KR20080057876A - 발광 소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 발광 효율을 향상시키고 열 저항을 낮출 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 발광 소자 패키지의 제조방법에 있어서, 제1기판에 장착홀을 형성하는 단계와; 제2기판에 관통홀을 형성하는 단계와; 상기 관통홀 내측에 금속막을 형성하는 단계와; 상기 제2기판의 상측면과 하측면에 상기 금속막과 전기적으로 연결되는 적어도 한 쌍의 금속층을 형성하는 단계와; 상기 제2기판 상에 상기 제1기판을 결합하는 단계와; 상기 장착홀에 제2기판의 상측면에 형성된 한 쌍의 금속층과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 발광 소자를 장착하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
발광 소자, 패키지, 전극, 실리콘, LED.

Description

발광 소자 패키지 및 그 제조방법 {LED package and method of manufacturing the same}
도 1은 일반적인 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 발광 소자 패키지의 제1실시예를 나타내는 사시도이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 공정 단면도로서,
도 3은 상부기판 상에 마스크층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 장착홀을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 확산층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 반사막을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 하부기판 상에 관통홀을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 관통홀에 금속막을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 금속층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 발광 소자 패키지의 제1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 발광 소자 장착의 일례를 나타내는 일부 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제1실시예의 패키지에 복수의 발광 소자를 장착한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 발광 소자 패키지의 제2실시예를 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 발광 소자 패키지의 제2실시예를 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제2실시예의 패키지에 복수의 발광 소자를 장착한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 발광 소자 패키지의 제3실시예를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
100, 500 : 상부기판 110 : 마스크층
120, 520 : 장착홀 130, 610 : 제너 다이오드
140 : 반사막 200, 600 : 하부기판
210, 620 : 관통홀 220 : 금속막
230 : 제1전극 240 : 제2전극
250 : 도전성 에폭시 260 : 와이어
300 : 발광 소자 400, 700 : 충진재
본 발명은 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히, 발광 효율을 향상시키고 열 저항을 낮출 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.
이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.
질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)에 의해 고출력 전자소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. 이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.
또한, 종래의 녹색 LED의 경우에는 처음에는 GaP로 구현이 되었는데, 이는 간접 천이형 재료로서 효율이 떨어져서 실용적인 순녹색 발광을 얻을 수 없었으나, InGaN 박박성장이 성공함에 따라 고휘도 녹색 LED 구현이 가능하게 되었다.
이와 같은 이점 및 다른 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다.
GaN 발광 다이오드의 효율은 백열등의 효율을 능가하였고, 현재는 형광등의 효율에 필적하기 때문에, GaN 계열의 LED 시장은 급속한 성장을 계속할 것으로 예상된다.
이러한 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL; Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 LED 백라이트, 형광등이나 백열전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치 및 신호 등에까지 응용이 확대되고 있다.
한편, 직류 전원에 구동되는 LED 외에 일반 AC 전원에서도 작동하는 고전압 교류용 LED 칩도 개발되고 있는데, 이러한 목적으로 발광소자를 응용하기 위해서는 동일 전력에서 동작 전압은 높고 구동 전류는 낮아야 하며, 발광효율과 휘도가 높아야 한다.
일반적인 LED의 구조는 도 1에서와 같이, 사파이어 등의 기판(1) 위에 버퍼층(2), n-형 반도체층(3), 활성층(4), p-형 반도체층(5)을 연속적으로 증착하고, 상기 n-형 반도체층(3)이 드러나도록 메사(MESA) 패터닝 한 후, 광 투과가 용이한 투명전극으로 전류확산층(6)을 p-형 반도체층(5) 위에 형성한다.
그 후에 외부 회로와의 전기적인 연결을 위하여 p-형 반도체층(5)과 n-형 반도체층(3)위에 각각 p-형 전극(7)과 n-형 전극(8)을 형성하여 LED 구조(10)를 제작한다.
이러한 LED는 외부회로에서 p-형 전극(7)과 n-형 전극(8) 사이에 전압이 인 가되면 p-형 전극(7)과 n-형 전극(8)으로 정공과 전자가 주입되고 활성층(4)에서 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 투명전극 및 기판을 통하여 외부로 방출하게 된다.
이때 외부회로와 전기적으로 연결된 p-형 전극(7)과 n-형 전극(8)으로 정전기 및 서지(surge) 전압이 입력되어 과도한 전류가 LED 구조(10)로 흐르게 되면 반도체층이 손상을 입게되어 사용할 수 없게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 정전압 소자를 LED와 전기적으로 연결함으로써, 과도 전류 발생시에는 바이패스(by-pass)시킴으로써 LED 칩의 파괴를 방지하게 된다.
정전압 소자로 사용되는 제너 다이오드는 제너 항복(zener breakdown)을 이용하는 소자로서, 다이오드를 제작할 때 불순물 농도를 매우 높게 하면 공핍층(space charge region)의 폭이 좁아지게 되므로 작은 역방향 전압에서도 강한 전계가 발생하게 된다.
이렇게 발생된 강한 전계는 격자의 공유결합을 끊어서 다수의 자유 전자와 정공을 만들어서 저항을 작게 만들고 전압은 거의 변하지 않은채 급격한 역방향 전류를 흐르게 한다. 따라서 이와 같은 제너 다이오드의 작용에 의하여 LED 칩의 파괴를 방지하게 된다.
이러한 제너 다이오드를 이용하는 종래의 패키지의 일례로는, 일측 리드 프레임에 컵 형상의 만곡부를 형성하고, 이 만곡부 내에 LED를 본딩하고 패키지의 또 다른 일측 리드 프레임에 제너 다이오드와 같은 정전압 소자를 본딩하고, 이러한 정전압 소자와 LED가 병렬 구조로 연결되도록 리드 프레임을 와이어 본딩하는 방법을 사용한다.
그러나, 이러한 종래의 방법은 컵 형상의 만곡부를 형성하여야 하고, 별도로 제작된 정전압 소자를 오프 칩(off chip)으로 연결하여 사용하여야 함으로 전기적 및 광학적 특성이 저하되며 비용이 증가할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 소자의 측면에서 방출된 빛을 전면으로 반사시키기 위한 반사막의 형성이 용이하고, 내전압 특성을 향상시킬 수 있으며, 열전도성이 우수한 세라믹 또는 실리콘을 통하여 외부로 열을 용이하게 방출할 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명은, 발광 소자 패키지의 제조방법에 있어서, 제1기판에 장착홀을 형성하는 단계와; 제2기판에 관통홀을 형성하는 단계와; 상기 관통홀 내측에 금속막을 형성하는 단계와; 상기 제2기판의 상측면과 하측면에 상기 금속막과 전기적으로 연결되는 적어도 한 쌍의 금속층을 형성하는 단계와; 상기 제2기판 상에 상기 제1기판을 결합하는 단계와; 상기 장착홀에 제2기판의 상측면에 형성된 한 쌍의 금속층과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 발광 소자를 장착하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1기판 또는 제2기판은, PCB, BeO, SiO, Si, Al, AlOx, PSG, 합성수지, 세라믹, 및 Al2O3 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 장착홀은, 단면의 각도가 35 내지 70도가 되도록 형성하는 것이 바람직하며, 이러한 장착홀의 내측면에는, 반사도가 70% 이상인 반사막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1기판 또는 제2기판 중 어느 일측에는 제너 다이오드 형성을 위한 확산층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 관통홀을 형성하는 단계는, 상기 제2기판의 일측면 또는 양측면을 식각하여 형성할 수 있다.
한편, 상기 발광 소자를 장착하는 단계는, 상기 발광 소자의 두 전극 중 적어도 하나의 전극을 상기 금속층과 와이어 본딩하거나, 상기 발광 소자를 상기 금속층에 플립칩 본딩하여 장착할 수 있으며, Ag 페이스트를 이용하여 장착할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 다른 관점으로서, 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 내부에 금속막 또는 도전성 물질이 형성된 적어도 한 쌍의 관통홀을 포함하는 제1기판과; 상기 제1기판 상에 위치하며, 발광 소자 장착홀과, 상기 장착홀 측벽에 반사막이 형성된 제2기판과; 상기 제1기판과 제2기판 사이에 위치하며, 상기 관통홀에 형성된 금속막 또는 도전성 물질과 연결되는 제2전극과; 상기 제1기판 또는 제2기판의 일측과 상기 제2전극 사이에 전기적으로 연결되어 형성된 제너 다이오드와; 상기 장착홀에 위치하며, 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 발광 소자를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 발광 소자는, 상기 제2전극의 일측에 연결되는 지지층과; 상기 지지층 상에 위치하는 하부전극과; 상기 하부전극 상에 위치하며, 발광층을 포함하는 반도체층과; 상기 반도체층 상에 위치하는 상부전극을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 하부전극은, 반사형 전극 상에 형성된 오믹전극, 또는 반사형 오믹전극일 수 있다.
한편, 상기 발광 소자는, 적어도 3가지 이상의 색상의 광을 발광하는 3개 또는 4개의 발광 소자가 접합될 수 있다.
상기 장착홀의 발광 소자 상측에는, 충진재를 더 포함할 수 있으며, 이러한 충진재에는 형광체가 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 도면들에서 층들 및 영역들의 치수는 명료성을 위해 과장되어있다. 또한 여기에서 설명되는 각 실시예는 상보적인 도전형의 실시예를 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다.
나아가 '아래(beneath)' 또는 '중첩(overlies)'과 같은 상대적인 용어는 여기에서는 도면에서 도시된 바와 같이 기판 또는 기준층과 관련하여 한 층 또는 영역과 다른 층 또는 영역에 대한 한 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 용어들은 도면들에서 묘사된 방향에 더하여 소자의 다른 방향들을 포함하려는 의도라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로 '직접(directly)'라는 용어는 중간에 개입되는 어떠한 요소가 없다는 것을 의미한다. 여기에서 사용되는 바와 같이 '및/또는'이라는 용어는 기록된 관련 항목 중의 하나 또는 그 이상의 어느 조합 및 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할것이다.
이러한 용어들은 단지 다른 영역, 층 또는 지역으로부터 어느 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 지역들을 구분하기 위해 사용되는 것이다. 따라서 아래에서 논의된 제1 영역, 층 또는 지역은 제2 영역, 층 또는 지역이라는 명칭으로 될 수 있다.
<제1실시예>
도 2에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 발광 소자 패키지는, 발광 소자(300)가 장착될 열전달 계수가 높은 물질로 형성된 하부기판(100)과, 이 하부기판 상에 결합되어 발광 소자에서 방출된 빛을 전면으로 반사시키기 위한 반사막이 구비된 상부기판(200)으로 구성된다.
상기 하부기판(100)을 구성하는 물질로는 열전달 계수가 높은 물질인 SiC, AlN, 흑연(Graphite) 등과 같은 세라믹으로 구성할 수 있다. 여기서 세라믹(ceramic)이란 무기물질을 주원료로 사용하는 산화물(Oxide), 질화물(Nitride), 탄화물(Carbide) 등의 재료를 뜻하며, 이러한 산화물(Oxide), 질화물(Nitride), 탄화물(Carbide) 등의 재료가 하부기판(100)으로 이용될 수 있다.
그 외에 PCB, BeO, SiO, Si, Al, AlOx, PSG, 에폭시 수지와 같은 합성수지(플라스틱), 또는 Al2O3 등의 물질도 이용될 수 있다.
이때, 발광 소자로부터 발생한 열을 히트 싱크(heat sink)나 PCB 또는 MCPCB(Metal Core PCB)로 빠르게 전달하기 위하여 열전달 계수가 높은 물질을 사용하여야 하며, 일반적으로 100(W/mk) 이상의 열전달 계수 값을 갖는 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상부기판(200)은 실리콘(Si)과 같은 반도체로 형성할 수 있으며, 이러한 반도체로 형성된 상부기판(200)에는 내전압 특성 향상을 위하여 제너 다이오드가 형성될 수 있다.
이하, 이러한 본 발명의 제1실시예에 의한 발광 소자 패키지의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상부기판(100) 상에 장착홀을 형성하기 위하여 식각을 위한 마스크층(110)을 형성한다.
그 일례로서, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 이방성 습식 식각이 가능한 실리콘의 상부기판(100)에 습식 식각 마스크를 기판 전체에 형성하고, 장착홀(120: 도 4 참고)이 형성될 부분의 습식 식각 마스크를 제거하여 상부기판(100)이 드러나도록 함으로써, 도 3과 같이 마스크층(110)을 형성한다.
다음에는, 도 4에서와 같이, 실리콘의 이방성 습식 식각이 가능한 식각용액을 이용하여 상부기판(100)이 관통되도록 습식 식각을 실시하여 장착홀(120)을 형성하고 상기 마스크층(110)을 제거한다.
이때, 이방성 습식 식각을 이용하여 장착홀(120)을 형성하는 경우에, 이 장착홀(120)은 도 4에서와 같이, 단면이 경사각(θ)을 갖도록 형성할 수 있다.
이러한 경사각(θ)은 장착홀(120)의 경사면이 장착홀(120)이 형성되지 않은 부분의 바닥면과 이루는 각도가 35 내지 70°사이가 되도록 할 수 있다.
이는 추후 장착하게 될 발광 소자의 측면으로 발광되는 빛의 추출을 위한 반사면을 형성하는 것으로서, 발광 소자에서 수평방향으로 방출되는 빛의 분포와 방 향을 고려할 때, 이론적으로는 54.7°인 것이 가장 바람직하다. 그러나 실질적으로 50 내지 60°의 각도를 이루도록 할 수도 있다.
한편, 상기 발광 소자는 측면이 경사지게 형성될 수도 있는데, 이러한 모든 사항을 고려한다면 상기 장착홀(120)의 경사각(θ)은 35 내지 70°사이에서 결정될 수 있는 것이다.
이러한 장착홀(120)이 형성된 상부기판(100)에 내전압 특성이 취약한 발광 소자의 특성을 보완하기 위하여 제너 다이오드를 형성할 수 있는데, 이러한 제너 다이오드를 형성하는 방법은 다음과 같다.
즉, 상기 상부기판(100)에는 적절한 농도의 불순물이 포함되어 있고, 이러한 상부기판(100)의 일부 영역에 상기 상부기판(100)의 불순물과 반대의 전도성을 가지도록 하는 불순물을 확산하여 확산층(131)을 형성하여 제너 다이오드(130: 도 5 참고)를 형성한다.
이러한 선택적 확산을 위하여 도 5에서와 같이, 먼저, 확산마스크(132)를 증착하고 상부기판(100)과 다른 타입의 불순물이 상부기판(100) 내측으로 침투할 수 있도록 상기 확산마스크(132)를 패터닝한다.
이와 같이, 확산마스크(132)를 통하여 상부기판(100)에 선택적 확산이 이루어질 수 있도록 한 후에, 불순물 확산로에서 확산 공정을 실시하여 확산층(131)을 형성한다.
이러한 확산 공정이 끝나면 확산마스크(132)를 제거하고 상부기판(100)에 절연층을 증착하고 외부 회로와 제너 다이오드(130)와의 전기적 연결을 위하여 패드 오픈 공정을 실시할 수 있다(도시되지 않음).
이와 같은 제너 다이오드(130) 형성을 위한 확산층(131)을 형성한 후에는 장착홀(120)의 내측벽의 반사도를 높이기 위하여 Ag, Al, Mo, 또는 Cr 등의 가시광선 영역 및 자외선 부분과 적외선 부근의 파장에서 금속 박막의 반사도가 70% 이상의 높은 반사막(140)을 형성한다.
일반적으로 금속 박막은 독특한 금속 광택이 있어서 반사율이 타 물질에 비하여 높은 편이지만, 발광 소자에서 방출되는 빛의 외측으로 이끌어내기 위해서는 일정값 이상의 반사도를 갖는 반사막(140)이 구비되는 것이 유리하다.
이때, 상술한 바와 같이, 가시광선 영역 및 그 주변 대역, 즉, 자외선 부근과 적외선 부근의 파장에서 반사막(140)의 반사도는 반사막 물질과 그 형성법에 따라 달라질 수 있으나, 상술한 바와 같은 Ag, Al, Mo, 또는 Cr과 같은 물질을 하기에서 설명하는 방법으로 형성한다면 반사도가 70% 이상의 반사막(140)을 형성할 수 있는 것이다.
이러한 반사막(140)을 형성하는 방법은 스퍼터(sputter) 공정 또는 증착(evaporation) 방법 등의 반도체 공정을 이용하여 금속 박막을 증착하고, 사진 식각 공정을 이용하여 원하는 영역에만 반사막(140)을 패터닝하여 형성할 수 있다.
또한, 사진 식각 공정을 먼저 실시하여 반사막(140)을 증착한 후에 리프트 오프(lift-off) 공정을 실시할 수도 있고, 다른 방법으로는, 결합금속(seed metal)을 증착하고 사진 식각 공정을 실시하여 패터닝한 후 금속 도금 공정을 이용하여 반사막(140)을 형성할 수도 있다.
다음에는, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 하부기판(200)으로서 열 전달계수가 높고 절연성이 우수한 세라믹 기판에 펀칭 기술이나, 레이저 가공 기술을 이용하여 관통홀(210)을 형성한다.
이러한 열 전달계수가 높고 절연성이 우수한 세라믹 재질로는 AlN, SiC, 흑연(Graphite) 등을 사용할 수 있으며, 열 전달 계수는 100(W/mk) 이상의 높은 열 전달계수 특성을 갖는 세라믹 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 관통홀(210)의 위치는 이후의 공정에서 상부기판(100)과 하부기판(200)을 정렬하여 접합을 실시하였을 때, 상부기판(100)의 장착홀(120)이 형성되지 않은 영역에 형성할 수 있다.
또한, 상부기판(100)과 하부기판(200)이 결합되었을 때, 추후 장착홀(120)에 장착될 발광 소자가 접합되는 부분의 외측 영역이면서 장착홀(120) 내에 형성할 수 있다.
이와 같이, 장착홀(120)의 외측 영역에 관통홀(210)이 형성되는 경우에는 패키지가 개개로 분리되는 분리면이 관통홀(210)을 통과하도록 관통홀(210)을 위치시킬 수 있으며, 이러한 분리면의 내측에 관통홀(210)이 형성되도록 패키지 분리(dicing)를 실시할 수도 있다.
이러한 관통홀(210)의 형상은 수직 구조로 형성할 수도 있고(즉, 윗면의 관통홀의 크기와 아랫면의 관통홀의 사이즈가 동일), 윗면의 관통홀(210)의 크기가 아랫면의 관통홀(210)의 크기보다 크거나 또는 작게 형성할 수도 있다.
이후에는, 도 8에서 도시하는 바와 같이, 상기 관통홀(210)에 스크린 프린팅 방법 등을 이용하여 도전성 물질 또는 금속막(220)을 형성하는 공정을 실시한다. 이러한 금속막(220)은 상기 관통홀(210) 전체를 채울 수도 있고, 관통홀(210) 내부에 막을 형성할 수도 있다.
다음에는, 도 9에서와 같이, 발광 소자가 장착될 면과 외부 회로(미도시)와의 전기적인 연결이 이루어지는 부분에 금속층(230, 240)을 형성하고 패터닝한다. 이하, 편의상 발광 소자와 연결되는 금속층을 제1전극(230)으로, 외부 회로와의 전기적 연결이 이루어지는 금속층을 제2전극(240)이라 칭한다.
이때, 발광 소자가 접합되는 부분에 형성되는 제1전극(230)는 자외선, 가시광선 및 적외선 부분에서 반사도가 높은 금속 Al, Ag, Cr, 또는 Mo 등의 금속을 이용하여 형성함으로써 발광 소자에서 하측으로 방출되는 빛과 발광 소자의 상층에 존재하는 여러가지의 매질에서 반사되어 하측으로 반사되어 들어오는 빛을 다시 상방향으로 반사시킴으로써 광 추출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상부기판(100)과 하부기판(200)의 공정이 완료되면, 도 10에서와 같이, 상부기판(100)과 하부기판(200)을 정렬하여 결합하고, 상부기판(100)의 장착홀(120) 내에 제1전극(230)과 연결되도록 발광 소자(300)를 접합한다.
이러한 발광 소자(300)를 접합하는 방식은 도 11에서와 같은 수직형 발광 소자인 경우, 즉, p-형 전극(310)과 n-형 전극(320)이 서로 반대 면에 위치한 경우에는, 발광 소자(300)의 하측에 위치한 전극(예를 들어, p-형 전극: 310)의 일측면을 하부전극(200)에 형성된 제1전극(230)의 일측에 도전성 에폭시(250)를 이용하여 부착하고, 상부에 위치한 전극(320)은 와이어(260) 본딩을 이용하여 하부기판(200)의 제2전극(230)의 타측에 전기적으로 접합하게 된다.
한편, 수평형 발광 소자인 경우에는 플립 칩 본딩을 이용하여 하부기판(200)의 제1전극(230)에 접합하거나, 발광 소자(300)의 절연성 기판 부분을 세라믹 기판 쪽을 향하여 접합하고 와이어 본딩을 이용하여 발광 소자(300)의 상부 면에 위치한 p-형 전극과 n-형 전극을 하부기판(200)의 제1전극(230)과 전기적으로 연결하여 사용하게 된다(도시되지 않음).
상기 발광 소자(300)와 하부기판(200) 상의 제1전극(230)을 전기적으로 연결한 후에는 다시 도 10에서와 같이, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 발광 소자(300)가 접합된 장착홀(120)의 내측을 투명 에폭시나 실리콘 젤과 같은 충진재(400)을 이용하여 충진할 수 있다.
한편, 발광 소자(300)에서 발광된 빛의 파장을 변환시키고자 하는 경우에는 투명 에폭시나 실리콘 젤과 같은 충진재(400)에 형광체를 포함하여 구현할 수도 있다.
일례로, 발광 소자(300)를 청색 발광 소자를 이용하고 충진재(400)에 황색 형광체를 포함하여, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색 광원을 구현할 수 있다.
또한 장착홀(120)에 하나의 발광 소자(300)를 장착할 수도 있으나, 광 출력을 향상시키기 위하여, 도 12에서와 같이, 장착홀(120)에 동일 색상의 광을 발광하는 복수 개의 발광 소자(300)를 접합할 수 있으며, 장착홀(120)에 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 광을 발광하는 발광 소자를 장착하여 백색 광원을 구현할 수도 있다.
이와 같이, 복수의 발광 소자(300)를 장착하는 경우에는 복수의 제1전극(230)을 형성하여 발광 소자(300)를 장착할 수 있으며, 이러한 복수의 제1전극(230) 중 일부는 둘 이상의 발광 소자(300)에 공통으로 접합될 수도 있다.
이후에는, 상술한 상부기판(100)과 하부기판(200)에 의하여 이루어지는 패키지 구조를 개개의 패키지로 분리하여 발광 소자 패키지를 제작하게 된다.
한편, 이와 같이 기판(100, 200)을 기계적으로 분리하는 다이싱(dicing) 공정을 실시하여 패키지를 개개로 분리한 후, 이러한 개개의 패키지에 발광 소자(100)를 접합하여 발광 소자 패키지를 구현할 수도 있다.
<제2실시예>
도 13 및 도 14에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 발광 소자 패키지는, 발광 소자(300)가 장착될 하부기판(600)과, 이 하부기판 상에 결합되어 발광 소자에서 방출된 빛을 전면으로 반사시키기 위한 반사막(510)이 구비된 상부기판(500)으로 구성된다.
이때, 상기 하부기판(600)을 구성하는 물질로 실리콘 기판을 이용하여, 발광 소자(300)의 내전압 특성을 향상시키기 위한 제너 다이오드(610)를 형성한다.
또한, 상부기판(500)은 몰딩 에폭시 수지를 이용할 수 있다.
이러한 하부기판(600)에는 벌크 마이크로 머시닝 기술, 건식 식각 등의 방법을 이용하여 관통홀(620)을 형성할 수 있으며, 도 14에서는 습식 시각을 이용하여 관통홀(620)을 형성한 실시예를 나타내고 있다.
하부기판(600)의 양측에서 습식 식각을 수행하면 도 14와 같이, 하부기 판(600)의 양측에서 경사를 갖는 관통홀(620)을 형성하게 된다.
이와 같이, 경사를 갖는 관통홀(620)의 상측과 하측에 제1전극(230)과 제2전극(240) 형성을 위한 금속층을 형성하게 되면, 상기 관통홀(620)에도 금속막(220)이 형성되어, 제1전극(230)과 제2전극(240)은 금속막(220)과 함께 전기적으로 연결되게 된다.
이때 발광 소자(300)가 접합되는 부분에 형성되는 제1전극(230)은 자외선, 가시광선 및 적외선 부분에서 반사도가 높은 금속 Al, Ag, Cr, 또는 Mo 등의 금속을 이용하여 형성함으로써 발광 소자(300)에서 방출되는 빛을 반사하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 하부기판(600)은 열 전달 계수가 140(W/mk) 정도로 우수한 열 전달 특성을 가지고 있으며, 반도체 공정이 가능한 하부기판(600)의 높이를 줄일 수 있으므로 열저항을 줄일 수 있다.
이때 관통홀(620)에 형성된 금속막(220)이 요구하는 도전 성분을 나타나지 못하게 되는 경우에는 전기 도금 방법을 이용하여 관통홀(620)의 금속막(220)의 저항 값을 낮출 수도 있다.
한편, 하부기판(600)에 제너 다이오드(610)를 형성하는 공정은 제1실시예의 상부기판(100)에 형성되는 제너 다이오드(130) 제작방법과 동일한 방법에 의하여 형성할 수 있으며, 확산층(611)은 하부기판(600)과 반대 극성의 불순물을 주입하여 형성된다.
상술한 바와 같이, 상부기판(500)은 몰딩 에폭시 수지를 이용하여 제작할 수 있는데, 몰딩할 때 장착홀(520) 부분을 형성하여 발광 소자(300)의 측면에서 방출된 빛을 전면으로 반사시켜 줄 수 있도록 장착홀(520)의 단면 각도를 설정하고, 이러한 장착홀(520)의 내측벽에는 반사도가 높은 금속막(510)을 형성하여 반사 효율을 극대화할 수 있도록 한다.
이와 같은 공정이 완료되면 상부기판(500)과 하부기판(600)을 정렬하여 결합한다.
이후, 발광 소자(300)와 제1전극(230)은 전기적으로 연결되며, 발광 소자(300)가 접합된 장착홀(520) 내부에 투명 에폭시나 실리콘 젤을 이용하는 충진재(700)를 충진할 수 있으며, 이러한 충진재(700)에는 형광체가 포함될 수 있음은 제1실시예와 같다.
또한, 도 15에서와 같이, 광 출력을 향상시키기 위하여 동일 색상의 광을 발광하는 복수 개 발광 소자를 접합할 수 있으며, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 삼원색을 발광하는 발광 소자(300)를 장착하여 백색광원을 구현할 수도 있다.
이외의 설명되지 않은 부분은 제1실시예와 동일할 수 있다.
<제3실시예>
도 16에서 도시하는 바와 같이, 제3실시예에 의한 발광 소자 패키지는, 일방향의 경사를 갖는 관통홀(620)이 형성되며 실리콘과 같은 반도체로 형성되는 하부기판(600) 상에 장착홀(520)이 형성된 상부기판(500)으로 구성된다.
이때, 발광 소자(300) 주변부에 형성되는 반사막(511)은 장착홀(520)의 내측벽과 발광 소자(300)가 장착되는 면의 하측에도 연결되어 형성될 수 있다.
또한, 하부기판(600)에 형성되는 관통홀(620)은 일방향에서 습식 식각을 수행하여 일방향의 경사가 형성될 수 있으며, 이러한 관통홀(620)에는 금속막(220)이 형성된다.
도 16에서는 수직형 발광 소자(300)가 장착된 상태를 도시하고 있으며, 이러한 수직형 발광 소자(300)에는 상술한 바와 같이, 하부전극(310)과 상부전극(320)을 통하여 전류가 인가된다.
이때, 이러한 발광 소자(300)는 지지층(330) 상에 형성될 수 있으며, 이러한 지지층(330)이 도전성 에폭시(250)를 이용하여 제1전극(230)에 부착될 수 있다.
이와 같이, 지지층(330) 상에 발광 소자 구조가 형성되는 경우에, 발광 소자의 하부전극(310)은 오믹전극과, 이 오믹전극 하측에 위치하는 반사형 전극으로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 오믹 특성을 띠는 반사형 전극(NiAg, NiAu 계열)이 이용될 수도 있다.
이외의 설명되지 않은 부분은 제1실시예 또는 제2실시예와 동일할 수 있다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
첫째, 발광 소자에서 방출되는 열을 PCB, MCPCB 또는 방열판으로 빠르게 방 열할 수 있어, 열저항이 감소되고 열에 대한 특성이 향상된다.
둘째, 제너 다이오드를 내장할 수 있어 발광 소자 패키지의 내전압 특성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 반사막을 용이하게 형성할 수 있어 발광 소자 패키지의 발광 효율을 극대화 할 수 있다.

Claims (16)

  1. 발광 소자 패키지의 제조방법에 있어서,
    제1기판에 장착홀을 형성하는 단계와;
    제2기판에 관통홀을 형성하는 단계와;
    상기 관통홀 내측에 금속막을 형성하는 단계와;
    상기 제2기판의 상측면과 하측면에 상기 금속막과 전기적으로 연결되는 적어도 한 쌍의 금속층을 형성하는 단계와;
    상기 제2기판 상에 상기 제1기판을 결합하는 단계와;
    상기 장착홀에 제2기판의 상측면에 형성된 한 쌍의 금속층과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 발광 소자를 장착하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1기판 또는 제2기판은, PCB, BeO, SiO, Si, Al, AlOx, PSG, 합성수지, 세라믹, 및 Al2O3 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 장착홀은, 단면의 각도가 35 내지 70도가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 장착홀의 내측면에는, 반사막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 반사막의 반사도는 70% 이상인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제1기판 또는 제2기판 중 어느 일측에는 제너 다이오드 형성을 위한 확산층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 관통홀을 형성하는 단계는, 상기 제2기판의 일측면 또는 양측면을 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 발광 소자를 장착하는 단계는, 상기 발광 소자의 두 전극 중 적어도 하나의 전극을 상기 금속층과 와이어 본딩하거나, 상기 발광 소자를 상기 금속층에 플립칩 본딩하여 장착하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 발광 소자를 장착하는 단계는, Ag 페이스트를 이용하여 장착하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조방법.
  10. 발광 소자 패키지에 있어서,
    내부에 금속막 또는 도전성 물질이 형성된 적어도 한 쌍의 관통홀을 포함하는 제1기판과;
    상기 제1기판 상에 위치하며, 발광 소자 장착홀과, 상기 장착홀 측벽에 반사막이 형성된 제2기판과;
    상기 제1기판과 제2기판 사이에 위치하며, 상기 관통홀에 형성된 금속막 또는 도전성 물질과 연결되는 제2전극과;
    상기 제1기판 또는 제2기판의 일측과 상기 제2전극 사이에 전기적으로 연결되어 형성된 제너 다이오드와;
    상기 장착홀에 위치하며, 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 발광 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제1기판 또는 제2기판은, 상기 제1기판 또는 제2기판은, PCB, BeO, SiO, Si, Al, AlOx, PSG, 합성수지, 세라믹, 및 Al2O3 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 발광 소자는,
    상기 제2전극의 일측에 연결되는 지지층과;
    상기 지지층 상에 위치하는 하부전극과;
    상기 하부전극 상에 위치하며, 발광층을 포함하는 반도체층과;
    상기 반도체층 상에 위치하는 상부전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 하부전극은, 반사형 전극 상에 형성된 오믹전극, 또는 반사형 오믹전극인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 발광 소자는, 적어도 3가지 이상의 색상의 광을 발광하는 3개 또는 4개의 발광 소자인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 장착홀의 발광 소자 상측에는, 충진재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 충진재에는 형광체가 포함된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
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