KR102509075B1 - 반도체 소자 패키지 - Google Patents

Abstract

실시 예는, 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티 내부에 배치되는 반도체 소자; 및 상기 캐비티 상에 배치되는 투광부재를 포함하고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 투광부재가 배치되는 단차부를 포함하고, 상기 단차부는 복수 개의 측면, 상기 복수 개의 측면 중 서로 인접한 측면을 연결하는 복수 개의 모서리부, 상기 복수 개의 모서리부에 각각 배치되는 복수 개의 리세스, 및 상기 복수 개의 리세스 중 적어도 하나의 리세스의 바닥면에 배치되는 제1홈을 포함하는 반도체 소자 패키지 를 개시한다.

Description

반도체 소자 패키지{SEMICONDUCTOR DEVICE PACKAGE}

실시 예는 반도체 소자 패키지에 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, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 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 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.

뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 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 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 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 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.

특히, 자외선 파장 영역의 광을 방출하는 반도체 소자는 경화작용이나 살균 작용을 하여 경화용, 의료용, 및 살균용으로 사용될 수 있다.

실시 예는 내부 공기압의 조절이 가능한 반도체 소자 패키지를 제공한다.

실시 예는 열 방출이 우수한 반도체 소자 패키지를 제공한다.

실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 일 특징에 따른 반도체 소자 패키지는, 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티 내부에 배치되는 반도체 소자; 및 상기 캐비티 상에 배치되는 투광부재를 포함하고, 상기 캐비티의 측벽은 상기 투광부재가 배치되는 단차부를 포함하고, 상기 단차부는 복수 개의 측면, 상기 복수 개의 측면 중 서로 인접한 측면을 연결하는 복수 개의 모서리부, 상기 복수 개의 모서리부에 각각 배치되는 복수 개의 리세스, 및 상기 복수 개의 리세스 중 적어도 하나의 리세스의 바닥면에 배치되는 제1홈을 포함한다.

상기 제1홈은 상기 캐비티의 측벽을 관통하여 연결될 수 있다.

상기 제1홈은 상기 투광부재와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역, 및 상기 투광부재와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함할 수 있다.

상기 단차부는 서로 마주보는 제1측면과 제3측면, 서로 마주보는 제2측면과 제4측면, 상기 제1측면과 상기 제2측면이 연결되는 제1모서리부, 상기 제2측면과 상기 제3측면이 연결되는 제2모서리부, 상기 제3측면과 상기 제4측면이 연결되는 제3모서리부, 상기 제4측면과 상기 제1측면이 연결되는 제4모서리부, 상기 제1 내지 제4모서리부에 각각 형성되는 제1리세스 내지 제4리세스를 포함한다.

상기 몸체는 서로 마주보는 제1외측면과 제3외측면, 서로 마주보는 제2외측면과 제4외측면, 상기 제1외측면과 상기 제2외측면이 연결되는 제5모서리부, 상기 제2외측면과 상기 제3외측면이 연결되는 제6모서리부, 상기 제3외측면과 상기 제4외측면이 연결되는 제7모서리부, 및 상기 제4외측면과 상기 제1외측면이 연결되는 제8모서리부를 포함하고, 상기 제1리세스는 상기 제5모서리부를 향해 연장되고, 상기 제2리세스는 상기 제6모서리부를 향해 연장되고, 상기 제3리세스는 상기 제7모서리부를 향해 연장되고, 상기 제4리세스는 상기 제8모서리부를 향해 연장될 수 있다.

상기 단차부는 상기 제2리세스 내지 제4리세스 중 적어도 하나에 배치되는 제1홈을 더 포함할 수 있다.

상기 캐비티 내의 공기는 상기 제1홈을 통해 외부로 배출될 수 있다.

상기 반도체 소자는 자외선 광을 출사할 수 있다.

상기 단차부와 상기 투광부재 사이에 배치되는 접착층을 포함할 수 있다.

상기 접착층은 상기 제1홈에 충진되는 제1접착부를 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 내부의 공기압 조절이 가능해져 투광부재의 접착 불량을 개선할 수 있다.

또한, 반도체 소자 패키지의 열 방출 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이고,
도 2는 도 1의 평면도이고,
도 3은 도 1의 일부 확대도이고,
도 4는 도 2의 A-A 방향 단면도이고,
도 5a 및 도 5b는 배출홈이 없는 경우 내부 공기압에 의해 투광부재의 접착 불량이 발생하는 문제를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 도 2의 변형예이고,
도 7은 도 2의 B-B 방향 단면도이고,
도 8은 도 1의 저면도이고,
도 9는 도 1의 반도체 소자의 개념도이고,
도 10은 도 9의 변형예이고,
도 11a 내지 도 11c는 투광부재를 고정하는 방법을 보여주는 도면이다.

본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.

특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 도 1의 A 부분 확대도이고, 도 4는 도 2의 A-A 방향 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 배출홈이 없는 경우 내부 공기압에 의해 투광부재의 접착 불량이 발생하는 문제를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지는 캐비티(11)를 포함하는 몸체(10), 캐비티(11)의 내부에 배치되는 반도체 소자(100), 및 캐비티(11) 상에 배치되는 투광부재(50)를 포함할 수 있다.

몸체(10)는 알루미늄 기판을 가공하여 제작할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 몸체(10)는 내면과 외면이 모두 도전성을 가질 수 있다. 이러한 구조는 다양한 이점을 가질 수 있다. AlN, Al₂O₃와 같은 비도전성 재질을 몸체(10)로 사용하는 경우, 자외선 파장대의 반사율이 20% 내지 40%에 불과하므로 별도의 반사부재를 배치해야 하는 문제가 있다. 또한, 리드 프레임과 같은 별도의 도전성 부재 및 회로 패턴이 필요할 수 있다. 따라서, 제작 비용이 상승하고 공정이 복잡해질 수 있다. 또한, 금(Au)과 같은 도전성 부재는 자외선을 흡수하여 광 추출 효율이 감소하는 문제가 있다.

그러나, 실시 예에 따르면, 몸체(10)가 알루미늄으로 구성되면 자외선 파장대에서 반사율이 높아 별도의 반사부재를 생략할 수 있다. 또한, 몸체(10) 자체가 도전성이 있으므로 별도의 회로패턴 및 리드 프레임을 생략할 수 있다. 또한, 알루미늄으로 제작되므로 열전도성이 140W/m.k 내지 160W/m.k으로 우수할 수 있다. 따라서, 열 방출 효율도 향상될 수 있다.

몸체(10)는 제1도전부(10a)와 제2도전부(10b)를 포함할 수 있다. 제1도전부(10a)와 제2도전부(10b) 사이에는 제1절연부(42)가 배치될 수 있다. 제1도전부(10a)와 제2도전부(10b)는 모두 도전성을 가지므로 극을 분리하기 위해 제1절연부(42)가 배치될 필요가 있다.

제1절연부(42)는 절연 기능을 갖는 다양한 재질이 모두 포함될 수 있다. 예시적으로 제1절연부(42)는 EMC, 화이트 실리콘, PSR(Photoimageable Solder Resist), 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지 등이 선택될 수 있다.

제1절연부(42)의 폭은 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 폭이 10㎛이상인 경우 제1도전부(10a)와 제2도전부(10b)를 충분히 절연시킬 수 있으며, 폭이 70㎛이하인 경우 패키지의 사이즈가 커지는 문제를 개선할 수 있다.

그러나, 몸체(10)의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 AlN Al₂O₃와 같은 절연구조체를 복수 개 적층하여 제작할 수도 있다. 이 경우 몸체(10)의 내부에 별도의 회로패턴이 구비될 수 있다.

캐비티(11)의 측면은 하부면과 수직하게 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 측면은 하부면과 90도보다 큰 각도로 경사지게 배치되어 반도체 소자(100)에서 출사된 광을 상부로 반사시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 몸체(10)는 알루미늄으로 제작되므로 캐비티(11)의 내면은 별도의 반사부재가 없어도 자외선 파장대의 광을 상부로 반사할 수 있다.

반도체 소자(100)는 캐비티(11) 내에 배치될 수 있다. 반도체 소자(100)는 제1도전부(10a) 및 제2도전부(10b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 캐비티(11)에는 서브 마운트(22)가 배치되고, 그 위에 반도체 소자(100)가 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 캐비티(11)의 바닥에는 와이어가 본딩되는 패드부(미도시)가 배치될 수 있다.

반도체 소자(100)는 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 예시적으로 반도체 소자(100)는 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수 도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 출력할 수 있다. 파장범위는 발광구조물의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다.

예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)은 320nm 내지 420nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 피크 파장을 가질 수 있다.

단차부(12)는 캐비티(11)의 상부에 배치될 수 있다. 단차부(12)는 캐비티의 측벽에 배치될 수 있다. 단차부(12)는 캐비티(11)의 측벽에서 외측으로 연장되어 형성될 수 있다.

투광부재(50)는 단차부(12)에 배치될 수 있다. 투광부재(50)는 자외선 파장대의 광을 투과할 수 있는 재질이면 특별히 제한하지 않는다. 예시적으로 투광부재(50)는 쿼츠(Quartz)와 같이 자외선 파장 투과율이 높은 광학 재료를 포함할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 단차부(12)는 서로 마주보는 제1측면(S21)과 제3측면(S23), 서로 마주보는 제2측면(S22)과 제4측면(S24), 제1측면(S21)과 제2측면(S22)이 연결되는 제1모서리부, 제2측면(S22)과 제3측면(S23)이 연결되는 제2모서리부, 제3측면(S23)과 제4측면(S24)이 연결되는 제3모서리부, 제4측면(S24)과 제1측면(S21)이 연결되는 제4모서리부를 포함할 수 있다.

단차부(12)의 평면 형상은 사각 형상일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않고 삼각형, 육각형 등의 다각 형상을 가질 수 있다.

단차부(12)는 제1 내지 제4모서리부에 각각 형성되는 제1 내지 제4리세스(17a, 17b, 17c, 17d)를 포함할 수 있다. 제1리세스(17a)는 제1모서리부에 배치될 수 있고, 제2리세스(17b)는 제2모서리부에 배치될 수 있고, 제3리세스(17c)는 제3모서리부에 배치될 수 있고, 제4리세스(17d)는 제4모서리부에 배치될 수 있다.

투광부재(50)가 모서리에 곡률이 없는 사각 형상인 경우 공차를 고려하여 제1 내지 제4리세스(17a, 17b, 17c, 17d)가 형성될 수 있다. 만약, 제1 내지 제4리세스(17a, 17b, 17c, 17d)가 없는 경우 투광부재(50)가 시계 방향 또는 시계 반시계 방향으로 회전하는 경우 단차부(12)에 삽입되지 못할 수 있다. 그러나, 제1 내지 제4리세스(17a, 17b, 17c, 17d)가 형성된 경우 투광부재(50)가 어느 정도 회전하여도 단차부(12)에 삽입될 수 있다.

단차부(12)는 제1리세스(17)의 바닥면(15)에 배치되는 제1홈(61)을 포함할 수 있다. 예시적으로 제1홈(61)은 제1리세스(17a)에 배치되는 것으로 도시하였으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 제1홈(61)은 제2 내지 제4리세스(17b, 17c, 17d)에 배치될 수도 있다. 제1홈(61)은 캐비티(11)의 측벽을 관통하여 캐비티(11)와 연결될 수 있다. 따라서, 캐비티(11) 내부의 공기가 제1홈(61)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

제1홈(61)은 투광부재(50)와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역(61a), 및 투광부재(50)와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역(61b)을 포함할 수 있다. 제1홈(61)이 수직 방향으로 투광부재(50)와 완전히 중첩되면 투광부재(50)가 배치될 때 캐비티(11) 내부의 공기가 제1홈(61)을 통해 배출되기 어려울 수 있다.

몸체(10)는 서로 마주보는 제1외측면(S11)과 제3외측면(S13), 서로 마주보는 제2외측면(S12)과 제4외측면(S14), 제1외측면(S11)과 제2외측면(S12)이 연결되는 제5모서리부(V1), 제2외측면(S12)과 제3외측면(S13)이 연결되는 제6모서리부(V2), 제3외측면(S13)과 제4외측면(S14)이 연결되는 제7모서리부(V3), 및 제4외측면(S14)과 제1외측면(S11)이 연결되는 제8모서리부(V4)를 포함할 수 있다.

이때, 제1리세스(17a)는 제5모서리부(V1)를 향해 연장되고, 제2리세스(17b)는 제6모서리부(V2)를 향해 연장되고, 제3리세스(17c)는 제7모서리부(V3)를 향해 연장되고, 제4리세스(17d)는 제8모서리부(V4)를 향해 연장될 수 있다.

도 3을 참조하면, 투광부재(50)가 단차부(12)에 삽입될 때 캐비티(11) 내부의 공기가 일부 배출될 수 있다. 따라서, 캐비티(11) 내부에 공기가 압축되어 투광부재(50)의 접착 불량이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

도 4를 참조하면, 투광부재(50)가 배치된 후 접착층(71)을 충진하여 투광부재(50)를 단차부(12)에 고정할 수 있다. 이때, 접착층(71)은 제1홈(61)에 충진되는 제1접착부(71a)를 포함할 수 있다. 즉, 접착제 주입시 일부는 제1홈(61)에 충진되어 경화될 수 있다. 따라서, 접착층(71)에 의해 캐비티(11)는 외부와 차단될 수 있다.

도 5a를 참조하면 제1홈(61)의 구조 없이 투광부재(50)를 단차부(12)에 배치하는 경우 캐비티(11) 내부에 압축되는 공기량의 증가로 내부 기압이 상승할 수 있다. 따라서, 도 5b와 같이 내부의 공기 압축량이 증가하여 투광부재(50)를 밀어 올리는 힘이 증가하므로 투광부재(50)가 최초 삽입 위치에 접착되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 접착 불량이 발생할 수 있다. 접착 불량이란 투광부재(50)가 기울어지게 접착되는 것을 포함할 수 있다.

도 6은 도 2의 변형예이고, 도 7은 도 2의 B-B 방향 단면도이고, 도 8은 도 1의 저면도이다.

도 6을 참조하면, 제1홈(61)은 제1 내지 제4리세스(17a, 17b, 17c, 17d)에 모두 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 캐비티(11)의 내부 공기가 더 쉽게 빠질 수 있는 장점이 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제1홈(61)은 제1 내지 제4리세스(17a, 17b, 17c, 17d) 중 일부에만 배치될 수도 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 몸체(10)는 하면(S3)과 측면(13)이 만나는 모서리에 배치되는 제1, 제2홈(14a, 14b), 및 제1, 제2홈(14a, 14b)에 배치되는 제2절연부(41a, 41b)를 포함할 수 있다. 제1, 제2홈(14a, 14b)은 몸체(10)의 하면(S3)과 측면(S1)이 만나는 모서리를 따라 전체적으로 배치될 수 있다.

구체적으로, 몸체(10)는 제1도전부(10a)의 하면(S31)과 측면(S1)이 만나는 영역에 배치되는 제1홈(14a), 제2도전부(10b)의 하면(S32)과 측면(S1)이 만나는 영역에 배치되는 제2홈(14b)을 포함할 수 있다.

제2절연부(41a, 41b)는 제1홈(14a)에 배치되는 제2-1절연부(41a)와 제2홈(14b)에 배치되는 제2-2절연부(41b)를 포함할 수 있다. 이때, 제2-1절연부(41a)와 제2-2절연부(41b)는 일체로 형성될 수 있다.

제1홈(14a)과 제2홈(14b)의 형상은 특별히 제한하지 않는다. 제1홈(14a)과 제2홈(14b)의 단면은 다각 형상, 렌즈 형상 등을 모두 포함할 수 있다.

제2절연부(41a, 41b)는 제1절연부(42)와 동일한 재질일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1절연부(42)와 제2절연부(41a, 41b)는 EMC, 화이트 실리콘, PSR(Photoimageable Solder Resist), 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물, 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지, PBT 수지 등의 수지 등이 선택될 수 있다.

실시 예에 따르면, 몸체(10)의 하부 모서리에 제2절연부(41a, 41b)가 배치되므로 패키지 절삭시 모서리에 버(burr)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 알루미늄 기판의 경우 금속 재질이므로 절삭시 버(burr)가 잘 발생할 수 있다. 버(burr)가 발생한 경우, 하면(S3)이 평탄하지 않아 회로기판에 실장이 불량해질 수 있다. 또한, 버(burr)가 발생한 경우 두께가 불균일해질 수 있고, 일부 영역이 들뜨게 되어 측정 오차가 발생할 수도 있다. 제2절연부(41a, 41b)는 절연 재질로 제작되므로 절삭시 버(burr)가 잘 발생하지 않을 수 있다.

제1홈(14a)과 제2홈(14b)의 내면은 러프니스(미도시)를 가질 수 있다. 제1홈(14a)과 제2홈(14b)의 내면이 매끄러운 경우 제2절연부(41a, 41b)와 접착력이 약해질 수 있다. 따라서, 제2절연부(41a, 41b)를 고정하기 위해 제1홈(14a)과 제2홈(14b)의 내면은 표면 처리를 통해 러프니스를 형성할 수 있다.

제2절연부(41a, 41b)의 제1방향 두께(Y방향 폭, d1)는 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 제1방향(Y방향)은 몸체(10)의 하면에서 상면 방향일 수 있다. 두께가 50㎛이상인 경우 충분한 두께를 확보하여 패키지 절단시 버(burr)가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 두께가 150㎛이하인 경우 제2절연부(41a, 41b)가 몸체(10)의 하면(S3)으로 돌출되는 것을 방지할 수 있다.

제2절연부(41a, 41b)의 제2방향 폭(X방향 폭, w1)은 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 제2방향(X방향)은 제1방향과 수직한 방향일 수 있다. 폭이 100㎛이상인 경우 제1홈(14a)과 제2홈(14b)에 충분히 고정될 수 있으며, 폭이 300㎛이하인 경우 몸체(10)의 하면(S3)에 전극이 실장되는 면적을 확보할 수 있다.

실시 예에 따르면, 제2절연부(41a, 41b)의 두께와 폭의 비(d1:w1)는 1:1.5 내지 1:6일 수 있다. 즉, 제2절연부(41a, 41b)의 폭은 두께보다 클 수 있다. 두께와 폭의 비를 만족하는 경우 제2절연부(41a, 41b)가 제1홈(14)에 충분히 고정되어 버(burr)의 발생을 억제할 수 있다.

캐비티(11)의 측면(11d)은 하부면(11c)과 수직하게 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 측면은 하부면과 90도보다 큰 각도로 경사지게 배치되어 반도체 소자(100)에서 출사된 광을 상부로 반사시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 몸체(10)는 알루미늄으로 제작되므로 캐비티(11)의 내면은 별도의 반사부재가 없어도 자외선 파장대의 광을 상부로 반사할 수 있다.

도 9는 도 1의 반도체 소자의 개념도이고, 도 10은 도 9의 변형예이다.

도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 반도체 소자(100)는 서브 마운트(22) 상에 플립칩과 같이 실장될 수 있다. 즉, 반도체 소자(100)의 제1전극(152)과 제2전극(151)이 서브 마운트(22)의 제1패드(23a)와 제2패드(23b)에 플립칩 형태로 실장될 수 있다. 이때, 제1패드(23a)와 제2패드(23b)는 와이어(W)에 의해 몸체(10a, 10b)에 각각 솔더링될 수 있다.

그러나, 반도체 소자(100)를 실장하는 방법은 특별히 제한하지 않는다. 예시적으로 도 10과 같이 반도체 소자(100)의 기판(110)을 서브 마운트(22)상에 배치하고 제1전극(152)과 제2전극(151)을 직접 몸체(10a, 10b)에 솔더링할 수도 있다.

실시 예에 따른 반도체 소자(100)는 기판(110), 제1 도전형 반도체층(120), 활성층(130), 및 제2 도전형 반도체층(140)을 포함할 수 있다. 각 반도체층은 자외선 파장대의 광을 방출할 수 있도록 알루미늄 조성을 가질 수 있다.

기판(110)은 도전성 기판 또는 절연성 기판을 포함한다. 기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 기판(110)은 사파이어(Al₂O₃), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 필요에 따라 기판(110)은 제거될 수 있다.

제1 도전형 반도체층(120)과 기판(110) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 기판(110) 상에 구비된 발광 구조물(160)과 기판(110)의 격자 부정합을 완화할 수 있다.

제1 도전형 반도체층(120)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 반도체층(120)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(120)은 In_x1Al_y1Ga_{1 -x1- y1}N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(120)은 n형 반도체층일 수 있다.

활성층(130)은 제1 도전형 반도체층(120)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(140)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(130)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.

활성층(130)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(130)의 구조는 이에 한정하지 않는다.

제2 도전형 반도체층(140)은 활성층(130) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(140)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(140)은 In_x5Al_y2Ga_{1 -x5- y2}N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층(140)은 p형 반도체층일 수 있다.

제1전극(152)은 제1 도전형 반도체층(120)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2전극(151)은 제2 도전형 반도체층(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2전극(152, 151)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.

실시 예에서는 수평형 발광소자의 구조로 설명하였으나, 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 실시 예에 따른 발광소자는 수직형 또는 플립칩 구조일 수도 있다.

도 11a 내지 도 11c는 투광부재를 고정하는 방법을 보여주는 도면이다.

도 11a를 참조하면, 단차부(12)에 접착제(71)를 도포할 수 있다. 접착제(71)는 단차부(12)의 둘레를 따라 전체적으로 도포할 수도 있고, 단차부(12)의 리세스(17)에만 부분적으로 도포할 수도 있다. 리세스(17)에 도포된 접착제(71)는 단차부(12)의 바닥면에 점차 퍼질 수 있다. 그러나, 제1홈(61)이 배치된 리세스(17)에는 도포하지 않을 수 있다.

접착제(71)는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 및 아크릴 수지 중 어느 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 접착제(71)는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 접착제는 투광부재를 몸체에 고정할 수 있는 다양한 재질이 모두 선택될 수 있다.

도 11b를 참조하면, 투광부재(50)는 단차부(12)에 삽입시 접착제(71)에 의해 고정될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1홈(61)이 배치된 리세스(17)에는 접착제(71)가 도포되지 않았으므로 캐비티(11) 내부의 공기는 제1홈(61)을 통해 배출될 수 있다. 따라서, 캐비티(11) 내부에 공기가 응축되는 문제를 해소할 수 있다. 또한, 제1홈(61)이 리세스(17)에 배치되므로 제1홈(61)의 크기를 상대적으로 크게 형성할 수 있으므로 쉽게 공기가 배출될 수 있다.

도 11c를 참조하면, 제1홈(61)이 배치된 리세스(17)에 다시 접착제(71)를 도포하여 캐비티(11) 내부를 밀폐할 수 있다. 이때, 접착제(71)를 도포하는 방법은 니들(SP1)을 이용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 충진 방법이 모두 적용될 수 있다.

제1홈(61)이 배치된 리세스(17)에 접착제(71)가 주입되면 단차부(12)의 둘레를 따라 전체적으로 접착제(71)가 도포될 수 있다. 따라서, 캐비티(11)는 밀폐될 수 있다.

반도체 소자는 다양한 종류의 광원 장치에 적용될 수 있다. 예시적으로 광원장치는 살균 장치, 경화 장치, 조명 장치, 및 표시 장치 및 차량용 램프 등을 포함하는 개념일 수 있다. 즉, 반도체 소자는 케이스에 배치되어 광을 제공하는 다양한 전자 디바이스에 적용될 수 있다.

살균 장치는 실시 예에 따른 반도체 소자를 구비하여 원하는 영역을 살균할수 있다. 살균 장치는 정수기, 에어컨, 냉장고 등의 생활 가전에 적용될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 즉, 살균 장치는 살균이 필요한 다양한 제품(예: 의료 기기)에 모두 적용될 수 있다.

예시적으로 정수기는 순환하는 물을 살균하기 위해 실시 예에 따른 살균 장치를 구비할 수 있다. 살균 장치는 물이 순환하는 노즐 또는 토출구에 배치되어 자외선을 조사할 수 있다. 이때, 살균 장치는 방수 구조를 포함할 수 있다.

경화 장치는 실시 예에 따른 반도체 소자를 구비하여 다양한 종류의 액체를 경화시킬 수 있다. 액체는 자외선이 조사되면 경화되는 다양한 물질을 모두 포함하는 최광의 개념일 수 있다. 예시적으로 경화장치는 다양한 종류의 레진을 경화시킬 수 있다. 또는 경화장치는 매니큐어와 같은 미용 제품을 경화시키는 데 적용될 수도 있다.

조명 장치는 기판과 실시 예의 반도체 소자를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 또한, 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.

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, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 구성할 수 있다.

반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출할 수 있다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치될 수 있다. 디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치될 수 있다.

반도체 소자는 표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있다.

반도체 소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드일 수도 있다.

레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.

수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광 출력전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.

포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.

광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.

또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.

또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 캐비티를 포함하는 몸체;
   상기 캐비티 내부에 배치되는 반도체 소자; 및
   상기 캐비티 상에 배치되는 투광부재를 포함하고,
   상기 캐비티의 측벽은 상기 투광부재가 배치되는 단차부를 포함하고,
   상기 단차부는
   복수 개의 측면,
   상기 복수 개의 측면 중 서로 인접한 측면을 연결하는 복수 개의 모서리부,
   상기 복수 개의 모서리부에 각각 배치되는 복수 개의 리세스, 및
   상기 복수 개의 리세스 중 적어도 하나의 리세스의 바닥면에 배치되는 제1홈을 포함하고,
   상기 복수 개의 리세스는 상기 몸체의 모서리들을 향해 오목하게 형성된 반도체 소자 패키지.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1홈은 상기 캐비티의 측벽을 관통하여 연결되는 반도체 소자 패키지.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1홈은 상기 투광부재와 수직 방향으로 중첩되는 제1영역, 및 상기 투광부재와 수직 방향으로 중첩되지 않는 제2영역을 포함하는 반도체 소자 패키지.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 단차부는,
   서로 마주보는 제1측면과 제3측면,
   서로 마주보는 제2측면과 제4측면,
   상기 제1측면과 상기 제2측면이 연결되는 제1모서리부,
   상기 제2측면과 상기 제3측면이 연결되는 제2모서리부,
   상기 제3측면과 상기 제4측면이 연결되는 제3모서리부,
   상기 제4측면과 상기 제1측면이 연결되는 제4모서리부,
   상기 제1 내지 제4모서리부에 각각 배치되는 제1리세스 내지 제4리세스를 포함하는 반도체 소자 패키지
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 몸체는 서로 마주보는 제1외측면과 제3외측면, 서로 마주보는 제2외측면과 제4외측면, 상기 제1외측면과 상기 제2외측면이 연결되는 제5모서리부, 상기 제2외측면과 상기 제3외측면이 연결되는 제6모서리부, 상기 제3외측면과 상기 제4외측면이 연결되는 제7모서리부, 및 상기 제4외측면과 상기 제1외측면이 연결되는 제8모서리부를 포함하고,
   상기 제1리세스는 상기 제5모서리부를 향해 연장되고, 상기 제2리세스는 상기 제6모서리부를 향해 연장되고, 상기 제3리세스는 상기 제7모서리부를 향해 연장되고, 상기 제4리세스는 상기 제8모서리부를 향해 연장되는 반도체 소자 패키지.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 단차부는 상기 제2리세스 내지 제4리세스 중 적어도 하나에 배치되는 제1홈을 더 포함하는 반도체 소자 패키지.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 반도체 소자는 자외선 광을 출사하는 반도체 소자 패키지.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 단차부와 상기 투광부재 사이에 배치되는 접착층을 포함하는 반도체 소자 패키지.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 접착층은 상기 제1홈에 충진되는 제1접착부를 포함하는 반도체 소자 패키지.

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