KR100609969B1 - 발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 상부에 홈이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판과; 상기 기판에 있는 상기 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층과; 상기 홈 내측면에서 기판의 측면을 통하여 기판 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 형성된 한 쌍의 전극라인과; 상기 한 쌍의 전극라인에 플립칩 본딩되어 있는 발광 소자를 포함하여 이루어진다.

따라서, 본 발명은 제너 다이오드가 형성된 기판에 발광 소자를 접합하는 패키지를 구현하여 기존의 플라스틱 사출물을 이용한 패키지보다 경박단소화시킬 수 있고, 패키지의 부품수 및 공정을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광의 경로를 바꾸어주는 구조물을 발광 소자가 실장된 기판에 본딩하여 측면으로 광을 출사시킬 수 있는 효과가 있다.

발광소자, 제너다이오드, 패키지, 확산, 구조물, 측면

Description

발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법 { Method for fabricating light emitting device }

도 1은 종래 기술에 따른 측면형 발광 다이오드 패키지의 사시도

도 2는 도 1의 개략적인 단면도

도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도

도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 발광 소자 패키지에서 낱개의 소자가 실장된 패키지로 절단된 상태의 단면도

도 5는 도 4의 개략적인 사시도

도 6은 도 4의 다른 구조를 설명하기 위한 개략적인 사시도

도 7은 본 발명에 따른 발광 소자 패키지의 기판 상부에 발광 소자에서 방출되는 광을 패키지 측면으로 인출하기 위한 구조물의 사시도

도 8은 도 6의 발광 소자 패키지의 기판 상부에 도 7의 구조물이 본딩된 상태를 도시한 사시도

도 9는 본 발명에 따라 어레이되어 실장된 복수개의 발광 소자를 감싸며 각각의 구조물이 본딩된 상태를 도시한 개략적인 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판

110,110a,110b,110c,110d,310 : 홈 121,122,123 : 관통홀

125a,125b : 측면홈

130,130a,130b,130c,130d : 확산층 140a,140b : 전극라인

200 : 발광 소자 300 : 구조물

320 : 경사면

본 발명은 발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제너 다이오드가 형성된 기판에 발광 소자를 접합하는 패키지를 구현하여 기존의 플라스틱 사출물을 이용한 패키지보다 경박단소화시킬 수 있고, 패키지의 부품수 및 공정을 단순화시킬 수 있는 발광 소자 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

21세기 화합물 반도체가 주도하는 광반도체 시대의 차세대 광원으로 기존광원에 비하여 에너지 절감 효과가 매우 뛰어나고, 반 영구적으로 사용할 수 있는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 최근 들어 한계였던 휘도 문제가 크게 개선되면서 백라이트 유닛(Backlight Unit)용, 자동차용, 광고판용, 교통 신호등 용, 조명용 등 산업 전반적으로 사용되고 있다.

이러한 발광 다이오드 패키지는 정보 통신기기의 소형화 및 슬림화 추세에 따라 더욱 소형화되고 있으며, 발광 다이오드도 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)에 직접 실장 하기 위하여 표면 실장소자(Surface Mount Device; SMD)형으로 만들어지고 있다.

이러한 SMD 방식의 발광 다이오드 패키지는 그 사용 목적에 따라 탑뷰(Top View)방식과 사이드뷰(Side View;측면형) 방식으로 제조된다.

도 1은 종래 기술에 따른 측면형 발광 다이오드 패키지의 사시도로서, 제 1 리드프레임(10) 상부에 발광 다이오드(11)가 실장되어 있고, 제 2 리드프레임(20) 상부에 제너 다이오드(21)가 실장되어 있고, 상기 제 1과 2 리드프레임(10,20)의 전극단자(12,22)를 이용하여 상기 발광 다이오드(11)와 제너 다이오드(21)는 와이어 본딩되어 있고, 상기 제 1과 2 리드프레임(10,20)은 플라스틱 사출물(30)에 의해 감싸여져 있다.

이렇게 구성된 측면형 발광 다이오드 패키지를 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 플라스틱 사출물(30) 내부에는 반사막(미도시)이 형성되어 있어 발광 다이오드(11)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 광출력을 향상시키고, 발광 다이오드(11)와 제너 다이오드(21)를 Au와 같은 전도성 와이어(25)에 의하여 병렬로 연결함으로써 정전기에 의하여 발광 다이오드(11)에서 역방향으로 인가되는 전류는 제너 다이오드(21)에 의해 바이패스(By-Pass)되어 발광 다이오드(11)의 손상을 방지할 수 있다.

그리고, 상기의 측면형 발광 다이오드 패키지는 이동통신 기기의 백라이트 유닛등으로 사용하게 된다.

그러나, 전술된 측면형 발광 다이오드 패키지 구조는 제조 비용이 많이 소요되는 접합공정을 발광 다이오드 소자 뿐만 아니라 제너 다이오드 소자도 수행하여야 하고, 두 소자의 전기적 연결을 위하여 와이어 본딩 공정을 수행함으로, 패키지의 부품수 및 작업공정이 증가되어, 시간적으로나 경제적으로 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 제너 다이오드가 형성된 기판에 발광 소자를 접합하여 경박단소된 패키지를 구현할 수 있고, 패키지의 부품수 및 공정을 단순화시킬 수 있는 발광 소자 패키지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 광의 경로를 바꾸어주는 구조물을 발광 소자가 실장된 기판에 본딩하여 측면으로 광을 출사시킬 수 있는 발광 소자 패키지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는,

상부에 홈이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판과;

상기 기판에 있는 상기 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층과;

상기 홈 내측면에서 기판의 측면을 통하여 기판 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 형성된 한 쌍의 전극라인과;

상기 한 쌍의 전극라인에 플립칩 본딩되어 있는 발광 소자를 포함하여 이루어진 발광 소자 패키지가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는,

상부에 상호 이격되어 있는 복수개의 홈들이 형성되어 있고, 상기 홈들 각각의 사이에 관통홀이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판과;

상기 기판에 있는 상기 각각의 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층과;

상기 홈 내측면에서 관통홀을 통하여 기판 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 상기 각각의 홈들에 형성된 한 쌍의 전극라인과;

상기 각각의 홈들에 형성된 한 쌍의 전극라인에 플립칩 본딩되어 있는 복수개의 발광 소자들을 포함하여 이루어진 발광 소자 패키지가 제공된다.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 또 다른 양태(樣態)는, 제 1 극성을 갖는 기판 상부에 상호 이격되어 있는 복수개의 홈들을 형성하고, 상기 홈들 각각의 사이에 관통홀을 형성하는 단계와;

상기 각각의 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층을 형성하는 단계와;

상기 홈 내측면에서 관통홀을 통하여 기판 하부로 연장되고, 상호 이격되는 한 쌍의 전극라인을 상기 각각의 홈들에 형성시키되, 상기 각각의 홈들에 형성된 확산층과 상기 한 쌍의 전극라인 중 하나의 전극라인을 전기적으로 연결하는 단계와;

상기 각각의 홈들에 형성된 전극라인에 발광 소자를 플립칩 본딩하는 단계를 포함하여 구성된 발광 소자 패키지의 제조 방법이 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 제 1 극성을 갖는 기판(100) 상부에 상호 이격되어 있는 복수개의 홈들(110a,110b,110c,110d)을 형성하고, 상기 홈들(110a,110b,110c,110d) 각각의 사이에 관통홀(121,122,123)을 형성한다.(도 3a)

여기서, 상기 기판(100)은 발광 소자를 실장하기 위한 서브 마운트(Sub mount)용 기판이고, 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 홈들(110a,110b,110c,110d)과 관통홀(121,122,123)은 통상적인 사진 식각 공정을 수행하면 형성할 수 있다.

그 후, 상기 각각의 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층(130a,130b,130c,130d)을 형성한다.(도 3b)

여기서, 상기 확산층(130a,130b,130c,130d)은 형성될 영역을 제외하고, 기판(100) 상부에 마스크층을 형성한 다음, 제 2 극성을 갖는 불순물을 마스크층이 형성되지 않은 영역에 주입하고, 불순물을 확산시켜 만들어진 층을 지칭한다.

그리고, 상기 제 1 극성이 N타입이면, 제 2 극성은 P타입이다.

그러므로, 상기 기판과 확산층은 PN 또는 NP형의 제너 다이오드가 된다.

한편, 상기 확산층(130a,130b,130c,130d)을 형성한 후, 상기 확산층의 일부를 노출시키고, 상기 기판에 절연층(미도시)을 형성한 다음, 후속 공정을 진행하여도 된다.

연이어, 상기 홈 내측면에서 관통홀(121,122,123)을 통하여 기판(100) 하부로 연장되고, 상호 이격되는 한 쌍의 전극라인(140a,140b)을 상기 각각의 홈들(110a,110b,110c,110d)에 형성시키되, 상기 각각의 홈들(110a,110b,110c,110d)에 형성된 확산층(130a,130b,130c,130d)과 상기 한 쌍의 전극라인(140a,140b) 중 하나의 전극라인을 전기적으로 연결한다.(도 3c)

마지막으로, 상기 각각의 홈들에 형성된 전극라인(140a,140b)에 발광 소자(200)를 플립칩 본딩한다.(도 3d)

여기서, 상기 발광 소자(200)의 전극단자는 한 쌍의 전극라인(140a,140b)에 전기적으로 연결된다.

그러므로, 복수개의 발광 소자가 기판에 실장되는 것이다.

이로서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 소자 패키지의 제조가 완성된다.

한편, 발광 소자가 실장된 도 3d 공정 후에, 각각의 관통홀 중심선으로 기판을 절단하면 이 낱개의 소자가 실장된 패키지로 분리된다.

즉, 도 3d의 발광 소자 패키지는 상부에 상호 이격되어 있는 복수개의 홈들(110a,110b,110c,110d)이 형성되어 있고, 상기 홈들(110a,110b,110c,110d) 각각의 사이에 관통홀(121,122,123)이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판(100)과; 상기 기판(100)에 있는 상기 각각의 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층(130a,130b,130c,130d)과; 상기 홈 내측면에서 관통홀(121,122,123)을 통하여 기판(100) 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 상기 각각의 홈들(110a,110b,110c,110d)에 형성된 한 쌍의 전극라인(140a,140b)과; 상기 각각의 홈들(110a,110b,110c,110d)에 형성된 한 쌍의 전극라인(140a,140b)에 플립칩 본딩되어 있는 복수개의 발광 소자(200)들로 구성된다.

이런, 발광 소자 패키지는 복수개의 발광 소자들이 실장되어 어레이되어 있으며, 이동통신 단말기의 디스플레이 백라이트 유닛에 사용된다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 발광 소자 패키지에서 낱개의 소자가 실장된 패키지로 절단된 상태의 단면도로서, 상부에 홈(110)이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판(100)과; 상기 기판(100)에 있는 상기 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층(130)과; 상기 홈 내측면에서 기판의 측면을 통하여 기판(100) 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 형성된 한 쌍의 전극라인(140a,140b)과; 상기 한 쌍의 전극라인(140a,140b)에 플립칩 본딩되어 있는 발광 소자(200)로 구성된다.

이 낱개의 소자가 실장된 패키지는 발광 소자가 실장된 도 3d 공정 후에, 각각의 관통홀 중심선으로 기판을 절단하면 구현된다.

도 5는 도 4의 개략적인 사시도로서, 기판(100)의 홈(110) 내부 바닥면에는 발광 소자(200)가 플립칩 본딩되어 있다.

그리고, 상기 기판(100)의 양측면 각각에는 전극라인들의 형성을 원활하게 할 수 있도록, 상부에서 하부로 연통되고, 상부에서 중심 영역으로 경사지고, 하부에서 중심 영역으로 경사진 측면홈(125a,125b)이 형성되어 있는데, 이 측면홈(125a,125b)은 도 3d의 공정 후에 낱개의 소자가 실장된 패키지로 분리하기 위하여, 기판(100)의 관통홀을 절단하여 형성된 홈이다.

도 6은 도 4의 다른 다른 구조를 설명하기 위한 개략적인 사시도로서, 상기 측면홈(125a,125b)과 수직 방향의 하나의 측면은 상기 홈(110)과 연통되도록 개방시킨다.

이 경우, 패키지에 실장된 발광 소자(200)에서 방출되는 광이 소자 상부 및 패키지 측면으로도 출사된다.

도 7은 본 발명에 따른 발광 소자 패키지의 기판 상부에 발광 소자에서 방출되는 광을 패키지 측면으로 인출하기 위한 구조물의 사시도로서, 구조물(300)은 일측면(301)에 홈(310)이 형성되어 있고, 하부면(302)의 일부는 상기 홈(310)과 연통되도록 개방되어 있다.

도 8은 도 6의 발광 소자 패키지의 기판 상부에 도 7의 구조물이 본딩된 상태를 도시한 사시도로서, 발광 소자 패키지의 기판(100)의 홈(110)과 구조물(300)의 홈(310)이 연통되도록, 상기 발광 소자 패키지의 기판(100) 상부에 구조물(300)이 본딩되어 있다.

이로서, 패키지에 실장되어 있는 발광 소자(200)에서 방출된 광은 패키지 측면으로 출사시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 구조물(300)의 홈(110)에는 상기 발광 소자에서 방출되는 광을 기판(100) 측면으로 반사시킬 수 있는 경사면(320)을 구비한 것이 바람직하다.

이 때, 상기 경사면(320)은 45°가 바람직하다.

물론, 도 3d에 도시된 바와 같이, 발광 소자가 각각 실장된 기판의 홈 주변에 상기 구조물을 본딩할 수도 있고, 도 5와 같은 발광 소자 패키지의 기판 상부에도 본딩할 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따라 어레이되어 실장된 복수개의 발광 소자를 감싸며 각각의 구조물이 본딩된 상태를 도시한 개략적인 사시도로서, 이 도면은 도 3d와 같이 복수개의 홈 각각에 발광 소자를 실장시키고, 그 홈을 감싸며 기판 상부에 도 7과 같은 구조물이 본딩되어 있는 상태를 도시한 것이다.

즉, 기판(100)에 형성된 복수개의 홈(110)에는 발광 소자(200)가 각각 플립칩 본딩되어 있고, 각각의 홈을 감싸며 도 7의 구조물(300)이 본딩되어 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 제너 다이오드가 형성된 기판에 발광 소자를 접합하는 패키지를 구현하여 기존의 플라스틱 사출물을 이용한 패키지보다 경박단 소된 패키지를 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제너 다이오드와 발광 소자 별도로 제조하여 리드프레임에 실장하거나, 전기적으로 연결하기 위한 와이어 본딩 공정을 수행하는 종래 기술에 비하여, 패키지의 부품수 및 공정이 단순화되는 장점이 있다.

더불어, 광의 경로를 바꾸어주는 구조물을 발광 소자가 실장된 기판에 본딩하여 측면으로 광을 출사시킬 수 있는 패키지를 구현할 수 있는 장점이 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 제너 다이오드가 형성된 기판에 발광 소자를 접합하는 패키지를 구현하여 기존의 플라스틱 사출물을 이용한 패키지보다 경박단소한 패키지를 구현할 수 있고, 패키지의 부품수 및 공정을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광의 경로를 바꾸어주는 구조물을 발광 소자가 실장된 기판에 본딩하여 측면으로 광을 출사시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (12)

1. 상부에 홈이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판과;

   상기 기판에 있는 상기 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층과;

   상기 홈 내측면에서 기판의 측면을 통하여 기판 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 형성된 한 쌍의 전극라인과;

   상기 한 쌍의 전극라인에 플립칩 본딩되어 있는 발광 소자를 포함하여 이루어진 발광 소자 패키지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판의 양측면 각각에는,

   상기 전극라인들의 형성을 원활하게 할 수 있는 측면홈이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기판 상부에 구조물이 본딩되어 있고;

   상기 구조물은 일측면에 홈이 형성되어 있고, 하부면의 일부는 상기 홈과 연통되도록 개방되어 있으며;

   상기 기판의 홈과 구조물의 홈이 연통되어, 발광 소자에서 방출된 광이 기판 측면으로 출사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 측면홈과 수직 방향에 존재하는 기판의 한 측면은 상기 기판의 홈과 연통되도록 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 구조물의 홈에는,

   상기 발광 소자에서 방출되는 광을 기판 측면으로 반사시킬 수 있는 경사면을 구비된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
6. 상부에 상호 이격되어 있는 복수개의 홈들이 형성되어 있고, 상기 홈들 각각의 사이에 관통홀이 형성되어 있는 제 1 극성을 갖는 기판과;

   상기 기판에 있는 상기 각각의 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 형성되어 있고, 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층과;

   상기 홈 내측면에서 관통홀을 통하여 기판 하부로 연장되어 있고, 상호 이격되어 있으며, 홈에 형성된 확산층과 하나가 전기적으로 연결되어 상기 각각의 홈들에 형성된 한 쌍의 전극라인과;

   상기 각각의 홈들에 형성된 한 쌍의 전극라인에 플립칩 본딩되어 있는 복수개의 발광 소자들을 포함하여 이루어진 발광 소자 패키지.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 극성이 N타입이면,

   제 2 극성은 P타입인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 복수개의 홈들 각각을 감싸도록 기판 상부에 복수개의 구조물들이 본딩되어 있고;

   상기 구조물들 각각은 일측면에 홈이 형성되어 있고, 하부면의 일부는 상기 홈과 연통되도록 개방되어 있으며;

   상기 기판의 홈과 구조물의 홈이 연통되어, 발광 소자에서 방출된 광이 기판 측면으로 출사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 구조물의 홈에는,

   상기 발광 소자에서 방출되는 광을 기판 측면으로 반사시킬 수 있는 경사면을 구비된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
10. 제 1 극성을 갖는 기판 상부에 상호 이격되어 있는 복수개의 홈들을 형성하고, 상기 홈들 각각의 사이에 관통홀을 형성하는 단계와;

    상기 각각의 홈 내부 바닥면의 일부 영역에 상기 제 1 극성과 반대의 제 2 극성을 갖는 확산층을 형성하는 단계와;

    상기 홈 내측면에서 관통홀을 통하여 기판 하부로 연장되고, 상호 이격되는 한 쌍의 전극라인을 상기 각각의 홈들에 형성시키되, 상기 각각의 홈들에 형성된 확산층과 상기 한 쌍의 전극라인 중 하나의 전극라인을 전기적으로 연결하는 단계와;

    상기 각각의 홈들에 형성된 전극라인에 발광 소자를 플립칩 본딩하는 단계를 포함하여 구성된 발광 소자 패키지의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 플립칩 본딩하는 단계 후,

    각각의 관통홀 중심선으로 기판을 절단하여 낱개의 소자가 실장된 패키지로 분리하는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 플립칩 본딩하는 단계 후,

    상기 복수개의 홈들 각각을 감싸도록 기판 상부에 복수개의 구조물들이 본딩시키는 공정을 더 구비하고;

    상기 구조물들 각각은 일측면에 홈이 형성되어 있고, 하부면의 일부는 상기 홈과 연통되도록 개방되어 있으며, 상기 기판의 홈과 구조물의 홈이 연통되어, 발광 소자에서 방출된 광이 기판 측면으로 출사되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지의 제조 방법.

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