KR20150052119A - 발광 다이오드 장치 - Google Patents

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KR20150052119A
KR20150052119A KR1020157007601A KR20157007601A KR20150052119A KR 20150052119 A KR20150052119 A KR 20150052119A KR 1020157007601 A KR1020157007601 A KR 1020157007601A KR 20157007601 A KR20157007601 A KR 20157007601A KR 20150052119 A KR20150052119 A KR 20150052119A
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light emitting
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thermal conductivity
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토마스 페쉬틴거
세바스티안 브루너
올리버 데노브섹
클라우스-디터 아이히홀저
게오르그 크렌
악셀 페시나
크리스티안 파이스타우어
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에프코스 아게
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 장치(1)에 관한 것으로, 이러한 발광 다이오드 장치는 제1 캐리어(2) 및 제1 캐리어(2) 상에 배치된 적어도 하나의 발광다이오드칩(3)을 포함한다. 제1 캐리어(2)는 적어도 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 22)을 포함하고, 이때 발광 다이오드칩(3)은 오로지 제1 캐리어(21)상에만 놓인다. 또한 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 22)은 각각 열 전도도를 가지며, 제1 캐리어 부분(21)의 열 전도도는 제2 캐리어 부분(22)의 열 전도도의 적어도 1.5배이다. 제1 캐리어 부분(21)은 제2 캐리어 부분(22)에 대해 측 방향에서 둘러싸여 있다. 또한 본 발명은 발광 다이오드 장치(1)에 관한 것으로, 이러한 발광 다이오드 장치는 발광 다이오드 칩(3), 제1 캐리어(2) 및 제2 캐리어(4)를 포함하고, 제2 캐리어 상에 제1 캐리어(2)가 배치된다.

Description

발광 다이오드 장치{LIGHT-EMITTING DIODE DEVICE}
본 발명은 적어도 하나의 캐리어 및 캐리어 상에 배치된 발광다이오드칩을 포함하는 발광다이오드 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)를 구비한 시스템의 설계 시, 광 수율, 유효 수명 및 열 관리는 점점 더 중요해지는 역할을 하고 있다. 기능적인 도전과제 외에 해결해야 할 열 기계적 및 기하학적 문제가 존재한다. 특히 모바일 응용물에서, 예컨대 스마트폰 또는 디지털 카메라에 내장된 LED 카메라 플래시를 위해, LED 및 이산 보호 소자들은 가급적 낮은 설계 높이를 가지고 가급적 적은 공간을 차지해야 한다. 하우징 해결 방법에 있어 다른 중요한 요건은, LED가 광 방출을 위해 가능한 한 다른 소자로부터 자유로워야 하고 보호 소자에 의한 차폐가 일어나지 않아야 한다는 것이다.
적어도 일부 실시 형태들의 과제는 발광다이오드 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립 청구항들의 주제에 의하여 해결된다. 이러한 주제의 유리한 실시 형태 및 발전예는 종속 청구항들, 이하의 설명 및 도면으로부터 더 도출된다.
적어도 일 실시 형태에 따른 발광다이오드 장치는 제1 캐리어를 포함한다. 제1 캐리어는 예컨대 알루미늄산화물 또는 알루미늄질화물과 같은 세라믹 물질, 예컨대 폴리머 또는 에폭시수지와 같은 유기 물질 및/또는 예컨대 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 물질을 포함할 수 있다.
발광다이오드 장치는 적어도 하나의 발광다이오드 칩을 더 포함하고, 발광다이오드 칩은 제1 캐리어 상에 배치된다. 예컨대 발광다이오드 칩은 이하의 물질들 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다: 갈륨인화물(GaP), 갈륨질화물(GaN), 갈륨비소인화물(GaAsP), 알루미늄갈륨인듐인화물(AlGaInP), 알루미늄갈륨인화물(AlGaP), 알루미늄갈륨비화물(AlGaAs), 인듐갈륨질화물(InGaN), 알루미늄질화물(AlN), 알루미늄갈륨질화물(AlGaN), 알루미늄갈륨인듐질화물(AlGaInN), 아연셀렌화물(ZnSe).
다른 실시 형태에 따르면, 발광 다이오드칩은 적어도 2개의 접촉면들을 포함한다. 바람직하게는, 접촉면들은 납땜 가능하다. 예컨대 접촉면들은 이하의 물질 조합들 중 하나를 포함하거나 그것으로 구성되는 합금 또는 층 시퀀스를 포함한다: Cu/Ni/Au, Cr/Ni/Au, Cr/Cu/Ni/Au, Cu/Ni/Sn, Cr/Ni/Sn, Cr/Cu/Ni/Sn.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어는 적어도 제1 및 제2 캐리어 부분을 포함한다. 바람직하게는, 제1 캐리어 부분 및 제2 캐리어 부분은 서로 인접한다. 예컨대 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분에 의해 측방향으로(lateral) 둘러싸여 있을 수 있다. 이는 특히, 제1 캐리어 부분이 측면에서 제2 캐리어 부분에 의해 완전히 둘러싸여 있음을 의미할 수 있으며, 이때 측면에서란 제1 캐리어 상에서 발광다이오드칩의 배치 방향에 대해 수직인 방향을 가리킬 수 있다. 제1 캐리어 부분은 특히 제2 캐리어 부분을 통과하여 연장될 수 있어서 발광 다이오드칩을 향해있는 측 및 발광다이오드칩으로부터 멀어지는 측에서 제1 캐리어의 표면 또는 제1 캐리어의 표면 일부를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 캐리어 부분은 예컨대 제1 캐리어의 캐리어 몸체를 형성할 수 있다. 제1 캐리어는 발광다이오드칩의 전기 접촉을 위해 예컨대 도전로, 연결면 또는 다른 전기 접촉 부재와 같은 연결 부재들을 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 캐리어 부분은 각각 열 전도도를 가지고, 이때 제1 및 제2 캐리어 부분의 열 전도도는 바람직하게는 서로 상이하다.
더욱 바람직하게는, 발광 다이오드칩은 오로지 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분 상에만 놓인다. 이는 특히, 발광 다이오드칩이 제1 캐리어의 상면도에서 발광 다이오드칩으로부터 보는 관점에서 오로지 제1 캐리어 부분 상에만 배치되는 것을 의미할 수 있다. 이상 및 이하에서 "놓인다"라는 것은 제1 캐리어 부분 상에 발광다이오드칩의 직접 배치 또는 간접 배치를 가리킬 수 있다. 따라서 제1 캐리어 부분과 그 위에 놓인 발광 다이오드칩 사이에는 하나 이상의 연결 부재들 및/또는 하나 이상의 연결 층들이 제1 캐리어 부분 상에 발광 다이오드칩의 실장을 위해 배치될 수 있다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분보다 더 높은 열 전도도를 가진다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어 부분의 열 전도도는 제2 캐리어 부분의 열 전도도의 적어도 1.5배이다. 제2 캐리어 부분에 비해 높은 열 전도도를 가지며 그 위에 발광 다이오드칩이 배치되는 제1 캐리어 부분을 이용하여, 발광 다이오드칩으로부터의 열이 매우 양호하게 소산될 수 있으며, 예컨대 발광 다이오드 장치의 하우징의 방향으로 그러하고, 이러한 하우징에 대하여 제1 캐리어 부분은 바람직하게는 양호한 열 접촉을 포함한다.
매우 바람직한 실시 형태에 따르면, 발광 다이오드 장치는 제1 캐리어 및 적어도 하나의 발광다이오드칩을 포함하고, 발광다이오드 칩은 제1 캐리어 상에 배치된다. 제1 캐리어는 적어도 제1 및 제2 캐리어 부분을 포함하고, 이때 발광 다이오드 칩은 오로지 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분 상에만 놓이며, 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분에 의해 측방향으로 둘러싸여 있다. 제1 및 제2 캐리어 부분은 각각 열 전도도를 가지고, 이때 제1 캐리어 부분의 열 전도도는 제2 캐리어 부분의 열 전도도의 적어도 1.5배이다.
다른 매우 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어 부분의 열 전도도는 제2 캐리어 부분의 열 전도도의 적어도 5배이다. 이를 통해 매우 많은 열이 발광 다이오드칩으로부터 멀어지며 안내될 수 있다. 예컨대 제2 캐리어 부분은 알루미늄산화물을 포함하고, 약 25 W/mk 열 전도도를 가질 수 있으며, 제1 캐리어 부분은 유리- 또는 세라믹 충진제를 구비한 은을 포함하고, 약 150 W/mk의 열 전도도를 가질 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 발광 다이오드 장치는 제2 캐리어를 포함하고, 제2 캐리어 상에 제1 캐리어가 배치된다. 제2 캐리어는 적어도 제1 및 제2 캐리어 부분을 포함한다. 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분 및 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분은 각각 열 전도도를 가지고, 제2 캐리어의 제1 및 제2 캐리어 부분의 열 전도도들은 바람직하게는 서로 상이하다. 바람직하게는, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분보다 더 높은 열 전도도를 가진다. 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분에 의해 측방향으로 둘러싸여 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 및 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분들은 포개어 배치된다. 이는 특히, 제1 캐리어가 제2 캐리어 상에 배치되되, 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분이 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분 상에 배치되도록 하는 것을 의미할 수 있다. 이와 같은 배치를 통하여 발광 다이오드칩으로부터 멀어지며 매우 양호한 열 소산이 달성될 수 있다.
다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 발광 다이오드 장치는 제1 캐리어 및 제2 캐리어를 포함하고, 제1 캐리어 상에 적어도 하나의 발광다이오드칩이 배치되고, 제2 캐리어 상에 제1 캐리어가 배치된다. 제1 및 제2 캐리어는 각각 제1 및 제2 캐리어 부분을 포함하고, 이때 발광다이오드칩은 바람직하게는 오로지 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분 상에만 놓인다. 제1 및 제2 캐리어 부분은 각각 열 전도도를 가진다. 바람직하게는 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분보다 더 높은 열 전도도를 가지고, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분보다 더 높은 열 전도도를 가진다. 또한 제1 캐리어 부분들은 서로 포개어 배치되며, 이때 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분에 의해, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분에 의해 측방향으로 둘러싸여 있다.
다른 실시 형ㅌ채에 따르면, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분의 열 전도도는 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분의 열 전도도의 적어도 1.5배이다. 다른 바람직한 실시 형태에 따르면, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분의 열 전도도는 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분의 열 전도도의 적어도 5배이다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 및/또는 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분은 예컨대 알루미늄 산화물 또는 알루미늄질화물과 같은 세라믹 물질, 예컨대 폴리머 또는 에폭시 수지와 같은 유기 물질, 또는 예컨대 알루미늄 또는 구리와 같은 금속 물질을 포함한다. 또한, 제1 및/또는 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분은 앞에 언급한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다. 이때 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분 및 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분은 동일하거나 상이한 물질을 포함할 수 있거나, 또는 동일하거나 상이한 물질로 구성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 및/또는 제2 캐리어는 금속 물질을 포함하고, 금속 물질은 전기 절연층을 구비한다. 전기 절연층을 이용하여 예컨대 제1 및 제2 캐리어 사이의 전기적 절연 또는 캐리어들 중 하나의 캐리어와 그 위에 배치된 소자 사이의 전기적 절연이 달성될 수 있다. 바람직하게는, 전기 절연층은 이하의 물질들 중 하나를 포함하거나 이하의 물질들 중 하나로 구성된다: 티타늄산화물, 알루미늄산화물, 알루미늄질화물, 규소산화물, 규소질화물.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 제1 표면 위에 발광 다이오드칩이 배치되고, 제2 표면은 제1 표면에 대향한다. 바람직하게는 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제1 표면으로부터 제2 표면으로 연장된다. 이를 통해 발광 다이오드칩으로부터 멀어지며 매우 효율적인 열 소산이 달성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제2 캐리어는, 자신의 위에 제1 캐리어가 배치되는 표면, 및 제2 캐리어의 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 포함한다. 바람직하게는 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 제2 캐리어의 제1 표면으로부터 제2 표면으로 연장된다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 열 비아, 즉 열 전도 관통 접촉을 포함하고, 관통 접촉은 제1 캐리어의 제1 표면으로부터 제1 표면에 대향되는 제1 캐리어의 제2 표면으로 연장된다. 제1 캐리어의 제1 표면 위에 발광다이오드칩이 배치된다. 비아는 "수직 상호연결 액세스"를 나타낸다. 열 비아는 예컨대 금속 비아, 즉 금속으로 충진된 비아일 수 있다. 예컨대, 열 비아는 구리, 은 또는 은-팔라듐을 포함하거나 그것으로 구성된다.
다른 실시 형태에 따르면, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 열 비아를 포함한다. 열 비아는 앞에서 제1 캐리어의 열 비아와 관련하여 설명한 바와 같이 설계될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 금속 블록을 포함하거나 그것으로 구성된다. 금속 블록은 바람직하게는 높은 열 전도도를 갖는 금속, 예컨대 은을 포함하거나 그것으로 구성된다.
다른 실시 형태에 따르면, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 금속 블록을 포함하거나 금속 블록으로 구성되고, 이때 금속 블록은 예컨대 은과 같은 높은 열 전도도를 갖는 금속을 포함하거나 그것으로 구성된다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분은 도핑을 포함한다. 도핑은 예컨대 금속 입자로서 또는 금속 도핑으로서 설계될 수 있고, 금속 입자는 예컨대 세라믹 물질 내에 매립될 수 있다. 금속 도핑은 예컨대 규소 또는 갈륨비화물과 같은 반도체 물질 내의 금속 도핑이다.
다른 실시 형태에 따르면, 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분은 도핑을 포함한다. 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분 내의 도핑은 예컨대 앞에서 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분의 도핑과 관련하여 설명한 도핑과 같이 설계될 수 있다.
열 비아, 금속 블록 및 도핑을 이용하여 각각 유리하게도 제1 및/또는 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분의 열 전도도가 현저하게 증대될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제1 캐리어는 ESD-보호 소자를 포함한다. 이상 및 이하에서 "ESD"란 "정전기 방전"을 나타낸다. ESD-보호 소자는 바람직하게는 과전압으로부터 특히 정전기 방전으로부터 발광다이오드칩을 보호하기 위한 것이다. 일반적으로, 발광 다이오드칩은 정전기 방전에 매우 민감하고, 특히 전압값이 100 볼트를 초과할 때의 정전기 방전에 대해 그러하며, 따라서 보호 소자를 통해 보호되어야 한다. ESD 보호 소자는 예컨대 제1 캐리어 상에 배치될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, ESD 보호 소자는 배리스터로서 설계된다. 배리스터는 예컨대 다층 배리스터의 형태로 설계될 수 있으며, 이는 Multi-Layer-Varistor(MLV)라고도 한다.
바람직하게는, 다층 배리스터는 배리스터 세라믹을 포함하고, 배리스터 세라믹은 예컨대 ZnO-Pr, ZnO-Bi-Sb, SrTiO3 또는 SiC로 이루어진 시스템을 포함할 수 있거나 그것으로 구성될 수 있다. 또한, ESD-보호 소자는 전압 억제 다이오드(suppressor diode), 특히 규소 반도체 보호 다이오드의 형태로 또는 폴리머-ESD-보호 소자, 즉 폴리머계 ESD-보호 소자의 형태로 설계될 수 있다. 폴리머계 ESD 보호 소자에서 예컨대 반도체 물질은 폴리머 내에 매립되어 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 제2 캐리어는 ESD-보호 소자를 포함한다. ESD-보호 소자는 예컨대 제2 캐리어 상에 배치될 수 있다. ESD-보호 소자는 특히 제1 캐리어와 관련하여 설명된 ESD 보호 소자와 같이 설계될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, ESD-보호 소자는 제1 및/또는 제2 캐리어의 일부 영역으로 형성된다. 더욱 바람직하게는, ESD-보호 소자는 제1 및/또는 제2 캐리어 내에 집적된 보호 구조물일 수 있다. 바꾸어 말하면, ESD 보호 소자는 이 경우 예컨대 이산 ESD-보호 다이오드의 형태를 가진 이산 소자로 캐리어 상에 실장되지 않는다. 이때, ESD-보호 소자는 예컨대 제1 및/또는 제2 캐리어가 포함하는 세라믹 배리스터 물질과 같은 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, ESD-보호 소자는 제1 및/또는 제2 캐리어의 물질 또는 물질들과 상이한 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 ESD-보호 소자는 예컨대 제1 및/또는 제2 캐리어 내에 매립되는 세라믹 배리스터 물질과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 캐리어는 예컨대 알루미늄산화물, 알루미늄질화물 또는 유기 물질을 포함한다.
예컨대 제1 또는 제2 캐리어의 일부 영역으로 형성되는 ESD-보호 소자는 배리스터 세라믹 및 서로 중첩되는 복수의 내부 전극들을 포함할 수 있다. 또한 대안적으로, ESD-보호 소자가 캐리어 내에 집적된 반도체 다이오드로 형성되는 것을 고려할 수 있다.
ESD-보호 소자가 발광다이오드 장치의 제1 및/또는 제2 캐리어의 일부 영역으로 형성됨으로써, 유리하게는 본원에 설명된 발광다이오드 장치의 매우 콤팩트한 구조가 달성될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 발광다이오드 장치는 써미스터 소자를 포함하고, 써미스터 소자는 제1 또는 제2 캐리어 상에 배치될 수 있다. 예컨대 써미스터 소자는 초박형 보호 소자로서 형성될 수 있다. 이는 특히, 전기 소자의 구조 높이가 150 ㎛이하일 수 있음을 의미할 수 있다. 또한, 써미스터 소자는 제1 및/또는 제2 캐리어 내에, 예컨대 제1 및/또는 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분 내에 매립될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 써미스터 소자는 NTC-써미스터 소자로서 형성되고, 이때 "NTC"는 "부 온도 계수"를 가리킨다. NTC-써미스터 소자는, 전류가 저온에서보다 고온에서 더욱 양호하게 흐른다는 특징이 있다. 따라서 NTC-써미스터 소자는 열간 도체라고도 할 수 있다.
바람직하게는, NTC-써미스터 소자는 열 센서로서 기능한다. 열 센서는 바람직하게는 발광다이오드칩과 접속된다. 예컨대 열 센서는 발광다이오드칩의 제어 전류의 조정을 위해 기여할 수 있어서, 발광다이오드 칩이 보호 하에 구동될 수 있다. 이를 통해 유리하게도 발광 다이오드칩의 유효 수명이 증대될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 써미스터 소자는 PTC-써미스터 소자로서 형성되고, 이때 "PTC"는 "정 온도 계수"를 나타낸다. PTC-써미스터 소자는 바람직하게는 발광다이오드칩과 접속된다. PTC-써미스터 소자에서 전류는 고온일 때보다 저온일 때 더욱 양호하게 안내되므로, PTC 써미스터 소자는 냉간 도체라고도 한다. 바람직하게는, PTC-써미스터 소자는 과전류 보호 소자로서 기능하며, 높은 구동 전류에 대해 발광다이오드칩을 보호함으로써, 발광다이오드칩의 유효 수명이 증대될 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 발광다이오드 장치는 제3 캐리어를 포함한다. 바람직하게는 제2 캐리어는 제1 캐리어로부터 멀어지는 측에서 제3 캐리어 상에 배치된다. 제3 캐리어는 마찬가지로 제1 캐리어 부분 및 제1 캐리어 부분을 측방향으로 둘러싸는 제2 캐리어 부분을 포함할 수 있고, 이때 제1 캐리어 부분은 바람직하게는 제2 캐리어 부분보다 더 높은 열 전도도를 가진다. 제3 캐리어는 제2 캐리어와 연관하여 설명된 다른 특징들을 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에 따르면, 발광다이오드 칩은 적어도 부분적으로 보호 코팅에 의해 둘러싸여 있다. 보호 코팅은 예컨대 발광다이오드 장치의 렌즈로서 기능할 수 있다. 바람직하게는, 보호 코팅은 실리콘을 포함하거나 실리콘으로 구성된다.
본원에 설명된 발광다이오드 장치는 유리하게는, 발광다이오드칩의 유효 수명에 부정적으로 영향을 끼치지 않고, 높은 온도, 및 높은 광 수율을 갖는 출력에서 구동할 수 있다.
발광다이오드 장치의 다른 이점 및 유리한 실시 형태는 이하 도 1 내지 도 9와 관련하여 설명된 실시 형태들로부터 도출된다.
도 1 내지 도 3은 일부 실시예들에 따른 발광 다이오드 장치들의 개략적 단면도들로서, 발광 다이오드 장치들은 각각 제1 캐리어 및 적어도 하나의 발광다이오드칩을 포함한다.
도 4 내지 도 6은 다른 실시예들에 따른 발광다이오드 장치들의 개략적 단면도들로서, 발광다이오드 장치들은 각각 적어도 제1 및 제2 캐리어, 및 발광다이오드칩을 포함한다.
도 7 내지 도 9는 다른 실시예들에 따른 제1 캐리어 부분의 개략도이다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일한 효과를 가진 구성 요소는 각각 동일한 참조번호를 구비할 수 있다. 도시된 요소들 및 요소들 간의 크기비는 기본적으로 축척에 맞지 않는 것으로 간주되어야 한다. 오히려 예컨대 층, 부품, 영역과 같은 개별 요소들은 더욱 양호한 표현 및/또는 더욱 양호한 이해를 위해 과장되어 두껍거나 큰 치수로 도시되어 있을 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 발광다이오드 장치(1)의 개략적 단면도를 도시한다. 발광다이오드 장치(1)는 제1 캐리어(2)를 포함하고, 제1 캐리어는 제1 캐리어 부분(21) 및 제2 캐리어 부분(22)을 포함한다. 제1 캐리어 부분(21)은 제1 캐리어(2)의 제1 표면으로부터 제1 표면에 대향된 제1 캐리어(2)의 제2 표면으로 연장되고, 측방향으로 제2 캐리어 부분(22)에 의해 둘러싸여 있다. 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 22)은 전기 절연 물질, 특히 세라믹 물질을 포함한다.
또한, 발광다이오드 장치(1)는 발광 다이오드 칩(3)을 포함하고, 발광 다이오드 칩은 제1 캐리어(2) 상에 배치되며 특히 제1 캐리어 부분(21) 상에만 놓인다. 발광 다이오드칩(3)은 접촉면들(미도시)을 포함하고, 접촉면들은 발광 다이오드칩(3)의 접촉 및/또는 실장을 위해 기능한다. 예컨대 발광다이오드 칩(3)은 접촉면들을 이용하여 제1 캐리어(2) 상에 납땜된다. 특히 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 22)은 캐리어(2)의 캐리어 몸체를 형성하고, 이때 캐리어(2)는 캐리어 부분들(21, 22) 외에 또한 발광 다이오드칩(3)의 전기 접촉을 위한 연결 부재, 예컨대 도전로 또는 연결면을 포함할 수 있다(미도시). 연결면들은 발광 다이오드칩의 접촉면들과 전기적으로 접촉한다. 또한 발광 다이오드칩(3)과 제1 캐리어 부분(21) 사이에 예컨대 하나 이상의 연결층들이 배치될 수 있다.
발광 다이오드칩(3)의 접촉면들은 금-주석-합금을 포함한다. 대안적으로, 접촉면들은 예컨대 구리, 니켈 또는 금을 포함하거나, 또는 이러한 물질들 중 적어도 2개로 이루어진 합금 또는 층 시퀀스를 포함할 수 있다.
또한, 발광다이오드칩(3)은 보호 코팅(11)에 의해 둘러싸여 있다. 보호 코팅(11)은 실리콘을 포함하고 렌즈로서 작용한다. 예컨대 보호 코팅(11)은 파장 변환층으로서 설계될 수 있다.
제1 캐리어 부분(21) 및 제2 캐리어 부분(22)은 각각 열 전도도를 가지고, 이때 제1 캐리어 부분(21)의 열 전도도는 제2 캐리어 부분(22)의 열 전도도보다 더 크다. 특히 도시된 실시예에서 제1 캐리어 부분(21)의 열 전도도는 제2 캐리어 부분(22)의 열 전도도의 1.5배이다. 이하 도 7 내지 도 9와 연관하여 예시적으로 도시 및 설명되는 바와 같이, 제1 캐리어 부분(21)은 예컨대 비아, 도핑 또는 금속 블록을 포함할 수 있다.
도 2에는 다른 실시예에 따른 발광다이오드 장치(1)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예와 달리, 제1 캐리어(2)는 다수의 제1 캐리어 부분들(21)을 포함하고, 제1 캐리어 부분들은 각각 측방향으로 제2 캐리어 부분(22)에 의해 둘러싸여 있다. 또한, 발광 다이오드 장치(1)는 다수의 발광 다이오드 칩들(3)을 포함하고, 이때 각각 발광다이오드칩(3)은 제1 캐리어 부분(21) 상에 놓인다. 제1 캐리어 부분들(21)은 각각 제1 캐리어(2)의 제1 표면으로부터 제1 표면에 대향되는 제1 캐리어(2)의 제2 표면으로 연장된다.
도 3은 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치(1)를 도시한다. 도 2에 도시된 실시예와 달리, 제1 캐리어(2)는 제1 캐리어 부분(21)만을 포함하고, 제1 캐리어 부분은 제2 캐리어 부분(22)에 의해 측방향으로 둘러싸여 있다. 발광다이오드 칩들(3)은 모두 제1 캐리어 부분(21) 상에 배치된다.
또한 발광 다이오드 장치(1)는 ESD-보호 소자(8)를 포함하고, ESD-보호 소자는 배리스터로서 설계되며 제1 캐리어(2)의 일부 영역으로, 특히 제2 캐리어 부분(22)의 일부 영역으로 형성된다. 또한, 발광 다이오드 장치(1)는 써미스터 소자(9)를 포함하고, 써미스터 소자는 NTC-써미스터 소자로서 설계되며 열 센서로서 작용한다. 대안적으로, 써미스터 소자(9)는 PTC-써미스터 소자로도 형성될 수 있다.
도 4에는 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치(1)가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예와 달리, 발광 다이오드 장치(1)는 부가적으로 제2 캐리어(4)를 포함하고, 이때 제1 캐리어(2)는 제2 캐리어(4) 상에 배치된다. 제2 캐리어(4)는 제1 캐리어 부분(41) 및 제2 캐리어 부분(42)을 포함하고, 이때 제2 캐리어 부분(42)은 제1 캐리어 부분(41)을 측방향으로 둘러싼다. 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41) 및 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)은 각각 열 전도도를 가지고, 이때 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41)은 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)보다 더 높은 열 전도도를 가진다.
제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41)은 예컨대 도 7 내지 도 9와 관련하여 설명된 제1 캐리어 부분과 같이 설계될 수 있다. 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분(21)은 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41) 상에 직접 배치된다. 이를 통해 유리하게는 발광다이오드칩(3)으로부터 제2 캐리어(4)의 방향으로 매우 많은 열이 소산될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치(1)를 도시한다. 도 4에 도시된 실시예에서와 달리, 발광다이오드 장치(1)는 다수의 제1 캐리어들(2)을 포함하고, 이때 제1 캐리어들(2)은 각각 제2 캐리어(4) 상에, 특히 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41) 상에 배치되어 있다. 제1 캐리어들(2)은 각각 제1 캐리어 부분(21), 제2 캐리어 부분(22) 및 제1 캐리어 부분(21) 상에 배치된 발광 다이오드 칩(3)을 포함한다. 또한, 발광 다이오드 장치(1)는 ESD-보호 소자(8) 및 써미스터 소자(9)를 포함하고, 이러한 소자들은 각각 이산 소자로서 설계되며, 제2 캐리어(4) 상에 배치된다. 대안적으로, 발광 다이오드 장치(1)는 복수의 ESD-보호 소자들(8) 및 써미스터 소자들(9)을 포함할 수 있고, 이러한 소자들은 각각 제1 캐리어들(2) 상에 배치되어 있다.
도 6에는 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치(1)가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 실시예에서와 달리, 제2 캐리어(4)는 다수의 제1 캐리어 부분들(41)을 포함하고, 제1 캐리어 부분들은 각각 측방향으로 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)에 의해 둘러싸여 있다. 이때 제2 캐리어(4)의 각각의 제1 캐리어 부분(41) 상에는 각각 제1 캐리어(2)가 배치되어 있다. 특히 제1 캐리어(2)의 각각의 제1 캐리어 부분(21)은 각각 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41) 상에 배치된다. 이를 통해 개별 발광 다이오드 칩들(1)로부터 멀어지며 매우 양호한 열 소산이 달성될 수 있다.
발광 다이오드 장치(1)는 ESD 보호 소자(8) 및 써미스터 소자(9)를 더 포함하고, 이러한 소자들은 각각 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42) 내에 매립됨으로써, 유리하게도 발광 다이오드 장치(1)의 구조 높이가 줄어들 수 있다. 제2 캐리어(4)의 제1 및 제2 캐리어 부분(41, 42)은 각각 금속을 포함한다. 제2 캐리어(4)는 2개의 전기 절연층들(10)을 더 포함하고, 전기 절연층들은 제2 캐리어(4)의 2개의 대향하는 측들에 배치된다. 이때 제1 캐리어(2)를 향해있는 전기 절연층(10)은 제1 및 제2 캐리어(2, 4) 사이의 전기 절연부로서 기능한다. 제1 캐리어(2)로부터 멀어지는 측의 층(10)은 제2 캐리어(4)와 제3 캐리어(미도시) 사이의 전기적 절연부로서 기능할 수 있고, 제2 캐리어(4)는 제3 캐리어 상에 배치될 수 있다. 전기 절연층(10)은 알루미늄산화물을 포함한다. 대안적으로 전기 절연층(10)은 또한 이하의 물질들 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다: 알루미늄질화물, 티타늄산화물, 규소산화물, 규소질화물.
도 7에는 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분 또는 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41)의 개략도가 도시되어 있다. 제1 캐리어 부분(21, 41)은 다수의 금속 비아들(5)을 포함하고, 금속 비아들은 실질적으로 서로 평행하게, 제1 캐리어 부분(21, 41)의 제1 측으로부터 제1 캐리어 부분(21, 41)의 대향된 제2 측으로 이어지며, 은으로 충진된다. 대안적으로, 비아들(5)은 또한 하나 이상의 다른 금속으로 충진될 수 있고, 이러한 금속은 바람직하게는 높은 열 전도도를 가진다. 비아들(5)은 예컨대 세라믹, 폴리머 또는 에폭시 수지로 둘러싸여 있다.
도 8에는 다른 실시예에 따른 제1 캐리어 부분(21, 41)의 개략도가 도시되어 있다. 제1 캐리어 부분(21, 41)은 은을 함유한 금속 블록(6)을 포함하고, 금속 블록은 측방향으로 세라믹 물질에 의해 둘러싸여 있다. 대안적으로, 금속 블록(6)은 또한 은으로 구성될 수 있거나, 바람직하게는 높은 열 전도도를 가진 다른 금속을 포함하거나 그러한 금속으로 구성될 수 있다. 또한 금속 블록(6)은 하나 이상의 다른 물질들에 의해 측면에서 둘러싸여 있을 수 있으며, 이러한 물질들은 바람직하게는 금속 블록(6)의 물질과 상이하고 예컨대 폴리머 또는 에폭시 수지가 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 제1 캐리어 부분(21, 41)을 도시한다. 제1 캐리어 부분(21, 41)은 도핑(7)을 포함한다. 도핑(7)은 세라믹 물질 내에 매립된 다수의 금속 입자들로서 설계된다. 대안적으로, 도핑(7)은 또한 예컨대 Si 또는 GaAs와 같은 반도체 물질 내의 금속 도핑을 가리킬 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 제1 캐리어 부분들(21, 41)을 위한 실시예를 이용하여, 제1 캐리어 부분(21, 41)의 열 전도도가 현저하게 증대될 수 있다. 이를 통해 유리하게도 발광 다이오드칩(1)으로부터 멀어지며 더욱 양호한 열 소산이 달성될 수 있다.
도시된 실시예들에서 설명된 특징들은 다른 실시예들에 따라 서로 조합될 수 있으며, 이는 그러한 조합이 명백하게 도면에 도시되어 있지 않더라도 그러하다. 또한 도시된 발광 다이오드 장치들은 앞에서 일반 설명부에 설명된 실시 형태들에 따른 다른 특징들 또는 대안적 특징들을 포함할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 설명에 의하여 이러한 실시예들에 한정되지 않으며, 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함한다. 이러한 점은 특히, 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허청구범위 또는 실시예들에 기재되지 않더라도 특허 청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포함한다.
1 발광다이오드 장치
2 제1 캐리어
21 제1 캐리어의 제1 캐리어 부분
22 제1 캐리어의 제2 캐리어 부분
23 제1 캐리어의 제1 표면
24 제1 캐리어의 제2 표면
3 발광다이오드칩
4 제2 캐리어
41 제2 캐리어의 제1 캐리어 부분
42 제2 캐리어의 제2 캐리어 부분
5 비아
6 금속 블록
7 도핑
8 ESD-보호 소자
9 써미스터 소자
10 전기 절연층
11 보호 코팅

Claims (15)

  1. 제1 캐리어(2) 및 상기 제1 캐리어(2) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩(3)을 포함하는 발광 다이오드 장치(1)에 있어서,
    - 상기 제1 캐리어(2)는 적어도 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 22)을 포함하고,
    - 상기 발광 다이오드 칩(3)은 오로지 상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21) 상에만 놓이고,
    - 상기 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 22)은 각각 열 전도도를 가지고,
    - 상기 제1 캐리어 부분(21)의 열 전도도는 상기 제2 캐리어 부분(22)의 열 전도도의 적어도 1.5배이며, 그리고
    - 상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 상기 제1 캐리어(2)의 제2 캐리어 부분(22)에 의해 측방향으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 캐리어 부분(21)의 열 전도도는 상기 제2 캐리어 부분(22)의 열 전도도의 적어도 5배인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 장치는 상기 제1 캐리어 부분(21) 상에 모두 배치되는 복수의 발광 다이오드 칩들(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 제1 및 제2 캐리어 부분(41, 42)을 포함하는 제2 캐리어(4)를 포함하고, 이때
    - 상기 제2 캐리어(4)의 제1 및 제2 캐리어 부분(41, 42)은 각각 열 전도도를 가지고,
    - 상기 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41)의 열 전도도는 상기 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)의 열 전도도의 적어도 1.5배이고,
    - 상기 제1 캐리어(2)는 상기 제2 캐리어(4) 상에 배치되며, 그리고
    - 상기 제1 캐리어 부분들(21, 41)은 포개어 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  5. 자신의 위에 적어도 하나의 발광 다이오드 칩(3)이 배치되는 제1 캐리어(2) 및 자신의 위에 상기 제1 캐리어(2)가 배치되는 제2 캐리어(4)를 포함하는 발광 다이오드 장치(1)에 있어서,
    - 상기 제1 및 제2 캐리어(2, 4)는 각각 적어도 제1 및 제2 캐리어 부분(21, 41, 22, 42)을 포함하고,
    - 상기 발광 다이오드 칩(3)은 오로지 상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21) 상에만 놓이고,
    - 상기 제1 및 제2 캐리어 부분들(21, 41, 22, 42)은 각각 열 전도도를 가지며, 그리고
    - 상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 상기 제1 캐리어(2)의 제2 캐리어 부분(22) 보다 더 높은 열 전도도를 가지고,
    - 상기 제2 캐리어(4)의 제1 캐리어 부분(41)은 상기 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)보다 더 높은 열 전도도를 가지며, 그리고
    - 상기 제1 캐리어 부분들(21, 41)은 포개어 배치되고,
    - 상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 상기 제1 캐리어(2)의 제2 캐리어 부분(22)에 의해 측방향으로 둘러싸이고, 그리고
    - 상기 제2 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 상기 제2 캐리어(2)의 제2 캐리어 부분(22)에 의해 측방향으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치(1).
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어(2)는 발광 다이오드칩(3)이 배치된 제1 표면(23), 및 상기 제1 표면(23)에 대향되는 제2 표면(24)을 포함하고, 상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 상기 제1 표면으로부터 제2 표면으로(23, 24) 연장되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 열 비아(5)를 포함하고, 상기 열 비아는 상기 제1 캐리어의 제1 표면(23)으로부터 상기 제1 표면(23)에 대향되는 상기 제2 캐리어(2)의 제2 표면(24)으로 연장되며, 상기 제1 표면 위에 상기 발광 다이오드칩(3)이 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어(2)의 제1 캐리어 부분(21)은 금속 블록(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어(2)의 상기 제1 캐리어 부분(21)은 도핑(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 캐리어(2, 4)는 ESD-보호 소자(8)를 포함하고, 상기 ESD-보호 소자(8)는 배리스터로서, 규소-반도체-보호 다이오드로서 또는 폴리머-ESD-보호 소자로서 설계되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 ESD-보호 소자(8)는 상기 제1 또는 제2 캐리어(2, 4)의 일부 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 캐리어(2, 4) 상에 배치되는 NTC-써미스터 소자(91) 및/또는 PTC-써미스터 소자(92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  13. 청구항 4 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어(2)의 제2 캐리어 부분(22) 및/또는 상기 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)은 세라믹 물질 및/또는 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  14. 청구항 4 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 캐리어(2)의 제2 캐리어 부분(22) 및/또는 상기 제2 캐리어(4)의 제2 캐리어 부분(42)은 금속 물질을 포함하고, 상기 금속 물질은 전기 절연층(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  15. 청구항 4 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    제3 캐리어를 포함하고, 이때 상기 제2 캐리어(4)는 상기 제1 캐리어(2)로부터 멀어지는 측에서 제3 캐리어 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
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