KR20190136827A - 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 개시된 발광 소자 패키지는, 서로 이격된 제1 프레임 및 제2프레임; 상기 제1프레임과 상기 제2프레임 사이에 몸체; 상기 제1프레임과 마주하는 제1본딩부와, 상기 제2프레임과 마주하는 제2본딩부를 포함하는 발광소자; 상기 제1프레임과 상기 제1본딩부 사이에 제1도전부; 및 상기 제2프레임과 상기 제2본딩부 사이에 제2도전부; 를 포함하고, 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 각각 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 각각 복수의 기공을 갖는 제1 및 제2 기공층, 및 상기 상기 제1 본딩부와 상기 제1 기공층 사이의 제1 합금층, 상기 제2 본딩부와 상기 제2 기공층 사이의 제2 합금층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 합금층은 상기 제1 및 제2 도전부가 포함하는 물질과 상기 제1 및 제2 금속층이 포함하는 물질이 결합된 합금 물질을 각각 포함할 수 있다.
Description
발명의 실시 예는 반도체 소자, 반도체 소자 제조방법, 반도체 소자 패키지, 반도체 소자 패키지 제조방법에 관한 것이다.
발명의 실시 예는 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치에 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.
한편, 고 출력을 제공할 수 있는 반도체 소자가 요청됨에 따라 고 전원을 인가하여 출력을 높일 수 있는 반도체 소자에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 반도체 소자 패키지에 있어, 반도체 소자의 광 추출 효율을 향상시키고, 패키지 단에서의 광도를 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다. 또한, 반도체 소자 패키지에 있어, 패키지의 패드부와 반도체 소자의 전극 간의 본딩 결합력을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 반도체 소자 패키지에 있어, 공정 효율 향상 및 구조 변경을 통하여 제조 단가를 줄이고 제조 수율을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 반도체 소자의 전극과 패키지의 패드부 간의 전기적 연결을 위해 본딩부가 이용될 수 있다. 이때, 낮은 온도에서 작은 압력의 제공으로 반도체 소자와 패드부를 전기적으로 연결하고, 안정적인 본딩 결합력을 제공할 수 있는 방안의 제시가 요청되고 있다.
발명의 실시 예는 프레임 상에 다수의 기공을 갖는 층이 배치된 반도체 소자 또는 발광소자의 패키지 또는 그 제조방법을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 프레임 상에 다수의 기공을 갖는 층과 발광소자의 본딩부 또는 도전부의 물질을 갖는 합금층을 배치된 반도체 소자 또는 발광소자의 패키지 또는 그 제조방법을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 광 추출 효율 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 또는 발광소자의 패키지 또는 그 제조방법을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 낮은 온도에서 안정적인 본딩이 수행될 수 있는 반도체 소자 또는 발광소자의 패키지 또는 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예는 반도체 소자 또는 발광소자의 패키지가 기판 등에 재 본딩되는 과정에서 반도체 소자 패키지의 본딩 영역에서 리멜팅(re-melting) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자 또는 발광소자의 패키지 또는 그 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지는, 서로 이격된 제1 프레임 및 제2프레임; 상기 제1프레임과 상기 제2프레임 사이에 몸체; 상기 제1프레임과 마주하는 제1본딩부와, 상기 제2프레임과 마주하는 제2본딩부를 포함하는 발광소자; 상기 제1프레임과 상기 제1본딩부 사이에 제1도전부; 및 상기 제2프레임과 상기 제2본딩부 사이에 제2도전부; 를 포함하고, 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 각각 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 각각 복수의 기공을 갖는 제1 및 제2 기공층, 및 상기 상기 제1 본딩부와 상기 제1 기공층 사이의 제1 합금층, 상기 제2 본딩부와 상기 제2 기공층 사이의 제2 합금층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 합금층은 상기 제1 및 제2 도전부가 포함하는 물질과 상기 제1 및 제2 금속층이 포함하는 물질이 결합된 합금 물질을 각각 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2도전부가 포함하는 물질은 Ag, Au, Cu, Sn 중 중 적어도 하나일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2금속층은 Au 또는 Ag를 포함하며, 상기 제1 및 제2합금층은 AuSn 또는 AgSn을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 발광소자 하부에 제1수지 및 상기 발광소자의 외측 둘레에 제2수지를 포함하며, 상기 제1 및 제2수지는 상기 제1 및 제2프레임과 상기 몸체 상에 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2금속층의 상면은 상기 몸체의 상면과 같은 평면에 배치되며, 상기 제1 및 제2금속층의 둘레에는 상기 몸체가 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2금속층의 상면은 상기 몸체의 상면보다 높게 돌출되며, 상기 제1 및 제2수지는 상기 제1 및 제2금속층와 상기 제1 및 제2도전부의 둘레에 배치될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 및 제2프레임 상에 캐비티를 갖는 반사부; 및 상기 반사부 상에 상기 발광소자를 덮는 몰딩부를 포함하며, 상기 몸체는 상기 발광소자와 수직 방향으로 중첩된 영역에 오목한 리세스를 포함할 수 있다.
발명의 실시 예는 발광소자 패키지의 광 추출 효율 및 전기적 특성을 개선시킬 수 있다.
발명의 실시 예는 프레임 상에 다수의 기공을 갖는 층을 제공하여, 솔더와 같은 도전부의 크랙 발생을 억제할 수 있다.
발명의 실시 예는 프레임과 상기 발광소자의 본딩부 사이의 접착력을 강화시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는 프레임과 발광소자 사이의 본딩 부분에서의 리멜팅을 방지할 수 있다.
발명의 실시 예는 패키지 내의 소자의 리멜팅을 방지하여, 반도체 소자 또는 발광소자를 갖는 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예는, 소자 패키지가 회로 기판 등에 실장되는 과정에서 소자 패키지와 소자 사이의 본딩 영역이 리멜팅(re-melting)되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
발명의 실시 예는 반도체 소자 또는 발광소자를 갖는 패키지 및 이를 구비한 광원 장치의 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 측 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광소자 패키지에서 프레임과 발광소자의 본딩부가 결합된 상세 구성도이다.
도 4는 도 3의 다른 예로서, 프레임과 발광소자의 본딩부가 결합된 다른 예이다.
도 5는 도 2 또는 도 3의 발광소자 패키지의 프레임에 적용된 금속층을 나타낸 예이다.
도 6은 도 2의 발광소자 패키지의 다른 예이다.
도 7은 도 2의 발광소자 패키지의 제1변형 예이다.
도 8은 도 2의 발광소자 패키지의 제2변형 예이다.
도 9는 도 2의 발광소자 패키지를 갖는 광원 장치의 예이다.
도 10은 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 발광소자의 예이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 측 단면도이다.
도 3은 도 2의 발광소자 패키지에서 프레임과 발광소자의 본딩부가 결합된 상세 구성도이다.
도 4는 도 3의 다른 예로서, 프레임과 발광소자의 본딩부가 결합된 다른 예이다.
도 5는 도 2 또는 도 3의 발광소자 패키지의 프레임에 적용된 금속층을 나타낸 예이다.
도 6은 도 2의 발광소자 패키지의 다른 예이다.
도 7은 도 2의 발광소자 패키지의 제1변형 예이다.
도 8은 도 2의 발광소자 패키지의 제2변형 예이다.
도 9는 도 2의 발광소자 패키지를 갖는 광원 장치의 예이다.
도 10은 발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 발광소자의 예이다.
이하 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 표현은 도면을 기준으로 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 패키지에 대해 상세히 설명하도록 한다. 상기 반도체 소자 패키지의 반도체 소자는 자외선, 적외선 또는 가시광선의 광을 발광하는 발광소자를 포함할 수 있다. 이하에서는 반도체 소자의 예로서 발광소자가 적용된 경우를 기반으로 설명하며, 상기 발광소자가 적용된 패키지 또는 광원 장치에 비 발광소자 예컨대, 제너 다이오드와 같은 소자나 파장이나 열을 감시하는 센싱 소자를 포함할 수 있다.
<발광소자 패키지>
도 1은 발명의 실시 예에 따른 발광 소자 패키지를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지의 측 단면도이고, 도 3은 도 2의 발광소자 패키지에서 프레임과 발광소자의 본딩부가 결합된 상세 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발광소자 패키지(100)는, 몸체(115), 복수의 프레임(121,131), 및 상기 복수의 프레임(121,131) 위에 소자(151)를 포함할 수 있다.
상기 몸체(115)는 복수의 프레임(121,131)과 결합될 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 복수의 프레임(121,131) 사이에 배치될 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 복수의 프레임(121,131)의 사이 및 상기 복수의 프레임(121,131)의 상면에 배치될 수 있다.
상기 복수의 프레임(121,131) 중 적어도 하나 또는 모두는 상기 소자(151)와 대면할 수 있으며, 상기 발광소자(151)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 소자(151)는 발광 소자나 반도체 소자 또는 다른 센싱 또는 보호 소자를 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 발광 소자(151)의 일 예로 설명하기로 한다.
상기 프레임(121,131)은 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 전도성 재질일 수 있다. 상기 복수의 프레임(121,131)은 서로 이격된 제1 및 제2프레임(121,131)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 프레임(121,131) 중 적어도 하나 또는 2개는 상기 발광 소자(151)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)은 제1방향으로 이격될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131) 사이에 배치된 상기 몸체(115)는 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 프레임(121,131)은 상기 몸체(113)를 통해 서로 절연될 수 있고, 물리적으로 서로 이격될 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)이 전도성 재질이거나 전극인 경우, 전극 분리 부재로서, 절연 재질로 형성될 수 있다. 발명의 실시 예는 상기 프레임(121,131)과 상기 몸체(115)를 패키지 몸체로 정의할 수 있다. 이에 따라 패키지 몸체 상에 발광소자(151)가 배치될 수 있다.
발광소자 패키지(100)는 반사부(110)를 포함할 수 있다. 상기 반사부(110)는 상기 몸체(115)와 연결되거나, 상기 몸체(115)로부터 상부 방향으로 돌출될 수 있다. 상기 반사부(110)는 상기 몸체(115)와 동일한 절연 재질이거나, 다른 반사성 재질로 형성될 수 있다. 상기 반사부(110)는 내부에 캐비티(112)를 포함할 수 있다. 상기 캐비티(112)는 상부가 개방되며 내부에 상기 발광소자(151)가 배치될 수 있다.
상기 몸체(115)는 수지 재질 또는 절연 재질일 수 있다. 상기 몸체(115)는 예컨대, 폴리프탈아미드(PPA: Polyphthalamide), PCT(Poly chloro Triphenyl), 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(115)는 에폭시 재질에 TiO2와 SiO2와 같은 고굴절 필러를 포함할 수 있다. 상기 몸체(115)는 반사성 수지 재질일 수 있다. 다른 예로서, 상기 몸체(115)는 투명 또는 비 투명 재질일 수 있다. 상기 몸체(115)는 세라믹 재질일 수 있다. 상기 몸체(115)는 상기 반사부(110)와 동일한 재질이거나 다른 재질일 수 있다. 상기 반사부(110)는 반사 재질이거나, 투명 또는 비 투명의 재질일 수 있다.
상기 몸체(115)는 캐비티(112)를 포함할 수 있다. 상기 캐비티(112)는 상기 반사부(110)의 상부가 개방될 수 있으며, 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 일부가 노출될 수 있다. 상기 캐비티(112)의 바닥에는 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 일부가 노출될 수 있다. 예컨대 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 상부 영역은 캐비티(112)의 바닥(113)에 노출되며, 상기 발광 소자(151)와 대면할 수 있다. 상기 캐비티(112)에는 상기 발광 소자(151)가 하나 또는 복수로 배치될 수 있으며, 복수로 배치된 경우, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 캐비티(112)의 바닥에 노출된 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 상부 영역은 상기 캐비티(112)의 바닥(113)과 같은 평면 상에 배치되거나, 캐비티 바닥보다 위로 돌출될 수 있다.
상기 몸체(115)는 상기 캐비티(112)의 바닥(113)에 연장될 수 있다. 상기 캐비티(112)의 측면(116)은 프레임(121,131)의 하면에 대해 경사진 면이거나 수직한 면이거나, 경사진 면과 수직한 면을 구비할 수 있다. 상기 캐비티(112)의 탑뷰 형상은 원 형상, 타원 형상 또는 다각형 형상을 포함할 수 있다. 상기 캐비티(112)의 상부 면적 또는 상부 너비는 바닥 면적 또는 하부 너비보다 넓을 수 있다.
상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)은 전도성 재질일 수 있으며, 예컨데 금속 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)은 금속 예컨대, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au), 탄탈늄(Ta), 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층이거나 서로 다른 금속 층을 갖는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)은 베이스층으로서, 구리 층이 배치되며, 상기 구리 층의 표면에 알루미늄 층이 형성되거나 니켈 층/알루미늄 층이 적층될 수 있다.
상기 제1프레임(121)은 상기 반사부(110)의 제1측면으로 연장되는 제1연장부(123)를 포함할 수 있으며, 상기 제1연장부(123)은 단일 개 또는 복수 개로 돌출될 수 있다. 상기 반사부(110)의 제1측면의 반대측 면은 제2측면일 수 있다. 상기 제1프레임(121)은 상기 반사부(110)와 수직 방향으로 중첩되는 영역에 적어도 하나의 홀 또는/및 홈을 구비하여 상기 반사부(110)와 결합될 수 있다.
상기 제2프레임(131)은 상기 반사부(110)의 제2측면으로 연장되는 제2연장부(133)를 포함할 수 있으며, 상기 제2연장부(133)은 단일 개 또는 복수개로 돌출될 수 있다. 상기 제2프레임(131)은 상기 반사부(110)와 수직 방향으로 중첩되는 영역에 적어도 하나의 홀 또는/및 홈을 구비하여 상기 반사부(110)와 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2프레임(121,131) 중 적어도 하나 또는 모두는 반사부(110)의 제1,2측면의 양단 사이에 배치된 제3,4측면에 하나 또는 복수의 돌기가 노출될 수 있다.
상기 제1 및 제2프레임(121,132)은 상부에 오목한 상부 리세스(122,132)를 구비하며, 상기 상부 리세스(122,132)에는 상기 반사부(110) 또는 몸체(115)의 일부가 배치될 수 있다. 상기 상부 리세스(122,132)의 일부는 상기 캐비티(112)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 상기 상부 리세스(122,132)의 깊이는 제1,2프레임(121,131)의 두께의 50% 내지 70%의 범위일 수 있으며, 이러한 범위를 벗어날 경우 지지력이나 결합력이 저하될 수 있다.
상기 제1프레임(121) 및 제2프레임(131)의 두께는 220㎛ 이하로 제공될 수 있으며, 예컨대 180㎛ 내지 220㎛의 범위로 제공될 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 두께는 몸체(115)의 크랙 프리(crack free)를 제공할 수 있는 사출 공정을 위한 두께일 수 있다. 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 하면은 상기 패키지 몸체(115)의 하면에 노출될 수 있다.
상기 제1,2프레임(121,131)은 적어도 2층 이상일 수 있으며, 도 3과 같이, 베이스층(13), 및 상기 베이스층(13) 상에 접착층(14)을 포함할 수 있다. 상기 베이스층(13)은 Cu 층일 수 있으며, 상기 접착층(14)은 Ni 또는 Ti 층일 수 있다. 상기 제1,2프레임(121,131)은 상기 접착층(14)의 표면에 Ag층이 더 배치되어, 회로 기판과의 접합이나, 표면 보호층으로 사용할 수 있다.
상기 제1프레임(121)은 제1금속층(125)을 포함할 수 있다. 상기 제1금속층(125)은 복수의 기공을 갖는 제1기공층(B1)과, 상기 제1기공층(B1)의 상부 또는 상기 제1기공층(B1)의 표면에 제1합금층(M1)을 포함할 수 있다. 상기 제1금속층(125)은 상기 캐비티(112)의 바닥에 노출될 수 있다. 상기 제1금속층(125)의 둘레에는 상기 몸체(115)가 배치될 수 있다. 상기 제1금속층(125)의 상면은 상기 캐비티의 바닥과 같은 평면에 배치될 수 있다.
상기 제2프레임(131)은 제2금속층(135)을 포함할 수 있다. 상기 제2금속층(135)은 복수의 기공(porous)을 갖는 제2기공층(B2)과, 상기 제2기공층(B2)의 상부 또는 상기 제2기공층(B2)의 표면에 제2합금층(M2)을 포함할 수 있다. 상기 제2금속층(135)은 상기 캐비티(112)의 바닥에 노출될 수 있다. 상기 제2금속층(135)의 둘레에는 상기 몸체(115)가 배치될 수 있다. 상기 제2금속층(135)의 상면은 상기 캐비티(112)의 바닥과 같은 평면에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2합금층(M1,M2)는 상기 제1 및 제2금속층(125,135)을 구성하는 물질과 상기 도전부(120,130)를 구성하는 물질이 결합된 합금 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 표면 또는 도 5와 같은 베이스층(13)이나 상기 접착층(14)의 표면에 증착되거나 도금될 수 있다. 상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 Au, Ag, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예컨대 Au 및 Sn 또는 Ag 및 Sn을 포함할 수 있다. 상기 제1,2기공층(B1,B2)은 두 금속 중에서 남아있는 제1금속의 틀 내에서 제거되는 제2금속에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2금속층(125,135)의 형성 과정을 보면, 미리 준비된 프레임(121,131)의 표면에 Au과 Sn을 도금 또는 증착하거나, Ag와 Sn을 도금 또는 증착시켜 줄 수 있다. 이후 AuSn층 또는 AgSn층으로 증착되거나 도금된 제1,2금속층(125,135)을 습식 에칭을 수행하게 된다. 상기 습식 에칭을 수행하면, 상기 제1,2금속층(125,135)에서 Sn만이 제거될 수 있다. 이때 상기 Sn이 제거됨으로써, 도 5와 같이, 다수의 기공(porous)을 갖는 기공층(B1,B2)과 남아있는 금속(M0)으로 형성될 수 있다. 이때 상기 각 기공의 크기는 0.1nm 이상의 크기 예컨대, 0.1 내지 500nm의 범위로 배치될 수 있다. 상기 기공은 2개 이상이 서로 연결되거나 각각 개별적인 영역에 배치될 수 있다. 상기 기공은 직선형상, 곡선 형상 또는 직선과 곡선이 혼합된 형상이거나, 비정형 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 제1,2금속층(125,135)의 형성시 제1금속은 남아있는 금속이고, 제2금속은 제거되는 금속으로서, 제1금속과 제2금속의 비율은 3:7 내지 9:1의 범위일 수 있다. 상기 제2금속은 상기 각 금속층 내에서 10% 내지 70%의 범위일 수 있다. 상기 제2금속이 제거된 부피 또는 체적은 상기 각 금속층의 부피 또는 체적 중에서 10% 내지 70%의 범위일 수 있다.
이러한 상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 도 5와 같이, 복수의 기공을 갖는 기공층(B1,B2)으로 형성될 수 있다. 이후 상기 도전부(120,130)의 물질이 발광소자(120)를 본딩하는 공정에서 멜팅되어 채워질 경우, 상기 기공층은 하부에 기공을 갖는 층으로 배치되고 상부에 기공 내부로 도전부의 물질이 채워지거나 채워지는 물질의 합금층이 배치될 수 있다. 이에 따라 도 3과 같이, 제1 및 제2금속층(125,135)은 하부에 제1,2기공층(B1,B2)이 존재하고, 상부에 합금을 갖는 제1,2합금층(M1,M2)으로 구분될 수 있다. 상기 제1,2기공층(B1,B2)과 상기 제1,2합금층(M1,M2)의 두께 또는 면적의 비율은 1:9 내지 9:1의 비율을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예는 프레임(121,131) 상에 다수의 기공을 갖는 층을 제공해 줌으로써, 도전부(120,130)와의 접착력이 개선될 수 있다. 또한 도전부(120,130)와 기공층(B1,B2)의 금속의 합금을 통해 금속의 녹는 점이 높아지게 될 수 있어, 회로 기판에 패키지를 본딩하는 리플로우 공정에서의 리멜팅되는 문제를 방지할 수 있다. 또한 도전부(120,130)와 기공층(B1,B2)을 형성하는 금속의 결합을 통해 도전부의 크랙이 방지될 수 있어, 도전부에 전달되는 스트레스나 크랙 발생 문제를 억제할 수 있다.
발명의 실시 예는 상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 상기 제1 및 제2프레임(121,131) 상에 별도로 형성되거나, 상기 제1 및 제2프레임(121,131)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 베이스층 상에 배치되거나, 상기 접착층(14) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 상기 제1 및 제2프레임(121,131) 상에서 상기 발광소자와 대면하는 영역에 배치되거나, 상기 발광소자의 각 본딩부와 대면하는 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1금속층(125)은 상기 제1프레임(121) 상에서 상기 발광소자(151)의 제1본딩부(373)와 대면할 수 있다. 상기 제2금속층(135)은 상기 제2프레임(131) 상에서 상기 발광소자(151)의 제2본딩부(371)와 대면할 수 있다. 상기 제1금속층(125)은 상기 제1본딩부(373)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2금속층(135)은 상기 제2본딩부(371)와 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 예로서, 도 4와 같이, 제1 및 제2금속층(125,135)는 상기 제1,2프레임(121,131) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2금속층(125,135)은 상기 몸체(115)의 상면보다 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2금속층(125,135)는 기공층(B1,B2)와 합금층(M1,M2)를 포함할 수 있으며, 상세한 설명은 상기의 설명을 참조하기로 한다.
도 2와 같이, 상기 발광소자(151)는 II족과 VI족 원소의 화합물 반도체, 또는/및 III족과 V족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예컨대 발광소자는 AlInGaN, InGaN, AlGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs와 같은 계열의 화합물 반도체를 이용하여 제조된 반도체 소자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 발광소자(151)는 청색, 녹색, 적색, 가시광선, 적외선 파장의 광을 선택적으로 발광할 수 있다. 상기 발광 소자(151)는 도 2와 같이, 발광 구조물(310) 및 상기 발광 구조물(310)에 전기적으로 연결된 제1전극(P5)과 제2전극(P6)을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조물(310)은 상기 화합물 반도체를 갖는 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 발광 구조물(310)은 자외선의 파장부터 가시광선의 파장까지 선택적으로 발광할 수 있다. 상기 발광 구조물(310)은 청색, 녹색 또는 적색의 파장이나, 적외선 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광소자(151)는 상기 발광 구조물(310) 상에 투광성 재질의 기판(305)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(P5)은 하부에 제1본딩부(373)를 포함하거나 별도의 층으로 형성될 수 있다. 상기 제2전극(P6)은 하부에 제2본딩부(371)를 포함하거나 별도의 층으로 형성될 수 있다. 상기한 발광 소자(151)의 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 제1본딩부(373)는 상기 발광소자(151)의 제1영역 하부에 배치되며, 상기 제2본딩부(371)는 상기 발광소자(151)의 제2영역 하부에 배치될 수 있다. 상기 제1본딩부(373)는 상기 제1프레임(121)과 대면하게 배치될 수 있다. 상기 제1본딩부(373)는 상기 제1프레임(121)의 제1금속층(125)과 대면하게 배치될 수 있다. 상기 제2본딩부(373)는 상기 제2프레임(131)과 대면하게 배치될 수 있다. 상기 제2본딩부(371)는 상기 제2프레임(131)의 제2금속층(135)과 대면하게 배치될 수 있다. 상기 발광소자(151)는 상기 캐비티(112) 내에서 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 제1 및 제2금속층(125,135) 위에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2본딩부(373,371)는 상기 제1 및 제2전극(P5,P6)의 하부 층으로서, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(373,371)는 Ni, Ti, Cu, 또는 Au 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100)는 발광소자(151) 아래에 배치된 제1수지(160)를 포함한다. 상기 제1수지(160)는 상기 발광소자(151)과 상기 몸체(115) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1수지(160)는 상기 발광소자(151)와 상기 몸체(115)에 접착될 수 있다. 상기 제1수지(160)는 발광소자(151)의 하부에 배치된 제1,2본딩부(373,371)에 접촉될 수 있다. 상기 제1수지(160)는 발광소자(151)의 하부에 배치된 제1,2도전부(120,130)에 접착될 수 있다. 상기 제1수지(160)는 상기 도전부(120,130)를 이용하여 상기 발광소자(151)를 본딩하기 전에 상기 발광소자(151)를 몸체(115)에 부착시켜 줄 수 있다. 상기 제1수지(160)는 상기 발광소자(151)가 틸트되거나 리멜팅 시 유동되는 것을 억제할 수 있다. 상기 제1수지(160)는 상기 발광소자(151)과 수직 방향으로 중첩되는 영역에 배치되거나, 상기 발광소자(151)의 측면에 노출될 수 있다.
상기 제1수지(160)는 수지 재질로서, 예컨대 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, 상기 제1수지(160)는 발광소자(151)에서 방출되는 광을 반사하는 반사 재질일 수 있고, 예로서 Al2O3, SiO2, TiO2 와 같은 고 굴절율의 필러를 포함하는 수지이거나, 화이트 실리콘(white silicone)을 포함할 수 있다.
발명의 실시 예는 상기 발광 소자(151)의 각 본딩부(371,373)와 상기 각 프레임(121,131) 사이에 배치된 도전부(120,130)를 포함할 수 있다. 상기 도전부(120,130)는 제1프레임(121) 상에 제1도전부(120)와, 상기 제2프레임(131) 상에 제2도전부(130)을 포함할 수 있다. 상기 제1도전부(120)는 상기 제1본딩부(373)과 상기 제1프레임(121) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1도전부(120)는 상기 제1본딩부(373)과 상기 제1금속층(125) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1도전부(120)는 상기 제1본딩부(373)과 상기 제1합금층(M1) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1도전부(120)의 일부는 상기 제1금속층(125) 내부에 배치되거나 상기 제1기공층(B1)의 기공들에 배치될 수 있다.
상기 제2도전부(130)는 상기 제2본딩부(371)과 상기 제2프레임(131) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2도전부(130)는 상기 제2본딩부(371)과 상기 제2금속층(135) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2도전부(130)는 상기 제2본딩부(371)과 상기 제2합금층(M2) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2도전부(130)의 일부는 상기 제2금속층(135) 내부에 배치되거나 상기 제2기공층(B2)의 기공들에 배치될 수 있다.
상기 제1도전부(120)는 상기 제1본딩부(373)와 상기 제1프레임(121) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2도전부(130)는 상기 제2본딩부(371)와 상기 제2프레임(131) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제1도전부(120)는 제1본딩부(373)과 상기 제1금속층(125) 사이에 연결될 수 있다. 상기 제2도전부(130)는 제2본딩부(371)과 제2금속층(135) 사이에 연결될 수 있다.
상기 제1,2도전부(120,130)의 금속간 화합물은 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속, 화합물 또는 합금일 수 있다. 상기 제1 및 제2도전부(120,130)는 납(Pb)을 갖지 않는 재질일 수 있다. 상기 제1 및 제2도전부(120,130)는 상기 제1,2프레임(121,131)의 제1,2금속층(125,135)과 합금으로 형성되거나 접촉 또는 비 접촉될 수 있다. 상기 제1 및 제2도전부(120,130)의 하면은 상기 캐비티(112)의 바닥(113)보다 낮게 연장될 수 있다.
상기 제1 및 제2도전부(120,130)는 적어도 두 종류의 금속을 가질 수 있으며, 제1금속은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 중 적어도 하나이며, 제2금속은 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2도전부(120,130)는 Ag-Sn계 화합물, Ag-Au-Sn계 화합물, Au-Sn계 화합물, Cu-Sn4계 화합물, Au-Cu-Sn 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2금속은 상기 본딩부(371,373)와 상기 프레임(121,131)에 제공된 금속층(125,135) 중 적어도 하나 또는 모두와 금속간 화합물(IMC)를 형성할 수 있다. 이는 상기 제2금속이 상기 제1금속 뿐만 아니라 프레임과도 금속간 화합물(IMC)을 형성할 수 있어야, 실시 예에 따른 발광소자(151)의 본딩부(371,373)와 프레임(121,131)에 제공된 금속층(121,5,135) 간에 안정적인 본딩 결합력이 제공될 수 있기 때문이다. 실시 예에 따른 상기 도전부(120,130)의 금속간 화합물은 CuxSny, AgxSny, AuxSny 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 x는 0<x<1, y=1-x, x>y의 조건을 만족할 수 있다.
발명의 실시 예는 상기 도전부(371,373)의 일부가 상기 금속층(125,135)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 도전부(371,373)의 일부 금속과 상기 금속층(125,135)의 금속은 결합되어, 제1,2합금층(M1,M2)을 형성할 수 있다.
상기 제1,2도전부(120,130)의 금속 중에서 제1금속의 양은 상기 제2금속의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 2배 보다 크게 제공될 수 있다. 상기 제2금속(예: Sn)의 양이 상기 제1 금속(예: Ag)의 양에 비하여 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 1/2배 보다 작게 제공될 수 있다. 상기 제1,2도전부(120,130)에서 제1금속과 상기 제2금속이 금속간 화합물(IMC)을 형성하는 경우, Ag의 양과 Sn의 양이 질량 퍼센트(Wt%) 기준으로 4.5:2 내지 5.5:2의 비율로 결합이 진행될 수 있다. 또한, Ag의 원자량이 107.8682 이고, Sn의 원자량이 118.710 이므로, At% 기준으로 보면, Ag와 Sn은 예컨대, 5:2의 비율로 결합이 진행될 수 있다. 상기 도전부가 포함하는 금속간 화합물의 제1 금속(예: Ag)과 제2 금속(예: Sn)의 비율이 4.5:2 미만일 경우, 상기 발광 소자의 본딩부와 상기 제1 및 제2 프레임(121,131)간 결합력이 저하되어 박리가 발생할 수 있고, 5:5.2를 초과할 경우 형성되는 금속간 화합물(IMC)의 용융점이 너무 낮아질 수 있어 상기 발광소자 패키지를 회로 기판에 실장할 경우 리멜팅이 발생할 수 있다.
또한 상기 발광소자(151)의 제1 및 제2본딩부(373,371)는 상기 제1,2도전부(120,130)를 이용하여 상기 제1 및 제2프레임(121,131)의 제1,2금속층(125,135)에 본딩될 수 있다. 즉, 유테틱 본딩될 수 있다. 여기서, 상기 본딩 공정에서 상기 제1 및 제2도전부(120,130)가 멜팅되어 상기 제1 및 제2금속층(125,135)의 기공층으로 스며들게 되며, 이때 상기 기공층을 형성하는 제1금속과 상기 도전부(120,130)를 이루는 금속이 합금으로 형성될 수 있다. 이때의 합금을 갖는 층은 제1,2합금층(M1,M2)이 될 수 있다. 상기 제1 및 제2합금층(M1,M2)은 Au, Sn, Ag, Cu 중 적어도 2개가 결합된 합금으로 형성될 수 있다. 이러한 도전부(120,130)의 일부가 상기 제1,2금속층(125,135) 내에서 합금을 형성하게 됨으로써, 상기 발광 소자 패키지(100)가 회로 기판(201, 도 9 참조)과의 본딩 시 리멜팅되는 것을 억제할 수 있다.
상기 금속층(125,135)에서 합금층(M1,M2)의 질량 퍼센트를 보면, 상기 금속층이 갖는 제1금속은 30wt% 이상 예컨대, 30 내지 90wt%의 범위이며, 상기 도전부가 갖는 제2금속은 10wt% 이상 예컨대, 10 내지 70wt% 범위를 가질 수 있다. 상기 금속층(125,135)에서 질량 퍼센트(wt%)를 기준으로 제1금속(예: Ag)과 제2금속(예: Sn)은 3:7 내지 9:1의 비율로 형성될 수 있다. 상기 제1금속(예: Ag)이 상기 범위를 벗어난 경우 결합 강도가 저하되거나, 흡습 방지 기능이 저하될 수 있으며, 패키지 본딩 과정에서 리멜팅(re-melting)이 발생되거나, 접착력이 저하될 수 있다.
발명의 실시 예는 발광소자(151) 상에 몰딩부(181)가 배치될 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 상기 캐비티(112) 내에 배치될 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 투명한 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 투명한 실리콘 또는 에폭시와 같은 재질을 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 상기 발광소자(151)를 덮을 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 발광소자(151)로부터 방출된 광을 투과시켜 줄 수 있다. 상기 몰딩부(181)는 단층 또는 다층으로 배치될 수 있으며, 다층인 경우 상기 몰딩부(181)의 상면 방향으로 갈수록 굴절률이 낮은 수지 물질이 배치될 수 있다.
상기 몰딩부(181)는 내부에 형광체를 포함할 수 있다. 상기 형광체는 적색, 녹색, 청색, 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 형광체를 갖는 층은 상기 발광소자(151) 상에 접착되거나, 상기 발광소자(151)과 상기 몰딩부(181) 사이에 배치될 수 있다.
상기 몰딩부(181)의 상면은 수평한 평면이거나, 오목한 곡면 또는 볼록한 곡면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(181) 상에는 광학 렌즈(미도시)가 배치될 수 있으며, 상기 광학 렌즈는 상기 몰딩부(181)를 통해 방출된 광의 지향 특성을 조절할 수 있다.
도 6을 참조하면, 발광소자 패키지는 발광소자의 하부에 제1수지(160) 및 상기 제1수지(160)의 둘레에 제2수지(162)를 포함할 수 있다. 상기 제2수지(162)는 상기 발광소자(151)의 하부 둘레에 배치될 수 있다. 상기 제2수지(162)는 상기 발광소자(151)의 본딩부(371,373)과 도전부(120,130)에 접촉되거나 부착될 수 있다. 상기 제2수지(162)는 상기 발광소자(151)의 측면에 접촉될 수 있으며, 상기 본딩부(371,373)의 상면보다 높게 배치될 수 있다.
상기 제2수지(162)는 상기 제1수지(160)와 접촉되거나 연결될 수 있다. 상기 제2수지(162)는 실리콘 또는 에폭시와 같은 수지 재질을 포함할 수 있다. 상기 제2수지(162)는 내부에 금속 산화물 또는 필러를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2수지(162)는 TiO2, SiO2, Al2O3와 같은 금속 산화물 또는 불순물을 포함하는 물질로 구성될 수 있다. 상기 제2수지(162)는 상기 발광소자(120)를 상기 몸체(115) 상에 부착 및 고정시켜 줄 수 있다. 이에 따라 상기 제1 및 제2수지(160,162)는 발광소자(120)의 유동이나 틸트를 방지할 수 있다. 상기 제2수지(162)는 상기 도전부(371,373)가 리멜팅되더라도, 상기 몸체(115)에 상기 발광소자(120)를 고정시켜 줄 수 있다.
도 7을 참조하면, 발광소자 패키지는 몸체(115)의 상부에 리세스(R1)를 포함할 수 있다. 상기 리세스(R1)는 상기 발광 소자(151)와 수직 방향으로 중첩된 영역에 배치될 수 있다. 상기 리세스(R1)는 상기 몸체(115)의 상면으로부터 소정 깊이 예컨대, 상기 몸체(115)의 두께보다 작은 깊이로 형성될 수 있다. 상기 리세스(R1)의 깊이는 몸체(115)과 상기 발광 소자(151) 사이에 배치되는 제1수지(160)의 접착력을 고려하여 결정될 수 있다. 상기 제1수지(160)는 반사 및/또는 방열 특성을 갖는 수지재일 수 있다. 상기 리세스(R1)의 길이는 상기 제1,2프레임(121,131) 사이의 제2방향의 길이로서, 상기 발광 소자(151)의 길이와 같거나 작을 수 있다.
상기 리세스(R1)의 깊이는 상기 몸체(115)의 두께보다 작게 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 몸체(115)의 두께의 50% 이하로 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 리세스(R1)에 의해 몸체(115)의 강도 저하를 방지할 수 있고 광 손실을 줄여줄 수 있다.
상기 리세스(R1)는 상기 발광 소자(151) 하부에 일종의 언더필(under fill) 공정으로 제공되는 제1수지(160)가 채워질 수 있다. 이에 따라 상기 리세스(R1)은 상기 제1수지(160)의 양으로 인해 다른 영역을 유출되거나 누설되는 문제를 방지할 수 있고 상기 제1수지(160)를 지지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 발광소자 패키지는 몸체(115)에 관통홀(R2)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀(R2)은 상기 몸체(115)의 상면부터 하면까지 관통되는 구멍일 수 있다. 상기 관통홀(R2)의 제1방향의 너비는 상기 프레임(121,131) 사이의 간격 또는 상기 프레임들(121,131) 사이에 배치된 몸체(115)의 너비보다 작을 수 있다. 상기 관통홀(R2)의 제2방향의 길이는 상기 발광 소자(151)의 제2방향의 길이보다 작거나 클 수 있다. 상기 관통홀(R2)에는 상기 몰딩부(181)의 일부가 배치되거나, 제1수지(160)가 배치될 수 있다. 상기 관통홀(R2)은 형성할 때 하부에 밀착된 시트를 부착한 후, 상기 몰딩부(181)을 몰딩하거나, 제1수지(160)로 몰딩할 수 있다.
도 9는 도 2의 발광 소자 패키지가 배치된 회로 기판을 갖는 발광 모듈 또는 광원 장치의 예이다.
도 9를 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 회로 기판(201) 상에 배치된다. 상기 회로 기판(201)은 표시 장치, 단말기, 차량 램프, 조명 장치와 같은 라이트 유닛 내에 배열될 수 있다. 상기 회로 기판(201)은 상기 발광소자 패키지(100)와 전기적으로 연결되는 회로 층을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(201)은 수지 재질의 PCB, 금속 코어를 갖는 PCB(MCPCB, Metal Core PCB), 비 연성 PCB, 연성 PCB(FPCB, Flexible PCB) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 회로 기판(201)에는 제3 및 제4 전극패드(211,213)가 배치되며, 상기 제3전극패드(211)는 상기 발광소자 패키지(100)의 제1프레임(121)과 전도성 접착제(221)로 접착되며, 상기 제4전극패드(213)는 발광소자 패키지(100)의 제2프레임(131)과 전도성 접착제(223)로 접착될 수 있다. 상기 전도성 접착제(221,223)는 예컨대, 솔더 페이스트를 포함할 수 있다. 실시 예는 발광 소자 패키지(100)의 발광 소자(151)를 프레임(121,131)에 미리 제공된 제1,2도전부에 의해 본딩함으로써, 상기 발광 소자 패키지(100)를 회로 기판(201) 상에 본딩할 때, 발생될 수 있는 리멜팅 문제를 방지할 수 있어, 발광 소자 패키지의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다. 또한 발광 소자 패키지(100) 내의 발광 소자(151)는 5면 또는 6면으로 광을 방출할 수 있다.
도 10은 발명의 실시 예에 따른 발광 소자 패키지의 발광 소자를 측 단면도이다.
도 10을 참조하면, 발광 소자(151)는 제1 및 제2본딩부(373,371)가 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1본딩부(373)는 제1전극(P5)을 통해 발광 구조물(310)의 제2도전형 반도체층(313)과 연결되며, 상기 제2본딩부(371)는 상기 제2전극(P6)을 통해 제1도전형 반도체층(311)과 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2본딩부(373,371)는 제1 및 제2전극(P5,P6)와 상기 발광 구조물(310)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 도 10에서 P 영역과 N 영역은 서로 다른 반도체층과 연결되는 비아 구조를 나타낸 영역일 수 있다. 상기 제1본딩부(373)은 제1전극(P5)의 제1전극부(342)과 연결되며, 상기 제2본딩부(371)는 상기 제2전극(P6)의 제2전극부(341)와 연결될 수 있다. 상기 제1 및 본딩부(342,341)는 전류를 전 영역으로 확산시켜 줄 수 있다.
발광 소자(151)는 기판(305) 및 그 위에 배치된 발광구조물(310)을 포함할 수 있다. 상기 기판(305)는 제거될 수 있다. 상기 기판(305)은 사파이어 기판(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 기판(305)은 상부 면에 요철 패턴이 형성될 수 있다.
상기 발광구조물(310)은 제1 도전형 반도체층(311), 활성층(312), 제2 도전형 반도체층(313)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(312)은 상기 제1 도전형 반도체층(311)과 상기 제2 도전형 반도체층(313) 사이에 배치될 수 있다. 예로서, 상기 제1 도전형 반도체층(311) 위에 상기 활성층(312)이 배치되고, 상기 활성층(312) 위에 상기 제2 도전형 반도체층(313)이 배치될 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체층(311)은 n형 반도체층으로 제공되고, 상기 제2 도전형 반도체층(313)은 p형 반도체층으로 제공될 수 있다. 물론, 다른 실시 예에 의하면, 상기 제1 도전형 반도체층(311)이 p형 반도체층으로 제공되고, 상기 제2 도전형 반도체층(313)이 n형 반도체층으로 제공될 수도 있다.
상기 발광구조물(310)은 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 상기 발광구조물(310)은 예로서 2족-6족 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 발광구조물(310)은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 인(P), 비소(As), 질소(N)로부터 선택된 적어도 두 개 이상의 원소를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1 및 제2도전형 반도체층(311,313)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(311,313)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 또는 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 예를 들어 상기 제1 및 제2도전형 반도체층(311,313)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, AlInP, GaInP 등을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(311)은 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(313)은 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함하는 그룹 중에서 선택된 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 활성층(312)은, 예로서 2족-6족 화합물 반도체 또는 3족-5족 화합물 반도체로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(312)은 InxAlyGa1 -x- yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 또는 (AlxGa1 -x)yIn1 - yP(0≤x≤1, 0≤y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 제공될 수 있다. 예로서, 상기 활성층(312)은 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, AlInP, GaInP 등을 포함하는 그룹 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 상기 활성층(312)은 다중 우물 구조로 제공될 수 있으며, 복수의 장벽층과 복수의 우물층을 포함할 수 있다.
발광 구조물(310) 상에 전류확산층(320)과 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층이 배치될 수 있다. 상기 전류확산층(320)과 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 전류 확산을 향상시켜 광출력을 증가시킬 수 있다. 상기 전류확산층(320)은 예컨대, 산화물 또는 질화물 등으로 제공될 수 있다. 상기 전류확산층(320)의 수평 폭은 위에 배치된 제2 전극(P6)의 수평 폭 이상으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 전류확산층(320)은 상기 제2 전극(P6) 하측에서의 전류집중을 방지하여 전기적 신뢰성을 향상시킴으로써 광속을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물을 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 투광성의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 오믹접촉층(330) 또는 투명 접촉층은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZON(IZO nitride), IZTO (indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, Ni/IrOx/Au/ITO, Pt, Ni, Au, Rh, Pd를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(P6)은 상기 제1 도전형 반도체층(311)에 전기적으로 연결된 제2전극부(341)를 가질 수 있으며, 상기 제2전극부(342)은 상기 제2 도전형 반도체층(313)의 일부와 상기 활성층(312)의 일부가 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(311)의 상면에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극(P5)은 상기 제2 도전형 반도체층(313)에 전기적으로 연결된 제1전극부(342)를 가질 수 있으며, 상기 제1 전극부(342)는 상기 제2 도전형 반도체층(313) 위에 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면, 상기 제1 전극부(342)와 상기 제2 도전형 반도체층(313) 사이에 상기 전류확산층(320)이 배치될 수 있다.
상기 제1, 2전극부(342,341)는 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 상기 제1, 2전극부(342,341)은 오믹 전극일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 2전극부(342,341)은 ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나 또는 이들 중 2개 이상의 물질의 합금일 수 있다.
보호층(350)은 상기 제1 및 제2 전극부(342,341) 위에 배치될 수 있다. 상기 보호층(350)은 개구부(h1,h2)를 갖고 제1 및 제2전극부(342,341)을 노출시켜 줄 수 있다 예로서, 상기 보호층(350)은 절연물질로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(350)은 SiO2, SiOx, SiOxNy, Si3N4, Al2O3 를 포함하는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 보호층(350) 상에는 절연성 반사층이 배치될 수 있다. 상기 절연성 반사층은 DBR(Distributed Bragg Reflector)층 또는 ODR(Omni Directional Reflector)층으로 제공될 수 있으며, 예컨대 TiO2와 SiO2 또는 Ta2O5와 SiO2로 제공될 수 있다. 상기 절연성 반도체층는 전극 주변에 형성되어, 상기 발광구조물(310)의 활성층(312)에서 발광되는 빛을 반사시켜 광 흡수가 발생되는 것을 최소화하여 광도를 향상시킬 수 있다.
제1연결전극(362)는 개구부(h3)를 통해 제1전극부(342)와 연결되며, 제2연결 전극(361)은 개구부(h4)를 통해 제2전극부(341)과 연결될 수 있다. 상기 제1,2연결 전극(361,362)는 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.
상기 제1연결 전극(362) 상에는 제1본딩부(373)이 배치되며, 상기 제2연결 전극(361) 상에는 제2본딩부(371)가 배치될 수 있다. 실시 예에 따른 발광 소자는 상기 제1 및 제2본딩부(373,371)을 통해 플립칩 본딩 방식으로 외부 전원에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 본딩부(371)와 상기 제2 본딩부(373)는 Ni/Ti/Cu 등으로 형성됨으로써 본딩 공정이 안정적으로 진행될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 소자는 플립 칩 본딩 방식으로 실장되어 패키지로 구현되는 경우, 상기 발광구조물(310)에서 제공되는 빛은 상기 기판(305)을 통하여 방출될 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 발광 소자에 의하면, 넓은 면적을 갖는 상기 제1 본딩부(371)와 상기 제2 본딩부(373)가 전원을 제공하는 회로기판에 직접 본딩될 수 있으므로 플립칩 본딩 공정이 쉽고 안정적으로 진행될 수 있다.
발명의 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 발광 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(Gren), 청색(Blue) 광을 방출하는 발광소자가 각각 배치되는 구조를 이룰 수도 있다.
광원 장치의 또 다른 예로, 헤드 램프는 기판 상에 배치되는 발광소자 패키지를 포함하는 발광 모듈, 발광 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. 상기 광원 모듈은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시 예를 한정하는 것이 아니며, 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 특허청구범위에서 설정하는 실시 예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 발광소자 패키지
115: 몸체
112: 캐비티
121: 제1 프레임
131: 제2 프레임
125,135: 금속층
B1,B2: 기공층
M1,M2: 합금층
151: 발광소자
120,130: 도전부
160,162: 수지
181: 몰딩부
115: 몸체
112: 캐비티
121: 제1 프레임
131: 제2 프레임
125,135: 금속층
B1,B2: 기공층
M1,M2: 합금층
151: 발광소자
120,130: 도전부
160,162: 수지
181: 몰딩부
Claims (8)
- 서로 이격된 제1 프레임 및 제2프레임;
상기 제1프레임과 상기 제2프레임 사이에 몸체;
상기 제1프레임과 마주하는 제1본딩부와, 상기 제2프레임과 마주하는 제2본딩부를 포함하는 발광소자;
상기 제1프레임과 상기 제1본딩부 사이에 제1도전부; 및
상기 제2프레임과 상기 제2본딩부 사이에 제2도전부; 를 포함하고,
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 각각 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고,
상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 각각 복수의 기공을 갖는 제1 및 제2 기공층, 및 상기 상기 제1 본딩부와 상기 제1 기공층 사이의 제1 합금층, 상기 제2 본딩부와 상기 제2 기공층 사이의 제2 합금층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 합금층은 상기 제1 및 제2 도전부가 포함하는 물질과 상기 제1 및 제2 금속층이 포함하는 물질이 결합된 합금 물질을 각각 포함하는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2도전부가 포함하는 물질은 Ag, Au, Cu, Sn 중 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자 패키지.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2금속층은 Au 또는 Ag를 포함하며,
상기 제1 및 제2합금층은 AuSn 또는 AgSn을 포함하는 발광소자 패키지. - 제1항에 있어서, 상기 발광소자 하부에 제1수지 및 상기 발광소자의 외측 둘레에 제2수지를 포함하며,
상기 제1 및 제2수지는 상기 제1 및 제2프레임과 상기 몸체 상에 배치되는 발광소자 패키지. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2금속층의 상면은 상기 몸체의 상면과 같은 평면에 배치되며,
상기 제1 및 제2금속층의 둘레에는 상기 몸체가 배치되는 발광 소자 패키지. - 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2금속층의 상면은 상기 몸체의 상면보다 높게 돌출되며,
상기 제1 및 제2수지는 상기 제1 및 제2금속층와 상기 제1 및 제2도전부의 둘레에 배치되는 발광소자 패키지. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2프레임 상에 캐비티를 갖는 반사부; 및
상기 반사부 상에 상기 발광소자를 덮는 몰딩부를 포함하며,
상기 몸체는 상기 발광소자와 수직 방향으로 중첩된 영역에 오목한 리세스를 포함하는 발광 소자 패키지. - 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 발광소자 패키지를 갖는 광원 장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180063007A KR20190136827A (ko) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180063007A KR20190136827A (ko) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치 |
Publications (1)
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| KR20190136827A true KR20190136827A (ko) | 2019-12-10 |
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ID=69003085
Family Applications (1)
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| KR1020180063007A KR20190136827A (ko) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 발광 소자 패키지, 발광 소자 패키지 제조 방법 및 광원 장치 |
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|---|---|
| KR (1) | KR20190136827A (ko) |
-
2018
- 2018-05-31 KR KR1020180063007A patent/KR20190136827A/ko active IP Right Grant
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