KR102212559B1 - 반도체 발광소자 및 이를 이용한 반도체 발광소자 패키지 - Google Patents

반도체 발광소자 및 이를 이용한 반도체 발광소자 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 및 제2 전극이 배치된 제1 면과 상기 제1 면의 반대에 위치한 제2면을 갖는 발광다이오드 칩; 상기 제1 및 제2 전극의 본딩 영역들이 노출되도록 상기 발광다이오드 칩의 표면에 배치된 패시베이션층; 상기 본딩 영역들에 각각 배치되며 각각 분리된 복수의 영역을 갖는 복수의 솔더 패드; 상기 본딩 영역들에 각각 배치되며, 각각 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역을 덮는 복수의 솔더 범프;를 포함하여, 솔더 패드와 솔더 범프 사이의 계면이 손상되어 분리되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

Description

반도체 발광소자 및 이를 이용한 반도체 발광소자 패키지{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE AND SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE USING THE SAME}
본 발명은 반도체 발광소자 및 이를 이용한 반도체 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 종래의 광원에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치의 백라이트 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목받고 있다.
이러한 발광 다이오드 중 플립 칩 타입은 본딩용 금속으로 AuSn 등 고가의 금속이 함유된 합금을 사용하여 비용이 상승하는 단점과, 고온에서 용융되는 특성이 있어 고온 본딩 조건에 적합한 열팽창계수 정합 및 고온에 변형되지 않는 물질로 구성된 고가의 패키지가 필요하게 되어 활용범위가 축소되는 문제가 있었다.
또한, 패키지의 솔더 패드와 솔더 범프의 계면이 쉽게 파손되어 분리되는 문제가 있었다.
이에, 당 기술분야에서는 솔더 패드와 솔더 범프 사이의 계면이 손상되어 분리되는 것을 원천적으로 차단할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 형태는 제1 및 제2 전극이 배치된 제1 면과 상기 제1 면의 반대에 위치한 제2 면을 갖는 발광다이오드 칩; 상기 제1 및 제2 전극의 본딩 영역들이 노출되도록 상기 발광다이오드 칩의 표면에 배치된 패시베이션층; 상기 본딩 영역들에 각각 배치되며 각각 분리된 복수의 영역을 갖는 복수의 솔더 패드; 상기 본딩 영역들에 각각 배치되며, 각각 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역을 덮는 복수의 솔더 범프;를 포함하는 반도체 발광소자를 제공한다.
상기 분리된 복수의 영역은 소정 간격으로 이격된 영역에 의해 분리될 수 있다.
상기 이격된 영역은 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역 중 하나를 둘러싸도록 형성된 띠 형상을 가질 수 있다.
상기 이격된 영역에는 균열차단층이 더 배치될 수 있다.
상기 균열차단층은 상기 패시베이션층과 동일한 조성의 물질로 형성될 수 있다.
상기 솔더 패드와 상기 솔더 범프가 접하는 면에는 금속간 화합물층(inter-metallic compound layer)이 형성될 수 있다.
상기 금속간 화합물층은 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역에 대응하여 분리될 수 있다.
상기 금속간 화합물층은 Sn-Ni 합금으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태는 제1 및 제2 리드 프레임을 가지는 패키지 본체; 상기 패키지 본체의 제1 및 제2 리드 프레임 사이에 개재되는 솔더 범프를 통해 상기 리드 프레임과 접속하는 반도체 발광소자를 포함하며, 상기 반도체 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광 구조물; 제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 접속되며 본딩 영역을 갖는 솔더 패드를 포함하고, 상기 솔더 패드는 둘레로부터 만입된 영역을 가지며, 상기 솔더 범프는 상기 솔더 패드를 덮도록 상기 본딩 영역에 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지를 제공한다.
상기 만입된 영역에는 균열차단층이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 솔더 패드와 솔더 범프 사이의 계면이 손상되어 분리되는 것을 차단할 수 있는 반도체 발광소자 및 이를 구비한 반도체 발광소자 패키지가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 반도체 발광소자를 A-A'를 따라 절개한 측단면도이다.
도 3은 도 2의 B부분의 확대도이다.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 도 1의 솔더 패드의 변형예이다.
도 5a 내지 도 10b는 도 1의 반도체 발광소자의 제조공정을 나타내는 주요 단계별 도면들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 반도체 발광소자 패키지에 적용한 예를 나타내는 측단면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타내는 단면도이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지를 조명장치에 적용한 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 패키지가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 반도체 발광소자를 A-A'를 따라 절개한 측단면도이며, 도 3은 도 2의 B부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 반도체 발광소자(1)는 발광다이오드 칩(10), 패시베이션층(400), 솔더 패드(500) 및 솔더 범프(S)를 포함하여 구성될 수 있다.
발광다이오드 칩(10)은 발광 구조물(100) 및 제1 및 제2 전극(140, 150)을 포함하여 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(140, 150)이 배치된 제1 면과 상기 제1 면의 반대에 위치한 제2 면을 가질 수 있다.
발광 구조물(100)은 복수의 반도체층이 적층된 구조를 가지며, 기판(101) 상에 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 포함할 수 있다.
기판(101)은 x 방향 및 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 기판(101)은 반도체 성장용 기판으로 제공될 수 있으며, 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질을 이용할 수 있다. 질화물 반도체 성장용 기판으로 널리 이용되는 사파이어는, 전기 절연성을 가지며 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(11-20)면, R(1-102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
그리고, 도면에서 도시하는 것과 같이, 기판(101)의 상면, 즉, 반도체층들이 성장하는 면에는 다수의 요철 구조(102)가 형성될 수 있으며, 이러한 요철 구조(102)에 의하여 반도체층들의 결정성과 광 방출 효율 등이 향상될 수 있다. 본 실시 형태에서는 상기 요철 구조(102)가 돔 형상의 볼록한 형태를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 요철 구조(102)는 사각형, 삼각형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 요철 구조(102)는 선택적으로 형성 및 구비될 수 있으며, 실시 형태에 따라서 생략될 수도 있다.
한편, 이러한 기판(101)은 실시 형태에 따라서 추후 제거될 수도 있다. 즉, 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 성장시키기 위한 성장용 기판으로 제공된 후 분리 공정을 거쳐 제거될 수 있다. 기판(101)의 분리는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO), 케미컬 리프트 오프(Chemical Lift Off, CLO) 등의 방식을 통해 반도체층들과 분리될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 기판(101)의 상면에는 버퍼층이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 기판(101) 상에 성장되는 반도체층의 격자 결함 완화를 위한 것으로, 질화물 등으로 이루어진 언도프 반도체층으로 이루어질 수 있다. 버퍼층은, 예를 들어, 사파이어로 이루어진 기판(101)과 기판(101) 상면에 적층되는 GaN으로 이루어진 제1 도전형 반도체층(110) 사이의 격자상수 차이를 완화하여, GaN층의 결정성을 증대시킬 수 있다. 버퍼층은 언도프 GaN, AlN, InGaN 등이 적용될 수 있으며, 500℃ 내지 600℃의 저온에서 수십 내지 수백 Å의 두께로 성장시켜 형성할 수 있다. 여기서, 언도프라 함은 반도체층에 불순물 도핑 공정을 따로 거치지 않은 것을 의미하며, 반도체층에 본래 존재하던 수준의 불순물 농도, 예컨대, 질화갈륨 반도체를 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)를 이용하여 성장시킬 경우, 도펀트로 사용되는 Si 등이 의도하지 않더라도 약 1014~ 1018/㎤의 수준으로 포함될 수 있다. 다만, 이러한 버퍼층은 본 실시 형태에서 필수적인 요소는 아니며 실시 형태에 따라 생략될 수도 있다.
상기 기판(101) 상에 적층되는 제1 도전형 반도체층(110)은 n형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, n형 질화물 반도체층일 수 있다. 그리고, 제2 도전형 반도체층(130)은 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, p형 질화물 반도체층일 수 있다. 다만, 실시 형태에 따라서 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)은 위치가 바뀌어 적층될 수도 있다. 이러한 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1임)을 가지며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다.
제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130) 사이에 배치되는 활성층(120)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출한다. 활성층(120)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)이 GaN계 화합물 반도체인 경우, 활성층(120)은 GaN의 에너지 밴드 갭보다 작은 에너지 밴드 갭을 갖는 InGaN계 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 활성층(120)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(Multiple Quantum Wells, MQW) 구조, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니므로 상기 활성층(120)은 단일 양자우물 구조(Single Quantum Well, SQW)가 사용될 수도 있다.
상기 발광 구조물(100)은, 상기 제2 도전형 반도체층(130), 상기 활성층(120) 및 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 일부가 식각된 식각 영역(E)과, 상기 식각 영역(E)에 의해 부분적으로 구획된 복수의 메사 영역(M)을 포함할 수 있다.
상기 식각 영역(E)은 상부에서 바라보았을 때 사각 형태를 갖는 상기 발광 구조물(100)의 일측면에서 이와 대향하는 타측면을 향해 소정 두께 및 길이로 절개된 틈새 구조를 가질 수 있다. 그리고, 상기 발광 구조물(100)의 사각 형태의 영역 안쪽에서 복수개가 서로 평행하게 배열되어 구비될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 식각 영역(E)은 상기 메사 영역(M)에 의해 둘러싸이는 구조로 구비될 수 있다.
상기 식각 영역(E)으로 노출되는 상기 제1 도전형 반도체층(110)의 상부면에는 제1 전극(140)이 배치되어 상기 제1 도전형 반도체층(110)과 접속되고, 상기 복수의 메사 영역(M)의 상부면에는 제2 전극(150)이 배치되어 상기 제2 도전형 반도체층(130)과 접속될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(140, 150)은 상기 발광 구조물(100)이 위치한 상기 발광다이오드 칩(10)의 제1 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 전극(140, 150)은 발광다이오드 칩(10)의 동일한 면에 배치되어, 상기 발광다이오드 칩(10)이 후술할 패키지 본체(1002)에 플립 칩(flip-chip) 방식으로 실장되도록 할 수 있다.
상기 제1 전극(140)은, 도 1에 도시된 것과 같이 복수의 패드부(141) 및 이보다 폭이 좁은 형태로 상기 복수의 패드부(141)로부터 각각 연장되는 복수의 핑거부(142)를 포함하며, 상기 식각 영역(E)을 따라 연장될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전극(140)은 복수개가 상기 제1 도전형 반도체층(110) 상에 전체적으로 균일하게 분포될 수 있도록 간격을 두고 배열될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 제1 전극(140)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(110)으로 주입되는 전류는 상기 제1 도전형 반도체층(110) 전체에 걸쳐 균일하게 주입될 수 있다.
상기 복수의 패드부(141)는 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 복수의 핑거부(142)는 각각 상기 복수의 패드부(141)를 연결할 수 있다. 상기 복수의 핑거부(142)는 서로 상이한 크기의 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서와 같이 제1 전극(140)이 3개의 핑거부(142)를 가지는 경우, 어느 하나의 핑거부(142)의 폭이 상대적으로 다른 핑거부(142)의 폭 보다 클 수 있다. 이러한 어느 하나의 핑거부(142)의 폭은 상기 제1 전극(140)을 통해 주입되는 전류의 저항을 고려하여 폭의 크기를 조절할 수 있다.
상기 제2 전극(150)은 반사 메탈층(151)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 반사 메탈층(151)을 덮는 피복 메탈층(152)을 더 포함할 수 있다. 다만, 이러한 피복 메탈층(152)은 선택적으로 구비될 수 있으며, 실시 형태에 따라서 생략될 수도 있다. 상기 제2 전극(150)은 상기 메사 영역(M)의 상부면을 정의하는 상기 제2 도전형 반도체층(130)의 상면을 덮는 형태로 구비될 수 있다.
한편, 상기 식각 영역(E)으로 노출되는 상기 활성층(120)을 덮도록 상기 메사 영역(M)의 측면을 포함하는 발광 구조물(100) 상에는 절연 물질로 이루어지는 제1 절연층(200a)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 절연층(200a)은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 물질을 포함하는 절연성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 절연층(200a)은 상기 제1 및 제2 전극(140, 150)을 노출시키는 형태로 구비될 수 있다. 다만, 상기 제1 절연층(200a)은 선택적으로 구비되는 것으로, 실시 형태에 따라서 생략될 수도 있다.
제2 절연층(200)은 상기 발광 구조물(100)을 전체적으로 덮는 구조로 상기 발광 구조물(100) 상에 구비될 수 있다. 상기 제2 절연층(200)은 기본적으로 절연 특성을 지닌 재료로 이루어질 수 있으며, 무기질 또는 유기질 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 절연층(200)은 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 절연층(200)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제2 절연층(200)은 상기 제1 전극(140)과 제2 전극(150) 상에 각각 배치되는 복수의 개구부(210)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 복수의 개구부(210)는 각각 상기 제1 전극(140)과 제2 전극(150)과 대응되는 위치에 구비되어 해당 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 부분적으로 노출시킬 수 있다.
특히, 상기 복수의 개구부(210) 중 상기 제1 전극(140) 상에 배치되는 개구부(210)는 상기 제1 전극(140)의 패드부(141)만을 외부로 노출시킬 수 있다. 따라서, 상기 복수의 개구부(210)는 상기 제1 전극(140) 상에서는 상기 패드부(141)와 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
배리어 메탈층(300)은 상기 제2 절연층(200) 상에 구비되며, 상기 복수의 개구부(210)를 통해 상기 제1 도전형 반도체층(110) 및 상기 제2 도전형 반도체층(130)과 각각 전기적으로 접속될 수 있다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 배리어 메탈층(300)은 상기 발광 구조물(100)의 상부면을 전체적으로 덮는 상기 제2 절연층(200)에 의해 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)과 절연될 수 있다. 그리고, 상기 복수의 개구부(210)를 통해 부분적으로 노출되는 상기 제1 전극(140) 및 제2 전극(150)과 연결되어 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 배리어 메탈층(300)과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)의 전기적 연결은 상기 제2 절연층(200)에 구비되는 상기 복수의 개구부(210)에 의해 다양하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 개구부(210)의 개수 및 배치 위치에 따라서 상기 배리어 메탈층(300)과 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130)과의 전기적 연결은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 배리어 메탈층(300)은 제1 메탈층(310) 및 제2 메탈층(320)을 포함하여 적어도 한 쌍으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 메탈층(310)은 상기 제1 전극(140)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(110)과 전기적으로 접속하고, 상기 제2 메탈층(320)은 상기 제2 전극(150)을 통해 제2 도전형 반도체층(130)과 전기적으로 접속할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 전극(140)을 노출시키는 상기 개구부(210)는 상기 제1 메탈층(310)과 중첩되는 위치에 배치되고, 상기 제2 전극(150)을 노출시키는 상기 개구부(210)는 상기 제2 메탈층(320)과 중첩되는 위치에 배치될 필요가 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 메탈층(310, 320)은 서로 분리되어 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 배리어 메탈층(300)은, 예를 들어, Au, W, Pt, Si, Ir, Ag, Cu, Ni, Ti, Cr 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 전극(140) 중 상기 제2 메탈층(320)이 상부에 위치하여 상기 제2 메탈층(320)과 중첩되는 위치에 배치되는 제1 전극(140)의 경우 상기 제2 메탈층(320)과 전기적으로 접속되는 것을 차단할 필요가 있다. 이를 위해 상기 제2 절연층(200)은 상기 제1 전극(140)의 패드부(141)를 노출시키는 개구부(210)를 상기 제2 메탈층(320)이 상부에 위치하는 부분에 구비하지 않을 수 있다.
구체적으로, 도 1에서 도시하는 바와 같이 제1 전극(140)이 4개의 패드부(141)와 3개의 핑거부(142)를 포함하여 이루어지는 경우, 패드부(141)를 노출시키는 개구부(210)는 제1 메탈층(310)과 중첩되는 위치에 배치되는 3개의 패드부(141) 상에만 구비되고 제2 메탈층(320)과 중첩되는 위치에 배치되는 나머지 패드부(141) 상에는 구비되지 않는다. 따라서, 제1 메탈층(310)의 하부에 위치하는 제1 전극(140)의 패드부(141)는 상기 개구부(210)를 통해 상기 제1 메탈층(310)과 접속하지만, 제2 메탈층(320)의 하부에 위치하는 패드부(141) 상에는 상기 개구부(210)가 구비되지 않아 상기 패드부(141)와 제2 메탈층(320)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 결국, 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 각각 부분적으로 노출시키는 복수의 개구부(210)의 배열 구조를 통해서 제1 메탈층(310)은 제1 전극(140)과 접속하고, 제2 메탈층(320)은 제2 전극(150)과 접속할 수 있다.
패시베이션층(400)은 상기 배리어 메탈층(300) 상에 구비되며, 상기 배리어 메탈층(300)을 전체적으로 덮어 보호한다. 그리고, 상기 패시베이션층(400)은 상기 배리어 메탈층(300)을 부분적으로 노출시키는 본딩 영역(410)을 구비할 수 있다.
상기 본딩 영역(410)은 상기 제1 메탈층(310) 및 제2 메탈층(320)을 각각 부분적으로 노출시킬 수 있도록 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 본딩 영역(410) 중 일부는 상기 제2 절연층(200)의 복수의 개구부(210) 중 일부와 서로 중첩되지 않는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 복수의 본딩 영역(410) 중 상기 제2 메탈층(320)을 부분적으로 노출시키는 본딩 영역(410)은 상기 복수의 개구부(210) 중 상기 제2 전극(150)을 부분적으로 노출시키는 개구부(210)와 서로 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 수직 방향으로 상기 개구부(210)의 상부에는 상기 본딩 영역(410)이 위치하지 않는다. 그리고, 상기 제1 메탈층(310)을 부분 노출시키는 본딩 영역(410)은 상기 제1 전극(140)을 부분 노출시키는 개구부(210)와 부분적으로 중첩될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 본딩 영역(410)이 4개로 구비되며 대칭 구조를 이루며 배치되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 본딩 영역(410)의 개수 및 배치 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
상기 패시베이션층(400)은 상기 제2 절연층(200)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 패시베이션층(400)은 상기 본딩 영역(410)과 마찬가지로 상기 제1 및 제2 메탈층(310, 320)을 부분 노출시키는 오픈 영역(430)을 더 구비할 수 있다. 이러한 오픈 영역(430)은 반도체 발광소자를 장착하기 전에 작동 여부를 확인할 수 있도록 프로브 핀(미도시)과 접속하는 영역으로 제공될 수 있다.
상기 솔더 패드(500)는 상기 본딩 영역(410)에 각각 배치되되, 각각 분리된 복수의 영역을 가질 수 있다.
솔더 패드(500)는 제1 솔더 패드(510) 및 제2 솔더 패드(520)를 포함할 수 있으며, 상기 본딩 영역(410)을 통해 부분적으로 노출되는 상기 제1 및 제2 메탈층(310, 320)과 각각 연결될 수 있다. 그리고, 상기 배리어 메탈층(300)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(110) 및 제2 도전형 반도체층(130)과 각각 전기적으로 접속할 수 있다. 이러한 솔더 패드(500)는 Ni, Au, Cu 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 솔더 패드(500)는 수직에 가까운 측면을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 도 3에 도시된 바와 같이, 솔더 패드(500)의 측면은 소정의 경사각(θ)을 갖도록 형성될 수도 있다.
상기 제1 솔더 패드(510) 및 제2 솔더 패드(520)는, 예를 들어, UBM(Under Bump Metallurgy) 층일 수 있다. 그리고, 각각 단일 또는 복수개로 구비될 수 있다. 본 실시 형태에서는 제1 솔더 패드(510)와 제2 솔더 패드(520)가 각각 2개로 구비되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 제1 솔더 패드(510)와 제2 솔더 패드(520)의 개수와 배치 구조는 상기 본딩 영역(410)에 따라 조절될 수 있다.
상기 제1 및 제 2 솔더 패드(510, 520)에는 솔더 범프(S)가 각각 배치될 수 있다. 이러한 솔더 범프(S)는 상기 발광다이오드 칩(10)을 패키지 기판에 플립 칩(flip-chip) 방식으로 실장하기 위한 도전성 접착물로서 Sn 솔더가 사용될 수 있으며, 이러한 Sn 솔더에는 Ag 및 Cu와 같은 물질이 미량 함유될 수 있다.
이와 같이, 솔더 패드(500)에는 솔더 범프(S)가 배치되어, 후속 공정에서 패키지 기판에 발광다이오드 칩(10)을 실장하는데 사용될 수 있다.
그러나, 솔더 패드(500)에 솔더 범프(S)를 배치하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 솔더 패드(500)와 솔더 범프(S)의 물질이 서로 반응하여, 솔더 패드(500)에 솔더 범프(S)가 접하는 면에 금속간 화합물층(inter-metallic compound layer)(501a)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속간 화합물층은 Sn-Ni 합금일 수 있다.
이러한 금속간 화합물층(501a)은 일반적으로 솔더 범프(S)를 이루는 물질에 비해 탄성계수가 작고 취성(brittleness)이 큰 특성을 가진다. 따라서, 솔더 패드(500) 상에 솔더 범프(S)가 배치된 후, 후속 공정에서 외부의 충격이 가해질 경우, 금속간 화합물층(501a)에 균열(F)이 쉽게 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 균열(F)은 금속물 화합물층(501a)의 일 영역에서 시작되나, 금속간 화합물층(501a)을 따라 금속간 화합물층(501a)의 전 영역으로 전파되게 된다. 이와 같이, 균열(F)이 금속간 화합물층(501a)의 전 영역으로 전파되면 솔더 범프(S)가 솔더 패드(500)에서 완전히 분리되는, 이른바 오픈(open) 불량을 야기할 수 있다.
특히, 금속간 화합물층(501a)의 측면은 충격이 직접적으로 전달될 수 있으므로, 균열(F)이 발생되기 쉽다.
본원발명은 금속간 화합물층(501a)의 일 영역에서 발생한 균열(F)이 금속간 화합물층(501a)의 전 영역으로 전파되는 것을 방지하기 위해, 솔더 범프(S)와 접하는 각각의 솔더 패드(500)를 분리된 복수의 영역(511, 512, 522, 521)으로 분할하여 배치하였다. 이와 같이, 솔더 패드(500)를 복수의 영역으로 분할하면 금속간 화합물층(501a)의 일 영역에서 발생된 균열이, 금속간 화합물층(501a)의 전 영역으로 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 솔더 범프(S)가 솔더 패드(500)에서 완전히 분리되는 오픈(open) 불량을 미연에 방지할 수는 효과가 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 상기 솔더 패드(500)는 각각 분리된 복수의 영역(511, 512, 522, 521)을 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 솔더 패드(510)는 하나의 중심부(511)와 중심부(511)를 둘러싸는 복수개의 주변부(512)로 구성될 수 있으며, 제2 솔더 패드(520)도 동일하게, 중심부(521)과 중심부(521)를 둘러싸는 복수개의 주변부(522)로 구성될 수 있다. 이러한 중심부(511)는 소정의 폭(W2)을 가지며, 주변부(512)와 소정의 이격된 영역(W1)을 갖도록 이격 배치될 수 있다. 이격된 영역(W1)은 반드시 균일한 폭을 가지도록 배치되어야 하는 것은 아니나, 적어도 솔더 패드(500)의 분리된 영역에 형성된 금속간 화합물층(501a, 501b)이 서로 맞닿지 않을 정도의 간격을 가지도록 형성되는 것으로 배치될 수 있다. 다만, 솔더 패드(500)의 분리된 영역은 완전히 격리된 영역으로 분리되어야 하는 것은 아니며, 솔더 패드(500)의 둘레로부터 만입된 영역을 갖도록 배치될 수도 있다.
이격된 영역(W1)은 중심부(511) 또는 주변부(512)의 폭(W2)보다 좁게 형성될 수 있다. 이격된 영역(W1)의 면적은 솔더 패드(510, 520)가 차지하는 면적의 70% 이하의 면적을 갖도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 이격된 영역(W1)에는 균열(F)의 전파를 더욱 효과적으로 차단할 수 있도록 균열차단층(200b)이 더 배치될 수 있다. 균열차단층(200b)은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 물질을 포함하는 절연성 물질로 이루어질 수 있으며, 패시베이션층(400)과 동일한 조성이 물질로 이루어질 수도 있다. 이러한 균열차단층(200b)은 균열(F)이 전파되는 것을 더욱 효과적으로 차단할 수 있는데, 이와 관련된 자세한 사항은 후술한다.
솔더 패드(500)는 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 도 4(a) 내지 도 4(d)는 도 1의 솔더 패드의 변형예이다. 도 4(a)는 앞서 설명한 중심부도 복수개의 영역(511a)으로 형성한 경우이다. 도 4(b)는 솔더 패드의 중심부(511b)와 주변부(512b)가 일 영역에서 연결된 경우이다. 따라서, 이격된 영역(W1)은 솔더 패드(510a)의 둘레로부터 만입된 영역(513a)를 갖도록 형성될 수 있다. 도 4(c)는 주변부(512c)가 중심부(511c)를 둘러싸는 형상을 갖도록 형성된 경우이다. 이 경우, 이격된 영역(513c)은 하나의 띠 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 4(d)는 이격된 영역(513d)이 솔더 패드(510d) 내에 개구 형상으로 형성된 경우이다.
이와 같이, 솔더 패드(500)를 복수의 분리된 영역으로 배치하면, 금속간 화합물층(501a)의 일 영역에서 균열이 발생하더라도, 솔더 패드(500) 중 하나의 분리된 영역에만 균열이 전파될 뿐, 솔더 패드(500) 전체로 전파되지 않는 효과가 있다.
도 3을 참조하여 이를 구체적으로 설명한다. 금속간 화합물층(501a)의 일 영역에서 발생한 균열(F)은 금속간 화합물층(501a)을 따라 전파될 수 있다. 특히, 상기 균열(F)은 충격에 취약한 금속간 화합물층(501a)의 측면에서 발생하기 쉽다. 이와 같이 전파되는 균열(F)은 세 방향(G1, G2, G3)의 진로로 전파되는 것으로 예상할 수 있다. 그러나, 솔더 범프(S)는 금속간 화합물층(501a)보다 탄성계수가 크고 취성(brittleness)이 작은 특성을 가지므로, 균열(F)은 부서지기 쉬운 금속간 화합물층(501a) 방향(G1)으로 진행되게 된다. 따라서, 균열(F)은 솔더 범프(S)를 경유하는 방향(G2) 또는 솔더 범프(S)의 표면을 따라 전파되는 방향(G2)으로 전파되지 못하고, 금속간 화합물층(501a)의 표면을 따라 진행하는 방향(G1)으로만 전파되게 된다. 또한, 솔더 패드(500)가 배치되지 않은 W3영역에는 금속간 화합물층(501a)이 형성되지 못하므로 G1 방향으로 전파된 균열(F)은 더 이상 진행되지 못하게 된다. 따라서, 하나의 금속간 화합물층(501a)에서 발생된 균열(F)이 이웃하는 금속간 화합물층(501b)에 전파되는 것이 효과적으로 차단될 수 있다.
솔더 패드가 분리되지 않은 경우(Ref)와 본 실시 형태의 접착강도를 DST( Die Shear Test)를 통해 비교해 본 결과, Ref의 경우 2.85㎏을 가했을 때에 솔더 범프가 완전히 분리된 반면, 본 실시형태의 경우 3.11㎏을 가했을 때에 솔더 범프가 분리되는 것을 측정되었다. 이로써, 본 실시 형태의 분리된 영역을 갖는 솔더 패드 구조가 Ref와 비교하여, 약 9%의 접착강도가 향상된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 균열차단층(200b)이 솔더 패드(500)의 분리된 영역(W1)에 더 배치된 경우에는, 일 영역의 금속간 화합물층(501a)과 이웃하는 금속간 화합물층(501a)이 더욱 확실하게 단절되므로 균열(F)이 전파되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
다음으로, 도 1의 반도체 발광소자의 제조공정에 대해 설명한다. 도 5a 내지 도 10b는 도 1의 반도체 발광소자의 제조공정을 나타내는 주요 단계별 도면들이다. 도 5a 내지 도 10b에서, 도 1 내지 도 4와 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5a는 기판(101) 상에 형성된 발광 구조물(100)의 평면도를 도시하며, 도 5b는 도 5a의 절단선 A-A'에 대응하는 단면도가 도시된다. 이하의 도 6a 내지 도 10b도 동일한 방식으로 도시된다.
먼저 기판(101) 상에 요철 구조(102)를 형성할 수 있다. 다만, 실시 형태에 따라 요철 구조(102)는 생략될 수 있다. 기판(101)은, 앞서 설명한 바와 같이, 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다.
다음으로, 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같은 공정을 이용하여, 기판(101) 상에 순차적으로 제1 도전형 반도체층(110), 활성층(120) 및 제2 도전형 반도체층(130)을 성장시켜 복수의 반도체층의 적층구조를 갖는 발광 구조물(100)을 형성한다. 여기서, 제1 도전형 반도체층(110)과 제2 도전형 반도체층(130)은 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층일 수 있다. 발광 구조물(100)에서 제1 도전형 반도체층(110)과 제2 도전형 반도체층(130)의 위치는 서로 바뀔 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(130)이 기판(101) 상에 먼저 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(110)의 적어도 일부가 노출되도록 제2 도전형 반도체층(130), 활성층(120) 및 제1 도전형 반도체층(110)의 일부를 식각할 수 있다. 이에 의해 식각 영역(E)과 상기 식각 영역(E)에 의해 부분적으로 구획된 복수의 메사 영역(M)을 형성할 수 있다.
식각 공정은 제1 도전형 반도체층(110)이 노출되는 영역을 제외한 영역에 마스크층을 형성한 후, 습식 또는 건식을 통해 메사 영역(M)을 형성할 수 있다. 실시 형태에 따라, 제1 도전형 반도체층(110)은 식각되지 않고 상면만 일부 노출되도록 식각 공정이 수행될 수도 있다.
식각 공정에 의해 식각 영역(E)으로 노출되는 메사 영역(M)의 측면에는 제1 절연층(200a)이 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층(200a)은 상기 메사 영역(M)의 상면 가장자리와 상기 식각 영역(E)의 바닥면을 일부 포함하여 상기 메사 영역(M)의 측면을 덮는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 식각 영역(E)으로 노출되는 상기 활성층(120)은 상기 절연층(200a)에 의해 외부로 노출되지 않도록 커버될 있다. 다만, 이러한 절연층(200a)은 선택적으로 형성되는 것으로 실시 형태에 따라서 생략될 수도 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 식각 영역(E)과 상기 메사 영역(M) 상에 각각 제1 전극(140)과 제2 전극(150)이 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(140)은 상기 식각 영역(E)을 따라서 연장되며, 상기 식각 영역(E)의 바닥면을 정의하는 제1 도전형 반도체층(110)과 접속할 수 있다. 그리고, 상기 제2 전극(150)은 상기 제2 도전형 반도체층(130)과 접속할 수 있다.
상기 제1 전극(140)은 복수의 패드부(141) 및 상기 패드부(141)로부터 연장되는 복수의 핑거부(142)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제2 전극(150)은 반사 메탈층(151)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 반사 메탈층(151)을 덮는 피복 메탈층(152)을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 형성하면 발광다이오드 칩(10)이 준비된다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제2 절연층(200)이 상기 발광다이오드 칩(10)의 표면을 덮는 구조로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 절연층(200)은 에폭시계 절연 수지로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 절연층(200)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 이루어질 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 복수의 개구부(210)를 통해 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(110, 130) 상에서 상기 제1 전극(140)과 제2 전극(150)을 부분적으로 노출시킬 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 배리어 메탈층(300)이 상기 제2 절연층(200) 상에 형성될 수 있다. 그리고, 개구부(210)를 통해 상기 노출된 상기 제1 및 제2 전극(140, 150)과 연결되어 상기 제1 도전형 반도체층(110) 및 상기 제2 도전형 반도체층(130)과 각각 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 배리어 메탈층(300)은 상기 제1 도전형 반도체층(110) 및 제2 도전형 반도체층(130) 사이의 전기적 절연을 위해 적어도 한 쌍으로 구비될 수 있다. 즉, 제1 메탈층(310)은 상기 제1 전극(140)을 통해 상기 제1 도전형 반도체층(110)과 전기적으로 접속하고, 제2 메탈층(320)은 상기 제2 전극(150)을 통해 상기 제2 도전형 반도체층(130)과 전기적으로 접속하며, 상기 제1 및 제2 메탈층(310, 320)은 서로 분리되어 전기적으로 절연될 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 패시베이션층(400)이 상기 배리어 메탈층(300) 상에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 패시베이션층(400)은 본딩 영역(410)을 통해 상기 배리어 메탈층(300)을 부분적으로 노출시킬 수 있다.
상기 본딩 영역(410)은 상기 제1 메탈층(310) 및 제2 메탈층(320)을 각각 부분적으로 노출시킬 수 있도록 복수개로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 본딩 영역(410) 중 일부는 상기 제2 절연층(200)의 복수의 개구부(210) 중 일부와 서로 중첩되지 않는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 10a에서 도시하는 바와 같이, 상기 복수의 본딩 영역(410) 중 상기 제2 메탈층(320)을 부분적으로 노출시키는 본딩 영역(410)은 상기 복수의 개구부(210) 중 상기 제2 전극(150)을 부분적으로 노출시키는 개구부(210)와 서로 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 수직 방향으로 상기 개구부(210)의 상부에는 상기 본딩 영역(410)이 위치하지 않는다.
상기 패시베이션층(400)은 상기 제2 절연층(200)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 본딩 영역(410)을 통해 부분적으로 노출되는 상기 제1 및 제2 메탈층(310, 320) 상에 각각 제1 솔더 패드(510) 및 제2 솔더 패드(520)를 포함하는 솔더 패드(500)가 형성될 수 있다. 상기 제1 솔더 패드(510) 및 제2 솔더 패드(520)는, 예를 들어, UBM(Under Bump Metallurgy) 층일 수 있다. 상기 제1 솔더 패드(510)과 제2 솔더 패드(520)의 개수와 배치 구조는 도면에 한정하지 않고 앞서 설명한 바와 같이, 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 도 10a에서와 같이, 상기 패시베이션층(400)은 상기 본딩 영역(410)과 마찬가지로 상기 제1 및 제2 메탈층(310, 320)을 각각 부분적으로 노출시키는 오픈 영역(430)을 더 구비할 수 있다. 이러한 오픈 영역(430)은 제조된 반도체 발광소자가 제품으로 출하되기 전에 동작 여부를 확인할 수 있도록 하기 위한 것으로 프로브 핀(미도시)을 상기 오픈 영역(430)으로 노출된 제1 및 제2 메탈층(310, 320)과 접속시켜 구동 전원을 공급함으로써 반도체 발광소자의 동작을 확인할 수 있다.
이때, 본딩 영역(410) 중 후속공정에서 솔더 패드(500)가 배치되지 않는 영역, 즉 이격된 영역이 될 영역에는 균열차단층(200b)이 더 형성될 수 있다. 상기 균열차단층(200b)은 상기 패시베이션층(400)과 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 패시베이션층(400)과 동시에 형성할 수도 있다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 반도체 발광소자 패키지에 적용한 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11a를 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(1000)는 광원인 반도체 발광소자(1001), 패키지 본체(1002), 한 쌍의 리드 프레임(1010) 및 봉지부(1005)를 포함할 수 있다. 여기서 반도체 발광소자(1001)는 상기 도 1의 반도체 발광소자(1)일 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 반도체 발광소자(1001)는 상기 리드 프레임(1010)에 실장되고, 도전성 접착 물질을 통해 상기 리드 프레임(1010)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도전성 접착 물질로는, 예를 들어, Sn을 포함하는 솔더 범프(S)가 사용될 수 있다.
한 쌍의 리드 프레임(1010)은 제1 리드 프레임(1012)과 제2 리드 프레임(1014)을 포함할 수 있다. 상기 도 1을 참조하면, 반도체 발광소자(1001)의 제1 솔더 패드(510) 및 제2 솔더 패드(520)는 상기 한 쌍의 리드 프레임(1010)과의 사이에 개재되는 솔더 범프(S)를 통해 상기 제1 리드 프레임(1012) 및 제2 리드 프레임(1014)과 각각 연결될 수 있다.
패키지 본체(1002)에는 빛의 반사 효율 및 광 추출 효율이 향상되도록 반사컵을 구비할 수 있으며, 이러한 반사컵에는 반도체 발광소자(1001)를 봉지하도록 투광성 물질로 이루어진 봉지부(1005)가 형성될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(2000)는 반도체 발광소자(2001), 실장 기판(2010) 및 봉지부(2005)를 포함할 수 있다. 여기서 반도체 발광소자(2001)는 상기 도 1의 반도체 발광소자(1)일 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.
반도체 발광소자(2001)는 실장 기판(2010)에 실장되어 제1 및 제2 회로 패턴(2012, 2014)과 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 봉지부(2005)에 의해 봉지될 수 있다. 이를 통해 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 타입의 패키지 구조를 구현할 수 있다.
실장 기판(2010)은 PCB, MCPCB, MPCB, FPCB 등의 기판으로 제공될 수 있으며, 실장 기판(2010)의 구조는 다양한 형태로 응용될 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자를 백라이트 유닛에 적용한 예를 나타내는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 백라이트 유닛(3000)은 기판(3002) 상에 광원(3001)이 실장되며, 그 상부에 배치된 하나 이상의 광학 시트(3003)를 구비한다. 광원(3001)은 도 11a 및 도 11b를 참조하여 상술한 구조 또는 이와 유사한 구조를 갖는 반도체 발광소자 패키지를 이용할 수 있으며, 또한, 반도체 발광소자를 직접 기판(3002)에 실장(소위 COB 타입)하여 이용할 수도 있다.
도 12의 백라이트 유닛(3000)에서 광원(3001)은 액정표시장치가 배치된 상부를 향하여 빛을 방사하는 것과 달리, 도 13에 도시된 다른 예의 백라이트 유닛(4000)은 기판(4002) 위에 실장된 광원(4001)이 측 방향으로 빛을 방사하며, 이렇게 방시된 빛은 도광판(4003)에 입사되어 면광원의 형태로 전환될 수 있다. 도광판(4003)을 거친 빛은 상부로 방출되며, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도광판(4003)의 하면에는 반사층(4004)이 배치될 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 반도체 발광소자를 조명 장치에 적용한 예를 나타내는 분해사시도이다.
도 14를 참조하면, 조명장치(5000)는 벌브형 램프이며, 발광모듈(5003)과 구동부(5008)와 외부접속부(5010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(5006, 5009)과 커버부(5007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다.
발광모듈(5003)은 도 1의 반도체 발광소자(1)와 동일하거나 유사한 구조를 가지는 반도체 발광소자(5001)와 그 반도체 발광소자(5001)가 탑재된 회로기판(5002)을 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 한 개의 반도체 발광소자(5001)가 회로기판(5002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 또한, 반도체 발광소자(5001)가 직접 회로기판(5002)에 실장되지 않고, 패키지 형태로 제조된 후에 실장될 수도 있다.
외부 하우징(5006)은 열방출부로 작용할 수 있으며, 발광모듈(5003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(5004) 및 외부 하우징(5006)의 측면을 둘러싸는 방열핀(5005)을 포함할 수 있다. 커버부(5007)는 발광모듈(5003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 가질 수 있다. 구동부(5008)는 내부 하우징(5009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(5010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(5008)는 발광모듈(5003)의 반도체 발광소자(5001)를 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(5008)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 조명장치(5000)는 통신 모듈을 더 포함 할 수도 있다.
도 15를 참조하면, 조명장치(6000)는 일 예로서 바(bar)-타입 램프이며, 발광모듈(6010), 몸체부(6020), 커버부(6030) 및 단자부(6040)를 포함할 수 있다.
발광모듈(6010)은 기판(6012)과, 기판(6012) 상에 장착되는 복수의 반도체 발광소자(6011)을 포함할 수 있다. 반도체 발광소자(6011)는 도 1의 반도체 발광소자(1) 또는 도 11a 및 도 11b의 반도체 발광소자 패키지(1000, 2000)가 채용될 수 있다.
몸체부(6020)는 리세스(6021)에 의해 발광모듈(6010)을 일면에 장착하여 고정시킬 수 있으며, 발광모듈(6010)에서 발생되는 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 따라서, 몸체부(6020)는 지지 구조물의 일종으로 히트 싱크를 포함할 수 있으며, 양 측면에는 방열을 위한 복수의 방열 핀(6022)이 돌출되어 형성될 수 있다.
커버부(6030)는 몸체부(6020)의 걸림 홈(6023)에 체결되며, 광이 외부로 전체적으로 균일하게 조사될 수 있도록 반원 형태의 곡면을 가질 수 있다. 커버부(6030)의 바닥면에는 몸체부(6020)의 걸림 홈(6023)에 맞물리는 돌기(6031)가 길이 방향을 따라서 형성될 수 있다.
단자부(6040)는 몸체부(6020)의 길이 방향의 양 끝단부 중 개방된 적어도 일측에 구비되어 발광모듈(6010)에 전원을 공급할 수 있으며, 외부로 돌출된 전극 핀(6041)을 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 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: 반도체 발광소자
10: 발광다이오드 칩
100: 발광구조물
200a: 제1 절연층
200: 제2 절연층
300: 베리어 메탈층
400: 패시베이션층
500: 솔더 패드
S: 솔더 범프

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 전극이 배치된 제1 면과 상기 제1 면의 반대에 위치한 제2 면을 갖는 발광다이오드 칩;
    상기 제1 및 제2 전극의 본딩 영역들이 노출되도록 상기 발광다이오드 칩의 표면에 배치된 패시베이션층;
    상기 본딩 영역들에 각각 배치되며 각각 분리된 복수의 영역을 갖는 복수의 솔더 패드; 및
    상기 본딩 영역들에 각각 배치되며, 각각 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역을 덮는 복수의 솔더 범프를 포함하며,
    상기 분리된 복수의 영역은 소정 간격으로 이격된 영역에 의해 분리되고, 상기 이격된 영역에는 균열차단층이 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이격된 영역은 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역 중 하나를 둘러싸도록 형성된 띠 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 균열차단층은 상기 패시베이션층과 동일한 조성의 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 솔더 패드와 상기 솔더 범프가 접하는 면에는 금속간 화합물층(inter-metallic compound layer)이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속간 화합물층은 상기 솔더 패드의 상기 분리된 복수의 영역에 대응하여 분리된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속간 화합물층은 Sn-Ni 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  9. 제1 및 제2 리드 프레임을 가지는 패키지 본체; 및
    상기 패키지 본체의 제1 및 제2 리드 프레임 사이에 개재되는 솔더 범프를 통해 상기 리드 프레임과 접속하는 반도체 발광소자를 포함하며,
    상기 반도체 발광소자는,
    제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층을 구비하는 발광 구조물;
    제1 및 제2 도전형 반도체층과 각각 전기적으로 접속되며 본딩 영역을 갖는 솔더 패드를 포함하고,
    상기 솔더 패드는 둘레로부터 만입된 영역을 가지며,
    상기 솔더 범프는 상기 솔더 패드를 덮도록 상기 본딩 영역에 배치되고,
    상기 만입된 영역에는 균열차단층이 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.


  10. 삭제
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