KR101172203B1

KR101172203B1 - 발광모듈

Info

Publication number: KR101172203B1
Application number: KR1020100105528A
Authority: KR
Inventors: 조윤민
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR20120061151A

Abstract

본 발명은 발광모듈에 대한 것으로, 이 모듈은 캐비티가 형성되어 있는 금속회로기판; 상기 금속회로기판의 상기 캐비티 내에 부착되는 질화물 절연 기판, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 적어도 하나의 패드부, 그리고 상기 패드부 위에 부착되어 있는 적어도 하나의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지; 및 상기 발광소자 패키지와 상기 캐비티의 내측면 사이의 이격 공간에 형성되어 있는 측면 방열부재를 포함한다. 따라서, 방열성 및 소자 신뢰성이 향상된 발광모듈을 제공할 수 있다.

Description

발광모듈{LIGHT EMITTING MODULE}

본 발명은 발광모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 회로기판이란 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로 패턴을 형성시킨 것으로 전자부품 관련 발열소자를 탑재하기 직전의 기판을 말한다. 상기와 같은 회로기판은 반도체 소자 및 발광다이오드(LED:light emitting diode) 등과 같은 발열소자를 탑재하게 된다.

특히, 발광다이오드를 탑재한 회로기판은 자동차 헤드램프용으로 개발이 진행되면서, 내열성과 열전달 특성이 요구되고 있다.

그러나, 발광다이오드 등과 같은 소자는 심각한 열을 방출하며, 발열소자가 실장된 회로기판에서 열이 처리되지 못하게 되면, 발열소자가 탑재된 회로기판의 온도를 상승시켜 발열소자의 동작 불능 및 오동작을 야기할 뿐만 아니라 제품의 신뢰성을 저하시킨다.

실시예는 새로운 구조의 자동차 헤드램프용 발광모듈을 제공한다.

실시예는 발광소자 패키지를 캐비티가 형성된 회로기판의 캐비티 내에 실장하는 발광모듈을 제공한다.

실시예는 방열성이 향상된 발광모듈을 제공한다.

실시예는 캐비티가 형성되어 있는 금속회로기판; 상기 금속회로기판의 상기 캐비티 내에 부착되는 질화물 절연 기판, 상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 적어도 하나의 패드부, 그리고 상기 패드부 위에 부착되어 있는 적어도 하나의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지; 및 상기 발광소자 패키지와 상기 캐비티의 내측면 사이의 이격 공간에 형성되어 있는 측면 방열부재를 포함한다.

실시예는 금속 회로기판의 캐비티 내에 발광소자 패키지를 직접 실장하여 발광소자 패키지의 방열 효율을 개선하여 소자 신뢰성을 확보할 수 있다.

실시예는 회로기판에 가이드 돌기 및 상기 솔더 레지스트를 광투과율이 낮은 색으로 형성함으로써 빛을 방출 방향으로 집진할 수 있다.

또한, 실시예는 발광소자 패키지의 패드부를 스퍼터링 등을 통해 박막으로 형성하여 미세 회로를 구현할 수 있다.

또한, 실시예는 상기 발광소자 패키지와 상기 캐비티 사이의 이격 공간에 측면 방열부재를 형성함으로써 상기 발광소자 패키지의 하면뿐만 아니라 측면에서도 열이 전도되어 방열성이 향상된다.

도 1은 제1 실시예에 따른 발광모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 발광모듈의 결합상면도이다.
도 3은 도 2의 발광모듈을 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 2의 발광모듈을 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 가이드 돌기의 측단면의 다양한 적용예를 나타낸 것이다.
도 6은 도 3의 발광모듈의 확대도이다.
도 7는 도 3의 발광모듈에 형성되어 있는 발광소자의 상세 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광모듈의 결합상면도이다.
도 9는 도 8의 발광모듈을 Ⅲ-Ⅲ'으로 절단한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광모듈의 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이하에서는 도 1 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광모듈을 설명한다.

도 1은 제1 실시예에 따른 발광모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 제1 실시예에 따른 발광모듈의 결합상면도이고, 도 3은 도 2의 발광모듈을 Ⅰ-Ⅰ'으로 절단한 단면도이고, 도 4는 도 2의 발광모듈을 Ⅱ-Ⅱ'으로 절단한 단면도이며, 도 5a 내지 도 5d는 도 4의 가이드 돌기의 측단면의 다양한 적용예를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 발광모듈(300)은 회로기판(100) 및 상기 회로기판(100)의 캐비티(150)에 발광소자 패키지(200)를 포함한다.

상기 발광모듈(300)은 회로기판(100)의 캐비티(150) 내에 발광소자 패키지(200)가 탑재된 구조로서, 상기 발광소자 패키지(200)는 기판(210) 위에 복수의 발광 소자(250)가 1행 또는 그 이상의 행으로 배열될 수 있으며, 복수의 발광 소자(250)가 서로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 기술적 특징은 실시예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.

상기 회로기판(100)은 금속 플레이트(110), 절연층(140) 및 복수의 회로 패턴과 연결되어 있는 가이드 패턴(130)과 패드(135)를 포함한다.

상기 금속 플레이트(110)는 열전도성이 높은 방열 플레이트로서, 구리, 알루미늄, 은 또는 금 등을 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 구리를 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.

상기 금속 플레이트(110)는 길이 방향으로 긴 막대형의 직육면체 형상을 가지며, 상면으로부터 소정 깊이를 가지는 캐비티(150)가 형성되어 있다.

상기 금속 플레이트(110)은 직육면체 형상 이외에 원기둥형으로 형성될 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다.

상기 캐비티(150)는 발광소자 패키지(200)를 실장하기 위한 실장부로서, 상기 발광소자 패키지(200)보타 넓은 면적을 갖도록 형성될 수 있다.

이때, 상기 금속 플레이트(110)의 두께는 약 1000μm 이상일 수 있으며, 상기 캐비티(150)의 깊이는 약 300μm 이상일 수 있다.

상기 금속 플레이트(110)의 상면에는 상기 캐비티(150)를 노출하며 절연층(140)이 형성되어 있다.

상기 절연층(140)은 복수의 절연층을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 절연층 중 일부는 상기 금속 플레이트(110)와 상부의 가이드 패턴(130) 및 기판 패드(135)의 모체가 되는 동박층 등의 금속층을 접착하는 접착층으로서 기능할 수 있다.

상기 절연층(140)은 에폭시계 또는 폴리 이미드계 수지를 포함하며, 내부에 고형 성분, 예를 들어, 필러 또는 유리 섬유 등이 분산되어 있을 수 있으며, 이와 달리 산화물 또는 질화물 등의 무기물일 수 있다.

상기 절연층(140) 위에 복수의 가이드 패턴(130) 및 기판 패드(135)가 형성되어 있다.

상기 가이드 패턴(130) 및 기판 패드(135)는 동박층을 식각하여 형성되는 구리를 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 회로패턴(도시하지 않음)과 연결되어 있는 기판 패드(135)의 표면은 니켈, 은, 금 또는 팔라듐 등을 포함하는 합금을 이용하여 표면처리될 수 있다.

상기 절연층(140) 위에 상기 가이트 패턴(130)과 기판 패드(135)를 매립하며, 상기 가이드 패턴(130) 및 상기 기판 패드(135)를 노출하는 솔더 레지스트(120)가 형성되어 있다.

상기 솔더 레지스트(120)는 상기 회로기판(100) 전면에 도포되며, 산란되는 빛을 흡수함으로써 빛의 집진성을 향상시키기 위하여 광투과성이 낮고, 반사도가 낮은 어두운 색으로 착색되어 있다. 예를 들어, 상기 솔더 레지스트(120)는 검은색일 수 있다.

한편, 상기 기판 패드(135) 및 상기 가이드 패턴(130)은 도 4와 같이, 솔더 레지스트(120)에 의해 전기적으로 분리되어 있다.

구체적으로, 상기 가이드 패턴(130)은 상기 캐비티(150)를 둘러싸며, 상기 캐비티(150)로부터 소정 거리(d1, d2)만큼 이격되어 형성되어 있다.

상기 기판 패드(135)는 상기 캐비티(150) 내에 실장되는 상기 발광소자 패키지(200)와 와이어(262) 본딩하기 위한 기판 패드(135)로서, 상기 캐비티(150)와 상기 가이드 패턴(130) 사이의 이격된 거리(d1, d2) 내에 노출되어 형성된다. 따라서, 상기 가이드 패턴(130)은 상기 기판 패드(135)가 형성되는 영역에서 분리되어 있다.

이때, 상기 가이드 패턴(130)와 상기 캐비티(150) 사이의 이격된 거리(d1, d2)는 상기 기판 패드(135)가 형성되어 있는 변의 거리(d1)와 상기 기판 패드(135)가 형성되어 있지 않은 변의 거리(d2)가 서로 다를 수 있다.

즉, 상기 기판 패드(135)가 형성되어 있는 제1변의 이격 거리(d1)가 상기 기판 패드(135)가 형성되어 있지 않은 제2변의 이격 거리(d2)보다 더 클 수 있다.

상기 가이드 패턴(130) 위에 상기 캐비티(150)를 둘러싸며 가이드 돌기(160)가 형성되어 있다.

상기 가이드 돌기(160)는 분리되어 있는 두 개의 상기 가이드 패턴(130)를 연결하여 폐루프를 형성한다.

상기 가이드 돌기(160)는 절연성의 무기물로 형성될 수 있으며, 불투과성의 물질로 형성된다. 바람직하게는 벌크(bulk) 산화 알루미늄과 같이 불투과성의 물질일 수 있으며, 약 800 μm의 높이를 가질 수 있다. 상기 가이드 돌기(160)는 상기 발광소자 패키지(200)로부터 발광되는 빛을 집광하기 위한 구조로서, 산란되는 빛을 흡수하는 흡수층으로서 기능할 수 있다.

상기 가이드 돌기(160)는 도 5a와 같이 측단면(160a)이 곡선형을 가질 수 있으며, 도 5b와 같이 측단면(160b)이 사다리꼴일 수 있다. 측단면(160b)이 사다리꼴인 경우, 상면의 면적이 하면의 면적보다 작을 수 있다. 그리고 상기 가이드 돌기(160)는 도 5c 및 도 3과 같이 측단면(160c)이 직사각형일 수도 있다.

한편, 상기 가이드 돌기(160)는 도 5d와 같이 측단면(160d)이 직사각형이며, 표면에 복수의 볼록 패턴(161)을 포함할 수 있다. 상기 볼록 패턴(161)은 패턴 크기 및 배열이 불규칙적일 수 있으며, 상기 볼록 패턴(161)은 상기 가이드 돌기(160)의 전면에 형성될 수 있으나, 이와 달리 상기 캐비티(150)를 향하는 내측면에만 형성될 수도 있다.

상기의 볼록 패턴(161)은 도 5a 내지 도 5b와 같이 측단면(160a, 160b)이 볼록형 또는 사다리꼴을 가지는 가이드 돌기(160)에 형성될 수 있다.

상기 가이드 돌기(160)는 상기 솔더 레지스트(120)와 접착층(165)으로 부착될 수 있으며, 상기 접착층(165)은 상기 가이드 돌기(160)의 측면을 지지하며 상기 솔더 레지스트(120)와 접착한다. 상기 접착층(165)은 실리콘산화물을 포함하는 접착 페이스트를 도포하고 소결하여 형성할 수 있다.

한편, 상기 금속 플레이트(110) 상면의 솔더 레지스트(120) 위에 제너 다이오드(170) 및 온도센서(180)를 포함한다.

상기 제너 다이오드(170)는 상기 발광소자 패키지(200)의 발광 소자(250)와 병렬로 연결되어 상기 발광소자 패키지(200)에 인가될 수 있는 역전압을 방지한다.

상기 온도센서(180)는 온도에 따라 저항 값이 변하는 가변저항인 써미스터(thermistor)일 수 있으며, 바람직하게는 온도가 상승함에 따라 비저항이 작아지는 NTC(negative themperature coefficient)일 수 있다. 상기 온도센서(180)는 상기 제너 다이오드(170)와 별도의 단자로부터 전류를 전달받아 상기 발광 소자(250)로부터 방출되는 열에 따라 저항값을 가변함으로서 변화된 출력 전류를 흘린다.

상기 금속 플레이트(110) 상면의 가장자리 영역에는 상기 제너 다이오드(170) 및 상기 온도센서(180)로 전류를 흘리는 커넥터(190)가 형성되어 있다.

상기 커넥터(190)는 일단이 외부로부터 신호를 전송받는 복수의 전선(195)과 연결되며, 타단이 상기 회로기판(100)의 회로 패턴과 연결되어 상기 제너 다이오드(170), 상기 온도센서(180) 및 상기 발광소자 패키지(200)로 전류를 흘린다.

이때, 상기 온도센서(180)는 상기 발광소자 패키지(200)가 형성되어 있는 캐비티(150)와 근접하여 형성될 수 있으며, 상기 캐비티(150)로부터 상기 온도센서(180)까지의 거리는 약 5mm 이내일 수 있다.

한편, 상기 회로기판(100)의 캐비티(150) 내에 발광소자 패키지(200)가 부착되어 있다.

이하에서는 도 6 및 도 7을 참고하여 발광소자 패키지(200)에 대하여 상세히 설명한다.

도 6은 도 3의 발광모듈의 확대도이고, 도 7는 도 3의 발광모듈에 형성되어 있는 발광소자의 상세 단면도이다.

상기 발광소자 패키지(200)는 절연 기판(210), 상기 절연 기판(210) 위에 형성된 복수의 패드부(220) 및 상기 패드부(220) 위에 부착되어 있는 복수의 발광소자(250)를 포함한다.

상기 절연 기판(210)은 상기 캐비티(150) 내에 실장될 수 있도록 상기 캐비티(150)의 바닥면과 같거나 작은 단면적을 가지는 직육면체 형상을 가진다.

상기 절연 기판(210)는 열전도율이 높은 질화물 기판으로서, 바람직하게는 질화알루미늄 기판일 수 있다. 상기 절연 기판(210)은 열전도율이 170 Kcal/mh℃ 이상을 가질 수 있다. 상기 질화물 절연 기판(210)은 300 μm이상의 두께, 바람직하게는 350 μm 이상의 두께를 가질 수 있으며, 캐비티(150)의 깊이보다 큰 두께를 가짐으로써 캐비티(150) 외부로 돌출되어 있을 수 있다.

상기 절연 기판(210)은 도 6과 같이 상기 캐비티(150) 바닥면에 도포되어 있는 열전도성이 높은 접착 페이스트(271)에 의해 상기 캐비티(150)와 부착되어 있다. 상기 접착 페이스트(271)은 AuSn을 포함하는 전도성 페이스트일 수 있다.

상기 접착 페이스트(271)는 열과 압력에 의해 상기 절연 기판(210)의 바닥면 하부에 얇게 분산되며, 상기 절연 기판(210)의 측면의 일부를 감싸도록 필렛(270)이 형성되며 상기 절연 기판(210)을 지지한다.

이와 같이, 열전도성이 높은 절연 기판(210)을 상기 회로기판(100)의 금속 플레이트(110)에 직접 부착함으로써 방열성을 확보할 수 있다.

한편, 상기 절연기판(210)의 상면으로 복수의 패드부(220)가 형성되어 있다.

상기 복수의 패드부(220)는 상기 발광소자(250)의 배열에 따라 행을 형성하며 배치되어 있을 수 있다.

상기 패드부(220)는 상기 발광소자(250)의 수효와 동일한 수효를 가지며, 도 1 내지 도 4와 같이 상기 발광소자 패키지(200)에 한 행을 이루는 5개의 발광소자(250)가 형성되는 경우, 상기 패드부(220)는 행을 이루는 5개로 구성된다.

상기 패드부(220)는 상기 발광소자(250)가 부착되는 전극 영역 및 이웃한 발광소자(250) 또는 회로기판(100)의 기판 패드(135)와 와이어 본딩하기 위한 연결 영역(221)을 포함한다.

상기 전극 영역은 상기 발광 소자(250)의 면적의 형상을 따라 사각형의 형상을 가질 수 있으며, 연결 영역(221)은 상기 전극 영역으로부터 연장되어 이웃한 패드부(220)를 향하여 돌출되어 있을 수 있다.

도 1 및 도 2에서는 상기 연결 영역(221)을 사각형의 형태를 갖도록 도시하였으나 이와 달리 다양한 형상으로 패턴을 형성할 수 있다.

상기 패드부(220)의 전극 영역 위에 각각의 발광 소자(250)가 부착되어 있다.

상기 발광 소자(250)는 수직형 발광 다이오드로서, 일단이 상기 패드부(220)와 부착되어 있으며, 타단이 이웃한 패드부(220)의 연결 영역(221)과 와이어(260)를 통해 본딩되어 직렬 연결을 가질 수 있다.

이와 같이, 복수의 발광 소자(250)가 직렬로 연결되어 있는 경우, 첫번째 열의 패드부(220)의 연결 영역(221)은 와이어(262)를 통해 근접한 회로기판(100)의 기판 패드(135)와 연결되어 있다.

이때, 상기 발광소자 패키지(200)의 상면에는 마지막 발광소자(250)가 부착되어 있는 패드부(220)와 이웃하여 연결 영역(221)만을 포함하는 패드섬(pad island)(225)을 포함한다.

상기 패드섬(225)은 상기 이웃한 패드부(220)의 발광 소자(250)와 와이어(260)를 통해 연결되고, 상기 이웃한 회로기판(100)의 기판 패드(135)와 와이어(262)를 통해 연결된다.

상기 패드부(220) 및 패드섬(225)은 상기 연결 영역(221)이 상기 회로기판(100)의 기판 패드(135)와 근접하도록 상기 제너 다이오드(170) 및 온도 센서(180)를 향하여 배치된다.

이때, 상기 패드부(220) 및 패드섬(225)은 도 6과 같이 복수의 금속층(222,223,224)으로 형성되어 있다.

상기 패드부(220) 및 패드섬(225)은 제1 금속층(222), 제2 금속층(223) 및 제3 금속층(224)의 적층 구조를 가지며, 각 금속층(222,223,224)은 티타늄, 니켈, 금 또는 백금을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.

바람직하게는 제1 금속층(222)은 티타늄을 포함하는 합금으로 형성되고, 제2 금속층(223)은 니켈을 포함하는 합금으로 형성되며, 제3 금속층(224)은 금을 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 제1 금속층 내지 제3 금속층(222,223,224)의 총 두께의 합이 0.45 μm 내지 0.75μm를 충족할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 금속층(222,223,224)은 스퍼터링, 이온빔증착, 전자빔증착 등의 박막 증착법에 의하여 형성할 수 있다. 상기 제1 금속층 내지 제3 금속층(222,223,224)을 수 μm를 충족하도록 박막으로 형성함으로써 발광소자 패키지(200) 내에서 미세 패턴을 구현할 수 있다.

상기 패드부(220)의 전극 영역 위에 발광 소자(250)가 부착되어 있다. 상기 발광 소자(250)는 하부에 도전성접착층(252)을 포함하며, 상기 도전성접착층(252)은 AuSn을 포함하는 전도성 페이스트일 수 있다. 상기 도전성접착층(252)은 30 μm 이하의 두께를 가지며, 바람직하게는 25 μm이하의 두께를 가질 수 있다.

발광 소자(250)는 III족과 V족 원소의 화합물 반도체 예컨대 AlInGaN, InGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs 등의 계열의 반도체를 이용하여 제조된 반도체 발광소자를 선택적으로 포함할 수 있다.

또한, 각 발광 소자(250)는 청색 LED 칩, 황색 LED 칩, 녹색 LED 칩, 적색 LED 칩, UV LED 칩, 호박색 LED 칩, 청-녹색 LED 칩 등으로 이루어질 수 있으나, 자동차의 헤드램프용인 경우 청색 LED칩일 수 있다.

이러한 발광 소자(250)는 도 7과 같이 전도성 지지기판(252), 본딩층(253), 제2 도전형 반도체층(255), 활성층(257), 및 제1 도전형 반도체층(259)을 포함한다.

전도성 지지기판(252)은 금속 또는 전기 전도성 반도체 기판으로 형성될 수 있다.

기판(252) 위에는 III족-V족 질화물 반도체층이 형성되는 데, 반도체의 성장 장비는 전자빔 증착기, PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), PLD(plasma laser deposition), 이중형의 열증착기(dual-type thermal evaporator) 스퍼터링(sputtering), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등에 의해 형성할 수 있으며, 이러한 장비로 한정하지는 않는다.

전도성 지지기판(252) 위에는 본딩층(253)이 형성될 수 있다. 본딩층(253)은 전도성 지지기판(252)과 질화물 반도체층을 접착되도록 한다. 또한, 전도성 지지기판(252)은 본딩 방식이 아닌 도금 방식으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 본딩층(253)은 형성되지 않을 수도 있다.

본딩층(253) 위에는 제2 도전형 반도체층(255)이 형성되며, 제2 도전형 반도체층(255)은 패드부(220)의 전극 영역과 접촉하여 전기적으로 연결된다.

제2 도전형 반도체층(255)은 III족-V족 화합물 반도체 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(323)에는 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba를 포함한다.

제2 도전형 반도체층(255)은 예컨대, NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Mg와 같은 p형 도펀트를 포함한 가스를 공급하여 소정 두께의 p형 GaN층으로 형성될 수 있다.

제2 도전형 반도체층(255)은 소정 영역에 전류 확산(current spreading) 구조를 포함한다. 전류 확산 구조는 수직 방향으로의 전류 확산 속도보다 수평 방향으로의 전류 확산 속도가 높은 반도체층들을 포함한다.

전류 확산 구조는 예컨대, 도펀트의 농도 또는 전도성의 차이를 가지는 반도체층들을 포함할 수 있다.

제2 도전형 반도체층(255)은 그 위의 다른 층 예컨대, 활성층(257)에 균일한 분포로 확산된 캐리어를 공급될 수 있다.

제2 도전형 반도체층(255) 위에는 활성층(257)이 형성된다. 활성층(257)은 단일 양자 우물 또는 다중 양자 우물(MQW) 구조로 형성될 수 있다. 활성층(257)의 한 주기는 InGaN/GaN의 주기, AlGaN/InGaN의 주기, InGaN/InGaN의 주기, 또는 AlGaN/GaN의 주기를 선택적으로 포함할 수 있다.

제2 도전형 반도체층(255)과 활성층(257) 사이에는 제2 도전형 클래드층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 제2 도전형 클래드층은 p형 GaN계 반도체로 형성될 수 있다. 제2 도전형 클래드층은 우물층의 에너지 밴드 갭보다 높은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

활성층(257) 위에는 제1 도전형 반도체층(259)이 형성된다. 제1 도전형 반도체층(259)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. n형 반도체층은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 등과 같은 화합물 반도체 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등에서 적어도 하나를 첨가될 수 있다.

제1 도전형 반도체층(255)은 예컨대, NH3, TMGa(또는 TEGa), 및 Si와 같은 n형 도펀트를 포함한 가스를 공급하여 소정 두께의 n형 GaN층을 형성할 수 있다.

또한, 제2 도전형 반도체층(259)은 p형 반도체층, 제1 도전형 반도체층(259)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 발광 구조물은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다. 이하, 실시 예의 설명을 위해 반도체층의 최상층은 제1도전형 반도체층을 그 예로 설명하기로 한다.

제1 도전형 반도체층(259) 위에는 제1 전극 또는/및 전극층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 전극층은 산화물 또는 질화물 계열의 투광층 예컨대, ITO(indium tin oxide), ITON(indium tin oxide nitride), IZO(indium zinc oxide), IZON(indium zinc oxide nitride), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IrOx, RuOx, NiO의 물질 중에서 선택되어 형성될 수 있다. 전극층은 전류를 확산시켜 줄 수 있는 전류 확산층으로 기능할 수 있다.

도 1 내지 도 7의 발광소자 패키지(200)는 복수의 수직형 발광 소자(250)가 직렬로 연결되어 있는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 수직형 발광 소자(250)가 병렬로 연결될 수도 있으며, 수평형 발광 소자(250)가 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조도 가능하다.

이와 같이, 도 1 내지 도 7의 발광모듈(300)은 발광소자 패키지(200)의 절연 기판(210)을 질화물로 사용하고, 상기 절연 기판(210)과 회로기판(100)의 금속 플레이트(110)를 열전도성이 높은 접착 페이스트(271)를 통하여 직접 접착함으로써 방열성을 확보하여, 상기 발광소자 패키지(200) 상의 패드부(220)를 두꺼운 구리 금속을 패터닝하여 형성할 필요 없이, 스퍼터링 등을 통하여 금속 박막으로 형성함으로써 미세 패턴을 형성할 수 있다.

이하에서는 도 8 및 도 9를 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광모듈을 설명한다.

도 8은 제2 실시예에 따른 발광모듈을 나타낸 상면도이고, 도 9는 도 8의 발광모듈을 Ⅲ-Ⅲ'으로 절단한 단면도이다.

제2 실시예를 설명함에 있어서, 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 제1 실시예를 참조하며, 중복 설명은 생략하기로 한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 발광모듈(300A)의 회로 기판(100)은 제1 실시예의 회로 기판(100)과 동일하며, 발광소자 패키지(200)은 제1 실시예의 발광소자 패키지(200)와 동일하다.

즉, 상기 회로기판(100)은 금속 플레이트(110), 절연층(140), 가이드 패턴(130), 기판 패드(135)기판 패드(135)절연층(140)을 덮는 솔더 레지스트(120)를 포함한다.

상기 금속 플레이트(110) 상면으로부터 소정 깊이를 가지는 캐비티(150)가 형성되어 있다.

상기 캐비티(150)는 발광소자 패키지(200)를 실장하기 위한 실장부로서, 상기 발광소자 패키지(200)보타 넓은 면적을 갖도록 형성되어 상기 캐비티(150)의 내측면과 상기 발광소자 패키지(200) 사이에 이격 공간이 형성된다.

상기 솔더 레지스트(120)는 상기 회로기판(100) 전면에 도포되며, 산란되는 빛을 흡수함으로써 빛의 집진성을 향상시키기 위하여 광투과성이 낮고, 반사도가 낮은 어두운 색으로 착색되어 있다.

상기 가이드 패턴(130) 위에 상기 캐비티(150)를 둘러싸며 가이드 돌기(160)가 형성되어 있다. 상기 가이드 돌기(160)는 분리되어 있는 두 개의 상기 가이드 패턴(130)를 연결하여 폐루프를 형성하며 형성되어 있다.

상기 가이드 돌기(160)는 절연성의 무기물로 형성될 수 있으며, 불투과성의 물질로 형성된다.

상기 절연 기판(210)은 상기 캐비티(150) 내에 실장될 수 있도록 상기 캐비티(150)의 바닥면보다 작은 단면적을 가지는 직육면체 형상을 가진다.

상기 절연 기판(210)는 열전도율이 높은 질화물 기판으로서, 바람직하게는 질화알루미늄 기판일 수 있다. 상기 절연 기판은 열전도율이 170 Kcal/mh℃ 이상을 가질 수 있다. 상기 질화물 절연 기판(210)은 300μm이상의 두께, 바람직하게는 350μm 이상의 두께를 가질 수 있으며, 캐비티(150)의 깊이보다 큰 두께를 가짐으로써 캐비티(150) 외부로 돌출되어 있을 수 있다.

상기 절연 기판(210)과 상기 캐비티(150) 측면 사이의 이격 공간에 도 8 및 도 9와 같이 측면 방열부재(155)가 형성되어 있다.

상기 측면 방열부재(155)는 상기 캐비티(150)의 측면과 상기 절연 기판(210)의 측면 사이를 연결하며 형성된다. 상기 측면 방열부재(155)는 열전도율이 높은 물질로 형성되며, 바람직하게는 상기 절연 기판(210)보다 열전도율이 높은 금속일 수 있다.

예를 들어, 상기 측면 방열부재(155)는 구리, 은, 금 또는 알루미늄을 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 합금 파우더를 포함하는 페이스트를 도포하여 형성하거나, 합금 코인을 상기 이격 공간에 매립함으로써 형성할 수 있다.

이와 같이, 상기 절연 기판(210)과 상기 금속 플레이트(110)가 부착된 상태에서, 상기 절연 기판(210)을 부착하고 있는 접착 페이스트 (271)위에 측면 방열부재(155)가 형성되어 상기 접착 페이스트(271)의 필렛(270)을 가압함으로써 상기 절연 기판(210)을 상기 금속 플레이트(110)와 견고하게 부착시킬 수 있다.

열전도성이 우수한 금속으로 상기 측면 방열부재(155)를 형성함으로써, 상기 발광소자 패키지(200)로부터 발생하는 열을 상기 절연 기판(210)의 하부뿐만 아니라 상기 절연 기판(210)의 측면을 통하여 방열할 수 있으므로 방열성이 향상된다.

이하에서는 도 10을 참고하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광모듈을 설명한다.

도 10의 제3 실시예에 따른 발광모듈(300B)은 도 9의 발광모듈(300A)과 동일한 구성을 가지므로 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 10의 발광모듈(300B)은 상기 회로 기판(100)의 캐비티(150) 측면과 상기 절연 기판(210)의 측면 사이의 이격 공간에 측면 방열부재(273)를 포함한다.

상기 측면 방열부재(273)는 상기 절연 기판(210)과 상기 회로 기판(100)을 접착하는 접착 페이스트(272)로부터 연장되어 형성된다.

즉, 상기 접착 페이스트(272)는 은, 금, 알루미늄 또는 구리 등과 같은 금속 등을 포함하는 합금 입자 또는 실리콘과 같이 열전도율이 높은 무기물 입자를 포함한다. 상기 발광모듈(300B)은 상기 접착 페이스트(272)를 상기 캐비티(150) 바닥면에 과도하게 도포하고, 상기 발광소자 패키지(200)를 가압하여 부착하면서, 상기 가압에 의해 캐비티(150) 바닥면의 접착 페이스트(272)가 상기 캐비티(150) 측면과 상기 절연 기판(210) 측면 사이의 이격 공간을 채운다.

따라서, 상기 접착 페이스트(272)로부터 연장되는 측면 방열부재(273)가 이격 공간에 형성되며, 별도의 금속 부재의 매립 또는 도포 공정 없이 상기 회로 기판(100)과 상기 발광소자 패키지(200)의 접착 공정을 통하여 상기 측면 방열부재(273)를 형성할 수 있다.

따라서, 상기 발광소자 패키지(200)로부터 발생하는 열을 상기 절연 기판(210)의 하면 뿐만 아니라 측면을 통하여 회로 기판(100)의 금속 플레이트(110)에 전달함으로써 방열성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

발광모듈 300, 300A, 300B
회로기판 100
발광소자 패키지 200
발광 소자 250

Claims

캐비티가 형성되어 있는 금속회로기판;
상기 금속회로기판의 상기 캐비티 내에 부착되는 질화물 절연 기판, 상기 질화물 절연 기판 위에 형성되어 있는 적어도 하나의 패드부, 그리고 상기 패드부 위에 부착되어 있는 적어도 하나의 발광소자를 포함하는 발광소자 패키지; 및
상기 발광소자 패키지와 상기 캐비티의 내측면 사이의 이격 공간에 형성되어 있는 측면 방열부재;를 포함하는 발광모듈.
제1항에 있어서,
상기 질화물 절연 기판의 열전도율은 170 Kcal/mh℃ 이상인 발광모듈.
제1항에 있어서,
상기 발광모듈은 상기 금속회로기판 위에 상기 캐비티를 둘러싸는 가이드 돌기를 더 포함하는 발광모듈.
제3항에 있어서,
상기 금속회로기판은,
금속 플레이트,
상기 금속 플레이트 위의 절연층,
상기 절연층 위에 상기 발광소자 패키지의 패드부와 전기적으로 연결되는 기판패드, 그리고
상기 절연층 위에 상기 기판패드를 노출하는 솔더 레지스트를 포함하는 발광모듈.
제4항에 있어서,
상기 기판패드는 상기 캐비티와 상기 가이드 돌기 사이의 상기 금속회로기판 위에 노출되어 있는 발광모듈.
제3항에 있어서,
상기 가이드 돌기는 불투과성의 무기물로 형성되어 있는 발광모듈.
제1항에 있어서,
상기 측면 방열부재는 은, 금, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 합금으로 형성되어 있는 발광모듈.
제7항에 있어서,
상기 측면 방열부재는 상기 절연 기판보다 열전도율이 높은 합금을 포함하는
발광모듈.
제1항에 있어서,
상기 발광소자 패키지의 하면과 상기 캐비티의 바닥면은 접착 페이스트를 통하여 부착되어 있으며,
상기 측면 방열부재는 상기 접착 페이스트로부터 연장되어 형성되는 발광모듈.
제9항에 있어서,
상기 접착 페이스트는 금속 입자 또는 무기물 입자를 포함하는 발광모듈.