KR20140122689A - 에피택셜 구조 및 패키지 기판을 함께 통합하는 led 컴포넌트 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 에피택셜 구조들과 전극들을 통합하고 패키지 기판을 함께 상호접속하는 통합 LED 컴포넌트 및 그것의 통합 제조 프로세스를 개시한다. 통합 LED 컴포넌트는 다수의 에피택셜 구조들 또는 단지 단일 에피택셜 구조로 만들어질 수 있다. 통합 LED 컴포넌트는 중공 캐리어에 장착될 수 있다. 그리고 중공 캐리어에 의해 지지함으로써, 패키지 기판에는 열 전도 또는 소산 장치가 장착되어 접촉될 수 있다. 통합 LED 컴포넌트는 웨이퍼 레벨 프로세스에 의해 제조될 수 있고 독립 컴포넌트로서 웨이퍼로부터 절단된다. 상이한 제조 프로세스에 의해, 통합 LED 컴포넌트는 종형 LED 구조 또는 횡형 LED 구조로서 만들어질 수 있다.
Description
본 발명은 에피택셜 구조들 및 패키지 기판을 함께 통합하는 LED 컴포넌트 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 캐리어 기판이 패키지 기판으로서 직접 사용될 수 있고 LED 에피택셜의 패키징 프로세스가 또한 기판 상에서 직접 완료될 수 있는 LED 컴포넌트에 관한 것이다. 실제 응용에 있어서, LED 컴포넌트의 기판에는 열 전도 또는 소산 장치가 장착되어 접촉될 수 있다. 통합 LED 컴포넌트는 웨이퍼 레벨 프로세스에 의해 제조될 수 있고 웨이퍼로부터 절단되어 독립 컴포넌트를 형성한다. 상이한 제조 프로세스들은 통합 LED 컴포넌트가 종형 LED 구조 또는 횡형 LED 구조로 만들어질 수 있게 한다.
LED 산업에서, LED 칩들의 제조 프로세스 및 LED의 패키징 프로세스는 독립적인 프로세스들이다. LED 조명 유닛은 여전히 기판이 LED 에피택셜 프로세스에 이용되는 것과 상관 없이 최종 칩 제품을 형성하기 위해 절단되고 시험될 필요가 있다. LED 칩의 형상은, LED 칩이 종형 구조 또는 횡형 구조임에도 불구하고 절단 프로세스, 와이어 본딩 프로세스 또는 플립-칩 프로세스의 조작성(operability)을 고려하여 보통 직사각형 모양으로 설계된다. 이후 직사각형 LED 칩은 다이 본딩에 의해 서브마운트(submount) 상에 장착되고 SMT의 방법에 의해 PCB에 용접되어 LED 패키지 유닛을 형성한다. LED 패키지 유닛은 또한 PCB 상에 직접 칩을 장착하여(COB 방법) 형성될 수 있다. 이후 이러한 열 소산 문제를 해결하기 위해 패키지 PCB에는 열 전도 또는 소산 장치가 장착되거나 접촉될 필요가 있고, 에피택셜 구조들에서의 전류로 인한 열은 기판들로부터 열 소산 장치들로 열 전도에 의해 소산될 필요가 있다. 그러나, 만약 전력 또는 전력 밀도(power density)가 너무 높으면, 열 저항은 LED의 온도를 너무 높게 하여, LED의 수명 및 광학 특성들을 저하시킬 수 있다.
도 1을 참조하라. 도 1a 및 도 1b는 종래 기술의 LED 칩들, LED 패키지 및 열 소산을 도시하는 개략도들이다. LED 칩(1)은 에피택셜 구조(10) 및 캐리어 기판(11)으로 구성된다. LED 칩(1)은 웨이퍼로부터 테스트되고, 절단된 다음, 패키징되어 LED 유닛을 형성한다. 도 1a에 나타낸 것과 같이, LED 패키지 유닛은 다이 본딩, 와이어 본딩 및 인광 코팅 프로세스들에 의해 서브마운트(submount; 12) 상에 LED 칩(1)을 장착하여 형성된다. 실제 응용에 있어서, 서브마운트(12)를 갖는 LED 유닛은 또한 열 전도성 PCB 위에 장착될 필요가 있고, 이때 PCB(13)에는 열 소산 장치(14)가 장착되어 접촉된다. 도 1b에 나타낸 것과 같은, 고전력 조명을 위한 다른 응용 요건들을 위해, LED 패키지 유닛은 열 전도성 PCB 위에 직접 LED 칩(1)을 장착하여 형성된다(COB, Chip-on-Board) . COB 유닛에는 열 소산 장치(14)가 장착되어 접촉된다. 그러나, 도 1a 또는 도 1b의 종래 기술에서, LED 칩(1)을 위한 제조 프로세스 및 LED의 패키징 프로세스는 독립적인 프로세스들이다.
일반적으로 말해, LED 칩들에 대해 2가지 타입, 즉 횡방향 타입 및 종방향 타입의 구조들이 있다. 횡방향 타입은 에피택셜 상에 LED 에피택셜 구조들 및 전극들을 형성하는 것이고, 여기서 에피택셜 웨이퍼는 에피택셜 구조들을 위한 캐리어 기판으로 되게 하기 위해 시닝 프로세스(thinning process)를 거치고 이후 LED 칩들로 절단될 필요가 있다. 종방향 타입은 LED 에피택셜 구조들을 에피택셜 웨이퍼로부터 캐리어 웨이퍼로 이동시키는(transfer) 것이고, 여기서 캐리어 웨이퍼는 여전히 시닝 프로세스를 거치고 전극들을 형성한 다음, LED 칩들로 절단될 필요가 있다. LED 칩이 횡방향 타입인지 종방향 타입인지는 문제가 되지 않고, LED 칩들은 여전히 외부 전원 및 열 소산 장치를 접속하기 위해 다이 본딩, 와이어 본딩 및 형광 코팅 프로세스들을 거치는 패키지 기판에 부가될 필요가 있다. 고전력 밀도, 높은 발광 플럭스, 높은 작동 수명 및 낮은 코스트의 요구를 위해, 도 1a 및 도 1b의 종래 기술은 여전히 몇 가지 제한들을 가진다.
본 발명의 하나의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 에피택셜 구조들 및 패키지 기판을 함께 통합한 LED 컴포넌트 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 통합 LED 컴포넌트는 중공 캐리어의 중공 영역에 장착되고, 중공 캐리어는 외부 전원에 접속하기 위해 사용되는 반대 극성들을 갖는 2개의 전도성 전극들을 가진다. 통합 LED 컴포넌트는 기판, N개의 LED 에피택셜 구조들 - N은 1보다 큰 자연수 -, 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 포함한다. 기판은 상측 표면 및 하측 표면을 가진다. N개의 LED 에피택셜 구조들은 기판의 상측 표면 상에 형성되고, N개의 LED 에피택셜 구조들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다. 또한, 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극의 극성들은 반대이다. 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극은 상측 표면 상에 형성되고 N개의 LED 에피택셜 구조들 외측에 배치되고, 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극은 회로를 형성하기 위해 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 접속된다. 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극의 극성들은 반대이다. 추가로, 중공 캐리어의 2개의 전도성 전극들은 기판의 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하기 위해 사용되고, 기판의 하측 표면은 중공 캐리어에 노출된다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 에피택셜 구조들 및 패키지 기판을 함께 통합하여 다른 LED 컴포넌트를 제공한다. 통합 LED 컴포넌트는 중공 캐리어의 중공 영역에 장착되고, 중공 캐리어는 외부 전원에 접속하기 위해 사용되는 반대 극성들을 갖는 2개의 전도성 전극들을 가진다. 통합 LED 컴포넌트는 기판, LED 에피택셜 구조, 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 포함한다. 기판은 상측 표면 및 하측 표면을 가진다. LED 에피택셜 구조는 기판의 상측 표면 상에 형성되고, LED 에피택셜 구조는 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다. 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극의 극성들은 반대이다. 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극은 상측 표면 상에 형성되고 LED 에피택셜 구조의 외측에 배치되고, 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극은 회로를 형성하기 위해 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 접속된다. 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극의 극성들은 반대이다. 추가로, 기판의 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하기 위해 사용되는 중공 캐리어의 2개의 전도성 전극들, 및 기판의 하측 표면은 중공 캐리어에 노출된다.
대안으로, 본 발명은 또한 통합 LED 컴포넌트를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 기판은 캐리어 기판일뿐만 아니라 패키지 기판이고, 기판의 하측 표면은 열 전도 또는 소산 장치 위에 직접 장착될 수 있기 때문에, 에피택셜 구조들로부터 기판의 하측 표면으로의 열 전도가 가장 짧다. 이러한 이유 때문에, 통합 LED 컴포넌트에서의 열 저항 (Rjc)은 크게 감소될 수 있다. 이러한 통합 LED 컴포넌트의 구조는 종형 LED 구조들 및 횡형 LED 구조들에 적용될 수 있다.
위에 기재한 것에 따르면, 본 발명의 통합 LED 컴포넌트의 코스트는 프로세스의 단순화 및 재료 소모의 감소로 인해 크게 감소될 수 있다.
본 발명의 많은 다른 이점들 및 특징들은 다음의 상세한 설명들 및 첨부 도면들에 의해 더 이해될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에서의 LED 칩들, LED 패키지 및 열 소산을 도시하는 개략도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 통합 LED의 LED 에피택셜 구조들, LED 패키지, 중공 캐리어 및 열 전도 또는 소산 장치를 도시하는 개략도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 LED 컴포넌트를 도시하는 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 종형 LED 에피택셜 구조들을 도시하는 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 횡형 LED 에피택셜 구조들을 도시하는 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 LED 에피택셜 구조들의 상측 표면을 도시하는 개략도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 종형 LED의 병렬 접속된 전극들 및 에피택셜 구조들을 도시하는 상면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상의 상이한 크기의 통합 LED 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c는 통합 LED 컴포넌트, 중공 캐리어 및 중공 캐리어에 장착된 통합 LED 컴포넌트의 정면도를 도시하는 개략도들이다.
도 9a 내지 도 9c는 통합 LED 컴포넌트, 중공 캐리어 및 중공 캐리어에 장착되는 통합 LED 컴포넌트의 배면도를 도시하는 개략도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 통합 LED의 LED 에피택셜 구조들, LED 패키지, 중공 캐리어 및 열 전도 또는 소산 장치를 도시하는 개략도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 LED 컴포넌트를 도시하는 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 종형 LED 에피택셜 구조들을 도시하는 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 횡형 LED 에피택셜 구조들을 도시하는 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 LED 에피택셜 구조들의 상측 표면을 도시하는 개략도들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 종형 LED의 병렬 접속된 전극들 및 에피택셜 구조들을 도시하는 상면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상의 상이한 크기의 통합 LED 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c는 통합 LED 컴포넌트, 중공 캐리어 및 중공 캐리어에 장착된 통합 LED 컴포넌트의 정면도를 도시하는 개략도들이다.
도 9a 내지 도 9c는 통합 LED 컴포넌트, 중공 캐리어 및 중공 캐리어에 장착되는 통합 LED 컴포넌트의 배면도를 도시하는 개략도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 동일한 참조 번호들이 사용되었고, 여기서 도면들에 공통인 동일한 요소들을 나타내는 것이 가능하다.
본 발명은 에피택셜 구조들 및 패키지 기판을 함께 통합하는 LED 컴포넌트 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 제조 프로세스의 단순화 및 재료 소모의 감소 때문에 코스트를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 열전도 저항을 감소시켜 LED 컴포넌트의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하라. 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 통합 LED의 LED 에피택셜 구조들, LED 패키지, 중공 캐리어 및 열 전도 또는 소산 장치를 도시하는 개략도들이다. 실시예들에 따르면, LED 컴포넌트(2)는 기판(22)의 하측 표면(222)에 열 전도 또는 소산 장치가 장착되어 접촉될 수 있도록 중공 캐리어(30)의 중공 영역(301)에 장착될 수 있는 에피택셜 구조들 및 패키지 기판을 함께 통합한다. 도 2a에 나타낸 것과 같이, LED 에피택셜 구조들은 기판(22)의 상측 표면(221) 상에 형성되고, 즉 LED 컴포넌트(2)의 기판(22)은 캐리어 기판뿐만 아니라 패키지 기판이고, 기판(22)의 하측 표면(222)에는 열 소산 장치(24)가 장착되어 접촉될 수 있다. 도 2b에 나타낸 것과 같이, 기판(22)의 하측 표면(222)에는 열 전도 장치(26)가 장착되어 접촉되고, 여기서 열 전도 장치(26)는 납작한 소형 히트 파이프(flat miniature heat pipe)이다.
본 발명의 구조들을 더 상세히 기술하기 위해, 도 3을 참조하라. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합 LED 컴포넌트를 도시하는 개략도이다. 도 3의 실시예에 따르면, 본 발명의 통합 LED 컴포넌트(3)는 중공 캐리어(30)의 중공 영역(301)에 장착된다. 중공 캐리어(30)는 외부 전원에 접속하기 위해 사용되는 반대 극성들을 갖는 2개의 전도성 전극들(302, 303)을 가진다. 통합 LED 컴포넌트는 기판(31), N개의 LED 에피택셜 구조들(32) - 여기서 N은 1보다 큰 자연수임 -, 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)을 포함한다. 기판은 상측 표면(311) 및 하측 표면(312)을 가진다. N개의 LED 에피택셜 구조들(32)은 기판(31)의 상측 표면(311) 상에 형성되고, N개의 LED 에피택셜 구조들(32) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제 1 전극(321) 및 적어도 하나의 제 2 전극(322)을 포함한다. 또한, 적어도 하나의 제 1 전극(321) 및 적어도 하나의 제 2 전극(322)의 극성들은 반대이다. 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)은 상측 표면(311) 상에 형성되고 N개의 LED 에피택셜 구조들(32) 외측에 배치되고, 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)은 회로를 형성하기 위해 적어도 하나의 제 1 전극(321) 및 적어도 하나의 제 2 전극(322)에 전기적으로 접속된다. 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)의 극성들은 반대이다. 추가로, 중공 캐리어(30)의 2개의 전도성 전극들(302, 303)이 기판(31)의 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)을 전기적으로 접속하기 위해 사용되고; 한편, 기판(31)의 하측 표면(311)은 중공 캐리어(30)에 노출된다.
이 실시예에 있어서, 적어도 하나의 제 1 전극(321)은 적어도 하나의 제 3 전극(33)에 접속되고, N개의 LED 에피택셜 구조들(32) 외측에는 렌즈(325)가 있고, 각각의 LED 에피택셜 구조들(32)은 n-형 반도체 층(326), p-형 반도체 층(327), MQW 층(328) 및 광반사 층(329)을 포함한다. N-형 반도체 층(326)은 유전체 층(324)으로 코팅되고, 여기서 유전체 층(324)은 적어도 하나의 제 1 전극(321) 및 적어도 하나의 제 2 전극(322)을 전기적으로 접속하기 위해 도전 재료 층(323)으로 코팅된다. 추가로, 중공 캐리어(30)의 2개의 전도성 전극들(302, 303)은, 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)이 회로를 형성하기 위해 N개의 LED 에피택셜 구조들(32)의 적어도 하나의 제 1 전극(321) 및 적어도 하나의 제 2 전극(322)에 전기적으로 접속될 수 있도록 납땜 가능 금속(36)에 의해 통합 LED 컴포넌트(3)의 기판(31)의 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)에 전기적으로 접속된다. 그러나, 본 발명은 상기 방법에 한정되지 않고, 적어도 하나의 제 1 전극(321) 및 적어도 하나의 제 3 전극(33)은 또한 일체로 만들어질 수 있다.
더욱이, 통합 LED 컴포넌트(3)의 기판(31)의 하측 표면(312)에는 열 소산 장치(35)가 장착되어 접촉된다. 기판(31)은 유전체 층을 갖는 금속 또는 실리콘, 게르마늄, SiC, GaN, GaAs, 사파이어 또는 금속으로부터 선택된다. 다른 실시예에 있어서, 기판(31)은 또한 구리, 다른 금속들, 또는 다른 합금 기판들로 만들어질 수 있고, 기판의 하측 표면(31)은 그 위에 형성되는 유전체 층을 가진다. 게다가, 기판(31)은 화학적 증착 또는 물리적 증착 프로세스들에 의해 형성된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하라. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 종형 LED 에피택셜 구조들을 도시하는 개략도이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 횡형 LED 에피택셜 구조들을 도시하는 개략도이다. 본 발명의 통합 LED 컴포넌트에 있어서, N개의 LED 에피택셜 구조들(42)은 종방향 구조들(vertical structures)(도 4a) 또는 횡방향 구조(lateral structures)(도 4b)일 수 있다. 만약 LED 에피택셜 구조들(42)이 종방향 구조들이면, LED 에피택셜 구조들(42)의 적어도 하나의 제 1 전극(421)은 본딩 금속 층이고 LED 에피택셜 구조들(42)은 다른 에피택셜 기판으로부터 기판(41)으로 이동된다. 만약 LED 에피택셜 구조들(42)이 횡방향 구조이면, LED 에피택셜 구조들(42)은 에피택셜 프로세스에 의해 기판(41) 상에서 직접 성장된다. 종방향 구조들(도 4a)의 예에 있어서, LED 에피택셜 구조들(42)은 적어도 하나의 제 1 전극(421) 및 적어도 하나의 제 2 전극(422)을 포함하고, 적어도 하나의 제 1 전극(421) 및 적어도 하나의 제 2 전극(422)의 극성들은 반대이고, 게다가, 적어도 하나의 제 3 전극(43) 및 적어도 하나의 제 4 전극(44)은 기판(41)의 상측 표면 상에 형성되고 LED 에피택셜 구조들(42) 외측에 위치된다. LED 에피택셜 구조들(42)은 유전체 층(424)을 포함하고, 유전체 층(424)은 적어도 하나의 제 2 전극(422) 및 적어도 하나의 제 4 전극(44)을 전기적으로 접속하기 위해 도전 재료 층(423)으로 코팅된다. 횡방향 구조(도 4b)의 예에 있어서, 적어도 하나의 제 3 전극(43) 및 적어도 하나의 제 4 전극(44)은 도전 재료 층(423)을 통해 회로를 형성하기 위해 적어도 하나의 제 1 전극(421) 및 적어도 하나의 제 2 전극(422)에 전기적으로 접속된다. 적어도 하나의 제 3 전극(43) 및 적어도 하나의 제 4 전극(44)의 극성들은 반대이다.
이 실시예에 있어서, 본 발명의 각각의 LED 에피택셜 구조는 양 및 음 전극들을 가지는 복수의 에피택셜 부구조들(substructures)로 구성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 LED 에피택셜 구조들의 상측 표면을 도시하는 개략도들이다. 도 5a 및 도 5b에 나타낸 것과 같이, N개의 LED 에피택셜 구조들(52)의 상측 표면의 형상은 6각형 또는 원형일 수 있다. 각각의 N개의 LED 에피택셜 구조들 위에 배치되는 광학 렌즈 구조가 있다. 적어도 하나의 제 3 전극(53) 및 적어도 하나의 제 4 전극(54)은 상측 표면(511) 상에 형성되고 N개의 LED 에피택셜 구조들(52) 외측에 위치된다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, N개의 LED 에피택셜 구조들(52)의 상측 표면의 형상은 발광 효율을 향상시키기 위해 다른 기하학적 형상들 또는 다른 형상들과의 혼합들로 설계될 수 있다.
도 6을 참조하라. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 종형 LED의 에피택셜 구조들 및 병렬 접속된 전극들을 도시하는 상면도이다. 이 실시예에 있어서, N개의 LED 에피택셜 구조들(62)의 적어도 하나의 제 1 전극은 상측 표면(611)의 적어도 하나의 제 3 전극(63)에 전기적으로 접속되고, N개의 LED 에피택셜 구조들(62)의 적어도 하나의 제 2 전극은 병렬 회로를 형성하도록 상측 표면(611)의 적어도 하나의 제 4 전극(64)에 전기적으로 접속된다. N개의 LED 에피택셜 구조들에 형성되는 병렬 회로는 각각의 에피택셜 구조를 통한 전류를 감소시키기 위해 전류 공유를 위해 통합 LED 컴포넌트 내에 놓일 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 방법에 한정되지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 3 전극은 양의 전극들이고, 적어도 하나의 제 2 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극은 음의 전극들이다. N개의 LED 에피택셜 구조들은 직렬 회로를 형성하기 위해 상측 표면의 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극뿐만 아니라 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 전기적으로 접속하도록 직렬로 접속된다. 더욱이, 본 발명의 통합 LED 컴포넌트에서, N개의 LED 에피택셜 구조들은 M개의 구조 그룹들로 분할될 수 있고, 여기서 M은 1보다 큰 자연수이다. 각각의 구조 그룹의 LED 에피택셜 구조들은 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 전기적으로 접속하기 위해 서로 직렬로 접속되고, M개의 구조 그룹들은 결합된 직렬을 더 형성하고 병렬 회로를 형성하도록 상측 표면의 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하기 위해 병렬로 접속된다.
도 3을 다시 참조하라. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 제 1 전극(321), 적어도 하나의 제 2 전극(322), 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)은 유전체 층(324) 상에 형성되는 도전 재료(323)를 통해 접속된다. 게다가, 기판(31)의 상측 표면(311) 상의 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)은 통합 LED 컴포넌트(3)의 측정시 프로브 전극들로서 사용될 수 있다. 적어도 하나의 제 3 전극(33) 및 적어도 하나의 제 4 전극(34)이 외부 전원에 접속될 때, 기판(31)의 상측 표면(311) 및 하측 표면(312)은 전기적으로 절연된 상태에 있다.
도 7을 참조하라. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 상의 상이한 크기의 통합 LED 컴포넌트들을 도시하는 개략도이다. 도 7에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 통합 LED 컴포넌트(70)는 웨이퍼(7)로부터 다양한 크기들로 절단될 수 있고, 따라서, 기판(71) 상의 LED 에피택셜 구조들(72)의 수는 상이한 설계들에 의해 변한다.
도 8a 내지 도 8c 및 도 9a 내지 도 9c를 함께 참조하라. 도 8a 내지 도 8c는 통합 LED 컴포넌트, 중공 캐리어 및 중공 캐리어에 장착되는 통합 LED 컴포넌트의 정면도를 도시하는 개략도들이고; 도 9a 내지 도 9c는 통합 LED 컴포넌트, 중공 캐리어 및 중공 캐리어에 장착되는 통합 LED 컴포넌트의 배면도를 도시하는 개략도들이다. 이 실시예에 있어서, 통합 LED 컴포넌트(8)의 상측 표면(811)은 N개의 LED 에피택셜 구조들(82)을 포함하고, 통합 LED 컴포넌트(8)는 기판(81)의 하측 표면(812)을 노출시키기 위해 중공 캐리어(80)의 중공 영역(801)에 장착된다. 중공 캐리어(80)는 외부 전원에 접속하기 위해 사용되는 반대 극성들을 갖는 2개의 전도성 전극들(802, 803)을 가진다. 통합 LED 컴포넌트(8)가 중공 캐리어(80)의 중공 영역(801)에 장착될 때, 중공 캐리어(80)의 2개의 전도성 전극들(802, 803)은 기판(81)의 적어도 하나의 제 3 전극(83) 및 적어도 하나의 제 4 전극(84)에 전기적으로 접속된다. 특히, 중공 캐리어(80)의 하측 표면은 기판(81)의 하측 표면(812)과 동평면이다. 중공 캐리어(80)는 프리캐스트 칩 캐리어(precast chip carrier) 또는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)이다. 기판(81)은 기판(81)의 하측 표면(812)에 열 전도 또는 소산 장치가 평평하게 장착되어 접촉되도록 중공 캐리어(80)에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 통합 LED 컴포넌트는 DC-LED 컴포넌트 또는 AC-LED 컴포넌트일 수 있다. 기판은 정전방지 컴포넌트, 제어 요소, 또는 감지 요소를 더 포함할 수 있다. 또한, N개의 LED 에피택셜 구조들은 레이저 다이오드 에피택셜 구조들일 수 있고 통합 LED 컴포넌트는 통합 레이저 다이오드 컴포넌트일 수 있다. N개의 LED 에피택셜 구조들은 또한 집광성 태양 전지의 에피택셜 구조들일 수 있고 통합 LED 컴포넌트는 통합 집광성 태양 전지일 수 있다.
실제 응용에 있어서, 본 발명의 통합 LED 컴포넌트는 다수의 에피택셜 구조들로 만들어지고, 즉, 기판 상에는 복수의 에피택셜 부구조들이 있다. 단위 입력 전력(unit input power) 하에서, 단위 면적 당 복수의 소형 에피택셜 부구조들은 발광 효율을 향상시키기 위해 병렬 회로 또는 결합된 직렬 및 병렬 회로에 의해 각각의 에피택셜 구조를 통한 전류를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 통합 LED 컴포넌트의 상측 표면은 단일의 대형 에피택셜 구조, 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 포함한다. 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극은 상측 표면 상에 형성되고 LED 에피택셜 구조들 외측에 위치된다. LED 에피택셜 구조는 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하고, 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극의 극성들은 반대이다. LED 에피택셜 구조들의 적어도 하나의 제 1 전극은 상측 표면의 적어도 하나의 제 3 전극에 전기적으로 접속되고, LED 에피택셜 구조들의 적어도 하나의 제 2 전극은 회로를 형성하기 위해 상측 표면의 적어도 하나의 제 4 전극에 전기적으로 접속된다. 이 실시예는 본 발명의 통합 LED 컴포넌트의 단순화된 버전, 저출력 응용을 위한 선택이다.
위에 기재한 것에 따르면, 본 발명의 통합 LED 컴포넌트의 코스트는 제조 프로세스의 단순화 및 재료 소모의 감소로 인해 크게 감소될 수 있다. 게다가, 본 발명의 기판은 캐리어 기판일 뿐만 아니라 패키지 기판이고, 기판의 하측 표면은 열 전도 또는 소산 장치 위에 직접 장착될 수 있기 때문에, 에피택셜 구조들로부터 기판의 하측 표면까지의 열 전도 거리가 가장 짧다. 이 때문에, 통합 LED 컴포넌트에서의 열 저항(Rjc)이 크게 감소될 수 있다. 이러한 통합 LED 컴포넌트의 구조는 종형 LED 구조들 및 횡형 LED 구조들에 적용될 수 있다. 요약하면, 본 발명, 에피택셜 구조들 및 패키지 기판을 함께 통합한 LED 컴포넌트 및 그것의 제조 방법은 코스트들이 감소된 고전력 LED 컴포넌트들을 개발하기 위해 다목적 기술 플랫폼(versatile technology platform)이다.
상기 예 및 설명들로, 본 발명의 특징들 및 사상들이 희망하건 대 잘 기술되었다. 더 중요하게는, 본 발명은 여기에 기술된 실시예들에만 한정되지 않는다. 이 기술에서 숙련된 사람들은 본 발명의 개념을 유지하면서 장치의 수많은 변경예들 및 대안예들이 만들어질 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 개시내용은 첨부 청구항들의 구획(Metes and bounds)에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.
2 : LED 컴포넌트
22 : 기판
221 : 상측 표면
222 : 하측 표면
30 : 중공 캐리어
301 : 중공 영역
24 : 열 소산 장치
26 : 열 전도 장치
22 : 기판
221 : 상측 표면
222 : 하측 표면
30 : 중공 캐리어
301 : 중공 영역
24 : 열 소산 장치
26 : 열 전도 장치
Claims (20)
- 중공 캐리어의 중공 영역(hollow area)에 장착되는 통합 LED 컴포넌트로서, 상기 중공 캐리어는 외부 전원(external power)을 접속하기 위해 사용되는 반대 극성들을 갖는 2개의 전도성 전극들을 가지며, 상기 통합 LED 컴포넌트는:
상측 표면 및 하측 표면을 가지는 기판;
상기 기판의 상기 상측 표면 상에 형성되는 N개의 LED 에피택셜 구조들로서, 상기 N개의 LED 에피택셜 구조들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하고, 여기서 N은 1보다 큰 자연수이고, 상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극의 극성들은 반대인, 상기 N개의 LED 에피택셜 구조들; 및
상기 상측 표면 상에 형성되고 상기 N개의 LED 에피택셜 구조들 외측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극으로서, 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극은 회로를 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극의 극성들은 반대이고;
상기 중공 캐리어의 상기 2개의 전도성 전극들은 상기 기판의 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하기 위해 사용되고, 상기 기판의 상기 하측 표면은 상기 중공 캐리어에 노출되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 상기 하측 표면은 열 전도 또는 소산 장치와 접촉될 수 있는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 중공 캐리어의 하측 표면은 상기 기판의 상기 하측 표면과 동평면인, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판에 열 전도 또는 소산 장치(dissipation device)가 평평하게(flatly) 장착되어 접촉되도록 상기 기판은 상기 중공 캐리어에 의해 지지되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 유전체 층을 갖는 금속, 실리콘, 게르마늄, SiC, GaN, GaAs, 또는 사파이어로부터 선택되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 N개의 LED 에피택셜 구조들은 다른 에피택셜 기판으로부터 상기 기판의 상기 상측 표면으로 이동되는(transferred), 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 N개의 LED 에피택셜 구조들은 에피택셜 프로세스에 의해 상기 기판의 상기 상측 표면 상에 직접 성장되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 N개의 LED 에피택셜 구조들의 상기 상측 표면의 형상은 6각형, 원형, 다른 기하학적 형상들 또는 다른 형상들과의 혼합들일 수 있는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
각각의 N개의 LED 에피택셜 구조들 위에 배치되는 광학 렌즈 구조가 있는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 3 전극은 양의 전극들이고, 상기 적어도 하나의 제 2 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극은 음의 전극들인, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 N개의 LED 에피택셜 구조들은 직렬 회로를 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극, 및 상기 상측 표면의 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하도록 직렬로 접속되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 N개의 LED 에피택셜 구조들의 상기 적어도 하나의 제 1 전극은 병렬 회로를 형성하도록, 상기 상측 표면의 상기 적어도 하나의 제 3 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 N개의 LED 에피택셜 구조들의 상기 적어도 하나의 제 2 전극은 상기 상측 표면의 상기 적어도 하나의 제 4 전극과 전기적으로 접속되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 N개의 LED 에피택셜 구조들은 M개의 구조 그룹들로 분할될 수 있고, 여기서 M은 1보다 큰 자연수이고, 각각의 구조 그룹 내의 상기 LED 에피택셜 구조들은 상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극을 전기적으로 접속하도록 서로 직렬로 접속되고, 상기 M개의 구조 그룹들은 상기 상측 표면의 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하고, 또한 결합된 직렬 및 병렬 회로를 형성하도록 병렬로 접속되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 1 전극, 상기 적어도 하나의 제 2 전극, 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극은 상기 유전체 층 상에 형성되는 도전 재료를 통해 접속되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극이 상기 외부 전원에 접속될 때, 상기 기판의 상기 상측 표면 및 상기 하측 표면은 전기적으로 절연된 상태에 있는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 통합 LED 컴포넌트는 DC-LED 컴포넌트 또는 AC-LED 컴포넌트일 수 있는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판은 정전방지 컴포넌트, 제어 요소, 또는 감지 요소를 더 포함하는, 통합 LED 컴포넌트. - 중공 캐리어의 중공 영역에 장착되는 통합 LED 컴포넌트로서, 상기 중공 캐리어는 외부 전원에 접속하기 위해 사용되는 반대 극성들을 갖는 2개의 전도성 전극들을 가지며, 상기 통합 LED 컴포넌트는:
상측 표면 및 하측 표면을 가지는 기판;
상기 기판의 상기 상측 표면 상에 형성되는 LED 에피택셜 구조로서, 상기 LED 에피택셜 구조는 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극의 극성들은 반대인, 상기 LED 에피택셜 구조; 및
상기 상측 표면 상에 형성되고, 상기 LED 에피택셜 구조 외측에 위치되는 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극으로서, 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극은 회로를 형성하기 위해 상기 적어도 하나의 제 1 전극 및 상기 적어도 하나의 제 2 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극의 극성들은 반대인, 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 적어도 하나의 제 4 전극을 포함하고;
상기 중공 캐리어의 상기 2개의 전도성 전극들은 상기 기판의 상기 적어도 하나의 제 3 전극 및 상기 적어도 하나의 제 4 전극을 전기적으로 접속하기 위해 사용되고, 상기 기판의 상기 하측 표면은 상기 중공 캐리어에 노출되는, 통합 LED 컴포넌트. - 제 18 항에 있어서,
상기 LED 에피택셜 구조가 레이저 다이오드 에피택셜 구조일 때, 상기 통합 LED 컴포넌트는 통합 레이저 다이오드 컴포넌트인, 통합 LED 컴포넌트. - 제 18 항에 있어서,
상기 LED 에피택셜 구조가 집광성 태양 전지의 에피택셜 구조일 때, 상기 통합 LED 컴포넌트는 통합 집광성 태양 전지들인, 통합 LED 컴포넌트.
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