KR20160023526A - 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스플레이 용도나 조명 용도로 사용할 수 있는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지 제조 방법에 관한 것으로서, 발광 소자; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 제너 소자 수용부를 가지는 반사 부재; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 광변환하는 광변환층; 및 상기 제너 소자 수용부에 수용되는 제너 소자(zener diode);를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디스플레이 용도나 조명 용도로 사용할 수 있는 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN 다이오드 형성을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 일종의 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 기판이나 리드프레임에 실장한 후, 패키징할 수 있어서 여러 가지 용도로 모듈화하여 백라이트 유닛(backlight unit)이나 각종 조명 장치 등에 적용할 수 있다.
일반적으로 발광 소자를 패키징하는 발광 소자 패키지 제조 방법은, 리드 프레임에 발광 소자를 실장하고, 반사 부재를 형성한 후 발광 소자의 상방에 광변환 부재를 형성하는 공정으로 이루어진다.
여기서, 정전기나 전자파에 의해서 발광 소자에 발생되는 피해를 줄여 발광 소자 패키지의 신뢰성을 높이기 위하여 패키지 내부에 전류의 대폭적인 변화에 대해서도 단자 전압이 크게 변화하지 않는 정전압 다이오드인 제너 소자(zener diode)를 함께 실장할 수 있다.
그러나 이러한 종래의 발광 소자 패키지 제조 방법은, 발광 소자를 하나씩 기판에 실장하고, 하나의 발광 소자에 각각 반사 부재 및 광변환 부재를 형성하는 공정으로 이루어지는데, 패키징 공정에 많은 시간과 비용이 필요하고, 발광 소자 패키지의 소형화, 초박화로 제품을 제작하기에 제품의 가격이 증가하고, 생산성이 떨어지며, 이로 인해 제조된 발광 소자 패키지들은 그 크기나 두께가 상대적으로 커서 제품을 소형화, 초박화 할 수 없었던 문제점이 있었다.
또한, 종래의 발광 소자 패키지 제조 방법은, 광학부재를 발광 소자마다 개별적으로 설치하므로, 제조되는 발광 소자 패키지 간에 성능 편차가 생기는 문제점이 있었다.
또한, 일반 제너 소자를 발광 소자 패키지에 실장할 경우 와이어 본딩으로 실장하므로, 칩의 사이즈를 소형화 및 초박화하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 칩 스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package) 공정을 이용하여 공정 시간 및 공정 비용을 크게 절감하고, 생산성을 향상시키며, 제품을 소형화 및 초박화 할 수 있고, 제조된 제품의 성능 편차가 적은, 고신뢰성의 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지는, 발광 소자; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 제너 소자 수용부를 가지는 반사 부재; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 광변환하는 광변환층; 및 상기 제너 소자 수용부에 수용되는 제너 소자(zener diode);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 반사 부재는, 상기 발광 소자와 상기 제너 소자 사이의 공간에 충전되고, 상기 반사 부재의 측면에는 제 1 절단면이 형성되고, 상기 광변환층의 측면에는 제 2 절단면이 형성되며, 상기 제 1 절단면과 상기 제 2 절단면은 동일한 평면상에 형성되는 칩 스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자는, 하면에 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드를 갖는 플립칩(flip chip) 발광 소자이고, 상기 제너 소자는, 하면에 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드를 갖는 플립칩 제너 소자일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 광변환층은 상기 발광 소자 및 상기 반사 부재의 상면에 형성되고, 형광체 또는 양자점(QD, Quantum Dot)을 포함하는 시트 형태일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 발광 소자로부터 발생하는 열을 차단하도록, 상기 발광 소자와 상기 제너 소자 사이에 형성되는 단열층;을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법은, 상면에 접착제가 도포된 임시 기판을 준비하는 임시 기판 준비 단계; 상기 임시 기판의 상기 접착제에 복수개의 발광 소자 및 제너 소자를 부착하는 소자 부착 단계; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 복수개의 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸고, 상기 제너 소자의 상면 및 측면을 둘러싸는 형상으로 상기 접착제의 상면에 반사 부재를 형성하는 반사 부재 형성 단계; 상기 발광 소자에서 발생된 빛을 광변환하도록 상기 발광 소자 및 상기 반사 부재의 상면에 광변환층을 형성하는 광변환층 형성 단계; 절단선을 따라 상기 반사 부재 및 상기 광변환층을 절단하여 단위 패키지로 싱귤레이션 하는 패키지 싱귤레이션 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 접착제는 UV광에 의해 경화 및 용융이 가능한 UV접착제이고, 상기 임시 기판은 상기 UV광이 통과할 수 있는 투광성 유리 기판이며, 상기 패키지 싱귤레이션 단계는, 상기 반사 부재 및 상기 광변환층을 절단하는 반사 부재 및 광변환층 절단 단계; 상기 UV접착제의 접착력이 상실되도록 상기 임시 기판을 통해 UV광을 조사하여 UV접착제를 용융시키는 UV광 조사 단계; 및 상기 발광 소자의 전극 패드가 하방으로 노출되고, 상기 제너 소자의 전극 패드가 하방으로 노출되도록 상기 단위 패키지를 상기 임시 기판으로부터 제거하는 임시 기판 제거 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 반사 부재 형성 단계는, 상기 발광 소자의 상면에 금형을 압착하고, 캐비티에 화이트 반사 부재를 충전하여 몰딩 성형하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 소자 부착 단계 이후에, 상기 발광 소자로부터 발생되는 열을 차단하도록 상기 발광 소자와 상기 제너 소자 사이에 단열층을 형성하는 단열층 형성 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공정 시간 및 공정 비용을 크게 절감하고, 생산성을 향상시키며, 제품을 소형화 및 초박화 할 수 있고, 제조된 제품의 성능 편차가 적은, 고신뢰성의 발광 소자 패키지 및 발광 소자 패키지 제조 방법을 구현할 수 있는 효과를 가지는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지를 나타내는 평면도이다.
도 3는 도 1의 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 13는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 발광 소자 패키지를 나타내는 평면도이다.
도 3는 도 1의 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 13는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
본 발명에서 언급되는 칩 스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)는 칩 스케일 단위의 발광 소자 패키지를 형성하는 기술로, 기판 스트립에 다량의 발광 소자를 실장하고 형광체를 일괄 도포한 후 싱귤레이션하여 패키지를 구성하는 특징을 가진다.
여기서, 칩 스케일 패키지의 크기는 발광 소자와 거의 유사하거나 20% 범위내에서 조금 더 큰 크기를 가진다. 이러한 패키지는 추가적인 서브 마운트 또는 기판이 필요하지 않으며, 직접적으로 보드에 연결될 수 있다.
또한, 칩 스케일 패키지는 PN접합을 가지는 표면 실장형 디바이스(SMD, Surface Mount Devices)로써, 단순한 본딩 패드 공간을 가져 추가적인 복잡한 공정 없이 표준 테스트(standard testing)가 가능하다.
이러한 칩 스케일 패키지는, 기존 발광 소자 패키지와 비교하여 소형이며, 높은 밀도 형성이 가능하여 비용을 낮출 수 있고, 간단한 공정과 열저항 능력 및 색상의 균일도가 높은 장점을 가지고 있다.
또한, 본 발명에서 언급되는 제너 소자는, 제너 효과를 이용한 정전압 다이오드를 통칭할 수 있다. 여기서, 상기 제너 다이오드는, 정전압 장치에 이용되어 반도체의 PN 접합에 역방향 전압을 가할 경우, 어느 전압값 이상이 되면 전류가 급격히 증가한다. 이것을 이용하여 전류의 대폭적인 변화에 대해서도 단자 전압이 크게 변화하지 않으므로 정전압 장치에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 부품 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 평면도이며, 도 3는 도 1의 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(100)는, 크게 발광 소자(10)와, 제너 소자(zener diode)(20)와 반사 부재(30) 및 광변환층(40)을 포함할 수 있다.
여기서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(10)는, 하면에 제 1 전극 패드(12-1) 및 제 2 전극 패드(12-2)를 가지는 플립칩(flip chip) 형태의 LED(Light Emitting Diode)일 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 이외에도, 단자에 본딩 와이어가 적용되거나, 부분적으로 제 1 단자 또는 제 2 단자에만 본딩 와이어가 적용되는 발광 소자나, 수평형, 수직형 발광 소자 등이 모두 적용될 수 있으나 제품의 소형화 및 초박화를 구현하기 위해서는 플립칩(flip chip) 형태가 바람직할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 패드(12-1) 및 제 2 전극 패드(12-2)는 도 1에 도시된 사각판 형상 이외에 다양한 형상으로 변형될 수 있고, 예컨대 하나의 암 상에 다수 핑거들이 구비된 핑거 구조나 범프 구조 등을 가질 수도 있다.
이러한, 상기 발광 소자(10)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 질화물 반도체로 이루어지는 청색, 녹색, 적색, 황색 발광의 LED, 자외 발광의 LED, 적외 발광의 LED 등이 적용될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(10)는, 예를 들면, MOCVD법 등의 기상성장법에 의해, 성장용 사파이어 기판이나 실리콘 카바이드 기판 상에 InN, AlN, InGaN, AlGaN, InGaAlN 등의 질화물 반도체를 에피택셜 성장시켜 구성할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(10)는, 질화물 반도체 이외에도 ZnO, ZnS, ZnSe, SiC, GaP, GaAlAs, AlInGaP 등의 반도체를 이용해서 형성할 수 있다. 이들 반도체는, n형 반도체층, 발광층, p형 반도체층의 순으로 형성한 적층체를 이용할 수 있다. 상기 발광층(활성층)은, 다중 양자웰 구조나 단일 양자웰 구조를 한 적층 반도체 또는 더블 헤테로 구조의 적층 반도체를 이용할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자(10)는, 디스플레이 용도나 조명 용도 등 용도에 따라 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다.
여기서, 상기 성장용 기판으로는 필요에 따라 절연성, 도전성 또는 반도체 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장용 기판은 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.
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. 기판과 GaN계인 발광 적층체 사이의 버퍼층을 이용해 이러한 문제를 감소시킬 수도 있다.
또한, 상기 성장용 기판은 LED 구조 성장 전 또는 후에 LED 칩의 광 또는 전기적 특성을 향상시키기 위해 칩 제조 과정에서 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 패터닝하는 경우도 있다.
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.
또한, 상기 성장용 기판 제거 시에는 다른 지지 기판을 사용하는 경우가 있으며 지지 기판은 원 성장 기판의 반대쪽에 LED 칩의 광효율을 향상시키게 위해서, 반사 금속을 사용하여 접합하거나 반사구조를 접합층의 중간에 삽입할 수 있다.
또한, 상기 성장용 기판 패터닝은 기판의 주면(표면 또는 양쪽면) 또는 측면에 LED 구조 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.
상기 사파이어 기판의 경우, 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 및 a측 방향의 격자상수가 각각 13.001과 4.758이며, C면, A면, R면 등을 갖는다. 이 경우, 상기 C면은 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 질화물 성장용 기판으로 주로 사용된다.
또한, 상기 성장용 기판의 다른 물질로는 Si 기판을 들 수 있으며, 대구경화에 보다 적합하고 상대적으로 가격이 낮아 양산성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 실리콘(Si) 기판은 GaN계 반도체에서 발생하는 빛을 흡수하여 발광소자의 외부 양자 효율이 낮아지므로, 필요에 따라 상기 기판을 제거하고 열전도 반사층이 포함된 Si, Ge, SiAl, 세라믹, 또는 금속 기판 등의 지지기판을 추가로 형성하여 사용한다.
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 적층체의 전위 및 균열을 방지하기 위한 목적으로 성장용 기판과 발광적층체 사이에 버퍼층을 배치시킬 수 있다. 상기 버퍼층은 활성층 성장시 기판의 휘는 정도를 조절해 웨이퍼의 파장 산포를 줄이는 기능도 한다.
여기서, 상기 버퍼층은 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.
또한, 상기 제너 소자(zener diode)(20)는, 반도체 다이오드의 일종인 제너 다이오드로, 정전압 다이오드일 수 있다. 상기 제너 다이오드는 매우 낮고 일정한 항복 전압 특성을 가지고 있어, 역방향으로 어느 일정값 이상의 항복 전압이 가해졌을 때 역전류가 급격하게 증가한다. 이에 다이오드를 흐르는 역전류가 어느 정도 변화하여도 다이오드 전압을 거의 일정하게 유지되므로 전압 기준장치로 이용된다.
또한, 상기 제너 소자(20)는, 하면에 제 1 전극 패드(22-1) 및 제 2 전극 패드(22-2)를 갖는 플립칩 제너 소자일 수 있다.
따라서, 상기 발광 소자 패키지(100)는, 플립칩 형태의 상기 발광 소자(10) 및 상기 제너 소자(20)를 포함하여 이루어지므로, 정전기나 전자파에 의해서 상기 발광 소자(10)에 발생할 수 있는 손상을 방지할 수 있으며, 발광 소자 패키지의 소형화 및 초박화 구현이 가능하다.
또한, 상기 반사 부재(30)는, 상기 발광 소자(10)에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 상기 발광 소자(10)의 측면(10a)을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 제너 소자 수용부(32)를 가질 수 있다.
또한, 상기 제너 소자 수용부(32)는 상기 제너 소자(20)의 측면(20a) 및 상면(20b)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 반사 부재(30)는, 상기 발광 소자(10)에서 발생된 빛이 상방으로 향할 수 있도록, 반사컵부(31)가 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 반사 부재(30)는, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물, 폴리프탈아미드(PPA), 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), ABS 수지, 페놀 수지, 아크릴 수지 및 PBT 수지 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다. 또한, 이들 수지는, 산화 티타늄, 이산화규소, 이산화티탄, 이산화지르코늄, 티타늄산 칼륨, 알루미나, 질화알루미늄, 질화붕소, 멀라이트, 크롬, 화이트 계열이나 금속 계열의 성분 등 광 반사성 물질이 함유될 수 있다.
또한, 상기 반사 부재(30)는, 반사물질이 포함된 EMC, 반사물질이 포함된 화이트 실리콘 및 PSR(Photoimageable Solder Resist) 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반사 부재(30)는 상기 발광 소자(10)와 상기 제너 소자(20) 사이의 공간에 충전되고, 상기 반사 부재(30)의 측면에는 제 1 절단면(30a)이 형성되고, 상기 광변환층(40)의 측면에는 제 2 절단면(40a)이 형성되며, 상기 제 1 절단면(30a)과 상기 제 2 절단면(40a)은 동일한 평면상에 형성되는 칩 스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)일 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(10)에서 발생된 빛을 광변환하는 상기 광변환층(40)은, 상기 발광 소자(10) 및 상기 반사 부재(30)의 상면에 형성되고, 형광체 또는 양자점(QD, Quantum Dot)을 포함하는 시트 형태일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 광변환층(40)은, 유동 상태의 광변환물질을 스퀴즈 방식, 스프레이 방식 및 롤링 방식 중 어느 하나를 이용하여 박리지에 도포한 뒤 경화시킨 후 상기 박리지를 제거하여 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 형광체는 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y은 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다, 또한 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제등이 추가로 적용될 수 있다.
또한, 상기 양자점은 양자 구속(quantum confinement)으로부터 발생하는 광학 특성을 가질 수 있는 나노미터 크기의 입자일 수 있으며, 예컨대, IV족 원소, II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, I-III-VI족 화합물, II-IV-VI족 화합물 및 II-IV-V족 화합물 중 하나 이상을 포함하여 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 양자점은, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP, GaSe, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, AlSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbO, PbS, PbSe, PbTe 및 Ge 또는 Si 중 하나 이상을 포함하여 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 양자점은 CdSe, InP 등의 코어(3 ~ 10nm)와 ZnS, ZnSe 등의 쉘(0.5 ~ 2nm) 및 코어, 쉘의 안정화를 위한 리간드(Ligand)의 구조로 구성될 수 있으며, 크기에 따라 다양한 칼라를 구현할 수 있는 광학적 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 양자점은, 물리적 구조체 또는 다른 형태에 포함 될 수 있고, 필름과 같이 원하는 물리적 구조체로 중합될 수 있는 단량체를 포함할 수 있다.
또한, 더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 양자점은 시트 형태 외에도, 각종 바인더와 함께 페이스트 형태로 주입되어 경화되거나, 기타 액체 상태나, 젤이나 갤상태 등 각종 유동체 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광변환층(40)은 발광 파장이 다른 2종 이상의 상기 형광체 및 상기 양자점 물질을 포함할 수 있으며, 상기 형광체 및 상기 양자점을 혼합하여 사용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)를 나타내는 단면도이다.
또한, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지(200)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자(10)로부터 발생하는 열을 차단하도록, 상기 발광 소자(10)와 상기 제너 소자(20) 사이에 형성되는 단열층(50)을 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기 발광 소자 패키지(200)는, 상기 제너 소자(20)의 열적 손상을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 향상된 제품의 구현이 가능하다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이고, 도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
또한, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법은, 도 11에 도시된 바와 같이, 크게 임시 기판 준비 단계(S11)와, 소자 부착 단계(S12)와, 반사 부재 형성 단계(S13)와, 광변환층 형성 단계(S14) 및 패키지 싱귤레이션 단계(S15)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 4 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상면에 접착제(1)가 도포된 임시 기판(2)을 준비하는 임시 기판 준비 단계(S11)와, 상기 임시 기판(2)의 상기 접착제(1)에 복수개의 발광 소자(10) 및 제너 소자(20)를 부착하는 소자 부착 단계(S12)와, 상기 발광 소자(10)에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 복수개의 상기 발광 소자(10)의 측면(10a)을 둘러싸고, 상기 제너 소자(20)의 상면(20b) 및 측면(20a)을 둘러싸는 형상으로 상기 접착제(1)의 상면에 반사 부재(30)를 형성하는 반사 부재 형성 단계(S13)와, 상기 발광 소자(10)에서 발생된 빛을 광변환하도록 상기 발광 소자(10) 및 상기 반사 부재(30)의 상면에 광변환층(40)을 형성하는 광변환층 형성 단계(S14) 및 절단선(CL)을 따라 상기 반사 부재(30) 및 상기 광변환층(40)을 절단하여 단위 패키지로 싱귤레이션 하는 패키지 싱귤레이션 단계(S15)를 포함할 수 있다.
여기서, 도시하지 않았지만, 상기 광변환층 형성 단계(S14)는, 시트 형태의 상기 광변환층(40)을 설치하는 광변환층 설치 단계일 수 있다.
또한, 상기 접착제(1)는 UV광(UV-L)에 의해 경화 및 용융이 가능한 UV접착제이고, 상기 임시 기판(2)은 상기 UV광(UV-L)이 통과할 수 있는 투광성 유리 기판이며, 상기 패키지 싱귤레이션 단계(S15)는, 상기 반사 부재(30) 및 상기 광변환층(40)을 절단하는 반사 부재 및 광변환층 절단 단계(S15-1)와, 상기 UV접착제의 접착력이 상실되도록 상기 임시 기판(2)을 통해 UV광(UV-L)을 조사하여 UV접착제를 용융시키는 UV광 조사 단계(S15-2) 및 상기 발광 소자(10)의 전극 패드(12)가 하방으로 노출되고, 상기 제너 소자(20)의 전극 패드(22)가 하방으로 노출되도록 상기 단위 패키지를 상기 임시 기판(2)으로부터 제거하는 임시 기판 제거 단계(S15-3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사 부재 형성 단계(S13)는, 상기 발광 소자(10)의 상면(10b)에 금형을 압착하고, 캐비티에 화이트 반사 부재를 충전하여 몰딩 성형하는 것일 수 있다.
따라서, 간단한 공정으로 복수개의 제품을 일괄적으로 제조할 수 있으므로, 공정 시간 및 공정 비용을 크게 절감하고, 생산성을 향상시키며, 제품을 소형화 및 초박화 할 수 있고, 제조된 제품의 성능 편차가 적은, 고신뢰성의 발광 소자 패키지 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 13는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
또한, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법은, 도 13에 도시된 바와 같이, 크게 임시 기판 준비 단계(S21)와, 소자 부착 단계(S22)와, 단열층 형성 단계(S23)와 반사 부재 형성 단계(S24)와, 광변환층 형성 단계(S25) 및 패키지 싱귤레이션 단계(S26)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 임시 기판 준비 단계(S21)와, 상기 소자 부착 단계(S22)와, 상기 반사 부재 형성 단계(S24)와, 상기 광변환층 형성 단계(S25) 및 상기 패키지 싱귤레이션 단계(S26)는, 도 4 내지 11에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 발광 소자 패키지 제조 방법의 그 단계들과 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 단열층 형성 단계(S23)는, 발광 소자(10)로부터 발생되는 열을 차단하도록 상기 발광 소자(10)와 제너 소자(20) 사이에 단열층(50)을 형성하는 단계일 수 있다.
따라서, 상기 제너 소자(20)의 열적 손상을 방지할 수 있으므로, 신뢰성이 향상된 제품의 구현이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 접착제
2: 임시 기판
10: 발광 소자
12: 전극 패드
20: 제너 소자
22: 전극 패드
30: 반사 부재
31: 반사컵부
32: 제너 소자 수용부
40: 광변환층
CL: 절단선
UV-L: UV광
100, 200: 발광 소자 패키지
2: 임시 기판
10: 발광 소자
12: 전극 패드
20: 제너 소자
22: 전극 패드
30: 반사 부재
31: 반사컵부
32: 제너 소자 수용부
40: 광변환층
CL: 절단선
UV-L: UV광
100, 200: 발광 소자 패키지
Claims (9)
- 발광 소자;
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 제너 소자 수용부를 가지는 반사 부재;
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 광변환하는 광변환층; 및
상기 제너 소자 수용부에 수용되는 제너 소자(zener diode);
를 포함하는, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사 부재는,
상기 발광 소자와 상기 제너 소자 사이의 공간에 충전되고,
상기 반사 부재의 측면에는 제 1 절단면이 형성되고,
상기 광변환층의 측면에는 제 2 절단면이 형성되며,
상기 제 1 절단면과 상기 제 2 절단면은 동일한 평면상에 형성되는 칩 스케일 패키지(CSP, Chip Scale Package)인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 소자는, 하면에 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드를 갖는 플립칩(flip chip) 발광 소자이고,
상기 제너 소자는, 하면에 제 1 전극 패드 및 제 2 전극 패드를 갖는 플립칩 제너 소자인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 광변환층은 상기 발광 소자 및 상기 반사 부재의 상면에 형성되고, 형광체 또는 양자점(QD, Quantum Dot)을 포함하는 시트 형태인, 발광 소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 소자로부터 발생하는 열을 차단하도록, 상기 발광 소자와 상기 제너 소자 사이에 형성되는 단열층;을 더 포함하는, 발광 소자 패키지. - 상면에 접착제가 도포된 임시 기판을 준비하는 임시 기판 준비 단계;
상기 임시 기판의 상기 접착제에 복수개의 발광 소자 및 제너 소자를 부착하는 소자 부착 단계;
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 반사할 수 있도록 복수개의 상기 발광 소자의 측면을 둘러싸고, 상기 제너 소자의 상면 및 측면을 둘러싸는 형상으로 상기 접착제의 상면에 반사 부재를 형성하는 반사 부재 형성 단계;
상기 발광 소자에서 발생된 빛을 광변환하도록 상기 발광 소자 및 상기 반사 부재의 상면에 광변환층을 형성하는 광변환층 형성 단계; 및
절단선을 따라 상기 반사 부재 및 상기 광변환층을 절단하여 단위 패키지로 싱귤레이션 하는 패키지 싱귤레이션 단계;
를 포함하는, 발광 소자 패키지 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 접착제는 UV광에 의해 경화 및 용융이 가능한 UV접착제이고,
상기 임시 기판은 상기 UV광이 통과할 수 있는 투광성 유리 기판이며,
상기 패키지 싱귤레이션 단계는,
상기 반사 부재 및 상기 광변환층을 절단하는 반사 부재 및 광변환층 절단 단계;
상기 UV접착제의 접착력이 상실되도록 상기 임시 기판을 통해 UV광을 조사하여 UV접착제를 용융시키는 UV광 조사 단계; 및
상기 발광 소자의 전극 패드가 하방으로 노출되고, 상기 제너 소자의 전극 패드가 하방으로 노출되도록 상기 단위 패키지를 상기 임시 기판으로부터 제거하는 임시 기판 제거 단계;
를 포함하는, 발광 소자 패키지 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 반사 부재 형성 단계는,
상기 발광 소자의 상면에 금형을 압착하고, 캐비티에 화이트 반사 부재를 충전하여 몰딩 성형하는 것인, 발광 소자 패키지 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 소자 부착 단계 이후에,
상기 발광 소자로부터 발생되는 열을 차단하도록 상기 발광 소자와 상기 제너 소자 사이에 단열층을 형성하는 단열층 형성 단계;
를 더 포함하는, 발광 소자 패키지 제조 방법.
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