KR20140146354A - Semiconductor light emitting device and package - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 발광 장치 및 반도체 발광소자 패키지에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor light emitting device and a semiconductor light emitting device package.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 낮은 소비전력, 고휘도 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용된다. 특히 최근 발광소자는 조명장치 및 대형 액정디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)용 백라이트(Backlight) 장치로 채용되고 있다. 이러한 발광소자는 조명장치 등 각종 장치에 장착되기 용이한 패키지형태로 제공된다. 다양한 방면으로 조명용으로서 LED의 용도가 확대됨에 따라 각 용도에 맞는 조명디자인의 자유도를 위해서는 패키지의 크기는 작아져야 한다. 또한, 높은 방열성능은 일반 조명장치 및 대형 LCD용 백라이트와 같이 고출력 발광소자가 요구되는 분야에서 보다 중요하게 요구되는 패키지 조건이다.
Light emitting diodes (LEDs) are widely used as light sources because of their low power consumption and high brightness. In particular, recent light emitting devices have been employed as backlight devices for lighting devices and large liquid crystal displays (LCDs). Such a light emitting element is provided in the form of a package which can be easily mounted on various apparatuses such as a lighting apparatus. As the use of LEDs for illumination increases in various directions, the size of the package must be reduced for the freedom of lighting design for each application. In addition, the high heat dissipation performance is a package condition that is more importantly required in a field where a high output light emitting device such as a general lighting device and a large LCD backlight is required.
당 기술분야에서는, 방열 특성이 향상되고, 작은 크기의 히트 싱크를 적용하여 전체 패키지의 사이즈가 감소된 새로운 반도체 발광 장치 및 반도체 발광소자 패키지가 요구되고 있다.
There is a need in the art for a new semiconductor light emitting device and a semiconductor light emitting device package in which the heat dissipation characteristics are improved and the size of the entire package is reduced by applying a small size heat sink.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치는, 히트 싱크, 및 상기 히트 싱크 상에 부착되는 반도체 발광소자 패키지를 포함하고, 상기 반도체 발광소자 패키지는, 빛을 방출하는 하나 이상의 발광소자와, 상기 하나 이상의 발광소자가 실장되는 제1면과 상기 제1면과 반대에 위치하며 상기 히트 싱크 상면에 접합되는 제2면을 갖는 방열 패드를 포함한다.A semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention includes a heat sink and a semiconductor light emitting device package mounted on the heat sink, wherein the semiconductor light emitting device package includes at least one light emitting element for emitting light, And a heat radiating pad having a first surface on which at least one light emitting element is mounted and a second surface opposite to the first surface and joined to the upper surface of the heat sink.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 반도체 발광소자 패키지는 상기 방열패드의 제1면의 적어도 일부 영역에 형성되는 하나 이상의 접속부를 포함하고, 상기 접속부는 상기 하나 이상의 발광소자의 전극과 전기적으로 연결된다.In some embodiments of the present invention, the semiconductor light emitting device package includes at least one connection portion formed in at least a part of the first surface of the heat radiation pad, and the connection portion is electrically connected to the electrode of the at least one light emitting element .
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 접속부는, 상기 방열패드의 제1면의 적어도 일부 영역에 위치하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 위치하는 전도성 층을 포함한다.In some embodiments of the present invention, the connection portion includes an insulating layer located at least in a partial region of the first surface of the heat radiation pad, and a conductive layer disposed on the insulating layer.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 절연층의 일부 영역은 상기 반도체 발광소자 패키지와 상기 히트 싱크를 서로 체결하는 고정 부재에 대한 지지대로 제공된다.In some embodiments of the present invention, a portion of the insulating layer is provided as a support for a fixing member for fastening the semiconductor light emitting device package and the heat sink to each other.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 방열패드는, 상기 제1면이 상기 발광소자와 직접 접촉하고, 상기 제2면은 상기 히트 싱크와 직접 접촉하여 상기 발광소자에서 발생하는 열을 상기 히트 싱크로 전달한다.In some embodiments of the present invention, the heat radiating pad is a heat radiating pad, the first surface is in direct contact with the light emitting element, and the second surface is in direct contact with the heat sink to transmit heat generated in the light emitting element to the heat sink do.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 방열패드는, 상기 제1면 상에 마련되는 반사막을 포함하고, 상기 반사막은 상기 발광소자가 방출하는 빛을 반사시킨다.
In some embodiments of the present invention, the heat radiating pad includes a reflective film provided on the first surface, and the reflective film reflects light emitted from the light emitting element.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지는, 빛을 방출하는 하나 이상의 발광소자, 상기 하나 이상의 발광소자가 실장되는 제1면 및 상기 제1면과 평행한 제2면을 가지며, 상기 제2면은 상기 하나 이상의 발광소자에서 발생하는 열을 방출하는 히트 싱크와 부착되는 방열패드, 및 상기 방열패드의 제1면에 마련되어 상기 하나 이상의 발광소자의 전극과 전기적으로 연결되는 접속부를 포함한다.A semiconductor light emitting device package according to an embodiment of the present invention includes at least one light emitting element for emitting light, a first surface on which the one or more light emitting elements are mounted, and a second surface parallel to the first surface, And a connection part electrically connected to the electrodes of the one or more light emitting devices, the connection pad being provided on the first surface of the heat dissipation pad. The heat dissipation pad may include a heat dissipation pad attached to a heat sink for emitting heat generated from the at least one light emitting device.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 접속부는 절연층, 및 상기 절연층 상에 마련되는 전도성 층을 포함한다.In some embodiments of the present invention, the connecting portion includes an insulating layer and a conductive layer provided on the insulating layer.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 절연층의 적어도 일부 영역은, 상기 방열패드와 상기 히트 싱크를 서로 체결하는 고정 부재에 대한 지지대로 제공된다.In some embodiments of the present invention, at least a portion of the insulating layer is provided as a support for a fixing member for fastening the heat radiating pad and the heat sink to each other.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 하나 이상의 발광소자의 적어도 일부 영역은 상기 방열패드의 제1면과 직접 접촉한다.
In some embodiments of the present invention, at least a portion of the at least one light emitting element is in direct contact with the first surface of the heat spreading pad.
PCB와 같은 통상의 기판구조물 없이 방열 패드에 발광소자를 직접 실장된 발광 장치를 히트 싱크와 부착함으로써 공정을 단순화하고 방열 특성을 향상할 수 있으며, 가격 경쟁력을 높일 수 있다.By attaching the light emitting device directly mounted on the heat dissipating pad to the heat sink without a conventional substrate structure such as a PCB, the process can be simplified and the heat dissipation property can be improved and the price competitiveness can be enhanced.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
The various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and can be more easily understood in the course of describing a specific embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 반도체 발광 장치의 A-A' 방향에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지에 포함될 수 있는 반도체 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지에 포함될 수 있는 반도체 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지에 포함될 수 있는 반도체 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광 장치를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.1 is a perspective view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of the semiconductor light emitting device shown in FIG.
4 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device that may be included in a semiconductor light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device that may be included in a semiconductor light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device that may be included in a semiconductor light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
9 shows an example in which a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention is applied to a lighting device.
10 shows an example in which the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention is applied to a headlamp.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
The embodiments of the present invention may be modified into various other forms or various embodiments may be combined, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity of description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 1 is a perspective view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치(100)는 반도체 발광소자 패키지(200) 및 히트 싱크(300)를 포함할 수 있다. 반도체 발광소자 패키지(200)는 빛을 생성하는 하나 이상의 발광소자(210)와, 상기 발광소자(210)가 실장되는 방열패드(220)를 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서 반도체 발광소자 패키지(200)에 포함되는 발광소자(210)는, 발광 다이오드 칩만을 포함하거나, 또는 발광 다이오드 칩을 포함하는 패키지 형태로 마련될 수 있으며, 일례로 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package, CSP) 또는 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package, WLP) 등이 적용될 수 있다.Referring to FIG. 1, a semiconductor
발광소자(210)는 일실시예로 발광 다이오드(LED) 칩을 포함할 수 있으며, 제1 도전형 반도체 층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체 층을 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체 층은 기판 상에 형성될 수 있으며, 기판은 기판 몸체부 및 파장 변환층을 포함할 수 있다. 발광소자(210)의 다양한 실시예에 대해서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술한다.The
한편, 본 명세서 전반에 걸쳐서 사용되는 '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 패키지가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
The terms 'phase', 'upper', 'upper', 'lower', 'lower', 'lower', 'side', etc. used in the specification are based on the drawings, And the direction in which the package is placed.
본 실시 형태에서, 복수의 발광소자(210)가 반도체 발광소자 패키지(200)에 포함되는 경우, 복수의 발광소자(210)는 어레이 형태로 방열패드(220)에 실장될 수 있다. 즉, 복수의 발광소자(210)가 우선 PCB 기판 등에 실장되고, 복수의 발광소자(210)가 실장된 PCB 기판이 방열패드(220)를 이용하여 히트 싱크(300)에 부착되는 형태가 아니라, 복수의 발광소자(210)가 PCB 기판 없이 방열패드(220)에 직접 실장된다.In the present embodiment, when the plurality of
따라서, 복수의 발광소자(210)에서 발생하는 열이 PCB 기판을 거치지 않고 방열패드(220)로 직접 전달되므로, 전체적인 반도체 발광 장치(100)의 방열 효율을 개선할 수 있다. 일례로, 복수의 발광소자(210)는 방열패드(220)의 제1면에 실장될 수 있으며, 방열패드(220)의 제1면은 복수의 발광소자(210)에 구동 신호를 인가하기 위한 전극 패턴을 포함할 수 있다.Accordingly, since the heat generated by the plurality of
방열패드(220)는 제1면 상에 실장되는 복수의 발광소자(210)가 방출하는 빛의 발광 효율을 높이기 위한 구조를 가질 수 있으며, 도 1에서는 복수의 발광소자(210)를 둘러싸는 형태의 격벽(240)이 형성되는 것으로 예시하였다. 격벽(240)의 내주면에는 반사막, 반사 코팅 등이 마련되어 복수의 발광소자(210)의 발광 효율을 향상할 수 있다. 한편, 방열패드(220)의 일부 영역에는 방열패드(220)와 히트 싱크(300)를 서로 체결하는 고정 부재가 삽입되는 체결부(230)가 마련될 수 있다.The
방열패드(220)는 메틸계 실리콘(Methly Silicone)을 포함할 수 있으며, 이때 복수의 발광소자(210)는 메틸계 실리콘 자체의 점성에 의해 방열패드(220)에 부착될 수 있다. 일례로, 메틸계 실리콘을 포함하는 방열패드(220)를 반경화시킨 상태에서 복수의 발광소자(210)를 방열패드(220) 상에 본딩하고, 복수의 발광소자(210)가 본딩된 후 반경화 상태의 방열패드(220)를 경화(curing) 시킴으로써 별도의 다이 본딩 페이스트(Die Bonding Paste)를 이용하는 공정 없이 방열패드(220)에 복수의 발광소자(210)를 실장할 수 있다.The
또한 다른 실시예로, 플립칩 형태의 발광소자(210)를 방열패드(220)에 실장하는 경우에는, 방열패드(220) 상에 발광소자(210)의 전극과 전기적으로 연결되는 회로 패턴이 미리 마련되어야 하므로, 반경화된 방열패드(220)에 발광소자(210)를 본딩하고 방열패드(220)를 경화시키는 방식을 적용할 수 없다. 플립칩 형태의 발광소자(210)가 반도체 발광소자 패키지(200)에 포함되는 경우에는, 경화된 방열패드(220) 상에 구리 등의 재질로 회로 패턴을 미리 마련하고, 발광소자(210)의 전극과 회로 패턴을 Au-Sn를 이용한 솔더 범프(Solder Bump) 방식 등에 의해 전기적으로 연결함으로써 발광소자(210)를 방열패드(220)에 실장할 수 있다.The circuit pattern electrically connected to the electrode of the
한편, 방열패드(220)는 메틸계 실리콘 이외에 히트 싱크(300)로의 열전도성을 높이기 위해 분말 형태를 재료를 더 포함할 수 있다. 열전도성을 높이기 위해 방열패드(220)에 추가될 수 있는 분말 재료는 나노 파우더 혹은 카본 파우더일 수 있다.
The heat-radiating
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 2 is a plan view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 발광 장치(400)는 발광소자(510) 및 발광소자(510)가 실장되는 방열패드(520)를 포함할 수 있다. 방열패드(520)의 하부에는 발광소자(510)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 히트 싱크가 부착될 수 있다. 발광소자(510)와 방열패드(520)는, 선택적으로 부가될 수 있는 다른 구성 요소들과 함께 반도체 발광소자 패키지(500)에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 2, the semiconductor
방열패드(520)의 제1면(520a)에는 발광소자(510)와 전기적으로 연결되는 접속부(515)가 마련될 수 있다. 접속부(515)는 본딩 와이어(513)를 통해 발광소자(510)의 전극과 전기적으로 연결될 수 있으며, 외부에서 인가되는 구동 신호를 발광소자(510)의 전극에 전달할 수 있다. 접속부(515)의 구성에 대해서는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.The
한편, 도 2에 도시한 바와 같이 발광소자(510)는 방열패드(520)의 제1면(520a)에 마련되는 격벽(540) 내에 배치될 수 있다. 도 2에는 원형 형상의 격벽(540)이 도시되어 있으나, 격벽(540)은 원형 이외에 타원형, 사각형 등 여러가지 형상을 가질 수 있으며, 격벽(540)의 내주면에는 반사막 또는 반사 코팅이 형성되어 발광소자(510)가 생성하는 빛의 방출 효율을 높일 수 있다.2, the
또한, 방열패드(520)의 제1면(520a)의 적어도 일부 영역에는 체결부(530)가 마련될 수 있다. 도 2에는 2개의 체결부(530)가 방열 패드(520)의 사각형 평면의 대각선 방향에 배치되는 것으로 가정하였으나, 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니며 3개 이상의 체결부(530)가 마련될 수도 있다. 체결부(530)에 결합되는 고정 부재를 이용하여 반도체 발광 장치(400)를 히트 싱크와 연결, 고정시킬 수 있는데, 나사(screw)를 고정 부재로 사용하는 경우 나사의 지지대 역할을 할 수 있도록 접속부(515)의 일부 영역이 체결부(530)까지 확장될 수 있다. In addition, a
한편, 발광소자(510)와 본딩 와이어(513) 및 접속부(515) 상에는 봉지재가 마련될 수 있다. 봉지재는 발광소자(510)가 출력하는 광(光)을 외부로 투과하는 광투과성 재질을 가질 수 있으며, 발광소자(510)가 출력하는 광을 외부로 방출시키는 렌즈 역할을 할 수 있다.On the other hand, an encapsulating material may be provided on the
발광소자(510)가 실장되는 방열패드(520)의 제1면(520a)에는 발광소자(510)의 발광 효율을 높이기 위한 반사막이 마련될 수 있다. 반사막은 높은 반사율을 갖는 필름을 부착하는 형태로 마련되거나, 또는 반사율이 높은 재료를 코팅함으로써 마련될 수도 있다. 또한 다른 실시 형태로는 별도의 반사막을 제1면(520a)에 마련하는 것 대신, 방열패드(520) 내에 반사율을 높일 수 있는 재료로 첨가할 수도 있다.A reflective film for increasing the luminous efficiency of the
도 2에서 발광소자(510)는, 도 1에서 설명한 방식과 유사한 방식으로 방열패드(520)에 실장될 수 있다. 도 2에서는 본딩 와이어(513)를 이용하여 발광소자(510)에 전기적으로 신호를 전달하는 실장 방식을 채택한 경우를 가정하고 있다. 따라서, 도 2와 같은 경우, 반경화 상태인 방열패드(520)에 별도의 페이스트 없이 발광소자(510)를 직접 본딩하고 방열패드(520)를 경화시킴으로써 방열패드(520)에 발광소자(510)를 실장할 수 있다. 접속부(515)는 발광소자(510)의 실장 전, 또는 실장 후에 방열패드(520) 상에 형성될 수 있다.
In Fig. 2, the
도 3은 도 2에 도시된 반도체 발광 장치의 A-A' 방향에 대한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of the semiconductor light emitting device shown in FIG.
도 3을 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치(400)는 발광소자(510), 발광소자(510)가 실장되는 방열패드(520) 및 방열패드(520)와 부착되는 히트 싱크(600)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발광소자(510)는 별도의 PCB 기판 등에 실장되지 않고 방열패드(520)의 제1면(520a)에 직접 실장되고, 방열패드(520)의 제2면(520b)은 히트 싱크(600)와 직접 부착된다. 따라서, 발광소자(510)에서 발생하는 열은 PCB 기판 등의 매개체를 거치지 않고 직접 방열패드(520)를 통해 히트 싱크(600)로 전달되며, PCB 기판 상에 발광소자(510)가 실장되는 경우와 비교할 때 방열 효율을 개선할 수 있다.
3, the semiconductor
본 명세서 전반에 걸쳐서 사용되는 '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는, 별도의 접착 부재나 접착층, 또는 서로 부착되는 2개의 구성 요소 사이에 끼워넣는 층 없이 2개의 구성 요소가 바로 부착되는 형태를 의미한다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 방열패드(520)와 히트 싱크(600)는 별도의 접착 부재나 접착층 없이 방열패드(520)의 제2면(520b)에서 직접 접촉하여 부착된다. 또한, 방열패드(520)와 발광소자(510) 역시 방열패드(520)의 제1면(520a)에서 직접 접촉하여 실장될 수 있다.The terms 'phase', 'top', 'top', 'bottom', 'bottom', 'bottom', 'side', etc. used throughout this specification are to be construed as separate adhesive or adhesive layers, Means a form in which two components are directly attached without a layer interposed between the two components. For example, as shown in FIG. 3, the
즉, 본 실시 형태에서는, 발광소자(510)가 PCB 기판이 아닌 방열패드(520) 상에 직접 실장된다. 따라서 발광소자(510)에서 발생하는 열이 상대적으로 큰 열 저항 값을 갖는 PCB 기판을 거치지 않고 방열패드(520)만을 통해 히트 싱크(600)로 전달된다. 따라서 발광소자(510)에서 발생하는 열을 효율적으로 내보낼 수 있으므로, 동일한 조건에서 더 작은 크기의 히트 싱크(600)를 이용할 수 있어 전체적인 패키지 사이즈를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
That is, in the present embodiment, the
한편, 발광소자(510)는 복수의 전극(511)을 포함할 수 있으며, 복수의 전극(511) 각각은 제1 전도성 반도체 층 및 제2 전도성 반도체 층과 연결될 수 있다. 즉, 복수의 전극(511) 각각에 전기 신호를 인가함으로써 발광소자(510)를 동작시킬 수 있으며, 복수의 전극(511)은 외부로부터 전기 신호를 인가받을 수 있도록 접속부(515)의 전도성 층(515b)과 전기적으로 연결될 수 있다.Meanwhile, the
접속부(515)는 전도성 층(515b)의 하부에 마련되는 절연층(515a) 및 전도성 층(515b) 상에 마련되는 포토 솔더 레지스트 층(PSR, 515c)을 포함할 수 있다. 일례로, 절연층(515a)은 FR-4 등의 물질을 포함할 수 있으며, 전도성 층(515b)은 Cu, Ag, Au 등과 같은 전도성 금속 물질을 포함할 수 있다. 전도성 층(515b)은 도 2에 도시된 바와 같이 본딩 와이어(513)를 통해 발광소자(510)의 전극(511)과 연결될 수 있다.
The
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치는 반도체 발광소자 패키지(800) 및 히트 싱크(900)를 포함한다. 반도체 발광소자 패키지(800)는 복수의 발광소자(810), 제1면(820a)에 복수의 발광소자(810)가 직접 실장되고 제1면(820a)과 평행한 제2면(820b)은 히트 싱크(900)와 접촉하는 면으로 제공되는 방열 패드(820)를 포함할 수 있다. 복수의 발광소자(810)는 서로 어레이 형태로 연결되며 접속부(815)와 본딩 와이어(813)로 연결되어 발광에 필요한 구동 신호를 인가받을 수 있다. Referring to FIG. 4, the semiconductor light emitting device according to the present embodiment includes a semiconductor light emitting
히트 싱크(900)는 방열패드(820)를 통해 복수의 발광소자(810)에서 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출한다. 이때, 방열패드(820)와 복수의 발광소자(810), 본딩 와이어(813), 및 접속부(815) 등을 포함하는 반도체 발광소자 패키지(800) 전체의 열 저항은 복수의 발광소자(810), 본딩 와이어(813), 및 접속부(815) 등과 같이 방열패드(820)의 제1면(820a)에 실장되는 부품의 열 저항값에 방열패드(820)의 열 저항값을 더한 값으로 얻어진다.The
일반적인 반도체 발광소자 패키지(800)에서는, 방열패드(820)의 제1면(820a)에 부착되는 별도의 PCB 기판이 존재할 수 있으며, PCB 기판의 표면에 복수의 발광소자(810), 본딩 와이어(813), 및 접속부(815) 등의 부품이 마련된다. 따라서, 반도체 발광소자 패키지(800) 전체의 열 저항값에 PCB 기판의 열 저항값이 영향을 미치게 된다. PCB 기판의 열 저항값은 0.4 K/W 이상일 수 있으며, 이는 복수의 발광소자(810)와 방열 패드(820)의 열 저항값보다 큰 값이다. In the general semiconductor light emitting
예를 들어, 0.463 K/W의 열 저항값을 갖는 알루미늄(Al) 기판에 0.045 K/W의 DB PASTE를 이용하여 0.05 K/W의 열 저항 값을 갖는 발광소자(810)를 실장하고, 0.1 K/W의 열 저항값을 갖는 방열패드(820)를 부착하여 패키지를 히트 싱크(300)에 접착시키는 경우를 가정하면, 패키지 전체의 열 저항값은 0.658 K/W이다. 반면, 동일한 구성에서 Al 기판을 제외하고, 방열패드(820)에 직접 발광소자(810)를 실장하면, Al 기판이 생략되어 방열 패드(820)를 포함한 패키지의 열 저항값은 0.195 K/W로 70% 정도 감소하게 된다. 따라서, 방열패드(820)에 발광소자(810)를 직접 실장하는 본 실시 형태의 구성에 의해 방열 성능을 개선할 수 있다.
For example, a
결국, 상대적으로 큰 열 저항값을 갖는 PCB 기판으로 인해 반도체 발광소자 패키지(800)에서 발생하는 열이 방열패드(820)를 통해 히트 싱크(900)로 전달되기 어려우며, 이는 전체적인 성능 및 신뢰성 저하로 이어질 수 있다. 또한, 방열 성능을 높이기 위해 큰 사이즈의 히트 싱크(900)를 적용해야 하므로 가격이 상승하고 다양한 제품에 적용하기 어려울 수 있다. As a result, heat generated in the semiconductor light emitting
본 실시 형태에서는, 반도체 발광소자 패키지(800) 내에서 PCB 기판을 생략하고, 방열패드(820)의 제1면(820a)에 직접 복수의 발광소자(810)와 본딩 와이어(813), 및 접속부(815) 등의 부품을 마련한다. 따라서, 높은 열 저항을 갖는 PCB 기판을 반도체 발광소자 패키지(800)에서 제거할 수 있고, 복수의 발광소자(810)에서 발생하는 열이 낮은 열 저항을 갖는 방열패드(820)만을 매개체로 히트 싱크(900)에 직접 전달되기 때문에, 방열 성능을 높일 수 있다. 또한, 가격 경쟁력을 개선하고, 작은 크기의 히트 싱크(900)로 기존 제품과 동일하거나 더 좋은 방열 성능을 얻을 수 있기 때문에, 작은 크기의 히트 싱크(900)로 원하는 방열 성능을 구현하기가 용이하여 제품을 소형화할 수 있다.The PCB substrate is omitted in the semiconductor light emitting
한편, 도 4에서 발광소자(810)는, 도 2에서 설명한 방식과 유사한 방식으로 방열패드(820)에 실장될 수 있다. 도 4에서 발광소자(810)는 본딩 와이어(813)를 통해 동작에 필요한 신호를 전달받는다. 따라서, 도 4의 경우 도 2의 실시예와 유사하게, 반경화 상태인 방열패드(820)에 별도의 페이스트 없이 발광소자(810)를 직접 본딩하고 방열패드(820)를 경화시킴으로써 방열패드(820)에 발광소자(810)를 실장할 수 있다.
4, the
도 5 내지 도 7은 LED 칩으로서의 발광소자의 일 예를 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 5 to 7 are side cross-sectional views schematically showing an example of a light emitting element as an LED chip.
우선 도 5를 참조하면, 발광소자(1000)는 성장 기판(1001) 상에 형성된 발광 적층체(L)를 포함할 수 있다. 상기 발광 적층체(L)는 제1 도전형 반도체층(1004), 활성층(1005) 및 제2 도전형 반도체층(1006)을 포함할 수 있다.5, the
또한, 상기 제2 도전형 반도체층(1006) 상에는 오믹 컨택층(1008)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(1004) 및 오믹 컨택층(1008)의 상면에는 각각 제1 및 제2 전극(1009a, 1009b)이 형성될 수 있다.
An
이하, 발광소자(1000)의 주요 구성요소에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, the major components of the
[기판][Board]
발광소자를 구성하는 기판은 에피 성장을 위한 성장용 기판이다. 상기 기판(1001)으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다. GaN 물질의 에피성장을 위해서는 동종 기판인 GaN 기판이 좋으나, GaN 기판은 그 제조상의 어려움으로 생산단가가 높은 문제가 있다.The substrate constituting the light emitting element is a substrate for growth for epitaxial growth. As the
이종 기판으로는 사파이어, 실리콘 카바이드(SiC) 기판 등이 주로 사용되고 있으며, 가격이 비싼 실리콘 카바이드 기판에 비해 사파이어 기판이 더 많이 활용되고 있다. 이종 기판을 사용할 때는 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자상수의 차이로 인해 전위(dislocation) 등 결함이 증가한다. 또한, 기판 물질과 박막 물질 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 온도 변화시 휨이 발생하고, 휨은 박막의 균열(crack)의 원인이 된다. 기판(1001)과 GaN계인 발광 적층체(L) 사이의 버퍼층(1002)을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
Sapphire and silicon carbide (SiC) substrates are mainly used as the different substrates, and sapphire substrates are used more than silicon carbide substrates, which are expensive. When using a heterogeneous substrate, defects such as dislocation are increased due to the difference in lattice constant between the substrate material and the thin film material. Also, due to the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate material and the thin film material, warping occurs at a temperature change, and warping causes a crack in the thin film. This problem may be reduced by using the
상기 기판(1001)은 발광 적층체(L)의 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.The
예를 들어, 사파이어 기판인 경우는 레이저를 기판을 통해 반도체층과의 계면에 조사하여 기판을 분리할 수 있으며, 실리콘이나 실리콘 카바이드 기판은 연마/에칭 등의 방법에 의해 제거할 수 있다.For example, in the case of a sapphire substrate, the substrate can be separated by irradiating the laser to the interface with the semiconductor layer through the substrate, and the silicon or silicon carbide substrate can be removed by a method such as polishing / etching.
또한, 상기 기판 제거시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키기 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.In order to improve the light efficiency of the LED chip on the opposite side of the growth substrate, the support substrate may be bonded by using a reflective metal, or the reflection structure may be inserted in the middle of the bonding layer can do.
기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 발광 적층체의 성장 전 또는 후에 요철 또는 경사면을 형성하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 패턴의 크기는 5nm ~ 500㎛ 범위에서 선택될 수 있으며 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 광 추출 효율을 좋게 하기 위한 구조면 가능하다. 모양도 기둥, 산, 반구형, 다각형 등의 다양한 형태를 채용할 수 있다.
Substrate patterning improves the light extraction efficiency by forming irregularities or slopes before or after growth of the light emitting stack on the main surface (front surface or both sides) or the side surface of the substrate. The size of the pattern can be selected from the range of 5 nm to 500 μm and it is possible to make a structure for improving the light extraction efficiency with a rule or an irregular pattern. Various shapes such as a shape, a column, a mountain, a hemisphere, and a polygon can be adopted.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001Å과 4.758Å이며, C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.In the case of the sapphire substrate, the lattice constants of the hexagonal-rhombo-cubic (Hexa-Rhombo R3c) symmetry are 13.001 Å and 4.758 Å in the c-axis and the a- , R (1102), and the like. In this case, the C-plane is relatively easy to grow the nitride film, and is stable at high temperature, and thus is mainly used as a substrate for nitride growth.
상기 기판(1001)의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다. (111)면을 기판면으로 갖는 Si 기판이 GaN와의 격자상수의 차이가 17% 정도로 격자 정수의 차이로 인한 결정 결함의 발생을 억제하는 기술이 필요하다. 또한, 실리콘과 GaN 간의 열팽창률의 차이는 약 56% 정도로, 이 열팽창률 차이로 인해서 발생한 웨이퍼 휨을 억제하는 기술이 필요하다. 웨이퍼 휨으로 인해, GaN 박막의 균열을 가져올 수 있고, 공정 제어가 어려워 동일 웨이퍼 내에서 발광 파장의 산포가 커지는 등의 문제를 발생시킬 수 있다.As another material of the
상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판등의 지지 기판을 추가로 형성하여 사용한다.
Since the external quantum efficiency of the light emitting device is lowered by absorbing the light generated from the GaN-based semiconductor, the silicon (Si) substrate may be removed, if necessary, and Si, Ge, SiAl, Or the like is further formed and used.
[버퍼층][Buffer layer]
상기 Si 기판과 같이 이종 기판상에 GaN 박막을 성장시킬 때, 기판 물질과 박막 물질 사이의 격자 상수의 불일치로 인해 전위(dislocation) 밀도가 증가하고, 열팽창 계수 차이로 인해 균열(crack) 및 휨이 발생할 수 있다. 발광 적층체(L)의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 기판(1001)과 발광 적층체(L) 사이에 버퍼층(1002)을 배치시킨다. 버퍼층(1002)은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.When a GaN thin film is grown on a different substrate such as the Si substrate, the dislocation density increases due to the lattice constant mismatch between the substrate material and the thin film material, and cracks and warpage Lt; / RTI > The
상기 버퍼층(1002)은 AlxInyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1), 특히 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, 또는 InGaNAlN를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 ZrB2, HfB2, ZrN, HfN, TiN 등의 물질도 사용할 수 있다. 또한, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
The
Si 기판은 GaN와 열팽창 계수 차이가 크기 때문에, 실리콘 기판에 GaN계 박막 성장시, 고온에서 GaN 박막을 성장시킨 후, 상온으로 냉각시 기판과 박막 간의 열팽창 계수의 차이에 의해 GaN 박막에 인장응력이 가해져 균열이 발생하기 쉽다. 균열을 막기 위한 방법으로 성장 중에 박막에 압축 응력이 걸리도록 성장하는 방법을 이용해 인장응력을 보상한다.Since the Si substrate has a large difference in thermal expansion coefficient from that of GaN, the GaN thin film is grown at a high temperature when the GaN thin film is grown on the silicon substrate, and then the tensile stress is applied to the GaN thin film due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the thin film And cracks are likely to occur. Tensile stress is compensated by using a method to prevent cracks by growing the thin film so that the thin film undergoes compressive stress during growth.
실리콘(Si)은 GaN과의 격자 상수 차이로 인해, 결함 발생 가능성도 크다. Si 기판을 사용하는 경우는 결함 제어뿐만 아니라 휨을 억제하기 위한 응력 제어를 동시에 해줘야 하기 때문에 복합 구조의 버퍼층을 사용한다. Silicon (Si) has a high probability of occurrence of defects due to a difference in lattice constant with GaN. In case of using Si substrate, a complex structure buffer layer is used because it is necessary not only to control defects but also to control stress to suppress warpage.
예를 들어, 먼저 기판(1001) 상에 AlN를 형성한다. Si와 Ga 반응을 막기 위해 Ga을 포함하지 않은 물질을 사용하는 것이 좋다. AlN 뿐만 아니라 SiC 등의 물질도 사용할 수 있다. Al 소스와 N 소스를 이용하여 400 ~ 1300? 사이의 온도에서 성장시킨다. 필요에 따라, 복수의 AlN 층 사이에 GaN 중간에 응력을 제어하기 위한 AlGaN 중간층을 삽입할 수 있다.
For example, AlN is formed on the
[발광 적층체][Luminescent laminate]
3족 질화물 반도체의 다층 구조를 구비하는 발광 적층체(L)를 보다 자세히 설명하면, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1004, 1006)은 각각 n형 및 p형 불순물이 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다.More specifically, the first and second conductivity-
다만, 이에 제한되는 것은 아니고 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층이 될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1004, 1006)은 3족 질화물 반도체, 예컨대, AlxInyGa1 -x- yN (0=x=1, 0=y=1, 0=x+y=1)의 조성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않으며, AlGaInP계열 반도체나 AlGaAs계열 반도체와 같은 물질도 이용될 수 있을 것이다. However, the present invention is not limited thereto, and conversely, it may be a p-type and an n-type semiconductor layer, respectively. For example, the first and second
한편, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1004, 1006)은 단층 구조로 이루어질 수 있지만, 이와 달리, 필요에 따라 서로 다른 조성이나 두께 등을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1004, 1006)은 각각 전자 및 정공의 주입 효율을 개선할 수 있는 캐리어 주입층을 구비할 수 있으며, 또한, 다양한 형태의 초격자 구조를 구비할 수도 있다.Meanwhile, the first and second conductivity
상기 제1 도전형 반도체층(1004)은 활성층(1005)과 인접한 부분에 전류 확산층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전류 확산층은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa1 -x- yN층이 반복해서 적층되는 구조 또는 절연 물질 층이 부분적으로 형성될 수 있다.The first
상기 제2 도전형 반도체층(1006)은 활성층(1005)과 인접한 부분에 전자 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 전자 차단층은 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa1-x-yN를 적층한 구조 또는 AlyGa1 - yN로 구성된 1층 이상의 층을 가질 수 있으며, 활성층(1005)보다 밴드갭이 커서 제2 도전형(p형) 반도체층(1006)으로 전자가 넘어가는 것을 방지한다.
The second
상기 발광 적층체(L)는 MOCVD 장치를 사용하며, 제조방법으로는 성장 기판(1001)을 설치한 반응 용기 내에 반응 가스로 유기 금속 화합물 가스(예, 트리메틸 갈륨 (TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA) 등)와 질소 함유 가스(암모니아(NH3) 등)을 공급하고, 기판의 온도를 900?~1100?의 고온으로 유지하고, 기판상에 질화 갈륨계 화합물 반도체를 성장하면서, 필요에 따라 불순물 가스를 공급해, 질화 갈륨계 화합물 반도체를 언도프, n형, 또는 p형으로 적층한다. n형 불순물로는 Si이 잘 알려져 있고, p형 불순물으로서는 Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Ba 등이 있으며, 주로 Mg, Zn가 사용된다. The light emitting laminate L may be an MOCVD apparatus and may be fabricated by using an organic metal compound gas such as trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA), or the like as a reaction gas in a reaction vessel provided with a
또한, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1004, 1006) 사이에 배치된 활성층(1005)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조, 예컨대, 질화물 반도체일 경우, GaN/InGaN 구조가 사용될 수 있으며, 다만, 단일 양자우물(SQW) 구조를 사용할 수도 있을 것이다.
The
[오믹 컨택층 및 제1 및 제2 전극][The ohmic contact layer and the first and second electrodes]
상기 오믹 컨택층(1008)은 불순물 농도를 상대적으로 높게 해서 오믹 컨택 저항을 낮추어 소자의 동작 전압을 낮추고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 오믹 컨택층(1008)은 GaN, InGaN, ZnO, 또는 그래핀층으로 구성될 수 있다.The
제1 또는 제2 전극(1009a, 1009b)으로는 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
The first and
도 5에 도시된 LED 칩은 하나의 예로 제1 및 제2 전극이 광추출면과 동일한 면을 향하고 있는 구조이나 광추출면과 반대 방향으로 되는 플립칩 구조, 제1 전극 및 제2 전극을 상호 반대되는 면에 형성한 수직구조, 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조로 칩에 여러 개의 비아를 형성하여 전극 구조를 채용한 수직수평 구조등 다양한 구조로 구현될 수 있다.
The LED chip shown in FIG. 5 includes, for example, a structure in which the first and second electrodes face the same surface as the light extracting surface, a flip chip structure in which the first and second electrodes are opposite to the light extracting surface, The vertical structure formed on the opposite surface, the structure for increasing the efficiency of current dispersion and the heat dissipation efficiency, and the vertical and horizontal structure employing the electrode structure by forming multiple vias on the chip.
<발광소자 - 제2 예>≪ Light emitting device - Example 2 &
고출력을 위한 대면적 발광소자를 제조하는 경우, 전류분산의 효율과 방열 효율을 위한 구조로 도 6에 도시된 발광 다이오드 칩이 있을 수 있다. In manufacturing a large-area light emitting device for high output, there may be a light emitting diode chip shown in FIG. 6 as a structure for efficiency of current dispersion and heat dissipation efficiency.
도 6에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩(1100)은 제1 도전형 반도체층(1104), 활성층(1105), 제2 도전형 반도체층(1106), 제2 전극층(1107), 절연층(1102), 제1 전극층(1108) 및 기판(1101)을 포함한다. 이때 제1 전극층(1108)은 제1 도전형 반도체층(1104)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)과는 전기적으로 절연되어 제1 전극층(1108)의 일면으로부터 제1 도전형 반도체층(1104)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 콘택 홀(H)을 포함한다. 상기 제1 전극층(1108)은 본 실시예에서 필수적인 구성요소는 아니다. 6, the light emitting
상기 콘택홀(H)은 제1 전극층(1108)의 계면에서부터 제2 전극층(1107), 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(1104) 내부까지 연장된다. 적어도 활성층(1105) 및 제1 도전형 반도체층(1104)의 계면까지는 연장되고, 바람직하게는 제1 도전형 반도체층(1104)의 일부까지 연장된다. 다만, 콘택홀(H)은 제1 도전형 반도체층(1104)의 전기적 연결 및 전류분산을 위한 것이므로 제1 도전형 반도체층(1104)과 접촉하면 목적을 달성하기 때문에 제1 도전형 반도체층(1104)의 외부표면까지 연장될 필요는 없다.The contact hole H is formed in the first
제2 도전형 반도체층(1106)과 접속되도록 형성된 제2 전극층(1107)은, 광 반사 기능과 제2 도전형 반도체층(1106)과 오믹 컨택 기능을 고려하여 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질 중에서 선택하여 사용될 수 있으며, 스퍼터링이나 증착 등의 공정을 이용할 수 있다.The
상기 콘택홀(H)은 상기 제1 도전형 반도체층(1104)에 연결되도록 제2 전극층(1107), 제2 도전형 반도체층(1106) 및 활성층(1105)을 관통하는 형상을 갖는다. 이러한 콘택홀(H)은 식각 공정, 예컨대, ICP-RIE 등을 이용하여 실행될 수 있다.The contact hole H has a shape penetrating the
상기 콘택홀(H)의 측벽과 상기 제2 전극층(1107)의 하면을 덮도록 절연층(1102)을 형성한다. 이 경우, 상기 콘택홀(H)에 의해 제1 도전형 반도체층(1104)은 적어도 일부가 노출될 수 있다. 상기 절연층(1102)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다. An insulating
상기 콘택홀(H)에는 도전 물질이 충전되어 형성된 도전성 비아를 포함한 제1 전극층(1108)이 형성된다. 이어 제1 전극층(1108)의 하부에 기판(1101)을 형성한다. 이러한 구조에서, 기판(1101)은 제1 도전형 반도체층(1104)과 접속되는 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.A
상기 기판(1101)은 이에 한정되지는 않으나 Au, Ni, Al, Cu, W, Si, Se, GaAs, SiAl, Ge, Sic, AlN, Al2O3, GaN, AlGaN 중 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 도금, 스퍼터링, 증착 또는 접착 등의 공정으로 형성될 수 있다. Material that the
상기 콘택홀(H)은 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(1104, 1106)과의 접촉 면적 등이 적절히 조절될 수 있으며, 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 이때, 상기 제2 전극층(1107)은 상기 제2 도전형 반도체층(1106)과 접촉하는 계면 중 일부가 노출된 영역, 즉 노출 영역(E)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 노출 영역(E) 상에는 외부 전원을 상기 제2 전극층(1107)에 연결하기 위한 전극패드부(1109)를 구비할 수 있다.The number, shape, pitch, contact area of the first and second conductivity
이와 같이, 도 6에 도시된 LED칩(1100)은, 서로 대향하는 제1 및 제2 주면을 가지며, 각각 상기 제1 및 제2 주면을 제공하는 제1 및 제2 도전형 반도체층(1104, 1106)과 그 사이에 형성된 활성층(1105)을 갖는 발광 구조체와, 상기 제2 주면으로부터 상기 활성층(1105)을 지나 상기 제1 도전형 반도체층(1104)의 일 영역에 연결된 콘택홀(H)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제1 도전형 반도체층(1104)의 일 영역에 상기 콘택홀(H)을 통해 연결된 제1 전극층(1108)과, 상기 발광 구조체의 제2 주면 상에 형성되며 상기 제2 도전형 반도체층(1106)에 연결된 제2 전극층(1107)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극층(1108, 1107) 중 어느 하나가 상기 발광 구조체의 측방향으로 인출된 구조를 가질 수 있다.
6, the
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광소자 패키지에 포함될 수 있는 반도체 발광소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.7 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device that may be included in a semiconductor light emitting device package according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 반도체 발광소자(1200)는 기판(1201) 상에 형성된 반도체 적층체(1210)을 포함한다. 상기 반도체 적층체(1210)는 제1 도전형 반도체층(1212), 활성층(1214) 및 제2 도전형 반도체층(1216)을 포함할 수 있다. The semiconductor
상기 반도체 발광소자(1200)는 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(1212, 1216)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(1222, 1224)을 포함한다. 상기 제1 전극(1222)은 제2 도전형 반도체층(1216) 및 활성층(1214)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(1212)과 접속된 도전성 비아(1222a) 및 도전성 비아(1222a)에 연결된 전극 연장부(1222b)를 포함할 수 있다. 도전성 비아(1222a)는 절연층(1221)에 의하여 둘러싸여 활성층(1214) 및 제2 도전형 반도체층(1216)과 전기적으로 분리될 수 있다. 도전성 비아(1222a)는 반도체 적층체(1210)이 식각된 영역에 배치될 수 있다. 도전성 비아(1222a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(1212)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 도전성 비아(1222a)는 반도체 적층체(1210) 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극(1224)은 제2 도전형 반도체층(1216) 상의 오믹 콘택층(1224a) 및 전극 연장부(1224b)를 포함할 수 있다.
The semiconductor
도 8는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
도 8를 참조하면, 플립 칩(flip-chip) 타입의 발광소자(2110)에 마련되는 전극(2111)이 솔더 범프(2117)를 통해 방열패드(2100) 상의 접속부(2115)의 전도성 층과 연결된다. 접속부(2115)는 솔더 범프(2117)와 연결되지 않는 영역에서는 전도성 층 이외에 절연층 및 포토 솔더 레지스트 층 등을 포함할 수 있다. 접속부(2115)의 절연층은 FR-4 등을 포함할 수 있으며, 방열 패드(2100)와 히트 싱크(3000)를 서로 연결하는 고정 부재에 대한 지지대로 이용될 수 있다.8, an
발광소자(2110)는 제1, 제2 전도성 반도체 층과, 제1, 제2 전도성 반도체 층 사이에 마련되는 활성층 등을 포함할 수 있다. 도 8에 도시한 형태의 발광소자(2110)에서 활성층에서 전자와 정공의 결합에 의해 방출되는 빛은 전극(2111)이 마련되지 않은 상측으로 방출된다. 따라서, 도 2 내지 도 4에 도시한 실시 형태보다 발광 효율을 개선할 수 있다. 도 8에 도시한 형태에서도, 도 2에서 설명한 바와 마찬가지로 방열패드(2100)의 제1면(2120a)에 발광 효율 향상을 위한 반사막이 마련되거나, 반사율을 높일 수 있는 재료가 방열패드(2100) 내에 첨가될 수 있다.The
도 8의 실시예에서는, 발광소자(2110)를 실장하기 위해 방열패드(2100) 상에 접속부(2115)가 마련된다. 따라서, 반경화 상태의 방열패드(2100)에 발광소자(2110)를 다이 본딩 페이스트 없이 바로 본딩하는 공정을 적용하는 대신, 경화된 방열패드(2100) 상에 접속부(2115) 및 그 외에 필요한 회로 패턴을 형성하고, 그 위에 솔더 범프(2117) 등으로 발광소자(2110)를 실장할 수 있다.
In the embodiment of Fig. 8, a
도 9은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 반도체 발광 장치를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.9 shows an example in which a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention is applied to a lighting device.
도 9의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(4000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 발광모듈(4004)과 구동부(4006)와 외부접속부(4008)를 포함한다. 또한, 하우징(4007)과 커버부(4001)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 발광모듈(4004)은 상술한 반도체 발광소자 패키지 구조 또는 이와 유사한 구조를 가질 수 있으며, 일례로 광원(4002)과 그 광원(4002)이 탑재된 방열패드(4003)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시한 형태와 유사한 발광소자가 광원(4002)에 포함되고, 발광소자의 전극은 방열패드(4003)의 전극 패턴과 연결될 수 있다. 본 실시형태에서는, 하나의 광원(4002)이 방열패드(4003) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개의 광원(4002)이 마련될 수도 있다.9, the illumination device 4000 is illustrated as a bulb-type lamp, and includes a light emitting module 4004, a driver 4006, and an external connection 4008. [ In addition, an external structure such as the housing 4007 and the cover part 4001 may be additionally included. The light emitting module 4004 may have the structure of the above-described semiconductor light emitting device package or a similar structure. For example, the light emitting module 4004 may include a light source 4002 and a heat radiation pad 4003 on which the light source 4002 is mounted. For example, a light emitting element similar to the one shown in FIG. 3 may be included in the light source 4002, and the electrode of the light emitting element may be connected to the electrode pattern of the heat dissipating pad 4003. In the present embodiment, one light source 4002 is illustrated as being mounted on the heat dissipation pad 4003, but a plurality of light sources 4002 may be provided as necessary.
광원(4002)에서 발생하는 열은, 열 방출부를 통해 외부로 방출될 수 있으며, 발광모듈(4004)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 히트 싱크(4005)가 본 실시 형태에 따른 조명장치(4000)에 포함될 수 있다. 커버부(4001)는 발광모듈(4004) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 가질 수 있다. 구동부(4006)는 하우징(4007)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(4008)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(4006)는 발광모듈(4004)의 반도체 발광소자(4002)를 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 예를 들어, 이러한 구동부(4006)는 AC-DC 컨버터 또는 정류회로부품 등으로 구성될 수 있다. The heat generated from the light source 4002 can be emitted to the outside through the heat emitting portion and the heat sink 4005 for directly contacting the light emitting module 4004 and improving the heat radiation effect can be mounted on the illuminating device 4000 ). The cover part 4001 is mounted on the light emitting module 4004 and may have a convex lens shape. The driving unit 4006 may be mounted on the housing 4007 and connected to an external connection unit 4008 such as a socket structure to receive power from an external power source. The driving unit 4006 converts the current to a suitable current source capable of driving the semiconductor light emitting device 4002 of the light emitting module 4004 and provides the current. For example, such a driver 4006 may be composed of an AC-DC converter or a rectifying circuit component or the like.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 조명장치(4000)는 통신 모듈을 더 포함 할 수도 있다.
Further, although not shown in the drawings, the illumination device 4000 may further include a communication module.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 발광 장치를 헤드 램프에 적용한 예를 나타낸다.10 shows an example in which the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention is applied to a headlamp.
도 10을 참조하면, 차량용 라이트 등으로 이용되는 헤드 램프(5000)는 광원(5001), 반사부(5010), 렌즈 커버부(5013)를 포함하며, 렌즈 커버부(5013)는 중공형의 가이드(5012) 및 렌즈(5011)를 포함할 수 있다. 광원(5001)은 상술한 반도체 발광소자를 적어도 하나 포함할 수 있다. 일 실시 형태에 따르면, 광원(5001)은 별도의 PCB 기판 없이 방열패드(5002)의 상면에 직접 실장될 수 있으며, 방열패드(5002)의 하면에는 히트 싱크(5003)가 부착되어 광원(5001)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있다.10, a
헤드 램드(5000)는 광원(5001)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 방열부(5005)를 더 포함할 수 있으며, 방열부(5005)는 효과적인 방열이 수행되도록 히트 싱크(5003)와 냉각팬(5004)을 포함할 수 있다. 또한, 헤드 램프(5000)는 방열부(5005) 및 반사부(5010)를 고정시켜 지지하는 하우징(5009)을 더 포함할 수 있으며, 하우징(5009)은 일면에 방열부(5005)가 결합하여 장착되기 위한 중앙홀(5008)을 구비할 수 있다. The
하우징(5009)은 상기 일면과 일체로 연결되어 직각방향으로 절곡되는 타면에 반사부(5010)가 광원(5001)의 상부측에 위치하도록 고정시키는 전방홀(5007)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 반사부(5010)에 의하여 전방측은 개방되며, 개방된 전방이 전방홀(5007)과 대응되도록 반사부(5010)가 하우징(5009)에 고정되어 반사부(5010)를 통해 반사된 빛이 전방홀(5007)을 통과하여 외부로 출사될 수 있다.
The
본 발명은 상술한 실시형태 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.
The present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. something to do.
100, 400 : 반도체 발광 장치
200, 500, 800 : 반도체 발광소자 패키지
210, 510, 810 : 발광소자
220, 520, 820 : 방열패드
520a, 820a : 방열패드의 제1면
520b, 820b : 방열패드의 제2면
300, 600, 900 : 히트 싱크100, 400: semiconductor light emitting device
200, 500, 800: semiconductor light emitting device package
210, 510, 810: Light emitting element
220, 520, 820: heat radiating pad
520a, 820a: a first surface of the heat radiation pad
520b, 820b: a second surface of the heat radiation pad
300, 600, 900: Heat sink
Claims (10)
상기 히트 싱크 상에 부착되는 반도체 발광소자 패키지; 를 포함하고,
상기 반도체 발광소자 패키지는, 빛을 방출하는 하나 이상의 발광소자와, 상기 하나 이상의 발광소자가 실장되는 제1면과 상기 제1면과 반대에 위치하며 상기 히트 싱크 상면에 접합되는 제2면을 갖는 방열 패드를 포함하는 반도체 발광 장치.
Heat sink; And
A semiconductor light emitting device package mounted on the heat sink; Lt; / RTI >
The semiconductor light emitting device package includes at least one light emitting element for emitting light, a first surface on which the at least one light emitting element is mounted, and a second surface opposite to the first surface and bonded to the upper surface of the heat sink A semiconductor light emitting device comprising a heat dissipation pad.
상기 반도체 발광 장치는 상기 방열패드의 제1면의 적어도 일부 영역에 형성되는 하나 이상의 접속부를 포함하고,
상기 접속부는 상기 하나 이상의 발광소자의 전극과 전기적으로 연결되는 반도체 발광 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor light emitting device includes at least one connection portion formed in at least a portion of a first surface of the heat radiation pad,
Wherein the connection portion is electrically connected to the electrode of the at least one light emitting element.
상기 접속부는, 상기 방열패드의 제1면의 적어도 일부 영역에 위치하는 절연층, 및 상기 절연층 상에 위치하는 전도성 층을 포함하는 반도체 발광 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the connection portion includes an insulating layer located at least in a region of the first surface of the heat radiation pad, and a conductive layer located on the insulating layer.
상기 절연층의 일부 영역은 상기 반도체 발광소자 패키지와 상기 히트 싱크를 서로 체결하는 고정 부재에 대한 지지대로 제공되는 반도체 발광 장치.
The method of claim 3,
Wherein a portion of the insulating layer is provided as a support for a fixing member for fastening the semiconductor light emitting device package and the heat sink to each other.
상기 방열패드는, 상기 제1면이 상기 발광소자와 직접 접촉하고, 상기 제2면은 상기 히트 싱크와 직접 접촉하여 상기 발광소자에서 발생하는 열을 상기 히트 싱크로 전달하는 반도체 발광 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heat radiation pad directly contacts the first surface with the light emitting element and the second surface directly contacts the heat sink to transfer heat generated in the light emitting element to the heat sink.
상기 방열패드는, 상기 제1면 상에 마련되는 반사막을 포함하고,
상기 반사막은 상기 발광소자가 방출하는 빛을 반사시키는 반도체 발광 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heat dissipation pad includes a reflective film provided on the first surface,
Wherein the reflective film reflects light emitted from the light emitting device.
상기 하나 이상의 발광소자가 실장되는 제1면 및 상기 제1면과 평행한 제2면을 가지며, 상기 제2면은 상기 하나 이상의 발광소자에서 발생하는 열을 방출하는 히트 싱크와 부착되는 방열패드; 및
상기 방열패드의 제1면에 마련되어 상기 하나 이상의 발광소자의 전극과 전기적으로 연결되는 접속부; 를 포함하는 반도체 발광소자 패키지.
At least one light emitting element emitting light;
A heat radiating pad having a first surface on which the at least one light emitting element is mounted and a second surface parallel to the first surface, the second surface being attached to a heat sink that emits heat generated in the at least one light emitting element; And
A connection portion provided on a first surface of the heat dissipation pad and electrically connected to the electrodes of the at least one light emitting element; And the semiconductor light emitting device package.
상기 접속부는 절연층, 및 상기 절연층 상에 마련되는 전도성 층을 포함하는 반도체 발광소자 패키지.
8. The method of claim 7,
Wherein the connection portion includes an insulating layer, and a conductive layer provided on the insulating layer.
상기 절연층의 적어도 일부 영역은, 상기 방열패드와 상기 히트 싱크를 서로 체결하는 고정 부재에 대한 지지대로 제공되는 반도체 발광소자 패키지.
9. The method of claim 8,
Wherein at least a portion of the insulating layer is provided as a support for a fixing member for fastening the heat radiation pad and the heat sink to each other.
상기 하나 이상의 발광소자의 적어도 일부 영역은 상기 방열패드의 제1면과 직접 접촉하는 반도체 발광소자 패키지.
8. The method of claim 7,
And at least a part of the at least one light emitting element is in direct contact with the first surface of the heat radiating pad.
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