KR102380582B1 - 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치 - Google Patents

발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치 Download PDF

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Abstract

실시 예에 개시된 발광 소자 패키지는, 서로 이격되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임; 상기 제1 및 제2 프레임 상에 배치되며, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광소자; 상기 제1 전극과 상기 제1 프레임 사이에 배치되며 상기 제1전극과 상기 제1프레임에 전기적으로 연결된 제1본딩 패드; 상기 제2 전극과 상기 제2 프레임 사이에 배치되며, 상기 제2전극과 상기 제2프레임에 전기적으로 연결된 제2 본딩패드; 및 상기 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 각각 배치된 결합부를 포함하며, 상기 결합부는 Ag, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함하는 제1 금속과 Sn을 포함하는 제2 금속을 포함하고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 질량퍼센트는 4.5:2 내지 5.5:2의 범위를 포함할 수 있다.

Description

발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND MANUFACTURE METHOD, LIGHT SOURCE APPARATUS}
실시 예는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 관한 것이다.
발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 파장 대역의 빛을 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광원도 구현이 가능하다. 이러한 발광소자는, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한, 이와 같은 수광 소자는 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용될 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 가스(Gas)나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
발광소자(Light Emitting Device)는 예로서 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소를 이용하여 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로 제공될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 파장 구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자의 경우, 200nm~400nm의 파장대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광 다이오드로서, 상기 파장대역에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
자외선은 파장이 긴 순서대로 UV-A(315nm~400nm), UV-B(280nm~315nm), UV-C (200nm~280nm) 세 가지로 나뉠 수 있다. UV-A(315nm~400nm) 영역은 산업용 UV 경화, 인쇄 잉크 경화, 노광기, 위폐 감별, 광촉매 살균, 특수조명(수족관/농업용 등) 등의 다양한 분야에 응용되고 있고, UV-B(280nm~315nm) 영역은 의료용으로 사용되며, UV-C(200nm~280nm) 영역은 공기 정화, 정수, 살균 제품 등에 적용되고 있다.
한편, 고 출력을 제공할 수 있는 반도체 소자가 요청됨에 따라 고 전원을 인가하여 출력을 높일 수 있는 반도체 소자에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 반도체 소자 패키지에 있어, 반도체 소자의 광 추출 효율을 향상시키고, 패키지 단에서의 광도를 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 또한, 반도체 소자 패키지에 있어, 패키지의 패드부와 반도체 소자의 전극 간의 본딩 결합력을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 반도체 소자 패키지에 있어, 공정 효율 향상 및 구조 변경을 통하여 제조 단가를 줄이고 제조 수율을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 반도체 소자의 전극과 패키지의 패드부 간의 전기적 연결을 위해 본딩패드가 이용될 수 있다. 이때, 낮은 온도에서 작은 압력의 제공으로 반도체 소자와 패드부를 전기적으로 연결하고, 안정적인 본딩 결합력을 제공할 수 있는 방안의 제시가 요청되고 있다.
실시 예는 광 추출 효율 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예는 낮은 온도에서 안정적인 본딩이 수행될 수 있는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예는 반도체 소자의 제1,2전극과 대응되는 제1,2본딩 패드를 각 프레임 상에 형성한 후 리플로우 방식으로 본딩할 수 있도록 한 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지 및 반도체 소자 패키지 제조방법을 제공한다.
실시 예는 반도체 소자 또는 발광 소자를 갖는 반도체 소자 패키지 또는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.
실시 예는 반도체 소자 패키지가 기판 등에 재 본딩되는 과정에서 반도체 소자 패키지의 본딩 영역에서 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 서로 이격되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임; 상기 제1프레임과 상기 제2프레임 사이에 몸체; 상기 제1 및 제2 프레임 상에 배치되며, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광소자; 상기 제1 전극과 상기 제1 프레임 사이에 배치되며 상기 제1전극과 상기 제1프레임에 전기적으로 연결된 제1본딩 패드; 상기 제2 전극과 상기 제2 프레임 사이에 배치되며, 상기 제2전극과 상기 제2프레임에 전기적으로 연결된 제2 본딩패드; 및 상기 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 각각 배치된 결합부를 포함하며, 상기 결합부는 Ag, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함하는 제1 금속과 Sn을 포함하는 제2 금속을 포함하고, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 질량퍼센트는 4.5:2 내지 5.5:2의 범위를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부는 금속간 화합물을 이루며, 상기 금속간 화합물은 Ag-Sn계 화합물, Ag-Au-Sn계 화합물, Au-Sn계 화합물, 및 Cu-Sn4계 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2본딩패드는 최 하층에 Cu 층을 포함하며, 상기 결합부는 상기 제1,2본딩패드의 Cu 재질의 일부와 화합물로 형성될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부의 하면은 상기 몸체의 상면보다 낮게 배치되고 상기 제1 및 제2프레임 사이의 간격보다 더 넓은 하면 너비를 가질 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2프레임 상에 배치된 패키지 몸체; 상기 패키지 몸체에 상부가 개방되며 상기 발광 소자가 배치된 캐비티를 포함하며, 상기 캐비티의 바닥에는 상기 제1 및 제2프레임의 제1 및 제2본딩 영역이 노출되며, 상기 제1 및 제2프레임의 제1 및 제2본딩 영역은 상기 발광 소자의 제1 및 제2전극과와 대응되며, 상기 결합부는 상기 제1 및 제2본딩 영역과 연결될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 결합부의 하면은 상기 제1 및 제2본딩 영역의 면적보다 넓은 면적을 갖고 상기 몸체의 상면에 접촉될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 소자와 상기 몸체 사이에 수지 재질의 접착제 및 상기 발광 소자의 아래에 배치된 상기 몸체에 오목한 리세스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 소자는 상부에 기판 및 상기 기판 아래에 발광 구조물을 갖고 상기 제1,2프레임 상에 플립 칩으로 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1,2프레임은 베이스층 및 상기 베이스층 상에 접착층을 포함하며, 상기 결합부는 상기 베이스층과 접촉 또는 비 접촉될 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 의하면, 광 추출 효율 및 전기적 특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 의하면, 낮은 온도에서 작은 압력의 제공으로 안정적인 본딩이 수행될 수 있는 장점이 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 의하면, 반도체 소자를 반도체 소자 패키지에 실장하는 과정에서 솔더를 사용하지 않아 상기 솔더로 인한 문제를 줄이고 제조 공정을 줄일 수 있다.
실시 예에 따른 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 의하면, 반도체 소자 패키지가 회로 기판 등에 실장되는 과정에서 반도체 소자 패키지와 반도체 소자 사이의 본딩 영역이 리멜팅(re-melting)되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 측 단면도이다.
도 2 내지 도 8은 도 1의 발광 소자 패키지의 제조 방법으로서, 도 2는 제1,2프레임의 본딩 영역의 노출 예를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 본딩 영역에 제1,2본딩 패드가 배치된 예이며, 도 4 내지 도 8은 도 1의 발광 소자의 본딩 과정 및 몰딩부를 형성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 발광 소자 패키지에서 제1,2본딩 패드와 발광 소자의 제1,2전극의 본딩 전의 도면이다.
도 10은 도 9의 제1,2본딩 패드와 발광 소자의 제1,2전극의 본딩 후 금속간 화합물층을 갖는 결합부를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 발광 소자를 나타낸 평면도이다.
도 12는 도 11의 발광 소자 패키지의 C-C 선의 측 단면도이다.
도 13은 도 1의 발광 소자 패키지의 제1변형 예이다.
도 14는 도 1의 발광 소자 패키지의 제2변형 예이다.
도 15는 도 1의 발광 소자 패키지의 제3변형 예이다.
도 16은 도 1의 발광 소자 패키지의 제4변형 예이다.
도 17은 도 1의 발광 소자 패키지의 제5변형 예이다.
도 18은 도 1의 발광 소자 패키지를 갖는 발광 모듈 또는 광원 장치의 예이다.
이하 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 표현은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지에 대해 상세히 설명하도록 한다. 상기 반도체 소자 패키지의 반도체 소자는 자외선, 적외선 또는 가시광선의 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 이하에서는 반도체 소자의 예로서 발광소자가 적용된 경우를 기반으로 설명하며, 상기 발광소자가 적용된 패키지 또는 광원 장치에 비 발광소자 예컨대, 제너 다이오드와 같은 소자나 파장이나 열을 감시하는 센싱 소자를 포함할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 측 단면도이며, 도 2는 도 1에서 발광 소자 패키지에서 제1,2프레임의 노출 예를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 발광 소자 패키지에서 제1,2프레임 상에 제1,2본딩 패드가 배치된 예이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 몸체(115) 및 상기 몸체(115) 위에 소자(151)를 포함할 수 있다. 상기 몸체(115)는 복수의 프레임(121,131)과 결합될 수 있다. 상기 복수의 프레임(121,131) 중 적어도 하나 또는 모두는 상기 소자(151)와 연결되는 결합부(120,130)를 포함할 수 있다. 상기 소자(151)는 발광 소자나 반도체 소자 또는 다른 센싱 또는 보호 소자를 포함할 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위해 발광 소자(151)의 일 예로 설명하기로 한다.
상기 프레임(121,131)은 하나 또는 복수일 수 있으며, 전도성 재질일 수 있다. 상기 복수의 프레임(121,131)은 서로 이격된 제1 및 제2프레임(121,131)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 프레임(121,131) 중 적어도 하나 또는 2개는 상기 발광 소자(151)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)은 제1방향으로 이격되고, 상기 몸체(115)는 상기 제1방향과 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.
패키지 몸체(110)는 상기 프레임(121,131)과 상기 몸체(115) 위에 배치될 수 있다. 상기 패키지 몸체(110)는 상기 몸체(115)를 포함하거나, 별도로 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 제1 및 제2 프레임(121,131) 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 프레임(121,131)은 상기 몸체(113)를 통해 서로 절연될 수 있고, 물리적으로 서로 이격될 수 있다.
상기 몸체(115)는 수지 재질 또는 절연 재질일 수 있다. 상기 몸체(115)는 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), PCT(Poly chloro Triphenyl), LCP(Liquid Crystal Polymer), PA9T(Polyamide9T), 실리콘, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC: Epoxy molding compound), 실리콘 몰딩 컴파운드(SMC), 세라믹, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3) 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 몸체(115)는 에폭시 재질에 TiO2와 SiO2와 같은 고굴절 필러를 포함할 수 있다. 상기 몸체(115)는 반사성 수지 재질일 수 있다. 다른 예로서, 상기 몸체(115)는 투명 또는 비 투명 재질일 수 있다. 상기 몸체(115)는 세라믹 재질일 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 패키지 몸체(110)와 동일한 재질이거나 다른 재질일 수 있다. 상기 패키지 몸체(110)는 반사 재질이거나, 투명 또는 비 투명의 재질일 수 있다.
상기 제1프레임(121)과 제2프레임(131)은 몸체(115)에 의해 서로 분리될 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)이 전도성 재질이거나 전극인 경우, 전극 분리 부재로서, 절연 재질로 형성될 수 있다.
상기 몸체(115)는 캐비티(112)를 포함할 수 있다. 상기 캐비티(112)는 상기 패키지 몸체(110)의 상부가 개방될 수 있으며, 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 일부가 노출될 수 있다. 상기 캐비티(112)의 바닥에는 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 일부가 노출될 수 있으며, 예컨대 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 본딩 영역(B1,B2)은 도 2와 같이 노출되며, 상기 발광 소자(151)와 대응될 수 있다. 상기 캐비티(112)에는 상기 발광 소자(151)가 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 복수로 배치된 경우, 상기 본딩 영역(B1,B2)의 개수도 복수로 배치될 수 있다. 상기 본딩 영역(B1,B2)의 위치는 서로 같은 평면 상에 배치되거나, 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 몸체(115)는 상기 캐비티(112)의 바닥(113)에 노출될 수 있다. 상기 캐비티(112)의 측면(116)은 패키지(100)의 바닥 면에 대해 경사진 면이거나 수직한 면이거나, 경사진 면과 수직한 면을 구비할 수 있다. 상기 캐비티(112)의 탑뷰 형상은 원 형상, 타원 형상 또는 다각형 형상을 포함할 수 있다. 상기 캐비티(112)는 상부 면적 또는 너비보다 바닥 면적 또는 너비가 좁거나 작을 수 있다.
상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)은 전도성 재질일 수 있으며, 예컨데 금속 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)은 금속 예컨대, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 탄탈늄(Ta), 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층이거나 서로 다른 금속 층을 갖는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)은 베이스층으로서, 구리 층이 배치되며, 상기 구리 층의 표면에 알루미늄 층이 형성되거나 니켈 층/알루미늄 층이 적층될 수 있다.
상기 제1프레임(121)은 상기 패키지 몸체(110)의 제1측면으로 연장되는 제1연장부(123)를 포함할 수 있으며, 상기 제1연장부(123)은 단일 개 또는 복수 개로 돌출될 수 있다. 상기 패키지 몸체(110)의 제1측면의 반대측 면은 제2측면일 수 있다. 상기 제1프레임(121)은 상기 패키지 몸체(110)와 수직 방향으로 중첩되는 영역에 적어도 하나의 홀 또는/및 홈을 구비하여 상기 패키지 몸체(110)와 결합될 수 있다.
상기 제2프레임(131)은 상기 패키지 몸체(110)의 제2측면으로 연장되는 제2연장부(133)를 포함할 수 있으며, 상기 제2연장부(133)은 단일 개 또는 복수개로 돌출될 수 있다. 상기 제2프레임(131)은 상기 패키지 몸체(110)와 수직 방향으로 중첩되는 영역에 적어도 하나의 홀 또는/및 홈을 구비하여 상기 패키지 몸체(110)와 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2프레임(121,132)은 상부에 오목한 영역(122,132)를 구비하며, 상기 오목한 영역(122,132)에는 상기 패키지 몸체(110) 또는 몸체(115)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 오목한 영역(122,132)의 일부는 상기 캐비티(112)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 오목한 영역(122,132)의 깊이는 제1,2프레임(121,131)의 두께의 50% 내지 70%의 범위일 수 있으며, 이러한 범위를 벗어날 경우 지지력이나 결합력이 저하될 수 있다.
상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 두께는 220㎛ 이하로 제공될 수 있으며, 예컨대 180㎛ 내지 220㎛의 범위로 제공될 수 있다. 상기 패키지 몸체(115)의 크랙 프리(crack free)를 제공할 수 있는 사출 공정 두께가 고려된 것이다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 바닥은 상기 패키지 몸체(115)의 하면에 노출될 수 있다.
상기 제1,2프레임(121,131)은 적어도 2층 이상일 수 있으며, 도 9와 같이, 베이스층(13), 및 상기 베이스층(13) 상에 접착층(14)을 포함할 수 있다. 상기 베이스층(13)은 Cu 층일 수 있으며, 상기 접착층(14)은 Ni 또는 Ti 층일 수 있다. 상기 제1,2프레임(121,131)은 상기 접착층(14)의 표면에 Ag층이 더 배치되어, 회로 기판과의 접합이나, 표면 보호층으로 사용할 수 있다. 상기 베이스층(13)은 금속간 화합물을 이루는 결합부(120,130)와 비 접촉되거나 접촉될 수 있다.
상기 발광소자(151)는 II족과 VI족 원소의 화합물 반도체, 또는/및 III족과 V족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대 발광소자는 AlInGaN, InGaN, AlGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs와 같은 계열의 화합물 반도체를 이용하여 제조된 반도체 소자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 발광소자(151)는 청색, 녹색, 적색, 가시광선, 적외선 파장의 광을 선택적으로 발광할 수 있다. 상기 발광 소자(151)는 도 1과 같이, 기판(305), 상기 기판(305) 아래에 발광 구조물(310) 및 상기 발광 구조물(310)에 전기적으로 연결된 제1전극(P5)과 제2전극(P6)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(P5)은 하부에 제1본딩패드(373)를 포함하거나 별도의 층으로 가질 수 있다. 상기 제2전극(P6)은 하부에 제2본딩패드(371)를 포함하거나 별도의 층으로 가질 수 있다. 상기한 발광 소자(151)의 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 발광소자(151)는 상기 캐비티(112) 내에 배치되며 상기 제1 및 제2프레임(121,131) 위에 배치될 수 있다. 상기 발과 소자(151)는 도 2와 같이, 제1프레임(121)의 제1본딩 영역(B1)과 제2프레임(131)의 제2본딩 영역(B2) 위에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자(151)의 제1본딩패드(373)는 상기 제1프레임(121)의 제1본딩 영역(B1)과 대응되거나 대면할 수 있다. 상기 발광 소자(151)의 제2본딩패드(371)는 상기 제2프레임(131)의 제2본딩 영역(B2)과 대응되거나 대면할 수 있다.
상기 제1 및 제2본딩패드(373,371)는 상기 제1 및 제2전극(P5,P6)의 하부 층으로서, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩패드(373,371)는 도 9와 같이, 접착층(41), 베리어층(42) 및 본딩층(43)을 포함하며, 상기 접착층(41)은 Ni이며, 베리어층(42)은 Ti를 포함하여 단층 또는 다층일 수 있으며, 상기 본딩층(43)은 Cu를 포함할 수 있다. 상기 접착층(41)과 상기 베리어층(42)의 두께는 500nm 이하 예컨대, 100nm 내지 500nm의 범위일 수 있으며, 이러한 두께 범위에서 접착 및 베리어로 기능을 수행할 수 있다.
실시 예는 상기 발광 소자(151)의 각 전극(P5,P6)과 상기 각 프레임(121,131)의 본딩 영역(B1,B2) 사이에 결합부(120,130)가 배치될 수 있다. 상기 결합부(120,130)는 금속간 화합물일 수 있다. 상기 결합부(120,130)는 제1본딩 영역(B1) 상에 제1결합부(120)와, 상기 제2본딩 영역(B2) 상에 제2결합부(130)을 포함할 수 있다. 상기 제1결합부(120)는 상기 제1본딩 영역(B1)과 제1전극(P5) 사이에 배치되며, 상기 제2결합부(130)는 제2본딩 영역(B2)과 제2전극(P6) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1결합부(120)는 상기 제1전극(P5)의 제1본딩패드(373)와 상기 제1프레임(121)에 연결될 수 있다. 상기 제2결합부(130)는 상기 제2전극(P6)의 제2본딩패드(371)와 상기 제2프레임(131)에 연결될 수 있다.
상기 제1,2결합부(120,130)의 금속간 화합물은 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속, 화합물 또는 합금일 수 있다. 상기 제1 및 제2결합부(120,130)는 납(Pb)을 갖지 않는 재질일 수 있다. 상기 제1 및 제2결합부(120,130)는 상기 제1,2프레임(121,131)의 제1,2본딩 영역(B1,B2)의 베이스층(도 9의 13)과 화합물로 형성되거나 접촉 또는 비 접촉될 수 있다. 상기 제1 및 제2결합부(120,130)의 하면은 상기 캐비티(112)의 바닥(113)보다 낮게 배치되거나 상기 몸체(115)에 접촉될 수 있다.
상기 제1 및 제2결합부(120,130)는 적어도 두 종류의 금속을 가질 수 있으며, 제1금속은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 중 적어도 하나이며, 제2금속은 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2결합부(120,130)는 Ag-Sn계 화합물, Ag-Au-Sn계 화합물, Au-Sn계 화합물, Cu-Sn4계 화합물, Au-Cu-Sn 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2금속은 상기 본딩패드(371,373)와 상기 프레임에 제공된 금속층과도 금속간 화합물(IMC)를 형성할 수 있다. 이는 상기 제2금속이 상기 제1금속 뿐만 아니라 프레임과도 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있어야, 실시 예에 따른 발광소자와 프레임에 제공된 본딩층 간에 안정적인 본딩 결합력이 제공될 수 있기 때문이다.
상기 제1,2결합부(120,130)에서 제1금속의 양은 상기 제2금속의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2배 보다 크게 제공될 수 있다. 이는 상기 프레임(121,131) 상에서 결합부을 구성하는 물질의 층(도 4의 21,23)이 도금될 때, 도금으로 형성되는 물질이 스퍼터를 통해 형성하는 물질에 비해 다공성(porous)을 갖게 되므로, 상기의 배율로 형성될 수 있다. 상기 제2금속(예: Sn)의 양이 상기 제1 금속(예: Ag)의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 1/2배 보다 작게 제공될 수 있다. 상기 제1,2결합부(120,130)에서 제1금속과 상기 제2금속이 금속간 화합물(IMC)을 형성하는 경우, Ag의 양과 Sn의 양이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 4.5:2 내지 5.5:2의 비율로 결합이 진행될 수 있다. 또한, Ag의 원자량이 107.8682 이고, Sn의 원자량이 118.710 이므로, At% 기준으로 보면, Ag와 Sn은 예컨대, 5:2의 비율로 결합이 진행될 수 있다. 상기 결합부를 이루는 금속간 화합물의 제1 금속(예: Ag)과 제2 금속(예: Sn)의 비율이 4.5:2 내지 5.5:2를 벗어난 경우, 상기 반도체 소자와 상기 제1 및 제2 프레임간 결합력이 저하되어 박리가 발생할 수 있고, 금속간 화합물(IMC)의 용융점이 너무 낮아질 수 있어 상기 발광소자 패키지를 회로 기판에 실장할 경우 리멜팅이 발생할 수 있다.
또한, 상기 결합부의 금속간 화합물(IMC)은 상면과 하면이 평탄하지 않을 수 있다. 따라서, 결합부 표면의 길이가 길어질 수 있기 때문에 상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 프레임 간 결합이 견고히 이루어질 수 있다.
또한 상기 Sn은 상기 Ag뿐만 아니라, 상기 발광소자가 본딩될 프레임에 제공된 금속층과도 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있어야 한다. 이에 따라, 상기 Sn과 상기 Ag의 양은, 상기 Sn과 상기 Ag 간의 금속간 화합물(IMC)이 형성될 때, 상기 Sn이 남을 수 있도록 각 층의 양이 선택되어야 한다. 이는 상기 Sn이 상기 Ag 뿐만 아니라 프레임과도 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있어야, 발광소자와 프레임에 금속층 간에 안정적인 본딩 결합력이 제공될 수 있기 때문이다.
이에 따라 도 4와 같이, 제2금속을 갖는 제1층(21)과 제2금속을 갖는 제2층(23)을 도금층으로 형성할 때, 상기 제1,2층(21,23)의 두께는 0.8㎛ 이상 예컨대, 0.8㎛ 내지 1.5㎛의 범위일 수 있으며, 상기 두께가 상기 범위보다 작으면 접합 능력이 저하되고 상기 범위보다 크면 접합 능력의 개선이 미미할 수 있고 도 15와 같이, 상기 발광 소자 패키지(100)가 회로 기판(201)과의 본딩 시 리멜팅이 발생할 수 있다.
상기 결합부(1201,30)을 형성함에 있어서, 도 2와 같이 캐비티(112)의 바닥에 노출된 본딩 영역(B1,B2)에 무전해 도금 및/또는 전해 도금 등의 도금 공정을 통해 도 3 및 도 4와 같이, 결합층(125,135)을 형성하게 된다. 상기 결합층(125,135)은 도 4와 같이, 각 본딩 영역(B1,B2) 상에 형성된 제1층(21)과, 상기 제1층(21) 위에 제2층(23)을 포함할 수 있다. 상기 제1본딩 영역(B1) 위에 형성된 제1층(21)/제2층(23)의 적층 구조는 제1결합층(125)으로 정의할 수 있고, 상기 제2본딩 영역(B2) 위에 형성된 제1층(21)/제2층(23)은 제2결합층(135)으로 정의할 수 있다. 도 9와 같이, 상기 제1층(21)은 제1,2프레임(121,131)의 접착층(14)과 제2층(23) 사이에 배치되며 제2금속(예: Sn)을 포함할 수 있고, 상기 제2층(23)은 제1,2본딩패드(371,373)과 제1층(21) 사이에 배치되며 제1금속(예: Ag)을 포함할 수 있다.
상기 제1,2결합층(125,135)에서 제1,2층(21,23)의 질량 퍼센트를 보면, 제1금속은 90wt% 이상 예컨대, 90 내지 98wt%의 범위이며, 상기 제2금속은 10wt% 이하 예컨대, 2 내지 10wt% 범위를 가질 수 있다. 상기 결합층(125,135)에서 질량 퍼센트(wt%)를 기준으로 제1금속(예: Ag)과 제2금속(예: Sn)은 9:1 내지 49: 1의 비율로 형성될 수 있다. 상기 제1금속(예: Ag)이 상기 범위 이상인 경우 강도가 저하될 수 있고 흡습 방지 기능이 저하될 수 있고, 상기 범위 미만인 경우 도 15와 같이, 발광 소자 패키지(100)를 회로 기판(201)에 본딩할 때 상기 발광소자와 상기 발광소자 패키지 사이에서 리멜팅(re-melting)이 발생될 수 있다. 상기 제2금속(예: Sn)이 상기 범위보다 작으면 금속간 화합물이 정상적으로 형성되지 않아 접착력이 저하될 수 있고 상기 범위보다 크면 도 19와 같이, 회로 기판에 본딩될 때 리멜팅될 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이, 이후 상기 발광 소자(151)의 제1 및 제2본딩패드(371,373)를 상기 제1 및 제2결합층(125,135) 상에 대응시킨 후 저온의 열을 가함으로써, 프리 본딩(pre-bonding)될 수 있다. 상기 프리 본딩된 발광 소자 패키지를 에어 리플로우(air reflow) 공정을 진행하면, 상기 제1층(21)과 제2층(23)이 용해되어 제1금속 및 제2금속을 갖는 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층(도 1의 120,130)이 도 1 및 도 9와 같이 형성될 수 있다. 이때 상기 결합부(120,130)는 상기 제1전극(P5)과 제1본딩 영역(B1)을 연결시켜 주고, 상기 제2전극(P6)과 제2본딩 영역(B2)을 연결시켜 줄 수 있다. 이에 따라 제1결합부(120)는 발광 소자(100)의 제1전극(P5)과 상기 제1프레임(121) 사이를 연결시켜 주고, 상기 제2결합부(130)은 발광 소자(100)의 제2전극(P6)과 제2프레임(131) 사이를 연결시켜 줄 수 있다. 상기 제1,2결합부(120,130)은 에어 리플로우 공정에 의해 용해되므로, 하면 면적이 상면 면적보다 더 넓을 수 있으며, 상기 하면 면적이 제1,2본딩 영역(B1,B2)보다는 더 넓을 수 있다. 상기 제1,2결합부(120,130)은 상기 몸체 재질로 이루어진 캐비티(112)의 바닥(113)에 접촉될 수 있다.
상기 프리 본딩 공정과 상기 에어 리플로우 공정은 저온 본딩 예컨대, 230℃ 이하의 온도에서 본딩될 수 있다. 예로서, 비교 예의 솔더 본딩 공정이 일반적으로 280℃ 내지 320℃에서 진행되지만, 상기 프리 본딩 공정과 상기 에어 리플로우 공정은 230℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 프리 본딩 공정과 상기 에어 리플로우 공정은 200℃ 이하의 온도에서 수행될 수도 있다.
이와 같이 상대적으로 낮은 온도에서 상기 프리 본딩과 상기 에어 리플로우가 수행되기 위해서는 상기 제1 및 제2 결합층(도 6의 125,135)의 메탈 스킴(metal scheme)은 상기한 제1,2금속의 질량 퍼센트와 두께로 설정될 수 있어, 저온 본딩된 금속간 화합물층을 제공할 수 있다.
다른 예로서, 도 9 및 도 10과 같이, 상기 제1,2본딩패드(371,373)의 최 하층인 구리 재질의 본딩층(43)은 상기 에어 리플로우 공정에서 상기 제1,2결합층(125,135)과 결합되어, Cu-Sn4계 금속간 화합물층으로 형성될 수 있다. 이는 상기 구리 재질의 본딩층(43)의 일부 또는 전부는 상기 제1,2결합층(125,135)의 금속 간의 결합에 의하여 금속간 화합물로 형성될 수 있다. 또한 상기 제1,2본딩패드(371,373)의 본딩층(43)의 금속과 상기 제1,2결합층(125,125)의 제1,2금속이 결합되어, Au-Cu-Sn 화합물이 될 수 있다.
도 9와 같이, 상기 제1,2본딩패드(371,373)의 본딩층(43)의 두께(T1)와 상기 제1,2결합층(125,135)의 두께(T2)의 비율은 0.8:1 내지 1.2:1의 범위일 수 있다. 상기 제1,2결합층(125,135)의 두께(T2)는 0.8㎛ 이상 예컨대, 0.8㎛ 내지 1.5㎛의 범위이므로, 상기 본딩층(T1)의 두께(T1)는 상기 두께(T2)에 의해 달라질 수 있다. 여기서, 상기 제1,2결합층(125,135)의 두께(T2)가 상기 범위보다 작으면 접착력이 저하되고 상기 범위보다 크면 리멜팅되는 문제가 발생될 수 있다.
도 10과 같이, 상기 결합부(120,130)의 두께(T3)는 금속간 화합물에 의해 형성되는 두께로서, 1.5㎛ 이하일 수 있으며, 예컨대, 0.5㎛ 내지 1.5㎛의 범위일 수 있으며, 상기 두께(T3)의 범위에 의해 발광 소자와 프레임 간의 결합력이 개선될 수 있다.
상기 각 결합부(120,130)의 하면 면적은 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 제1 및 제2본딩 영역(B1,B2)의 상면 면적보다는 클 수 있어, 상기 제1 및 제2본딩 영역(B1,B2)과의 접합력이 개선될 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 소자를 본딩한 후 캐비티에 몰딩부를 형성한 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 B-B측 단면도이다.
도 7 및 도 8과 같이, 상기 캐비티(112) 내에는 몰딩부(181)가 배치될 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 투명한 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 투명한 실리콘 또는 에폭시와 같은 재질을 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 상기 발광소자(151)를 덮을 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 발광소자(151)로부터 방출된 광을 투과시켜 줄 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 단층 또는 다층으로 배치될 수 있으며, 다층인 경우 상기 몰딩부(181)의 상면 방향으로 갈수록 굴절률이 낮은 수지 물질이 배치될 수 있다.
상기 몰딩부(181)는 내부에 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 적색, 녹색, 청색, 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 몰딩부(181)의 상면은 수평한 평면이거나, 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(181) 상에는 광학 렌즈(미도시)가 배치될 수 있으며, 상기 광학 렌즈는 상기 몰딩부(181)를 통해 방출된 광의 지향 특성을 조절할 수 있다.
실시 예에 따른 상기 결합부(120,130)의 금속간 화합물은 CuxSny, AgxSny, AuxSny 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 x는 0<x<1, y=1-x, x>y의 조건을 만족할 수 있다. 이러한 결합부(120,130)의 물질을 프레임(121,131)에 미리 도금층으로 형성한 다음, 발광 소자(151)와 본딩하게 됨으로써, 솔더 사용에 따른 불량 문제를 줄여줄 수 있다. 또한 상기 결합부(120,130)이 차지하는 영역이 최소화될 수 있다. 예컨대, 상기 결합부(120,130)은 상기 본딩 영역(B1,B2)의 면적에 비해 150% 이하 예컨대, 상기 본딩 영역(B1,B2)를 기준으로 80% 내지 150%의 범위 내에 배치될 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 발광 소자를 나타낸 평면도이며, 도 12는 도 11의 발광 소자 패키지의 C-C 선의 측 단면도이다.
도 11을 참조하면, 발광 소자(151)는 일측 방향에 제1전극(P5)의 제1본딩패드(171)와 제2전극(P6)의 제2본딩패드(172)가 서로 이격되어 배치된다. 상기 제1전극(P5)에 연결된 제1전극부(342)은 하나 또는 복수개가 제1방향으로 길게 연장되고 제2전극(P6)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 제2전극(P6)에 연결된 제2전극부(341)은 하나 또는 복수개가 제1방향으로 길게 연장되고 제1전극(P5)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 제1방향은 발광 소자의 길이 방향일 수 있으며, 제2방향과 직교하는 방향일 수 있다. 상기 제1,2전극(P5,P6)는 제2 방향으로 긴 길이를 갖고 배치될 수 있다. 도 11에서 P 영역과 N 영역은 서로 다른 반도체층과 연결되는 비아 구조를 나타낸 영역일 수 있다. 상기 전극부(341,342)는 전류를 전 영역으로 확산시켜 줄 수 있다.
도 11 및 도 12와 같이, 발광 소자(151)는 기판(305) 및 그 위에 배치된 발광구조물(310)을 포함할 수 있다. 상기 기판(305)는 제거될 수 있다. 상기 기판(305)은 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 기판(305)은 상부 면에 요철 패턴이 형성될 수 있다.
상기 발광구조물(310)은 제1 도전형 반도체층(311), 활성층(312), 제2 도전형 반도체층(313)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(312)은 상기 제1 도전형 반도체층(311)과 상기 제2 도전형 반도체층(313) 사이에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 도전형 반도체층(311) 위에 상기 활성층(312)이 배치되고, 상기 활성층(312) 위에 상기 제2 도전형 반도체층(313)이 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(311)은 n형 반도체층으로 제공되고, 상기 제2 도전형 반도체층(313)은 p형 반도체층으로 제공될 수 있다. 물론, 다른 실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(311)이 p형 반도체층으로 제공되고, 상기 제2 도전형 반도체층(313)이 n형 반도체층으로 제공될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 제1 도전형 반도체층(311)이 n형 반도체층으로 제공되고 상기 제2 도전형 반도체층(313)이 p형 반도체층으로 제공된 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
상기 발광구조물(310)은 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 상기 발광구조물(310)은 예로서 2족-6족 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 발광구조물(310)은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P), 비소(As), 질소(N)로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2도전형 반도체층(311,313)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(311,313)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 또는 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 예를 들어 상기 제1 및 제2도전형 반도체층(311,313)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, AlInP, GaInP 등을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(311)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(313)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(312)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(312)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 또는 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 활성층(312)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, AlInP, GaInP 등을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 활성층(312)은 다중 우물 구조로 제공될 수 있으며, 복수의 장벽층과 복수의 우물층을 포함할 수 있다.
발광 구조물(310) 상에 전류확산층(320)과 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층이 배치될 수 있다. 상기 전류확산층(320)과 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 전류 확산을 향상시켜 광출력을 증가시킬 수 있다. 상기 전류확산층(320)은 예컨대, 산화물 또는 질화물 등으로 제공될 수 있다. 상기 전류확산층(320)의 수평 폭은 위에 배치된 제2 전극(P6)의 수평 폭 이상으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 전류확산층(320)은 상기 제2 전극(P6) 하측에서의 전류집중을 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킴으로써 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 투광성의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), IZTO (indium 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), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO, Pt, Ni, Au, Rh, Pd를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(P6)은 상기 제1 도전형 반도체층(311)에 전기적으로 연결된 제2전극부(341)를 가질 수 있으며, 상기 제2전극부(342)은 상기 제2 도전형 반도체층(313)의 일부와 상기 활성층(312)의 일부가 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(311)의 상면에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극(P5)은 상기 제2 도전형 반도체층(313)에 전기적으로 연결된 제1전극부(342)를 가질 수 있으며, 상기 제1 전극부(342)는 상기 제2 도전형 반도체층(313) 위에 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 제1 전극부(342)와 상기 제2 도전형 반도체층(313) 사이에 상기 전류확산층(320)이 배치될 수 있다.
상기 제1, 2전극부(342,341)는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 제1, 2전극부(342,341)은 오믹 전극일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 2전극부(342,341)은 ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들 중 2개 이상의 물질의 합금일 수 있다.
보호층(350)은 상기 제1 및 제2 전극부(342,341) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(350)은 개구부(h1,h2)를 갖고 제1 및 제2전극부(342,341)을 노출시켜 줄 수 있다 예로서, 상기 보호층(350)은 절연물질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(350)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
절연성 반사층(361,362)은 보호층(350) 위에 배치될 수 있다. 상기 절연성 반사층(361,361)는 제1,2전극(P5,P6)의 일부일 수 있다. 상기 절연성 반사층(361,362)은 개구부(h3,h4)를 갖고 제1전극부(342) 및 제2전극부(341)을 노출시켜 줄 수 있다 예로서, 상기 절연성 반사층(361,362)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)층 또는 ODR(Omni Directional Reflector)층으로 제공될 수 있으며, 예컨대 TiO2와 SiO2 또는 Ta2O5와 SiO2로 제공될 수 있다. 상기 절연성 반도체층(361,362)는 전극 주변에 형성되어, 상기 발광구조물(310)의 활성층(312)에서 발광되는 빛을 반사시켜 광 흡수가 발생되는 것을 최소화하여 광도를 향상시킬 수 있다.
제1연결전극(362)는 개구부(h3)를 통해 제1전극부(342)와 연결되며, 제2연결 전극(361)은 개구부(h4)를 통해 제2전극부(341)과 연결될 수 있다. 상기 제1,2연결 전극(361,362)는 Ti, Al, In, Ir, Ta, Pd, Co, Cr, Mg, Zn, Ni, Si, Ge, Ag, Ag alloy, Au, Hf, Pt, Ru, Rh, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 등 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제1연결 전극(362) 상에는 제1본딩패드(373)이 배치되며, 상기 제2연결 전극(361) 상에는 제2본딩패드(371)가 배치될 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 상기 제1 및 제2본딩패드(373,371)을 통해 플립칩 본딩 방식으로 외부 전원에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 본딩패드(371)와 상기 제2 본딩패드(373)는 Ni/Ti/Cu 등으로 형성됨으로써 본딩 공정이 안정적으로 진행될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 플립 칩 본딩 방식으로 실장되어 패키지로 구현되는 경우, 상기 발광구조물(310)에서 제공되는 빛은 상기 기판(305)을 통하여 방출될 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 발광 소자에 의하면, 넓은 면적을 갖는 상기 제1 본딩패드(371)와 상기 제2 본딩패드(373)가 전원을 제공하는 회로기판에 직접 본딩될 수 있으므로 플립칩 본딩 공정이 쉽고 안정적으로 진행될 수 있다.
도 13은 도 1의 발광소자 패키지의 제1변형 예로서, 발광소자 패키지는 발광소자(151) 아래에 배치된 몸체(115)에 리세스(115A)를 포함할 수 있다. 상기 리세스(115A)는 상기 발광 소자(151)과 중첩된 영역에 배치될 수 있다. 상기 리세스(115A)는 상기 몸체(115)의 상면으로부터 소정 깊이 예컨대, 상기 몸체(115)의 두께보다 작은 깊이로 형성될 수 있다. 상기 리세스(115A)의 깊이는 몸체(115)과 상기 발광 소자(151) 사이에 배치되는 수지재의 접착력을 고려하여 결정될 수 있다. 상기 수지재는 몰딩부(181)의 재질이거나 반사 및/또는 방열 특성을 갖는 수지재일 수 있다. 상기 리세스(115A)의 길이는 상기 제1,2프레임(121,131) 사이의 방향으로서, 상기 제2방향일 수 있으며, 상기 발광 소자(151)의 길이보다 작거나 클 수 있다.
상기 리세스(115A)의 깊이는 상기 몸체(113)의 안정적인 강도를 고려하거나 및/또는 상기 발광 소자(151)에서 방출되는 열에 의해 상기 반도체 소자 패키지(100)에 크랙(crack)이 발생하지 않도록 결정될 수 있다. 상기 리세스(115A)는 상기 발광 소자(151) 하부에 일종의 언더필(under fill) 공정이 수행될 수 있는 적정 공간을 제공할 수 있다. 여기서, 상기 언더필(Under fill) 공정은 발광 소자(151)를 패키지 몸체(110)에 실장한 후 상기 접착제(도 15의 118)를 상기 발광 소자(151) 하부에 배치하는 공정일 수 있고, 상기 발광 소자(151)를 패키지 몸체(110)에 실장하는 공정에서 상기 접착제를 통해 실장하기 위해 상기 접착제를 상기 리세스(115A)에 배치 후 상기 발광 소자(151)를 배치하는 공정일 수 있다.
도 14는 도 1의 발광소자 패키지의 제2변형 예로서, 발광소자 패키지는 발광소자(151) 아래에 배치된 몸체(115)에 관통홀(115B)를 포함할 수 있다. 상기 관통홀(115B)는 상기 몸체(115)의 상면부터 하면까지 관통되는 구멍일 수 있다. 상기 관통홀(115B)의 제1방향의 너비는 상기 몸체(115)의 너비보다 작을 수 있으며, 제2방향의 길이는 상기 발광 소자(151)의 제2방향의 길이보다 작거나 클 수 있다. 상기 관통홀(115B)에는 상기 몰딩부(181)의 일부가 배치되거나, 도 15 및 도 16에 도시된 접착제의 일부가 배치될 수 있다. 상기 관통홀(115B)는 형성할 때 하부에 밀착된 시트를 부착한 후, 상기 몰딩부(181)로 몰딩하거나, 접착제를 몰딩할 수 있다. 상기 접착제는 발광 소자(151)과 몸체(115) 사이의 영역에 배치될 수 있으며, 상기 관통홀(181)을 통해 배치될 수 있다. 상기 접착제는 반사성 또는/및 방열성 수지일 수 있다.
도 15는 도 1의 발광소자 패키지의 제3변형 예로서, 발광소자 패키지는 발광소자(151) 아래에 배치된 접착제(118)를 포함한다. 상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)에 접촉될 수 있다. 상기 접착제(118)는 수지 재질로서, 예컨대 에폭시(epoxy) 계열의 물질, 실리콘(silicone) 계열의 물질, 에폭시 계열의 물질과 실리콘 계열의 물질을 포함하는 하이브리드(hybrid) 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 접착제(118)는 발광소자(151)에서 방출되는 광을 반사하는 반사 재질 또는/및 방열성 수지일 수 있고, 예로서 Al2O3, SiO2, TiO2 와 같은 고 굴절율의 필러를 포함하는 수지이거나, 화이트 실리콘(white silicone)을 포함할 수 있다.
상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)와 상기 몸체(115) 사이에 배치될 수 있다. 상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)와 상기 제1 및 제2프레임(121,131) 사이에 배치될 수 있다. 상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)와 상기 제1,2결합부(120,130) 중 적어도 하나에 접촉되어, 상기 발광소자(151)로부터 입사된 광을 반사하거나, 상기 발광 소자(151)로부터 발생된 열을 전도할 수 있다. 상기 접착제(118)의 열 전도 특성은 상기 몰딩부(181)의 열 전도 특성보다 높아, 상기 발광 소자(151)로부터 발생된 열을 제1,2프레임(121,131)을 통해 전도하여, 열적 안정성을 제공할 수 있다. 상기 접착제(118)는 상기 몰딩부(181)에 접촉될 수 있다.
도 16은 도 1 및 도 15의 발광소자 패키지의 제4변형 예로서, 발광소자 패키지는 발광소자(151) 아래에 배치된 접착제(118) 및 몸체(115)의 리세스(115A)를 포함한다.
상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)에 접촉될 수 있다. 상기 접착제(118)는 수지 재질로서, 예컨대 에폭시(epoxy) 계열의 물질, 실리콘(silicone) 계열의 물질, 에폭시 계열의 물질과 실리콘 계열의 물질을 포함하는 하이브리드(hybrid) 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 접착제(118)는 발광소자(151)에서 방출되는 광을 반사하는 반사 재질일 수 있고, 예로서 Al2O3, SiO2, TiO2 와 같은 고 굴절율의 필러를 포함하는 수지이거나, 화이트 실리콘(white silicone)을 포함할 수 있다.
상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)와 상기 몸체(115) 사이에 배치될 수 있다. 상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)와 상기 제1 및 제2프레임(121,131) 사이에 배치될 수 있다. 상기 접착제(118)는 상기 발광소자(151)와 상기 제1,2결합부(120,130) 중 적어도 하나에 접촉되어, 상기 발광소자(151)로부터 입사된 광을 반사하거나, 상기 발광 소자(151)로부터 발생된 열을 전도할 수 있다. 상기 접착제(118)의 열 전도 특성은 상기 몰딩부(181)의 열 전도 특성보다 높아, 상기 발광 소자(151)로부터 발생된 열을 제1,2프레임(121,131)을 통해 전도하여, 열적 안정성을 제공할 수 있다. 상기 접착제(118)는 상기 몰딩부(181)에 접촉될 수 있다.
상기 리세스(115A)는 상기 몸체(115)의 상면으로부터 소정 깊이 예컨대, 상기 몸체(115)의 두께보다 작은 깊이로 형성될 수 있다. 상기 리세스(115A)의 깊이는 몸체(115)과 상기 발광 소자(151) 사이에 배치되는 접착제(118)의 접착력을 고려하여 결정될 수 있다. 상기 리세스(115A)의 깊이는 상기 몸체(113)의 안정적인 강도를 고려하거나 및/또는 상기 발광 소자(151)에서 방출되는 열에 의해 상기 반도체 소자 패키지(100)에 크랙(crack)이 발생하지 않도록 결정될 수 있다. 상기 접착제(118)는 반사 또는/및 방열성 수지재일 수 있다. 상기 리세스(115A)의 제2방향의 길이는 상기 발광 소자(151)의 길이보다 작거나 클 수 있다. 상기 리세스(115A)의 제1방향의 너비는 상기 몸체(115)의 제1방향의 너비보다 작을 수 있다. 상기 리세스(115A)는 상기 발광 소자(151) 하부에 접착제(118)의 재질로 언더필(under fill) 공정이 수행될 수 있는 적정 공간을 제공할 수 있다. 상기 발광 소자(151)를 패키지 몸체(110)에 실장하는 공정에서 상기 접착제(118)를 통해 상기 발광 소자(151)를 지지한 후 실장하기 위해 상기 접착제(118)를 상기 리세스(115A)에 배치 후 상기 발광 소자(151)를 배치할 수 있다.
도 17은 도 1의 발광소자 패키지의 제5변형 예로서, 발광소자 패키지는 발광소자(151)의 하부 주변에 배치된 반사부(119)를 포함한다. 상기 반사부(119)는 상기 발광소자(151)에 접촉될 수 있다. 상기 반사부(119)는 도 15의 접착제와 동일한 수 있으며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 반사부(119)는 상기 발광소자(151)와 상기 몸체(115) 사이의 영역과, 상기 캐비티(112)의 바닥(113) 상에 영역과, 상기 캐비티(112)의 측면(116)에 배치된 영역 중 적어도 하나 또는 모두에 배치될 수 있다. 상기 반사부(119)는 상기 캐비티(112)의 측면(116)을 따라 연장될 수 있으며, 상기 캐비티(112)의 상단으로부터 이격될 수 있다. 상기 반사부(119)는 상기 몰딩부(181)을 통해 노출되지 않고 상기 몰딩부(181)의 아래에 배치될 수 있다. 이러한 반사부(119)가 상기 캐비티(112)의 측면(116) 및 바닥(113)에 배치되므로, 입사되는 광을 효과적으로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 반사부(119)는 예컨대, 에폭시(epoxy) 계열의 물질, 실리콘(silicone) 계열의 물질, 에폭시 계열의 물질과 실리콘 계열의 물질을 포함하는 하이브리드(hybrid) 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 예로서, 상기 반사부(119)가 반사 기능을 포함하는 경우 상기 접착제는 화이트 실리콘(white silicone)을 포함할 수 있다. 광 확산 기능, 방열 기능을 수행할 수 있다. 상기 반사부(119)는 실리콘 재질 내에 필러 예컨대, Al2O3, SiO2, TiO2 와 같은 세라믹 재질이거나, 열 전도성 필러를 포함할 수 있다.
도 18은 도 1의 발광 소자 패키지가 배치된 회로 기판을 갖는 발광 모듈 또는 광원 장치의 예이다.
도 18을 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 회로 기판(201) 상에 배치된다. 상기 회로 기판(201)은 표시 장치, 단말기, 차량 램프, 조명 장치와 같은 라이트 유닛 내에 배열될 수 있다. 상기 회로 기판(201)은 상기 발광소자 패키지(100)와 전기적으로 연결되는 회로 층을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(201)은 수지 재질의 PCB, 금속 코어를 갖는 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 비 연성 PCB, 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 회로 기판(201)에는 제3 및 제4 전극패드(211,213)가 배치되며, 상기 제3전극패드(211)는 상기 발광소자 패키지(100)의 제1프레임(121)과 전도성 접착제(221)로 접착되며, 상기 제4전극패드(213)는 발광소자 패키지(100)의 제2프레임(131)과 전도성 접착제(223)로 접착될 수 있다. 상기 전도성 접착제(221,223)는 예컨대, 솔더 페이스트를 포함할 수 있다. 실시 예는 발광 소자 패키지(100)의 발광 소자(151)를 프레임(121,131)에 미리 제공된 제1,2결합층에 의해 저온 본딩함으로써, 상기 발광 소자 패키지(100)를 회로 기판(201) 상에 본딩할 때, 발생될 수 있는 리멜팅 문제를 방지할 수 있어, 발광 소자 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 발광 소자 패키지(100) 내의 발광 소자(151)는 5면 또는 6면으로 광을 방출할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지 또는 발광부는 광원 장치에 적용될 수 있다. 상기 광원 장치는 산업 분야에 따라 표시 장치, 조명 장치, 차량 램프 예컨대, 안개등, 차폭등, 방향 지시등, 브레이크등, 후미등, 후진등, 상향등, 하향등, 안개등과 같은 램프에 적용될 수 있다.
상기의 광원 장치는 광 출사 영역에 광학 렌즈 또는 도광판를 갖는 광학 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광원 장치의 예로, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 위에 배치되는 반사판과, 광을 방출하며 발광소자를 포함하는 발광 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다. 또한, 표시 장치는 컬러 필터를 포함하지 않고, 적색(Red), 녹색(Gren), 청색(Blue) 광을 방출하는 발광소자가 각각 배치되는 구조를 이룰 수도 있다.
광원 장치의 또 다른 예로, 헤드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하는 발광 모듈, 발광 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
광원 장치의 다른 예인 조명 장치는 커버, 광원 모듈, 방열체, 전원 제공부, 내부 케이스, 소켓을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 광원 장치는 부재와 홀더 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시 예를 한정하는 것이 아니며, 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 특허청구범위에서 설정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광소자 패키지
110: 몸체
112: 캐비티
121: 제1 프레임
131: 제2 프레임
B1,B2: 본딩 영역
151: 발광소자
120,130: 결합부

Claims (10)

  1. 서로 이격되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임;
    상기 제1프레임과 상기 제2프레임 사이의 몸체;
    상기 제1 및 제2 프레임 상에 배치되며, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광소자;
    상기 제1 전극과 상기 제1 프레임 사이에 배치되며 상기 제1전극과 상기 제1프레임에 전기적으로 연결된 제1본딩 패드;
    상기 제2 전극과 상기 제2 프레임 사이에 배치되며, 상기 제2전극과 상기 제2프레임에 전기적으로 연결된 제2 본딩패드; 및
    상기 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 각각 배치된 결합부를 포함하며,
    상기 결합부는 Ag, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함하는 제1 금속과 Sn을 포함하는 제2 금속을 포함하고,
    상기 제1 금속과 상기 제2 금속의 질량퍼센트는 4.5:2 내지 5.5:2의 범위를 포함하며,
    상기 제1프레임과 상기 제2프레임 사이의 몸체에는 상기 발광 소자와 수직으로 중첩되는 영역을 따라 상기 몸체의 상면으로부터 상기 몸체의 두께보다 작은 깊이로 리세스가 형성되며,
    상기 리세스와 상기 발광소자 사이에는 상기 발광소자와 상기 제1,2결합부 중 적어도 하나에 접촉되어, 상기 발광 소자로부터 발생된 열을 전도하는 재질로 이루어진 접착제가 배치되는 발광 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합부는 금속간 화합물을 이루며,
    상기 금속간 화합물은 Ag-Sn계 화합물, Ag-Au-Sn계 화합물, Au-Sn계 화합물, 및 Cu-Sn4계 화합물 중 어느 하나인 발광 소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2본딩패드는 최 하층에 Cu 층을 포함하며,
    상기 결합부는 상기 제1 및 제2본딩패드의 Cu 재질의 일부와 화합물로 형성되는 발광 소자 패키지.
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  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2프레임 상에 배치된 패키지 몸체;
    상기 패키지 몸체에 상부가 개방되며 상기 발광 소자가 배치된 캐비티를 포함하며,
    상기 캐비티의 바닥에는 상기 제1 및 제2프레임의 제1 및 제2본딩 영역이 노출되며,
    상기 제1 및 제2프레임의 상기 제1 및 제2본딩 영역은 상기 발광 소자의 상기 제1 및 제2전극과 각각 수직 방향에서 중첩되며,
    상기 결합부는 상기 제1 및 제2본딩 영역과 연결되는 발광 소자 패키지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 결합부의 하면은 상기 제1 및 제2본딩 영역의 면적보다 넓은 면적을 갖고 상기 몸체의 상면에 접촉되는 발광 소자 패키지.
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