KR20170008938A - 글래스 파우더를 활용한 색변환 소재의 LED Chip scale package - Google Patents
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Abstract
본 발명은 글래스 기반의 칩 스케일 패키지를 통하여 열에 의한 변색을 방지할 수 있는 LED 패키지 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 글래스 파우더를 이용한 LED 패키지는 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극을 포함하되, 상기 기판이 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태의 LED 칩; 및 상기 LED 칩의 측면 및 상부면을 덮는 표면층을 포함하고, 상기 표면층은 글래스 파우더에 형광체가 분산되어 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 글래스 파우더를 이용한 LED 패키지는 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극을 포함하되, 상기 기판이 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태의 LED 칩; 및 상기 LED 칩의 측면 및 상부면을 덮는 표면층을 포함하고, 상기 표면층은 글래스 파우더에 형광체가 분산되어 형성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 글래스(glass) 파우더를 활용한 LED 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플립칩(Flip Chip) 형태의 LED 칩이 적용된 패키지에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 색상 균일도를 유지시킬 수 있는 LED 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 소형화가 가능하면서도 선명한 색의 광을 방출하는 소자로, 각종 표시장치의 광원으로 적극적으로 활용되고 있다.
하지만, 종래의 발광소자는 높은 열 에너지 또는 광 에너지에 의하여, 구성되는 재료가 열화되며, 특히 바인더 수지와 형광체를 혼합하여 사용하는 경우, 발광소자의 발열량이 증가함에 따라, 바인더 수지가 열화 및 변색되는 문제점이 발생하고 있다. 또한, 회로 기판 상부에 LED 칩을 접합시킨 후, 바인더 수지를 도포하여 LED 패키지를 제조하는 경우, 방열성능이 좋지 않은 구조로 인해, 열이 발생하는 문제가 있고, 저항이 매우 높아질 수 있다.
따라서, 상기 발광소자를 장기간 사용하는 경우, 광 효율이 저하되고, 발광소자의 패키지 수명이 감소하게 된다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제 10-0646093호(1996.11.14. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 발광소자 패키지가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 고온 신뢰성을 향상시키고, 색상의 균일도를 유지시키기 위해, 색변환 소재를 적용한 LED 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작업성 및 광 변환 효율을 향상시킬 수 있는 LED 패키지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 패키지는 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극을 포함하되, 상기 기판이 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태의 LED 칩; 및 상기 LED 칩의 측면 및 상부면을 덮는 표면층을 포함하고, 상기 표면층은 글래스 파우더에 형광체가 분산되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 패키지의 제조 방법은, (a) 글래스 파우더 및 형광체를 혼합하여 혼합체를 형성하는 단계; (b) 상기 혼합체를 프레스(press) 성형하여 성형체를 형성하는 단계; (c) 상기 성형체를 유리의 연화점 이상의 온도에서 열처리하여 소결체를 형성하는 단계; (d) 상기 소결체에 홈을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 홈에 플립 칩 형태의 LED 칩을 삽입 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (d) 단계는 마스크를 이용하여, 샌드 블라스팅(sand blasting) 또는 산 부식(acid etching)하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 LED 패키지는 글래스 파우더를 사용함으로써, 내열성이 우수하고 열에 의한 변색을 방지할 수 있으며, 형광체를 사용함으로써, 색상 균일도를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 간단한 공정의 프레스 성형, 샌드 블라스팅, 산 부식 방법을 사용함으로써, 작업성이 향상되고, 플립칩 형태의 LED 패키지를 제조함으로써, 출광면을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홈을 형성하는 단계(S130)를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 어떤 층이 다른 막 또는 기판의 “위”에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 층이 상기 다른 막 또는 기판의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다. 첨부 도면에서, 층 및 영역들의 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 나타낸 것이다. 따라서, 본 발명의 첨부 도면에 도시된 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 글래스 파우더를 활용한 색변환 소재의 LED 패키지의 적용 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, LED 패키지는 LED 칩(20)과 글래스 파우더에 형광체가 분산되어 형성되는 표면층(30) 및 전극(10a, 10b)을 포함한다.
상기 LED 칩(20)은 기판 및 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함하되, 상기 기판이 LED 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태이다. 상기 플립칩 형태는 와이어 본딩 공정을 생략할 수 있으며, 출광면의 면적을 증대시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있고, 특히 본 발명에 따른 LED 패키지에서 LED 칩과 표면층의 접합 면적을 증대시킬 수 있는 장점을 제공한다.
LED 칩(20)은 일반적인 발광소자 칩의 구성 요소를 그대로 이용할 수 있으며, 기판 및 기판 상에 순차 형성된 제1 도전형 질화물 반도체층(주로 n형 질화물 반도체층(n-GaN)), 활성층, 제2 도전형 질화물 반도체층(주로 p형 질화물 반도체층(p-GaN))을 포함한다. LED 칩(20)의 횡단면 형상은 사각형 또는 원형 등일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 기판은 사파이어(Al2O3)와 같은 기판이 사용될 수 있다.
상기 LED 칩(20) 하부에 노출된 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각의 표면에 전극(10a, 10b)이 구비된다. 상기 전극(10a, 10b)은 Cr, Ni, Au와 같은 적층 금속패드로 형성되는 것이 바람직하며, 투명 접착제에 의해 LED 칩 표면에 접착될 수 있다.
표면층(30)은 상기 LED 칩(20)의 외부표면을 덮되, 표면의 측면까지 덮을 수 있다. 상기 표면층(30)은 글래스 파우더 및 광의 색 변환을 위한 형광체가 포함된다. 상기 표면층(30)은 0.05~1mm의 두께인 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.05mm 미만일 경우, 얇은 두께로 인해 파손의 위험이 있으며, 두께가 1mm를 초과하는 경우, 광 변환 효율이 저하될 수 있다.
상기 글래스 파우더는 색변환 유리에 사용되는 것이라면 제한없이 이용할 수 있고, 바람직하게는 SiO2, Al2O3, B2O3를 기본 성분으로 하는 글래스 재질로 된 것을 제시할 수 있다.
상기 형광체는 YAG(yttrium aluminium garnet)계, TAG(Terbium aluminium garnet)계, 실리케이트계, 산화물계, 질화물계 및 황화물계 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
YAG계 형광체는 온도에 대한 안정성 및 휘도를 향상시키며, 네오디뮴(Nd), 유로퓸(Eu)와 같은 희토류 원소를 도핑하여 사용될 수 있다.
TAG계 형광체는 세륨(Ce)으로 도핑된 Tb3Al5O12을 사용할 수 있다.
실리케이트계는 1종 혹은 1종 이상의 금속 산화물과 실리카(SiO2)의 결합에 의해 생긴 화합물로, 칼슘 실리케이트 및 마그네슘 실리케이트 등이 사용될 수 있다.
열적 안정성이 우수한 산화물계 형광체로는 산화아연 등이 사용될 수 있다.
질화물계 형광체는 유로퓸이 도핑된 칼슘실리콘나이트라이드(CaSiN2) 등이 사용될 수 있으며, 상대적으로 붉은색 빛을 띄며, 색재현성 및 온도에 대한 안정성이 높다. 따라서, 열에 의해 형광체가 변색될 확률이 낮기 때문에 LED 패키지의 불량 발생률이 낮은 장점이 있다.
황화물계 형광체로는 유로퓸이 도핑된 스트론튬 설파이드(SrS) 등이 사용될 수 있다.
상기 형광체는 글래스 파우더 100중량부에 대하여 대략 5~50중량부 정도 혼합될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 색 변환 정도, 색좌표, 색온도, CRI(color rendering index) 등을 고려하여 그 함량을 조절할 수 있다.
상기 형광체는 LED 칩(20)에서 방출되는 광의 파장에 따라 종류가 선택되어 LED 패키지가 백색광을 구현하도록 할 수 있다. 예를 들어, LED 칩에서 청색이 발광되고 형광체가 황색인 경우, 황색 형광체는 청색 빛에 의해 여기되어 황색 빛을 방출할 수 있으며, 상기 발광된 청색은 상기 여기된 황색 빛과 혼색되어, LED 패키지가 백색 빛을 제공할 수 있다.
글래스 파우더 및 형광체를 사용한 상기 표면층(30)은, LED 칩(20)의 상부면 뿐만 아니라 측면까지 덮기 때문에, 광의 색도가 달라지는 색 얼룩 현상을 방지할 수 있으며, 균일한 색도를 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
(S100) 단계는 글래스 파우더 및 형광체를 혼합하여 혼합체를 형성하는 단계이다.
혼합체는 글래스 파우더, 형광체, 바인더 및 용매를 용기에 투입한 후 혼합하는 방법으로 제조될 수 있다. 상기 혼합체는 건조를 통해 용매가 제거될 수 있다.
형광체는 전술한 바와 같이, 글래스 두께, 색변환 효율 등에 따라 그 함량이 결정될 수 있다.
(S110) 단계는 상기 혼합체를 프레스(press) 성형하여 성형체를 형성하는 단계이다.
상기 혼합체는 몰드에 투입한 후 압력을 가하여 프레스 성형이 수행될 수 있다. 상기 압력은 대략 2.0~2.5kg/㎠가 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
(S120) 단계에서는 상기 성형체를 유리의 변형 시점, 즉, 연화점(softening point) 이상의 온도에서 열처리한다. 보다 구체적으로는 연화점 이상 내지 용융점 미만의 온도에서 열처리하여 소결체를 형성한다. 유리의 연화점은 점도가 107.6poise인 온도에 해당한다.
상기 성형체를 유리의 연화점 이상의 온도에서 열처리할 경우, 유리의 투명성을 잃지 않으면서 상기 성형체에 비하여 강도 및 형상을 확보한 상태의 소결체를 형성하기 때문에, 후술할 홈 형성과정에서 유리하다.
(S130) 단계는 상기 소결체에 홈을 형성하는 단계이다.
상기 소결체는 마스크를 이용하여 샌드 블라스팅(sand blasting) 또는 산 부식(acid etching)을 수행할 수 있다. 도 1를 참조하면, 상기 마스크에 의해 노출되는 성형체의 표면에 홈을 형성할 수 있다.
샌드 블라스팅 및 산 부식은, 표면처리를 하는 가공 방법이다. 샌드 블라스팅의 경우, 모래, 알루미나, 탄화규소 등의 세라믹 분말 등을 분사하여 표면층을 깍아내어, 소결체의 표면을 매끄럽게 하는 특징이 있으며, 산 부식의 경우, 소결체 표면에 불필요한 부분을 제거함으로써 원하는 모양을 얻을 수 있다.
상기 소결체는 LED 칩의 크기를 고려하여, LED 칩의 외부 표면을 덮을 수 있는 크기와, LED 칩을 보호할 수 있는 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
(S140) 단계는 상기 LED 칩을 상기 홈에 삽입하여 결합하는 단계이다.
상기 홈에 기판 및 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층을 포함하는 LED 칩(20)을 접합하되, 상기 LED 칩(20)의 상부에 노출된 기판이 상기 홈에 먼저 삽입되도록 접합하는 단계이다.
그 다음으로, 상기 LED 칩(20)의 하부에 노출된 n형 질화물 반도체층 및 p형 질화물 반도체층 각각이, 상기 홈에 삽입되어 접합한다.
상기 홈에 LED 칩(20)이 접합되는 단계를 통해, LED 칩의 외부 표면은 글래스 파우더 및 형광체를 포함하는 표면층(30)으로 덮일 수 있다. 상기 표면층(30)은 LED 칩(20)을 보호할 수 있는 0.05~1mm의 두께가 바람직하다.
상기 접합은 비전도성 접착제(NCA)를 사용하여 물리적 접촉만으로도 접합할 수 있으며, 억지끼움 결합을 통해 기계적 접촉으로 접합할 수 있다.
상기 억지끼움 결합은 홈에 상기 LED 칩(20)이 삽입되어 슬라이딩 되는 것이다. 상기 홈의 모양은 LED칩의 형태보다 큰 형태를 가지며, 상기 홈 입구에서 멀어질수록 홈의 폭이 좁아지는 형태를 가진다.
본 발명의 경우, 간단한 공정의 프레스 성형, 샌드 블라스팅 및 산 부식을 이용함으로써, 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 열처리한 후 홈을 형성함으로써, 원하는 두께 및 형태의 표면층을 제조할 수 있으며, 상기 표면층에 글래스 파우더를 사용하여 고온 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 플립칩 형태의 LED 패키지를 제조함으로써, 출광면을 증대시킬 수 있는 효과가 있으며, 와이어 본딩 공정 등의 추가적인 연결 구조를 생략할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10a, 10b : 전극
20 : LED 칩
30 : 표면층
S100 : 혼합체 형성 단계
S110 : 성형체 형성 단계
S120 : 소결체 형성 단계
S130 : 홈 형성 단계
S140 : LED 칩 접합 단계
20 : LED 칩
30 : 표면층
S100 : 혼합체 형성 단계
S110 : 성형체 형성 단계
S120 : 소결체 형성 단계
S130 : 홈 형성 단계
S140 : LED 칩 접합 단계
Claims (5)
- 기판과, 상기 기판 상에 순차 형성되는 제1 도전형 질화물 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 질화물 반도체층과, 상기 제1 도전형 질화물 반도체층 및 제2 도전형 질화물 반도체층 각각에 형성되는 전극을 포함하되, 상기 기판이 칩 상부에 위치하고, 각각의 질화물 반도체층이 상기 기판 하부에 위치하는 플립칩(Flip Chip) 형태의 LED 칩; 및
상기 LED 칩의 측면 및 상부면을 덮는 표면층;을 포함하고,
상기 표면층은 글래스 파우더에 형광체가 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 형광체는 YAG계, TAG계, 실리케이트계, 산화물계, 질화물계 및 황화물계 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- 제1항에 있어서,
상기 표면층은 0.05 ~ 1mm의 두께인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
- (a) 글래스 파우더 및 형광체를 혼합하여 혼합체를 형성하는 단계;
(b) 상기 혼합체를 프레스(press) 성형하여 성형체를 형성하는 단계;
(c) 상기 성형체를 연화점 이상의 온도에서 열처리하여 소결체를 형성하는 단계;
(d) 상기 소결체에 홈을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 홈에 플립 칩 형태의 LED 칩을 삽입 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 (d) 단계는 마스크를 이용하여, 샌드 블라스팅(sand blasting) 또는 산 부식(acid etching)하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조 방법.
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| KR1020150100056A KR20170008938A (ko) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | 글래스 파우더를 활용한 색변환 소재의 LED Chip scale package |
| PCT/KR2016/003050 WO2016208850A1 (ko) | 2015-06-23 | 2016-03-25 | Led용 유리의 제조 방법, led용 유리를 이용한 led 칩 봉지부재와 이를 포함하는 led 패키지 및 이들의 제조방법 |
| TW105116691A TWI670870B (zh) | 2015-06-23 | 2016-05-27 | Ｌｅｄ用玻璃的製備方法、利用ｌｅｄ用玻璃的ｌｅｄ晶片封裝部件及包括其的ｌｅｄ封裝件及其製備方法 |
| PCT/KR2016/007280 WO2017010730A1 (ko) | 2015-07-14 | 2016-07-06 | 유리 프릿을 활용한 색변환 소재를 포함하는 led 칩 스케일 패키지 및 그 제조방법 |
| TW105122315A TWI638788B (zh) | 2015-07-14 | 2016-07-14 | 包含利用玻璃漿料的顏色轉換原材料的發光二極體晶片尺寸封裝件及其製備方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150100056A KR20170008938A (ko) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | 글래스 파우더를 활용한 색변환 소재의 LED Chip scale package |
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| KR20170008938A true KR20170008938A (ko) | 2017-01-25 |
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2015
- 2015-07-14 KR KR1020150100056A patent/KR20170008938A/ko active Search and Examination
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