KR20200091179A - 반도체 발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 전극을 구비하는 플립 구조의 반도체 발광 칩; 전극과 면하도록 플립 구조의 반도체 발광 칩의 아래에 놓이는 바닥부를 가지고, 바닥부에 전극에 대응하는 복수의 홀이 형성되어 있는 몰드; 몰드와 일체로 함께 형성되어, 복수의 홀을 통해 노출되는 리드 프레임; 그리고, 전극과 리드 프레임의 전기적 연통을 위해 복수의 홀 각각에 구비되며, 적어도 일부가 솔더로 이루어진 도전부;를 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자에 관한 것으로, 특히 전기적 연결의 안정성을 향상시킨 반도체 발광소자에 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).
도 1은 미국 등록특허공보 제9,773,950호에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, CSP(Chip-Scaled Package) 형태의 반도체 발광소자가 제시되어 있다. 반도체 발광소자는 플립 구조의 반도체 발광 칩(2), 봉지제(4) 및 반사체(6; 예: 백색 PSR)를 포함한다. 플립 구조의 반도체 발광 칩(2)은 전극(80)과 전극(90)을 구비하며, 봉지제(4)는 경사면(4b)을 구비하여 플립 구조의 반도체 발광 칩(2)으로부터 나온 빛의 출사각을 조절할 수 있다. 반사체(6)는 백색의 PSR을 스크린 프린팅 또는 스핀 코팅한 다음, 일반적인 포토리소그라피 공정을 통해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 필요에 따라, 외부와의 전기적 연결을 위해, 외부 전극(81)과 외부 전극(91)이 증착 공정을 통해 형성된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제10,008,648호에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 1에 제시된 반사체(6)를 이용하는 경우의 문제점, 즉 반사체(6)가 백색 PSR과 같이 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어져, 여러 공정을 거치는 과정에서 플립 구조의 반도체 발광 칩(2)의 위치 정확도가 떨어지는 문제점을 해소하기 위해, 미리 성형되고(preformed), 딱딱한(rigid) 재질의 프레임 내지 몰드(210; 예: 사출성형된 몰드)를 이용하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자(200)가 제시되어 있다. 반도체 발광소자(200)는 몰드(210), 플립 구조의 반도체 발광 칩(220) 및 봉지제(230)를 포함한다. 부호 211은 측벽, 부호 212는 바닥부, 부호 213은 홀, 부호 214는 캐비티, 215는 바닥부(212)의 상면, 부호 216은 바닥부(212)의 하면, 부호 217은 측벽(211)의 외면, 부호 218은 측벽(211)의 내면, 부호 219는 바닥부(212)의 높이, 부호 H는 측벽(211)의 높이, 부호 221은 전극, 부호 222는 플립 구조의 반도체 발광 칩(220)의 높이, 부호 231은 광 변환제(예: 형광체), 부호 240은 홀(213)의 측벽이다. 이러한 반도체 발광소자는 몰드(210)를 구비한다는 점에서 종래의 SMD(Surface-Mounted Device) 타입의 반도체 발광소자(예: 미국 등록특허공보 US6,066,861호)와 동일하지만, 리드 프레임 내지 리드 전극을 구비하지 않는다는 점에서 차이를 가지며, 전술한 바와 같이 도 1에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 문제점을 해소하는 한편, 리드 프레임이 외부 기판과의 접합에 관여함으로써 발생하는 문제점(접합 불량 등)을 해소할 수 있게 된다.
도 3은 한국 공개특허공보 제10-2018-0131303호에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 1에 제시된 반사체(6)를 이용하는 경우의 문제점을 해소하는 다른 형태의 반도체 발광소자가 제시되어 있다. 반도체 발광소자는 몰드(113) 및 플립 구조의 반도체 발광 칩(123)을 구비한다. 몰드(113)에는 도전부(TH1)와 도전부(TH2)가 구비되어 있으며, 도전부(TH1)와 도전부(TH2)는 도전성 페이스트나 솔더 물질로 형성될 수 있다. 부호 C는 캐비티이고, 부호 121, 122는 각각 전극이며, 부호 131은 외부 기판(예: PCB), 서브 마운트 등일 수 있다. 리드 프레임 내지 리드 전극을 구비하지 않는다는 점에서 도 2에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자와 동일하지만, 외부 기판(131)과 플립 구조의 반도체 발광 칩(123)의 물리적 및 전기적 접합에 도전부(TH1)와 도전부(TH2)가 개입하며, 따라서 도 2에서 지적한 바와 같이, SMT 공정 등에서 물리적 결합력이 약해 접합이 떨어지거나 도전부(TH1)와 도전부(TH2)가 몰드(113)로부터 이탈하는 등의 문제를 야기할 수 있다. 다만, 도 2에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 경우에 리드 프레임 내지 리드 전극을 제거하여 리드 프레임 내지 리드 전극에 의해 흡수되는 빛을 없앴다는 점에서는 이점을 가지지만, 도 3에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 경우에 몰드(113)의 아래로 누출되는 빛을 원천적으로 봉쇄하여 플립 구조의 반도체 발광 칩(123)에서 생성된 모든 빛이 상측으로 방출된다는 점에서 이점을 가진다.
엘이디 패키지의 발전 과정을 정리하면, 래터럴 칩(lateral chip)이 SMD 타입 패키지에 와이어 본딩되어 사용되다가, 고휘도(high-power) 및 고전압(high-voltage) 소자의 요구에 수반하여 플립 칩(flip chip)의 사용이 검토되었으나, SMD 타입 패키지에 적합하지 않는 문제점들이 제기되었으며, 도 1에 제시된 CSP 타입의 패키지가 일부 이용되고 있지만, 앞서 지적한 바와 같이, 지향각의 조절 및 제조 공정에 문제점이 제기되었으며, 도 2 및 도 3에 제시된 바와 같이, 리드 프레임 내지 리드 전극을 구비하지 않은 형태의 리드리스 프레임 또는 몰드 타입의 엘이디 패키지가 검토되고 있는 실정이다. 그러나 도 3에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 경우에, 도전부(TH1)와 도전부(TH2)의 형성을 위해, 몰드(113)가 만들어질 때(예: 사출성형), 도전부(TH1)와 도전부(TH2)에 대응하는 홀이 함께 만들어지며, 사출성형되는 홀은 금형의 표면거칠기에 대응하는 미끈한 표면을 가지게 되므로, 이후, 증착 또는 도금 등을 통해 형성되는 도전부(TH1)와 도전부(TH2)와의 물리적 결합력이 높지 않은 문제점을 가진다.
도 4는 미국 등록특허공보 US10,008,648호에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면으로서, 몰드(210)에 반도체 발광소자의 형태 유지를 견고하게 하도록 보강부재(720)가 구비된다. 반도체 발광소자의 제조 공정에 수반하는 발열, 그리고 이 발열에 수반하는 몰드 및/또는 리드 프레임의 열팽창의 관점에서, 도 2에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자는 리드 프레임을 제거하고, 전극(221)을 직접 외부전극에 접합하는 형태를 취하며, 도 4에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자는 이에 더해서 보강부재(720)를 구비하되 전극(221)과 보강부재(720)의 직접 연결을 피하는 형태를 취한다. 이는 리드 프레임을 구비하는 경우에, 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자를 외부 기판(예 : PCB 기판, 서브마운트 등)과 접합하는 SMT 공정 등의 공정에서, 전극(221)이 리드 프레임으로부터 떨어질 수 있기 때문이다.
도 5 및 도 6은 한국 공개특허공보 제10-2018-0041489호에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자(300)는 몰드(310), 반도체 발광 칩(320), 봉지제(330), 그리고 리드 프레임 내지 리드 전극(351,352)을 포함한다. 몰드(310)에는 홀(361,362)이 구비되어 있으며, 플립 구조의 반도체 발광 칩(320)은 전극(321,322)을 구비한다. 각각의 전극(321,322)은 각각의 홀(361,362)을 통해 각각의 리드 프레임 내지 리드 전극(351,352)에 전기적으로 직접 연결되며, 전기적 연결에는 솔더(371,372)가 사용된다. 미설명 부호 311은 몰드(310)의 바닥면, 312는 몰드(310)의 경사면이다. 여기서, 리드 전극(351,352)이 리드 프레임과 혼용되는 이유는 리드 전극(351,352)이 프레임의 형태로 연결되어 있다가, 최종적으로 단위 패키지(단위 반도체 발광소자)로 분리되기 때문이다. 도 5 및 도 6에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자는 SAC(Sn-Ag-Cu)를 솔더로 사용할 때의 문제점을 지적하면서, Au, Ag, Sn, Pb, Sb, In, AuSn, AgSn, SnSb, SnAgSb, PbIn, PbSn, PbSnAg, PbInAg, PbAg 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 솔더(371,372)로 이용하고, 솔더(371,372)를 홀(361,362)에 위치시킴으로써, 솔더의 퍼짐 현상을 막고, 나아가 이후의 공정에서 플립 구조의 반도체 발광 칩(320)이 틀어지는 것을 방지하려는 시도를 하고 있으나, 전극(321,322)의 크기 내지 이보다 큰 크기(예: 1.1~2.0배)의 홀(361,362)이 사용되고, 여기에 솔더(371,372)가 충진되므로, 열가소성 수지(예: PPA, PCT) 내지 열경화성 수지(예: EMC, SMC)로 된 몰드(310), 특히 열팽창계수가 큰 PPA, PCT로 된 몰드(310)가 팽창되고, 이에 따라 솔더(371,372)가 변형될 때, 전극(321,322)과 솔더(371,372)가 분리되어 전기적 단락이 발생하는 것을 방지하기에는 미흡하다 할 것이다. 또한 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자를 PCB(printed circuit board) 상에 솔더(soder)를 사용하여 실장(mounting)할 때 전극(321,322)과 리드 프레임 내지 리드 전극(351,352)을 접합하고 있는 솔더(371,372)의 재용융(re-melting) 현상이 발생하지 않도록 각별한 주의가 필요하다. 솔더(371,372)의 재용융 현상은 복수의 패키지(복수의 반도체 발광소자)가 PCB에 어레이된 모듈 단에서 심각한 품질 문제를 야기한다. 이는 솔더(371,372)에 적용되는 공정 파라미터(예: 공정온도, 250℃)가 PCB 상에 단위 패키지를 실장할 때 사용되는 솔더에 적용되는 공정 파라미터와 동등 또는 거의 유사하기 때문이다. 도 5 및 도 6에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자로는 상기 재용융 관련 품질 문제를 해결하기가 쉽지 않다 하겠다.
이에 대하여 '발명의 실시를 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 측면에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자에 있어서, 전극을 구비하는 플립 구조의 반도체 발광 칩; 전극과 면하도록 플립 구조의 반도체 발광 칩의 아래에 놓이는 바닥부를 가지고, 바닥부에 전극에 대응하는 복수의 홀이 형성되어 있는 몰드; 몰드와 일체로 함께 형성되어, 복수의 홀을 통해 노출되는 리드 프레임; 그리고, 전극과 리드 프레임의 전기적 연통을 위해 복수의 홀 각각에 구비되며, 적어도 일부가 솔더로 이루어진 도전부;를 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자가 제시된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 미국 등록특허공보 US9,773,950호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 US10,008,648호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 한국 공개특허공보 제10-2018-0131303호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 US10,008,648호에 제시된 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 5 및 도 6은 한국 공개특허공보 제10-2018-0041489호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따라 도전부를 형성하는 공정의 일 예를 나타내는 도면.
도 2는 미국 등록특허공보 US10,008,648호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 한국 공개특허공보 제10-2018-0131303호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 미국 등록특허공보 US10,008,648호에 제시된 반도체 발광소자의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 5 및 도 6은 한국 공개특허공보 제10-2018-0041489호에 제시된 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 7 및 도 8은 본 개시에 따른 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면,
도 9는 본 개시에 따라 도전부를 형성하는 공정의 일 예를 나타내는 도면.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 개시에 따른 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자의 일 예를 나타내는 도면으로서, 반도체 발광소자는 몰드(710), 플립 구조의 반도체 발광 칩(720), 봉지제(730), 그리고 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)을 포함한다. 플립 구조의 반도체 발광 칩(720)은 전극(721,722)을 구비하며, 몰드(710)의 바닥부(711)에는 전극(721)에 대응하는 복수 개의 홀(761)과 전극(722)에 대응하는 복수 개의 홀(762)이 형성되어 있다. 각 홀(761)과 각 홀(762)에는 도전부(771,772)가 구비되어, 전극(721,722)과 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)을 전기적으로 연결한다. 전극(721,722) 각각에 복수의 도전부(771)와 복수의 도전부(772)를 구비함으로써, 도 5 및 도 6에 제시된 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자와 달리, 몰드(710) 및 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)의 열팽창 차이로 발생된 기계적 스트레스(mechanical stress)에 대해 유연하게 대처하는 것이 가능해진다. 즉, 하나의 덩어리로 된(bulky) 솔더(371,372)가 아니라 작은 질량으로 나누어진 복수의 도전부를 이용하여 몰드(710) 및 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)의 열팽창 차이로 발생된 기계적 스트레스(mechanical stress)에 대해 유연하게 대응하는 것이 가능해진다. 나아가 일부의 도전부가 대응하는 전극과 떨어지는 경우에도 나머지 도전부에 의해 전기적 연결을 유지하는 것이 가능해지는 것이다. 도 7(a)에 도 7(b)의 x-x' 방향을 따르는 단면도를 나타내었고, 도 8에 도 7(b)의 y-y' 방향을 따르는 단면도를 나타내었으며, 하나의 전극(721)에 대해 4개의 도전부(771)가 형성되어 있다. 도 8(a)에서 도 8(d)로 가면서 도전부와 전극이 안정적으로 접합된 상태로부터 전기적 접합이 떨어진 상태까지를 보여준다. 일부(도 8(c) 및 도 8(d))가 떨어진 경우에도 일부(도 8(a) 및 도 8(b))가 접합되어 도전부로부터 전극으로 전기가 공급될 수 있다. 복수의 도전부(771,772)는 2이상인 것으로 족하지만, 그 갯수가 많을수록 전술한 기능을 충실히 할 수 있으며, 몰드(710)를 형성하는 금형기술과 전극(721,722)의 크기에 의해 제약을 받는다. 현재로서, 금형을 이용하는 경우에 200㎛ 이하로 홀(761,762)을 형성하는 것이 쉽지 않다. 한편 레이저 드릴링(Laser Drilling)을 이용하는 경우에, 200㎛ 이하로 홀(761,762)을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 현재로서 디스플레이 등에 이용되는 플립 구조의 반도체 발광 칩(720)이 통상 1mm 이하의 크기를 가지므로, 전극(721,722) 각각은 500㎛ 이하의 크기를 가진다 하겠다. 또한 도전부(771,772)를 홀(761,762)에 투입하는 기술에 의해서도 제약을 받는다. 여러 사정을 고려할 때, 홀(761,762)은 30~300㎛의 최대폭을 가진다 하겠다. 홀(761,762)이 원형인 경우에, 전극(721,722)이 500㎛ 이하의 크기를 가지므로, 도전부(771,772)는 250㎛ 이하 직경을 가지겠지만, 도전부(771,772)가 직사각형의 형상을 가질 수 있음을 염두에 두어야 한다. 기본적으로 홀(761,762)의 폭은 홀(761,762)이 복수 개로 놓이는 방향의 전극(721,722)의 폭에 대해 1/2 이하로 설계된다 할 것이다. 미설명 부호 723은 성장 기판(예: 사파이어 기판)이며, 전극(721,722)의 반대 측에 구비되고, 레이저 리프트-오프 등의 공정으로 제거될 수 있다. 712는 경사면 내지 반사벽이며 생략될 수 있다. 731은 언더필(underfill)이며 필요에 따라 구비될 수 있다. 언더필(731)을 형성하는 경우에, 복수의 도전부(771,772)로 나뉘어 있으므로 언더필(731) 물질이 플립 구조의 반도체 발광 칩(720)과 바닥부(711) 사이에 침투하는 것이 용이한 이점도 가진다. 바닥부(711)에서 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)까지의 두께, 즉 홀(761,762)의 깊이는 30~150㎛ 정도일 수 있으며, 얇게 형성되는 경우에 바닥부(711)가 반도체 발광 칩(720)으로부터 생성되는 빛을 충분히 반사하지 못하고, 이를 투과한 빛이 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)에 의해 흡수될 수 있으므로, 리드 프레임 내지 리드 전극(751,752)은 반사성 금속(예: Ag, Al)으로 도금되는 것이 바람직하다.
도전부(771,772)는 도전성 페이스트, 도금층 등 제약없이 형성될 수 있지만, 바람직하게는 도전부(771,772)의 적어도 일부가 주석(Sn)계 혼합물인 SAC(Sn-Ag-Cu; 예: SAC305, SAC405), 인듐(In)계 혼합물인 In-Pd 같은 솔더로 이루어질 수 있다.
솔더의 형성은 도팅(dotting), 스크린 프린팅(screen printing) 같은 방식을 이용할 수 있다.
또한 바람직하게는 도전부(771,772)의 형성에 Pilling-Bedworth ratio(P-B ratio; in corrosion of metals, is the ratio of the volume of the elementary cell of a metal oxide to the volume of the elementary cell of the corresponding metal from which the oxide is created)가 고려된다. P-B ratio가 1보다 작으면, 산화물 코팅이 얇아서 보호막 역할을 하지 못하며, P-B ratio가 2보다 크면, 산화물 코팅이 칩-오프(chip-off)되어 보호막 역할을 하지 못한다. P-B ratio가 1보다 크고 2보다 작은 경우에는 산화물 코팅이 패시베이션 및 추가적인 산화에 대한 강력한 보호막 기능을 한다. 이러한 물질로, Ce, Al, Pb, Ni, Be, Pd, Cu, Fe, Mn, Co, Cr, Cd, Ag, Ti를 예로 들 수 있으며, P-B ratio가 1의 근방 내지 2의 근방에 있는 물질이 사용될 수 있음을 염두에 두어야 한다. 이러한 물질을 주석(Sn)계 또는 인듐(In)계 혼합물과 함께 도전부(771,772)에 추가함으로써, 도전부(771,772)에 산화물 표면 피막이 형성되어 그 물성이 붕괴되는 것을 방지할 수 있게 된다. 예를 들어, 주석(Sn)계 혼합물 SAC305에 소량의 Cr을 추가(Cr0 .1-Cu0 .5-Ag3 .0-Sn)함으로써, Cr2O3를 형성하여 재용융 온도를 250℃에서 270℃로 상승시켜 이러한 역할을 할 수 있다. 한편 SAC의 융점은 주석(Sn)을 제외한 은(Ag), 구리(Cu)의 함량과 별도의 첨가 설계된 물질 종류에 의존하는데, 특히 P-B ratio가 1보다 크고 2보다 작은 별도의 첨가 설계된 물질과 그 함량에 의존하게 되며, 따라서 반도체 발광소자의 설계 조건 내지 사용 환경이 다소 높은 융점을 요구하는 경우에, 이를 감안하여 솔더의 물질을 선정하는 것이 가능하다.
필요에 따라, 먼저 Cu 또는 Sn 등으로 도전부(771,772)를 일부 형성(예: 도금)한 다음, SAC로 도전부(771,772)를 형성하는 것도 가능하다. Cu 또는 Sn과 같이, 솔더에 비해 상대적으로 취성(brittelness)이 덜하고, 인성(toughness; 질긴 성질)이 좋은 물질을 마이크로 스케일로 복수 개로 형성된 홀(761,762)에 투입함으로써, 도전부(771,772)의 유연성을 더 향상시킬 수 있게 된다.
레이저 드릴링을 이용하는 경우에, 홀(761,762)의 표면을 거칠게 할 수 있으며, 형성된 도전부(771,772)의 열팽창에도 불구하고 안정적으로 홀(761,762) 내에 유지될 수 있게 된다. 레이저 드릴링을 이용하는 경우에, 몰드(710)에 LDS 첨가제(additive(s))가 첨가될 수 있으며, 예를 들어, 팔라듐(Pd)함유 중금속 착물과 금속산화물(metal oxide), 금속산화물-코팅된 충전제, 구리 크롬 산화물 스피넬(CuO·Cr2O3 spinel), 구리(Cu) 함유 염, 구리 아이드록시 포스페이트, 구리 포스페이트, 제일구리 티오시아네이트, 스피넬계 금속산화물, 구리 크롬 산화물(CuO·Cr2O3), 유기 금속 착물, 안티몬(Sb) 도핑된 주석(Sn) 산화물, 구리 함유 금속산화물, 아연(Zn) 함유 금속산화물, 주석(Sn) 함유 금속산화물, 마그네슘(Mg) 함유 금속산화물, 알루미늄(Al) 함유 금속산화물, 금(Au) 함유 금속산화물, 은(Ag) 함유 금속산화물, 니켈(Ni) 함유 금속산화물, 크롬(Cr) 함유 금속산화물, 철(Fe) 함유 금속산화물, 바나듐(V) 함유 금속산화물, 코발트(Co) 함유 금속산화물, 망간(Mn) 함유 금속산화물 등이 첨가될 수 있으며, 방열 특성이 좋은 첨가제로 알루미늄 질화물(AlN), 알루미늄 탄화물(AlC), 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 산화질화물(AlON), 붕소 질화물(BN), 마그네슘실리콘 질화물(MgSiN2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 탄화물(SiC), 그라파이트(graphite), 그래핀(graphene), 및 탄소 섬유(carbon fiber), 아연(Zn) 산화물, 칼슘(Ca) 산화물, 마그네슘(Mg) 산화물 등이 첨가될 수 있고, 광반사 기능이 우수한 첨가제로 TiO2 , ZnO, BaS, CaCO3 중의 적어도 하나가 첨가될 수 있다.
도 9는 본 개시에 따라 도전부를 형성하는 공정의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 페이스트 형태의 솔더(773: 예: Cr0 .1-Cu0 .5-Ag3 .0-Sn)를 홀(761 또는 762)에 투입한다. 그리고 열처리(reflow)를 행하여, 도 9(b)에 도시된 것과 같이, 산화물(Cr2O3) 표면 피막(774)을 형성해서 더 고온에서 안정적인 조인팅 역할을 가능케 하는 한편, 형성된 도전부가 붕괴되지 않고 유지될 수 있게 한다. 이 열처리는 전극(721 또는 722)을 위치시킨 이후에 이루어질 수도 있다. 바람직하게는 1차로 열처리를 행한 후, 2차로 솔더(775; 예: SAC)를 도팅, 스크린 프린팅 등과 같은 방식으로 투입하고, 전극(721 또는 722)을 위치시킨 다음, 2차로 열처리(reflow) 행하여, 전극(721 또는 722)과 도전부의 접합을 완료한다. 필요에 따라, 솔더(773)의 투입에 앞서, 도금과 같은 방식으로 솔더(773)보다 취성이 덜한 물질(776; 예: Cu, Sn과 같은 금속)을 홀(761 또는 762)에 형성한다. 2차 솔더(775)는 1차 솔더(773)와 동일한 물질로 이루어질 수 있지만, 1차 솔더(773)에 의해 산화물 표면 피막(774)이 형성되어, 도전부가 보호되고 있으며, 전극(721 또는 722)과 접합에 맞춘 형태의 솔더 물질을 이용할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자에 있어서, 전극을 구비하는 플립 구조의 반도체 발광 칩; 전극과 면하도록 플립 구조의 반도체 발광 칩의 아래에 놓이는 바닥부를 가지고, 바닥부에 전극에 대응하는 복수의 홀이 형성되어 있는 몰드; 몰드와 일체로 함께 형성되며, 복수의 홀을 통해 노출되는 리드 프레임; 그리고, 전극과 리드 프레임의 전기적 연통을 위해 복수의 홀 각각에 구비되며, 적어도 일부가 솔더로 이루어진 도전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(2) 바닥부는 제1 거칠기를 가지며, 홀은 제1 거칠기와 다른 제2 거칠기를 가지는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(3) 솔더에 P-B ratio가 1보다 크고 2보다 작은 금속이 추가되는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(4) 솔더는 Ce, Al, Pb, Ni, Be, Pd, Cu, Fe, Mn, Co, Cr, Cd, Ag, Ti 중의 적어도 하나가 추가되는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(5) 솔더는 주석(Sn)계 혼합물인 SAC(Sn-Ag-Cu)를 함유하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(6) 솔더는 인듐(In)계 혼합물인 In-Pd를 함유하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(7) 솔더는 Cr을 추가적으로 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(8) 도전부는 솔더와 리드 프레임 사이에 도금층을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(9) 도전부는 P-B ratio가 1보다 크고 2보다 작은 금속이 추가된 제1 솔더와, 제1 솔더의 상부에서 전극과 접합하는 제2 솔더를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(10) 몰드는 LDS 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(11) 솔더는 산화물 표면 피막을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(12) 도전부는 홀 내에서 솔더의 아래에 솔더보다 취성이 덜한 도전성 물질을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(13) 도전부는 1차 솔더와 1차 솔더의 위에 위치하는 2차 솔더를 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
(14) 1차 솔더는 1차 솔더와 2차 솔더 사이에 산화물 표면 피막을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
본 개시에 따른 하나의 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자에 의하면, 리드 프레임과 플립 구조의 반도체 발광 칩의 전기적 연결을 안정적으로 확보할 수 있게 된다. 특히, 열팽창계수가 큰 PCT가 백색 몰드로 이용되고, 플립 구조의 반도체 발광 칩이 이용됨에도 불구하고, 리드 프레임과 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 확보할 수 있게 된다.
몰드(710), 반도체 발광 칩(720), 봉지제(730), 리드 전극(751,752), 전극(721,722), 홀(761,762), 도전부(771,772)
Claims (15)
- 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자에 있어서,
전극을 구비하는 플립 구조의 반도체 발광 칩;
전극과 면하도록 플립 구조의 반도체 발광 칩의 아래에 놓이는 바닥부를 가지고, 바닥부에 전극에 대응하는 복수의 홀이 형성되어 있는 몰드;
몰드와 일체로 함께 형성되며, 복수의 홀을 통해 노출되는 리드 프레임; 그리고,
전극과 리드 프레임의 전기적 연통을 위해 복수의 홀 각각에 구비되며, 적어도 일부가 솔더로 이루어진 도전부;를 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
바닥부는 제1 거칠기를 가지며, 홀은 제1 거칠기와 다른 제2 거칠기를 가지는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
솔더에 P-B ratio가 1보다 크고 2보다 작은 금속이 추가되는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
솔더는 Ce, Al, Pb, Ni, Be, Pd, Cu, Fe, Mn, Co, Cr, Cd, Ag, Ti 중의 적어도 하나가 추가되는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
솔더는 SAC(Sn-Ag-Cu) 또는 In-Pd을 함유하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
솔더는 SAC(Sn-Ag-Cu) 또는 In-Pd을 함유하는 것을 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 6에 있어서,
솔더는 Cr을 추가적으로 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
도전부는 솔더와 리드 프레임 사이에 도금층을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
도전부는 P-B ratio가 1보다 크고 2보다 작은 금속이 추가된 제1 솔더와, 제1 솔더의 상부에서 전극과 접합하는 제2 솔더를 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
몰드는 LDS 첨가제를 포함하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 3에 있어서,
솔더는 산화물 표면 피막을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 1에 있어서,
도전부는 홀 내에서 솔더의 아래에 솔더보다 취성이 덜한 도전성 물질을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 13에 있어서,
도전부는 1차 솔더와 1차 솔더의 위에 위치하는 2차 솔더를 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 13에 있어서,
1차 솔더는 1차 솔더와 2차 솔더 사이에 산화물 표면 피막을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자. - 청구항 14에 있어서,
도전부는 홀 내에서 1차 솔더의 아래에 1차 솔더보다 취성이 덜한 도전성 물질을 구비하는 플립 칩을 적용한 반도체 발광소자.
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