KR20180036427A - 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템 - Google Patents

반도체 소자 패키지 및 조명 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20180036427A
KR20180036427A KR1020160127054A KR20160127054A KR20180036427A KR 20180036427 A KR20180036427 A KR 20180036427A KR 1020160127054 A KR1020160127054 A KR 1020160127054A KR 20160127054 A KR20160127054 A KR 20160127054A KR 20180036427 A KR20180036427 A KR 20180036427A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ysz
layer
circuit board
semiconductor device
wiring
Prior art date
Application number
KR1020160127054A
Other languages
English (en)
Inventor
이건화
이용경
송준오
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020160127054A priority Critical patent/KR20180036427A/ko
Publication of KR20180036427A publication Critical patent/KR20180036427A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

실시 예는 반도체 소자 패키지에 관한 것이다.
실시 예는 YSZ(산화이트륨 안정화 지르코니아, Yttria-Stabilized Zirconia) 회로기판; 상기 YSZ 회로기판 상에 플립 칩 구조의 반도체 소자; 및 상기 YSZ 회로기판과 상기 반도체 소자 사이에 배치된 본딩층을 포함하고, 상기 YSZ 회로기판은 100㎛ 이하의 두께를 포함할 수 있다. 실시 예는 강도를 유지하면서, 유연성을 갖는 내열성이 우수하고, 방열 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 실시 예는 high power의 반도체 소자의 열에 의한 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.

Description

반도체 소자 패키지 및 조명 시스템{SEMICONDUCTOR DEVICE PACKAGE AND LIGHT SYSTEM HAVING THE SAME}
실시 예는 반도체 소자 패키지에 관한 것이다.
실시 예는 조명 시스템에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
최근 들어 반도체 소자는 응용분야가 다양해지면서 high power 구동이 요구되고 있는데, 고 전류(high current)가 반도체 소자에 인가되어 반도체 소자 자체 발광 효율 또는 열에 의한 신뢰성 저하 등의 문제가 있었다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 기계적 강도 및 내열성이 우수하고, 습도에 강하고, 유연성을 갖는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
또한, 실시 예의 해결과제 중의 하나는, high power 반도체 소자의 고 전류 구동시에 방열 및 신뢰성이 개선될 수 있는 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템을 제공하고자 함이다.
실시 예는 YSZ(산화이트륨 안정화 지르코니아, Yttria-Stabilized Zirconia) 회로기판; 상기 YSZ 회로기판 상에 플립 칩 구조의 반도체 소자; 및 상기 YSZ 회로기판과 상기 반도체 소자 사이에 배치된 본딩층을 포함하고, 상기 YSZ 회로기판은 100㎛ 이하의 두께를 포함할 수 있다. 실시 예는 강도를 유지하면서, 유연성을 갖는 내열성이 우수하고, 방열 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 실시 예는 high power의 반도체 소자의 열에 의한 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.
또한, 실시 예는 상기 반도체 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템을 포함할 수 있다.
실시 예는 강도를 유지하면서, 유연성을 갖는 내열성이 우수한 반도체 소자 패키지를 제공할 수 있습니다.
실시 예는 YSZ 회로기판과 플립칩 타입의 반도체 소자가 결합되어 방열 특성이 향상될 수 있다.
또한, 실시 예는 high power의 반도체 소자의 열에 의한 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.
또한, 실시 예는 내습성 및 기계적 강도가 향상되어 반도체 소자 패키지의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A를 절단한 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 3은 다른 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 4는 실시 예와 비교 예의 전류 세기에 따른 파장 및 광속을 도시한 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
도 6은 실시 예의 반도체 소자 패키지를 포함하는 차량용 램프를 도시한 도면이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광소자, 수광소자, 광 변조기 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자, 수광소자, 광 변조기는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 반도체 소자는 질화물계 high power 발광소자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 수직 공진 레이저 다이오드(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 등의 레이저 발광소자를 포함할 수도 있다.
발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드 갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A를 절단한 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이고, 도 4는 실시 예와 비교 예의 전류 세기에 따른 파장 및 광속을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실시 예의 반도체 소자 패키지(10A)는 일반적인 디스플레이 장치, 조명장치뿐만 아니라 high power가 요구되고, 고온, 높은 습도, 강도가 요구되는 환경, 디자인에 제한이 낮은 유연성을 갖는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 실시 예는 예컨대 가로등과 같은 외부 조명 장치, 외부 디스플레이 장치, 차량용 조명 등에 적용될 수 있다. 이를 위해 실시 예는 기계적 강도 및 내열성이 우수하고, 습도에 강하고, 유연성을 갖는 반도체 소자 패키지(10A)가 요구된다.
실시 예의 해결과제 중의 하나는, 기계적 강도 및 내열성이 우수하고, 습도에 강하고, 유연성을 갖는 반도체 소자 패키지(10A)를 제공할 수 있다. 이를 위해 실시 예의 YSZ 회로기판(170)은 YSZ(산화이트륨 안정화 지르코니아, Yttria-Stabilized Zirconia) 기판일 수 있다. YSZ 회로기판(170)은 산화지르코늄에 산화이트륨을 첨가한 절연성 경량 세라믹 기판으로서, 화학적으로 비활성적인 특성으로 화학 반응에 변질되지 않고, 미세한 결정 입자의 집합으로 다결정성일 수 있다. 또한, YSZ 회로기판(170)은 유연하고, 우수한 기계적 강도뿐만 아니라 최대 1200ºC까지의 프로세스 온도를 갖는 내열 특성을 갖는다. 또한, YSZ 회로기판(170)은 내습성(Moisture proof)을 포함한다.
상기 YSZ 회로기판(170)은 강도를 유지하면서, 유연성을 가질 수 있다. 이를 위해 상기 YSZ 회로기판(170)은 다양한 분야에 적용될 수 있도록 디자인 자유도를 갖는 일정한 두께(T)를 포함할 수 있다. 상기 YSZ 회로기판(170)의 두께(T)는 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 YSZ 회로기판(170)은 20㎛ 내지 50㎛의 두께(T)를 포함할 수 있다. 상기 YSZ 회로기판(170)의 두께(T)가 20㎛ 미만일 경우, 기계적 강도 저하로 크랙 등의 불량이 발생할 수 있다. 상기 YSZ 회로기판(170)의 두께(T)가 100㎛ 초과일 경우, 유연성이 저하될 수 있다.
실시 예의 상기 YSZ 회로기판(170)은 산화지르코늄에 산화이트륨을 첨가한 절연층(171), 배선층(173) 및 보호층(175)을 포함할 수 있다. 상기 배선층(175)은 상기 절연층(171) 상에 배치될 수 있고, 상기 보호층(175)은 상기 배선층(173) 상에 배치될 수 있다.
상기 YSZ 회로기판(170)은 소자 실장부(CA) 및 연결 패드부(PA)를 포함할 수 있다. 상기 소자 실장부(CA)는 상기 반도체 소자(100)와 결합되는 영역으로, 상기 보호층(175)으로부터 배선층(173)의 상부면 일부가 노출될 수 있다. 노출된 배선층(173)은 반도체 소자(100)와 직접 연결된 기판 패드일 수 있다. 여기서, 반도체 소자(100)는 300ºC 내지 400ºC 에서 유테틱 본딩(Eutectic bonding) 방법으로 상기 소자 실장부(CA)에 실장될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 반도체 소자(100)는 도전성 페이스트를 이용하여 상기 YSZ 회로기판(170)과 결합될 수도 있다.
한편, 상기 연결 패드부(PA)는 외부의 전기 신호가 제공될 수 있는 커넥터 기능을 포함할 수 있다. 상기 연결 패드부(PA)는 상기 소자 실장부(CA)와 같이, 상기 보호층(175)으로부터 배선층(173)의 상부면 일부가 노출될 수 있다.
<반도체 소자>
실시 예의 반도체 소자(100)는 high power 발광소자를 일 예로 설명하도록 한다. 실시 예의 반도체 소자(100)는 고 전류(high current)가 인가되므로 방열에 유리한 발광소자일 수 있으며, 예를 들어 플립 칩 형태일 수 있다. 즉, 상기 반도체 소자(100)는 발광구조물 상에 제1 및 제2 전극(151, 153)이 배치되어 상기 YSZ 회로기판(170)의 노출된 배선층(173)에 본딩될 수 있다.
상기 반도체 소자(100)는 기판(101), 발광구조물(110), 제1 전극(151), 제2 전극(153), 절연층(131) 및 형광체층(180)을 포함할 수 있다.
상기 기판(101)은 투광성, 전도성 기판 또는 절연성 기판일 수 있다. 예컨대 상기 기판(101)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, 및 Ga2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기판(101)의 상면에는 복수의 돌출부(미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 돌출부 각각은 측 단면이, 반구형 형상, 다각형 형상, 타원 형상 중 적어도 하나를 포함하며 스트라이프 형태 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 복수의 돌출부는 기판(101)의 상면에서 전반사되는 광을 굴절시켜 광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발광구조물(110)은 상기 기판(101) 상에 제1 도전형 반도체층(115), 상기 제1 도전형 반도체층(115) 상에 활성층(117), 상기 활성층(117) 상에 제2 도전형 반도체층(119) 및 상기 제2 도전형 반도체층(119) 상에 도전층(111)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(115)은 기판(101)의 일면에 배치될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 예컨대 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층일 수 있다.
상기 활성층(117)은 제1 및 제2 도전형 반도체층(115, 119) 사이에 배치될 수 있다. 상기 활성층(117)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 상기 활성층(117)은 예로서 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 활성층(117)이 다중 우물 구조로 구현된 경우, 상기 활성층(117)은 교대로 배치된 복수의 우물층과 복수의 장벽층을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 활성층(117)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있다. 상기 활성층(117)은 예를 들어, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(119)은 상기 활성층(117) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 예컨대 InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(119)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층일 수 있다.
실시 예의 상기 제1 도전형 반도체층(115)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 p형 반도체층으로 구현할 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기 제1 도전형 반도체층(115)이 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 반도체층(119)은 n형 반도체층일 수 있다. 또한, 상기 제2 도전형 반도체층(119) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다. 이에 따라 실시예의 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
상기 도전층(111)은 상기 제2 도전형 반도체층(119) 상에 배치될 수 있다. 상기 도전층(111)은 제2 도전형 반도체층(119)과 전기적 접촉이 우수한 물질로 단층 또는 다층일 수 있다. 예컨대 상기 도전층(111)은 Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf, Be, Ge, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이러한 재료에 한정되는 것은 아니다.
상기 절연층(131)은 상기 도전층(111) 상에 배치될 수 있다. 상기 절연층(131)은 스퍼터 또는 증착 방식으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(131)은 상기 제1 전극(151) 및 상기 제2 전극(153)을 제외한 영역 상에 형성될 수 있다.) 발광구조물(110)상에 배치될 수 있다. 다른 예로 상기 절연층(131)은 발광구조물(110)의 외측면까지 연장될 수도 있다.
상기 절연층(131)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr과 같은 물질의 산화물, 질화물, 불화물, 황화물 등 절연물질 또는 절연성 수지를 포함할 수 있다. 상기 절연층(131)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(131)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 및 제2 전극(151, 153)은 발광구조물(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(151)은 상기 제1 도전형 반도체층(115)과 전기적으로 연결되고, 제2 전극(153)은 상기 제2 도전형 반도체층(119)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(151)은 제1 전극부(151t) 및 제2 전극부(151b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극부(151t)는 상기 제1 도전형 반도체층(115)과 직접 접할 수 있다. 상기 제2 전극부(151b)는 본딩층(160)과 직접 접할 수 있다.
상기 제2 전극(153)은 제3 전극부(153t) 및 제4 전극부(153b)를 포함할 수 있다. 상기 제3 전극부(153t)는 상기 제2 도전형 반도체층(119)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제4 전극부(153b)는 본딩층(160)과 직접 접할 수 있다.
상기 제1 전극(151), 제2 전극(153)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 또는 불순물이 주입된 반도체 기판 중 적어도 어느 하나로 단층 또는 다층으로 형성될 수도 있다.
상기 형광체층(180)은 YSZ 회로기판(170) 상에 배치된 발광구조물(110) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 형광체층(180)은 상기 발광구조물(110)의 상면에 배치되거나, 상기 발광구조물(110)의 상면 및 측면에 배치될 수 있다. 상기 형광체층(180)은 상기 발광구조물(110)의 표면 중에서 광이 방출되는 영역 상에 배치되어, 광의 파장을 변환시켜 줄 수 있다.
상기 형광체층(180)은 청색, 녹색, 황색, 적색 형광체 중 적어도 하나 또는 복수를 포함하며, 단층 또는 다층으로 배치될 수 있다. 상기 형광체층(180)은 투광성 수지 재료 내에 형광체가 첨가된다. 상기 투광성 수지 재료는 실리콘 또는 에폭시와 같은 물질을 포함하며, 상기 형광체는 YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
다른 예로서, 상기 형광체층(180)은 필름 타입을 포함할 수 있다. 상기 필름 타입의 형광체층은 균일한 두께를 제공함으로써, 파장 변환에 따른 색 분포가 균일할 수 있다.
<본딩층>
상기 본딩층(160)은 상기 반도체 소자(100)와 상기 YSZ 회로기판(170) 사이에 배치될 수 있다. 상기 본딩층(160)은 상기 반도체 소자(100)와 상기 YSZ 회로기판(170)을 전기적으로 연결시키고, 서로 결합시킬 수 있다. 상기 본딩층(160)은 AuSn, NiSn 등을 포함하여 단층 또는 다층으로 형성할 수 있다.
실시 예의 반도체 소자 패키지 제조방법은 YSZ 회로기판(170)과 상기 반도체 소자(100) 사이에 고체 타입의 전도성 본딩층(160)이 배치되고, 유테틱 본딩으로 상기 YSZ 회로기판(170)과 상기 반도체 소자(100)를 결합할 수 있다. 실시 예는 기계적 강도가 우수하고, 내열 특성 및 내습성을 갖는 상기 YSZ 회로기판(170)과 플립 칩 타입의 반도체 소자(100)가 유테틱 본딩되어 high power의 반도체 소자(100)의 열에 의한 신뢰성 저하를 개선할 수 있다. 여기서, YSZ 회로기판(170)과 상기 반도체 소자(100) 사이의 결합방법은 유테틱 본딩을 한정하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시 예는 100㎛ 이하의 두께(T)를 갖는 상기 YSZ 회로기판(170)을 포함하여 강도를 유지하면서, 유연성을 갖는 내열성이 우수한 반도체 소자 패키지(10A)를 제공할 수 있다.
실시 예는 상기 YSZ 회로기판(170)과 상기 반도체 소자(100)가 본딩층(160)에 의해 결합되어 방열 특성이 향상될 수 있다.
또한, 실시 예는 high power의 반도체 소자(100)의 열에 의한 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.
또한, 실시 예는 내습성 및 기계적 강도가 향상되어 반도체 소자 패키지(10A)의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 실시 예는 YSZ 기판과 플립 칩 타입의 청색 발광소자를 유테틱 본딩으로 결합한 반도체 소자 패키지이고, 비교 예는 폴리이미드 기판과 청색 발광소자를 와이어 본딩으로 결합한 반도체 소자 패키지이다.
실시 예는 구동 전류가 증가함에 따라 440㎚ ~ 450㎚에서 광속이 일정하게 증가한다. 반면에 비교 예는 구동 전류가 증가함에 따라 450㎚ 이상의 적색 파장영역으로 이동하고, 실시 예보다 낮은 광속을 나타낸다. 비교 예는 발광소자의 구동전류가 증가함에 따라 광속이 저하되고, 파장이 시프트되어 발광 효율 및 발광소자의 신뢰성이 저하될 수 있다.
실시 예는 기계적 강도가 우수하고, 내열 특성 및 내습성을 갖는 YSZ 기판과 유테틱 본딩된 플립 칩 타입의 발광소자가 결합되어 광속 저하 및 발광 소자의 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.
도 3은 다른 실시 예의 반도체 소자 패키지를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시 예의 반도체 소자 패키지(10B)는 YSZ의 회로기판(270)을 제외하고 도 1 및 도 2의 실시 예의 반도체 소자 패키지(10A)의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
도 3의 상기 YSZ 회로기판(270)은 강도를 유지하면서, 유연성을 가질 수 있다. 이를 위해 상기 YSZ 회로기판(270)은 다양한 분야에 적용될 수 있도록 디자인 자유도를 갖는 일정한 두께(T)를 포함할 수 있다. 상기 YSZ 회로기판(270)의 두께(T)는 100㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 YSZ 회로기판(270)은 20㎛ 내지 50㎛의 두께(T)를 포함할 수 있다. 상기 YSZ 회로기판(270)의 두께(T)가 20㎛ 미만일 경우, 기계적 강도 저하로 크랙 등의 불량이 발생할 수 있다. 상기 YSZ 회로기판(270)의 두께(T)가 100㎛ 초과일 경우, 유연성이 저하될 수 있다.
실시 예의 상기 YSZ 회로기판(270)은 산화지르코늄에 산화이트륨을 첨가한 절연층(271), 배선층(273) 및 보호층(275)을 포함할 수 있다. 상기 배선층(273)은 상기 절연층(271)의 상면, 하면 및 내부에 배치될 수 있다. 상기 보호층(275)은 상기 배선층(273) 상에 배치될 수 있다.
상기 YSZ 회로기판(270)은 절연층(271)을 관통하는 비아홀(273h)을 포함할 수 있다. 상기 배선층(273)은 상기 절연층(271) 상에 배치된 제1 배선(273t), 상기 비아홀(273h)에 배치된 제2 배선(273c), 및 상기 절연층(271) 아래에 배치된 제2 배선(273b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 배선(273t, 273c, 273b)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 배선(273c)은 상기 비아홀(273h)내에 배치될 수 있다. 상기 제2 배선(273c)의 상면은 상기 제1 배선(273t)의 하면과 접하고, 상기 제2 배선(273c)의 하면은 상기 제3 배선(273b)의 상면과 접할 수 있다.
다른 실시 예는 상기 제1 내지 제3 배선(273t, 273c, 273b) 구조에 의해 YSZ 회로기판(270)의 상면 및 하면에 배선면적을 제공하여 일면에 배선면적을 갖는 일 실시 예의 YSZ 회로기판(170)보다 배선 면적이 증가할 수 있다. 따라서, 다른 실시 예는 YSZ 회로기판(270)의 상면 및 하면에 배치된 배선층(273)의 자유로운 설계 디자인에 의해 상기 YSZ 회로기판(270)의 배선을 형성하기 위한 면적을 줄일 수 있다.
다른 실시 예는 100㎛ 이하의 두께(T)를 갖는 상기 YSZ 회로기판(270)을 포함하여 강도를 유지하면서, 유연성을 갖는 내열성이 우수한 반도체 소자 패키지(10B)를 제공할 수 있다.
다른 실시 예의 반도체 소자(100)는 플립칩 구조로써, 제1 및 제2 전극(151, 153)이 내열성이 우수한 상기 YSZ 회로기판(270)과 본딩층(160)에 의해 결합되어 방열 특성이 향상될 수 있다.
또한, 다른 실시 예는 high power의 반도체 소자(100)의 열에 의한 신뢰성 저하를 개선할 수 있다.
또한, 다른 실시 예는 내습성 및 기계적 강도가 향상되어 반도체 소자 패키지(10B)의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 조명시스템의 분해 사시도이다.
실시 예에 따른 조명시스템은 커버(2100), 광원 모듈(2200), 방열체(2400), 전원 제공부(2600), 내부 케이스(2700), 소켓(2800)을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 조명 장치는 부재(2300)와 홀더(2500) 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(2200)은 실시 예에 따른 발광소자 또는 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(2200)은 광원부(2210), 연결 플레이트(2230), 커넥터(2250)를 포함할 수 있다. 상기 부재(2300)는 상기 방열체(2400)의 상면 위에 배치되고, 복수의 광원부(2210)들과 커넥터(2250)이 삽입되는 가이드홈(2310)들을 갖는다.
상기 홀더(2500)는 내부 케이스(2700)의 절연부(2710)의 수납홈(2719)를 막는다. 따라서, 상기 내부 케이스(2700)의 상기 절연부(2710)에 수납되는 상기 전원 제공부(2600)는 밀폐된다. 상기 홀더(2500)는 가이드 돌출부(2510)를 갖는다.
상기 전원 제공부(2600)는 돌출부(2610), 가이드부(2630), 베이스(2650), 연장부(2670)를 포함할 수 있다. 상기 내부 케이스(2700)는 내부에 상기 전원 제공부(2600)와 함께 몰딩부를 포함할 수 있다. 몰딩부는 몰딩 액체가 굳어진 부분으로서, 상기 전원 제공부(2600)가 상기 내부 케이스(2700) 내부에 고정될 수 있도록 한다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 상기 조명시스템 외에 백라이트 유닛, 조명 유닛, 디스플레이 장치, 지시 장치, 램프, 가로등, 차량용 조명장치, 차량용 표시장치, 스마트 시계 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 상술한 도 1 내지 도 4의 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지를 차량용 램프에 적용한 것을 예시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예 따른 차량용 램프(1000)는 는 도 1 내지 도 3의 실시 예의 발광 소자 패키지(10A, 10B)를 포함하는 발광모듈이 포함될 수 있다.
상기 발광모듈은 YSZ 회로기판의 유연성에 의해 그 자체가 유연성을 가질 수 있다. 즉, 상기 발광모듈은 상기 차량용 램프(1000)의 굴곡 영역들(1000c)에 용이하게 배치될 수 있다.
상기 발광모듈은 굴곡이 형성된 차량용 헤드라이트 하우징에도 용이하게 장착 가능하며, 이에 따라 하우징과 결합한 완제품의 디자인 자유도를 향상시킬 수 있는 효과 및 디자인 자유도 향상에도 불구하고 균일한 휘도 및 조도를 확보할 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다. 나아가, 그리고 기계적 강도, 내열 및 내습성이 우수한 특징으로 차량용 조명으로 적용될 수 있다.
특히, 실시 예의 발광모듈(1000)은 협소한 공간에도 유연성 및 우수한 기계적 강도의 특징으로 적용가능하며, 열에 의한 발광소자의 발광효율 저하 등의 신뢰성을 개선하여 외부에 노출되어 온도변화가 다양한 차량용 램프로 구현할 수 있다.
상술한 발광소자 패키지는 조명 시스템의 광원으로 사용될 수 있다. 상기 발광소자 패키지는 예컨대 영상표시장치의 광원이나 조명 장치 등의 광원으로 사용될 수 있다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있으며, 또한 이동 단말기의 광원으로 사용될 수도 있다.
발광소자는 상술한 발광 다이오드 외에 레이저 다이오드가 있다.
레이저 다이오드는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 그리고, p-형의 제1 도전형 반도체와 n-형의 제2 도전형 반도체를 접합시킨 뒤 전류를 흘러주었을 때 빛이 방출되는 electro-luminescence(전계발광) 현상을 이용하나, 방출되는 광의 방향성과 위상에서 차이점이 있다. 즉, 레이저 다이오드는 여기 방출(stimulated emission)이라는 현상과 보강간섭 현상 등을 이용하여 하나의 특정한 파장(단색광, monochromatic beam)을 가지는 빛이 동일한 위상을 가지고 동일한 방향으로 방출될 수 있으며, 이러한 특성으로 인하여 광통신이나 의료용 장비 및 반도체 공정 장비 등에 사용될 수 있다.
수광 소자로는 빛을 검출하여 그 강도를 전기 신호로 변환하는 일종의 트랜스듀서인 광 검출기(photodetector)를 예로 들 수 있다. 이러한 광 검출기로서, 광전지(실리콘, 셀렌), 광도전 소자(황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴), 포토 다이오드(예를 들어, visible blind spectral region이나 true blind spectral region에서 피크 파장을 갖는 PD), 포토 트랜지스터, 광전자 증배관, 광전관(진공, 가스 봉입), IR(Infra-Red) 검출기 등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 광검출기와 같은 반도체 소자는 일반적으로 광변환 효율이 우수한 직접 천이 반도체(direct bandgap semiconductor)를 이용하여 제작될 수 있다. 또는, 광검출기는 구조가 다양하여 가장 일반적인 구조로는 p-n 접합을 이용하는 pin형 광검출기와, 쇼트키접합(Schottky junction)을 이용하는 쇼트키형 광검출기와, MSM(Metal Semiconductor Metal)형 광검출기 등이 있다.
포토 다이오드(Photodiode)는 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있고, pn접합 또는 pin 구조로 이루어진다. 포토 다이오드는 역바이어스 혹은 제로바이어스를 가하여 동작하게 되며, 광이 포토 다이오드에 입사되면 전자와 정공이 생성되어 전류가 흐른다. 이때 전류의 크기는 포토 다이오드에 입사되는 광의 강도에 거의 비례할 수 있다.
광전지 또는 태양 전지(solar cell)는 포토 다이오드의 일종으로, 광을 전류로 변환할 수 있다. 태양 전지는, 발광소자와 동일하게, 상술한 구조의 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
또한, p-n 접합을 이용한 일반적인 다이오드의 정류 특성을 통하여 전자 회로의 정류기로 이용될 수도 있으며, 초고주파 회로에 적용되어 발진 회로 등에 적용될 수 있다.
또한, 상술한 반도체 소자는 반드시 반도체로만 구현되지 않으며 경우에 따라 금속 물질을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수광 소자와 같은 반도체 소자는 Ag, Al, Au, In, Ga, N, Zn, Se, P, 또는 As 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으며, p형이나 n형 도펀트에 의해 도핑된 반도체 물질이나 진성 반도체 물질을 이용하여 구현될 수도 있다. 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반도체 소자
170, 270: YSZ 회로기판

Claims (8)

  1. YSZ(산화이트륨 안정화 지르코니아, Yttria-Stabilized Zirconia) 회로기판;
    상기 YSZ 회로기판 상에 플립 칩 구조의 반도체 소자; 및
    상기 YSZ 회로기판과 상기 반도체 소자 사이에 배치된 본딩층을 포함하고,
    상기 YSZ 회로기판은 100㎛ 이하의 두께를 포함하는 반도체 소자 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 YSZ 회로기판은,
    상기 반도체 소자가 실장되는 소자 실장부 및 외부의 구동신호가 제공되는 연결 패드부를 포함하는 반도체 소자 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 YSZ 회로기판은,
    산화지르코늄에 산화이트륨을 첨가한 절연층;
    상기 절연층 상에 배선층;
    상기 배선층 상에 보호층을 포함하고,
    상기 소자 실장부에는 상기 보호층으로부터 상기 배선층의 상면이 노출된 반도체 소자 패키지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 YSZ 회로기판은,
    상기 절연층을 관통하는 비아홀을 더 포함하고,
    상기 배선층은 상기 절연층의 일면 상에 제1 배선, 상기 비아홀 내에 제2 배선, 상기 절연층의 타면 상에 제3 배선을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 배선은 서로 연결된 반도체 소자 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 YSZ 회로기판은 20㎛ 내지 50㎛의 두께를 포함하는 반도체 소자 패키지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 본딩층은 AuSn, NiSn 중 어느 하나를 포함하는 반도체 소자 패키지.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 반도체 소자는 플립 칩 타입으로 상기 배선층과 상기 본딩층에 의해 연결되는 제1 및 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극 상에 배치된 발광 구조물; 및
    상기 발광 구조물 상에 배치된 기판을 포함하는 반도체 소자 패키지.
  8. 청구항 1 내지 중 어느 하나의 반도체 소자 패키지를 포함하는 조명 시스템.
KR1020160127054A 2016-09-30 2016-09-30 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템 KR20180036427A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160127054A KR20180036427A (ko) 2016-09-30 2016-09-30 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160127054A KR20180036427A (ko) 2016-09-30 2016-09-30 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180036427A true KR20180036427A (ko) 2018-04-09

Family

ID=61977969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160127054A KR20180036427A (ko) 2016-09-30 2016-09-30 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180036427A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190165226A1 (en) Semiconductor element package
KR102417710B1 (ko) 반도체 소자 패키지 및 그 제조 방법
KR102434368B1 (ko) 반도체 소자
KR102537073B1 (ko) 반도체 소자 패키지
KR20180001051A (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 발광소자 패키지
KR20180000367A (ko) 반도체 소자
KR102623610B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 발광소자 패키지
KR102363036B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR102572515B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 구비한 조명 장치
KR102571788B1 (ko) 반도체 소자, 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치
KR20180036427A (ko) 반도체 소자 패키지 및 조명 시스템
KR20190056133A (ko) 반도체 소자
KR20170135381A (ko) 반도체 소자 패키지
KR20190098625A (ko) 반도체 소자
KR20190109848A (ko) 반도체 소자
KR20180090529A (ko) 반도체 소자 패키지
KR102468809B1 (ko) 반도체 소자
KR20180057144A (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 패키지
KR20180074263A (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 반도체 소자 패키지
KR20170124283A (ko) 반도체 소자 패키지
KR20180009266A (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 발광소자 패키지
KR102632216B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 반도체 소자 패키지
KR102385938B1 (ko) 반도체 소자 패키지
KR102648675B1 (ko) 반도체 소자 및 이를 갖는 반도체 소자 패키지
KR102470302B1 (ko) 반도체 소자 패키지