KR20060075710A - Sub mounting substrate for packaing light emitting diode and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 발광 소자의 조립 공정을 위한 서브 마운트 기판으로 실리콘 기판을 사용하고, 실리콘 기판 상부에 단차를 갖는 두 영역을 형성하고, 상위 영역에 절연막을 형성한 다음, 각 영역에 솔더를 각각 형성함으로써, 발광 소자와의 조립시 한번의 와이어 본딩만을 수행할 수 있어 조립 공정을 단순화할 수 있고, 조립 공정 비용을 낮출 수 있는 우수한 효과가 있다. The present invention relates to a sub-mount substrate for assembling a light emitting device and a method of manufacturing the same, using a silicon substrate as a sub-mount substrate for assembling a light emitting device, and forming two regions having a step on the silicon substrate, and an upper region. By forming an insulating film in the film, and then forming solder in each region, only one wire bonding can be performed when assembling with the light emitting device, thereby simplifying the assembly process and lowering the assembly process cost. .
발광소자, 패키지, 서브마운트, 기판, 솔더, 조립, 실리콘Light Emitting Diode, Package, Submount, Board, Solder, Assembly, Silicon
Description
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드 조립용 서브 마운트 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a sub-mount substrate for laser diode assembly according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 청자색 광을 방출하는 발광 소자가 조립된 상태를 도시한 개략적인 단면도2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a light emitting device emitting blue violet light according to the prior art is assembled;
도 3a 내지 3h는 본 발명에 따른 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도3A to 3H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a sub-mount substrate for assembling a light emitting device according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 청자색 광을 방출하는 발광 소자가 조립된 상태를 도시한 개략적인 단면도4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a light emitting device emitting blue violet light according to the present invention is assembled;
도 5는 본 발명에 적용된 UBM(Under Bump Metallurgy)층의 구성도를 도시한 단면도
5 is a cross-sectional view showing the configuration of the UBM (Under Bump Metallurgy) layer applied to the present invention
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
114 : P전극 115 : N전극 114: P electrode 115: N electrode
130 : 실리콘 기판 131 : 절연막130: silicon substrate 131: insulating film
132,133 : 감광막 134,134a,134b,134c : UBM층132,133: photoresist 134,134a, 134b, 134c: UBM layer
135a,135b,135c : 솔더 151 : Ti층135a, 135b, 135c: solder 151: Ti layer
152 : Pt층 153 : Au층 152: Pt layer 153: Au layer
200 : 리드 210 : 스템(Stem)
200: lead 210: stem
본 발명은 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 소자의 조립 공정을 위한 서브 마운트 기판으로 실리콘 기판을 사용하고, 실리콘 기판 상부에 단차를 갖는 두 영역을 형성하고, 상위 영역에 절연막을 형성한 다음, 각 영역에 솔더를 각각 형성함으로써, 발광 소자와의 조립시 한번의 와이어 본딩만을 수행할 수 있어 조립 공정을 단순화할 수 있고, 조립 공정 비용을 낮출 수 있는 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sub-mount substrate for assembling a light emitting device and a method of manufacturing the same. More specifically, a silicon substrate is used as a sub-mount substrate for assembling a light emitting device, and two regions having steps on the silicon substrate are formed. By forming an insulating film in an upper region and then forming solder in each region, only one wire bonding can be performed when assembling with a light emitting device, thereby simplifying an assembly process and lowering an assembly process cost. A submount substrate for assembling a light emitting element and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 레이저 다이오드와 같은 발광 소자는 상부와 하부에 전극을 구비하고 있고, 스템(Stem)에 서브 마운트 기판을 사용하여 조립하고 있다.In general, light emitting devices such as laser diodes have electrodes on the top and bottom, and are assembled by using a sub-mount substrate on a stem.
그러나, 청자색 광을 방출하는 발광 소자는 사파이어 기판을 사용하여 제조하기 때문에, 한 표면에 두 개의 전극이 존재하게 되고, 이 발광 소자를 서브 마운 트 기판에 본딩하기 위해서는 서브 마운트 기판 상부에도 발광 소자의 전극들과 대응되는 솔더(Solder)라는 본딩용 금속이 존재하여야 한다.However, since the light emitting device emitting blue violet light is manufactured by using a sapphire substrate, two electrodes exist on one surface, and in order to bond the light emitting device to the submount substrate, There should be a bonding metal called solder that corresponds to the electrodes.
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드 조립용 서브 마운트 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, AIN기판(30) 하부에 UBM(Under Bump Metallurgy)층(31)을 형성하고, 그 다음, 상기 AIN기판(30) 상부에 UBM층(32)을 형성한다.(도 1a)1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a sub-mount substrate for laser diode assembly according to the prior art. First, an UBM (Under Bump Metallurgy)
그 후, 상기 AIN기판(30) 상부의 UBM층(32)을 선택적으로 식각하여 제 1과 2 UBM 영역(32a,32b)으로 양분한다.(도 1b)Thereafter, the
연이어, 상기 제 1 UBM 영역(32a) 상부에 제 1 솔더층(33a)을 형성하고, 상기 제 2 UBM 영역(32a) 상부에 상기 제 1 솔더층(33a)의 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 제 2 솔더층(33b)을 형성한다.(도 1c)Subsequently, a
계속하여, 상기 AIN기판(30) 하부에 UBM층(34)을 형성한다.(도 1d)Subsequently, a
도 2는 종래 기술에 따른 청자색 광을 방출하는 발광 소자가 조립된 상태를 도시한 개략적인 단면도로서, 먼저, 발광 소자는 사파이어 기판(10) 상부에 N타입 반도체층(11), 활성층(12)과 P타입 반도체층(13)이 순차적으로 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(13)에서 N타입 반도체층(11)의 일부까지 메사(Mesa)식각되어 있고, 상기 메사식각된 N타입 반도체층(11) 상부에 N전극(15)이 형성되어 있고, 상기 P타입 반도체층(13) 상부에 P전극(14)이 형성되어 이루져 활성층(12)에서 청자색 광이 방출된다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a light emitting device emitting blue violet light according to the prior art is assembled. And the P-
이 발광 소자는 뒤집혀져 도 1d와 같은 서브 마운트 기판에 본딩되는데, 발 광 소자의 P전극(14)과 N전극(15)은 서브 마운트 기판(30) 상부의 제 1 UBM 영역(33a)과 제 2 UBM 영역(33b)에 각각 본딩되고, 상기 제 1 UBM 영역(33a)은 리드(60)에 와이어 본딩되고, 제 3 UBM 영역(33b)은 스템(50)에 와이어 본딩된다.The light emitting device is inverted and bonded to the sub-mount substrate as shown in FIG. 1D. The
그리고, 상기 서브 마운트 기판(30)는 스템(50)에 솔더(34)에 의해 본딩된다.The
이러한, 종래 기술에서의 패키지 공정에서는 서브 마운트 기판을 고가의 AlN 기판을 사용하고 두 번의 와이어 본딩을 수행함으로써, 공정 비용이 많이 소요되고, 공정이 복잡한 단점이 있다.
In the packaging process of the related art, an expensive AlN substrate is used for the sub-mount substrate and two wire bonding is performed, which requires a high process cost and a complicated process.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 발광 소자의 조립 공정을 위한 서브 마운트 기판으로 실리콘 기판을 사용하고, 실리콘 기판 상부에 단차를 갖는 두 영역을 형성하고, 상위 영역에 절연막을 형성한 다음, 각 영역에 솔더를 각각 형성함으로써, 발광 소자와의 조립시 한번의 와이어 본딩만을 수행할 수 있어 조립 공정을 단순화할 수 있고, 조립 공정 비용을 낮출 수 있는 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the problems described above, the present invention uses a silicon substrate as a sub-mount substrate for the assembly process of the light emitting device, forms two regions having a step on the silicon substrate, and forms an insulating layer on the upper region. Subsequently, by forming solder in each region, only one wire bonding may be performed when assembling with the light emitting device, thereby simplifying the assembly process and lowering the assembly process cost. It is an object to provide a manufacturing method.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 실리콘 기판 상부의 일영역이 제거되어 단차가 형성되어 있고; A preferred aspect for achieving the above object of the present invention is that a region on the silicon substrate is removed to form a step;
상기 제거되지 않은 실리콘 기판 상부에 절연막이 형성되어 있고; An insulating film is formed on the silicon substrate that is not removed;
상기 절연막 상부, 상기 제거된 실리콘 기판 일영역 상부 및 상기 실리콘 기 판 하부에 UBM층이 형성되어 있고; A UBM layer is formed over the insulating film, over an area of the removed silicon substrate, and under the silicon substrate;
상기 UBM층 상부에 솔더가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판이 제공된다.Provided is a sub-mount substrate for assembling a light emitting device, characterized in that a solder is formed on the UBM layer.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 기판 상부에 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상부의 일부 영역에만 제 1 감광막을 형성하는 단계와;Another preferred aspect for achieving the above objects of the present invention comprises the steps of: forming an insulating film on the substrate, and forming a first photosensitive film only on a portion of the insulating film;
상기 제 1 감광막을 마스크로 하여, 상기 제 1 감광막이 형성되지 않은 기판 일부를 식각하는 단계와; Etching a portion of the substrate on which the first photoresist film is not formed by using the first photoresist film as a mask;
상기 제 1 감광막을 제거하고, 상기 절연막과 기판 상부에 제 2 감광막을 형성하는 단계와;Removing the first photoresist film and forming a second photoresist film on the insulating film and the substrate;
상기 제 2 감광막을 선택적으로 식각하여, 절연막 상부 및 기판 상부의 일부를 노출시키는 단계와;Selectively etching the second photoresist layer to expose an upper portion of the insulating layer and a portion of the upper portion of the substrate;
상기 노출된 절연막 및 기판 상부와 제 2 감광막 상부에 UBM층을 형성하는 단계와;Forming a UBM layer over the exposed insulating film and the substrate and over the second photosensitive film;
상기 절연막 및 기판 상부에 있는 UBM층만 제외하고 상기 제 2 감광막과 그 상부의 UBM층을 제거하고, 상기 기판 하부에 UBM층을 형성하는 단계와;Removing the second photoresist layer and the UBM layer thereon except for the insulating layer and the UBM layer above the substrate, and forming a UBM layer below the substrate;
상기 각각의 UBM층에 솔더를 형성하는 단계로 이루어진 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판의 제조 방법이 제공된다.
Provided is a method of manufacturing a submount substrate for assembling a light emitting device, the method including forming solder on each of the UBM layers.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 3h는 본 발명에 따른 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 실리콘 기판(130) 상부에 절연막(131)을 형성하고(도 3a), 그 다음, 상기 절연막(131) 상부의 일부 영역에만 제 1 감광막(132)을 형성한다.(도 3b)3A to 3H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a sub-mount substrate for assembling a light emitting device according to the present invention. First, an
여기서, 상기 절연막(131)은 실리콘 산화막(SiO2)로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
그 후, 상기 제 1 감광막(132)을 마스크로 하여, 상기 제 1 감광막(132)이 형성되지 않은 실리콘 기판(130) 일부를 식각한다.(도 3c) Thereafter, a portion of the
이 때, 상기 실리콘 기판(130)에는 단차가 형성된다.At this time, a step is formed in the
연이어, 상기 제 1 감광막(132)을 제거하고, 상기 절연막(131)과 실리콘 기판(130) 상부에 제 2 감광막(133)을 형성한다.(도 3d)Subsequently, the first
계속하여, 상기 제 2 감광막(133)을 선택적으로 식각하여, 절연막(131) 상부 및 실리콘 기판(130) 상부의 일부를 노출시킨다.(도 3e)Subsequently, the
그 다음, 상기 노출된 절연막 및 실리콘 기판 상부와 제 2 감광막(133) 상부에 UBM층(134)을 형성한다.(도 3f)Next, a
이어서, 상기 절연막 및 실리콘 기판 상부에 있는 UBM층만 제외하고, 상기 제 2 감광막과 그 상부의 UBM층을 제거하고, 상기 실리콘 기판 하부에 UBM층(134c) 을 형성한다.(도 3g)Subsequently, except for the insulating film and the UBM layer on the silicon substrate, the second photosensitive film and the UBM layer on the silicon substrate are removed, and a
상기 도 3g의 공정에 의하여, 상기 절연막 상부 및 실리콘 기판 상부에는 분리되어 있는 독립적인 UBM층(134a,134b)이 형성되게 된다.By the process of FIG. 3G,
마지막으로, 상기 각각의 UBM층(134a,134b,134c)에 솔더(135a,135b,135c)를 형성한다.(도 3h)Finally,
그러므로, 도 3h에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 소자 조립용 서브 마운트 기판은 실리콘 기판(130) 상부의 일영역이 제거되어 단차가 형성되어 있고; 상기 제거되지 않은 실리콘 기판 상부에 절연막(131)이 형성되어 있고; 상기 절연막(131) 상부, 상기 제거된 실리콘 기판 일영역 상부 및 상기 실리콘 기판 하부에 UBM층(134a,134b,134c)이 형성되어 있고; 상기 UBM층(134a,134b,134c) 상부에 솔더(135a,135b,135c)가 형성되어 이루어진다.Therefore, as shown in Fig. 3h, the sub-mount substrate for light emitting element assembly of the present invention has a step formed by removing one region of the upper portion of the
전술된 바와 같이, 상기 절연막 상부 및 실리콘 기판 상부에 전기적으로 독립적인 UBM층이 형성됨으로, 발광 소자와의 조립공정에서 하나의 UBM층은 실리콘 기판과 전기적으로 연결되고, 다른 하나의 UBM층은 와이어 본딩됨으로 한 번의 와이어 본딩만 수행하면 된다.As described above, since the electrically independent UBM layer is formed on the insulating film and the silicon substrate, one UBM layer is electrically connected to the silicon substrate in the assembling process with the light emitting device, and the other UBM layer is wired. Bonding only requires one wire bonding.
도 4는 본 발명에 따른 청자색 광을 방출하는 발광 소자가 조립된 상태를 도시한 개략적인 단면도로서, 발광 소자는 뒤집혀져 서브 마운트 기판에 본딩되어 조립되며, 발광 소자의 P전극(114)은 서브 마운트 기판인 실리콘 기판(130) 상부에 형성되어 있는 절연막(131) 상부의 제 1 UBM 영역(134a)에 본딩되고, N전극(115)은 단차가 형성된 서브 마운트 기판(130) 상부의 제 2 UBM 영역(133b)에 본딩된다.
4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a light emitting device emitting blue violet light according to the present invention is assembled, the light emitting device is inverted and bonded to a sub-mount substrate, and the
그리고, 상기 제 1 UBM 영역(134a)과 리드(200)는 와이어 본딩되므로, 발광 소자의 P전극(114)은 리드(200)와 전기적으로 통하게 되고, N전극(115)은 서브 마운트 기판(130)을 통하여 스템(Stem)(210)과 전기적으로 연결된다.In addition, since the
상기 스템(210)은 도 4에는 도시되어 있지 않은 다른 리드와 전기적으로 연결된다.The stem 210 is electrically connected to other leads not shown in FIG. 4.
그러므로, 본 발명에 따른 서브 마운트 기판을 이용하여 발광 소자를 패키지 하면, 발광 소자의 P전극(114)과 N전극(115)를 간단한 구조적인 설계에 의해 전기적으로 독립시켜 패키징할 수 있게 된다. Therefore, when the light emitting device is packaged using the sub-mount substrate according to the present invention, the
따라서, 본 발명은 실리콘 기판을 사용하여 서브 마운트 기판으로 이용하고, 실리콘 기판 상부에 단차를 갖는 두 영역을 형성하고, 상위 영역에 절연막을 형성한 다음, 각 영역에 솔더를 각각 형성함으로써, 발광 소자와의 조립시 한번의 와이어 본딩만을 수행할 수 있어 조립 공정을 단순화할 수 있고, 조립 공정 비용을 낮출 수 있게 된다.Accordingly, the present invention uses a silicon substrate as a sub-mount substrate, forms two regions having a step on the silicon substrate, an insulating film in an upper region, and then forms solder in each region, thereby providing a light emitting device. When assembling with only one wire bonding can be performed to simplify the assembly process, it is possible to lower the assembly process cost.
여기서, 종래에 서브 마운트 기판으로 사용된 AlN 기판은 고가인 반면에, 본 발명에 사용된 실리콘 기판은 저가이다.Here, AlN substrates conventionally used as sub-mount substrates are expensive, while silicon substrates used in the present invention are inexpensive.
도 5는 본 발명에 적용된 UBM(Under Bump Metallurgy)층의 구성도를 도시한 단면도로서, UBM층(134)는 Ti층(151), Pt층(152)과 Au층(153)을 순차적으로 적층하여 형성한다.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of an under bump metallurgy (UBM) layer applied to the present invention. The
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 발광 소자의 조립 공정을 위한 서브 마운 트 기판으로 실리콘 기판을 사용하고, 실리콘 기판 상부에 단차를 갖는 두 영역을 형성하고, 상위 영역에 절연막을 형성한 다음, 각 영역에 솔더를 각각 형성함으로써, 발광 소자와의 조립시 한번의 와이어 본딩만을 수행할 수 있어 조립 공정을 단순화할 수 있고, 조립 공정 비용을 낮출 수 있는 우수한 효과가 있다. 본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
As described above, the present invention uses a silicon substrate as a submount substrate for the assembly process of the light emitting device, forms two regions having a step on the silicon substrate, and forms an insulating film on the upper region, By forming solder in each region, only one wire bonding can be performed when assembling with the light emitting device, so that the assembly process can be simplified and the assembly process cost can be lowered. Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
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