KR102362004B1 - 반도체 소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 반도체 소자 패키지는 제1도전형반도체층, 제2도전형반도체 층 및 상기 제1도전형반도체층과 상기 제2도전형반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물 및 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제1패드 및 제2패드를 포함하는 반도체소자; 상기 반도체소자의 측면에 배치되며 상기 제1패드 및 상기 제2패드의 상면에 대하여 경사면을 갖는 반사부재; 상기 반사부재의 경사면과 상기 반도체소자의 측면 사이에 배치되는 투광부재; 상기 반도체소자의 상면에 배치되며, 파장 변환물질을 포함하는 제1파장변환층; 상기 투광 부재 상에 배치되며, 파장 변환물질을 포함하는 제2파장변환층;을 포함하고,
상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층은 서로 다른 파장변환물질 함량을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자 패키지를 통해 광속 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층은 서로 다른 파장변환물질 함량을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자 패키지를 통해 광속 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자 패키지에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode}는 PN 접합 다이오드의 특성을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자로서, 적은 소비전력으로 비교적 높은 광량을 얻을 수 있어 LCD의 백라이트 유닛, 조명등 등 다양한 분야에서 응용되고 있다.
반도체 소자 패키지는 기구적 안정성, 열에 대한 신뢰성, 광학 특성에 대한 제어, 전기적 접속을 위한 수단을 제공하는 것으로서, 과거의 QFP(Quad Flat Package), BGA(Ball Grid Array)로부터 칩스케일패키지(CSP, Chip Scale Package)의 형태로 발전해오고 있다.
칩스케일패키지는 LED 칩 위에 바로 형광체를 도포하거나 형광체 필름을 사용하기 때문에 크기가 작아져 초소형 제품을 만드는 데 용이하고, 별도의 패키지 공정이 필요하지 않아 원가도 낮출 수 있다.
그러나, 도광판 등에 입사되는 광량을 증가시키기 위해 지향각을 조절할 필요가 있고, 패키지의 일부 면을 차폐하는 경우 광속 효율이 감소하는 문제가 있다.
본 발명은 광속을 향상시킬 수 있는 고효율 반도체 소자 패키지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 반도체 소자 패키지는 제1도전형반도체층, 제2도전형반도체층 및 상기 제1도전형반도체층과 상기 제2도전형반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물, 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제1패드와 제2패드 및 기판을 포함하는 반도체소자; 상기 반도체소자의 측면에 배치되며 상기 제1패드 및 상기 제2패드의 상면에 대하여 경사면을 갖는 반사부재; 상기 반사부재의 경사면과 상기 반도체소자의 측면 사이에 배치되는 투광부재; 상기 반도체소자의 상면에 배치되며, 파장 변환물질을 포함하는 제1파장변환층; 상기 투광 부재 상에 배치되며, 파장 변환물질을 포함하는 제2파장변환층;을 포함하고,
상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층은 서로 다른 파장변환물질 함량을 가질 수 있다.
상기 제1파장변환층에 포함된 파장 변환 물질은 형광체이고, 고분자 수지 전체 중량 대비 50% 내지 200%의 형광체 함량을 가질 수 있다.
상기 제1파장변환층은 상기 반도체소자의 두께의 10% 내지 50%의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제2파장변환층에 포함된 파장 변환 물질은 형광체이고, 고분자수지 전체 중량 대비 150% 내지 200%의 형광체 함량을 가질 수 있다.
상기 제2파장변환층의 고분자수지와 형광체 배합비는 상기 제1파장변환층의 고분자수지와 형광체 배합비의 30% 내지 40%일 수 있다.
상기 제1파장변환층 상면의 일부 영역에 배치되는 상기 제2파장변환층은 상기 제1파장변환층 상면에서 제1파장변환층 너비의 50%미만의 범위에서 수직 중첩될 수 있다.
상기 파장변환물질은 형광체이고, 상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층을 제1파장변환층만 있는 a영역, 제1파장변환층과 제2파장변환층의 일부가 수직 중첩된 b영역 및 제2파장변환층만 있는 c영역으로 구분할 때, 3개의 각 영역이 서로 다른 형광체 함량비(b영역은 평균 함량비)를 가질 수 있다.,
상기 각 영역의 고분자수지 대비 형광체 함량비(b영역은 평균 함량비)는 c영역 > b영역 > a영역 또는 c영역 > a영역 > b영역의 상대적 함량비를 가질 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 소자 패키지 및 제조방법을 통해 광학적 특성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 광속 효율 향상을 통해 수율을 높일 수 있다.
또한, 경사면 각도를 조절하여 광속 및 지향각을 조절할 수 있다.
도 1은 일반적인 반도체 소자 단면도이다.
도 2는 종래의 반도체 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 3은 투광부재를 포함한 종래의 반도체 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지 제조과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 반도체 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 3은 투광부재를 포함한 종래의 반도체 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지 제조과정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(On)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 반도체 소자 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 소자(100)는 제1도전형반도체층(110),활성층(115) 및 제2도전형반도체층(120)을 포함하는 발광구조물(125)과 한 쌍의 패드(81,81) 및 기판(105)을 포함할 수 있다.
기판(105)은 절연성 또는 도전성 기판일 수 있으며, 사파이어, , SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 기판(105)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이거나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 필요에 따라 기판(105)은 제거될 수 있다.
기판(105) 상에는 제1도전형반도체층(110)이 배치될 수 있다.
제1도전형반도체층(110)에는 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(110)이 n형 반도체인 경우 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn 및 Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1도전형반도체층(110)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체, 예를 들어 InX1Aly1Ga1-x1-y1N(
)의 조성식을 갖는 반도체를 포함하며 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1도전형반도체층(110)과 기판(105)사이에는 버퍼층이 형성될 수 있다. 버퍼층은 기판 상에 구비된 발광구조물(125)과 기판(105)의 격자부정합을 완화할 수 있다. 버퍼층은 3족과 5족 원소가 결합된 형태 또는 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN,InAlGaN, AlInN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층에는 도펀트가 도핑될 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다. 버퍼층은 기판(105)상에 단결정으로 성장할 수 있으며, 단결정으로 성장한 버퍼층은 제1도전형 반도체 층의 결정성을 향상시킬 수 있다.
활성층(115)은 제1도전형반도체층(110) 상에 배치된다. 활성층(115)은 단일양자우물, 다중양자우물, 양자 선 구조 또는 양자 점 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
활성층(115)은 제1도전형반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형반도체층(120)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나, 활성층(115)의 형성물질에 따른 에너지 밴드의 밴드갭 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
제2도전형반도체층(120)은 활성층(115) 상에 배치된다.
제2도전형반도체층(120)은 제2도펀트가 도핑될 수 있다.
제2도전형반도체층(120)이 p형 반도체인 경우 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Ng, Wn, Ca, Sr 및 Ba 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2도전형 반도체층(120)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체, 예를 들어 Inx5A1yGa-x5-y2N(
)의 조성식을 갖는 반도체를 포함하며 A1InN, A1GaAs, GaP, GaAs, GaAsP, A1GaInP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1도전형 반도체층(110)이 n형 반도체층이고, 제2도전형 반도체층(120)이 p형 반도체층인 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1도전형 반도체층(110)이 p형 반도체층이고, 제2도전형 반도체층(120)이 n형 반도체층일 수 있다.
도시되지 않았으나, 활성층(115)과 제2도전형 반도체층(120)사이에는 전자차단층 (EBL,Electron Blocking Layer)이 형성될 수 있다. 전자차단층(EBL)은 제1도전형 반도체층(110)에서 공급된 전자(또는 정공)가 제2도전형 반도체층(120)으로 빠져나가는 흐름을 차단하여 활성층(115)내에서 전자와 정공이 재결합할 확률을 높여 발광 효율을 개선할 수 있다. 전자차단층의 에너지 밴드갭은 활성층(115) 또는 제2도전형 반도체층(120)의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
전자차단층(EBL)은 Inx1A1y1Ga1-x1-y1N (
)의 조성식을 갖는 반도체 물질, A1GaN, InGaN, InA1GaN 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전자차단층(EBL)은 초격자(superlattice) 구조로 이루어질 수 있는데, 초격자는 제2도전형 도펀트로 도핑된 A1GaN이 배치될 수 있고, 알루미늄의 조성비를 달리하는 GaN이 층(layer)을 이루어 복수개가 서로 교대로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전극층(121)은 제2도전형 반도체층(120)의 일면에 배치될 수 있다. 전극층(121)은 제1,2전극의 전원을 상기 발광구조물(125)에 안정적으로 공급하는 전극으로 기능한다.
제2전극층(121)은 반도체와 전기적인 접촉이 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indiun zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide),IZON(IZO Nitride),AGZO(Al-Ga-ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 상기 반도체 소자의 광학적 특성을 향상시키기 위해서는 이에 한정되지 않고, In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu 및 WTi 중에서 선정된 금속층을 포함하여 구성될 수 있다.
제2도전형 반도체층(120) 및 활성층(115)을 관통하여, 상기 제1도전형 반도체층(110)의 일부 영역까지 배치되는 리세스를 포함하고, 제1전극(81)은 제1도전형 반도체층(110)과 리세스를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 제2전극(82)은 제2도전형 반도체층(120)과 절연층(130)을 관통하여 전기적으로 연결될 수 있다.
절연층(130)은 전극층(121) 상에 배치될 수 있다. 절연층(130)은 발광구조물(125)을 전기적으로 보호한다. 절연층(130)은 발광구조물(125)의 측면 및 리세스 상에 형성될 수 있다.
절연층(130)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn 및 Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물 및 황화물 중 적어도 하나를 포함하는 절연물질 또는 절연성 수지일 수 있다. 절연층(130)은 SiO2, Si3N4, Al2O3 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연층(130)은 발광구조물 상에 플립 본딩을 위한 금속 구조물을 형성하는 경우, 발광 구조물의 층간 쇼트를 방지하기 위하여 형성될 수 있다.
상기 절연층(130)은 서로 다른 굴절률을 가지고 교대로 배치되는 제1절연층과 제2절연층을 포함할 수 있다.
도 2는 종래의 반도체 소자 패키지의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 반도체 소자 패키지는 반도체소자(100), 파장변환층(40) 및 반사부재(30)를 포함한다.
반도체소자(100)는 발광소자, 수광소자 등 각종 전자소자를 포함할 수 있으며, 상기 발광소자는 UV 발광소자 또는 청색 발광소자일 수 있다. 발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정되고, 자외선 대역부터 가시광선 대역의 파장 범위 내에서 발광할 수 있다. 상기 반도체소자(100)는 플립칩(flip chip)일 수 있다.
상기 파장변환층(40)은 상기 반도체소자(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 파장변환층(40)은 반도체소자(100)에서 상기 파장변환층(40)으로 입사된 광이 외부로 방출될 경우 상기 파장변환층(40)에서 외부로 방출되는 광의 파장을 변환하는 기능을 가질 수 있다.
상기 파장변환층(40)은 파장변환물질이 함유된 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 고분자 수지는 투과성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지 및 아크릴 수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 사용자의 선택에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
상기 파장변환물질은 형광체 일 수 있다. 상기 파장변환물질은 황화물계, 산화물계, 또는 질화물계 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 사용자가 원하는 색을 구현하기 위해 다양하게 선택될 수 있다.
예시로, 반도체소자(100)가 자외선 파장대의 광을 방출하는 경우 형광체는 녹색 형광체, 청색 형광체 및 적색 형광체가 선정될 수 있다. 반도체 소자(100)가 청색 파장 대의 광을 방출하는 경우 형광체는 황색형광체 또는 적색형광체 및 녹색형광체의 조합 또는 황색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체의 조합이 선정될 수 있다.
반사부재(30)는 반도체소자(100)의 측면광을 반사한다. 반사된 광은 다시 반도체소자(100)로 유입되거나 반도체 소자(100)의 일면으로 출사될 수 있다.
상기 반사부재(30)는 에폭시 수지, 폴리에미드 수지, 요소 수지 및 아크릴 수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정하지 않고, 사용자의 선택에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
상기 반사부재(30)는 반사입자를 포함할 수 있다. 상기 반사입자는 TiO2 또는 SiO2일 수 있다.
도 3은 투광부재를 포함하고 있는 종래의 반도체 소자 패키지의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 투광부재를 포함하고 있는 종래의 발광소자 패키지는 반도체 소자(100), 파장변환층(40), 투광부재(20) 및 반사부재(30)를 포함한다.
투광부재(20)를 포함하고 있는 종래의 반도체 소자 패키지의 반도체 소자(100), 파장변환층(40) 및 반사부재(30)는 도2에 나타낸 종래의 반도체 소자 패키지와 동일한 것으로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
투광부재(20)는 상기 반도체소자(100)의 굴절률과 다른 굴절률을 가질 수 있다. 상기 투광부재(20)는 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리이미드수지, 요소 수지 및 아크릴수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정하지 않고, 사용자의 선택에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
투광부재(20)는 상기 반도체소자(100)의 굴절률과 다른 굴절률을 가질 수 있으며, 상기 반도체소자(100)에서 방출되는 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 반도체소자(100)와 상기 투광부재(20) 사이의 계면에서 발생하는 광의 굴절로 인해 상기 반도체 소자(100)에서 상기 투광부재(20)로 입사되는 광이 상기 투광부재(20) 내에서 확산되어, 상기 반도체 소자 패키지의 광 출력면적에서 광 세기의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 반도체 소자 패키지의 평면도이고, 도5는 도 4의 A-A'방향 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지는 반도체소자(100), 반도체소자(100) 측면에 배치되며 경사면(70)을 갖는 반사부재(30), 상기 반사부재(30)의 경사면(70)과 상기 반도체 소자(100) 측면 사이에 배치되고, 상부에 제1파장변환층을 갖는 투광부재(20) 및 상기 반도체 소자(100)의 상면 전체 및/또는 제1파장변환층(60) 상면 일부에 배치되는 제2파장변환층(40)을 포함한다.
본 발명에 의한 반도체 소자 패키지의 반도체소자(100), 반사부재(30) 및 투광부재(20)는 도3에 도시된 종래의 반도체 소자 패키지와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 반사부재(30)는 반사입자 TiO2를 포함하고 있는 화이트 실리콘 수지로 이루어질 수 있다.
상기 반사부재(30)는 투광부재(20)가 배치된 반도체소자(100)의 둘레에 배치될 수 있고, 투광부재(20)의 측면과 마주보는 경사면(70)을 갖는다.
본 발명의 투광부재(20)는 반도체 소자(100)의 측면인 4면에 배치될 수 있다. 반도체 소자(100)의 기판이 제거된 경우, 투광부재(20)는 발광구조물(125)의 측면에 배치될 수 있다. 투광부재(20)의 높이는 반도체 소자(100)의 높이와 같을 수 있다.
제1파장변환층(60)은 상기 투광부재(20) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1파장변환층(60)은 상기 반도체소자(100)에서 투광부재(20)로 입사된 광이 외부로 방출된 경우 상기 투광부재(20)에서 외부로 방출되는 광의 파장을 변환하는 기능을 가질 수 있다.
상기 제1파장변환층(60)은 파장변환물질이 함유된 고분자수지로 이루어질 수 있다. 고분자수지는 투과성 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리이미드수지, 요소수지 및 아크릴수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 사용자의 선택에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
또한, 상기 제1파장변환층(60)이 파장변환물질은 상기 제1파장변환층(60)의 일측에 침전되어 배치될 수 있고, 상기 제1파장변환층(60)의 전체 영역에 분포되어 배치될 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않고, 사용자의 선택에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
상기 파장변환물질은 형광체일 수 있다. 상기 파장변환물질은 황화물계, 산화물계 또는 질화물계 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 사용자가 원하는 색을 구현하기 위해 다양하게 선택될 수 있다.
예시로, 반도체소자(100)가 자외선 파장대의 광을 방출하는 경우 형광체는 녹색 형광체, 청색 형광체 및 적색 형광체가 선정될 수 있고, 반도체 소자(100)가 청색 파장 대의 광을 방출하는 경우 형광체는 황색형광체 또는 적색형광체 및 녹색형광체의 조합 또는 황색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체의 조합이 선정될 수 있다.
상기 제1파장변환층(60)의 구성은 블루광을 방출하는 반도체 소자(100)의 광의 파장을 화이트 광으로 변환하기 위한 실시 예의 구성으로, 이에 한정하지 않고 제1파장변환층(60)의 구성은 사용자의 선택에 따라 자유롭게 구성될 수 있다.
제1파장변환층(60) 두께는 반도체소자(100) 두께의 10% 내지 50%일 수 있다. 제1파장변환층(60) 두께가 반도체소자(100) 두께의 10% 이하인 경우, 광속향상의 효과에서 큰 차이가 없고, 파장변환물질을 침전시키는 데 많은 시간을 소요하게 되므로 공정시간 측면에서 바람직하지 않다.
제1파장변환층(60) 두께가 반도체소자(100) 두께의 50% 이상인 경우, 파장변환물질이 충분히 침전되지 않아 광속향상의 효과를 기대하기 어렵다.
제2파장변환층(40)은 상기 반도체소자(100) 상면 전체 및/또는 상기 제1파장변환층(60) 상면의 일부 영역에 배치되는 상기 제2파장변환층(40)은 상기 제1파장변환층(60) 상면에서 제1파장변환층 너비의 50% 이하의 범위에서 수직 중첩될 수 있다. 상기 제1파장변환층(60)에 대한 제2파장변환층(40)의 수직 중첩 영역이 제1파장변환층(60) 너비의 50%를 초과하게 되면, 측면광의 파장이 제1파장변환층(60) 및 제2파장변환층(40)을 통과하면서 2번의 파장 변환을 겪게 되는 영역의 범위가 지나치게 넓어지게 되어 광속 효율의 측면에서 불리하므로, 수직 중첩 영역의 범위는 제1파장변환층 너비의 50% 이하로 하는 것이 효율적이다.
상기 제2파장변환층(40)은 파장변환물질이 함유된 고분자수지로 이루어질 수 있다. 고분자수지는 투과성 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리이미드수지, 요소수지 및 아크릴수지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 사용자의 선택에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.
상기 파장변환물질은 형광체일 수 있다. 상기 파장변환물질은 황화물계, 산화물계 또는 질화물계 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 사용자가 원하는 색을 구현하기 위해 다양하게 선택될 수 있다.
예시로, 반도체소자(100)가 자외선 파장대의 광을 방출하는 경우 형광체는 녹색 형광체, 청색 형광체 및 적색 형광체가 선정될 수 있고, 반도체 소자(100)가 청색 파장 대의 광을 방출하는 경우 형광체는 황색형광체 또는 적색형광체 및 녹색형광체의 조합 또는 황색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체의 조합이 선정될 수 있다.
상기 제2파장변환층(40)의 구성은 블루광을 방출하는 반도체 소자(100)의 광의 파장을 화이트 광으로 변환하기 위한 실시 예의 구성으로, 이에 한정되지 않고 제2파장변환층(40)의 구성은 사용자의 선택에 따라 자유롭게 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 종래의 반도체 패키지 구조에 비하여 본 발명은 상기 제1파장변환층(60)을 통해 광속효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1파장변환층(60)의 파장변환물질은 상기 제1파장변환층(60)의 고분자수지 전체 중량 대비 50% 이상 내지 200% 이하의 함량을 가질 수 있다.
상기 제2파장변환층(40)의 파장변환물질은 상기 제2파장변환층(40)의 고분자 수지 전체 중량 대비 150% 이상 내지 200% 이하의 함량을 가질 수 있다.
상기 제1파장변환층(60)의 파장변환물질이 상기 제1파장변환층(60)의 고분자 수지 전체 중량 대비 50% 미만의 함량을 가지는 경우 광속효율향상의 효과를 기대할 수 없고 상기 제1파장변환층(60)의 고분자 수지 전체 중량 대비 200% 이상의 함량을 가질 경우 광속효율향상 측면에서 큰 차이가 없다.
상기 제2파장변환층(40)의 파장변환물질이 상기 제2파장변환층(40)의 고분자 수지 전체 중량 대비 150% 미만의 함량을 가지는 경우 상기 파장변환층(40)으로 입사된 광이 외부로 방출될 때 광의 파장을 충분히 변환하지 못할 수 있고, 상기 제2파장변환층(40)의 고분자 수지 전체 중량 대비 200% 이상의 함량을 가지는 경우 고분자 수지 전체 중량 대비 200% 이하의 함량으로 광의 파장을 충분히 변환할 수 있기 때문에 그 이상의 함량은 의미가 없다.
반도체 소자 패키지에서 CIE 좌표는 매우 중요한 지표로서, 이 CIE 좌표의 차이는 동일한 색깔로 구동 시 사람의 눈으로는 서로 다른 색깔로 보이게 하는 결과를 야기하므로, 반도체 소자 패키지는 패키지 전체에서 동일한 CIE 좌표를 가져야 한다.
본 발명의 반도체 소자 패키지는 종래에 비해 광속 효율의 향상을 기대할 수 있지만, 상기 제1파장변환층(60)과 상기 제2파장변환층(40)의 파장변환물질 함량비를 동일하게 한다면, 반도체 소자 측면과 상면 광량의 차이로 인해 패키지 내에서 영역 별로 CIE좌표가 달라지게 될 수 있다.
따라서, 패키지 전체에서 동일한 CIE좌표를 갖게 하기 위해서는 제1파장변환층(60)과 제2파장변환층(40)의 파장변환물질 함량비를 서로 다르게 하고, 연색 지수 등을 고려한 바람직한 조합을 찾아야 한다.
예시로, 현재 일반적으로 이용되고 있는 60 내지 90의 연색지수를 갖는 반도체소자패키지 제작을 위해 제1파장변환층(60)과 제2파장변환층(40)은 상기 파장변환물질함량의 범위 내에서 서로 다른 파장변환물질 함량비를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1파장변환층(60)을 고분자 수지 전체 중량대비 55% 이상 65%이하의 파장변환물질 함량을 갖게 하고, 상기 제2파장변환층(40)은 고분자 수지 전체 중량대비 170%이상 190% 이하의 파장변환물질 함량을 갖게 하여, 연색지수(CRI)가 60 내지 75인 반도체 소자 패키지를 얻을 수 있다.
상기 제1파장변환층(60)을 고분자 수지 전체 중량대비 150% 이상 200%이하의 파장변환물질 함량을 갖게 하고, 상기 제2파장변환층(40)은 고분자 수지 전체 중량대비 150%이상 200% 이하의 파장변환물질 함량을 갖게 하여 연색지수(CRI)가 80 내지 90인 반도체소자패키지를 얻을 수 있다.
반도체 소자 패키지 제작 시 상기 연색지수 뿐만 아니라 동일한 CIE 좌표를 고려한 바람직한 제1파장변환층(60)과 제2파장변환층(40)의 파장변환물질 함량비 조합을 선정할 수 있다.
동일한 CIE 좌표의 반도체 소자 패키지를 제작하기 위해 제1파장변환층(60)의 고분자수지와 파장변환물질 배합비는 제2파장변환층(40)의 고분자 수지와 파장변환물질 배합비의 20% 내지 40%일 수 있다. 이러한 배합비를 얻기 위해서 제2파장변환층(40)의 고분자 수지 전체 중량 대비 파장변환물질 함량은 제1파장변환층(60)의 고분자 수지 전체 중량 대비 파장변환물질 함량보다 높을 수 있다.
반사부재(30)는 반도체 소자(100)의 측면에 배치될 수 있다. 상기 반사부재(30)는 상기 반도체 소자(100)의 측면과 가장 가까운 제1측면, 상기 제1측면과 마주보는 제2측면을 포함할 수 있다. 상기 제1측면 또는 상기 제2측면은 경사면을 가질 수 있다. 투광부재(20)는 상기 제1측면과 상기 반도체 소자(100)의 측면 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제1측면의 경사면에 대응되는 경사면을 포함할 수 있다. 반사부재(30)가 포함하는 제1측면의 경사면(70)을 통해 반도체소자(100)의 측면에서 방출된 광이 상향 반사되어 광 추출 효율이 증가할 수 있다.
표 1은 경사면(70)의 경사 각도에 따라 상대 광속과 지향각을 측정한 표이다.
경사면 각도( |
상대 광속(%) | 지향각( |
|
| 제1실험예 | 15 | 112 | 135 |
| 제2실험예 | 30 | 106 | 130 |
| 제3실험예 | 45 | 100 | 128 |
| 제4실험예 | 60 | 94 | 124 |
| 제5실험예 | 75 | 88 | 120 |
표 1에서 볼 수 있듯이, 경사면(70)의 각도가 증가할수록 상대 광속은 감소하고 지향각은 협소해짐을 확인할 수 있다. 따라서, 경사면(70)의 각도를 조절함으로써 원하는 광속 및 원하는 지향각을 조절할 수 있다.
표 2는 도 2와 도 3에 나타낸 종래의 반도체 소자 패키지와 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 광속을 비교한 표이다.
| 항목 | 상대광속[%] | 비고 |
| 도 2(종래) | 100 | Ref |
| 도 3(종래) | 106.2 | Clear wall 적용 |
| 도 4(본 발명) | 107.5 | 제1파장변환층 적용 |
표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지는 종래의 반도체 소자 패키지에 비해 광속이 1.3%정도 향상되었음을 알 수 있다.
본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 통해 광속효율과 반도체 소자의 특성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1파장변환층(60)과 제2파장변환층(40)에 함유된 파장변환물질은 형광체이고, 상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층을 제1파장변환층만 있는 a영역, 제1파장변환층과 제2파장변환층의 일부가 수직 중첩된 b영역 및 제2파장변환층만 있는 c영역으로 구분할 때, 3개의 각 영역이 서로 다른 형광체 함량비(b영역은 평균 함량비)를 가질 수 있다.
상기 b영역은 제1파장변환층(60)과 제2파장변환층(40)이 중첩되어 있으므로 제2파장변환층(40)만 있는 반도체 소자 영역과 제1파장변환층(60)만 있는 투광부재의 경계에서 색좌표가 불균일해지는 것을 완화시킬 수 있다.
상기 b영역의 형광체 함량은 제1파장변환층(60)과 제2파장변환층(40)이의 서로 다른 두 고분자수지 전체 중량 대비 형광체 함량비를 평균으로 계산하여 a영역, b영역 및 c영역의 고분자수지 전체 중량 대비 형광체 함량비를 비교할 수 있다.
상기 각 영역의 고분자수지 대비 형광체 함량비(b영역은 평균 함량비)를 비교하면 c영역 > b영역 > a영역 또는 c영역 > a영역 > b영역의 상대적 함량비를 가질 수 있다. 상기 상대적 함량비를 통해 사용자가 원하는 CIE 좌표의 반도체 소자 패키지를 제작할 수 있다.
도 7(a) 내지 도 7(e)는 본 발명에 의한 반도체 소자 패키지의 제조 과정을 나타낸 도면이다.
도 7(a)와 도 7(b1)에 도시된 바와 같이 실리콘 테이프 상에 복수개의 반도체 소자(100)를 배치하고 각 반도체소자(100)의 측면에 파장 변환 물질을 함유하고 있는 수지를 주입하여 투광부재(20)를 형성할 수 있다. 투광 부재(20)의 수직단면은 삼각형 형상일 수 있으며, 실리콘 테이프 상단의 기계적, 전기적 접촉과 열 방출 기능을 하는 접착제(adhesive)가 투광부재(20)의 수직단면이 삼각형의 모양으로 형성될 수 있게 한다. 반도체소자(100)의 측면에 투광부재(20)의 수직단면이 삼각형 형태로 고정되면서 경사면(70)을 가질 수 있다.
도 7(b2)에 도시된 바와 같이, 투광부재(20)의 파장 변환 물질을 침전시켜 제1파장변환층(60)을 형성할 수 있다.
침전된 파장 변환 물질은 형광체로서, 황화물계, 산화물계 또는 질화물계 화합물 중 하나 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
형성된 제1파장변환층(60)의 두께는 반도체소자(100) 두께의 10% 내지 50%
일 수 있다. 제1파장변환층(60) 두께는 반도체소자(100) 두께의 10% 내지 50%일 수 있다. 제1파장변환층(60) 두께가 반도체소자(100) 두께의 10% 미만인 경우, 광속향상의 효과에서 큰 차이가 없고, 파장변환물질을
침전시키는 데 많은 시간을 소요하게 되므로 공정시간 측면에서 바람직하지 않다. 제1파장변환층(60) 두께가 반도체소자(100) 두께의 50% 이상인 경우, 파장변환물질이 충분히 침전되지 않아 광속향상의 효과를 기대하기 어렵다.
도 7(c)에 도시된 바와 같이, 측면에 투광부재(20)가 형성된 반도체 소자(100)를 뒤집어서 실리콘 테이프를 떼어낸 후 기판 위에 반도체소자(100)를 부착하여 기구적, 전기적으로 연결할 수 있다. 도 7(d)에 도시된 바와 같이, 파장변환물질을 포함한 제2파장변환층(40)을 반도체소자(100)의 상면에 글루(Glue)로 부착한다. 상기 파장변환물질은 형광체일 수 있다.
상기 파장변환물질은 황화물계, 산화물계 또는 질화물계 화합물 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 사용자가 원하는 색을 구현하기 위해 다양하게 선택될 수 있다.
예시로, 반도체소자(100)가 자외선 파장대의 광을 방출하는 경우 형광체는 녹색 형광체, 청색 형광체 및 적색 형광체가 선정될 수 있고, 반도체 소자(100)가 청색 파장 대의 광을 방출하는 경우 형광체는 황색형광체 또는 적색형광체 및 녹색형광체의 조합 또는 황색형광체, 적색형광체 및 녹색형광체의 조합이 선정될 수 있다.
이어서, 도 7(e)에 도시된 바와 같이, 반도체소자(100)의 하부 및 투광부재(20)과 기판 사이에 반사부재(30)를 주입하여 반도체 소자 패키지를 완성할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 패키지는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛(Backlight Unit)으로 기능할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 소자 패키지는 표시 장치, 조명 장치, 지시 장치에 적용될 수 있다.
이 때, 표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버. 반사판. 발광모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 도광판의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다.
그리고, 조명 장치는 기판과 본 발명의 반도체 소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더불어 조명 장치는 램프, 헤드 램프 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
또한, 이동 단말의 카메라 플래시는 본 발명의 반도체 소자 패키지를 포함하는 광원 모듈을 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상과 필수적 특징을 유지한 채로 다른 형태로도 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다
본 발명의 범위는 특허청구범위에 의하여 규정되어질 것이지만, 특허청구범위 기재사항으로부터 직접적으로 도출되는 구성은 물론 그와 등가인 구성으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 반도체 소자
20: 투광부재
30: 반사부재
40: 제2파장변환층
60: 제1파장변환층
70: 경사면
20: 투광부재
30: 반사부재
40: 제2파장변환층
60: 제1파장변환층
70: 경사면
Claims (9)
- 제1도전형반도체층, 제2도전형반도체 층 및 상기 제1도전형반도체층과 상기 제2도전형반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물 및 상기 발광구조물과 전기적으로 연결되는 제1패드 및 제2패드를 포함하는 반도체소자;
상기 반도체소자의 측면의 적어도 일부와 이격되고 상기 제1패드 및 상기 제2패드의 상면에 대하여 경사면을 갖는 반사부재;
상기 반사부재의 경사면과 상기 반도체소자의 측면 사이에 배치되는 투광부재;
상기 투광 부재 상에 배치되며, 파장 변환물질을 포함하는 제1파장변환층; 및
상기 반도체소자의 상에 배치되고, 파장 변환물질을 포함하는 제2파장변환층 을 포함하고,
상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층의 파장변환물질 함량비가 서로 다르고,
상기 제1 파장변환층은 상기 반사부재의 일측에서 상기 반도체소자의 일측까지 배치되고,
상기 제2파장변환층의 일부는 상기 제1파장변환층의 일부 상에 중첩 배치되는 반도체 소자 패키지 - 제1항에 있어서,
상기 제1파장변환층의 상면 면적은 상기 투광부재의 상면보다 크거나 같고,
상기 제2파장변환층의 상면 면적은 상기 반도체소자의 상면 면적보다 큰,
반도체 소자 패키지 - 제1항에 있어서,
상기 제1파장변환층은 상기 반도체소자의 두께의 10% 내지 50%의 두께로 형성되는 반도체 소자 패키지 - 제1항에 있어서,
상기 제1파장변환층에 포함된 파장변환물질은 형광체이고, 고분자수지 전체 중량 대비 50% 내지 200%의 형광체 함량을 갖고,
상기 제2파장변환층에 포함된 파장변환물질은 형광체이고, 고분자 수지 전체 중량 대비 150% 내지 200%의 형광체 함량을 갖는 반도체 소자 패키지 - 제 1항에 있어서,
상기 제2파장변환층의 고분자수지와 형광체 배합비는 상기 제1파장변환층의 고분자수지와 형광체 배합비의 30% 내지 40% 인 반도체 소자 패키지 - 제1항에 있어서,
제1파장변환층과 중첩되는 상기 제2파장변환층의 중첩영역은 상기 제1파장변환층 너비의 50% 미만의 범위를 갖는 반도체 소자 패키지 - 제1항에 있어서,
상기 파장변환물질은 형광체이고, 상기 제1파장변환층과 상기 제2파장변환층을 제1파장변환층만 있는 a영역, 제1파장변환층과 제2파장변환층의 일부가 수직 중첩된 b영역 및 제2파장변환층만 있는 c영역으로 구분할 때, 3개의 각 영역이 서로 다른 형광체 함량비(b영역은 평균 함량비)를 갖는 반도체 소자 패키지 - 제7항에 있어서,
상기 반사부재는 상기 제1패드와 상기 제2패드가 상기 반사부재의 하면으로 노출되도록 형성된 홀을 포함하고,
상기 a영역의 면적은 상기 c영역의 면적보다 크고 상기 b영역의 면적은 상기 c영역의 면적보다 큰
반도체 소자 패키지 - 제1항에 있어서,
상기 제1파장변환층의 상면의 높이는 상기 반도체소자의 상면의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패키지
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