WO2020218768A1 - 열차단부재를 구비한 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 포함하는 전자기기 - Google Patents

열차단부재를 구비한 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 포함하는 전자기기 Download PDF

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WO2020218768A1
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light emitting
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circuit board
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황승재
우경환
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주식회사 아모센스
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device package assembly and an electronic device having the same.
  • Semiconductor packages commonly used in electronic devices are provided by mounting various semiconductor devices and components on a patterned printed circuit board.
  • laser light emitting devices are used for various purposes.
  • a laser light emitting device a Vertical Surface Emitting Laser (VCSEL) has been developed to measure the distance to the object and detect images. , 3D image production, etc.
  • VCSEL Vertical Surface Emitting Laser
  • Such a vertical cavity surface emitting laser is being applied not only to mobile devices such as mobile phones, but also to LiDAR of vehicles, drones, and robots.
  • the present invention has been devised in consideration of the above points, and is provided with a blocking unit that blocks heat generated from a device mounted on a circuit board from being transferred to nearby components and devices, thereby miniaturizing the semiconductor package and making it more reliable. It is an object to provide a semiconductor device package assembly and an electronic device including the same, which can improve.
  • the present invention includes a circuit board; A light emitting device mounted on the circuit board and emitting a laser; A driving device mounted on the circuit board and controlling the light emitting device; And it provides a semiconductor device package assembly comprising a blocking portion for blocking the heat emitted from the driving device is transmitted to the light emitting device.
  • the circuit board may include a first substrate layer made of a ceramic material on which the driving device and the light emitting device are mounted; And a second substrate layer formed under the first substrate layer and made of a material having a relatively higher thermal conductivity than the first substrate layer.
  • the blocking unit includes a first heat blocking member protruding from the surface of the circuit board between the light emitting device and the driving device to block heat emitted from the driving device from being radiated to the light emitting device. can do.
  • the blocking unit is buried in the inside of the circuit board between the light emitting device and the driving device, is formed of a material having high thermal conductivity, and the heat of the driving device conducted to the light emitting device through the circuit board It may include a second heat blocking member that radiates to the outside of the circuit board.
  • it is formed so as to penetrate from one surface on which the light emitting device is mounted to the other surface that is the rear surface of the area where various devices of the circuit board are mounted or around it, thereby discharging heat generated from the light emitting device and heat of the circuit board to the outside. It may further include a heat dissipating member.
  • the housing is made to have electromagnetic wave shielding properties and heat transfer properties, covers the upper side of the circuit board, has an opening formed in an area corresponding to the upper side of the light emitting device, and has an inner surface in direct contact with the driving device It may further include.
  • the blocking portion is formed between the light emitting device and the driving device protruding from the surface of the first substrate layer, the first heat blocking member to block the heat emitted from the driving device from being radiated to the light emitting device ;
  • the heat of the driving device which is embedded in the first substrate layer between the light emitting device and the driving device, is made of a material having high thermal conductivity, and is conducted to the light emitting device through the first substrate layer. It may include a second heat blocking member that is discharged to the outside of the first substrate layer.
  • the first heat blocking member may have a heat reflective coating that reflects heat on its surface.
  • the heat reflection coating may be formed on a side surface of the first heat blocking member facing the driving element.
  • a ground pattern is formed on the first substrate layer, and the second heat shield member is connected to the ground pattern to emit heat to the outside of the first substrate layer.
  • the first substrate layer is formed to be connected to the second substrate layer by penetrating from one surface on which the light-emitting element is mounted to the other surface on which the light-emitting element is mounted, and to control heat generated from the light-emitting element. It may further include a first heat dissipating member for transferring to the second substrate layer.
  • a second heat dissipating member penetrating from one surface to the other surface of the first substrate layer to transfer heat from the first substrate layer;
  • a third heat dissipating member formed to penetrate from one surface to the other surface of the second substrate layer, and provided to contact an end portion of the second heat dissipating member formed on the other surface of the first substrate layer. It may be provided to discharge the heat of the first substrate layer and the second substrate layer to the outside of the circuit board.
  • it is made to have electromagnetic interference noise shielding property and heat transfer property, covers the upper side of the circuit board, has an opening formed in a region corresponding to the upper side of the light emitting device, and provided such that the inner surface is in direct contact with the driving device.
  • the housing may be formed of a metal material, and a heat radiation coating layer may be formed on the surface thereof.
  • the housing may be formed of a heat transfer plastic, and an electromagnetic interference noise shielding coating layer may be formed on an inner surface.
  • the light emitting device may be a vertical cavity surface light emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical cavity surface light emitting laser
  • the present invention may be an electronic device including the semiconductor device package assembly described above.
  • the first heat shield member and the second heat shield member are provided between the driving device and the light emitting device, heat generated from the driving device is blocked from being transmitted to the heat-sensitive light emitting device by means of radiation or conduction. Not only can the reliability of the heat-sensitive light-emitting device be improved, but the distance between the driving device and the light-emitting device can be narrowed, thereby miniaturizing the semiconductor device package.
  • the first heat dissipating member in contact with the light emitting element is provided in the area where the light emitting element is mounted, the self-heating of the light emitting element can be directly discharged to the outside, thereby improving the reliability of the heat-sensitive light emitting element. Not only can the semiconductor package be made smaller.
  • the housing since the driving element and the housing are in thermal contact, the housing not only performs a function of blocking electromagnetic interference noise, but also serves to dissipate heat from the driving element, so that the efficiency of heat dissipation can be increased.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a semiconductor device assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the heat shield member of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a semiconductor device assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a semiconductor device assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a state in which a second heat dissipating member is formed on a circuit board
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a second heat dissipating member and a third heat dissipating member are formed on a circuit board;
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a diffuser coupled to a housing.
  • the semiconductor device package assembly 100 may include a circuit board 110, a light emitting device 120, a driving device 130, and a blocking unit, as shown in FIGS. 1 and 2. have.
  • the circuit board 110 is a component on which various semiconductor devices and components are mounted, and a circuit pattern may be formed inside or on a surface thereof.
  • the circuit board 110 may include a first substrate layer 112 and a second substrate layer 114.
  • the first substrate layer 112 is a substrate layer on which the driving device 130 and the light emitting device 120 are mounted.
  • the first substrate layer 112 is manufactured by a low temperature co-fired ceramic (LTCC) method, and a multilayer circuit pattern may be formed, and the first substrate layer 112 is formed of a ceramic material.
  • LTCC low temperature co-fired ceramic
  • the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the second substrate layer 114 is formed by being connected to a rear surface (ie, a lower surface) of a surface on which the driving element 130 and the light emitting element 120 of the first substrate layer 112 are mounted.
  • the first substrate layer 112 may be formed of an aluminum nitride (AlN) material, which is a material having relatively superior thermal conductivity.
  • AlN aluminum nitride
  • the aluminum nitride is excellent in heat resistance, corrosion resistance, electrical insulation, thermal conductivity, and the like, and may be suitable as a material for the circuit board 110.
  • the circuit board 110 is composed of a first substrate layer 112 and a second substrate layer 114, and the first substrate layer 112 on which the driving element 130 and the light emitting element 120 are mounted It is made of a ceramic material having a relatively low thermal conductivity, so that the heat emitted from the mounted device can be suppressed to some extent from being conducted to other components mounted nearby, and the first substrate layer 112 is provided on the lower side of the first substrate layer 112. Since the second substrate layer 114, which has better thermal conductivity than the substrate layer 112, is formed, heat from the first substrate layer 112 is rapidly transferred to radiate heat, thereby improving overall heat dissipation performance.
  • the present invention is not limited to that the first substrate layer 112 is manufactured in a low-temperature simultaneous lawsuit ceramic method, or the second substrate layer 114 is formed of an aluminum nitride material, and is formed in various methods and various materials. Can be.
  • the light emitting device 120 is mounted on the circuit board 110 and is a component for transmitting a laser.
  • Various types of the light emitting device 120 may be applied, but in the present embodiment, the light emitting device 120 will be described as an example of a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). However, in the present invention, in addition to the vertical cavity surface light emitting laser, various known types of laser light emitting devices may be applied as the light emitting device 120.
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • various known types of laser light emitting devices may be applied as the light emitting device 120.
  • the driving device 130 is a component that controls or drives the light emitting device 120, and may be mounted on a surface on which the light emitting device 120 is mounted on the circuit board 110 on which the light emitting device 120 is mounted. have. In this case, in order to further reduce the size of the semiconductor device package assembly 100, the driving device 130 may be disposed near the light emitting device 120.
  • the semiconductor device package assembly 100 of the present embodiment is applied to a three-dimensional sensor module for distance recognition, the response speed of the light emitting laser on the vertical cavity surface is very important for reasons such as improved precision.
  • the driving device 130 It is necessary to minimize the pattern distance between the and the light emitting device 120.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • the driving device 130 is a highly integrated device in many cases, heat emitted during operation may be relatively large.
  • a driving device 130 is disposed close to the light emitting device 120, so that the heat emitted from the driving device 130 is applied to the light emitting device 120, a vertical cavity surface light emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity).
  • VCSEL Vertical Cavity
  • the characteristics of a heat-sensitive Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) may change, which may adversely affect measurement accuracy and responsiveness.
  • a blocking part may be provided to block heat emitted from the driving device 130 from being transmitted to the light emitting device 120.
  • the blocking unit may include a first heat blocking member 152 and a second heat blocking member 154.
  • the first heat-blocking member 152 is between the light emitting device 120 and the driving device 130 of the circuit board 110 on which the driving device 130 and the light emitting device 120 are mounted. It may be implemented as a first heat blocking member 152 formed to protrude from the surface of 110).
  • the first heat blocking member 152 is formed to have a length corresponding to at least the width of the driving element 130 to block heat radiated from the driving element 130 toward the light emitting element 120 Can be.
  • the first heat blocking member 152 is formed between the light emitting device 120 and the driving device 130 of the circuit board 110, and such a first heat blocking member 152
  • the same material as the circuit board 110 may be formed integrally with the circuit board 110.
  • the present invention is not limited thereto, and the first row blocking member 152 is a material that is the same as or different from the circuit board 110 and is formed separately from the circuit board 110 so that the circuit board ( 110) may be formed by being bonded to or attached to, and various modifications are possible.
  • the first heat shield member 152 is also formed on the surface of the first substrate layer 112 It can be formed integrally with.
  • the second heat blocking member 154 may be embedded within the circuit board 110 between the light emitting device 120 and the driving device 130. That is, the second heat blocking member 154 is not exposed to the surface of the circuit board 110 and is buried therein.
  • the second heat blocking member 154 may be formed of a material having high thermal conductivity such as gold, silver, or copper.
  • the material of the second heat blocking member 154 is not limited thereto, and any material having excellent thermal conductivity may be applied to various types of known materials.
  • the second heat blocking member 154 may be formed to have a longitudinal direction in a vertical direction in the circuit board 110 or may be formed to have a longitudinal direction in a horizontal direction. Of course, one or more may be buried and formed as necessary.
  • the second heat-blocking member 154 is embedded in the circuit board 110 between the light emitting device 120 and the driving device 130, and thus conducts to the light emitting device 120 through the circuit board 110.
  • the ground pattern GND has a thicker thickness (area) than other circuit patterns, and is connected to the outside of the circuit board 110 for grounding, so that the heat of the second heat blocking member 154 is Heat may be radiated to the outside of the circuit board 110 through the ground pattern GND.
  • the second heat blocking member 154 may be buried in the first substrate layer 112 of the circuit board 110. This is because the driving device 130 and the light emitting device 120 are mounted on the first substrate layer 112.
  • the heat radiated to the light emitting element 120 is blocked by the first heat blocking member 152, and among the heat emitted from the driving element 130, the Heat conducted to the light emitting device 120 through the circuit board 110 may be radiated to a place other than the light emitting device 120 by the second heat blocking member 154.
  • the first heat blocking member 152 may have a heat reflection coating 158 formed on a surface of the first heat blocking member 152 that faces the driving element 130.
  • the heat reflection coating 158 may be formed by depositing a thin metal plate such as gold, silver, or aluminum.
  • a thin metal plate such as gold, silver, or aluminum.
  • any material having a high heat reflectance that does not absorb heat and a low heat emissivity that does not emit heat may be applied.
  • the heat reflection coating 158 is formed on a side surface of the first heat blocking member 152 facing the driving element 130, but in addition to this, the light emitting element 120 Various modifications, such as being able to be formed on the side facing toward, will be possible.
  • a heat dissipating member for dissipating heat from the circuit board to the outside may be provided.
  • the heat dissipating member may be formed in a region where various elements of the circuit board are mounted or around the region, and is formed to penetrate from one surface on which the device is mounted to the other surface that is the rear surface thereof, and various devices mounted on the circuit board It is a component that discharges heat conducted to the circuit board to the outside.
  • the heat dissipating member may include a first heat dissipating member 162, a second heat dissipating member 164 and a third heat dissipating member 166.
  • a first heat dissipating member 162 may be provided to radiate heat from the light emitting device 120.
  • the first heat dissipating member 162 is formed through a region of the circuit board 110 in which the light emitting device 120 is mounted, from one surface on which the light emitting device 120 is mounted to the other surface thereof, Heat generated by the light emitting device 120 may be emitted to the outside of the circuit board 110 by directly contacting the light emitting device 120.
  • the first heat dissipating member 162 may be formed of a material having high thermal conductivity such as gold, silver, or copper.
  • the material of the first heat dissipating member 162 is not limited thereto, and various types of known materials may be applied as long as the material has excellent thermal conductivity.
  • the first heat dissipating member 162 may be formed on the first substrate layer 112. That is, the light emitting device 120 is mounted on the first substrate layer 112 by penetrating from one surface where the light emitting device 120 is mounted to the other surface of the first substrate layer 112 where the light emitting device 120 is mounted.
  • the light emitting device 120 and the second substrate layer 114 are formed to be connected to each other, and may be formed to transfer heat generated from the light emitting device 120 to the second substrate layer 114.
  • the second substrate layer 114 is formed of a material having higher thermal conductivity than the first substrate layer 112, the second substrate layer 114 is formed by the first heat dissipating member 162. The heat transferred to) may be radiated to the outside by the material of the second substrate layer 114.
  • the heat radiated to the light emitting device 120 is blocked by the first heat blocking member 152, and among the heat radiated from the driving device 130, the Heat conducted through the circuit board 110 to the light emitting device 120 is blocked by the second heat blocking member 154, and the heat generated from the light emitting device 120 is removed from the first heat dissipating member ( It is discharged to the second substrate layer 114 through 162.
  • the second heat dissipating member 164 and the third heat dissipating member 166 are formed on the first substrate layer 112 and the second substrate layer 114 as shown in FIGS. 8 and 9.
  • the heat of the first substrate layer 112 and the second substrate layer 114 may be provided to emit the heat to the outside of the circuit board 110.
  • the second heat dissipating member 164 and the third heat dissipating member 166 are formed in the thickness direction of the first substrate layer 112 and the second substrate layer 114 to shorten the heat transfer length. have.
  • the second heat dissipating member 164 may be formed on the first substrate layer 112, and the third heat dissipating member 166 may be formed on the second substrate layer 114.
  • the second heat dissipating member 164 and the third heat dissipating member 166 may be disposed in a region surrounding the circuit board 110 rather than a region in which the device is mounted. This is to avoid interference with elements mounted on the circuit board 110.
  • At least one second heat dissipating member 164 penetrates from one surface on which the device of the first substrate layer 112 is mounted to the other surface, which is the rear surface thereof, and transmits the heat of the first substrate layer 112. Can be formed.
  • the third heat dissipating member 166 is formed to penetrate from one surface to the other surface of the second substrate layer 114, and at this time, the third heat dissipating member 166 is the first substrate layer 112 It may be provided to allow heat transfer by contacting the end of the second heat dissipating member 164 formed on the other surface of the.
  • heat conducted to the first substrate layer 112 by the device mounted on the first substrate layer 112 is transmitted to the second heat dissipating member 164 and the third heat dissipating member 166. It can be quickly discharged to the outside of the circuit board 110.
  • the second heat dissipating member 164 and the third heat dissipating member 166 may be formed of gold, silver, copper, or the like. have. However, if the material has excellent thermal conductivity, various types of known materials can be applied.
  • a housing 170 covering the upper side of the circuit board 110 may be provided. Since the light emitted from the light emitting device 120 is a laser, irradiation to the eyeball of the human body may cause damage to the optic nerve, so it must be properly diffused. To this end, the housing 170 may have an opening 172 formed in a region corresponding to the upper side of the light emitting device 120, and a diffuser 180 for diffusing light into the opening 172 may be provided. As shown in FIG. 6, a lens pattern 182 for diffusing a laser may be formed on the diffuser 180.
  • the light (laser) emitted from the light emitting device 120 is diffused through the diffuser 172 and then irradiated to the outside through the window 190 located further outside, and the laser reflected from the surface of the object is
  • the light may be transmitted through the window 190 and received by a light receiving unit provided at a location.
  • a photodiode 140 may be provided on one side of the light emitting device 120.
  • the photodiode 140 may be provided to prevent damage to the optic nerve by stopping the operation of the light emitting device 120 when the diffuser 180 is damaged.
  • an electromagnetic interference noise (EMI: Electro Magnetic Interference) may occur, and as shown in FIGS. 4 and 5, the housing 270 shields the electromagnetic interference noise.
  • EMI Electro Magnetic Interference
  • the housing 270 shields the electromagnetic interference noise.
  • it may be provided to cover both the light emitting device 120 and the driving device 130.
  • the housing 270 may be provided with a thermal radiation coating layer 276 formed on the surface of a metal material in order to have electromagnetic interference noise shielding property and heat dissipation property.
  • an ITO coating 184 layer for detecting damage of the diffuser 180 may be formed on the edge of the diffuser 180.
  • the housing 270 may be made of a thermally conductive plastic material, and an electromagnetic interference noise shielding coating layer 278 made of a metallic material for shielding electromagnetic waves may be formed on an inner surface thereof.
  • the thermal radiation coating layer 276 may be formed of a component including an insulating heat dissipating filler having both electrical insulation and thermal conductivity.
  • the thermal radiation coating layer 276 may be made of a material including an insulating heat dissipation filler dispersed in a polymer matrix so as to have heat radiation and insulation at the same time.
  • the polymer matrix may be a known thermoplastic polymer compound
  • the thermoplastic polymer compound is polyamide, polyester, polyketone, liquid crystal polymer, polyolefin, polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK ), polyphenylene oxide (PPO), polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), and one compound selected from the group consisting of polyimide, or a mixture or copolymer of two or more.
  • the insulating heat dissipation filler may be used without limitation as long as it has both insulation and heat dissipation properties.
  • the insulating heat dissipation filler is selected from the group consisting of magnesium oxide, titanium dioxide, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, aluminum oxide, silica, zinc oxide, barium titanate, strontium titanate, beryllium oxide, silicon carbide and manganese oxide. It may contain one or more.
  • the insulating heat dissipation filler may be porous or non-porous, and may be a core-shell type filler having a known conductive heat dissipation filler such as carbon-based or metal as a core and an insulating component surrounding the core.
  • the insulating heat dissipation filler may have a surface modified with a functional group such as a silane group, an amino group, an amine group, a hydroxy group, or a carboxyl group so as to improve the wettability and the like to improve the interfacial bonding strength with the polymer matrix.
  • a functional group such as a silane group, an amino group, an amine group, a hydroxy group, or a carboxyl group so as to improve the wettability and the like to improve the interfacial bonding strength with the polymer matrix.
  • the present invention is not limited thereto, and any material having both insulation and heat dissipation properties may be used without limitation.
  • the electromagnetic interference noise shielding coating layer 278 may be formed in the form of a thin film through deposition of a metal material.
  • the electromagnetic interference noise shielding coating layer 278 is not limited to a metal material, and any known material capable of shielding the electromagnetic interference noise may be applied.
  • the inner surface of the housing 270 and the driving device 130 may directly contact each other.
  • heat generated from the driving element 130 can be quickly radiated to the outside of the semiconductor device package assembly 100 through the housing 270. have.
  • a heat transfer material 132 between the surface of the driving element 130 in contact with the housing 270 and the contact surface 274 of the housing 132 May be intervened.
  • the heat transfer material 132 may be filled between the surface of the driving element 130 and the surface irregularities of the inner surface of the housing so as not to generate voids, thereby making heat transfer more smoothly.
  • the heat transfer material 132 may be a thermal interface material (TIM) such as thermal grease.
  • TIM thermal interface material
  • the heat transfer material 132 may be formed by dispersing a thermally conductive filler.
  • the thermally conductive filler may include at least one of a metal filler, a ceramic filler, and a carbon filler.
  • the metal filler is Al, Ag, Cu, NI, In-Bi-Sn alloy, Sn-In-Zn alloy, Sn-In-Ag alloy, Sn-Ag-Bi alloy, Sn-Bi-Cu-Ag alloy, Sn -Ag-Cu-Sb alloy, Sn-Ag-Cu alloy, Sn-Ag alloy and Sn-Ag-Cu-Zn alloy may include one or more of known metal fillers
  • the ceramic filler is AlN, Al2O3, BN, SiC and BeO may include one or more of known ceramic fillers
  • the carbon-based filler is graphite, carbon nanotube, carbon fiber, diamond, and It may contain one or more known carbon-based fillers such as graphene.
  • the contact surface 274 of the housing may be formed to protrude toward the driving element 130.
  • the present invention is not limited thereto, and the contact surface 274 may be formed in the form of a recessed groove to accommodate the driving element 130, and may be formed to form a flat surface without protruding or depressing.
  • the housing 270 not only shields the electromagnetic interference noise generated by the driving device 130, but also directly radiates heat generated from the driving device 130 to the outside, thereby preventing the driving device 130 Heat can be prevented from being transferred to the light emitting device 120.

Abstract

반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 구비한 전자기기가 제공된다. 본 발명에 따른 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 구비한 전자기기는 회로기판; 상기 회로기판에 실장되며, 레이저를 발신하는 발광소자; 상기 회로기판에 실장되며, 상기 발광소자를 제어하는 구동소자; 및 상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자에 전해지는 것을 차단하는 차단부를 포함한다. 이에 의하면, 구동소자와 발광소자 사이에 차단부가 구비됨으로써, 구동소자에서 발생된 열이 열에 민감한 발광소자로 전달되는 것이 차단되어 열에 민감한 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구동소자와 발광소자의 간격을 좁힐 수 있어 반도체 패키지를 보다 소형화 할 수 있다.

Description

열차단부재를 구비한 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 포함하는 전자기기
본 발명은 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 구비한 전자기기에 관한 것이다.
전자기기에서 일반적으로 사용되는 반도체 패키지는 패턴이 형성된 인쇄회로기판에 여러 가지 반도체 소자 및 부품들을 실장하여 구비된다.
최근에는 핸드폰이나 노트북 등 모바일기기의 사용이 확대되는데, 이러한 모바일 기기는 휴대성이 강조되므로 그에 탑재되는 각종 부품들의 소형화가 요구되고 있다
이러한 부품의 소형화의 요구는 반도체 패키지도 예외는 아니며, 반도체 패키지에서도 보다 작은 크기에 여러 가지 부품들을 실장하기 위하여 반도체 부품 자체의 크기를 소형화 하거나 또는 인쇄회로기판의 양면에 소자 및 부품을 실장하거나 또는 실장되는 반도체 부품간의 간격을 최소화 함으로써 반도체 패키지의 크기를 줄이려는 노력이 계속되고 있다.
한편, 이 같은 노력에도 불구하고, 반도체 부품 자체의 직접도가 올라가는 바, 반도체 소자에서 발생되는 발열량은 계속 증가하는 추세에 있으며, 이러한 경우 해당 반도체 소자 근처에 발열에 민감한 부품을 실장하기 곤란하여 반도체 패키지의 소형화에 걸림돌이 되고 있다.
한편, 전자기기의 부품들 중, 레이저 발광소자는 여러 가지 용도로 쓰이는데, 최근 레이저 발광소자로서 수직캐비티표면광방출레이저(VCSEL: Vertical Surface Emitting Laser)가 개발되어, 대상물과의 거리 측정, 이미지 감지, 3D화상제작등에 응용되고 있다.
이러한 수직캐비티표면광방출레이저(VCSEL: Vertical Surface Emitting Laser)는 휴대폰 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 차량의 라이다(LiDAR)나 드론, 로봇 등에도 그 적용이 시도되고 있다.
또한, 상기 모바일 기기뿐만 아니라 차량의 라이다, 드론, 로봇 등에서도 탑재되는 부품의 소형화 요구는 지속적으로 제기되고 있는데, 이러한 VCSEL 소자의 경우 온도에 민감하여 그 주변에 발열량이 큰 구동소자 등을 위치시키기 곤란하였으며, 이러한 어려움으로 인해 반도체 패키지의 소형화에 어려움을 겪고 있고, 더불어 신뢰성의 향상 또한 어려움을 겪고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 회로기판에 실장된 소자에서 발생되는 열이 인근의 부품 및 소자로 전달되는 것을 차단하는 차단부가 구비됨으로써, 반도체 패키지를 보다 소형화 시킴과 동시에 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 포함하는 전자기기를 제공하는 것이 과제이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 회로기판; 상기 회로기판에 실장되며, 레이저를 발신하는 발광소자; 상기 회로기판에 실장되며, 상기 발광소자를 제어하는 구동소자; 및 상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자에 전해지는 것을 차단하는 차단부를 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리를 제공한다.
또한, 상기 회로기판은, 상기 구동소자 및 발광소자가 실장되는 세라믹 재질의 제1기판층; 및 상기 제1기판층의 하측에 형성되며, 상기 제1기판층보다 상대적으로 열전도도가 높은 재질의 제2기판층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단부는, 상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 회로기판의 표면으로부터 돌출 형성되어, 상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자로 복사되는 것을 것을 차단하는 제1열차단부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단부는, 상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 회로기판의 내부에 매립되며, 열전도도가 높은 재질로 형성되며, 상기 회로기판을 통해 상기 발광소자로 전도되는 상기 구동소자의 열을 상기 회로기판의 외부로 방출하는 제2열차단부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회로기판의 각종 소자가 실장되는 영역 또는 그 주위에 상기 발광소자가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통되도록 형성되어, 상기 발광소자에서 발생되는 열 및 회로기판의 열을 외부로 방출하는 열방출부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 전자파 차폐성 및 열전달성을 가지도록 이루어지고, 상기 회로기판의 상측을 덮으며, 상기 발광소자의 상측에 대응되는 영역에 개구부가 형성되며, 내측면이 상기 구동소자와 직접 접촉되도록 구비되는 하우징을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차단부는, 상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 제1기판층의 표면으로부터 돌출 형성되어, 상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자로 복사되는 것을 것을 차단하는 제1열차단부재; 및 상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 제1기판층의 내부에 매립되며, 열전도도가 높은 재질로 형성되며, 상기 제1기판층을 통해 상기 발광소자로 전도되는 상기 구동소자의 열을 상기 제1기판층의 외부로 방출하는 제2열차단부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1열차단부재는, 그 표면에 열을 반사시키는 열반사코팅이 형성될 수 있다.
또한, 상기 열반사코팅은 상기 제1열차단부재의 상기 구동소자를 향하는 측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1기판층에는 접지패턴이 형성되며, 상기 제2열차단부재는 상기 접지패턴과 연결되어 통해 제1기판층의 외부로 열을 방출할 수 있다.
또한, 상기 제1기판층의 상기 발광소자가 실장되는 영역에 상기 발광소자가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통하여 제2기판층에 연접되도록 형성되며, 상기 발광소자에서 발생되는 열을 제2기판층으로 전달하는 제1열방출부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1기판층의 일면부터 타면까지 관통하여 상기 제1기판층의 열을 전달하는 제2열방출부재; 및 상기 제2기판층의 일면부터 타면까지 관통하도록 형성되며, 상기 제1기판층의 타면에 형성된 제2열방출부재의 끝단부와 접촉하도록 구비되는 제3열방출부재를 더 포함하여, 상기 제1기판층 및 제2기판층의 열을 상기 회로기판의 외부로 배출하도록 구비될 수 있다.
또한, 전자방해잡음 차폐성 및 열전달성을 가지도록 이루어지고, 상기 회로기판의 상측을 덮으며, 상기 발광소자의 상측에 대응되는 영역에 개구부가 형성되며, 내측면이 상기 구동소자와 직접 접촉되도록 구비되는 하우징; 및 상기 구동소자와 상기 하우징 사이에 개재되어 상기 구동소자의 열을 상기 하우징에 전달하는 열전달물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 금속재질로 형성되며, 그 표면에 열방사 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징은, 열전달성 플라스틱으로 형성되며, 내측 표면에 전자방해잡음 차폐 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광소자는 수직캐비티표면광방출레이져VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 반도체 소자 패키지 어셈블리를 포함하는 전자기기일 수 있다.
본 발명에 의하면, 구동소자와 발광소자 사이에 제1열차단부재 및 제2열차단부재가 구비됨으로써, 구동소자에서 발생된 열이 열에 민감한 발광소자로 복사나 전도의 방법으로 전달되는 것이 차단되어 열에 민감한 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구동소자와 발광소자의 간격을 좁힐 수 있어 반도체 소자 패키지를 보다 소형화 할 수 있다.
또한, 본 발명은 발광소자가 실장되는 영역에 상기 발광소자와 접촉하는 제1열방출부재가 구비되므로, 상기 발광소자의 자체발열을 직접 외부로 방출할 수 있어 열에 민감한 발광소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 반도체 패키지를 보다 소형화 할 수 있다.
또한, 본 발명은 구동소자와 하우징이 열접촉 되므로, 하우징이 전자방해잡음 차단 기능을 수행할 뿐만 아니라, 상기 구동소자의 열을 방출하는 역할도 수행할 수 있어 방열의 효율성이 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 어셈블리를 도시한 분해 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 어셈블리의 단면도;
도 3은 도 1 및 도 2의 열차단부재를 확대하여 도시한 단면도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 어셈블리를 도시한 분해 사시도;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 어셈블리를 도시한 단면도;
도 6은 회로기판에 제2열방출부재가 형성된 모습을 도시한 사시도;
도 7은 회로기판에 제2열방출부재 및 제3열방출부재가 형성된 모습을 도시한 단면도;
도 8은 디퓨져를 도시한 저면도; 그리고,
도 9는 디퓨져가 하우징에 결합된 모습을 도시한 단면도 이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 패키지 어셈블리(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회로기판(110), 발광소자(120), 구동소자(130) 및 차단부를 포함할 수 있다.
상기 회로기판(110)은 여러 가지 반도체 소자 및 부품들이 실장되는 구성요소이며, 내부 또는 표면에 회로패턴이 형성될 수 있다.
상기 회로기판(110)은 제1기판층(112)과 제2기판층(114)을 포함할 수 있다.
상기 제1기판층(112)은 표면에 상기 구동소자(130) 및 발광소자(120)가 실장되는 기판층이다. 본 실시예에서 상기 제1기판층(112)은 저온동시소성세라믹(LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramic)방식으로 제조되며, 다층의 회로패턴이 형성될 수 있고, 세라믹 재질로 형성되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2기판층(114)은 상기 제1기판층(112)의 상기 구동소자(130) 및 발광소자(120)가 실장되는 면의 배면(즉, 하측면)에 연접되어 형성되며, 상기 제1기판층(112)보다 상대적으로 열전도도가 우수한 재질인 질화알루미늄(AlN)재질로 형성될 수 있다. 상기 질화알루미늄은 내열성, 내식성, 전기절연성, 열전도성 등이 우수하여 회로기판(110)의 소재로 적당할 수 있다.
즉, 상기 회로기판(110)이 제1기판층(112)과 제2기판층(114)으로 이루어지며, 구동소자(130)와 발광소자(120)가 실장되는 제1기판층(112)은 열전도성이 상대적으로 낮은 세라믹 재질로 이루어져 실장된 소자에서 방출되는 열이 인근에 실장된 다른 부품으로 전도되는 것을 어느 정도 억제할 수 있으며, 상기 제1기판층(112)의 하측면에 상기 제1기판층(112)보다 열전도성이 우수한 제2기판층(114)이 형성되므로, 상기 제1기판층(112)의 열을 신속하게 전달받아 방열함으로써 전체적인 방열성능을 높일 수 있다.
물론, 본 발명은 상기 제1기판층(112)이 저온동시소송세라믹 방식으로 제조되거나, 상기 제2기판층(114)이 질화알루미늄 재질로 형성되는 것에 한정되지 아니하며, 다양한 방식 및 다양한 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 발광소자(120)는 상기 회로기판(110)에 실장되며, 레이저를 발신하는 구성요소이다. 이러한 발광소자(120)로는 여러 가지 종류가 적용될 수 있으나, 본 실시예에서 상기 발광소자(120)는 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)인 것을 예로 들어 설명한다. 다만, 본 발명은 상기 발광소자(120)로서 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저 외에도 다른 여러 가지 알려진 종류의 레이저 발광소자가 적용될 수 있다.
상기 구동소자(130)는 상기 발광소자(120)를 제어하거나 구동하는 부품으로서, 상기 발광소자(120)가 실장된 회로기판(110)에 상기 발광소자(120)가 실장된 표면에 실장될 수 있다. 이 때, 반도체 소자 패키지 어셈블리(100)를 보다 소형화 하기 위하여, 상기 구동소자(130)는 상기 발광소자(120)의 인근에 배치될 수 있다.
또한, 본 실시예의 반도체 소자 패키지 어셈블리(100)가 거리 인식용 삼차원 센서 모듈 등에 적용되는 경우, 정밀성 향상 등의 이유로 상기 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저의 응답속도가 매우 중요한데, 이를 위해 구동소자(130)와 발광소자(120) 간의 패턴 거리를 최소화 해 줄 필요가 있다.
한편, 일반적으로 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)는 온도에 민감하여, 온도에 따라 특성변화가 일어나고, 이는 측정 정밀도에 악영향을 끼칠 수 있다.
또한, 구동소자(130)는 고집접소자인 경우가 많아 작동 중에 방출되는 열이 상대적으로 많을 수 있다.
따라서, 이러한 구동소자(130)가 상기 발광소자(120)에 근접하게 배치되어, 상기 구동소자(130)에서 방출되는 열이 발광소자(120)로 적용된 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)에 전달되면 열에 민감한 수직 캐비티 표면 광 방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)의 특성이 변화되어, 측정의 정확성 및 응답성 등에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 구동소자(130)에서 방출되는 열이 상기 발광소자(120)에 전해지는 것을 차단하는 차단부가 구비될 수 있다.
상기 차단부는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1열차단부재(152) 및 제2열차단부재(154)를 포함할 수 있다.
상기 제1열차단부재(152)는, 상기 구동소자(130) 및 발광소자(120)가 실장된 회로기판(110)의 상기 발광소자(120)와 구동소자(130) 사이에 상기 회로기판(110)의 표면으로부터 돌출되도록 형성된 제1열차단부재(152)로 구현될 수 있다.
상기 제1열차단부재(152)는 적어도 상기 구동소자(130)의 너비에 대응되는 길이를 갖도록 형성되어 상기 구동소자(130)에서 상기 발광소자(120) 측으로 방사되어 복사되는 열을 차단하도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 제1열차단부재(152)는 전술한 바와 같이, 상기 회로기판(110)의 발광소자(120)와 구동소자(130) 사이에 형성되는데, 이러한 제1열차단부재(152)는 상기 회로기판(110)과 같은 재질로서 상기 회로기판(110)과 일체로 형성될 수 있다.
물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 재1열차단부재(152)가 상기 회로기판(110)과는 같거나 다른재질로서 상기 회로기판(110)과는 별개로 형성되어 추후 회로기판(110)에 결합 또는 부착되어 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
상기 구동소자(130)와 발광소자(120)가 상기 회로기판(110)의 제1기판층(112)에 형성되므로, 상기 제1열차단부재(152) 또한 상기 제1기판층(112) 표면에 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2열차단부재(154)는 상기 발광소자(120)와 상기 구동소자(130) 사이의 상기 회로기판(110) 내부에 매립될 수 있다. 즉, 상기 제2열차단부재(154)는 상기 회로기판(110)의 표면에 노출되지 아니하고 그 내부에 매립되는 것이다. 이 때, 상기 제2열차단부재(154)는 열전도도가 높은 재질은 금이나 은, 구리 등의 재질로 형성될 수 있다. 그러나 상기 제2열차단부재(154)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 열전도성이 우수한 재질이라면 공지된 여러 종류의 재질의 적용이 가능하다.
또한, 상기 제2열차단부재(154)는 상기 회로기판(110) 내에 수직방향으로 길이방향을 갖도록 형성될 수도 있고, 수평방향으로 길이방향을 갖도록 형성될 수도 있다. 물론, 필요에 따라 하나 또는 복수개 매립되어 형성될 수도 있을 것이다.
상기 제2열차단부재(154)는 상기 발광소자(120)와 구동소자(130) 사이의 회로기판(110) 내부에 매립됨으로써, 상기 회로기판(110)을 통해 상기 발광소자(120)로 전도되는 상기 구동소자(130)의 열을 상기 회로기판(110)의 외부로 방출하는 구성요소로서, 흡수한 열을 상기 회로기판(110)의 외부로 방출하기 위해 상기 회로기판(110)에 배설된 접지패턴(GND)과 연결될 수 있다.
일반적으로 접지패턴(GND)은 다른 회로패턴에 비해 그 두께(면적)이 굵게 형성되며, 접지를 위해 회로기판(110)의 외부와 연결되므로, 상기 제2열차단부재(154)의 열이 상기 접지패턴(GND)을 통해 상기 회로기판(110)의 외부로 방열될 수 있다.
한편, 상기 제2열차단부재(154)는 상기 회로기판(110)의 제1기판층(112)에 매립될 수 있다. 이는 상기 구동소자(130) 및 발광소자(120)가 상기 제1기판층(112)에 실장되기 때문이다.
따라서, 상기 구동소자(130)에서 방출되는 열 중 상기 발광소자(120)로 복사되는 열은 상기 제1열차단부재(152)에 의해 차단되며, 상기 구동소자(130)에서 방출되는 열 중 상기 회로기판(110)을 통해 상기 발광소자(120)로 전도되는 열은 상기 제2열차단부재(154)에 의해 상기 발광소자(120)가 아닌 다른 곳으로 방열될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1열차단부재(152)는 그 측면 중 상기 구동소자(130)를 향하는 표면에 열반사코팅(158)이 이루어질 수 있다.
상기 열반사코팅(158)은 금, 은 또는 알루미늄과 같은 금속박판이 증착되어 형성될 수 있다. 물론, 상기 금, 은, 알루미늄 외에도 열을 흡수하지 않은 높은 열반사율과, 열을 방출하지 않는 낮은 열방사율을 가진 재질이라면 어느 것이던 적용이 가능할 수 있다.
또한, 본 실시예의 설명에서는 상기 열반사코팅(158)이 상기 제1열차단부재(152)의 상기 구동소자(130)를 향하는 측면에 형성되는 것을 예로 들었으나, 이 외에도 상기 발광소자(120)를 향하는 측면에도 형성될 수 있는 등 다양한 변형이 가능할 것이다.
한편, 상기 회로기판의 열을 외부로 방출되는 열방출부재가 구비될 수 있다. 상기 열방출부재는 상기 회로기판의 각종 소자가 실장되는 영역 또는 그 영역 주변에 형성될 수 있으며, 상기 소자가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통되도록 형성되어, 상기 회로기판에 실장된 각종 소자들에 의해 상기 회로기판으로 전도되는 열을 외부로 방출하는 구성요소이다.
이러한 상기 열방출부재는 제1열방출부재(162), 제2열방출부재(164) 및 제3열방출부재(166)를 포함할 수 있다.
상기 발광소자(120)의 작동 중에는 상기 발광소자(120)에서도 발열이 일어날 수 있다. 이러한 발광소자(120)의 발열을 적절히 방열하지 않는다면, 상기 발광소자(120)가 자체 발열에 의해 그 작동 특성이 변할 수 있다. 이러한 상기 발광소자(120)의 발열을 방열시키기 위해 제1열방출부재(162)가 구비될 수 있다.
상기 제1열방출부재(162)는 상기 회로기판(110)의 상기 발광소자(120)가 실장되는 영역에, 상기 발광소자(120)가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통 형성되어, 상기 발광소자(120)와 직접 접촉하여 상기 발광소자(120)에서 발생되는 열을 상기 회로기판(110)의 외부로 방출할 수 있다.
이와 같은 상기 제1열방출부재(162)는 열전도도가 높은 재질은 금이나 은, 구리 등의 재질로 형성될 수 있다. 그러나 상기 제1열방출부재(162)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 열전도성이 우수한 재질이라면 공지된 여러 종류의 재질의 적용이 가능하다.
한편, 본 실시예에서 상기 제1열방출부재(162)는 상기 제1기판층(112)에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1기판층(112)의 상기 발광소자(120)가 실장되는 영역에 상기 발광소자(120)가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통하여 상기 제1기판층(112)에 실장된 발광소자(120) 및 제2기판층(114)에 연접되도록 형성되며, 상기 발광소자(120)에서 발생되는 열을 제2기판층(114)으로 전달하도록 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 제2기판층(114)은 상기 제1기판층(112)에 비하여 열전도도가 높은 재질로 형성되므로, 상기 제1열방출부재(162)에 의해 제2기판층(114)으로 전달된 열은 상기 제2기판층(114)의 재질에 의해 외부로 방열될 수 있다.
즉, 상기 구동소자(130)에서 방출되는 열 중 상기 발광소자(120)로 복사되는 열은 상기 제1열차단부재(152)에 의해 차단되며, 상기 구동소자(130)에서 방출되는 열 중 상기 회로기판(110)을 통해 상기 발광소자(120)로 전도되는 열은 상기 제2열차단부재(154)에 의해 차단되고, 상기 발광소자(120)에서 발생되는 열은 상기 제1열방출부재(162)를 통해 제2기판층(114)으로 배출되는 것이다.
한편, 상기 제2열방출부재(164) 및 제3열방출부재(166)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판층(112) 및 제2기판층(114)에 형성되어, 상기 제1기판층(112) 및 제2기판층(114)의 열을 상기 회로기판(110)의 외부로 방출하도록 구비될 수 있다.
이 때, 상기 제2열방출부재(164) 및 제3열방출부재(166)는 상기 제1기판층(112) 및 제2기판층(114)의 두께방향으로 형성되어 열전달 길이를 단축시킬 수 있다.
즉, 상기 제2열방출부재(164)는 상기 제1기판층(112)에 형성되며, 상기 제3열방출부재(166)는 상기 제2기판층(114)에 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제2열방출부재(164) 및 제3열방출부재(166)는 상기 회로기판(110)에 소자가 실장되는 영역이 아닌 그 주변의 영역에 배치될 수 있다. 이는 상기 회로기판(110)에 실장되는 소자와의 간섭을 피하기 위함이다.
즉, 상기 제2열방출부재(164)는 상기 제1기판층(112)의 소자가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통하여, 상기 제1기판층(112)의 열을 전달하도록 하나 이상 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3열방출부재(166)는 상기 제2기판층(114)의 일면부터 타면까지 관통하도록 형성되며, 이 때 상기 제3열방출부재(166)는 상기 제1기판층(112)의 타면에 형성된 제2열방출부재(164)의 끝단과 접촉하여 열전달이 가능하도록 구비될 수 있다.
따라서, 상기 제1기판층(112)에 실장된 소자에 의해 상기 제1기판층(112)으로 전도된 열은 상기 제2열방출부재(164) 및 제3열방출부재(166)에 의해 상기 회로기판(110)의 외부로 신속하게 방출될 수 있다.
이러한 상기 제2열방출부재(164) 및 제3열방출부재(166)는 상기 제1열방출부재(162)와 유사하게 열전도도가 높은 재질은 금이나 은, 구리 등의 재질로 형성될 수 있다. 그러나, 열전도성이 우수한 재질이라면 공지된 여러 종류의 재질의 적용이 가능하다.
한편, 상기 회로기판(110)의 상측을 덮는 하우징(170)이 구비될 수 있다. 상기 발광소자(120)에서 방출되는 빛은 레이저이므로, 인체의 안구에 조사될 경우 시신경의 손상을 유발할 수 있어 적절하게 확산되어야 한다. 이를 위해, 상기 하우징(170)은 상기 발광소자(120)의 상측에 대응하는 영역에 개구부(172)가 형성되며, 상기 개구부(172)에 빛을 확산시키는 디퓨져(180)가 구비될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨져(180)에는 레이저를 확산시키는 렌즈패턴(182) 형성될 수 있다.
따라서, 상기 발광소자(120)에서 방출되는 빛(레이저)는 상기 디퓨져(172)를 통해 확산된 후 더 외측에 위치된 윈도우(190)를 통해 외부로 조사되며, 물체의 표면에서 반사된 레이저는 상기 윈도우(190)를 투과하여 모처에 구비된 수광부로 수광될 수 있다.
또한, 상기 발광소자(120)의 일측에 포토 다이오드(140)가 구비될 수 있다. 상기 포토 다이오드(140)는 상기 디퓨져(180)가 파손될 때 상기 발광소자(120)의 작동을 중지시켜 시신경의 손상을 차단하기 위하여 구비될 수 있다.
한편, 상기 구동소자(130)의 작동 중에는 전자방해잡음(EMI: Electro Magnetic Interference)가 발생할 수 있으며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(270)은 이러한 전자방해잡음을 차폐하기 위해서 상기 발광소자(120)와 상기 구동소자(130)를 모두 덮도록 구비될 수 있다.
이러한 하우징(270)은 전자방해잡음 차폐성 및 방열성을 갖기 위하여, 금속소재의 표면에 열방사 코팅층(276)이 형성되어 구비될 수도 있다.
그런데, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨져(180)의 테두리에는 상기 디퓨져(180)의 파손을 감지하기 위한 ITO코팅(184)층이 형성될 수 있다.
이러한 경우, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 디퓨져(180)가 하우징(270)의 개구부(272)에 결합될 때, 상기 ITO코팅층(184)이 형성된 부분이 금속 소재의 하우징(270)에 맞닿아 전기적 간섭을 일으킬 우려가 있다. 이러한 우려를 배제하기 위하여, 상기 하우징(270)은 열전도성 플라스틱 소재로 이루어지고, 그 내측 표면에 전자파 차폐를 위한 금속 재질의 전자방해잡음 차폐 코팅층(278)이 형성될 수도 있다.
상기 열방사 코팅층(276)은 전기 절연성과 열 전도성을 모두 갖춘 절연성 방열필러가 포함된 성분으로 이루어질 수 있다. 이러한 예로서, 상기 열방사 코팅층(276)은 방열성 및 절연성을 동시에 갖도록 고분자매트릭스에 분산되는 절연성 방열필러를 포함한 재질로 이루어질 수 있다.
구체적인 일례로써, 상기 고분자매트릭스는 공지된 열가소성 고분자화합물일 수 있고, 상기 열가소성 고분자화합물은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열필러는 절연성 및 방열성을 동시에 가지는 것이라면 제한 없이 모두 사용될 수 있다. 구체적인 일례로써, 상기 절연성 방열필러는 산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 실리콘카바이드 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
더불어, 상기 절연성 방열필러는 다공질이거나 비다공질일 수 있으며, 카본계, 금속 등의 공지된 전도성 방열필러를 코어로 하고 절연성 성분이 상기 코어를 둘러싸는 코어쉘 타입의 필러일 수도 있다.
더하여, 상기 절연성 방열필러는 젖음성 등을 향상시켜 고분자매트릭스와의 계면 접합력을 향상시킬 수 있도록 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질된 것일 수도 있다.
그러나 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며 절연성과 방열성을 동시에 갖는 재질이라면 제한 없이 모두 사용될 수 있다.
또한, 상기 전자방해잡음 차폐 코팅층(278)은 금속재질이 증착 등을 통한 박막형태로 형성될 수 있다. 물론, 상기 전자방해잡음 차폐 코팅층(278)은 금속재질에 한정되는 것은 아니며, 전자방해잡음을 차폐할 수 있는 알려진 재질이라면 어느 것이던지 적용이 가능할 것이다.
또한, 상기 구동소자(130)의 열을 보다 신속하고 효율적으로 배출시키기 위하여, 상기 하우징(270)의 내측면과 상기 구동소자(130)가 직접 접촉될 수 있다. 상기 구동소자(130)와 상기 하우징(270)이 직접 접촉됨으로써, 상기 구동소자(130)에서 발생되는 열이 상기 하우징(270)을 통해 반도체 소자 패키지 어셈블리(100)의 외부로 신속하게 방열될 수 있다.
이 때 상기 구동소자(130)의 표면 및 상기 구동소자(130)와 접촉하는 하우징의 접촉면(274)은 별도의 경면 가공을 거치지 아니하므로 겉보기에는 평평하다고 하더라도 확대하여 보면 무수히 많은 작은 요철이 형성되어 있다. 이러한 요철은 상기 구동소자(130)와 하우징의 밀착을 저해시킬 수 있으며, 요철의 사이에 공기층이 형성되어 열전달을 방해할 수 있다.
따라서, 상기 구동소자(130)와 하우징(270)의 보다 긴밀한 열적 접촉을 위하여, 상기 구동소자(130)의 하우징(270)과 접촉하는 면 및 상기 하우징의 접촉면(274) 사이에 열전달물질(132)이 개재될 수 있다.
상기 열전달물질(132)은 상기 구동소자(130)의 표면 및 상기 하우징의 내측면의 표면 요철 사이에 충진되어 공극이 발생되지 않도록 함으로써 열전달이 보다 원할하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 열전달물질(132)은 서멀 그리스 등의 TIM(Thermal interface material)일 수 있는데, 예를 들어 열전도성 필러가 분산되어 이루어질 수 있다. 이 때 상기 열전도성 필러는 금속필러, 세라믹 피러 및 카본계 피러 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속필러는 Al, Ag, Cu, NI, In-Bi-Sn 합금, Sn-In-Zn 합금, Sn-In-Ag 합금, Sn-Ag-Bi 합금, Sn-Bi-Cu-Ag 합금, Sn-Ag-Cu-Sb 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Ag 합금 및 Sn-Ag-Cu-Zn 합금 등의 공지된 금속필러 중 1 종 이상을 포함할 수 있고, 상기 세라믹필러는 AlN, Al2O3, BN, SiC 및 BeO 등의 공지된 세라믹필러 중 1 종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 카본계 필러는 그라파이트(graphite), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 탄소섬유(carbon fiber), 다이아몬드 및 그래핀(graphene) 등의 공지된 카본계 필러를 1종 이상 포함할 수 있다.
또한, 보다 확실한 밀착을 위하여, 상기 하우징의 접촉면(274)은 상기 구동소자(130) 측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 상기 접촉면(274)은 상기 구동소자(130)가 수용되도록 함몰형성된 홈의 형태로 이루어질 수도 있으며, 돌출되거나 함몰 형성되지 아니하고 평면을 이루도록 형성될 수도 있을 것이다.
따라서, 상기 하우징(270)은 상기 구동소자(130)에서 발생하는 전자방해잡음을 차폐할 뿐만 아니라, 상기 구동소자(130)에서 발생하는 열을 외부로 직접 방열함으로써, 상기 구동소자(130)의 열이 발광소자(120)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. 회로기판;
    상기 회로기판에 실장되며, 레이저를 발신하는 발광소자;
    상기 회로기판에 실장되며, 상기 발광소자를 제어하는 구동소자; 및
    상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자에 전해지는 것을 차단하는 차단부를 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은,
    상기 구동소자 및 발광소자가 실장되는 세라믹 재질의 제1기판층; 및
    상기 제1기판층의 하측에 형성되며, 상기 제1기판층보다 상대적으로 열전도도가 높은 재질의 제2기판층을 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 회로기판의 표면으로부터 돌출 형성되어, 상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자로 복사되는 것을 것을 차단하는 제1열차단부재를 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 회로기판의 내부에 매립되며, 열전도도가 높은 재질로 형성되며, 상기 회로기판을 통해 상기 발광소자로 전도되는 상기 구동소자의 열을 상기 회로기판의 외부로 방출하는 제2열차단부재를 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판의 각종 소자가 실장되는 영역 또는 그 주위에 상기 발광소자가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통되도록 형성되어, 상기 발광소자에서 발생되는 열 및 회로기판의 열을 외부로 방출하는 열방출부재를 더 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    전자파 차폐성 및 열전달성을 가지도록 이루어지고, 상기 회로기판의 상측을 덮으며, 상기 발광소자의 상측에 대응되는 영역에 개구부가 형성되며, 내측면이 상기 구동소자와 직접 접촉되도록 구비되는 하우징을 더 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 차단부는,
    상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 제1기판층의 표면으로부터 돌출 형성되어, 상기 구동소자에서 방출되는 열이 상기 발광소자로 복사되는 것을 것을 차단하는 제1열차단부재; 및
    상기 발광소자와 상기 구동소자 사이에 상기 제1기판층의 내부에 매립되며, 열전도도가 높은 재질로 형성되며, 상기 제1기판층을 통해 상기 발광소자로 전도되는 상기 구동소자의 열을 상기 제1기판층의 외부로 방출하는 제2열차단부재를 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1열차단부재는,
    그 표면에 열을 반사시키는 열반사코팅이 형성된 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열반사코팅은 상기 제1열차단부재의 상기 구동소자를 향하는 측면에 형성되는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2열차단부재는 접지패턴과 연결되어, 상기 접지패턴을 통해 제1기판층의 외부로 열을 방출하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1기판층의 상기 발광소자가 실장되는 영역에 상기 발광소자가 실장되는 일면부터 그 배면인 타면까지 관통하여 제2기판층에 연접되도록 형성되며, 상기 발광소자에서 발생되는 열을 제2기판층으로 전달하는 제1열방출부재를 더 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1기판층의 일면부터 타면까지 관통하여 상기 제1기판층의 열을 전달하는 제2열방출부재; 및
    상기 제2기판층의 일면부터 타면까지 관통하도록 형성되며, 상기 제1기판층의 타면에 형성된 제2열방출부재의 끝단부와 접촉하도록 구비되는 제3열방출부재를 더 포함하여,
    상기 제1기판층 및 제2기판층의 열을 상기 회로기판의 외부로 배출하도록 구비되는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  13. 제2항에 있어서,
    전자방해잡음 차폐성 및 열전달성을 가지도록 이루어지고, 상기 회로기판의 상측을 덮으며, 상기 발광소자의 상측에 대응되는 영역에 개구부가 형성되며, 내측면이 상기 구동소자와 직접 접촉되도록 구비되는 하우징; 및
    상기 구동소자와 상기 하우징 사이에 개재되어 상기 구동소자의 열을 상기 하우징에 전달하는 열전달물질을 더 포함하는 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징은,
    금속재질로 형성되며, 그 표면에 열방사 코팅층이 형성되는 반도체 소자 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하우징은,
    열전달성 플라스틱으로 형성되며, 내측 표면에 전자방해잡음 차폐 코팅층이 형성되는 반도체 소자 어셈블리.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 수직캐비티표면광방출레이져VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)인 반도체 소자 패키지 어셈블리.
  17. 제16항의 반도체 소자 패키지 어셈블리를 포함하는 전자기기.
PCT/KR2020/005006 2019-04-26 2020-04-14 열차단부재를 구비한 반도체 소자 패키지 어셈블리 및 이를 포함하는 전자기기 WO2020218768A1 (ko)

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