KR20110008558A - 발광 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

칩이 장착되는 캐비티의 깊이의 편차가 발생하지 않는 구조의 발광 패키지 및 그 제조 방법이 제공된다. 발광 패키지는, 캐비티가 형성된 제1 바디 및 제1 바디와 결합된 제2 바디를 포함하되, 캐비티는 제1 바디를 관통하여 형성되는 패키지 바디와, 패키지 바디 상에 형성되고, 서로 이격된 제1 전극 및 제2 전극과, 패키지 바디와 제1 전극, 및 패키지 바디와 제2 전극 사이에 형성된 제1 절연막과, 캐비티의 내측에 배치되어 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함한다.
LED, 직접 본딩

Description

발광 패키지 및 그 제조 방법{Light emitting package and method of fabricating the same}
본 발명은 발광 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 칩이 장착되는 캐비티의 깊이의 편차가 발생하지 않는 구조의 발광 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)와 같은 발광 소자는, 전자와 홀의 결합에 의해 광을 발산한다. 이러한 발광 소자는 소비 전력이 적고, 수명이 길고, 협소한 공간에서도 설치 가능하며, 진동에 강한 특성을 지닌다.
하나의 바디(body)로 형성된 발광 패키지의 경우, 칩이 장착될 부분인 캐비티(cavity)의 깊이가 에칭 용액의 농도, 에칭 시간 및 에칭 온도의 편차에 따라 웨이퍼의 위치별로 큰 편차가 발생하게 된다. 이와 같은 캐비티의 깊이 편차에 따라서 형광체 도포 후, 색온도의 비닝(binning)이 발생하게 된다.
또한, 두개의 바디로 형성된 발광 패키지의 경우, 두 개의 바디를 본딩할 때 솔더를 사용해서 본딤함으로써, 두 바디 사이의 쇼트(short)가 발생할 수 있으며, 봉인에 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 칩이 장착되는 캐비티의 깊이의 편차가 발생하지 않는 구조의 발광 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 발광 패키지의 제조 방법에 을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 패키지는, 캐비티가 형성된 제1 바디 및 상기 제1 바디와 결합된 제2 바디를 포함하되, 상기 캐비티는 상기 제1 바디를 관통하여 형성되는 패키지 바디와, 상기 패키지 바디 상에 형성되고, 서로 이격된 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 패키지 바디와 상기 제1 전극, 및 상기 패키지 바디와 상기 제2 전극 사이에 형성된 제1 절연막과, 상기 캐비티의 내측에 배치되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법은, 제1 바디 및 상기 제1 바디와 절연막을 매개로 결합되는 제2 바디를 각각 형성하고, 상기 제1 바디를 관통하도록 캐비티를 형성하고, 상기 캐비티 내측에 발광 소자를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링 된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 또는 섹션들을 서술하기 위해서 이용되나, 이들 소자, 구성요소 또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 이용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 이용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 이용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "A 또는 B"는 A, B, A 및 B를 의미한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 이용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으 로 이해될 수 있는 의미로 이용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지를 설명하기 위한 도면들이다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광 패키지를 II-II' 선으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 발광 패키지의 저면도이다.
우선 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지(1)는 패키지 바디(package body)(10), 제너 다이오드(zener diode)(20a, 20b), 제1 절연막(30a, 30b), 제1 전극(51), 제2 전극(52), 제2 절연막(40), 형광체(60), 수지층(70), 발광 소자(100) 등을 포함한다.
구체적으로, 패키지 바디(10)는 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)를 포함한다. 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)는 제2 절연막(40)을 매개로 겹합된다.
제1 바디(10a)는 예를 들어, 실리콘, 스트레인 실리콘(strained Si), 실리콘 합금, SOI(Silicon-On-Insulator), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘 게르마늄 카바이드(SiGeC), 게르마늄, 게르마늄 합금, 갈륨 아세나이드(GaAs), 인듐 아세나이드(InAs), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 세라믹, 폴리이미드 계열 물질 중 하나, 이들의 조합물, 이들의 적층물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1 바디(10a)는 불순물이 도핑되지 않은 미도핑(undoped) 기판으로 형성된다.
제1 바디(10a)에는 캐비티(cavity)(12)가 형성되어 있다. 캐비티(12)는 제1 바디(10a)를 관통하여 형성되며, 캐비티(12)의 깊이는 제1 바디(10a)의 두께와 같도록 형성될 수 있다. 캐비티(12)는 도 1에 도시된 바와 같이, 평면 형상이 사각형을 이룰 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 평면 형상이 원형, 타원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 캐비티(12)는 도 2에 도시된 바와 같이, 발광 소자(100)가 위치하는 바닥을 향하여 경사면을 형성하고 있다. 경사면 상에는 반사면을 형성하는 제1 전극(51) 및 제2 전극(52)이 형성되어, 발광 소자(100)로부터 발생되는 빛을 반사시켜 빛의 효율을 높일 수 있다. 이러한 캐비티(12)는 발광 소자(100)보다 크게 형성되며, 발광 소자(100)에서 발생된 빛이 캐비티(12)의 측벽에 반사되는 정도, 반사 각도, 캐비티(12)를 채우는 수지층(70)의 종류, 형광체(60)의 종류 등을 고려하여, 캐비티(12)의 크기를 결정할 수 있다. 또한, 발광 소자(100)가 캐비티(12)의 가운데에 놓이는 것이 좋다. 발광 소자(100)와 캐비티(12)의 측벽까지의 거리가 동일하게 되면, 색도(色度)의 불균일을 방지하기 쉽다.
제2 바디(10b)는 제1 바디(10a)와 실질적으로 같은 물질로 형성될 수 있다. 다만, 제2 바디(10b)는 제1 도전형(예를 들어, p형)의 제1 불순물이 도핑된 도핑(doped) 기판으로 형성된다.
제2 바디(10b)에 제2 도전형(예를 들어, n형)의 제2 불순물을 도핑하여 형성된 불순물 영역(21a, 21b)과 제2 바디(10b)는 제너 다이오드(20a, 20b)를 형성한다. 제너 다이오드(20a, 20b)는 정전기 등에 의해 발광 소자(100)에 과전압이 인가 되는 경우 바이패스(by-pass) 전류를 형성하여 발광 소자(100)의 손상을 방지하는 역할을 한다.
불순물 영역(21a, 21b)은 제2 바디(10b)와 접촉하며, 적어도 2개가 형성될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 바디(10b)와 불순물 영역(21a, 21b)은 두 개의 제너 다이오드(20a, 20b)를 형성할 수 있다. 두 개의 제너 다이오드(20a, 20b)는 서로 역방향으로 직렬로 연결된 형태가 된다. 도 2 및 도 3에 점선으로 도시된 제너 다이오드(20a, 20b)는 개념상 설정된 영역으로서, 위치나 형상이 도시된 것에 한정되지 않는다.
각 불순물 영역(21a, 21b)은 각 제너 다이오드(20a, 20b)의 캐소드(cathode)가 되어 제1 전극(51) 및 제2 전극(52)과 각각 전기적으로 연결되며, 제1 전극(51) 및 제2 전극(52)은 불순물 영역(21a, 21b)과 중첩될 수 있다.
한편, 제2 바디(10b)는 각 제너 다이오드(20a, 20b)의 애노드(anode)가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 같이, 도핑된 제2 바디(10b)에 불순물 영역(21a, 21b)을 형성하여 제너 다이오드(20a, 20b)를 형성하는 경우, 제2 바디(10b)와 불순물 영역(21a, 21b)의 도핑 농도를 용이하게 조절할 수 있다. 이 경우, 제2 바디(10b)은 상대적으로 낮은 농도로 형성하고, 불순물 영역(21a, 21b)은 상대적으로 높은 농도로 형성할 수 있다. 예를 들어 제2 바디(10b)의 도핑 농도는 5 × 1016/ ㎤ 이상 1 × 1018㎤ 이하일 수 있고, 불순물 영역(21a, 21b)의 도핑 농도는 이보다 높을 수 있다.
패키지 바디(10)의 양면에는 제1 절연막(30a, 30b)이 형성되어 있으며, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b) 사이에는 제2 절연막(40)이 형성되어 있다. 제1 절연막(30a, 30b)과 제2 절연막(40)은 산화막, 질화막, 산질화막 등일 수 있다. 제2 절연막(40)은 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b) 표면에 형성된 절연막이 서로 직접 본딩 결합되어 형성된다. 제2 절연막(40)은 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 직접 본딩 결합시 산소 공유 결합이 일어날 수 있도록 산화막으로 형성되는 것이 바람직하다. 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b) 사이에 산화막이 개재되어 있으면, 산소 공급이 더 원활해지기 때문에 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 결합을 강화할 수 있다. 한편, 제1 절연막(30a, 30b)과 제2 절연막(40)은 열산화(thermal oxidation) 방식으로 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 표면에 형성될 수 있다.
제1 절연막(30a, 30b)은 패키지 바디(10)의 양면에 형성될 수 있으며, 불순물 영역(21a, 21b)을 노출하기 위한 홀이 형성되어 있다.
제1 전극(51) 및 제2 전극(52)은 패키지 바디(10) 상에 서로 이격되어 배치된다. 구체적으로, 제1 전극(51)은 제1 상부 전극(51a)과 제1 하부 전극(51b)을 포함하며, 제2 전극(52)은 제2 상부 전극(52a)과 제2 하부 전극(52b)을 포함한다. 제1 전극(51)과 제2 전극(52)은 발광 소자(100)와 각각 전기적으로 연결된다.
한편, 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a)은 제1 바디(10a)의 상면(도 2를 기준으로 위쪽면)에 서로 이격되어 형성된다. 이러한 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a)은 제1 바디(10a) 상면의 전면에 형성될 수 있으며, 필요에 따라 서는 캐비티(12)의 내측에만 형성될 수 있다.
제1 전극(51)과 제2 전극(52)은 발광 소자(100)에 전원을 공급하는 역할과 발광 소자(100)로부터 발생되는 열을 방열시키는 히트싱크(heat sink)의 역할과 발광 소자(100)에서 발생되는 빛을 적절히 반사시키는 반사면을 제공하는 역할을 할 수 있다.
특히, 캐비티(12)의 내측면에 형성된 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a)은 반사면을 제공할 뿐만 아니라, 발광 소자(100)에서 발생되는 열을 직접 전달 받는다. 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a)으로 전달된 열을 대기 중으로 방열되거나, 제2 바디(10b)에 형성된 제1 하부 전극(51b)과 제2 하부 전극(52b)으로 전달되어 대기 중으로 방열될 수 있다.
제2 바디(10b)의 하면에는 제1 상부 전극(51a)과 제1 하부 전극(51b)이 연결되는 통로가 되는 홈(81, 82)과 제2 상부 전극(52a)과 제2 하부 전극(52b)이 연결되는 통로가 되는 홈(81, 82)이 형성되어 있다. 이와 같은 홈(81, 82)은 제2 바디(10b)의 하면에서부터 제2 바디(10b)를 관통하도록 형성된 역V(reverse-V) 형태로 형성될 수 있다.
제1 하부 전극(51b)과 제2 하부 전극(52b)은 제2 바디(10b)의 하면에 서로 이격되어 형성된다. 제1 하부 전극(51b)과 제2 하부 전극(52b)은 홀을 통하여 불순물 영역(21a, 21b)과 각각 전기적으로 연결된다.
제1 전극(51) 및 제2 전극(52)은 도전성 물질이면 어떠한 물질이든 가능하고, 도전 특성이 높으면 좋다. 제1 전극(51) 및 제2 전극(52)은 예를 들어, 구 리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 백금(Pt), 주석(Ti), 징크(Zn), 니켈(Ni) 중 어느 하나, 이들의 조합물, 이들의 적층물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 캐비티(12) 내에 배치되어 있는 발광 소자(100)는 LED(Light Emitting Diode)일 수 있다. 명확하게 도시하지 않았으나, 발광 소자(100)는 제1 도전형(예를 들어, p형)의 제1 도전층, 제2 도전형(예를 들어, n형)의 제2 도전층, 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 사이에 배치된 발광층, 제1 도전층과 연결된 제1 칩전극, 제2 도전층과 연결된 제2 칩전극 등을 포함한다. 발광 소자(100)에 순방향의 구동 바이어스가 인가되면, 발광층에서 제1 도전층의 캐리어(즉, 홀)와 제2 도전층의 캐리어(즉, 전자)가 만나 결합하면서 광이 발생된다. 이러한 제1 도전층, 제2 도전층, 발광층은 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1)로 이루어질 수 있다.
발광 소자(100)는 제1 도전층과 제2 도전층 사이에 걸리는 구동 바이어스에 의해 동작될 수 있다. 제1 도전층에 인가되는 제1 바이어스와 제2 도전층에 인가되는 제2 바이어스의 차이의 절대값이, 구동 바이어스에 해당한다. 제1 바이어스는 제1 전극(51)과 제1 칩전극을 통해서 제1 도전층에 전달되고, 제2 바이어스는 제2 전극(52)과 제2 칩전극을 통해서 제2 도전층에 전달될 수 있다. 여기서, 구동 바이어스는 DC 전원일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에서는 발광 소자(100)가 두 개의 솔더볼(55a, 55b)로 제1 전극(51) 및 제2 전극(52)과 연결된 플립칩 타입 LED(flip chip type LED)로 도시되 어 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 발광 소자(100)는 래터럴 타입 LED(lateral type LED) 또는 버티컬 타입 LED(vertical type LED)일 수도 있다. 플립칩 타입 LED는 제1 칩전극, 제2 칩전극이 패키지의 바닥면(도 1에서는 아래쪽)을 향하고, 래터럴 타입 LED는 제1 칩전극, 제2 칩전극이 패키지의 상면(도 2에서는 위쪽)을 향하고, 버티컬 타입 LED는 제1 칩전극, 제2 칩전극 중 하나는 패키지의 상면, 다른 하나는 바닥면을 향하게 된다.
형광층(60)은 발광 소자(100) 상에 형성되고, 형광층(60) 상에 캐비티(12)를 채우도록 수지층(70)이 형성되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 발광 소자(100) 상에 캐비티(12)의 적어도 일부를 채우도록 수지층이 형성되고, 수지층 상에 형광층이 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 형광층(60)은 투명 수지와 형광체(phosphor)를 혼합한 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 투명 수지 없이 형광체만을 포함할 수도 있다.
형광체에 대해서 자세히 설명하면, 형광체는 발광 소자(100)에서 나온 광을 흡수하여 다른 파장의 광으로 파장 변환한다. 즉, 형광체는 발광 소자(100)의 1차 발광에 의한 광을 흡수하여, 2차 발광하는 물질이다.
이러한 형광체를 사용하면 발광 장치가 여러가지 색을 나타낼 수 있는데, 백색을 표현하기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다. 발광 소자(100)가 청색광(청색(blue) 파장의 광)을 내보낼 경우(이러한 발광 소자(100)를 청색 발광 소자라 함), 형광층(60)은 청색광의 일부를 파장 변환하여 황색광을 생성하는 황 색(yellow) 형광체, 청색광의 일부를 파장 변환하여 적색광을 생성하는 적색(red) 형광체를 포함할 수 있다. 또는, 청색광의 일부를 파장 변환하여 녹색광을 생성하는 녹색(green) 형광체, 청색광의 일부를 파장 변환하여 적색광을 생성하는 적색(red) 형광체를 포함할 수 있다. 즉, 발광 소자(100)가 청색 발광 소자일 경우, 발광 소자(100)가 1차 발광하여 발생된 광과, 형광체가 2차 발광하는 광이 서로 섞여서 백색광을 내게 된다.
또는, 발광 소자(100)가 UV 파장의 광을 내보낼 경우(이러한 발광 소자(100)를 UV 발광 소자라 함), 형광층(60)은 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체(즉, RGB)를 포함할 수 있다.
형광체는 예를 들어, Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 질화물계/산질화물계 형광체, Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 천이 금속계의 원소에 의해 주로 활력을 받는 알칼리토류 할로겐 애퍼타이트 형광체, 알칼리토류 금속 붕산 할로겐 형광체, 알칼리토류 금속 알루민산염 형광체, 알칼리토류 규산염, 알칼리토류 유화물, 알칼리토류 티오갈레이트, 알칼리토류 질화 규소, 게르만산염, 또는 Ce 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 희토류 알루민산염, 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란타노이드계 원소에 의해 주로 활력을 받는 유기 및 유기 착체 등에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 구체적인 예로서 아래와 같은 형광체를 사용할 수가 있지만 이에 한정되지 않는다.
수지층(70)은 패키지 바디(10)의 캐비티(12)를 채울 수 있는 재료라면 특별히 한정하지 않아도 된다. 예를 들면, 수지층(70)은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 경 질 실리콘 수지, 변성 실리콘 수지, 우레탄 수지, 옥세탄 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지를 이용할 수가 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지(2)가 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지(1)와 다른 점은 제1 전극(51)과 제2 전극(52)이 패키지 바디(10)의 양면에 일체로 형성된다.
구체적으로 설명하면, 제1 전극(51)과 제2 전극(52)은 제1 바디(10a)의 상면에 이격되어 형성되며, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 외측벽을 따라 연장되어 제2 바디(10b)의 하면까지 연장된다. 이때, 제1 전극(51)과 제2 전극(52)은 제너 다이오드(20a, 20b)의 전극인 불순물 영역(21a, 21b)과 전기적으로 연결된다. 이외의 구성 요소는 전술한 제1 실시예에 따른 발광 패키지(1)와 실질적으로 동일하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 패키지(3)는 제1 수지층(70)과 제2 수지층(71)을 포함한다. 캐비티(12) 내부에 발광 소자(100)가 실장되고, 제2 수지층(71)과 제1 수지층(70)이 차례로 형성된다. 즉, 발광 소자(100)에서 발생되는 빛은 제2 수지층(71)을 먼저 통과하고 제1 수지층(70)을 통과한다.
제2 수지층(71)에는 형광체(60)가 혼합되어 있으며, 형광체(60)는 제2 수지층(71)에 균일하게 분포될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 형광체(60)를 제1 전극(51), 제2 전극(52) 및 발광 소 자(100) 상에 도포한 후, 수지층(70)을 채워 넣는다. 이 경우 형광체(60)는 휘발성 물질, 예를 들어 아세톤(acetone)에 용해시켜 도포하고, 아세톤을 가열하여 휘발시켜 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 패키지(5)는 제1 수지층(70)과 제2 수지층(71)을 포함하며, 형광체(60)는 제1 수지층(70)에 포함된다.
형광체(60)는 제1 수지층(70)과 제2 수지층(71)의 경계면에 인접하도록 분포될 수 있다. 다만, 이에 한정될 것은 아니며, 제1 수지층(70) 상에 균일하게 분포될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 수지층(70)은 제2 수지층(71)에 의해서 발광 소자(100)와 일정 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 형광체(60)가 발광 소자(100)로부터 발생되는 열에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 패키지(6)는 수지층(170)이 렌즈 형상으로 볼록하게 형성될 수 있다. 이러한 수지층(170)에는 형광체(60)가 균일하게 혼합될 수 있다. 수지층(170)이 렌즈 형상으로 볼록하게 도포됨으로써, 발광 소자(100)로부터 발생된 빛은 수지층(170)의 초점 방향을 향하여 집중되는 효과가 발생될 수 있다. 따라서, 발광 소자(100)에서 방출되는 빛을 효율적으로 활용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 패키지(7)는 수지 층(70) 상에 렌즈부(72)를 형성할 수 있다. 렌즈부(72)는 중심부가 오목하게 만입된 오목 렌즈 형상으로 형성된다. 렌즈부(72)의 오목한 형상은 오목 렌즈 역할을 할 수 있을 정도록 만입되면 족하기 때문에 상면 또는 하면 중 적어도 한면이 오목하게 형성될 수 있다. 이와 같은 렌즈부(72)는 빛을 확산시키는 역할을 한다. 따라서, 액정 표시 장치의 직하형 백라이트 유닛(direct type back light unit)의 경우와 같이, 빛을 여러방향으로 확산시켜 빛의 균일도를 향상시켜야 하는 경우에 사용될 수 있다.
이와 같은 렌즈부(72)는 수지층(70)과 일체로 형성될 수 있으며, 에폭시, 아크릴, 유리 등을 이용하여 별도의 구성 요소로 부착될 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 것은, 본 발명의 발광 패키지(1)가 적용된 예시적인 시스템(최종 제품, end product)이다. 발광 시스템은 조명 장치, 표시 장치, 모바일 장치(휴대폰, MP3 플레이어, 내비게이션(Navigation) 등)과 같은 여러 가지 장치에 적용될 수 있다. 도 10에 도시된 예시적 장치는 액정 표시 장치(LCD)에서 사용하는 에지형(edge type) 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)이다. 액정 표시 장치는 자체 광원이 없기 때문에, 백라이트 유닛이 광원으로 사용되고, 백라이트 유닛은 주로 액정 패널의 후방에서 조명하게 된다.
도 10을 참조하면, 백라이트 유닛은 발광 패키지(1), 도광판(410), 반사판(412), 확산 시트(414), 한쌍의 프리즘 시트(416)를 포함한다.
발광 패키지(1)는 빛을 제공하는 역할을 한다. 여기서, 사용되는 발광 패키지(1)는 사이드뷰 타입일 수 있다. 발광 패키지(1)는 전술한 것과 같이, 구동 바이어스의 레벨을 조절하여 백색광의 색 온도를 조절할 수 있다. 이와 같이, 백라이트 유닛에 사용되는 발광 패키지(1)에서 발생되는 백색광의 색 온도를 조절하면, 결국 액정 패널(450)에 표시되는 영상의 분위기를 조절하거나, 사용자가 원하는 느낌의 영상을 만들 수 있다.
도광판(410)은 액정 패널(450)로 제공되는 빛을 안내하는 역할을 한다. 도광판(410)은 PMMA(polymethymethacrylate)와 같은 플라스틱 계열의 투명한 물질의 패널로 형성되어, 발광 패키지(1)로부터 발생한 빛을 도광판(410) 상부에 배치된 액정 패널(450) 쪽으로 진행하게 한다. 따라서, 도광판(410)의 배면에는 도광판(410) 내부로 입사한 광의 진행 방향을 액정 패널(450) 쪽으로 변환시키기 위한 각종 패턴(412a)이 인쇄되어 있다.
반사판(412)은 도광판(410)의 하부면에 설치되어 도광판(410)의 하부로 방출되는 빛을 상부로 반사한다. 반사판(412)은 도광판(410) 배면의 각종 패턴(412a)에 의해 반사되지 않은 빛을 다시 도광판(410)의 출사면 쪽으로 반사시킨다. 이와 같이 함으로써, 광손실을 줄임과 동시에 도광판(410)의 출사면으로 투과되는 빛의 균일도를 향상시킨다.
확산 시트(414)는 도광판(410)에서 나온 빛을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지한다.
프리즘 시트(416) 상부면에 삼각기둥 모양의 프리즘이 일정한 배열을 갖고 형성되어 있으며, 통상 2장의 시트로 구성되어 각각의 프리즘 배열이 서로 소정의 각도로 엇갈리도록 배치되어 확산 시트(414)에서 확산된 빛을 액정 패널(450)에 수직한 방향으로 진행하도록 한다.
도 11은 프로젝터를, 도 12는 자동차의 헤드라이트를, 도 13은 가로등을, 도 14는 조명등을 도시하였다. 도 11 내지 도 14에서 사용되는 발광 패키지(1)는 탑뷰 타입일 수 있다.
도 11을 참고하면, 광원(411)에서 나온 광은 콘덴싱 렌즈(condensing lens)(420), 컬러 필터(430), 샤핑 렌즈(sharping lens)(440)을 통과하여 DMD(digital micromirror device)(455)에 반사되어, 프로젝션 렌즈(projection lens)(480)을 통과하여 스크린(490)에 도달한다. 광원(411) 내에는 본원 발명의 발광 장치가 장착되어 있다.
이하에서, 도 15 내지 도 24, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 15 내지 도 24는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
먼저, 도 15 내지 도 17을 참조하여 제1 바디를 형성하는 과정을 설명하며, 이어서 도 18 및 도 19를 참조하여 제2 바디를 형성하는 과정을 설명한다. 설명의 편의상 제1 바디의 제조공정을 먼저 설명하나, 제1 바디와 제2 바디의 제조공정은 선후 관계가 있는 것은 아니며, 순서가 바뀌거나 동시에 제조될 수 있다. 한편, 이하 설명에 있어서 편의상, 패키지 단위의 제1 바디(10a), 제2 바디(10b), 패키지 바디(10)로 기술하나, 복수의 제1 바디(10a), 제2 바디(10b) 및 패키지 바디(10)가 연속적으로 연결된 기판 형태로 제조될 수 있다.
도 15를 참조하면, 제1 바디(10a)의 양면에 산화막(31a, 31b)을 형성한다. 산화막(31a, 31b)은 SiO2로 이루어질 수 있으며, 열산화 방식으로 형성될 수 있다. 이어서, 제1 바디(10a)의 상면(도 15의 위쪽)에 마스크(M1)를 형성한 후, 산화막(31a, 31b)을 패터닝한다. 여기서, 마스크(M1)는 포토레지스트 패턴일 수 있다.
이어서, 도 16을 참조하면, 산화막(31a, 31b) 상에 형성된 마스크(도 15의 M1 참조)를 제거하고, 산화막(31a, 31b)을 식각 마스크로 이용하여 제1 바디(10a)에 캐비티(12)를 형성한다. 식각 공정은 예를 들어, KOH를 이용한 습식 식각 공정일 수 있다.
이어서, 도 17을 참조하면, 제1 바디(10a)의 양면에 형성된 산화막을 제거하고 제1 바디(10a)의 전면에 제1 절연막(30a)을 형성한다. 제1 절연막(30a)은 열산화 공정을 이용한 산화막일 수 있다. 제1 절연막(30a)은 제1 바디(10a)의 상면과 하면 뿐만 아니라, 캐비티(12)의 내측면에도 형성된다.
도 18 및 도 19를 참조하여, 제2 바디 제조 공정을 설명한다.
도 18을 참조하면, 제1 불순물(예를 들면, p형 불순물)이 도핑된 제2 바디(10b)의 양면에 산화막(31c, 31d)을 형성한다. 제2 바디(10b)의 상면(도 18의 위쪽면)의 산화막(31d) 상에는 마스크(M2)가 형성된다. 이어서, 마스크(M2)를 식각 마스크로 하여 홈(81, 82)을 형성한다. 홈(81, 82)은 V자 형태로 형성되며 제2 바디(10b)를 관통하여 형성된다.
이어서, 도 19를 참조하면, 제2 바디(10b)의 상면에 형성된 마스크(M2)와 산화막(31c, 31d)을 제거하고, 제2 바디(10b)의 전면에 제1 절연막(30a, 30b)을 형성한다. 제1 절연막(30a, 30b)은 제2 바디(10b)의 상면과 하면 뿐만 아니라 홈(81, 82)의 내측면에도 형성된다. 이와 같은 제1 절연막(30a, 30b)은 열산화 공정을 이용한 산화막일 수 있다.
이어서, 도 20을 참조하면, 도 17의 제1 바디(10a)와 도 19의 제2 바디(10b)를 서로 결합하여 패키지 바디(10)를 형성한다. 이때, 제1 바디(10a)는 도 17에 도시된 것과 같은 방향을 유지하며, 제2 바디(10b)는 도 19에 도시된 것을 180° 회전하는 형태로 부착된다. 이때, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)는 직접 본딩 방식으로 결합된다. 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 접착면에 형성된 제1 절연막(30a, 30b)은 서로 결합되어 제2 절연막(40)을 형성한다. 제2 절연막(40)은 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 직접 본딩을 매개하는 층으로서, 실질적으로 제1 절연막(30a, 30b)과 차이가 없을지라도 설명의 편의상 설정한다.
이하, 직접 본딩 방식에 대하여 구체적으로 설명한다.
우선, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)의 결합면 중 적어도 하나를 전처리(pre-treatment)한다. 전처리는 예를 들어, 플라즈마 처리(plasma treatment)일 수 있다. 플라즈마 처리는 저온에서 실시 가능하기 때문에 제1 바디(10a) 및 제2 바디(10b)에 스트레스를 적게 줄 수 있다.
플라즈마 처리는 예를 들어, O2, NH3, SF6, Ar, Cl2, CHF3, H2O 중 적어도 하 나를 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 전처리를 통해서, 제1 바디(10a)의 결합면과 제2 바디(10b)의 결합면을 활성화시킬 수 있다. 즉, 제1 바디(10a)의 결합면과 제2 바디(10b)의 결합면을 결합하기 적절한 상태로 변화시킬 수 있다.
전처리를 한 제1 바디(10a) 및 제2 바디(10b)의 결합면에는 댕글링 본드(dangling bond)가 생성될 수 있다. 이러한 댕글링 본드는 친수성(hydrophilic) 댕글링 본드일수도 있고, 소수성(hydrophobic) 댕글링 본드일 수도 있다. 이와 같이 제1 바디(10a) 및 제2 바디(10b)의 결합면에 형성된 댕글링 본드는 반 데르 발스 힘(Van der Waals' Force)에 의해 서로 자연스럽게(spontaneously) 붙게 된다.
이어서, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)를 열처리(thermal treatment)할 수 있다. 그러면, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)는 서로 공유 결합으로 연결되게 된다.
이어서, 도 21을 참조하면, 패키지 바디(10)를 180° 회전하여 제2 바디(10b)의 하면(도 21의 위쪽면을 의미함)에 마스크(M3)를 형성한다. 마스크(M3)는 포토레스지트로 형성될 수 있으며, 마스크(M3)를 식각 마스크로 하여 제1 절연막(30a, 30b)에 홀을 형성한다. 홀은 예를 들어, 건식 식각 방법으로 식각될 수 있다.
이어서, 도 22를 참조하면, 도 21의 마스크를 제거하고 제2 바디(10b)에 제2 불순물(예를 들어, n형 불순물)을 도핑하여 불순물 영역(21a, 21b)을 형성한다. 이때, 불순물 영역(21a, 21b)은 예를 들어, 이온 주입(implant), 열확산(thermal diffusion), 또는 플라즈마 도핑 방식으로 형성될 수 있다.
제2 바디(10b)와 불순물 영역(21a, 21b)은 pn 접합을 형성하며, 제너 다이오드(도 2의 20a, 20b 참조)를 구성하게 된다.
이어서, 도 23을 참조하면, 패키지 바디(10) 상에 서로 이격되도록 제1 전극(51) 및 제2 전극(52)을 형성한다. 이때, 제1 바디(10a) 상부에 제1 상부 전극(51a) 및 제2 상부 전극(52a)을 먼저 형성하고, 제2 바디(10b)의 하부에 제2 하부 전극(51b) 및 제2 하부 전극(52b)을 형성하여, 제1 전극(51)과 제2 전극(52)을 연결할 수 있다.
제1 하부 전극(51b)과 제2 하부 전극(52b)은 홈(81, 82)을 통하여 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a)에 연결된다. 이때, 제1 하부 전극(51b)과 제2 하부 전극(52b)은 불순물 영역(21a, 21b)에 각각 연결된다.
제1 전극(51)과 제2 전극(52)은 스퍼터링 방식 또는 전기 도금법을 이용하여 패키지 바디(10)에 도전성 물질을 형성하고 패터닝한다.
도 2를 참조하면, 캐비티(12) 내부의 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a) 상에 발광 소자(100)를 형성한다. 발광 소자(100)는 제1 상부 전극(51a)과 제2 상부 전극(52a)에 전기적으로 연결된다.
이어서, 발광 소자(100) 상에 형광층(60)을 형성한다.
이어서, 형광층(60) 상에 캐비티(12)를 채우도록 수지층(70)을 형성하여 발광 패키지(1)를 완성한다.
설명의 편의상 하나의 발광 패키지(1)를 기준으로 설명하였으나, 발광 패키 지(1)는 일체화된 기판 상에 복수의 발광 패키지를 형성하여 칩단위로 절단함으로써, 최종 발광 패키지로 형성할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지(1)의 제조 방법에 대해서만 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 제조 방법을 통해서 제2 내지 제7 실시예에 따른 발광 패키지(2, 3, 4, 5, 6, 7)의 제조 방법을 유추할 수 있음은 자명하다.
이하, 도 24 내지 도 27을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법에 관하여 설명한다. 도 24 내지 도 27은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법은 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)를 먼저 접합시킨 후, 제1 바디(10a)에 캐비티(12)를 형성하는 것을 제외하고는 전술한 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법과 동일하다.
먼저 도 24를 참조하면, 제1 불순물(예를 들면, p형 불순물)이 도핑된 제2 바디(10b)의 양면에 산화막(31c, 31d)을 형성한다. 제2 바디(10b)의 상면(도 24의 위쪽면)의 산화막(31d) 상에는 마스크(M2)가 형성된다. 이어서, 마스크(M2)를 식각 마스크로 하여 홈(81, 82)을 형성한다. 홈(81, 82)은 V자 형태로 형성되며 제2 바디(10b)를 관통하여 형성된다.
이어서, 도 25를 참조하면, 제2 바디(10b)의 상면에 형성된 마스크(M2)와 산화막(31c, 31d)을 제거하고, 제2 바디(10b)의 전면에 제1 절연막(30a, 30b)을 형성한다. 제1 절연막(30a, 30b)은 제2 바디(10b)의 상면과 하면 뿐만 아니라 홈(81, 82)의 내측면에도 형성된다. 이와 같은 제1 절연막(30a, 30b)은 열산화 공정을 이용한 산화막일 수 있다.
이어서, 도 26을 참조하면, 도 25의 제2 바디(10b)를 180° 회전시킨 다음 제2 바디(10b) 상에 제1 바디(10a)를 부착시킨다. 이때, 제1 바디(10a)는 양면에 제1 절연막(30a, 30b)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 절연막(30a, 30b)은 제2 바디(10b)의 제1 절연막(30a, 30b)과 동일한 방식으로 형성될 수 있다.
제1 바디(10a)와 제2 바디(10b)은 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 직접 본딩 방식으로 부착될 수 있다.
이어서, 도 27을 참조하면, 제1 바디(10a)를 식각하여 캐비티(12)를 형성한다. 이때, 제1 절연막(30a, 30b)을 식각 마스크로 이용하여 습식 식각하여 캐비티(12)를 형성할 수 있다.
한편, 제1 바디(10a)와 제2 바디(10b) 사이에 개재된 제2 절연막(40)은 캐비티(12)를 식각할 때, 식각 방지막 역할을 할 수 있다. 즉, 제1 바디(10a)를 습식 식각하면, 제1 바디(10a)를 관통하는 형태로 캐비티(12)가 형성되며 제2 절연막(40)에 의해 제2 바디(10b)가 식각되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 발광 패키지의 제조 공정은 도 21 내지 도 23의 공정과 실질적으로 동일하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광 패키지를 II-II' 선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 발광 패키지의 저면도이다
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 패키지의 단면도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 발광 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 15 내지 도 23은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 패키지 바디 10a: 제1 바디
10b: 제2 바디 20a, 20b: 제너 다이오드
21a, 21b: 불순물 영역 30a, 30b: 제1 절연막
40: 제2 절연막 51: 제1 전극
51a: 제1 상부 전극 51b: 제1 하부 전극
52: 제2 전극 52a: 제2 상부 전극
52b: 제2 하부 전극 60: 형광체
70: 수지층 81, 82: 홈
100: 발광소자

Claims (10)

  1. 캐비티가 형성된 제1 바디 및 상기 제1 바디와 결합된 제2 바디를 포함하되, 상기 캐비티는 상기 제1 바디를 관통하여 형성되는 패키지 바디;
    상기 패키지 바디 상에 형성되고, 서로 이격된 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 패키지 바디와 상기 제1 전극, 및 상기 패키지 바디와 상기 제2 전극 사이에 형성된 제1 절연막; 및
    상기 캐비티의 내측에 배치되어 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 연결된 발광 소자를 포함하는 발광 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 바디는 제1 불순물이 도핑된 발광 패키지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 바디에 제2 불순물이 도핑되어 형성되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 각각 연결된 적어도 2개의 불순물 영역을 더 포함하는 발광 패키지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 바디와 상기 제2 바디 사이에 개재되는 제2 절연막을 더 포함하는 발광 패키지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 패키지 바디는 상기 제1 바디와 상기 제2 바디 중 적어도 하나를 전처리(pre-treatment)하고, 상기 제1 바디와 상기 제2 바디를 직접 본딩 결합되어 형성된 발광 패키지.
  6. 제1 바디 및 상기 제1 바디와 절연막을 매개로 결합되는 제2 바디를 각각 형성하고,
    상기 제1 바디를 관통하도록 캐비티를 형성하고,
    상기 캐비티 내측에 발광 소자를 형성하는 것을 포함하는 발광 패키지의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 캐비티를 형성하는 것은 상기 절연막을 식각 정지막으로 이용하여 식각하는것을 포함하는 발광 패키지의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 바디에 제1 불순물을 도핑하는 것을 더 포함하는 발광 패키지의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 바디에 제2 불순물이 도핑하여 적어도 2 개의 불순물 영역을 형성하는 것을 더 포함하는 발광 패키지의 제조 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 바디와 상기 제2 바디 중 적어도 하나를 전처리(pre-treatment)하고,
    상기 제1 바디와 상기 제2 바디를 직접 본딩하는 것을 포함하는 발광 패키지의 제조 방법.
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