KR20050052741A - 반도체 발광장치 - Google Patents

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Abstract

플립칩 본딩용 반도체 발광장치가 개시된다.
종래에 금속기저층의 확산 방지층으로 사용되는 구리(Cu) 또는 텅스텐(W) 대신에 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 등을 사용함으로써, 확산 방지와 접착력을 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 열적 안정성과 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 등을 발광소자칩의 전극패드에 첨가함으로써, 발광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 발광장치{Semiconductor light emitting diode device}
본 발명은 반도체 발광장치에 관한 것으로서, 플립칩 본딩용 반도체 발광장치에 관한 것이다.
반도체 발광장치는 후레쉬용 고휘도 광원, 휴대용 전자제품(휴대폰, 캠코더, 디지털 카메라 및 PDA)에 사용되는 액정표시장치(LCD)의 백라이트(backlight), 전광판용 광원, 조명 및 스위치 조명 광원, 표시등, 교통신호등의 광원으로 그 사용범위가 날로 확대되고 있다.
일반적으로 반도체 발광장치에서 발광소자칩을 실장하는 방법에는 와이어 본딩 방법과 플립칩 본딩 방법이 있다.
와이어 본딩 방법은 발광소자칩의 전극패드와 리드 프레임의 내부 리드를 금속 와이어를 통해 전기적으로 연결시킨다.
이에 반해, 플립칩 본딩 방법은 발광소자칩의 전극패드와 실장하고자 하는 서브마운트 기판 간을 솔더범퍼로 플립칩 본딩하여 연결시킨다.
도 1은 종래의 플립칩 본딩 방법을 이용한 반도체 발광장치의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 종래의 반도체 발광장치는 광을 발광시키기 위한 다층박막(5)으로 이루어지고, 상기 다층박막(5) 상에 소정의 p형 및 n형 금속 패드(6,7)가 형성되는 발광소자칩(15)과, 상기 p형 및 n형 전극패드(6,7)에 각각 대응되어 부착되는 한 쌍의 금속기저층(8)과, 서브마운트 기판(13)과, 상기 한 쌍의 금속기저층(8)과 상기 서브마운트 기판(13) 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼(9)로 구성된다.
상기 발광소자칩(15)은 기판(1) 상에 n형층(2), 활성층(3) 및 p형층(4)을 순차적으로 다층박막(5)을 형성한 다음, 상기 n형층(2)의 일부가 노출되도록 식각한 다음, 상기 p형층(4) 및 상기 n형층(2) 상에 p형 및 n형 금속 패드(6,7)를 형성하여 완성되게 된다.
상기 기저금속(UBM : Under Bumper Metalization)층(8)은 한 쌍으로 이루어져, 각각 상기 p형 및 n형 전극패드(6,7)에 부착되게 된다.
상기 금속기저층(8)은 상기 솔더범퍼(9)가 상기 p형 및 n형 전극패드(6,7)를 통해 다층박막(5), 즉 n형층(2), 활성층(3) 및 p형층(4)으로 확산되어 상기 발광소자칩(15)이 파괴되게 되는 것을 방지하기 위해 구비되게 된다.
이를 위해 상기 금속기저층(8)은 상기 전극패드(6,7)와의 접착력을 강화시키기 위해 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)과 같은 금속으로 이루어지는 제1 접착층(16)과, 상기 솔더범퍼(9)가 상기 발광소자칩(15)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 구리(Cu) 또는 텅스텐(W)으로 이루어지는 확산 방지층(17)과, 상기 솔더범퍼(9)와의 접착력을 강화시키기 위해 금(Au) 또는 니켈(Ni)로 이루어지는 제2 접착층(18)으로 이루어진다.
상기 서브마운트 기판(13)은 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)으로 대체될 수도 있는데, 이러한 서브마운트 기판(13) 또는 인쇄회로기판에 다수의 발광소자칩(15)이 실장되어 광원이나 표시기 등으로 사용될 수 있다. 상기 서브마운트 기판(13)에는 상기 발광소자칩(15)에 형성된 p형 및 n형 전극패드(6,7)와 대응되는 p형 및 n형 전극패드(10,11)가 형성된다.
상기 솔더범퍼(9)는 일반적으로 납(Pb)과 주석(Sn)이 주성분으로 하는 도전성 금속으로 이루어지어, 상기 금속기저층(8)과 상기 서브마운트 기판(13)의 전극패드(10,11)를 플립칩 본딩시키게 된다. 상기 솔더범퍼(9)는 상기 발광소자칩(15)이 고온 가압에 의해 아래 방향으로 압력을 받고 이에 따라 누려지면서 상기 금속기저층(8)과 상기 서브마운트 기판(13)의 전극패드(10,11)를 본딩시키게 된다.
기존의 반도체 디바이스 혹은 LED와 같은 발광소자칩에 사용되는 금속기저층은 단순하게 서브마운트 기판 또는 인쇄회로기판과 반도체 디바이스 혹은 발광소자칩을 연결해주는 커넥터의 역할을 주로 수행하면서 솔더범퍼의 확산을 방지하는데 그 초점이 맞추어져 왔다.
하지만, 종래의 금속기저층은 열적으로 안정되지 않고 전기적 특성을 일정하게 유지시켜 주지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 금속기저층은 발광소자칩에서 발광된 광을 반사시켜 재사용되도록 하는 반사판(reflector) 역할을 수행하지 못함으로써, 발광 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 금속기저층은 다양한 금속을 사용하는 다층 구조로 이루어지어 되어 공정이 복잡해지고 공정 비용이 증가되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 열적 안정성, 일정한 전기적 특성 및 발광 효율을 향상시킬 수 있는 반도체 발광장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바라직한 제1 실시예에 따르면, 광을 발광시키기 위한 활성층을 포함하는 다층박막으로 이루어지고, 상기 다층박막 상에 소정의 제1 및 제2 전극패드가 형성되는 발광소자; 상기 제1 및 제2 전극패드에 각각 대응되어 부착되는 한 쌍의 금속기저층; 서브마운트 기판; 및 상기 한 쌍의 금속기저층과 상기 서브마운트 기판 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼를 포함하여 이루어진 반도체 발광장치에서, 상기 금속기저층은, 상기 솔더범퍼의 상기 발광소자칩으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩과의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제1 박막층; 및 상기 솔더범퍼와의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제2 박막층으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따르면, 반도체 발광장치는 광을 발광시키기 위한 활성층을 포함하는 다층박막으로 이루어지고, 상기 다층박막 상에 소정의 제1 및 제2 전극패드가 형성되는 발광소자칩; 서브마운트 기판; 및 상기 전극패드와 상기 서브마운트 기판 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼를 포함하고, 상기 전극패드는 상기 솔더범퍼의 상기 발광소자칩으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩과의 접착력을 강화시키며 상기 발광소자칩에서 발광된 광을 반사시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제1 박막층; 및 상기 솔더범퍼와의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제2 박막층으로 이루어진다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에서, 상기 제1 박막층은 이리듐, 로듐 또는 상기 이리듐 및 상기 로듐의 합금 중 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에서, 상기 제2 박막층은 금 또는 니켈 중 하나로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 본딩 방법을 이용한 반도체 발광장치의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광장치는 광을 발광시키기 위한 다층박막(25)으로 이루어지고, 상기 다층박막(25) 상에 소정의 p형 및 n형 금속 패드(26,27)가 형성되는 발광소자칩(20)과, 상기 p형 및 n형 전극패드(26,27)에 각각 대응되어 부착되는 한 쌍의 금속기저층(28)과, 서브마운트 기판(32)과, 상기 한 쌍의 금속기저층(28)과 상기 서브마운트 기판(32) 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼(29)로 구성된다.
상기 발광소자칩(20)은 기판(21) 상에 n형층(22), 활성층(23) 및 p형층(24)을 순차적으로 다층박막(25)을 형성한 다음, 상기 n형층(22)의 일부가 노출되도록 식각한 다음, 상기 p형층(24) 및 상기 n형층(22) 상에 p형 및 n형 금속 패드(26,27)를 형성하여 완성되게 된다.
상기 금속기저층(28)은 한 쌍으로 이루어져, 각각 상기 p형 및 n형 전극패드(26,27)에 부착되게 된다.
상기 금속기저층(28)은 상기 솔더범퍼(29)가 상기 p형 및 n형 전극패드(26,27)를 통해 다층박막(25), 즉 n형층(22), 활성층(23) 및 p형층(24)으로 확산되어 상기 발광소자칩(20)이 파괴되게 되는 것을 방지하기 위해 구비되게 된다.
상기 금속기저층(28)은 동시에 상기 솔더범퍼(29)의 상기 발광소자칩(20)으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩(20)과의 접착력을 강화시키기 위한 물질로 이루어지는 제1 박막층(34)과, 상기 솔더범퍼(29)와의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제2 박막층(35)으로 이루어진다.
이를 위해, 상기 제1 박막층(34)은 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 중 하나로 이루어지고, 상기 제2 박막층(35)은 종래와 동일하게 금 또는 니켈 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 제1 박막층(34)은 상기 솔더범퍼(29)의 상기 발광소자칩(20)으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩(20)과의 접착력을 강화시키는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 상기 제1 박막층(34)으로 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 중 하나가 사용되면, 열적으로 안정되고, 전기적 특성도 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 종래에는 3개의 층들로 이루어지는데 반해, 본 발명의 금속기저층(28)은 간단히 2개의 층으로 이루어지게 되어 공정을 단순화시키고 또한 공정비용을 줄일 수 있다.
이와 같은 금속기저층(28)은 먼저 상기 금속 패드(26,27) 상에 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 중 하나를 도포하여 제1 박막층(34)을 형성하고, 상기 형성된 제1 박막층(34) 상에 금 또는 니켈 중 하나를 도포하여 제2 박막층(35)을 형성하여 제조될 수 있다.
상기 서브마운트 기판(32)은 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)으로 대체될 수도 있는데, 이러한 서브마운트 기판(32) 또는 인쇄회로기판에 다수의 발광소자칩(20)이 실장되어 광원이나 표시기 등으로 사용될 수 있다. 상기 서브마운트 기판(32)에는 상기 발광소자칩(20)에 형성된 p형 및 n형 전극패드(26,27)와 대응되는 p형 및 n형 전극패드(30,31)가 형성된다.
상기 솔더범퍼(29)는 일반적으로 납(Pb)과 주석(Sn)이 주성분으로 하는 도전성 금속으로 이루어지어, 상기 금속기저층(28)과 상기 서브마운트 기판(32)의 전극패드(30,31)를 플립칩 본딩시키게 된다. 상기 솔더범퍼(29)는 상기 발광소자칩(20)이 고온 가압에 의해 아래 방향으로 압력을 받고 이에 따라 누려지면서 상기 금속기저층(28)과 상기 서브마운트 기판(32)의 전극패드(30,31)를 본딩시키게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩 본딩 방법을 이용한 반도체 발광장치의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 금속기저층(28)이 제거되는 것을 제외하면, 도 2와 동일하다. 대신, 도 2의 금속기저층(28)은 발광소자칩(20)의 금속 패드(26,27)에 포함되게 된다. 이에 따라, 이하에서는 도 2와 동일한 기능을 갖는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광장치는 광을 발광시키기 위한 활성층을 포함하는 다층박막(25)으로 이루어지고, 상기 다층박막(25) 상에 소정의 p형 및 n형 금속 패드(26,27)가 형성되는 발광소자칩(20)과, 서브마운트 기판(32)과, 상기 금속 패드(26,27)와 상기 서브마운트 기판(32) 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼(29)로 구성된다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광장치에서 금속기저층 역할은 상기 발광소자칩(20)의 전극패드(26,27)에서 수행되게 된다.
즉, 상기 전극패드(26,27)는 동시에 상기 솔더범퍼(29)의 상기 발광소자칩(20)으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩(20)과의 접착력을 강화시키며 상기 발광소자칩(20)에서 발광된 광을 반사시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제1 박막층(34)과, 상기 솔더범퍼(29)와의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제2 박막층(35)으로 이루어진다.
이를 위해, 상기 제1 박막층(34)은 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 중 하나로 이루어지고, 상기 제2 박막층(35)은 종래와 동일하게 금 또는 니켈 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금들은 광을 반사시키는 특성을 갖고 있으므로 이러한 금속 물질들을 상기 전극패드(26,27)에 형성함으로써, 상기 발광소자칩(20)으로부터 발광된 광이 상기 전극패드(26,27)로 입력되게 되면, 상기 전극패드(26,27)의 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 중 하나로 이루어지는 제1 박막층(34)에 의해 상기 발광된 광이 반사되어 재사용되도록 하여 발광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제1 박막층(34)은 상기 솔더범퍼(29)의 상기 발광소자칩(20)으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩(20)과의 접착력을 강화시키는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 상기 제1 박막층(34)으로 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 중 하나가 사용되면, 열적으로 안정되고, 전기적 특성도 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 등은 종래에 사용되는 구리(Cu) 또는 텅스텐(W)에 비해 열적 안정도가 높으며, 전기적인 특성을 향상시키며, 솔더범퍼(29)가 확산되는 것을 방지할 수 있는 기능을 갖는다. 또한, 종래에 사용되는 구리(Cu) 또는 텅스텐(W) 등은 반사 특성을 갖지 못하는데 비해, 본 발명에서 사용되는 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 등은 일정한 반사 특성을 갖고 있으므로, 전극패드(26,27)에 이러한 금속 물질들을 첨가함으로써, 발광소자칩(20)으로부터 발광된 광을 반사시켜 발광효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 금속기저층에 종래 사용되던 구리(Cu) 또는 텅스텐(W) 대신에 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 등을 사용함으로써, 확산 방지와 접착력을 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 열적 안정성과 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 금속기저층을 사용하지 않는 대신에 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 또는 이들의 합금 등을 발광소자칩의 p형 및 n형 패드에 첨가함으로써, 발광소자칩으로부터 발광된 광을 반사시켜 발광효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 플립칩 본딩 방법을 이용한 반도체 발광장치의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 본딩 방법을 이용한 반도체 발광장치의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩 본딩 방법을 이용한 반도체 발광장치의 개략적인 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭>
20 : 발광소자칩 26, 27 : 전극패드
29 : 솔더범퍼 32 : 서브마운트 기판 혹은 인쇄회로기판

Claims (5)

  1. 광을 발광시키기 위한 활성층을 포함하는 다층박막으로 이루어지고, 상기 다층박막 상에 소정의 제1 및 제2 전극패드가 형성되는 발광소자; 상기 제1 및 제2 전극패드에 각각 대응되어 부착되는 한 쌍의 금속기저층; 서브마운트 기판; 및 상기 한 쌍의 금속기저층과 상기 서브마운트 기판 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼를 포함하여 이루어진 반도체 발광장치에 있어서,
    상기 금속기저층은,
    상기 솔더범퍼의 상기 발광소자칩으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩과의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제1 박막층; 및
    상기 솔더범퍼와의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제2 박막층
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  2. 광을 발광시키기 위한 활성층을 포함하는 다층박막으로 이루어지고, 상기 다층박막 상에 소정의 제1 및 제2 전극패드가 형성되는 발광소자;
    서브마운트 기판; 및
    상기 전극패드와 상기 서브마운트 기판 간을 플립칩 본딩시키는 솔더범퍼
    를 포함하고,
    상기 전극패드는,
    상기 솔더범퍼의 상기 발광소자칩으로의 확산을 방지하고 상기 발광소자칩과의 접착력을 강화시키며 상기 발광소자칩에서 발광된 광을 반사시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제1 박막층; 및
    상기 솔더범퍼와의 접착력을 강화시킬 수 있는 물질로 이루어지는 제2 박막층
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 박막층은 이리듐 또는 로듐으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 박막층은 상기 이리듐 및 상기 로듐의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 발광장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 박막층은 금 또는 니켈로 이루어지는 것을
    특징으로 하는 반도체 발광장치.
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