KR20090033971A - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

발광 다이오드 패키지와 그 제조방법이 개시된다. 본 발광 다이오드 패키지는, 제1 발광 다이오드와 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하는 복수 개의 발광 다이오드, 및 제1 발광 다이오드와 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 각각 실장하기 위한 제1 캐비티와 적어도 하나의 제2 캐비티를 포함하는 복수개의 캐비티를 구비하는 패키지 구조물을 포함한다.

발광 다이오드 패키지, 캐비티, 웨이퍼 레벨 패키지, WLP

Description

발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법{Light Emitting Diode Package and Method for Manufacturing the same}

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는, 개별 발광 다이오드 칩을 하나의 독립된 패키지에 탑재하거나, SIOB(Silicon Optical Bench) 구조의 서브마운트(Submount) 상에 본딩하는 등의 방식으로 발광 다이오드 패키지로 제작되어 사용된다.

이러한 종래의 발광 다이오드 패키지 제작 방식에 따르면 비효율적인 공정에 따른 시간, 비용 소모와 열적 신뢰성 등의 문제점이 있어, 최근 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package: WLP)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

웨이퍼 레벨 패키지는, 웨이퍼에 직접 발광 다이오드 칩을 실장한 패키지로서, 대량 생산이 용이하고, 초박형으로 콤팩트화가 가능하여 방열성이 뛰어나므로 고출력 발광 다이오드 패키지에 적합하다는 장점이 있어 각종 응용 분야에 광범위하게 적용될 수 있는 기술로서 주목받고 있다.

현재, 웨이퍼 레벨 패키지로는 단일 발광 다이오드 칩을 실장할 수 있는 발 광 다이오드 웨이퍼 레벨 패키지가 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 복수 개의 발광 다이오드 칩을 하나의 패키지에 실장하여 복수의 종류의 빛을 방출할 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 발광 다이오드 패키지는, 제1 발광 다이오드와 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하는 복수 개의 발광 다이오드, 및 상기 제1 발광 다이오드와 상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 각각 실장하기 위한 제1 캐비티와 적어도 하나의 제2 캐비티를 포함하는 복수개의 캐비티를 구비하는 패키지 구조물을 포함한다.

여기서, 상기 제2 캐비티는 상기 제1 캐비티의 바닥면의 일부에 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 상기 패키지 구조물의 일면의 서로 분리된 영역에 별개로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는, 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드를 각각 전기적으로 연결하기 위한 금속 배선을 각각 구비할 수 있다.

또한, 상기 금속 배선은, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티에 각각 실장되는 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드를 각각 독립적으로 구동하기 위해 둘 이상으로 전기적으로 분리되어 개별 배선될 수 있다.

그리고, 상기 제2 발광 다이오드는 청색광 또는 UV광을 방출하며, 상기 제2 발광 다이오드의 외부로서 상기 제2 캐비티가 한정하는 영역에는 형광체가 도포될 수 있다.

또한, 상기 제1 발광 다이오드 또는 제2 발광 다이오드는 서로 다른 색상의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 패키지 구조물은, 그 표면의 하나 또는 둘 이상의 영역에 P 또는 N형 반도체 불순물(impurity)이 도핑되어 형성된 제너 다이오드를 구비할 수 있다.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광 다이오드; 및 상기 복수개의 발광 다이오드를 실장하기 위한 캐비티를 구비하는 패키지 구조물;을 포함하고, 상기 복수개의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드의 외부에는 형광체가 도포된다.

여기서, 상기 캐비티는, 상기 복수개의 발광 다이오드들을 각각 독립적으로 구동하기 위해 둘 이상으로 전기적으로 분리되어 개별 배선되는 금속 배선을 구비할 수 있다.

또한, 상기 형광체가 도포되는 적어도 하나의 발광 다이오드는 청색광 또는 UV광을 방출할 수 있다.

그리고, 상기 복수개의 발광 다이오드는 서로 다른 색상의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 따르면, 웨이퍼의 상부면의 일 영역이 부분적으로 노출된 식각 마스크를 형성하고 식각을 수행하여 상기 웨이퍼의 상부면에 제1 캐비티를 형성하는 단계; 및 상기 제1 캐비티가 형성된 상기 웨이퍼의 상부면의 적어도 일 영역이 부분적으로 노출된 제2 식각 마스크를 형성한 후 식각을 수행하여 상기 웨이퍼에 적어도 하나의 제2 캐비티를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 하나의 패키지에 복수 개의 발광 다이오드 칩을 실장할 수 있다. 또한, 하나의 패키지에 다양한 색상의 발광 다이오드 칩을 실장할 수 있을 뿐만 아니라, 실장된 각각의 칩을 개별 구동할 수도 있어 하나의 패키지로 여러 가지 색상의 광을 방출할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 웨이퍼 가공 공정을 이용할 수 있어 생산 공정이 간단하므로 대량 생산이 용이하여 가격 경쟁력이 뛰어난 발광 다이오드 패키지를 제조할 수 있다.

또한, 제너 다이오드를 포함한 각종 패키지 구조물을 웨이퍼 상에 용이하게 형성할 수 있어 발광 다이오드 패키지의 초박형화 및 콤팩트화가 가능한 발광 다이오드 패키지를 제조할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)를 포함하는 복수개의 발광 다이오드와, 상기 복수 개의 발광 다이오드(1, 2)를 실장하여 전기적으로 연결하기 위해 제1 캐비티(11)와 제2 캐비티(12)를 포함하는 복수 개의 캐비티가 그 상부에 형성된 패키지 구조물(10)을 포함한다.

패키지 구조물(10)을 형성하는 재료로는 본 명세서에서는 주로 실리콘 웨이퍼를 예로 들어 설명하나 이에 한정되지 않으며, 이외에도 예를 들면 세라믹 웨이퍼 등이 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, 제1 캐비티(11)는 발광 다이오드를 실장하기 위한 바닥면은 패키지 구조물(10)의 상부면으로부터 기설정된 폭과 높이를 갖고 상부면과 평행하게 형성되며, 그 측벽은 경사지게 형성될 수 있다.

제2 캐비티(12)는 본 실시예에서는 예를 들어 제1 캐비티(11)의 내부에 형성될 수 있으며, 이 경우 제2 캐비티(12)는 그 개구부가 제1 캐비티(11)의 바닥면의 일부에 형성되어 바닥면이 패키지 구조물(10)의 상부면 및 제1 캐비티(11)의 바닥 면과 평행하도록 형성되고, 그 측벽이 경사지게 형성될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서 상기 제1 캐비티(11)와 상기 제2 캐비티(12)는 그 바닥면의 면적과 패키지 구조물(10)의 상부면으로부터 그 바닥면까지의 높이가 서로 상이하게 형성된다.

제1 캐비티(11)와 제2 캐비티(12)의 높이는 예를 들면 300μm 정도로 형성될 수 있으나, 이와 다른 값의 높이를 갖도록 형성되거나, 제1 캐비티(11)와 제2 캐비티(12)의 높이가 서로 상이하게 형성될 수도 있으며, 캐비티들의 높이와 바닥면의 면적 등은 실장되는 발광 다이오드들의 크기와 그 상부에 도포될 형광체의 특성에 따른 두께 요구치 등 각종 수치를 고려하여 적절하게 설정될 수 있으며, 본 발명은 어떤 특정한 값에 한정되지 않는다.

또한, 상기 제1 캐비티(11)의 바닥 일측면에 제1 발광 다이오드(1)가 실장되며, 상기 제2 캐비티(12)의 바닥면에 제2 발광 다이오드(2)가 실장된다.

이 경우 발광 다이오드들(1, 2)은 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩 등의 방식으로 상기 캐비티(11, 12)들에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 발광 다이오드들(1, 2)은 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩을 위한 범프(Bump) 및/또는 전극을 구비할 수 있다.

여기서, 제1 발광 다이오드(1)로는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 또는 황색(Yellow) 광 등 다양한 색상의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드가 사용될 수 있다.

또한, 제2 발광 다이오드(2)는 예를 들면 청색(Blue) 광을 방출하는 청색 발 광 다이오드 또는 UV(Ultra violete)광을 방출하는 UV 발광 다이오드가 될 수 있으며, 제2 발광 다이오드(2)의 외측 즉 제2 캐비티(12)가 한정하는 영역에는 형광체(4)를 도포하여 백색광을 구현할 수 있다. 이 경우 제2 발광 다이오드(2)에서 방출되는 청색광 또는 UV광의 파장을 변환하여 백색광이 방출될 수 있도록 디스펜싱 또는 스크린 프린팅 방식을 이용하거나 형광체가 혼합된 에폭시를 몰딩하는 등 다양한 방식으로 형광체를 도포할 수 있다.

한편, 백색광을 구현하기 위해, 제2 발광 다이오드는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 광을 포함하는 3가지 이상의 서로 다른 색상의 광을 방출하는 복수 개의 발광 다이오드들로 구현될 수도 있다.

또한, 패키지 구조물(10)의 제1 캐비티(11)와 제2 캐비티(12) 상에는 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)를 전기적으로 연결하기 위한 금속 배선들(17, 18)이 각각 형성된다.

금속 배선(17, 18)은 예를 들면 알루미늄(Al), 구리(Cu) 또는 은(Ag)과 같은 재료를 사용하여 형성될 수 있으며, 금속 배선(17, 18)은 발광 다이오드에서 방출된 광을 캐비티들(11, 12)의 개구부 측으로 반사하는 반사면으로서의 기능을 또한 수행할 수 있다.

또한, 금속 배선들(17, 18)과 패키지 구조물(10)의 사이에는 금속 배선(17, 18), 발광 다이오드들(1, 2)과 패키지 구조물(10)을 각각 전기적으로 절연하기 위한 절연층(미도시)이 게재된다. 절연층(미도시)은 예를 들면 SiO₂ 또는 SiNx 막으 로 형성될 수 있다.

여기서, 금속 배선(17, 18)은 서로 전기적으로 분리된 별도의 배선으로서 상기 제1 캐비티(11)와 제2 캐비티(12)에 각각 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1 캐비티(11)와 제2 캐비티(12)에 각각 실장되는 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)는 서로 분리되어 독립적으로 구동될 수 있다.

한편, 제1 발광 다이오드(1)가 둘 이상의 발광 다이오드로 구현되는 경우 각각의 발광 다이오드가 서로 독립적으로 구동될 수 있도록 금속 배선(17)이 서로 전기적으로 분리된 둘 이상의 금속 배선들을 포함하도록 구현될 수 있다.

또한, 금속 배선(17, 18)은 도시된 바와 같이 패키지 구조물(10)의 상부면과 측면 그리고 그 하부면까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 형성되는 발광 다이오드 패키지는 그 하부면을 예를 들면 PCB 상의 회로 단자에 그대로 부착함으로써 별도의 와이어 본딩 없이 외부 단자와 전기적으로 접속될 수 있다.

한편, 패키지 구조물(10)의 하나 또는 둘 이상의 표면의 일부, 예를 들면 상기 제1 캐비티(11)의 측벽과 연결되는 상부면 중 적어도 하나의 면 또는 상기 캐비티들(11, 12)의 바닥면의 적어도 일부에서 상기 절연층의 일부를 제거하고 P 타입 반도체 불순물 또는 n 타입 반도체 불순물(impurity)을 도핑하여 적어도 하나의 반도체 확산영역(15a, 15b)을 형성하고, 형성된 반도체 확산영역(15a, 15b)이 상기 패키지 구조물(10)과 금속배선(17, 18) 각각을 통해 전기적으로 연결되도록 함으로써 전압조정소자로서의 역할을 수행하도록 pn 접합 제너 다이오드(pn junction zener diode) 또는 pnp 접합 이중 문턱 제너 다이오드(pnp junction double threshold zener diode)를 형성할 수 있다.

한편, 패키지 구조물(10)의 제1 캐비티(11)에 실장된 제1 발광 다이오드(1)와, 제2 캐비티(12)에 실장된 제2 발광 다이오드(2)의 외부에 도포된 형광체(4)의 상부에는 필요에 따라 예를 들면 상기 패키지 구조물(10)의 상부면과 동일한 높이로 평평하게 또는 볼록한 렌즈 형상으로 투광성 수지(5)가 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대해 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지와의 차이점을 위주로 설명하며 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 복수개의 발광 다이오드(1, 2)와, 상기 복수 개의 발광 다이오드(1, 2)를 실장하여 전기적으로 연결하기 위해 제1 캐비티(21)와 제2 캐비티(22)를 포함하는 복수 개의 캐비티가 그 상부에 형성된 패키지 구조물(20)을 포함한다.

본 실시예에 따른 패키지 구조물(20)은 SIOB 구조로 형성되며, 이에 따라 개별 발광 다이오드 패키지는 와이어 본딩에 의해 외부 단자와 접속되어 전기적으로 연결될 수 있다.

도시된 바와 같이, 제1 캐비티(21)와 제2 캐비티(22)는 각각 발광 다이오드를 실장하기 위한 바닥면이 패키지 구조물(20)의 상부면으로부터 기설정된 폭과 높이로 상부면과 평행하게 형성되며, 그 측벽은 경사지게 형성된다.

제1 캐비티(21)의 바닥 일 측면에는 제1 발광 다이오드(1)가 실장되며, 제2 캐비티(22)의 바닥면에 제2 발광 다이오드(2)가 실장된다. 이 경우 발광 다이오드들(1, 2)은 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩 등의 방식으로 상기 캐비티들(21, 22)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

제1 발광 다이오드(1) 및 제2 발광 다이오드(2)에 대해서는 도 1을 참조하여 상술한 바 있으므로 여기서는 그 기재를 생략한다.

또한, 패키지 구조물(20)의 제1 캐비티(21)와 제2 캐비티(22) 상에는 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)를 전기적으로 연결하기 위한 금속 배선들(27, 28)이 서로 전기적으로 분리되어 형성될 수 있으며, 금속 배선들(27, 28)과 패키지 구조물(20)의 사이에는 금속 배선(27, 28), 발광 다이오드들(1, 2)과 패키지 구조물(20)을 각각 전기적으로 절연하기 위한 절연층(미도시)이 게재될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이다. 도 3의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 설명에 있어서 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지와 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 복수개의 발광 다이오드(1, 2)와, 상기 복수 개의 발광 다이오드(1, 2)를 실장하여 전기적으로 연결하기 위한 제1 캐비티(31)와 제2 캐비티(32)를 포함하는 복수 개의 캐비티가 그 상부에 형성된 패키지 구조물(30)을 포함한다.

본 실시예에 따른 패키지 구조물(30)은 COB(Chip On Board) 구조로 형성되며, 이에 따라 개별 발광 다이오드 패키지는 도 3에 도시된 바와 같이 패키지 구조물(30)의 하부면으로부터 예를 들면 제1 캐비티(31)와 제2 캐비티(32)의 바닥면의 일부에 홀을 형성하고 그 내부에 금속 도금을 하여 형성된 비아 홀(Via hole)을 구비하여 이를 통해 외부 단자와 접속함으로써 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 설명에 있어서 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지와 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광 다이오드(1, 2)와, 상기 복수 개의 발광 다이오드(1, 2)를 실장하여 전기적으로 연결하기 위해 제1 캐비티(41)와 제2 캐비티(42) 및 제3 캐비티(43)를 포함하는 복수 개의 캐비티가 그 상부에 형성된 패키지 구조물(40)을 포함한다.

도시된 바와 같이, 제1 캐비티(41)는 바닥면이 패키지 구조물(40)의 상부면으로부터 기설정된 폭과 높이를 갖고 상부면과 평행하게 형성되며, 그 측벽은 경사지게 형성될 수 있다.

제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)는 본 실시예에서는 예를 들어 제1 캐비 티(41)의 내부, 즉 제1 캐비티(41)의 바닥면의 일부에 각각 형성되어 각각의 바닥면이 패키지 구조물(40)의 상부면 및 제1 캐비티(41)의 바닥면과 평행하고 그 측벽이 경사지게 형성될 수 있다.

제1 캐비티(41)의 바닥면 중 제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)가 형성되는 위치 및 크기 등은 도면에 도시된 형태에 한정되지 않으며, 도면에는 도시되지 않았으나 예를 들면 제1 캐비티(41)의 바닥에도 발광 다이오드를 실장하는 경우에는 이를 고려하여 제1 캐비티(41)의 바닥면의 크기 및 제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)의 위치와 크기 등이 적절하게 설정될 수 있다.

제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)의 높이는 예를 들면 300μm 정도로 형성될 수 있으나 이와 다른 값의 높이를 갖도록 형성될 수도 있다. 또한, 도면에서는 제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)의 높이가 동일한 것으로 도시되어 있으나 실장되는 각각의 발광 다이오드의 종류 및 도포되는 형광체의 특성에 따라 그 높이가 서로 상이하게 형성될 수도 있다.

도면에는 제2 캐비티(42)의 바닥 일측면에 제1 발광 다이오드(1)가 실장되고, 제3 캐비티(43)의 바닥면에 제2 발광 다이오드(2)가 실장되는 것으로 도시되어 있으나 상술한 바와 같이 제1 캐비티(41)의 바닥면에도 다양한 색상을 구현하기 위해 하나 또는 둘 이상의 서로 다른 색상의 광을 방출하는 발광 다이오드를 실장할 수 있으며, 실장되는 각각의 발광 다이오드를 서로 독립적으로 구동시키기 위해 금속 배선을 각각 별개로 분리하여 형성할 수도 있다.

도면에서 발광 다이오드들(1, 2)은 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩 등의 방식 으로 제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)로는 동일한 종류의 광을 방출하는 발광 다이오드를 채용하고 형광체의 종류를 달리하거나, 서로 다른 종류의 광을 방출하는 발광 다이오드를 채용할 수도 있다.

또한, 제1 발광 다이오드(1) 또는 2 발광 다이오드(2)는 예를 들면 청색(Blue) 광을 방출하는 청색 발광 다이오드 또는 UV(Ultra violete)광을 방출하는 UV 발광 다이오드가 될 수 있으며, 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)의 외측 즉 제2 캐비티(42) 또는 제3 캐비티(43)가 한정하는 영역에는 형광체를 도포하여 백색광을 구현할 수 있다.

한편, 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(1)는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 광을 포함하는 3가지 이상의 서로 다른 색상의 광을 방출하는 복수 개의 발광 다이오드들로 구현될 수도 있다.

또한, 패키지 구조물(40)의 제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43) 상에는 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)를 전기적으로 연결하기 위한 금속 배선들(47, 48)이 각각 분리된 별도의 배선으로서 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 제2 캐비티(42)와 제3 캐비티(43)에 각각 실장되는 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)는 서로 분리되어 독립적으로 구동될 수 있다.

또한, 도면에는 금속 배선들(47, 48)이 패키지 구조물(40)의 상부면과 측면 그리고 그 하부면까지 연장되도록 형성되어 있으나 이는 일 예에 불과하다. 즉, 패키지 구조물(40)은 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 유사하게 SIOB 구조 또는 COB 구조로도 형성될 수 있으며, 이 경우 금속 배선들(47, 48)은 각각 해당하는 구조의 형태 및 적용 태양에 따라 적절하게 변형될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 설명에 있어서 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지와 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광 다이오드(1, 2)와, 상기 복수 개의 발광 다이오드(1, 2)를 실장하여 전기적으로 연결하기 위해 제1 캐비티(51)와 제2 캐비티(52)를 포함하는 복수 개의 캐비티가 그 상부에 형성된 패키지 구조물(50)을 포함한다.

도시된 바와 같이, 제1 캐비티(51)와 제2 캐비티(52)가 패키지 구조물(50)의 상부면으로부터 기설정된 폭과 높이를 갖고 각각 별개의 영역을 갖도록 형성될 수 있다.

본 실시예에서 제1 캐비티(51)와 제2 캐비티(52)는 발광 다이오드가 실장되는 바닥면이 패키지 구조물(50)의 상부면과 평행하도록 형성되고, 그 측벽이 경사지게 형성될 수 있다.

도면에서 상기 제1 캐비티(51)와 상기 제2 캐비티(52)는 그 바닥면의 면적과 패키지 구조물(50)의 상부면으로부터 그 바닥면까지의 높이가 서로 동일한 경우를 예를 들어 도시하고 있으나, 이와 달리 제1 캐비티(51)와 제2 캐비티(52)의 높이와 바닥면의 면적은 서로 상이하게 설정될 수도 있다.

제1 캐비티(51)와 제2 캐비티(52)의 높이와 바닥면의 면적은 각각의 캐비티에 실장되는 발광 다이오드들의 크기와 그 상부에 도포될 형광체의 특성에 따른 두께 요구치 등 각종 수치를 고려하여 적절하게 설정될 수 있으며, 본 발명은 어떤 특정한 값에 한정되지 않는다.

제1 캐비티(51)에는 제1 발광 다이오드(1)가, 그리고 제2 캐비티(52)에는 제2 발광 다이오드(2)가 각각 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩 등의 방식으로 실장되어 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)로는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green) 또는 청색(Blue), UV 광 등 다양한 종류의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드가 사용될 수 있다.

또한, 제1 발광 다이오드 또는 제2 발광 다이오드(2)의 외측, 즉 제1 캐비티(51) 또는 제2 캐비티(52)가 한정하는 영역에는 형광체를 도포하여 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)에서 방출되는 광의 파장을 변환함으로써 원하는 색상의 광을 구현할 수 있다.

또한, 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 광을 포함하는 3가지 이상의 서로 다른 색상의 광을 방출하는 복수 개의 발광 다이오드들로 구현될 수도 있다.

패키지 구조물(50)의 제1 캐비티(51)에 실장된 제1 발광 다이오드(1)와 제2 캐비티(52)에 실장된 제2 발광 다이오드(2)의 상부에는 필요에 따라 예를 들면 상 기 패키지 구조물(50)의 상부면과 동일한 높이로 평평하게 또는 볼록한 렌즈 형상으로 투광성 수지(5, 6)가 형성될 수 있다. 또한, 투광성 수지는 형광체를 포함하는 몰딩재를 이용하여 형성될 수도 있으며, 투광성 수지(5, 6)와는 별개로 투광성 수지(5, 6)의 하부, 즉 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)의 외부에 형광체가 도포될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다. 도 6의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 설명에 있어서 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지와 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광 다이오드(1, 2)와, 상기 복수 개의 발광 다이오드(1, 2)를 실장하여 전기적으로 연결하기 위해 적어도 하나의 캐비티(61)가 상부에 형성된 패키지 구조물(60)을 포함한다.

도시된 바와 같이, 캐비티(61)는 패키지 구조물(60)의 상부면으로부터 기설정된 폭과 높이를 갖고 바닥면이 패키지 구조물(60)의 상부면과 평행하고 측벽이 경사지게 형성될 수 있다.

제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)는 캐비티(61)의 바닥면의 기설정된 위치에 각각 실장되어 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩 등의 방식으로, 분리된 별개의 금속배선들(67, 68)에 각각 연결되어 독립적으로 구동될 수 있다.

여기서, 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)로는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green) 또는 청색(Blue), UV 광 등 다양한 종류의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드가 사용될 수 있다.

또한, 제1 발광 다이오드 또는 제2 발광 다이오드(2)의 외측에 형광체를 도포하여 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)에서 방출되는 광의 파장을 변환함으로써 원하는 색상의 광을 구현할 수 있다.

또한, 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)는 예를 들면 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 광을 포함하는 3가지 이상의 서로 다른 색상의 광을 방출하는 복수 개의 발광 다이오드들로 구현될 수도 있다.

패키지 구조물(60)의 캐비티(61)에 실장된 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)의 상부에는 필요에 따라 예를 들면 상기 패키지 구조물(60)의 상부면과 동일한 높이로 평평하게 또는 볼록한 렌즈 형상으로 투광성 수지(5)가 형성될 수 있다.

도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 본 도면들에서는 설명의 편의상 도 1에 도시된 발광 다이오드 패키지를 주로 예로 들어 설명하나, 당업자는 후술하는 설명에 따라 상술한 실시예들의 발광 다이오드 패키지들의 구조에 따른 적절한 변형 또는 변경을 통해 해당 발광 다이오드 패키지들을 용이하게 제조할 수 있을 것이다.

도 7a를 참조하면, 패키지 구조물을 형성하기 위해 웨이퍼(70)를 준비하고, 웨이퍼의 표면에 예를 들면 SiNx 또는 SiO₂와 같이 후술하는 웨이퍼(70)의 습식 식각을 위한 마스크의 기능을 수행할 수 있는 마스크(73)를 증착한다. 반도체 웨이퍼로는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 이외에도 예를 들면 세라믹 웨이퍼 등이 사용될 수 있다.

이어서, 웨이퍼(70)에 증착된 마스크(73) 위에 감광막을 형성하고 광리소그래피(photo-lithography) 기술 및 건식 식각 기술을 이용하여 마스크(73)를 부분적으로 제거하여 마스크(73)를 패터닝한다.

그리고, 패터닝된 마스크(73)를 식각 마스크로 이용하여 웨이퍼(70)에 식각(etching)을 수행하여, 도 7b의 위측에 도시된 바와 같은 정면도와 이 정면도를 A-A선을 따라 절단한 예를 들면 도 7b 아래 측의 단면도와 같은 경사진 형태의 단면을 형성한다. 이에 따라, 웨이퍼(70)에는 도 7b에 도시된 바와 같이 경사진 측벽을 갖는 제1 캐비티(71)가 형성된다.

이 경우, 도 7b와 같은 형태의 단면을 형성하기 위해 예를 들면 이방성 습식 식각(anisotropy wet-etching)과 같은 습식 식각 방식을 사용할 수 있으며, 이 경우 식각 용액(Etching Solution)으로는 예를 들면 식각 속도가 빠르고 가격이 저렴하며 방향성 의존 특성이 우수한 KOH(potassium hydroxide)를 사용할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(70)의 결정 방향을 따라 도 7b에 도시된 바와 같은 경사진 단면이 형성될 수 있다.

이어서, 도 7c를 참조하면 웨이퍼(70)에 경사진 단면을 형성하고 남은 식각 마스크(73)를 제거하고, 식각이 수행된 웨이퍼(70)의 표면에 다시 SiNx 또는 SiO₂와 같은 마스크(74)를 증착하고, 광리소그래피(photo-lithography) 기술 및 건식 식각 기술을 이용하여 제1 캐비티(71)의 바닥면 중 적어도 하나의 일부 영역(74a)의 마스크(74) 부분을 제거한다.

그리고, 식각 마스크(74)가 제거된 영역(74a)에 대해, 예를 들면 KOH와 같은 식각 용액을 이용하여 이방성 습식 식각과 같은 습식 식각 방식을 이용하여 식각을 수행함으로써 도 7d에 도시된 바와 같이 경사진 측벽을 가진 제2 캐비티(72)를 형성할 수 있다.

이 경우, 제1 캐비티(71)의 바닥면에 복수개 예를 들면 두개의 영역에 대해 식각 마스크(74)를 제거하고 상술한 바와 같이 식각을 수행하면 도 4에 도시된 바와 같이 제1 캐비티(71)의 바닥면에 복수 개의 캐비티가 형성되는 형태의 단면이 형성될 수 있다.

또한, 상술한 제1 캐비티(71)를 형성하는 과정에서 웨이퍼(70)상에 증착된 식각 마스크(73)로부터 복수개 예를 들면 두 개의 영역에 해당하는 부분을 제거하고 식각을 수행하게 되면 도 5에 도시된 바와 같은 형태의 단면이 형성될 수 있다.

도 7d를 다시 참조하면, 웨이퍼(70)의 표면, 예를 들면 상부면의 하나 또는 둘 이상의 영역(74b, 74c)에서 식각 마스크(74)를 제거하고, P 타입 반도체 불순물 또는 n 타입 반도체 불순물(impurity)을 도핑하여 도 7e에 도시된 바와 같이 하나 또는 둘 이상의 반도체 확산영역(75a, 75b)을 형성할 수 있다.

이와 같이 반도체 확산영역(75a, 75b)을 형성하여 상기 웨이퍼(70)와 함께 전기적으로 연결되어 전압조정소자로서의 역할을 수행하는 pn 접합 제너 다이오드(pn junction zener diode) 또는 pnp 접합 이중 문턱 제너 다이오드(pnp junction double threshold zener diode)가 형성될 수 있다.

이어서, 도 7f에 도시된 바와 같이, 고진공 상태의 챔버 내에서 예를 들면 Al 또는 Ag와 같은 전도성을 가진 금속을 웨이퍼(70)의 표면에 증착하고, 증착된 금속막을 패터닝하여 금속배선(77, 78)을 형성한다. 여기서는, 두개의 발광 다이오드 소자를 전기적으로 연결하기 위한 금속배선으로서 두 개의 분리된 금속배선(77, 78)을 예를 들었으나, 금속배선은 실장되는 발광 다이오드의 개수 또는 필요한 개수 만큼 각각 전기적으로 분리되도록 형성될 수 있다.

한편, 금속 배선(77, 78)을 형성하기 이전에 도 7e에 도시된 바와 같이 웨이퍼(70) 상에 상기 반도체 확산 영역(75a, 75b)을 전기적으로 연결하기 위한 일부분을 제외하고 SiO₂ 또는 SiNx와 같은 절연막(76)을 전체적으로 형성할 수 있다.

이어서, 제1 발광 다이오드(1)와 제2 발광 다이오드(2)를 웨이퍼(70)의 제1 캐비티(71) 내의 제1 실장 위치(71a) 및 제2 캐비티(72) 내의 제2 실장 위치(72a)에 실장하고 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩과 같은 방식으로 각 발광 다이오드(1, 2)를 금속배선들(77, 78) 각각에 연결한다.

그리고, 필요에 따라 제1 발광 다이오드(1) 또는 제2 발광 다이오드(2)의 외부에는 방출되는 광의 파장을 변환하기 위해 디스펜싱 또는 스크린 프린팅 방식을 이용하거나 형광체가 혼합된 에폭시를 몰딩하는 등 다양한 방식으로 형광체(4)를 도포할 수 있다.

도 7g를 참조하면, 제2 캐비티(72)에 실장된 제2 발광 다이오드(2) 외측의 제2 캐비티(72)가 한정하는 영역에는 형광체(4)가 도포되며, 그 상부로 제1 캐비티(71)가 한정하는 영역에는 필요에 따라 예를 들면 상기 웨이퍼(70)의 상부면과 동일한 높이로 평평하게 또는 볼록한 렌즈 형상으로 투광성 수지(5)가 형성되어 발광 다이오드를 외부 오염, 습기 또는 외력으로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 7a 내지 도 7g는 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

Claims (20)

1. 제1 발광 다이오드와 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 포함하는 복수 개의 발광 다이오드; 및

   상기 제1 발광 다이오드와 상기 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 각각 실장하기 위한 제1 캐비티와 적어도 하나의 제2 캐비티를 포함하는 복수개의 캐비티를 구비하는 패키지 구조물;을 포함하는 발광 다이오드 패키지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 캐비티는 상기 제1 캐비티의 바닥면의 일부에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 상기 패키지 구조물의 일면의 서로 분리된 영역에 별개로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는, 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드를 각각 전기적으로 연결하기 위한 금속 배선을 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 금속 배선은, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티에 각각 실장되는 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드를 각각 독립적으로 구동하기 위해 둘 이상으로 전기적으로 분리되어 개별 배선되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 발광 다이오드는 청색광 또는 UV광을 방출하며, 상기 제2 발광 다이오드의 외부로서 상기 제2 캐비티가 한정하는 영역에는 형광체가 도포되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 발광 다이오드 또는 제2 발광 다이오드는 서로 다른 색상의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 패키지 구조물은, 그 표면의 하나 또는 둘 이상의 영역에 P 또는 N형 반도체 불순물(impurity)이 도핑되어 형성된 제너 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
9. 복수개의 발광 다이오드; 및

   상기 복수개의 발광 다이오드를 실장하기 위한 캐비티를 구비하는 패키지 구조물;을 포함하고,

   상기 복수개의 발광 다이오드 중 적어도 하나의 발광 다이오드의 외부에는 형광체가 도포되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 캐비티는, 상기 복수개의 발광 다이오드들을 각각 독립적으로 구동하기 위해 둘 이상으로 전기적으로 분리되어 개별 배선되는 금속 배선을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 형광체가 도포되는 적어도 하나의 발광 다이오드는 청색광 또는 UV광을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 복수개의 발광 다이오드는 서로 다른 색상의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
13. 웨이퍼의 일 면의 일 영역이 부분적으로 노출된 식각 마스크를 형성하고 식각을 수행하여 상기 웨이퍼의 상부면에 제1 캐비티를 형성하는 단계; 및

    상기 제1 캐비티가 형성된 상기 웨이퍼의 일 면의 적어도 일 영역이 부분적으로 노출된 제2 식각 마스크를 형성한 후 식각을 수행하여 상기 웨이퍼에 적어도 하나의 제2 캐비티를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제2 캐비티는 상기 제1 캐비티의 바닥면의 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 상기 웨이퍼의 일면의 서로 분리된 영역에 별개로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    상기 제1 캐비티와 상기 적어도 하나의 제2 캐비티에 금속 배선을 형성하고 제1 발광 다이오드와 적어도 하나의 제2 발광 다이오드를 각각 실장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 금속 배선은, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티에 각각 실장되는 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드를 각각 독립적으로 구동하기 위해 둘 이상으로 전기적으로 분리되어 개별 배선되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 제2 발광 다이오드의 외부 상기 제2 캐비티가 한정하는 영역에 형광체를 도포하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 제1 발광 다이오드 또는 제2 발광 다이오드는 서로 다른 종류의 광을 방출하는 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
20. 제 13 항에 있어서,

    상기 웨이퍼 표면의 하나 또는 둘 이상의 영역의 상기 식각 마스크를 제거하고, P 또는 N형 반도체 불순물(impurity)을 도핑하여 제너 다이오드를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.

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