KR102033203B1 - 광전자 반도체 소자, 변환 매체 박판 및 변환 매체 박판의 제조를 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
적어도 일 실시예에서 반도체 소자(1)는 광전자 반도체 칩(3)을 포함한다. 또한 반도체 칩(1)은 변환 매체 박판(4)을 포함하고, 상기 박판은 반도체 칩(3)의 메인 복사면(30)에 설치되고, 1차 복사를 2차 복사로 변환하기 위해 구성된다. 변환 매체 박판(4)은 매트릭스 물질(42) 및 이 매트릭스 물질에 매립된 변환 매체 입자(43)를 포함한다. 또한 변환 매체 박판(4)은 변환층(41a)을 포함한다. 적어도 하나의 변환층(41a) 내에 변환 매체 입자(43)가 위치한다. 변환 매체 입자(43)는 단독으로, 또는 확산 매체 입자(45)와 함께 변환층(41a)의 적어도 50%의 부피 분율을 차지한다. 또한 변환 매체 박판(4)은 최대 2.5%의 부피 분율로 변환 매체 입자(43)가 존재하는 결합층(41c)을 포함한다.
Description
광전자 반도체 소자가 제시된다. 또한 광전자 반도체 칩용 변환 매체 박판 및 변환 매체 박판의 제조를 위한 방법이 제시된다.
본 발명의 과제는 효율적으로 제조 가능한 변환 매체 박판을 제공하는 것이다.
상기 과제는 특히 독립 청구항의 특징을 포함하는 광전자 반도체 소자, 변환 매체 박판 및 방법에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항의 대상이다.
적어도 일 실시예에 따라 광전자 반도체 소자는 적어도 하나의 광전자 반도체 칩을 포함한다. 반도체 칩은 1차 복사의 생성을 위해 구성된다. 1차 복사는 바람직하게 자외선 복사, 청색광 또는 녹색광이다. 바람직하게 반도체 칩은 발광 다이오드 칩, 줄여서 LED-칩이다. 반도체 소자는 발광 다이오드 모듈일 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 반도체 소자는 적어도 하나의 변환 매체 박판을 포함한다. 변환 매체 박판은, 1차 복사를 부분적으로 또는 완전히 흡수하여 부분적으로 또는 완전히 2차 복사로 변환하도록 구성된다. 2차 복사는 특히 1차 복사보다 큰 파장을 갖는다. 2차 복사의 스펙트럼폭은 1차 복사의 스펙트럼폭을 초과할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 반도체 칩의 메인 복사면에 직접 또는 간접적으로 설치된다. 즉, 변환 매체 박판은 메인 복사면과 접촉하거나 메인 복사면과 변환 매체 박판 사이에 변환 매체 박판의 고정을 위한 결합 수단만이 배치될 수 있다. 반도체 칩의 메인 복사면은 특히, 적절한 사용시 반도체 칩이 상당한 양의 복사를 방출하는 메인면이다. 예를 들어 메인 복사면은 캐리어로부터 떨어져 있다. 메인 복사면은 반도체 칩의 복사 투과 기판 또는 에피택셜 성장 반도체 물질 또는 반도체 칩의 밀봉층에 의해 형성될 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 매트릭스 물질을 포함한다. 매트릭스 물질은 바람직하게 1차 복사 및/또는 2차 복사에 대해 투과한다. 예를 들어 매트릭스 물질은 실리콘, 에폭시 또는 실리콘 에폭시-하이브리드 물질이다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 변환 매체 입자의 적어도 하나 이상의 종류를 포함한다. 변환 매체 입자는 매트릭스 물질 내에 매립된다. 즉 변환 매체 입자의 적어도 일부는 매트릭스 물질에 직접 접촉한다. 모든 변환 매체 입자가 완전히 매트릭스 물질에 의해 둘러싸이지 않아도 된다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 변환층을 포함한다. 변환층은 특히 반도체 칩에 가장 가까운 변환 매체 박판 층이다. 변환층 내에 변환 매체 입자가 위치한다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 입자는 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께 적어도 50% 또는 적어도 60%의 부피 분율로 존재한다. 다시 말해서 변환층 내의 변환 매체 입자들은 고밀도로 또는 거의 고밀도로 패킹된다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 적어도 하나의 결합층을 포함한다. 결합층은 특히 반도체 칩으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 변환 매체 박판 층이다.
적어도 일 실시예에 따라 결합층 내에서 변환 매체 입자의 부피 분율은 최대 2.5% 또는 최대 1% 또는 최대 0.5%이다. 바람직하게 결합층은 변환 매체 입자를 포함하지 않는다. 그러나 결합층 내에 확산 매체 입자가 위치할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 결합층은 적어도 하나의 변환층에 바로 후속한다. 결합층에 의해 변환 매체 입자들간의 기계적 결합이 이루어진다. 결합층은 변환 매체 박판을 기계적으로 지지하는 층일 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 결합층과 변환층은 각각 매트릭스 물질을 포함한다. 특히 결합층과 변환층은 동일한 매트릭스 물질을 포함한다. 예를 들어 변환 매체 입자는 매트릭스 물질 내에 매립된다.
적어도 일 실시예에서 광전자 반도체 소자는 1차 복사의 생성을 위한 하나 이상의 광전자 반도체 칩을 포함한다. 또한 반도체 소자는 적어도 하나의 변환 매체 박판을 포함하고, 상기 박판은 반도체 칩의 메인 복사면에 설치되고, 1차 복사를 2차 복사로 적어도 부분적으로 변환하기 위해 구성된다. 변환 매체 박판은 매트릭스 물질과, 이 매트릭스 물질에 매립된 변환 매체 입자를 포함한다. 또한 변환 매체 박판은 반도체 칩에 가장 가까운 하나 이상의 변환층을 포함한다. 적어도 하나의 변환층 내에 변환 매체 입자가 위치한다. 변환 매체 입자는 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께 변환층의 적어도 50%의 부피 분율을 차지한다. 또한 변환 매체 박판은 반도체 칩으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 결합층을 포함한다. 결합층 내의 변환 매체 입자는 최대 2.5%의 부피 분율로 존재한다.
이러한 변환 매체 박판은 전기 영동에 의해 효과적으로 제조될 수 있다. 또한 이러한 변환 매체 박판에서 변환 매체 입자와 반도체 칩 사이의 양호한 열 접촉이 이루어질 수 있다.
변환 매체 박판을 제조하는 다른 가능성은, 변환 매체 입자를 매트릭스 물질에 혼합하고, 변환 매체 입자의 침강에 의해 변환층을 형성하는 것이다. 이러한 침강시 물론 사용 가능한 입자 크기와 관련해서 제한이 있다. 또한 변환층 내의 변환 매체 입자의 부피 분율은 비교적 낮은데, 그 이유는 인접한 변환 매체 입자들 사이에 일반적으로 적어도 적은 양의 매트릭스 물질이 존재하기 때문이다.
반도체 칩에 변환 매체를 도포하는 다른 가능성은, 변환 매체 입자를 반도체 칩 위에 직접, 예를 들어 전기 영동에 의해 증착하는 것이다. 이 경우 그러나 소자의 색위치 제어가 비교적 어려운데, 그 이유는 프로세스의 재생산 가능성이 정확한 지오메트리(geometry)에 의존하고, 반도체 칩의 장착시 공차가 변환 매체층의 가변 층두께에 따라 결과가 이루어지는 색위치에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
적어도 일 실시예에 따라 인접한 변환 매체 입자들은 직접 접촉한다. 다시 말해서 적어도 일부의 변환 매체 입자들 사이에 선택적으로 매트릭스 물질이 제공되지 않는다. 이로써 변환 매체 입자들의 특히 높은 패킹 밀도가 달성될 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 정확히 2개, 정확히 3개 또는 3개 이상의 변환층을 포함한다. 또한, 변환 매체 박판은 정확히 하나의 변환층을 포함하는 것이 가능하다. 변환 매체 박판이 다수의 변환층을 포함하는 경우에, 상기 변환층들은 동일한 또는 상이한 변환 매체 입자를 포함할 수 있다. 변환층들은 바로 연속할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 반도체 칩에 가장 가까운 변환층은 제1 변환 매체 입자를 포함한다. 또한 추가 변환층은 제2 변환 매체 입자를 포함한다. 추가 변환층은 반도체 칩에 가장 가까운 변환층에 바로 후속한다.
적어도 일 실시예에 따라 제1 변환 매체 입자는 2차 변환 매체 입자보다 긴 장파 복사를 생성하기 위해 구성된다. 예를 들어 청색광의 제1 변환 매체 입자에 의해 적색광이 형성되고, 청색광의 제2 변환 매체 입자로부터 녹색광이 형성된다. 이에 대한 대안으로서, 제1 변환 매체 입자는 제2 변환 매체 입자에 비해 짧은 단파 광의 형성을 위해 구성되는 것도 가능하다.
적어도 일 실시예에 따라, 반도체 칩에 가장 가까운 변환층 내에 위치하는 제1 변환 매체 입자는 제2 변환 매체 입자보다 작은 평균 입경을 갖는다. 예를 들어 평균 입경은 적어도 1.5배 또는 적어도 2배 또는 적어도 3배 만큼 차이가 있다. 이에 대한 대안으로서 제1 변환 매체 입자는 제2 변환 매체 입자보다 큰 평균 입경을 가질 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 제1 및/또는 제2 변환 매체 입자는 각각 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께 각각 고밀도로 패킹되어 변환층 내에 존재한다. 특히 변환 매체 입자에 의해 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께 변환층 내에 다수의 연속적인 열전도 경로가 형성될 수 있다. 변환 매체 입자 및/또는 확산 매체 입자는 바람직하게 퍼컬레이션(percolation) 임계값을 훨씬 넘는 농도를 갖는다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 입자의 부피 분율은 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께 상응하는 입자의 최대 고밀도 패킹의 적어도 70% 또는 적어도 80% 또는 적어도 90%이다. 변환 매체 입자가 예를 들어 구형상을 갖고 무시할 수 있을 정도의 입경 분포만을 갖는 경우에, 상기 변환 매체 입자의 최대 고밀도 패킹은 최대 고밀도 구형 패킹(sphere packing)이다. 최대 고밀도 구형 패킹의 경우에 부피 분율은 약 74%이다.
무시할 수 없을 정도의 입경 분포를 갖는 구상 입자에서, 부피 분율은 동일한 입경의 구상 입자에 대한 최대 고밀도 패킹의 부피 분율보다 높을 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 제1 및/또는 제2 변환 매체 입자는 적어도 0.5 ㎛ 또는 적어도 1.0 ㎛의 평균 입경을 갖는다. 대안으로서 또는 추가로 평균 입경은 최대 5.0 ㎛ 또는 최대 4.0 ㎛ 또는 최대 3.0 ㎛이다.
적어도 일 실시예에 따라 제2 변환 매체 입자 및/또는 제1 변환 매체 입자는 적어도 5 ㎛ 또는 적어도 7.5 ㎛ 또는 적어도 10 ㎛의 평균 입경을 갖는다. 대안으로서 또는 추가로 평균 입경은 최대 25 ㎛ 또는 최대 20 ㎛ 또는 최대 15 ㎛이다.
적어도 일 실시예에 따라 반도체 소자는 캐리어 상측면을 가진 캐리어를 포함한다. 캐리어는 바람직하게 반도체 소자를 기계적으로 안정화하고 지지하는 부품이다. 반도체 칩은 캐리어 상측면에 직접 또는 간접적으로 설치된다. 특히 캐리어 상측면과 반도체 칩 사이에 반도체 칩의 고정을 위한 하나의 결합 수단만이 위치한다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 캐리어로부터 이격 배치된다. 즉, 변환 매체 박판은 캐리어와 접촉하지 않는다. 캐리어와 변환 매체 박판 사이의 간격은 예를 들어 적어도 반도체 칩의 두께에 상응한다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 적어도 30 ㎛ 또는 적어도 50 ㎛ 또는 적어도 70 ㎛의 두께를 갖는다. 대안으로서 또는 추가로 변환 매체 박판의 두께는 최대 300 ㎛ 또는 최대 200 ㎛이다.
적어도 일 실시예에 따라 결합층은 적어도 60% 또는 적어도 70% 또는 적어도 80%의 변환 매체 박판의 두께분을 포함한다. 대안으로서 또는 추가로 상기 부분은 최대 95% 또는 최대 90% 또는 최대 85%이다. 다시 말해서 결합층은 변환 매체 박판의 두께의 상당 부분을 차지한다.
적어도 일 실시예에 따라 결합층과 직접 접하는 변환층 사이의 전이 영역은 얇다. 얇다는 것은 즉, 전이 영역이 상기 인접하는 변환층의 변환 매체 입자의 평균 입경의 최대 1.5배, 최대 1.0배 또는 최대 0.5배의 두께를 갖는 것을 의미할 수 있다. 인접한 2개의 변환층 사이의 전이 영역에 대해 상응하게 적용될 수 있고, 이 경우 특히 더 작은 변환 매체 입자의 평균 입경이 이용된다. 다시 말해서 변환층들의 변환 매체 입자들은 혼합되지 않고, 개별 변환 층들은 서로 정확하게 경계가 설정된다.
적어도 일 실시예에 따라 반도체 칩에 가까운 변환층은 적어도 하나의 추가 변환층의 변환 매체 입자도 포함한다. 추가 변환층의 변환 매체 입자의 부피 분율은 예를 들어 적어도 2.5 Vol-% 또는 적어도 5 Vol-%이고, 대안으로서 또는 추가로 최대 20 Vol-% 또는 최대 15 Vol-%이다. 특히 추가 변환층의 변환 매체 입자는 반도체 칩에 더 가까운 변환층의 변환 매체 입자보다 작은 평균 입경을 갖는다.
적어도 일 실시예에 따라, 반도체 칩으로부터 멀리 떨어져 있는 추가 변환층은 반도체 칩에 가까운 변환층의 변환 매체 입자를 포함하지 않는다. 다시 말해서 관련 변환층에서 다수 발생되는 변환 매체 입자들에 대해서, 반도체 칩을 향해 변환 매체 입자의 혼합은 가능하지만, 반도체 칩으로부터 멀어지는 방향으로 혼합은 저지될 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 반도체 칩의 메인 복사면으로 제한된다. 즉 변환 매체 박판은 메인 복사면을 측방향으로 전혀 돌출하지 않거나 두드러지게 돌출하지 않는 것이 가능하다. 또한, 변환 매체 박판과 반도체 칩은 사방으로 최대 5 ㎛ 또는 최대 50 ㎛의 공차를 가지면서 측방향으로 정렬되어 끝나는 것이 가능하다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 확산 매체 입자를 포함한다. 확산 매체 입자는 바람직하게 복사 투과 물질로 형성된다. 바람직하게 확산 매체 입자는 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물로 형성된다. 확산 매체 입자는 구상 기본 형태를 가질 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 확산 매체 입자는 적어도 2 ㎛ 또는 적어도 3 ㎛의 평균 입경을 갖는다. 대안으로서 또는 추가로 확산 매체 입자의 평균 입경은 최대 8 ㎛ 또는 최대 6 ㎛ 또는 최대 5 ㎛이다.
적어도 일 실시예에 따라 적어도 하나의 변환층 내의 또는 확산 매체 입자를 포함하는 모든 변환층 내의 확산 매체 입자의 부피 분율은 최대 20% 또는 최대 10% 또는 최대 5% 또는 최대 2.5%이다. 또한 결합층 내의 확산 매체 입자는 적어도 1.0% 또는 적어도 2.5% 또는 적어도 5%의 부피 분율로 존재한다. 결합층 내의 상기 부피 분율은 예를 들어 최대 30% 또는 최대 20% 또는 최대 15%이다.
또한 변환 매체 박판이 제시된다. 전술한 실시예들 중 하나 이상의 실시예와 관련해서 제시된 바와 같이, 변환 매체 박판은 특히 광전자 반도체 소자를 위해 규정된다. 따라서 변환 매체 박판의 특징들은 광전자 반도체 소자에 대해서도 그리고 반대로도 명시된다.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판은 기계적으로 자력 지지된다. 즉, 변환 매체 박판은 영어로 픽업 배치 장치(Pick-and-Place-Machine)라고 하는 장착 장치에 의해 취급될 수 있다. 특히 변환 매체 박판은 적절한 사용시 서로 결합하는 분리되지 않는 유닛을 형성한다.
또한 광전자 반도체 소자를 위해 사용될 수 있는 변환 매체 박판을 제조하기 위한 방법이 제시된다. 따라서 방법의 특징들은 변환 매체 박판 및 광전자 반도체 소자에 대해서도 그리고 반대로도 명시된다.
적어도 일 실시예에서 방법은 적어도 또는 정확히 하기 단계들을 포함한다:
상측면을 가진 중간 캐리어를 제공하는 단계,
상측면에 변환 매체 입자를 도포하는 단계,
변환 매체 입자에 매트릭스 물질을 도포하는 단계,
매트릭스 물질을 경화하는 단계 및,
변환 매체 박판을 중간 캐리어로부터 분리하는 단계.
적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 입자의 도포는 전기 영동에 의해 이루어진다. 매트릭스 물질은 바람직하게 액체상 공정에 의해, 예컨대 디스펜싱 또는 프린팅에 의해 도포된다.
방법의 적어도 일 실시예에 따라 매트릭스 물질을 도포하는 단계는 변환 매체 입자를 도포하는 단계에 후속한다. 다시 말해서 모든 변환 매체 입자는, 매트릭스 물질이 첨가되기 전에 도포될 수 있다.
적어도 일 실시예에 따라 방법은 중간 캐리어를 이용해서 이루어진다. 중간 캐리어는 캐리어 상측면을 포함한다. 중간 캐리어는 전기 절연 마스킹층을 포함하거나, 중간 캐리어의 상측면에 이러한 마스킹층이 설치된다. 마스킹층은 바람직하게 복수의 개구를 포함한다. 개구들은, 변환 매체 입자들이 목표대로 개구 내에서 전기 영동에 의해 증착되도록 구성된다.
적어도 일 실시예에 따라 개구 내에 전기 전도성 물질이 위치한다. 전기 전도성 물질은 노출될 수 있고, 중간 캐리어의 상측면을 형성할 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 전기 전도성 층은 마스킹층에 비해 얇고, 더 넓은 절연층에 의해 커버되는 것이 가능하다.
방법의 적어도 일 실시예에 따라 변환 매체 박판의 형태는 상면도에서 볼 때 개구에 의해 제공된다. 즉 매트릭스 물질용 개구들은 일종의 캐스팅 몰드로서 작용할 수 있다. 특히 중간 캐리어의 제거 후에 변환 매체 박판의 분리는 생략될 수 있다.
계속해서 여기에 설명하는 광전자 반도체 소자, 여기에 설명하는 변환 매체 박판 및 여기에 설명하는 방법은 실시예들을 참고로 도면과 관련해서 설명된다. 동일한 도면부호들은 개별 도면에서 동일한 부재들을 나타낸다. 그러나 일정한 비율을 기준으로 도시되지 않고, 오히려 개별 부재들은 보다 나은 이해를 위해 과도하게 확대 도시될 수 있다.
도 1은 여기에 설명하는 광전자 반도체 소자의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2 내지 도 5는 여기에 설명하는 변환 매체 박판의 실시예들을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6 내지 도 8은 여기에 설명하는 변환 매체 박판의 제조를 위한 여기에 설명된 방법을 도시한 개략도.
도 2 내지 도 5는 여기에 설명하는 변환 매체 박판의 실시예들을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6 내지 도 8은 여기에 설명하는 변환 매체 박판의 제조를 위한 여기에 설명된 방법을 도시한 개략도.
도 1에 광전자 반도체 소자(1)의 실시예가 개략도에 도시된다. 반도체 소자는 캐리어 상측면(20)을 가진 캐리어(2)를 포함한다. 바람직하게 캐리어(2)는 도시되지 않은 도전 트랙 및 광전자 반도체 칩(3)의 접속을 위한 전기 콘택 구조들을 포함한다. 또한 캐리어(2)는 도시되지 않은 히트 싱크를 포함할 수 있다.
바람직하게 발광 다이오드칩인 반도체 칩(3)은 캐리어 상측면(20)에 설치된다. 반도체 칩(3)의 메인 복사면(30)은 캐리어(2)로부터 떨어져 있다. 예를 들어 반도체 칩(3)은 작동시 청색광을 방출한다.
또한 반도체 소자(1)는 변환 매체 박판(4)을 포함한다. 변환 매체 박판(4)은 결합 수단(5)에 의해 메인 복사면(30)에 설치된다. 결합 수단(5)은 특히 실리콘 접착제이다. 결합 수단(5)의 두께는 바람직하게 최대 6 ㎛ 또는 최대 4 ㎛이다.
변환 매체 박판(4)은 변환층(41a)과 결합층(41c)을 포함한다. 2개의 층(41a, 41c)은 바로 연속되고, 기계적으로 견고하게 결합된다. 도면에서 변환 매체 박판(4)의 층들(41a, 41c)은 상징적으로 각각 파선에 의해 서로 분리되어 있다.
변환층(41a)에서 변환 매체 입자들(43)은 고밀도로 패킹된다. 변환층(41a) 내의 변환 매체 입자(43)의 부피 분율은 예를 들어 약 75%이다. 변환 매체 입자(43)는 거의 구상으로 형성될 수 있다. 변환 매체 입자(43)는 예를 들어 희토류 도핑된 가네트, 규산염, 질화물, 오르토규산 또는 산화질화물에 기초한다. 예를 들어 변환 매체 입자(43)는 황색광의 형성을 위해 구성된다.
결합층(41c)은 변환 매체 입자(43)를 포함하지 않고, 실질적으로 매트릭스 물질(42)로 이루어진다. 매트릭스 물질(42)에 의해 변환 매체 입자(43)는 기계적으로 서로 결합된다. 매트릭스 물질(42)에 의해 변환 매체 박판(4)의 기계적 보존성이 달성된다. 매트릭스 물질(42)은 예를 들어 메틸실록산 또는 페닐실록산이다. 결합층(41c)의 두께는 바람직하게는 변환층(41a)의 두께를 초과한다.
결합층(41c)은 변환층(41a)으로부터 떨어져 있는 표면을 갖고, 상기 표면은 변환 매체 박판(4)의 박판 상측면(40)을 형성한다. 특히 박판 상측면(40)은 변환 매체 박판(4)의 노출된 표면이다. 즉, 변환 매체 박판의 공간적 확장은 박판 상측면(40)에 의해 제한된다.
도 2에 변환 매체 박판(4)의 다른 실시예가 도시된다. 도 2에 따라 변환 매체 박판(4)은 2개의 변환층(41a, 41b)을 포함한다. 추가 변환층(41b)은 제1 변환층(41a)과 결합층(41c) 사이에 배치된다. 변환층(41a) 내의 변환 매체 입자(43a)는 변환층(41b) 내의 변환 매체 입자(43b)보다 작은 입경을 갖는다. 2개의 변환층(41a, 41b)은 얇은 전이 영역만을 포함하므로, 변환 매체 입자(43a, 43b)는 서로 분리되고, 전혀 혼합되지 않거나 현저하게 혼합되지 않는다. 특히 제1 변환층(41a)은 추가 변환층(41b)보다 높은 변환 매체 입자의 농도를 갖는다. 즉, 제1 변환층(41a)은 추가 변환층(41b)보다 큰 변환 매체 입자의 부피 분율을 갖는다. 예를 들어 변환 매체 박판(4)은 변환 매체 입자의 부피 분율에 대해서 구배를 갖고, 이 경우 변환 매체 입자의 부피 분율은 제1 변환층(41a)으로부터 추가 변환층(41b)을 지나 결합층(41c)을 향해 감소한다.
더 작은 평균 입경을 갖는 변환 매체 입자(43a)는 예를 들어 적색광의 형성을 위한 변환 매체이다. 더 큰 평균 입경을 갖는 변환 매체 입자(43b)는 특히 녹색광의 형성을 위해 구성된다. 더 작은 변환 매체 입자(43a)는 반도체 소자(1)의 도시되지 않은 반도체 칩(3)에 더 가까이 위치함으로써, 도시되지 않은 반도체 칩을 향한 개선된 방열이 가능하다. 또한 이러한 구조에서 변환 매체 입자(43b)에 의해 형성된 녹색광의 재흡수는 감소할 수 있다.
특히 하부 변환층(41a)의 양호한 방열에 의해 더 높은 온도 안정성과 더 긴 수명이 달성될 수 있는데, 그 이유는 특히 적색으로 방출하는 변환 매체 입자는 높은 온도에 더 민감하게 반응하고, 또한 방출된 스펙트럼의 더 강한 온도 의존성을 나타내기 때문이다.
대안으로서 또는 추가로, 더 강한 광 산란 작용을 하는 변환 매체 입자는 도시되지 않은 반도체 칩으로부터 떨어져 있는 박판 상측면(40)에 더 가까이 위치한다.
도시된 바와 달리 또한, 변환 매체 입자(43a, 43b)는 박판 상측면(40)을 향해 일정한 농도로 존재하는 것이 아니라, 농도 구배가 설정되는 것이 가능하다. 따라서 변환 매체 입자(43a, 43b)의 부피 분율은 박판 상측면(40)을 향해 감소할 수 있다. 박판 상측면(40)을 향해 확산 매체 입자(45)의 부피 분율은 일정할 수 있거나 증가할 수도 있다. 박판 상측면(40)을 향한 구배는 부피 분율에 대해서는 물론 대안으로서 또는 추가로 변환 매체 입자의 입도 분포에 대해서 제공될 수 있다.
다수의 다양한 변환 매체 입자(43a, 43b)가 사용되면, 상기 입자들은 도 2에 도시된 바와 달리, 비교적 넓은 전이 영역에서 목표대로 혼합되어 도포될 수 있다.
도 3에 따른 변환 매체 박판(4)의 다른 실시예에서 변환 매체 입자(43a, 43b)의 입경에 대해서 층형성은 도 2와 달리 역전된다. 더 작은 입경을 갖는 변환 매체 입자(43b)의 일부는 더 큰 입경을 갖는 변환 매체 입자(43a)를 포함하는 변환층(41b)에 도달한다.
도시된 바와 달리, 다른 모든 실시예에서 변환 매체 박판(4)은 2개 이상의 변환층(41a, 41b)을 갖는 것이 가능하다. 예를 들어 황색광의 형성을 위해 추가 변환층이 제공될 수 있다.
도 4에 따른 실시예에서 변환 매체 박판(4)은 추가로, 빗금으로 도시된 확산 매체 입자(45)를 포함한다. 예를 들어 이산화규소 입자에 의해 형성된 확산 매체 입자(45)는 변환층(41a)은 물론 결합층(41c)에도 나타날 수 있거나 상기 층들(41a, 41b) 중 하나의 층에만 나타날 수 있다. 확산 매체 입자(45)의 부피 분율은 변환층(41a)에서 결합층(41c) 내의 부피 분율과 다를 수 있거나 동일할 수도 있다. 이러한 확산 매체 입자(45)는 모든 다른 실시예에도 제공될 수 있다.
도 4에 따라 반도체 소자(1)에서 반도체 칩(3)으로부터 떨어져 있는 박판 상측면(40)은 만곡되어 도시된다. 예를 들어 박판 상측면(40)은 볼록 렌즈의 형태로 형성된다. 이에 대한 대안으로서 박판 상측면(40)은 광 아웃커플링을 개선하기 위해 다른, 즉 평탄하지 않은 형태, 예를 들어 구조화 또는 다른 렌즈 형태를 가질 수 있다. 박판 상측면(40)에 대향 배치된 하측면은 바람직하게 평평하고 평탄하게 형성된다.
도 5에 따라 변환 매체 박판(4)은 2개의 결합층(41c, 41d) 및 산란층(41e)을 포함하고, 상기 산란층은 2개의 결합제층(41c, 41d) 사이에 위치한다. 산란층(41e)은 이로써 변환층(41a)과 이격된다. 도시된 바와 달리 박판 상측면(40)에 가까운 결합층(41c)은 다른 결합체 층(41d)보다 두꺼울 수 있다.
도 6에 변환 매체 박판(4)을 위한 제조 방법의 실시예가 도시된다. 도 6의 A)에 따라 중간 캐리어(6)가 제공된다. 중간 캐리어(6)는 기판(61) 및 예를 들어 ITO 또는 알루미늄 도핑된 주석 산화물과 같은 투과성 도전 산화물로 이루어진 연속적인 전기 전도층(62)을 포함한다. 전기 전도층(62)은 금속 도체로 형성되는 것도 가능하다.
캐리어 상측면(60)에 개구(74)를 가진 마스킹층(7)이 설치된다. 마스킹층(7)은 매트릭스 물질에 대해서 비교적 낮은 접착력을 갖는 재료로, 예를 들어 폴리테트라플루오르에틸렌으로 형성된다. 편의상 도 6에는 마스킹층(7) 내의 하나의 개구(74)만이 도시된다.
도 6의 B)에 따라 변환 매체 입자(43)는 목표대로 개구(74) 내의 전기 전도층(62)에 증착된다. 이 경우 전기 전도층(62)에 전기 영동을 위해 전압이 인가된다. 입자들(43)은 고밀도로 패킹되어 증착된다.
특히 도 2 내지 도 5와 관련해서 제시된 바와 같이, 변환 물질 및/또는 입도 분포와 관련해서 서로 다를 수 있는 상이한 변환 매체 입자 또는 추가로 또한 상이한 확산 물질 또는 입도 분포를 갖는 확산 매체 입자가 하나 또는 다수의 층에 다양한 시점에 전기 영동에 의해 증착될 수 있다.
도 6의 C)에 따른 방법의 단계에서 변환 매체 입자(43)에 매트릭스 물질(42)이 도포된다. 도 6의 C)에 따라 개구(74)는 완전히 채워진다. 이와 달리, 매트릭스 물질이 개구(74)를 돌출하거나 개구(74)를 완전히 채우지 않는 것도 가능하다.
매트릭스 물질(42)은 바람직하게 유체 상태에서 변환 매체 입자(43)에 도포되므로, 유체 매트릭스 물질(42)은 변환 매체 입자들(43) 사이의 간극을 완전히 또는 부분적으로 채우고, 경화 후에 기계적으로 결합하는 변환 매체 박판(4)을 형성한다.
도 6의 D)에 따라 장착 캐리어(8)가 제공되고, 도 6의 E)에 따라 변환 매체 박판(4)은 마스킹층(7)을 가진 중간 캐리어(6)와 분리된다.
변환 매체 박판(4)의 제조를 위한 다른 가능성은 도 7에 도시된다. 도 7에 따라 전기 전도층(62)은 구조화되고, 관통 접촉부(64)에 의해 기판(61)의 전극(63)에 접속된다. 방법의 단계들은 도 6에 따른 방법과 유사하게 실시될 수 있다.
도 8에 중간 캐리어(6) 및 마스킹층(7)의 사시도가 도시되고, 도 8의 A)에는 전체가 도시된다. 도 8의 B) 및 도 8의 C)에 상세도가 도시된다. 중간 캐리어(6)는 이 경우 복수의 개구(74)를 포함한다.
도 8의 B)에 따라 개구들(74)은 사각형의 기본 형태를 갖고, 이 경우 모서리들 중 하나에 오목부(44)가 형성된다. 오목부(44)에 의해 변환 매체 박판(4)에 반도체 칩의 콘택을 위한 본딩 와이어용 리세스가 제조될 수 있다.
도 8의 C)에 따라 서로 대향 배치된 2개의 길이방향 측면에 2개의 오목부(44)가 형성되고, 상기 오목부에 의해 2개의 본딩 와이어용 리세스가 구현될 수 있다. 도 8의 B) 및 도 8의 C)에 따른 도면과 달리, 상응하는 오목부(44)는 개구(74) 내의 중앙에 형성될 수 있거나 도면과 다른 개수로 형성될 수 있다.
여기에 설명된 본 발명은 실시예를 참고로 하는 상세한 설명에 제한되지 않는다. 본 발명은 실시예에 의거한 기재에 의하여 상기 실시예에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허청구범위 또는 실시예에 기술되지 않더라도 그러하다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 DE 10 2012 107290.6의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
Claims (20)
- 광전자 반도체 소자(1)에 있어서,
1차 복사의 생성을 위한 적어도 하나의 광전자 반도체 칩(3)과,
상기 반도체 칩(3)의 메인 복사면(30)에 설치되고, 1차 복사를 2차 복사로 적어도 부분적으로 변환하기 위해 구성된 변환 매체 박판(4)
을 포함하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 매트릭스 물질(42) 및 이 매트릭스 물질에 매립된 변환 매체 입자(43)를 포함하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 상기 반도체 칩(3)에 가장 가까운 제1 변환층(41a)을 포함하고, 상기 제1 변환층(41a) 내에서 변환 매체 입자(43)는 단독으로, 또는 확산 매체 입자(45)와 함께 적어도 50%의 부피 분율로 존재하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 상기 반도체 칩(3)으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 결합층(41c)을 포함하고, 상기 결합층에서 상기 변환 매체 입자(43)는 최대 2.5%의 부피 분율을 갖고,
상기 변환 매체 박판(4)은 제1 변환층과 결합층 사이에 배치된 추가 변환층(41b)을 포함하고,
상기 제1 변환층(41a)은 장파 복사의 생성을 위한 제1 변환 매체 입자(43a)를 포함하고,
상기 추가 변환층(41b)은 단파 복사의 생성을 위한 제2 변환 매체 입자(43b)를 포함하고,
상기 제1 변환 매체 입자(43a)는 상기 제2 변환 매체 입자(43b)보다 작은 평균 입경을 갖고,
상기 제1 변환층(41a)은 상기 추가 변환층(41b)보다 높은 변환 매체 입자의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 변환 매체 입자는 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께, 각각 적어도 60%의 부피 분율의 고밀도로 패킹되어 존재하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1에 있어서,
상기 변환층(41a, 41b)과 상기 결합층(41c)은 각각 매트릭스 물질을 포함하고, 상기 매트릭스 물질 내에 상기 변환 매체 입자(43)가 매립되고, 상기 매트릭스 물질은 실리콘, 에폭시 또는 실리콘-에폭시-하이브리드 물질인 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 변환층(41a)은 적색광의 형성을 위한 상기 제1 변환 매체 입자(43a)를 포함하고,
상기 추가 변환층(41b)은 녹색광의 형성을 위한 상기 제2 변환 매체 입자(43b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1에 있어서,
상기 변환층(41a, 41b)과 상기 결합층(41c)은 바로 연속되고, 상기 제1 변환 매체 입자(43a)는 0.5 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖고, 상기 제2 변환 매체 입자(43b)는 5 ㎛ 이상 25 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
캐리어 상측면(20)을 가진 캐리어(2)를 더 포함하고,
상기 반도체 칩(3)은 상기 캐리어 상측면(20)에 설치되고,
상기 변환 매체 박판(4)은 상기 캐리어(2)로부터 이격된 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환 매체 입자들(43)은 적어도 부분적으로 서로 접촉하므로, 상기 변환 매체 입자들(43) 사이에 국부적으로 매트릭스 물질(42)이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환 매체 박판(4)은 30 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하의 두께를 갖고, 상기 결합층(41c)은 적어도 70%의 변환 매체 박판(4)의 두께분을 차지하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결합층(41c)과 직접 접하는 변환층(41a, 41b) 사이의 전이 영역은 상기 변환층(41a, 41b)의 변환 매체 입자의 평균 입경의 최대 1.5배의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 칩(3)에 가까운 상기 변환층(41a)은 상기 추가 변환층(41b)의 변환 매체 입자(43b)를 포함하고,
상기 추가 변환층(41b)은 상기 반도체 칩(3)에 가까운 상기 변환층(41a)의 상기 변환 매체 입자(43a)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환 매체 박판(4)은 메인 복사면(30)으로 제한되고, 상기 반도체 칩(3)을 넘어 측방향으로 돌출하지 않는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 변환 매체 박판(4)은 상기 확산 매체 입자(45)를 포함하고,
상기 확산 매체 입자(45)는 복사 투과 물질로 형성되고,
상기 확산 매체 입자(45)의 평균 입경은 2 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하이고,
상기 확산 매체 입자(45)의 입자 분율은 적어도 하나의 변환층(41a, 41b)에서 최대 2.5%이고, 결합층(41c)에서는 1.0% 이상 20% 이하인 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1). - 광전자 반도체 소자(1)용 변환 매체 박판(4)에 있어서,
매트릭스 물질(42)과, 이 매트릭스 물질에 매립된 변환 매체 입자(43)를 포함하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 제1 변환층(41a)을 포함하고, 상기 제1 변환층(41a) 내에서 상기 변환 매체 입자(43)는 단독으로, 또는 확산 매체 입자(45)와 함께 적어도 50%의 부피 분율로 존재하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 결합층(41c)을 포함하고, 상기 결합층에서 상기 변환 매체 입자(43)는 최대 0.5%의 부피 분율을 갖고,
상기 변환 매체 박판(4)은 기계적으로 자력 지지되고,
상기 변환 매체 박판(4)은 추가 변환층(41b)을 포함하고, 상기 추가 변환층은 제1 변환층과 결합층 사이에 배치되고,
상기 제1 변환층(41a)은 장파 복사의 생성을 위한 제1 변환 매체 입자(43a)를 포함하고,
상기 추가 변환층(41b)은 단파 복사의 생성을 위한 제2 변환 매체 입자(43b)를 포함하고,
상기 제1 변환 매체 입자(43a)는 상기 제2 변환 매체 입자(43b)보다 작은 평균 입경을 갖고,
상기 제1 변환층(41a)은 상기 추가 변환층(41b)보다 높은 변환 매체 입자의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1)용 변환 매체 박판(4). - 청구항 13에 있어서,
상기 제1 및 제2 변환 매체 입자는 단독으로, 또는 확산 매체 입자와 함께, 각각 적어도 60%의 부피 분율의 고밀도로 패킹되어 존재하는 것을 특징으로 하는 변환 매체 박판(4). - 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 변환층들(41a, 41b)과 상기 결합층(41c)은 각각 매트릭스 물질을 포함하고, 상기 매트릭스 물질 내에 변환 매체 입자(43)가 매립되고, 상기 매트릭스 물질은 실리콘, 에폭시 또는 실리콘-에폭시-하이브리드 물질인 것을 특징으로 하는 변환 매체 박판(4).
- 광전자 반도체 소자(1)용 변환 매체 박판(4)의 제조를 위한 방법에 있어서,
변환 매체 박판은 매트릭스 물질(42) 및 이 매트릭스 물질 내에 매립된 변환 매체 입자(43)를 포함하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 하나 이상의 변환층(41a, 41b)을 포함하고, 적어도 하나의 변환층(41a, 41b) 내에서 변환 매체 입자(43)는 단독으로, 또는 확산 매체 입자(45)와 함께 적어도 50%의 부피 분율로 존재하고,
상기 변환 매체 박판(4)은 결합층(41c)을 포함하고, 상기 결합층에서 상기 변환 매체 입자(43)는 최대 0.5%의 부피 분율을 갖고,
상기 변환 매체 박판(4)은 기계적으로 자력 지지되고,
상기 방법은,
상측면(60)을 가진 중간 캐리어(6)를 제공하는 단계;
상기 상측면(60)에 상기 변환 매체 입자(43)를 도포하는 단계;
상기 변환 매체 입자(43)에 상기 매트릭스 물질(42)을 도포하는 단계;
상기 매트릭스 물질(42)을 경화하는 단계; 및
상기 변환 매체 박판(4)을 상기 중간 캐리어(6)로부터 분리하는 단계를 포함하고, 상기 매트릭스 물질을 도포하는 단계는 상기 변환 매체 입자를 도포하는 단계에 후속하고, 상기 변환 매체 입자(43)의 도포는 전기 영동에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자(1)용 변환 매체 박판(4)의 제조 방법. - 청구항 16에 있어서, 상기 매트릭스 물질(42)을 도포하는 단계는 상기 변환 매체 입자(43)를 도포하는 단계에 후속하는 것을 특징으로 하는 변환 매체 박판의 제조 방법.
- 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, 상기 중간 캐리어(6)는 전기 절연 마스킹층(7)을 포함하고,
상기 전기 절연 마스킹층(7)은 복수의 개구(74)를 포함하고,
상기 변환 매체 입자(43)와 상기 매트릭스 물질(42)은 목표대로 상기 개구(74) 내에 도포되고,
상기 변환 매체 박판(4)의 형태는 상면도에서 볼 때 상기 개구(74)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 변환 매체 박판의 제조 방법. - 청구항 16에 있어서,
상기 변환 매체 박판(4)은 제1 변환층(41a)과 추가 변환층(41b)을 포함하고,
상기 제1 변환층(41a)은 장파 복사의 생성을 위한 제1 변환 매체 입자(43a)를 포함하고,
상기 추가 변환층(41b)은 단파 복사의 생성을 위한 제2 변환 매체 입자(43b)를 포함하고,
상기 제1 변환 매체 입자(43a)는 상기 제2 변환 매체 입자(43b)보다 작은 평균 입경을 갖고,
상기 제1 변환층(41a)은 상기 추가 변환층(41b)보다 높은 변환 매체 입자의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 변환 매체 박판의 제조 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 제1 변환층(41a) 내의 상기 제1 변환 매체 입자(43a) 및 상기 추가 변환층(41b) 내의 상기 제2 변환 매체 입자(43b)는 각각 퍼컬레이션(percolation) 임계값을 넘는 농도를 가지므로, 상기 변환층들(41a, 41b) 내에 연속적인 열전도 경로가 형성되는 것을 특징으로 하는 변환 매체 박판(4).
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