KR101946241B1 - 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, 중앙영역이 오목한 상면을 갖는 본체부; 반도체 발광소자 칩이 배치되며 중앙영역에 대응되는 부분이 본체부의 하면으로 돌출된 바닥부; 그리고 본체부의 하면에 위치하며 바닥부와 중첩되지 않는 복수의 지지부;를 포함하는 반도체 발광소자에 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 발광효율을 높인 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).
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자 칩은 성장 기판(100; 예: 사파이어 기판), 성장 기판(100) 위에, 버퍼층(200), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 도전막(600)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(700)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(800; 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 버퍼층(200)은 생략될 수 있다.
도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장 기판(100) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면으로서, 반도체 발광소자 칩은 성장 기판(100), 성장 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장 기판(100) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 제1 전극막(901), 제2 전극막(902) 및 제3 전극막(903)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있다.
제1 전극막(901)은 Ag 반사막, 제2 전극막(902)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(903)은 Au 본딩층일 수 있다. 여기서, 제3 전극막(903) 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(300) 위에 형성된 전극(800)이 제2 반도체층(500) 위에 형성된 전극막(901, 902, 903)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수 도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장 기판(100)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.
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 아니 된다(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, 중앙영역이 오목한 상면을 갖는 본체부; 반도체 발광소자 칩이 배치되며 중앙영역에 대응되는 부분이 본체부의 하면으로 돌출된 바닥부; 그리고 본체부의 하면에 위치하며 바닥부와 중첩되지 않는 복수의 지지부;를 포함하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예(Lateral Chip)를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예(Flip Chip)를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자 칩의 또 다른 예(Vertical Chip)를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 칩에서 나오는 광의 다양한 반사 경로를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자에서 지향각 조절에 따른 효과를 설명하는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 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 또 다른 일 예를 설명하기 위한 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 설명하기 위한 도면으로서, 도 4(a)는 사시도이고, 도 4(b)는 AA'에 따른 단면도이며, 도 4(c)는 BB'에 따른 단면도이고, 도 4(d)는 배면도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광소자(1)는 반도체 발광소자 칩(10)이 배치된 몸체(100)를 포함한다. 본 개시에서 반도체 발광소자 칩(10)은 상면 및 측면이 봉지재에 의해 감싸서 형성되고, 플립 칩(flip chip)이 적합하지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다. 한편, 봉지재는 생략될 수 있다.
몸체(100)는 본체부(110), 바닥부(120) 및 지지부(130)를 포함한다. 몸체(100)는 투명한 실리콘과 같은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본체부(110)는 중앙영역(p)이 위로 볼록한 상면(111)을 포함한다. 본체부(110)의 상면(111)의 지름(d1)은 본체부(110)의 외측 높이(h1)보다 길게 형성된다. 예를 들어, 본체부(110)의 상면(111)의 지름(d1)은 1mm 이상 10mm이하일 수 있으며, 본체부(110)의 외측 높이(h1)는 0.2mm 이상 5mm 이하일 수 있다.
본체부(110)의 중앙영역(p)이 위치한 내측 높이(h2)는 본체부(110)의 외측 높이(h1)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 외측 높이(h1)보다 내측 높이(h2)보다 낮게 형성됨으로써, 본체부(110)의 상면(111)이 중앙영역(p)을 중심으로 일정한 기울기를 갖도록 형성된다.
본체부(110)의 상면(111)이 중앙영역(p)을 중심으로 일정한 기울기를 가짐으로써, 반도체 발광소자 칩(10)에서 나오는 빛을 도 5(a)에 도시된 반사 경로 ①과 같이 반사시켜 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나가도록 하여 측면으로 추출되는 광 추출 효율 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체 발광소자 칩(10)으로부터 나오는 빛이 본체부(110)의 상면(111)에서 반사되어 반도체 발광소자(10)의 측면으로 나간다.
여기서, 본체부(110)의 상면(111)은 중앙영역(p)을 중심으로 직선 또는 오목한 모양, 볼록한 모양 등의 곡선으로 이루어질 수 있다. 곡선으로 이루어지는 경우 직선보다 반사되는 각도가 다양해져 광 추출 효율이 더욱 높아질 수 있다. 본 개시에서, 본체부(110)의 상면(111)은 중앙영역(p)을 중심으로 위로 볼록한 모양의 곡선을 갖는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본체부(100)의 상면(111)이 위로 볼록한 정도에 따라 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나가는 빛의 지향각을 조절하여 광 추출 효율이 더욱 높아질 수 있다. 지향각 조절에 대해서는 후술한다.
바닥부(120)는 반도체 발광소자 칩(10)이 배치되며, 중앙영역(p)에 대응되는 부분이 본체부(110)의 하면(112)으로 돌출되어 형성된다. 여기서, 바닥부(120)의 높이(h3)는 복수의 지지부(130)의 높이(h4)와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
바닥부(120)의 높이(h3)는 반도체 발광소자 칩(10)의 높이(h5)보다 높은 것이 바람직하다. 바닥부(120)의 높이(h3)가 반도체 발광소자 칩(10)의 높이(h5)보다 낮은 경우 반도체 발광소자 칩(10)의 측면에서 나오는 빛이 후술될 바닥부(120)의 측면(123)에 반사되지 않고 그대로 나감으로써, 반도체 발광소자(1)의 광 추출 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 이에 광 경로 등을 고려하여 바닥부(120)의 높이(h3)가 반도체 발광소자 칩(10)의 높이(h5)보다 높게 형성한다. 바닥부(120)의 높이(h3) 및 반도체 발광소자 칩(10)의 높이(h5)는 바닥부(212)의 하면(122)을 기준으로 측정할 수 있다. 발광소자 칩(10)의 높이(h5)는 0.05mm 이상 내지 0.5mm 이하 일 수 있고, 바닥부(120)의 높이(h3)는 0.2mm 이상 내지 1.5mm 이하 일 수 있다.
바닥부(120)는 본체부(110)의 하면(112)에 접촉된 바닥부(120)의 상면(121)에서 반도체 발광소자 칩(10)이 배치된 바닥부(120)의 하면(122) 방향으로 경사진 기울기를 갖도록 형성된다. 여기서, 바닥부(120)의 상면(121)의 지름(d2)은 바닥부(120)의 하면(122)의 지름(d3)보다 크게 형성된다. 또한, 바닥부(120)의 상면(121)의 지름(d2) 및 바닥부(120)의 하면(122)의 지름(d3)은 본체부(110)의 상면(111)의 지름(d1)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
바닥부(120)의 하면(122)의 지름(d3)은 반도체 발광소자 칩(10)의 크기와 비슷하거나 반도체 발광소자 칩(10)의 1.5배가 바람직하다.
이에 따라, 바닥부(120)의 측면(123)은 직선 또는 오목한 모양, 볼록한 모양 등의 곡선으로 이루어질 수 있다. 곡선으로 이루어지는 경우 직선보다 반사되는 각도가 다양해져 광 추출 효율이 더욱 높아질 수 있다.
본 개시에서, 바닥부(120)의 측면(123)은 아래로 볼록한 모양의 곡선을 갖는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
바닥부(120)의 측면(123)이 아래로 볼록한 정도에 따라 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나가는 빛의 지향각을 조절하여 광 추출 효율이 더욱 높아질 수 있다. 지향각 조절에 대해서는 후술한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 바닥부(120)의 상면(121)에서 바닥부(120)의 하면(122) 방향으로 일정한 기울기를 가짐으로써, 반도체 발광소자 칩(10)에서 나오는 빛을 도 5(a)에 도시된 반사 경로 ②와 같이 반사시켜 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나가도록 하여 측면으로 추출되는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체 발광소자 칩(10)으로부터 나오는 빛 본체부(110)의 상면(111)에서 1차로 반사된 후, 바닥부(120)의 측면(123)에서 2차로 재반사된 후, 바닥부(120)의 측면(123)에서 반사된 빛이 본체부(110)의 상면(111)에서 3차로 재반사되어 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나감으로써, 측면으로 추출되는 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 도 5(a)에 도시된 반사 경로 ③과 같이 반도체 발광소자 칩(10)의 측면에서 나오는 빛을 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나가도록 하여 측면으로 추출되는 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체 발광소자 칩(10)의 측면에서 나오는 빛이 바닥부(120)의 측면(123)에서 1차로 반사된 후, 바닥부(120)의 측면(123)에서 반사된 빛이 본체부(110)의 상면(111)에서 2차로 재반사되어 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나감으로써, 광의 발광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 개시에서 반도체 발광소자(1)는 반도체 발광소자 칩(10)의 상면 및 측면으로부터 나오는 빛이 반도체 발광소자의 측면으로 나가도록 하는 4면 발광 반도체 소자를 포함할 수 있다.
이와 달리, 바닥부의 구성을 포함하지 않는 반도체 발광소자는 도 5(b)에 도시된 반사 경로와 같이 반도체 발광소자 칩으로부터 나오는 빛이 본체부의 상면에 의해 반사되어 외부 기판(1000)에서 반도체 발광소자의 상면으로 나가는 빛의 양이 훨씬 많아 측면으로 추출되는 빛의 효율이 감소하는 문제점이 있었다. 더욱이, 외부 기판(1000)에 의해 빛이 재반사됨으로써 광의 반사경로에 변형 또는 왜곡 현상(B)이 발생하는 문제점이 있었다.
하지만, 본 개시에서는 반도체 발광소자 칩(10)으로부터 나오는 빛이 바닥부(120)의 아래로 볼록한 곡선의 측면(123) 및 본체부(110)의 위로 볼록한 곡선의 상면(111)에 의해 반사되어 반도체 발광소자(1)의 측면 방향으로 나가도록 하여 광 추출 효율을 더욱 증가시킬 수 있다. 즉, 반도체 발광소자(1)의 측면으로 나오는 빛은 도 5(c)에 도시한 바와 같이, 바닥부를 포함하지 않는 경우 대부분 반도체 발광소자의 상측 방향 또는 하측 방향으로 빛이 나가지만, 바닥부를 포함하는 경우 반도체 발광소자의 측면 방향으로 빛이 나간다.
이때, 바닥부(120)의 측면(123)의 아래로 볼록한 정도 및 본체부(110)의 상면(111)의 위로 볼록한 정도에 따라 반도체 발광소자 칩(10)으로부터 나오는 빛이 반도체 발광소자(1)로 나가는 지향각을 조절할 수 있다.
도 6(a)를 참조하면, 지향각 조절을 설명하기 위해 서로 다른 아래로 볼록한 정도를 갖는 1개의 바닥부(120)의 측면(1231, 1232, 1233)을 1개의 반도체 발광소자에 함께 표시하였고, 도 6(b)를 참조하면, 지향각 조절을 설명하기 위한 서로 다른 위로 볼록한 정도를 갖는 1개의 본체부(110)의 상면(1111, 1112, 1113)을 1개의 반도체 발광소자에 함께 표시하였다.
구체적으로, 도 6(a)를 참조하면, 바닥부(120)의 아래로 볼록함이 가장 작은 제1 측면(1231)에 반사되어 나가는 빛(L11)의 지향각이 가장 작고, 바닥부(120)의 아래로 볼록함이 가장 큰 제3 측면(1233)에 반사되어 나가는 빛(L13)의 지향각이 가장 크다. 이때, 가상의 직선의 측면(1320)에서 상측 수직 방향으로 나가는 가상의 빛(L10)의 지향각을 90°로 하며 상측 수직 방향보다 기울어지는 경우 지향각이 커진다라고 한다. 이에 따라, 아래로 볼록함이 클수록 지향각이 180°에 가까워진다.
또한, 도 6(b)를 참조하면, 본체부(110)의 위로 볼록함이 가장 작은 제1 상면(1111)에 반사되어 나가는 빛(L21)의 지향각이 가장 작고, 본체부(110)의 위로 볼록함이 가장 큰 제3 상면(1113)에 반사되어 나가는 빛(L23)의 지향각이 가장 크다. 이때, 가상의 직선의 측면(1110)에서 상측 수직 방향으로 나가는 가상의 빛(L20)의 지향각을 90°로 하며 상측 수직 방향보다 기울어지는 경우 지향각이 커진다라고 한다. 이에 따라, 위로 볼록함이 클수록 지향각이 180°에 가까워진다.
복수의 지지부(130)는 바닥부(120)를 중심으로 서로 이격되어 본체부(110)의 하면(112)에 위치하며 바닥부(120)와 중첩되지 않도록 형성된다.
복수의 지지부(130)의 높이(h4)는 바닥부(120)의 높이(h3)와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 복수의 지지부(130)의 높이(h4)가 바닥부(120)의 높이(h3)보다 크게 형성될 수 있지만, 반도체 발광소자(1)가 전체적으로 균일한 무게 중심을 갖도록 높이(h3, h4)가 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 복수의 지지부(130)의 외측면이 본체부(110)의 외측면으로부터 연장되어 동일선상에 위치할 수 있지만, 이에 한정하지 않고 본체부(110)의 외측면에서 일정간격으로 이격되어 본체부(110)의 하면(112)에 위치할 수도 있다.
도 4(d)를 참조하면, 바닥부(120)를 중심으로 서로 이격되어 위치하는 복수의 지지부(130)는 바닥부(120)까지의 거리(d4)가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 반도체 발광소자(1)가 전체적으로 균일한 무게 중심을 갖도록 하여 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 도 4(d)를 참조하면, 바닥부(120)를 중심으로 서로 이격되어 위치하는 복수의 지지부(130)는 각각 인접한 지지부(130)와의 거리(d5)가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 반도체 발광소자(1)가 전체적으로 균일한 무게 중심을 갖도록 하여 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 개시에서 복수의 지지부(130)의 개수를 4개로 도시하였지만, 이에 한정하지 않고 최소 3개 이상 또는 그 이상의 개수를 가질 수 있다.
도7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자(1)의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자(1a)의 제조방법을 살펴보면, 먼저, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 몸체(110a)의 형상을 갖는 제1 프레임(100a)이 고정된 베이스(11a)를 준비한다.
제1 프레임(100a)은 몸체(110a)의 외형의 형상을 위한 제1 홀(111a)이 구비된 몸체 프레임(112a)과 반도체 발광소자 칩(10a)이 배치될 바닥부(120a)의 형상을 위한 제2 홀(121a)이 구비된 바닥 프레임(122a)을 포함한다.
또한, 제1 프레임(100a)은 복수개의 몸체 프레임(112a) 및 바닥 프레임(122a)이 위치한 양쪽 끝단에 정렬 홈(113a)을 포함한다. 정렬 홈(113a)에 대해서는 후술한다.
베이스(11a)는 플렉시블한 필름 또는 테이프이거나, 리지드(rigid)한 금속 판 또는 비금속 판일 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 광 반사율을 선택할 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 광 반사율을 선택할 수 있다.
이와 같이, 본 예에 의하면, 반도체 발광소자 칩(10a)이 배열되는 베이스(11a)가 반도체 기판이나 다른 고가의 기판이 아니라도 무방한 장점이 있다.
또한, 제1 프레임(100a)이 반도체 발광소자 칩(10a) 배열의 가이드가 되므로 베이스(11a)에 추가적인 패턴 형성 공정이 필요 없다.
제1 프레임(100a)은 플라스틱, 금속, 또는, 표면이 도금된 부재일 수 있으며, 제1 프레임(100a)의 재질은 상기 베이스(11a)의 재질로 예시된 예들이 사용될 수 있지만, 제1 프레임(100a)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하고, 크랙이나 갈라짐 방지에 효과적인 재질로 선택하는 것이 바람직하다.
본 예에서, 베이스(11a)와 제1 프레임(100a)은 외력에 의해 가압되어 서로 접하거나, 접착물질을 이용하여 서로 접착할 수 있다. 예를 들어, 접착 물질은 도전성 페이스트, 절연성 페이스트, 폴리머 접착제 등 다양하게 선택가능하며, 특별히 제한되지는 않는다. 어느 온도 범위에서는 접착력을 상실하는 물질을 사용하면, 베이스(11a)와 제1 프레임(100a)의 분리 시에 상기 온도 범위에서 분리가 쉽게 될 수 있다.
제1 프레임(100a)에 배열된 몸체 프레임(112a) 및 바닥 프레임(122a)은 복수개로 배열되어 있다. 본 개시에서 1행으로 3열로 배열되도록 도시하였지만, 복수의 행과 열로 배열될 수 있다. 끝단에 위치하는 정렬 홈(113a)에 따라 몸체 프레임(112a) 및 바닥 프레임(122a)의 개수 배열 방식은 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있음은 물론이다.
다음으로, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 바닥 프레임(122a)의 제2 홀(121a)에 반도체 발광소자 칩(1)을 놓는다. 즉, 바닥 프레임(122a)의 제2 홀(121a)에 의해 노출된 베이스(11a) 위에 반도체 발광소자 칩(10a)을 위치시킨다.
본 예에서, 반도체 발광소자 칩(10a)은 상면 및 측면이 봉지재에 의해 감싸서 형성되고, 플립 칩(flip chip)이 적합하지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다. 한편, 봉지재는 생략될 수 있다.
제1 프레임(100a)의 형상, 패턴, 또는 경계 등을 인식하여 소자가 놓일 위치 및 각도를 보정하는 제1 소자 이송 장치(12a)를 사용하여 반도체 발광소자 칩(10a)을 바닥 프레임(122a)의 제2 홀(121a) 내에 위치시킬 수 있다. 여기서, 제1 프레임(100a)은 제1 소자 이송 장치(12a)가 반도체 발광소자 칩(10a)을 놓을 위치나 각도를 보정하기 위한 패턴으로 인식될 수 있다.
반도체 발광소자 칩(10a)은 2개의 전극이 베이스(11a)의 상면과 마주하도록 배치된다.
다음으로, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 몸체 프레임(112a)을 댐(dam)으로 하여 각각의 제1 홀(111a)에 봉지재(140a)를 투입한다. 몸체 프레임(112a)는 봉지재(140a)의 댐으로 기능한다.
봉지재(140a)는 투입 장치(13a)를 사용하여 제1 홀(111a)에 투입될 수 있다. 이때, 봉지재(140a)의 투입양은 몸체 프레임(112a)의 높이보다 낮게 투입하는 것이 바람직하다. 여기서 봉지재(140a)는 액상으로 이루어진 물질, 예를 들어, 투명한 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6(d)에 도시된 바와 같이 제1 홀(111a)에 투입된 봉지재(140a)가 경화되기 전에 제2 프레임(150a)을 제1 프레임(100a) 위에 배치시킨다.
봉지재(140a)를 경화하기 위한 열처리 및/또는 건조는 120℃ 내지 170℃의 온도에서 대략 1시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. 상술한 열처리 및/또는 건조 온도 및 시간은 제1 프레임(100a)과 제2 프레임(150a) 사이에 투입된 봉지재(140a)가 몸체(110a)로 안정적으로 형성될 수 있도록 한정된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 프레임(150a)은 중앙영역(p)이 오목한 본체부(210a)의 상면(211a)에 대응되는 돌출 부분(151a)을 구비하며, 양쪽 끝단에 위치하는 고정핀(152a)을 포함한다.
돌출 부분(151a)이 중앙영역(p)에 대응하여 위치할 수 있도록 제2 프레임(150a)의 양쪽 끝단에 위치하는 고정핀(151a)은 제1 프레임(100a)의 양쪽 끝단에 위치하는 정렬 홈(113a)에 결합된다.
여기서, 제2 프레임(150a)은 제1 프레임(100a)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 제1 프레임(100a) 및 제2 프레임(150a)이 동일한 물질로 형성되는 경우, 열팽창 계수가 동일하여 제조 공정 중에 제1 프레임(100a)과 제2 프레임(150a) 사이의 틈에 따른 오차가 발생하지 않을 수 있다.
하지만, 이에 한정하지 않고 제1 프레임(100a)과 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7(e)에 도시된 바와 같이 제2 프레임(150a)을 제1 프레임(100a)으로부터 분리한다.
다음으로, 도 7(f)에 도시된 바와 같이 제1 프레임(100a) 내에 일체로 형성된 몸체(110a)를 베이스(11a)로부터 분리한다.
다음으로, 도 7(g)에 도시된 바와 같이 몸체(110a)를 제1 프레임(100a)으로부터 분리한다.
제2 소자 이송 장치(14a)는 몸체(110a)를 픽업(pick-up)하여 제1 프레임(100a)으로부터 분리한다. 여기서, 제2 소자 이송 장치(14a)는 제1 소자 이송 장치(12a)와 동일한 기능을 수행할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 소자 이송 장치(14a)의 일 예로, 다이본더와 유사하게, 패턴 또는 형상을 인식하며, 이송할 위치나 대상물의 각도를 보정할 수 있는 장치라면 그 명칭에 무관하게 사용 가능할 것이다.
구체적으로, 반도체 발광소자 칩(10a)이 배치된 바닥부(220a)의 아래에서 핀 또는 봉이 일체로 형성된 몸체(110a)를 치면 제1 프레임(100a)으로부터 일체로 형성된 몸체(110a)가 떨어지며, 그 순간 제2 소자 이송 장치(14a)가 일체로 형성된 몸체(110a)를 전기적 흡착 또는 진공 흡착할 수 있다.
이와 다르게 도시하지 않았지만, 베이스(11a)를 분리하지 않고 제2 소자 이송 장치(14a)를 이용하여 제1 프레임(100a)으로부터 몸체(110a)를 분리할 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
반도체 발광소자(2)는 본체부(210)의 상면(211) 또는 반도체 발광소자 칩(20)과 바닥부(220)의 측면(223) 사이에 반사 물질(260)을 포함한다. 반사 물질(260)을 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(1)와 동일한 특성을 갖는다.
반사 물질(260)이 반도체 발광소자 칩(20)의 상면 방향 또는 측면 방향에 위치함으로써, 반도체 발광소자 칩(20)의 상면 및 측면에서 나오는 광을 반사시켜 반도체 발광소자(2)의 측면으로 추출되는 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
반사 물질(260)은 백색 반사 물질이 바람직하다. 예를 들어 백색 실리콘 수지일 수 있다.
제2 프레임(150a)에 본체부(210)가 형성된 후, 도 8(a)에 도시된 바와 같이 반사 물질(260)이 본체부(210)의 상면(211) 위에 일정 두께로 형성되거나, 도 8(b)에 도시된 바와 같이 본체부(210)의 상면(211)이 수평이 되도록 중앙영역(p)에 반사 물질(260)이 채워져 형성될 수 있다.
또한, 봉지재(140a)가 투입되기 전에 도 8(c)에 도시된 바와 같이 반사 물질(260)이 바닥부(220)의 측면(223)을 따라 일정 두께로 형성되거나, 도 8(d)에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩(20)과 바닥부(220)의 측면(223) 사이에 반사 물질(260)이 채워져 형성될 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자(11)의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
반도체 발광소자(11)는 외부 기판(1000)과 전기적으로 연결된다. 외부 기판(1000)을 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(1)와 동일한 특성을 갖는다.
반도체 발광소자(11)의 전극(70, 80)은 제1 연결부(1100)를 통해 외부 기판(1000)의 외부 전극(1070, 1080)에 고정되고, 반도체 발광소자(11)의 지지부(130)는 제2 연결부(1200)를 통해 지지부(130)에 대응되는 외부 기판(1000)의 상면에 고정된다.
제1 연결부(1100)는 반도체 발광소자(11)의 전극(70, 80)과 외부 기판(1000)의 외부 전극(1070, 1080)의 사이에 위치한다. 제1 연결부(1100)는 외부 전극(1070, 1080) 위에 주석(Sn), 납(Pb), 금(Au) 등의 금속 물질로 이루어진 솔더 물질 도포한 후, 납땜(solding)하여 형성된다. 여기서, 솔더 물질은 반도체 발광소자(11)의 형상, 패턴 등에 따른 배열을 갖는 마스크(미도시)를 이용하여 외부 기판(1000) 위에 도포될 수 있다. 마스크는 금속 재질로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지 않았지만, 마스크가 반도체 발광소자(11)와 외부 기판(1000) 사이에 위치할 수 있다.
이와 달리 반도체 발광소자(11)의 전극(70, 80)과 외부 기판(1000)의 외부 전극은 유텍틱 본딩 또는 와이어 본딩 등에 의해 고정될 수도 있다. 여기서, 외부 기판(1000)은 서브 마운트에 구비된 도통부, 패키지의 리드 프레임, PCB에 형성된 전기 패턴 등일 수 있으며, 반도체 발광소자와 독립적으로 구비된 도선이라면 그 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
제2 연결부(1200)는 반도체 발광소자(11)의 지지부(130)와 지지부(130)에 대응되는 외부 기판(1000)의 상면 사이에 위치하며, 접촉이 우수하며 전기 절연물질인 비금속성 물질 예를 들어, 절연성 페이스트, 폴리머 접착제 등을 포함할 수 있다.
제1 연결부(1100) 및 제2 연결부(1200)에 의해 반도체 발광소자(11)와 외부 기판(1000)이 전기적 및 물리적으로 용이하게 연결됨으로써 반도체 발광소자(11)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자(11)의 광 추출 효율(extraction efficiency)을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10(a)는 단면도이며, 도 10(b)는 배면도이다.
도 10에 도시된 반도체 발광소자(3)는 금속 접합부(370)를 포함한다. 금속 접합부(370)를 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(1)와 동일한 특성을 갖는다.
금속 접합부(370)는 지지부(330)의 하면(331)에 위치한다. 금속 접합부(370)로 인하여 반도체 발광소자(3)가 외부 기판과 접합될 때, 지지부(330)만으로 접합하는 경우보다 접합력이 향상될 수 있다.
금속 접합부(370)는 금속일 수 있다. 예를 들어 금속 접합부(370)는 은(Ag), 구리(Cu) 및 금(Au) 중 하나일 수 있다. 또한 금속 접합부(370)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 금속 접합부(370)는 다양한 조합이 가능하다.
도 11은 도 10에 도시된 반도체 발광소자(3)의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
우선, 도 7을 참고하여 베이스(31a)에 고정된 제1 프레임(300a)의 제2 홀(321a) 내부에 반도체 발광소자(30a)를 배치한 후, 몸체 프레임(312a)과 바닥 프레임(322a) 사이에 금속 접합부(370a)를 배치시킨다.
금속 접합부(370a)는 제3 소자 이송 장치(15a)를 사용하여 금속 접합부(370a)를 몸체 프레임(312a)과 바닥 프레임(322a) 사이에 위치시킬 수 있다. 여기서, 제3 소자 이송 장치(15a)는 제1 및 제2 소자 이송 장치(13a, 14a)와 동일한 기능을 수행할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 접합부(370a)의 크기는 몸체 프레임(312a)과 바닥 프레임(322a) 사이의 간격보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 금속 접합부(370a)는 제1 프레임(300a)에 봉지재(140a)가 투입되기 전, 반도체 발광소자(30a)가 배치되기 전에 형성될 수도 있다.
다음으로, 몸체 프레임(312a)과 바닥 프레임(322a) 사이에 금속 접합부(370a)가 형성된 다음, 도 7(c) 내지 도 7(g)와 동일한 공정을 수행하여 반도체 발광소자(3)를 형성할 수 있다.
도 12은 도 10에 도시된 반도체 발광소자(31)의 또 다른 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 12(a)는 단면도이며, 도 12(b)는 배면도이다.
반도체 발광소자(31)는 외부 기판(2000)과 전기적으로 연결된다. 외부 기판(2000)을 제외하고는 도 10에 기재된 반도체 발광소자(3)와 동일한 특성을 갖는다.
외부 기판(2000)은 반도체 발광소자(31)의 전극(70, 80)과 연결되는 외부 전극(2070, 2080) 및 반도체 발광소자(31)의 지지부(330)의 금속 접합부(370)와 연결되는 외부 접합부(2300)를 포함한다.
반도체 발광소자(31)의 전극(70, 80)은 제1 연결부(2100)를 통해 외부 기판(1000)의 외부 전극(1070, 1080)에 고정되고, 반도체 발광소자(31)의 지지부(330)의 금속 접합부(370)는 제2 연결부(2200)를 통해 금속 접합부(370)에 대응되는 외부 기판(2000)의 외부 접합부(2300)에 고정된다.
제1 연결부(2100)는 반도체 발광소자(31)의 전극(70, 80)과 외부 기판(2000)의 외부 전극(2070, 2080)의 사이에 위치한다. 제1 연결부(2100)는 외부 전극(2070, 2080) 위에 주석(Sn), 납(Pb), 금(Au) 등의 금속 물질로 이루어진 솔더 물질 도포한 후, 납땜(solding)하여 형성된다. 여기서, 솔더 물질은 반도체 발광소자(11)의 형상, 패턴 등에 따른 배열을 갖는 마스크(미도시)를 이용하여 외부 기판(2000) 위에 도포될 수 있다. 마스크는 금속 재질로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지 않았지만, 마스크가 반도체 발광소자(31)와 외부 기판(2000) 사이에 위치할 수 있다.
이와 달리 반도체 발광소자(31)의 전극(70, 80)과 외부 기판(2000)의 외부 전극은 유텍틱 본딩 또는 와이어 본딩 등에 의해 고정될 수도 있다. 여기서, 외부 기판(2000)은 서브 마운트에 구비된 도통부, 패키지의 리드 프레임, PCB에 형성된 전기 패턴 등일 수 있으며, 반도체 발광소자와 독립적으로 구비된 도선이라면 그 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
제2 연결부(1200)는 반도체 발광소자(31)의 지지부(330)의 금속 접합부(370)와 금속 접합부(370)에 대응되는 외부 기판(2000)의 외부 접합부(2300) 사이에 위치한다. 제2 연결부(2200)는 외부 전극(2070, 2080) 위에 주석(Sn), 납(Pb), 금(Au) 등의 금속 물질로 이루어진 솔더 물질 도포한 후, 납땜(solding)하여 형성된다. 여기서, 솔더 물질은 반도체 발광소자(31)의 형상, 패턴 등에 따른 배열을 갖는 마스크(미도시)를 이용하여 외부 기판(2000) 위에 도포될 수 있다. 마스크는 금속 재질로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지 않았지만, 마스크가 반도체 발광소자(31)와 외부 기판(2000) 사이에 위치할 수 있다.
제2 연결부(1200)는 제1 연결부(2100)와 동일한 높이 및 동일한 물질로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 연결부(1200)는 제1 연결부(2100)와 동일한 높이 및 동일한 물질로 이루어지는 경우, 제2 연결부(2200)는 외부 전극(2070, 2080) 및 외부 기판(2000)의 외부 접합부(2300) 위에 동시에 솔더 물질을 도포하여 납땜을 수행함으로써, 공정을 단순화시키면서 외부 기판(2000)에 반도체 발광소자(31)를 쉽게 고정할 수 있게 된다.
이에 따라 반도체 발광소자(31)와 외부 기판(2000) 사이의 접합력이 강해짐으로써, 제조 공정 중에 열에너지 또는 외부충격이 가해지는 경우 외부 충격에 의해 봉지재와 반도체 발광소자 칩이 서로 분리되어 손상 또는 훼손이 방지될 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자(31)와 외부 기판(2000)와의 접착력이 유지되어 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 중앙영역이 오목한 상면을 갖는 본체부; 반도체 발광소자 칩이 배치되며 중앙영역에 대응되는 부분이 본체부의 하면으로 돌출된 바닥부; 그리고 본체부의 하면에 위치하며 바닥부와 중첩되지 않는 복수의 지지부;를 포함하는 반도체 발광소자.
(2) 본체부의 상면의 지름은 본체부의 높이의 보다 긴 반도체 발광소자.
(3) 복수의 지지부의 높이는 바닥부의 높이와 동일한 반도체 발광소자.
(4) 복수의 지지부는 최소 3개로 이루어지는 반도체 발광소자.
(5) 복수의 지지부는 바닥부를 중심으로 서로 이격되어 본체부의 하면에 위치하며, 바닥부를 중심으로 복수의 지지부와 바닥부 사이의 거리가 서로 동일한 반도체 발광소자.
(6) 복수의 지지부는 바닥부를 중심으로 서로 이격되어 본체부의 하면에 위치하며, 복수의 지지부는 인접한 지지부 사이의 거리가 서로 동일한 반도체 발광소자.
(7) 바닥부는 본체부의 하면에 접촉된 바닥부의 상면에서 반도체 발광소자 칩이 배치된 바닥부의 하면 방향으로 경사진 반도체 발광소자.
(8) 바닥부의 상면의 지름은 바닥부의 하면의 지름보다 큰 반도체 발광소자.
(9) 바닥부의 측면은 곡선 또는 직선으로 이루어진 기울기를 갖는 반도체 발광소자.
(10) 바닥부의 지름은 복수의 지지부의 지름보다 큰 반도체 발광소자.
(11) 본체부의 상면은 중앙영역을 중심으로 곡선 또는 직선으로 이루어진 기울기를 갖는 반도체 발광소자.
(12) 본체부의 상면 또는 반도체 발광소자 칩과 바닥부의 측면 사이에 위치하는 반사 물질을 포함하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자에 의하면, 프레임에 의해 지향각을 조절하여 반도체 발광소자 칩으로부터 나오는 빛이 반도체 발광소자의 측면으로 나가도록 하여 측면으로 추출되는 빛의 효율이 높은 반도체 발광소자를 얻을 수 있다. 이에 따라, 반도체 발광소자가 4면 발광하여 반도체 발광소자의 광 추출 효율(extraction efficiency)을 향상시킬 수 있다.
본 개시에 따르면, 반도체 발광소자 칩이 배치된 반사 기능을 갖는 프레임의 하면에 금속 접합부를 구비함으로써, 외부 기판과 프레임 간의 접촉력을 유지하면서 반사율을 증가시키는 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
1, 11, 2, 21, 3, 31 : 반도체 발광소자 100 : 몸체
10, 20, 30 : 반도체 발광소자 칩 110, 210 : 본체부
120, 220 : 바닥부 130, 330 : 지지부
260 : 반사 물질 370 : 금속 접합부

Claims (12)

  1. 반도체 발광소자에 있어서,
    중앙영역이 오목한 상면을 갖는 본체부;로서, 중앙영역에서 외측으로 갈수록 높이가 점점 높아져 외측높이가 가장 큰 본체부;
    반도체 발광소자 칩이 배치되며 중앙영역에 대응되는 부분이 본체부의 하면으로부터 돌출된 바닥부;로서, 바닥부의 높이가 반도체 발광소자 칩의 높이보다 높은 바닥부; 그리고
    본체부의 하면에 위치하며 바닥부와 중첩되지 않는 복수의 지지부;를 포함하며,
    바닥부의 외측면은 본체부의 하면에 접촉된 바닥부의 상면에서 반도체 발광소자 칩이 배치된 바닥부의 하면 방향으로 경사진 노출된 면이고,
    본체부의 상면에서 반사된 적어도 일부의 빛 및 반도체 발광소자 칩에서 나오는 적어도 일부 빛이 바닥부의 동일한 외측면을 통해 반사되며,
    바닥부의 내측면은 반도체 발광소자 칩과 접하여 바닥부와 반도체 발광소자 칩이 일체로 되며,
    본체부의 상면 및 바닥부의 노출된 외측면에 의해 반도체 발광소자의 측면으로 나가는 빛이 반도체 발광소자의 상면으로 나가는 빛의 양보다 많은 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    본체부의 상면의 지름은 본체부의 높이의 보다 긴 반도체 발광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    복수의 지지부의 높이는 바닥부의 높이와 동일한 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 지지부는 최소 3개로 이루어지는 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 지지부는 바닥부를 중심으로 서로 이격되어 본체부의 하면에 위치하며,
    바닥부를 중심으로 복수의 지지부와 바닥부 사이의 거리가 서로 동일한 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 지지부는 바닥부를 중심으로 서로 이격되어 본체부의 하면에 위치하며,
    복수의 지지부는 인접한 지지부 사이의 거리가 서로 동일한 반도체 발광소자.
  7. 제1항에 있어서,
    바닥부는 본체부의 하면에 접촉된 바닥부의 상면에서 반도체 발광소자 칩이 배치된 바닥부의 하면 방향으로 경사진 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    바닥부의 상면의 지름은 바닥부의 하면의 지름보다 큰 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    바닥부의 외측면은 곡선 또는 직선으로 이루어진 기울기를 갖는 반도체 발광소자.
  10. 제1항에 있어서,
    바닥부의 지름은 복수의 지지부의 지름보다 큰 반도체 발광소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
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