KR20190051426A - 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치 - Google Patents
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Abstract
실시예는 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 제1 개구부를 포함하는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 이격되고, 제2 개구부를 포함하는 제2 프레임; 상기 제1 및 제2 프레임을 지지하는 몸체; 및 상기 제1 및 제2 프레임을 상에 배치되는 발광소자;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 개구부는 상기 발광소자와 서로 중첩될 수 있다.
상기 발광소자는, 서로 반대측에 배치된 제1반사 구조 및 제2반사 구조와, 상기 제1반사 구조와 상기 제2반사 구조 사이에 배치된 발광 구조물 및 상기 제1반사 구조와 상기 제2반사 구조 중 적어도 하나의 외측에 배치된 적어도 하나의 패드를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 제1 개구부를 포함하는 제1 프레임; 상기 제1 프레임과 이격되고, 제2 개구부를 포함하는 제2 프레임; 상기 제1 및 제2 프레임을 지지하는 몸체; 및 상기 제1 및 제2 프레임을 상에 배치되는 발광소자;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 개구부는 상기 발광소자와 서로 중첩될 수 있다.
상기 발광소자는, 서로 반대측에 배치된 제1반사 구조 및 제2반사 구조와, 상기 제1반사 구조와 상기 제2반사 구조 사이에 배치된 발광 구조물 및 상기 제1반사 구조와 상기 제2반사 구조 중 적어도 하나의 외측에 배치된 적어도 하나의 패드를 포함할 수 있다.
Description
실시예는 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광소자, 발광소자 패키지 및 이를 포함하는 조명장치에 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, 3족-5족 또는 2족-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 파장 대역의 빛을 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한, 3족-5족 또는 2족-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광원도 구현이 가능하다. 이러한 발광소자는, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 3족-5족 또는 2족-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, 이와 같은 수광 소자는 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용될 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 가스(Gas)나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
발광소자(Light Emitting Device)는 예로서 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소를 이용하여 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드로 제공될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 파장 구현이 가능하다.
예를 들어, 질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 자외선 발광소자의 경우, 200nm~400nm의 파장대에 분포되어 있는 빛을 발생하는 발광 다이오드로서, 상기 파장대역에서, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.
자외선은 파장이 긴 순서대로 UV-A(315nm~400nm), UV-B(280nm~315nm), UV-C (200nm~280nm) 세 가지로 나뉠 수 있다. UV-A(315nm~400nm) 영역은 산업용 UV 경화, 인쇄 잉크 경화, 노광기, 위폐 감별, 광촉매 살균, 특수조명(수족관/농업용 등) 등의 다양한 분야에 응용되고 있고, UV-B(280nm~315nm) 영역은 의료용으로 사용되며, UV-C(200nm~280nm) 영역은 공기 정화, 정수, 살균 제품 등에 적용되고 있다.
종래기술에서는 고 출력을 제공할 수 있는 반도체 소자가 요청됨에 따라 고 전원을 인가하여 출력을 높일 수 있는 반도체 소자에 대한 연구가 진행되고 있으나 적절한 해결방안이 미비한 상태이다.
한편, 종래기술에서는 휴대폰, 조명장치 등에서 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)의 수요가 요구되고 있는데, 발광소자 자체를 초 박형으로 제공하는데 기술적 어려움이 있다.
또한 종래기술에 의하면, 발광소자 패키지의 전극 구조에서 초 박형으로 제작하는데 기술적 어려움이 있다.
또한, 발광소자 패키지에 있어, 반도체 소자의 광 추출 효율을 향상시키고, 패키지 단에서의 광도를 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 발광소자 패키지에 있어, 패키지 전극과 반도체 소자 간의 본딩 결합력을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 발광소자 패키지에 있어, 공정 효율 향상 및 구조 변경을 통하여 제조 단가를 줄이고 제조 수율을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
실시예는 고 출력을 제공할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 광 추출 효율 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 공정 효율을 향상시키고 새로운 패키지 구조를 제시하여 제조 단가를 줄이고 제조 수율을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 한다.
또한 실시예는 발광소자 패키지가 기판 등에 재 본딩되는 과정에서 발광소자 패키지의 본딩 영역에서 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 제1 개구부(TH1)를 포함하는 제1 프레임(111); 상기 제1 프레임(111)과 이격되고, 제2 개구부(TH2)를 포함하는 제2 프레임(112); 상기 제1 및 제2 프레임(112)을 지지하는 몸체(113); 및 상기 제1 및 제2 프레임(112)을 상에 배치되는 발광소자(10);를 포함하고, 상기 제1 및 제2 개구부는 상기 발광소자와 서로 중첩될 수 있다.
상기 발광소자(10)는, 서로 반대측에 배치된 제1반사 구조(31) 및 제2반사 구조(41)와, 상기 제1반사 구조(31)와 상기 제2반사 구조(41) 사이에 배치된 발광 구조물(21) 및 상기 제1반사 구조(31)와 상기 제2반사 구조(41) 중 적어도 하나의 외측에 배치된 적어도 하나의 패드를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 조명장치는 상기 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
실시예는 고 출력의 구현이 가능한 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예는 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 금속간 화합물의 원료물질이 미세(fine)한 상태에서 공정이 진행됨에 따라 균일한 금속간 화합물을 얻을 수 있어 저전류 등의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 금속간 화합물의 원료물질이 미세(fine)한 상태에서 열처리 공정이 진행됨에 따라 종래보다 낮은 온도에서도 금속간 화합물이 형성됨에 따라 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 광 추출 효율 및 전기적 특성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 실시예에 의하면, 공정 효율을 향상시키고 새로운 패키지 구조를 제시하여 제조 단가를 줄이고 제조 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 실시예는 반사율이 높은 몸체를 제공함으로써, 반사체가 변색되지 않도록 방지할 수 있어 발광소자 패키지의 신뢰성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한 실시예에 의하면, 발광소자 패키지가 기판 등에 재 본딩되는 과정에서 발광소자 패키지의 본딩 영역에서 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 도 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.
도 4 내지 도 6a는 실시예에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 설명하는 도면.
도 6b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.도 7은 실시예에 따른 복수의 발광소자 패키지가 몸체 상에 배치된 반도체 모듈의 사시도.
도 4 내지 도 6a는 실시예에 따른 발광소자 패키지 제조방법을 설명하는 도면.
도 6b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도.도 7은 실시예에 따른 복수의 발광소자 패키지가 몸체 상에 배치된 반도체 모듈의 사시도.
이하 상기의 과제를 해결하기 위한 구체적으로 실현할 수 있는 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
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, 수광 소자 등 각종 전자 소자 포함할 수 있으며, 발광소자와 수광소자는 모두 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는 발광소자일 수 있다. 발광소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
(실시예)
도 1은 도 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 패키지 몸체(110)와 발광소자(10)를 포함할 수 있다. 상기 패키지 몸체(110)는 몸체(113)와, 제1 프레임(111) 및 제2 프레임(112)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 제1 개구부(TH1)를 포함하는 제1 프레임(111)과, 상기 제1 프레임(111)과 이격되고, 제2 개구부(TH2)를 포함하는 제2 프레임(112)과, 상기 제1 및 제2 프레임(112)을 지지하는 몸체(113) 및 상기 제1 및 제2 프레임(112)을 상에 배치되는 발광소자(10)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)는 상기 발광소자(10)와 서로 중첩될 수 있다. 상기 발광소자(10)는 서로 반대측에 배치된 제1반사 구조(31) 및 제2반사 구조(41)와, 상기 제1반사 구조(31)와 상기 제2반사 구조(41) 사이에 배치된 발광 구조물(21) 및 상기 제1반사 구조(31)와 상기 제2반사 구조(41) 중 적어도 하나의 외측에 배치된 적어도 하나의 패드를 포함할 수 있다.
이하 도 1을 중심으로 실시예에 따른 발광소자 패키지의 특징을 설명하되, 필요시 도 2 내지 도 6a도 함께 참조하여 설명하기로 한다.
<패키지 몸체(몸체, 제1 프레임, 제2 프레임)>
실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 패키지 몸체(110)를 포함할 수 있고, 상기 패키지 몸체(110)는 몸체(113)와, 제1 프레임(111) 및 제2 프레임(112)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 패키지 몸체(110)는 제1 프레임(111)과 제2 프레임(112)을 포함할 수 있다. 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 패키지 몸체(110)는 몸체(113)를 포함할 수 있다. 상기 몸체(113)는 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 사이에 배치될 수 있다. 상기 몸체(113)는 일종의 전극 분리선의 기능을 수행할 수 있다. 상기 몸체(113)는 절연부재로 지칭될 수도 있다.
상기 몸체(113)는 상기 제1 프레임(111) 위에 배치될 수 있다. 또한, 상기 몸체(113)는 상기 제2 프레임(112) 위에 배치될 수 있다.
상기 몸체(113)는 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 위에 배치된 경사면을 제공할 수 있다. 상기 몸체(113)의 경사면에 의하여 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112) 위에 캐비티(C)가 제공될 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 패키지 몸체(110)는 캐비티 없이 상면이 평탄한 구조로 제공될 수도 있으나, 소정의 캐비티를 포함한 구조로 제공될 수도 있다.
예로서, 상기 몸체(113)는 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), PCT(Polychloro Tri phenyl), LCP(Liquid Crystal Polymer), PA9T(Polyamide9T), 실리콘, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC: Epoxy molding compound), 실리콘 몰딩 컴파운드(SMC), 세라믹, PSG(photo sensitive glass), 사파이어(Al2O3) 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 상기 몸체(113)는 TiO2와 SiO2와 같은 고굴절 필러를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)은 도전성 프레임으로 제공될 수도 있다. 상기 제1 프레임(111)과 상기 제2 프레임(112)은 상기 패키지 몸체(110)의 구조적인 강도를 안정적으로 제공할 수 있으며, 상기 발광소자(10)에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 개구부(TH1)와 제2 개구부(TH2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 프레임(111)은 상기 제1 개구부(TH1)를 포함할 수 있다. 상기 제2 프레임(112)은 상기 제2 개구부(TH2)를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구부(TH1)는 상기 제1 프레임(111)에 제공될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)는 상기 제1 프레임(111)을 관통하여 제공될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)는 상기 제1 프레임(111)의 상면과 하면을 제1 방향으로 관통하여 제공될 수 있다.
상기 제2 개구부(TH2)는 상기 제2 프레임(112)에 제공될 수 있다. 상기 제2 개구부(TH2)는 상기 제2 프레임(112)을 관통하여 제공될 수 있다. 상기 제2 개구부(TH2)는 상기 제2 프레임(112)의 상면과 하면을 제1 방향으로 관통하여 제공될 수 있다.
상기 제1 개구부(TH1)와 상기 제2 개구부(TH2)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)와 상기 제2 개구부(TH2)는 상기 발광소자(10)의 하부 면 아래에서 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 개구부(TH1)는 상기 제1 프레임(111)의 상면에 인접하여 배치된 상부 영역 및 상기 제1 프레임(111)의 하면에 인접하여 배치된 하부 영역을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(TH1)의 상부 영역 둘레는 상기 제1 개구부(TH1)의 하부 영역 둘레보다 작게 제공될 수 있다.
상기 제1 개구부(TH1)는 제1 방향의 둘레가 제일 작은 제1 지점을 포함하고, 상기 제1 지점은 상기 제1 방향과 수직한 방향을 기준으로 상기 제1 개구부(TH1)의 하부 영역 보다 상기 제1 개구부(TH1)의 상부 영역에 더 가깝게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2 개구부(TH2)는 상기 제2 프레임(112)의 상면에 인접하여 배치된 상부 영역 및 상기 제2 프레임(112)의 하면에 인접하여 배치된 하부 영역을 포함할 수 있다. 예로서, 상기 제2 개구부(TH2)의 상부 영역 둘레는 상기 제2 개구부(TH2)의 하부 영역 둘레보다 작게 제공될 수 있다.
상기 제2 개구부(TH2)는 제1 방향의 둘레가 제일 작은 제1 지점을 포함하고, 상기 제1 지점은 상기 제1 방향과 수직한 방향을 기준으로 상기 제2 개구부(TH2)의 하부 영역 보다 상기 제2 개구부(TH2)의 상부 영역에 더 가깝게 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 발광소자 패키지는, 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)를 형성하는 공정에서, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(111, 112)의 상면 방향과 하면 방향에서 식각이 각각 수행된 경우를 나타낸 것이다.
상기 제1 및 제2 리드 프레임(111, 112)의 상면 방향과 하면 방향에서 각각 식각이 진행됨에 따라, 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)의 형상이 일종의 눈사람 형상으로 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)는 하부 영역에서 중간 영역으로 가면서 폭이 점차적으로 증가되다가 다시 감소될 수 있다. 또한, 폭이 감소된 중간 영역에서 다시 상부 영역으로 가면서 폭이 점차적으로 증가되다가 다시 감소될 수 있다.
앞에서 설명된 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)의 제1 지점은 눈사람 형상에서 개구부의 크기가 하부 영역에서 상부 영역으로 가면서 작아졌다가 다시 커지는 경계 영역을 지칭할 수 있다.
상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)는 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 각각의 상면에 배치된 제1 영역, 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 각각의 하면에 배치된 제2 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 영역의 상면의 폭은 상기 제2 영역의 하면의 폭 보다 작게 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)은 지지부재와 상기 지지부재를 감싸는 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)를 형성하는 식각 공정이 완료된 후, 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)을 구성하는 상기 지지부재에 대한 도금 공정 등을 통하여 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)을 구성하는 지지부재의 표면에 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)이 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)은 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)의 상면 및 하면에 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)은 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)와 접하는 경계 영역에 제공될 수도 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)와 접하는 경계 영역에 제공된 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)은 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)에 제공되는 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 결합되어 제1 및 제2 합금층(111b, 112b)으로 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)은 기본 지지부재로서 Cu층으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)은 Ni층, Ag층 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)이 Ni층을 포함하는 경우, Ni층은 열 팽창에 대한 변화가 작으므로, 패키지 몸체가 열 팽창에 의하여 그 크기 또는 배치 위치가 변화되는 경우에도, 상기 Ni층에 의하여 상부에 배치된 발광소자의 위치가 안정적으로 고정될 수 있게 된다. 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)이 Ag층을 포함하는 경우, Ag층은 상부에 배치된 발광소자에서 발광되는 빛을 효율적으로 반사시키고 광도를 향상시킬 수 있다.
한편, 앞서 배경기술에서 언급한 바와 같이, 종래기술에서는 휴대폰, 조명장치 등에서 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)의 수요가 요구되고 있는데, 발광소자 자체를 초 박형으로 제공하는데 기술적 어려움이 있으며, 또한 종래기술에 의하면, 발광소자 패키지의 전극 구조에서 초 박형으로 제작하는데 기술적 어려움이 있다.
이에 따라 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 함이다.
잠시 도 6a를 참조하여 실시예에서 제1 및 제 2 도전층(321, 322)이 형성되는 과정 또는 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공된 후 열처리 과정에서, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 상기 제1 및 제2 프레임(211, 112) 사이에 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층이 형성되는 공정을 설명하기로 한다.
예로서, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)을 이루는 물질과 상기 제1 및 제2 프레임(211, 112)의 제1 및 제2 금속층(211a, 112a) 간의 결합에 의해 제1 및 제2 합금층(211b, 112b)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 도전층(321)과 상기 제1 프레임(211)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다. 상기 제1 도전층(321), 상기 제1 합금층(211b), 상기 제1 프레임(211)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다.
또한, 상기 제2 도전층(322)과 상기 제2 프레임(212)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다. 상기 제2 도전층(322), 상기 제2 합금층(212b), 상기 제2 프레임(212)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다.
예로서, 상기 제1 및 제2 합금층(211b, 112b)은 AgSn, CuSn, AuSn 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속간 화합물층을 포함할 수 있다. 상기 금속간 화합물층은 제1 물질과 제2 물질의 결합으로 형성될 수 있으며, 제1 물질은 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)으로부터 제공될 수 있고, 제2 물질은 상기 제1 및 제2 금속층(211a, 112a) 또는 상기 제1 및 제2 프레임(211, 112)의 지지부재로부터 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Sn 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 금속층(211a, 112a)이 Ag 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Sn 물질과 Ag 물질의 결합에 의하여 AgSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Sn 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 금속층(211a, 112a)이 Au 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Sn 물질과 Au 물질의 결합에 의하여 AuSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Sn 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 프레임(211, 112)의 지지부재가 Cu 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Sn 물질과 Cu 물질의 결합에 의하여 CuSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Ag 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 금속층(211a, 111b) 또는 상기 제1 및 제2 프레임(211, 112)의 지지부재가 Sn 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Ag 물질과 Sn 물질의 결합에 의하여 AgSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
이상에서 설명된 금속간 화합물층은 일반적인 본딩 물질에 비해 더 높은 용융점을 가질 수 있다. 또한, 상기 금속한 화합물층이 형성되는 열처리 공정은 일반적인 본딩 물질의 용융점에 비해 더 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
따라서, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100)는 메인 기판 등에 리플로우(reflow) 공정을 통해 본딩되는 경우에도 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되지 않으므로 전기적 연결 및 물리적 본딩력이 열화되지 않는 장점이 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100) 및 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 발광소자 패키지를 제조하는 공정에서 패키지 몸체가 고온에 노출될 필요가 없게 된다. 따라서, 실시 예에 의하면, 패키지 몸체가 고온에 노출되어 손상되거나 변색이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 몸체(113)를 구성하는 물질에 대한 선택 폭이 넓어질 수 있게 된다. 실시 예에 의하면, 상기 몸체(113)는 세라믹 등의 고가의 물질뿐만 아니라, 상대적으로 저가의 수지 물질을 이용하여 제공될 수도 있다.
예를 들어, 상기 몸체(113)는 PPA(PolyPhtalAmide) 수지, PCT(PolyCyclohexylenedimethylene Terephthalate) 수지, EMC(Epoxy Molding Compound) 수지, SMC(Silicone Molding Compound) 수지를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 함인데,
이건 발명을 적용함에 있어서, 제1 및 제2 도전층(321, 322)의 금속간 화합물(Intermetallic compound)를 형성함에 있어서, 제1 개구부(TH1) 또는 제2 개구부(TH2)는 소정 이상의 홀 사이즈를 확보해야 하는 발전적 기술적 문제를 발견하게 되었다.
예를 들어, Ag 페이스트(paste), Cu 페이스트, Sn 페이스트 등의 전도성 물질로 인젝션(Injection) 금속간 화합물을 형성하기 위해서, 제1 개구부(TH1) 또는 제2 개구부(TH2)는 적어도 수백 ㎛ 이상의 직경이 필요함을 연구를 통해 알게 되었다.
예를 들어, 전도성 물질로 인젝션(Injection) 금속간 화합물을 형성하기 위해서, 제1 개구부(TH1) 또는 제2 개구부(TH2)는 적어도 250 ㎛ 이상의 직경이 필요하다는 것이 현재 기술적 수준의 한계이고, 이에 따라 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지를 제공하기 어려운 점을 발견하게 되었다.
즉, 금속간 화합물이 형성되는 개구부의 직경은 금속간 화합물의 원료물질(서로 뭉쳐진 사이즈 기준)의 약 5 배 이상의 직경이 확보되어야 금속간 화합물이 정상적으로 형성됨을 알게 되었다. 종래기술에서는 금속간 화합물의 원료물질이 혼합된 상태에서 소정의 플럭스(flux)로 캡핑 후 열처리를 진행함에 따라 금속간 화합물의 원료물질의 사이즈가 상대적으로 비대하고, 이에 따라 개구부의 직경은 적어도 250 ㎛ 이상의 직경이 필요하다는 것을 알게 되었다. 실시예에서 채용하는 플럭스는 계면활성제, 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드 중합체 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속간 화합물을 형성하기 위한 열처리 공정에서 휘발될 수 있다.
이에 이건 발명의 발명자들은 이러한 발전적 기술적 과제를 해결하기 위해, 금속간 화합물을 형성하기 위한 원료물질 들이 혼합된 상태가 아닌, 개별 원료물질 상태에서 소정의 플럭스로 캡핑하여 인젝션(Injection) 또는 디스펜싱(Dispensing) 할 수 있다. 예를 들어, 솔더 볼에서 채용되는 인젝션(Injection) 또는 디스펜싱(Dispensing) 장비를 이용하여 개별 원료물질 상태에서 소정의 플럭스로 캡핑하여 인젝션(Injection) 또는 디스펜싱(Dispensing)하게 되면 솔더 볼 사이즈(Solder ball Size)에 의하여 프레임의 개구부 사이즈도 정할 수 있기 때문에, 현재 기술에 비해 현저히 작은 사이즈의 개구부에서도 안정적인 금속간 화합물을 형성이 가능할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 프레임의 개구부의 직경이 100㎛ 이하 사이즈의 구현도 가능하며, 예를 들어 약 50 ㎛ 내지 약 100㎛ 사이즈 구현이 가능하며, 이에 따라 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 금속간 화합물의 원료물질이 미세(fine)한 상태에서 공정이 진행됨에 따라 균일한 금속간 화합물을 얻을 수 있어 저전류 등의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 금속간 화합물의 원료물질이 미세(fine)한 상태에서 열처리 공정이 진행됨에 따라 종래보다 낮은 온도에서도 금속간 화합물이 형성됨에 따라 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 실시예에서 상기 제1 프레임(111) 및 상기 제2 프레임(112)의 하면 영역에서 상기 제1 개구부(TH1)와 상기 제2 개구부(TH2) 사이의 폭(W3)은 수백 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 상기 제1 프레임(111) 및 상기 제2 프레임(112)의 하면 영역에서 상기 제1 개구부(TH1)와 상기 제2 개구부(TH2) 사이의 폭(W3)은 예로서 100 마이크로 미터 내지 150 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
상기 제1 프레임(111) 및 상기 제2 프레임(112)의 하면 영역에서 상기 제1 개구부(TH1)와 상기 제2 개구부(TH2) 사이의 폭(W3)은, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)가 추후 회로기판, 서브 마운트 등에 실장되는 경우에, 패드 간의 전기적인 단락(short)이 발생되는 것을 방지하기 위하여 일정 거리 이상으로 제공되도록 선택될 수 있다.
다시 도 2와 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 리세스(R)를 포함할 수 있으며, 상기 리세스(R)에 제1 수지층(130)을 포함할 수 있다.
상기 리세스(R)는 상기 몸체(113)에 제공될 수 있다. 상기 리세스(R)는 상기 제1 개구부(TH1)와 상기 제2 개구부(TH2) 사이에 제공될 수 있다. 상기 리세스(R)는 상기 몸체(113)의 상면에서 하면 방향으로 오목하게 제공될 수 있다. 상기 리세스(R)는 상기 발광소자(10) 아래에 배치될 수 있다. 상기 리세스(R)는 상기 발광소자(10)와 상기 제1 방향에서 중첩되어 제공될 수 있다.
다음으로, 도 3과 같이, 상기 제1 수지층(130)은 상기 리세스(R)에 배치될 수 있다. 상기 제1 수지층(130)은 상기 발광소자(10)와 상기 몸체(113) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 수지층(130)은 상기 발광소자(10)와 상기 패키지 몸체(110) 간의 안정적인 고정력을 제공할 수 있다. 상기 제1 수지층(130)은 상기 발광소자(10)와 상기 몸체(113) 간의 안정적인 고정력을 제공할 수 있다. 상기 제1 수지층(130)은 예로서 상기 몸체(113)의 상면에 직접 접촉되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 수지층(130)은 상기 발광소자(10)의 하부 면에 직접 접촉되어 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제1 수지층(130)은 에폭시(epoxy) 계열의 물질, 실리콘(silicone) 계열의 물질, 에폭시 계열의 물질과 실리콘 계열의 물질을 포함하는 하이브리드(hybrid) 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 예로서, 상기 제1 수지층(130)이 반사 기능을 포함하는 경우 상기 접착제는 화이트 실리콘(white silicone)을 포함할 수 있다.
상기 제1 수지층(130)은 상기 몸체(113)와 상기 발광소자(10) 간의 안정적인 고정력을 제공할 수 있고, 상기 발광소자(10)의 하면으로 광이 방출되는 경우, 상기 발광소자(10)와 상기 몸체(113) 사이에서 광 확산 기능을 제공할 수 있다. 상기 발광소자(10)로부터 상기 발광소자(10)의 하면으로 광이 방출될 때 상기 제1 수지층(130)은 광 확산 기능을 제공함으로써 상기 발광소자 패키지(100)의 광 추출 효율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 제1 수지층(130)은 상기 발광소자(10)에서 방출하는 광을 반사할 수 있다. 상기 제1 수지층(130)이 반사 기능을 포함하는 경우, 상기 제1 수지층(130)은 TiO2, SiO2 등을 포함하는 물질로 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시예에 의하면, 상기 리세스(R)의 깊이(T1)는 상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2) 또는 상기 제2 개구부(TH2)의 깊이(T2)에 비해 작게 제공될 수 있다.
상기 리세스(R)의 깊이(T1)는 상기 제1 수지층(130)의 접착력을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 리세스(R)이 깊이(T1)는 상기 몸체(113)의 안정적인 강도를 고려하거나 및/또는 상기 발광소자(10)에서 방출되는 열에 의해 상기 발광소자 패키지(100)에 크랙(crack)이 발생하지 않도록 결정될 수 있다.
상기 리세스(R)는 상기 발광소자(10) 하부에 일종의 언더필(under fill) 공정이 수행될 수 있는 적정 공간을 제공할 수 있다. 여기서, 상기 언더필(Under fill) 공정은 발광소자(10)를 패키지 몸체(110)에 실장한 후 상기 제1 수지층(130)을 상기 발광소자(10) 하부에 배치하는 공정일 수 있고, 상기 발광소자(10)를 패키지 몸체(110)에 실장하는 공정에서 상기 제1 수지층(130)을 통해 실장하기 위해 상기 제1 수지층(130)을 상기 리세스(R)에 배치 후 상기 발광소자(10)를 배치하는 공정일 수 있다.
상기 리세스(R)는 상기 발광소자(10)의 하면과 상기 몸체(113)의 상면 사이에 상기 제1 수지층(130)이 충분히 제공될 수 있도록 제1 깊이 이상으로 제공될 수 있다. 또한, 상기 리세스(R)는 상기 몸체(113)의 안정적인 강도를 제공하기 위하여 제2 깊이 이하로 제공될 수 있다.
상기 리세스(R)의 깊이(T1)와 폭(W4)은 상기 제1 수지층(130)의 형성 위치 및 고정력에 영향을 미칠 수 있다. 상기 리세스(R)의 깊이(T1)와 폭(W4)은 상기 몸체(113)와 상기 발광소자(10) 사이에 배치되는 상기 제1 수지층(130)에 의하여 충분한 고정력이 제공될 수 있도록 결정될 수 있다.
예로서, 상기 리세스(R)의 깊이(T1)는 수십 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 상기 리세스(R)의 깊이(T1)는 40 마이크로 미터 내지 60 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
또한, 상기 리세스(R)의 폭(W4)은 수십 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 여기서, 상기 리세스(R)의 폭(W4)은 상기 발광소자(10)의 장축 방향으로 제공될 수 있다.
상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2)는 상기 제1 프레임(111)의 두께에 대응되어 제공될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2)는 상기 제1 프레임(111)의 안정적인 강도를 유지할 수 있는 두께로 제공될 수 있다.
상기 제2 개구부(TH2)의 깊이(T2)는 상기 제2 프레임(112)의 두께에 대응되어 제공될 수 있다. 상기 제2 개구부(TH2)의 깊이(T2)는 상기 제2 프레임(112)의 안정적인 강도를 유지할 수 있는 두께로 제공될 수 있다.
상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2) 및 상기 제2 개구부(TH2)의 깊이(T2)는 상기 몸체(113)의 두께에 대응되어 제공될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2) 및 상기 제2 개구부(TH2)의 깊이(T2)는 상기 몸체(113)의 안정적인 강도를 유지할 수 있는 두께로 제공될 수 있다.
예로서, 상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2)는 수백 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2)는 180 마이크로 미터 내지 220 마이크로 미터로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 제1 개구부(TH1)의 깊이(T2)는 200 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
예로서, 상기 (T2-T1)의 두께는 적어도 100 마이크로 미터 이상으로 선택될 수 있다. 이는 상기 몸체(113)의 크랙 프리(crack free)를 제공할 수 있는 사출 공정 두께가 고려된 것이다.
실시예에 의하면, T1 두께와 T2 두께의 비(T2/T1)는 2 내지 10으로 제공될 수 있다. 예로서, T2의 두께가 200 마이크로 미터로 제공되는 경우, T1의 두께는 20 마이크로 미터 내지 100 마이크로 미터로 제공될 수 있다.
다음으로, 도 4와 같이, 발광소자(10)가 패키지 몸체(110) 상에 배치될 수 있다. 도 5a는 실시예에서 발광소자(10)의 사시도이며, 도 5b는 발광소자(10)와 확대도이다.
이하 도 5a와 도 5b를 중심으로 실시예에서 발광소자(10)를 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 발광소자(10)는 발광 구조물(21), 상기 발광 구조물(21)의 서로 반대측에 배치된 제1 및 제2반사 구조(31,41)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 반사 구조(31)와 상기 제2 반사구조(41)은 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제1반사 구조(31)와 상기 발광 구조물(21) 사이에 기판(11)이 배치될 수 있다. 상기 발광 구조물(21)은 상기 기판(11)과 상기 제2반사 구조(41) 사이에 배치될 수 있다.
상기 발광소자(10)는 측면 방향으로 광을 방출할 수 있다. 상기 기판(11) 및 상기 발광 구조물(21)의 측면은 상기 제1 및 제2반사 구조(31,41) 사이의 외 측면으로서, Y축 방향과 Z축 방향으로 광이 출사되는 면일 수 있다.
상기 기판(11)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(11)은 금속 또는 비 금속 재질의 기판일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 발광 구조물(21)은 제1도전형 반도체층, 활성층(A1) 및 제2도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층, 활성층(A1) 및 제2도전형 반도체층은 상기 기판(11)과 제2반사 구조(41) 사이에 적층될 수 있다.
상기 발광 구조물(21)은, II족 내지 VI족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 발광 구조물(21)은 II족 및 VI족 원소의 화합물 반도체 또는 III족 및 V족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층 및 상기 제2도전형 반도체층은 예컨대, III족-V족 원소의 화합물 반도체를 이용한 반도체층 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP 중 적어도 한 층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층은 n형 반도체층을 포함하며, 상기 제2도전형 반도체층은 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 활성층은 자외선, 가시광선 및 적외선 중 적어도 하나를 발광할 수 있다. 상기 활성층은 예컨대, 청색, 녹색, 적색 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 구조물(21)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 발광소자(10)는 패드(51,61)를 포함하며, 상기 패드(51,61)는 제1 및 제2반사 구조(31,41) 중 적어도 하나의 외측에 적어도 하나가 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 패드(51,61)는 제1도전형 반도체층에 연결된 제1패드(51), 및 상기 제2도전형 반도체층에 연결된 제2패드(61)를 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층은 기판(11)에 인접하거나 접촉되어 배치될 수 있고, 상기 제2도전형 반도체층은 제2반사 구조(341)에 인접하거나 접촉되어 배치될 수 있다.
상기 제1패드(51)와 상기 제1도전형 반도체층 사이에는 상기 제1반사 구조(31)를 관통하는 비아 구조 또는 홀 구조를 갖고 연결되는 하나 또는 복수의 연결 전극이 배치될 수 있으며, 상기 제2패드(61)와 상기 제2도전형 반도체층 사이에는 상기 제2반사 구조(41)를 관통하는 비아 구조 또는 홀 구조를 갖고 연결되는 하나 또는 복수의 연결 전극이 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 5b와 같이, 상기 제1패드(51)는 상기 제1반사 구조(31)와 상기 기판(11)을 관통하여 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제1 비아 구조(51b)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 비아구조(51b)는 복수로 형성될 수 있다.
또한 상기 제2패드(61)는 상기 제2반사 구조(21)를 관통하여 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제2 비아 구조(61b)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 비아구조(61b)는 복수로 형성될 수 있다.
상기 제1 비아구조(51b)와 상기 제2 비아구조(61b)는 전도성 물질, 예컨대, Ti, Al, In, Ir, Ta, Pd, Co, Cr, Mg, Zn, Ni, Si, Ge, Ag, Ag alloy, Au, Hf, Pt, Ru, Rh, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 등 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 상기 제2 비아구조(61b)와 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 오믹층을 추가로 구비할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 발광 구조물(21)과 패드 간의 전기적 연결관계는 상기 비아홀 구조에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 메사에칭에 의해 제1 도전형 반도체층이 일부 노출되고, 노출된 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 패드(미도시), 상기 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 제3 패드(미도시)를 포함하는 전기적 연결관계도 가능할 수 있다.
상기 패드는 상기 발광소자(10)의 바닥 방향에 배치될 수 있다. 상기 패드의 바닥은 상기 발광소자(10)의 바닥 면과 같은 평면에 배치될 수 있다.
상기 발광 구조물(21)과 상기 제2반사 구조(41) 사이에는 투광성 전극층 또는/및 반사성 전극층이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 기판(11)과 상기 제1반사 구조(31) 사이에는 투광성 재질 또는 반사성 재질의 물질이 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광소자(10)에서 제1방향은 Y축 방향의 길이이며, 제2방향은 X축 방향의 두께이며, 제3방향은 Z축 방향의 길이일 수 있다. 상기 Y축 방향은 X축 방향과 Z축 방향과 직교하는 방향일 수 있다. 상기 Y축 방향의 길이는 X축 방향의 길이보다 크며, 상기 Z축 방향의 길이는 Y축 방향의 길이와 같거나 보다 클 수 있다. 상기 발광소자(10)의 두께는 1mm 미만일 수 있어, 박막형 소자를 제공할 수 있다.
상기 발광소자(10)는 바닥측 제4측면(S4)의 반대측 제1측면(S1), 서로 반대측 제2 및 제3측면(S2,S3)과, 도 2와 같이 서로 반대측 제5 및 제6측면(S5,S6)이 배치될 수 있다. 상기 제1,4,5,6측면(S1,S4,S5,S6)은 상기 제1 및 제2반사 구조(31,41) 사이의 외측 방향이거나 Y축 방향과 Z축 방향으로 노출될 수 있다.
상기 발광 구조물(21) 및 상기 기판(11)은 제2 및 제3측면(S2,S3) 방향으로는 제1,2반사 구조(31,41)에 의해 차단되며, 제1,4,5,6측면(S1,S4,S5,S6)이 노출될 수 있다. 상기 제4측면(S4)은 상기 발광소자(10)의 바닥 면으로서, 회로 기판(도 7의 81)과 대면하는 면일 수 있다. 이에 따라 상기 발광소자(10)는 회로 기판(도 7의 81) 상에 배치될 때, 적어도 3면 예컨대, 제1,5,6 측면(S1,S5,S6)을 통해 광이 방출될 수 있다.
상기 제1패드(51)는 상기 제1반사 구조(31)의 외측 제2측면(S2)에 배치되며, 상기 제2패드(61)는 상기 제2반사 구조(41)의 외측 제3측면(S3)에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2패드(51,61)는 상기 발광소자(10)의 서로 반대측 제2 및 제3측면(S2,S3)에 배치되고, 서로 대응되거나 서로 어긋난 위치에 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2패드(51,61)는 발광소자(10)의 Z축 방향의 중심 위치에 배치되거나, 제1패드(51)는 상기 제1반사 구조(31) 상에 복수로 배치되어 서로 분리되거나 암(arm) 패턴으로 서로 연결되거나, 상기 제2패드(61)는 상기 제2반사 구조(41) 상에 복수로 배치되거나 서로 분리되거나 암 패턴으로 서로 연결될 수도 있다. 상기 제1 및 제2패드(51,61)는 금속 예컨대, Ti, Al, In, Ir, Ta, Pd, Co, Cr, Mg, Zn, Ni, Si, Ge, Ag, Ag alloy, Au, Hf, Pt, Ru, Rh, ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO 등 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 이용하여 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
도 5b와 같이, 상기 제1반사 구조(31)는 서로 다른 굴절률을 갖는 제1층(32)과 제2층(33)이 교대로 배치된 DBR(distributed Bragg reflection) 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제1층(32)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2, Ta2O5 중에서 어느 하나이며, 상기 제2층(33)은 상기 제1층(32) 이외의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제1층(32) 및 제2층(33)의 페어는 5페어 이상 예컨대, 5페어 내지 50페어일 수 있으며, 예컨대 TiO2와 SiO2 또는 Ta2O5와 SiO2로 제공될 수 있다. 상기 제1층(32)이 SiO2인 경우 50nm 이상일 수 있으며, 상기 제2층(33)이 TiO2인 경우 30nm 이상일 수 있다.
도 5b와 같이, 상기 제2반사 구조(41)는 서로 다른 굴절률을 갖는 제3층(42)과 제4층(43)이 교대로 배치된 DBR(distributed Bragg reflection) 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제3층(42)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 어느 하나이며, 상기 제4층(43)은 상기 제3층(42) 이외의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 제3층(42) 및 제4층(43)의 페어는 5페어 이상 예컨대, 5페어 내지 50페어일 수 있다. 상기 제3층(42)이 SiO2인 경우 50nm 이상일 수 있으며, 상기 제4층(43)이 TiO2인 경우 30nm 이상일 수 있다.
상기 제1 및 제2 반사 구조(31,41) 중 적어도 하나는 ODR(Omni-directional reflection)일 수 있다. 상기 ODR 구조는 예컨대, SiO2/ITO/Ag의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 반사 구조(31,41) 중 적어도 하나는 DBR과 ODR를 갖는 복합 반사 구조일 수 있으며, 상기 복합 반사 구조는 SiO2/TiO2의 다층 페어 구조와 ITO/Ag 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 반사 구조(31,41)는 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1반사 구조(31)의 제2측면(S2)의 면적은 상기 발광 구조물(21)의 상면 또는 하면의 면적이나, 상기 기판(11)의 상면 또는 하면의 면적과 같을 수 있다. 상기 제1반사 구조(31)의 제2측면(S2)의 면적은 상기 제2반사 구조(41)의 제3측면(S3)의 면적은 같을 수 있다. 이러한 제1 및 제2 반사 구조(31,41)가 동일한 면적으로 배치되므로, 상기 발광 구조물(21)로부터 X축 방향으로 방출된 광을 효과적으로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 제1,2반사 구조(31,41)에 의해 반사된 광들은 발광소자(10)의 측 방향으로 방출될 수 있다.
실시 예는 발광 구조물의 서로 반대측에 반사 구조를 배치하여, 측 방향으로의 광을 방출시키는 효과가 있다.
실시 예는 측 방향으로 광을 방출하는 발광소자(10)를 이용하여 사이드 뷰 타입의 소자로 제공할 수 있다.
또한 실시예는 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 발광소자 패키지(10A)는 상기 발광소자(10)와 그 표면에 배치된 형광체층(71)을 포함할 수 있다. 상기 형광체층(71)은 상기 발광소자(10)의 바닥인 제4측면(S4)을 제외한 표면에 형성될 수 있다. 상기 형광체층(71)은 상기 제1반사 구조(31)의 표면, 상기 제2반사 구조(41)의 표면, 상기 기판(11) 및 발광 구조물(21)의 측면에 배치되어, 입사되는 광의 파장을 변환할 수 있다. 상기 발광소자 패키지(10A)의 두께는 1.2mm 이하 예컨대, 0.8mm 내지 1.2mm범위일 수 있어, 박막형 패키지를 제공할 수 있다. 이러한 패키지의 두께를 박형으로 제공함으로써, 핸드폰이나 다른 휴대용 제품에 적용되어, 사이즈를 줄여줄 수 있다.
상기 형광체층(71)은 상기 제1패드(51) 및 제2패드(61)의 외측에 배치될 수 있다. 상기 형광체층(71)은 상기 발광소자(10)의 바닥을 제외한 영역에 배치되므로, 상기 제1 및 제2패드(51,61)의 바닥은 노출될 수 있다.
상기 형광체층(71)은 투광성 수지 재료 내에 첨가된 형광체를 포함할 수 있다. 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. 상기 형광체는 적색 형광체, 황색 형광체, 녹색 형광체 중 적어도 한 종류 또는 서로 다른 종류의 형광체를 포함할 수 있다.
상기 형광체층(71)은 서로 다른 형광체층을 포함할 수 있으며, 상기 서로 다른 형광체층은 제1층이 적색, 황색, 녹색 형광체층 어느 한 형광체층이고, 제2층이 상기 제1층 위에 형성되며 상기 제1층과 다른 형광체층으로 형성될 수 있다.
상기 형광체층(71) 내에는 고 굴절 재질의 비드(bead)와 같은 확산제를 포함할 수 있다.
실시예는 발광 구조물 및 반사 구조의 표면에 형광체층을 배치하여, 측 방향으로 파장 변환된 광을 방출시켜 줄 수 있는 효과가 있다.
<제1 도전층, 제2 도전층, 제1 및 제2 합금층>
다음으로, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 도 1 및 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 도전층(321)과 제2 도전층(322)을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전층(321)은 상기 제2 도전층(322)과 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 도전층(321)은 상기 제1 개구부(TH1)에 제공될 수 있다. 상기 제2 도전층(322)은 상기 제2 개구부(TH2)에 제공될 수 있다. 상기 제2 도전층(322)은 상기 제2 프레임(112)에 의하여 둘러 싸이게 배치될 수 있다. 상기 제2 도전층(322)의 하면은 하부에서 상부 방향으로 오목한 형상으로 배치될 수 있다.
상기 제1 도전층(321)과 상기 제2 도전층(322)은 Ag, Au, Pt, Sn, Cu 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 하나의 물질 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정하지 않고, 상기 제1 도전층(321)과 상기 제2 도전층(322)으로 전도성 기능을 확보할 수 있는 물질이 사용될 수 있다.
예로서, 상기 제1 도전층(321)과 상기 제2 도전층(322)은 도전성 페이스트를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 도전성 페이스트는 솔더 페이스트(solder paste), 실버 페이스트(silver paste) 등을 포함할 수 있고, 서로 다른 물질로 구성되는 다층 또는 합금으로 구성된 다층 또는 단층으로 구성될 수 있다. 예로서, 상기 제1 도전층(321)과 상기 제2 도전층(322)은 SAC(Sn-Ag-Cu) 물질을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면, 상기 제1 및 제 2 도전층(321, 322)이 형성되는 과정 또는 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공된 후 열처리 과정에서, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112) 사이에 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층이 형성될 수 있다.
예로서, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)을 이루는 물질과 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)의 제1 및 제2 금속층(111a, 112a) 간의 결합에 의해 제1 및 제2 합금층(111b, 112b)이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 도전층(321)과 상기 제1 프레임(111)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다. 상기 제1 도전층(321), 상기 제1 합금층(111b), 상기 제1 프레임(111)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다.
또한, 상기 제2 도전층(322)과 상기 제2 프레임(112)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다. 상기 제2 도전층(322), 상기 제2 합금층(212b), 상기 제2 프레임(112)이 물리적으로 또한 전기적으로 안정하게 결합될 수 있게 된다.
예로서, 상기 제1 및 제2 합금층(111b, 112b)은 AgSn, CuSn, AuSn 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 금속간 화합물층을 포함할 수 있다. 상기 금속간 화합물층은 제1 물질과 제2 물질의 결합으로 형성될 수 있으며, 제1 물질은 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)으로부터 제공될 수 있고, 제2 물질은 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a) 또는 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)의 지지부재로부터 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Sn 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)이 Ag 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Sn 물질과 Ag 물질의 결합에 의하여 AgSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Sn 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 112a)이 Au 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Sn 물질과 Au 물질의 결합에 의하여 AuSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Sn 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)의 지지부재가 Cu 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Sn 물질과 Cu 물질의 결합에 의하여 CuSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 Ag 물질을 포함하고 상기 제1 및 제2 금속층(111a, 111b) 또는 상기 제1 및 제2 프레임(111, 112)의 지지부재가 Sn 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공되는 과정 또는 제공된 후의 열처리 과정에서 Ag 물질과 Sn 물질의 결합에 의하여 AgSn의 금속간 화합물층이 형성될 수 있다.
이상에서 설명된 금속간 화합물층은 일반적인 본딩 물질에 비해 더 높은 용융점을 가질 수 있다. 또한, 상기 금속한 화합물층이 형성되는 열처리 공정은 일반적인 본딩 물질의 용융점에 비해 더 낮은 온도에서 수행될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 메인 기판 등에 리플로우(reflow) 공정을 통해 본딩되는 경우에도 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되지 않으므로 전기적 연결 및 물리적 본딩력이 열화되지 않는 장점이 있다.
또한, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100) 및 발광소자 패키지 제조방법에 의하면, 발광소자 패키지를 제조하는 공정에서 패키지 몸체(110)가 고온에 노출될 필요가 없게 된다. 따라서, 실시예에 의하면, 패키지 몸체(110)가 고온에 노출되어 손상되거나 변색이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 몸체(113)를 구성하는 물질에 대한 선택 폭이 넓어질 수 있게 된다. 실시예에 의하면, 상기 몸체(113)는 세라믹 등의 고가의 물질뿐만 아니라, 상대적으로 저가의 수지 물질을 이용하여 제공될 수도 있다.
예를 들어, 상기 몸체(113)는 PPA(PolyPhtalAmide) 수지, PCT(PolyCyclohexylenedimethylene Terephthalate) 수지, EMC(Epoxy Molding Compound) 수지, SMC(Silicone Molding Compound) 수지를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 실시예의 기술적 과제 중의 하나는 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공하고자 함인데,
이건 발명을 적용함에 있어서, 제1 및 제2 도전층(321, 322)의 금속간 화합물(Intermetallic compound)를 형성함에 있어서, 제1 개구부(TH1) 또는 제2 개구부(TH2)는 소정 이상의 홀 사이즈를 확보해야 하는 발전적 기술적 문제를 발견하게 되었다.
예를 들어, Ag 페이스트(paste), Cu 페이스트, Sn 페이스트 등의 전도성 물질로 인젝션(Injection) 금속간 화합물을 형성하기 위해서, 제1 개구부(TH1) 또는 제2 개구부(TH2)는 적어도 수백 ㎛ 이상의 직경이 필요함을 연구를 통해 알게 되었다.
예를 들어, 전도성 물질로 인젝션(Injection) 금속간 화합물을 형성하기 위해서, 제1 개구부(TH1) 또는 제2 개구부(TH2)는 적어도 250 ㎛ 이상의 직경이 필요하다는 것이 현재 기술적 수준의 한계이고, 이에 따라 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지를 제공하기 어려운 점을 발견하게 되었다.
즉, 금속간 화합물이 형성되는 개구부의 직경은 금속간 화합물의 원료물질(서로 뭉쳐진 사이즈 기준)의 약 5 배 이상의 직경이 확보되어야 금속간 화합물이 정상적으로 형성됨을 알게 되었다. 종래기술에서는 금속간 화합물의 원료물질이 혼합된 상태에서 소정의 플럭스(flux)로 캡핑 후 열처리를 진행함에 따라 금속간 화합물의 원료물질의 사이즈가 상대적으로 비대하고, 이에 따라 개구부의 직경은 적어도 250 ㎛ 이상의 직경이 필요하다는 것을 알게 되었다. 실시예에서 채용하는 플럭스는 계면활성제, 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드 중합체 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속간 화합물을 형성하기 위한 열처리 공정에서 휘발될 수 있다.
이에 이건 발명의 발명자들은 이러한 발전적 기술적 과제를 해결하기 위해, 금속간 화합물을 형성하기 위한 원료물질 들이 혼합된 상태가 아닌, 개별 원료물질 상태에서 소정의 플럭스로 캡핑하여 인젝션(Injection) 또는 디스펜싱(Dispensing) 할 수 있다. 예를 들어, 솔더 볼에서 채용되는 인젝션(Injection) 또는 디스펜싱(Dispensing) 장비를 이용하여 개별 원료물질 상태에서 소정의 플럭스로 캡핑하여 인젝션(Injection) 또는 디스펜싱(Dispensing)하게 되면 솔더 볼 사이즈(Solder ball Size)에 의하여 프레임의 개구부 사이즈도 정할 수 있기 때문에, 현재 기술에 비해 현저히 작은 사이즈의 개구부에서도 안정적인 금속간 화합물을 형성이 가능할 수 있다.
이에 따라 실시예에 의하면, 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 프레임의 개구부의 직경이 100㎛ 이하 사이즈의 구현도 가능하며, 예를 들어 약 50 ㎛ 내지 약 100㎛ 사이즈 구현이 가능하며, 이에 따라 고 출력이면서 초 박형 CSP(Chip Scale Package)에 효과적으로 대응할 수 있는 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법, 광원 장치를 제공할 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 금속간 화합물의 원료물질이 미세(fine)한 상태에서 공정이 진행됨에 따라 균일한 금속간 화합물을 얻을 수 있어 저전류 등의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한 실시예에 의하면, 금속간 화합물의 원료물질이 미세(fine)한 상태에서 열처리 공정이 진행됨에 따라 종래보다 낮은 온도에서도 금속간 화합물이 형성됨에 따라 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
다음으로, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 하부 리세스(R11)와 제2 하부 리세스(R12)를 포함할 수 있다. 상기 제1 하부 리세스(R11)와 상기 제2 하부 리세스(R12)는 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 하부 리세스(R11)는 상기 제1 프레임(111)의 하면에 제공될 수 있다. 상기 제1 하부 리세스(R11)는 상기 제1 프레임(111)의 하면에서 상면 방향으로 오목하게 제공될 수 있다. 상기 제1 하부 리세스(R11)는 상기 제1 개구부(TH1)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 하부 리세스(R11)는 수 마이크로 미터 내지 수십 마이크로 미터의 폭으로 제공될 수 있다. 상기 제1 하부 리세스(R11)에 수지부가 제공될 수 있다. 상기 제1 하부 리세스(R11)에 채워진 수지부는 예로서 상기 몸체(113)와 동일 물질로 제공될 수 있다.
다만, 이에 한정하지 않고, 상기 수지부는 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 접착력, 젖음성이 좋지 않은 물질 중에서 선택되어 제공될 수 있다. 또는 상기 수지부는 상기 제1 및 제2 도전층(321,322)과의 표면 장력이 낮은 물질 중에서 선택되어 제공될 수 있다.
예로서, 상기 제1 하부 리세스(R11)에 채워진 수지부는 상기 제1 프레임(111), 상기 제2 프레임(112), 상기 몸체(113)가 사출 공정 등을 통하여 형성되는 과정에서 제공될 수 있다.
상기 제1 하부 리세스(R11)에 채워진 수지부는 상기 제1 개구부(TH1)를 제공하는 상기 제1 프레임(111)의 하면 영역 주위에 배치될 수 있다. 상기 제1 개구부(TH1)를 제공하는 상기 제1 프레임(111)의 하면 영역은 일종의 아일랜드(island) 형상으로 주위의 상기 제1 프레임(111)을 이루는 하면으로부터 분리되어 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제1 개구부(TH1)를 제공하는 상기 제1 프레임(111)의 하면 영역은 상기 제1 하부 리세스(R11)에 채워진 수지부와 상기 몸체(113)에 의하여 주변의 상기 제1 프레임(111)으로부터 아이솔레이션(isolation)될 수 있다.
따라서, 상기 수지부가 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 접착력, 젖음성이 좋지 않은 물질 또는 상기 수지부와 상기 제1 및 제2 도전층(321,322) 사이의 표면 장력이 낮은 물질로 배치되는 경우 상기 제1 개구부(TH1)에 제공된 상기 제1 도전층(321)이 상기 제1 개구부(TH1)로부터 벗어나, 상기 제1 하부 리세스(R11)에 채워진 수지부 또는 상기 몸체(113)를 넘어 확산되는 것이 방지될 수 있다.
이는 상기 제1 도전층(321)과 상기 수지부 및 상기 몸체(113)의 접착 관계 또는 상기 수지부와 상기 제1 및 제2 도전층(321,322) 사이의 젖음성, 표면 장력 등이 좋지 않은 점을 이용한 것이다. 즉, 상기 제1 도전층(321)을 이루는 물질이 상기 제1 프레임(111)과 좋은 접착 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 그리고, 상기 제1 도전층(321)을 이루는 물질이 상기 수지부 및 상기 몸체(113)와 좋지 않은 접착 특성을 갖도록 선택될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 도전층(321)이 상기 제1 개구부(TH1)에서 상기 수지부 또는 상기 몸체(113)가 제공된 영역 방향으로 흘러 넘쳐, 상기 수지부 또는 상기 몸체(113)가 제공된 영역 외부로 넘치거나 퍼지는 것이 방지되고, 상기 제1 도전층(321)이 상기 제1 개구부(TH1)가 제공된 영역에 안정적으로 배치될 수 있게 된다.
따라서, 상기 제1 개구부(TH1)에 배치되는 제1 도전층(321)이 흘러 넘치는 경우, 상기 수지부 또는 상기 몸체(113)가 제공된 제1 하부 리세스(R11)의 바깥 영역으로 상기 제1 도전층(321)이 확장되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 발광소자 패키지가 회로 기판에 실장되는 경우 제1 도전층(321)과 제2 도전층(322)이 서로 접촉되어 단락되는 문제를 방지할 수 있고, 상기 제1 및 제2 도전층(321,322)을 배치하는 공정에 있어서 상기 제1 및 제2 도전층(321,322)의 양을 제어하기 매우 수월해질 수 있다.
또한, 상기 제2 하부 리세스(R12)는 상기 제2 프레임(112)의 하면에 제공될 수 있다. 상기 제2 하부 리세스(R12)는 상기 제2 프레임(112)의 하면에서 상면 방향으로 오목하게 제공될 수 있다. 상기 제2 하부 리세스(R12)는 상기 제2 개구부(TH2)로부터 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제2 하부 리세스(R12)는 수 마이크로 미터 내지 수십 마이크로 미터의 폭으로 제공될 수 있다. 상기 제2 하부 리세스(R12)에 수지부가 제공될 수 있다. 상기 제2 하부 리세스(R12)에 채워진 수지부는 예로서 상기 몸체(113)와 동일 물질로 제공될 수 있다.
다만, 이에 한정하지 않고, 상기 수지부는 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 접착력, 젖음성이 좋지 않은 물질 중에서 선택되어 제공될 수 있다. 또는 상기 수지부는 상기 제1 및 제2 도전층(321,322)과의 표면 장력이 낮은 물질 중에서 선택되어 제공될 수 있다.
예로서, 상기 제2 하부 리세스(R12)에 채워진 수지부는 상기 제1 프레임(111), 상기 제2 프레임(112), 상기 몸체(113)가 사출 공정 등을 통하여 형성되는 과정에서 제공될 수 있다.
상기 제2 하부 리세스(R12)에 채워진 수지부는 상기 제2 개구부(TH2)를 제공하는 상기 제2 프레임(112)의 하면 영역 주위에 배치될 수 있다. 상기 제2 개구부(TH2)를 제공하는 상기 제2 프레임(112)의 하면 영역은 일종의 아일랜드(island) 형상으로 주위의 상기 제2 프레임(112)을 이루는 하면으로부터 분리되어 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제2 개구부(TH2)를 제공하는 상기 제2 프레임(112)의 하면 영역은 상기 제2 하부 리세스(R12)에 채워진 수지부와 상기 몸체(113)에 의하여 주변의 상기 제2 프레임(112)으로부터 아이솔레이션(isolation)될 수 있다.
따라서, 상기 수지부가 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 접착력, 젖음성이 좋지 않은 물질 또는 상기 수지부와 상기 제1 및 제2 도전층(321,322) 사이의 표면 장력이 낮은 물질로 배치되는 경우 상기 제2 개구부(TH2)에 제공된 상기 제2 도전층(322)이 상기 제2 개구부(TH2)로부터 벗어나, 상기 제2 하부 리세스(R12)에 채워진 수지부 또는 상기 몸체(113)를 넘어 확산되는 것이 방지될 수 있다.
이는 상기 제2 도전층(322)과 상기 수지부 및 상기 몸체(113)의 접착 관계 또는 상기 수지부와 상기 제1 및 제2 도전층(321,322) 사이의 젖음성, 표면 장력 등이 좋지 않은 점을 이용한 것이다. 즉, 상기 제2 도전층(322)을 이루는 물질이 상기 제2 프레임(112)과 좋은 접착 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 그리고, 상기 제2 도전층(322)을 이루는 물질이 상기 수지부 및 상기 몸체(113)와 좋지 않은 접착 특성을 갖도록 선택될 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 도전층(322)이 상기 제2 개구부(TH2)에서 상기 수지부 또는 상기 몸체(113)가 제공된 영역 방향으로 흘러 넘쳐, 상기 수지부 또는 상기 몸체(113)가 제공된 영역 외부로 넘치거나 퍼지는 것이 방지되고, 상기 제2 도전층(322)이 상기 제2 개구부(TH2)가 제공된 영역에 안정적으로 배치될 수 있게 된다.
따라서, 상기 제2 개구부(TH2)에 배치되는 제2 도전층(322)이 흘러 넘치는 경우, 상기 수지부 또는 상기 몸체(113)가 제공된 제2 하부 리세스(R12)의 바깥 영역으로 상기 제2 도전층(322)이 확장되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 발광소자 패키지가 회로 기판에 실장되는 경우 제1 도전층(321)과 제2 도전층(322)이 서로 접촉되어 단락되는 문제를 방지할 수 있고, 상기 제1 및 제2 도전층(321,322)을 배치하는 공정에 있어서 상기 제1 및 제2 도전층(321,322)의 양을 제어하기 매우 수월해질 수 있다.
한편, 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)에 의하면, 상기 리세스(R)에 제공된 상기 제1 수지층(130)이, 상기 발광소자(10)의 하부면과 상기 패키지 몸체(110)의 상부면 사이에 제공될 수 있다. 또한, 상기 발광소자(10)의 상부 방향에서 보았을 때, 상기 제1 수지층(130)은 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2) 둘레에 제공될 수 있다.
다음으로, 도 6a와 같이, 실시예는 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)에 배치된 제2 수지층(115)을 포함할 수 있다. 상기 제2 수지층(115)은 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322) 아래에 배치될 수 있다.
상기 제2 수지층(115)은 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)을 보호할 수 있다. 상기 제2 수지층(115)은 상기 제1 및 제2 개구부(TH1, TH2)를 밀봉시킬 수 있다. 상기 제2 수지층(115)은 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 상기 제1 및 제2 개구부(TH1. TH2) 하부로 확산되어 이동되는 것을 방지할 수 있다.
예로서, 상기 제2 수지층(115)은 상기 몸체(113)와 유사한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 수지층(115)은 PPA(PolyPhtalAmide) 수지, PCT(PolyCyclohexylenedimethylene Terephthalate) 수지, EMC(Epoxy Molding Compound) 수지, SMC(Silicone Molding Compound) 수지를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 수지층(115)은 에폭시(epoxy) 계열의 물질, 실리콘(silicone) 계열의 물질, 에폭시 계열의 물질과 실리콘 계열의 물질을 포함하는 하이브리드(hybrid) 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.한편, 도 6b는 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 단면도이다.
도 6b에 도시된 실시예는 도 6a에 도시된 발광소자 패키지의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
한편, 도 6b에 도시된 실시예는 도 6a에 도시된 실시예와 달리 프레임을 구비하지 않을 수 있다.
예를 들어, 도 6b에 도시된 실시예는 프레임 프리(Frame Free) 구조일 수 있으며, 제1, 제2 관통홀(TH1, TH2) 내에 결합력을 강화하기 위해 별도의 금속층(111b, 112b)을 코팅하고 그 코팅된 금속층과 제1 및 제 2 도전층(321, 322) 사이에 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 6b와 같이, 제1 및 제 2 도전층(321, 322)이 형성되는 과정 또는 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)이 제공된 후 열처리 과정에서, 상기 제1 및 제2 도전층(321, 322)과 상기 제1 및 제2 금속층(111b, 112b) 사이에 금속간 화합물(IMC; intermetallic compound)층이 형성될 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 복수의 발광소자 패키지가 패키지 몸체(110) 상에 배치된 반도체 모듈의 측 단면도이다. 상기 패키지 몸체(110)는 회로 기판일 수도 있다.
도 7을 참조하면, 반도체 모듈은 패키지 몸체(110) 상에 복수의 발광소자 패키지(10A,10B,10C)가 배열된 예이다. 상기 복수의 발광소자 패키지(10A,10B,10C)는 서로 이격되거나, 서로 밀착되어 배치될 수 있다.
상기 복수의 발광소자 패키지(10A,10B,10C)는 청색, 녹색 및 적색의 광이 각각 방출될 수 있다. 이 경우 상기 복수의 발광소자 패키지(10A,10B,10C)는 단위 픽셀로 정의될 수 있으며, 상기 각 발광소자 패키지(10A,10B,10C)는 서브 픽셀일 수 있다. 이러한 픽셀들은 일 방향으로 배열되거나 도 7과 같이 매트릭스 형태의 픽셀(15)로 배열될 수 있다.
상기 복수의 발광소자 패키지(10A,10B,10C)는 동일한 컬러 예컨대, 청색, 녹색, 적색 또는 백색을 발광할 수 있다. 이러한 반도체 모듈은 출사 방향에 도광판이나 광학 시트와 같은 광학 부재가 배치될 수 있다. 상기 반도체 모듈 상에는 광학 렌즈가 배치되어, 입사된 광을 확산시켜 줄 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 광원 장치에 적용될 수 있다. 상기 광원 장치는 산업 분야에 따라 표시 장치, 조명 장치, 차량 램프 예컨대, 안개등, 차폭등, 방향 지시등, 브레이크등, 후미등, 후진등, 상향등, 하향등, 안개등과 같은 램프에 적용될 수 있다.
상기의 광원 장치는 광 출사 영역에 광학 렌즈 또는 도광판를 갖는 광학 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광원 장치의 예로, 표시 장치는 바텀 커버와, 바텀 커버 위에 배치되는 반사판과, 광을 방출하며 발광소자를 포함하는 반도체 모듈과, 반사판의 전방에 배치되며 발광 모듈에서 발산되는 빛을 전방으로 안내하는 도광판과, 도광판의 전방에 배치되는 프리즘 시트들을 포함하는 광학 시트와, 광학 시트 전방에 배치되는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널과 연결되고 디스플레이 패널에 화상 신호를 공급하는 화상 신호 출력 회로와, 디스플레이 패널의 전방에 배치되는 컬러 필터를 포함할 수 있다. 여기서 바텀 커버, 반사판, 발광 모듈, 도광판, 및 광학 시트는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 이룰 수 있다. 또한, 표시 장치는 컬러 필터를 포함하지 않고, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 광을 방출하는 발광소자가 각각 배치되는 구조를 이룰 수도 있다.
광원 장치의 또 다른 예로, 헤드 램프는 기판 상에 배치되는 반도체 소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 반도체 모듈, 반도체 모듈로부터 조사되는 빛을 일정 방향, 예컨대, 전방으로 반사시키는 리플렉터(reflector), 리플렉터에 의하여 반사되는 빛을 전방으로 굴절시키는 렌즈, 및 리플렉터에 의하여 반사되어 렌즈로 향하는 빛의 일부분을 차단 또는 반사하여 설계자가 원하는 배광 패턴을 이루도록 하는 쉐이드(shade)를 포함할 수 있다.
광원 장치의 다른 예인 조명 장치는 커버, 광원 모듈, 방열체, 전원 제공부, 내부 케이스, 소켓을 포함할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 광원 장치는 부재와 홀더 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 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 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
제1 개구부(TH1), 제1 프레임(111),
제2 개구부, 제2 프레임(112), 몸체(113),
발광소자(10), 제1반사 구조(31), 제2반사 구조(41), 발광 구조물(21)
제2 개구부, 제2 프레임(112), 몸체(113),
발광소자(10), 제1반사 구조(31), 제2반사 구조(41), 발광 구조물(21)
Claims (7)
- 제1 개구부를 포함하는 제1 프레임;
상기 제1 프레임과 이격되고, 제2 개구부를 포함하는 제2 프레임;
상기 제1 및 제2 프레임을 지지하는 몸체; 및
상기 제1 및 제2 프레임을 상에 배치되는 발광소자;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 개구부는 상기 발광소자와 서로 중첩되고,
상기 발광소자는,
서로 반대측에 배치된 제1반사 구조 및 제2반사 구조와, 상기 제1반사 구조와 상기 제2반사 구조 사이에 배치된 발광 구조물 및 상기 제1반사 구조와 상기 제2반사 구조 중 적어도 하나의 외측에 배치된 적어도 하나의 패드를 포함하는,
발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 발광소자의 바닥 면이 배치된 몸체를 포함하며,
상기 패드는 상기 제1,2반사 구조 중 적어도 하나의 외측에서 상기 발광소자의 바닥 면에 인접한 측면에 배치되며, 상기 발광 구조물과 전기적으로 연결되며,
상기 발광 구조물의 외 측면은 상기 제1,2반사 구조 사이의 외측에 상기 제1 및 제2반사 구조로부터 개방되는 발광소자 패키지. - 제 1항에 있어서,
상기 몸체와 상기 발광소자 사이에 배치된 제1 수지층을 포함하는 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 몸체는 상기 발광소자와 수직 방향으로 중첩되며 상기 몸체의 상면에서 하면 방향으로 오목한 리세스를 포함하며,
상기 제1 수지층은 상기 리세스에 배치되는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 제1반사 구조와 상기 발광 구조물 사이에 배치된 기판을 포함하며,
상기 발광 구조물은 상기 기판과 상기 제2반사 구조 사이에 배치되며,
상기 발광 구조물은 상기 기판과 상기 제2반사 구조 사이에 배치된 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 포함하며,
상기 패드는 상기 제1도전형 반도체층에 연결된 제1패드 및 상기 제2도전형 반도체층에 연결된 제2패드를 포함하는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서,
상기 발광소자의 표면에 형광체층을 포함하며,
상기 형광체층은 상기 발광 구조물의 측면, 상기 제1 및 제2반사 구조의 표면에 배치되는 발광소자 패키지. - 제1 항 내지 제6 항 중 어느 하나에 기재된 발광소자 패키지를 구비하는 발광유닛을 포함하는 조명장치.
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