KR20020045694A - 광 반도체 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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정화균
오승현
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이택렬
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Abstract

양극 리드 프레임(Anode Lead Frame)과, 음극 리드 프레임(Cathode Lead Frame)을 에폭시 수지로 몰딩하고, 에폭시 수지 하단부에 방열 필러(filler)가 포함된 반사 방열 에폭시 수지를 형성하여 방사 효율 및 열적 방출 능력이 향상된 광 반도체 소자 및 그 제조방법으로, 반사형 고방열의 필러(Filler)를 삽입한 수지를 투과 에폭시 수지 하단부에 형성하여 광 반도체 소자를 제작함으로써 종래 기술이 가지고 있는 발광, 수광소자의 열적노화를 방지함으로써 높은 발광, 수광 효율의 제품을 실현할 수 있다.

Description

광 반도체 소자 및 그 제조방법{An Optical semiconductive device and the manufacturing method thereof}

본 발명은 광 반도체 소자(Light Emitting Diode) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사 효율 및 열적 방출 능력이 향상된 광 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 광 반도체 소자는 전기신호를 거쳐 광의 전송을 수행하기 위한 부품으로서, 전기신호를 발광다이오드에 의해 광신호로 변환한 후 전방출력으로 사용하는 일반적인 발광 소자와, 광의 신호를 받아 전기적인 신호로 전환하는 수광소자(포토 트랜지스터, 포토 다이오드, 트라이악, 포토IC)로 대별된다. 이들 광 반도체 소자는 반도체 결정의 재료 PN 접합을 형성하는 불순물의 종류와 농도, 구조에 의해 가시광(visual light)에서 적외광(infra red light)까지 각종 파장의 제품이 제작되고 있다.

가시 발광 다이오드는 주로 표시용으로 사용하고 적외 발광 다이오드는 인간의 시각으로는 검지되지 않는 빛을 수광하는 소자로서 포토 트랜지스터, 포토 다이오드와 조합되어 신호 처리용으로 이용된다.

이하의 설명에서는 발광 다이오드를 예로하여 광 반도체 소자를 갈음하기로 한다.

발광 다이오드는 p-n 접합의 주입형 일렉트로 루미네센스(Electro Luminescence)를 이용한 발광소자로서, 발광에 필요한 인가 전압이 매우 낮고 또 그 수명도가 길기 때문에 고체 표시 소자나 화상 표시용 등 매우 넓은 용도로 사용되는 반도체 소자이다.

발광 다이오드의 구성은 도 1에 도시된 바와 같다. 전압을 인가하면 빛(light)을 발산하는 칩(Chip)(2)과, 상기 칩(2)에 전압을 인가하기 위한 도전성 금속재의 음극(Cathode) 및 양극(Anode) 리드(lead)(3), (4)로 이루어지고, 상기 칩(2)은 음극 리드(3)의 끝단에 형성된 컵형상의 패드(5)상에 도전성 접착제로 부착됨과 동시에 양극리드(4)의 끝단과 와이어(6)로 본딩되어 음극 및 양극리드(3), (4) 사이에서 전기적으로 접속된 구성이다.

또한 상기 칩(2)을 외부로부터 보호하기 위해 절연재질의 몰딩물(7)로 몰딩하되, 음극 및 양극리드(3), (4)의 다른 끝단의 일부가 외부로 노출되도록하여 외부에서 칩(2)으로 전압을 인가할 수 있도록 구성된다.

외부로 노출된 발광 다이오드(1)의 음극 및 양극리드(3), (4)를 사용하고자 하는 회로와 전기적으로 접속시키게 되면, 음극 및 양극리드(3), (4)를 통해 칩(2)으로 전원이 인가됨으로써 광 반도체 소자(1)가 발광되어 기능을 수행할 수 있는 것이며, 몰딩물(7)은 통상 에폭시 수지(Epoxy)로 이루어지고 발광 다이오드(1)의 기능에 따라 적색, 두명, 녹색, 오렌지색등으로 제조된다.

이와같은 종래의 발광 다이오드의 제조방법은 도 2에 도시된 바와같이, 먼저 발광 다이오드를 대량으로 생산하기 위해 음극 및 양극리드(3), (4)가 연속적으로 배열되도록 프레스가공하여 형성한 리드프레임(8)을 구비하고, 상기 음극리드(3)의 끝단에 형성된 컵형상의 패드(5)에 도전성 접착제를 이용하여 칩(2)을 차례로 부착하고, 인접한 양극리드(4)의 일단과 칩(2)을 와이어(6)로 본딩하여 전기적으로 연결한다. 이어서 발광 다이오드(1)의 외형을 제작하기 위한 몰드컵(9)을 다수개 마련하여 몰드컵(9)내에 액상의 에폭시 수지를 일정량 넣고, 와이어 본딩된 칩(2)을 몰드컵(9)내의 에폭시 수지에 넣는다. 이 상태로 150℃에서 4시간 열처리하여 응고시킨후 몰드컵(9)과 분리시키고, 음극 및 양극리드(3), (4)를 제외한 필요없는 리드프레임(8)을 트리밍(Trimming)하여 제거함으로써 도 1에 도시된 바와 같이칩(2)이 몰딩물(7)에 의해 보호되고 음극 및 양극리드(3), (4)의 일부가 외부로 노출된 발광 다이오드(1)를 제조하였다.

하지만, 이와 같은 공정을 통해 제작되는 발광 다이오드는 상기 액상 에폭시 수지가 투명 또는 반투명물질이므로 발광 칩에서 방출되어 외부로 방사되는 빛의 일부가 에폭시 렌즈부의 전반사에 의하여 패키지(Package) 측면과 밑면으로 유출됨에 따라 전방으로 방사하는 광의 양이 적어짐으로 인한 광효율 저하의 문제점을 가지고 있다. 또한, 다이오드의 장시간 사용에 의한 패키지 내부의 열적인 stress 에 의하여 발광소자는 발광 출력이 저하되고 수광소자는 광을 수광하여 전기적인 신호를 변환하는 양이 적게되어 수광 효율도 저하된다.

이상적인 발광소자에서 발광출력은 순전류에 비례한다. 이는 열의 발생이 없는 이상적인 광소자의 경우에 한한다. 그러나, 순전류가 증가 할수록 전류의 열손실에 의하여 발광다이오드의 온도는 상승하여 발광효율이 저하됨으로 순전류에는 비례하지 않게 된다. 즉, 발광부의 온도 상승은 발광효율을 저하시킬 뿐만 아니라 발광 칩(Chip)의 PN 접합부의 정션(Junction)을 파괴함으로써 수명을 단축시키는 원인이기도 하다.

일반적으로 발광효율은 -0.7%/℃ ∼ -0.8%/℃와 같은 온도 계수를 갖는다. 결국, 발광체(수광체) 칩에서 발생되는 열을 효과적으로 패키지 밖으로 방출하지 않으면 칩의 발광효율(수광소자는 수광효율)이 저하되고 신뢰성도 보증하기 어렵게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 빛의 손실을 줄일 수 있는 광반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 열적 방출 능력이 우수한 고신뢰도의 광 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발광소자로부터 방사하는 빛을 손실없이 전방으로 조사하여 방사효율을 향상시킬 수 있는 광 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광 반도체 소자의 렌즈(Lens) 곡면에서 전반사되어 손실되는 빛을 전방으로 재 반사함으로써 방사효율을 향상시킬 수 있는 광 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 반도체 소자의 제조방법은 한 쌍의 프레임부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열구성되며, 단일 리드프레임(Lead Frame)마다 도전성 접착제로 도팅(Dotting)하는 제 1 공정과, 도전성 접착제에 광소자 칩(Chip)을 다이 본딩(Die Bonding)하는 제 2 공정과, 상기 리드 프레임(Lead Frame)의 프레임부로 상기 광소자 칩(Chip)을 골드와이어(Gold Wire)에 의해 전극 접합하는 제 3 공정과, 패키지(Package) 구성요소마다 용기 형태를 취하는 몰드 컵(Mold Cup)에 투과형 에폭시 수지(Epoxy)를 포팅(Potting)하는 제 4 공정과, 상기 리드프레임을 몰드 컵(Mold Cup)에 삽입하여 초벌경화(precure)하는 제 5 공정과, 패키지(Package) 구성요소마다 용기 형태를 취하는 몰드컵(Mold Cup)에 방열 반사형 에폭시 수지(Epoxy)를 포팅(Potting)하여 경화하는 제 6 공정과, 트리밍 작업을 통하여 패키지(Package)를 단일화시키는 제 7 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광 반도체 소자의 제조방법의 다른 실시에 따른 특징은 초벌경화된 투과형 에폭시수지 위에 반사물질을 포팅하여 초벌경화한 후 그 위에 방열형 수지를 포팅하는 공정이 부가되는 점이다.

도 1은 종래의 발광(수광) 다이오드를 나타낸 종단면도.

도 2는 종래의 발광(수광) 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.

도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 광 반도체 소자의 종 단면도.

도 4는 도 3에 도시된 광 반도체 소자의 제조 과정을 나타낸 흐름도,

도 5a 내지 도 5b는 도 3에 도시된 광 반도체 소자의 제조 과정을 나타낸 공정도.

도 6는 본 발명의 다른 실시에 따른 광 반도체 소자의 종 단면도.

도 7은 도 6에 도시된 광 반도체 소자의 제조 과정을 나타낸 흐름도,

도 8a 내지 도 8c는 도 6에 도시된 광 반도체 소자의 제조 과정을 나타낸 공정도.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 광 반도체 소자 및 그 제조방법을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 광 반도체 소자의 종 단면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광 반도체 소자의 구성은 양극 리드 프레임(Anode Lead Frame)(3)과, 음극 리드 프레임(Cathode Lead Frame)(4)과, 상기 양극 리드 프레임(3)과 발광 칩(2)의 통전을 위한 통전 와이어(6)와, 상기 두 리드 프레임(3)(4) 부분을 몰딩한 투과 에폭시 수지(A)와, 상기 투과 에폭시 수지(A) 하단부에 형성되고 방열 필러(filler)가 포함된 반사 방열 에폭시 수지(B)로 이루어진다.

도 4는 도 3에 도시된 광 반도체 소자의 제조 과정을 나타낸 흐름도이다. 한쌍의 프레임부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열 구성되며, 단일 리드 프레임(Lead Frame)마다 도전성 접착제로 도팅(Dotting)하는 제 1 공정(S11)과, 도전성 접착제에 발광 칩을 다이 본딩하는 제 2 공정(S12)과, 상기 리드 프레임의 프레임부로 상기 발광칩을 금선(Gold wire)에 의해 전극 접합하는 제 3 공정(S13)과, 패키지 구성요소마다 용기 형태를 취하는 몰드 컵(Mold cup)에 투과형 에폭시(Epoxy)수지를 포팅(Potting)하는 제 4 공정(S14)과, 상기 리드프레임을 몰드 컵(Mold cup)에 삽입하여 초벌경화(Precure)하는 제 5 공정(S15)과, 패키지 구성요소마다 용기 형태를 취하는 몰드 컵(Mold cup)에 방열 반사형 에폭시 수지를 포팅(Potting)한 후 경화하는 제 6 공정(S16)과, 이와 같이 형성된 패키지를 트리밍(Triming) 또는 포밍(Formation)작업을 통해 단일화시키는 제 7 공정을 통해 본 발명에 따른 광반도체 소자를 제조할 수 있다.

도 5a 내지 도 5b는 도 3에 도시된 광 반도체 소자의 제조 과정을 나타낸 공정도로서 상기 도 4의 흐름도에서 나타난 제 4 내지 제 6 공정에서의 몰드컵(Mold cup)과 리드 프레임부분을 도시한 것이다. 도 5a에서 나타낸 것은 몰드 컵에 소정량 만큼 포팅(Potting)된 에폭시 수지(A)에 리드프레임을 삽입하는 것을 나타내고 있으며, 초벌 경화가 이루어진 상태에서 그 위에 도 5b와 같이 방열 반사형 에폭시 수지(B)를 포팅(Potting)하여 경화하는 것을 나타내고 있다.

도 6는 본 발명의 다른 실시에 따른 광 반도체 소자의 종 단면도로서 도 3의 일 실시예와 달리 투과 에폭시 층(A)와 방열 에폭시 층(B)의 사이에 반사물질(C)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이는 절연물질로서 에폭시 렌즈(Lens)로부터 전반사되어 오는 광을 재반사 시키기 위한 것이다. 따라서, 투과 에폭시에 의해 전반사로 인한 빛의 손실을 방지할 수 있게 된다.

도 7은 도 6에 도시된 광 반도체 소자를 제조하기 위한 과정을 나타낸 흐름도로서, 도 4에 나타난 흐름도와 달리 투과 에폭시 수지(A)를 초벌 경화(precure)(S25)한 후에, 절연 반사 물질(C)을 포팅(Potting)하는 공정(S26)이 포함되어 있다. 이후, 절연반사 물질이 경화된 상태에서 그 위에 방열 반사형 에폭시 수지(B)를 포팅(potting)하는 공정(S27)이 수반된다.

이러한 공정은 도 8a 내지 도 8c를 이용하여 설명하기로 한다. 앞서 도 5a 내지 도 5b에서 설명한 바와 마찬가지로 도 8a는 몰드 컵에 에폭시 수지(A)를 포팅한 후 리드프레임을 삽입하여 경화시키는 것이다. 그 위에 도 8b에서 나타난 바와 같이 절연의 반사물질을 포팅하여 경화시킨 다음 도 8c에서와 같이 방열 반사형 에폭시 수지(B)를 포팅(Potting)하는 것을 나타내고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 반사형 고방열의 필러(Filler)를 삽입한 수지를 투과 에폭시 수지 하단부에 형성하여 광 반도체 소자를 제작함으로써 종래 기술이 가지고 있는 발광, 수광소자의 열적노화를 방지함으로써 높은 발광, 수광 효율의 제품을 실현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 한 쌍의 프레임부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열구성되며, 단일 리드프레임(Lead Frame)마다 도전성 접착제로 도팅(Dotting)하는 제 1 공정과,
    도전성 접착제에 광소자 칩(Chip)을 다이 본딩(Die Bonding)하는 제 2 공정과,
    상기 리드 프레임(Lead Frame)의 프레임부로 상기 광소자 칩(Chip)을 도전성와이어(Gold Wire)에 의해 전극 접합하는 제 3 공정과,
    패키지(Package) 구성요소마다 용기 형태를 취하는 몰드 컵(Mold Cup)에 투과형 에폭시 수지(Epoxy)를 포팅(Potting)하는 제 4 공정과,
    상기 리드프레임을 몰드 컵(Mold Cup)에 삽입하여 초벌경화(precure)하는 제 5 공정과,
    패키지(Package) 구성요소마다 용기 형태를 취하는 몰드 컵(Mold Cup)에 방열 반사형 에폭시 수지(Epoxy)를 포팅(Potting)하여 경화하는 제 6 공정과,
    트리밍 작업을 통하여 패키지(Package)를 단일화시키는 제 7 공정을 포함하여 이루어지는 광 반도체 소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 나타낸 방법에 의해 제조된 광 반도체 소자.
  3. 제 1 항에 있어서;
    상기 제 5 공정에 의해 초벌경화된 투과형 에폭시수지 위에 반사물질을 포팅하여 초벌경화한 후 그 위에 방열형 수지를 포팅하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 소자의 제조방법.
  4. 제 3 항에 나타낸 방법에 의해 제조된 광 반도체 소자.
  5. 양극 리드와, 발광 칩 수용홀 및 반사턱이 형성된 음극 리드와, 상기 양극 리드와 발광 칩의 통전을 위한 통전 와이어를 갖는 광 반도체 소자에 있어서;
    상기 두 리드가 투과 에폭시 수지로 몰딩되고, 상기 투과 에폭시 수지 하단부는 방열 필러(filler)가 포함된 반사 방열 에폭시 수지로 몰딩되어 이중 몰딩 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광 반도체 소자.
  6. 제 5 항에 있어서;
    상기 투과 에폭시 수지와 방열 에폭시 수지의 사이에 절연 반사판 미러(mirror)가 삽입된 것을 특징으로 하는 다중 몰딩 구조인 광 반도체 소자.
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