KR102509089B1 - 반도체 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예는, 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티에 배치되는 반도체 소자; 상기 캐비티 상에 배치되는 투광부재; 및 상기 투광부재를 상기 몸체에 고정하는 접착층을 포함하고, 상기 반도체 소자는 자외선 파장대의 광을 생성하고, 상기 접착층은 고분자 수지, 및 상기 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광 파장대의 광을 생성하는 파장 변환 입자를 포함하는 반도체 소자 패키지를 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 발광소자는 경화작용이나 살균 작용을 하여 경화용, 의료용, 및 살균용으로 사용될 수 있다.
그러나, 자외선 파장대의 광은 인간의 눈에 잘 보이지 않으므로 광원이 정상적으로 동작하고 있는지 육안으로 확인이 어려운 문제가 있다.
실시 예는 육안으로 자외선 발광소자가 동작하는지 확인할 수 있는 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 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지는, 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 캐비티에 배치되는 반도체 소자; 상기 캐비티 상에 배치되는 투광부재; 및 상기 투광부재를 상기 몸체에 고정하는 접착층을 포함하고, 상기 반도체 소자는 자외선 파장대의 광을 생성하고, 상기 접착층은 고분자 수지, 및 상기 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광 파장대의 광을 생성하는 파장 변환 입자를 포함한다.
상기 캐비티는 상기 투광부재가 배치되는 단차부를 포함하고, 상기 접착층은 상기 단차부상에 배치될 수 있다.
상기 접착층 내의 파장변환입자는 상기 단차부의 반경 방향 폭의 중심을 기준으로 외측에 배치된 파장변환입자의 개수가 내측에 배치된 파장변환입자의 개수보다 많을 수 있다.
상기 단차부의 반경 방향 폭의 중심에서 가장 높이 배치된 파장변환입자의 높이는 상기 접착층의 두께의 80%이하일 수 있다.
상기 몸체는 제1도전부, 제2도전부, 및 상기 제1도전부와 제2도전부 사이에 배치되는 절연층을 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 파장변환입자는 5 내지 60 중량부를 가질 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따른 반도체 소자 패키지 제조방법은, 몸체의 캐비티 내에 반도체 소자를 배치하는 단계; 상기 몸체의 단차부에 접착층을 도포하고 투광부재를 고정하는 단계; 및 상기 몸체를 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 접착층은 고분자 수지, 및 상기 반도체 소자에서 방출한 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광을 생성하는 파장변환입자를 포함하고, 상기 몸체를 회전시키는 단계에서, 상기 파장변환입자는 회전에 의해 회전축의 외측 방향으로 이동할 수 있다.
실시 예에 따르면, 육안으로 자외선 발광소자가 동작하는지 확인할 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 제1 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이고,
도 2는 도 1의 A 부분 확대도이고,
도 3은 도 2의 변형예이고,
도 4는 접착층의 파장변환입자가 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광을 생성한 상태를 보여주는 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 개념도이고,
도 6은 도 5의 변형예이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 단면도이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고,
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 단면도이고,
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고,
도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 단면도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고,
도 14는 반도체 소자 패키지를 회전시키는 단계를 설명하기 위한 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 제1 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 개념도이고, 도 2는 도 1의 A 부분 확대도이고, 도 3은 도 2의 변형예이고, 도 4는 접착층의 파장변환입자가 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광을 생성한 상태를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지는 캐비티(11)를 포함하는 몸체(10a, 10b), 캐비티(11)의 내부에 배치되는 반도체 소자(100), 및 캐비티(11) 상에 배치되는 투광부재(50)를 포함할 수 있다.
몸체(10a, 10b)는 알루미늄 기판을 가공하여 제작할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따른 몸체(10a, 10b)는 내면과 외면이 모두 도전성을 가질 수 있다. 이러한 구조는 다양한 이점을 가질 수 있다. AlN, Al2O3와 같은 비도전성 재질을 몸체(10a, 10b)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(10a, 10b) 자체가 알루미늄으로 구성되므로 자외선 파장대에서 반사율이 높아 별도의 반사부재를 생략할 수 있다. 또한, 몸체(10a, 10b) 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(10a, 10b)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 두께는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 두께가 10㎛이상인 경우 제1도전부(10a)와 제2도전부(10b)를 충분히 절연시킬 수 있으며, 두께가 70㎛이하인 경우 패키지의 사이즈가 커지는 문제를 개선할 수 있다.
그러나, 몸체의 구조는 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 AlN Al2O3와 같은 절연구조체를 복수 개 적층하여 제작할 수도 있다. 이 경우 몸체의 내부에 별도의 회로패턴이 구비될 수 있다.
캐비티(11)는 반도체 소자(100)가 배치되는 제1캐비티(11a) 및 투광부재(50)가 배치되는 제2캐비티(11b)를 포함할 수 있다. 제1캐비티(11a)는 제2캐비티(11b)보다 직경이 작을 수 있다. 따라서, 제1캐비티(11a)와 제2캐비티(11b) 사이에는 단차부(15)가 형성될 수 있다.
제1캐비티(11a)의 측면은 바닥면과 수직하게 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 측면은 바닥면과 90도보다 큰 각도로 경사지게 배치되어 반도체 소자(100)에서 출사된 광을 상부로 반사시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 몸체(10a, 10b)는 알루미늄으로 제작되므로 캐비티(11)의 내면은 별도의 반사부재가 없어도 자외선 파장대의 광을 상부로 반사할 수 있다.
제2캐비티(11b)는 제1캐비티(11a)의 상부에 배치되고 투광부재(50)가 배치될 수 있는 직경을 가질 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 있다. 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.
투광부재(50)는 캐비티(11) 상에 배치될 수 있다. 투광부재(50)는 제1캐비티(11a)와 제2캐비티(11b) 사이에 배치되는 단차부(15)에 지지될 수 있다. 단차부(15)와 투광부재(50) 사이에는 접착층(60)이 배치될 수 있다.
투광부재(50)는 자외선 파장대의 광을 투과할 수 있는 재질이면 특별히 제한하지 않는다. 예시적으로 투과층은 쿼츠(Quartz)와 같이 자외선 파장 투과율이 높은 광학 재료를 포함할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 접착층(60)은 고분자 수지(61), 및 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광 파장대의 광을 생성하는 파장변환입자(62)를 포함할 수 있다.
고분자 수지(61)는 특별히 한정하지 않는다. 고분자 수지(61)는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 및 아크릴 수지 중 어느 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 고분자 수지(61)는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지일 수 있다.
파장변환입자(62)는 반도체 소자(100)에서 방출된 자외선 광을 흡수하여 가시광으로 변환할 수 있다. 예를 들면, 파장변환입자(62)는 형광체, QD(Quantum Dot) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
형광체는 TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 형광물질이 포함될 수 있으나, 실시 예는 형광체의 종류에 특별히 제한되지 않는다. 예시적으로 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 및 적색 형광체 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
또한, Sulfide계 형광체는 (Ca,Sr)S:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu 중에서 선택하여 사용가능하며, Nitride계 형광체는 (Sr, Ca, Si, Al, O)N:Eu (예, CaAlSiN4:Eu β-SiAlON:Eu) 또는 Ca-α SiAlON:Eu계인 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16일 수 있다. 여기서 M 은 Eu, Tb, Yb 또는 Er 중 적어도 하나의 물질이며 0.05<(x+y)<0.3, 0.02<x<0.27 및 0.03<y<0.3을 만족하는 형광체 성분 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
적색 형광체는, N(예, CaAlSiN3:Eu)을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체이거나 KSF(K2SiF6) 형광체일 수 있다.
고분자 수지 100 중량부를 기준으로 파장변환입자(62)는 5 내지 60 중량부를 가질 수 있다. 파장변환입자(62)가 5 중량부보다 작은 경우 가시광으로 변환되는 양이 작아 육안으로 관찰이 어려울 수 있다. 또한, 60 중량부보다 커지는 경우 파장변환입자(62)가 너무 많아져 접착성이 떨어질 수 있으며, 장시간 자외선이 조사되면 크랙이 발생할 수 있다.
도 3을 참조하면, 파장변환입자(62)는 외측에 많이 분포할 수 있다. 또한, 파장변환입자(62)는 접착층(60)의 하부에 주로 분포할 수 있다. 이러한 구성은 몸체(10a, 10b)를 고속 회전시켜 조절할 수 있다. 즉, 고분자 수지(61)가 완전히 경화되기 전에 몸체(10a, 10b)를 고속으로 회전시켜 파장변환입자(62)를 침강시키거나 외측에 배치할 수 있다.
구체적으로, 접착층(60) 내의 파장변환입자(62)는 단차부(15)의 반경 방향 폭(W1)의 중심(C1)을 기준으로 외측에 배치된 파장변환입자(62)의 개수가 내측에 배치된 파장변환입자(62)의 개수보다 많을 수 있다.
또한, 단차부(15)의 반경 방향 폭(W1)의 중심(C1)에서 가장 높이 배치된 파장변환입자(62)의 높이(H1)는 접착층(60)의 두께(H1+H2)의 80%이하일 수 있다.
이러한 구성에 의하면 파장변환입자(62)가 접착층(60)의 상부에 배치되지 않으므로 투광부재(50)와의 접착력이 개선되는 효과가 있다. 이때, 전술한 파장변환입자(62)의 중량부를 만족하는 경우 더욱 효과가 증가할 수 있다.
도 4를 참조하면, 자외선 반도체 소자(100)가 점등되면 접착층(60)의 파장변환입자(62)가 자외선 광을 일부 흡수하여 발광할 수 있다. 따라서, 사용자는 자외선 반도체 소자(100)가 점등되었음을 육안으로 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 개념도이고, 도 6은 도 5의 변형예이다.
도 5를 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 6과 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 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(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 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (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 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고, 도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 파장변환층(71)은 반도체 소자(100)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 파장변환층(71)은 고분자 수지 및 파장변환입자를 포함할 수 있다. 파장변환층(71)은 반도체 소자(100)의 측면에서 출사되는 광을 일부 흡수하여 발광할 수 있다.
이때, 파장변환층(71)은 반도체 소자(100)와 이격되도록 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 파장변환층(71)은 반도체 소자(100)와 서브 마운트(22) 사이에 충진되어 반도체 소자(100)를 서브 마운트(22)에 고정하는 동시에 자외선 광을 일부 흡수하여 발광할 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 파장변환층(72)은 캐비티(11)의 측면에 배치될 수도 있다. 파장변환층(72)은 고분자 수지 및 파장변환입자를 포함할 수 있다. 파장변환층(72)은 반도체 소자(100)의 측면에서 출사되는 광을 일부 흡수하여 발광할 수 있다.
이때, 제1캐비티(11a) 내에는 복수 개의 회로 패턴(115a, 115b)이 배치될 수 있다. 즉, 몸체가 도전 재질로 제작되지 않는 경우 별도의 회로 패턴이 배치될 수 있다. 이때, 파장변환층(72)은 회로 패턴(115a, 115b)이 배치되지 않은 영역에 배치될 수 있다. 예시적으로 파장변환층(72)은 회로 패턴(115a, 115b)이 배치되지 않은 가장 자리 영역에 배치된 것으로 도시하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 실시 예에 따르면, 파장변환층(72)이 회로 패턴(115a, 115b)이 배치되지 않은 영역에 형성되므로 파장변환층(72) 형성시 와이어의 전기적 연결이 손상되는 위험을 줄일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 파장변환층(72)은 회로 패턴(115a, 115b) 상에 배치될 수도 있다. 이때, 파장변환층(72)은 회로 패턴(115a, 115b)을 덮어 보호하는 역할을 추가로 수행할 수도 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 파장변환층(73)은 캐비티(11)의 바닥면에 전체적으로 배치될 수 있다. 이때, 와이어 본딩을 위한 홀(H1)이 배치될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 캐비티(11)의 바닥면이 전체적으로 점등하므로 멀리서도 자외선 반도체 소자(100)가 점등된 것을 쉽게 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 14는 반도체 소자 패키지를 회전시키는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지 제조방법은 몸체(10a, 10b)의 캐비티(11) 내에 반도체 소자(100)를 배치하는 단계(S11); 상기 몸체(10a, 10b)의 단차부(15)에 접착층(60)을 도포하고 투광부재(50)를 고정하는 단계(S12); 및 상기 몸체(10a, 10b)를 회전시키는 단계(S13)를 포함한다.
반도체 소자(100)를 배치하는 단계(S11)는, 몸체(10a, 10b)의 캐비티(11) 내에 반도체 소자(100)를 배치하고 전기적으로 연결할 수 있다. 몸체(10a, 10b)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.
투광부재(50)를 고정하는 단계(S12)는 몸체(10a, 10b)의 단차부(15)에 접착층(60)을 도포하고 투광부재(50)를 고정할 수 있다. 접착층(60)은 고분자 수지(61), 및 상기 반도체 소자(100)에서 방출한 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광을 생성하는 파장변환입자(62)를 포함할 수 있다.
몸체(10a, 10b)를 회전시키는 단계는 접착층(60)이 경화 완료되기 전에 고속으로 회전시킬 수 있다. 이 과정에서 파장변환입자는 회전에 의해 고분자 수지의 하부로 침강할 수 있다. 몸체(10a, 10b)를 회전시키는 방법은 특별히 한정하지 않는다. 예시적으로 원심 분리에 사용되는 회전 기기를 이용할 수도 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 도 14와 같이 몸체(10a, 10b)에 고정되는 샤프트(Sh1) 및 샤프트를 회전시키는 모터를 갖는 일반적인 회전 기기가 선택될 수도 있다. 샤프트가 몸체에 연결되는 위치에 따라 몸체의 회전 방향이 결정될 수 있다.
몸체(10a, 10b)를 회전시키는 속도는 특별히 한정하지 않는다. 몸체(10a, 10b)를 회전시키는 속도는 경화가 완료되지 않은 고분자 수지 내에서 파장변환입자가 움직일 수 있도록 운동 에너지를 전달할 수 있는 속도이면 크게 제한되지 않는다.
이러한 구성에 의하면, 접착층 내에서 파장변환입자가 침강 또는 외측으로 이동하므로 투광부재(50)와의 접착성이 개선될 수 있다. 이후, 접착층(60)을 경화시켜 공정을 완료할 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 (7)

  1. 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 캐비티에 배치되는 반도체 소자;
    상기 캐비티 상에 배치되는 투광부재; 및
    상기 투광부재를 상기 몸체에 고정하는 접착층을 포함하고,
    상기 반도체 소자는 자외선 파장대의 광을 생성하고,
    상기 접착층은 고분자 수지, 및 상기 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광 파장대의 광을 생성하는 파장 변환 입자를 포함하고,
    상기 캐비티는 상기 투광부재가 배치되는 단차부를 포함하고,
    상기 접착층은 상기 단차부상에 배치되고,
    상기 접착층 내의 파장변환입자는 상기 단차부의 반경 방향 폭의 중심을 기준으로 외측에 배치된 파장변환입자의 개수가 내측에 배치된 파장변환입자의 개수보다 많은 반도체 소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단차부의 반경 방향 폭의 중심에서 가장 높이 배치된 파장변환입자의 높이는 상기 접착층의 두께의 80%이하인 반도체 소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 제1도전부, 제2도전부, 및 상기 제1도전부와 제2도전부 사이에 배치되는 절연층을 포함하는 반도체 소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 파장변환입자는 5 내지 60 중량부를 갖는 반도체 소자 패키지.
  7. 몸체의 캐비티 내에 반도체 소자를 배치하는 단계;
    상기 몸체의 단차부에 접착층을 도포하고 투광부재를 고정하는 단계; 및
    상기 몸체를 회전시키는 단계를 포함하고,
    상기 접착층은 고분자 수지, 및 상기 반도체 소자에서 방출한 자외선 파장대의 광을 흡수하여 가시광을 생성하는 파장변환입자를 포함하고,
    상기 몸체를 회전시키는 단계에서, 상기 파장변환입자는 회전에 의해 회전축의 반경 방향으로 이동하고,
    상기 캐비티는 상기 투광부재가 배치되는 단차부를 포함하고,
    상기 접착층은 상기 단차부상에 배치되고,
    상기 접착층 내의 파장변환입자는 상기 단차부의 반경 방향 폭의 중심을 기준으로 외측에 배치된 파장변환입자의 개수가 내측에 배치된 파장변환입자의 개수보다 많은 반도체 소자 패키지 제조방법.
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JP2013042079A (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 Sharp Corp 半導体発光装置

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