KR20180041489A - 발광소자 패키지 - Google Patents

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KR20180041489A
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solder
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김원중
임창만
송준오
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시 예는, 제1전극 및 제2전극을 포함하는 발광소자; 상기 발광소자가 배치되는 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 몸체 내부에 배치되는 제1, 제2리드프레임; 및 상기 제1전극과 제1리드프레임을 전기적으로 연결하는 제1솔더, 및 상기 제2전극과 제2리드프레임을 전기적으로 연결하는 제2솔더를 포함하고, 상기 몸체는 상기 바닥면에 배치되는 제1홈과 제2홈을 포함하고, 상기 제1솔더는 상기 제1홈에 배치되고, 상기 제2솔더는 상기 제2홈에 배치되는 발광소자 패키지를 개시한다.

Description

발광소자 패키지{LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저 전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
일반적으로 발광소자 패키지는 리드프레임에 Sn-Ag-Cu(SAC) 솔더를 바른 후 그 위에 발광 다이오드를 실장하여 전기적으로 연결한다. 그러나, SAC 솔더는 융점이 낮아 발광소자 패키지를 메인 기판에 연결하기 위한 리플로우 공정시 다시 용융되는 문제가 있다.
또한, 솔더 페이스트를 정확한 위치에 도포하거나 정량으로 도포하기 어려워 광 손실이 발생하는 문제가 있다.
실시 예는 솔더의 재용융이 방지되어 신뢰성이 향상된 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
또한, 광 특성이 향상된 발광소자 패키지를 제공할 수 있다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 제1전극 및 제2전극을 포함하는 발광소자; 상기 발광소자가 배치되는 캐비티를 포함하는 몸체; 상기 몸체 내부에 배치되는 제1, 제2리드프레임; 및 상기 제1전극과 제1리드프레임을 전기적으로 연결하는 제1솔더, 및 상기 제2전극과 제2리드프레임을 전기적으로 연결하는 제2솔더를 포함하고, 상기 몸체는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 제1홈과 제2홈을 포함하고, 상기 제1솔더는 상기 제1홈에 배치되고, 상기 제2솔더는 상기 제2홈에 배치된다.
상기 캐비티의 바닥면에 배치되어 상기 발광소자의 적어도 일부를 수용하는 리세스를 포함할 수 있다.
상기 발광소자의 측면과 상기 리세스 사이의 최단 거리는 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
상기 제1, 제2솔더의 융점은 230℃ 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2솔더는 Au, Ag, Sn, Pb, Sb, In, AuSn, AgSn, SnSb, SnAgSb, PbIn, PbSn, PbSnAg, PbInAg, PbAg 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광소자는, 제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물; 상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및 상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극을 포함할 수 있다.
상기 발광소자와 상기 바닥면 사이의 이격거리는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
상기 발광소자와 상기 바닥면 사이에 배치되는 반사층을 포함할 수 있다.
상기 바닥면에 배치되는 반사패턴을 포함할 수 있다.
상기 솔더는 상기 리드프레임에 열 압착될 수 있다.
상기 캐비티에 배치되는 파장변환층을 포함할 수 있다.
상기 캐비티 내에 배치되어 상기 발광소자를 덮는 파장변환층, 및 상기 캐비티 내부에 배치되고 상기 파장변환층상에 배치되는 투광층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 발광소자가 배치되는 캐비티를 포함하는 몸체; 및 상기 몸체의 내부에 배치되고 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 제1, 제2리드프레임을 포함하고, 상기 제1, 제2리드프레임은, 메인 프레임, 상기 메인 프레임에서 상기 캐비티를 향해 돌출되어 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 돌출부, 상기 메인 프레임의 외측에서 상기 발광소자를 향해 절곡된 절곡부, 상기 절곡부에 연결된 끝단부, 및 상기 끝단부에 돌출된 돌기부를 포함한다.
상기 메인 프레임은 상기 몸체의 바닥으로 노출될 수 있다.
상기 돌기부는 몸체의 측면으로 노출될 수 있다.
실시 예에 따르면, 솔더의 재용융이 방지되어 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 패키지 내부의 반사 효율을 높여 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
또한, 간단한 공정에 의해 발광소자를 실장할 수 있다.
또한, 굴절률을 조절하여 광 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이고,
도 2a는 본 발명의 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 2b는 도 1의 제1, 제2리드프레임을 보여주는 도면이고,
도 3은 도 2a의 변형예이고,
도 4는 발광소자의 개념도이고,
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 6은 발광소자 패키지가 회로기판에 실장되는 구성을 보여주는 개념도이고,
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제4실시예의 제조방법을 보여주는 도면이고,
도 10은 본 발명의 제5실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고,
도 11은 반사패턴의 다양한 형상을 보여주는 도면이고,
도 12는 본 발명의 제6실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
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.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 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 element 사이에 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.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지의 사시도이고, 도 2a는 본 발명의 제1실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고, 도 2b는 도 1의 제1, 제2리드프레임을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2a의 변형예이다.
도 1 및 도 2a를 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(10A)는, 제1전극(171) 및 제2전극(172)을 포함하는 발광소자(100), 발광소자(100)가 배치되는 캐비티(11)를 포함하는 몸체(1), 몸체(1)의 내부에 배치되는 제1, 제2리드프레임(31, 32), 및 제1전극(171)과 제1리드프레임(31)을 전기적으로 연결하는 제1솔더(41) 및 상기 제2전극(172)과 제2리드프레임(32)을 전기적으로 연결하는 제2솔더(42)를 포함한다.
몸체(1)는 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board), 세라믹 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 몸체(1)는 사출 성형, 에칭 공정 등에 의해 형성될 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다.
몸체(1)는 발광소자(100)가 배치되는 캐비티(11)를 형성할 수 있다. 캐비티(11)를 위에서 바라본 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 모서리가 곡선인 형상일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
몸체(1)는 캐비티(11)의 바닥면(12)에 배치되는 제1홈(15)과 제2홈(16)을 포함할 수 있다. 제1홈(15)과 제2홈(16)은 바닥면(12)을 관통하여 제1, 제2리드프레임(31, 32)을 각각 바닥면(12)으로 노출시킬 수 있다.
제1, 제2리드프레임(31, 32)은 발광소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1, 제2리드프레임(31, 32)은 전기적인 극성이 서로 다른 한 쌍일 수 있다. 전기적 극성이 서로 다른 제1, 제2리드프레임(31, 32)은 발광소자(100)의 두 개의 전극(171, 172)과 각각 연결되어, 발광소자(100)에 전원을 공급할 수 있다.
제1솔더(41)는 제1전극(171)과 제1리드프레임(31)을 전기적으로 연결하고, 제2솔더(42)는 제2전극(172)과 제2리드프레임(32)을 전기적으로 연결할 수 있다.
제1솔더(41)는 제1홈(15)의 내부에 배치되고, 제2솔더(42)는 제2홈(16)의 내부에 배치될 수 있다. 따라서, 솔더의 퍼짐 현상을 완화할 수 있다. 솔더의 퍼짐 현상이란 시간이 경과함에 따라 중력에 의해 솔더의 면적이 넓어지는 현상으로 정의할 수 있다. 또한, 홈에 솔더를 충진하므로 정확한 위치에 도포할 수 있고, 정량으로 도포할 수 있다. 따라서, 솔더링시 발광소자(100)가 정위치에서 틀어지는 문제를 방지할 수 있다.
제1, 제2솔더(41, 42)는 페이스트 상태로 제1, 제2홈(15, 16)에 배치된 후 리플로우 공정에 의해 발광소자(100)와 리드프레임(31, 32)를 고정할 수 있다. 제1, 제2솔더(41, 42)의 상면은 제1홈(15)의 외부로 돌출되어 발광소자(100)의 전극과 솔더링될 수도 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
캐비티(11)는 발광소자(100)의 일부를 수용하는 리세스(14)를 포함할 수 있다. 리세스(14)와 캐비티(11) 사이에는 단차(17)가 형성될 수 있다. 캐비티(11)의 바닥면은 리세스(14)가 형성된 영역의 바닥면(12)으로 정의할 수 있다. 리세스(14)는 바닥면(12)에서 상향 돌출된 구조일 수도 있다. 리세스(14)의 폭은 캐비티(11)의 폭보다 작을 수 있다.
리세스(14)의 높이는 발광소자의 전체 높이의 1/3지점 이하일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 발광소자(100)는 리세스(14)에 일부 수용되어 솔더링에 의해 위치가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.
발광소자(100)의 측면과 리세스(14) 사이의 최단 거리(d2)는 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 거리가 100㎛보다 작은 경우에는 발광소자(100)를 실장하는 공정 마진이 작아지는 문제가 있으며, 300㎛보다 큰 경우에는 솔더링시 발광소자(100)가 정해진 위치에서 회전 또는 이탈하는 문제가 있다.
캐비터의 바닥면(12)은 반사층 역할을 수행하여 광 추출 효과 및 광속이 향상될 수 있다. 이때, 발광소자(100)의 하부에서 출사된 광을 반사하기 위해 발광소자(100)와 바닥면(12) 사이의 거리(d1)는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 반사층 구조는 이하 후술한다. 또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 후술하는 반사패턴, 고융점 솔더의 특징을 포함할 수도 있다.
파장변환층(20)은 캐비티(11)의 내부에 배치될 수 있다. 파장변환층(20)에 분산된 파장변환입자는 발광소자(100)에서 방출된 광을 흡수하여 백색광으로 변환할 수 있다. 예를 들면, 파장변환입자는 형광체, QD(Quantum Dot) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
형광체는 YAG계, TAG계, Silicate계, Sulfide계 또는 Nitride계 중 어느 하나의 형광물질이 포함될 수 있으나, 실시 예는 형광체의 종류에 특별히 제한되지 않는다. 발광소자(100)가 UV LED인 경우 형광체는 청색 형광체, 녹색 형광체, 및 적색 형광체가 선택될 수 있다. 발광소자(100)가 청색 LED인 경우 형광체는 녹색 형광체 및 적색 형광체가 선택되거나, 황색 형광체(YAG)가 선택될 수 있다.
YAG 및 TAG계 형광체는 (Y, Tb, Lu, Sc, La, Gd, Sm)3(Al, Ga, In, Si, Fe)5(O, S)12:Ce 중에서 선택하여 사용가능하며, Silicate계 형광물질에는 (Sr, Ba, Ca, Mg)2SiO4: (Eu, F, Cl) 중에서 선택 사용 가능하다.
또한, Sulfide계 형광체는 (Ca,Sr)S:Eu, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu 중에서 선택하여 사용가능하며, Nitride계 형광체는 (Sr, Ca, Si, Al, O)N:Eu (예, CaAlSiN4:Eu β-SiAlON:Eu) 또는 Ca-α SiAlON:Eu계인 (Cax,My)(Si,Al)12(O,N)16일 수 있다. 여기서 M 은 Eu, Tb, Yb 또는 Er 중 적어도 하나의 물질이며 0.05<(x+y)<0.3, 0.02<x<0.27 및 0.03<y<0.3을 만족하는 형광체 성분 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
적색 형광체는, N(예, CaAlSiN3:Eu)을 포함하는 질화물(Nitride)계 형광체이거나 KSF(K2SiF6) 형광체일 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 제1, 제2리드프레임(31, 32)은 몸체(1)의 내부에 배치될 수 있다. 제1, 제2리드프레임(31, 32)는 몸체(1)의 바닥으로 노출될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 제1, 제2리드프레임(31, 32)의 측면이 몸체(1)의 측면으로 노출될 수도 있다.
제1, 제2리드프레임(31, 32)은 각각 메인 프레임(31a, 32a), 메인 프레임(31a, 32a)의 일면에 배치되어 발광소자(100)와 전기적으로 연결되는 돌출부(31d, 32d), 메인 프레임(31a, 32a)의 외측에서 발광소자(100)를 향해 절곡된 절곡부(31f, 32f), 및 절곡부(31f, 32f)에 연결된 끝단부(31b, 32b)를 포함할 수 있다.
돌출부(31d, 32d)는 제1, 제2리드프레임(31, 32)과 몸체(1)의 결합력을 향상시키고, 외부에서 수분 및 불순물이 침투하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 돌출부(31d, 32d)는 바닥면(12)과 동일한 위치에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제1홈(15)과 제2홈(16)이 형성된 경우에는 바닥면(12)보다 낮은 위치에 배치될 수도 있다.
제1, 제2돌출부(31d, 32d) 사이의 최단 거리는 제1, 제2리드프레임(31, 32)이 서로 마주보는 제1, 제2측면(31e, 32e) 사이의 최단 거리보다 길게 배치될 수 있다. 몸체(1)는 제1, 제2돌출부(31d, 32d)와 제1, 제2측면(31e, 32e)에 의해 정의되는 T 영역(T-Zone)을 가질 수 있다. 실시 예에 따르면, 제1, 제2돌출부(31d, 32d)가 리드프레임의 측면(31e, 32e)에 배치되지 않으므로 몸체와의 결합력이 향상되고 수분 침투 경로가 길어져 패키지의 신뢰성이 향상될 수 있다.
절곡부(31f, 32f)는 발광소자(100)를 향해 절곡되고, 끝단부(31b, 32b)는 절곡부(31f, 32f)와 연결될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 수분 침투 경로가 길어져 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제1, 제2리드프레임의 끝단부(31b, 32b)에는 돌기부(31c, 32c)가 돌출될 수 있다. 돌기부(31c, 32c)는 복수 개의 리드프레임을 연결하는 브릿지일 수 있다. 즉, 제조 과정에서 제1돌기부(31c)는 제2방향(Y방향)으로 제1리드프레임(31)을 복수 개 연결할 수 있고, 제2돌기부(32c)는 제2방향(Y방향)으로 제2리드프레임(32)을 복수 개 연결할 수 있다.
복수 개의 리드프레임에 각각 발광소자와 몸체를 배치하여 패키지를 제작하면, 돌기부(31c, 32c)를 컷팅하여 복수 개의 패키지로 분리할 수 있다. 따라서, 돌기부(31c, 32c)는 몸체(1)의 측면으로 노출될 수 있다(도 1 참조). 돌기부(31c, 32c)는 패키지 분리시 컷팅되므로 부식 등을 방지하기 위한 리드 프레임의 코팅층이 제거된 상태일 수 있다.
돌기부(31c, 32c)는 제1방향(X방향)으로 각각 2개가 배치되고, 제2방향(Y방향)으로 제1리드프레임(31)은 1개, 제2리드프레임(32)은 2개가 배치될 수 있다. 그러나, 각 리드프레임에 배치된 돌기부(31c, 32c)의 개수는 반드시 이에 한정되지 않는다.
제1리드프레임(31)의 메인 프레임(31a)은 제2리드프레임(32)의 메인 프레임(32a)과 마주보는 측면에 볼록부(31e)가 형성될 수 있다. 또한, 제2리드프레임(32)의 메인 프레임(32a)은 볼록부(31e)를 수용하는 오목부(32e)를 포함할 수 있다. 그러나, 볼록부(31e)와 오목부(32e)의 위치는 반대일 수도 있다.
도 3을 참고하면, 제1, 제2솔더(41, 42)는 제1, 제2홈(15, 16)의 내부에 배치되고 외부로 노출되지 않을 수 있다. 따라서, 솔더가 퍼지는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
이때, 발광소자(100)의 전극(171, 172)는 제1, 제2홈(15, 16)에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제1, 제2홈(15, 16)의 면적은 발광소자(100)의 전극 면적의 1.1배 내지 2.0배일 수 있다. 제1, 제2홈(15, 16)의 면적이 1.1배 보다 작은 경우 공정마진이 작아 공차 발생시 발광소자가 삽입되지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 면적이 2.0배보다 큰 경우 솔더의 양이 많이 소모되며 광 반사면적이 줄어들 수 있다.
바닥면은 제1홈(15)과 제2홈(16)의 사이의 중앙영역(12a)이 외측 영역(12b)보다 낮게 배치될 수 있다. 중앙영역(12a)이 외측 영역(12b)과 동일한 높이를 갖는 경우 발광소자(100)와 바닥면(12) 사이의 거리를 10㎛ 내지 100㎛로 유지하기 어려울 수 있다.
도 4는 발광소자의 개념도이다.
도 4를 참고하면, 실시 예의 발광소자(100)는 기판(110)의 하부에 배치되는 발광 구조물(120), 발광 구조물(120)의 일 측에 배치되는 한 쌍의 전극(171, 172)을 포함한다.
기판(110)은 전도성 기판(110) 또는 절연성 기판(110)을 포함한다. 기판(110)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질이나 캐리어 웨이퍼일 수 있다. 기판(110)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 필요에 따라 기판(110)은 제거될 수 있다.
제1도전형 반도체층(121)과 기판(110) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 기판(110) 상에 구비된 발광 구조물(120)과 기판(110)의 격자 부정합을 완화할 수 있다.
발광 구조물(120)은 제1도전형 반도체층(121), 활성층(122), 및 제2도전형 반도체층(123)을 포함한다. 일반적으로 상기와 같은 발광 구조물(120)은 기판(110)과 함께 절단하여 복수 개로 분리될 수 있다. 발광 구조물(120)의 파장대는 특별히 제한하지 않는다. 발광 구조물(120)은 가시광 영역대, 자외선 영역대, 및 적외선 파장대의 광을 출사할 수 있다.
제1도전형 반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도전형 반도체층(121)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(121)은 Inx1Aly1Ga1 -x1- y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1도전형 반도체층(121)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(122)은 제1도전형 반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2도전형 반도체층(123)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(122)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(122)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(122)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2도전형 반도체층(123)은 활성층(122) 상에 형성되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(123)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(123)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2도전형 반도체층(123)은 p형 반도체층일 수 있다.
제1전극(171)는 제1도전형 반도체층(121)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제2전극(172)은 제2도전형 반도체층(123)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2전극(171, 172)은 Ti, Ru, Rh, Ir, Mg, Zn, Al, In, Ta, Pd, Co, Ni, Si, Ge, Ag 및 Au와 이들의 선택적인 합금 중에서 선택될 수 있다.
실시 예에서는 수평형 발광소자의 구조로 설명하였으나, 반드시 이에 한정하지 않는다. 예시적으로 실시 예에 따른 발광소자는 플립칩 구조일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고, 도 6은 발광소자 패키지가 회로기판에 실장되는 구성을 보여주는 개념도이다.
도 5를 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(10B)는 캐비티(11)를 포함하는 몸체(1)와, 캐비티(11)에 배치되는 발광소자(100), 발광소자(100)와 전기적으로 연결되는 리드프레임(31, 32), 및 리드프레임(31, 32)과 발광소자(100)의 전극 사이에 배치되는 솔더(41, 42)를 포함한다.
솔더(41, 42)는 발광소자(100)의 전극과 리드프레임(31, 32) 사이에 배치될 수 있다. 솔더(41, 42)는 페이스트 상태로 발광소자(100)와 리드프레임(31, 32) 사이에 배치된 후 리플로우 공정에 의해 용융되어 발광소자(100)를 리드프레임(31, 32)에 고정할 수 있다.
솔더(41, 42)는 융점이 230℃ 이상일 수 있다. 예시적으로 솔더(41, 42)는 Au, Ag, Sn, Pb, Sb, In, AuSn, AgSn, SnSb, SnAgSb, PbIn, PbSn, PbSnAg, PbInAg, PbAg 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6을 참고하면, 솔더(41, 42)가 저온 솔더인 경우, 발광소자(100)를 회로기판(2)에 표면 실장(SMT)시 발광소자(100)의 리드프레임(31, 32)과 회로기판의 전극(4)에 솔더링(3)한 후 리플로우 하는 과정에서 발광소자(100)의 솔더(41, 42)가 다시 용융될 수 있다.
그러나, 실시 예에서는 솔더(41, 42)의 융점이 230℃ 이상이므로 회로기판과 솔더링을 위해 리플로우 공정을 진행하여도 솔더(41, 42)가 용융되지 않는다. 따라서, 솔더(41, 42)의 재용융시 솔더에 크랙이 발생하는 문제, 또는 솔더가 일부 영역에 형성되지 않는 문제가 해소되므로 패키지의 신뢰성이 향상될 수 있다. 또한, 패키지의 고출력이 가능해질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 7을 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(10C)는 캐비티(11)를 포함하는 몸체(1)와, 캐비티(11)에 배치되는 발광소자(100), 발광소자(100)와 전기적으로 연결되는 리드프레임(31, 32), 및 발광소자(100)와 바닥면(12) 사이에 배치되는 반사층(50)을 포함할 수 있다.
반사층(50)은 기재에 반사 입자가 분산된 구조일 수 있다. 기재는 광 투과성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 및 아크릴 수지 중 어느 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 고분자 수지는 실리콘 수지일 수 있다. 반사 입자는 TiO2 또는 SiO2와 같은 입자를 포함할 수 있다. 반사층(50)은 화이트 실리콘일 수 있다.
반사층(50)은 바닥면(12)에 전체적으로 배치될 수 있다. 따라서, 캐비티(11)의 하부로 출사된 광(L1)이 상측으로 반사될 수 있다. 따라서, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
반사층(50)은 언더필 공정과 유사하게 형성할 수 있다. 예시적으로 입자가 분산된 기재를 바닥면(12)에 충진한 후 캐비티(11) 내부를 진공상태로 만들면 모세관 현상에 의해 바닥면(12)에 반사층(50)이 균일한 두께로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제4실시예의 제조방법을 보여주는 도면이다.
도 8을 참고하면, 솔더(41, 42)는 전극(171, 172)에 증착된 후 열 압착에 의해 제1, 제2리드프레임(31, 32)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이 솔더(41, 42)는 융점이 230℃ 이상일 수 있다. 예시적으로 솔더(41, 42)는 Au, Ag, Sn, Pb, Sb, In, AuSn, AgSn, SnSb, SnAgSb, PbIn, PbSn, PbSnAg, PbInAg, PbAg 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 9a를 참고하면, 발광소자(100)의 전극(171, 172)에는 각각 솔더(41, 42)를 미리 증착할 수 있다. 이때, 바닥면(12)으로 노출된 리드프레임(31, 32)에는 플럭스(60)를 미리 형성할 수 있다.
플럭스(60)는 특별히 한정하지는 않지만 접착성분을 갖는 다양한 기재가 선택될 수 있다. 예를 들어, 송진, 수지, 또는 무기산, 아민, 유기산 등의 환원제를 들 수 있다. 플럭스(60)는 RMA 플럭스일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 플럭스(60)는 용융된 도전성 성분의 표면이나 상하 전극의 표면의 산화물 등의 표면 이물질을 환원시켜 가용성 및 가융성의 화합물로 변화시켜 제거하는 기능을 수행할 수 있다.
도 9b를 참고하면, 플럭스(60)는 측면으로 밀려나면서 솔더(41, 42)는 리드프레임(31, 32)과 접촉하게 된다. 이때, 플럭스(60)는 점착성에 의해 솔더(41, 42)를 고정할 수 있다. 즉, 발광소자(100)의 전극에 증착된 솔더(41, 42)는 플럭스(60)에 의해 리드프레임(31, 32)에 고정될 수 있다. 이후, 솔더(41, 42)는 열 압착에 의해 리드프레임(31, 32) 상에 고정될 수 있다.
플럭스(60)는 솔더(41, 42)가 리드프레임(31, 32)에 고정된 후 제거될 수 있다.
이러한 구성에 의하면 솔더의 퍼짐 현상, 일부 솔더 페이스트가 일부 영역에 미충전되는 문제 등 기존에 SAC 솔더 사용시 발생하는 문제를 제거할 수 있는 장점이 있다.
필요에 따라, 바닥면(12)에 반사층(50)을 충진하여 경화시킬 수 있다. 반사층(50)은 기재에 반사 입자가 분산된 구조일 수 있다. 기재는 광 투과성 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 요소 수지, 및 아크릴 수지 중 어느 하나 이상일 수 있다. 일 예로, 고분자 수지는 실리콘 수지일 수 있다. 반사 입자는 TiO2 또는 SiO2와 같은 입자를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제5실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이고, 도 11은 반사패턴의 다양한 형상을 보여주는 도면이다.
도 10을 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(10E)는 캐비티(11)를 포함하는 몸체(1)와, 캐비티(11)에 배치되는 발광소자(100), 발광소자(100)와 전기적으로 연결되는 리드프레임(31, 32), 및 상기 바닥면(12)에 배치되는 반사패턴(13)을 포함할 수 있다.
반사패턴(13)은 솔더(41, 42)가 배치되는 영역을 제외한 나머지 바닥면(12)에 전체적으로 형성될 수 있다. 반사패턴(13)은 바닥면(12)을 패터닝하여 형성할 수도 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 별도 재질을 바닥면(12)에 코팅하여 형성할 수도 있다.
발광소자(100)에서 바닥면(12)을 향해 출사된 광은 반사패턴(13)에 의해 상측으로 반사될 수 있다. 따라서, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
반사패턴(13)은 양각 또는 음각의 렌즈 패턴일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 또한, 반사패턴(13)은 렌즈 형상에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예시적으로 도 11b와 같이 반사패턴(13)은 프리즘 형상(13a)일 수도 있고 도 11c와 같이 격자 라인(13b)으로 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제6실시 예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 12를 참고하면, 발광소자 패키지(10F)의 캐비티(11)는 단차부가 배치되는 제1캐비티(11a) 및 제1캐비티(11a) 상에 배치되는 제2캐비티(11b)를 포함할 수 있다. 이때, 단차부의 높이는 발광소자(100)가 전부 수용될 수 있을 정도의 높이를 가질 수 있다.
파장변환층(20)은 제1캐비티(11)에 배치되어 발광소자(100)에서 방출되는 광의 파장을 변환할 수 있다. 예시적으로 파장변환층(20)은 발광소자(100)에서 방출되는 광을 백색광으로 변환할 수 있는 정도의 두께를 가질 수 있다.
투광층(21)은 제2캐비티(11)에 배치될 수 있다. 투광층(21)은 굴절률이 공기보다 크고 파장변환층(20)보다 작은 다양한 재질의 필러가 선택될 수 있다. 필러는 수지에 굴절률을 조절할 수 있는 다양한 입자를 포함할 수 있다. 굴절률 조절 입자는 MgF2 BaF2 SiO2 BN Al2O3 Y2O3 ZnO ZrO2 ZnS TiO2 중 적어도 하나가 선택될 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
예시적으로 발광소자(100)의 굴절률이 2.0 내지 3.0이고, 파장변환층(20)의 굴절률이 1.5 내지 2.0이고, 투광층(21)의 굴절률은 1.1 내지 1.8일 수 있다. 이러한 구성에 의하면 단계적으로 굴절률이 작아져 패키지 내부에서 반사되는 광을 최소화할 수 있다. 따라서, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
실시 예의 발광소자 패키지는 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등의 광학 부재를 더 포함하여 이루어져 백라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또한, 실시 예의 발광소자 패키지는 표시 장치, 조명 장치, 지시 장치에 더 적용될 수 있다.
이 때, 표시 장치는 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 광학 시트, 디스플레이 패널, 화상 신호 출력 회로 및 컬러 필터를 포함할 수 있다. 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다.
반사판은 바텀 커버 상에 배치되고, 발광 모듈은 광을 방출한다. 도광판은 반사판의 전방에 배치되어 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하고, 광학 시트는 프리즘 시트 등을 포함하여 이루어져 도광판의 전방에 배치된다.
디스플레이 패널은 광학 시트 전방에 배치되고, 화상 신호 출력 회로는 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하며, 컬러 필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널은 백라이트 유닛의 광을 이용하여 영상을 구현할 수 있다.
그리고, 조명 장치는 기판과 실시 예의 발광소자 패키지를 포함하는 광원 모듈, 광원 모듈의 열을 발산시키는 방열부 및 외부로부터 제공받은 전기적 신호를 처리 또는 변환하여 광원 모듈로 제공하는 전원 제공부를 포함할 수 있다. 더욱이 조명 장치는, 램프, 해드 램프, 또는 가로등 등을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명 실시 예는 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 실시 예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명 실시 예가 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1: 몸체
11: 캐비티
12: 바닥면
15: 제1홈
16: 제2홈
41: 제1솔더부
42: 제2솔더부
100: 발광소자

Claims (16)

  1. 제1전극 및 제2전극을 포함하는 발광소자;
    상기 발광소자가 배치되는 캐비티를 포함하는 몸체;
    상기 몸체 내부에 배치되는 제1, 제2리드프레임; 및
    상기 제1전극과 제1리드프레임을 전기적으로 연결하는 제1솔더, 및 상기 제2전극과 제2리드프레임을 전기적으로 연결하는 제2솔더를 포함하고,
    상기 몸체는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 제1홈과 제2홈을 포함하고,
    상기 제1솔더는 상기 제1홈에 배치되고, 상기 제2솔더는 상기 제2홈에 배치되는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 바닥면에 배치되어 상기 발광소자의 적어도 일부를 수용하는 리세스를 포함하는 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광소자의 측면과 상기 리세스 사이의 최단 거리는 100㎛ 내지 300㎛인 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2솔더의 융점은 230℃ 이상인 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1, 제2솔더는 Au, Ag, Sn, Pb, Sb, In, AuSn, AgSn, SnSb, SnAgSb, PbIn, PbSn, PbSnAg, PbInAg, PbAg 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는,
    제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광구조물;
    상기 제1도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및
    상기 제2도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2전극을 포함하는 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자와 상기 바닥면 사이의 이격거리는 10㎛ 내지 100㎛인 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자와 상기 바닥면 사이에 배치되는 반사층을 포함하는 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 바닥면에 배치되는 반사패턴을 포함하는 발광소자 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 솔더는 상기 리드프레임에 열 압착된 발광소자 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티에 배치되는 파장변환층을 포함하는 발광소자 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티 내에 배치되어 상기 발광소자를 덮는 파장변환층, 및
    상기 캐비티 내부에 배치되고 상기 파장변환층상에 배치되는 투광층을 포함하는 발광소자 패키지.
  13. 발광소자가 배치되는 캐비티를 포함하는 몸체; 및
    상기 몸체의 내부에 배치되고 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 제1, 제2리드프레임을 포함하고,
    상기 제1, 제2리드프레임은,
    메인 프레임,
    상기 메인 프레임에서 상기 캐비티를 향해 돌출되어 상기 발광소자와 전기적으로 연결되는 돌출부,
    상기 메인 프레임의 외측에서 상기 발광소자를 향해 절곡된 절곡부,
    상기 절곡부에 연결된 끝단부, 및
    상기 끝단부에 돌출된 돌기부를 포함하는 발광소자 패키지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 메인 프레임은 상기 몸체의 바닥으로 노출되는 발광소자 패키지
  15. 제13항에 있어서,
    상기 돌기부는 몸체의 측면으로 노출되는 발광소자 패키지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2리드프레임의 돌출부 사이의 최단 거리는 상기 제1, 제2리드프레임이 마주보는 측면의 최단 거리보다 긴 발광소자 패키지.
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