KR20210028490A - 발광소자 패키지 - Google Patents

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KR20210028490A
KR20210028490A KR1020190109660A KR20190109660A KR20210028490A KR 20210028490 A KR20210028490 A KR 20210028490A KR 1020190109660 A KR1020190109660 A KR 1020190109660A KR 20190109660 A KR20190109660 A KR 20190109660A KR 20210028490 A KR20210028490 A KR 20210028490A
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circuit board
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light emitting
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electrode
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KR1020190109660A
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이상열
오정탁
김용신
이지성
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
고려대학교 산학협력단
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Abstract

실시 예는, 제1 회로기판; 상기 제1 회로기판 상에 배치되는 제2 회로기판; 상기 제2 회로기판 상에 배치되는 발광소자; 및 상기 제2 회로기판 상에서 상기 발광소자와 이격 배치되는 구동소자를 포함하고, 상기 발광소자는 기판; 상기 기판의 중앙 영역에 배치되고 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 복수 개의 반도체 구조물; 및 상기 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극을 서로 연결하는 공통 배선을 포함하고, 상기 공통 배선은 상기 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극을 연결하는 제1 배선부 및 상기 기판의 가장자리 영역으로 연장되는 제2 배선부를 포함하고, 상기 제2 배선부와 상기 제2 회로기판의 제1 패드는 제1 접속부재에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극과 상기 제2 회로기판의 제2 패드는 제2 접속부재에 의해 전기적으로 연결되는 발광소자 패키지를 개시한다.

Description

발광소자 패키지{LIGHTING EMITTING DEVICE PACKAGE}
실시 예는 발광소자 패키지에 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, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 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 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 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 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 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 램프 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
디스플레이 또는 자동차 헤드 램프의 경우, 다수의 발광 소자(칩)를 패키지로 구성하여 사용될 수 있다. 특히, 최근에는 다수의 칩의 독립 점등(디밍)이 가능한 헤드 램프에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다.
그러나, 구동 드라이버 상에 발광소자를 배치하는 경우, 구동 드라이버에서 방출되는 열에 의해 발광소자의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
실시 예는 방열 성능이 우수한 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 반도체 구조물의 개수가 많아져도 전기적 연결이 가능한 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 구동소자의 발열의 개선할 수 있는 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 반도체 구조물의 크기가 다른 발광소자 패키지를 제공한다.
또한, 크기가 다른 반도체 구조물을 독립적으로 제어할 수 있는 발광소자 패키지를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 제1 회로기판; 상기 제1 회로기판 상에 배치되는 제2 회로기판; 상기 제2 회로기판 상에 배치되는 발광소자; 및 상기 제2 회로기판 상에서 상기 발광소자와 이격 배치되는 구동소자를 포함하고, 상기 발광소자는 기판; 상기 기판의 중앙 영역에 배치되고 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 복수 개의 반도체 구조물; 및 상기 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극을 서로 연결하는 공통 배선을 포함하고, 상기 공통 배선은 상기 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극을 연결하는 제1 배선부 및 상기 기판의 가장자리 영역으로 연장되는 제2 배선부를 포함하고, 상기 제2 배선부와 상기 제2 회로기판의 제1 패드는 제1 접속부재에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극과 상기 제2 회로기판의 제2 패드는 제2 접속부재에 의해 전기적으로 연결된다.
상기 제1 접속부재와 제2 접속부재는 솔더범프일 수 있다.
상기 발광소자는 상기 제1 전극은 덮고 상기 제2 전극은 노출시키는 절연층을 포함할 수 있다.
상기 절연층은 상기 제2 배선부의 일부를 노출시키는 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 제2 회로기판과 상기 제1 전극의 사이에 배치되는 열방출부재를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 반도체 구조물의 적어도 일부는 직렬 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 반도체 구조물은 제1 크기를 갖는 복수 개의 제1 반도체 구조물 및 제1 크기와 다른 크기를 갖는 복수 개의 제2 반도체 구조물을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 반도체 구조물은 청색광을 발광하는 제1반도체 구조물, 녹색광을 발광하는 제2 반도체 구조물, 및 적색광을 발광하는 제3 반도체 구조물을 포함할 수 있다.
상기 제2 회로기판은 인터포저일 수 있다.
실시 예에 따르면, 발광소자에서 방출된 열을 효과적으로 방출하여 발광소자의 신뢰성을 개선할 수 있다.
또한, 반도체 구조물의 개수가 많아져도 전기적 연결이 간편해질 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 개념도이고,
도 2는 복수 개의 반도체 구조물을 보여주는 도면이고,
도 3a는 복수 개의 반도체 구조물과 제2 회로기판의 연결을 보여주는 도면이고,
도 3b는 도 3a의 변형예이고,
도 4는 발광소자가 구동소자 상에 배치된 구조를 보여주는 도면이고,
도 5는 제2 회로기판의 개념도이고,
도 6은 도 1의 제1 변형예이고,
도 7은 도 1의 제2 변형예이고,
도 8은 도 1의 제3 변형예이고,
도 9는 발광소자의 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극이 서로 연결된 상태를 보여주는 도면이고,
도 10은 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극이 공통배선에 의해 전기적으로 연결된 상태를 보여주는 도면이고,
도 11은 도 10의 변형예이고,
도 12a는 도 9의 제1 변형예이고,
도 12b는 도 9의 제2 변형예이고,
도 13은 도 9의 X-X 방향 단면도이고,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 헤드 램프의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 개념도이고, 도 2는 복수 개의 반도체 구조물을 보여주는 도면이고, 도 3a는 복수 개의 반도체 구조물과 제2 회로기판의 연결을 보여주는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 변형예이고, 도 4는 발광소자가 구동소자 상에 배치된 구조를 보여주는 도면이고, 도 5는 제2 회로기판의 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 제1 회로기판(10), 제1 회로기판(10) 상에 배치되는 제2 회로기판(20), 제2 회로기판(20) 상에 배치되는 발광소자(100), 및 제2 회로기판(20) 상에서 발광소자(100)와 이격 배치되는 구동소자(30)를 포함할 수 있다.
제1 회로기판(10)의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 제1 회로기판(10)은 발광소자(100) 및 구동소자(30)와 전기적으로 연결되는 복수 개의 패드를 구비할 수 있다. 제1 회로기판(10)은 제2 회로기판(20)에 의해 발광소자(100) 및 구동소자(30)와 전기적으로 연결될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적으로 제1 회로기판(10)과 제2 회로기판(20)은 일체로 형성되어 하나의 회로기판으로 정의될 수도 있다.
제1 회로기판(10)과 제2 회로기판(20)은 방열성능이 우수한 재질로 제작되어 방열 효과를 더욱 높일 수 있다. 예시적으로 제1 회로기판(10)과 제2 회로기판(20)은 AlN, Al2O3, BN(Boron Nitride), SiC, BeO과 같은 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 방열 성능이 높은 다양한 재질이 제한 없이 적용될 수 있다.
제1 회로기판(10) 또는 제2 회로기판(20) 상에는 발광소자(100)와 구동소자(30)가 이격 배치될 수 있다. 구동소자(30)는 복수 개의 접속부재(43)에 의해 제1 회로기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 접속부재(43)는 솔더일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 구동소자(30)는 복수 개의 데이터 라인으로 제공되는 PWM 신호를 제어하여, 발광소자(100)의 반도체 구조물(120)을 선택적으로 동작시킬 수 있다.
구동소자(30)는 발광소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구동소자(30)는 플립 본딩(Flip bonding)과 같이 다양한 실장 방법에 의해 제1 회로기판(10) 또는 제2 회로기판(20)에 전기적으로 연결될 수 있다. 구동소자(30)는 CMOS 구동소자일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
발광소자(100)는 독립적으로 발광할 수 있는 복수 개의 반도체 구조물(120)을 포함할 수 있다. 복수 개의 반도체 구조물(120)은 픽셀의 기능을 수행할 수 있다.
복수 개의 반도체 구조물(120)은 사이즈가 다른 제1 반도체 구조물(120A)과 제2 반도체 구조물(120B)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 반도체 구조물(120A)은 기판(170)의 제1영역(CA1)에 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 제2 반도체 구조물(120B)은 기판(170)의 제2영역(CA2)에 배치될 수 있다. 제1영역(CA1)과 제2영역(CA2)은 기판의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 제1영역(CA1)과 제2영역(CA2)의 면적은 동일할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
복수 개의 제1 반도체 구조물(120A)의 사이즈는 복수 개의 제2 반도체 구조물(120B)의 사이즈와 상이할 수 있다. 이러한 구조에 의하면 상대적으로 고분해능을 요구하는 영역과 고분해능을 요구하지 않는 영역에 따라 반도체 구조물의 사이즈를 다르게 제작하여 하나의 발광소자 패키지에서 다양한 기능을 동시에 구현할 수 있는 장점이 있다.
반도체 구조물의 사이즈는 크기뿐만 아니라 형상을 의미할 수도 있다. 예시적으로 제1영역(CA1)에 배치되는 제1 반도체 구조물(120A)은 가로 및 세로 길이가 동일한 정사각형인데 반해, 제2영역(CA2)에 배치되는 제2 반도체 구조물(120B)은 가로 및 세로의 길이가 상이한 직사각형일 수 있다. 반도체 구조물의 사이즈가 상이하므로 시인성을 개선할 수 있는 장점이 있다. 이때, 제1 반도체 구조물(120A)의 면적과 제2 반도체 구조물(120B)의 면적은 동일할 수도 있다.
실시 예에 따르면, 제1영역(CA1) 내의 제1 반도체 구조물(120A)의 개수와 제2영역(CA2) 내의 제2 반도체 구조물(120B)의 개수는 동일할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
복수 개의 반도체 구조물(120)은 직렬로 연결될 수 있다. 이러한 구성에 의하면 복수 개의 반도체 구조물(120)을 액티브 구동할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 복수 개의 반도체 구조물(120)은 직렬, 병렬 또는 직/병렬 구조를 가질 수도 있다. 이러한 연결 구조를 갖도록 배선을 형성할 수 있다.
복수 개의 반도체 구조물은 청색광을 발광하는 제1 반도체 구조물, 녹색광을 발광하는 제2 반도체 구조물, 및 적색광을 발광하는 제3 반도체 구조물을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 반도체 구조물이 하나의 RGB 픽셀 역할을 수행할 수도 있다.
도 1 및 도 3a를 참조하면, 발광소자(100)의 복수 개의 반도체 구조물(120)은 각각 제1 전극(181)과 제2 전극(182)을 구비할 수 있다. 제1 전극(181)은 제1 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 전극이고 제2 전극(182)은 제2 도전형 반도체층과 전기적으로 연결되는 전극일 수 있다. 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 오믹 전극 또는 패드 전극일 수도 있다.
복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)은 제1 접속부재(41)에 의해 제2 회로기판(20)의 제1 패드에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 전극(182)은 제2 접속부재(42)에 의해 제2 회로기판(20)의 제2 패드(22)에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 전극(181)은 절연층(160)에 의해 제2 회로기판(20)과 전기적으로 절연되고 공통배선에 의해 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 전극(182)은 제2 접속부재(42)에 의해 개별적으로 제2 회로기판(20)의 패드에 연결되는 반면, 제1 전극(181)은 개별적으로 제2 회로기판(20)의 패드에 연결되지 않는다. 복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)은 공통배선에 연결되고, 공통배선이 제2 회로기판(20)에 연결되면 비로서 제2 회로기판(20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
이러한 구성은 반도체 구조물(120)의 개수가 많아지는 경우 효과적일 수 있다. 예시적으로 미세 제어를 위해 픽셀의 개수가 더욱 많아지는 경우 제1 전극(181)과 제2 전극(182)을 모두 솔더로 직접 연결하면 실장 공간을 충분히 확보하지 못하는 문제가 있다. 그러나, 실시 예와 같이 제1 전극(181)은 솔더로 직접 연결하지 않고 공통배선으로 묶어서 연결하면 실장 공간을 2배로 확보할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 픽셀 개수가 많아져도 안정적인 실장이 가능해질 수 있다.
이때, 제2 회로기판(20)과 반도체 구조물(120) 사이의 영역은 제2 접속부재(42)를 제외하고는 공기층으로 형성될 수도 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 도 3b를 참조하면, 제2 회로기판(20)과 반도체 구조물(120) 사이에는 방열성능이 우수한 열방출부재(53)가 배치되어 방열 성능을 개선할 수 있다. 또한, 열방출부재(53)에 의해 제2 회로기판(20)과 반도체 구조물(120) 사이의 결합력을 향상시켜 구조적 안정성을 향상시킬 수도 있다. 열방출부재(53)는 절연성 재질이면서 열전도율이 높은 다양한 재질이 제한 없이 적용될 수 있다.
복수 개의 반도체 구조물(120)은 제1 도전형 반도체층(121), 제2 도전형 반도체층(122), 및 활성층(123)을 포함할 수 있다. 실시 예에 따른 반도체 구조물은 플립칩 구조일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 반도체 구조물은 수평형(lateral) 구조일 수도 있다. 절연층(160)은 제1 전극(181)은 덮는 반면, 제2 전극(182)은 노출시켜 제2 회로기판(20)과 전기적으로 연결시킬 수 있다.
제1 도전형 반도체층(121)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(121)에는 제1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트일 수 있다. 즉, 제1 도전형 반도체층(121)은 n형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층일 수 있다.
한편, 제1 도전형 반도체층(121) 상에는 요철 구조가 형성될 수 있다. 요철 구조는 반도체 구조물(120)의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 도전형 반도체층(122)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(122)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(122)에는 제2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트일 수 있다. 즉, 제2 도전형 반도체층(122)은 p형 도펀트가 도핑된 p형 반도체층일 수 있다.
활성층(123)은 제1 도전형 반도체층(121) 및 제2 도전형 반도체층(122) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(123)은 제1 도전형 반도체층(121)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(122)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(123)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(123)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하지는 않는다. 활성층(123)이 우물 구조로 형성되는 경우, 활성층(123)의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면 발광소자(100)는 복수 개의 반도체 구조물(120)을 디밍하는 과정에서 많은 열이 발생할 수 있다. 또한, 구동소자(30) 역시 신호 처리 과정에서 많은 열이 발생할 수 있다.
도 4를 참조하면, 발광소자(100)가 구동소자(30) 상에 배치되는 경우 제1 회로기판(10)의 중앙 영역에 열이 집중될 수 있다. 그 결과, 반도체 구조물(120)에서 발생한 열이 신속히 방출되지 못하는 문제가 있다. 또한, 구동소자(30)에서 발생한 열에 의해 반도체 구조물(120)의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 실시 예에 따른 발광소자(100)와 구동소자(30)는 서로 이격 배치될 수 있다. 발광소자(100)의 열과 구동소자(30)의 열이 수직 방향으로 중첩되지 않으므로 신속히 외부로 방출될 수 있다. 또한, 구동소자(30)의 열이 발광소자(100)에 전달되지 않으므로 반도체 구조물(120)의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한, 발광소자(100)와 구동소자(30)는 제2 회로기판(20) 상에 배치되므로 열 방출이 더욱 용이해질 수 있다. 제1 회로기판(10)을 이용하여 발광소자(100)와 구동소자(30)를 연결하는 경우 매우 복잡한 회로 패턴을 요하게 되고 배선 폭에 의해 제1 회로기판(10)이 커져야 하는 문제가 있다.
도 5를 참조하면, 실시 예에 따른 제2 회로기판(20)은 서로 교차하는 복수 개의 제1배선(23)과 제2배선(24)으로 구성되므로 훨씬 적은 면적으로 복수 개의 반도체 구조물을 전기적으로 연결할 수 있다. 구체적으로 제1배선(23)과 제2배선(24)이 교차하는 지점에 패드(22)가 형성되어 반도체 구조물(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2 회로기판(20)은 내부에 복수의 회로 패턴이 형성된 다양한 구조의 인터포저(Interposer)가 모두 적용될 수 있다.
도 6은 도 1의 제1 변형예이고, 도 7은 도 1의 제2 변형예이고, 도 8은 도 1의 제3 변형예이다.
도 6을 참조하면, 발광소자(100)의 제1 전극(181)은 솔더범프로 구성된 제1 접속부재(41)에 의해 제2 회로기판(20)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 또한, 도 7을 참조하면, 발광소자(100)의 제1 전극(181) 및 구동소자(30)는 모두 와이어로 구성된 접속부재(41, 42, 43)에 의해 제2 회로기판(20)에 연결될 수도 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 발광소자(100)의 제1 전극(181)과 제2 전극(182)은 모두 솔더범프로 구성된 접속부재(41, 42)에 의해 제2 회로기판(20)에 연결되고 구동소자(30)만이 와이어로 연결될 수도 있다. 실시 예에 따르면, 발광소자(100)와 구동소자(30)는 와이어 또는 솔더에 의해 다양한 방식으로 제2 회로기판(20)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9는 발광소자의 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극이 서로 연결된 상태를 보여주는 도면이고, 도 10은 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극이 공통배선에 의해 전기적으로 연결된 상태를 보여주는 도면이고, 도 11은 도 10의 변형예이고, 도 12a는 도 9의 제1 변형예이고, 도 12b는 도 9의 제2 변형예이고, 도 13은 도 9의 X-X 방향 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)은 별도의 공통배선(P)에 의해 서로 연결될 수 있다. 공통배선(P)은 복수 개의 제1 전극(181) 상에 배치되는 제1 배선부(P1) 및 기판(170)의 가장자리(EA)로 연장되는 제2 배선부(P2)를 포함할 수 있다. 제1 배선부(P1)와 제2 배선부(P2)는 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 배선부(P1)에 의해 복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)은 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 배선부(P2)는 기판의 중앙(CA)에 배치된 복수 개의 반도체 구조물(120)의 외측으로 연장되어 기판(170)의 가장자리(EA)에 배치될 수 있다.
제2 배선부(P2)는 복수 개의 패드(A)가 배치되어 제2 회로기판(20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시 예에 따르면 고전류와 같은 하이 파워가 인가되는 경우 전류가 균일하게 분산될 수 있도록 복수 개의 패드(A)가 배치될 수 있다. 제2 배선부(P2)의 패드(A)는 반도체 구조물의 절연층에 관통홀이 형성되어 제2 배선부(P2)가 노출되는 부분일 수도 있고, 제2 배선부(P2)가 노출된 부분에 별도의 패드가 형성된 것일 수도 있다.
도 10을 참조하면, 복수 개의 반도체 구조물(120)은 별도로 제1 전극(181)이 배치되고 그 위에 공통배선의 제1 배선부(P1)가 형성될 수도 있으나, 도 11과 같이 별도의 제1 전극(181) 없이 공통 배선이 직접 반도체 구조물(120)과 전기적으로 연결될 수도 있다. 이때, 제1 전극(181)은 패드 전극을 의미하는 것이고 오믹 전극은 이미 형성된 상태일 수 있다.
도 12a를 참조하면, 제2 배선부(P2)는 기판의 가장자리에 복수 개 배치될 수 있다. 제2 배선부(P2) 간의 간격(N, M)을 조절하여 고전류 인가에 따른 칩의 영향을 감소시킬 수 있다.
도 12b를 참조하면, 제1 배선부(P1)는 어느 하나의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)과 이웃한 반도체 구조물(120)의 제2 전극(182)을 전기적으로 연결할 수 있다. 그 결과, 제1 배선부(P1)는 복수 개의 반도체 구조물(120)을 직렬 연결할 수 있다.
따라서, 복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)의 절반과 제2 전극(182)의 절반은 제1 배선부(P1)에 연결되고, 제1 전극(181)의 나머지 절반과 제2 전극(182)의 나머지 절반은 솔더에 의해 직접 제2 회로기판(20)에 연결될 수 있다.
실시 예에서는 세로 방향으로 배치된 복수 개의 반도체 구조물(120)들만이 제1 배선부(P1)에 의해 직렬 연결된 것을 도시하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 제1 배선부(P1)를 이용하여 모든 반도체 구조물(120)을 직렬로 연결할 수도 있다.
도 13을 참조하면, 복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)과 연결된 공통배선의 제2 배선부(P2)는 제1 접속부재(41)에 의해 제2 회로기판(20)의 제1 패드(21)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 전극(182)은 제2 접속부재(42)에 의해 제2 회로기판(20)의 제2 패드(22)에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 전극(181)은 절연층(160)에 의해 제2 회로기판(20)과 전기적으로 절연되고 공통배선(P)에 의해 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 전극(182)은 솔더범프로 구성된 제2 접속부재(42)에 의해 개별적으로 제2 회로기판(20)의 패드에 연결되는 반면, 제1 전극(181)은 개별적으로 제2 회로기판(20)의 패드에 연결되지 않는다. 복수 개의 반도체 구조물(120)의 제1 전극(181)은 공통배선에 연결되고, 공통배선의 제2배선부(P2)가 제2 회로기판(20)에 연결되면 비로서 제1 전극(181)은 제2 회로기판(20)의 제1 패드(21)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 헤드 램프의 개념도이다.
도 14를 참조하면, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는 하나의 기판(170) 상에 복수 개의 반도체 구조물(120)이 배치되므로 하나의 광학계(50)를 이용하여 헤드 램프 기능을 수행할 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지(10)는 반도체 구조물(120)의 크기 및 개수를 다양하게 조절할 수 있다. 이에 반해, 종래 반도체 패키지는 10개 이하의 반도체 칩을 실장한 모듈을 복수 개 배치하여 헤드 램프를 구현하므로 복수 개의 광학계가 필요한 단점이 있다.
상술한 발광소자 패키지는 전술한 헤드 램프 이외에도 다양한 조명의 광원으로 사용될 수 있다. 예를 들어 영상표시장치의 광원이나 조명 장치 등의 광원으로 사용될 수도 있다.
영상표시장치의 백라이트 유닛으로 사용될 때 에지 타입의 백라이트 유닛으로 사용되거나 직하 타입의 백라이트 유닛으로 사용될 수 있고, 조명 장치의 광원으로 사용될 때 등기구나 벌브 타입으로 사용될 수도 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 회로기판;
    상기 제1 회로기판 상에 배치되는 제2 회로기판;
    상기 제2 회로기판 상에 배치되는 발광소자; 및
    상기 제2 회로기판 상에서 상기 발광소자와 이격 배치되는 구동소자를 포함하고,
    상기 발광소자는 기판; 상기 기판의 중앙 영역에 배치되고 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 복수 개의 반도체 구조물; 및 상기 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극을 서로 연결하는 공통 배선을 포함하고,
    상기 공통 배선은 상기 복수 개의 반도체 구조물의 제1 전극을 연결하는 제1 배선부 및 상기 기판의 가장자리 영역으로 연장되는 제2 배선부를 포함하고,
    상기 제2 배선부와 상기 제2 회로기판의 제1 패드는 제1 접속부재에 의해 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 전극과 상기 제2 회로기판의 제2 패드는 제2 접속부재에 의해 전기적으로 연결되는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접속부재와 제2 접속부재는 솔더범프인 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 제1 전극은 덮고 상기 제2 전극은 노출시키는 절연층을 포함하는 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제2 배선부의 일부를 노출시키는 관통홀을 포함하는 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회로기판과 상기 제1 전극의 사이에 배치되는 열방출부재를 포함하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체 구조물의 적어도 일부는 직렬 연결되는 발광소자 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체 구조물은 제1 크기를 갖는 복수 개의 제1 반도체 구조물 및 제1 크기와 다른 크기를 갖는 복수 개의 제2 반도체 구조물을 포함하는 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체 구조물은 청색광을 발광하는 제1반도체 구조물, 녹색광을 발광하는 제2 반도체 구조물, 및 적색광을 발광하는 제3 반도체 구조물을 포함하는 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회로기판은 인터포저인 발광소자 패키지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프.
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