지보다 2배 이상의 양을 갖도록 배합된 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 배합비 조건에서 요구되는 수준의 점성이 보장될 수 있다. 여기에 더하여, 상술한 바와 같이, 상기 혼합물에는 색 온도 조절을 위한 SiO2, TiO2, Al2O3 등의 물질로 이루어진 투명 미세 입자가 더 구비될 수 있으며, 배합비의 경우, 형광체를 투명 미세 입자에 대하여 중량비를 기준으로 2배 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
다만, 형광체의 양이 증가됨으로써 점성이 커질 경우, 디스펜싱 공정에 어려움이 있으며, 나아가, 광 방출면 표면에서 혼합물이 퍼져나가면서 막이 형성되기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 형광체 혼합물에 솔벤트를 일정량 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 솔벤트는 수지 및 형광체 또는 수지, 형광체 및 투명 미세 입자와 함께 혼합되며, 형광체 혼합물의 유동성을 제공함으로써 디스펜싱 공정이 원활해질 수 있도록 한다. 또한, 솔벤트에 의해 유동성을 갖는 형광체 혼합물은 디스펜서로부터 도포된 위치에서 주변으로 퍼져나가기가 쉬우며, 이에 의해, 원하는 박막 구조의 파장변환부가 용이하게 형성될 수 있다. 이와 같이, 솔벤트는 유동성을 부가하는 기능만을 수행하므로, 많은 양이 요구되지는 않으며, 중량을 기준으로 형광체의 약 1/10 수준의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기 형광체 혼합물은 디스펜서에 의하여 발광다이오드 칩(301) 표면에 도포되며, 도 22에 도시된 것과 같이, 발광다이오드 칩(301)의 표면에 균일하게 도포되도록, 예컨대, 나선형 또는 지그재그로 디스펜서를 이동시키면서 본 도포 공정을 실행할 수 있다. 이 경우, 빛이 방출될 수 있는 발광다이오드 칩(301)의 표면과 더불어 본딩 패드(303)까지 덮도록 디스펜싱을 실행하며, 이러한 과정에서 도전성 와이어(50)의 일부까지 파장변환막(파장변환부)에 의해 덮일 수 있다. 한편, 본 실시 형태에서 디스펜싱이라 함은 펌프에 의하여 압력이 가해진 상기 형광체 혼합물이 니들(needle)을 통하여 연속적으로 도포(즉, 대부분의 경우, 형광체 혼합물이 디스펜서로부터 칩 상면까지 이어진 상태를 유지함)되는 것으로서, 입자화되어 공기 중에 분무되는 스프레이 코팅 등의 공정과는 차이가 있다.
도 23을 참조하여 디스펜싱 후에 파장변환막이 형성되는 과정을 설명하면, 디스펜서로부터 도포된 상태의 형광체 혼합물 중에서 솔벤트는 증발되며, 이에 따라, 형광체 혼합물의 유동성은 감소된다. 유동성의 감소에 의하여 수지 및 형광체는 발광다이오드 칩(301) 표면에 고정되어 박막 형태의 파장변환부가 완성될 수 있다. 디스펜싱 과정에서 솔벤트가 증발되기 위하여, 휘발성을 갖는 물질, 예컨대, 분자량이 상대적으로 낮은 폴리머나 모노머, 알코올, 아세톤 등의 유기용제 계열 물질을 솔벤트로 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 디스펜싱 과정에서, 솔벤트의 증발이 지연될 경우, 지나친 유동성으로 인하여 원하는 형상의 파장변환부를 얻지 못할 우려가 있으므로, 솔벤트의 증발을 촉진하기 위하여 디스펜싱 공정 중에 형광체 혼합물에 열을 가할 수 있는 가열수단(600)을 동작시킬 수 있다. 가열수단(600)을 채용함으로써, 발광다이오드 칩(301) 표면에 도포된 직후부터 형광체 혼합물의 유동성은 감소될 수 있으므로, 형광체 혼합물의 변형은 더욱 감소될 수 있으며, 평탄한 형상의 파장변환막을 형성할 수 있다. 이 경우, 유동성이 감소되기 위한 적절한 온도 조건으로서, 발광다이오드 칩(301)이 약 50 ~170℃가 되도록 가열하는 것이 바람직하다. 다만, 본 실시 형태와 같은 방법을 사용할 경우, 발광다이오드 칩(301)의 모서리에 해당하는 영역까지 평탄하게 형성하기는 어려우며, 상기 모서리 영역에서는 파장변환막의 두께가 점차 감소하여 곡면을 이루게 되어 앞서 설명한 구조를 갖는 발광다이오드 소자가 얻어질 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서 제안하는 파장변환막 형성방법을 사용할 경우, 형광체의 함량을 증가시키되, 유동성을 보충하기 위하여 휘발성을 갖는 솔벤트를 사용함으로써 발광다이오드 칩에서 원하는 특정 면에만 파장변환막을 형성할 수 있으며, 디스펜싱 공정에서 형광체 혼합물의 변형을 최소화하여 원하는 두께와 형상의 파장변환막을 얻을 수 있다. 또한, 형광체 혼합물의 유동성이 낮아 표면 장력에 의한 파장변환막의 형상 변형을 최소화할 수 있다. 이와 더불어, 발광다이오드 칩을 소자 단위로 분리한 후에 개별적으로 파장변환막을 적용하는 점에서, 소자의 특성이 미리 파악된 상태에서 적절하게 파장변환막의 두께 또는 파장변환물질의 함량을 조절할 수 있다. 이렇게 얻어진 파장변환막을 사용한 발광다이오드 칩이나 발광장치에서는 파장변환막의 두께가 정밀하게 제어될 수 있으므로, 제품 간의 색 온도 편차가 작다는 장점이 있다. 즉, 웨이퍼 레벨 파장변환막 형성방법, 구체적으로, 소자 단위로 분리하기 전에 일괄적으로 파장변환막을 형성하는 경우에는 각 소자 간의 발광 특성이 반영되지 않은 상태에서 동일한 두께의 파장변환막이 적용되므로, 본 발명과 비교하여 색 온도의 편차가 커질 수 있는 것이다.
도 24 내지 도 26을 참조하여 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자에 대해 설명한다. 도 24a, 도 24b, 도 25a 및 도 25b에는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자의 제조방법이 도시되어 있다. 후술될 제조방법은 다수의 발광다이오드 칩이 어레이되어 있는 벌크 기판 상에서 진행될 수 있지만, 도 24a 내지 도 25b에서는 설명의 편의를 위해 단일 칩에 대해서 도시하고 있다.
먼저 도 24a 및 도 24b를 참조하면, 발광다이오드 칩(501) 구조물, 즉 발광구조물(S)이 기판(510) 상에 위치하고 있다. 기판(510)은 실리콘 기판일 수 있지만, 산화 알루미늄(Al2O3)일 수도 있다. 상기 기판(510) 위에 n형 반도체층(504)을 형성하고, 활성층(505) 및 p형 반도체층(506)을 순차적으로 형성한다. n형 및 p형 반도체층(504, 506)의 적층 순서는 바뀔수도 있으나, 활성층(505)은 반드시 n형 및 p형 반도체층(504, 506) 사이에 위치해야 한다. 투명전극층(508)은 p형 반도체층(506)의 표면에 형성될 수 있다. n형 또는 p형의 다층막층(507)은 활성층(505)의 아래 또는 위의 어느 곳에나 위치할 수 있으며, 발광효율을 향상시키기 위해 요철구조 혹은 입자모양의 산란층등 여러가지의 구조로 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(S)은 자외선 또는 청색광을 발광시키는 구조물이다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면에 도시된 구조를 가지는 발광다이오드 칩(501)에만 한정되어 적용이 가능한 것은 아니다. 도시된 발광다이오드 칩(501)은 단지 하나의 예를 도시하고 있을 뿐이다. 즉, 본 발명에 적용될 수 있는 발광다이오드 칩(501)은 소정 구조를 가지는 발광구조물(S)과 이 발광구조물(S)을 외부로 연결하기 위한 본딩 패드(503a, 503b)를 구비하고 있으면 충분하다.
이와 같은 발광다이오드 칩(501)을 사용하여 복합 파장을 갖는 광을 방출시키는 발광다이오드 소자를 제조하기 위해서는, 발광다이오드 칩(501)의 일면에 마스크 패턴(M)을 먼저 형성한다. 이 마스크 패턴(M)은 소정의 부분, 예컨대 본딩 패드(503a, 503b)와 같이 형광체막이 증착되지 말아야할 부분을 마스크하기 위한 막이다. 마스크 패턴(M)은 포토레지스트(PR)를 사용하는 것이 바람직하지만, 산화막이나 질화막과 같은 절연막으로 형성할 수 있다. 마스크 패턴(M)을 포토레지스트를 사용하여 형성하는 경우, 반도체 제조공정에 사용되는 통상적인 포토리소그라피 공정을 사용할 수 있기 때문에 편리하다.
다음으로, 도 25a 및 25b를 참조하면, 발광다이오드 칩(501) 상에 파장변환부인 형광체막(502)을 형성하는 공정을 진행한다. 즉, 마스크 패턴(M)에 의하여 마스크되고 있는 본딩 패드(503a, 503b)를 제외한 나머지 부분의 발광다이오드 칩(501) 표면에 형광체막(502)을 소정의 두께로 형성한다.
발광다이오드 칩(501)의 표면에 형광체막(502)을 형성하게 되면, 발광다이오드 칩(501)의 표면에 형광체를 균일하게 분산시켜서 증착시킬 수 있고, 또한 증착되는 양을 적절하게 제어할 수 있다. 따라서, 본 공정을 이용하면 발광다이오드 소자(500)로부터 방출되는 광이 얻고자하는 파장, 즉 원하는 색상을 가지면서, 한편으로는 방출되는 광의 특성도 균일한 발광다이오드 소자(500)를 제조할 수가 있다.
형광체막(502)은 스퍼터링(sputtering)법이나 레이저 펄스(pulsed laser deposition, PLD)법을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 발광다이오드 칩(501)의 표면에 형광체 또는 형광체를 포함하는 물질을 접착제 등으로 부착시키는 것이 아니라 소정의 물리적 또는 화학적 에너지를 가하여 발광다이오드 칩(501)의 표면에 직접 형성한다. 따라서, 발광다이오드 칩(501)으로부터 발광되는 광이 접착제 등에 의하여 효율이 나빠지는 문제가 생기지 않는다. 또한, 방출하고자 하는 광의 특성도 스퍼터링 타깃을 제조할 때 포함되는 형광체의 양이나 종류를 조절함으로써 조절이 가능하기 때문에 품질이 우수한 복합 파장의 발광다이오드 소자(500)를 용이하게 제조할 수 있다.
스퍼터링법을 사용하는 경우에는 그 공정의 동력으로 Pulsed DC 파워를 사용하거나 RF 파워를 사용할 수 있다. 예를 들어, 스퍼터링법을 사용하여 형광체막(502)을 형성하는 경우, SiO2, SiO, CIO, ITO, IO, Al2O3 또는 ZnO를 포함하는 산화물계, SiN, AlN, GaN 또는 InN를 포함하는 질화물계, 에폭시수지, 또는 실리콘수지 중의 적어도 하나에 형광체가 혼합된 물질을 사용하여 스퍼터링 공정의 타깃을 만들 수 있다. 그리고, 이 타깃을 이용하여 스퍼터링 고정을 진행하면 발광다이오드 칩(501)의 표면에 직접 형광체막(502)이 형성된다. 이와 같은 스퍼터링 고정의 타깃은 예컨대 크기가 약 2인치인 타블렛(tablet)이 되도록 상기한 타깃 물질을 소결 및 성형함으로써 제조할 수 있다.
이러한 타깃에 포함되는 형광체는 YAG계 물질이나 비YAG계 물질 등 어떤 물질이든 사용할 수 있다. 비YAG계 물질로는 TAG를 포함하는 가넷계열, 실리게이트계, 질화물계 또는 황화물계가 있다. 가넷계열 중 비YAG계는 TAG가 대표적이며, YAG의 Y, TAG의 Tb 대신에 Lu, Sc, La, Gd, Sm, Ca, Si 등으로 치환가능하다. 실리게이트계 물질로는 (Sr, Ba, Ca, Mg, Zn, Cd, Y, Sc, La)xSiyOz:(Eu, F, Mn, Ce, Pb)가 있으며, 괄호안의 성분들은 여러가지로 조합 또는 단일물로 사용 가능하다(0≤x,y,z≤16). 질화물계 및 사이알론계 형광체로는 Cax(Si, Al)12(O, N)16으로 구성되어지는 형광물질이 사용가능하다. 여기서 Cax는 다른 금속원소로 치환가능하며, 활성제로는 Eu, Pr, Tb, Yb, Er, Dy 중 한 종류 이상을 포함한다. 황화물계 형광체로는 (Ca, Sr)S, SrGa2S4, (Ca, Sr, Ba)(Al, Ca)2S4, (Sr, Mg, Ca, Ba)(Ga, Al, In)S4, Y2O2로 구성되어진 물질 중 적어도 한 종류를 포함할 수 있으며, 활성제로는 Eu, Ce 등이 사용가능하다. 상기 화학식들 중 괄호한의 원소성분들은 파장영역에 따라서 변할 수 있다.
그리고, 형광체의 종류도 사용하는 발광다이오드 칩(501)의 종류 및 얻고자 하는 광의 파장에 따라 적절한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 자외선 광을 발광하는 발광다이오드 칩(501)을 사용하는 경우에는, 얻고자 하는 광의 파장에 따라서 청색광, 녹색광, 황색광 또는 적색광 중의 하나 또는 이들 광을 2개 이상 조합하여 얻을 수 있는 색상의 광을 발생시키도록 형광체를 선택하여 사용할 수 있다. 그리고, 청색광을 발광하는 발광다이오드 칩(501)을 사용하는 경우에는 얻고자 하는 광의 파장에 따라서 녹색광, 황색광 또는 적색광 중의 하나 또는 이들 광을 2개 이상 조합하여 얻을 수 있는 색상의 광을 발생시키도록 형광체를 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 청색광을 내는 형광체로는 BaMgAl10O17:Eu, Sr5(PO4)3Cl:Eu, ZnS:Ag 중 적어도 하나, 녹색광을 내는 형광체로는 ZnS:Cu, (Ca, Sr)S:Eu 등 황화물계, (Sr, Ba, Ca, Mg, Zn, Cd, Y, Sc, La)xSiyOz:(Eu, F, Mn, Ce, Pb)의 실리게이트계 또는 BaMgAl10O17:Eu, Mn중 적어도 하나, 황색광을 내는 형광체로는 YAG계, TAG계를 포함하는 가넷계열, 실리게이트계열 중 적어도 하나, 적색광을 내는 형광체로는 질화물계, Y2O2S등의 황화물계, YVO4:Eu3+, Y(V, P, B)O4:Eu3+, YNbO4:Eu3+, YTaO4:Eu3+ 중의 적어도 하나, 또는 2개 이상 조합하여 얻을 수 있는 색상의 광을 발생시키도록 형광체를 선택하여 사용할 수 있다.
계속해서, 본딩 패드(503a, 503b) 등의 상부에 형성되어 있는 마스크 패턴(M)등을 제거하면, 도 26에 도시되어 있는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(500)가 만들어진다. 도면에서 도시하는 바와 같이, 형광체막(502)은 본딩 패드(503a, 503b)를 제외한 발광다이오드 칩(501) 상에 분포하여 형성되어지며, 이러한 분포는 상기 본딩 패드(503a, 503b)를 포함하는 전극층의 전체 두께보다 작은 구조를 갖는다.
도 27 내지 도 29를 참조하여 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(600)는 발광다이오드 칩(601), 본딩 패드(603), 파장변환부(602) 및 서브마운트(610)을 포함하며, 상기 발광다이오드 칩(601)은 서브 마운트(610) 상에 다이 어태칭(die attaching)되어 탑재되고, 전원인가시 빛을 발생시키는 발광원이다.
상기 발광다이오드 칩(601)은 전원인가시 근자외선 빛이나 청색의 빛을 발생시키는 발광원으로 고출력, 고휘도의 청색광을 발생시키는 질화갈륨계 발광다이오드 칩일 수 있다. 그리고, 상기 발광다이오드 칩(601)은 p형 전극과 n형 전극이 상부면에 형성된 수평형 구조나, p형 전극과 n형 전극이 상부면과 하부면에 각각 형성된 수직형 구조로 구비될 수 있다.
상기 서브 마운트 상에 탑재된 발광다이오드 칩(601)의 상부면에는 도전성 와이어(50)와 전기적으로 연결되는 본딩 패드(603)를 구비하며, 이러한 본딩 패드(603)는 수평형 또는 수직형으로 구비되는 발광다이오드 칩(601)의 구조에 따라 단독 또는 복수개로 구비될 수 있다. 즉, 상기 본딩 패드(603)는 상기 발광다이오드 칩(601)의 구조에 따라 그 형성갯수가 변경되는데, 상기 발광다이오드 칩(601)이 p형 전극과 n형 전극이 상부면 및 하부면에 각각 형성된 수직형 구조로 구비되는 경우, 상기 본딩 패드(603)는 상기 발광다이오드 칩(601)의 상부면에 형성된 p형 전극과 전기적으로 연결되도록 단독으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 발광다이오드 칩(601)이 p형 전극과 n형 전극이 상부면에 모두 형성된 수평형 구조로 구비되는 경우, 상기 본딩 패드(603)는 상기 발광다이오드 칩(601)의 상부면에 형성된 p형 전극 및 n형 전극과 각각 전기적으로 연결되도록 복수개로 구비될 수 있다.
파장변환부(602)는 상기 발광다이오드 칩(601)의 외부면을 일정하게 덮도록 에폭시, 실리콘 및 레진 등과 같은 투명한 수지재로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 수지 내에는 상기 발광다이오드 칩(601)에서 발생된 빛을 백색광으로 변환시킬 수 있는 파장변환수단인 YAG계, TAG계, Silicate계 등의 형광물질이 포함될 수 있다.
도 27a 내지 도 27f는 상술한 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이며, 본 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(600)는 a 내지 f단계를 거치면서 제조될 수 있다.
a. 복수개의 발광다이오드 칩이 다이 어태칭된 웨이퍼를 제공하는 단계
도 27a에 도시한 바와 같이, 반도체 제조공정에 의해서 제조된 복수개의 발광다이오드 칩(601)은 다이 어태치(Die Attach) 방식으로 일정간격을 두고 웨이퍼(W)상에 탑재된다.
상기 발광다이오드 칩(601)의 상부면에는 적어도 하나의 본딩 패드(603)를 구비하게 되며, 상기 본딩 패드(603)는 수직형 또는 수평형으로 구비되는 발광다이오드 칩(601)의 전극 배치형태에 따라 단독 또는 복수개로 구비될 수 있다. 상기 본딩 패드(603)는 Au, Al, Cu 등과 같이 도전성이 우수한 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼(W)는 상기 발광다이오드 칩(601)에 구비되는 p형 전극과 n형 전극의 배치형태에 따라 비전도성 또는 전도성 소재중 어느 하나로 선택하여 구성될 수 있다.
b. 상기 발광다이오드 칩의 상부면에 형성된 적어도 하나의 본딩패드상에 패드보호부를 덮는 단계
도 27b에 도시한 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)상에 다이 어태칭된 발광다이오드 칩(601)에는 그 상부면에 형성된 적어도 하나의 본딩 패드(603)를 덮어 보호하도록 패드보호부(620)를 구비할 수 있다. 이러한 패드보호부(620)는 상기 본딩 패드(603)가 상부로 노출되지 않도록 상기 본딩 패드(603)와 동일한 크기로 구비될 수 있으며, 포토 레지스트(photo resist)로 구비되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
c. 상기 발광다이오드 칩과 웨이퍼상에 수지재를 도포하여 일정두께의 파장변환부를 형성하는 단계
도 27c에 도시한 바와 같이, 상기 본딩 패드(603)상에 패드보호부(620)를 형성한 복수개의 발광다이오드 칩(601)과 웨이퍼(W)가 수지재로 덮어지도록 상기 웨이퍼(W)상에 실리콘, 에폭시등과 같은 투명성 수지를 일정두께로 프린팅하는 방식으로 프린팅하여 파장변환부(602)를 형성한다.
그리고, 상기 본딩 패드(603)와 패드보호부(620)를 포함하는 발광다이오드 칩(601) 전체를 덮도록 상기 웨이퍼(W)상에 프린팅된 파장변환부(602)는 인위적으로 제공되는 열이나 UV광에 의해서 경화된다. 여기서, 상기 파장변환부(602)를 구성하는 수지재에는 상기 발광다이오드 칩(601)의 발광색에 따라 백색광으로 변환시킬 수 있도록 발광다이오드 칩(601)의 발광색을 파장변화시키는 광파장변환수단인 형광물질을 포함할 수 있다.
d. 상기 파장변환부의 상부면을 제거하여 상기 패드보호부를 외부노출시키는 단계;
도 27d에 도시한 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)상에 탑재된 발광다이오드 칩(601)을 덮도록 구비된 파장변환부(602)는 상부로부터 조사되는 광에 노광됨을 통해 상기 파장변환부(602)의 최상부면이 식각되어 제거되면서 상기 패드보호부(620)를 외부노출시킨다. 이때, 상기 파장변환부(602)의 상부면으로 조사되는 광은 상기 패드보호부(620)의 상부면이 외부로 노출됨과 동시에 중단되어야 한다.
또한, 상기 파장변환부(602)를 일부 제거하여 상기 패드보호부(620)를 외부로 노출시키는 다른 방법으로서 연마수단을 이용하여 파장변환부(602)의 상부면 일부를 제거할 수도 있다. 즉, 그라인더를 이용한 연마 방법이나 플라이 커터(Fly Cutter)를 이용한 커팅방법으로 상기 파장변환부(602)를 연마하면서 수지재를 제거함으로써 상기 발광다이오드 칩(601) 상에 구비된 패드보호부(620)를 외부로 노출시킬 수 있는 것이다.
이때, 광에 의해서 식각되어 제거되거나 상기 연마수단에 의해 연마되어 제거되는 파장변환부(602)는 상부면이 상기 웨이퍼(W)와 나란하도록 층두께가 일정하게 구비되는 것이 바람직하다.
e. 상기 파장변환부로부터 외부노출되는 패드보호부를 제거하는 단계
도 27e에 도시한 바와 같이, 상기 파장변환부(602)의 상부면으로부터 노출되는 패드보호부(620)를 본딩 패드(603)와 파장변환부(602)로부터 분리되도록 제거하게 되면, 상기 발광다이오드 칩(601)의 상부에는 상기 패드보호부(620)가 제거된 만큼의 공간이 형성됨과 동시에 상기 본딩패드(603)는 외부로 노출된다.
f. 상기 웨이퍼를 절단하여 복수개의 발광다이오드 칩으로 분할하는 단계
연속하여, 도 27f에 도시한 바와 같이, 상기 본딩 패드(603)가 외부노출된 발광다이오드 칩(601)은 인접하는 다른 발광다이오드 칩(601)과의 사이에 형성된 세로, 가로 절단선을 따라 절단됨으로써 개별 발광다이오드 소자(600)로 제조된다.
이러한 발광다이오드 소자(600)는 웨이퍼(W)와 분리되어 서브 마운트(610)상에 다이 어태칭된 발광다이오드 칩(601)과, 상기 발광다이오드 칩(601)의 상부면에 구비되는 적어도 하나의 본딩 패드(603) 및 상기 본딩 패드(603)를 외부로 노출시키면서 상기 발광다이오드 칩(601)의 외부면을 균일하게 덮는 파장변환부(602)로 구성된다.
도 28a 내지 도 28f는 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이며, 본 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자(600')는 a' 내지 f'단계를 거치면서 제조될 수 있다.
a'. 상부면에 복수개의 본딩 패드를 구비하는 발광다이오드 칩을 이루는 발광구조물이 형성된 웨이퍼를 제공하는 단계
도 28a에 도시한 바와 같이, 반도체 제조공정에 의해서 발광다이오드 칩(601')을 이루는 발광구조물(S)이 형성된 웨이퍼(W')를 제공하며, 상기 발광구조물(S)의 상부면에는 복수개의 본딩 패드(603')가 일정간격을 두고 구비될 수 있다.
여기서, 상기 웨이퍼(W')는 반도체 단결정 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, 발광다이오드 칩(601')에 구비되는 p형 전극과 n형 전극의 배치형태에 따라 비전도성 또는 전도성 소재중 어느 하나로 선택하여 구성될 수 있다.
상기 발광구조물(S)은 n형 및 p형 반도체층(604', 606')과 그 사이에 형성된 활성층(605')을 포함한다. 그리고, 상기 본딩 패드(603')는 수직형 또는 수직형으로 구비되는 발광다이오드 칩(601')의 전극 배치형태에 따라 단독 또는 복수개로 구비되며, Au, Al, Cu 등과 같은 도전성 금속재로 구성된다.
b'. 상기 본딩패드상에 패드보호부를 덮는 단계
도 28b에 도시한 바와 같이, 상기 발광구조물(S)상에 구비되는 본딩 패드(603')에는 이를 덮어 보호하도록 패드보호부(620')가 구비되며, 이러한 패드보호부(620')는 상기 본딩 패드(603')가 상부로 노출되지 않도록 상기 본딩 패드(603')와 동일한 크기로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 패드보호부(620')는 포토 레지스트(photo resist)로 구비되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.
c'. 상기 발광구조물 상에 수지재를 도포하여 일정두께의 파장변환부를 형성하는 단계
도 28c에 도시한 바와 같이, 상기 본딩 패드(603')상에 패드보호부(620')가 덮어진 발광구조물(S)이 수지재로 덮이도록 상기 발광구조물(S)상에 실리콘, 에폭시등과 같은 투명성 수지를 일정두께로 프린팅하는 방식으로 프린팅하여 파장변환부(602')를 형성한다.
그리고, 상기 패드보호부(620')를 포함하는 발광구조물(S)의 상부면 전체를 덮도록 상기 발광구조물(S)상에 프린팅된 파장변환부(602')는 인위적으로 제공되는 열이나 UV광에 의해서 경화된다.
여기서, 상기 파장변환부(602')를 구성하는 수지재에는 상기 발광구조물(S)에 의해 이루어지는 발광다이오드 칩(601')의 발광시 발광색에 따라 백색광으로 변환시킬 수 있도록 발광다이오드 칩(601')의 발광색을 파장변화시키는 광파장변환수단인 형광물질을 포함할 수 있다.
d'. 상기 파장변환부의 상부면을 제거하여 상기 패드보호부를 외부노출시키는 단계;
도 28d에 도시한 바와 같이, 상기 웨이퍼(W')상에 형성된 발광구조물(S)을 덮도록 구비된 파장변환부(602')는 상부로부터 조사되는 광에 노광됨을 통해 상기 파장변환부(602')의 최상부면이 식각되어 제거되면서 상기 패드보호부(620')만을 외부노출시킨다. 이때, 상기 파장변환부(602')의 상부면으로 조사되는 광은 상기 패드보호부(620')가 외부로 노출됨과 동시에 중단되어야 한다.
또한, 상기 파장변환부(602')를 일부 제거하여 상기 패드보호부(620')를 외부로 노출시키는 다른 방법으로서 연마수단을 이용하여 파장변환부(602')의 상부면 일부를 제거할 수도 있다. 즉, 그라인더를 이용한 연마 방법이나 플라이 커터(Fly Cutter)를 이용한 커팅방법으로 상기 파장변환부(602')를 연마하면서 수지재를 제거함으로써 상기 발광구조물(S)상에 구비된 패드보호부(620')를 외부로 노출시킬 수 있는 것이다.
e'. 상기 파장변환부로부터 외부노출되는 패드보호부를 제거하는 단계
도 28e에 도시한 바와 같이, 상기 파장변환부(602')의 상부면으로부터 노출되는 패드보호부(620')를 본딩 패드(603')와 파장변환부(602')로부터 분리하도록 제거하게 되면, 상기 파장변환부(602')의 상부에는 상기 패드보호부(620')가 제거된 만큼의 공간이 형성됨과 동시에 상기 본딩 패드(603')는 외부로 노출된다.
f'. 상기 발광구조물이 형성된 웨이퍼를 절단하는 단계
연속하여, 도 28f에 도시한 바와 같이, 상기 본딩 패드(603')가 외부노출되된 발광구조물(S)은 웨이퍼(W')와 함께 그 상부면에 구획된 세로, 가로 절단선을 따라 절단됨으로써 전원인가시 빛을 발생시키는 발광다이오드 소자(600')로 제조된다.
이러한 발광다이오드 소자(600')는 발광구조물(S)을 포함하는 발광다이오드 칩(601')과, 상기 발광다이오드 칩(601')의 상부면에 구비되는 적어도 하나의 본딩 패드(603') 및 상기 본딩 패드(603')를 외부로 노출시키면서 상기 발광다이오드 칩(601')의 상부면을 균일하게 덮는 파장변환부(602')로 구성될 수 있다.
이러한 구성의 발광다이오드 소자(600, 600')는 도 29a 및 도 29b에 도시한 바와 같이, 음극 리드와 양극 리드를 갖는 일측 리드 프레임(30)의 상부면에 탑재되고, 파장변환부(602, 602')를 통해 외부로 노출되는 본딩 패드(603, 603')에 일단이 본딩된 와이어(50)를 매개로 다른 리드 프레임(31)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 와이어(50)는 파장변환부(602, 602')와 접촉하지 않고, 상기 파장변환부(602, 602')를 통해 외부로 노출된 본딩 패드(603, 603')와 연결될 수 있다.
본 실시 형태의 경우 형광물질을 포함하는 파장변환부(602,602')는 발광다이오드 칩(601, 601')의 외부면에 일정한 두께로 고르게 구비되어 전원인가시 발광다이오드 칩에서 발생된 빛이 상기 파장변환부를 통과하는 경로가 조사각도에 따라 일정하기 때문에 조사각도에 따른 색온도차이를 방지할 수 있다.
또한, 상기 와이어(50)가 파장변환부(602,602')에 포함된 전기적 전도성을 갖는 중금속계열로 이루어진 형광물질과의 접촉을 근본적으로 방지하여 누설전류가 발생되는 것을 예방할 수 있기 때문에 상기 발광다이오드 소자(600, 600')의 광효율을 향상시킬 수 있고, 열화특성이 악화되는 것을 방지하여 제품의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 30 및 도 31을 참조하여 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자에 대해 설명한다. 도 30a 내지 도 30e는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 발광다이오드 소자를 제조하는 공정을 단계별로 개략적으로 도시한 도면이다.
우선, 도 30a에 도시한 바와 같이, 반도체 제조 공정에 의해서 제조된 발광다이오드 칩(701)을 웨이퍼(W) 상에 일정 간격을 두고 복수개 다이 어태치 방식으로 탑재한다. 여기서, 상기 웨이퍼(W)는 상기 발광다이오드 칩(701)에 구비되는 p형 전극 및 n형 전극의 배치형태에 따라서 비전도성 또는 전도성 소재중 어느 하나로 선택하여 구성될 수 있다.
다음으로, 도 30b에 도시한 바와 같이, 상기 웨이퍼(W) 상에 다이 어태치된 발광다이오드 칩(701)의 상부면에 복수개의 본딩 패드(703)를 각각 형성한다. 이러한 본딩 패드(703)는 상기 발광다이오드 칩(701)에 구비되는 p형 전극 및 n형 전극의 배치 형태(수직형 또는 수평형)에 따라 단독 또는 복수개 구비될 수 있다.
다음으로, 도 30c에 도시된 바와 같이, 상부면에 상기 본딩 패드(703)가 형성된 복수개의 발광다이오드 칩(701)이 수지재로 덮어지도록 상기 웨이퍼(W) 상에 실리콘, 에폭시 등과 같은 투명성 수지를 일정한 두께로 프린팅하는 방식으로 프린팅하여 파장변환부(702)를 형성한다. 그리고, 상기 본딩 패드(703)를 포함하는 발광다이오드 칩(701)을 덮도록 상기 웨이퍼(W) 상에 프린팅된 파장변환부(702)는 인위적으로 제공되는 열에 의해서 열경화된다. 상기 파장변환부(702)는 상기 발광다이오드 칩(701)의 발광색에 따라 백색광으로 변환시킬 수 있도록 발광다이오드 칩(701)의 발광색을 파장변환시키는 광파장변환수단인 형광물질을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 30d에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W) 상에 구비된 파장변환부(702)는 미도시된 연마 수단에 의하여 상기 발광다이오드 칩(701) 상에 구비된 본딩 패드(703)를 외부로 노출시킬 수 있도록 상부면이 연마되며, 연마 방법에 있어서는 그라인더를 이용한 연마 방법이나 플라이 커터를 이용한 커팅 방법 등으로 균일한 면을 얻을 수 있도록 연마하며, 이는 정밀성과 생산성을 고려하여 선택을 한다. 이때, 상기 연마 수단에 의해 연마되는 파장변환부(702)는 상부면이 상기 웨이퍼(W)와 나란하여 층두께가 일정하도록 연마되는 것이 바람직하다.
연속하여, 도 30e에 도시한 바와 같이, 상기 본딩 패드(703)가 외로부 노출되도록 파장변환부(702)가 연마된 발광다이오드 칩(701)은 인접하는 다른 발광다이오드 칩(701)과의 사이에 형성된 세로, 가로 절단선을 따라 절단됨으로써 전원인가시 빛을 발생시키는 발광다이오드 소자(700)로 제조된다.
이러한 발광다이오드 소자(700)는 웨이퍼(W)가 절단된 서브 마운트(710) 상에 다이 어태칭된 발광다이오드 칩(701)과, 상기 발광다이오드 칩(701)의 상부면에 구비되는 적어도 하나의 본딩 패드(703) 및 상기 본딩 패드(703)를 외부로 노출시키면서 상기 발광다이오드 칩(701)의 외부면을 균일하게 덮는 파장변환부(702)로 구성된다.
상기한 구성의 발광다이오드 소자(700)는 도 31에 도시한 바와 같이, 음극 리드와 양극 리드를 갖는 리드 프레임(31)의 일측 상부면에 탑재되고, 본딩 패드(703)에 일단이 본딩된 금속 와이어(50)를 매개로 다른 리드 프레임(32)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1 ; 발광소자 패키지 10 ; 패키지 본체
11 ; 렌즈지지부 12 ; 지지턱
13 ; 요홈 14 ; 홈부
15 ; 측벽 16 ; 칩 실장영역
20 ; 렌즈 21 ; 하단부
22 ; 수평돌기 23 ; 끼움돌기
24 ; 전반사면 25 ; 굴절면
30 ; 제1 리드프레임 31 ; 제2 리드프레임
50 ; 와이어 100 ; 발광다이오드 소자

Claims (30)

  1. 측벽으로 둘러싸인 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체;
    서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하는 리드프레임;
    상기 칩 실장영역 상에 실장된 발광소자;
    상기 리드프레임과 상기 발광소자를 연결하는 와이어;
    상기 발광소자 위에 배치되며, 평평한 상면과 하측으로 돌출된 반사부를 갖는 렌즈; 및
    상기 칩 실장영역에서 상기 와이어 보다 높게 형성되어 상기 와이어와 상기 렌즈가 서로 접촉되지 않도록 상기 렌즈의 상기 반사부의 하단을 지지하는 렌즈지지부; 를 포함하고,
    상기 렌즈지지부는 복수 개로 구비되며, 각각이 상기 측벽으로부터 상기 발광소자를 향해 연장되는 구조로 형성되는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈지지부는 상기 칩 실장영역에서 상기 발광소자가 실장되고 남은 부분 중 적어도 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 렌즈지지부는 상기 렌즈의 하단부가 걸림되도록 걸림턱을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 삭제
  5. 측벽으로 둘러싸인 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체;
    서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하는 리드프레임;
    상기 칩 실장영역 상에 실장된 발광소자;
    상기 리드프레임과 상기 발광소자를 연결하는 와이어;
    상기 발광소자 위에 배치된 렌즈; 및
    상기 칩 실장영역에서 상기 와이어 보다 높게 형성되어 상기 와이어와 상기 렌즈가 서로 접촉되지 않도록 상기 렌즈를 지지하는 렌즈지지부; 를 포함하고,
    상기 렌즈지지부는 적어도 하나가 상기 측벽으로부터 상기 발광소자를 향해 연장되는 구조로 형성되며,
    상기 렌즈지지부는 상기 측벽으로부터 연장되어 상기 칩 실장영역의 상부 공간에 배치되는 부분에 상기 렌즈지지부를 관통하는 개방홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 측벽으로 둘러싸인 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체;
    서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하는 리드프레임;
    상기 칩 실장영역 상에 실장된 발광소자;
    상기 리드프레임과 상기 발광소자를 연결하는 와이어;
    상기 발광소자 위에 배치된 렌즈; 및
    상기 칩 실장영역에서 상기 와이어 보다 높게 형성되어 상기 와이어와 상기 렌즈가 서로 접촉되지 않도록 상기 렌즈를 지지하는 렌즈지지부; 를 포함하고,
    상기 렌즈지지부는 적어도 하나가 상기 측벽 중 어느 일측으로부터 연장되어 상기 칩 실장영역을 가로질러 타측으로 연결되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 렌즈지지부는 복수개가 상기 칩 실장영역에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은 내측에 적어도 하나의 지지턱을 가지며, 상기 렌즈는 외주면에 상기 지지턱에 지지되도록 적어도 하나의 수평돌기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 측벽은 상단에 적어도 하나의 요홈이 형성되고, 상기 렌즈는 상단에 상기 요홈과 대응되도록 적어도 하나의 끼움돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상기 측벽의 내측에 상기 렌즈가 지지되는 지지턱과, 상기 지지턱의 내측에 상기 칩 실장영역을 갖는 홈부를 포함하며,
    상기 홈부는 상기 와이어가 상부로 돌출되지 않는 깊이로 형성되어 상기 지지턱의 상면이 상기 와이어보다 높은 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  11. 삭제
  12. 삭제
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