KR20110014468A - 나노섬유를 함유하는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법 - Google Patents

나노섬유를 함유하는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법을 제공한다. 상기 발광다이오드 패키지는 패키지 기판, 상기 패키지 기판 상에 배치된 발광다이오드 칩, 및 상기 발광다이오드 칩 상에 배치되되 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 봉지층을 포함한다. 또한, 상기 발광다이오드 패키지 제조방법은 패키지 기판 상에 발광다이오드 칩을 배치시키는 단계, 및 상기 발광다이오드 칩 상에 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 봉지층을 형성하는 단계를 포함한다.
발광다이오드 패키지, 나노섬유, 봉지층, 접착층

Description

나노섬유를 함유하는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법{Light emitting diode package containing nanofiber and method for fabricating the same}
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노섬유를 함유하는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 소자로서, 디스플레이 소자의 광원으로 주로 이용되고 있다. 이러한 발광다이오드는 기존의 광원에 비해 극소형이며, 소비전력이 적고, 수명이 길며, 반응속도가 빠른 등 매우 우수한 특성을 나타낸다. 이와 더불어서, 수은 및 기타 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경 친화적이다.
이러한 발광다이오드를 패키지로 구성할 때, 상기 발광다이오드를 지지하고, 보호하는 봉지층이 구비될 수 있다. 이러한 봉지층은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지와 같은 봉지재를 사용하여 형성하는데, 이러한 봉지재는 높은 열팽창계수로 인해 봉지층 내부에 크랙을 생성시킬 수 있다. 따라서, 발광다이오드의 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라, 광투과율을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 내부 크랙의 발생을 방지하여 광투과율을 향상과 더불어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 패키지 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 발광다이오드 패키지를 제공한다. 상기 발광다이오드 패키지는 패키지 기판, 상기 패키지 기판 상에 배치된 발광다이오드 칩, 및 상기 발광다이오드 칩 상에 배치되되 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 봉지층을 포함한다.
상기 나노섬유의 모듈러스 값은 상기 광투과성 수지의 모듈러스 값에 비해 높은 값을 가질 수 있다. 상기 나노섬유는 상기 광투광성 수지 100 중량부에 대해 10 중량부 이내로 함유될 수 있다. 상기 나노섬유는 표면개질된 상태의 나노섬유일 수 있다.
상기 나노섬유는 실크, 키틴 또는 셀룰로오스등의 천연섬유, 또는 폴리에스터, 나일론, 탄소, 실리카 등의 인공섬유일 수 있다. 또한, 상기 나노섬유는 폴리에테르케톤, 폴리옥시트리메틸렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리(에 틸렌옥사이드), 폴리락티드, 폴리글리코리드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐 알코올 및 폴리히드록시부틸레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중합체일 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 발광다이오드 패키지를 제공한다. 상기 발광다이오드 패키지는 패키지 기판, 상기 패키지 기판 상에 배치된 발광다이오드 칩, 및 상기 발광다이오드 칩과 상기 패키지 기판 사이에 배치되되 접착성 수지 및 나노섬유를 함유하는 접착층을 포함한다.
상기 접착성 수지는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있으며, 상기 나노섬유는 실크, 키틴 또는 셀룰로오스등의 천연섬유, 또는 폴리에스터, 나일론, 탄소, 실리카 등의 인공섬유일 수 있다. 또한, 상기 나노섬유는 폴리에테르케톤, 폴리옥시트리메틸렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리락티드, 폴리글리코리드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐 알코올 및 폴리히드록시부틸레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중합체일 수 있다.
상기 발광다이오드 패키지는 상기 발광다이오드 칩 상에 배치되는 봉지층을 더 구비하되, 상기 봉지층은 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 발광다이오드 패키지 제조방법을 제공한다. 상기 발광다이오드 패키지 제조방법은 패키지 기판 상에 발광다이오드 칩을 배치시키는 단계, 및 상기 발광다이오드 칩 상에 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 봉지층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발광다이오드 패키지 제조방법은 상기 봉지층을 형성하는 단계 이전에, 상기 나노섬유를 표면개질시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 나노섬유의 표면개질은 염기성 용액 또는 산성용액을 사용하여 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 봉지재에 나노섬유가 함유된 경우, 상기 나노섬유가 상기 광투과성 수지를 지지하여, 상기 광투과성 수지의 수축 팽창을 억제시키고, 열팽창계수를 감소시켜 줄 수 있으므로, 봉지층 내의 크랙형성을 방지할 수 있다.
또한, 상기 나노섬유는 상기 광투과성 수지 내에 함유되어, 광투과성 수지 내에 생성되는 크랙의 전파를 차단시켜 줄 수 있으므로, 상기 봉지층 내부의 결함 밀도를 감소시켜 줄 수 있다. 그 결과, 상기 발광다이오드 칩으로부터 방출되는 광의 광투과율을 향상시키고, 발광다이오드 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 패키지 기판(11)을 제공한다. 상기 패키지 기판(11)은 실리콘 기판, 금속 기판, 세라믹 기판 또는 수지기판일 수 있다.
상기 패키지 기판(11) 상에 본딩 패드들(20)을 형성할 수 있다. 상기 패키지 기판(11)의 외측부에는 상기 본딩 패드들(20)에 각각 연결된 외부 연결단자들(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 본딩 패드들(20) 및 상기 외부 연결단자들은 리드 프레임에 구비된 것들일 수 있다. 상기 본딩 패드들(20)은 Au, Ag, Cr, Ni, Cu, Zn, Ti 또는 Pd을 함유할 수 있다.
상기 패키지 기판(11) 상에 캐버티(12a)를 갖는 하우징(12)을 배치할 수 있다. 이때, 상기 캐버티(12a) 내에 상기 본딩 패드들(20)의 일부들이 노출될 수 있다. 상기 하우징(12)은 실리콘, 금속, 세라믹 또는 수지로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징(12)은 몰딩법에 의해 형성되거나, 상기 패키지 기판(11) 상에 하우징층을 형성한 후 패터닝하는 방법에 의해 형성될 수도 있다.
상기 패키지 기판(11)과 상기 하우징(12)은 서로 분리되지 않은 일체형일 수 있다. 이 경우에, 상기 패키지 기판(11)과 상기 하우징(12)은 상기 본딩 패드들(20)을 사이에 두고 일체로 사출성형된 것일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 캐버티(12a) 내에 노출된 본딩 패드들(20) 중 어느 하나(21)에 발광다이오드 칩(30)을 배치한다. 상기 발광다이오드 칩(30)은 n형 반도체층, p형 반도체층 및 이들 사이에 개재된 활성층을 구비한다. 이러한 발광다이오드는 상기 n형 반도체층과 상기 p형 반도체층 사이에 전계를 인가할 때, 전자 와 정공이 재결합하면서 발광한다. 상기 발광다이오드 칩(30)은 GaAlAs계, AlGaIn계, AlGaInP계, AlGaInPAs계, GaN계 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 발광다이오드 칩(30)은 가시광, 자외선광 또는 적외선광을 방출하는 소자일 수 있다.
상기 발광다이오드 칩(30)은 n 전극과 p 전극을 상부면에 모두 형성한 수평형 소자 일 수 있다. 상기 n 전극과 상기 p 전극은 와이어들(32)을 통해 상기 본딩 패드들(21, 22)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 발광다이오드 칩(30)은 플립(flip)되어 상기 본딩 패드들(21, 22)에 도전성 볼들(미도시)을 사용하여 표면 실장될 수도 있다.
상기 하우징(12)의 적어도 캐버티(12a)의 측벽들 상에는 광반사 물질(15)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 광반사 물질(15)은 상기 발광다이오드 칩(30)에서 방출된 광을 반사시켜 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 하우징(12)의 상부면은 상기 발광다이오드 칩(30)의 상부면보다 높은 레벨에 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 발광다이오드 칩(30)에서 방출되는 광이 상기 캐버티(12a)의 측벽들 상에 위치한 광반사 물질(15)에 의해 반사되는 비율을 높일 수 있다.
도 1c를 참조하면, 상기 발광다이오드 칩(30) 상에 상기 캐버티(12a) 내부를 채우는 봉지층(40)을 형성할 수 있다. 상기 봉지층(40)은 광투과성 수지층일 수 있다. 예를 들어 상기 광투과성 수지(42)는 실리콘(silicone) 수지 또는 에폭시 수지일 수 있다.
상기 봉지층(40)은 상기 광투과성 수지(42) 내에 나노섬유(44)를 함유할 수 있다. 상기 나노섬유(44)는 모듈러스 값이 상기 광투과성 수지(42)에 비해 높은 값을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 나노섬유(44)는 실크, 키틴 또는 셀룰로오스등의 천연섬유, 또는 폴리에스테르, 나일론, 탄소 또는 실리카 등의 인공섬유일 수 있다.
이에 더하여, 상기 나노섬유(44)는 폴리에테르케톤(polyester ketone), 폴리옥시트리메틸렌(polyoxymethylene), 폴리메타크릴레이트(polymethacrilate), 폴리아크릴레이트(polyacrilate), 폴리(에틸렌옥사이드)(polyethylene oxide; PEO), 폴리락티드(polylactides; PLA), 폴리글리코리드(polyglycolide; PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone; PCL), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA) 및 폴리히드록시부틸레이트(Hydroxylbutylate; PHB)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중합체일 수 있다.
상기 나노섬유(44)의 모듈러스 값이 상기 광투과성 수지(42)보다 높은 경우, 상기 나노섬유(44)가 광투과성 수지(42)를 지지하여, 상기 광투과성 수지(42)의 수축 팽창을 억제시키고, 열팽창계수를 감소시켜 줄 수 있다.
또한, 상기 나노섬유(44)는 상기 광투과성 수지(42) 내에 함유되어, 광투과성 수지(42) 내에 생성되는 크랙의 전파를 차단시켜 줄 수 있으므로, 상기 봉지층(40) 내부의 결함 밀도를 감소시켜 줄 수 있다. 그 결과, 상기 발광다이오드 칩(30)으로부터 방출되는 광의 광투과율을 향상시키고, 발광다이오드 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 나노섬유(44)는 상기 광투과성 수지(42)와의 표면접착력을 향상시키기 위해 표면개질될 수 있다. 상기 표면개질은 염기성 또는 산성용액을 이용하여 상 기 나노섬유의 표면을 염기화 또는 산화시킬 수 있다. 이때, 상기 염기화 또는 산화처리 전에 상기 나노섬유(44)를 열처리하는 과정이 더 포함될 수 있다.
상기와 같이 표면개질된 나노섬유는 상기 광투과성 수지와의 표면접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 패키지 기판(11) 및 하우징부(12)와의 표면접착력도 향상시킬 수 있다.
그 결과, 발광다이오드 패키지 내부에 수막이 형성되는 것을 방지할 수 있어, 발광다이오드 패키지의 수명을 증가시키고, 발광다이오드 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 나노섬유(44)는 발광다이오드 칩(30)으로부터 발생되는 광이 적어도 80% 이상 투과할 수 있도록 상기 나노섬유의 양을 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유(44)는 상기 광투광성 수지(42)에 대해 10 중량부 이내로 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 이내, 더 바람직하게는 2 중량부 이내로 첨가될 수 있다.
만약, 상기 나노섬유(44)가 상기 광투광성 수지(42)에 대해 10 중량부 이상으로 첨가되는 경우, 상기 발광다이오드 칩(30)으로부터 발생되는 광이 상기 봉지층(40)을 투과하기 위한 광투과율은 감소될 수 있다.
상기 나노섬유(44)는 상기 발광다이오드 칩(30)으로부터 방출되는 파장길이에 대해 0.4배 내지 0.7배의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.5배의 두께를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 발광다이오드 칩(30)이 250nm의 자외선 파장을 방출하는 소자인 경우, 상기 나노섬유(44)는 125nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 봉지층(40)는 트랜스퍼 몰딩법(transfer molding), 인젝션 몰딩법(infection molding) 또는 캐스팅법(casting)을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이다. 후술하는 것을 제외하고는 상기 도 1을 참조하여 설명한 발광다이오드 패키지와 유사하다.
도 2를 참조하면, 패키지 기판(51) 상에 발광다이오드 칩(70)이 배치될 수 있다. 상기 발광다이오드 칩(70)은 n 전극과 p 전극이 각각 상하부면들에 형성된 수직형 소자일 수 있다.
이 경우, 상기 발광다이오드 칩(70)의 하부면에 위치한 전극은 접착층(90)을 매개로 하여 상기 본딩 패드들 중 하나(61)에 전기적으로 접착되고, 상부면에 위치한 전극은 와이어를 통해 상기 본딩 패드들 중 나머지 하나(62)에 전기적으로 연결될 수 있다.
그 결과, 상기 발광다이오드 패키지는 패키지 기판(51) 상에 발광다이오드 칩(70)이 배치되되, 상기 패키지 기판(51)과 상기 발광다이오드 칩(70) 사이에는 접착층(90)이 배치될 수 있다.
상기 접착층(90)은 접착성 수지 및 나노섬유를 함유할 수 있다. 상기 접착성 수지는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있다. 상기 나노섬유는 실크, 키틴 또는 셀룰로오스등의 천연섬유, 또는 폴리에스테르, 나일론, 탄소 또는 실리카 등의 인공섬유일 수 있다.
이에 더하여, 상기 나노섬유는 폴리에테르케톤(polyester ketone), 폴리옥시트리메틸렌(polyoxymethylene), 폴리메타크릴레이트(polymethacrilate), 폴리아크릴레이트(polyacrilate), 폴리(에틸렌옥사이드)(polyethylene oxide; PEO), 폴리락티드(polylactides; PLA), 폴리글리코리드(polyglycolide; PGA), 폴리카프로락톤(Polycaprolactone; PCL), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA) 및 폴리히드록시부틸레이트(Hydroxylbutylate; PHB)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중합체일 수 있다.
상기 접착층(90) 내에 나노섬유가 함유되는 경우, 모듈러스의 증가에 의해 열팽창계수가 낮아질 수 있다. 이에 따라 접착층(90) 내에 형성되는 크랙을 감소시킬 수 있어, 발광다이오드 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
추가적으로, 상기 발광다이오드 패키지는 상기 발광다이오드 칩(70) 상에 배치된 봉지층(80)을 더 구비할 수 있다. 상기 봉지층(80)은 상기 도 1을 참조하여 설명한 발광다이오드 패키지 내에 구비된 봉지층(도 1의 40)과 동일할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 접착층(90) 및 봉지층(80) 내에 나노섬유를 함유함으로써 소자 내의 결함밀도를 현저하게 감소시켜 줄 수 있으므로, 광투과율 향상과 더불어 소자의 신뢰성 향상을 꾀할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 도시한 단면도이다.

Claims (14)

  1. 패키지 기판;
    상기 패키지 기판 상에 배치된 발광다이오드 칩; 및
    상기 발광다이오드 칩 상에 배치되되 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 봉지층을 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유의 모듈러스 값은 상기 광투과성 수지의 모듈러스 값에 비해 높은 값을 가지는 발광다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 상기 광투광성 수지 100 중량부에 대해 10 중량부 이내로 함유된 발광다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 표면개질된 상태의 나노섬유인 발광다이오드 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 실크, 키틴 또는 셀룰로오스등의 천연섬유, 또는 폴리에스 터, 나일론, 탄소, 실리카 등의 인공섬유인 발광다이오드 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유는 폴리에테르케톤, 폴리옥시트리메틸렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리락티드, 폴리글리코리드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐 알코올 및 폴리히드록시부틸레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중합체인 발광다이오드 패키지.
  7. 패키지 기판;
    상기 패키지 기판 상에 배치된 발광다이오드 칩; 및
    상기 발광다이오드 칩과 상기 패키지 기판 사이에 배치되되 접착성 수지 및 나노섬유를 함유하는 접착층을 포함하는 발광다이오드 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접착성 수지는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지인 발광다이오드 패키지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 나노섬유는 실크, 키틴 또는 셀룰로오스등의 천연섬유, 또는 폴리에스터, 나일론, 탄소, 실리카 등의 인공섬유인 발광다이오드 패키지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 나노섬유는 폴리에테르케톤, 폴리옥시트리메틸렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리락티드, 폴리글리코리드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐 알코올 및 폴리히드록시부틸레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 중합체인 발광다이오드 패키지.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩 상에 배치되는 봉지층을 더 구비하되,
    상기 봉지층은 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 발광다이오드 패키지.
  12. 패키지 기판 상에 발광다이오드 칩을 배치시키는 단계; 및
    상기 발광다이오드 칩 상에 광투과성 수지 및 나노섬유를 함유하는 봉지층을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 봉지층을 형성하는 단계 이전에,
    상기 나노섬유를 표면개질시키는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 패키지 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 나노섬유의 표면개질은 염기성 용액 또는 산성용액을 사용하여 수행하는 발광다이오드 패키지 제조방법.
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