KR20120062303A - 발광 소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것으로,
적어도 일면에 회로 패턴이 형성되며 개구부를 갖는 기판; 상기 개구부의 적어도 일부를 충진하도록 형성되는 파장변환층;및 상기 파장변환층의 일면에 배치되고, 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 발광소자;를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
적어도 일면에 회로 패턴이 형성되며 개구부를 갖는 기판; 상기 개구부의 적어도 일부를 충진하도록 형성되는 파장변환층;및 상기 파장변환층의 일면에 배치되고, 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 발광소자;를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
Description
본 발명은 기판의 개구부에 파장변환층을 형성하여 광 균일도가 개선된 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(Light Emitign Diode: LED)와 같은 발광 소자는 점점 휘도가 증가함으로써 디스플레이용 광원, 조명/자동차 광원으로 사용되고 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로 효율이 좋은 백색 광도 구현 가능하다. 이러한 목적으로 LED를 응용하기 위해서는 소자의 동작 전압이 낮아야 하고 발광 효율과 휘도가 높아야 한다.
백색 발광 다이오드를 구현하는 방법 중 가장 일반적인 방법은 청색 발광 다이오드에 황색 형광체를 이용하여 파장 변환을 꾀하여 청색광과 황색광이 조합되어 백색 광원을 구현하는데, 이러한 방법은 형광체층의 효율은 백색 구현에 있어서 크게 영향을 받게 된다.
일반적인 형광체층을 이용하는 백색 발광 다이오드의 구조는, 패키지를 이루어 제작되며, 도전성 금속으로 이루어진 리드 프레임(Lead Frame) 구조물에 LED를 접합 수지를 이용하여 다이 본딩하고, LED 상측을 실리콘, 에폭시 등의 복합 수지로 이루어지는 충진재를 몰딩하는 것이다. 이때, 백색을 구현하기 위해서 형광체 분말을 몰딩용 충진재에 혼합하여 LED가 접합된 리드 프레임 패키지에 몰딩한다.
이와 같은 백색 발광 다이오드 패키지는, 청색 LED에서 방사된 일부의 청색 빛은 투과하고, 나머지 빛은 충진재에 포함된 형광체와 충돌하여 형광체를 여기(excitation)하여 황색의 빛을 방사하고, 청색과 황색의 빛은 혼합되어 백색의 빛이 나오게 된다. 이러한 구조는 빛이 패키지의 외부 표면에 도달할 때의 경로차가 발생하여 균일한 빛을 구할 수 없는 단점이 있으며, 충진재 내에 포함된 형광체의 불균일에 기인하여 색 재현성이 저하될 수 있다.
기판의 개구부에 파장변환층을 형성하여 광 균일도가 개선된 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
적어도 일면에 회로 패턴이 형성되며 개구부를 갖는 기판; 상기 개구부의 적어도 일부를 충진하도록 형성되는 파장변환층;및 상기 파장변환층의 일면에 배치되고, 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 발광소자;를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자는 상기 기판의 회로 패턴이 형성된 면과 동일한 측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판과 상기 파장변환층의 표면 중 적어도 하나는 공면을 이룰 수 있다.
이 경우, 상기 기판과 상기 파장변환층은 동일한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 파장변환층은 상기 개구부 전체를 충진하도록 형성되어, 상기 파장변환층의 두께 및 형상이 상기 개구부에 의해 정의될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 파장변환층은 형광체 입자를 함유한 투광성 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자와 직접 접촉하도록 배치된 히트싱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판의 회로 패턴에 부착된 솔더 볼을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 개구부의 크기는 상기 발광소자의 크기보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 개구부 내측의 적어도 일부는 경사면을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자의 적어도 일부는 상기 개구부 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판은 인쇄회로기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판에 형성된 회로 패턴과 상기 발광소자는 와이어 본딩될 수 있다.
이 경우, 상기 와이어는 고 반사성의 백색 수지로 봉지될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자는 복수 개이며, 상기 복수의 발광소자 각각은 상기 회로패턴으로부터 독립적으로 전기 신호를 인가받을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 파장변환층 상에 형성된 투광성 렌즈를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 투광성 렌즈는 상기 파장변환층의 표면을 완전히 덮을 수 있다.
또한, 상기 투광성 렌즈 표면에 요철이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자는 복수 개이며, 상기 기판의 개구부에 형성된 파장변환층의 일면에 상기 복수 개의 발광소자가 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
적어도 일면에 회로 패턴이 형성되며, 개구부를 갖는 기판을 마련하는 단계;
상기 개구부 내에 파장변환층을 충진하는 단계; 상기 기판의 회로 패턴이 형성된 면과 동일한 측의 파장변환층 일면에 발광소자를 배치하는 단계; 및 상기 발광소자와 상기 기판의 회로 패턴을 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자와 상기 기판의 회로 패턴을 전기적으로 연결하는 단계는, 상기 발광소자와 상기 기판의 회로 패턴을 와이어 본딩할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 와이어를 고 반사성 백색 수지로 봉지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자와 집적 접촉하도록 상기 발광소자 상면에 히트 싱크를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 파장변환층 상면에 투광성 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기판의 회로 패턴 상에 외부로부터 전기 신호를 인가받기 위한 솔더 볼을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법의 경우, 파장변환층이 기판의 개구부의 적어도 일부를 충진하도록 형성되므로, 파장변환층의 두께 및 위치 제어가 용이하여 파장변환된 광의 산포가 개선되고, 광 균일도가 향상되며 색얼룩이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 와이어가 통상의 투명한 에폭시 또는 실리콘 고분자에 의해 봉지되나, 본 발명의 경우 기계적 물성이 우수한 몰드 재료에 의해서 봉지되므로, 와이어의 접합 신뢰성이 향상 될 수 있다.
또한, 기판 하부에 복수의 전극을 배치하여 전기 신호를 전달함으로써, 단일 패키지 내에 복수개의 칩이 배열된 경우, 각각 독립적으로 전기신호를 제어 할 수 있어 다양한 광 연출이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 하부 및 상부에서 바라본 도면이다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 상부 및 하부에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 나타내기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 하부 및 상부에서 바라본 도면이다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 상부 및 하부에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 나타내기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 하부 및 상부에서 바라본 도면이다. 먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지(100)는 개구부(10a)를 포함하는 기판(10), 상기 개구부(10a)의 적어도 일부를 충진하도록 형성되는 파장변환층(30), 상기 파장변환층(30)의 일면 위에 배치된 발광소자(20)를 포함한다. 상기 발광소자(20)의 일면에는 방열을 위한 히트싱크(40)가 더 배치될 수 있으며, 상기 발광소자(20)는 상기 기판(10)에 형성된 본딩 패드(12)와 와이어(W) 본딩될 수 있다. 또한, 상기 와이어(W)는 고 반사성의 백색 수지(60)로 봉지될 수 있으며, 상기 기판(10)에 형성된 범프 패드(13)는 범프(11)에 의해 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 파장변환층(30) 상면에는 지향각을 조절하기 위한 투광성 렌즈(50)를 더 포함할 수 있다.
본 실시 형태에서, 구체적으로 도시하지는 않았으나 상기 발광소자(20)는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 n형 및 p형 반도체층일 수 있으며, 질화물 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가질 수 있으며, 예컨대, GaN, AlGaN, InGaN 등의 물질이 이에 해당될 수 있다. 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 활성층은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, 예컨대, InGaN/GaN 구조가 사용될 수 있다.
상기 기판(10)의 개구부(10a)의 적어도 일부를 충진하도록 형성된 파장변환층(30)은 상기 발광소자(20)의 활성층으로부터 방출된 광의 파장을 변환시키는 파장변환용 형광체 입자를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 황색(yellow), 적색(red) 및 녹색(green) 중 어느 하나로 파장을 변환시키는 형광체로 이루어지거나, 복수 종의 형광체가 혼합되어 복수의 파장으로 변환 시킬 수 있으며, 상기 형광체의 종류는, 상기 발광소자(20)의 활성층으로부터 방출되는 파장에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 파장변환층(30)은 YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 적어도 1종 이상의 형광물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 청색 발광 LED 칩에 황색으로 파장 변환시키는 형광체를 적용하는 경우, 백색 발광 반도체 발광소자를 얻을 수 있다.
상기 파장변환층(30)은 실리콘, 에폭시 등의 투명 수지에 상기 형광체 및 무기 충진제가 혼합되어 형성될 수 있다. 무기 충진제는 파장변황층의 공정 방법에 따라 적정 점도를 확보하기 위한 수단이며, 통상 Al2O3, SiO2 등의 수~수백 나노미터의 크기가 적당하다. 또한, 상기 파장변환층(30) 내에 광 투과성이 우수한 유?무기계 스페이서를 추가함으로써, 상기 파장변환층(30)의 두께를 일정하게 유지되도록 하여 광 산포를 개선할 수 있다. 상기 파장변환층(30)은 상기 기판(10) 하부에 캐리어 테이프(carrier tape)를 부착한 후, 디스펜싱(dispecing), 프린팅(printing), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), RF-sputter, e-beam evaporator, thermal evaporator 등 종래의 공지된 방법을 이용하여 상기 기판(10)의 개구부(10a)의 적어도 일부를 충진하도록 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 파장변환층(30)은 상기 기판(10)의 개구부(10a) 내에 상기 기판(10)과 동일한 두께로 형성되고, 상기 기판(10)의 표면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 즉, 형광체 입자를 포함하는 파장변환층(30)은 기판(10)의 개구부(10a) 내에 형성되므로, 그 두께 및 위치 제어가 용이하다. 따라서, 발광소자(20)의 광 방출면에서 상기 파장변환층(30)은 균일한 두께를 갖도록 형성될 수 있으므로, 상기 파장변환층(30)에서 파장 변환된 광의 산포가 개선되고, 이에 따라 광 균일도가 향상되며 색얼룩이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 발광소자(20)는 상기 파장변환층(30) 상면에 접착되어 형성될 수 있고, 상기 파장변환층(30)의 접착면이 주된 광 방출면으로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 발광소자(20)의 활성층으로부터 방출된 광은 상기 기판(10)의 개구부(10a) 내에 형성된 파장변환층(30)에 의해 파장 변환된 빛을 방출할 수 있다. 상기 발광소자(20)의 상기 파장변환층(30)과 접촉하는 면의 면적은 상기 발광소자(20)로부터 방출되는 빛이 모두 파장변환층을(30)을 통과할 수 있도록, 상기 파장변환층(30)의 면적보다 작거나 같을 수 있다.
상기 파장변환층(30)의 일면 위에 배치된 발광소자(20)의 상면에는 히트싱크(40)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 히트싱크(40)는 광 방출면으로 제공되지 않는, 상기 파장변환층(30)이 형성된 면과 대향하는 면에 형성될 수 있다. 상기 히트싱크(40)는 상기 발광소자(20)와 직접 접촉하여 상기 발광소자(20)로부터 방출되는 열을 흡수하여 외부로 방출하기 위한 것으로, 이에 따라, 상기 히트싱크(40)는 열전도율이 우수한 재질인 구리, 알루미늄, 스테인레스로 제작될 수 있으며, 표면적을 최대화하여 방열 기능을 높임으로써, 상기 발광소자(20)의 열화를 방지하고 신뢰성을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.
상기 기판(10)은 PCB(인쇄 회로 기판)일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 메탈 PCB의 일종인 MCPCB일 수 있다. 상기 기판(10)의 일면에는 전기 배선을 위한 회로 패턴이 형성될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 발광소자(20)와 전기적으로 연결되는 본딩 패드(12) 및 범프(11)와 연결되어 외부로부터 전기적 신호를 공급받기 범프 패드(13)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 발광소자(20)의 제1 및 제2 도전형 반도체층에 형성된 전극과 상기 본딩 패드(12)는 와이어(W) 본딩될 수 있으며, 상기 와이어(W)는 고 반사성의 백색 수지로 봉지될 수 있다. 상기 와이어(W)를 봉지하는 봉지부(60)는 상기 발광소자(20)와 와이어(W)를 보호하고, 고반사성 백색 수지로 이루어짐에 따라, 상 발광소자(20)의 측면에서 방출되는 광을 반사시켜 상부로 유도하여 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 발광소자(20)의 와이어 본딩 형성면에 반사층을 포함함으로써 와이어 본딩 형성면이 광 방출면으로 제공되지 않는 경우, 상기 와이어(W)를 봉지하는 봉지부(60)는 반드시 백색일 필요는 없고, 기계적 물성이 우수한 재료로 이루어진 유색 봉지재가 적용될 수도 있다.
상기 파장변환층(30)을 포함하는 기판(10) 상부에 형성된 렌즈(50)는 상기 발광소자(20) 상에 형성된 파장변환층(30)을 완전히 커버하여 발광소자(20) 및 파장변환층(30)을 보호할 뿐 아니라, 반구 형상으로 이루어져, 경계면에서의 프레넬 반사를 줄여서 광추출을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 투명렌즈는 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 수지는, 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트 및 폴리이미드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 상면에 요철을 형성하여 광추출 효율을 높이고, 방출되는 광의 방향을 조절할 수 있다. 상기 파장변환층(30) 및 렌즈(50)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 저면도 및 평면도이다. 도 2(a)는 도 1에 도시된 발광소자 패키지를 하부에서 바라본 개략도이며, 도 2(b)는 상부에서 바라본 개략도이다. 도 2(a)를 참조하면, 상기 발광소자 패키지(100)의 저면에는 열 전도성이 우수한 물질로 이루어진 히트싱크(40)가 배치되어 발광소자(20)로부터 발생한 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있다. 상기 히트싱크(40)는 외부와의 접촉 면적을 최대화하도록 넓은 면적을 갖도록 형성될 수 있으며, 발광소자 패키지 실장용 기판(미도시)에 실장시 범프(11) 및 히트싱크(40)가 모두 실장용기판에 접촉함으로써 방열 효율을 개선할 수 있다. 도 2(b)를 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 상부면에서는 발광소자(20) 상면에 형성된 파장변환층(30)이 배치되며, 상기 파장변환층(30)으로부터 파장 변환된 광의 지향각을 조절하기 위한 광투과성 렌즈(50)가 배치될 수 있다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 제1 실시형태와는 달리, 상기 기판(10)에 형성된 개구부(10a')의 내측면의 적어도 일부는 경사면을 포함할 수 있으며, 상기 경사진 개구부(10a')의 적어도 일부를 충진하도록 파장변환층(31)이 형성될 수 있다. 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하였으며, 이하 달라진 구성에 대해서만 설명한다. 상기 기판(10)의 개구부(10a)의 내측이 경사면을 포함함에 따라, 상기 기판(10)의 개구부(10a) 내에 형성된 파장변환층(31)에서 방출된 빛이 상기 개구부(10a)의 경사면에서 반사되어 상부로 유도되므로, 외부 광추출 효율이 향상될 수 있다. 또한, 개구부(10a)가 경사진 면을 가짐으로써 상기 파장변환층(31)과 기판(10) 사이의 접촉면적이 증가하므로, 상기 파장변환층(31)과 기판(10) 사이의 결합이 견고해 지므로 발광소자 패키지(101)의 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에 따르면, 상기 발광소자 패키지(102)를 구성하는 기판(10)의 개구부(10a'')는 도 3에 도시된 제2 실시형태에 따른 발광소자 패키지(101)와 동일하게, 그 내측면이 경사진 형태를 가지며, 다만, 발광소자(20)가 상기 기판(10)의 개구부(10a'') 외부에 배치되는 것이 아니라, 상기 개구부(10a'') 내에 배치된다는 점에서 구조적 차이가 존재한다. 본 실시형태에서는 상기 발광소자(20) 전체가 상기 기판(10)의 개구부(10a'') 내에 배치되나, 본 실시형태와는 달리 상기 발광소자(20)의 일부만이 개구부(10a'') 내에 배치되는 것도 가능하다. 본 실시형태의 경우, 상기 발광소자(20)가 상기 파장변환층(32) 내부에 매립되므로, 발광소자(20)와 파장변환층(32) 사이의 접촉 면적을 증가시켜 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 발광소자(20)가 파장변환층(32) 내부에 매립됨으로써 패키지의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한 발광소자(20)의 발광면이 파장변환층(32)에 완전히 매립된 경우에는 봉지부(60)는 유색의 재료가 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 렌즈(51)의 일부 표면에 요철이 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 렌즈(51) 표면에 오목한 형태의 요철이 형성되었으나, 지향각에 따라 표면이 오목 또는 볼록부를 갖도록 형성될 수 있으며, 다수의 오목부 및 볼록부를 포함하는 요철구조를 갖도록 형성되어, 광 지향각을 조절할 뿐만 아니라 외부와의 계면 사이에서 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 따른 반도체 발광소자 패키지(103)는 개구부(10a''')를 포함하는 기판(10), 상기 기판(10)의 개구부(10a''')에 형성된 파장변환층(33) 및 상기 파장변환층(33) 위에 배치된 발광소자(20)를 포함한다. 제1 내지 제3 실시형태와는 달리, 상기 파장변환층(33) 상면에 렌즈(51) 및 상기 발광소자(20) 상에 형성되는 히트 싱크를 포함하지 않을 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 상기 발광소자(20)는 기판(10)에 형성된 본딩 패드(12)와 와이어 본딩되며, 상기 기판(10) 상에 형성된 회로패턴과 전기적으로 연결된 범프 패드(13)에 형성된 범프(11)는 발광소자 패키지 실장용 기판(70)에 형성된 회로 패턴(70a, 70b)과 접속하여 외부 전원으로부터 전기 신호를 인가받을 수 있다. 상기 발광소자 패키지 실장용 기판(70)과 상기 발광소자(20)가 배치된 기판(10) 사이의 빈 공간은 에폭시 수지 등으로 이루어진 봉지재로 충진하여 봉지부(61)를 구성할 수 있다. 상기 봉지부(61) 상기 발광소자(20)와 와이어(W)를 외부로부터 보호하고, 발광소자 패키지(103)가 보다 견고하게 구성되도록 하여, 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 발광소자 패키지의 단면을 나타내는 개략적인 도면이다. 또한, 도 7은 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 상부 및 하부에서 바라본 개략적인 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지(200)는 제1 내지 제4 실시형태와는 달리, 상기 파장변환층(130) 상에 복수의 발광소자(120)를 배치함으로써 멀티칩 발광소자 패키지를 제조할 수 있다. 도 6을 참조하면, 상기 기판(110)은 개구부(110a)를 포함하며, 상기 개구부(110a)의 적어도 일부를 채우도록 파장변환층(130)이 형성될 수 있다. 상기 파장변환층(130) 상에는 복수 개의 발광소자(120)가 배치될 수 있으며, 상기 복수의 발광소자 상면에 방열을 위한 히트 싱크(140)가 배치될 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, 상기 기판(110)의 일면에는 상기 복수의 발광소자(120)가 공유할 수 있도록 각각의 발광소자(120) 사이에 본딩 패드(112)가 형성될 수 있으며, 상기 발광소자(120)는 상기 본딩 패드(112)와 와이어 본딩될 수 있다. 또한 본딩 패드(112)는 각 발광소자(120)별로 독립적으로 배치되어 각 발광소자(120)에 전기 신호를 독립적으로 인가할 수도 있다. 구체적으로, 상기 복수의 발광소자(120)에 대해서 하나의 히트싱크(140)가 배치될 수 있으며, 상기 히트싱크(140)를 중심으로 외곽을 따라 본딩 패드(112)를 배치할 수 있다. 다만, 이는 전기적 배선을 위한 하나의 실시형태에 불과하며, 전기 배선 및 전극 패드의 위치는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 나타내기 위한 도면이다. 구체적으로 도 1에 도시된 발광소자 패키지(100)를 제조하기 위한 공정별 단면도이다. 우선, 도 8을 참조하면, 캐리어 필름(80) 상에, 적어도 일면에 회로 패턴이 형성된 기판(10)을 배치한다. 상기 기판(10)은, 기판을 관통하는 형태의 개구부(10a)를 포함하며, 상기 회로 패턴은 본딩 패드(12)와 솔더 패드(13)를 포함할 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 회로 패턴은 상기 기판(10)의 일면에 매립되는 형태로 형성될 수 있으며, 이와는 달리, 상기 기판(10) 상면에 회로 패턴이 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)의 개구부(10a)를 충진하는 형태로 파장변환층(30)을 형성한다. 본 실시형태에서 상기 파장변환층(30)은 상기 기판(10)의 개구부(10a)를 완전히 채움으로써, 상기 기판(10)의 표면과 공면(coplanar)을 이루는 형태로 도시되었으나, 상기 개구부(10a)의 일부만을 채우도록 형성되는 것도 가능하다. 상기 기판(10)은 캐리어 필름(80) 상에 배치되며, 캐리어 필름(80)이 배치된 상태에서 상기 기판(10)의 개구부(10a) 내에 파장변환층(30)이 충진되므로 상기 기판(10)과 캐리어 필름(80)이 접촉하는 면과, 상기 파장변환층(30)이 상기 캐리어 필름(80)과 접촉하는 면의 높이는 동일해 진다. 또한, 개구부(10a)의 크기 및 위치에 따라 원하는 위치에 원하는 두께로 파장변환층(30)을 형성하는 것이 가능하므로, 색 산포가 개선된 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 파장변환층(30)의 일면에 발광소자(20)를 배치할 수 있다. 상기 발광소자(20)는 상기 기판(10)의 회로 패턴 형성면과 동일한 방향에 배치될 수 있으며, 상기 발광소자(20)로부터 방출된 빛은 상기 파장변환층(30)을 통해 파장변환되어 외부로 방출될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 상기 파장변환층(30)이 상기 기판(10)의 개구부(10a)를 완전히 채우도록 형성되어, 상기 기판(10) 상면에 발광소자(20)가 배치되는 구조로 도시되었으나, 상기 발광소자(20)는 상기 개구부(10a) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 파장변환층(30)이 상기 기판의 개구부(10a)의 일부만을 충진하도록 형성되어, 상기 개구부(10a) 내에 발광소자(20)의 전부 또는 일부가 배치됨으로써, 상기 발광소자(20)의 일부 또는 전부가 상기 파장변환층(30)에 매립되는 형태로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)에 형성된 회로 패턴과 상기 발광소자(20)가 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 회로 패턴은, 앞서 설명한 바와 같이 본딩 패드(12)와 범프 패드(13)를 포함할 수 있으며, 상기 기판(10)에 형성된 본딩 패드(20)와 발광소자(20)에 형성된 전극(미도시)이 와이어(W) 본딩될 수 있다. 상기 발광소자(20)는 기판(10)과 와이어 본딩되어 외부로부터 전기 신호를 공급받을 수 있다. 그러나, 상기 발광소자(20)와 상기 기판(10)의 전기적 연결방법이 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 공지된 방법을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 와이어(W)를 수지로 봉지할 수 있다. 상기 와이어(W)를 봉지하는 봉지부(60)는 상기 발광소자(20)와 와이어(W)를 보호하고, 고반사성 백색 수지로 이루어질 수 있다. 상기 봉지부(60)가 고반사성 백색 수지로 이루어지는 경우, 발광소자(20)의 측면에서 방출되는 광을 반사시켜 상부로 유도하여 발광 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 발광소자(20)의 와이어 본딩 형성면에 반사층을 포함함으로써 와이어 본딩 형성면이 광 방출면으로 제공되지 않는 경우, 상기 와이어(W)를 봉지하는 봉지부(60)는 반드시 백색일 필요는 없고, 기계적 물성이 우수한 재료로 이루어진 유색 봉지재가 적용될 수도 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 캐리어 필름(80)을 제거하고 상기 캐리어 필름(80)이 제거된 면에 투광성 렌즈(50)를 배치할 수 있다. 상기 투광성 렌즈(50)는 상기 발광소자(20)로부터 방출되어 파장변환층(30)을 통과한 광의 상기 발광소자(20) 상에 형성된 파장변환층(30)을 완전히 커버하여 발광소자(20) 및 파장변환층(30)을 보호할 뿐 아니라, 반구 형상으로 이루어져, 경계면에서의 프레넬 반사를 줄여서 광추출을 증가시키는 역할을 할 수 있다. 이때, 상기 투명렌즈는 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 수지는, 에폭시, 실리콘, 변형 실리콘, 우레탄수지, 옥세탄수지, 아크릴, 폴리카보네이트 및 폴리이미드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 투광성 렌즈(50)는 반구 형상으로 도시되었으나 상기 렌즈(50)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 발광소자(20)와 직접 접촉하도록 히트 싱크(40)를 배치하고, 상기 기판(10)의 회로 패턴에 형성된 솔더 범프(13)에 솔더 볼(11)을 형성할 수 있다. 상기 히트 싱크(40)는 열전도도가 큰 물질로 이루어지며, 상기 발광소자(20)의 일면과 직접 접촉함으로써 상기 발광소자(20)로부터 생성된 열을 용이하게 외부로 방출할 수 있으므로 발광소자(20)의 열화를 방지한다. 또한 상기 기판(10)의 회로패턴에 형성된 솔더 패드(13)에는 솔더 볼(11)이 부착되어, 본 실시형태에 따른 발광소자 패키지가 실장되는 기판에 형성된 배선 회로와 직접 연결되어 외부로부터 전기신호를 공급받을 수 있다. 또한, 상기 히트 싱크(40)도 상기 솔더 볼(11)과 동일한 높이를 갖도록 형성됨으로써, 상기 발광소자 패키지가 실장되는 기판과 직접 접촉함으로써, 방열 기능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 101, 102, 103, 200: 발광소자 패키지
10: 기판 10a, 10a', 10a'', 10a''', 110a: 개구부
11, 111: 범프 12, 112: 본딩 패드
13, 113: 범프 패드 20, 120: 발광 소자
30, 31, 32, 33, 130: 파장변환층 40, 140: 히트싱크
50, 51: 렌즈
10: 기판 10a, 10a', 10a'', 10a''', 110a: 개구부
11, 111: 범프 12, 112: 본딩 패드
13, 113: 범프 패드 20, 120: 발광 소자
30, 31, 32, 33, 130: 파장변환층 40, 140: 히트싱크
50, 51: 렌즈
Claims (25)
- 적어도 일면에 회로 패턴이 형성되며 개구부를 갖는 기판;
상기 개구부의 적어도 일부를 충진하도록 형성되는 파장변환층;및
상기 파장변환층의 일면에 배치되고, 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 발광소자;
를 포함하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 발광소자는 상기 기판의 회로 패턴이 형성된 면과 동일한 측에 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 기판과 상기 파장변환층의 표면 중 적어도 하나는 공면을 이루는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제3항에 있어서,
상기 기판과 상기 파장변환층은 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 파장변환층은 상기 개구부 전체를 충진하도록 형성되어, 상기 파장변환층의 두께 및 형상이 상기 개구부에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 파장변환층은 형광체 입자를 함유한 투광성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 발광소자와 직접 접촉하도록 배치된 히트싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 회로 패턴에 부착된 솔더 볼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 개구부의 크기는 상기 발광소자의 크기보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 개구부 내측의 적어도 일부는 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 발광소자의 적어도 일부는 상기 개구부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 기판에 형성된 회로 패턴과 상기 발광소자는 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제13항에 있어서,
상기 와이어는 고 반사성의 백색 수지로 봉지된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 발광소자는 복수 개이며, 상기 복수의 발광소자 각각은 상기 회로패턴으로부터 독립적으로 전기 신호를 인가 받는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 파장변환층 상에 형성된 투광성 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제16항에 있어서,
상기 투광성 렌즈는 상기 파장변환층의 표면을 완전히 덮는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제16항에 있어서,
상기 투광성 렌즈 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 발광소자는 복수 개이며, 상기 기판의 개구부에 형성된 파장변환층의 일면에 상기 복수 개의 발광소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자 패키지.
- 적어도 일면에 회로 패턴이 형성되며, 개구부를 갖는 기판을 마련하는 단계;
상기 개구부 내에 파장변환층을 충진하는 단계;
상기 기판의 회로 패턴이 형성된 면과 동일한 측의 파장변환층 일면에 발광소자를 배치하는 단계; 및
상기 발광소자와 상기 기판의 회로 패턴을 전기적으로 연결하는 단계;
를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
- 제19항에 있어서,
상기 발광소자와 상기 기판의 회로 패턴을 전기적으로 연결하는 단계는, 상기 발광소자와 상기 기판의 회로 패턴을 와이어 본딩하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
- 제20항에 있어서,
상기 와이어를 고 반사성 백색 수지로 봉지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
- 제20항에 있어서,
상기 발광소자와 집적 접촉하도록 상기 발광소자 상면에 히트 싱크를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
- 제20항에 있어서,
상기 파장변환층 상면에 투광성 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
- 제20항에 있어서,
상기 기판의 회로 패턴 상에 외부로부터 전기 신호를 인가받기 위한 솔더 볼을 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
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