KR20040023852A - 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서 특히, 높이 및 넓이가 줄어 보다 소형화시킬 수 있고, 제조 과정에서 발광 소자의 본딩패드면을 손상시키지 않는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 기판상의 접속단자에 도전성 접착제로 접합된 발광 소자 칩과 ; 상기 발광 소자 칩의 상부면에 형성된 전극(종류에 따라 1개 또는 2개 전극)에 각각 돌출되게 형성된 범퍼와 ; 상기 범퍼들을 전기적으로 접속시키는 도전성 와이어 및 ; 상기 발광 소자 칩 및 상기 도전성 와이어를 보호하기 위해 상기 발광 소자 칩 및 상기 도전성 와이어를 덮고 있는 비전도성 몰딩부재를 포함하며, 구성품을 준비하는 준비 단계와 ; 기판의 전극 접속 단자에 도전성 접착제를 도포하고 발광 소자 칩을 접착하는 단계와 ; 발광 소자 칩의 상부 전극면에 범퍼를 형성하는 단계와 ; 기판상의 접속 단자에 형성된 전극에 도전성 와이어의 일측 단부를 본딩한 후, 일측 단부가 본딩된 와이어의 타측 단부를 발광 소자 칩의 상부 전극면에 형성된 범퍼에 본딩하는 본딩 단계 및 ; 와이어 본딩된 발광 소자 칩과 와이어를 감싸도록 에폭시 수지로 몰딩하는 렌즈 형성단계를 포함하여 제조 된다.

Description

발광 소자 및 그 제조 방법{luminous element and manufacturing method}
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와이어 본딩 구조 및 방법을 종래와 다르게 함으로서 소자 전체의 두께를 최대한 얇게 줄일 수 있는 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 발광 소자는 인쇄회로기판이나 리드 프레임과 같은 기판 위에 활성층(active layer)를 포함한 각 층을 순차적으로 성장시키고, 애노드(anode) 전극 및 캐소드(cathode) 전극이 형성된 칩을 도전성 접착제로 접착한 다음, 이 전극들에 와이어 본딩(wire bonding)을 하여 제작하였다.
와이어 본딩은 일반적으로 기판 위에 발광 소자 칩을 접착한 다음, 기판에 형성된 접속단자와 소자 칩 상부면의 본딩 패드를 연결할 때 Au와 같은 도전성 와이어를 사용하여 연결하고 있다.
이러한 구조를 갖는 기존의 반도체 발광 소자의 일예를 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시된 기존의 발광 소자는 기판(1)위에 도전성 접착제(3)로 발광 소자 칩(2)을 접착시키고, 캐필러리(Capillary) 끝에 형성된 볼을 발광 소자 칩(2)의 전극에 접촉시킨 후 압착하여 열 및 초음파를 가하여 볼이 발광 소자 칩(2)의 본딩 패드에 접착되게 한다.
볼이 압착된 상태로 발광 소자 칩(2)의 본딩 패드에 접착되면, 캐필러리를 상승시켜 일정 길이만큼 수직으로 와이어를 인발한 후 캐필러리를 기판(1)에 형성된 접속단자 측으로 이동시킨다.
이때 와이어가 급하게 굽혀지면 발광 소자 칩(2)에 접착된 볼이 발광 소자 칩(2)로부터 떨어지거나 볼의 목 부분이 부러지게 됨으로 완만하게 굽혀져야 한다.
캐필러리가 기판(1)에 형성된 접속단자 측으로 이동되면 캐필러리를 기판(1)을 향해 하강시키고 압력을 가하면 와이어(4)의 단부에 웨지 형태(wedge-shaped)의스티치(stitch)가 형성되고, 본딩 작업이 완료된다.
상기와 같은 구조를 갖고 와이어 본딩 공정이 진행되는 종래의 발광 소자는 전술한 바와 같이, 와이어의 굽혀지는 부분(4a)이 급격한 각도로 꺾이면 아무리 연성이 좋은 와이어라도 끊어질 수 있으므로 굽혀지는 부분(4a)이 완만하게 굽혀져야 한다.
이렇게 완만하게 와이어를 굽히기 위해서는 소정의 높이(h1) 이상으로 연장 인발되어야 하고 발광 소자 칩(2)의 본딩 패드와 기판(1)상의 접속 단자부 사이의 거리(l1) 또한 소정 거리 이상으로 이격되어야 한다.
따라서 종래의 와이어 본딩 방법에 의해 제작되는 발광 소자는 상당한 두께와 폭을 가질 수 밖에 없다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방법이 2001년 5월 7일자 공개된 대한민국 공개특허 제 2001-35456호 "발광 소자 패키지 및 그 제작 방법"이 개발되었다.
상기 공개특허는 와이어 본딩의 순서를 기존과 반대 즉, 기판의 접속 단자부에 먼저 볼을 접속한 후 발광 소자 칩(2')의 본딩 패드에 스티치(stitch)를 형성하는 과정으로 발광 소자를 제작하고 있다.
이와 같은 방법에 의하여 제조되는 발광소자는 기판에 먼저 와이어(4')를 접속시키고 와이어를 굽히되 와이어의 타측 단부의 위치가 발광 소자 칩의 높이에 해당함으로 도 6에 도시한 바와 같이 와이어의 굽혀지는 부분(4a')이 보다 완만하게 굽혀질 수 있게 된다.
그러나 이와 같은 구조 및 방법에 의해 제작되는 발광 소자는 스티치를 발광 소자 칩에 형성하여야 함으로 형성하는 캐필러리가 발광 소자 칩(2')의 표면을 손상시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법의 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로서, 높이 및 넓이를 줄일 수 있어 보다 소형화된 발광소자를 제공함을 목적으로 한다.
또한 발광 소자 칩의 본딩패드면을 손상시키지 않고 소형의 발광소자를 제작할 수 있는 발광 소자 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 소자의 일예를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 발광 소자의 일예를 도시한 측단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 발광 소자의 일예를 도시한 평단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 과정을 나타내는 과정도이고,
도 5는 종래 발광 소자를 일예를 도시한 측단면도이며,
도 6은 종래 발광 소자를 다른 일예를 도시한 측단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
10, 10' : 접속단자 20 : 발광 소자 칩
21 : 범퍼 30 : 도전성 접착제
40 : 와이어 41 : 볼
42 : 스티치 50 : 에폭시 렌즈
이 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 그 저면의 전극이 기판상의 접속단자에 도전성 접착제로 접합된 발광 소자 칩과 ; 상기 발광 소자 칩의 상부면에 형성된 전극에 돌출되게 형성된 범퍼와 ; 상기 범퍼들을 전기적으로 접속시키는 도전성 와이어 및 ; 상기 발광 소자 칩 및 상기 도전성 와이어를 보호하기 위해 상기 발광 소자 칩 및 ; 상기 도전성 와이어를 덮고 있는 비전도성 몰딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자와
발광 소자 칩을 기판에 본딩하는 방법에 있어서, 발광 소자 칩과 기판 접착제 등을 준비하는 준비 단계와 ; 기판의 전극 접속 단자에 도전성 접착제를 도포하는 단계와 ; 도포된 접착제에 발광 소자 칩을 접착하는 단계와 ; 발광 소자 칩의 상부 전극면에 범프 본더를 이용하여 도전 물질을 범핑하여 범퍼를 형성하는 단계와 ; 기판상의 접속 단자에 형성된 전극에 도전성 와이어의 일측 단부를 본딩한 후, 일측 단부가 본딩된 와이어의 타측 단부를 발광 소자 칩의 상부 전극면에 형성된 범퍼에 본딩하는 본딩 단계 및 ; 와이어 본딩된 발광 소자 칩과 와이어를 감싸도록 에폭시 수지로 몰딩하는 렌즈 형성단계를 포함함을 특징으로 발광 소자의 제조 방법에 의해 이루어진다.
또한 본 발명의 목적은 상기 본딩 단계에서 본딩하는 과정을 기판상에 형성된 전극에는 와이어의 일측 단부 볼을 접착시킨 후, 발광 소자 칩의 상부 전극면에 형성된 범퍼에는 와이어의 타측 단부를 스티치 본딩함에 의해 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 소자의 일예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 발광 소자의 일예를 도시한 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 발광 소자의 일예를 도시한 평단면도이다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 발광 소자는 발광 소자 칩(20)과 기판(10)을 포함하고 있다.
또한 발광 소자 칩(20) 상부면의 전극과 기판상의 접속 단자를 전기적으로 접속시키기 위한 도전성 와이어(40)을 포함하고 있다.
상기 발광 소자 칩(20)은 전기를 빛으로 변환하는 소자로서 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저 등이 될 수 있으며, 기판과 대면되는 저면과 상부면에는 각각 전극이 형성된다.
상기 발광 소자 칩(20)의 하부면에 형성된 전극은 도전성 접착제가 도포된기판(10)상의 전극 접속부에 접합되어 전기적으로 통전된 상태를 이루고, 상부면에 형성된 전극에는 범퍼(21)가 형성되어 있다.
상기 범퍼(21)에는 도전성 와이어(40)의 일측 단부가 본딩되어 있다.
상기 기판(10)은 회로 패턴인 인쇄된 인쇄회로기판 또는 리드 프레임으로서 상기 발광 소자 칩(20)의 각 전극이 접속되는 접속 단자가 형성되어 있다.
전술한 바와 같이 발광 소자 칩(20)의 저면에 형성된 전극이 접속되는 접속 단자부에는 도전성 접착제가 도포되어 있고, 발광 소자 칩(20)의 상부면에 형성된 전극이 접속되는 접속 단자부에는 전극이 형성되어 있다.
상기 범퍼(21)는 도전성 와이어(40)가 본딩되는 부분으로서 범프 본더에 의해 도전성 물질을 돌출 형성하여 구성된다.
상기 도전성 와이어(40)는 전기와 같이, 범퍼(21)와 기판에 형성된 전극부 사이를 전기적으로 접속시키는 수단으로 기판(10)상에 형성된 전극에는 도전성 와이어(40) 단부에 형성된 볼이 본딩되고, 발광 소자 칩(20) 상부면에 본딩되는 단부는 캐필러리에 의해 스티치를 형성하게 된다.
또한 상기 도전성 와이어(40)는 측면에서 도시하였을 때 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 절곡부(40a)가 완만한 호형상으로 굽혀지고 발광 소자 칩(20)을 향한 단부가 발광 소자 칩(20)의 상부면과 수평을 이루는 ""형상을 갖는다.
상기와 같이 도전성 와이어(40)의 본딩이 완료된 발광 소자는 발광 소자 칩(20)을 보호하고 도전성 와이어(40)의 단선을 방지하기 위해 몰딩하되 발광 소자 칩(20)으로부터 발생되는 빛의 조사를 돕기 위하여 투명한 재질로 몰딩하여렌즈(50)를 형성한다.
상기 렌즈(50)는 에폭시 수지와 같은 투광성이 우수한 재질을 사용한다.
이하 상기와 같이 구성된 발광 소자를 제조하는 과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 소자의 제조 과정을 나타내는 과정도이다.
① 먼저, 본 발명에 따른 발광 소자를 구성하있는 발광 소자 칩(20)과 기판(10)을 비롯한 각 구성품을 준비한다.
이 단계에서 준비하는 각각의 구성 부품은 기존의 부품과 동일 유사함으로 이에 대한 설명은 생략한다.
② 준비된 기판(10)의 발광 소자 칩(20)의 저면에 형성된 전극이 접속되는 접속 단자부에는 도전성 접착제(30)를 도포한다.
③ 상기와 같이 기판(10)에 도전성 접착제(30)가 도포되면 그 위에 발광 소자 칩(20)의 저면이 정렬된 상태로 올리고 압력을 가해 발광 소자 칩(20)이 기판(10)에 접착되게 한다.
④ 접착제가 굳어 발광 소자 칩(20)이 기판(10)에 고정되면 발광 소자 칩(20)의 상부면에 형성된 전극면에 범퍼(21)를 각각 형성한다. 이때 범퍼를 형성하는 방법은 범프 본더를 이용하여 도전성 물질을 각각 돌출 형성한다.
⑤ 상기와 같이 범퍼(21)가 각각 형성되면 도전성 와이어(40)의 양단을 기판(10)의 전극 접속부와 발광 소자 칩(20)의 전극면에 각각 본딩한다.
이 본딩 단계는 도전성 와이어(40)의 볼이 형성된 단부를 먼저 기판(10)에형성된 전극에 본딩한 후, 도전성 와이어(40)를 발광 소자 칩(20)측으로 휘어 타측 단부를 발광 소자 칩(20)의 상부면에서 캐필러리를 하강시켜 스티치를 형성한다.
이때 도전성 와이어(40)를 캐필러리의 단부로부터 발광 소자 칩(20)의 높이 정도까지 인발시킨 후 측방으로 굽히고 다시 발광 소자 칩(20)의 상부면까지 인발시킨 후 스티치를 형성함으로서 도전성 와이어(40)의 절곡부(40a)가 완만하게 굽혀지게 한다.
⑥ 상기와 같이 각각의 구성품이 기판(10)상에 배치되면 외부의 충격으로부터 각 부품을 보호할 수 있도록 몰딩(molding)한다.
이때 몰딩 소재는 불투명한 재질의 에폭시 수지를 사용하며, 전체를 감싸도록 몰딩을 하여 렌즈(50)를 형성한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 발광 소자는 전체적인 높이 및 넓이를 줄여 보다 소형화된 발광 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.
즉, 종래의 경우 발광 소자 칩 상부의 전극면에 도전성 와이어의 볼을 본딩한 후 도전성 와이어를 굽혀 그 타측 단부가 발광 소자 칩의 상부면 보다 낮게 위치한 기판에 본딩시키되 절곡된 부분이 급하게 절곡되면 볼의 목부분이나 와이어의 중단이 꺽이는 문제가 있으나, 본 발명에 따른 발광 소자는 도전성 와이어의 본딩시 기판측 접속부에 볼을 먼저 본딩한 도전성 와이어를 완만한 호를 갖게 ""형상으로 굽히고 그 단부가 발광 소자 칩의 상부면 수평을 이룬 상태에서 본딩함으로서 와이어의 최 상단의 높이(H)가 기존 발광 소자의 와이어 상단의 높이(h1)보다 낮아지고이에 따라 발광 소자의 전체 높이(T)를 줄일 수 있을 뿐만 아니라
전기와 같이 와이어가 절곡되는 부분이 ""형상에 가까우므로 기판측 접속부와 칩상의 범퍼 사이의 거리(L2)가 종래 발광 소자에 있어서의 거리(l1)보다 줄일 수 있어 전체적인 넓이를 줄일 수 있다.
더욱이, 발광 소자 칩의 상부 전극면에 형성된 범퍼에 도전성 와이어를 스티치함으로서 도전성 와이어의 본딩시 캐필러리가 발광 소자 칩에 접촉되지 않아 발광 소자 칩의 본딩 패드면이 손상되는 것을 방지 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 그 저면의 전극이 기판상의 접속단자에 도전성 접착제로 접합된 발광 소자 칩과,
    상기 발광 소자 칩의 상부면에 형성된 전극에 각각 돌출되게 형성된 범퍼와 ;
    상기 범퍼들을 전기적으로 접속시키는 도전성 와이어 및 ;
    상기 발광 소자 칩 및 상기 도전성 와이어를 보호하기 위해 상기 발광 소자 칩 및 상기 도전성 와이어를 덮고 있는 비전도성 몰딩부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 발광 소자 칩을 기판에 본딩하는 방법에 있어서,
    발광 소자 칩과 기판 접착제 등을 준비하는 준비 단계와 ;
    기판의 전극 접속 단자에 도전성 접착제를 도포하는 단계와 ;
    도포된 접착제에 발광 소자 칩을 접착하는 단계와 ;
    발광 소자 칩의 상부 전극면에 범프 본더를 이용하여 도전 물질을 범핑하여 범퍼를 형성하는 단계와 ;
    기판상의 접속 단자에 형성된 전극에 도전성 와이어의 일측 단부를 본딩한 후, 일측 단부가 본딩된 와이어의 타측 단부를 발광 소자 칩의 상부 전극면에 형성된 범퍼에 본딩하는 본딩 단계 및 ;
    와이어 본딩된 발광 소자 칩과 와이어를 감싸도록 에폭시 수지로 몰딩하는 렌즈 형성단계를 포함함을 특징으로 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 본딩 단계는 기판상에 형성된 전극에는 와이어의 일측 단부 볼을 접착시키고, 발광 소자 칩의 상부 전극면에 형성된 범퍼에는 와이어의 타측 단부를 스티치 본딩함을 특징으로 하는 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자 칩은 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 및 그 제조 방법.
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