KR20140067595A - Ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 COB 타입 LED 패키지에 있어서, 렌즈 규격의 균일성이 보장되고, 렌즈의 박리를 방지할 수 있는 LED 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 기판; 상기 기판 상에 실장되는 LED 칩; 상기 LED 칩의 외측으로 소정 간격 이격하여, 상기 LED 칩을 원형 또는 다각형 형태로 둘러싸도록 상기 기판 상에 형성되는 테두리홈; 및 상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 형성되는 렌즈;를 포함하는 LED 패키지를 제공한다.
Description
본 발명은 LED 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, LED 칩이 기판 상에 직접 실장되는 COB 타입 LED 패키지에 있어서, 렌즈 규격의 균일성이 보장되고, 렌즈의 박리를 방지할 수 있는 LED 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED는 P형과 N형 반도체의 접합구조를 가지고, 전압을 인가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭(bandgap)에 해당하는 에너지의 빛을 방출하는 광전자 소자이며, 반응시간이 일반 광원에 비해 빠르고, 소비전력이 20% 수준으로 낮아 최근 들어 고효율의 조명장치를 포함하여 디스플레이 장치 등 다방면으로 활용되고 있다.
통상적으로 LED는, LED 칩이라 부르는 칩(chip) 형태의 반도체 요소로 제작되는데, 이러한 LED 칩이 패키징된 구조를 LED 패키지라고 한다.
여기서, LED 칩을 기판에 실장하는 방법으로는, LED 칩을 패키지 내에 위치시키고, 그 패키지를 기판에 실장하는 패키지 실장 방식과, LED 칩 자체를 기판 상에 직접 실장하는 COB(Chip-On-Board) 방식이 있다. COB 방식에서는 LED 칩 자체가 LED 패키지의 외형을 이룬다.
한편, 렌즈는 LED 칩의 상부에 형성되어 LED 칩을 보호하는 한편, LED 칩으로부터 발산되는 광의 지향각을 향상시키는 역할을 하게 되는데, 종래에는 별도의 렌즈를 제작한 후, 접착제 등을 사용하여 LED 패키지에 렌즈를 부착하는 방식을 사용하였다.
그러나, 이러한 렌즈 부착 방식의 경우, 렌즈를 성형하는 공정과 렌즈를 부착하는 공정을 각각 별도로 수행해야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 패키지 실장 방식의 경우, 패키지 내에 LED 칩을 보호하기 위한 실리콘 등의 수지가 충진되는데, 충진된 실리콘이 완전히 경화되지 않은 상태에서, 패키지의 상측 테두리를 따라 접착제를 도포하고 렌즈를 부착하기 때문에, 기포발생과 더불어 경화하는 실리콘의 자체 부피가 증가하여, 렌즈가 패키지로부터 박리되는 현상이 빈번하게 발생되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 트랜스퍼(transfer) 몰딩 또는 컴프레션(compression) 몰딩에 의해 렌즈를 성형하는 방식이 제시되었다.
이러한 몰딩 방식은 렌즈 형상대로 제작되는 틀(몰드)에 수지를 주입하여 성형하는 방식으로서, 한 번에 많은 수의 렌즈를 균일하게 성형할 수 있으므로, 작업성이 우수하고, 렌즈의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 몰딩 방식의 경우, 각각의 렌즈 규격에 맞춰 서로 다른 형태와 규격의 틀을 별도로 준비해야 한다는 점에서 제조 비용이 많이 소요되는 문제가 있다.
또한, 도 8은 이러한 몰딩 방식에 의해 제조되는 LED 패키지의 일 예를 도시하고 있는데, 몰딩 방식에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이 렌즈(1) 사이를 연결하는 수지 주입용 런너(runner) 잔여물(2)이 기판(3) 상에 남게 되며, 특히 조명 패키지에 있어서는, 렌즈 크기(d)에 비해 렌즈 간 피치(pitch)(p)가 넓으므로, 런너 잔여물(2)로 인한 재료 손실이 상당량을 차지하여 경제성이 저하되는 문제가 있다.
아울러, 런너 잔여물(2)과 기판(3)의 열전도도 차이로 인해, 기판(3)의 열변형시 런너 잔여물(2)과 함께 렌즈(1)가 쉽게 박리되는 문제도 있다.
최근에는, 디스펜서(dispenser) 등의 전용 기기를 이용하여, LED 칩의 상부에 실리콘 등 일정 양의 수지를 도팅(dotting)하여 렌즈를 형성하는 방식이 사용되고 있다.
그런데 일반적으로, 렌즈가 형성되는 기판의 표면에는 부식방지와 절연을 위한 코팅층이 형성되어 있으므로 렌즈와 기판의 접착력이 낮으며, 따라서 기판의 열변형이나 휘어짐 발생시, 렌즈가 기판으로부터 쉽게 박리되어 LED 칩 손상에 따른 고장 발생 가능성이 높다는 문제가 있다.
또한, 디스펜서에서 도팅되는 수지의 양과 점성에 따라, 형성되는 렌즈의 모양과 규격이 상이하여 렌즈 형상의 균일성을 확보하기 어려운 문제가 있는데, 한국공개특허 제10-2011-0063793호(특허문헌 1)와 한국등록특허 제10-0799553호(특허문헌 2)에서는, 도 9에 도시된 바와 같이 기판(3) 상에 LED 칩(4)을 둘러싸도록 소정 높이의 댐(dam)(5)을 형성하여 렌즈 형성부의 외곽 형태를 잡아주고, 이 댐(5) 내부 영역에 실리콘 등 수지를 도팅하여 렌즈(1)를 형성하고 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2와 같이 기판(3) 상에 별도의 댐(5)을 형성하는 방식은 작업 공차가 크고 작업성이 낮으며, 공정수 및 소재 비용의 상승으로 인한 제조 원가 상승을 초래할 뿐만 아니라, 댐(5)과 렌즈(1)가 기판(3)의 표면에 대하여 접착력이 낮은 소재로 이루어지는 경우, 댐(5)과 렌즈(1)가 함께 기판(3)으로부터 박리되기 쉽다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는, COB 타입 LED 패키지에 있어서 렌즈가 균일하게 형성되는 LED 패키지 및 그 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예는, 기판 상에 도팅되어 형성된 렌즈가 기판으로부터 쉽게 박리되지 않는 LED 패키지 및 그 제조방법의 제공을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 기판; 상기 기판 상에 실장되는 LED 칩; 상기 LED 칩의 외측으로 소정 간격 이격하여, 상기 LED 칩을 원형 또는 다각형 형태로 둘러싸도록 상기 기판 상에 형성되는 테두리홈; 및 상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 형성되는 렌즈;를 포함하는 LED 패키지가 제공된다.
여기서, 상기 기판은 제1절연층과 금속층 및 제2절연층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 상기 테두리홈은 상기 제2절연층을 관통하여 상기 금속층까지 연장 형성된다.
이때, 상기 제1절연층의 하부에 방열을 위한 금속재질의 베이스층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 테두리홈은 상기 LED 칩을 중심으로, 상기 LED 칩의 외측에 소정 간격 이격하여 복수 개 형성될 수 있다.
또한, 상기 테두리홈은 에칭(etching)에 의해 형성될 수 있는데, 상기 제2절연층이 에칭(etching)에 의해 선택적으로 식각되어 상기 금속층이 노출되도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 테두리홈은, 단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 테이퍼진 형태로 형성될 수 있으며, 단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 단차 형성되는 것도 가능하다.
아울러, 상기 렌즈는 수지 도팅(dotting)에 의해 형성되고, 상기 수지가 상기 테두리홈에 충진되어 응고되는 충진부를 포함하며, 상기 충진부에 의해 상기 렌즈의 박리가 방지된다.
한편, (a) 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판의 표면에 원형 또는 다각형 형태의 테두리홈을 형성하는 단계; (c) 상기 테두리홈으로 둘러싸인 상기 기판 상에 LED 칩을 실장하는 단계; 및 (d) 상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 LED 패키지 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 (a) 단계는, 제1절연층과 금속층 및 제2절연층을 순차적으로 적층하여 상기 기판을 제조하는 단계를 포함하며, 상기 제1절연층의 하부에 방열을 위한 금속 재질의 베이스층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 상기 LED 칩을 중심으로 상기 LED 칩의 외측에 소정 간격 이격하여 복수 개 형성될 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은 에칭(etching)에 의해 형성되는데, 상기 금속층이 노출되도록, 상기 제2절연층이 에칭(etching)에 의해 선택적으로 식각되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 렌즈는 수지 도팅(dotting)에 의해 형성되며, 상기 수지가 상기 테두리홈에 충진된다.
이때, 상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 테이퍼진 형태로 형성되거나, 단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 단차진 형태로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, (a) 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판 상에 LED 칩을 실장하는 단계; (c) 상기 기판의 표면에 상기 LED 칩의 외측으로 소정 간격 이격하여 원형 또는 다각형 형태의 테두리홈을 형성하는 단계; (d) 상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 LED 패키지 제조방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 LED 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 기판 상에 형성되는 테두리홈에 의해 렌즈 성형부의 형태가 미리 형성되므로 렌즈 성형시 작업성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 LED 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 렌즈 형성을 위한 수지 도팅시, 테두리홈에 충진되는 수지의 표면장력에 의해 테두리홈의 내부 영역에 수지가 응집되어 렌즈를 형성하게 되므로, 렌즈의 균일성이 향상되는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 LED 패키지 및 그 제조방법에 의하면, 렌즈가 테두리홈을 통해 기판의 금속층에 부착되므로, 열변형시 기판으로부터 렌즈가 쉽게 박리되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 LED 칩이 실장된 기판 상에 테두리홈이 형성되는 예를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 LED 칩 상에 렌즈가 형성된 LED 패키지의 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 개략 단면도.
도 6(a)는 프레임리스 LED 칩의 평면도.
도 6(b)는 도 6(a)의 B-B 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지 제조방법의 순서도.
도 8은 종래의 몰딩 방식에 의해 제조되는 LED 패키지의 일 예를 도시한 개략 단면도.
도 9는 종래 LED 칩의 외곽에 댐이 형성되는 LED 패키지의 일 예를 도시한 개략 단면도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 LED 칩 상에 렌즈가 형성된 LED 패키지의 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 개략 단면도.
도 6(a)는 프레임리스 LED 칩의 평면도.
도 6(b)는 도 6(a)의 B-B 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지 제조방법의 순서도.
도 8은 종래의 몰딩 방식에 의해 제조되는 LED 패키지의 일 예를 도시한 개략 단면도.
도 9는 종래 LED 칩의 외곽에 댐이 형성되는 LED 패키지의 일 예를 도시한 개략 단면도.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
또한, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
아울러, 본 명세서에서 사용하는 용어인 "프레임리스 LED 칩(Frame-less LED chip)은, 종래의 LED 칩과 구분하기 위한 것으로, LED 칩의 외형을 형성하는 본체, 리플렉터(본체와 일체로 형성되기도 함), 리드프레임을 포함하지 않는 패키지로서, 렌즈부를 제외한 LED 칩이 LED 칩의 외형을 형성하는 패키지를 의미한다. 이러한 프레임리스 LED 칩의 패키지에 대해서, LED 칩을 웨이퍼에서 다이싱하기 전에 대부분의 패키지가 구성된다는 측면에서 웨이퍼레벨 패키지(wafer level package)라고도 하고, 패키지의 외형이 LED 칩의 크기에 근접한다는 측면에서 칩스케일 패키지(chip scale package)라고도 하며, 리드프레임이나 서브마운트와 같은 부가 구성요소 없이 LED 칩이 기판에 실장되는 측면에서 COB(chip on board) 타입 LED 패키지라고도 한다. 본 발명에서의 "프레임리스 LED 칩"은 LED 패키지 외형을 형성하는 리드프레임, 리플렉터 및 본체를 포함하지 않는 LED 패키지를 가지는 칩을 의미한다. 이러한 프레임리스 LED 칩으로는, 대한민국 특허출원 제10-2011-0139385호에 공개된 발광 다이오드를 예시할 수 있다.
프레임리스 LED 칩은 부가 구성요소를 포함하지 않고, 대부분의 공정이 반도체 생산공정으로 완료되기 때문에, 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 신뢰성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 패키지 외형을 형성하는 구성요소가 없기 때문에, 패키지의 크기를 소형화할 수 있는 효과가 있고, LED 칩이 기판에 근접하게 실장되기 때문에 열방출 효율이 개선되는 효과가 있다.
실시예
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 LED 칩이 실장된 기판 상에 테두리홈이 형성되는 예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지(100)는, 기판(200)과, 기판(200) 상에 실장되는 LED 칩(300)과, LED 칩(300)의 외측에 소정 간격 이격하여 원형 또는 다각형 형태로 형성되는 테두리홈(400)을 포함한다.
이때, 기판(200)은 제1절연층(210)의 상부에 예컨대 Cu 등 금속층(220)이 적층되고, 금속층(220)의 상부에 예컨대 PSR(Photo Sensitive Resist) 등 부식과 전기적 간섭 방지를 위한 제2절연층(230)이 순차적으로 적층되어 형성되며, 제2절연층(230)에는 LED 칩(300)에 전압을 인가하는 배선패턴(미도시) 등의 전기적 연결수단이 형성될 수 있다.
또한, 제1절연층(210)의 하부에는 예컨대 Al 등의 금속재질로 이루어지는 베이스층(240)이 형성될 수 있으며, 이 베이스층(240)은 LED 칩(300)으로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 역할을 한다.
LED 칩(300)은 기판(200)의 제2절연층(230) 상에 COB(Chip-On-Board) 타입으로 실장되며, 본 발명의 일실시예에 의하면 LED 칩(300)으로서 프레임리스 LED 칩이 적용될 수 있는데, 이에 대하여는 도 6을 참고하여 후술하기로 한다.
LED 칩(300) 외곽의 기판(200) 표면에 LED 칩(300)을 둘러싸는 테두리홈(400)이 형성된다.
이때 테두리홈(400)은, 배선패턴 형성시 습식 에칭(wet etching)에 의해 제2절연층(230)이 식각되어 함께 형성되는데, 바람직하게는 제2절연층(230) 하부의 금속층(220)까지 연장 형성되며, 더욱 바람직하게는, 제2절연층(230)만을 선택적으로 식각하는 에칭액을 사용하여, 하부의 금속층(220)이 노출되도록 제2절연층(230)을 식각한다.
또한, 배선패턴이 테두리홈(400)의 외측에서 테두리홈(400)의 일측을 지나 테두리홈(400) 내측의 LED 칩(300) 방향으로 연장 형성되는 경우, 테두리홈(400)은 폐루프(closed-loop)로 완전히 연결된 형태가 아니라, 일측이 단절된 형태로 형성된다.
한편, LED 칩(300)의 상부에는 렌즈(500)가 형성되는데, 이 렌즈(500)는 LED 칩(300)을 보호함과 동시에, LED 칩(300)으로부터 발산되는 광의 지향각을 향상시키는 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 LED 칩 상에 렌즈가 형성된 LED 패키지의 개략 단면도이다.
렌즈(500)는 디스펜서(dispenser)(미도시) 등 별도의 기기에 의해 실리콘 등의 수지가 LED 칩(300) 상에 도팅(dotting)됨으로써 형성된다.
여기서, 테두리홈(400)은, 렌즈(500) 성형시 디스펜서가 정확한 지점에 수지를 도팅할 수 있도록 그 위치를 알려주는 기준 표식의 역할도 하게 되므로, 렌즈(500) 성형시 작업성이 향상되는 효과가 있다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 도팅된 수지는 테두리홈(400)으로 둘러싸인 영역 내에 단면상 원호 형태를 이루게 되며, 수지 응고에 의해 렌즈(500)가 형성된다.
즉, 기판(200)의 제2절연층(230) 상에 도팅된 수지는, 테두리홈(400)에 충진된 수지의 표면장력에 의해, 테두리홈(400)으로 둘러싸인 영역 내에 단면상 원호 형태로 응집되어 응고되며, 따라서 렌즈(500) 성형시 렌즈(500)의 균일성(uniformity)이 보장되는 것이다.
LED 칩(300) 상에 도팅된 수지의 일부는 테두리홈(400)에 충진되어, 금속층(220)에 접합된 상태로 응고된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따르면, 렌즈(500)의 테두리 저면이 테두리홈(400)을 통해 기판(200)의 금속층(220)에 접합되며, 수지(예를 들어, 실리콘)와 금속(예를 들어, 구리) 간 결합력이 우수함에 따라, 종래 기판(200) 표면의 코팅층에 렌즈(500)가 부착된 경우에 비해, 렌즈(500)가 기판(200) 상에 견고하게 부착된 상태를 유지할 수 있게 된다.
또한, 테두리홈(400)에 채워진 렌즈(500)의 충진부(510)가 기판(200)과 응집면을 견고하게 형성하고 있으므로, 기판(200)의 열변형이나 비틀림 발생에 따른 렌즈(500)의 박리를 방지할 수 있게 된다.
이때, 복수의 테두리홈(400)이 소정 간격 서로 이격하여 형성되도록 함으로써, 이러한 박리 방지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 이 경우, 렌즈(500)는 복수의 테두리홈(400) 중 최외곽의 테두리홈(400)에 의해 경계 형성되는 기판(200) 상의 영역 내에 형성될 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지(100')의 개략 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지(100")의 개략 단면도이다.
도 4와 도 5에 도시된 각각의 실시예는, 전술한 실시예와 그 구성이 대동소이하며 다만, 테두리홈(400')의 단면 형태가 상이한 차이점이 있다. 따라서, 전술한 실시예와 동일한 기능의 동일 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 부여하고, 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 4에 도시된 실시예는, 렌즈(500)가 테두리홈(400')의 수직 방향 즉, 기판(200) 상측으로 박리되는 것을 방지하기 위해, 테두리홈(400')의 단면 형태가 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 테이퍼진 형태로 형성된다.
이 경우, 렌즈(500)가 기판(200) 상측 방향으로 힘을 받게 되면, 테두리홈(400)의 내주면과 렌즈 충진부(510')의 외주면 사이에 마찰력이 발생되어 렌즈(500)의 박리가 방지된다.
한편, 도 5에 도시된 실시예의 경우, 테두리홈(400")의 단면 형태가 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 단차진 형태로 형성됨에 따라, 렌즈(500)가 기판(200) 상측 방향으로 힘을 받게 되면, 충진부(510") 하단이 테두리홈(400")의 단턱(410)에 걸림으로써 렌즈(500)의 박리가 방지된다.
도 6(a)는 프레임리스 LED 칩의 평면도이고, 도 6(b)는 도 6(a)의 B-B 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 기판 상에 실장되는 LED 칩으로서 프레임리스 LED 칩이 적용되는 것이 바람직한데, 이때 프레임리스 LED 칩(600)은 도 6(a)와 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(620), 메사들(630), 반사 전극들(640), 전류 분산층(660)을 포함하며, 기판(610), 하부 절연층(650), 상부 절연층(670) 및 제1 패드(681)와 제2 패드(682)를 더 포함할 수 있다.
기판(610)은 질화갈륨계 에피층들을 성장시키기 위한 성장기판, 예컨대 사이파이어, 탄화실리콘, 실리콘, 질화갈륨 기판일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(620)은 연속적이며, 제1 도전형 반도체층(620) 상에 복수의 메사들(630)이 서로 이격되어 위치한다.
메사들(630)은 활성층(631) 및 제2 도전형 반도체층(632)을 포함하며, 일측을 향해 연장하는 기다란 형상을 갖는다. 여기서 메사들(630)은 질화갈륨계 화합물 반도체의 적층 구조이다.
이때, 메사들(630)은 제1 도전형 반도체층(620)의 상부 영역 내에 한정되어 위치할 수 있으며, 이와 달리, 일측 방향을 따라 제1 도전형 반도체층(620)의 상부면 가장자리까지 연장되어 제1 도전형 반도체층(620)의 상부면을 복수의 영역으로 구획하는 것도 가능하다. 이 경우, 메사들(630)의 모서리 근처에 전류가 집중되는 것을 완화하여 전류 분산 성능을 더 강화할 수 있다.
반사 전극들(640)은 각각 복수의 메사들(630) 상에 위치하여 제2 도전형 반도체층(632) 상에 오믹 콘택한다. 반사 전극들(640)은 반사층(642)과 장벽층(641)을 포함할 수 있으며, 장벽층(641)이 반사층(642)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 이때, 예를 들어 반사층(642)은 Ag, Ag 합금, Ni/Ag, NiZn/Ag, TiO/Ag 층을 증착 및 패터닝하여 형성될 수 있고, 장벽층(641)은 Ni, Cr, Ti, Pt, Rd, Ru, W, Mo, TiW 또는 그 복합층으로 형성될 수 있으며, 반사층(642)의 금속 물질이 확산되거나 오염되는 것을 방지한다.
전류 분산층(660)은 복수의 메사들(630) 및 제1 도전형 반도체층(620)을 덮는다. 이때 전류 분산층(660)은 각각의 메사(630) 상부 영역 내에 위치하고, 반사 전극들(640)을 노출시키는 개구부들(661)을 갖는다. 또한, 전류 분산층(660)은 제1 도전형 반도체층(620)에 오믹 콘택하고 복수의 메사들(630)로부터 절연된다. 한편, 전류 분산층(660)은 Al층과 같은 고반사 금속층을 포함할 수 있으며, 고반사 금속층은 Ti, Cr 또는 Ni 등의 접착층 상에 형성될 수 있다. 또한, 고반사 금속층 상에 Ni, Cr, Au 등의 단층 또는 복합층 구조의 보호층이 형성될 수 있다. 예컨대, 전류 분산층(660)은 Ti/Al/Ti/Ni/Au의 다층 구조를 가질 수 있다.
전류 분산층(660)은 하부 절연층(650)에 의해 복수의 메사들(630)로부터 절연될 수 있다. 예컨대, 하부 절연층(650)은 복수의 메사들(630)과 전류 분산층(660) 사이에 위치하여 전류 분산층(660)을 복수의 메사들(630)로부터 절연시킬 수 있다.
이때, 하부 절연층(650)은 화학기상증착(CVD) 등의 기술을 사용하여 SiO2 등의 산화막, SiNx 등의 질화막, SiON, MgF2의 절연막으로 형성될 수 있다. 하부 절연층(650)은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다중층으로 형성될 수도 있다. 나아가, 하부 절연층(650)은 저굴절 물질층과 고굴절 물질층이 교대로 적층된 분포 브래그 반사기(DBR)로 형성될 수 있다. 예컨대, SiO2/TiO2나 SiO2/Nb2O5 등의 층을 적용함으로써 반사율이 높은 절연 반사층을 형성할 수 있다.
하부 절연층(650)은 각각의 메사(630) 상부 영역 내에 위치하고 반사 전극들(640)을 노출시키는 개구부들(651)을 가질 수 있고 제1 도전형 반도체층(620)을 노출시키는 개구부들(652)을 가질 수 있다. 이때, 전류 분산층(660)은 제1 도전형 반도체층(620)을 노출시키는 개구부들(652)을 통해 제1 도전형 반도체층(620)에 접속할 수 있다.
하부 절연층(650)의 개구부들(651)은 전류 분산층(660)의 개구부들(661)보다 좁은 면적을 가지며, 개구부들(661)에 의해 모두 노출된다.
상부 절연층(670)은 산화물 절연층, 질화물 절연층, 이들 절연층의 혼합층 또는 교차층, 또는 폴리이미드, 테플론, 파릴렌 등의 폴리머를 이용하여 형성될 수 있으며, 전류 분산층(660)의 적어도 일부를 덮는다.
또한, 상부 절연층(670)은 반사 전극들(640)을 노출시키는 개구부들(672)을 갖는다. 나아가, 상부 절연층(670)은 전류 분산층(660)을 노출시키는 개구부(671)를 가질 수 있다. 또한, 상부 절연층(670)은 전류 분산층(660)의 개구부들(661)의 측벽들을 덮을 수 있다.
제1 패드(681)는 전류 분산층(660) 상에 위치할 수 있으며, 예컨대 상부 절연층(670)의 개구부(671)를 통해 전류 분산층(660)에 접속할 수 있다. 또한, 제2 패드(682)는 개구부들(672)을 통해 노출된 반사 전극들(640)에 접속한다.
이때, 제1 패드(681) 및 제2 패드(682)는 LED를 서브마운트, 패키지, 또는 인쇄회로보드 등에 실장하기 위해 범프를 접속하거나 SMT를 위한 패드로 사용될 수 있으며, 예컨대 Ti, Cr, Ni 등의 접착층과 Al, Cu, Ag 또는 Au 등의 고전도 금속층을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 프레임리스 LED 칩(600)은, 전류 분산층(660)이 메사들(630) 및 메사들(630) 사이의 제1 도전형 반도체층(620)의 거의 전 영역을 덮는다. 따라서, 전류 분산층(660)을 통해 전류가 쉽게 분산될 수 있다. 나아가, 전류 분산층(660)이 Al과 같은 반사 금속층을 포함하거나, 하부 절연층(650)을 절연 반사층으로 형성함으로써, 반사 전극들(640)에 의해 반사되지 않는 광을 전류 분산층(660) 또는 하부 절연층(650)을 이용하여 반사시킬 수 있어 광 추출 효율이 향상된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지 제조방법의 순서도이다. 이하, 도 7을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 간략하게 설명하기로 한다.
(a) 기판을 준비하는 단계(S100):
제1절연층(210)과 금속층(220) 및 제2절연층(230)을 하부에서 상부로 순차 적층하여 기판을 제조한다. 이때, 금속층(220)은 전기전도도가 우수한 재질, 예컨대 Cu(구리)로 이루어질 수 있으며, 제2절연층(230)은 부식방지와 전기적 간섭 방지를 위해, 예컨대 PSR(Photo Sensitive Resist)로 이루어질 수 있다.
이때, 제1절연층(210)의 하부에는 방열을 위해, 예컨대 Al 등의 금속 재질로 베이스층(240)이 형성되는 것도 가능하다.
(b)
테두리홈
형성 단계(
S200
):
기판(200) 표면에 테두리홈(400,400',400")을 형성한다. 이때, 테두리홈(400,400',400")은 필요에 따라 원형 또는 다각형 형태로 형성될 수 있고, 복수의 테두리홈(400,400',400")이 소정 간격 서로 이격하여 형성되는 것도 가능하며, 기판(200) 상에 배선패턴 형성시 에칭(etching)에 의해 함께 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 테두리홈(400,400',400")은 제2절연층(230) 하부의 금속층(220)까지 연장 형성되며, 바람직하게는, 기판(200)의 최상부층인 제2절연층(230)만을 선택적으로 식각할 수 있는 에칭액을 이용하여, 금속층(220)이 노출되도록 제2절연층(230)을 식각하여 테두리홈(400,400',400")을 형성한다.
(c)
LED
칩 실장 단계(
S300
):
기판(200) 상에 테두리홈(400,400',400")으로 경계 형성된 영역의 중앙부에 LED 칩(300)을 실장한다. 이때, LED 칩(300)은 COB(Chip-On-Board) 타입으로 실장되며, 바람직하게는 전술한 프레임리스 LED 칩(600)을 실장한다.
(d) 렌즈 형성 단계(
S400
):
디스펜서(dispenser) 등의 별도 기기를 이용하여, 테두리홈(400,400',400")으로 경계 형성된 영역 내에 실리콘 등의 수지를 도팅(dotting)한다.
이때, 작업자는 테두리홈(400,400',400") 영역 내에 디스펜서가 위치하도록 조정함으로써, 수지 도팅 위치를 용이하게 설정할 수 있어 작업성이 향상되며, 도팅된 수지는 LED 칩(300)을 내부에 수용한 상태로 응고되어 렌즈(500)를 형성하게 된다.
도팅된 수지의 일부는 테두리홈(400,400',400")에 충진되며, 테두리홈(400,400',400")에 충진된 수지의 표면장력에 의해, 테두리홈(400,400',400") 영역 내에 수지가 원호 단면 형태로 응집되어 응고후 렌즈(500) 형상을 이룬다. 즉, 테두리홈(400,400',400")을 일정 규격으로 형성함으로써, 렌즈(500)를 균일하게 형성할 수 있는 것이다.
또한, 테두리홈(400,400',400")에 충진된 수지는 금속층(220)과 맞닿아 응고되면서 서로 접합되며, 수지와 금속 간의 접착력이 우수함에 따라, 종래 기판(200) 표면의 코팅층에 부착되는 렌즈(500)에 비해 박리에 대한 저항력이 커지게 된다.
한편, 상술한 실시예에서는 기판(200) 상에 테두리홈(400,400',400")을 먼저 형성한 후, 테두리홈(400,400',400")의 중앙부에 LED 칩(300)을 실장하였는데, 이와 달리 기판(200) 상에 LED 칩(300)을 먼저 실장한 후, LED 칩(300)으로부터 소정 간격 이격하여 LED 칩(300)의 둘레를 따라 테두리홈(400,400',400")을 형성하는 것도 가능하다.
즉, 상술한 실시예에서 (b)단계(S200)와 (c)단계(S300)는 순서를 서로 바꾸어 시행될 수 있다.
100,100',100" : LED 패키지
200 : 기판
210 : 제1절연층
220 : 금속층
230 : 제2절연층
240 : 베이스층
300 : LED 칩
400,400',400" : 테두리홈
500 : 렌즈
510,510',510" : 충진부
600 : 프레임리스 LED 칩
200 : 기판
210 : 제1절연층
220 : 금속층
230 : 제2절연층
240 : 베이스층
300 : LED 칩
400,400',400" : 테두리홈
500 : 렌즈
510,510',510" : 충진부
600 : 프레임리스 LED 칩
Claims (26)
- 기판;
상기 기판 상에 실장되는 LED 칩;
상기 LED 칩의 외측으로 소정 간격 이격하여, 상기 LED 칩을 원형 또는 다각형 형태로 둘러싸도록 상기 기판 상에 형성되는 테두리홈; 및
상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 형성되는 렌즈;를 포함하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 제1절연층과 금속층 및 제2절연층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 상기 테두리홈은 상기 제2절연층을 관통하여 상기 금속층까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제1절연층의 하부에 방열을 위한 금속재질의 베이스층이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 테두리홈은,
상기 LED 칩을 중심으로, 상기 LED 칩의 외측에 소정 간격 이격하여 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 테두리홈은,
에칭(etching)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 2에 있어서, 상기 테두리홈은,
상기 금속층이 노출되도록 상기 제2절연층이 에칭(etching)에 의해 선택적으로 식각되어 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 테두리홈은,
단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 테이퍼진 형태인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 테두리홈은,
단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 단차 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 렌즈는 수지 도팅(dotting)에 의해 형성되고, 상기 수지가 상기 테두리홈에 충진되어 응고되는 충진부를 포함하며, 상기 충진부에 의해 상기 렌즈의 박리가 방지되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 1에 있어서, 상기 LED 칩은,
제1 도전형 반도체층;
상기 제1 도전형 반도체층 상에 서로 이격되어 배치되고, 각각 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 복수의 메사들;
각각 상기 복수의 메사들 상에 위치하여 제2 도전형 반도체층에 오믹 콘택하는 반사 전극들; 및
상기 복수의 메사들 및 상기 제1 도전형 반도체층을 덮되, 상기 각각의 메사 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 가지며, 상기 제1 도전형 반도체층에 오믹 콘택하고 상기 복수의 메사들로부터 절연된 전류 분산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 10에 있어서, 상기 반사 전극들은,
각각 반사 금속층과 장벽 금속층을 포함하되, 상기 장벽 금속층이 상기 반사 금속층의 상면 및 측면을 덮는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 10에 있어서, 상기 LED 칩은,
상기 전류 분산층의 적어도 일부를 덮되, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 상부 절연층; 및
상기 상부 절연층 상에 위치하고 상기 상부 절연층의 개구부들을 통해 노출된 반사 전극들에 접속하는 제2 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 12에 있어서,
상기 전류 분산층에 접속하는 제1 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 10에 있어서, 상기 LED 칩은,
상기 복수의 메사들과 상기 전류 분산층 사이에 위치하여 상기 전류 분산층을 상기 복수의 메사들로부터 절연시키는 하부 절연층을 더 포함하되,
상기 하부 절연층은 상기 각각의 메사 상부 영역 내에 위치하고 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 14에 있어서,
상기 전류 분산층의 개구부들은 각각 상기 하부 절연층의 개구부들이 모두 노출되도록 상기 하부 절연층의 개구부들보다 더 넓은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 청구항 15에 있어서, 상기 LED 칩은,
상기 전류 분산층의 적어도 일부를 덮고, 상기 반사 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 상부 절연층을 더 포함하되,
상기 상부 절연층은 상기 전류 분산층의 개구부들의 측벽들을 덮는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- (a) 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 기판의 표면에 원형 또는 다각형 형태의 테두리홈을 형성하는 단계;
(c) 상기 테두리홈으로 둘러싸인 상기 기판 상에 LED 칩을 실장하는 단계; 및
(d) 상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 17에 있어서, 상기 (a) 단계는,
제1절연층과 금속층 및 제2절연층을 순차적으로 적층하여 상기 기판을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 18에 있어서, 상기 (a) 단계는,
상기 제1절연층의 하부에 방열을 위한 금속 재질의 베이스층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 상기 LED 칩을 중심으로 상기 LED 칩의 외측에 소정 간격 이격하여 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 에칭(etching)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 18에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 상기 금속층이 노출되도록 상기 제2절연층이 에칭(etching)에 의해 선택적으로 식각되어 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 렌즈는, 수지 도팅(dotting)에 의해 형성되며, 상기 수지가 상기 테두리홈에 충진되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 테이퍼진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 (b) 단계에서 상기 테두리홈은, 단면상 상부의 폭이 하부의 폭보다 좁게 단차진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
- (a) 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 기판 상에 LED 칩을 실장하는 단계;
(c) 상기 기판의 표면에 상기 LED 칩의 외측으로 소정 간격 이격하여 원형 또는 다각형 형태의 테두리홈을 형성하는 단계;
(d) 상기 LED 칩을 덮도록 상기 테두리홈 상에 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 LED 패키지 제조방법.
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| KR1020120135049A KR20140067595A (ko) | 2012-11-27 | 2012-11-27 | Ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101598045B1 (ko) | 2015-10-20 | 2016-02-29 | 에이펙스인텍 주식회사 | 직접 접촉식 방열봉 및 내열렌즈가 내장되어 방수 및 방열성능을 향상시키는 cob 타입의 엘이디모듈 |
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-
2012
- 2012-11-27 KR KR1020120135049A patent/KR20140067595A/ko not_active Application Discontinuation
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