KR20170000383A - 반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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백승호
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주식회사 세미콘라이트
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Abstract

본 개시는 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루며, 외부로부터 제1 도전부 및 제2 도전부에 전원이 인가되는 전원전달기판; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지며, 전원전달기판 위에 놓인 반도체 발광칩; 그리고 전원전달기판의 아래에 위치하며, 전원전달기판으로부터 열전달 받는 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.

Description

반도체 발광소자 및 이의 제조 방법{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 방열효율이 향상된 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
LED(light emitting diode)를 탑재하는 기판으로는 수지계(예: FR-4) 기판이 사용되어 왔다. 2000년 이후로는 LED의 고휘도화, 고효율화와 함께, 특히 청색 LED가 현저히 개량되면서, LED를 실장한 제품의 방열대책이 큰 과제가 되고 있다. 고출력 LED에 있어서, 일 예로 공급된 에너지의 약 60~70%는 빛 에너지로 전환되고 나머지는 열에너지로 전환되어 방출된다. 고출력 백색 LED와 같은 소자에서 열에 의한 형광체의 열화가 크게 문제되며, 이로 인해 시간이 경과됨에 따라 색온도(CCT)도 휘도가 변하기도 하는 문제가 있다. 이에 따라, 가격대 성능비가 뛰어난 메탈 베이스 기판을 비롯한 고방열성 기판이 파워 LED용 기판으로서 주목 받고 있으며, 조명이나 디스플레이의 백라이트에 적용이 증가하고 있다.
PCB(printed circuit board)는 절연층 한쪽면 또는 양쪽면에 동박 (Copper Foil)을 압착시킨 후 회로 패턴을 형성하고 불필요한 부분의 동박을 식각으로 제거하여 회로를 구성한 기판이다. 일반적인 수지 PCB는 절연층으로 페놀수지 또는 에폭시수지 등이 사용된다. 메탈 PCB의 경우, 열전도성이 좋은 금속판(예: Al) 위에 절연층 및 동박 패턴층을 구비한다. 메탈 PCB의 경우 절연층으로서 열전도성이 좋은 T-PLUG, prepreg 등의 소재가 사용되기도 한다. 메탈 PCB의 재질로는 알류미늄판, 동판 규소강판, 아연도강판 등이 사용된다.
도 1은 미국 공개특허공보 제2014/0021495호에 개시된 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 복수의 캐비티(14)가 형성된 세라믹패키지(12), 각 캐비티(14) 내에 구비된 LED칩(16), 캐비티(14)를 채우는 봉지재(34), 반사면(17), 및 LED칩(16)이 접합되는 도전부(18)를 포함하며, 도전부(18)는 캐비티(14) 내로 연장되어 전극 패드(20)를 형성하고, 세라믹패키지(12)의 후면에 솔더용 패드(22)를 형성하며, 전극 패드(20)와 솔더용 패드(22)는 세라믹패키지(12)를 관통하는 도전성 비아(via; 24)에 의해 서로 연결된다.
도 2는 미국 공개특허공보 제2014/0021495호에 개시된 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 MCPCB(metal core printed circuit board)와 같은 열전도 기판(52), LED 패키지 어레이(54), 개구된 메탈하우징(56), 및 투광창(58), 형광체층(60)을 포함한다. 열전도 기판(52)은 열전도 베이스(62; 예: Al), 전기 절연성 및 열전도성 물질이 반복 적층된 절연층(64), 및 도전 트렉(66; 예: Cu)을 포함한다. 절연층(64)은 LED 패키지 어레이(54)로부터 열전도 베이스(62)로의 열전달을 위해 매우 얇게 형성된다. 도전성 트랙(66)은 마운팅 패드(74), 컨택 패드(70,72)를 포함한다.
도 3은 미국 공개특허공보 제2013/0187571호에 개시된 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 발광소자는 LED(220), 메탈 베이스(228), 절연층(227), 도전층(224), 잉크층(226), 폴(poles; 225)을 포함한다.
PCB에 있어서, 높은 내전압을 가지는 것이 바람직한데, 상기한 종래의 메탈 PCB의 경우, 절연층의 두께를 증가시키면 내전압은 상승하지만 방열효율이 저하되는 문제점이 있다. 한편, 방열효율 향상을 위해 절연층 위에 구비되는 동박 패턴의 두께가 두꺼울수록 열이 수평방향으로 더욱 빨리 확산되어 방열에 유리하다. 그러나 동박을 패터닝하여 회로를 형성하기 위해서는 동막의 두께 증가에 큰 제약이 있다.
도 4는 종래의 반도체 발광소자의 일 예(Flip Chip)를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 기판(100), 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(100) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(901), 전극막(902) 및 전극막(903)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있다.
도 5는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 플립 칩의 형태로, 기판(100), 기판(100) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(300), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(400), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(500)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 기판(100) 측으로 빛을 반사시키기 위한 반사막(950)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(300) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(800)이 형성되어 있으며, 기판(100) 및 반도체층(300,400,500)을 둘러싸도록 봉지제(1000)가 형성되어 있다. 반사막(950)은 도 4에서와 같이 금속층으로 이루어질 수 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이, SiO2/TiO2로 된 DBR(Distributed Bragg Reflector)과 같은 절연체 반사막으로 이루어질 수 있다. 반도체 발광소자는 전기 배선(820,960)이 구비된 PCB(1200; Printed Circuit Board)에 도전 접착제(830,970)를 통해 장착된다. 봉지제(1000)에는 주로 형광체가 함유된다.
도 6은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 먼저 필름 또는 플레이트로 된 장착면(10) 위에, 반도체 발광소자 칩(20)이 놓인다. 다음으로, 개구부(81)가 구비된 스텐실 마스크(80)를, 반도체 발광소자 칩(20)이 노출되도록 장착면(10) 위에 놓는다. 다음으로, 봉지제를 개구부(81)에 투입한 다음, 일정 시간 봉지제를 경화한 후, 스텐실 마스크(80)를 장착면(10)으로부터 분리한다. 스텐실 마스크(80)는 주로 금속 재질로 이루어진다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루며, 외부로부터 제1 도전부 및 제2 도전부에 전원이 인가되는 전원전달기판; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지며, 전원전달기판 위에 놓인 반도체 발광칩; 그리고 전원전달기판의 아래에 위치하며, 전원전달기판으로부터 열전달 받는 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 태양에 의하면(According to another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루는 전원전달기판을 준비하는 단계; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 전원전달기판 위에 놓는 단계; 그리고 전원전달기판의 아래에 방열부를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법이 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 태양에 의하면(According to still another aspect of the present disclosure), 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루는 전원전달기판을 준비하는 단계; 전원전달기판의 아래에 방열부를 고정하는 단계; 그리고 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 전원전달기판 위에 놓는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 공개특허공보 제2014/0021495호에 개시된 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 공개특허공보 제2014/0021495호에 개시된 발광소자의 다른 예를 나타내는 도면,
도 3은 미국 공개특허공보 제2013/0187571호에 개시된 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 종래의 반도체 발광소자의 일 예(Flip Chip)를 나타내는 도면,
도 5는 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 미국 등록특허공보 제6,650,044호에 도시된 반도체 발광소자의 제조 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예들을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 반도체 발광칩의 예들을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면,
도 16 내지 도 18은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들,
도 19는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 20, 및 도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면들.
도 22, 및 도 23은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면들.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 전원전달기판(201), 반도체 발광칩(101), 및 방열부(1000; 방열층)를 포함한다.
전원전달기판(201)은 제1 도전부(241), 제2 도전부(242), 및 제1 도전부(241)와 제2 도전부(242) 사이에 개재된 절연부(243)를 가지며, 제1 도전부(241), 절연부(243), 및 제2 도전부(242)가 플레이트(plate) 형상을 이룬다. 반도체 발광칩(101)은 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부(105), 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극(80,70)을 가진다. 본 예에서, 반도체 발광칩(101)은 적어도 하나의 전극(80,70)이 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242) 중 하나와 접합되도록 전원전달기판(201) 위에 놓인다. 외부로부터 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)에 서로 다른 극성의 전원이 인가되면, 반도체 발광칩(101)이 발광한다. 방열부(1000)는 전원전달기판(201)의 아래에 위치하며, 반도체 발광칩(101)의 발광 과정에서 발생된 열을 전원전달기판(201)을 통해 전달받아 외부로 방열한다.
본 개시에서 반도체 발광칩(101)은 플립칩, 레터럴칩(도 15b 참조), 및 수직형칩(도 15b 참조) 모두 사용 가능하다. 도 7에는 제시된 반도체 발광칩(101)은 플립칩으로서, 적어도 하나의 전극(80,70)은 반도체 발광부(105)의 일 측에 형성된 제1 전극(80), 및 제2 전극(70)을 가진다. 제1 전극(80)은 제1 도전부(241)에 접합되고, 제2 전극(70)은 제2 도전부(242)에 접합된다. 도 7a와 같이 반도체 발광칩(101)이 직접 전원전달기판(201) 위에 SMD 타입으로 실장되거나, 도 7b, 및 도 7c와 같이, 반도체 발광칩(101) 둘레에 봉지재(180)가 구비된 LED가 SMD 타입으로 실장될 수 있다.
본 예에서, 제1 도전부(241), 제2 도전부(242), 및 절연부(243)는 동박 등의 금속층을 식각하여 패터닝된 구조가 아니며, 예를 들어, 도전층(예: Al,Cu 등)과, 절연물질층(예: 수지)을 반복 적층하고 이를 판 형태로 절단하여 형성된다(도 16 참조). 도전층은 절단되어 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)가 되며, 절연물질층은 절단되어 절연부(243)가 된다. 이와 같이 형성된 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)의 두께는 FR-4와 같은 수지 PCB나 메탈 PCB에서 LED의 전극과 접합되는 동박 패턴에 비해 훨씬 자유롭게 두께를 정할 수 있다.
도 7b에 제시된 예에서, 전원전달기판(201)은 제1 도전부(241), 절연부(243), 및 제2 도전부(242)가 반복되는 판 형상을 가지며, 복수의 반도체 발광칩(101)이 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)에 의해 도 7b에 제시된 바와 같이, 전기적으로 직렬연결되거나, 도 15a에 제시된 바와 같이, 병렬연결된다.
방열부(1000)는 금속으로 이루어지는 것이 일반적이지만, 비도전성 재질로 이루어지는 예를 배제하지 않는다. 방열부(1000)가 비도전성 인 경우, 전원전달기판(201)의 하면이 방열부(1000)에 직접 접합되거나, 접착제, 페이스트, 방열 테이프, 절연층 등을 이용하여 접착시킬 수 있다. 또는, 스크류(1400; 도 11참조)를 사용하여 방열부(1000)에 고정될 수도 있다.
방열부(1000)는 금속판(예: Al, Cu 등)일 수 있으며, 제1 도전부(241)와 제2 도전부(242)가 방열부(1000)에 의해 쑈트되지 않기 위해서, 도 7에 제시된 바와 같이, 전원전달기판(201)은 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)의 하면에 절연층으로서 산화막(271)이 형성되어 있다. 이러한 산화막(271)은 대표적으로 알루미늄 플레이트를 형성한 이후, 아노다이징(anodizing) 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 7a에 제시된 바와 같이, 이러한 산화막(271)이 방열부(1000)에 직접 접합되도록 하거나, 스크류 체결하거나, 도 7b에 제시된 바와 같이, 접착층(1100)을 사용하여 접착시킬 수 있다. 이때, 접착층(1100)은 도전성이거나 비도전성일 수 있으며, 절연 향상을 위해 비도전성 접착층(1100)을 사용하는 것이 좋다. 이와 다른 예로서, 산화막(271) 형성을 생략하고, 비도전성 접착층을 사용하여 전원전달기판(201)과 방열부(1000)를 접합시킬 수 있다.
이와 같은, 반도체 발광소자에서 전원전달기판(201)은 반도체 발광칩(101)에 전원를 공급하는 일종의 회로기판으로 기능하며, COB 타입의 기판으로 사용될 수 있다. 이러한 전원전달기판(201)으로부터 산화막(271), 접착층(1100), 절연층(1200)을 통해 수직방향으로 방열부(1000)로 열이 전달되므로 기본적으로 방열효율은 이러한 층들에 의해 영향을 받는다. 한편, 본 개시에서 전원전달기판(201)은 두께를 기존의 수지 PCB나 메탈 PCB에서 동박보다 더 두껍게 할 수 있고, 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)가 전원전달기판(201)에서 차지하는 면적비율이 크므로 전원전달기판(110)은 그 자체로 열확산(도 8의 화살표 참조) 및 방열효율이 매우 좋다. 따라서, 종래의 메탈 PCB보다 방열 성능 향상에 매우 유리한 구조를 가진다.
도 7c에 제시된 예에서, 반도체 발광소자는 발광다이오드(LED), 전원전달기판(201), 방열부(1000), 및 절연층(1200)을 포함한다. 발광다이오드는 반도체 발광칩(101), 벽(170), 및 봉지재(180)를 포함한다. 벽(170)은 실리콘(예: 고반사 실리콘)이나 수지(예: 화이트 수지)로 이루어질 수 있고, 봉지재(180)는 형광체를 함유할 수 있다.
절연층(1200)은 전원전달기판(201)과 방열부(1000) 사이에 개재된다. 전원전달기판(201)의 하면에 산화막(207)이 형성되는 경우에도 절연 향상을 위해 절연층(1200)을 추가로 사용할 수 있지만, 아노다이징에 의한 산화막(207)이 형성되지 않거나 불충분한 경우(예: Cu)에는 절연층(1200)을 사용하는 것이 바람직하다. 제1 도전부(241), 제2 도전부(242) 및 절연부(243)의 상면이 반도체 발광칩(101) 측으로 노출되며, 제1 도전부(241), 제2 도전부(242) 및 절연부(243)의 하면이 절연층(1200)과 접촉한다. 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)의 상면 및 하면에 은도금층을 추가할 수 있다. 절연층(1200)으로는 방열 테이프(예: 폴리이미드 테이프, PTFE 테이프, 실리콘 테이프 등), 고방열 복합소재(예: 프리프레그; prepreg), PSR, 절연코팅 등일 수 있으며, 접착성 또는 점착성을 가지는 것이 바람직하다.
이러한 반도체 발광소자는 교류나 직류 전원으로부터 전원을 공급받는다. 교류전원은 피크 전압이 수백 볼트 정도일 수 있으며, 내전압이 파괴되면, 반도체 발광칩이 손상되거나, 절연물질이 파괴되거나, 방열부가 손상되는 등 문제가 발생한다. 따라서, 반도체 발광소자가 이러한 피크 전압의 보다 훨씬 큰 내전압(withstanding voltage)을 가질 필요가 있다. 상기 피크전압이 400V~500V에 이르는 경우 내전압이 이보다 2배 이상 높은 것이 요구되며, 1KV~3KV 정도를 견딜 수 있도록 하는 것이 요구되기도 한다. 아노다이징에 의한 산화막은 두께를 증감시킬 수 있지만, 대략 20㎛~30㎛ 두께로 형성되는 경우, 충분한 내전압을 제공하기에는 부족하다.
전술한 일반적 메탈 PCB에서, 금속 베이스, 절연층, 및 패터닝된 동박층 구조에서 동박층은 대략 70㎛ 두께를 가지며, 금속 베이스는 대략 70~100㎛의 두께를 가진다. 절연층으로는 prepreg가 사용될 수 있다. 절연층이 두꺼울수록 내전압이 상승하지만, 방열효율이 저하되므로 절연층 두께를 증가시키는 데에는 한계가 있다. 또한, 고방열 소재로 절연층을 만드는 시도가 있지만, 역시 내전압 향상을 위해 절연층 두께 증가에는 한계가 있다. 또한, 열전달에 있어서, 절연층을 통한 수직 방향보다 동박 패턴을 통한 수평 방향으로 훨씬 빨리 열이 퍼지므로 동박 패턴의 두께가 두꺼울수록 열을 퍼뜨리는 효율이 향상된다. 그러나 종래의 메탈 PCB에서는 동박을 패터닝하기 위해서는 동박의 두께가 증가하는 데에 큰 제약이 있다. 또한, 방열문제로 인해 반도체 발광칩 간의 간격을 좁게 하는 데에도 한계가 있다.
반면, 본 예에 따른 반도체 발광소자에서 전원전달기판(201)은 전술된 바와 같이, 동박 패턴과 같은 패터닝 공정이 필요 없고, 도전층(예: Al, Cu 등)과 절열물질층이 반복적층된 적층체를 플레이트 형상으로 절단할 때, 두께 조절이 자유롭다(도 16 참조). 예를 들어, 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)의 두께(T1)은 일 예로, 약 400㎛~500㎛이다. 따라서, 종래의 메탈 PCB에 비해 수평 방향으로 월등하게 열전달이 향상된다(도 8a에 화살표 참조). 또한, 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)와 같은 열전도성이 좋은 재질이 전원전달기판(201)의 대부분의 면적을 차지하므로, 전원전달기판(201)은 자체로 매우 좋은 열전달 또는 방열 소재가 되며, 절연층(1200)과의 접촉면적도 넓어서 수직방향 방열 효율도 향상된다.
이러한 장점으로 인해, 본 예에서, 내전압 향상을 위해 절연층(1200)의 두께(T2)를 조절하기 위한 여유를 준다. 예를 들어, 본 예에 따른 반도체 발광소자에서 절연층의 두께(T2)를 10㎛~200㎛로 할 수 있으며, 1KV 이상의 내전압을 가질 수 있다. 또한, 반도체 발광칩(101) 간격을 더 좁게 하는 것이 가능하다. 또한, 순간적인 전기적 충격이나, 내전압 파괴시 종래의 메탈 PCB의 경우 동박이 손상되기 쉽지만, 본 예에서는 전원전달기판(201)은 충분한 두께와 면적을 가지므로 이러한 경우에도 손상을 더 잘 억제할 수 있다. 따라서, 본 예에 따른 반도체 발광소자는 내전압 특성 향상에도 매우 좋은 구조가 된다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 전원전달기판(201)은 제1 도전부(241), 절연부(243), 및 제2 도전부(242)가 반복된 판 형상을 가지며, 복수의 반도체 발광칩(101)이 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)에 의해 직렬 및 병렬로 연결되어 있다. 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)에는 외부로부터 전원이 인가되며, 이를 위해, 도 8a에 제시된 바와 같이, 와이어(961,965)를 사용할 수 있다. 예를 들어 직렬연결의 일측 끝의 제1 도전부(241)에 제1 극성의 전원을 인가하는 와이어(961)가 납땜되며, 직렬연결의 타측 끝의 제2 도전부(242)에 제2 극성의 전원을 인가하는 와이어(965)가 납땜된다.
이와 다르게, 도 8b에 제시된 바와 같이, 전원전달기판(201)의 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)의 형상을 변경하여, 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)의 에지로부터 접속부(246,248)가 돌출되도록 형성하고, 접속부(246,248)가 커넥터(1004)에 삽입되는 방식도 고려할 수 있다. 이때, 커넥터(1004)는 방열부(1000) 위에 구비되거나, 외부의 다른 부재에 구비될 수 있다. 또한, 전원전달기판(201)의 형상의 변경이 없이 커넥터와 전원전달기판(201)의 도전부(241,242)를 직접 납땜할 수도 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 반도체 발광칩(101)의 예들을 설명하기 위한 도면으로, 플립칩의 예로서, 반도체 발광칩(101)은 성장 기판(10), 복수의 반도체층(30,40,50), 광반사층(R), 및 2개의 전극(80,70)을 포함한다. 3족 질화물 반도체 발광소자를 예로 들면, 성장 기판(10)으로 주로 사파이어, SiC, Si, GaN 등이 이용되며, 성장 기판(10)은 최종적으로 제거될 수도 있다. 복수의 반도체층(30,40,50)은 성장 기판(10) 위에 형성된 버퍼층(도시되지 않음), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: Si 도핑된 GaN), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: Mg 도핑된 GaN) 및 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50) 사이에 개재되며 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예: InGaN/(In)GaN 다중양자우물구조)을 포함한다. 복수의 반도체층(30,40,50) 각각은 다층으로 이루어질 수 있고, 버퍼층은 생략될 수 있다. 제1 반도체층(30)과 제2 반도체층(50)은 그 위치가 바뀔 수 있으며, 3족 질화물 반도체 발광소자에 있어서 주로 GaN으로 이루어진다. 제1 전극(80)은 제1 반도체층(30)과 전기적으로 연통되어 전자를 공급한다. 제2 전극(70)은 제2 반도체층(50)과 전기적으로 연통되어 정공을 공급한다.
도 9a에 제시된 바와 같이, 제2 반도체층(50)과 전극(70,80) 사이에는 광반사층(R)이 개재되며, 광반사층(R)은 SiO2와 같은 절연층, DBR(Distributed Bragg Reflector) 또는 ODR(Omni-Directional Reflector)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 또는, 도 9b에 제시된 바와 같이, 제2 반도체층(50) 위에 금속 반사막(R)이 구비되고, 전극(70)이 금속 반사막(R) 위에 구비되며, 메사식각으로 노출된 제1 반도체층(50)과 다른 전극(80)이 연통될 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 방열부(1000; 하부 플레이트) 아래에 구비된 히트싱크(1500)를 포함한다. 도 10a에 제시된 예는 도 7b에 제시된 예에, 히트싱크(1500)가 결합된 예이고, 도 10b에 제시된 예는 도 7c에 제시된 예에, 히트싱크(1500)가 결합된 예이다. 방열부(1000)는 플레이트 형상을 가질 수 있고, 히트싱크(1500)는 방열핀을 가질 수 있다.
도 10a에 제시된 예에서, 방열부(1000)와 히트싱크(1500) 사이에는 접착층(1150)이 개재될 수 있다. 도 10b에 제시된 예에서, 방열부(1000)와 히트싱크(1500)는 직접 접촉하며, 반도체 발광소자는 가압부재(1400; 예: 스크류)를 포함한다. 가압부재(1400)는 전원전달기판(201), 방열부(1000), 및 히트싱크(1500)를 가압하여 서로 고정 또는 결합시킬 수 있다. 전원전달기판(201) 및 방열부(1000)에는 히트싱크(1500)과의 체결용 홀(281)이 형성되며, 히트싱크(1500)에는 스크류(1400)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다. 스크류(1400)는 체결용 홀(281)을 통하여 전원전달기판(201), 및 방열부(1000)를 관통하며 히트싱크(1500)에 결합한다. 스크류(1400) 외에도 전원전달기판(201), 방열부(1000), 및 히트싱크(1500)를 가압하여 서로 고정하는 다른 수단(예: 집게, 후크 등)이 사용될 수도 있다.
전원전달기판(201)은 반도체 발광칩(101)에 전류를 공급하는 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)로부터 절연부(243)에 의해 절연된 추가의 도전부(251,252)를 포함하며, 체결용 홀(281)은 추가의 도전부(251,252)에 형성되어 있다. 플레이트 형성시 추가의 도전부(251,252)까지 구비되도록 절단하면 이러한 전원전달기판(201)이 형성될 수 있다. 따라서, 추가의 도전부(251,252)와 방열부(1000)가 스크류(1400)에 의해 도통되어도 반도체 발광칩(101)에 전류를 공급하는 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242) 간의 쇼트는 발생하지 않는다.
도 11은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 추가의 도전부(251,252)는 전원전달기판(201)의 양측 끝에 위치할 수 있다. 반도체 발광소자는 반도체 발광칩(101) 둘레에 형성된 댐(301), 및 반도체 발광칩(101)을 덮도록 댐(301)에 형성된 봉지재(180)를 포함한다. 댐(301)은 반도체 발광칩(101)을 전원전달기판(201)에 배치한 이후에 형성하거나, 그 전에 댐(301)을 배치하고, 댐(301)을 가이드로 하여 반도체 발광칩(101)의 제1 전극(80)이 제1 도전부(241)에, 제2 전극(70)이 제2 도전부(242)에 접합하도록 놓을 수 있다.
도 11b에 제시된 예에서, 전원전달기판(201)의 하면에 아노다이징 공정에 의해 절연층으로서 산화막(271)이 형성되어 있고, 접착층(1100)에 의해 전원전달기판(201)과 방열부(1000)이 접합되어 있다. 본 예에서는 방열부(1000)와 히트싱크(1500) 사이에 추가의 접착층(1150)이 개재되어 있다.
도 12는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 반도체 발광소자는 메탈 PCB에서 메탈 베이스에 대응할 수 있는 방열부(1000)가 생략되고, 전원전달기판(201)이 전술된 히트싱크(1500)에 직접 결합된다. 도 12a에 제시된 예에서, 반도체 발광소자는 반도체 발광칩(101) 둘레에 형성된 댐(301), 및 반도체 발광칩(101)을 덮도록 댐(301)에 형성된 봉지재(180)를 포함한다. 댐(301)은 반도체 발광칩(101)을 전원전달기판(201)에 배치한 이후에 형성하거나, 그 전에 댐(301)을 배치하고, 댐(301)을 가이드로 하여 반도체 발광칩(101)의 제1 전극(80)이 제1 도전부(241)에, 제2 전극(70)이 제2 도전부(242)에 접합하도록 놓을 수 있다. 전원전달기판(201)의 하면에는 산화막(271)이 형성되어 있고, 접착층(1100)이 히트싱크(1500)와 산화막(271) 사이에 개재되어 있다. 접착층(1100)은 도전성 및 비도전성 모두 가능하지만, 절연 향상을 위해 비도전성인 것이 바람직하며, 페이스트나 절연 테이프 등이 가능하다.
도 12b에 제시된 예에서, 전원전달기판(201)은 절연층(1200)에 의해 히트싱크(1500)에 직접 접합되어 있다.
도 13은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 도 13a에 제시된 예에서, 전원전달기판(201)의 하면에 산화막(271)이 형성되어 있고, 히트싱크(1500)와 산화막(271)이 직접 접촉하며, 스크류(1400)에 의해 전원전달기판(201)과 히트싱크(1500)가 결합된다.
도 13b에 제시된 예에서는, 전원전달기판(201)은 추가의 도전부(251,252) 대신, 양측 끝에 추가의 절연부(244)가 위치한다. 플레이트 형성시 추가의 절연부(244)까지 구비되도록 절단하면 이러한 전원전달기판(201)이 형성될 수 있다. 체결용 홀(281)이 추가의 절연부(244)에 형성되어 있고, 스크류(1400)가 체결용 홀(281)을 통해 히트싱크(1500)에 결합되어 있다. 전원전달기판(201)과 히트싱크(1500) 사이에는 방열테이프 또는 prepreg와 같은 절연층(1200)이 개재된다.
도 14는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면으로서, 도 14a에 제시된 예에서, 반도체 발광소자는, 반도체 발광칩(101), 전원전달기판(201), 절연층(도시되지 않음), 방열부(도시되지 않음), 히트싱크(1500), 댐(301), 봉지재(180), 가압부재(1400), 및 전기소자(1600), 기능성소자(1650)를 포함한다. 절연층은 전원전달기판(201)과 방열부(1000) 사이에 개재되며, 복수의 반도체 발광칩(101)이 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(242)에 의해 직렬 및 병렬 연결되어 있다. 이러한 반도체 발광칩(101)을 발광시키는 전원은 교류나 직류 모두 가능하며, 교류나 직류전원이 반도체 발광칩(101) 동작에 필요한 동작전원으로 변환되어 공급되는 것이 일반적이다. 전기소자(1600)는 이러한 동작전원의 생성에 필요한 소자이거나, 반도체 발광칩(101)의 발광에 필요한 다른 소자일 수 있다. 전기소자(1600)는 추가의 도전부(251,252) 위에 구비될 수 있으며, 필요한 경우, 절연체를 전기소자(1600)와 추가의 도전부(251,252) 사이에 개재시킬 수 있다. 또는, 추가의 절연부(244; 도 13b 참조) 위에 전기소자(1600)가 구비될 수도 있다.
또한, 기능성소자(1650)가 전원전달기판(201) 위에 실장될 수 있다. 기능성소자(1650)는 반도체 발광칩(101)의 기능에 관계된 소자로서, 보호소자(1650; 예: 제너다이오드)를 예로 들 수 있다. 보호소자(1650)는 도 14a에 제시된 바와 같이, 플립칩 타입의 소자로서, 반도체 발광칩(101)과 역방향 병렬연결되게 연결할 수 있다. 기능성소자(1650)는 댐(301)의 내측에 구비되어 봉지재(180)에 의해 덮이는 예도 가능하다. 또한, 기능성소자(1650)가 도 10b에 제시된 벽(170) 내에 묻히는 예도 고려할 수 있다. 이와 다르게, 기능성소자(1650)가 도 14b에 제시된 바와 같이, 와이어에 의해 역방향으로 병렬연결될 수 있다.
도 15는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 15a에 제시된 예에서, 세로 방향으로 3줄의 반도체 발광칩(101) 어레이가 구비되어 있으며, 각 어레이에서 3개의 반도체 발광칩(101)이 병렬연결되어 있다.
한편, 도 15b에 제시된 바와 같이, 전기소자(1600)나 기능성소자가 절연층(1200) 위에 구비되는 예도 가능하다. 반도체 발광칩(101)은 플립칩뿐만 아니라 레터럴칩이거나, 수직형 칩이 사용 가능하며, 제시된 바와 같이 와이어에 의해 도전부와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 16 내지 도 18은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들로서, 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 먼저, 도 16에 제시된 바와 같이, 제1 도전부(241), 제2 도전부(242), 및 제1 도전부(241)와 제2 도전부(242) 사이에 개재된 절연부(243)를 가지며, 제1 도전부(241), 절연부(243), 및 제2 도전부(242)가 플레이트(plate) 형상을 이루는 전원전달기판(201)을 준비한다. 예를 들어, 도전층과 절연물질층을 교대로 반복 적층하여 적층체를 형성하고, 적층체를 절단하여 제1 도전부(241), 절연부(243), 및 제2 도전부(242)를 가지는 플레이트 또는 전원전달기판(201)을 형성한다. 도 16a에서 복수의 도전층(241,242; 예: Al, Cu, Ag, Cu-Al 합금, Cu-Ag 합금, Cu-Au 합금, SUS(스테인리스스틸) 등)을 절연물질층(243; 예: 에폭시 등)을 사용하여 반복 적층하여 적층체를 형성한다. 이후, 적층체를 절단하여(예: 와이어 커팅 방법), 도 16b에 제시된 것과 같이, 플레이트가 형성된다. 절단하는 방법에 따라 제1 도전부(241), 제2 도전부(242), 절연부(243)의 절단면의 형태 및 그 두께가 달라질 수 있다. 제1 도전부(241), 절연부(243), 및 제2 도전부(242)의 폭은 상기 도전층 및 절연물질층의 두께를 변경하여 조절될 수 있다.
플레이트의 상면 및/또는 하면에 반도체 발광칩(101)이 위치할 영역을 제외한 영역에 반사막(도시되지 않음) 또는, PSR이 형성될 수 있다. 반사막은 비도성 물질(예: SiO2, DBR 등)로 코팅 또는 증착되거나, 은과 같은 물질로 제1 도전부(241)와 제2 도전부(242)가 쇼트되지 않게 상면 및/또는 하면에 도포될 수 있다. 반사막을 형성하기 전에 폴리싱 등과 같은 방법으로 플레이트(110)의 상면에 대한 경면 처리가 수행될 수 있다. 경면 처리된 플레이트(110)의 상면의 반사율이 증가되면 반사막을 생략할 수도 있다.
이후, 전원전달기판(201)의 아래에 방열부(1000)를 고정한다. 전원전달기판(201)과 방열부(1000)를 절연하기 위해, 도 17a에 제시된 바와 같이, 전원전달기판(201)의 하면에 산화막(271)을 형성할 수 있다. 산화막(271)을 형성하는 방법의 일 예로, 상기와 같이 형성된 플레이트의 하면에, 아노다이징(anodizing) 공정을 통해 산화막(271)을 형성한다. 대표적으로 플레이트의 재질은 Al이며, 아노다이징 공정을 조절하거나 전해액의 종류를 선택하면 산화막(271; 예: Al2O3)의 두께를 조절할 수 있다. 산화막(271)은 절연막으로서 기능 외에도 내식성 등 전원전달기판(201)을 보호하는 기능도 한다. 경우에 따라서는 전원전달기판(201)의 상면 중 반도체 발광칩이 구비될 영역 및 전기적 연결(예: 와이어 본딩)을 제외한 나머지 상면에도 아노다이징 공정이 수행될 수 있다.
한편, 절연을 위해 도 17b와 같이, 절연층(1200)으로서 방열 테이프나 고방열 복합소재가 사용될 수 있으며, 메탈 PCB에서 메탈 베이스와 동박 사이에 개재되는 절연층을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 고방열 복합소재는 에폭시와 같은 기재(matrix)에 필러(filler)가 함유된 소재로서, 고열전도성 필러 소재와 고분자 소재가 혼합된 복합소재가 대부분이다. 복합소재를 사용하는 경우 고분자 소재의 우수한 접착력과 무기 필러 소재의 높은 열전도도 특성을 혼합하여 각 소재의 장점을 살릴 수 있다. 필러의 예로, 알루미나(aluminum oxide), Aluminum nitride, boron nitride, 탄소섬유 등을 들 수 있다. 상기 복합소재의 일 예로서 프리프레그(prepreg)는 탄소섬유가 수지에 함침된 소재로서, 절연층(1200)으로 사용될 수 있다. 방열 테이프로는 폴리이미드 테이프, PTFE 테이프, 실리콘 테이프 등과 같은 소재가 사용될 수 있다.
다른 한편, 절연을 위해 도 17c와 같이, 산화막(271)과 절연성 접착층(1100)을 포함할 수 있다. 방열테이프나, 복합소재, 접착층을 방열부(1000)에 형성하고, 전원전달기판(201)을 그 위에 부착하는 것도 물론 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 개시에서 전원전달기판(201)의 도전부(241,242)는 메탈 PCB의 동박 패턴에 비하여 두께나 면적에서 방열에 훨씬 유리한 구조를 가지므로, 전원전달기판(201)의 내전압 향상을 위해 절연층(1200)의 두께를 적절히 조절하기에 좋은 구조를 가진다. 예를 들어, 전원전달기판(201)의 두께는 400㎛~500㎛정도이며, 절연층의 두께를 10㎛~200㎛로 할 수 있으며, 1KV 이상의 내전압을 가질 수 있다.
계속해서, 도 18에 제시된 바와 같이, 반도체 발광칩(101)을 제1 전극(80)과 제1 도전부(241), 및 제2 전극(70)과 제2 도전부(242)가 접합되도록 표면실장한다.
실장에 있어서, 패턴을 인식하는 소자 이송장치(501)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 18a에 제시된 바와 같이, 소자 이송장치(501)는 고정부(13; 예: 테이프) 위의 각 반도체 발광칩(101)을 픽업(pick-up)하여 도 18b에 제시된 바와 같이, 제1 전극(80)이 제1 도전부(241)와, 제2 전극(70)이 제2 도전부(242)와 접합되도록 전원전달기판(201) 위에 놓는다. 본 예에서, 방열부(1000)와 전원전달기판(201)이 접합된 이후에, 반도체 발광칩(101)을 실장한다. 제1 도전부(241)와 제2 도전부(242) 사이에 절연부(243)가 위치하며, 소자 이송장치(501)는 이러한 패턴을 인식하여 반도체 발광칩(101)이 놓일 위치나 각도를 보정할 수 있다. 소자 이송장치(501)의 일 예로, 다이본더와 유사하게, 패턴 또는 형상을 인식하며, 이송할 위치나 대상물의 각도를 보정할 수 있는 장치라면 그 명칭에 무관하게 사용 가능할 것이다.
반도체 발광칩(101)을 실장하기 전에 또는, 실장 후에, 전원전달기판(201) 및 방열부(1000)에 체결용 홀(281)을 형성할 수 있다.
이후, 도 18c에 제시된 바와 같이, 전원전달기판(201) 및 방열부(1000)를 절단하여 필요한 개수의 반도체 발광칩을 구비하도록 반도체 발광소자를 제조할 수 있다. 절단의 방법으로는 커터(35)를 사용하거나, 레이저를 사용할 수 있으며, 자르거나, 스크라이빙 및 브레이킹 방법이 사용될 수 있다.
도 19는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 전술된 도 16 내지 도 18에서 설명된 반도체 발광소자의 제조방법에 히트싱크(1500)를 결합시키는 과정이 추가될 수 있다. 도 19a와 같이, 히트싱크(1500) 위에 방열부(1000)를 놓고 체결용 홀(281)을 통하는 스크류(1400)에 의해 전원전달기판(201), 방열부(1000) 및 히트싱크(1500)를 결합시킨다.
스크류 체결 전 또는, 이후에 도전부(241,242)에 와이어(961,965) 본딩한다.
도 20 및 도 21은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면들로서, 도 20a와 같이, 전원전달기판(201)에 반도체 발광칩(101)을 실장하고, 도 20b와 같이, 전원전달기판(201)을 필요한 사이즈로 절단한다. 이후, 도 21a에 제시된 바와 같이, 전원전달기판(201)과 방열부(1000)의 사이에 절연층(1200)을 개재시켜 이들을 접합한다. 다음으로, 도 21b와 같이, 스크류(1400)를 사용하여 히트싱크(1500)를 방열부(1000)의 아래에 고정한다.
도 22 및 도 23은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면들로서, 먼저, 도 22와 같이 클램프(25)로 전원전달기판(201)과 댐(301)을 가압하여, 전원전달기판(201) 위에 댐(301)을 구비한다. 도 22a에 제시된 바와 같이, 댐(301)은 복수의 개구(305)를 가지며, 댐(301)은 플라스틱, 금속, 또는, 표면에 막이 형성된 부재일 수 있으며, 제1 도전부 및 제2 도전부의 재질과 동일한 경우도 가능하다.
이후, 도 23a에 제시된 바와 같이, 소자 이송장치(501)를 사용하여 댐(301)의 개구(305)로 노출된 제1 도전부(241) 및 제2 도전부(243)에 반도체 발광칩(101)을 놓는다. 본 예에서는 소자 이송장치(501)가 댐(301)의 형상(면, 선, 에지, 점 등)을 인식하여 반도체 발광칩(101)이 놓일 좌표를 계산하여 놓는다. 또한, 소자 이송장치(501)는 전극(70,80)의 형상 또는 패턴을 인식할 수 있다. 따라서, 댐(301)과 전원전달기판(201)은 재질, 색상 및 광반사율 중 적어도 하나가 다르게 선택되는 것이 바람직하다. 계속해서, 도 23b에 제시된 바와 같이, 개구(305)에 수지, 비투광성 물질, 또는 고반사 물질을 공급하여 반도에 발광칩(101)의 상단이 노출되도록 벽(170)을 형성한다. 이때, 개구(305)로 인한 댐(301)의 측면(307)이 경사면이어서 표면장력에 의해 수지 등이 경사면을 타고 올라가 벽(170)의 상단이 도 23b와 같은 형상을 가진다. 이후, 도 23c와 같이 벽(170)을 경화하고, 형광체를 함유한 봉지재(180)를 벽(170)의 상단과 반도체 발광칩(101) 위에 형성한다. 이후, 필요한 경우, 전원전달기판(201)과 댐(301)을 함께 절단한다. 다음으로, 접착층(1100)에 의해 전원전달기판(201)과 히트싱크(1500)를 접합한다. 전원전달기판(201)의 하면에는 본 예와 같이, 산화막(271)이 형성되거나, 도 21에 제시된 바와 같은 절연층(1200)이 구비될 수 있다. 또한, 추가의 도전층 또는, 추가의 절연층을 구비하도록 전원전달기판(201)을 구성하고, 스크류 체결이 추가될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루며, 외부로부터 제1 도전부 및 제2 도전부에 전원이 인가되는 전원전달기판; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지며, 전원전달기판 위에 놓인 반도체 발광칩; 그리고 전원전달기판의 아래에 위치하며, 전원전달기판으로부터 열전달 받는 방열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(2) 전원전달기판과 방열부 사이에 개재된 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(3) 전원전달기판은 방열부와 마주하는 제1 도전부 및 제2 도전부의 하면에 형성된 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(4) 제1 도전부, 제2 도전부, 및 절연부의 상면이 반도체 발광칩 측으로 노출되며, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 절연부의 하면이 절연층과 마주하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(5) 반도체 발광칩은 플립칩으로서, 적어도 하나의 전극은: 제1 도전부에 접합되는 제1 전극; 그리고 제2 도전부에 접합되는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
*(6) 절연층은 방열 테이프(thermal tape), 프리프레그(Prepreg), 및 제1 도전층이 아노다이징되어 형성된 산화막 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(7) 산화막과 방열부 사이에 개재된 접착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(8) 절연층의 두께는 10㎛ 이상이며, 반도체 발광소자의 내전압이 1KV 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(9) 방열부는 금속판이며, 방열부를 기준으로 전원전달기판의 반대 측에 구비되어 방열부로부터 열전달받는 히트싱크(heat sink);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(10) 전원전달기판에는 히트싱크와의 체결용 홀이 형성되며, 체결용 홀을 통하여 전원전달기판, 및 방열부를 관통하여 히트싱크와 결합하는 가압부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(11) 전원전달기판은: 반도체 발광칩에 전류를 공급하는 제1 도전부 및 제2 도전부로부터 절연된 추가의 도전부;로서, 체결용 홀이 형성된 추가의 도전부; 그리고 반도체 발광칩에 전류를 공급하는 제1 도전부 및 제2 도전부 사이의 절연부 이외의 추가의 절연부;로서, 체결용 홀이 형성된 추가의 절연부; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(12) 추가의 도전부 및 추가의 절연부 중 적어도 하나 위에 구비되는 전기소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(13) 반도체 발광칩의 기능과 관련된 기능성소자;로서, 제1 도전부 및 제2 도전부를 통해 반도체 발광칩과 전기적으로 연결된 기능성소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
(14) 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루는 전원전달기판을 준비하는 단계; 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 전원전달기판 위에 놓는 단계; 그리고 전원전달기판의 아래에 방열부를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(15) 전원전달기판을 준비하는 단계는: 도전층과 절연물질층을 교대로 반복 적층하여 적층체를 형성하는 과정; 적층체를 절단하여 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부를 가지는 플레이트를 형성하는 과정; 그리고 아노다이징(anodizing)에 의해 제1 도전부 및 제2 도전부의 하면에 산화막을 형성하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(16) 전원전달기판 위에 반도체 발광칩을 놓는 단계는: 전원전달기판 위에 개구가 형성된 댐을 놓는 과정; 그리고 댐의 형상을 인식하는 소자 이송장치를 사용하여 개구로 노출된 전원전달기판 위에 반도체 발광칩을 놓는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(17) 전원전달기판의 아래에 방열부를 고정하는 단계는: 전원전달기판과 방열부 사이에 접착층을 개재시키는 과정; 전원전달기판과 방열부 사이에 절연층을 개재시키는 과정; 그리고 전원전달기판에 형성된 체결용 홀을 통하는 스크류에 의해 전원전달기판과 방열부를 결합하는 과정; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(18) 반도체 발광칩을 전원전달기판 위에 놓는 단계에서, 복수의 반도체 발광칩이 전원전달기판 위에 놓이며, 방열부를 고정하는 단계 이후, 반도체 발광칩 사이에서 전원전달기판, 및 방열부를 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(19) 반도체 발광소자의 제조방법에 있어서, 제1 도전부, 제2 도전부, 및 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루는 전원전달기판을 준비하는 단계; 전원전달기판의 아래에 방열부를 고정하는 단계; 그리고 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지는 반도체 발광칩을 전원전달기판 위에 놓는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
(20) 반도체 발광칩을 전원전달기판 위에 놓는 단계에서, 복수의 반도체 발광칩이 전원전달기판 위에 놓이며, 반도체 발광칩 사이에서 전원전달기판, 및 방열부를 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자의 제조방법.
본 개시에 따른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 의하면, 방열효율이 향상된 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 다른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 의하면, 종래의 메탈 PCB를 대체할 수 있는 전원전달 및 방열 구조를 가지는 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 의하면, 내전압이 향상된 반도체 발광소자가 제공된다.
본 개시에 따른 또 다른 하나의 반도체 발광소자 및 이의 제조방법에 의하면, 반도체 발광칩이 표면실장되는 전원전달기판으로서, 방열효율이 향상된 전원전달기판을 가지는 반도체 발광소자가 제공된다.
전원전달기판(201) 반도체 발광칩(101) 방열부(1000)
산화막(271) 접착층(1100) 절연층(1200) 히트싱크(1500)

Claims (6)

  1. 금속판 위에 절연층 및 회로 패턴층으로 구성된 전원전달기판을 포함하는 반도체 발광소자에 있어서,
    회로 패턴층에 대응되는 제1 도전부 및 제2 도전부, 그리고 제1 도전부와 제2 도전부 사이에 개재된 절연부를 가지며, 제1 도전부, 절연부, 및 제2 도전부가 플레이트(plate) 형상을 이루며, 외부로부터 제1 도전부 및 제2 도전부에 전원이 인가되는 전원전달기판;
    전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 반도체 발광부, 및 반도체 발광부에 형성된 적어도 하나의 전극을 가지며, 전원전달기판 위에 놓인 반도체 발광칩;
    전원전달기판의 아래에 위치하며, 전원전달기판으로부터 열전달 받는 방열부; 그리고
    전원전달기판과 방열부 사이에 개재된 절연층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    절연층의 두께는 10㎛ 이상이며, 반도체 발광소자의 내전압이 1KV 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전원전달기판은 방열부와 마주하는 제1 도전부 및 제2 도전부의 하면에 형성된 산화막; 그리고
    산화막과 방열부 사이에 개재된 접착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    방열부는 금속판이며,
    방열부를 기준으로 전원전달기판의 반대 측에 구비되어 방열부로부터 열전달받는 히트싱크(heat sink);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    전원전달기판에는 히트싱크와의 체결용 홀이 형성되며,
    체결용 홀을 통하여 전원전달기판, 및 방열부를 관통하여 히트싱크와 결합하는 가압부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    전원전달기판은:
    반도체 발광칩에 전류를 공급하는 제1 도전부 및 제2 도전부로부터 절연된 추가의 도전부;로서, 체결용 홀이 형성된 추가의 도전부;
    반도체 발광칩에 전류를 공급하는 제1 도전부 및 제2 도전부 사이의 절연부 이외의 추가의 절연부;로서, 체결용 홀이 형성된 추가의 절연부; 그리고
    추가의 도전부 및 추가의 절연부 중 적어도 하나 위에 구비되는 전기소자;를포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
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