KR20190049645A - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 개시는, 반도체 발광소자에 있어서, 상면과 측면을 포함한 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 자외선을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩; 그리고 반도체 발광소자 칩의 상면의 적어도 일부를 개방하면서 반도체 발광소자 칩의 측면에 형성되는 봉지재;를 포함하는 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 광 추출 효율을 향상시킨 반도체 발광소자 및 그에 대한 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). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10; 예: 사파이어 기판), 성장기판(10) 위에, 버퍼층(20), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10), 성장기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(150; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(140)는 파장 변환재(160)를 함유하는 봉지제(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(160)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(150)은 청색광을 만들고 파장 변환재(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다.
도 3에 기재된 타입의 반도체 발광소자를 일반적으로 패키지(Package) 타입(Type)의 반도체 발광소자라고 하며 반도체 발광소자 칩 크기의 반도체 발광소자를 CSP(Chip Scale Package) 타입의 반도체 발광소자라 한다. CSP 타입의 반도체 발광소자와 관련된 것은 한국 공개특허공보 제2014-0127457호에 기재되어 있다. 최근에는 반도체 발광소자의 크기가 소형화되는 경향에 따라 CSP 타입의 반도체 발광소자에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 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, 상면과 측면을 포함한 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 자외선을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩; 그리고 반도체 발광소자 칩의 상면의 적어도 일부를 개방하면서 반도체 발광소자 칩의 측면에 형성되는 봉지재;를 포함하는 반도체 발광소자가 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 봉지재의 다양한 실시 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 다른 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 봉지재의 다양한 실시 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 또 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조 방법의 다른 일 예를 보여주는 도면.
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 4는 본 개시에 따른 반도체 발광소자(100)의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 전자와 정공의 재결합에 의해 자외선(UV, ultraviolet)을 생성하는 활성층(111)을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극(112)을 구비하는 반도체 발광소자 칩(110), 반도체 발광소자 칩(110)의 상면(114)이 개방되도록 반도체 발광소자 칩(110)의 측면(113)을 감싸도록 형성되는 봉지재(120), 그리고, 반도체 발광소자 칩(110)과 접촉하지 않는 봉지재(120)의 외측면에 위치하는 반사벽(130)을 포함한다.
반도체 발광소자 칩(110)은 반도체 발광소자 칩(110)의 하부에 전극(112)이 위치하는 플립 칩(flip chip)이 바람직하며, 전극(112)은 봉지재(120)의 하면 방향으로 노출되어 있다. 본 개시에서 반도체 발광소자 칩(110)을 플립 칩으로 한정하였지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다. 활성층(111)은 명확히 표시하기 위하여 과장되게 표현하였으며, 실제 활성층은 두께가 수 um로 얇으며 전극(112) 근처에 형성되어 있다.
봉지재(120)는 투광성 물질 및 파장 변환재(미도시)를 포함하는 투광성 물질 중 하나로 형성될 수 있다. 투광성 물질은 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나일 수 있다. 파장 변환재는 반도체 발광소자 칩(110)의 활성층(111)으로부터 생성되는 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 것이라면 어떠한 것이라도 좋지만(예: 안료, 염료 등), 광 변환 효율을 고려할 때 형광체(예: YAG, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 파장 변환재는 반도체 발광소자(100)에서 나오는 빛의 색에 따라 정해질 수 있으며, 당업자에게 잘 알려져 있다. 봉지재(120)는 반도체 발광소자 칩(110)의 측면(113)으로부터 나오는 빛을 균일하게 변환하여 균일한 발광이 이루어질 수 있도록 한다.
봉지재(120)의 상면(121)은 반도체 발광소자 칩(110)의 측면(113)과 접하는 부분에서 봉지재(120)의 하면(122) 방향으로 기울어지는 기울기를 갖는 곡선으로 형성되며, 특히 봉지재(120)의 하면(122) 방향으로 볼록한 곡선을 형성한다. 이와 달리 봉지재(120)의 상면(121)은 반도체 발광소자 칩(110)의 측면(113)과 접하는 부분에서 봉지재(120)의 하면(122) 방향으로 기울어지는 기울기를 갖는 직선으로 형성될 수도 있다.
본 개시에서 반도체 발광소자 칩(110)은 자외선 파장대의 광을 방출할 수 있고, 특히, 자외선 파장대의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. UVC대역의 자외선광을 방출할 수 있으며, 예컨대, 반도체 발광소자 칩(110)은 300nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 방출 할 수 있다.
일반적으로, 자외선(UV, ultraviolet)은 UVA(320~360nm) UVB(280~320nm), UVC(250~280nm)의 3가지 형태가 있으며, 대기중의 오존층에서 대부분 흡수되고 지구표면에 도달되는 99%는 UVA(320~360nm) 형태로 식물에 단지 작은 해가 있고, UVB(280~ 320nm)는 식물 조직의 손상과 인간에게 피부암을 유발시킬 수 있으며, UVC(250~280nm)는 박테리아와 바이러스를 태워 죽일 수 있다. 즉, 본 개시와 같이 자외선 경화 및 살균 기능을 갖는 자외선을 생성하는 고출력의 반도체 발광소자 칩(110)을 장시간 사용하는 경우, 반도체 발광소자 칩(110)의 상면 방향으로 열이 많이 발생하여 열화(deterioration)에 의해 반도체 발광소자 칩(110)의 상면(114) 위치하는 봉지재에 크랙 현상이 발생할 수 있었다. 즉, 반도체 발광소자 칩(110)의 상면(114)에 위치하는 봉지재의 두께가 두껍게 형성된 경우, 봉지재에 크랙이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상면(114)이 노출되도록 반도체 발광소자 칩(110)의 주변에 봉지재(120)를 최대한 얇게 형성하여 발광소자 칩(110)의 열 방출이 효율적으로 이루어지도록 한다. 즉, 반도체 발광소자 칩(110)의 측면(113) 및 반사벽(130)과 접촉하는 봉지재(120)는 반도체 발광소자 칩(110)의 높이(H1)보다 낮은 높이(H2, H3)로 형성된다. 본 예에서, 봉지재(120)의 최소 높이(H3), 즉, 봉지재(120)의 상면(121)과 하면(122)이 서로 대응되는 부분의 높이(H3)는 약 50㎛ 이상, 약 100㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 봉지재(120)의 최소 높이(H3)가 150㎛ 이상 또는 반도체 발광소자 칩(110)의 높이보다 높은 경우 열 방출이 어려워 봉지재(120)에 크랙 현상이 발생하고, 봉지재(120)의 최소 높이(H3)가 50㎛ 이하인 경우 반도체 발광소자 칩(110)이 외부 환경으로부터 보호받지 못해 파손 또는 크랙 등이 발생하여 형태가 유지되지 못하는 문제점이 있을 수 있다. 따라서 본 개시에서 봉지재(120)의 최소 높이(H3)는 50㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 봉지재(120)는 파장 변환재를 포함하는 봉지재를 반도체 발광소자 칩(110) 주변에 형성하는 방법으로는 스프레이 코팅 또는 반도체 발광소자 칩에 직접 도포하거나, 반도체 발광소자 칩(110)에 파장 변환재를 포함하는 봉지재를 도포한 후 파장 변환재를 침전시켜 형성할 수 있다.
반사벽(130)은 반도체 발광소자 칩(110)으로부터 나오는 자외선을 봉지재(120)로 반사할 수 있는 유색의 반사 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 화이트 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 반사벽(130)이 화이트 실리콘(White Silicon), 및 고반사 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나로 이루어지는 경우, 반사벽(130)은 불투명할 수 있고, 자외선을 봉지재(120) 측으로 빛을 반사할 수 있다.
반사벽(130)의 높이(H4)는 반도체 발광소자 칩(110)의 높이(H1)보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 본 개시에서 반사벽(130)은 봉지재(120) 형성시 봉지재(120)의 댐(dam)으로 이용될 수 있으며, 반사벽(130)은 생략될 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광소자의 봉지재의 다양한 실시 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(100)의 봉지재(120)는 도 4와 같은 구조뿐 아니라 도 5(a) 내지 도 5(c)와 같이 다양한 구조의 반도체 발광소자가 가능하다. 예를 들어 도 5(a)의 반도체 발광소자(200)와 같이 봉지재(220)의 상면(221)은 반사벽(230)과 접하는 부분에서 봉지재(220)의 하면(222) 방향으로 기울어지는 기울기를 갖는 곡선 또는 직선으로 형성된다. 특히 봉지재(220)의 하면(222) 방향으로 볼록한 곡선으로 형성된다.
또한, 도 5(b)의 반도체 발광소자(300)와 같이, 봉지재(320)의 상면(321)은 반도체 발광소자 칩(310)의 측면(313)과 접하는 부분 및 반사벽(330)과 접하는 부분에서 봉지재(320)의 하면(322) 방향으로 양측이 기울어지는 곡선 또는 직선으로 형성된다. 도5 (b)에 봉지재(320)의 하면(322)가 표기 되어 있지 않습니다.
그리고, 도 5(c)의 반도체 발광소자(400)와 같이, 봉지재(420)는 반사벽(440)의 형상에 따라 상면(421)이 거의 평평하게 형성될 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광소자(500)의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(500)는 반도체 발광소자 칩(510)의 상면(514) 위에 배치되는 유전체층(540)을 포함한다. 유전체층(540)을 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(100)와 동일한 특성을 갖는다.
유전체층(540)은 반도체 발광소자 칩(510)의 상면(514)의 전체면에 형성되고, SiO2, SiON와 같은 유전체막으로 이루어질 수 있으며, 본 개시에서 유전체층(540)은 SiO2로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 유전체층(440)은 반도체 발광소자 칩(510)의 기판(사파이어 기판)보다 굴절률이 높고, 공기의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 사파이어 기판의 굴절률은 약 1.76-1.77이고, SiO2로 이루어진 유전체층(540)의 굴절률은 약 1.46이고, 공기의 굴절률은 약 1이다. 이로 인해, 반도체 발광소자 칩(510)에서부터 공기로의 굴절률 변화가 순차적으로 이루어지므로 반도체 발광소자(500)의 상면으로 자외선이 변형없이 고르게 나갈 수 있다.
유전체층(540)은 단일막 구조 또는 다층막 구조로 형성될 수 있다.
유전체층(540)은 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증착법(E-beam Evaporation), 열증착법(Thermal Evaporation) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 본 개시에서는 열증착법(Thermal Evaporation)을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 개시에 따른 반도체 발광소자(600)의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(600)는 일체로 결합된 반도체 발광소자 칩(610), 봉지재(620) 및 반사벽(630)이 외부 기판(650)에 실장되어 일체로 결합된다. 외부 기판(650)을 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(100)와 동일한 특성을 갖는다.
외부 기판(650)은 발광소자(600)가 실장되는 영역을 제공하는 기판이면 제한되지 않는다. 외부 기판(650)은 발광소자 패키지를 형성하기 위한 기판일 수 있고, 예컨대, 리드 전극들을 포함하는 기판, 인쇄회로기판, 금속 플레이트 기판 등을 포함할 수 있다.
외부 기판(650)은 베이스(651) 및 복수의 도전부(652, 653)를 포함한다.
베이스(651)는 절연성 물질을 포함할 수 있고, 또한, 열전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고열전도성 폴리머 물질 및/또는 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 특히, 베이스(651)는 AlN 세라믹을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 장치 구동 시, 반도체 발광소자(600)에서 발생하는 열이 베이스(651)를 통해 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
복수의 도전부(652, 653)는 반도체 발광소자 칩(610)의 적어도 하나의 전극(612)과 전기적으로 연결되는 제1 도전부(652) 및 나머지 전극(612)과 전기적으로 연결되는 제2 도전부(653)을 포함하며, 제1 도전부(652) 및 제2 도전부(653)는 각각 베이스(651)의 상면 및 하면 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 도전부(652)는 제1 상부 전극(6520), 제1 비아 전극(6521) 및 제1 하부 전극(6522)을 포함할 수 있고, 제2 도전부(653)는 제2 상부 전극(6530), 제2 비아 전극(6531) 및 제2 하부 전극(6532)을 포함할 수 있다.
제1 상부 전극(6520)은 베이스(651)의 상면에 위치할 수 있고, 제1 하부 전극(6522)은 베이스(651)의 하면에 위치할 수 있다. 이때, 제1 비아 전극(6521)은 베이스(650)를 관통하여 제1 상부 전극(6520) 및 제1 하부 전극(6522)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 상부 전극(6530)은 베이스(650)의 상면에 위치할 수 있고, 제2 하부 전극(6532)은 베이스(651)의 하면에 위치할 수 있다. 이때, 제2 비아 전극(6531)은 베이스(651)를 관통하여 제2 상부 전극(6530) 및 제2 하부 전극(6532)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 제1 상부 전극(6520) 및 제1 하부 전극(6522)은 베이스(651)의 측면을 따라 위치하는 연결 전극(미도시)에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 나아가, 제1 하부 전극(6522)은 베이스(651)의 아래에 위치하지 않고, 베이스(651)의 측면으로부터 돌출되어 연장되는 형태로 형성될 수도 있다. 제2 상부 전극(6530) 및 제2 하부 전극(6532)의 경우에도 이와 유사한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 외부 기판(650)은 베이스(651)의 하면에 위치하는 방열 패드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 방열 패드는 외부 기판(650)의 열을 더욱 용이하게 외부로 방출시키는 역할을 한다. 상기 방열 패드는 제1 하부 전극(6522) 및 제2 하부 전극(6532)의 사이에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 도전부(652) 및 제2 도전부(653)는 전기적 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Au, Cu 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
여기서, 반도체 발광소자 칩(610)의 전극(612)은 외부 기판(650)의 제1 도전부(652) 및 제2 도전부(653)과 전기적으로 연결되기 위해 봉지재(620)로부터 노출되는 것이 바람직하다.
제1 도전부(652) 및 제2 도전부(653)의 제1 상부 전극(6520) 및 제2 상부 전극(6530)은 반사벽(630)을 제외한 봉지재(620)의 하면 및 반도체 발광소자 칩(610)의 전극(612)의 하면 대응하여 외부 기판(650) 위에 형성된다. 반사벽(630)과 외부 기판(650) 사이에 접착제가 형성되는 경우, 반도체 발광소자 칩(610)의 열화에 의해 크랙이 빨리 발생할 수 있다. 이에 따라, 반사벽(630)과 외부 기판(650) 사이에는 접착제가 위치하지 않으며, 반도체 발광소자(600)와 외부기판(650)의 제1 도전부(652) 및 제2 도전부(653)의 제1 상부 전극(6520) 및 제2 상부 전극(6530)에 의해 접합될 수 있다.
제1 도전부(652) 및 제2 도전부(653)의 제1 상부 전극(6520) 및 제2 상부 전극(6530)에 의해 발광소자(600)와 외부 기판(650) 사이의 접합 면적을 증가시켜 접합 강도를 증가시켜 반도체 발광소자(600)의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광소자(700)의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(700)는 일체로 결합된 반도체 발광소자 칩(710), 봉지재(720) 및 반사벽(730)이 외부 기판(750)에 실장되어 일체로 결합된다. 외부 기판(750)을 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광소자(100)와 동일한 특성을 갖는다. 이때, 봉지재(720)와 접촉하는 반사벽(730)의 내측면은 봉지재(720)의 하면(722) 방향으로 기울어지는 기울기를 갖는 곡선 또는 직선으로 형성될 수 있다.
외부 기판(750)은 복수의 도전부(752, 753) 및 절연부(754)를 포함하며, 플레이트(plate) 형상을 이룬다.
절연부(754)는 반도체 발광소자 칩(710)의 복수의 전극(712)의 사이에 대응되며, 복수의 도전부(752, 753) 사이에 형성된다. 또한, 절연부(754)는 반사벽(730)에 대응하여 형성된다. 즉, 반사벽(730)과 절연부(754) 사이에는 접착제가 형성되지 않는다.
복수의 도전부(752, 753)는 전기적 도통의 통로이며, 방열 통로가 될 수 있다.
도 9는 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
먼저 도 9(a)에 도시된 바와 같이 베이스(10)위에 반도체 발광소자 칩(11)을 배치한다(S1). 이때, 반도체 발광소자 칩(11)은 단수 또는 복수개로 배치될 수 있다.
베이스(10)는 플렉시블한 필름 또는 테이프이거나, 리지드(rigid)한 금속 판 또는 비금속 판일 수 있다.
필름 또는 테이프도 특별한 제한은 없으며, 점착성 또는 접착성을 가지며 내열성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내열성 테이프, 블루테이프 등이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광 반사율을 선택할 수 있다.
금속 판으로는 특별한 한정이 있는 것은 아니며, 예를 들어, Al, Cu, Ag, Cu-Al 합금, Cu-Ag 합금, Cu-Au 합금, SUS(스테인리스스틸) 등이 사용될 수 있으며, 도금된 판도 물론 사용 가능하다.
비금속 판으로는 플라스틱이 사용될 수 있으며, 다양한 색상이나 광반사율을 선택할 수 있다.
이와 같이, 본 예에 의하면, 반도체 발광소자 칩(11)이 배열되는 베이스(10)가 반도체 기판이나 다른 고가의 기판이 아니라도 무방한 장점이 있다.
도시하지는 않았지만 반도체 발광소자 칩(11)이 베이스(10) 위에서 움직이지 않고 고정되도록 하기 위해 베이스(10)와 반도체 발광소자 칩(11) 사이에는 접착층이 있을 수 있다. 반도체 발광소자 칩(11)의 전극(12)이 베이스(10)를 향하도록 놓는다.
본 예에서, 반도체 발광소자 칩(11)으로는 플립 칩(flip chip)이 적합하지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다.
다음으로, 도 9(b)에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩(11)의 상면(14) 위에 유전체층(40)을 형성한다. 유전체층(40)은 SiO2, SiON와 같은 물질로 단일막 구조 또는 다층막 구조로 형성될 수 있다. 유전체층(40)은 스퍼터링(Sputtering)법, 전자빔 증작법(E-beam Evaporation), 열증착법(Thermal Evaporation) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 본 개시에서는 열증착법(Thermal Evaporation)을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 9(c)에 도시된 바와 같이 외부 기판(50) 위에 유전체층(40)이 구비된 반도체 발광소자 칩(11)을 실장시킨다. 이때, 외부 기판(50)의 복수의 도전부(52, 53)와 반도체 발광소자 칩(11)의 복수의 전극(12)이 전기적으로 연결된다.
다음으로, 도 9(d)에 도시된 바와 같이 외부 기판(50)의 상면에 반사벽(30)을 형성한다. 반사벽(30)은 복수의 도전부(52, 53)을 제외한 나머지 영역에 형성되며, 외력에 의해 가압되어 서로 접착될 수 있다. 본 개시에서는 반사벽(30)과 외부 기판(50) 사이에 별도의 접착제가 형성되지 않는다.
반사벽(30)의 높이는 반도체 발광소자 칩(11)의 높이보다 높게 형성되는 것이 바람직하다. 본 개시에서 반사벽(30)은 봉지재(20) 형성시 봉지재(20)가 반사벽(30)을 넘어서 형성되지 않도록 경계턱 즉, 댐(dam)으로 이용될 수 있으며, 반사벽(30)은 생략될 수 있다.
다음으로, 도 9(e)에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩(11)과 반사벽(30) 사이에 봉지재(20)를 형성한다. 액상으로 된 봉지재(20)를 형성하는 물질은 반도체 발광소자 칩(11)의 측면(13)을 타고 올라가지만 표면 장력 때문에 반도체 발광소자 칩(11) 위로 형성되지는 않는다. 봉지재(20)의 상면(21)은 반도체 발광소자 칩(11)의 측면(13)과 접하는 부분에서 봉지재(20)의 하면(22) 방향으로 기울어지는 기울기를 갖는 곡선으로 형성되며, 특히 봉지재(20)의 하면(22) 방향으로 볼록한 곡선을 형성한다.
도 10은 본 개시에 따른 반도체 발광소자 제조방법의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
도 10(a)에 도시된 바와 같이 반사벽(301)이 일체로 구비된 베이스(101) 위에 복수의 반도체 발광소자 칩(11)을 배치한다.
반사벽(301)의 형상, 패턴, 또는 경계 등을 인식하여 소자가 놓일 위치 및 각도를 보정하는 소자 이송 장치(미도시)를 사용하여, 베이스(101) 위에 반도체 발광소자 칩(11)의 전극(12)이 베이스(101)를 향하도록 놓는다.
다음으로, 도 10(b)에 도시된 바와 같이 반사벽(301)을 댐(dam)으로 하여 반도체 발광소자 칩(11)의 측면(13)을 덮도록 반도체 발광소자 칩(11)과 반도체 발광소자 칩(11) 사이에 봉지재(20)를 형성한다. 반도체 발광소자 칩(11)과 반도체 발광소자 칩(11) 사이에 제2 봉지재(20)를 형성하는 경우, 액상으로 된 제2 봉지재(20)를 형성하는 물질을 반도체 발광소자 칩(11)과 반도체 발광소자 칩(11) 사이에 적어도 일부 채운다. 액상으로 된 봉지재(20)를 형성하는 물질은 반도체 발광소자 칩(11)의 측면(13)을 타고 올라가지만 표면 장력 때문에 반도체 발광소자 칩(11) 위로 형성되지는 않는다. 반도체 발광소자 칩(11)의 상면(14)은 봉지재(20)로부터 개방된다.
다음으로, 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 반도체 발광소자 칩(11)과 반도체 발광소자 칩(11) 사이를 절단선(102)에 따라 절단한다. 이에 따라 개별 반도체 발광소자로 분리한다.
다음으로, 개별 분리된 반도체 발광소자를 외부 기판(50)에 실장한다.
본 개시에 따른 반도체 발광소자의 제조방법의 순서는 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서는 본 개시의 범위에 포함될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광소자에 있어서, 상면과 측면을 포함한 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 자외선을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩; 그리고 반도체 발광소자 칩의 상면의 적어도 일부를 개방하면서 반도체 발광소자 칩의 측면에 형성되는 봉지재;를 포함하며, 반도체 발광소자 칩의 전극은 봉지재의 하면 방향으로 노출되는 반도체 발광소자.
(2) 봉지재로부터 반도체 발광소자 칩의 상면 전체가 개방되는 반도체 발광소자.
(3) 반도체 발광소자 칩의 상면에 형성되는 유전체층;을 포함하며, 유전체층은 단일의 무기물로 형성된 반도체 발광소자.
(4) 단일의 무기물은 SiO2 및 SiON 중 적어도 하나의 물질로 형성된 유전체막인 반도체 발광소자.
(5) 봉지재는 투광성 물질 및 파장 변환재가 포함된 투광성 물질 중 적어도 하나로 형성되는 반도체 발광소자.
(6) 봉지재의 상면은 곡선 및 직선 중 적어도 하나의 기울기를 갖는 반도체 발광소자.
(7) 반도체 발광소자 칩의 측면과 떨어져 형성된 반사벽;을 더 포함하며, 도체 발광소자 칩, 반사벽 및 봉지재로 둘러싸인 캐비티가 형성되고, 비티를 형성하는 봉지재의 상면은 공기에 노출된 반도체 발광소자.
(8) 반도체 발광소자 칩은 UVC대역의 자외선을 방출하는 반도체 발광소자.
본 개시에 따르면 자외선을 생성하는 반도체 발광소자 칩의 주변에 형성되는 봉지재를 최대한 얇게 형성함으로써, 열 방출을 용이하게 하여 반도체 발광소자의 손상을 최소화할 수 있다.
반도체 발광소자 칩 : 11, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710
봉지재 : 20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720
유전체층 : 40, 540
외부 기판 : 650, 750
봉지재 : 20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720
유전체층 : 40, 540
외부 기판 : 650, 750
Claims (8)
- 반도체 발광소자에 있어서,
상면과 측면을 포함한 반도체 발광소자 칩;으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 자외선을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩; 그리고
반도체 발광소자 칩의 상면의 적어도 일부를 개방하면서 반도체 발광소자 칩의 측면에 형성되는 봉지재;를 포함하며,
반도체 발광소자 칩의 전극은 봉지재의 하면 방향으로 노출되는 반도체 발광소자. - 제1항에 있어서,
봉지재로부터 반도체 발광소자 칩의 상면 전체가 개방되는 반도체 발광소자. - 제2항에 있어서,
반도체 발광소자 칩의 상면에 형성되는 유전체층;을 포함하며,
유전체층은 단일의 무기물로 형성된 반도체 발광소자. - 제3항에 있어서,
단일의 무기물은 SiO2 및 SiON 중 적어도 하나의 물질로 형성된 유전체막인 반도체 발광소자. - 제1항에 있어서,
봉지재는 투광성 물질 및 파장 변환재가 포함된 투광성 물질 중 적어도 하나로 형성되는 반도체 발광소자. - 제1항에 있어서,
봉지재의 상면은 곡선 및 직선 중 적어도 하나의 기울기를 갖는 반도체 발광소자. - 제1항에 있어서,
반도체 발광소자 칩의 측면과 떨어져 형성된 반사벽;을 더 포함하며,
반도체 발광소자 칩, 반사벽 및 봉지재로 둘러싸인 캐비티가 형성되고,
캐비티를 형성하는 봉지재의 상면은 공기에 노출된 반도체 발광소자. - 제1항에 있어서,
반도체 발광소자 칩은 UVC대역의 자외선을 방출하는 반도체 발광소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190033629A KR20190049645A (ko) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 반도체 발광소자 |
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|---|---|---|---|---|
| USD952064S1 (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-17 | Rongwang Pan | Treadmill |
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