KR20090127344A - 가혹한 환경용 발광 다이오드 - Google Patents

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KR20090127344A
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emitting diode
light
filler
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KR1020097020949A
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제이슨 디. 콜빈
아더 이. 콜빈
앤드류 디헤니스
조디 엘. 크르스마노빅
Original Assignee
센서즈 포 메드슨 앤드 사이언스 인코포레이티드
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Publication date
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Abstract

가혹한 환경용 반도체 발광 다이오드는, 실질적으로 투명한 기판, 상기 기판의 하부 표면상에 증착된 반도체 층, 상기 반도체 층과 연결되고, 상기 기판의 상기 하부 표면 상에 형성된 다수의 본딩 패드들, 및 각 본딩 패드들 상에 형성되고, 상기 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결하기 위한 미세 지주를 포함한다. 상기 발광 다이오드 기판 하부의 물 침입을 감소시키기 위해, 상기 기판의 상기 하부 표면과 상기 인쇄 회로 기판의 상기 상부 표면 사이에 언더필 층이 제공될 수 있다. 추가적으로, 상기 상부 표면을 통해 방사된 상기 빛을 확산시키기 위해, 상기 발광 다이오드 기판의 상부 표면에 확산기가 탑재될 수 있다.

Description

가혹한 환경용 발광 다이오드{Light emitting diode for harsh environnments}
본 출원은 2007년 3월 8일에 출원된 임시 특허 출원 일련 번호 제60/905,590호에 대한 우선권의 이익을 주장하고, 상기 출원은 전체로서 본원에 참조 병합된다.
본 발명은 일반적으로 발광 다이오드들과 관련된 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 가혹한 환경용 발광 다이오드와 관련된 것이다.
발광 다이오드, 또는 LED(light emitting diode)는 상기 LED의 애노드(anode) 단자(terminal) 및 캐소드(cathode) 단자 사이에 순방향 바이어스(forward bias)가 인가될 때, 비간섭성(incoherent) 광의 특정 스펙트럼(spectrum)을 방사하는 반도체 소자이다. 발광 다이오드는, 접합의 p측(애노드)으로부터 접합의 n측(캐소드)까지 전류가 흐를 때 광자(photon)들을 방사하는 p-n 접합을 형성하기 위해, 다양한 불순물들로 반도체 물질을 도핑하여 형성된다. 발광 다이오드에 의해 방사된 빛의 색 또는 파장은, 상기 다이오드의 p-n 접합을 형성하는 물질에 따라 결정된다. 예를 들어, 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)으로부터 생성된 발광 다이오드는 적외선 및 적색광을 방출하고, 알루미늄갈륨인(AlGaP)으로부터 생 성된 발광 다이오드는 녹색광을 방출하며, 질화갈륨(GaN)으로부터 생성된 발광 다이오드는 녹색 및 적색광을 방출하고, 인듐질화갈륨(InGaN)으로부터 생성된 발광 다이오드는 근자외선(near ultraviolet), 남색-녹색(blurish-green), 및 청색광 등을 방출한다.
일반적으로, 발광 다이오드들은 n 타입 기판 상에 p 타입 층을 증착함으로써 형성된다. 상기 p 타입 층과 연결된 애노드 패드는 상기 발광 다이오드 칩의 상부 표면에 탑재되고, 상기 n 타입 기판과 연결된 캐소드 패드는 또한 상기 발광 다이오드 칩의 상부 표면에 탑재된다. 발광 다이오드들은 사파이어(Al2O3)와 같은 투명한 기판들 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 질화갈륨-온-사파이어(GaN-on-sapphire) 발광 다이오드에서, 적어도 하나의 n 타입 층은, 먼저 상기 사파이어 기판의 상부 표면 상에 형성되고, 이후 상기 p-n 접합을 생성하기 위해, p 타입 층을 포함하는 하나 또는 그 이상의 추가의 층들이 상기 상부 표면에 형성된다. 예를 들어, 금속 유기 화학 증착 공정(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition), 플라즈마 증착 등과 같이, 잘 알려진 많은 공정들이 이들 층들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 하부-방사된 빛을 하부로부터 상부 표면을 통해 반사시키기 위해, 반사하는 금속 층이 상기 사파이어 기판의 하부 표면 상에 형성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판(10)에 탑재된 발광 다이오드 다이(1), 다시 말해, 칩-온-보드(chip on board) 디자인을 나타낸다. p-n 접합(2)이 사파이어 기판(3)의 상부 표면 상에 형성되고, 반사하는 금속 층(4)이 사파이어 기 판(3)의 하부 표면 상에 형성된다. 와이어들(7, 8)은, 인쇄 회로 기판(10) 상의 상응하는 애노드 및 캐소드 패드들(11, 12)과 (각각) 접착되고, 마찬가지로, 발광 다이오드 다이(1)의 상부 표면 상의 상기 애노드 및 캐소드 패드들(5, 6)과 (각각) 접착된다. 열압착(thermocompression), 열음파(thermosonic), 초음파(ultrasonic) 등의 와이어 본딩은, 와이어들(7, 8)이 발광 다이오드 패드들(5, 11) 및 인쇄 회로 기판 패드들(6, 12)과 (각각) 부착되기 위한 표준 방법이다. 금속 층(4)은 하부-방사된 빛을, p-n 접합(2)으로부터 상부로, 이상적으로는 발광 다이오드 다이(1)의 상부 표면을 통해 반사시킨다. 따라서, p-n 접합(2)에 의해 방사된 광들의 일부가 사파이어 기판(3)의 측면들을 통해 탈출할 수 있지만, 대부분의 빛은 발광 다이오드 다이(1)의 상부 표면으로부터 방사된다. 도 2는 인쇄 회로 기판(10)에 탑재된 발광 다이오드 다이(1) 를 위에서 내려다본 사진을 나타낸 것으로, 와이어들(7, 8)이 발광 다이오드 패드들(5, 6)과 (각각) 접착된 모습을 보여준다.
발광 다이오드들은 생체 내에서, 비-밀봉된(non-hermetically-sealed) 센서들로서 사용되어 왔고, 이러한 응용분야들에서, 발광 다이오드 기판(3)은 전형적으로 사파이어, 실리콘 또는 다른 유사한 물질인 반면에, 인쇄 회로 기판(10)은 통상적으로 세라믹 (알루미나) 또는 세라믹 합성물이다. 이러한 물질들은 일반적으로 물 또는 수증기에 영향을 받지 않으나, 와이어들(7, 8), 발광 다이오드 패드들(5, 6) 및 인쇄 회로 기판 패드들(11, 12)은 인체의 가혹한 환경으로부터 보호되어야만 한다. 따라서, 이들 구성 요소들은 전형적으로 폴리머 물질로 포장되나(encased), 상기 폴리머 물질은 공교롭게도 물 또는 수증기의 침입(infiltration)을 받기 쉽 다. 시간이 지나면서, 이 원하지 않는 물 침투성(permeability)은 상기 폴리머의 특성들에 영향을 끼칠 뿐만 아니라, 다양한 메커니즘들, 예를 들어, 유전 상수 열화, 산화, 전기적 단락들, 빈 공간(void space) 형성, 기판들 상의 금 패드들의 조각화(delamination) 등에 의해 상기 발광 다이오드의 조기 불량을 촉진시킨다.
도 3은 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판에 탑재되고, 전기적 연결들이 폴리머 물질로 포장된, 발광 다이오드 다이 상의 물 침입의 효과를 나타낸 것이다. 물이 발광 다이오드 다이(1)에 대한 상기 전기적 연결들로 하부로부터 침입하는 것을 인쇄 회로 기판(10)이 효과적으로 방지한다고 하더라도, 도 3에서 나타난 바와 같이, 물은 나머지 방향들로부터 상기 폴리머 물질(15)로 진입할 수 있다. 상기 물 침투성 문제를 강조하기 위해, 폴리머 물질(15)은 도 3에서 그 크기가 과장되었다.
발광 다이오드들이, 예를 들어, "플립 칩(flip chip)" 상태(orientation)와 같은 뒤집힌(inverted) 방식으로 인쇄 회로 기판에 탑재될 수 있음이 알려져 있으나, 이들 종래 기술들은, 그들 자체로는, 발광 다이오드들이 가혹한 환경에 배치되었을 때 물 침투성의 문제를 극복하는데 실패하였다. 나아가, 표준 칩-온-보드 디자인과 비교하면, 플립 칩 발광 다이오드들은 더 적은 빛을 방사하는데, 이는 상기 발광 다이오드의 하부 표면을 통해 방사된 빛, 즉, 상기 인쇄 회로 기판과 가장 가까운 표면을 통해 방사된 빛은, 일반적으로 산란되고, 즉 상기 발광 다이오드 내로 다시 반사되지 않고, 상부 표면을 통해 밖으로 반사되지 않기 때문이다. 따라서 종래 기술에 따른 플립 칩 발광 다이오드는, 생체 내에서 비-밀봉된 센서 내로의 물-침투성의 문제를 처리하는데에 실패할 뿐만 아니라, 표준 칩-온-보드 디자인보다 더 적은 빛을 방사한다.
본 발명의 실시예들에 따라, 일반적으로 가혹한 환경을 견디도록 설계된, 비-밀봉된 회로 패키지들, 하우징들(housings), 및 포장재들(encasements) 내에 포함된 반도체 발광 다이오드 소자들, 칩들, 및 칩-온-보드 회로가 개시된다. 일 실시예에서, 반도체 발광 다이오드 소자는, 실질적으로 투명한 기판, 상기 기판의 하부 표면상에 증착된 반도체 층, 상기 반도체 층과 연결되고, 상기 기판의 상기 하부 표면 상에 형성된 다수의 본딩 패드들, 및 각 본딩 패드들 상에 형성되고, 상기 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결하기 위한 미세 지주를 포함한다. 상기 발광 다이오드 기판 하부의 물 침입을 감소시키기 위해, 상기 기판의 상기 하부 표면과 상기 인쇄 회로 기판의 상기 상부 표면 사이에 언더필 층이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 상부 표면을 통해 방사된 빛을 확산시키기 위해, 상기 발광 다이오드 기판의 상부 표면에 확산기가 탑재될 수 있다.
다른 실시예에서, 반도체 발광 다이오드 소자는 (글루코스 센서와 같이) 주입 가능한 센서용으로 생성될 수 있고, 상기 발광 다이오드는 비-밀봉된 포장재 내에 포함되고, 상기 주입된 센서는 가혹한 환경 노출 내에서 연장된 기간들 동안 동작된다. 일 실시예에서, 매개체 내 분석물의 농도 또는 출현을 판단하기 위한 광-기반 센서는, 광도파로(optical wave guide)로서 기능하는 광 투과형(optically transmissive) 센서 몸체를 포함하고, 상기 센서 몸체는 상기 센서 몸체를 둘러싸는 외부 표면을 가진다. 상기 센서는 상기 센서 몸체 내에서 복사선을 방사하는, 상기 센서 몸체 내의 복사선 소스를 포함하고, 상기 복사선 소스는, 실질적으로 투명한 기판, 상기 기판의 하부 표면상에 증착된 반도체 층, 상기 반도체 층과 연결되고, 상기 기판의 상기 하부 표면 상에 형성된 복수의 본딩 패드들, 및 상기 본딩 패드들 상에 형성되고, 상기 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결하기 위한 복수의 미세 지주들을 더 포함한다. 상기 센서는 분석물의 농도 또는 출현에 의해 영향을 받는 광학적 특성을 가지는 지시 요소(indicator element)를 더 제공하며, 상기 지시 요소는, 상기 복사선 소스로부터 이동한 복사선을 수신하도록 상기 센서 몸체 상에 위치하며, 상기 센서 몸체로 복사선을 전파시킨다. 상기 센서는 또한, 상기 센서 몸체 내에 위치하고, 상기 센서 몸체 내에서 복사선을 수신하도록 위치하며, 상기 지시 요소로부터 수신한 복사선에 응답하는 신호를 방사하는 감광성(photosensitive) 요소를 포함한다.
다른 실시예에서, 인쇄 회로 기판에 플립 칩 상태로 발광 다이오드를 탑재하는 방법이 개시되고, 상기 방법은, (1) 상기 발광 다이오드의 제 1 표면으로부터 반사하는 층을 제거하는 단계, (2) 상기 발광 다이오드의 제 2 표면상의 각 본딩 패드를 미세 지주와 접착하는 단계, 상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면과 반대에 위치하며, (3) 상기 발광 다이오드가 플립 칩 상태로 탑재되도록, 상기 인쇄 회로 기판 상의 상응하는 본딩 패드들과 상기 미세 지주들을 접착하는 단계, 및 (4) 상기 발광 다이오드의 상기 제 1 표면을 통해 방사된 빛이 확산되도록, 상기 발광 다이오드의 상기 제 1 표면 상에 확산기를 탑재하는 단계를 포함한다.
이 발명의 상술한 이점들 및 다른 이점들은, 이하의 발명의 설명 및 첨부된 도면들에 의해 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판(10)에 탑재된 발광 다이오드를 나타낸 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판에 탑재된 발광 다이오드의, 위에서 내려본 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 종래 기술에 따른 인쇄 회로 기판에 탑재되고, 구성 요소들이 폴리머 물질로 코팅된 발광 다이오드 다이 상의 물 침입의 효과를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판에 탑재된 플립 칩 발광 다이오드 다이 상의 물 침입의 제한된 효과를 나타낸다.
도 5a 및 5b는, 각각 종래 기술에 따른 마스크되지 않은(unmasked) 인쇄 회로 기판과, 볼 발명의 실시예에 따른 마스크된 인쇄 회로 기판을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 열음파 본딩을 사용한 인쇄 회로 기판 상에 플립 칩 상태의 발광 다이오드 다이를 탑재하는 공정을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 유리 마이크로벌룬들 및 시안산염 에스테르의 혼합을 포함하는 언더필을 묘사하는 전자 현미경 사진을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 언더필 층과 함께 인쇄 회로 기판에 열음파로 접착된 플립 칩 발광 다이오드 다이를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 플립 칩 발광 다이오드에 탑재된 확산기를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 에너지가 인가되지 않은 상태 및 에너지가 인가된 상태에서의 확산기를 가지는 플립 칩 발광 다이오드의 사진을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 센서 내에 탑재된 플립 칩 발광 다이오드를 나타낸다.
본 발명의 실시예들은 비-밀봉된 또는 거의-밀봉된 회로 패키지들, 하우징들, 및 포장재들 내에서 가혹한 환경을 견디도록 설계된, 반도체 발광 다이오드 소자들, 칩들 및 칩-온-보드 회로와, 최대의 센서 지시 분자들(sensor indicator molecules)을 여기시키기 위해 상기 발광 다이오드에 의해 방사된 빛을 유익하게 확장시키는 확산기(diffuser)를 제공한다.
본 발명에서 주목하는 가혹한 환경은, 예를 들어, 수중(underwater) 또는 해수중(undersea)의 센서들과 같은 침수(submerged) 응용분야들, 글루코스(glugose) 센서들과 같은 주입(implanted) 의료 응용분야들, 및 습도 및 비 등의 극한들의 대상인 외부 응용분야들 등과 같이, 수분으로 채워진(moisture-laiden) 또는 흡습성의(hygroscopic) 다양한 환경들을 포함한다. 상기 발광 다이오드 소자는, 이들 가혹한 환경 내에서 물 또는 수증기로의 연속적인 노출 뿐 아니라 간헐적인(intermittent) 노출의 대상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 인쇄 회로 기판에 접착된 플립 칩 발광 다이오드 다이와, 물 침입을 방지하고 빛 반사성을 향상시키기 위한 상기 플립 칩 발광 다이오드 다이 및 상기 인쇄 회로 기판 사이의 언더필 층(underfill layer)을 제공 한다. 또한 다른 바람직한 실시예들에서, 본 발명은 빛 분배를 향상시키기 위한 확산기를 사용하는 플립 칩 발광 다이오드를 제공한다. 상기 플립 칩 상태는 유익하게 상기 발광 다이오드의 원거리 장 복사 패턴(far field radiation pattern)을 증가시키고, 상기 발광 다이오드 다이 벌크(bulk)를, 상기 발광 다이오드 다이 및 상기 인쇄 회로 기판 사이의 본드들(bonds) 상에 위치시킴으로써, 상기 플립 칩 상태는 상기 가혹한 환경으로부터 상당한 정도까지 이들 전기적 연결들을 보호한다. 상술한 바와 같이, 상기 바람직한 실시예는, 글루코스와 같은, 신체 내에서의 다양한 분석 대상물들(various analytes of interest)을 감지하는 주입 가능한 센서들 내에 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 플립 칩 발광 다이오드는, 비-밀봉된 또는 거의-밀봉된 포장재 내에 포함되고, 가혹한 환경, 즉 인체 내에서 연장된 기간들 동안 동작된다. 상기 플립 칩은, 열음파 본딩, 열압착 본딩, 초음파 본딩 및 용접(welding) 등과 같은 많은 기술들 중 어느 하나를 사용하여 상기 인쇄 회로 기판에 접착된다. 예를 들어, 상기 종래 기술에 설명한 바와 같이, 열음파 본딩은 솔더 상의 의료 용도 분야에서 중요한 이점을 제공하는데, 그 이유는, 금(gold)이 초음파 에너지를 사용하여 금에 용접되기 때문이다. 물론, 금은 생물학적으로 불활성이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판(20)에 탑재된 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)를 도시한다. 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)는 사파이어 기판(33) 상에 형성된 p-n 접합(32), p-n 접합(32)과 연결된 금 애노드 및 캐소드 패드들(5, 6), 열음파로 발광 다이오드 패드들(5, 6)과 접착된 금 미세 지주들(gold micro posts, 27, 28), 및 금 인쇄 회로 기판 패드들(21, 22)을 (각각) 포함한다. 도 4는 또한 인쇄 회로 기판(20)에 탑재된 플립 칩 발광 다이오드 다이(30) 상의 물 침입의 제한된 효과를 나타낸다. 인쇄 회로 기판(20)이 물이 열음파로 접착된 연결들 속으로 하부로부터 침투하는 것을 막을 뿐만 아니라, 발광 다이오드 기판(33) 자체도 물이 이들 연결들 속으로 침투하는 것을 막는다.
도 4에 나타난 바와 같이, 물 침투성은 확산 가능한 물질의 표면 면적에 따라 결정되기 때문에, 좁고, 노출된 확산 가능한 표면 영역(16)만이 상기 가혹한 환경에 나타난다. 일 실시예에서, 발광 다이오드 기판(33) 및 인쇄 회로 기판(20) 사이의 틈(gap)의 높이는 바람직하게는 약 20 내지 60 μm 이고, 보다 바람직하게는 약 30 내지 50 μm 이며, 가장 바람직하게는 약 40 μm 이다. 일 실시예에서, 플립 칩 발광 다이오드(30)의 상기 확산 가능한 표면 영역(16)은 바람직하게는 약 0.01 내지 약 1 mm2이고, 더 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.09 mm2이며. 가장 바람직하게는 약 0.05mm2이다. 상기 틈 높이와 상기 다이 길이의 곱은, 도 3 내에 나타난 종래 기술에 따른 발광 다이오드 다이(1)의 표면 영역보다 상당히 작은(예를 들어, 103 배 만큼), 확산 가능한 표면 영역을 산출한다.
일반적으로 인쇄 회로 기판(20)은 금속 도전 트레이스들을 최소한으로 노출하도록 설계되고, 바람직하게는, 상기 기판에 탑재된 구성 요소들, 즉, 상기 플립 칩 발광 다이오드, 보조(supporting) 칩들, 수동 회로 요소들 등의 바로 아래의 접촉 영역만을 노출하도록 설계된다. 일 실시예에서, 예를 들어, 고 임피던스 트레이 스들, 패드들, 회로 라우팅 등과 같이 중요한 금속배선(metallization)만이 노출된다. 이는 필수 구성 요소들을 전기적으로 연결하는데 절대적으로 필요한 금속만을 노출하기 위한, 모든 금속 도전체들의 세심한 레이아웃과 마스킹(masking)에 의해 완성된다. 유익하게, 상기 노출된 금속은 실질적으로, 상기 인쇄 회로 기판의 상기 표면에 탑재된 상기 구성 요소들에 의해 덮일 것이다. 도 5a는 종래 기술에 따른 패드들(17)을 가지는 마스크되지 않은(unmasked) 인쇄 회로 기판(10)을 나타낸다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 패드들(23)을 가지는 마스크된(masked) 인쇄 회로 기판(20)을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 열음파 본딩을 사용한 인쇄 회로 기판 상에 플립 칩 상태의 상용 발광 다이오드 다이를 탑재하는 공정을 나타낸 것이다. 일 실시예에서, 예를 들어, 니치아(Nichia) 사의 337 nm 발광 다이오드 다이, 팍스(Fox) 사의 360 nm 발광 다이오드 다이 등과 같은 상용 발광 다이오드 다이(1)는 p-n 접합(2), 사파이어 기판(3), 금속 층(4) 및 패드들(5, 6)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 발광 다이오드의 다이 크기는 약 310 μm 내지 320 μm 이나, 다른 실시예들에서, 상기 다이 크기는 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 패드들(5, 6)은 바람직하게는 약 5mm만큼 이격될 수 있다. 제 1 단계에서, 하부 금속층(4)은, 예를 들어, 황산 및 과산화수소(즉, 피란하 용기(piranha bath))의 혼합액을 포함하는 산에 의한 식각(acid etching), 염기에 의한 식각(base etching) 등과 같은, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 적절한 방법을 사용하여, 발광 다이오드 기판(3)으로부터 제거된다. 제 2 단계에서, 금 미세 지주 들(27, 28)은, 패드들(5, 6)로 (각각) 용접되거나, 예를 들어, 열음파로 접착된다. 보기 A는 패드들(5, 6)로 접착된 후의 미세 지주들(27, 28)의 사진을 나타낸다. 제 3 단계에서, 발광 다이오드 다이(1)는 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)가 되도록 뒤집히고, 금 미세 지주들(27, 28)은 인쇄 회로 기판(20) 상의 금 패드들(21, 22)과 열음파로 접착된다.
종래 기술에 따른 플립 칩 응용분야에서, 언더필 물질은 상기 플립 칩과 상기 인쇄 회로 기판 사이에 제공될 수 있다. 이 언더필 물질의 목적은, 상기 플립 칩과 상기 인쇄 회로 기판 사이의 열 확장 미스매치(mismatch)를 보상하고, 상기 인쇄 회로 기판으로의 솔더된(soldered) 플립 칩의 접착을 보강하기 위함이다. 상술한 종래 기술에 따른 폴리머 코팅 물질과 유사하게, 물 또는 수증기는 이 언더필 물질에 침투하고, 상기 언더필 물질의 유전 상수를 변화시키는데, 이것은 종래 기술에 따른 플립 칩의 조기 불량을 일으킬 수 있다. 전형적인 상용 언더필 물질들은 실질적인 수증기 확산을 허용하고, 결과적으로, 가혹한 환경에서 사용하기에 부적합하다.
본 발명의 실시예들은, 실질적으로 수증기 확산에 의해 침투되지 않는 언더필 물질을 제공하고, 따라서, 가혹한 환경에 사용하기에 적합하다. 다시 말해, 본 발명은 최소 한도로 극히 감소된 침투성을 가지는 언더필 물질을 제공한다. 일반적으로, 상기 언더필 물질은, 예를 들어, 고체 또는 가스-충전된 유리 마이크로벌룬들(glass microballoons), 유리(glass) 또는 라텍스(latex) 마이크로스피어들(microspheres), 화이트 알루미나 세라믹(white alumina ceramic), 산화 티타 늄(titanium(IV) oxide) 등과 같은 충전재가 첨가된, 예를 들어, 시안산염 에스테르(cyanate ester), 에포-텍(Epo-Tek) 301-2 등과 같은 폴리머이다. 상기 합성물의 총 중량 대비 충전재의 무게 비율은, 일반적으로, 약 5 % w/w로부터 약 70 % w/w이고, 상기 합성물의 총 중량 대비 폴리머의 상응하는 무게 비율은 약 30 % w/w 로부터 약 95 % w/w이다. 바람직한 실시예에서, 상기 충전재는 약 30 % w/w이고, 상기 폴리머는 약 70 % w/w이다.
실시예에서, 상기 언더필 물질은, 매우 낮은 유전 상수 및 매우 낮은 고유(intrinsic) 수증기 확산 특성들을 가진 시안산염 에스테르와 같은 폴리머에 유리 마이크로벌룬들을 첨가하여 형성된, 신택틱 폼(syntactic foam)이다. 아래에서 설명하겠지만, 이 실시예에서, 상기 고체 유리 또는 세라믹 마이크로벌룬들은, 증기 주입을 방해하고 유전성의 최적화를 제공하도록 잘 동작한다. 상기 마이크로벌룬들은 어떤 적절한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로벌룬들은, 단면에서 약 2 μm 정도로 작을 수 있고, 약 11 μm 정도로 클 수 있다. 일 실시예에서, 상기 신택틱 폼의 유기 및 비유기 구성요소들 사이의 점착을 향상시키기 위해, 점착 촉진제가 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 유리 마이크로벌룬들 및 상기 시안산염 에스테르 사이의 점착을 촉진하기 위해 실란(silane)이 사용된다. 이 실시예에서, 95% 에탄올 및 5% 물의 용액이 약 5 pH 레벨로 조절되고, 대략적으로 2% 체적비(volume-to-volume, (v/v))의 글리시독시프로필트리메톡시실란(GPS, glycidoxypropyltrimethoxysilane)이 첨가된다. 상기 마이크로벌룬들은 이 용액을 포함하는 비커에 첨가되고 흔들려(예를 들어, 휘저어짐), 진공 여과법(vacuum filtration)에 의해 상기 용액으로부터 분리되고, 약 110 ℃ 에서 약 1시간 동안 건조되며, 이후 작은, 부가적인 양의 글리시독시프로필트리메톡시실란과 함께, 그리고, 선택적으로, 작은 양의 염료(colorant)와 함께, 상기 시안산염 에스테르에 첨가된다. 다른 실란-기반의(silan-based) 점착 촉진제들, 비-실란-기반의 점착 촉진제들, 브릿징 시약들(bridging reagents) 등 또한 사용될 수 있다.
일반적으로, 유전체는 두 도전체들 사이의 절연 매개물, 즉, 전기적 절연체인 물질로서 정의된다. 물질의 유전 상수는 상기 물질의 유전율과 자유 공간(free space)의 유전율의 비로서 정의되고, 양호한 절연체는 5 이하의 유전 상수를 가진다. 예를 들어, 공기의 유전 상수는 1이고, 고체 폴리프로필렌(solid polypropylene)은 2.18, FR-4(보통의 회로 기판 합성물)은 4.5, 물은 80, 시안산염 에스테르는 2.7, 얼음은 3.2, 파라핀(paraffin)은 2, 그리고 유리는 3.8이다. 혼합된 물질들의 유전 상수는 단순히 상기 요소들의 유전 상수들의 가중 평균이다. 예를 들어, 상기 언급된 값들로부터, 얼음, 물 및 공기로 이루어진 눈의 유전 상수는 다음과 같이 표현될 수 있다: (%공기)*(l) + (%물)*(80) + (%얼음)*(3.2). 비록 공기와 물이 모두 5 이하의 양호한 절연 값들을 가지고 있으나, 물의 상대적인 비율이 눈의 최종 절연 특성들에 대해 가장 많은 영향을 미친다는 것은 자명하다.
바람직한, 고-임피던스 실시예에서, 상기 언더필 층은, 모두 5 이하인, 2.7의 유전 상수를 가지는 시안산염 에스테르, 3.8의 유전 상수를 가지는 유리, 및 1의 유전 상수를 가지는 공기로 만들어진다. 고 임피던스 보호가 필요하지 않을 수 있는 경우, 최대의 광 반사성을 위해 산화 티타늄이 상기 언더필 층 내에 포함될 수 있다. 일반 확산 하에서 수증기가 상기 언더필 층에 유입되면, 수증기는 상기 언더필 층의 유전 상수에 영향을 미칠 것이다. 일 실시예에서, 각각의 유리 마이크로벌룬은, 약 11 μm 의 지름과 약 1 μm 의 벽 두께를 가지는, 공기로 충전된 스피어(sphere)이다. 시안산염 에스테르가 마이크로벌룬들에 충전될 경우 (예를 들어, 약 30 %), 이들 유리 스피어들은 수증기에 의해 침투될 수 있는 부피를 감소시키고, 이는 물론 상기 유리 스피어들이 고체라 하더라도 동일하다. 상기 마이크로벌룬들 내의 공기는, 매우 낮은 유전값(즉, 1)을 가지고, 안정되고 건조한 상태를 유지한다. 따라서, 수증기에 의해 침투될 수 있는 상기 언더필 층의 부분이 크게 감소한다(즉, 상기 시안산염 에스테르 물질만이고 상기 마이크로벌룬들은 아님). 상기 언더필 층의 유전 상수는 다음과 같이 나타내어질 수 있다: (%공기)*(l) + (%시안산염 에스테르)*(2.7) + (%유리)*(3.8).
이 실시예에서, 상기 시안산염 에스테르 부분만이 수증기 잠식(encroachment)에 의한 가변성(variability)을 허용한다. 상기 유리 내에 밀봉된 상기 유리 및 상기 공기는 상기 수증기에 의해 영향 받지 않는다. 또한, 상술한 바와 같이, 시안산염 에스테르는 매우 낮은 수증기 침투 계수를 가진다. 물이 잠식하면서, 시안산염 에스테르의 실효값이 다소 증가한다; 그러나, 이러한 증가는 상기 높고, 건조하며, 안정된 공기 구성 요소에 의해 크게 상쇄되고, 상기 합성물은 수증기가 최대로 포화될 경우에 5 이하로 유지되며, 따라서 양호한 절연 특성들을 유지한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 유리 마이크로벌룬들 및 시안산염 에스테르의 혼합을 포함하는 언더필을 묘사하는 전자 현미경 사진을 나타낸다. 이 실시예에서, 상술한 바와 같이, 상기 시안산염 에스테르와의 점착을 향상시키기 위해, 상기 유리 마이크로벌룬들은 공기-충전되고, 약 11 μm 의 지름과 약 1 μm 의 벽 두께를 가지며, 실란과 함께 전처리(pre-treated)된 것이다. 이 실시예에서의 무게 비율들은 약 30 % w/w 마이크로벌룬들, 67 % w/w 시안산염 에스테르, 2 % w/w 글리시독시프로필트리메톡시실란 및 1 % w/w 흑색 염료이다.
다른 실시예에서, 상기 언더필 층은 산화 티타늄(IV), 유리 마이크로스피어들 등과 같은 빛-산란 충전재를, 에포-텍 301-2와 같은 광 에폭시(optical epoxy)에 첨가하여 형성된다. 이 실시예에서, 상기 빛-산란 충전재는 유익하게 상기 언더필 층의 반사성을 증가시킨다. 접착 촉진제가 또한 마찬가지로 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 언더필 층과 함께 인쇄 회로 기판에 열음파로 접착된 플립 칩 발광 다이오드 다이를 나타낸 것이다. 언더필 층(40)은 실질적으로 물 또는 수증기가 발광 다이오드 미세 지주들(27, 28) 및 패드들(5, 6), 및 인쇄 회로 기판 패드들(21, 22)로 침투하는 것을 막는다. 마이크로전자 다이들, 공통 집적 회로들, 주문형 반도체 회로들(ASICs), 등과 같은 인쇄 회로 기판(20) 상에 탑재된 다른 회로 구성요들로의 물 유입(incursion)을 방지하기 위해, 언더필 층(40)은 플립 칩 탑재 상태와 결합될 수 있다. 본 명세서에 설명된 글루코스 센서의 다양한 구성요소들이 그러한 방법들로 탑재될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 플립 칩 발광 다이오드에 탑재된 확산기를 개략적으로 나타낸 것이다. 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)는 인쇄 회로 기판(20)에 열음파로 접착되고, 상부 표면에 탑재된 확산기(50) 뿐만 아니라 또한 언더필 층(40)을 가진다. 일 실시예에서, 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)의 상부 표면을 통해 더 넓은 영역 상으로 방사된 빛을 분배도록, 확산기(50)는, 반구 또는 돔의 형태로 만들어지고, 일반적으로, 예를 들어, 에포-텍 301-2와 같은 폴리머로 만들어진다. 다른 실시예들에서, 상기 확산기(50)는 빛 분배를 향상시키는 다른 형상들을 가질 수 있다. 또한 빛 분배를 향상시키기 위해, 상술한 상기 언더필 층과 유사하게, 유리 마이크로벌룬들, 산화 티타늄(IV) 등과 같은 빛-산란 충전재가 확산기(50)에 포함될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 에너지가 인가되지 않은 상태(도 10a) 및 에너지가 인가된 상태(도 10b)에서의 확산기를 가지는 플립 칩 발광 다이오드의 사진들을 나타낸 것이다. 본 발명의 상기 확산기는 상기 발광 다이오드 다이로부터의 상기 빛의 원거리-장 복사 패턴을 실질적으로 증가시키고, 빛이 더욱 대칭적으로 분배되도록 한다. 소정의 양의 폴리머/충전재의 혼합물, 피펫(pipette) 등을 사용하여, 플립 칩 발광 다이오드(30)의 상부 표면으로 전달함으로써, 상기 확산기가 플립 칩 발광 다이오드(30) 바로 위에 형성될 수 있거나, 또는, 선택적으로, 미리-형성된 확산기가 플립 칩 발광 다이오드(30)의 상부 표면에 부착될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 센서 내에 탑재된 플립 칩 발광 다이오드를 나타낸다. 이 실시예에서, 센서(60)는 생체 내에서, 예를 들어, 글루코스 레벨들과 같은 환자의 분석 대상물을 검출하기 위한 센서이다. 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)는, 상술한 기술들에 따라, 인쇄 회로 기판(62)의 상부 표면에 탑재된다. 광감지기(64) 및 보조 전자기기들(supporting electronics, 66) 또한 상술한 기술들에 따라 인쇄 회로 기판(20)에 탑재된다. 형광 지시 분자들(fluorescent indicator molecules, 70)이 하우징의 바깥 표면의 일부 또는 전부로 인접하도록, 상기 인쇄 회로 기판(62)은 미-밀봉된 하우징(68)에 의해 봉해진다. 플립 칩 발광 다이오드 다이(30)는, 환자의 신체 내의 특정 분석물(예를 들어, 글루코스)의 농도에 따라 다른 파장의 형광을 발하는 지시 분자들(70)을, 특정 파장에서 조명한다. 형광 지시 분자들(70)에 의해 방사된 형광 빛은 광감지기(64)에 의해 측정되고, 이후 상기 환자의 신체 외부에 위치하는 수신기에 의해 신호가 감지된다. 다른 많은 센서 구조들은, 예를 들어, 콜빈 등(Colvin et al.)의 미국 등록 특허 제6,330,464호를 포함하는 본 발명의 가르침들로부터 이익을 얻을 수 있으며, 상기 개시 사항의 전체 내용은 참조로서 본 출원에 포함된다. 이 실시예에서, 상기 확산기를 포함하는 상기 발광 다이오드 다이는, 상기 센서의 표면 상의 더 많은 지시 분자들을 여기시키는, 빛의 더욱 대칭적인 분배를 가지도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 본 발명은, 기판 인쇄된 회로(substrate printed circuitry), 집적 칩 회로, 및 특히, 가혹한 환경을 견디는 발광 다이오드 다이, 및 비-밀봉되거나 거의-밀봉된 폴리머 포장재들을 사용한 침수된 응용분야들을 감안한다. 본 발명은 또한, 전형적으로 더 적은 제조 비용이 들고, 더 큰 정도로 작아질 수 있으며, 의료용 주입 응용분야들에 더욱 적합할 수 있는, 비-밀봉된 회로 포장재들의 사용을 가능하게 한다. 나아가 본 발명의 다양한 실시예들은, 종래 기 술에 따른 플립-칩 응용분야들에서 설명된 솔더 및 플럭스(flux)를 사용한 플립-칩 설치를 제거한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은, 솔더 및 플럭스 대신에, 납과 같은 솔더 구성요소들을 여과(leach)하지 않기 위한 의료 용도 모두에서 중요한, 금 용접된 미세 지주들을 사용한다. 이는 또한, 플럭스 잔류물(residue) 및 솔더 범핑과 함께 상기 기판 및 칩들 하부에 존재하는 플럭스 잔류물들을 적절하게 제거하는 어려움 또는 불가능함 때문에, 가혹한 환경에서 전자적인 신뢰도를 향상시키는데 유리하다.
본 발명의 다양한 실시예들은 또한, 칩 몸체 자체를 수분 확산 장애물로 사용하여, 보드 레벨 금속 배선의 본질적인 보호를 제공하고, 폴리머 합성물 언더필들의 노출된 확산 가능한 영역을 20 내지 70 μm * 칩 둘레로 최소화한다. 이는 노출되고 상기 소자 외부로부터의 수증기 확산에 상처받기 쉬운 폴리머 영역을 100 배 및 1000 배 감소시킨다.
더 나아간 실시예들에서, 특히 가혹한 환경 하에서, 물이 달리 상기 언더필의 조각화를 일으킬 수 있는 경우, 임의의 플립 칩 다이 및/또는 언더필에 앞서 점착 촉진제를 포함하는 회로 기판의 전처리는 비유기적/유기적 경계의 접착력을 증가시킨다.
또 다른 실시예들에서, 상기 발광 다이오드 다이 상에 생성된 상기 확산기는, 더 많은 지시 분자들을 여기시키고 센서의 더 높은 신호대 잡음 비율을 제공하기 위한 주입 가능한 센서 구조물 내에서, 여기 빛의 더 우수한 분배를 허용한다
본 발명의 다른 이점들은 향상된 전자 신뢰성을 포함한다. 상기 발명의 실시 예의 일 면에서, 더 나은 생체 적합성을 제공하고, 시간이 지남에 따라 쉽게 금속 산화가 되지 않으며, 솔더와 같은 독성 금속들이 없는, 금 금속 배선 및 열음파 용접의 사용에 의해 이것(발광 다이오드 다이)이 완성된다.
상기 발명의 더 나아간 실시예들에서, 플립-칩된 발광 다이오드 다이의 상기 언더필 합성 물질은, 최대 반사율을 제공하고 빛 수율을 최적화하며 수증기 잠식을 최소화하도록 설계된다. 상기 언더필 합성 물질은 또한, 가혹한 환경 내 응용분야에서, 수증기 잠식을 최소화하고 최적의 유전값을 유지하도록 설계된다.
상기 발명의 또 더 나아간 면들에서, 가혹한 환경을 위해 만들어진 회로들을 조립하는 공정들과 마찬가지로, 가혹한 환경에서 사용될 회로 또는 마이크로회로 "칩-온-보드" 기판들을 설계하는 방법들이 개시된다. 또한, 발광 다이오드로부터의 "레드 테일(red tail)" 방사들을 필터링하기 위한 저대역 필터 및 더욱 고품질의 방사 대역(bandwidth)이 제공된다.
본 발명은 발명의 구체적인 실시예들을 통해 설명되었으나, 많은 대안들, 수정들 및 변화들이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 여기에 설명된 상기 본 발명의 상기 바람직한 실시예들은 도시적인 것일 뿐, 제한하는 것은 아니다. 여기에 설명된 발명의 진정한 사상 및 최대의 범위로부터 출발하지 않고 다양한 변화들이 만들어질 수 있다.

Claims (42)

  1. 가혹한 환경용 발광 다이오드로서,
    실질적으로 투명한 기판;
    상기 기판의 하부 표면상에 증착된 반도체 층;
    상기 반도체 층과 연결되고, 상기 기판의 상기 하부 표면 상에 형성된 복수의 본딩 패드들; 및
    상기 본딩 패드들 상에 형성되고, 상기 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결하기 위한 복수의 미세 지주들(micro posts)을 포함하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어(sapphire)인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 층은 적어도 하나의 p-n 접합(junction)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 본딩 패드 및 상기 복수의 미세 지주들은 금인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 미세 지주들은 상기 복수의 본딩 패드들 및 상기 인쇄 회로 기판 상의 복수의 금 본딩 패드들의 각각과 접착되고, 하나의 미세 지주는 각 본딩 패드 쌍에 접착되는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미세 지주들은 열압착 본딩, 열음파 본딩, 초음파 본딩, 또는 용접을 사용하여 상기 본딩 패드들과 접착된 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상부 표면 상에 탑재되며, 상기 기판의 상기 상부 표면을 통해 방사된 상기 빛을 확산시키는 확산기를 더 포함하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    폴리머 및 충전재를 포함하고, 상기 기판의 상기 하부 표면과 상기 인쇄 회로 기판의 상부 표면 사이에 배치되며, 상기 기판 하부의 물 침입을 감소시키는 언 더필 층(underfill layer)을 더 포함하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전재는 복수의 마이크로벌룬들(microballons)을 포함하고, 상기 폴리머는 시안산염 에스테르(cyanate ester)인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 충전재는 빛-산란 충전재이고, 상기 폴리머는 광 에폭시인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 언더필 층은 약 70 % 의 무게가 폴리머이고, 약 30 % 의 무게가 충전재인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  12. 제 9 항에 있어서,
    각 마이크로벌룬은 약 2 μm 내지 약 11 μm 의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  13. 제 9 항에 있어서,
    각 마이크로벌룬은 약 11 μm 의 지름과 약 1 μm 의 벽 두께를 가지는 가스-충전된 스피어(sphere)인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산기는 빛 반사성을 증가시키는 산화 티타늄(IV)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산기는 빛 반사성을 증가시키는 마이크로벌룬들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 빛-산란 충전재는 산화 티타늄(IV)이고 상기 광 에폭시는 에포-텍(Epo-Tek) 301-2인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 마이크로벌룬들은 점착 촉진제로 전처리된 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 점착 촉진제는 실란(silane)인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  19. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산기는 실질적으로 투명하고, 반구형인 확산기인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 발광 다이오드.
  20. 복수의 금 본딩 패드들을 포함하는 상부 표면을 가지는 인쇄 회로 기판;
    실질적으로 투명한 기판, 상기 기판의 하부 표면 상에 증착된 반도체 층, 상기 반도체 층과 연결되고, 상기 기판의 하부 표면 상에 형성된 복수의 금 본딩 패드들, 및 상기 본딩 패드들 상에 형성되고, 상기 인쇄 회로 기판의 상기 금 본딩 패드들과 접착된 복수의 금 미세 지주들을 포함하는 발광 다이오드;
    폴리머 및 충전재를 포함하고, 상기 기판의 상기 하부 표면과 상기 인쇄 회로 기판의 상기 상부 표면 사이에 배치되며, 상기 발광 다이오드 기판의 하부의 물 침입을 감소시키는 언더필 층; 및
    실질적으로 투명하고, 반구형이며, 상기 기판의 상부 표면에 탑재되고, 상기 기판의 상기 상부 표면을 통해 방사된 빛을 확산시키는 확산기를 포함하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 충전재는 복수의 가스-충전된, 유리 마이크로벌룬들을 포함하고, 상기 폴리머는 시안산염 에스테르인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 언더필 층은 약 70 % 의 무게가 에폭시이고, 약 30 % 의 무게가 충전재인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  23. 제 21 항에 있어서,
    각 마이크로벌룬은 약 2 μm 내지 약 11 μm 의 지름, 및 약 1 μm 의 벽 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 충전재는 빛-산란 충전재이고, 상기 폴리머는 광 에폭시인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 빛-산란 충전재는 산화 티타늄(IV)이고 상기 광 에폭시는 에포-텍(Epo-Tek) 301-2인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 미세 지주들은 열압착 본딩, 열음파 본딩, 초음파 본딩, 또는 용접을 사용하여 상기 본딩 패드들과 접착된 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 마이크로벌룬들은 점착 촉진제로 전처리된 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 점착 촉진제는 실란인 것을 특징으로 하는 가혹한 환경용 반도체 소자.
  29. 광도파로(optical wave guide)로서 기능하고, 자신을 둘러싸는 외부 표면을 가지는 광 투과형(transmissive) 센서 몸체;
    실질적으로 투명한 기판, 상기 기판의 하부 표면상에 증착된 반도체 층, 상기 반도체 층과 연결되고, 상기 기판의 상기 하부 표면 상에 형성된 복수의 본딩 패드들, 및 상기 본딩 패드들 상에 형성되고, 상기 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결하기 위한 복수의 미세 지주들을 포함하며, 상기 센서 몸체 내에서 복사선(radiation)을 방사하는, 상기 센서 몸체 내의 복사선 소스(radiation source);
    분석물의 농도 또는 출현에 의해 영향을 받는 광학적 특성을 가지고, 상기 복사선 소스로부터 이동한 복사선을 수신하도록 상기 센서 몸체 상에 위치하며, 상기 센서 몸체로 복사선을 전파(transmit)시키는 지시 요소; 및
    상기 센서 몸체 내에 위치하고, 상기 센서 몸체 내에서 복사선을 수신하도록 위치하며, 상기 지시 요소로부터 수신한 복사선에 응답하는 신호를 방사하는 감광성(photosensitive) 요소를 포함하는, 매개체(medium) 내 분석물의 농도 또는 출현을 판단하기 위한 광-기반 센서.
  30. 제 29 항에 있어서,
    폴리머 및 충전재를 포함하고, 상기 기판의 상기 하부 표면과 상기 인쇄 회로 기판의 상부 표면 사이에 배치되며, 상기 기판 하부의 물 침입을 감소시키는 언더필 층을 더 포함하는 광-기반 센서.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 충전재는 복수의 마이크로벌룬들을 포함하고, 상기 폴리머는 시안산염 에스테르인 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 충전재는 빛-산란 충전재이고, 상기 폴리머는 광 에폭시인 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 언더필 층은 약 70 % 의 무게가 폴리머이고, 약 30 % 의 무게가 충전재인 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  34. 제 31 항에 있어서,
    각 마이크로벌룬은 약 2 μm 내지 약 11 μm 의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  35. 제 31 항에 있어서,
    각 마이크로벌룬은 약 11 μm 의 지름과 약 1 μm 의 벽 두께를 가지는 공기-충전된 스피어인 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  36. 제 29 항에 있어서,
    실질적으로 투명하고, 반구형이며, 상기 복사선 소스 기판의 상부 표면에 탑재되고, 상기 복사선 소스 기판의 상기 상부 표면을 통해 방사된 상기 빛을 확산시키는 확산기를 더 포함하는 광-기반 센서.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 확산기는 빛 반사성을 증가시키는 산화 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 확산기는 빛 반사성을 증가시키는 마이크로벌룬들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  39. 제 31 항에 있어서,
    상기 빛-산란 충전재는 산화 티타늄(IV)이고 상기 광 에폭시는 에포-텍(Epo-Tek) 301-2인 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  40. 제 30 항에 있어서,
    상기 마이크로벌룬들은 점착 촉진제로 전처리된 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 점착 촉진제는 실란인 것을 특징으로 하는 광-기반 센서.
  42. 발광 다이오드의 제 1 표면으로부터 반사 층을 제거하는 단계;
    상기 발광 다이오드의 제 2 표면 상의 각 본딩 패드를 미세 지주와 접착하는 단계;
    상기 발광 다이오드가 플립 칩 상태로 탑재되도록, 상기 인쇄 회로 기판 상 의 상응하는 본딩 패드들과 상기 미세 지주들을 접착하는 단계; 및
    상기 발광 다이오드의 상기 제 1 표면을 통해 방사된 빛이 확산되도록, 상기 발광 다이오드의 상기 제 1 표면 상에 확산기를 탑재하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면과 반대에 위치하는 것을 특징으로 하는, 인쇄 회로 기판에 플립 칩 상태로 발광 다이오드를 탑재하는 방법.
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