KR102520094B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 제1 및 제2 리드 프레임들, 상기 제1 리드 프레임 상에 배치되는 발광 소자, 및 상기 발광 소자와 상기 제2 리드 프레임 사이를 연결하는 와이어(wire)를 포함하며, 상기 와이어는 일단이 상기 발광 소자에 본딩되는 제1 부분, 일단이 상기 제1 부분의 타단과 연결되고, 상기 제1 부분에서 절곡되는 제2 부분, 및 일단이 상기 제2 부분의 타단과 연결되고 상기 제2 부분에서 절곡되며, 타단이 상기 리드 프레임에 연결되는 제3 부분을 포함하며, 상기 제2 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이와 상기 제3 부분의 길이의 합의 40% ~ 60%이다.

Description

발광 소자 패키지{A LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)나 레이저 다이오드(Laser Diode:LD)와 같은 발광 소자는 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 저소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL:Cold Cathode Fluorescenece Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
조명 장치나 표시 장치에는 발광 소자 패키지가 널리 사용되고 있다. 발광 소자 패키지는 일반적으로 몸체, 몸체 내에 위치하는 리드 프레임들, 및 리드 프레임들 중 어느 하나에 위치하는 발광 소자(예컨대, LED)를 포함할 수 있다.
실시 예는 발광 소자와 리드 프레임 간의 와이어 본딩 불량 및 와이어의 단선을 방지할 수 있는 발광 소자 패키지를 제공한다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는 제1 및 제2 리드 프레임들; 상기 제1 리드 프레임 상에 배치되는 발광 소자; 및 상기 발광 소자와 상기 제2 리드 프레임 사이를 연결하는 와이어(wire)를 포함하며, 상기 와이어는 일단이 상기 발광 소자에 본딩되는 제1 부분; 일단이 상기 제1 부분의 타단과 연결되고, 상기 제1 부분에서 절곡되는 제2 부분; 및 일단이 상기 제2 부분의 타단과 연결되고 상기 제2 부분에서 절곡되며, 타단이 상기 리드 프레임에 연결되는 제3 부분을 포함하며, 상기 제2 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이와 상기 제3 부분의 길이의 합의 40% ~ 60%이다.
상기 와이어는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 형성되는 제1 절곡부 및 상기 제2 부분과 상기 제3 부분 사이에 형성되는 제2 절곡부를 가질 수 있다.
상기 제1 부분과 상기 발광 소자의 상부면이 이루는 제1 각도는 85°내지 95°일 수 있다.
상기 제1 절곡부의 내측 각도는 90°보다 크거나 같고, 상기 제2 절곡부의 내측 각도는 둔각일 수 있다.
상기 제1 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이 및 상기 제3 부분의 길이보다 작을 수 있다.
상기 제2 절곡부는 상기 제1 절곡부에서 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성되며, 상기 제1 거리는 상기 제1 절곡부에서 상기 제2 리드 프레임과 연결되는 상기 와이어의 타단까지의 길이의 40% ~ 45%일 수 있다.
실시 예는 발광 소자와 리드 프레임 간의 와이어 본딩 불량 및 와이어의 단선을 방지할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 AB 방향의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 4a는 도 1에 도시된 발광 소자들의 직렬 연결을 위한 리드 프레임 패턴의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4b는 도 4a에 도시된 리드 프레임 패턴과 발광 소자들의 와이어 본딩을 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 발광 소자의 일 실시 예를 나타낸다.
도 6은 도 3에 도시된 와이어의 확대도를 나타낸다.
도 7은 와이어의 제2 부분의 상대적 길이 비율에 따른 열응력 시뮬레이션 조건을 나타낸다.
도 8은 도 7의 조건에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 9는 와이어의 제1 부분의 길이별로 분류한 도 7의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 10은 와이어의 제2 부분의 길이에 따라 와이어가 받는 최대 스트레스를 나타낸다.
도 11은 도 8의 case 5의 와이어의 본딩 상태를 나타낸다.
도 12는 도 8의 case 7의 와이어의 본딩 상태를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 소자 패키지(100)의 평면도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)의 AB 방향의 단면도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 발광 소자 패키지(100)의 CD 방향의 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광 소자 패키지(100)는 복수의 리드 프레임들(110-1 내지 110-6), 복수의 발광 소자들(120-1 내지 120-5), 형광체 플레이트(130), 와이어(140), 및 수지층(150)을 포함한다.
복수의 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)은 서로 전기적으로 분리되도록 이격하여 배치된다.
복수의 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 사이에는 후술하는 수지층(150)이 배치될 수 있다. 예컨대, 인접하는 리드 프레임들(110-1과 110-2, 110-2와 110-3, 110-3과 110-4, 110-4와 110-5, 110-5와 110-6)의 서로 마주보는 측면들 사이에 수지층(150)의 일부가 배치될 수 있다.
복수의 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)은 금속과 같은 전도성 재질, 예컨대, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P) 중 적어도 어느 하나, 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
복수의 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)의 상부면 상에는 별도의 반사 부재(미도시)가 추가로 배치되어 발광 소자들(120-1 내지 120-5)로부터 나오는 광을 반사시켜 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
또한 다른 실시 예에서는 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 대신에 방열을 위하여 메탈 PCB 및 세라믹 기판이 사용될 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 발광 소자들(120-1 내지 120-5)의 직렬 연결을 위한 리드 프레임 패턴의 일 실시 예를 나타내며, 도 4b는 도 4a에 도시된 리드 프레임 패턴과 발광 소자들(120-1 내지 120-5)의 와이어 본딩을 나타낸다. 도 4a는 리드 프레임들의 절단 이전의 패턴을 나타내는 것으로, 절단 공정에 의하여 도 4a의 점선 부분이 절단되어 도 1의 발광 소자 패키지의 리드 프레임들이 될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 각각은 제1 부분(P1) 및 제2 부분(P2)을 포함할 수 있다. 예컨대, 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 제2 전극(405, 도 5 참조)은 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 중 대응하는 어느 하나의 제1 부분(P1)과 전기적으로 연결될 수 있고, 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 제1 전극(470, 도 5 참조)은 와이어(140)를 통하여 대응하는 어느 하나의 리드 프레임과 이웃하는 리드 프레임의 제2 부분(P2)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1에서는 직렬 연결되는 발광 소자들(120-1 내지 120-5), 및 직렬 연결을 위한 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)의 형상 및 배치를 일 실시 예로 설명하지만, 다른 실시 예에서 발광 소자들은 서로 병렬 또는 직병렬 연결될 수 있으며, 이를 위하여 리드 프레임들의 형상 및 배치는 다양하게 구현될 수 있다.
형광체 플레이트(130)는 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 상부에 배치되며, 발광 소자들(120-1 내지 120-5)로부터 조사되는 빛의 파장을 변환시킨다.
예컨대, 형광체 플레이트(130)는 발광 소자(120-1 내지 120-5) 각각의 상면 상에 배치될 수 있다.
형광체 플레이트(130)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 무색의 고분자 수지와 형광체가 혼합된 형태일 수 있다. 형광체 플레이트(130)는 실리콘과 같은 접착 부재에 의하여 발광 소자들(120-1 내지 120-5)에 본딩될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
또한 형광체 플레이트(130)는 컨포멀 코팅(conformal coating)에 의하여 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 상부면 상에 코팅될 수도 있다.
형광체 플레이트(130)는 후술하는 발광 소자(120)의 제1 전극(470, 도 5 참조)의 패드부(미도시)를 노출할 수 있다. 패드부는 와이어(140)가 본딩되는 제1 전극(470, 도 5 참조)의 일 영역일 수 있다.
와이어(140)는 형광체 플레이트(130)에 의하여 노출되는 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 제1 전극(470, 도 5 참조)의 전극 패드와 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 중 대응하는 어느 하나의 상부면(예컨대, 제2 부분(P2))을 전기적으로 연결할 수 있다.
도 3을 참조하면, 와이어(140)는 형광체 플레이트(130)와 이격할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 형광체 플레이트(130)와 접할 수도 있다.
발광 소자(120-1 내지 120-5)의 상부면(121)과 형광체 플레이트(130) 상부면(131) 사이의 거리(h1)는 발광 소자(120-1 내지 120-5)의 상부면(121)과 발광 소자(120-1 내지 120-5)의 제1 전극(470)에 본딩된 와이어(140)의 최고점(141) 사이의 거리(h2)보다 클 수 있다(h1>h2). 이는 와이어(140)가 수지층(150) 밖으로 돌출 또는 노출되는 것을 방지하기 위함이다. 와이어(140)가 수지층(150) 밖으로 노출되지 않기 때문에, 실시 예는 충격 또는 압력에 의하여 와이어(140)가 파손 또는 변형되거나 공기에 의하여 부식되는 것을 방지할 수 있다.
형광체 플레이트(130)의 상부면(131)은 편평할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서 형광체 플레이트(130)의 상부면은 볼록한 곡면 또는 오목한 곡면을 포함할 수 있으며, 곡면의 곡률에 따라 지향각이 조절될 수 있다.
수지층(150)은 리드 프레임들(110-1 내지 110-6), 발광 소자들(120-1 내지 120-5), 형광체 플레이트(130), 및 와이어(140)를 감쌀 수 있으며, 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)의 하면 및 형광체 플레이트(130)의 상부면(131)을 노출할 수 있다.
예컨대, 수지층(150)은 형광체 플레이트(130)의 측면(132)과 접할 수 있고, 형광체 플레이트(130)의 상부면(131)을 노출시킬 수 있다. 형광체 플레이트(130)의 상부면(131)은 발광 소자들(120-1 내지 120-5)의 상부면(121)에 접착되는 형광체 플레이트(130)의 하부면의 반대 면일 수 있다.
수지층(150)의 상부면(151)은 형광체 플레이트(130)의 상부면(131)과 동일한 평면 상에 위치할 수 있다. 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 상부면(121)과 수지층(150)의 상부면(151) 사이의 거리(h3)는 발광 소자(120-1 내지 120-5) 각각의 상부면(121)과 형광체 플레이트(130)의 상부면(131) 사이의 거리(h1)와 동일할 수 있으나(h3=h1), 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시 예에서는 수지층(150)의 상부면(151)은 형광체 플레이트(130)의 상부면(131)보다 아래에 위치할 수 있다(h3<h1). 이 경우에는 형광체 플레이트(130)가 수지층(150)의 상부면(151)으로부터 돌출된 구조일 수 있으며, 수지층(150)은 형광체 플레이트(130)의 상부면은 물론, 형광체 플레이트(130)의 측면 일부를 노출할 수도 있다.
또 다른 실시 예에서는 수지층(150)의 상부면(151)은 형광체 플레이트(130)의 상부면(131)보다 높게 위치할 수도 있다(h3>h1).
수지층(150)은 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)의 측면들과 접할 수 있고, 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)의 측면들을 밀봉할 수 있다.
수지층(150)은 형광체 플레이트(130)에 의하여 노출되는 발광 소자들(120-1 내지 120-5)의 제1 전극(470)의 전극 패드, 및 발광 소자들(120-1 내지 120-5)의 측면들과 접할 수 있고, 이들을 밀봉할 수 있다. 또한 수지층(150)은 와이어(140)를 밀봉할 수 있다.
또한 수지층(150)은 리드 프레임들(110-1 내지 110-6)의 서로 마주보는 측면들 사이에도 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 수지층(150)은 제1 내지 제5 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 각각의 하면을 노출할 수 있다. 또한 수지층(150)은 리드 프레임들(110-1 내지 110-6) 중 적어도 하나의 측면의 일부를 노출할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서 수지층(150)은 리드 프레임들의 측면들을 노출하지 않을 수도 있다.
수지층(150)은 빛을 투과하는 비전도성 물질로 이루어질 수 있다, 예컨대, 수지층(150)은 실리콘 수지, 에폭시 수지, 글래스(glass), 글래스 세라믹(glass ceramic), 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 나일론 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 테프론 수지, 폴리스틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 수지 등으로 이루어질 수 있으며, 필러와 같은 광 확산제를 포함할 수 있다.
또한 다른 실시 예에서 수지층(150)은 빛을 반사하는 비전도성 반사 부재, 예컨대, 백색 수지, EMC, PCT, PPA, LCP, 또는 화이트 실리콘 등으로 이루어질 수 있다.
또한 다른 실시 예에서 수지층(150)은 빛을 흡수하거나 또는 광 반사율이 낮은 비전도성 부재, 예컨대, 흑색 수지, 카본 블랙이 혼합된 폴리프탈아미드(Polyphtalamide, PPA) 수지, 블랙 EMC(Epoxy Mold Compound) 수지, 또는 블랙 실리콘 등으로 이루어질 수 있다.
수지층(150)이 비전도성 반사 부재 또는 빛을 흡수하는 비전도성 부재로 이루어질 경우, 수지층(150)은 발광 소자들(120-1 내지 120-5)로부터 조사되는 빛을 반사하거나 흡수할 수 있으며, 빛이 형광체 플레이트(130)의 노출된 영역을 제외한 나머지 영역으로 빠져나가는 것을 방지할 수 있기 때문에, 실시 예는 점등 및 소등 간에 높은 콘트라스트(contrast)를 구현할 수 있어 높은 콘트라스트를 필요로 하는 전광판 또는 차량용 램프 등과 같은 조명 장치에 사용될 수 있다.
수지층(150)이 비전도성 반사 부재 또는 빛을 흡수하는 비전도성 부재로 이루어질 경우, 수지층(150)으로부터 형광체 플레이트(130)의 노출 정도에 따라 발광 소자 패키지(100)의 지향각을 조절할 수 있다.
예컨대, h1<h3일 경우(case 1), 실시 예는 제1 광지향각을 가질 수 있다. h1=h3일 경우(case2), 실시 예는 제2 광지향각을 가질 수 있다. h1>h3일 경우(case 3), 실시 예는 제3 광지향각을 가질 수 있다. 제2 광지향각은 제1 광지향각보다 크고, 제3 광지향각보다 작을 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 발광 소자(120-1)의 일 실시 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 발광 소자(120-1)는 제2 전극(405), 보호층(440), 전류 차단층(Current Blocking Layer; 445), 발광 구조물(450), 패시베이션층(465), 및 제1 전극(470)를 포함한다. 예컨대, 발광 소자(120-1)는 발광 다이오드 칩(light emitting diode chip) 형태일 수 있으며, 도 1에 도시된 발광 소자들(120-1 내지 120-5) 각각의 구성은 도 5에 도시된 바와 동일할 수 있다.
제2 전극(405)는 제1 전극(470)와 함께 발광 구조물(450)에 전원을 제공한다. 제2 전극(405)는 지지층(support layer, 410), 접합층(bonding layer, 415), 배리어층(barrier layer, 420), 반사층(reflective layer, 425), 및 오믹층(ohmic layer, 430)을 포함할 수 있다.
지지층(410)는 발광 구조물(450)을 지지한다. 지지층(410)은 금속 또는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 또한 지지층(410)은 전기 전도성과 열 전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 지지층(410)는 구리(Cu), 구리 합금(Cu alloy), 금(Au), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 및 구리-텅스텐(Cu-W) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 물질이거나, 또는 Si, Ge, GaAs, ZnO, SiC 중 적어도 하나를 포함하는 반도체일 수 있다.
접합층(415)은 지지층(410)와 배리어층(420) 사이에 배치될 수 있으며, 지지층(410)과 배리어층(420)을 접합시키는 본딩층(bonding layer)의 역할을 할 수 있다. 접합층(415)은 금속 물질, 예를 들어, In,Sn, Ag, Nb, Pd, Ni, Au, Cu 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 접합층(415)은 지지층(410)을 본딩 방식으로 접합하기 위해 형성하는 것이므로 지지층(410)을 도금이나 증착 방법으로 형성하는 경우에는 접합층(215)은 생략될 수 있다.
배리어층(420)은 반사층(425), 오믹층(430), 및 보호층(440)의 아래에 배치되며, 접합층(415) 및 지지층(410)의 금속 이온이 반사층(425), 및 오믹층(430)을 통과하여 발광 구조물(450)로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 배리어층(420)은 Ni, Pt, Ti,W,V, Fe, Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있다.
반사층(425)은 배리어층(420) 상에 배치될 수 있으며, 발광 구조물(450)로부터 입사되는 광을 반사시켜 주어, 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 반사층(425)은 광 반사 물질, 예컨대, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층으로 ㅇ이루어질 수 있다.
반사층(425)은 금속 또는 합금과 IZO, IZTO, IAZO, IGZO, IGTO, AZO, ATO 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, IZO/Ni, AZO/Ag, IZO/Ag/Ni, AZO/Ag/Ni 등으로 형성할 수 있다.
오믹층(430)은 반사층(425)과 제2 반도체층(452) 사이에 배치될 수 있으며,제2 반도체층(452)에 오믹 접촉(ohmic contact)되어 발광 구조물(450)에 전원이 원활히 공급되도록 할 수 있다.
투광성 전도층과 금속을 선택적으로 사용하여 오믹층(430)을 형성할 수 있다. 예컨대 오믹층(430)은 제2 반도체층(452)과 오믹 접촉하는 금속 물질, 예컨대, Ag, Ni,Cr,Ti,Pd,Ir, Sn, Ru, Pt, Au, Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다.
보호층(440)은 제2 전극층(405)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 보호층(440)은 오믹층(430)의 가장 자리 영역, 또는 반사층(425)의 가장 자리 영역, 또는 배리어층(420)의 가장 자리 영역, 또는 지지층(410)의 가장 자리 영역 상에 배치될 수 있다.
보호층(440)은 발광 구조물(450)과 제2 전극층(405) 사이의 계면이 박리되어 발광 소자(130)의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 보호층(440)은 전기 절연성 물질, 예를 들어, ZnO, SiO2, Si3N4, TiOx(x는 양의 실수), 또는 Al2O3 등으로 형성될 수 있다.
전류 차단층(445)은 오믹층(430)과 발광 구조물(450) 사이에 배치될 수 있다. 전류 차단층(445)의 상면은 제2 반도체층(452)과 접촉하고, 전류 차단층(445)의 하면, 또는 하면과 측면은 오믹층(430)과 접촉할 수 있다. 전류 차단층(445)은 수직 방향으로 제1 전극(470)와 적어도 일부가 오버랩되도록 배치될 수 있다.
전류 차단층(445)은 오믹층(430)과 제2 반도체층(452) 사이에 형성되거나, 반사층(425)과 오믹층(430) 사이에 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
발광 구조물(450)은 오믹층(430) 및 보호층(440) 상에 배치될 수 있다. 발광 구조물(450)의 측면은 단위 칩으로 구분하는 아이솔레이션(isolation) 에칭 과정에서 경사면이 될 수 있다. 발광 구조물(450)은 제2 반도체층(452), 활성층(454), 및 제1 반도체층(456)을 포함할 수 있으며, 빛을 발생할 수 있다.
제2 반도체층(452)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제2 반도체층(452)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체일 수 있으며, p형 도펀트(예컨대, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba)가 도핑될 수 있다.
활성층(454)은 제1 반도체층(456) 및 제2 반도체층(452)으로부터 제공되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합(recombination) 과정에서 발생하는 에너지에 의해 광을 생성할 수 있다.
활성층(454)은 반도체 화합물, 예컨대, 3족-5족, 2족-6족의 화합물 반도체일 수 있으며, 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다. 활성층(454)이 양자우물구조인 경우에는 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1-a-bN(0≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 에너지 밴드 갭보다 낮은 밴드 갭을 갖는 물질일 수 있다.
제1 반도체층(456)은 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대, 제1 반도체층(456)은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체일 수 있으며, n형 도펀트(예: Si, Ge, Sn, Se, Te 등)가 도핑될 수 있다.
발광 구조물(450)의 조성에 따라 발광 소자(130)는 제1 반도체층(456), 활성층(454), 및 제2 반도체층(452)의 조성에 따라 청색광, 적색광, 녹색광, 또는 황색광 중 어느 하나를 방출할 수 있다.
패시베이션층(465)은 발광 구조물(450)을 전기적으로 보호하기 위하여 발광 구조물(450)의 측면에 배치될 수 있다. 패시베이션층(465)은 제1 반도체층(456)의 상면 일부 또는 보호층(440)의 상면에도 배치될 수 있다. 패시베이션층(465)은 절연 물질, 예컨대, SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, 또는 Al2O3 등으로 형성될 수 있다.
제1 전극(470)는 제1 반도체층(456) 상에 배치될 수 있다.
제1 전극(470)은 소정의 패턴 형상일 수 있다. 제1 전극(470)은 와이어(140)가 본딩되는 전극 패드(미도시), 및 전극 패드로부터 확장되는 가지 전극(미도시)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(456)의 상면은 광 추출 효율을 증가시키기 위해 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 또한 광 추출 효율을 증가시키기 위하여 제1 전극(470)의 상면에도 러프니스 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
도 5의 발광 소자(120-1)는 수직형 발광 소자의 예를 들었지만, 실시 예는 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시 예에서는 수평형 발광 소자일 수도 있다.
도 6은 도 3에 도시된 와이어(140)의 확대도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 와이어(140)는 제1 부분(140a), 제2 부분(140b), 및 제3 부분(140c)을 포함할 수 있다.
와이어(140)의 제1 부분(140a)은 발광 소자(120-1)에 본딩된다.
예컨대, 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 일단은 발광 소자(120-1)의 제1 전극(470)에 본딩될 수 있다. 와이어(140)의 제1 부분(140a)은 일단이 발광 소자(120-1)의 제1 전극(470)에 본딩되고, 발광 소자(120-1)의 상부면(121)을 기준으로 수직 방향으로 상승하는 부분일 수 있다. 또한 와이어(140)의 제1 부분(140a)은 일단에 발광 소자(120-1)의 제1 전극(470)과 본딩되는 제1 와이어 볼(601)을 가질 수 있다.
예컨대, 와이어(140)의 제1 부분(140a)과 발광 소자(120-1)의 상부면(121)이 이루는 제1 각도(θ1)는 85°내지 95°일 수 있다. 예컨대, θ1는 90°일 수 있다.
와이어(140)의 제2 부분(140b)은 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 타단과 연결되고, 와이어(140)의 제1 부분(140a)에서 절곡된다.
예컨대, 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 일단은 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 타단과 연결될 수 있고, 와이어(140)의 제1 부분(140a)과 이루는 각도가 제2 각도(θ2)가 되도록 절곡될 수 있다.
와이어(140)의 제1 부분(140a)과 와이어(140)의 제2 부분(140b)이 만나는 부분에는 제1 절곡부(401)가 형성될 수 있다. 제1 절곡부(401)는 와이어(140)의 제1 부분(140a)과 제2 부분(140b) 사이에 위치하는 꺽이는 부분일 수 있다. 예컨대, 제1 절곡부(401)의 내측 각도(θ2)는 90°보다 작거나 같을 수 있다.
예컨대, 와이어(140)의 제2 부분(140b)은 발광 소자(120-1)의 상부면(121)과 수평일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
와이어(140)의 제3 부분(140c)은 일단이 와이어(140)의 제2 부분(140a)의 타단과 연결되고, 와이어(140)의 제2 부분(140b)에서 절곡되며, 타단은 리드 프레임(110-2)에 연결된다.
와이어(140)의 제2 부분(140b)과 제3 부분(140c)이 만나는 부분에는 제2 절곡부(402)가 형성될 수 있다. 제2 절곡부(402)는 와이어(140)의 제2 부분(140b)과 제3 부분(140c) 사이에 위치하는 꺽이는 부분일 수 있다.
와이어(140)의 제3 부분(140c)의 일단은 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 타단과 연결될 수 있고, 와이어(140)의 제2 부분(140b)과 이루는 각도가 제3 각도(θ3)가 되도록 절곡될 수 있다.
와이어(140)의 제3 부분(140c)의 타단은 리드 프레임(110-2)의 상부면에 연결될 수 있다. 와이어(140)의 제3 부분(140c)은 타단에 리드 프레임(110-2)의 상부면에 본딩되는 제2 와이어 볼(602)를 가질 수 있다.
예컨대, 와이어(140)의 제2 절곡부(402)의 내측 각도(θ3)는 둔각일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(L2)는 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이와 제3 부분(140c)의 길이의 합(L3)의 40% ~ 60%일 수 있다.
와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이는 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이 및 와이어(140)의 제3 부분(140c)의 길이보다 작을 수 있다.
와이어(140)의 제2 절곡부(402)는 와이어(140)의 제1 절곡부(401)에서 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성될 수 있다.
제1 거리는 와이어(140)의 제1 절곡부(401)에서 리드 프레임(110-2)과 연결되는 와이어(140)의 타단까지의 길이의 40% ~ 60%일 수 있다. 다른 실시 예에서 제1 거리는 와이어(140)의 제1 절곡부(401)에서 리드 프레임(110-2)과 연결되는 와이어(140)의 타단까지의 길이의 40% ~ 50%일 수 있다,
또한 다른 실시 예에서 제1 거리는 와이어(140)의 제1 절곡부(401)에서 리드 프레임(110-2)과 연결되는 와이어(140)의 타단까지의 길이의 40% ~ 45%일 수 있다. 제1 거리는 와이어(140)의 제1 절곡부(401)에서 리드 프레임(110-2)과 연결되는 와이어(140)의 타단까지의 길이의 40%일 수 있다.
와이어 본딩시 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이가 정해지면, 제2 절곡부의 각도 또는 위치에 따라 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이와 제3 부분(140c)의 길이의 비율이 달라질 수 있다. 예컨대, 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이가 길어지면, 상대적으로 와이어(140)의 제3 부분(140c)의 길이가 짧아진다.
와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(L2)가 길어질수록 제2 와이어 볼(602)에 접착되는 와이어(140)의 제3 부분(140c)의 크기 또는 면적(size)이 작아지게 되어 와이어(140)와 리드 프레임(110-2) 간의 접착력이 약화되어 단선이 발생될 수 있다.
또한 와이어(140)의 제2 부분(140b)과 제3 부분(140c)의 길이의 비율에 따라 와이어 본딩시 와이어(140)가 받는 열응력 또는 인장 응력이 달라질 수 있는데, 열응력 또는 인장 응력이 클수록 와이어가 받는 스트레스가 크기 때문에, 와이어 본딩 불량 또는 와이어의 단선을 유발할 수 있다.
도 10은 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(Loop length)에 따라 와이어(140)가 받는 최대 스트레스(Max stress)를 나타낸다. 도 10에서 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이(L1)는 150㎛일 수 있다.
도 10을 참조하면, 와이어(140)의 전체 길이는 고정된 상태에서 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(Loop Length)가 증가할수록 와이어(140)가 받는 최대 스트레스가 증가한다. 와이어(140)가 받는 최대 스트레스가 증가할수록 와이어(140)의 단선 또는 접속 불량이 발생할 확률이 증가한다.
도 7은 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율에 따른 열응력 시뮬레이션 조건을 나타내고, 도 8은 도 7의 조건에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7을 참조하면, REF는 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이(L1)가 150㎛이고, 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(L2)와 제2 부분의 길이와 제3 부분의 길이의 합(L3)의 비율(L2/L3×100%)이 20%인 경우의 열응력을 나타낸다.
REF의 열응력을 100%라고 설정할 때, REF 대비 각 경우(case 1 내지 case 11)의 열응력의 상대적인 %를 나타낸다.
case 5의 열응력은 92,3%이고, case 6의 열응력은 94.2%이고, 나머지 경우들의 열응력은 100%를 초과한다.
case 5, 및 case 6의 열응력은 REF의 열응력보다 작고, 나머지 경우들(case 1 내지 4, case 7 내지 11) 각각의 열응력은 REF의 열응력보다 크다.
시뮬레이션 결과에 비추어 볼 때, 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)이 40% ~ 60%일 때, 와이어(140)가 받는 열응력 또는 인장 응력이 작다, 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(L2)와 제2 부분의 길이와 제3 부분의 길이의 합(L3)의 비율(L2/L3×100%)이 40% ~ 60%이기 때문에, 와이어(140)가 받는 스트레스를 줄일 수 있고, 이로 인하여 와이어 본딩의 불량 및 와이어 단선을 방지할 수 있다.
도 11은 도 8의 case 5의 와이어(140-1)의 본딩 상태를 나타내고, 도 12는 도 8의 case 7의 와이어(140-2)의 본딩 상태를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 와이어(140-1)의 제2 부분의 길이(loop length1)와 제2 부분의 길이와 제3 부분의 길이의 합의 비율은 40%이며, 이 경우 와이어(140-1)의 본딩 상태는 양호하다.
반면에 도 12를 참조하면, 와이어(140-1)의 제2 부분의 길이(loop length1)와 제2 부분의 길이와 제3 부분의 길이의 합의 비율은 80%이며, 이 경우 와이어(140-2)의 제3 부분과 리드 프레임(110-2)의 접촉 면적이 좁아져서 와이어 본딩 불량이 발생하여 와이어가 단선될 우려가 있다.
즉 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)이 40% ~ 50%일 때, 와이어 본딩의 불량 및 단선이 방지됨을 알 수 있다.
와이어 본딩 불량 및 단선 방지를 안정적으로 확보하기 위하여 다른 실시 예에서 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)은 40% ~ 50%일 수 있다.
또한 다른 실시 예에서 와이어의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)은 40% ~ 45%일 수 있다.
예컨대, 와이어의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)은 40%일 수 있다.
도 9는 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이별로 분류한 도 7의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 7에서 와이어(140)의 전체 길이는 800㎛이다.
도 9를 참조하면, 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)이 동일할 때, 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이(L1)가 150㎛일 때 열응력이 가장 작다.
또한 와이어(140)의 제1 부분(140a)의 길이(L1)에 상관없이, 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)이 40% ~ 60 %일 때, 열응력이 100% 미만이다.
즉 발광 소자(130)와 리드 프레임(110-2) 간의 이격 거리에 따라 와이어(140)의 전체 길이(L1+L3)가 결정되는데, 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)이 40% ~ 60%이 되도록 와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(L2), 제1 절곡부(401)의 제1 각도(θ1), 및 제2 절곡부(402)의 제2 각도(θ2)가 조절됨으로써, 와이어(140)의 본딩 불량 및 단선이 방지될 수 있다.
실시 예는 상술한 와이어(140)의 제2 부분의 상대적 길이 비율(L2/L3×100%)을 갖는 와이어(140)에 의하여 발광 소자와 리드 프레임 간의 와이어 본딩이 이루어지는 다양한 형태의 발광 소자 패키지를 포함할 수 있다.
와이어(140)의 제2 부분(140b)의 길이(L2)가 와이어(140)의 제2 부분(140b)과 제3 부분(140c)의 길이의 합(L3)의 비율이 40% ~ 60%이기 때문에, 실시 예는 와이어(140)의 제3 부분(140c)과 리드 프레임(110-2)의 상부면 간의 접착력 약화에 기인하는 단선 또는 접속 불량을 방지할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 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 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110-1 내지 110-6: 복수의 리드 프레임들
120-1 내지 120-5: 복수의 발광 소자들
130: 형광체 플레이트
140: 와이어
150: 수지층.

Claims (6)

  1. 제1 및 제2 리드 프레임들;
    상기 제1 리드 프레임 상에 배치되는 발광 소자;
    상기 발광 소자의 상면에 배치되는 형광체 플레이트;
    상기 발광 소자와 상기 제2 리드 프레임 사이를 연결하는 와이어(wire); 및
    상기 형광체 플레이트의 상면은 노출시키고, 상기 형광체 플레이트의 측면은 감싸도록 배치된 수지층;을 포함하며,
    상기 와이어는,
    일단이 상기 발광 소자에 본딩되는 제1 부분;
    일단이 상기 제1 부분의 타단과 연결되고, 상기 제1 부분에서 절곡되는 제2 부분; 및
    일단이 상기 제2 부분의 타단과 연결되고 상기 제2 부분에서 절곡되며, 타단이 상기 제2 리드 프레임에 연결되는 제3 부분을 포함하며,
    상기 제2 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이와 상기 제3 부분의 길이의 합의 40% ~ 60%이고,
    상기 와이어는 상기 수지층 내에 배치되고,
    상기 수지층은 비전도성 반사 물질 또는 광을 흡수하는 비전도성 물질을 포함하는 발광 소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 형성되는 제1 절곡부 및 상기 제2 부분과 상기 제3 부분 사이에 형성되는 제2 절곡부를 갖는 발광 소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 발광 소자의 상부면이 이루는 제1 각도는 85°내지 95°인 발광 소자 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 절곡부의 내측 각도는 90°보다 크거나 같고, 상기 제2 절곡부의 내측 각도는 둔각인 발광 소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분의 길이는 상기 제2 부분의 길이 및 상기 제3 부분의 길이보다 작은 발광 소자 패키지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2 절곡부는 상기 제1 절곡부에서 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성되며,
    상기 제1 거리는 상기 제1 절곡부에서 상기 제2 리드 프레임과 연결되는 상기 와이어의 타단까지의 길이의 40% ~ 45%인 발광 소자 패키지.
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