KR20190039541A - 반사성 측면 코팅을 갖는 발광 디바이스 패키지 - Google Patents
반사성 측면 코팅을 갖는 발광 디바이스 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
n형 층과 p형 층 사이에 배치된 활성 영역을 갖는 반도체 구조체; 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기; 반도체 구조체 주위에 형성된 절연 측면 코팅; 및 절연 측면 코팅 위의 파장 변환기 주위에 형성되고, 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 갖는 반사성 측면 코팅을 포함하는 발광 디바이스가 개시된다.
Description
관련 출원들과의 상호 참조
본원은 완전히 기술한 것처럼 참조로 포함된, 2016년 7월 28일자 출원된 미국 가출원 번호 62/368,067호, 2016년 9월 27일자 출원된 유럽 특허 출원 번호 16190895.9호 및 2017년 7월 27일자 출원된 미국 정규출원 번호 15/661,196호를 우선권 주장한다.
본 개시내용은 일반적으로 발광 디바이스들에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반사성 측면 코팅을 갖는 발광 디바이스 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드들("LED들")은 일반적으로 다양한 응용들에서 광원들로서 사용된다. LED의 주 기능 부분은 반대 도전형들(p형과 n형)의 2개의 주입 층, 및 캐리어들의 주입이 일어나는 방사 재결합의 발광 활성 층을 포함하는 반도체 칩일 수 있다. 반도체 칩은 보통 진동 및 열적 손상에 대한 보호 외에, LED 칩과 외부 세계 간의 전기적 접속들을 제공하는 패키지 내에 배치된다.
LED 패키징은 LED 디바이스들의 동작 중에 발생된 열의 제거에 필수적 역할을 할 수 있다. 빈약한 열 소산은 LED 디바이스들을 과도한 열 응력 하에 놓게 하고 그들의 성능에 대해 심각한 결과들을 가져다 줄 수 있다. 과도한 열 응력은 LED 디바이스들의 수명을 단축시키고 색 드리프트, LED 디바이스들에서 발견되는 렌즈들의 투명도의 저하, 및 감소된 양자 효율과 같은, 다양한 유형들의 고장에 이르게 할 수 있다. LED들에 공급되는 전력의 많은 부분이 열로 변환됨에 따라, 신뢰성있는 성능을 보장하기 위해 열이 환경으로 효율적으로 소산되는 것이 필수적이다.
따라서, 효율적인 열 소산을 제공하는 개선된 LED 패키지 설계들의 필요가 존제한다.
본 개시내용은 이 필요를 해결한다. 본 개시내용의 양태들에 따르면, n형 층과 p형 층 사이에 배치된 활성 영역을 갖는 반도체 구조체; 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기; 반도체 구조체 주위에 형성된 절연 측면 코팅; 및 절연 측면 코팅 위의 파장 변환기 주위에 형성되고, 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 갖는 반사성 측면 코팅을 포함하는 발광 디바이스가 개시된다.
아래에 설명되는 도면은 단지 예시 목적들을 위한 것이다. 도면은 본 개시내용의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 도면에 도시한 유사한 참조 문자들은 다양한 실시예들에서 동일한 부분들을 지정한다.
도 1은 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스의 예의 단면도이고;
도 2는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스 밖으로의 열의 흐름을 도시한 도 1의 발광 디바이스의 단면도이고;
도 3a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스들을 제조하는 공정의 예의 플로우차트이고;
도 3b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 3c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 3d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 3e는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 4a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스의 예의 개략 단면도이고;
도 4b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 발광 디바이스의 개략 상면도이고;
도 4c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 발광 디바이스의 개략 상면도이고;
도 4d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 발광 디바이스의 개략 상면도이고;
도 5는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스 밖으로의 열의 흐름을 도시한 도 4a의 발광 디바이스의 단면도이고;
도 6a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스들을 제조하는 공정의 예의 플로우차트이고;
도 6b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6e는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6f는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6g는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6h는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6i는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6j는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이다.
도 1은 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스의 예의 단면도이고;
도 2는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스 밖으로의 열의 흐름을 도시한 도 1의 발광 디바이스의 단면도이고;
도 3a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스들을 제조하는 공정의 예의 플로우차트이고;
도 3b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 3c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 3d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 3e는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 4a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스의 예의 개략 단면도이고;
도 4b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 발광 디바이스의 개략 상면도이고;
도 4c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 발광 디바이스의 개략 상면도이고;
도 4d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 발광 디바이스의 개략 상면도이고;
도 5는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스 밖으로의 열의 흐름을 도시한 도 4a의 발광 디바이스의 단면도이고;
도 6a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스들을 제조하는 공정의 예의 플로우차트이고;
도 6b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6c는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6e는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6f는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6g는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6h는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6i는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이고;
도 6j는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 6a의 공정에서의 단계를 도시한 개략도이다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 발광 반도체 구조체 및 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기를 포함하는 발광 디바이스가 개시된다. 반도체 구조체는 절연 측면 코팅에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 파장 변환기는 절연 측면 코팅의 상부 상에 형성된 반사성 측면 코팅에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 반사성 코팅은 파장 변환기와 열 접촉하기 때문에, 반사성 측면 코팅은 파장 변환기로부터 주변 환경으로의 열의 전달을 위한 또 하나의 경로를 제공한다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 반사성 측면 코팅은 파장 변환기를 과열로부터 보호하는 데 도움을 줄 수 있다. 과열은 일반적으로 파장 변환기의 색 드리프트를 야기하고 그것의 유용한 수명을 단축시킬 수 있다. 파장 변환기로부터 열을 효율적으로 내보냄으로써, 반사성 측면 코팅은 파장 변환기의 유용한 수명을 연장시키고 그것의 고장 가능성을 줄일 수 있다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 절연 측면 코팅은 반사성 측면 코팅이 반도체 구조체와 단락하는 것을 방지한다. 절연 측면 코팅은 낮은 열 전도율을 갖는 유전체 재료로 형성될 수 있다. 반사성 측면 코팅은 전기적 도전성일 수 있고 그것은 높은 열 전도율을 가질 수 있다. 반사성 측면 코팅을 절연 측면 코팅 상에 적층함으로써, 발광 디바이스의 반도체 구조체에 전기적 절연을 또한 제공하면서, 파장 변환기를 위한 열 소산 표면으로서 기능하는 합성 코팅 구조가 형성된다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 절연 측면 코팅 및 반사성 측면 코팅이 스케일가능하고 비용 효율적인 공정에서 도포될 수 있다. 제1 측면 코팅이 반도체 구조체 및 파장 변환기를 포함하는 LED 다이 주위에 제1 스텐실을 배치함으로써 도포될 수 있다. 스텐실은 절연 재료로 충전되는 LED 다이 주위의 제1 트렌치를 정의할 수 있다. 절연 재료가 제1 트렌치 내에 도포된 후에, 제1 스텐실은 제거된다. 제1 스텐실이 제거될 때, 절연 재료는 제1 트렌치 내에 더 이상 포함되지 않는다. 결과적으로, 절연 재료는 절연 측면 코팅을 형성하기 위해 모세관 작용에 의해 LED 다이의 벽들 상으로 유입된다.
절연 측면 코팅이 적어도 부분적으로 형성된 후에, 제2 스텐실이 LED 다이 상에 배치된다. 제2 스텐실은 반사성 재료로 충전된 LED 다이 주위의 제2 트렌치를 정의한다. 반사성 재료가 제2 트렌치 내에 도포된 후에, 제2 스텐실은 제거된다. 제2 스텐실이 제거될 때, 반사성 재료는 제2 트렌치 내에 더 이상 포함되지 않는다. 결과적으로, 반사성 재료는 모세관 작용에 의해 LED 다이의 벽들 상으로 유입된다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 반사성 재료는 절연 재료가 LED 다이의 벽들 상으로 유입될 때 LED 다이의 반도체 구조체를 실질적으로 커버하기에 충분한 양들로 도포될 수 있다. 게다가, 반사성 재료는 반사성 재료가 모세관 작용에 의해 LED 다이의 벽들 상으로 유입될 때, 파장 변환기의 상부 상으로 넘쳐 흐르지 않고서, LED 다이의 파장 변환기의 벽들을 실질적으로 커버하기에 충분한 양들로 도포될 수 있다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 제1 스텐실은 제2 스텐실과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 스텐실에 의해 정의된 제2 트렌치는 제1 트렌치보다 깊을 수 있다. 게다가, 제2 트렌치는 제2 스텐실이 제거될 때 반사성 재료가 LED 다이의 높이까지 안착하게 하도록 LED 다이의 높이보다 깊을 수 있다. 바꾸어 말하면, 제1 트렌치는 제1 스텐실이 제거되고 절연성 재료가 안착될 때 LED 다이의 반도체 구조체의 측면들을 커버하기에 충분한 양들로 절연 재료의 도포를 가능하게 하는 크기로 될 수 있다. 유사하게, 제2 트렌치는 제2 스텐실이 제거되고 반사성 재료가 안착될 때 LED 다이의 파장 변환기의 측면들을 커버하기에 충분한 양들로 반사성 재료의 도포를 가능하게 하는 크기로 될 수 있다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, n형 층과 p형 층 사이에 배치된 활성 영역을 갖는 반도체 구조체; 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기; 반도체 구조체 주위에 형성된 절연 측면 코팅; 및 절연 측면 코팅 위의 파장 변환기 주위에 형성되고, 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 갖는 반사성 측면 코팅을 포함하는 발광 디바이스가 개시된다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 반도체 구조체 및 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기를 포함하는 LED 다이; LED 다이 주위에 형성되고, 반사성 입자들로 충전된 제1 바인더 재료를 포함하는 절연 측면 코팅; 및 절연 측면 코팅 위의 LED 다이 주위에 형성되고, 금속 분말로 충전된 제2 바인더 재료를 포함하고, 파장 변환기에 열적으로 커플링되고, 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 갖는 반사성 측면 코팅을 포함하는 발광 디바이스가 개시된다.
본 개시내용의 양태들에 따르면, 발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법은 지지부 상에 LED 다이를 배치하는 단계 - LED 다이는 n형 층과 p형 층 사이에 배치된 활성 영역을 갖는 반도체 구조체; 및 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기를 포함함 - ; 반도체 구조체 주위에 절연 측면 코팅을 형성하는 단계; 및 절연 측면 코팅 위의 파장 변환기 주위에 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 갖는 반사성 측면 코팅을 형성하는 단계를 포함한다.
상이한 LED 패키지들의 예들이 첨부 도면을 참조하여 보다 완전히 이후 설명될 것이다. 이들 예는 상호 배타적이 아니고, 한 예에서 발견된 특징들은 부가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예에서 발견되는 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면에 도시한 예들은 단지 예시적인 목적들을 위해 제공된 것이고 그들은 본 개시내용을 어떤 식으로 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 참조한다.
용어들 제1, 제2 등이 여기서 다양한 요소들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 이들 용어는 단지 하나의 요소를 또 하나의 요소와 구별하기 위해 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서, 제1 요소는 제2 요소라고 할 수 있고, 유사하게, 제2 요소는 제1 요소라고 할 수 있다. 여기에 사용되는 것과 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 조합들을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 또 하나의 요소 "상에" 있거나 또는 "상으로" 연장할 때, 그것은 다른 요소 상에 직접 있거나 또는 그 요소 상으로 직접 연장하거나 또는 중간 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반면에, 요소가 또 하나의 요소 "상에 직접" 있거나 또는 "상으로 직접" 연장할 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다. 요소가 또 하나의 요소에 "접속된" 또는 "커플링된" 것이라고 할 때, 그것은 다른 요소에 직접 접속 또는 커플링될 수 있거나 중간 요소들이 존재할 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 반면에, 요소가 또 하나의 요소에 "직접 접속된" 또는 "직접 커플링된" 것이라고 할 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다. 이들 용어는 도면에 도시한 임의의 배향 외에 요소의 상이한 배향들을 포괄하고자 한다는 것을 이해할 것이다.
"아래에" 또는 "위에" 또는 "상부" 또는 "하부" 또는 "수평" 또는 "수직"과 같은 상대적 용어들은 도면에 도시된 것과 같이 하나의 요소, 층 또는 영역과 또 하나의 요소, 층 또는 영역과의 관계를 설명하기 위해 여기서 사용될 수 있다. 이들 용어는 도면에 도시한 배향 외에 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하고자 한다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스(100)의 칩 스케일 패키지(CSP)의 예의 단면도이다. 도시된 것과 같이, 디바이스(100)는 본딩 패드들(104-1 및 104-2)에 커플링된 반도체 구조체(106), 반도체 구조체(106) 위에 형성된 투명 기판, 및 투명 구조 위에 형성된 파장 변환기(110)를 포함하는 LED 다이(102)를 포함한다.
도 2는 디바이스(100)가 인쇄 회로 보드(PCB)(200)와 같은 지지부 상에 장착될 때 디바이스(100)로부터의 열의 소산을 도시한 도 1의 디바이스(100)의 단면도이다. 도시된 것과 같이, 디바이스(100)의 정상 동작 중에, 파장 변환기(110)는 파장 변환기(110)로부터 아래로 투명 기판(108)을 통해 본딩 패드들(104-1 및 104-2)로부터 바깥으로 PCB(200) 내로 이동하는 (가상 화살표 선들로 도시한) 열을 발생한다. 절연 측면 코팅(112)은 낮은 열 전도율을 갖기 때문에 절연 측면 코팅(112)을 통해서는 거의 열이 빠져 나가지 않는다. 예를 들어, 실리콘/TiO2 반사성 측면 코팅(112)은 0.8 내지 0.9W/mK의 열 전도율을 갖는다. 그러므로, 디바이스(100)의 크기가 작아짐에 따라, 추가적인 열 경로들이 파장 변환기(110) 및/또는 LED 다이(102)를 과열로부터 보호하기 위해 파장 변환기(110)에 의해 발생된 열을 소산하는 데 필요하다.
도 3a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 1의 디바이스(100)와 같은 발광 디바이스들을 제조하는 공정(300)의 플로우차트이다. 공정(300)은 발광 디바이스들에 의해 겪어지는 상이한 제조 스테이지들을 도시한 단면도들인 도 3b-e와 함께 설명된다.
단계 310에서, LED 다이들(102)은 도 3b에 도시한 것과 같이, 지지부(304)에 부착된다. 지지부(304)는 접착 테이프 및/또는 기타 적합한 유형의 지지부를 포함할 수 있다. 단계 320에서, 오버몰드(308)가 도 3c에 도시한 것과 같이, LED 다이들(102)을 커버하기 위해 형성된다. 단계 330에서, 오버몰드는 도 3d에 도시한 것과 같이, LED 다이들(102)의 파장 변환기들(110)을 노출시키기 위해 제거된다. 일부 구현들에서, 마이크로 비드 블래스트(WMBB)와 같은, 습식 연마 블래스팅(312)이 초과 몰드 재료를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 연마 블래스팅의 결과로서, 표면(316)이 도 3e에 도시한 것과 같이, 파장 변환기들(110) 각각 상에 형성될 수 있다. 단계 340에서, LED 다이들(102)은 서로 그리고 지지부(304)와 분리된다.
WMBB와 같은 습식 연마 블래스팅 기술들은 파장 변환기들(110) 상에 평탄한 표면을 제공하는 것을 어렵게 할 수 있는, 수압, 비드 크기, 및 슬러리 혼합에 대한 좁은 파라미터 윈도우들을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 도 4e는 이들 파라미터가 정밀하게 제어되지 않을 때 표면(316)에의 영향을 도시한다. 도 4e에 도시된 것과 같이, 하나 이상의 마이크로블래스팅 파라미터가 정밀하게 제어되지 않을 때, 표면(316)은 거칠어지고 고르지 않게 될 수 있어서, 결국 LED 다이들(102)이 그들의 목표 사양과 상이한 색들을 발생하게 할 수 있다.
도 4a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 발광 디바이스(400)의 칩 스케일 패키지(CSP)의 예의 단면도이다. 도시된 것과 같이, 디바이스(400)는 절연 측면 코팅(412) 및 반사성 측면 코팅(414)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 LED 다이(402)를 포함한다. 반사성 측면 코팅(414)은 도시한 것과 같이, 절연 측면 코팅(412) 위에 형성된다.
LED 다이(402)는 본딩 패드들(404-1 및 404-2)에 커플링된 반도체 구조체(406)를 포함한다. LED 다이(402)는 또한 반도체 구조체(406) 및 파장 변환기(410) 사이에 배치된 투명 기판(408)을 포함한다. 본 예에서 LED 다이(412)가 플립 칩 구성을 갖지만, LED 다이(412)가 기타 적합한 유형의 구성을 갖는 대안적 구현들이 가능하다.
반도체 구조체(406)는 투명 기판(408) 상에 에피택셜하게 성장한 반도체 광원일 수 있다. 반도체 구조체(406)는 n형 층과 p형 층 사이에 샌드위치된 활성 층을 포함할 수 있다. 적절한 전압이 본딩 패드들(404-1 및 404-2)에 인가될 때, 전하 캐리어들은 활성 층에서 결합하고 결과적으로 광을 방출한다. 일부 구현들에서, 반도체 구조체(406)는 과도 전압 억제를 위한 회로와 같은, 추가적인 회로를 포함할 수 있다.
투명 기판(408)은 사파이어 기판일 수 있다. 그러나, 기타 적합한 유형의 기판이 대신에 사용되는 대안적 구현들이 가능하다. 본 예에서, 기판(408)은 투명하지만, 기판(408)이 불투명한 대안적 구현들이 가능하다.
파장 변환기(410)는 반도체 구조체(406)에 의해 방출된 광의 주파수를 변경하도록 배열되는 임의의 적합한 유형의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환기(410)는 인광체 코팅 또는 세라믹 인광체 플레이트를 포함할 수 있다. 동작 시에, 파장 변환기는 반도체 구조체(406)에 의해 방출된 청색 광을 백색 광으로 변경할 수 있다.
절연 측면 코팅(412)은 반도체 구조체(406)를 반사성 측면 코팅(414)과 전기적으로 절연시킬 수 있는 임의의 적합한 유형의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 절연 측면 코팅(412)은 반사성 입자들로 충전된 바인더 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 측면 코팅(412)은 TiO2 또는 백색 솔더 마스크와 혼합된 실리콘을 포함할 수 있다. 다르게는, 절연 측면 코팅(412)은 TiO2 또는 백색 솔더 마스크와 혼합된 에폭시를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 절연 측면 코팅(412)은 반사성 측면 코팅(414)이 반도체 구조체(406)와 단락하는 것을 방지하기 위해 반도체 구조체(406)의 406-1의 측면들을 실질적으로 커버할 수 있다.
반사성 측면 코팅(414)은 열을 파장 변환기(410)로부터 내보낼 수 있는 임의의 적합한 유형의 재료를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 반사성 측면 코팅은 은과 같은 금속을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 반사성 측면 코팅(414)은 금속 분말로 충전된 바인더 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사성 측면 코팅(414)은 솔벤트, 바인더, 및 절연 측면 코팅(412) 및/또는 파장 변환기(410)에의 접착을 촉진하는 첨가제들을 포함하는 은 페이스트 재료로 형성될 수 있다.
일부 구현들에서, 반사성 측면 코팅(414)은 절연 측면 코팅보다 실질적으로 높은 열 전도율을 가질 수 있다. 예를 들어, 절연 측면 코팅(412)은 그것이 TiO2로 충전된 실리콘으로 형성될 때 0.8 내지 0.9의 열 전도율을 가질 수 있는 반면, 반사성 측면 코팅(414)은 그것이 은으로 형성될 때 적어도 200W/Mk의 열 전도율을 가질 수 있다. 아래에 추가로 논의되는 것과 같이, 반사성 측면 코팅의 높은 열 전도율은 파장 변환기(410) 밖으로 열의 전달을 용이하게 하는 데 도움을 줄 수 있다.
일부 구현들에서, 절연 측면 코팅(412)은 유전체일 수 있지만, 반사성 측면 코팅은 전기적 도전성일 수 있다. 결과적으로, 절연 측면 코팅(412)은 반도체 구조체(406)가 제조 중에 단락하는 것을 방지하고 신뢰성 테스팅 중에 반사성 측면 코팅의 재료(예를 들어, 은)의 일렉트로 마이그레이션을 방지할 수 있다.
일부 구현들에서 반사성 측면 코팅(414)과 절연 측면 코팅(412) 둘 다는 개선된 광 출력을 위해 LED 다이(402)의 측면들로부터 상부로 광을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 반사성 측면 코팅(414)은 그것이 적어도 부분적으로 은으로 형성될 때 95%의 반사율을 갖는다. 또 하나의 예로서, 절연 측면 코팅(412)은 그것이 TiO2로 충전된 실리콘으로 형성될 때 90% 내지 94%의 반사율을 가질 수 있다.
일부 구현들에서, 파장 변환기(410)는 투명 기판(408)에 걸쳐 연장할 수 있음으로써, 도시한 것과 같이, 파장 변환기(410)의 하부 표면(410-1)의 부분을 노출시킨다. 결과적으로, 반사성 측면 코팅(414)은 파장 변환기의 하부 표면(410-1) 및 측면 표면들(410-2) 모두와 접촉하게 될 수 있다. 투명 기판(408)에 걸쳐 연장하도록 파장 변환기(410)를 배열하면 반사성 측면 코팅(414)과 접촉하게 되는 데 가용한 파장 변환기(410)의 표면적이 증가될 수 있다. 반사성 측면 코팅(414)와 접촉하게 되는 표면적의 증가는 결국 열이 파장 변환기(410)로부터 측면 코팅(414) 상으로 전달될 수 있는 비율을 증가시킬 수 있다.
일부 구현들에서, 반사성 측면 코팅(414)의 상부 표면(414-1)은 도시한 것과 같이, 파장 변환기(410)의 상부 표면(410-3)과 동일 높이가 될 수 있다. 파장 변환기(410) 및 반사성 측면 코팅(414)을 이 방식으로 배열하면 반사성 측면 코팅(414)이 파장 변환기의 상부 표면(410-3)으로부터의 광의 방출을 차단하는 것을 방지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 반사성 측면 코팅(414)이 파장 변환기(410)에 커플링되는 방식은 반사성 측면 코팅(414)과 파장 변환기(410) 사이의 충분한 열적 커플링을 또한 제공하면서, 디바이스(400)의 발광 표면을 최대화한다.
도 4b는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 디바이스(400)의 상면도이다. 도시된 것과 같이, 도 4b의 예에서 반사성 측면 코팅(414)은 파장 변환기(410)를 완전히 둘러싼다. 그러나, 파장 변환기(410)가 반사성 측면 코팅(414)에 의해 단지 부분적으로 둘러싸인 대안적 구현들이 가능하다.
도 4c는 파장 변환기(410)가 그 아래의 요소들을 드러내도록 제거된 도 4a의 디바이스(400)의 상면도이다. 도시된 것과 같이, 도 4c의 예에서 반사성 측면 코팅(414)은 투명 기판(408)을 완전히 둘러싼다. 그러나, 파장 변환기(410)가 반사성 측면 코팅(414)에 의해 단지 부분적으로 둘러싸인 대안적 구현들이 가능하다.
도 4d는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 디바이스(400)의 상면도이다. 도 4d에서, 파장 변환기(410), 반사성 측면 코팅(414) 및 투명 기판(408)은 그들 아래의 절연 측면 코팅(412) 및 반도체 구조체(406)를 드러내도록 제거된다. 도시된 것과 같이, 본예에서 절연 측면 코팅(412)은 반도체 구조체(406)를 완전히 둘러싼다. 그러나, 반도체 구조체(406)가 절연 측면 코팅(412)에 의해 단지 부분적으로 둘러싸인 대안적 구현들이 가능하다.
도 5는 디바이스(400)가 인쇄 회로 보드(PCB)(500)와 같은 지지부 상에 장착될 때 디바이스(400)로부터의 열의 소산을 도시한 도 4a의 디바이스(400)의 단면도이다. 도시된 것과 같이, (가상 화살표 선들로 도시한) 파장 변환기(410)에 의해 발생된 열은 파장 변환기(410)로부터 아래로 투명 기판(408)을 통해 본딩 패드들(404-1 및 404-2)로부터 바깥으로 PCB(500) 내로 이동한다. 열은 또한 반사성 측면 코팅(414)을 통해 파장 변환기(410)로부터 밖으로 이동한다. 일부 양태들에서, 반사성 측면 코팅(414)에 의해 여유가 되는 추가적인 열 경로는 디바이스(400)가 과열 없이 더 작게 만들어지게 한다.
도 6a는 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 4a의 디바이스(400)와 같은 발광 디바이스들을 제조하는 공정(600)의 플로우차트이다. 공정(600)은 발광 디바이스들에 의해 겪어지는 상이한 제조 스테이지들을 도시한 단면도들인 도 6b-j와 함께 설명된다.
단계 605에서, 복수의 LED 다이(402)가 도 6b에 도시한 것과 같이, 지지부(604)에 부착된다. 지지부(604)는 접착 테이프 및/또는 기타 적합한 유형의 지지부를 포함할 수 있다.
단계 610에서, 스텐실(608)이 도 6c에 도시한 것과 같이, LED 다이들(402) 위에 배치된다. 스텐실(608)은 각각의 LED 다이(402) 주위에 트렌치(609)를 정의하는 계단 스텐실일 수 있다. 본 개시내용의 양태들에 따르면, 스텐실(608)은 예를 들어, 전기 주조 스텐실 또는 메시 스텐실과 같은, 임의의 적합한 유형의 스텐실을 포함할 수 있다.
단계 615에서, 절연 재료(612)가 도 6c에 도시한 것과 같이, 스텐실(608) 상에 분산되고 트렌치들(609) 내로 퇴적된다. 절연 재료(612)는 스퀴지(614)를 사용하여 퇴적될 수 있다. 도 6d에 도시한 것과 같이, 트렌치들(609)은 절연 재료(612)의 도포가 완료될 때 절연 재료(612)로 충전된다. 일부 구현들에서, 절연 재료(612)는 반사성 입자들로 충전된 바인더 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연 재료(612)는 TiO2 또는 백색 솔더 마스크와 혼합된 실리콘을 포함할 수 있다. 다르게는, 절연 재료(612)는 TiO2 또는 백색 솔더 마스크와 혼합된 에폭시를 포함할 수 있다.
단계 620에서, 스텐실(608)이 도 6e에 도시한 것과 같이, 제거된다. 스텐실(608)이 제거된 후에, 절연 재료(612)는 도 6f에 도시한 것과 같이, 그들의 반도체 구조체들(406)의 측면들을 적어도 커버하기 위해 모세관 작용에 의해 LED 다이들(402)의 에지들로 유입된다.
단계 625에서, 절연 재료(612)는 절연 측면 코팅들(412)을 형성하기 위해 경화된다. 일부 구현들에서, 절연 재료(612)는 100-150℃까지 가열함으로써 단지 부분적으로 경화될 수 있다. 절연 재료(612)를 부분적으로 경화하면 절연 재료가 후속하여 퇴적 및 경화될 때, 그것이 (도 6g에 도시한) 반사성 재료(628)와 본드하게 될 수 있다.
단계 630에서, 스텐실(624)이 도 6g에 도시한 것과 같이, LED 다이들(402) 위에 배치된다. 스텐실(624)은 각각의 LED 다이(402) 주위에 트렌치(626)를 정의하는 계단 스텐실일 수 있다. 본 개시내용의 양태들에 따르면, 스텐실(624)은 예를 들어, 3D 전기 주조 스텐실 또는 메시 스텐실과 같은, 임의의 적합한 유형의 스텐실을 포함할 수 있다.
단계 635에서, 반사성 재료(628)가 스텐실(624) 상에 분산되고 트렌치들(626) 내로 퇴적된다. 도 6d에 도시한 것과 같이, 반사성 재료(628)는 스퀴지(631)를 사용하여 트렌치들(626) 내로 퇴적될 수 있다. 결과적으로, 트렌치(626)은 도 6h에 도시한 것과 같이, 반사성 재료(628)로 충전될 수 있다. 일부 구현들에서, 반사성 재료(628)는 금속 분말로 충전된 바인더 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사성 재료(628)는 솔벤트, 바인더, 및 절연 재료(612) 및/또는 LED 다이들(402)의 파장 변환기들(410)에의 접착을 촉진하는 첨가제들을 포함하는 은 페이스트를 포함할 수 있다.
단계 640에서, 스텐실(624)이 도 6i에 도시한 것과 같이, 제거된다. 스텐실이 제거된 후에, 반사성 재료(628)는 그들의 투명 기판들(408) 및 파장 변환기들(410)의 측면들을 적어도 커버하기 위해 모세관 작용에 의해 LED 다이들(402)의 에지들로 유입된다. 도 6j에 도시한 것과 같이, 반사성 재료(628)가 LED 다이들(402)의 에지들로 유입된 후에, 그것은 LED 다이들(402)의 상부 표면들과 동일 높이가 된 표면들을 형성할 수 있다.
단계 645에서, 반사성 재료(628)는 반사성 측면 코팅들(414)을 형성하기 위해 경화된다. 일부 구현들에서, 반사성 재료(628)는 어떤 솔벤트를 번 오프하고 고체 반사성 측면 코팅들(414)을 형성하기 위해 소결될 수 있다. 반사성 재료(628)가 은 페이스트 반사성 재료를 포함하는 예들에서, 그것은 약 220℃의 낮은 소결 온도 및 약 2시간의 짧은 소결 시간을 가질 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 구현들에서, 고체 반사성 측면 코팅들(414) 내에 남아 있는 첨가제들은 반사성 측면 코팅들(414) 및 투명 기판들(408) 또는 파장 변환기들(410) 사이의 접착을 촉진한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 절연 재료(612)가 단계 625에서 단지 부분적으로 경화되는 예들에서, 절연 재료의 경화는 단계 645에서 완료될 수 있다. 일부 구현들에서, 절연 재료(612)와 반사성 재료(628)의 동시 경화는 절연 측면 코팅들(412)과 반사성 측면 코팅들(414) 사이의 더 강한 본드를 가져다 줄 수 있다.
단계 650에서, LED 다이들(402)은 서로 그리고/또는 지지부(604)와 분리된다. 도 6j에 도시된 것과 같이, 개별적인 LED들이 통로들(638)을 따라 지지부(604)로부터 싱귤레이트될 수 있다.
일부 구현들에서, 트렌치들(609)은 LED 다이들(402)의 반도체 구조체들의 측면들을 커버하기에 충분한 양의 절연 재료(612)를 수용하도록 하는 크기로 될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 트렌치들(626)은 파장 변환기(410)의 상부 표면들 상으로 넘쳐 흐르지 않고서 LED 다이들(402)의 나머지 부분들을 커버하기에 충분한 양의 절연 재료(612)를 수용하도록 하는 크기로 될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 트렌치들(626)은 트렌치들(609)보다 깊을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 트렌치들(609)과 트렌치들(626) 중 어느 하나는 LED 다이들(402)의 높이보다 깊을 수 있다.
도 1-6j는 단지 예로서 제공된다. 이들 도면과 관련하여 논의된 요소들의 적어도 일부는 상이한 순서로 배열될 수 있으며, 조합, 및/또는 함께 생략될 수 있다. "와 같은", "예를 들어", "포함하는", "일부 양태들에서", "일부 구현들에서" 등과 같은 구들뿐만 아니라, 여기에 설명된 예들의 제공은 개시된 주제를 특정한 예들로서 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명을 상세히 설명하였지만, 본 기술 분야의 기술자들은 본 개시내용이 주어지는 경우, 여기에 설명된 발명 개념들의 취지에서 벗어나지 않고서 본 발명에 대해 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 도시되고 설명된 특정한 실시예들로 제한되는 것이 의도되지 않는다.
Claims (20)
- 발광 디바이스로서,
n형 층과 p형 층 사이에 배치된 활성 영역을 갖는 반도체 구조체;
상기 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기;
상기 반도체 구조체 주위에 형성된 절연 측면 코팅; 및
상기 절연 측면 코팅 위의 상기 파장 변환기 주위에 형성되는 반사성 측면 코팅 - 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 가짐 -
을 포함하는 발광 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기에 의해 발생되는 열을 내보내도록 배열되는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 적어도 200W/mK의 열 전도율을 갖는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서,
상기 절연 측면 코팅은 반사성 입자들로 충전된 제1 바인더 재료를 포함하고,
상기 반사성 측면 코팅은 금속 분말로 충전된 제2 바인더 재료를 포함하는 발광 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 구조체는 하나 이상의 측면을 포함하고,
상기 절연 측면 코팅은 상기 반도체 구조체를 둘러싸고 상기 반도체 구조체의 상기 측면들을 실질적으로 커버하도록 배열되는 발광 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 절연 측면 코팅은 상기 반도체 구조체를 상기 반사성 측면 코팅과 절연시키도록 배열되는 발광 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 은을 포함하는 발광 디바이스.
- 발광 디바이스로서,
반도체 구조체 및 상기 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기를 포함하는 발광 다이오드(LED) 다이;
상기 LED 다이 주위에 형성되고, 반사성 입자들로 충전된 제1 바인더 재료를 포함하는 절연 측면 코팅; 및
상기 절연 측면 코팅 위의 상기 LED 다이 주위에 형성되는 반사성 측면 코팅 - 상기 반사성 측면 코팅은 금속 분말로 충전된 제2 바인더 재료를 포함하고, 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기에 열적으로 커플링되고, 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 가짐 -
을 포함하는 발광 디바이스. - 제8항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 은 재료, 바인더, 및 상기 파장 변환기와 상기 반사성 측면 코팅 사이의 접착을 촉진하도록 배열되는 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 발광 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 절연 측면 코팅은 상기 반도체 구조체를 둘러싸고 상기 반도체 구조체의 하나 이상의 측면을 실질적으로 커버하도록 배열되는 발광 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 절연 측면 코팅은 상기 반도체 구조체를 상기 반사성 측면 코팅과 절연시키도록 배열되는 발광 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기를 둘러싸고 상기 파장 변환기의 하나 이상의 측면을 실질적으로 커버하도록 배열되는 발광 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기에 의해 발생되는 열을 내보내도록 배열되는 발광 디바이스.
- 제8항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 은을 포함하는 발광 디바이스.
- 발광 디바이스를 제조하는 방법으로서,
지지부 상에 발광 다이오드(LED) 다이를 배치하는 단계 - 상기 LED 다이는
n형 층과 p형 층 사이에 배치된 활성 영역을 갖는 반도체 구조체; 및
상기 반도체 구조체 위에 형성된 파장 변환기를 포함함 - ;
상기 반도체 구조체 주위에 절연 측면 코팅을 형성하는 단계; 및
상기 절연 측면 코팅 위의 상기 파장 변환기 주위에 반사성 측면 코팅을 형성하는 단계 - 상기 반사성 측면 코팅은 상기 파장 변환기의 상부 표면과 동일 높이인 상부 표면을 가짐 -
를 포함하는 방법. - 제15항에 있어서, 상기 절연 측면 코팅을 형성하는 단계는
상기 LED 다이 주위에 트렌치를 정의하는 스텐실을 상기 LED 다이 상에 배치하는 단계;
상기 트렌치 내로 절연 재료를 도포하는 단계; 및
상기 절연 재료가 상기 반도체 구조체의 하나 이상의 측벽을 향해 확산하게 하도록 상기 스텐실을 제거하는 단계를 포함하는 방법. - 제16항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 반도체 구조체의 높이보다 깊고, 상기 절연 재료는 상기 스텐실이 제거될 때 상기 반도체 구조체의 하나 이상의 측벽을 실질적으로 커버하기에 충분한 양들로 도포되는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅을 형성하는 단계는
상기 LED 다이 주위에 트렌치를 정의하는 스텐실을 상기 LED 다이 상에 배치하는 단계;
상기 트렌치 내로 반사성 재료를 도포하는 단계; 및
상기 반사성 재료가 상기 파장 변환기의 하나 이상의 측벽을 향해 확산하게 하도록 상기 스텐실을 제거하는 단계를 포함하는 방법. - 제18항에 있어서, 상기 반사성 재료는 상기 파장 변환기의 상기 상부 표면 상으로 넘쳐 흐르지 않고서 상기 스텐실이 제거될 때 상기 파장 변환기의 하나 이상의 측벽을 실질적으로 커버하기에 충분한 양들로 도포되는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 반사성 측면 코팅은 적어도 200W/mK의 열 전도율을 갖고 은을 포함하는 방법.
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