KR100765699B1 - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 발광소자의 전기적, 광학적 특성이 양호한 서브마운트(Submount)만 선별적으로 패키지에 실장시킬 수 있어서, 패키지 완성 후 발광소자 자체의 불량으로 인한 패키지의 불량을 낮추어 생산 수율을 향상시킬 수 있고, 발광소자를 보호하기 위한 제너 다이오드(Zener Diode) 소자를 별도로 실장시키는 대신에 그와 같은 기능을 수행하는 보호용 회로를 불순물 확산층을 이용하여 서브마운트(Submount) 내부에 구현시켜 놓음으로써, 패키지 자체의 크기를 보다 소형화시킬 수 있으며, 서브마운트 실장용 홈의 경사진 측면에 형성시키는 반사율이 높은 전극을 통해 광 추출 효율이 향상된 발광소자 패키지를 제공한다.

고출력, 발광다이오드, 패키지, 서브마운트

Description

발광소자 패키지 및 그 제조방법{Light Emitting Device Package And Fabricating Method Thereof}

도 1a 내지 도 1g는 종래 기술에 따른 발광소자 패키지의 일반적인 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 바람직한 제 1 실시 예를 설명하기 위한 단면도.

도 3a 내지 도 3g는 도 2에 도시한 발광소자 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 바람직한 제 2 실시 예를 설명하기 위한 단면도.

도 5는 도 4에서 A 영역의 모습을 보다 구체적으로 설명하기 위한 부분 확대도.

도 6은 본 발명의 발광소자 패키지에 사용하는 서브 마운트 구조의 개략적인 사시도.

도 7 및 도 8은 도 2에 적용가능한 바람직한 서브마운트 구조의 단면도.

도 9는 도 4에 적용가능한 바람직한 서브마운트 구조의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

100, 200. 발광소자 패키지 100a, 200a. 제 1 리드

100b, 200b. 제 2 리드 110a, 110b, 210a, 210b. 패키지 바디

120, 220. 히트 싱크 130, 230. 서브마운트

131, 231. 발광소자 150. 전도성 와이어

160, 260. 제 1 몰딩부 170, 270. 반구형(半球形) 렌즈(Lens)

180, 280. 제 2 몰딩부 132, 232. 실리콘 구조물

133a, 233a. 제 1 확산층 133b, 233b. 제 2 확산층

134, 234. 절연막 135a, 235a. 제 1 전극

135b, 235b. 제 2 전극

본 발명은 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 조명 및 차량 전장용에 적합한 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 발광다이오드(Light Emitign Diode)는 저휘도 제품이었지만, 발광 다 이오드의 발광효율이 개선되면서 현재는 디스플레이용 광원, 조명/자동차용으로 폭넓게 활용되고 있고, 가정용 및 산업용 조명용으로 급속하게 사용 용도가 넓어질 것으로 전망하고 있다.

한편, 발광 다이오드 효율이 높아지면서, 종래의 단순발광용 패키지 구조에서는 고휘도 패키지에 대응할 수 없게 되었으며, 디스플레이용 광원, 카메라 소자 및 디스플레이 소자용으로 적용될 수 있도록 크기도 매우 컴팩트(Compact)하게 되었다.

그리고, 종래의 컵 형태의 단순 패키지 형태에서 표면실장(Surface mount)형 패키지로 발전하게 되었다.

도 1a 내지 1g는 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

먼저, 중심 영역에 관통된 구멍을 가지며, 상호 이격된 한 쌍의 리드(Lead)(10a, 10b)가 결합 되어있는 패키지 바디(11a, 11b)를 준비한다.(도 1a)

그 후, 상기 패키지 바디(11a, 11b) 중심 영역의 관통된 구멍에 히트 싱크(12)를 아래로부터 삽입시켜, 히트 싱크(12)와 패키지 바디(11a,11b)를 결합시킨다.(도 1b)

연이어, 상기 히트 싱크(12) 상부에 발광 다이오드(13)와 제너 다이오드(14)를 본딩한다.(도 1c)

그 다음, 상기 발광 다이오드(13)와 제너 다이오드(14)가 전기적으로 병렬로 연결되며 상기 리드(10a, 10b)와 전기적으로 연결되도록 전도성 와이어(15)를 본딩하고, 상기 발광 다이오드(13) 및 제너 다이오드(14)를 감싸도록 형광체가 분산된 제 1 몰딩부(16)를 형성한다.(도 1d)

이어서, 상기 발광 다이오드(13), 제너 다이오드(14) 및 전도성 와이어(15)를 감싸는 렌즈(17)를 상기 패키지 바디(11a, 11b)에 본딩한다.(도 1e)

이 후, 상기 렌즈(16) 내부에 제 2 몰딩부(18)를 충전한다.(도 1f)

마지막으로, 상기 한 쌍의 리드(10a, 10b)를 각각 절곡시킨다.(도 1g)

이와 같은 종래의 제조방법을 통해 형성된 발광소자 패키지는, 패키지 제조공정을 모두 끝마친 후에나 전기적, 광학적 측정을 통해 발광 다이오드의 불량 여부 판단이 가능하여, 발광소자의 불량으로 인한 패키지의 불량율이 높은 편이고, 따라서, 생산 수율이 떨어진다는 문제점이 있다.

또한, 히트 싱크 상부에 제너 다이오드 소자를 실장시키기 위한 별도의 공간을 필요로 하기 때문에, 패키지 크기를 소형화시키는데 한계가 있다.

한편, 발광 다이오드와 제너 다이오드가 실장되어 있는 히트 싱크(Heat Sink) 상부에서, 발광 다이오드와 제너 다이오드의 둘레를 둘러싸도록 만들어진 테두리 구조물이 히트 싱크를 이루는 재질의 특성상 거칠기 때문에, 반사율이 떨어져 발광소자에서 발생된 광을 패키지 외부로 잘 반사시키지 못하는 단점이 있다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은, 전기적, 광학적 특성이 사전에 검증된 발광소자만을 실장시킨 서브마운트(Submount)만 선별적으로 패키지에 실장시킴으로써, 발광소자 자체의 불량으로 인한 최종적인 패키지의 불량율을 감소시키고, 생산 수율을 향상시킨 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법의 다른 목적은, 발광소자를 보호하기 위한 제너 다이오드(Zener Diode) 소자를 별도로 실장시킬 필요없이 반도체 불순물 확산층을 이용하여 그와 같은 기능을 내부에서 구현할 수 있는 서브마운트(Submount)를 구비함으로써, 크기를 보다 소형화시킨 발광소자 패키지를 제공하는데 있다.

한편, 본 발명에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법의 또 다른 목적은, 서브마운트의 실장용 홈에서 경사진 측면에 형성된 반사율이 높은 전극을 통해 종래보다 발광소자에서 발생된 광을 패키지 외부로 반사시키는 효율 및 패키지의 광 추출 효율을 향상시킨 발광소자 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(Body); 패키지 바디의 관통홀에 삽입된 히트 싱크(Heat Sink); 상부면과 하부면이 있고, 상부면의 중심 영역에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 한 쌍의 전극들이 각각 바닥면에서 경사진 측면을 따라 상부면까지 형성되어 있으며, 하부면이 히트 싱크 상부에 본딩되어진 서브마운트(Submount); 실장용 홈의 바닥면 영역의 한 쌍의 전극 상부에 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)된 발광소자; 서브마운트 상부면 영역에 형성된 전극들과 리드들을 각각 전기적으로 연결시키는 전도성 와이어(Conductive Wire) 및; 발광소자와 서브마운트 및 전도성 와이어를 감싸고 있는 몰딩(Molding)부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 관통홀 내부에서 이격되어 돌출되도록 감싸고 있는 패키지 바디(Body); 관통홀 내부에 돌출된 한 쌍의 리드의 일단부와 접촉하지 않도록 상부에 홈을 가지며, 패키지 바디의 관통홀에 삽입되는 히트 싱크(Heat Sink); 상부면과 하부면이 있고, 상부면에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 실장용 홈의 바닥면과 하부면에서 상호 이격되어 있고, 실장용 홈의 바닥면에서 하부면까지 각각 형성된 한 쌍의 전극을 구비하고 있으며, 하부면 영역의 한 쌍의 전극이 패키지 바디의 관통홀 내부에 돌출된 리드들에 본딩되어 있는 서브마운트(Submount); 실장용 홈의 바닥면 영역의 한 쌍의 전극 상부에 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)된 발광소자 및; 발광소자와 서브마운트를 감싸고 있는 몰딩(Molding)부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법 은, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(Body)를 준비하는 단계; 패키지 바디의 관통홀에 히트 싱크(Heat Sink)를 삽입하는 단계; 상부면과 하부면이 있고, 상부면의 중심 영역에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 한 쌍의 전극들이 각각 바닥면에서 경사진 측면을 따라 상부면까지 형성되어 있으며, 실장용 홈의 바닥면 영역의 전극들 상부에 발광소자를 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)시켜 놓은 서브마운트(Submount)를 준비하고, 히트 싱크 상부에 서브마운트의 하부면을 본딩시키는 단계; 서브마운트 상부면 영역에 형성된 전극들과 리드들을 각각 전도성 와이어(Conductive Wire)를 이용하여 전기적으로 연결시키는 와이어본딩(Wire Bonding) 단계 및; 발광소자와 서브마운트 및 전도성 와이어를 감싸는 몰딩(Molding)부를 형성하는 몰딩 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 발광소자 패키지 제조방법은, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 관통홀 내부에서 이격되어 돌출되도록 감싸고 있는 패키지 바디(Body)를 준비하는 단계; 관통홀 내부에 돌출된 한 쌍의 리드의 일단부와 접촉하지 않도록 하는 홈을 갖는 히트 싱크(Heat Sink)를 패키지 바디의 관통홀에 삽입하는 단계; 상부면과 하부면이 있고, 상부면에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 실장용 홈의 바닥면과 하부면에서 상호 이격되어 있고, 실장용 홈의 바닥면에서 하부면까지 각각 형성된 한 쌍의 전극을 구비하고 있으며, 실장용 홈의 바닥면 영역의 전극들 상 부에 발광소자를 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)시켜 놓은 서브마운트(Submount)를 준비하고, 서브마운트 하부면 영역의 한 쌍의 전극과 관통홀 내부에 돌출된 리드들에 본딩시키는 단계 및; 발광소자와 서브마운트를 감싸는 몰딩(Molding)부를 형성하는 몰딩 단계;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발광소자 패키지와 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 바람직한 제 1 실시 예를 설명하기 위한 단면도로서, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드(100a, 100b)의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(Body)(110a, 110b); 상기 패키지 바디(110a, 110b)의 관통홀에 삽입된 히트 싱크(Heat Sink)(120); 상부면과 하부면이 있고, 상부면의 중심 영역에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 전극들이 각각 바닥면에서 상기 경사진 측면을 따라 상부면까지 형성되어 있으며, 하부면이 상기 히트 싱크(120) 상부에 본딩되어진 서브마운트(Submount)(130); 상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 상기 한 쌍의 전극 상부에 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)된 발광소자(131); 상기 서브마운트(130) 상부면 영역에 형성된 전극들과 상기 리드들(100a, 100b)을 각각 전기적으로 연결시키는 전도성 와이어(Conductive Wire)(150) 및; 상기 발광소자(131)와 서브마운트(130) 및 전도성 와이어(150)를 감싸고 있는 몰딩(Molding)부(160, 180);가 포함되는 기본 구조를 가지고 있으며, 도시된 바와 같이 상기 몰딩부(180) 외부를 감싸는 반구형(半球 形) 렌즈(Lens)(170)를 더 포함하고 있다.

여기서, 상기 한 쌍의 리드(100a, 100b)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 등과 같은 외부 기판과 본딩하는데 도움이 되도록 도시된 바와 같이 절곡되어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 패키지 바디(110a, 110b)는 도면상에서 좌우가 각각 독립적으로 분리된 별개의 것과 같이 보이지만, 단면도를 나타낸 것이라 그럴 뿐, 입체적으로 보면, 상기 히트 싱크(120) 주변을 둘러싸고 있는 한 덩어리로 이루어진 구조물이라고 할 수 있다.

이때, 상기 패키지 바디(110a, 110b)는 플라스틱, 세라믹, 플라스틱과 세라믹이 결합된 재질 중 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.

그리고, 상기 패키지 바디(110a, 110b)의 중심 영역에 관통홀은, 수평 단면 형상이 원형이며, 도시된 바와 같이, 하부보다 상부의 직경이 작은 것이 바람직하다.

한편, 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 리드(100a, 100b)의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(110a, 110b)의 측면부 영역에는 리드의 상부를 노출시키기 위한 홈이 있는 것이 바람직하고, 상기 전도성 와이어는 상기 홈 영역에 본딩되어진 것이 바람직하다.

상기 두 부분의 몰딩부(160, 180)는 도시된 바와 같이, 형광체를 포함한 에폭시, 투명한 에폭시, 실리콘 젤 등과 같은 몰딩용 수지를 이용하여 각각 서로 다른 수지로 이루어지도록 형성하거나, 하나의 몰딩용 수지로 일체가 되도록 형성하 더라도 상관없다.

마지막으로, 상기 서브마운트(130)의 구조에 대해서는 도 7 및 도 8에서 보다 구체적으로 설명한다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 따른 발광소자 패키지(100)는, 앞서 언급한 바와 같이 히트 싱크(120) 상부에 발광소자(131)가 실장된 서브마운트(130)를 구비하고 있으며, 도시된 바와 같이, 전도성 와이어(150)를 통해 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식으로 발광소자(131)와 리드(100a, 100b)가 전기적으로 연결되어진 것을 가장 큰 특징으로 한다.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 바람직한 제 1 실시 예로서, 도 2에 도시된 발광소자 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

우선, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드(100a, 100b)의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(Body)(110a, 110b)를 준비한다.(도 3a)

상기 패키지 바디(110a, 110b)의 관통홀에 히트 싱크(Heat Sink)(120)를 삽입한다.(도 3b)

이어서, 상부면과 하부면이 있고, 상부면의 중심 영역에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 전극들이 각각 바닥면에서 상기 경사진 측면을 따라 상부면까지 형성되어 있으며, 상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 전극들 상부에 발광소자(131)를 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)시켜 놓은 서브마운트(Submount)(130)를 준비하고, 상기 히트 싱크(120) 상부에 상기 서브마운 트(130)의 하부면을 본딩시킨다.(도 3c)

참고로, 상기 서브마운트의 실장용 홈은 벌크 마이크로 머시닝(Bulk Micro Machining) 공정을 통한 이방성(異方性) 식각을 통해 형성된 것이 바람직하다.

이때, 상기 서브마운트(130) 상부면 영역에 형성된 전극들과 상기 리드들(100a, 100b)을 각각 전도성 와이어(Conductive Wire)(150)를 이용하여 전기적으로 연결시키는 와이어본딩(Wire Bonding) 공정도 병행한다.(도 3c)

연이어, 상기 발광소자(131)와 서브마운트(130) 및 전도성 와이어(150)를 감싸는 몰딩(Molding)부(160, 180)를 형성한다.(도 3d 내지 도 3f)

이때, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제 2 몰딩부(180)를 형성하기 전에, 상기 패키지 바디(110a, 110b) 상부에 반구형(半球形) 렌즈(Lens)(170)를 본딩시키는 공정을 더 수행하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 한 쌍의 리드(100a, 100b) 각각을 인쇄회로기판 등에 본딩시키기에 적당하도록 절곡시킨다.(도 3g)

도 4는 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 바람직한 제 2 실시 예를 설명하기 위한 단면도로서, 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드(200a, 200b)의 일단부를 상기 관통홀 내부에서 이격되어 돌출되도록 감싸고 있는 패키지 바디(Body)(210a, 210b); 상기 관통홀 내부에 돌출된 한 쌍의 리드(200a, 200b)의 일단부와 접촉하지 않도록 상부에 홈을 가지며, 상기 패키지 바디(210a, 210b)의 관통홀에 삽입되는 히트 싱크(Heat Sink)(220); 상부면과 하부면이 있고, 상부면에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 실장용 홈의 바닥면과 상기 하부면에서 상호 이격되어 있고, 상기 실장용 홈의 바닥면에서 상기 하부면까지 각각 형성된 한 쌍의 전극을 구비하고 있으며, 상기 하부면 영역의 상기 한 쌍의 전극이 상기 패키지 바디(210a, 210b)의 관통홀 내부에 돌출된 리드들(200a, 200b)에 본딩되어 있는 서브마운트(Submount)(230); 상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 상기 한 쌍의 전극 상부에 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)된 발광소자(231) 및; 상기 발광소자(231)와 서브마운트(230)를 감싸고 있는 몰딩(Molding)부(260, 280);가 포함되는 기본 구조를 가지고 있으며, 도시된 바와 같이 상기 몰딩부(280) 외부를 감싸는 반구형(半球形) 렌즈(Lens)(270)를 더 포함하고 있다.

여기서, 상기 한 쌍의 리드(200a, 200b)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 등과 같은 외부 기판과 본딩하기가 적당하도록, 도시된 바와 같이 절곡되어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 패키지 바디(210a, 210b)는 도면상에서 좌우가 각각 독립적으로 분리된 별개의 것과 같이 보이지만, 단면도를 나타낸 것이라 그럴 뿐, 입체적으로 보면, 상기 히트 싱크(220) 주변을 둘러싸고 있는 한 덩어리로 이루어진 구조물이라고 할 수 있다.

이때, 상기 패키지 바디(210a, 210b)는 플라스틱, 세라믹, 플라스틱과 세라믹이 결합된 재질 중 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.

그리고, 상기 패키지 바디(210a, 210b)의 중심 영역에 관통홀은, 수평 단면 형상이 원형이며, 도시된 바와 같이, 하부보다 상부의 직경이 작은 구조인 것이 바 람직하다.

한편, 도시된 바와 같이, 상기 히트 싱크(220)는 상기 서브마운트(230) 하부 영역에 형성된 한 쌍의 전극 및 상기 패키지 바디(210a, 210b)의 한 쌍의 리드(200a, 200b)와 통전(通電)되지 않도록 하는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

상기 두 부분의 몰딩부(260, 280)는 형광체를 포함한 에폭시, 투명한 에폭시, 실리콘 젤 등과 같은 몰딩용 수지를 이용하여 각각 서로 다른 수지로 이루어지도록 형성하거나, 동일한 하나의 수지로 이루어지도록 하더라도 상관없다.

마지막으로, 상기 서브마운트(230)의 구조에 대해서는 도 9에서 구체적으로 설명한다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 따른 발광소자 패키지(200)는, 앞서 언급한 바와 같이 히트 싱크(220) 상부에 발광소자(231)가 실장된 서브마운트(230)를 구비하고 있으며, 도시된 바와 같이 서브마운트(230) 하부 영역과 패키지 바디(210a, 210b)의 중심영역에 관통홀 영역에 상호 이격되어 돌출된 리드(200a, 200b)의 영역(L1, L2)을 결합시키는 플립칩본딩(Flip Chip Bonding) 방식으로 발광소자(231)와 리드(200a, 200b)가 전기적으로 연결되어진 것을 가장 큰 특징으로 한다.

도 5는 도 4에서 A 영역의 모습을 보다 구체적으로 설명하기 위한 부분 확대도를 나타낸다.

설명하기에 앞서, 상기한 바와 같이, 도 4에 도시된 발광소자 패키지(200)에 실장시키는 서브마운트(230)의 구조는 도 9에 도시한 바와 같은 구조를 가지는 것이 바람직하다.

우선, 도 4에서는 히트 싱크(220)의 최상부면의 높이가 리드(200a, 200b)와 같은 높이를 가지며 본딩된 것과 같이 개략적으로 도시하였으나, 실제로는, 히트 싱크(220)의 최상부면이 서브마운트(230) 하부의 절연막(234) 영역에 접하도록 리드의 높이보다 L3의 길이만큼 높게 형성되는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 히트 싱크(220)를 장착하는 목적이 발광소자에서 발생하는 열을 효율적으로 흡수하고, 패키지 외부로 배출시키기 위한 용도로 장착하는 것이기 때문이다.

이때, 상기 L3의 길이는, 서브마운트(230)에 형성된 전극(235a, 235b)의 두께와 함께, 도면상에는 도시하지 않았으나, 상기 전극(235a, 235b)과 리드(200a, 200b)의 사이에 전기적으로 본딩시키기 위해 개재되는 솔더(Solder) 등과 같은 전도성 접착제의 두께를 고려한 두께이다.

또한, 상기 히트 싱크(220)는 열 전도성이 좋으며, 더불어 전기적인 전도성또한 좋기 때문에, 도시된 바와 같이, 상기 리드(200a, 200b) 또는 전극(235a, 235b)과 직접적으로 접촉하지 않도록 사방의 적절한 간격을 고려하여 형성함으로써, 전기적인 단락(Short)을 방지하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 발광소자 패키지에 실장시키는 서브마운트 구조를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 발광소자 패키지에 사용하는 서브마운트(Submount)의 전체적인 외관은, 상부의 중심영역에 발광소자(231)를 실장 시켜놓은 실장용 홈을 가지며, 실장용 홈의 바닥면에서 상호 이격되어 있고, 서브마운트의 실장용 홈의 경사진 측면 영역이 포함된 상호 반대되는 영역을 따라 전극(235a, 235b)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 서브마운트는 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상부의 실장용 홈은, 상기 서브마운트의 측면 형상과 더불어 벌크 마이크로 머시닝(Bulk Micro Machining) 공정을 통한 이방성(異方性) 식각으로 형성되어진 것이다.

참고로, 후술하게 될 서브마운트의 단면도들은, 이러한 서브마운트의 사시도 상에서 한 쌍의 전극(235a, 235b)의 중심 영역을 가로지르는 절단면의 형상을 도시하는 것이다.

도 7은 도 2에 적용가능한 바람직한 서브마운트의 첫 번째 예로써, 여기서 제시하고 있는 서브마운트는, 확산층을 이용한 보호용 회로가 구현되어 있지 않고, 발광소자(131)만 실장되어진 구조인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 서브마운트의 몸체는 실리콘 구조물(132)로 이루어지는데, 상기 실리콘 구조물(132)은, 실리콘 또는 실리콘 기판을 벌크 마이크로 머시닝(Bulk Micro Machining) 공정을 이용한 이방성 식각을 통해 형성시킨 것으로서, 도시된 바와 같이, 상부 중심영역에 실장용 홈과 양 측면 중심영역이 돌출되도록 경사진 측면을 갖는다.

또한, 절연막(134)이 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 구조물(132)의 모든 외부면에 그 형상을 따라 형성되어진다.

그리고, 상기 한 쌍의 전극(135a, 135b)은 실장용 홈의 바닥면 영역에서 상호 이격된 일부 영역부터 실리콘 구조물(132)의 양 측면에 돌출된 중심 영역까지 절연막(134) 표면을 따라 형성되어진다.

한편, 상기 발광소자(131)는, 상기 실장용 홈의 바닥면 영역에서 상호 이격된 일부 영역에 형성되어진 상기 전극(135a, 135b) 상부에 솔더(Solder)와 같은 전도성 접착제를 통해 전기적으로 연결되도록 본딩되어진다.

도 8은 도 2에 적용가능한 바람직한 서브마운트의 두 번째 예로써, 여기서 제시하고 있는 서브마운트는, 발광소자(131)가 실장되어 있으며, 보호용 회로가 구현되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 서브마운트는 n 또는 p 타입의 실리콘으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 전극들과 서브마운트의 사이에는 상기 한 쌍의 전극이 각각 서브마운트에 직접 접촉할 수 있도록 하는 개구를 갖는 절연막이 개재되어 있으며, 상기 개구 영역 중 적어도 한 영역의 서브마운트 표면에, 상기 실리콘과 반대 타입의 불순물 확산층(133a, 133b)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이때, 상기 서브마운트는 실리콘 구조물(132)을 가리키는 것이다.

즉, 도 7에서 설명한 서브마운트와 다른 점은 실리콘 구조물(132) 상부 영역에 실리콘 구조물(132)과 전기적으로 다른 극성을 갖는 확산층(133a, 133b)이 형성 되어 있으며, 상기 확산층과 상기 한 쌍의 전극(135a, 135b)이 각각 전기적으로 연결되도록 확산층 영역의 절연막(134)에 개구가 형성되어져 있는 점이다.

그리고, 상기 한 쌍의 전극(135a, 135b)은 실장용 홈의 바닥면 영역에서 상호 이격된 일부 영역부터 실리콘 구조물(132)의 양 측면에 돌출된 중심 영역까지 절연막(134) 표면을 따라 형성되어 있다.

한편, 상기 발광소자(131)는, 상기 실장용 홈의 바닥면 영역에서 상호 이격된 일부 영역에 형성되어진 상기 전극(135a, 135b) 상부에 솔더(Solder)와 같은 전도성 접착제를 통해 전기적으로 연결되도록 본딩되어져 있다.

또한, 상기와 같이 실리콘 구조물(132)의 일부에 확산층(133a, 133b)을 형성시켜 놓음으로써, 발광소자(131)와는 전기적으로 병렬로 연결된 구조가 되는데, 이를 통해서, pnp 또는 npn 접합구조의 제너 다이오드(Zener Diode) 소자와 같은 기능이 구현되어, 패키지 내부에 별도의 제너 다이오드 소자를 실장시키지 않더라도 정전기 및 역전압으로부터 발광소자를 보호할 수 있다는 장점이 있으며, 패키지의 크기를 보다 소형화시킬 수 있다.

여기서는, 확산층을 두 개 구비하도록 한 pnp 또는 npn 접합구조의 보호용 회로를 구현한 경우만 설명하였으나, 확산층을 하나만 구비하도록 한 pn 또는 np 접합구조의 보호용 회로를 통해서도 발광소자를 보호하는 기능을 서브마운트 내부에서 구현할 수 있다.

도 9는 도 4에 적용가능한 바람직한 서브마운트의 예로써, 여기서 제시하고 있는 서브마운트는, 발광소자(231)가 실장되어 있고, 보호용 회로가 구현되어 있으며, 전극(235a, 235b)이 실리콘 구조물(232) 하부 면에까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 서브마운트는 n 또는 p 타입의 실리콘으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 전극들과 서브마운트의 사이에는 상기 한 쌍의 전극이 각각 서브마운트에 직접 접촉할 수 있도록 하는 개구를 갖는 절연막이 개재되어 있으며, 상기 개구 영역 중 적어도 한 영역의 서브마운트 표면에, 상기 실리콘과 반대 타입의 불순물 확산층(233a, 233b)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이때, 상기 서브마운트는 실리콘 구조물(232)를 가리키는 것이다.

즉, 도 8에서 설명한 서브마운트와 다른 점은 실리콘 구조물(232) 하부 영역에 실리콘 구조물(232)과 전기적으로 다른 극성을 갖는 확산층(233a, 233b)이 형성되어 있으며, 상기 확산층과 상기 한 쌍의 전극(235a, 235b)이 각각 전기적으로 연결되도록 확산층 영역의 절연막(234)에 개구가 형성되어져 있고, 상기 한 쌍의 전극(235a, 235b)이 실리콘 구조물(232) 하부에서 확산층 영역을 포함하는 일부 영역을 덮으며, 상호 이격되어 형성되어 있다는 점이다.

상기 한 쌍의 전극(235a, 235b)은 실장용 홈의 바닥면 영역에서 상호 이격된 일부 영역부터 실리콘 구조물(232)의 양 측면을 따라서 실리콘 구조물(232) 하부에서 상호 이격되며, 상기 확산층 영역을 포함하는 일부 영역까지 형성되어 있다.

한편, 상기 발광소자(231)는, 상기 실장용 홈의 바닥면 영역에서 상호 이격된 일부 영역에 형성되어진 상기 전극(235a, 235b) 상부에 솔더(Solder)와 같은 전 도성 접착제를 통해 전기적으로 연결되도록 본딩되어져 있다.

참고로, 상기와 같이 실리콘 구조물(232)의 일부에 확산층(233a, 233b)을 형성시켜 놓음으로써, 발광소자(231)와는 전기적으로 병렬로 연결된 구조가 되는데, 이를 통해서, pnp 또는 npn 접합구조의 제너 다이오드(Zener Diode) 소자와 같은 기능이 구현되므로, 패키지 내부에 별도의 제너 다이오드 소자를 실장시키지 않더라도 정전기 및 역전압으로부터 발광소자를 보호할 수 있다는 장점이 있으며, 따라서, 패키지의 크기를 보다 소형화시킬 수 있다.

여기서도 마찬가지로, 확산층을 두 개 구비하도록 한 pnp 또는 npn 접합구조의 보호용 회로를 구현한 경우만 설명하였으나, 확산층을 하나만 구비하도록 한 pn 또는 np 접합구조의 보호용 회로를 통해서도 발광소자를 보호하는 기능을 구현할 수 있다.

도 7, 도 8, 도 9에 도시된 바와 같은 서브 마운트에서 전극(135a, 135b, 235a, 235b)으로 사용하는 메탈(Metal) 재료는 공통적으로 높은 반사율을 갖는데, 본 발명의 발광소자 패키지에 사용되는 서브마운트의 상부 실장용 홈 경사진 내측면 영역(B)에 이와 같은 반사율이 높은 전극이 형성되어 있기 때문에, 발광소자(231)의 측면에서 방출된 광을 패키지 외부로 효율적으로 반사시킬 수 있고, 결과적으로, 발광소자 패키지의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 이러한 서브마운트를 이용하게 되면 발광소자의 전기적, 광학적 특성의 불량 여부를 사전에 파악할 수 있기 때문에, 발광소자 패키지에 양품의 서브마 운트만을 실장시킬 수 있게 되고, 따라서, 최종적으로 완성되는 발광소자 패키지의 불량율을 감소시키고, 패키지의 생산 수율은 향상시킬 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 발명의 구성을 상세히 설명하였지만, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 발광소자 패키지 및 발광소자 패키지 제조방법에 따르면, 전기적, 광학적 특성이 검증된 발광소자만을 실장시킨 서브마운트(Submount)를 히트 싱크(Heat Sink)에 실장하기 때문에, 발광 소자의 불량 여부를 사전에 판단하여, 최종적으로 완성되는 발광소자 패키지의 불량율을 감소시키고, 패키지의 생산 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 따르면, 정전기 및 역전압으로부터 발광소자를 보호하기 위한 별도의 제너 다이오드(Zener Diode) 소자를 실장시킬 필요가 없이, 그와 같은 기능이 반도체 불순물 이온 주입 및 확산 공정과 같은 반도체 공정을 통해 형성된 확산층을 구비하는 서브마운트를 통해 자체적으로 구현 가능하기 때문에, 제너 다이오드 소자를 실장시키기 위한 공간이 필요없고, 전체적인 패키지의 크기를 보다 소형화시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 따르면, 서브마운트에서 실장용 홈의 경사진 측면에 반사율이 높은 전극이 형성되어 있어서, 종래에 비해 발광소자에서 발생된 광의 패키지 외부로 반사되는 효율 및 패키지의 광 추출 효율을 보다 향상시키는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(Body);

   상기 패키지 바디의 관통홀에 삽입된 히트 싱크(Heat Sink);

   상부면과 하부면이 있고, 상부면의 중심 영역에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 전극들이 각각 바닥면에서 상기 경사진 측면을 따라 상부면까지 형성되어 있으며, 하부면이 상기 히트 싱크 상부에 본딩되어진 서브마운트(Submount);

   상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 상기 한 쌍의 전극 상부에 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)된 발광소자;

   상기 서브마운트 상부면 영역에 형성된 전극들과 상기 리드들을 각각 전기적으로 연결시키는 전도성 와이어(Conductive Wire) 및;

   상기 발광소자와 서브마운트 및 전도성 와이어를 감싸고 있는 몰딩(Molding)부;를 포함하여 이루어지는 발광소자 패키지.
2. 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 상기 관통홀 내부에서 이격되어 돌출되도록 감싸고 있는 패키지 바디(Body);

   상기 관통홀 내부에 돌출된 한 쌍의 리드의 일단부와 접촉하지 않도록 상부에 홈을 가지며, 상기 패키지 바디의 관통홀에 삽입되는 히트 싱크(Heat Sink);

   상부면과 하부면이 있고, 상부면에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 실장용 홈의 바닥면과 상기 하부면에서 상호 이격되어 있고, 상기 실장용 홈의 바닥면에서 상기 하부면까지 각각 형성된 한 쌍의 전극을 구비하고 있으며, 상기 하부면 영역의 상기 한 쌍의 전극이 상기 패키지 바디의 관통홀 내부에 돌출된 리드들에 본딩되어 있는 서브마운트(Submount);

   상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 상기 한 쌍의 전극 상부에 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)된 발광소자 및;

   상기 발광소자와 서브마운트를 감싸고 있는 몰딩(Molding)부;를 포함하여 이루어지는 발광소자 패키지.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 몰딩부 및 패키지 바디(Body)의 상부를 감싸는 반구형(半球形) 렌즈(Lens)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 관통홀은,

   수평 단면 형상이 원형이며, 하부보다 상부의 직경이 작은 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 리드의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디의 측면부 영역에,

   리드의 상부를 노출시키기 위한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 히트 싱크는,

   상기 서브마운트 하부 영역에 형성된 한 쌍의 전극 및 상기 패키지 바디의 한 쌍의 리드와 통전(通電)되지 않도록 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 서브마운트는,

   실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 서브마운트는,

   n 또는 p 타입 실리콘으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 전극들과 서브마운트의 사이에는 상기 한 쌍의 전극이 각각 서브마운트에 직접 접촉할 수 있도록 하는 개구를 갖는 절연막이 개재되어 있으며, 상기 개구 영역 중 적어도 한 영역의 서브마운트 표면에, 상기 실리콘과 반대 타입의 불순물 확산층이 형성되어 있는 것을 특 징으로 하는 발광소자 패키지.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 히트 싱크는,

   상기 패키지 바디의 관통홀에 삽입되어 본딩된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
10. 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 감싸고 있는 패키지 바디(Body)를 준비하는 단계;

    상기 패키지 바디의 관통홀에 히트 싱크(Heat Sink)를 삽입하는 단계;

    상부면과 하부면이 있고, 상부면의 중심 영역에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 한 쌍의 전극들이 각각 바닥면에서 상기 경사진 측면을 따라 상부면까지 형성되어 있으며, 상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 전극들 상부에 발광소자를 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)시켜 놓은 서브마운트(Submount)를 준비하고, 상기 히트 싱크 상부에 상기 서브마운트의 하부면을 본딩시키는 단계;

    상기 서브마운트 상부면 영역에 형성된 전극들과 상기 리드들을 각각 전도성 와이어(Conductive Wire)를 이용하여 전기적으로 연결시키는 와이어본딩(Wire Bonding) 단계 및;

    상기 발광소자와 서브마운트 및 전도성 와이어를 감싸는 몰딩(Molding)부를 형성하는 몰딩 단계;를 포함하여 이루어지는 발광소자 패키지 제조방법.
11. 중심영역에 관통홀이 형성되어 있고, 한 쌍의 리드의 일단부를 상기 관통홀 내부에서 이격되어 돌출되도록 감싸고 있는 패키지 바디(Body)를 준비하는 단계;

    상기 관통홀 내부에 돌출된 한 쌍의 리드의 일단부와 접촉하지 않도록 하는 홈을 갖는 히트 싱크(Heat Sink)를 상기 패키지 바디의 관통홀에 삽입하는 단계;

    상부면과 하부면이 있고, 상부면에 경사진 측면과 바닥면을 갖는 실장용 홈이 형성되어 있고, 상기 실장용 홈의 바닥면과 상기 하부면에서 상호 이격되어 있고, 상기 실장용 홈의 바닥면에서 상기 하부면까지 각각 형성된 한 쌍의 전극을 구비하고 있으며, 상기 실장용 홈의 바닥면 영역의 전극들 상부에 발광소자를 플립칩본딩(Flip Chip Bonding)시켜 놓은 서브마운트(Submount)를 준비하고, 상기 서브마운트 하부면 영역의 상기 한 쌍의 전극과 상기 관통홀 내부에 돌출된 리드들에 본딩시키는 단계 및;

    상기 발광소자와 서브마운트를 감싸는 몰딩(Molding)부를 형성하는 몰딩 단계;를 포함하여 이루어지는 발광소자 패키지 제조방법.
12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 실장용 홈은,

    벌크 마이크로 머시닝(Bulk Micro Machining) 공정을 통한 이방성(異方性) 식각을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.
13. 삭제
14. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,

    상기 몰딩 단계 이후,

    상기 한 쌍의 리드를 각각 절곡시키는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 제조방법.

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