KR20100075757A - 발광 디바이스 - Google Patents

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KR20100075757A
KR20100075757A KR1020090129836A KR20090129836A KR20100075757A KR 20100075757 A KR20100075757 A KR 20100075757A KR 1020090129836 A KR1020090129836 A KR 1020090129836A KR 20090129836 A KR20090129836 A KR 20090129836A KR 20100075757 A KR20100075757 A KR 20100075757A
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lfa
lfb
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lead frame
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히토시 가마모리
사다오 오쿠
히로유키 후지타
게이이치로 하야시
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

유리 기판에 내장된 리드 프레임을 포함하고 높은 신뢰성을 갖는 발광 디바이스가 제공된다. 발광 디바이스는 발광 소자가 유리 기판의 표면에 형성된 오목부에 실장되고, 이 발광 소자를 덮기 위해 시일링 재료가 제공되는 구조를 갖는다. 리드 프레임이 유리 기판의 측면과 오목부의 바닥면에서 노출되도록 유리 기판에 내장된다. 오목부에서 노출된 리드 프레임의 일부가 발광 소자와 전기적으로 접속된다. 상기 서술된 구조에 의해서, 발광 디바이스의 내구성이 개선된다.

Description

발광 디바이스{LIGHTING DEVICE}
본 발명은 유리 기판을 사용하는 패키지 재료에 발광 소자가 실장되어 있는 발광 디바이스에 관한 것이다.
최근, 유리 패키지를 사용하는 전자 부품이 실제로 사용되어 오고 있다. 유리 재료는 습기 또는 오염 물질이 외부로부터 들어오는 것을 방지하고, 높은 기밀 성을 가진다. 유리 재료는 반도체 소자가 형성되는 실리콘 기판과 열팽창 계수가 흡사하다. 그러므로, 반도체 소자가 유리 패키지에 실장되는 경우에 접합의 신뢰성이 개선된다. 또한, 유리 재료는 비용이 낮으므로, 제조 비용의 증가가 억제될 수 있다.
도 19는 유리 재료에 LED 소자가 실장되어 있는 LED 발광 디바이스의 단면 구조를 도시한다. 이러한 기판은 예를 들면, 일본 특허 공개 번호 JP 2007-042781 A(이후, 특허 문헌 1이라고 칭한다)의 도 1에 개시되어 있다. 도 19에 도시된 것같이, 관통-전극(52)이 유리 기판(51) 위에 형성된다. 접속을 위한 전극 금속화물(53B)이 관통 전극(52) 위에 형성된다. 복수의 LED 소자(56A)가 전극 금속화물(53B)에 실장된다. LED 소자(56A)의 상면은 배선(57)를 통해서 전극 금속화물(53B) 중 하나에 전기적으로 접속된다. 외부 접속용 전극 금속화물(53A)이 유리 기판(51)의 하면에 형성된다. 전극 금속화물(53A)은 관통 전극(52)에 전기적으로 접속된다. 그러므로, 하면에 형성된 전극 금속화물(53A)로부터 LED 소자(56A)에 전력이 공급될 수 있다.
관통 구멍(58)이 형성된 Si 기판(54)이 유리 기판(51)의 상면에 설치되어 LED 소자(56A)를 둘러싸도록 한다. Si 기판(54)은 유리 기판(51)의 상면에 애노드 접합된다. Si 기판(54)은 경사진 내벽 표면을 갖는다. 반사막(55)이 내벽 표면에 형성된다. LED 소자(56A)로부터 방사된 광은 반사막(55)에서 반사되고, 상방향으로 방향성을 갖는 광으로서 방사된다. 복수의 LED 소자(56A)가 실장되므로, 발광 세기가 증가될 수 있다. LED 소자(56A)로부터 발생된 열은 관통-전극(52)과 전극 금속화물(53A)을 통해서 외부로 방출될 수 있다.
유리 기판(51)의 관통 전극(52)은 다음과 같이 형성된다. 즉, 유리 기판(51)에 형성된 관통 구멍의 내벽은 Cu 또는 Ni로 도금되고, 관통 구멍은 도전성 수지 또는 땜납으로 채워진다. 유리 기판(51)의 후면(저면)에 위치하는 전극 금속화물(53A)은 다음과 같이 형성된다. 스퍼터링 또는 증발에 의해 Ti층이 유리 재료의 표면에 증착된다. Ti층을 보호하는 배리어층으로서 기능하는 Pt층 또는 Ni층이 스퍼터링 또는 증발에 의해 Ti층에 증착된다. 그 다음, 표면 산화를 방지하기 위한 Au층이 스퍼터링 또는 증발에 의해 증착된다. 그 결과로서 생긴 층들이 감광 처리에 의해 패터닝된다.
도 20은 LED 발광 소자(61)가 유리 재료에 내장되는 발광 디바이스(60)를 개 략적으로 도시한다. 이러한 구조는 예를 들면, 일본 특허 공개 번호 JP 2007-306036 A(이후, 특허 문헌 2라고 칭한다)의 도 1에 개시되어 있다. 도 21은 몰드를 이용하여 유리 시일링되기 직전의 상태의 발광 디바이스(60)를 도시한다(특허 문헌 2의 도 3참조). LED 발광 소자(61)는 범프(62)를 통해서 서브-마운트(63) 위에 표면 실장된다. 서브-마운트(63)는 리드(64A, 64B)의 첨단에 형성된 단차 부분에 연결되고, 시일링 부재(65)로 덮여있다. 시일링 부재(65)로서 유리가 사용된다. 유리로 만들어진 시일링 부재(65)는 리드(64A, 64B)의 하측에서는 얇고 LED 발광 소자(61)로부터 방사된 광의 출력측에서는 볼록하게 두껍게 되도록 형성된다.
전체 발광 디바이스(60)에서, LED 발광 소자(61)는 LED 발광 소자(61)의 열팽창계수의 150% ~ 500%의 범위에서 각각 열팽창계수를 갖는 투명한 유리 부분과 금속 부분으로 둘러싸여 있다. 공급 부재(리드(64A, 64B))와 시일링 부재(65)는 LED 발광 소자(61) 또는 서브-마운트(63) 보다 열팽창 계수가 더 크게 만들어진다. 그러므로, 열 수축 차이로 인한 크랙의 발생을 방지하도록 스트레스 방향이 조정될 수 있다.
발광 디바이스(60)를 제조하는 방법은 다음과 같다. 얇은 유리 시트(68), LED 발광 소자(61)가 실장되는 서브-마운트(63), 서브-마운트(63)에 전기적으로 접속된 2개의 리드(64A, 64B), 서브-마운트(63) 위에 위치하는 두꺼운 유리 시트(67)는, 표면 위에 형성된 반원형 오목부(71A)를 갖는 상부 몰드(71)와 바닥이 평평한 오목부(72A)를 갖는 하부 몰드(72) 사이에 놓여진다. 그 후, 유리 시트(67, 68)가 진공 분위기에서 450℃로 가열되어 연화되는 동안, 상부 몰드(71)와 하부 몰드(72) 가 화살표로 표시된 방향으로 움직여서 유리 시트(67, 68)를 가압한다. 그 결과, 유리 시트(67, 68)는 도 20에 도시된 시일링 부재(65)와 동일한 돔(dome) 형상으로 형성된다.
그러나, 특허 문헌 1에 서술된 것같이 도전성 수지가 관통 구멍에 채워지고, 열 처리에 의해 경화되어 관통 전극을 형성하면, 경화 중의 축소로 인해서 기밀성을 유지하기가 어렵다. 또한, 광 방사 동안에 LED 발광 소자는 열을 발생한다. 그러므로, LED 발광 소자가 반복적으로 온, 오프될 때, 온도가 반복해서 증가 및 감소하는 온도 주기가 발생하므로, 팽창 및 축소가 반복된다. 그 결과, 유리와 관통 전극 사이의 인터페이스의 기밀성이 감소되므로, 습기가 외부로부터 들어감으로써 LED 발광 소자의 수명을 단축시킨다.
특허 문헌 1에서, 도전성 수지 또는 땜납이 관통 구멍에 채워지고 경화되어 관통 전극을 형성한다. 또한, 스퍼터링 또는 증발에 의해 도전막이 증착되고, 후면 전극 패턴이 포토 마스크를 사용하는 감광 처리에 의해 형성된다. 그 결과, 제조 단계의 수가 증가되어, 비용이 비싸 진다.
특허 문헌 2에 서술된 LED 발광 소자에서, 발광면측에 위치하는 시일링 부재(65)는 돔 형상 또는 볼록 형상으로 구부려지므로, LED 발광 소자(61)로부터 방사된 광이 모든 방향으로 확산된다. 그러므로, LED 발광 소자(61)로부터 방사된 광은 상측 방향으로 집중될 수 없으므로, 방사된 광이 효율적으로 사용될 수 없다. 발광 디바이스(60)에서, 열 팽창 계수 차이에 기초한 내부 스트레스가 LED 발광 소자(61)의 중앙을 향한 압축 스트레스가 되도록 시일링 부재(65)의 열 팽창 계수가 LED 발광 소자(61) 또는 서브-마운트(63)의 열 팽창 계수보다 큰 값으로 조정됨으로써 유리 재료에 크랙이 생기는 것이 방지된다. 그래서, LED 발광 소자(61)를 시일링하는 시일링 부재(65)의 형상이, 예를 들면 방향성을 갖는 광을 방사하기 위해 오목 형상으로 변경될 때, 중앙을 향한 압축 스트레스가 불균형해지므로, 크랙으로 인해 신뢰성을 감소시키는 경향이 있다.
특허 문헌 2에 서술된 제조 방법에서, 유리로 만들어진 시일링 부재가 연화되어서 LED 발광 소자(61)를 시일링하므로, LED 발광 소자(61)는 예를 들면 450℃ 이상의 높은 온도에 노출된다. LED 발광 소자가 배선 접합에 의해 배선에 연결될 때, 연화된 유리가 높은 점성을 가지기 때문에 배선은 유리에 의해 압착된다. 인광체가 시일링 부재(65)에서 분산되어 LED 발광 소자로부터 방사된 광의 파장을 다른 파장으로 변환될 때, 고온으로 인해서, 이용가능한 인광체의 유형이 제한된다. 또한, 고온과 고점성 유리에서 인광체를 균일하게 분산하는 것이 어려우므로, 원하는 효과가 얻어질 수 없다. 그러므로, LED 발광 조사의 구조 또는 실장 구조가 한정되는 문제가 있다.
상기를 고려하여, 본 발명의 목적은 감소된 수이 제조 단계로 제조될 수 있으며, 높은 신뢰성을 갖는 전자 장치와, 이 전자 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 발광 디바이스는 발광 소자가 전면과, 이 전면에 대향하는 후면, 및 원주에 위치하는 측면을 갖는 유리 기판 위에 실장되는 구조를 갖는다. 유리 기판의 전면에 오목부가 형성된다. 리드 프레임이 유리 기판에 내장되어 유리 기판의 측면 및 오목부의 바닥면 위에서 노출되도록 한다. 오목부에서 노출되는 리드 프레임의 부분이 발광 소자에 전기적으로 접속된다. 이 발광 소자를 덮도록 시일링 재료가 제공된다.
아래로 돌출하는 돌출부가 리드 프레임에 설치된다. 돌출부는 유리 기판을 통과하여 유리 기판의 후면에서 노출된다. 또한, 돌출부는 발광 소자의 실장 표면 바로 아래에 형성된다.
또한, 유리 기판은 오목부가 형성되는 적어도 유리 기판의 영역에서 백색 및 유백색 중 하나를 갖는다. 시일링 재료는 금속 알콕사이드로 만들어진다.
또한, 유리 기판과 리드 프레임 사이의 열 팽창 계수 차이는 4 x 10-6/K(K는 켈빈) 이하로 설정된다. 또한, 유리 기판은 8 x 10-6/K ~ 11 x 10-6/K의 범위에 있는 열 팽창 계수를 가지며, 리드 프레임은 4 x 10-6/K ~ 15 x 10-6/K의 범위에 있는 열 팽창 계수를 가진다.
리드 프레임의 재료의 예는 Ni 및 Fe를 포함하는 합금, 및 다른 금속 재료가 서로 접합된 클래드 재료를 포함할 수 있다. 클래드 재료는 Cu 금속을 포함한다.
Au로 만들어진 박막이 리드 프레임으로서 형성된다. 리드 프레임에 포함된 금속 재료의 산화물인 산화막은 리드 프레임과 유리 기판 사이의 접합 인터페이스에서 형성된다.
유리 기판에 내장된 리드 프레임의 영역에 관통 구멍이 형성된다. 리드 프레임은 유리 기판의 측면에서 돌출한다.
상기 설명된 구조에서, 기밀성 및 온도 주기의 신뢰성이 개선된다.
본 발명에 따르는 발광 디바이스는 발광 소자가 유리 기판에 실장되는 구조를 갖는다. 유리 기판은 전면, 이 전면과 대향하는 후면, 및 주변에 위치하는 측면을 갖는다. 전면은 오목부를 갖는다. 발광 소자는 오목부에 실장된다. 리드 프레임이 유리 기판에 내장된다. 리드 프레임의 일부가 유리 기판의 측면과 오목부의 바닥면에서 노출된다. 오목부의 바닥면에서 노출된 리드 프레임의 부분이 발광 소자와 전기적으로 접속된다. 발광 소자는 시일링 재료고 덮여진다. 이러한 구조에서, 유리 기판과 리드 프레임 사이의 접촉력이 높으므로, 우수한 내구성을 가진 발광 디바이스가 구현될 수 있다. 측면에서 노출된 리드 프레임의 부분은 발광 소자에 전압을 인가하는 단자로서 사용될 수 있다.
유리 기판을 통과하며 후면에서 노출된 돌출부가 리드 프레임에 설치될 수 있다. 리드 프레임에 돌출부가 설치될 때, 발광 소자에 의해 발생된 열이 리드 프레임 또는 돌출부를 통해서 외부로 방출된다. 발광 소자가 실장되는 영역 바로 아래에 돌출부가 형성될 때, 방사 효율이 더욱 개선된다.
이후, 본 발명에 따른 발광 디바이스를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[실시예1]
도 1A 및 1B는 본 발명의 실시예 1에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략도이다. 도 1A는 발광 디바이스를 도시하는 단면도이고, 도 1B는 발광 디바이스를 도시하는 탑뷰이다. 도 1B의 라인 X-X을 따라서 취해진 부분의 단면이 도 1A에 도시되어 있다. 오목부(6)는 유리 기판(2)의 중앙 부분에 설치되어 있다. 오목부(6)는 지름이 상방향으로 증가하는 모르타르 형상을 갖는다. 도 1A 및 1B에서, 전극(비도시)은 LED(3)의 저면에 형성되고, 도전성 재료(비도시)를 통해 리드 프레임(LFa)에 전기적으로 접속된다. 전극(비도시)은 LED(3)의 상면에 형성되고, Au 등으로 만들어진 배선(4)를 통해 오목부(6)의 바닥면에서 노출된 리드 프레임(LFb)에 전기적으로 접속된다. 시일링 재료(5)가 오목부(6)에 적용되고, LED(3)와 배선(4)을 덮어서, LED(3)와 배선(4)이 공기에 노출되는 것이 방지되도록 한다.
각각의 리드 프레임은 얇은 판 형상 또는 선형 형상을 갖는 금속 또는 합금으로 일체적으로 형성된 컨덕터이다. 그러므로, 리드 프레임은 반도체 분야에서 사용되는 테이프 형상의 금속 판을 에칭 또는 스탬핑함으로써 형성된 컨덕터 또는 금속을 연장함으로써 형성된 선형 컨덕터일 수 있다.
도 1B에 도시된 것같이, 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출된 각각의 리드 프레임(LFa, LFb)의 영역의 라인 폭은, 오목부(6) 근방에 위치하고 유리 기판(2)을 통과하는 각각의 리드 프레임(LFa, LFb)의 영역의 라인 폭보다 좁다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 측면을 따라서 구부러지고, 유리 기판(2)에 접합된다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 구부러진 부분은 단자(9a, 9b)로서 기능한다. 단자(9a, 9b) 사이에 전력이 공급되어 LED(3)로부터 광을 방사한다. LED(3)로부터 방사된 광은 위로 진행되고, 오목부(6)의 벽면에서 위로 반사되므로, 광에 방향성이 주어진다. 리드 프레임(LFa)은 LED(3) 아래에 위치하므로, LED(3)에서 발생된 열이 리드 프레임(LFa)을 통해서 외부로 방출될 수 있다. 즉, 리드 프레임(LFa, LFb)은 전원 공급 장치뿐 아니라 방사 장치로서 기능한다.
유리 기판(2)과 리드 프레임(LFa, LFb) 사이의 열 팽창 계수 차이는 바람직하게 4 x 10-6/K이하 이다. 실장된 LED(3)의 온/오프의 반복으로 인한 열 주기에 유리 기판(2)과 리드 프레임(LFa, LFb)이 노출된 경우에도, 열 팽창 계수 차이가 4 x 10-6/K 이하의 값으로 설정될 때, 리드 프레임(LFa, LFb)과 유리 기판(2) 사이의 접 합이 유지되므로, 리드 프레임(LFa, LFb)과 유리 기판(2) 사이에서 기밀성이 유지된다. 그러므로, 실장된 LED(3)의 신뢰성이 개선된다.
유리 기판(2)의 열 팽창 계수는 8 x 10-6/K ~ 11 x 10-6/K의 범위에 설정되고, 리드 프레임(LFa, LFb)의 열 팽창 계수는 4 x 10-6/K ~ 15 x 10-6/K의 범위에 설정된다. 그 결과, 리드 프레임(LFa, LFb)의 사용가능한 재료 범위는 유리 기판(2)과의 열 팽창 계수의 차이의 현저한 증가없이 연장될 수 있다.
NiFe 합금 또는 Kovar가 리드 프레임(LFa, LFb)에 대해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 42% NiFe 합금 또는 45% NiFe 합금이 사용될 수 있다. 합금은 열 팽창 계수가 유리 재료와 흡사하며, 유리 재료와 우수한 접합성을 갖는다. 리드 프레임(LFa, LFb)으로 형성된 후면 전극(3a, 3b)의 표면이 Ni 또는 Au으로 도금될 때, 납땜이 용이해진다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 두께는 실질적으로 0.1 mm ~ 0.5mm의 범위에 있다.
금속 또는 절연체로 만들어진 다층막이 오목부(6)의 경사면 및 바닥면 위에 형성되어 반사면으로서 기능할 수 있다. 그 결과, LED(3)로부터 방사된 광이 위로 효율적으로 반사될 수 있다. 반사막의 형성 대신에, 백색 또는 유백색을 나타내는 재료가 유리 기판(2)에 대해 사용될 수 있다. 예를 들면, 유리 재료는 인산(P2O5), 알루미나(Al2O3), 산화 칼슘(CaO), 산화 붕소(B2O3), 산화 마그네슘(MgO), 산화 바륨(BaO) 등의 산화물과 혼합되어 유백색 유리를 얻을 수 있다. 백색 또는 유백색 은 LED(3)로부터 방사된 광 또는 LED(3)에서 발생된 열에 의해 변화되지 않으므로, 발광 디바이스(1)의 열화가 방지될 수 있다.
유리 기판(2)이 형성되어 처리된 후 시일링 재료(5)가 제공되므로, 인광체를 분산하기에 적합한 점성을 갖는 재료가 시일링 재료(5)로서 선택될 수 있다. 시일링 재료(5)는 유리가 연화되는 고온에 노출되지 않는다. 그러므로, 시일링 재료(5)에 혼합되는 인광체에 대한 선택이 제한되지 않는다. 사용되는 시일링 재료(5)는 금속 알콕시화물 또는 금속 알콕시화물에서 생성된 폴리메탈록산을 경화하여 얻어진 실리콘 산화물이 가능하다. 금속 알콕시화물 또는 금속 알콕시화물에서 생성된 폴리메탈록산이 상기 서술된 것같이 시일링 재료(5)로서 사용될 때, 발광 디바이스(1)는 무기 재료만을 사용하여 제조될 수 있다.
다음은 실시예 1에 관계된 리드 프레임의 변형을 다음과 같이 설명한다.
[변형예 1]
도 2A 및 2B에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 1에 도시된 구성의 변형예이다. 도 2B는 발광 디바이스(1)를 도시하는 탑뷰이고, 도 2A는 도 2B의 Y-Y선을 따라서 취한 부분의 단면을 도시한다. 오목부(6)가 유리 기판(2)의 중앙부에 형성된다. 오목부(6)는 지름이 상방향으로 증가하는 모르타르 형상을 갖는다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 오목부(6)의 바닥으로부터 유리 기판(2)을 통과하며 유리 기판(2)의 측면에서 노출된다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 측면으로부터 돌출되며, 리드 프레임(LFa, LFb)의 돌출된 부분은 단자(10a, 10b)로서 동작 한다. 그러므로, LED(3)에서 발생된 열은 리드 프레임(LFa, LFb)을 통해 단자(10a, 10b)로 전달되어, 외부로 방출된다. 단자(10a, 10b)는 유리 기판(2)에 접합되지 않으므로, 방사 효율이 개선된다.
변형예 1에서, 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)에 내장된 리드 프레임(LFa, LFb)의 영역에 관통 구멍(7)을 갖는다. 관통 구멍(7)은 리드 프레임(LFa, LFb)이 유리 기판(2)에 내장되어 있는 경우에 유리 재료의 흐름을 증진시키도록 형성된다. 즉, 리드 프레임(LFa, LFb)이 유리 기판(2) 위에 놓여지고, 가열되면서 몰드에 의해 가압될 때, 연화된 유리 재료가 관통구멍(7)을 통해서 리드 프레임(LFa, LFb)의 상측으로 짧은 시간에 흘러들어 간다. 다른 구조, 리드 프레임(LFa, LFb)의 재료, 유리 기판(2)의 재료, 및 시일링 재료(5)는 실시예 1에서와 동일하므로, 설명을 생략한다.
이 구조에서, 각각의 리드 프레임(LFa, LFb)에 설치된 관통구멍(7)의 수는 한개이다. 그러나, 다수의 관통구멍(7)이 설치될 수도 있다. 다수의 관통구멍(7)은 유리 기판(2)이 연화되는 경우에 유리 재료의 흐름을 개선시킨다.
[변형예 2]
도 3에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 2에 도시된 구성을 변환하는 다른 예이다. 오목부(6)가 유리 기판(2)의 표면의 중앙부에 설치된다. 2개의 리드 프레임(LFa, LFb)이 오목부(6)의 바닥면(2d)으로부터 유리 기판(2)을 통과하며, 측면에서 노출되고, 서로 대향한다. 변형예 2에서, 리드 프레임(LFa, LFb)이 위치하 는 방향에 직교하는 방향으로 리드 프레임(LFc, LFd)이 더 설치된다. 각각의 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)은 유리 기판(2)의 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출되며, 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)에 내장되고, 유리 기판(2)의 측면에서 노출되며, 유리 기판(2)에 접합된다. 유리 기판(2)의 측면에서 노출된 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)의 부분들은 단자(9a, 9b, 9c, 9d)로서 기능한다. 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)은 유리 기판(2)에 내장된 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)의 영역에 형성된 관통 구멍(7a, 7b, 7c, 7d)를 가진다. 리드 프레임(LFc, LFd)은 단일 건덕터 시트 또는 단일 컨덕터 바(bar)로 형성된다.
LED(3)는 애노드 전극 및 캐소드 전극이 상면에 형성되어 있는 구조를 갖는 LED로서, 오목부(6)의 중앙부에 위치된 리드 프레임(LFc, LFd)에 고열 도전성 접착제에 의해 고정된다. LED(3)의 상부에 형성된 애노드 전극(비도시) 및 캐소드 전극(비도시)이 배선(4a, 4b)을 통해 리드 프레임(LFa, LFb)에 전기적으로 접속되므로, 전력이 리드 프레임(LFa, LFb)으로부터 LED(3)로 공급된다.
리드 프레임(LFc, LFd)은 LED(3)에서 발생된 열을 방사하기 위한 열 컨덕터로서 기능한다. 도 3에서, 관통구멍(7c, 7d)이 리드 프레임(LFc, LFd)에 형성된다. 그러나, 관통 구멍의 크기가 감소되거나 제거될 때, 리드 프레임(LFc, LFd)의 열 저항이 리드 프레임(LFa, LFb)의 열 저항보다도 작은 값으로 감소될 수 있으므로, LED(3)에서 발생된 열은 외부로 효과적으로 방출될 수 있다. 다른 구조는 도 1 ~ 2와 동일하므로, 설명을 생략한다.
[변형예 3]
도 4A 및 4B에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 3에 도시된 구성을 변환하는 다른 예이다. 도 4A는 발광 디바이스(1)의 단면을 개략적으로 도시하고, 도 4B는 발광 디바이스(1)의 탑 아웃라인을 개략적으로 도시하고, 도 4C는 도 4B에 도시된 발광 디바이스(1)의 변형예를 도시한다. 도 4B에 도시된 것같이, 2개의 리드 프레임(LFa, LFb)은 오목부(6)의 바닥면으로부터 유리 기판(2)을 통과하고, 유리 기판(2)의 측면에서 노출된다. 리드 프레임(LFc, LFd)이 리드 프레임(LFa, LFb)이 위치하는 방향에 직교하는 방향으로 더 설치된다. 각각의 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)은 유리 기판(2)에서 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출되고, 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)에 내장된다. 각각의 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)은 유리 기판(2)의 측면으로부터 돌출하고, 각각의 리드 프레임(LFa, LFb, LFc, LFd)의 돌출부는 단자(10a, 10b, 10c, 10d)로서 기능한다. 그러므로, 단자(10a, 10b)는 LED(3)에 전원 공급기로서 기능하고, 단자(10c, 10d)는 방사 핀(fin)으로서 기능한다. 다른 구조는 실시예 3에서와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
도 4C에 도시된 구조에서, 단자(10'c, 10'd)가 단자(10c, 10d)보다 면적이 더 크도록 형성된다. 그러므로, 단자(10'c, 10'd)는 방사 핀으로서 더 높은 기능을 가지므로, LED(3)에서 발생된 열은 외부로 더 효과적으로 방출될 수 있다.
[변형예 4]
도 5에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 1에 나타낸 구성을 변환하는 다른 예 이다. 이 변형예 4에서, 산화막이 유리 기판(2)과 리드 프레임(LFa, LFb) 사이에 형성되어 유리 기판(2)과 리드 프레임(LFa, LFb) 사이의 접합을 개선한다.
도 5에 도시된 것같이, 유리 기판(2)의 중앙부에 오목부(6)가 형성된다. 오목부(6)는 지름이 상방향으로 증가하는 모르타르 형상을 갖는다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 오목부(6)의 바닥면에서 노출되며, 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)을 통과하며, 유리 기판(2)의 측면에서 노출된다. 발광 소자인 LED(3)가 오목부(6)의 바닥면에서 노출된 리드 프레임(LFa)의 표면에 실장된다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 금속 재료를 산화하여 얻어진 산화막(8)이 리드 프레임(LFa, LFb)과 유리 기판(2) 사이에 형성된다. 이와 같이 산화막(8)이 형성되어, 유리 기판(2)과 리드 프레임(LFa, LFb) 사이의 접합 또는 접착이 개선된다. 다른 단자와 전기 접속을 형성하도록 적어도 LED(3)가 실장되는 리드 프레임(LFa)의 표면, 배선(4)과 리드 프레임(LFb)의 연결면 및 리드 프레임(LFa, LFb)의 단자(9)의 노출면으로부터 산화막(8)의 일부가 제거된다.
[변형예 5]
도 6에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 1에 나타낸 구성을 변환하는 다른 예이다. 이 변형예 5에서, 2개 이상의 종류의 다른 금속이 서로 접합되는 클래드 재료가 리드 프레임(LFa, LFb)에 대해서 사용된다. 예를 들면, 제1 층이 NiFe 합금층(LFa1, LFb1)이고, 제2 층이 Cu층(LFa2, LFb2)이라고 가정한다. 또한, NiFe 합금층이 제3 층으로서 더 설치될 수 있다. 다른 구조는 도 1에 나타낸 구조와 동 일하므로, 설명은 생략한다.
이 구조에서, 리드 프레임(LFa, LFb)의 열 팽창계수는 유리 재료(2)의 열팽창 계수와 유사하므로, 예를 들면, 열팽창 계수 차이는 4 x 10-6/K 이하의 값으로 설정된다. 또한, 작은 전기 저항 및 높은 열 전도율이 얻어질 수 있다. 그래서, 전력이 LED(3)에 공급되는 경우에 전압 강하가 감소될 수 있다. LED(3)에서 발생된 열은 리드 프레임(LFa, LFb)을 통해서 효율적으로 방사될 수 있다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 제1 층이 NiFe 합금층이고, LED(3)가 실장되어 있는 제2 층이 Cu층일 때, 리드 프레임(LFa, LFb)에 납땜할 수 있다. NiFe 합금층이 외부에 노출된 때라도, Cu 또는 Au로 도금함으로써 납땜이 용이해진다.
[변형예 6]
도 7A 및 7B에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 1에 나타낸 구성을 변환하는 다른 예이다. 이 변형예 6에서, 발광 디바이스(1)의 측면에서 노출된 단자는 발광 디바이스(1)의 후면(13)과 동일한 면을 따라서 구부러진다. 측면에서 노출된 단자를 제외한 구조는 상기 설명된 구조와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
도 7A에서, 발광 디바이스(1)의 측면에서 노출된 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 측면 및 후면(13)으로 구부러져서 접합됨으로써, 2개의 단자(11a, 11b)를 형성한다. 그러므로, 발광 디바이스(1)는 공간이 필요없이 회로 기판 위에 쉽게 실장된다. 도 7B에서, 유리 기판(2)의 측면에서 노출된 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 측면으로 구부러져서 접합된다. 또한, 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 후면(13)과 동일한 면에서 측면으로부터 돌출하도록 더 구부러져서, 2개의 단자(12a, 12b)를 형성한다. 그러므로, 발광 디바이스(1)는 회로 기판 위에 쉽게 실장되어, 방사 효과가 개선될 수 있다.
상기 설명된 도 1 ~ 7에 나타낸 각각의 구조에서, LED(3)가 실장되어 있는 리드 프레임(LFa)의 영역의 열 전도성이 바람직하게 최대화된다. 유리 기판(2)에 내장되어 있는 리드 프레임(LFa, LFb)의 영역에서 열 전도 방향에 직교하는 평면의 단면적에 대해서, LED(3)가 실장되어 있는 리드 프레임(LFa)의 평면의 단면적은 배선(4)과 연결되어 있는 리드 프레임(LFb)의 평면의 단면적보다 큰 값으로 설정된다. 리드 프레임(LFb)의 평면의 단면적은 LED(3)에 필요한 전력을 공급할 수 있는 값으로 설정된다. 이 구조에서, 리드 프레임(LFa, LFb)의 재료는 효율적으로 사용될 수 있고, 제조 비용은 감소될 수 있다. 도 3 또는 도 4A ~ 4C에 나타낸 것같이 3개 이상의 리드 프레임이 형성되는 발광 디바이스(1)에서, LED(3)가 고정되는 전체 리드 프레임(LFc, LFd)의 단면적이 전체 리드 프레임(LFa, LFb)의 단면적보다 더 큰 값으로 바람직하게 설정된다.
[실시예 2]
도 8A 및 8B는 실시예 2에 따르는 발광 디바이스(1)를 도시한다. 도 8A는 발광 디바이스(1)를 도시하는 단면도이고, 도 8B는 발광 디바이스(1)를 도시하는 탑뷰이다. 이 실시예에서, LED(3)는 리드 프레임(LFa, LFb)에 표면 실장된다.
도 8A 및 8B에 도시된 것같이, 오목부(6)가 유리 기판(2) 위에 형성된다. 리드 프레임(LFa, LFb)이 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출되고, 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)을 통과하며, 유리 기판(2)의 측면에서 노출된다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 유리 기판(2)에 접합되고, 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)에 내장되고, 유리 기판(2)의 측면을 따라서 구부러지고, 유리 기판(2)에 접합된다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)에 내장된 리드 프레임(LFa, LFb)의 영역에 관통 구멍(7)을 갖는다. 유리 기판(2)의 측면에 위치한 리드 프레임(LFa, LFb)의 일부는 단자(9a, 9b)로서 기능한다. LED(3)는 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출된 리드 프레임(LFa, LFb)의 일부에 도전 물질(14a, 14b)을 통해서 표면 실장된다. LED(3)는 시일링 재료(5)로 시일링된다. SnAgCu 또는 AuSn 등의 합금을 사용하거나, 도전성 접합 재료를 사용하여, 플립칩 접합이 실행될 수 있다.
이와 같이, 배선 접합은 불필요하므로, 제조 비용을 줄이기 위해 제조 단계의 수가 감소될 수 있다. LED(3)에서 발생된 열은 2개의 리드 프레임(LFa, LFb)을 통해서 외측으로 방출될 수 있으므로, 방사 효율이 개선될 수 있다. 배선을 형성하는 것이 불필요하므로, 발광 디바이스(1)의 두께가 감소될 수 있다. 다른 구조는 실시예 1에서와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
[실시예 3]
도 9A 및 9B는 실시예 3에 따르는 발광 디바이스(1)를 도시한다. 도 9B는 발 광 디바이스(1)를 도시하는 탑뷰이고, 도 9A는 도 9B의 X-X 선을 따라서 취한 부분의 단면을 도시한다. 오목부(6)가 유리 기판(2)의 중앙부에 형성된다. 오목부(6)는 지름이 상방향으로 증가하는 모르타르 형상을 갖는다. 실시예 1에서, 리드 프레임(LFa, LFb)은 오목부(6)의 원주에서 옆 방향으로 유리 기판(2)을 통과하도록 설치되고, 오목부(6)의 바닥면과 유리 기판(2)의 측면에서 노출된다. 측면에서 노출된 리드 프레임(LFa, LFb)의 일부는 단자(9a, 9b)로서 사용된다. 리드 프레임(LFa)은 LED(3)가 실장되는 표면의 후면에 형성된 돌출부(9e)를 갖는다. 돌출부(9e)는 유리 기판(2)을 통과하고, 유리 기판의 후면에서 노출된다. LED(3)에서 발생된 열이 리드 프레임(LFa) 또는 돌출부(9e)를 통해서 외부로 방출될 수 있다. 이 실시예에서, 돌출부(9e)의 열 저항은 현저하게 작다. 그러므로, 히트 싱크가 돌출부(9e)에 결합될 때, 높은 방사 효과가 얻어질 수 있다. 단자(9a, 9b)가 LED(3)로부터 광을 방사하는 전력 공급 단자로서 사용된다. 돌출부(9e)는 단자(9a) 대신에 사용될 수 있다.
돌출부를 갖는 리드 프레임이 롤 접합(roll bonding)법, 변형 처리 등의 플라스틱 작업 방법, 또는 프레스 작업 또는 용접 방법에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 다른 구조, 유리 기판(2)의 재료, 및 시일링 재료(5)는 실시예 1과 동일하므로 그 설명은 생략한다. 실시예 1의 변형예 2에서 리드 프레임에 관통 구멍이 형성되어 있는 경우에 연화된 유리 기판(2)의 유리 재료의 흐름이 개선된다.
(변형예7)
도 10A ~ 10C에 도시된 발광 디바이스(1)는 도 9에 나타낸 구성을 변환하는 다른 예이다. 도 10C는 발광 디바이스(1)를 도시하는 탑뷰이다. 도 10A는 도 10C의 X-X 선을 따라서 취한 부분의 단면을 도시한다. 도 10B는 도 10C의 Y-Y 선을 따라서 취한 부분의 단면을 도시한다. 도 10A 및 B에 도시된 것같이, 돌출부(9e)가 LED(3)의 실장부분에서 리드 프레임의 후면에 형성되고, 유리 기판(2)을 통과하고, 유리 기판의 후면에서 노출된다. LED(3)에서 발생된 열이 리드 프레임의 돌출부(9e)를 통해서 외부로 방출될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 히트 싱크가 돌출부(9e)에 결합될 때, 높은 방사 효과가 얻어질 수 있다. 단자(9a, 9b, 9c, 9d)가 LED(3)로부터 광을 방사하는 전력 공급 단자로서 사용된다. 돌출부(9e)는 단자(9c, 9d) 대신에 사용될 수 있다.
돌출부를 갖는 리드 프레임이 롤 접합법, 변형 처리 등의 플라스틱 작업 방법, 또는 프레스 작업, 또는 용접 방법에 의해 쉽게 제조될 수 있다. 다른 구조, 유리 기판(2)의 재료, 및 시일링 재료(5)는 실시예 1과 동일하므로 그 설명은 생략한다. 실시예 3에서와 같이 리드 프레임에 관통 구멍이 형성되어 있는 경우에 연화된 유리 기판(2)의 유리 재료의 흐름이 개선되는 사실은 실시예 3과 동일하다.
상기 서술된 각각의 모든 구조에서, 2차원 형상의 발광 디바이스(1)는 직사각형 형상인 것으로 가정되고, 오목부(6)는 둥근 모르타르 형상을 갖는 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명은 이러한 형상에 제한되지 않는다. 2차원 형상의 발광 디바이스(1)는 직사각형 이외에 원형 또는 다각형 형상일 수 있다. 오목부(6)는 직사각형 또는 다른 다각형 형상일 수 있거나 원호 또는 쌍곡선의 경사진 표면을 가질 수 있다.
상기 서술된 것같이, 본 발명에 따르는 발광 디바이스에서, 리드 프레임은 유리 기판에 내장되어 유리 기판의 측면과 오목부의 바닥면에서 노출되도록 한다. 실장되는 발광 디바이스는 오목부에서 노출된 리드 프레임의 일부에 전기적으로 접속된다. 이 구조에서, 기밀성과 온도 주기의 신뢰성이 높은 전자 장치가 제공될 수 있다.
다음에, 발광 디바이스(1)를 제조하는 방법을 도 11A ~ 11H, 12A ~ 12C, 13A ~ 13C, 14A 및 14B, 15A ~ 15C, 16A 및 16B, 17A 및 17B, 및 18A ~ 18C를 참조하여 설명한다.
(제1 참고예)
11A ~ 11H는 발광 디바이스(1)를 제조하는 방법을 도시하는 플로우도이다. 이 참고예에서, 관통 구멍(7)이 형성되어 있는 리드 프레임(LFa, LFb)이 사용된다.
(세팅 단계)
도 11A는 세팅 단계를 도시하는 개략도이다. 2개의 리드 프레임(LFa, LFb)이 유리판(18) 위에 놓여진다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 각각 판형상 컨덕터로 만들어지고, 서로 대향한다. 도 11E는 리드 프레임(LFa, LFb)을 개략적으로 도시한다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 연화된 유리 재료의 신속한 흐름을 용이하게 하기 위해 넓혀진 부분에 형성된 관통 구멍(7a, 7b)을 갖는다. 리드 프레임(LFa, LFb)이 놓여지는 유리판(18)이 오목부(20)를 갖는 하부 몰드(19)와 표면에 형성된 돌출부(16)를 갖는 상부 몰드(15) 사이에 설치된다. 상부 몰드(15)의 돌출부(16)는 리드 프레임(LFa, LFb)에 대향한다.
(접합 단계)
다음에, 하부 몰드(19), 상부 몰드(15) 및 유리판(18)이 가열되어 유리판(18)을 연하게 한다. 유리판(18)이 가열되고, 하부 몰드(19)와 상부 몰드(15)는 화살표로 표시된 방향으로 가압된다. 그 다음, 상부 몰드(15)의 표면에 형성된 돌출부(16)의 상면이 리드 프레임(LFa, LFb)과 접촉한다. 그러므로, 유리판(18)의 유리 재료의 일부가 상부 몰드(15)의 오목부(17)로 흐른다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 관통 구멍(7a, 7b)을 각각 가지므로, 유리판(18)의 유리 재료의 일부의 흐름이 증진된다.
도 11B는 하부 몰드(19)와 상부 몰드(15)로부터 취해진 유리 기판(2)을 도시하는 단면도이고, 도 11F는 유리 기판(2)을 도시하는 탑뷰이다. 오목부(6)가 유리 기판(2)의 상부 측면의 상부 몰드(15)의 돌출부(16)에 대응하여 형성된다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 각각의 끝부분이 외측에서 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출되고, 유리 기판(2)의 표면에 접합된다. 리드 프레임(LFa, LFb)이 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)에 내장되고, 유리 기판(2)과 접합된다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 유리 기판(2)의 측면으로부터 돌출되고, 리드 프레임(LFa, LFb)의 돌출된 부분은 단자(10a, 10b)로서 기능한다.
(실장 단계)
도 11C는 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출된 리드 프레임(LFa)에 발광 소자 로서 LED(3)가 실장되어 있는 상태를 도시하는 개략도이고, 도 11G는 이 상태를 도시하는 탑뷰이다. SnAgCu 또는 AuSn 등의 합금을 사용하거나 도전성 접합 재료를 사용하여 접합함으로써 실장이 행해진다. LED(3)의 상면에 형성된 전극(비도시)과 노출된 리드 프레임(LFb)이 Au 등으로 만들어진 배선(4)을 사용하여 배선 접합에 의해 서로 연결된다.
(시일링 단계)
도 11D는 시일링 재료(5)가 오목부(6)에 적용된 상태를 도시하는 단면도이고, 도 11H는 이 상태를 도시하는 탑뷰이다. 투명 수지로 만들어진 시일링 재료(5)가 전자 부품(LED)(3)과 배선(4)을 시일링하기 위해 사용된다. 사용되는 시일링 재료(5)는 금속 알콕시화물 또는 금속 알콕시화물로부터 생성된 폴리메탈록산을 경화하여 얻어진 실리콘 산화물일 수 있다. 구체적으로, 금속 알콕시화물을 포함하는 용액이 디스펜서 등에 의해 오목부(6)에 채워진다. 예를 들면, nSi(OCH3)4, 4nH2O, NH4OH(촉매) 및 디메틸 포름아미드(DMF)(균열방지제)의 혼합물이 사용될 수 있다. 혼합물은 폴리메탈록산 졸을 형성하기 위해 실온에서 대략 60℃까지의 온도 범위에서 가수분해되고 중합된다. 또한, 혼합물은 실리콘 산화물의 습식 겔을 형성하기 위해 실온에서 대략 60℃까지의 온도 범위에서 더 중합되고, 실리콘 산화물을 형성하기 위해 대략 100℃ 또는 100℃이상의 온도에서 건조 및 구워진다. 또는, 폴리메탈록산이 채워진 뒤, 실리콘 산화물을 형성하기 위해 상기 서술된 것같이 중합되고 구워진다.
금속 알콕시화물 또는 금속 알콕시화물로부터 생성된 폴리메탈록산이 상기 서술된 것같이 시일링 재료(5)로서 사용될 때, 발광 디바이스(1)가 무기 재료만을 사용하여 제조될 수 있다. 그러므로, 재료가 LED(3)로부터 방사된 자외광 또는 가시광에 의해 변색되는 것이 방지될 수 있다.
상기 서술된 것같이, 오목부(6)가 유리 기판(2) 위에 형성되고, 동시에 리드 프레임(LFa, LFb)이 오목부의 원주에 내장되고, 단자(10a, 10b)를 형성하기 위해 유리 기판(2)으로부터 돌출된다. 이러한 방식으로 유리 기판(2)이 리드 프레임(LFa, LFb)에 접합될 때, 접촉력과 기밀성이 우수하므로, 높은 신뢰성을 갖는 발광 디바이스(1)가 구현될 수 있다. 오목부(6)를 형성하기 위해 유리판(18)이 연화된 후 LED(3)가 실장되므로, 반도체 기술에서 흔히 사용되는 배선 접합에 의해 배선이 형성될 수 있다.
또한, 오목부(6)의 벽면을 반사면으로 사용하기 위해, 금속막 또는 유전체 다층막이 높은 반사성을 갖도록 형성될 수 있다. 그러므로, 발광 디바이스(1)로부터 방사된 광에 방향성이 쉽게 주어진다. 백색 또는 유백색을 나타내는 재료가 유리 기판(2)에 대해서 사용되므로, 시간이 경과하면서 덜 변색되는 반사층이 제공될 수 있다. 인광체를 분산하기에 적합한 점성을 갖는 재료가 시일링 재료(5)로서 선택될 수 있다. 시일링 재료(5)는 유리 기판(2)이 연화되는 온도에 노출되지 않으므로, 시일링 재료(5)에 혼합된 인광체 중에서 선택이 넓어진다.
(제2 참고예)
도 12A ~ 12C, 13A ~ 13C, 14A 및 14B, 15A ~ 15C, 16A 및 16B, 17A 및 17B는 이 참조예에서 발광 디바이스(1)를 제조하는 방법을 도시하는 설명적인 흐름도이다. 이 참조예에서, 리드 프레임(LFa, LFb)은 제1 유리 기판(2a)과 제2 유리 기판(2b) 사이에 끼워지고, 상부 몰드(15)와 하부 몰드(19) 사이에 삽입되어 제1 유리 기판(2a)과 제2 유리 기판(2b)을 리드 프레임(LFa, LFb)에 접합한다.
(준비 단계)
도 12A ~ 12C는 제2 유리 기판(2b)을 준비하는 단계를 도시하는 개략 설명도이다. 도 13A ~ 13C는 제1 유리 기판(2a)을 준비하는 단계를 도시하는 개략 설명도이다. 각각의 제1 유리 기판(2a)과 제2 유리 기판(2b)은 연화된 유리판을 사용하는 몰딩법에 의해 형성된다.
도 12A는 상부 유리판(23)이 하부 몰드(22)와 상부 몰드(21) 사이에 삽입된 상태를 도시하는 개략도이다. 도 12A에 도시된 것같이, 하부 몰드(22)는 표면에 형성된 오목부(26)를 갖는다. 상부 몰드(21)는 표면에 형성된 돌출부(24)와 돌출부(24) 주위에 위치하는 오목부(25)를 갖는다. 상부 유리판(23)은 하부 몰드(22)와 상부 몰드(21) 사이에 삽입되어, 상부 유리판(23)이 연화되는 온도에서 가열되고, 상부 몰드(21)는 하부 몰드(22)로 가압된다. 그 결과, 도 12B 및 12C에 도시된 것같이, 중앙부에 위치한 개구부(30)를 갖는 제2 유리 기판(2b)이 형성된다. 개구부(30)는 제2 유리 기판(2b)의 경사면(27)에 의해 둘러싸여 있다. 도 12B는 제2 유리 기판(2b)을 도시하는 단면도이고, 도 12C는 제2 유리 기판(2b)을 도시하는 탑뷰이다.
도 13A는 하부 유리판(23')이 하부 몰드(22')와 상부 몰드(21') 사이에 삽입된 상태를 도시하는 개략도이다. 도 13A에 도시된 것같이, 하부 몰드(22')는 표면에 형성된 오목부(26')를 갖고, 상부 몰드(21')는 오목부(25')를 갖는다. 하부 유리판(23')은 하부 몰드(22')와 상부 몰드(21') 사이에 삽입되어, 하부 유리판(23')이 연화되는 온도에서 가열되고, 상부 몰드(21')는 하부 몰드(22')로 가압된다. 그 결과, 도 13B 및 13C에 도시된 것같이, 리드 프레임(LFa, LFb)의 단자(9a, 9b)에 접합되도록 전극 접합부(29a, 29b)가 제1 유리 기판(2a)의 우측 및 좌측 끝부분에 형성된다. 도 13B는 제1 유리 기판(2a)을 도시하는 단면도이고, 도 13C는 제1 유리 기판(2a)을 도시하는 탑뷰이다.
도 14A 및 14B는 리드 프레임(LFa, LFb)을 준비하는 단계를 도시하는 개략 설명도이다. 도 14A는 리드 프레임(LFa, LFb)을 도시하는 탑뷰이고, 도 14B는 리드 프레임(LFa, LFb)을 도시하는 측면도이다. 금속 또는 합금으로 만들어진 도전판은 몰드를 사용하는 스탬핑 또는 에칭에 의해 미리 정해진 형상으로 형성되고, 리드 프레임(LFa, LFb)을 형성하기 위해 끝 부분에서 구부러진다. 구부러진 끝 부분은 전원 공급 및 방사를 위한 단자(9a, 9b)로서 기능한다. 각각의 리드 프레임(LFa, LFb)은 발광 디바이스(1)의 중앙부에 대응하는 폭이 좁고, 발광 디바이스(1)의 주변부에 대응하는 폭이 넓게 형성된다. 2개의 리드 프레임(LFa, LFb)의 좁은 부분이 서로 대향한다. 관통 구멍이 리드 프레임(LFa, LFb)의 넓은 부분에 설치되어 연화된 유리 재료의 흐름을 개선하도록 한다.
(세팅 단계)
도 15A는 세팅 단계를 도시하는 개략도이다. 리드 프레임(LFa, LFb)이 제1 유리 기판(2a)에서 서로 대향하도록 놓여진다. 그 다음, 제2 유리 기판(2b)이 리드 프레임(LFa, LFb)과 제1 유리 기판(2a) 위에 놓여진다. 이 상태 동안, 제1 유리 기판(2a)과 제2 유리 기판(2b)은 하부 몰드(19)와 상부 몰드(15) 사이에 놓여진다. 하부 몰드(19)는 표면에 오목부(20)가 형성되어 있다. 상부 몰드(15)는 표면에 돌출부(16)가 형성되어 있고, 돌출부(16)에 오목부(17)가 형성되어 있다. 제1 및 제2 유리 기판(2a, 2b)의 재료, 리드 프레임(LFa, LFb)의 재료, 및 열 팽창 계수는 실시예 1에서와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
상부 몰드(15)의 돌출부(16)는 제2 유리 기판(2b)의 개구부(30)보다 지름이 크다. 상부 몰드(15)의 오목부(17)의 깊이는 제2 유리 기판(2b)의 두께보다 크다, 즉, 제2 유리 기판(2b)의 두께보다 깊다. 이것은 제2 유리 기판(2b)이 연화되고, 상부 몰드(15)가 하부 몰드(19)로 가압되는 경우에, 제2 유리 기판(2b)의 재료가 상부 몰드(15)의 오목부(17)에 흘러들어가는 것이 허용되기 때문이다.
(결합 단계)
다음에, 하부 몰드(19), 상부 몰드(15), 및 제1 및 제2 유리 기판(2a, 2b)은 가열되어 제1 및 제2 유리 기판(2a, 2b)을 연화시킨다. 이 상태 동안에, 하부 몰드(19) 및 상부 몰드(15)는 화살표로 표시된 방향으로 가압된다. 그 다음, 상부 몰드(15)의 표면에 형성된 돌출부(16)의 상면이 리드 프레임(LFa, LFb)과 접촉한다. 그러므로, 제1 및 제2 유리 기판(2a, 2b) 중 적어도 하나의 유리 재료가 상부 몰드(15)의 오목부(17)로 흘러들어간다. 각각의 리드 프레임(LFa, LFb)이 관통 구 멍을 가질 때, 유리 재료의 흐름이 증진된다.
도 15B, 15C는 상기 서술된 방법으로 얻어진 패키지 베이스 부재를 개략적으로 도시한다. 즉, 도 15B는 리드 프레임(LFa, LFb), 제1 유리 기판(2a), 제2 유리 기판(2b)이 서로 접합된 후에 몰드로부터 취해진 유리 기판(2)을 도시하는 단면도이고, 도 15C는 유리 기판(2)을 도시하는 탑뷰이다. 도 15B, 15C에 도시된 것같이, 오목부(6)가 유리 기판(2)의 상측 표면에서 상부 몰드(15)의 돌출부(16)에 대응하여 형성된다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 각각의 끝 부분이 외측에서 오목부(6)의 바닥면(2d)에서 노출되고, 유리 기판(2)의 표면에 접합된다. 리드 프레임(LFa, LFb)은 오목부(6)의 원주에서 유리 기판(2)에 내장되고, 유리 기판(2)에 접합된다. 리드 프레임(LFa, LFb)의 끝 부분은 유리 기판(2)의 측면에 접합되어 단자(9a, 9b)를 형성한다.
(실장 단계)
도 16A, 16B는 LED(3)가 오목부(6)의 바닥면에서 노출된 리드 프레임(LFa)에서 발광 소자로서 실장되는 상태를 도시하는 개략도이다. 도 16A는 이 상태를 도시하는 단면도이고, 16B는 이 상태를 도시하는 탑뷰이다. 도 16A에 도시된 것같이, LED(3)가 도전 재료(비도시)를 통해서 리드 프레임(LFa)에 실장된다. SnAgCu 또는 AuSn 등의 합금을 사용하거나, 또는 도전성 접합 재료를 사용하여 접합이 행해진다. LED(3)의 상부 전극(비도시)과 노출된 리드 프레임(LFb)이 Au 등으로 만들어진 배선(4)을 사용하는 배선 접합에 의해 서로 연결된다.
(시일링 단계)
도 17A는 시일링 재료가 오목부(6)에 적용되는 상태를 도시하는 단면도이고, 도 17B는 이 상태를 나타내는 탑뷰이다. 투명 수지로 만들어진 시일링 재료(5)는 LED(3)와 배선(4)을 시일링하기 위해 적용된다. 사용되는 시일링 재료(5)는 금속 알콕시화물 또는 금속 알콕시화물에서 생성된 폴리메탈록산을 경화하여 얻어진 실리콘이 가능하다. 특정예는 제1 참고예와 동일하므로, 설명을 생략한다.
상기 서술된 것같이, 오목부(6)는 유리 기판(2) 위에 형성되고, 동시에 리드 프레임(LFa, LFb)은 오목부(6)의 원주에 내장되어 단자를 형성하므로, 제조 단계의 수는 감소되어 제조 비용을 줄일 수 있다. 특히, 오목부(6)가 제2 유리 기판(2b)으로 만들어지므로, 유리 재료의 흐르는 거리가 감소된다. 그러므로, 리드 프레임(LFa, LFb)은 짧은 시간에 유리 기판(2)에 접합될 수 있다. 유리 기판(2)이 리드 프레임(LFa, LFb)에 접합될 때, 접촉 및 기밀성이 우수하므로, 높은 신뢰성을 갖는 발광 디바이스(1)가 제조될 수 있다. 오목부(6)를 형성하기 위해 제2 유리 기판(2b)이 연화된 후 LED(3)가 실장되므로, 반도체 기술에서 흔히 사용되는 배선 접합에 의해 배선이 형성될 수 있다. 오목부(6)의 벽면이 반사막으로서 사용될 때, 높은 반사성을 갖도록 금속막 또는 유전 다층막이 형성될 수 있다. 그러므로, 발광 디바이스(1)로부터 방사된 광은 방향성이 쉽게 주어진다. 백색 또는 유백색을 나타내는 재료가 제2 유리 기판(2b)으로서 사용될 수 있으므로, 시간의 경과에 따라서 덜 퇴색되는 반사층이 제공될 수 있다. 인광체를 분산하기에 적합한 점성을 갖는 재료가 시일링 재료(5)로서 선택될 수 있다. 시일링 재료(5)는 유리 기판(2)이 연화되는 온도에 노출되지 않으므로, LED(3)로부터 방사된 광의 파장을 변환하기 위 한 인광 재료 중에서 선택이 넓어진다.
(제3 참고예)
도 18A ~ 18G는 발광 디바이스(1)를 제조하는 방법을 도시하는 개략 설명도이다. 이 참고예에서, 접합 단계 이전에 산화막이 리드 프레임(LFa, LFb)의 표면에 형성되므로, 리드 프레임(LFa, LFb)과 유리 기판(2) 사이의 접합을 개선시킨다.
도 18A는 리드 프레임(LFa, LFb)이 금속 또는 합금판을 스탬핑하여 형성되는 상태를 도시하는 단면도이다. 도 18B는 리드 프레임(LFa, LFb)의 표면 위에 산화막을 형성하는 산화 단계를 도시하는 단면도이다. 표면에 산화막(31)을 형성하기 위해 산소 분위기에서 리드 프레임(LFa, LFb)이 열처리된다. 예를 들면, 습기를 포함하는 분위기에서 열처리가 행해진다. NiFe 합금, 예를 들면 코바(Kovar)가 리드 프레임(LFa, LFb)에 대해 사용될 때, 표면이 회색이 되도록 대략 800℃ 이상의 온도에서 산화 처리가 행해진다.
도 18C는 리드 프레임(LFa, LFb)이 프레스 작업에 의해 끝 부분에서 구부러지는 상태를 도시하는 단면도이다. 구부러진 부분은 단자(9a, 9b)로서 기능한다. 리드 프레임(LFa, LFb)이 구부러진 후에, 표면에 산화막(31)을 형성하는 산화 단계가 행해질 수 있다.
도 18D는 리드 프레임(LFa, LFb)이 유리 기판(2)에 접합된 상태를 도시하는 단면도이다. 세팅 단계 및 접합 단계는 제1 참고예 또는 제2 참고예에서와 동일할 수 있으므로, 그 설명을 생략한다. 도 18D에 도시된 것같이, 산화막(31)이 리드 프 레임(LFa, LFb)과 유리 기판(2) 사이의 접촉 인터페이스에 위치되므로, 유리 기판(2)과 리드 프레임(LFa, LFb) 사이의 접촉 및 기밀성이 개선된다.
다음에, 외부에 노출되어 있는 리드 프레임(LFa, LFb)의 표면으로부터 산화막을 제거하기 위해 제거 처리가 행해진다. 도 18E는 산화막 제거 단계에 의해 리드 프레임(LFa, LFb)의 노출된 표면으로부터 산화막(31)이 선택적으로 제거되는 상태를 도시한다. 산화막 제거 단계에서, 유리 기판(2)은 수소 가스 또는 캐리어 가스로서 N2 가스와 혼합된 수소 가스를 포함하는 분위기에서 열처리된다. 또는 플루오르화 수소산 등에 의해 리드 프레임(LFa, LFb)의 표면으로부터 산화막이 제거된다. 금속 또는 합금이 이렇게 LED(3)가 실장된 실장 표면과 단자(9a, 9b)의 표면에서 노출되므로, 다른 도전 재료와 전기적인 접속이 얻어질 수 있다.
도 18F는 리드 프레임(LFa)에 LED(3)를 실장하는 실장 단계를 도시하는 단면도이다. 도 18G는 LED(3)와 배선(4)이 시일링 재료(5)로 시일링되는 상태를 도시하는 단면도이다. 실장 단계와 시일링 단계는 제1 참고예 또는 제2 참고예에서와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 산화 처리는 바람직하게 접합 단계 전에 행해진다. 그러므로, 리드 프레임(LFa, LFb)이 프레스 작업에 의해 구부러진 후(도 18C), 또는 리드 프레임(LFa, LFb)에 대해 스탬핑하기 전(도 18A)에, 산화 처리가 행해질 수 있다. 산화 처리 전의 산화를 방지하기 위해 단자(9a, 9b)에 대응하는 영역 및 LED(3)의 실장 표면 위에 방염제가 적용되거나 또는 차폐판이 설치되는 경우에는, 상기 설명한 산화막 제거 단계는 불필요하다.
도 1A 및 1B는 본 발명의 실시예 1에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 설명도이다.
도 2A 및 2B는 실시예 1의 변형예 1에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 설명도이다.
도 3은 실시예 1의 변형예 2에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 설명적인 개략 탑뷰이다.
도 4A ~ 4C는 실시예 1의 변형예 3에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 설명도이다.
도 5는 실시예 1의 변형예 4에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 실시예 1의 변형예 5에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 단면도이다.
도 7A 및 7B는 실시예 1의 변형예 6에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8A 및 8B는 본 발명의 실시예 2에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 설명도이다.
도 9A 및 9B는 본 발명의 실시예 3에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 설명도이다.
도 10A 및 10B는 실시예 3의 변형예 7에 따르는 발광 디바이스를 도시하는 개략 설명도이다.
도 11A ~ 11H는 발광 디바이스 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 12A ~ 12C는 발광 디바이스 제조 방법을 도시하는 개략도이다.
도 13A ~ 13C는 발광 디바이스 제조 방법을 도시하는 개략 설명도이다.
도 14A 및 14B는 발광 디바이스 제조 방법을 도시하는 개략 설명도이다.
도 15A ~ 15C는 발광 디바이스 제조 방법에서 세팅 단계와 접합 단계를 도시하는 개략도이다.
도 16A 및 16B는 발광 디바이스 제조 방법에서 실장 단계를 도시하는 개략도이다.
도 17A 및 17B는 발광 디바이스 제조 방법에서 시일링 단계를 도시하는 개략도이다.
도 18A ~ 18G는 발광 디바이스 제조 방법을 도시하는 개략 설명도이다.
도 19는 종래 잘 알려진 LED 발광 디바이스를 도시하는 단면도이다.
도 20은 종래 잘 알려진 발광 디바이스를 도시하는 단면도이다.
도 21은 종래 잘 알려진 발광 디바이스용 몰드를 사용하여 유리 시일링이 행해지는 상태를 도시한다.

Claims (9)

  1. 전면, 측면 및 후면을 갖는 유리 기판으로서, 상기 전면은 바닥면이 있는 오목부를 갖는, 유리 기판;
    상기 유리 기판에 내장된 리드 프레임으로서, 상기 유리 기판의 측면에서 노출된 부분과 상기 오목부의 바닥면에서 노출된 부분을 갖는, 리드 프레임;
    상기 오목부에서 노출된 상기 리드 프레임의 부분과 전기적으로 접속된 발광 소자; 및
    상기 발광 소자를 덮는 시일링 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드 프레임은 상기 유리 기판을 통과하고, 상기 유리 기판의 후면에서 노출된 돌출부를 포함하는, 발광 디바이스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 발광 소자가 실장되는 영역 아래에 형성되는, 발광 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드 프레임은 상기 유리 기판에 내장된 상기 리드 프레임의 영역에 형 성된 관통 구멍을 가지는, 발광 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 기판의 상기 오목부는 백색 또는 유백색 중 하나의 색인, 발광 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 리드 프레임은 상이한 금속 재료들이 서로 접합되는 클래드 재료로 형성되는, 발광 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 리드 프레임은 금속 재료로 형성되고,
    상기 리드 프레임과 상기 유리 기판 사이의 접합 인터페이스에서 산화막을 더 포함하고, 상기 산화막은 상기 리드 프레임을 형성하는 상기 금속 재료의 산화물로 형성되는, 발광 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 기판과 상기 리드 프레임 사이의 열 팽창 계수 차이는 4 x 10-6/K 이하인, 발광 디바이스.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 기판은 8 x 10-6/K 내지 11 x 10-6/K의 범위에 있는 열 팽창 계수를 가지며,
    상기 리드 프레임은 4 x 10-6/K 내지 15 x 10-6/K의 범위에 있는 열 팽창 계수를 가지는, 발광 디바이스.
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