KR102051478B1 - 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 도전층을 구비한 외부 기판을 준비하는 단계; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩을 외부 기판 위에 놓는 단계;로서, 외부 기판의 도전층과 반도체 발광소자 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 외부 기판 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계; 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계; 그리고 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법에 대한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광 추출 효율을 향상시킨 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(300; 예: 사파이어 기판), 성장기판(300) 위에, 버퍼층(310), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(320; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(330; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(340; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(350)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(360)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(320) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(370: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장기판(300) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 본 명세서에서 반도체 발광소자 칩 또는 반도체 발광소자가 전기적으로 연결되는 외부는 PCB(Printed Circuit Board), 서브마운트, TFT(Thin Film Transistor) 등을 의미한다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(300), 성장기판(300) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(320), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(330), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(340)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(300) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(380, 381, 382)이 형성되어 있다. 제1 전극막(380)은 Ag 반사막, 제2 전극막(381)은 Ni 확산 방지층, 제3 전극막(382)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(320) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(370)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(382) 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(320) 위에 형성된 전극(370)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(380, 381, 382)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(300)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(400)는 리드 프레임(410, 420), 몰드(430), 그리고 캐비티(440) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(450; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(440)는 파장 변환재(460)를 함유하는 봉지제(470)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(450)의 하면이 리드 프레임(410)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(480)에 의해 리드 프레임(420)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(450)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(460)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(450)은 청색광을 만들고 파장 변환재(460)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(450)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.
도 3에 기재된 타입의 반도체 발광소자를 일반적으로 패키지(Package) 타입(Type)의 반도체 발광소자라고 하며 반도체 발광소자 칩 크기의 반도체 발광소자를 CSP(Chip Scale Package) 타입의 반도체 발광소자라 한다. CSP 타입의 반도체 발광소자와 관련된 것은 한국 공개특허공보 제2014-0127457호에 기재되어 있다. 최근에는 반도체 발광소자의 크기가 소형화되는 경향에 따라 CSP 타입의 반도체 발광소자에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 도전층을 구비한 외부 기판을 준비하는 단계; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩을 외부 기판 위에 놓는 단계;로서, 외부 기판의 도전층과 반도체 발광소자 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 외부 기판 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계; 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계; 그리고 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 장점을 설명하기 위해 일반적인 반도체 발광소자를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 종래의 액상의 투광성 열가소성 수지를 직접 이용하여 봉지재를 형성하는 경우의 문제점을 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 장점을 설명하기 위해 일반적인 반도체 발광소자를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 종래의 액상의 투광성 열가소성 수지를 직접 이용하여 봉지재를 형성하는 경우의 문제점을 보여주는 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면으로서, 도 4(a)는 AA'를 따라 자른 단면도이고, 도 4(b)는 상면도이다.
반도체 발광소자(1)는 반도체 발광소자 칩(10), 봉지재(12) 및 외부 기판(14)을 포함한다.
반도체 발광소자 칩(10)은 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층(101)을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극(102)을 구비한다. 이와 같은 반도체 발광소자 칩(10)은 플립 칩(flip chip)이 바람직하며, 전극(102)은 봉지재(12)로부터 노출되어 있다. 본 개시에서 반도체 발광소자 칩(10)을 플립 칩으로 한정하였지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다. 활성층(101)은 명확히 표시하기 위하여 과장되게 표현하였으며, 활성층(101)은 실제로 두께가 수 um로 얇다.
봉지재(12)는 반도체 발광소자 칩(10)을 감싸도록 외부 기판(14) 위에 형성된다. 봉지재(12)의 재료는 투광성 열가소성 수지로 이루어진다. 봉지재(12)는 최대 2mm의 지름을 갖도록 형성될 수 있다. 투광성 열가소성 수지는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 80% 이상인 투광성 열가소성 수지가 바람직하다. 더 바람직하게는 투광성 열가소성 수지는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 것이 좋다.
본 개시에서 반도체 발광소자 칩(10)은 파장대가 100nm 내지 400nm 인 빛을 방출할 수 있다. 또한 반도체 발광소자 칩(10)은 300nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자 칩(10)에서 생성된 빛이 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지로 이루어진 봉지재(12)에 의해 배광(light distribution)이 원활하게 이루어져 광 추출 효율(extraction efficiency)이 향상될 수 있다.
또한, 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 빛에 의한 손상이 낮은 열가소성 수지가 바람직하다.
외부 기판(14)은 반도체 발광소자 칩(10)이 실장되는 영역을 제공하는 기판이면 제한되지 않는다. 외부 기판(14)은 반도체 발광소자를 형성하기 위한 기판일 수 있고, 예컨대, 리드 전극들을 포함하는 기판, 인쇄회로기판, 금속 플레이트 기판 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 외부 기판(14)은 베이스(141), 도전층(142), 방지층(143) 및 반사층(144)을 포함한다.
베이스(141)는 절연성 물질을 포함할 수 있고, 또한, 열전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고열전도성 폴리머 물질 및/또는 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 특히, 베이스(141)는 AlN 세라믹을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 장치 구동 시, 반도체 발광소자 칩(10)에서 발생하는 열이 베이스(141)를 통해 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
도전층(142, 145)은 베이스(141)의 상면 및 하면에 형성되며, 상면에 형성된 도전층(142)이 반도체 발광소자 칩(10)의 전극(102)과 전기적으로 연결된다. 상면에 형성된 도전층(142)과 하면에 형성된 도전층(145)은 전기적으로 연결되며 하면에 형성된 도전층(145)을 통해 반도체 발광소자(1)는 외부와 전기적으로 연결된다. 예를 들어 도시된 것과 같이 베이스(141)를 관통하여 베이스(141) 상면에 형성된 도전층(142)과 베이스(141) 하면에 형성된 도전층(145)이 전기적으로 연결될 수 있다. 도전층(142, 145)은 전기적 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Au, Cu 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 여기서, 반도체 발광소자 칩(10)의 전극(102)은 외부 기판(14)의 도전층(142)과 전기적으로 연결되기 위해 외부 기판(14)측으로 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
방지층(143)은 도전층(142)과 일정 간격 떨어져 베이스(141)의 상면에 위치한다. 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Au, Cu 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 방지층(143)이 금속으로 형성된 경우 도전층(142)과 떨어져 위치함으로써, 도전층(142)과의 접촉이 방지되어 쇼트 위험성이 낮아질 수 있다.
방지층(143)은 봉지재(12) 형성시 봉지재(12)가 방지층(143)을 넘어서 형성되지 않도록 하는 경계턱 즉, 댐(dam)의 역할로 이용될 수 있으며, 방지층(143)은 생략될 수 있다. 방지층(143)은 반도체 발광소자 칩(10)을 보호하는 봉지재(12)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하고, 크랙이나 갈라짐 방지에 효과적인 재질로 선택하는 것이 바람직하다.
이와 달리, 방지층(143)은 반도체 발광소자 칩(10)으로부터 나오는 빛을 봉지재(12)로 반사할 수 있는 유색의 반사 물질로 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
더욱이, 방지층(143)이 실리콘 재질로 이루어지지 않고 금속 물질로 이루어짐으로써, 외부 기판(14) 및 봉지재(12)와의 접착력이 증가되어 신뢰성이 향상될 수 있다. 게다가 도전층(142)을 형성할 때 동시에 형성할 수 있음으로써, 제조 공정을 단축시켜 제조 공정 시간 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
방지층(143)은 댐 역할로 이용되지만 봉지재(12)를 형성하는 투광성 열가소성 수지가 흘러나가는 것을 벽처럼 막는 것이 아니라 봉지재(12) 형성시 방지층(143)의 상면과 봉지재(12) 사이에 발생하는 표면 장력에 의해 봉지재(12)가 방지층(143)을 넘어서 형성되지 않도록 하기 때문에 봉지재(12)가 방지층(143)의 상면 전체 또는 일부분만을 덮도록 형성될 수 있다. 바람직하게는 방지층(143)의 상면(1431)과 측면이 만나는 모서리 중 반사층(144) 방향의 방지층(143) 측면(1432)과 방지층(143) 상면(1431)이 만나는 모서리 부분에서 봉지재(12)와 방지층(143)의 상면(1432) 사이에 발생하는 표면 장력 효과가 극대화되기 때문에 봉지재(12)가 방지층(143)의 상면(1431) 전체를 덮는 것이 좋다. 특히 방지층(143)의 상면(1431)과 측면(1432)이 이루는 각도(1433)가 수직일 때 봉지재(12)와 방지층(143)의 상면(1431) 사이에 발생하는 표면 장력 효과가 극대화된다. 또한 방지층(143)은 봉지재(12)가 흘러나가는 것을 방지하기 위해서 방지층(143)은 틈이 없는 폐회로를 형성하는 것이 바람직하다. 이해를 돕기 위해 방지층(143)의 상면(1431)과 측면(1432)을 확대하여 원 안에 도시하였다. 다만 이때, 방지층(143) 내측면(1434)은 봉지재(12)에 의해 덮이고, 방지층(143) 외측면(1432)은 봉지재(12)에 의해 덮이지 않는다.
방지층(143)의 높이(H1)는 반도체 발광소자 칩(10)의 높이보다 낮게 형성되고, 도전층(142)의 높이(H2)와 동일하게 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 방지층(143)의 높이(H1)는 도전층(142)의 높이(H2)보다 작거나 크게 형성될 수 있다. 방지층(143)의 높이가 도전층(142)의 높이와 같거나 작은 경우에는 반도체 발광소자(1)에서 나오는 빛의 지향각이 방지층(143)의 높이가 도전층(142)의 높이보다 큰 경우보다 넓어질 수 있다.
방지층(143)의 폭(D1)은 도전층(142)의 폭(D2)의 폭보다 작게 그리고 방지층(143)과 도전층(142)이 떨어진 폭(D3)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 한정되지 않고, 방지층(143)의 폭(D1)은 방지층(143)과 도전층(142)이 떨어진 폭(D3)보다 크게 또는 동일하게 형성될 수 있다.
반사층(144)은 베이스(141)의 상면에 형성되며, 반사 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Al, Ag, Au 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 Au가 좋다. 특히 도전층(142), 방지층(143) 및 반사층(144)을 모두 Au로 형성하는 경우 세 층을 한 번에 형성할 수 있어서 제조공정이 단순화될 수 있다. 베이스(141) 위에 금속으로 된 층을 형성하는 방법은 증착이나 도금 등의 방법을 사용할 수 있다. 다만 도전층(142) 내부에는 부분적으로 Al을 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 반사층(144)은 반사층(144)과 봉지재(12) 사이의 열팽창계수 차이를 극복하기 위해 또는 반도체 발광소자 칩(10)과 반사층(144)간의 쇼트(Short) 문제를 방지하기 위하여 반도체 발광소자 칩(10)과 방지층(143)으로부터 소정 구간 떨어져 위치한다.
반사층(144)은 외부 기판(14)을 향하는 반도체 발광소자 칩(10)에서 나온 광을 반사하여 외부 기판(14) 상측으로 나가도록 하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 반도체 발광소자 칩(10)에서 나온 광의 파장대가 100nm 내지 400nm 인 경우 반사 효율이 높은 Al 으로 반사층(144)을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 외부 기판(14)은 베이스(141)의 하면에 위치하는 방열 패드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 방열 패드는 외부 기판(14)의 열을 더욱 용이하게 외부로 방출시키는 역할을 한다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 장점을 설명하기 위해 일반적인 반도체 발광소자를 보여주는 도면이다.
도 5(a)를 참고하면 반도체 발광소자에 있어서, 기 성형된 렌즈(L)가 반도체 발광소자 칩(10a) 위에 부착될 수 있다.
하지만, 본원발명은 투광성 열가소성 수지로 이루어진 봉지재(12)를 이용하여 렌즈 형상을 구현함으로써, 별도의 렌즈를 구비하지 않아 반도체 발광소자를 더욱 소형화할 수 있다. 특히 투광성 열가소성 수지 중 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지의 경우 액상에서 경화되어 고형화될 때 솔벤트가 대부분 휘발되어 부피가 90% 이상 줄어들기 때문에 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지를 이용하여 렌즈 형상의 봉지재(12)를 구현하기 어려웠다. 본 개시에서는 이러한 문제를 해결하여 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지로 형성된 렌즈 형상의 봉지재(12)를 구현하였다. 더 나아가 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지를 사용하여 렌즈 형상의 봉지재(12)를 구현함으로써 반도체 발광소자 칩(10)을 감싸고 있으면서 외부 기판(14)과 접하는 봉지재(12) 하면 부분을 제외하고는 전면이 외부로 노출된 봉지재(12)가 가능하게 되어 반도체 반도체 발광소자 칩(10)에서 나와 봉지재(12)를 통과한 빛이 외부 기판(14) 방향을 제외하고 전 방향으로 직접 나갈 수 있도록 하였다. 또한 종래의 액상에서 경화될 때 부피 변화가 작아 렌즈 형성이 가능한 투광성 열가소성 수지(예 : PMMA(Poly Methyl Methacrylate), PC(Poly Cabonate) 등)를 사용하여 렌즈를 형성할 수 있지만 반도체 발광소자 칩(10)에서 나오는 빛의 파장대가 100nm 내지 400nm 일 때 빛의 투과율이 낮고 열화가 잘되어 사용할 수 없었기 때문에 반도체 발광소자 칩(10)에서 나오는 빛의 파장대가 100nm 내지 400nm 인 경우에 종래에는 투광성 열가소성 수지가 아닌 유리, 사파이어 또는 석영과 같은 재질로 형성된 렌즈를 사용하였지만 본 개시에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상이며 열화가 잘되지 않는 투광성 열가소성 수지를 사용하여 렌즈 형상의 봉지재(12)를 형성한 것이다.
그리고, 렌즈의 굴절률에 따라 광 추출 효율은 차이를 가지게 되므로, 공기와 접촉하는 최외각 매질의 굴절률과 공기와 굴절률의 차이를 최소로 해주어야 한다. 예를 들어, 도 5(b)를 참고하면 렌즈(L)와 반도체 발광소자 칩(10b) 사이는 빈 공간(A)이고, 렌즈(L)가 1.8의 굴절률을 갖는 사파이어(Sapphire) 또는 1.54의 굴절률을 갖는 석영(quartz)으로 이루어지는 경우, 반도체 발광소자 칩(10b)으로부터 공기로의 굴절률 변화는 1(A) - 1.54(L) 또는 1.8(L) - 1(공기) 순으로 변화하기 때문에 굴절률 변화가 순차적으로 이루어지지 않아 광 손실이 발생할 수 있다.
하지만, 본원발명에서는 빈 공간이 없이 봉지재(12)가 반도체 발광소자 칩(10)과 접촉하여 감싸고 있어서 투광성 열가소성 수지의 굴절율을 1.3으로 보았을 때, 반도체 발광소자 칩(10)으로부터 공기로의 굴절률 변화는 1.3(12) - 1(공기)로 굴절률 변화가 순차적으로 이루어지기 때문에 광 손실이 발생하지 않는다. 따라서, 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 입사할 때 계면에서 발생되는 전반사 현상을 효과적으로 방지하여 광 추출 효율을 더욱 개선할 수 있다.
이와 같은 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상이며 액상에서 경화될 때 부피 변화가 큰 투광성 열가소성 수지로 이루어지는 봉지재(12)를 형성하는 방법은 도 6 내지 도 9를 이용하여 후술한다. 이때, 봉지재(12)의 형상은 반구형의 볼록한 렌즈 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 봉지재(12)는 오목한 렌즈 형상, 상면이 평면인 렌즈 형상, 요철의 렌즈 형상, 원뿔의 렌즈 형상 또는 기하학 구조의 렌즈 형상으로 형성될 수 있으며, 렌즈 형상에 등에 따라 배광 특성이 변형되며, 효율 및 배광 특성의 요구에 맞게 변형이 가능하다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 먼저, 외부 기판을 준비한 후 외부 기판(24)의 도전층(242)과 반도체 발광소자 칩(20)의 복수의 전극(202)이 서로 맞대응 되도록 반도체 발광소자 칩(20)을 외부 기판(24) 위에 놓는다. 이에 따라, 외부 기판(24)의 도전층(242)과 반도체 발광소자 칩(20)의 복수의 전극(202)이 서로 전기적으로 연결된다. 외부 기판을 준비하는 것은 베이스에 도전층, 방지층 및 반사층을 형성하는 것을 의미한다.
여기서, 외부 기판(24) 위에 형성된 도전층(242), 방지층(243) 및 반사층(244)의 형상, 패턴, 또는 경계 등을 인식하여 소자가 놓일 위치 및 각도를 보정하는 소자 이송 장치(21)를 사용하여, 반도체 발광소자 칩(20)을 외부 기판(24) 위에 놓는다.
다음으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩(20)을 감싸도록 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지로 이루어진 고형의 예비 봉지재(4)를 놓는다. 이때, 예비 봉지재(4)는 소자 이송 장치(21)를 이용하여 외부 기판(24) 및 반도체 발광소자 칩(20) 위에 배치된다. 여기서, 예비 봉지재(4)는 반도체 발광소자 칩(20)으로부터 소정 간격으로 이격되도록 배치된다.
예비 봉지재(4)는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지가 경화되어 고형으로 형성된 것이다. 예를 들어, 액상의 투광성 열가소성 수지가 경화되어 부피가 약 90% 이상 줄어든 고형의 예비 봉지재(4)를 형성한다. 구체적으로, 예비 봉지재(4)는 도 7을 참고하면, 홈(43)을 구비하는 본체부(41), 본체부(41)의 일측면과 연결되는 지지부(42)를 포함한다.
반도체 발광소자 칩(20)을 감싸도록 예비 봉지재(4)가 배치되기 때문에 본체부(41)의 홈(43)의 폭은 반도체 발광소자 칩(20)의 폭보다 크게 형성되고, 지지부(42)의 높이는 반도체 발광소자 칩(20)의 높이보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 예비 봉지재(4)를 제조하는 방법에 대해서는 도 8 내지 9에서 설명한다.
다음으로, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 예비 봉지재(4)를 열경화하여 반도체 발광소자 칩(20)을 감싸는 반구 형상의 봉지재(22)를 형성한다. 이때, 봉지재(22)의 형상은 반구형의 볼록한 렌즈 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
봉지재(22)를 형성하기 위해 예비 봉지재(4)를 열경화하는 경우, 예비 봉지재(4)가 봉지재(22)로 될 때 부피가 크게 변화되지 않는다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 예비 봉지재(4)는 이미 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지(50)의 부피가 90% 이상 줄어들어 형성된 것이므로, 예비 봉지재(4)가 봉지재(22)로 될 때 부피 변화율은 2% 이하 이다. 예비 봉지재(4)가 열경화하여 봉지재(22)를 형성할 때 부피 변화율이 2% 이하이기 때문에 봉지재(22)의 렌즈 형상을 반구형의 볼록한 렌즈 형상 이외에 다양한 렌즈 형상으로 구현할 수 있는 것이다. 즉 예비 봉지재(4)를 녹여 액상으로 만든 후 원하는 렌즈(예 : 볼록한 렌즈 형상, 오목한 렌즈 형상, 원뿔의 렌즈 형상 등)형상으로 만들어 경화하여도 부피 변화가 작기 때문에 원하는 렌즈 형상을 쉽게 제작할 수 있다.
예비 봉지재(4)가 열경화될 때, 외부 기판(24)의 방지층(143)과의 표면 장력에 의해 봉지재(22)가 방지층(243)을 넘어서 형성되지 않는다. 이때, 방지층(243)은 외부 기판(24)의 도전층(242) 형성시 동시에 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않고 별도의 공정을 통해 형성될 수도 있다. 방지층(243)과 도전층(242)이 동시에 형성되는 경우, 제조 공정을 단축시켜 제조 공정 시간 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
예비 봉지재(4)를 열경화하기 위한 열처리 및/또는 건조는 고온에서 경화되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 200℃ 내지 300℃의 온도에서 대략 4시간 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 상술한 열처리 및/또는 건조 온도 및 시간은 고형의 수지층(4)이 경화되어 균일한 상면을 가지며, 반도체 발광소자 칩(20) 및 외부 기판(24)과 안정적인 결합이 이루어질 수 있도록 한정된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 고온에서 경화하는 경우 기포가 발생할 수 있으나, 기포 발생은 진공 오븐을 사용하여 제거할 수 있다.
다음으로, 도 6(d)에 도시된 바와 같이 절단선(26)을 따라 절단하여 개별 반도체 발광소자(2)를 형성한다.
도 8 내지 도 9는 본 개시에 따른 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재의 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
예비 봉지재(4)는 도 8 및 도 9를 참고하면 수축 및 열압축 방식에 의해 형성된다.
구체적으로, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 제1 베이스층(30) 위에 포토레지스트층(31, photoresistor layer)을 형성한다. 포토레지스트층(31)은 포토레지스트 페이스트(paste)를 스크린 인쇄법(screen printing) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴을 가지는 마스크(32)를 포토레지스터층(31) 위에 배치시킨 후, 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광을 조사하여 노광(exposure) 공정을 수행한다. 마스크(32)는 제1 영역(33)이 노출된 패턴을 갖는다.
파장대가 100nm 내지 400nm 인 광을 포토레지스터층(31)에 조사하면, 마스크(32)에 의해 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 노출된 제1 영역(33)의 포토레지스터층(31)이 보다 단단하게 과경화되고, 마스크(32)에 의해 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 노출되지 않는 제2 영역(34)의 포토레지스터층(31)은 과경화되지 않는다.
다음으로, 도 8(c)에 도시된 바와 같이 현상(develpoment)을 통해 제1 영역(33)에서 광경화된 포토레지스터층(31)을 제외한 제2 영역(34)에 형성된 포토레지스터층(31)을 제거하는 식각 공정을 수행한다. 예를 들어, 식각 공정은 습식 식각을 통해 이루어질 수 있는데, 예를 들어 불산, 질산, 아세트산, 황산, 염산 중 적어도 하나를 포함하는 무기산 기반의 현상 용액에 시편을 담궈 현상을 하면 노광되지 않은 부분 즉, 제2 영역(34)에 포토레지스터층(31)이 제거되어 제2 영역(34)은 제1 베이스층(30)을 노출하고, 제2 영역(34)을 제외한 제1 영역(33)에는 포토레지스터층(31)이 잔존한다.
다음으로, 도 8(d)에 도시된 바와 같이 식각공정에 의해 제1 베이스층이 노출된 제2 영역(34)에 금속층(35)을 형성한다. 제1 영역(33)에는 금속층(35)이 형성되지 않는다.
금속층(35)은 포토레지스터층(31)의 높이보다 높게 형성될 수 있지만, 이와 달리 작게 또는 동일한 높이로 형성될 수도 있다. 금속층(35)은 Au, Al, Ag 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 전자빔 증착 등의 물리적 기상 증착법(PECVD) 또는 화학적 기상 증착법(CVD) 등의 증착 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다.
다음으로, 도 8(e)에 도시된 바와 같이 리프트 오프(lift off) 공정을 수행하여 제1 영역(33)에 위치하는 포토레지스터층(31)을 제거하여 제1 베이스층(30) 위에 제2 영역(34)에만 형성된 금속층(35)만 위치한다.
리프트 오프 공정을 통해 희석불산(DHF, Dilute HF) 또는 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 제1 영역(33)에 위치하는 포토레지스터층(31)을 제거할 수 있다.
다음으로, 도 8(f)에 도시된 바와 같이, 금속층(35) 위에 더미(Dummy) 반도체 발광소자 칩(36)을 배치시키다. 금속층(35)과 더미 반도체 발광소자 칩(36)은 외력에 의해 가압되어 서로 접착되거나 접착 물질(A)을 이용하여 서로 접착할 수 있다. 예를 들어, 접착 물질(A)은 도전성 페이스트, 절연성 페이스트, 폴리머 접착제, AuSn 솔더 등 다양하게 선택가능하며, 특별히 제한되지는 않는다.
본 개시에서는 더미 반도체 발광소자 칩(36)의 크기는 도 4에 도시된 반도체 발광소자 칩(10) 보다 크게 형성되도록 도시하였지만, 이와 달리 동일하거나 작게 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8(g)에 도시된 바와 같이, 제1 베이스층(30) 위에 일체로 형성된 더미 반도체 발광소자 칩(36) 및 금속층(35)을 제2 베이스층(37) 위에 배치된 예비 봉지재용 기판(40)과 대응되도록 배치한다. 더미 반도체 발광소자 칩(36)의 상면이 예비 봉지재용 기판(40)의 상면과 마주하도록 배치된다.
이때, 제2 베이스층(37)은 약 200℃의 고온이 유지되는 핫 플레이트(hot plate)인 것이 바람직하다. 이에 따라, 제2 베이스층(37) 위에 배치된 예비 봉지재용 기판(40)은 플렉시블한 상태이다.
예비 봉지재용 기판(40)은 상면 및 하면이 평탄한 면의 형상으로 형성되며, 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 투광성 열가소성 수지로 이루어진다.
구체적으로, 9(a)를 참고하면 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지(50)를 제1 이송부(51)를 이용하여 고정틀(52)에 주입한다.
고정틀(52)은 리지드(rigid)한 금속 판 또는 비금속 판일 수 있으며 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지(50)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하다. 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.
다음, 도 9(b)를 참고하면, 열경화하여 고형으로 이루어진 예비 봉지재용 기판(40)을 형성한다. 예비 봉지재용 기판(40)은 열경화 공정에 의해 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지(50)의 부피가 90% 이상 줄어들어 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 액상의 투광성 열가소성 수지(50)에서 솔벤트를 휘발시켜 고형화하는 열경화 공정으로 열경화 공정이 진행되면서 액상의 투광성 열가소성 수지(50)에 포함되어 있던 솔벤트가 휘발되면서 부피가 크게 줄어든다.
이때, 액상의 투광성 열가소성 수지(50)를 경화하기 위한 열경화 공정은 예를 들어, 200℃ 내지 300℃의 온도에서 대략 15시간 내지 20시간 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는 250℃의 온도에서 18시간 동안 열경화가 이루어진다. 상술한 열경화 공정에 따른 온도 및 시간은 액상의 투광성 열가소성 수지(50)가 동시에 경화되어 균일하고 평탄한 상면을 가지며, 반도체 발광소자 칩(20)과 안정적인 결합이 이루어질 수 있도록 한정된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음, 도 9(c)를 참고하면, 예비 봉지재용 기판(40)의 상면 및 하면이 평탄한 모양을 갖도록 고정틀(52)에서 예비 봉지재용 기판(40)을 분리하여 절단선(53)을 따라 절단하여 개별 예비 봉지재용 기판(40)을 형성한다.
다음으로, 도 8(h)에 도시된 바와 같이 열압축 공정을 수행하여 더미 반도체 발광소자 칩(36)에 의해 예비 봉지재용 기판(40)을 압축한다. 앞서 살펴본 바와 같이, 예비 봉지재용 기판(40)은 고온을 유지하는 제2 베이스층(37)에 의해 플렉시블한 상태이므로, 열압축 공정을 수행하는 경우 더미 반도체 발광소자 칩(36)에 의해 압축된다.
다음으로, 도 8(i)에 도시된 바와 같이, 더미 반도체 발광소자 칩(36)의 형상에 따른 복수의 홈(38)을 갖는 고형의 예비 봉지재(4)를 형성한다. 복수의 홈(38)의 깊이는 더미 반도체 발광소자 칩(36)의 높이와 동일하게 형성되는 것이 바람직하지만, 더미 반도체 발광소자 칩(36)의 높이보다 크게 또는 작게 형성될 수 있다.
다음으로, 도 8(j)에 도시된 바와 같이, 예비 봉지재(4)가 각각의 홈(38)을 갖도록 절단선(39)을 따라 절단한다.
도 10은 종래의 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지를 직접 이용하여 봉지재를 형성하는 경우의 문제점을 보여주는 도면이다.
파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지를 이용하여 직접 봉지재를 형성하는 경우, 액상의 투광성 열가소성 수지를 경화하기 위해 열경화할 때 도포된 액상의 투광성 열가소성 수지의 부피가 약 90% 이상 줄어들기 때문에 원하는 형상의 봉지재를 형성하려면 반복적으로 액상의 투광성 열가소성 수지의 도포 및 열경화 공정을 수행해야만 한다.
반복적인 액상의 투광성 열가소성 수지의 도포 및 열경화 공정에 의해 제조 공정 시간 및 제조 비용이 증가될 수 있다.
예를 들어, 도 10(a)을 참고하면 반복적인 액상의 투광성 열가소성 수지의 도포 및 열경화 공정에 의해 봉지재(222a)가 방지층(243a)을 넘어서 형성될 수 있다. 이에 따라, 봉지재(222a)가 반구형의 볼록한 렌즈 형상으로 형성되지 못해 배광이 원활하게 이루어지지 못해 광추출 효율이 감소하여 신뢰성이 감소될 수 있다. 더욱이, 봉지재(222a)가 방지층(243a)을 넘어서 형성되는 경우 봉지재(222a)가 반사층(244a)을 덮도록 형성될 수 있어 반사층(244a)의 반사효율이 떨어져 광추출 효율이 감소할 수 있다.
그리고, 도 10(b)를 참고하면 반복적인 액상의 투광성 열가소성 수지의 도포 및 열경화 공정에 의해 봉지재(22b)내에 기포(B, Bubble)가 발생할 수 있다.
봉지재(22b)를 반구형의 볼록한 렌즈 형상으로 형성하기 위해 도포 및 열경화 공정이 반복됨으로써, 경화된 봉지재(22b)가 반복적으로 경화됨으로써, 도포되는 액상의 투광성 열가소성 수지와 경화된 봉지재(22b)의 표면에서 또는 경화된 봉지재(22b) 내부에서 기포(B)가 발생할 수 있다. 봉지재(22b) 내부에 기포(B)가 발생함으로써, 봉지재(22b)가 균일하게 형성되지 못해 반도체 발광소자 칩(20b)으로부터 발생하는 빛이 원활하게 확산되지 못해 신뢰성이 감소될 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 6(b) 공정 이전에, 즉 반도체 발광소자 칩(20)을 감싸도록 예비 봉지재(4)를 놓기 전에, 도 11(a)를 참고하면, 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지를 도포하여 액상의 수지층(60)을 형성한다. 이때, 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지는 도 9(a)에 도시된 제1 이송부(51)와 동일한 기능을 수행하는 제2 이송부(61)를 통해 반도체 발광소자 칩(62)을 감싸도록 도포한다.
다음, 도 11(b)를 참고하면, 액상의 수지층(60)을 열경화하여 봉지재층(63)을 형성한다. 봉지재층(63)은 열경화 공정에 의해 솔벤트가 휘발되어 액상의 수지층(60)의 부피보다 90% 이상 부피가 줄어들어 형성되는 것이 바람직하다. 본 개시에서, 봉지재층(63)은 약 10um 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
다음, 도 11(c)를 참고하면, 봉지재층(63) 위에 예비 봉지재(64)를 놓아 봉지재(22)를 형성한다. 이때, 봉지재층(63)과 예비 봉지재(64)는 동일한 물질로 이루어짐으로써, 봉지재(22)를 형성하기 위해 열경화 공정을 수행할 때 봉지재층(63)은 예비 봉지재(64)에 용융된다. 봉지재층(63)을 형성한 후 예비 봉지재(64)를 사용하는 것이 봉지재층(63)을 사용하지 않고 예비 봉지재(64)를 사용한 경우보다 적은 경화 시간에도 빠르게 렌즈 형태를 만들 수 있다. 또한 반도체 발광소자 칩의 전극 사이에 봉지재층(63)이 잘 채워짐에 따라 외부 기판과 반도체 발광소자 칩 사이의 밀착력 향상에 도움을 준다.
예비 봉지재(64)를 이용하여 봉지재(22)를 형성하는 방법은 도 6(b)에 기재된 반도체 발광소자의 제조방법과 실질적으로 동일하다.
파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상이며 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 의한 열화가 잘 일어나지 않은 투광성의 열가소성 수지에는 Dupont社의 Teflon Af 제품군이 있다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 순서는 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서는 본 개시의 범위에 포함될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 도전층을 구비한 외부 기판을 준비하는 단계; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩을 외부 기판 위에 놓는 단계;로서, 외부 기판의 도전층과 반도체 발광소자 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 외부 기판 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계; 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계; 그리고 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(2) 예비 봉지재는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지가 경화되어 형성된 고형의 예비 봉지재인 반도체 발광소자의 제조방법.
(3) 액상의 열가소성 수지가 경화될 때 부피가 90% 이상 줄어들어 경화되는 반도체 발광소자 제조방법.
(4) 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계 이전에 반도체 발광소자 칩을 감싸도록 외부 기판 위에 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90% 이상인 액상의 수지층을 형성하는 단계; 그리고 액상의 수지층을 열경화하여 봉지재층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(5) 봉지재층은 열경화 공정에 의해 액상의 수지층의 부피가 90% 이상 줄어들어 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법.
(6) 예비 봉지재는 홈을 구비한 본체부와 본체부의 일측면과 연결되는 지지부를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(7) 투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계는 예비 봉지재의 홈 안에 반도체 발광소자 칩이 들어가도록 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 반도체 발광소자의 제조방법.
(8) 외부 기판은 방지층;을 포함하며, 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는 봉지재가 외부 기판의 방지층 상면의 적어도 일부분을 덮도록 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
(9) 봉지재가 외부 기판의 방지층 상면 전체를 덮도록 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
(10) 방지층의 높이는 도전층의 높이와 같거나 작도록 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
(11) 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는 봉지재가 외부 기판과 접촉하는 하면을 제외하고 전면이 외부로 노출되도록 봉지재를 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
(12) 외부 기판은 방지층과 일정 간격으로 떨어져 외부 기판의 상면에 위치하는 반사층;을 포함하며, 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는 방지층의 측면 중 방지층과 반사층 사이에 위치하는 측면이 봉지재에 의해 덮이지 않도록 봉지재를 형성하는 반도체 발광소자 제조방법.
(13) 예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는 봉지재의 형상이 반구형의 볼록한 렌즈 형상, 오목한 렌즈 형상, 상면이 평면인 렌즈 형상, 요철의 렌즈 형상, 원뿔의 렌즈 형상 또는 기하학 구조의 렌즈 형상 중 적어도 하나의 렌즈 형상으로 이루어진 반도체 발광소자 제조방법.
본 개시에 의하면, 봉지재의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 면이 개방된 상태에서 봉지재를 경화함으로써, 경화시 발생하는 열팽창 또는 수축에 의해 발생되는 기포 현상을 감소시킬 수 있는 반도체 발광소자를 제공한다.
본 개시에 의하면 봉지재 형성시, 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90%인 투광성의 열가소성 수지를 이용함으로써, 반도체 발광소자 칩에서 생성된 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광이 봉지재를 원활하게 투과하여 배광(light distribution)이 원활하게 이루어져 광 추출 효율(extraction efficiency)이 향상될 수 있다.
이와 같은 봉지재는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90%인 액상의 투광성 열가소성 수지의 부피가 90% 이상 줄어든 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 90%인 고형의 투광성 열가소성 수지로 이루어진다.
본 개시에 의하면, 봉지재 경화시 외부 기판 위에 방지층에 의해 봉지재가 방지층을 넘어서 형성되지 않도록 하는 반도체 발광소자를 제공한다.
반도체 발광소자 : 1, 2, 400
반도체 발광소자 칩 : 10, 20, 36, 450
외부 기판 : 14, 24 방지층 : 143, 243
예비 봉지재 : 4
반도체 발광소자 칩 : 10, 20, 36, 450
외부 기판 : 14, 24 방지층 : 143, 243
예비 봉지재 : 4
Claims (13)
- 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서,
도전층을 구비한 외부 기판을 준비하는 단계;
전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 반도체 발광소자 칩을 외부 기판 위에 놓는 단계;로서, 외부 기판의 도전층과 반도체 발광소자 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 외부 기판 위에 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계;
투광성 열가소성 수지로 이루어진 미리 성형된 고형의 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계; 그리고
예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
예비 봉지재는 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 80% 이상인 액상의 투광성 열가소성 수지가 경화된 예비 봉지재인 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
액상의 열가소성 수지가 경화될 때 경화된 부피가 경화 전 부피보다 90% 이상 줄어들어 경화되는 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계 이전에
반도체 발광소자 칩을 감싸도록 외부 기판 위에 파장대가 100nm 내지 400nm 인 광에 대한 투과율이 80% 이상인 액상의 수지층을 형성하는 단계; 그리고
액상의 수지층을 열경화하여 봉지재층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 반도체 발광소자의 제조 방법. - 청구항 4에 있어서,
봉지재층은 열경화 공정에 의해 액상의 수지층의 경화된 부피가 경화 전 부피보다 90% 이상 줄어들어 형성되는 반도체 발광소자의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
예비 봉지재는 홈을 구비한 본체부와 본체부의 일측면과 연결되는 지지부를 포함하는 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
투광성 열가소성 수지로 이루어진 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 단계는
예비 봉지재의 홈 안에 반도체 발광소자 칩이 들어가도록 예비 봉지재를 반도체 발광소자 칩 위에 위치시키는 반도체 발광소자의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
외부 기판은 방지층;을 포함하며,
예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는
봉지재가 외부 기판의 방지층 상면의 적어도 일부분을 덮도록 형성하는 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
봉지재가 외부 기판의 방지층 상면 전체를 덮도록 형성하는 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
방지층의 높이는 도전층의 높이와 같거나 작도록 형성하는 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는
봉지재가 외부 기판과 접촉하는 하면을 제외하고 전면이 외부로 노출되도록 봉지재를 형성하는 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
외부 기판은 방지층과 일정 간격으로 떨어져 외부 기판의 상면에 위치하는 반사층;을 포함하며,
예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는
방지층의 측면 중 방지층과 반사층 사이에 위치하는 외측면이 봉지재에 의해 덮이지 않도록 봉지재를 형성하는 반도체 발광소자 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
예비 봉지재를 열경화하여 반도체 발광소자 칩을 감싸는 봉지재를 형성하는 단계는
봉지재의 형상이 반구형의 볼록한 렌즈 형상, 오목한 렌즈 형상, 상면이 평면인 렌즈 형상, 요철의 렌즈 형상, 원뿔의 렌즈 형상 또는 기하학 구조의 렌즈 형상 중 적어도 하나의 렌즈 형상으로 이루어진 반도체 발광소자 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |