KR102426846B1 - 발광 소자 및 발광 소자 패키지 - Google Patents

발광 소자 및 발광 소자 패키지 Download PDF

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Abstract

실시 예는 발광 소자, 발광 소자 제조방법, 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조방법에 관한 것이다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 서로 이격되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임; 제1 및 제2 프레임 상에 배치되며 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광소자; 및 제1 전극과 제1 프레임 사이 및 제2 전극과 제2 프레임 사이에 각각 배치되며, 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 본딩패드; 를 포함하고, 제1 및 제2 본딩패드는 제1 및 제2 금속간 화합물층을 포함하며, 제1 및 제2 금속간 화합물층은 Ag와 Sn을 포함하고, Ag와 Sn의 질량 퍼센트(Wt%)는 2.27:1 내지 3.18:1의 범위로 제공될 수 있다.

Description

발광 소자 및 발광 소자 패키지 {LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 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 작은 압력의 제공으로 안정적인 본딩이 수행될 수 있는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법을 제공할 수 있다.
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 발광소자 패키지는, 서로 이격되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임; 상기 제1 및 제2 프레임 상에 배치되며 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광소자; 및 상기 제1 전극과 상기 제1 프레임 사이 및 상기 제2 전극과 상기 제2 프레임 사이에 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 본딩패드; 를 포함하고, 상기 제1 및 제2 본딩패드는 제1 및 제2 금속간 화합물층을 포함하며, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층은 Ag와 Sn을 포함하고, 상기 Ag와 상기 Sn의 질량 퍼센트(Wt%)는 2.27:1 내지 3.18:1의 범위로 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층은 Au가 포함된 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Au가 포함된 영역은 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층의 중앙 영역과 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2 프레임은, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층 아래에 배치된 Ni층, 상기 Ni층 아래에 배치된 Cu층을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층과 상기 Ni층 사이에 배치된 Ag층을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Ag층과 상기 Ni층은 각각 수 마이크로 미터의 두께로 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 제1 도전형 반도체층, 제2 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 포함하는 발광구조물; 상기 발광구조물 위에 배치되며, 상기 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 본딩패드; 상기 발광구조물 위에 배치되며, 상기 제1 본딩패드와 이격되어 배치되고 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 본딩패드; 를 포함하고, 상기 제1 본딩패드와 상기 제2 본딩패드 각각은, 상기 발광구조물 위에 배치된 Ag층, 상기 Ag층 위에 배치된 Sn층을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는, 상기 Ag층과 상기 Sn층 사이 또는 상기 Sn층의 위 중에서 적어도 하나에 배치된 배리어층을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 배리어층은 Au층을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 본딩패드와 상기 제2 본딩패드 각각은, Ag층/Au층/Sn층/Au층을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Ag층의 양은 상기 Sn층의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.73 배 보다 작게 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Ag층과 상기 Sn층은 각각 수 마이크로 미터로 제공될 수 있고, 상기 Sn층의 두께가 상기 Ag층의 두께에 비해 더 두껍게 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Ag층의 두께는 상기 Sn층의 두께에 비하여 0.47 배 보다 작게 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 프레임을 포함하는 패키지 몸체; 상기 프레임 위에 배치된 Ag와 Sn을 포함하는 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층; 상기 금속간 화합물층 위에 배치된 반도체층; 을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 금속간 화합물층은 상기 Ag의 양이 질량 퍼센트(Wt%)를 기준으로 상기 Sn의 양에 비해 2.27:1 내지 3.18:1의 범위로 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 금속간 화합물층은 Au가 더 포함된 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Au가 더 포함된 영역은 상기 금속간 화합물층의 중앙 영역과 상기 프레임 사이에 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프레임은, 상기 금속간 화합물층 아래에 배치된 Ni층, 상기 Ni층 아래에 배치된 Cu층을 포함할 수 있다.
실시 에에 따른 발광소자 패키지에 의하면, 상기 금속간 화합물층과 상기 Ni층 사이에 배치된 Ag층을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 Ag층과 상기 Ni층은 각각 수 마이크로 미터의 두께로 제공될 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 소자 패키지가 기판 등에 재 본딩되는 과정에서 반도체 소자 패키지의 본딩 영역에서 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 실시 에에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하여 리플로우 공정이 수행된 발광소자와 제1 및 제2 프레임 간의 본딩 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 프레임의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 금속간 화합물(IMC)층을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 본딩 영역의 SEM 분석 사진의 예이다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 본딩 영역의 (a) 영역 내지 (c) 영역의 성분 분석을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 본딩 영역의 SEM 분석 사진의 다른 예이다.
도 14 내지 도 16은 도 13에 도시된 본딩 영역의 (a) 영역 내지 (c) 영역의 성분 분석을 설명하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 20은 도 19에 도시된 발광소자의 A-A 선에 다른 단면도이다.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 제1 전극과 제2 전극의 배치 예를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 반사층의 배치 예를 나타낸 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 제1 본딩패드와 제2 본딩패드의 배치 예를 나타낸 도면이다.
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, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 이하에서는 반도체 소자의 예로서 발광소자가 적용된 경우를 기반으로 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 패키지 몸체(110)가 제공될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110)는 제1 프레임(111)과 제2 프레임(112)을 포함할 수 있다. 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)은 도전성 물질로 제공될 수 있다. 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)의 구체적인 예에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
상기 패키지 몸체(110)는 몸체(113)를 포함할 수 있다. 상기 몸체(113)는 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 사이에 배치될 수 있다. 상기 몸체(113)는 일종의 전극 분리선의 기능을 수행할 수 있다. 상기 몸체(113)는 절연부재로 지칭될 수도 있다.
상기 몸체(113)는 상기 제1 프레임(111) 위에 배치될 수 있다. 또한, 상기 몸체(113)는 상기 제2 프레임(112) 위에 배치될 수 있다.
상기 몸체(113)는 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 위에 배치된 경사면을 제공할 수 있다. 상기 몸체(113)의 경사면에 의하여 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 위에 캐비티(C)가 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 패키지 몸체(110)는 캐비티(C)가 있는 구조로 제공될 수도 있으며, 캐비티(C) 없이 상면이 평탄한 구조로 제공될 수도 있다.
상기 패키지 몸체(110)는 상기 몸체(113)의 상면 일부 영역에 노출된 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)을 포함할 수 있다.
상기 몸체(113)의 상면 일부 영역에 노출된 상기 제1 프레임(111) 영역과 상기 제2 프레임(112) 영역은 패드부로 지칭될 수도 있다. 예로서, 상기 패드부에는 뒤에서 설명될 발광소자가 본딩될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극과 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극은 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
예로서, 상기 몸체(113)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), PCT(Polychloro Tri phenyl), 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(113)는 TiO2와 SiO2와 같은 고굴절 필러를 포함할 수 있다.
그리고, 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 패키지 몸체(110) 위에 발광소자(120)가 제공될 수 있다.
상기 발광소자(120)에 제공된 제1 전극 또는 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 본딩패드가 상기 제1 프레임(111) 위에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(120)에 제공된 제1 전극 또는 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 본딩패드가 상기 제1 프레임(111)의 패드부 위에 배치될 수 있다.
또한, 상기 발광소자(120)에 제공된 제2 전극 또는 제2 전극에 전기적으로 연결된 제2 본딩패드가 상기 제2 프레임(112) 위에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(120)에 제공된 제2 전극 또는 제2 전극에 전기적으로 연결된 제2 본딩패드가 상기 제2 프레임(112)의 패드부 위에 배치될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 상기 발광소자(120)가 상기 패키지 몸체(110) 위에 배치된 상태에서 저온의 열을 가함으로써, 상기 발광소자(120)가 상기 패키지 몸체(110)에 프리 본딩(pre-bonding)되도록 할 수 있다.
이에 따라, 상기 발광소자(120)의 제1 전극 또는 제1 본딩패드가 상기 제1 프레임(111) 위에 고정되고, 상기 발광소자(120)의 제2 전극 또는 제2 본딩패드가 상기 제2 프레임(112) 위에 고정될 수 있게 된다.
그리고, 상기 발광소자(120)가 상기 패키지 몸체(110) 위에 프리 본딩된 상태에서 에어 리플로우(air reflow) 공정이 수행될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 에어 리플로우(air reflow) 공정에 의하여 상기 제1 본딩패드와 상기 제1 프레임(111) 간에 결합이 진행될 수 있다. 상기 에어 리플로우(air reflow) 공정에 의하여 상기 제1 본딩패드와 상기 제1 프레임(111)의 패드부 간에 결합이 진행될 수 있다.
또한, 상기 에어 리플로우(air reflow) 공정에 의하여 상기 제2 본딩패드와 상기 제2 프레임(112) 간에 결합이 진행될 수 있다. 상기 에어 리플로우(air reflow) 공정에 의하여 상기 제2 본딩패드와 상기 제2 프레임(112)의 패드부 간에 결합이 진행될 수 있다.
상기 에어 리플로우 공정에 의하여, 상기 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 간의 결합에 의하여 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층이 형성될 수 있다. 상기 에어 리플로우 공정에 의하여, 상기 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)의 패드부 간의 결합에 의하여 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층이 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1 및 제2 본딩패드가 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 본딩패드와 상기 제1 프레임(111)이 안정적으로 결합될 수 있게 된다. 또한, 상기 제2 본딩패드와 상기 제2 프레임(112)이 안정적으로 결합될 수 있게 된다.
한편, 도 5는 실시 에에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하여 리플로우 공정이 수행된 발광소자(120)와 제1 및 제2 프레임(111, 112) 간의 본딩 상태를 설명하는 도면이다.
실시 예에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자(120)와 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 간에 제1 및 제2 금속간 화합물(IMC)층(131, 132)이 형성될 수 있다. 예로서, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물(IMC)층(131, 132)은 Ag와 Sn을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층(131, 132)은 각각 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층(131, 132)은 각각 상기 발광소자(120)의 제1 및 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 프리 본딩 공정과 상기 에어 리플로우 공정이 일반적인 본딩 공정에 비해 더 낮은 온도에서 진행되도록 선택될 수 있다.
예로서, 기존 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 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 간의 메탈 스킴(metal scheme)이 적절하게 설정되어야 한다.
상기 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 간의 메탈 스킴(metal scheme) 및 금속간 화합물(IMC)층 형성의 예에 대해서는 뒤에서 더 설명하기로 한다.
다음으로, 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 수지부(135)가 형성될 수 있다.
상기 제1 수지부(135)는 상기 발광소자(120) 주위에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 수지부(135)는 상기 발광소자(120)의 아래에도 배치될 수 있다. 상기 제1 수지부(135)는 상기 발광소자(120)의 제1 및 제2 본딩패드의 측면에 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제1 수지부(135)는 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 제1 수지부(135)는 상기 발광소자(120)에서 방출되는 광을 반사하는 반사부일 수 있고, 예로서 TiO2 등의 반사 물질을 포함하는 수지일 수 있고 또는 화이트 실리콘(white silicone)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 수지부(135)가 화이트 실리콘과 같은 반사 특성이 있는 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 수지부(135)는 상기 발광소자(120)로부터 제공되는 빛을 상기 패키지 몸체(110)의 상부 방향으로 반사시켜 발광소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자(120) 위에 제2 수지부(140)가 제공될 수 있다.
상기 제2 수지부(140)는 상기 발광소자(120) 위에 제공될 수 있다. 상기 제2 수지부(140)는 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 위에 배치될 수 있다. 상기 제2 수지부(140)는 상기 패키지 몸체(110)에 의하여 제공된 캐비티(C)에 배치될 수 있다. 상기 제2 수지부(140)는 상기 제1 수지부(135) 위에 배치될 수 있다.
상기 제2 수지부(140)는 절연물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 수지부(140)는 상기 발광소자(120)로부터 방출되는 빛을 입사 받고, 파장 변환된 빛을 제공하는 파장변환 수단을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 제2 수지부(140)는 형광체, 양자점 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 할 수 있다.
상기 제2 수지부(140)는 몰딩부로 지칭될 수도 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법의 다른 예에 의하면, 상기 제1 수지부(135)가 형성되지 않고, 상기 패키지 몸체(110)의 캐비티 내에 상기 제2 수지부(140)만 형성될 수도 있다.
한편, 이상에서 설명된 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100)는 서브 마운트 또는 회로기판 등에 실장되어 공급될 수도 있다.
그런데, 종래 발광소자 패키지가 서브 마운트 또는 회로기판 등에 실장됨에 있어 리플로우(reflow) 등의 고온 공정이 적용될 수 있다. 이때, 리플로우 공정에서, 발광소자 패키지에 제공된 프레임과 발광소자 간의 본딩 영역에서 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되어 전기적 연결 및 물리적 결합의 안정성이 약화될 수 있고 이에 따라 상기 발광소자의 위치가 변할 수 있어, 상기 발광소자 패키지의 광학적, 전기적 특성 및 신뢰성이 저하될 수 있다.
그러나, 실시 예에 따른 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 실시 예에 따른 상기 발광소자(120)의 제1 및 제2 본딩패드와 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 간의 결합에 의한 금속간 화합물층의 용융점이 일반적인 본딩 물질의 용융점에 비해 더 높은 값을 갖도록 선택될 수 있다.
따라서, 실시 예에 따른 발광소자 소자 패키지(100)는 메인 기판 등에 리플로우(reflow) 공정을 통해 본딩되는 경우에도 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되지 않으므로 전기적 연결 및 물리적 본딩력이 열화되지 않는 장점이 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100) 및 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 프리 본딩 공정 및 에어 리플로우 공정이 상대적으로 저온에서 수행되므로, 발광소자 패키지를 제조하는 공정에서 상기 패키지 몸체(110)가 고온에 노출되지 않게 된다. 따라서, 실시 예에 의하면, 상기 패키지 몸체(110)가 고온에 노출되어 손상되거나 변색이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 상기 몸체(113)를 구성하는 물질에 대한 선택 폭이 넓어질 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상기 몸체(113)는 세라믹 등의 고가의 물질뿐만 아니라, 상대적으로 저가의 수지 물질을 이용하여 제공될 수도 있다.
예를 들어, 상기 몸체(113)는 PPA(PolyPhtalAmide) 수지, PCT(PolyCyclohexylenedimethylene Terephthalate) 수지, EMC(Epoxy Molding Compound) 수지, SMC(Silicone Molding Compound) 수지를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자와 발광소자 패키지의 메탈 스킴(metal scheme)의 예에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자의 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 프레임의 예를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 및 발광소자 패키지를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 부분과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체층(510)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 발광소자(500)는 상기 반도체층(510)에 외부로부터 전원이 공급되는 일부 영역만을 도시한 것이다. 상기 반도체층(510)은 제1 도전형 반도체층으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 반도체층(510)은 제2 도전형 반도체층으로 제공될 수도 있다.
상기 반도체층(510)은 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 반도체층(510)은 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 반도체층(510)은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P), 비소(As), 질소(N)로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하여 구현될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 반도체층(510)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 상기 반도체층(510)은 예를 들어 InAlGaN, InAlN, InGaN, AlGaN, GaN 등에서 선택될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 반도체층(510)은 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 상기 반도체층(110)은 예를 들어 AlGaInP, AlInP, GaP, GaInP 등에서 선택될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 반도체층(510)은 n형 도펀트를 포함할 수도 있다. 예로서, 상기 반도체층(510)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반도체층(510)은 p형 도펀트를 포함할 수도 있다. 예로서, 상기 반도체층(510)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 도펀트를 포함할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속층(520)을 포함할 수 있다.
상기 금속층(520)은 상기 반도체층(510) 위에 배치될 수 있다. 상기 금속층(510)은 단일층으로 제공될 수도 있으며, 복수의 층으로 제공될 수도 있다. 예로서, 상기 금속층(510)은 접착 금속층, 반사 금속층, 배리어 금속층 중에서 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 금속층(520)은 수십 나노미터의 두께로 제공될 수 있다. 상기 금속층(520)은 20 마이크로 미터 내지 40 마이크로 미터의 두께로 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 접착 금속층은 상기 반도체층(510)과의 접착력이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 상기 접착 금속층은 예로서, Cr, Ti 등의 물질을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 상기 접착 금속층은 단일층 또는 복수의 층으로 제공될 수 있다.
상기 반사 금속층은 상기 발광소자(500)로부터 방출되는 빛의 파장 대역에 대해 반사도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 상기 반사 금속층은 예로서, Al, Ag, Rh 등의 물질을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 상기 반사 금속층은 단일층 또는 복수의 층으로 제공될 수 있다.
상기 배리어 금속층은 상기 발광소자(500)가 패키지 몸체 등의 프레임에 본딩되는 과정에서 본딩 물질이 상기 반도체층(510)으로 확산되는 것을 방지할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 상기 배리어 금속층은 예로서, Ni, Cr, Ti, Cu, Pt, Au 등의 물질을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 상기 배리어 금속층은 단일층 또는 복수의 층으로 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 금속층(520)은 상기 반도체층(510)의 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 전극과 상기 반도체층(510)의 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 연결된 제2 전극을 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 의하면, 상기 반도체층(510)과 상기 금속층(520) 사이에, 상기 반도체층(510)의 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제1 전극과 상기 제2 도전형 반도체층의 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결된 제2 전극이 별도로 제공될 수도 있다.
한편, 실시 예에 따른 발광소자(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 Ag층(530)과 Sn층(550)을 포함할 수 있다.
상기 제1 Ag층(530)은 상기 반도체층(510) 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 Ag층(530)은 상기 금속층(520) 위에 배치될 수 있다. 상기 Sn층(550)은 상기 제1 Ag층(530) 위에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 Ag층(530)과 상기 Sn층(550)은 추후 실시 예에 따른 발광소자(500)가 발광소자 패키지의 프레임에 본딩되는 과정에서 금속간 화합물(IMC)을 형성하게 된다. 실시 예에 따른 금속간 화합물(IMC) 형성 과정에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(500)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 배리어층(540)과 제2 배리어층(560)을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층(540)은 상기 제1 Ag층(530) 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 배리어층(540)은 상기 제1 Ag층(530)과 상기 Sn층(550) 사이에 배치될 수 있다.
상기 Sn층(550)은 상기 제1 배리어층(540) 위에 배치될 수 있다. 상기 Sn층(550)은 상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560)은 예로서, Ni, Cr, Ti, Cu, Pt, Au 등의 물질을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560)은 단일층 또는 복수의 층으로 제공될 수 있다.
예로서, 상기 제1 배리어층(540)은 상기 제1 Ag층(530)이 산화되는 것을 방지하는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 배리어층(560)은 상기 Sn층(550)이 산화되는 것을 방지하는 기능을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제2 배리어층(560)은 실시 예에 따른 발광소자(500)가 패키지 몸체 등의 프레임에 본딩되는 과정에서 프레임과의 접착력을 향상시키는 기능을 제공할 수 있다.
상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560)은 같은 물질로 형성될 수도 있고, 또한 서로 다른 물질로 형성될 수도 있다. 상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560)은 수십 나노미터의 두께로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560)은 20 나노미터 내지 40 나노미터의 두께로 제공될 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 발광소자(500)에 의하면, 상기 금속층(520)과 상기 반도체층(510) 사이에 상기 반도체층(510)에 전기적으로 접속된 별도의 전도성 물질이 더 제공될 수도 있다. 또한, 다른 실시 예에 따른 발광소자(500)에 의하면, 상기 금속층(520)이 제공되지 않고, 상기 제1 Ag층(530)이 상기 반도체층(510)에 직접 접촉되어 배치될 수도 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(500)에 의하면, 상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560) 중에서 적어도 하나가 제공될 수 있다. 또한, 다른 실시 예에 따른 발광소자(500)에 의하면, 상기 제1 배리어층(540)과 상기 제2 배리어층(560)이 모두 제공되지 않도록 선택될 수도 있다.
상기 제1 Ag층(530)의 양은 상기 Sn층(550)의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.73 배 보다 작게 제공될 수 있다. 상기 Sn층(550)의 양이 상기 제1 Ag층(530)의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 1/2.73 보다 크게 제공될 수 있다.
상기 제1 Ag층(530)과 상기 Sn층(550)이 금속간 화합물(IMC)을 형성하는 경우, Ag의 양과 Sn의 양이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.73:1의 비율로 결합이 진행될 수 있다. 또한, Ag의 원자량이 107.8682 이고, Sn의 원자량이 118.710 이므로, At% 기준으로 보면, Ag와 Sn은 3:1의 비율로 결합이 진행될 수 있다.
그런데, 실시 예에 따른 상기 Sn층(550)은 상기 제1 Ag층(530)뿐만 아니라, 상기 발광소자(500)가 본딩될 패키지 몸체의 프레임에 제공된 금속층과도 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있어야 한다.
이에 따라, 상기 Sn층(550)과 상기 제1 Ag층(530)의 양은, 상기 Sn층(550)과 상기 제1 Ag층(530) 간의 금속간 화합물(IMC)이 형성될 때, 상기 Sn층(550)이 남을 수 있도록 각 층의 양이 선택되어야 한다.
이는 상기 Sn층(550)이 상기 제1 Ag층(530) 뿐만 아니라 프레임과도 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있어야, 실시 예에 따른 발광소자와 프레임에 제공된 패드부 간에 안정적인 본딩 결합력이 제공될 수 있기 때문이다.
예로서, 상기 제1 Ag층(530)과 상기 Sn층(550)은 각각 수 마이크로 미터의 두께로 제공될 수 있다. 상기 제1 Ag층(530)의 두께는 상기 Sn층(550)의 두께에 비하여 0.47 배 보다 작게 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면 상기 Sn층(550)의 두께는 2 마이크로 미터 내지 4 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 그리고, 상기 제1 Ag층(530)의 두께는 0.6 마이크로 미터 내지 1.8 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(500)에 의하면, 상기 반도체층(510) 위에 배치된 층들은 본딩패드로 지칭될 수도 있다. 상기 반도체층(510)은 본딩패드를 통하여 전원을 공급받을 수 있다.
예로서, 실시 예에 따른 본딩패드는 Ag층/Au층/Sn층/Au층을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 본딩패드는 Ti층/Ag층/Au층/Sn층/Au층을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 본딩패드는 Ag층/Au층/Sn층, Ag층/Sn층/Au층, 또는 Ag층/Sn층을 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 프레임(600)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 층으로 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 프레임(600)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1층(610), 제2층(620), 제2 Ag층(630)을 포함할 수 있다.
참고로, 도 7에 도시된 실시 예에 따른 프레임(600)은 도 6을 참조하여 설명된 상기 발광소자(500)가 본딩되기 전의 상태를 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 실시 예에 따른 프레임(600)은 도 1을 참조하여 설명된 제1 프레임(111) 또는 제2 프레임(112)에 대응될 수 있다.
상기 제1층(610)은 상기 프레임(600)의 기본 지지부재이며 예로서 Cu층으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2층(620)은 가공된 상기 제1층(610)의 상면에 도금층으로 형성될 수 있다. 예로서, 상기 제2층(620)은 Ni 도금층으로 제공될 수 있으며, 상면이 평탄하게 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 프레임(600)은 상기 제2 Ag층(630)을 포함할 수 있다. 상기 제2 Ag층(630)은 도 6을 참조하여 설명된 상기 발광소자(500)가 본딩되는 과정에서 상기 Sn층(550)과의 결합에 의하여 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있다.
예로서, 상기 제1층(610)의 두께는 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2층(620)의 두께는 수 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2 Ag층(630)의 두께는 수 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제2 Ag층(630)의 두께는 Ag 물질과 함께 결합되어 금속간 화합물(IMC)을 형성할 상기 발광소자(500)에 제공된 상기 Sn층(550)의 양에 따라 그 두께 및 양이 선택될 수 있다.
또한, 상기 제2층(620)이 Ni층으로 형성되는 경우, Ni층은 열 팽창에 대한 변화가 작은 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 패키지 몸체가 열 팽창에 의하여 그 크기 또는 배치 위치가 변화되는 경우에도, 상기 Ni층에 의하여 상부에 본딩된 본딩패드의 위치가 안정적으로 고정될 수 있게 된다. 상기 제2층(620)의 두께는 예로서 1 마이크로 미터 내지 2 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
다음으로, 실시 예에 따른 발광소자(500)가 프레임(600)에 본딩된 발광소자 패키지에서 금속간 화합물(IMC)층이 형성된 예에 대해 살펴 보기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 금속간 화합물(IMC)층을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 금속간 화합물층을 설명함에 있어 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지(700)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임(600), 금속간 화합물(IMC)층(710), 반도체층(510)을 포함할 수 있다.
상기 프레임(600)은 도 7을 참조하여 설명된 제1층(610)과 제2층(620)을 포함할 수 있다. 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 상기 프레임(600) 위에 배치될 수 있다. 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 상기 프레임(600)과 상기 반도체층(510) 사이에 배치될 수 있다. 상기 반도체층(510)은 상기 금속간 화합물(IMC)층(710) 위에 배치될 수 있다.
상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 Ag와 Sn을 포함하는 금속간 화합물(IMC)층으로 제공될 수 있다. 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 Ag층(530, 630)과 상기 Sn층(550) 간의 결합에 의하여 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은, 도 2 및 도 5를 참조하여 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 발광소자(500)가 상기 프레임(600) 위에 배치되고 에어 리플로우(air reflow)가 수행되는 공정에서 형성될 수 있다.
실시 예에 의하면, 에어 리플로우(air reflow) 공정에 의하여, 상기 Sn층(550)에 포함된 Sn 물질이 상기 제1 Ag층(530) 방향으로 확산되고 결합됨에 따라, Sn 물질과 Ag 물질에 의한 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)이 형성될 수 있다. 또한, 에어 리플로우(air reflow) 공정에 의하여, 상기 Sn층(550)에 포함된 Sn 물질이 상기 제2 Ag층(630) 방향으로 확산되고 결합됨에 따라, Sn 물질과 Ag 물질에 의한 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)이 형성될 수 있다.
예로서, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 Ag의 양과 Sn의 양이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.73:1의 비율로 형성될 수 있다.
한편, 실시 예에 의하면, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 Ag와 Sn의 조성비가 일정 범위 내에서 변화되어 형성될 수도 있다. 예로서, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 Ag의 양이 질량 퍼센트(Wt%)를 기준으로 Sn의 양에 비해 2.27:1 내지 3.18:1의 범위로 제공될 수도 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 Au가 더 포함된 영역을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 발광소자(500)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 배리어층(540, 560)을 포함할 수도 있는데, 상기 제1 및 제2 배리어층(540, 560) 에 포함된 Au 물질이 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)에 포함될 수 있다.
예로서, 상기 Au가 포함된 영역은 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)의 중앙 영역과 상기 프레임(600) 사이에 제공될 수 있다. 상기 Au가 포함된 영역은 상기 금속간 화합물(IMC)층(710) 내에서 상기 반도체층(510)에 비해 상기 프레임(600)에 더 가깝게 제공될 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 의하면, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)과 상기 제2층(620) 사이에, 도 7을 참조로 설명된 상기 제2 Ag층(630)이 더 배치될 수도 있다.
예로서, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)이 형성됨에 있어, 상기 제2 Ag층(630)에 포함된 Ag 물질 중에서 상기 Sn층(550)과 금속간 화합물을 형성하지 않고 남는 양이 존재하는 경우, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)과 상기 제2층(630) 사이에 상기 제2 Ag층(630)이 존재할 수도 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 반도체층(510)과 상기 금속간 화합물(IMC)층(710) 사이에 도 6을 참조하여 설명된 금속층(520)이 더 배치될 수도 있다.
그러면, 도 9 내지 도 12를 참조하여, 실시 예에 따른 금속간 화합물(IMC)층이 형성된 예를 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 본딩 영역의 SEM 분석 사진의 예이고, 도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 본딩 영역의 (a) 영역 내지 (c) 영역의 성분 분석을 각각 설명하는 도면이다.
도 9에 도시된 SEM 분석 사진은, 본딩 영역의 아래 쪽에 반도체층(510)이 배치되고 본딩 영역의 위 쪽에 프레임(600)이 배치된 경우를 나타낸 것이다.
실시 예에 의하면, 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본딩 영역의 (a) 영역과 (c) 영역에서 Ag와 Sn을 포함하는 금속간 화합물층이 형성된 것을 확인할 수 있다.
이때, 도 10에 도시된 바와 같이, (a) 영역에서는 Ag가 질량 퍼센트(Wt%)로 61.48로 제공되고 Sn이 질량 퍼센트(Wt%)로 22.50으로 제공되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이, (a) 영역에서는 Ag와 Sn의 비율이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.7:1의 비율로 형성되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, (c) 영역에서는 Ag가 질량 퍼센트(Wt%)로 58.77로 제공되고 Sn이 질량 퍼센트(Wt%)로 24.61로 제공되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이, (c) 영역에서는 Ag와 Sn의 비율이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.39:1 정도의 비율로 형성되었음을 확인할 수 있다. 또한, (c) 영역에서는 Au 물질도 소량 검출되었음을 확인할 수 있다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, (b) 영역에서는 Ag 물질이 검출되지 않고, Sn 물질과 Au 물질이 검출되었음을 확인할 수 있다. Au 물질은 도 6을 참조하여 설명된 배리어층에 포함된 물질로 해석된다.
실시 예에 의하면, 상기 (a) 영역에 형성된 금속간 화합물(IMC)층은 도 6을 참조하여 설명된 제1 Ag층(530)과 Sn층(550)에 의하여 형성된 금속간 화합물(IMC)층인 것으로 해석된다.
또한, 상기 (c) 영역에 형성된 금속간 화합물(IMC)층은 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 Sn층(550)과 제2 Ag층(630)에 의하여 형성된 금속간 화합물(IMC)층인 것으로 해석된다.
이와 같이, 도 9를 참조하여 설명된 실시 에에 의하면, 본딩 영역의 상부 영역 및 하부 영역을 포함하여 전체적으로 금속간 화합물(IMC)층이 형성됨에 따라, 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이, 반도체층(510), 금속간 화합물(IMC)층(710), 프레임(600)이 안정적으로 결합되어 제공될 수 있게 된다.
다음으로, 도 13 내지 도 16을 참조하여, 실시 예에 따른 금속간 화합물(IMC)층이 형성된 다른 예를 설명하기로 한다. 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 적용된 본딩 영역의 SEM 분석 사진의 다른 예이고, 도 14 내지 도 16은 도 13에 도시된 본딩 영역의 (a) 영역 내지 (c) 영역의 성분 분석을 각각 설명하는 도면이다.
도 13에 도시된 SEM 사진은, 본딩 영역의 아래 쪽에 반도체층(510)이 배치되고 본딩 영역의 위 쪽에 프레임(600)이 배치된 경우를 나타낸 것이다.
실시 예에 의하면, 도 14에 도시된 바와 같이, 본딩 영역의 (a) 영역에서 Ag와 Sn을 포함하는 금속간 화합물층이 형성된 것을 확인할 수 있다.
이때, 도 14에 도시된 바와 같이, (a) 영역에서는 Ag가 질량 퍼센트(Wt%)로 61.28로 제공되고 Sn이 질량 퍼센트(Wt%)로 23.67로 제공되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이, (a) 영역에서는 Ag와 Sn의 비율이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2.59:1 정도의 비율로 금속간 화합물(IMC)이 형성되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 15에 도시된 바와 같이, (b) 영역에서는 Ag가 질량 퍼센트(Wt%)로 05.49으로 제공되고 Sn이 질량 퍼센트(Wt%)로 77.23으로 제공되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이, (b) 영역에서는 Sn의 양에 비해 Ag의 양이 현저하게 작게 제공됨으로써 Ag와 Sn 간의 금속간 화합물이 제대로 형성되었다고 보기는 어려운 것으로 해석된다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, (c) 영역에서는 Ag 물질이 검출되지 않고, Au가 질량 퍼센트(Wt%)로 28.42로 제공되고 Sn이 질량 퍼센트(Wt%)로 48.43으로 제공되었음을 확인할 수 있다. 이와 같이, (c) 영역에서는 Ag와 Sn을 포함하는 금속간 화합물층이 정상적으로 형성되지 않았음을 확인할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 (a) 영역에 형성된 금속간 화합물(IMC)층은 도 6을 참조하여 설명된 제1 Ag층(530)과 Sn층(550)에 의하여 형성된 금속간 화합물(IMC)층인 것으로 해석된다.
한편, 도 13에 도시된 실시 예에 경우, 도 6을 참조하여 설명된 Sn층(550)이 충분히 제공되지 않음으로써, (a) 영역에서만 Sn층(550)과 제1 Ag층(530)에 의한 금속간 화합물층이 형성되고, (b) 영역과 (c) 영역에서는 금속간 화합물층이 제대로 형성되지 못한 것으로 해석된다.
그리고, 도 13에 도시된 실시 예의 경우, 발광소자(500)와 프레임(600) 간에 안정적인 본딩 결합력이 제공되지 못함에 따라, 상기 발광소자(500)가 상기 프레임(600)에 본딩되지 못하고 서로 분리되는 것으로 관측되었다.
한편, 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 다른 예를 나타낸 도면이다.
그러면, 도 17을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 다른 예를 설명하기로 한다. 도 17을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 프레임(221)과 제2 프레임(222)을 포함할 수 있다.
상기 제1 프레임(221)과 상기 제2 프레임(222)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 프레임(221)과 상기 제2 프레임(222) 사이에 몸체(230)가 배치될 수 있다. 상기 제1 프레임(221)은 상기 몸체(230)의 상면에 노출된 제1 패드부(211)를 포함할 수 있다. 상기 제2 프레임(222)은 상기 몸체(230)의 상면에 노출된 제2 패드부(212)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 도 17에 도시된 바와 같이, 발광소자(720)를 포함할 수 있다.
상기 발광소자(720)는 상기 제1 프레임(221)과 상기 제2 프레임(222) 위에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(720)는 상기 몸체(230) 위에 배치될 수 있다.
상기 발광소자(720)는 상기 제1 프레임(221) 위에 배치된 제1 전극(721)을 포함할 수 있다. 상기 발광소자(720)는 상기 제1 패드부(211) 위에 배치된 상기 제1 전극(721)을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(720)는 상기 제2 프레임(222) 위에 배치된 제2 전극(722)을 포함할 수 있다. 상기 발광소자(720)는 상기 제2 패드부(212) 위에 배치된 상기 제2 전극(722)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(721)은 상기 발광소자(720)의 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 전극(722)은 상기 발광소자(720)의 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 도 17에 도시된 바와 같이, 제1 본딩패드(711)와 제2 본딩패드(712)를 포함할 수 있다.
상기 제1 본딩패드(711)는 상기 제1 전극(721)과 상기 제1 프레임(221) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 본딩패드(711)는 상기 제1 전극(721)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 본딩패드(712)는 상기 제2 전극(722)과 상기 제2 프레임(222) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 본딩패드(712)는 상기 제2 전극(722)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 및 제2 본딩패드(711, 712)는 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명된 금속간 화합물(IMC)층을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 본딩패드(711, 712)에 제공된 상기 금속간 화합물(IMC)층은 Ag와 Sn을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 금속간 화합물(IMC)층에 포함된 Ag와 Sn의 질량 퍼센트(Wt%)는 2.27:1 내지 3.18:1의 범위로 제공될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 금속간 화합물(IMC)층은 Au가 포함된 영역을 더 포함할 수 있다. Au가 포함된 영역은 상기 제1 및 제2 금속간 화합물(IMC)층의 중앙 영역과 상기 제1 및 제2 프레임(221, 222) 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2 프레임(221, 211)은, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물(IMC)층 아래에 배치된 Ni층, 상기 Ni층 아래에 배치된 Cu층을 포함할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지에 의하면, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물(IMC)층과 상기 Ni층 사이에 배치된 Ag층을 더 포함할 수 있다. 예로서, 상기 Ag층과 상기 Ni층은 각각 수 마이크로 미터의 두께로 제공될 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 응용 제품에 따라 전원을 공급하는 메인 기판에 추가로 표면실장(SMT)되어 부착되는 경우도 발생될 수 있다. 이때, 하나의 예로서 발광소자 패키지가 메인 기판에 본딩 등의 방법으로 표면실장(SMT)될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
그러면, 도 18을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 다른 예를 설명하기로 한다. 도 18을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지(800)는, 도 18에 도시된 바와 같이, 발광소자(820), 패드부(210), 리드 프레임(220), 패키지 몸체(230), 메인기판(300)을 포함할 수 있다.
상기 발광소자(820)는 패키지 몸체(230)에 제공된 상기 패드부(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 패드부(210)는 하부에 배치된 상기 메인기판(300)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예로서, 상기 패드부(210)는 하부에 배치된 상기 리드 프레임(220)을 통하여 상기 메인기판(300)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 패드부(210)는 상기 리드 프레임(220)과 일체로 제공될 수도 있고, 서로 분리된 구조로 제공될 수도 있다.
상기 발광소자(820)는 상기 리드 프레임(220) 위에 제공된 상기 패드부(210)에 배치될 수 있다. 상기 발광소자(820) 위에는 몰딩부(240)가 배치될 수 있다. 예로서, 상기 몰딩부(240)는 상기 발광소자(820)로부터 제공되는 빛을 입사 받고 파장 변환된 빛을 방출하는 파장변환 입자를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지(800)는, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 패드부(210) 위에 배치된 금속간 화합물(IMC)층(710)과 상기 리드 프레임(220) 아래에 배치된 본딩층(310)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명된 금속간 화합물층에 대응될 수 있다. 또한, 상기 본딩층(310)은 솔더링 등의 본딩 공정에 이용되는 본딩 물질을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 본딩층(310)은 Sn, In을 포함하는 저 융점 본딩 물질 중에서 선택된 적어도 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 상기 본딩층(310)에 비해 더 높은 용융점을 가질 수 있다. 또한, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)은 상기 본딩층(310)의 용융점 아래에서 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지(800) 제조방법에 의하면, 상기 발광소자(820)와 상기 패드부(210) 간의 본딩 공정은 상대적으로 저온의 제1 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 발광소자(820)와 상기 패드부(210) 간의 본딩 공정은 상대적으로 낮은 제1 압력을 가하면서 수행될 수 있다.
그리고, 상기 리드 프레임(220)과 상기 메인기판(300) 간의 본딩 공정은 상대적으로 고온의 제2 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 리드 프레임(220)과 상기 메인기판(300) 간의 본딩 공정은 상대적으로 높은 제2 압력을 가하면서 수행될 수 있다.
그러나, 이상에서 설명된 바와 같이, 상기 금속간 화합물(IMC)층(710)의 용융점이 상기 제2 온도에 비해 더 높으므로, 상기 리드 프레임(220)과 상기 메인기판(300) 간의 본딩을 위한 리플로우(reflow) 공정에서 상기 발광소자(820)와 상기 패드부(210) 간의 결합력이 열화되지 않게 된다.
또한, 이상에서 설명된 바와 같이, 상기 발광소자(820)와 상기 패드부(210) 간의 본딩 공정은 비교적 낮은 상기 제1 온도에서 수행될 수 있게 된다. 이에 따라, 실시 예에 의하면 상기 발광소자(820)와 상기 패드부(210) 간의 본딩 과정에서 상기 패키지 몸체(230)가 손상되거나 변색이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
실시 예에 의하면, 상기 발광소자(820)와 상기 패드부(210) 간의 본딩 공정은 비교적 낮은 상기 제1 온도에서 수행될 수 있으므로, 상기 패키지 몸체(230)를 구성하는 물질에 대한 선택 폭이 넓어질 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상기 패키지 몸체(230)는 세라믹 등의 고가의 물질뿐만 아니라, 상대적으로 저가의 수지 물질을 이용하여 제공될 수도 있다.
한편, 실시 예에 따른 상기 발광소자(820)는 상기 패드부(210)에 플립 칩 본딩 방식으로 연결될 수 있다. 상기 발광소자(820)는 상부 발광 및 측면 발광될 수 있다. 또한, 상기 발광소자(820)는 하부 방향으로도 빛을 방출할 수 있다. 이와 같이, 실시 예에 따른 발광소자(820)는 6면 방향으로 빛을 방출하는 플립 칩 발광소자일 수 있다.
다음으로, 도 19 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자의 다른 예를 설명하기로 한다. 도 19 내지 도 23을 참조하여 실시 예에 따른 발광소자를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명된 내용과 중복되는 사항에 대해서는 설명이 생략될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자의 다른 예를 나타낸 평면도이고, 도 20은 도 19에 도시된 발광소자의 A-A 선에 따른 단면도이다.
한편, 이해를 돕기 위해, 도 19를 도시함에 있어, 제1 본딩패드(1171)와 제2 본딩패드(1172) 아래에 배치되지만, 상기 제1 본딩패드(1171)에 전기적으로 연결된 제1 전극(1141)과 상기 제2 본딩패드(1172)에 전기적으로 연결된 제2 전극(1142)이 보일 수 있도록 도시되었다.
실시 예에 따른 발광소자에 있어서, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)는 이상에서 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명된 본딩패드를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 기판(1105) 위에 배치된 발광구조물(1110)을 포함할 수 있다.
상기 기판(1105)은 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 기판(1105)은 상부 면에 요철 패턴이 형성된 PSS(Patterned Sapphire Substrate)로 제공될 수 있다.
상기 발광구조물(1110)은 제1 도전형 반도체층(1111), 활성층(1112), 제2 도전형 반도체층(1113)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(1112)은 상기 제1 도전형 반도체층(1111)과 상기 제2 도전형 반도체층(1113) 사이에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 도전형 반도체층(1111) 위에 상기 활성층(1112)이 배치되고, 상기 활성층(1112) 위에 상기 제2 도전형 반도체층(1113)이 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(1111)은 n형 반도체층으로 제공되고, 상기 제2 도전형 반도체층(1113)은 p형 반도체층으로 제공될 수 있다. 물론, 다른 실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(1111)이 p형 반도체층으로 제공되고, 상기 제2 도전형 반도체층(1113)이 n형 반도체층으로 제공될 수도 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 제1 도전형 반도체층(1111)이 n형 반도체층으로 제공되고 상기 제2 도전형 반도체층(1113)이 p형 반도체층으로 제공된 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
또한, 이상의 설명에서는 상기 기판(1105) 위에 상기 제1 도전형 반도체층(1111)이 접촉되어 배치된 경우를 기준으로 설명되었다. 그러나, 상기 제1 도전형 반도체층(1111)과 상기 기판(1105) 사이에 버퍼층이 더 배치될 수도 있다. 예로서, 버퍼층은 상기 기판(1105)과 상기 발광구조물(1110) 간의 격자 상수 차이를 줄여 주고 결정성을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 발광구조물(1110)은 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 상기 발광구조물(1110)은 예로서 2족-6족 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 발광구조물(1110)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 도전형 반도체층(1111)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(1111)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 도전형 반도체층(1111)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, AlInP, GaInP 등을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(1112)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(1112)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(1112)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(1112)은 다중 우물 구조로 제공될 수 있으며, 복수의 장벽층과 복수의 우물층을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(1113)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(1113)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 제2 도전형 반도체층(1113)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, AlInP, GaInP 등을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 도 20에 도시된 바와 같이, 전류확산층(1120)과 오믹접촉층(1130)을 포함할 수 있다. 상기 전류확산층(1120)과 상기 오믹접촉층(1130)은 전류 확산을 향상시켜 광출력을 증가시킬 수 있다.
예로서, 상기 전류확산층(1120)은 산화물 또는 질화물 등으로 제공될 수 있다. 상기 전류확산층(1120)의 폭은 위에 배치된 제2 전극(1142)의 폭 이상으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 전류확산층(1120)은 상기 제2 전극(1142) 하측에서의 전류집중을 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킴으로써 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 오믹접촉층(1130)은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 오믹접촉층(1130)은 투광성의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 오믹접촉층(1130)은 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 있다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 도 19 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 제1 전극(1141)과 제2 전극(1142)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(1141)은 상기 제1 도전형 반도체층(1111)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 전극(1141)은 상기 제1 도전형 반도체층(1111) 위에 배치될 수 있다. 예로서, 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면, 상기 제1 전극(1141)은 상기 제2 도전형 반도체층(1113)의 일부와 상기 활성층(1112)의 일부가 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(1111)의 상면에 배치될 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 제1 전극(1141)은 상기 제2 도전형 반도체층(1113)과 상기 활성층(1112)을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층(1111)의 일부 영역을 노출하는 리세스에 배치될 수 있다.
상기 제2 전극(1142)은 상기 제2 도전형 반도체층(1113)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 전극(1142)은 상기 제2 도전형 반도체층(1113) 위에 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 제2 전극(1142)과 상기 제2 도전형 반도체층(1113) 사이에 상기 전류확산층(1120)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(1142)은 상기 오믹접촉층(1130) 위에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142)은 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142)은 오믹 전극일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142)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.
또한, 실시 예에 의하면, 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142)은 서로 분기되어 배치된 가지 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142)은 가지 전극을 통하여 전류의 집중을 방지하고 전류 흐름을 확산시킬 수 있게 된다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 보호층(1150)을 포함할 수 있다.
상기 보호층(1150)은 상기 제2 전극(1142) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(1150)은 상기 제2 전극(1142)의 P 영역 상의 일부 영역을 노출시키는 제1 개구부(h1)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호층(1150)은 상기 제1 전극(1141) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(1150)은 상기 제1 전극(1141)의 N 영역 상의 일부 영역을 노출시키는 제2 개구부(h2)를 포함할 수 있다.
예로서, 상기 보호층(1150)은 절연물질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(1150)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 도 19, 도 20, 및 도 22에 도시된 바와 같이, 반사층(1160)을 포함할 수 있다. 상기 반사층(1160)은 제1 반사층(1161), 제2 반사층(1162), 제3 반사층(1163)을 포함할 수 있다. 상기 반사층(1160)은 상기 보호층(1150) 위에 배치될 수 있다.
상기 제1 반사층(1161)은 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142) 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 반사층(1161)은 상기 제1 전극(1141)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 반사층(1161)은 상기 제2 전극(1142)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다.
상기 제1 반사층(1161)은 상기 제1 전극(1141)의 상부 면을 노출시키는 제4 개구부(h4)를 포함할 수 있다. 상기 제1 반사층(1161)은 상기 보호층(1150)의 상기 제2 개구부(h2)가 형성된 영역에 대응되어 제공된 제4 개구부(h4)를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사층(1162)은 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142) 위에 배치될 수 있다. 상기 제2 반사층(1162)은 상기 제1 전극(1141)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다. 상기 제2 반사층(1162)은 상기 제2 전극(1142)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다.
상기 제2 반사층(1162)은 상기 제1 반사층(1161)과 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제2 반사층(1162)은 상기 제2 전극(1142)의 상부 면을 노출시키는 제3 개구부(h3)를 포함할 수 있다. 상기 제2 반사층(1162)은 상기 보호층(1150)의 상기 제1 개구부(h1)가 형성된 영역에 대응되어 제공된 제3 개구부(h3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 반사층(1163)은 상기 제1 전극(1141)과 상기 제2 전극(1142) 위에 배치될 수 있다. 상기 제3 반사층(1163)은 상기 제1 전극(1141)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다. 상기 제3 반사층(1163)은 상기 제2 전극(1142)의 일부 영역 위에 배치될 수 있다.
상기 제3 반사층(1163)은 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162) 사이에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제3 반사층(1163)은 상기 제1 반사층(1161)과 연결될 수 있다. 또한, 상기 제3 반사층(1163)은 상기 제2 반사층(1162)과 연결될 수 있다. 상기 제3 반사층(1163)은 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)에 물리적으로 직접 접촉되어 배치될 수 있다.
상기 반사층(1160)은 절연성 반사층으로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 반사층(1160)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)층 또는 ODR(Omni Directional Reflector)층으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 반사층(1160)은 금속 물질을 포함할 수도 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 반사층(1161)은 상기 제1 전극(1141)의 측면 및 상면의 일부에 상기 제1 전극(1141)의 상면을 노출하며 배치될 수 있다. 상기 제2 반사층(1162)은 상기 제2 전극(1142)의 측면 및 상면의 일부에 상기 제2 전극(1142)의 상면을 노출하며 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)은 상기 발광구조물(1110)의 활성층(1112)에서 발광되는 빛을 반사시켜 제1 본딩패드(1171)와 제2 본딩패드(1172)에서 광 흡수가 발생되는 것을 최소화하여 광도(Po)를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)은 절연성 재료로 이루어지되, 상기 활성층(1112)에서 방출된 빛의 반사를 위하여 반사율이 높은 재료, 예를 들면 DBR 구조를 이룰 수 있다. 또한, 상기 제3 반사층(1163)도 예로서 DBR 구조를 이룰 수 있다.
상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)은 굴절률이 다른 물질이 서로 반복하여 배치된 DBR 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)은 TiO2, SiO2, Ta2O5, HfO2 중 적어도 하나 이상을 포함하는 단층 또는 적층 구조로 배치될 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 의하면, 이에 한정하지 않고 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)은 상기 활성층(1112)에서 발광하는 빛의 파장에 따라 상기 활성층(1112)에서 발광하는 빛에 대한 반사도를 조절할 수 있도록 자유롭게 제공될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 제1 반사층(1161) 위에 배치된 제1 본딩패드(1171)를 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 발광소자(1100)는 상기 제2 반사층(1162) 위에 배치된 제2 본딩패드(1172)를 포함할 수 있다. 상기 제2 본딩패드(1172)는 상기 제1 본딩패드(1171)와 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 본딩패드(1171)는 상기 제4 개구부(h4)와 상기 제2 개구부(h2)를 통하여 상기 제1 전극(1141)의 N 영역 상의 일부 영역에 접촉될 수 있다. 상기 제2 본딩패드(1172)는 상기 제3 개구부(h3)와 상기 제1 개구부(h1)를 통하여 상기 제2 전극(1142) 의 P 영역 상의 일부 영역에 접촉될 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자는 플립칩 본딩 방식으로 외부 전원에 연결될 수 있다. 예로서, 발광소자 패키지를 제조함에 있어, 상기 제1 본딩패드(1171)의 상부 면과 상기 제2 전극패드(172)의 상부 면이 서브 마운트, 리드 프레임, 또는 회로기판 등에 부착되도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)는, 도 1 내지 도 17을 참조하여 설명된 본딩패드를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자가 플립칩 본딩 방식으로 실장되어 발광소자 패키지로 구현되는 경우, 상기 발광구조물(1110)에서 제공되는 빛은 상기 기판(1105)을 통하여 방출될 수 있다. 상기 발광구조물(1110)에서 방출되는 빛은 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)에서 반사되어 상기 기판(1105) 방향으로 방출될 수 있다.
또한, 상기 발광구조물(1110)에서 방출되는 빛은 상기 발광구조물(1110)의 측면 방향으로도 방출될 수 있다. 또한, 상기 발광구조물(1110)에서 방출되는 빛은, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 배치된 면 중에서, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 제공되지 않은 영역을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
구체적으로, 상기 발광구조물(1110)에서 방출되는 빛은, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 배치된 면 중에서, 상기 제1 반사층(1161), 상기 제2 반사층(1162), 상기 제3 반사층(1163)이 제공되지 않은 영역을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
이에 따라, 실시 예에 따른 발광소자(1100)는 상기 발광구조물(1110)을 둘러싼 6면 방향으로 빛을 방출할 수 있게 되며, 광도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자 및 발광소자 패키지에 의하면, 넓은 면적을 갖는 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 전원을 제공하는 회로기판에 직접 본딩될 수 있으므로 플립칩 본딩 공정이 쉽고 안정적으로 진행될 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 발광소자를 설명함에 있어, 상기 제2 도전형 반도체층(1113) 위에 상기 오믹접촉층(1130)이 제공된 경우를 기준으로 설명되었다. 그러나, 다른 실시 예에 의하면 상기 오믹접촉층(1130)이 생략되고 상기 제2 도전형 반도체층(1113) 위에 상기 제2 전극(1142)이 직접 접촉되도록 배치될 수도 있다.
그러면, 도 22를 참조하여 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 적용된 제1 본딩패드(1171)와 제2 본딩패드(1172)의 배치 관계에 대해 더 살펴 보기로 한다. 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 발광소자에 적용된 제1 본딩패드(1171)와 제2 본딩패드(1172)의 배치 예를 나타낸 도면이다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면, 발광소자(1100)의 상부 방향에서 보았을 때, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합은, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 배치된 상기 발광소자(1100)의 상부 면 전체 면적의 60%에 비해 같거나 작게 제공될 수 있다.
예로서, 상기 발광소자(1100)의 상부 면 전체 면적은 상기 발광구조물(1110)의 제1 도전형 반도체층(1111)의 하부 면의 가로 길이 및 세로 길이에 의하여 정의되는 면적에 대응될 수 있다. 또한, 상기 발광소자(1100)의 상부 면 전체 면적은 상기 기판(1105)의 상부 면 또는 하부 면의 면적에 대응될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 60%에 비해 같거나 작게 제공되도록 함으로써, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 배치된 면으로 방출되는 빛의 양이 증가될 수 있게 된다. 이에 따라, 실시 예에 의하면, 상기 발광소자(1100)의 6면 방향으로 방출되는 빛의 양이 많아지게 되므로 광 추출 효율이 향상되고 광도(Po)가 증가될 수 있게 된다.
또한, 상기 발광소자의 상부 방향에서 보았을 때, 상기 제1 본딩패드(1171)의 면적과 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합은 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 30%에 비해 같거나 크게 제공될 수 있다.
이와 같이, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 30%에 비해 같거나 크게 제공되도록 함으로써, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)를 통하여 안정적인 실장이 수행될 수 있고, 상기 발광소자(1100)의 전기적 특성이 저하되지 않도록 확보할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(1100)는, 광 추출 효율 및 본딩의 안정성 확보와 전기적 특성의 확보를 고려하여, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 30% 이상이고 60% 이하로 선택될 수 있다.
즉, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 30% 이상 내지 100% 이하인 경우, 상기 발광소자(1100)의 전기적 특성을 확보하고, 발광소자 패키지에 실장되는 본딩력을 확보하여 안정적인 실장이 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 0% 초과 내지 60% 이하인 경우, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 배치된 면으로 방출되는 광량이 증가하여 상기 발광소자(1100)의 광추출 효율이 향상되고, 광도(Po)가 증가될 수 있다.
실시 예에서는 상기 발광소자(1100)의 전기적 특성과 발광소자 패키지에 실장되는 본딩력을 확보하고, 광도를 증가시키기 위해, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 상기 발광소자(1100)의 전체 면적의 30% 이상 내지 60% 이하로 선택하였다.
또한, 다른 실시 예에 의하면, 이에 한정하지 않고, 상기 발광소자(1100)의 전기적 특성과 본딩력을 확보하기 위해서는 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 60% 초과 내지 100% 이하로 구성될 수 있고, 광도를 증가시키기 위해서는 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 0% 초과 30% 미만으로 선택하여 구성할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 본딩패드(1171)는, 상기 발광소자(1100)의 장축 방향을 따라 x1의 길이로 제공되고, 상기 발광소자(1100)의 단축 방향을 따라 y1의 길이로 제공될 수 있다. 이때, 상기 x1과 y1의 비는 예로서 1:1.5 내지 1:2로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 본딩패드(1172)는, 상기 발광소자(1100)의 장축 방향을 따라 x2의 길이로 제공되고, 상기 발광소자(1100)의 단축 방향을 따라 y2의 길이로 제공될 수 있다. 이때, 상기 x2와 y2의 비는 예로서 1:1.5 내지 1:2로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 최소 간격(d)은 125 마이크로 미터에 비해 같거나 크게 제공될 수 있다. 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 최소 간격(d)은 상기 발광소자(1100)가 실장 되는 패키지 몸체의 제2 전극패드와 제1 전극패드 간의 간격을 고려하여 선택될 수 있다.
예로서, 패키지 몸체의 제1 전극패드와 제2 전극패드 간의 최소 간격이 최소 125 마이크로 미터로 제공될 수 있으며, 최대 200 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 이때, 공정 오차를 고려하면, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 간격(d)은 예로서 125 마이크로 미터 이상이고 300 마이크로 미터 이하로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 간격(d)이 125 마이크로 미터보다 크게 배치되어야, 발광소자의 제1 본딩패드(1171)와 제2 본딩패드(1172) 사이에서 단락이 발생하지 않을 수 있도록 최소 공간이 확보될 수 있고, 광 추출 효율을 향상시키기 위한 발광 면적을 확보할 수 있어 상기 발광소자(1100)의 광도(Po)가 증가될 수 있다.
또한, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 간격(d)이 300 마이크로 미터 이하로 제공되어야 상기 발광소자 패키지의 제1 전극패드 및 제2 전극패드와 상기 발광소자의 제1 본딩패드(1171) 및 제2 본딩패드(1172)가 충분한 본딩력을 가지며 본딩될 수 있고, 상기 발광소자(1100)의 전기적 특성이 확보될 수 있다.
상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 최소 간격(d)은 광학적 특성을 확보하기 위해 125 마이크로 미터보다 크게 배치되고, 전기적 특성과 본딩력에 의한 신뢰성을 확보하기 위해 300 마이크로 미터보다 작게 배치될 수 있다.
실시 예에서는 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 125 마이크로 미터 이상 300 마이크로 이하의 최소 간격(d)을 제공하지만, 이에 한정하지 않고, 상기 발광소자 패키지의 전기적 특성 또는 신뢰성을 향상시키기 위해서는 125 마이크로 미터보다 작게 배치될 수 있고, 광학적 특성을 향상시키기 위해서는 300 마이크로 미터보다 크게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 본딩패드(1171)는 상기 발광소자(1100)의 장축 방향에 배치된 이웃하는 측면으로부터 b1의 길이만큼 떨어져서 배치되고, 상기 발광소자(1100)의 단축 방향에 배치된 이웃하는 측면으로부터 a1 또는 a3의 길이만큼 떨어져서 배치될 수 있다. 이때, 상기 a1 또는 a3는 예로서 40 마이크로 미터에 비해 같거나 크고, 상기 b1은 100 마이크로 미터에 비해 같거나 크게 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 본딩패드(1172)는 상기 발광소자(1100)의 장축 방향에 배치된 이웃하는 측면으로부터 b2의 길이만큼 떨어져서 배치되고, 상기 발광소자(1100)의 단축 방향에 배치된 이웃하는 측면으로부터 a2 또는 a4의 길이만큼 떨어져서 배치될 수 있다. 이때, 상기 a2 또는 a4는 예로서 40 마이크로 미터에 비해 같거나 크고, 상기 b2는 100 마이크로 미터에 비해 같거나 크게 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 a1, a2, a3, a4는 서로 같은 값으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 b1과 b2는 서로 같은 값으로 제공될 수 있다. 또한, 다른 실시 예에 의하면, 상기 a1, a2, a3, a4 중에서 적어도 2 개가 서로 다른 값을 가질 수도 있고, 상기 b1과 b2가 서로 다른 값을 가질 수도 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면, 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 제3 반사층(1163)이 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제3 반사층(1163)의 상기 발광소자(1100)의 장축 방향에 따른 길이(d)는 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 간격에 대응되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 제3 반사층(1163)의 상기 발광소자(1100)의 단축 방향에 따라 f의 길이로 제공될 수 있다. 상기 제3 반사층(1163)의 상기 발광소자(1100)의 단축 방향에 따른 길이(f)는 예로서 상기 발광소자(1100)의 단축 방향 길이에 대응될 수 있다. 또한, 상기 제3 반사층(1163)의 면적은 예로서 상기 발광소자(1100)의 상부 면 전체의 10% 이상이고 25% 이하로 제공될 수 있다.
상기 제3 반사층(1163)의 면적이 상기 발광소자(1100)의 상부 면 전체의 10% 이상일 때, 상기 발광소자의 하부에 배치되는 패키지 몸체가 변색되거나 균열의 발생을 방지할 수 있고, 25% 이하일 경우 상기 발광소자의 6면으로 발광하도록 하는 광 추출 효율을 확보하기에 유리하다.
또한, 다른 실시 예에서는 이에 한정하지 않고 상기 광 추출 효율을 더 크게 확보하기 위해 상기 제3 반사층(1163)의 면적을 상기 발광소자(1100)의 상부 면 전체의 0% 초과 내지 10% 미만으로 배치할 수 있고, 상기 패키지 몸체에 변색 또는 균열의 발생을 방지하기 위해 상기 제3 반사층(1163)의 면적을 상기 발광소자(100)의 상부 면 전체의 25% 초과 내지 100% 미만으로 배치할 수 있다.
이와 같이 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 제공된 제1 영역으로 상기 발광구조물(1110)에서 생성된 빛이 투과되어 방출되지 않도록 제공될 수 있다. 이때, 상기 제1 영역은 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이의 최소 간격에 대응되는 영역일 수 있다. 또한, 상기 제1 영역은 상기 제3 반사층(1163)에 있어서 발광소자의 장축 방향으로 배치된 길이(d)에 대응될 수 있다.
또한, 상기 발광소자(1100)의 장축 방향에 배치된 측면과 이웃하는 상기 제1 본딩패드(1171) 또는 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 제공된 제2 영역으로 상기 발광구조물(1110)에서 생성된 빛이 투과되어 방출될 수 있다. 이때, 상기 제2 영역은 b1과 b2에 대응되는 영역일 수 있다.
또한, 상기 발광소자(1100)의 단축 방향에 배치된 측면과 이웃하는 상기 제1 본딩패드(1171) 또는 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 제공된 제3 영역으로 상기 발광구조물에서 생성된 빛이 투과되어 방출될 수 있다. 이때, 상기 제3 영역은 a1, a2, a3, 및 a4에 대응되는 영역일 수 있다.
예컨대, 실시 예에 따른 발광소자(1100)의 장축 방향 길이가 1250mm이고, 단축 방향 길이가 750mm인 경우에 이상에서 언급된 변수들은 다음과 같은 값을 가질 수 있다.
상기 제1 본딩패드(1171)의 면적과 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적이 서로 같고, 그 합이 30% 경우에, x1:y1=1:2이고, d의 값이 125 마이크로 미터로 제공되면, x1의 값은 265 마이크로 미터로 제공되고, y1의 값은 530 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 이에 따라, a1의 값은 예로서 110 마이크로 미터에 비해 작거나 같고, b1의 값은 예로서 300 마이크로 미터에 비해 작거나 같게 제공될 수 있다.
즉, 발광소자(1100)의 크기에 따라, 상기 제1 본딩패드(1171)의 면적과 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적의 합이 결정되고, 상기 제1 본딩패드(1171)의 가로/세로 비율과 d의 값이 결정되면, 나머지 변수들은 계산에 의하여 산출될 수 있게 된다. 이에 따라, a1, a2, a3, a4, b1, b2 등의 상한 값은 나타내지 아니 하였다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 반사층(1161)의 크기는 상기 제1 본딩패드(1171)의 크기에 비하여 수 마이크로 미터 더 크게 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반사층(1161)의 면적은 상기 제1 본딩패드(1171)의 면적을 완전히 덮을 수 있을 정도의 크기로 제공될 수 있다. 공정 오차를 고려할 때, 상기 제1 반사층(1161)의 한 변의 길이는 상기 제1 본딩패드(1171)의 한 변의 길이에 비해 예로서 4 마이크로 미터 내지 10 마이크로 미터 정도 더 크게 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 반사층(1162)의 크기는 상기 제2 본딩패드(1172)의 크기에 비하여 수 마이크로 미터 더 크게 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 반사층(1162)의 면적은 상기 제2 본딩패드(1172)의 면적을 완전히 덮을 수 있을 정도의 크기로 제공될 수 있다. 공정 오차를 고려할 때, 상기 제2 반사층(1162)의 한 변의 길이는 상기 제2 본딩패드(1172)의 한 변의 길이에 비해 예로서 4 마이크로 미터 내지 10 마이크로 미터 정도 더 크게 제공될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 반사층(1161)과 상기 제2 반사층(1162)에 의하여, 상기 발광구조물(1110)로부터 방출되는 빛이 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)에 입사되지 않고 반사될 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 발광구조물(1110)에서 생성되어 방출되는 빛이 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)에 입사되어 손실되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면, 상기 제3 반사층(1163)이 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 배치되므로, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172) 사이로 빛이 방출되는 것을 방지할 수 있다.
앞에서 설명된 바와 같이, 실시 예에 따른 발광소자(1100)는 예를 들어 플립칩 본딩 방식으로 실장되어 발광소자 패키지 형태로 제공될 수 있다. 이때, 발광소자(1100)가 실장되는 패키지 몸체가 수지 등으로 제공되는 경우, 상기 발광소자(1100)의 하부 영역에서, 상기 발광소자(1100)로부터 방출되는 단파장의 강한 빛에 의하여 패키지 몸체가 변색되거나 균열이 발생될 수 있다.
그러나, 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)가 배치된 영역 사이로 빛이 방출되는 것을 방지할 수 있으므로, 상기 발광소자(1100)의 하부 영역에 배치된 패키지 몸체가 변색되거나 균열되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자(1100)에 의하면, 패키지 몸체에 제공되는 제1 전극패드와 제2 전극패드 간의 최소 간격이 고려되어 상기 제3 반사층(1163)의 폭(d)이 최소화되도록 선택될 수 있다. 그리고, 상기 발광소자(1100)의 장축 방향에 배치된 측면과 이웃하는 상기 제1 본딩패드(1171) 또는 상기 제2 본딩패드(1172) 사이에 제공된 간격(b1, b2)을 최대로 확보함으로써, 상기 제1 본딩패드(1171)와 상기 제2 본딩패드(1172)의 측면으로 방출되는 빛의 양을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 제1 본딩패드(1171), 상기 제2 본딩패드(1172), 상기 제3 반사층(1163)이 배치된 상기 발광소자(1100)의 상부 면의 20% 이상 면적에서 상기 발광구조물(1110)에서 생성된 빛이 투과되어 방출될 수 있다.
이에 따라, 실시 예에 의하면, 상기 발광소자(1100)의 6면 방향으로 방출되는 빛의 양이 많아지게 되므로 광 추출 효율이 향상되고 광도(Po)가 증가될 수 있게 된다. 또한, 상기 발광소자(1100)의 하부 면에 근접하게 배치된 패키지 몸체가 변색되거나 균열되는 것을 방지할 수 있게 된다.
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 패키지 몸체
111 제1 프레임
112 제2 프레임
113 몸체
120 발광소자
135 제1 수지부
140 제2 수지부
500 발광소자
510 반도체층
520 금속층
530 제1 Ag층
540 제1 배리어층
550 Sn층
560 제2 배리어층
600 프레임
610 제1층
620 제2층
630 제2 Ag층
710 금속간 화합물층

Claims (13)

  1. 서로 이격되어 배치되는 제1 프레임 및 제2 프레임;
    상기 제1 및 제2 프레임 상에 배치되며 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 발광소자; 및
    상기 제1 전극과 상기 제1 프레임 사이에 배치되며 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 본딩패드 및 상기 제2 전극과 상기 제2 프레임 사이에 배치되며 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 본딩패드;
    를 포함하고,
    상기 제1 본딩패드는 제1 Ag층, 상기 발광소자에서 상기 제1 Ag층 아래의 Sn층 및 상기 제1 프레임에서의 제2 Ag층을 본딩하여 형성된 제1 금속간 화합물층을 포함하고,
    상기 제2 본딩패드는 상기 제1 Ag층, 상기 발광소자에서의 상기 Sn층 및 상기 제2 프레임에서의 제2 Ag층을 본딩하여 형성된 제2 금속간 화합물층을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 금속간 화합물층은 각각 Ag와 Sn의 결합에 의한 금속간 화합물층을 포함하고,
    상기 제1 Ag층, 상기 제2 Ag층 및 상기 Sn층의 결합에 의한 상기 제1 금속간 화합물층 및 상기 제2 금속간 화합물층 각각의 질량 퍼센트(Wt%)는 2.27:1 내지 3.18:1의 범위로 제공된 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속간 화합물층은 Au가 포함된 영역을 포함하는 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 Au가 포함된 영역은 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층의 중앙 영역과 상기 제1 및 제2 프레임 사이에 배치된 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프레임은, 상기 제1 및 제2 금속간 화합물층 아래에 배치된 Ni층, 상기 Ni층 아래에 배치된 Cu층을 포함하는 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속간 화합물층과 상기 Ni층 사이에 배치된 Ag층을 더 포함하고,
    상기 Ag층과 상기 Ni층은 각각 수 마이크로 미터의 두께로 제공된 발광소자 패키지.
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