KR20090116970A - Wafer lever lens portion and light emitting device package using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 레벨 렌즈부 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것으로 특히, 제작의 효율성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 레벨 렌즈부 및 이를 이용한 발광 소자 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer level lens unit and a light emitting device package using the same, and more particularly, to a wafer level lens unit and a light emitting device package using the same.
LED(Light Emitting diode)는 반도체 제조 공정을 이용하여 제작되는 발광 소자로써 1920년대 반도체 소자에 전압을 가하여 발광 현상이 관측된 이후로 1960년대 말에 실용화되기 시작했다. 이후 꾸준히 LED의 효율을 개선하기 위한 연구, 개발이 이루어져 왔으며, 특히 기존의 광원을 대체할 정도의 광 특성을 가진 LED에 대한 관심이 커지고 있는 실정이다. 또한, LED에 대한 연구의 증가와 더불어 LED 패키지에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. Light Emitting Diode (LED) is a light emitting device manufactured using a semiconductor manufacturing process and has been put into practical use in the late 1960s since light emission was observed by applying a voltage to a semiconductor device in the 1920s. Since then, researches and developments have been made to improve the efficiency of LEDs, and in particular, there is a growing interest in LEDs having optical characteristics sufficient to replace existing light sources. In addition, research on LED packages is being actively conducted along with the increase of research on LEDs.
종래의 LED 패키지는 PLCC(Plastic leaded chip carrier) 패키지, 세라믹 패키지와 실리콘 패키지 등으로 구분할 수 있다. PLCC 패키지는 플라스틱 리드 칩 케리어 패키지라고 부르며, 플라스틱으로 된 패키지의 사방으로 리드가 위치하는 패키지이다. Conventional LED packages can be divided into PLCC (Plastic leaded chip carrier) package, ceramic package and silicon package. The PLCC package is called a plastic lead chip carrier package, and is a package in which leads are placed in all directions of a plastic package.
세라믹 패키지는 세라믹을 소정의 온도에서 소성하여 제작하는 패키지로 열전도성이 우수하여 열저항이 낮은 응용 제품에 사용되고 있다. 최근에 출시되고 있는 실리콘 패키지는 세라믹 패키지와 유사한 열전도성의 실리콘 웨이퍼로 제작하여 우수한 열전도성과 낮은 프로파일을 실현한 패키지이다.Ceramic packages are manufactured by firing ceramics at a predetermined temperature, and are used in applications having excellent thermal conductivity and low thermal resistance. Recently released silicon packages are made of thermally conductive silicon wafers similar to those of ceramic packages, resulting in excellent thermal conductivity and low profile.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 일괄공정으로 용이하게 제작이 가능하고, 유리 재료를 포함하지 않아 재료비를 절감할 수 있으며, 제작이 보다 용이한 웨이퍼 레벨 렌즈부 및 이를 이용한 발광 소자 패키지를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a wafer-level lens unit and a light emitting device package using the same, which can be easily manufactured in a batch process, does not contain a glass material can reduce the material cost, and is easier to manufacture There is.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 다수의 렌즈 형상이 배열된 렌즈기판과; 상기 렌즈기판의 하측에 형성된 형상 보강 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.As a first aspect for achieving the above technical problem, the present invention, the lens substrate is arranged a plurality of lens shapes; It characterized in that it comprises a shape reinforcement pattern formed on the lower side of the lens substrate.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 발광 소자 패키지에 있어서, 장착홈에 발광 소자가 장착되고, 상기 장착홈에는 충진재가 채워지는 패키지부와; 상기 패키지부 상측에 결합되는 것으로, 렌즈 형상과, 상기 렌즈 형상 하측에 형성된 형상 보강 패턴이 일체로 형성된 렌즈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a light emitting device package, comprising: a package unit in which a light emitting device is mounted in a mounting groove, and a filler is filled in the mounting groove; It is coupled to the package portion upper side, characterized in that it comprises a lens portion and the lens portion formed integrally the shape reinforcement pattern formed below the lens shape.
본 발명은 형상 보강 패턴에 의하여 자체적으로 구조를 지지할 수 있으므로, 발광 소자 패키지의 제작이 일괄공정(batch process)에 의하여 이루어질 수 있으며, 렌즈부에 별도의 유리기판이 부착되어 있지 않으므로 패키지 제작 시간을 단축할 수 있고, 패키지와 렌즈 사이의 결합이 보다 용이하며, 제작이 보다 용이하여 양산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention can support the structure by itself by the shape reinforcement pattern, the production of the light emitting device package can be made by a batch process (batch process), and since the separate glass substrate is not attached to the lens portion package production time It is possible to shorten, the coupling between the package and the lens is easier, and the production is easier to have the effect of improving the mass productivity and reliability.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
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. When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being on another component "on", it will be understood that it may be directly on another element or there may be an intermediate element in between. . If a part of a component, such as a surface, is expressed as 'inner', it will be understood that this means that it is farther from the outside of the device than other parts of the element.
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.It will be understood that these terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. Finally, the term 'directly' means that there is no element in between. As used herein, the term 'and / or' includes any and all combinations of one or more of the recorded related items.
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 이해할 것 이다. Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.
<제1실시예>First Embodiment
웨이퍼 레벨(Wafer level) 렌즈부는 다수의 광학용 렌즈를 한 기판에서 제작하는 것을 의미한다. The wafer level lens unit means manufacturing a plurality of optical lenses on one substrate.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 이와 같은 웨이퍼 레벨 렌즈부(10)의 구성은, 렌즈기판(12) 상에 다수의 렌즈 형상(11)이 배열되어 구성되며, 이러한 렌즈기판(12)은 유리기판(13) 상에 형성된다.As shown in FIG. 1, the configuration of the wafer
이러한 웨이퍼 레벨 렌즈부(10)는 도 2에서와 같이 웨이퍼 레벨 패키지(20)와 정렬되어 결합된다. 이때, 웨이퍼 레벨 패키지(20)는 실리콘 반도체 또는 세라믹으로 형성되는 기판(21)에 형성되는 장착홈(22)에 발광 소자 칩(23)이 장착되고, 이러한 장착홈(22)은 통상 충진재(24)로 채워진다.The wafer
이때, 웨이퍼 레벨 렌즈부(10)와 웨이퍼 레벨 패키지(20)는 접착제(25) 등으로 서로 결합될 수 있다.In this case, the wafer
이와 같이, 다수의 렌즈가 한 기판에서 제작되면 이를 웨이퍼 레벨 패키지 어레이(wafer level package array; 20) 등의 발광 소자 패키지 어레이와 한 번에 결합을 시킬 수 있으므로 공정 수, 제작 시간 등을 절약할 수 있어 양산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다. As such, when a plurality of lenses are manufactured on one substrate, the lenses may be combined with a light emitting device package array such as a wafer
이때, 이와 같은 렌즈부(10)에 포함되는 렌즈 형상(11)은 발광 소자 칩(23)에서 출사되는 광의 광도 등을 제어하는 역할을 한다. At this time, the lens shape 11 included in the
이후, 이와 같이 서로 결합된 웨이퍼 레벨 렌즈부(10)와 웨이퍼 레벨 패키 지(20)는 도 3에서와 같이, 개개의 소자(30)로 분리되어 발광 소자 패키지로 이용될 수 있다.Thereafter, the wafer
한편, 상술한 웨이퍼 레벨 렌즈부(10)의 제작은 유리기판(13)과 함께 몰드 성형되어 제작된다.On the other hand, the above-described wafer
즉, 도 4에서와 같이, 몰드 상판(40)에는 유리기판(13)이 고정되고, 렌즈 몰드(50)에는 렌즈 형상(51)이 형성되어 있고, 이 렌즈 몰드(50)에 렌즈용 물질을 채워서 몰드 상판(40)과 서로 결합되게 된다. 렌즈용 물질은 통상 액상 실리콘(silicone)이 이용될 수 있다.That is, as shown in FIG. 4, the
도 5에서와 같이, 몰드 상판(40)은 렌즈 몰드(50)와 정렬되어 결합된 후, 적정 온도 및 압력을 가하게 되면 유리기판(13) 상에 고형화된 렌즈 어레이를 형성할 수 있다. 도 6은 이와 같이 제작된 웨이퍼 레벨 렌즈부의 일례를 나타내고 있다.As shown in FIG. 5, after the mold upper plate 40 is aligned and coupled with the
이와 같은 유리기판(13) 상에 형성된 웨이퍼 레벨 렌즈부(10)는 실리콘과 같은 재질의 렌즈 기판을 지지하는 역할을 수행할 수 있으나 유리를 이용함으로 인해 추가 비용이 발생할 수 있고, 상술한 바와 같이, 유리기판(13)과 렌즈기판(12)을 결합하여 형성하여야 하므로 생산성이 저하될 수 있다.The wafer
<제2실시예>Second Embodiment
도 7에서와 같이, 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)의 구성은, 렌즈기판(120) 상에 다수의 렌즈 형상(110)이 배열되어 구성되며, 이러한 렌즈기판(120)의 하측에는 형상 보강부(130)가 형성된다.As illustrated in FIG. 7, the wafer
즉, 본 실시예의 렌즈부(100)의 구성은 렌즈 형상(110)을 이루는 하나의 재 질로 형성되고, 유리기판을 이용하지 않으며, 렌즈기판(120)을 지지하기 위한 형상 보강부(130)가 형성되는데, 이러한 형상 보강부(130)는 형상 보강 패턴을 가질 수 있다.That is, the configuration of the
렌즈 형상(110) 및 렌즈기판(120)은 실리콘(silicone)과 같은 합성수지로 형성될 수 있으며, 주입 몰딩(injection molding)이나 압축 몰딩(compression molding) 방법을 이용하여 제작할 수 있다.The
이때, 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)의 형상 보강 패턴(130)은 유리기판이 없는 렌즈기판(120)이 후공정 중에 휘거나 팽창 또는 수축과 같은 구조의 유연성으로 인하여 발생할 수 있는 문제점을 방지할 수 있도록 할 수 있다. In this case, the
즉, 실리콘과 같은 합성수지로만 형성된 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)는 크기가 커질수록 전체 구조가 유연하게 되어 공정 중에 열변형을 일으킬 수 있으나, 형상 보강 패턴(130)은 이러한 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.That is, as the size of the wafer
이러한 형상 보강 패턴(130)은 도 8과 같은 음각 패턴(131) 또는 도 9와 같은 양각 패턴(132)을 이용할 수 있다.The
또한, 이러한 형상 보강 패턴(130)의 일례는 도 10에서와 같이, 육각형 형상이 서로 연결된 벌집 형상을 이룰 수 있으며, 그 외에도 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다수의 다각형 형상 또는 다수의 원형 형상을 이룰 수 있다. 이러한 다각형 또는 원형 형상은 서로 연결되어 형성될 수도 있으나, 일정 간격을 두고 형성될 수도 있다.In addition, one example of the
이와 같은 형상 보강 패턴(130)은 웨이퍼 레벨 렌즈부(100) 전체 또는 렌즈 기판(120)의 열 변형을 억제할 수 있고, 구조적으로 견고함을 향상시킬 수 있어, 추후 웨이퍼 레벨 패키지와의 접합 공정에 있어서 수율을 향상시킬 수 있다.The
한편, 도 11에서와 같이, 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)의 테두리측에 렌즈기판(120)과 단차를 가지는 보강 테두리부(140)를 형성할 수 있는데, 이러한 테두리부(140) 추후 웨이퍼 레벨 패키지와의 접합 공정 단계에서 발생할 수 있는 렌즈부(100)의 휨, 팽창, 또는 수축과 같은 열변형을 완화시킬 수 있고, 또한, 공정을 위한 운반 또는 접합 단계에서 렌즈부(100)의 취급을 용이하게 할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 11, a reinforcing
이러한 테두리부(140)는 도 12에서와 같이, 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)의 가장 외곽에 위치하는 렌즈 형상(110)의 외측에 형성되며, 그 두께나 형상은 임의로 조절이 가능하다.As shown in FIG. 12, the
또한, 렌즈부(100)에 포함되는 렌즈 형상의 종류는 상술한 과정에서 도시된 구면 렌즈 형상 이외에, 도 13a와 같은 비구면 렌즈 형상(111)이 이용될 수 있고, 또한, 렌즈 형상(110) 내에는 도 13b와 같이, 광의 분산을 위한 분산제(scatterer)가 혼합된 렌즈(112)를 이용할 수 있다. 또한, 경우에 따라 이 렌즈 형상(110)에 광원의 색의 변환을 위한 형광체를 포함할 수 있다.In addition, in addition to the spherical lens shape shown in the above-described process, the
그리고, 도 13c에서와 같이, 다수의 작은 렌즈 형상이 하나의 단위 패키지에 구비되는 마이크로 렌즈 형상(113)이 이용될 수 있고, 도 13d와 같이, 프레스넬(fresnel) 렌즈 형상(114)이 이용될 수도 있다.As shown in FIG. 13C, a
이하, 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)와 웨이퍼 레벨 패키지(200)를 결합하여 개개의 발광 소자 패키지를 제작하는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of manufacturing individual light emitting device packages by combining the wafer
먼저, 도 14a와 같이, 발광 소자 칩(230)이 장착된 개개의 패키지가 기판(210) 상에 배열되어 제작된 웨이퍼 레벨 패키지(200)를 준비한다. 이러한 패키지(200)는 상술한 바와 같이, 실리콘 반도체로 이루어지는 기판(210)을 이용하여 통상의 반도체 공정을 통하여 제작될 수 있다.First, as shown in FIG. 14A, an individual package on which the light emitting
즉, 기판(210)을 개개의 패키지 형상으로 식각 등의 방법에 의하여 형성하고, 이러한 개개의 패키지에는 발광 소자 칩(230)의 장착을 위한 장착홈(220)을 형성한다. 이러한 장착홈(220)과 기판(210)에는 발광 소자 칩(230)을 전기적으로 연결하고 추후 회로 기판에 장착을 위한 전극라인(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 이러한 전극라인은 기판(210)의 후면으로 연장 형성되어 추후 회로 기판에 장착이 용이하도록 할 수도 있다.That is, the
또한, 도 14b와 같이, 상술한 과정으로 제작된 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)를 준비한다. 이러한 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)에는 웨이퍼 레벨 패키지(200)와 함께 정렬되었을 때 상술한 개개의 패키지 상에 위치하는 렌즈 형상(110)이 형성되어 있다.In addition, as shown in FIG. 14B, the wafer
이와 같은 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)와 웨이퍼 레벨 패키지(200)는 도 14c와 같이, 정렬되어 서로 결합된다. 이러한 결합은 접착제가 이용될 수도 있고, 경우에 따라 열적인 방법이 적용될 수도 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)에는 유리기판이 없이 전체가 실리콘과 같은 합성수지로 제작되므로 보다 용이하게 패키지(200)와 결합될 수 있다.The wafer
또한, 이와 같은 공정은 일괄공정(batch process)에 의하여 이루어질 수 있 으므로 양산성을 향상시킬 수 있으며, 렌즈부(100)에 별도의 유리기판이 부착되어 있지 않으므로 패키지 제작 시간을 단축할 수 있고, 제작이 보다 용이해진다.In addition, since such a process may be performed by a batch process, mass productivity may be improved, and since a separate glass substrate is not attached to the
이후, 상술한 과정에서 서로 결합된 웨이퍼 레벨 렌즈부(100)와 웨이퍼 레벨 패키지(200)는 도 15에서 도시하는 바와 같이 개개의 발광 소자 패키지(300)로 분리된다.Thereafter, the wafer
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.The above embodiment is an example for explaining the technical idea of the present invention in detail, and the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications are possible, and various embodiments of the technical idea are all protected by the present invention. It belongs to the scope.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도로서,1 to 6 are diagrams showing a first embodiment of the present invention.
도 1은 웨이퍼 레벨 렌즈부의 일례를 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer level lens unit.
도 2는 웨이퍼 레벨 렌즈부와 웨이퍼 레벨 패키지를 결합한 상태를 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a wafer level lens unit and a wafer level package are combined.
도 3은 개개로 분리된 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a light emitting device package separately separated.
도 4 및 도 5는 렌즈부의 제작과정을 나타내는 개략도이다. 4 and 5 are schematic views showing the manufacturing process of the lens unit.
도 6은 도 4 및 도 5의 제작과정에 의하여 제작된 렌즈부의 외형도이다. 6 is an external view of a lens unit manufactured by the manufacturing process of FIGS. 4 and 5.
도 7 내지 도 15는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도로서, 7 to 15 are diagrams showing a second embodiment of the present invention.
도 7은 웨이퍼 레벨 렌즈부를 나타내는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view illustrating the wafer level lens unit.
도 8은 웨이퍼 레벨 렌즈부의 구체적인 제1예를 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view illustrating a specific first example of the wafer level lens unit.
도 9는 웨이퍼 레벨 렌즈부의 구체적인 제2예를 나타내는 단면도이다. 9 is a cross-sectional view illustrating a second specific example of the wafer level lens unit.
도 10은 웨이퍼 레벨 렌즈부의 평면 개략도이다. 10 is a schematic top view of a wafer level lens portion.
도 11은 보강 테두리부를 가지는 웨이퍼 레벨 렌즈부를 나타내는 단면도이다. 11 is a cross-sectional view showing a wafer level lens portion having a reinforcing edge portion.
도 12는 보강 테두리부를 가지는 웨이퍼 레벨 렌즈부를 나타내는 평면도이다. 12 is a plan view showing a wafer level lens portion having a reinforcing edge portion.
도 13a 내지 도 13d는 렌즈 형상의 예를 나타내는 단면도이다. 13A to 13D are cross-sectional views illustrating examples of lens shapes.
도 14a 내지 도 14c는 발광 소자 패키지 제작과정을 나타내는 개략도이다. 14A to 14C are schematic views illustrating a light emitting device package manufacturing process.
도 15는 개개의 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다. 15 is a perspective view illustrating individual light emitting device packages.
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