KR101634406B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 실장측, 서로 대향된 칩 상측 및 칩 하측을 구비한 적어도 하나의 광전 반도체칩 및 적어도 부분적으로 복사 투과성인 적어도 하나의 몸체를 포함하고, 상기 몸체가 구비하는 몸체 하측에는 반도체칩이 설치되되, 상기 칩 상측이 몸체 하측을 향하도록 설치된다. 또한, 반도체 장치는 상기 광전 반도체칩의 전기 접촉을 위해 적어도 2개의 전기 연결부를 포함하고, 이때 상기 연결부는 측방향으로 상기 몸체보다 돌출하지 않으며, 상기 반도체칩을 등지는 연결부의 측에서 반도체 장치를 그 실장측에 한정한다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT}
본 발명은 광전 반도체칩을 가진 반도체 장치에 관한 것이다.
가령 포토 다이오드 또는 발광 다이오드의 형태를 가지는 광전 반도체칩은 최근 수년간 폭 넓게 사용되었다. 광전 반도체칩의 보급을 촉진시킨 일부 관점은, 상기 칩의 높은 효율, 예를 들면 습기 또는 기계적 하중과 같은 외부 환경 영향에 대한 강건성, 긴 유효 수명, 콤팩트한 구성 및 다양한 형성 가능성, 그리고 비교적 효과적 제조 비용이 든다는 점이다. 이러한 특성을 위해 반도체칩의 하우징이 결정적인 경우가 많으며, 따라서, 일반적으로 상기 하우징에 주로 주안을 두게 된다.
광전 반도체칩 및 특히 발광 다이오드, 레이저 다이오드가 주로 사용되는 응용 분야는 가령 디스플레이의 백라이트 또는 표시 장치이다. 광전 반도체칩은 영사 목적의 조명 장치, 투광기 또는 빔 안테나, 또는 일반 조명에도 점점 더 많이 사용되고 있다.
본 발명의 과제는 매우 양호한 광학 특성을 가지면서 매우 낮은 공간 수요만을 필요로 하는 반도체 장치를 제공하는 것이다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 실장측을 포함하고, 상기 실장측에 의해 상기 반도체 장치가 상기 반도체 장치에 속하지 않는 외부 캐리어, 가령 회로 기판 또는 세라믹에 결합된다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 적어도 하나의 광전 반도체칩을 포함한다. 반도체칩은 칩 상측 및 칩 하측을 포함하고, 이러한 측면은 실질적으로 서로 대향된다. 반도체칩은 예를 들면, 가령 근자외 스펙트럼 영역, 가시 스펙트럼 영역 또는 근적외 스펙트럼 영역에서 광을 방출하는 발광다이오드 또는 레이저다이오드를 포함한다. 이와 마찬가지로, 예를 들면, 반도체칩은 가령 포토다이오드의 형태를 가진 센서로서 예를 들면 가시광 또는 근적외광을 위해 형성될 수 있다.
반도체칩은 예를 들면 플립칩 또는 박막칩으로서 설계될 수 있다. 칩이 전기적으로 접촉될 때 경유하는 칩의 접촉부는 칩의 하측에 한정될 수 있으나, 칩의 상측 및 하측에 위치할 수도 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 적어도 부분적으로 복사 투과성인 몸체를 포함한다. 즉, 몸체는 특히 반도체칩으로부터 수신되거나 방출될 복사의 적어도 일부에 대해 투명하거나 투과성이다. 몸체는 반도체칩이 설치되는 몸체 하측을 포함한다. 반도체칩의 칩 상측은 몸체 하측의 적어도 일부분을 향해있다. 몸체 하측은 실질적으로 평평하게 형성될 수 있거나, 가령 리세스(recess)와 같은 구조를 포함할 수 있다. 반도체칩은 몸체 하측과 직접 접촉할 수 있거나, 적어도 하나의 중간층에 의해 상기 몸체 하측에 설치될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 적어도 2개의 전기 연결부를 포함하고, 상기 전기 연결부는 광전 반도체칩을 전기적으로 접촉하는 역할을 한다. 연결부는 반도체칩의 필수 성분일 수 있고, 마찬가지로 별도의 부품으로서 칩에 설치될 수 있으며, 이때 칩과 직접 접촉하거나 중간 캐리어를 이용하여 설치될 수 있다. 연결부는 복사 투과성 몸체보다 측방향(lateral)으로 돌출하지 않는다. 바꾸어 말하면, 연결부는 칩 하측 및/또는 몸체 하측의 종 방향으로 복사 투과성 몸체보다 돌출하지 않는다. 즉, 가령 칩 하측에 대해 평행한 반도체 장치의 최대 측면 치수는 복사 투과성 몸체 또는 반도체칩에 의해 결정된다. 또한, 연결부는 실장측의 방향으로 반도체 장치를 한정한다. 즉, 복사 투과성 몸체 및 반도체칩이 실장측의 방향으로 연결부보다 돌출하지 않는다. 바꾸어 말하면, 반도체 장치는 칩 하측 및/또는 몸체 하측에 대한 횡방향에서 연결부에 의해 한정된다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 표면 실장될 수 있다. 이는, 예를 들면 외부 캐리어에 반도체 장치의 연결 시 가령 납땜핀의 형태로 상기 외부 캐리어를 관통하는 관통 접촉이 필요하지 않음을 의미한다. 상기 연결 시, 바람직하게는 반도체 장치는, 캐리어와 반도체 장치 사이의 기계적 결합이 가령 납땜 또는 접착에 의해 수행되기 전에, 예를 들면 외부 캐리어의 표면상에 안착되며, 이때 상기 표면을 관통하지 않는다. 이러한 반도체 장치에 의해, 반도체 장치의 실장이 간단해진다. 또한, 가령 외부 캐리어의 형성 시 작업 단계도 줄어들 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 실장측, 서로 대향된 칩 상측 및 칩 하측을 구비한 적어도 하나의 광전 반도체칩 그리고 적어도 부분적으로 복사 투과성인 적어도 하나의 몸체를 포함하고, 상기 몸체가 포함하는 몸체 하측에는 반도체칩이 설치되되 상기 칩 상측이 몸체 하측을 향하도록 설치된다. 또한, 반도체 장치는 광전 반도체칩의 전기 접촉을 위해 적어도 2개의 전기 연결부를 포함하고, 이때 연결부는 측방향으로 몸체보다 돌출하지 않으며, 반도체칩을 등지는 연결부의 측에서 상기 반도체 장치를 그 실장측에 한정하고, 이때 상기 반도체 장치는 표면 실장될 수 있다.
이러한 반도체 장치에 의해, 특히, 매우 콤팩트하고 공간 절약적인 소자가 제조될 수 있는데, 예를 들면 반도체 장치의 측방향 치수가 복사 투과성인 몸체의 측방향 치수에 의해 한정될 수 있기 때문이다. 반도체 장치의 부재 수가 적으므로 그 제조가 효율적으로 이루어지며, 절감된 제조 비용으로 시작될 수 있다. 그와 동시에, 반도체 장치의 구체적 형성이 가요적으로 처리될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체칩은 적어도 부분적으로 복사 투과성인 접착 결합을 이용하여, 예비 제조된 복사 투과성 몸체와 결합된다. 바람직하게는, 접착 결합에 의해 반도체칩과 몸체간의 영구적 결합이 제공된다. 즉, 일반 구동 조건하에서 접착 결합은 반도체 장치의 유효 수명 동안 풀리지 않는다. 접착 결합은 기술적으로 구현되기가 용이하다. 접착 결합의 기계적 특성 및 기하학적 규격은 폭넓은 매개변수 범위에서 조절될 수 있다. 접착 결합이 적어도 부분적으로 가령 실리콘을 포함하면, 광전 반도체칩의 구동에 의해 발생하는 열 응력이 복사 투과성 몸체에 대해 완충될 수 있다. 상기 실리콘은 경화된 상태에서도 특정한 기계적 가요성을 가진다. 필요한 응용의 각 구체적 요건에 따라, 접착 결합의 두께는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로 미터에 이를 수 있다. 접착 결합을 위한 다른 가능성은 에폭시 수지 및 에폭시와 실리콘의 하이브리드 물질이 있다. 복사 투과성 몸체와 마찬가지로, 바람직하게는 접착 결합도 반도체 장치의 구동 시 발생하는 복사 부하, 온도 부하에 반하여 시효 안정성을 가진다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 칩 하측은 접착 결합을 포함하지 않는다. 즉, 접착 결합은 칩 상측 및 칩의 측면에 한정된다. 이때, 측면으로는 칩 하측 또는 상측에 대해 예를 들면 수직으로 정렬된 반도체칩의 경계면을 가리키며, 이러한 경계면은 칩 상측과 칩 하측을 서로 결합시킨다. 상기와 같은 접착 결합에 의해, 반도체칩과 복사 투과성 몸체간의 양호한 기계적 및 광학적 접촉이 보장되고, 반도체 몸체 자체는 접착 결합 및/또는 몸체에 의해 외부 영향으로부터 양호하게 보호된다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 접착 결합은 칩 상측에 한정된다. 그 결과, 반도체칩의 측면은 접착 결합을 포함하지 않아, 측방향으로 매우 작은 공간만을 수용하는 반도체 장치가 구현될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 장치의 연결부는 SMT 접촉 가능하게 형성된다. 표면 실장 기술, 약어로 SMT는 작은 규격을 가진 전자 소자, 즉 1 mm의 단위의 측방향 치수를 가지는 소자를 가령 회로 기판과 같은 캐리어와 전기적으로 접촉시키거나, 상기 캐리어에 고정하기 위한 기술이다. 바람직하게는, 연결부는 납땜에 의해 결합될 수 있는 금속을 포함한다. 마찬가지로 바람직하게는, 반도체 장치는 상기 반도체 장치가 납땜 공정 시 발생하는 열 부하에 대해 내구성을 가지도록 형성된다. 상기와 같은 연결면을 이용하여 SMT 가공될 수 있는 반도체 장치는 폭 넓게 응용 및 사용된다. 또한, SMT 접촉은, 반도체 장치를 다른 전자 부재와 결합된 상태로도 예를 들면 로(furnace)에서의 가열에 의한 납땜을 이용하여 캐리어에 고정되거나 전기적으로 접촉될 수 있는 매우 효율적이고 비용 효과적인 가능성을 제공하는데, 특히 일반적인 경우 캐리어를 관통하는 관통 접촉이 필요하지 않기 때문이다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 연결부는 측방향으로, 즉 칩 하측에 대해 평행한 방향으로 반도체칩보다 돌출하지 않는다. 이와 같이 형성되는 연결면에 의해 매우 콤팩트한 반도체 장치가 구현될 수 있고, 예를 들면 금속 코어 회로 기판과 같은 캐리어상에 반도체 장치의 고밀도 패킹이 가능하다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 연결부는 칩 하측에 직접 설치된다. 연결부는 반도체칩과 일체형으로 형성되고 칩의 필수 성분일 수 있어서, 연결부는 이미 반도체칩의 제조 공정 시에 함께 제조된다. 연결부를 위해 가능한 물질은, 납땜 공정에 의한 연결부의 상대적으로 용이한 접촉을 가능하게 하고, 그와 동시에 반도체칩으로부터 방출되거나 상기 반도체칩에 의해 수신될 복사를 위한 반사면으로서 역할할 수 있는 금속이다. 또한, 연결부는 투명 물질로 제조될 수 있고, 이는 가령 인듐 주석 산화물, 약어로 ITO와 같은 금속 산화물로 제조될 수 있어서, 연결부는 반도체칩에 의해 수신되거나 상기 반도체칩으로부터 방출될 복사에 대해 실질적으로 투과성으로 형성된다.
또한, 바람직하게는, 연결부는 칩 하측에 대해 실질적으로 평행하게 정렬된다. 제조 정확도의 범위내에서 연결부가 반도체칩에 평행하게 정렬됨으로써, 수직 방향에서 매우 공간 절약적인 배치가 이루어질 수 있다.
또한, 바람직하게는, 연결부는 면형으로 형성된다. 연결부가 면형으로 형성되면, 특히, 연결부는 반도체칩의 하측의 일부를 덮는다. 예를 들면, 연결부는 칩 하측의 적어도 40%, 바람직하게는 적어도 70%, 더욱 바람직하게는 적어도 90%를 덮는다. 이러한 방식으로, 반도체칩과 외부 캐리어간의 양호한 전기적 및 열 접촉이 보장된다. 또한, 대면적 연결부는 반도체 장치의 접촉을 용이하게 하는데, 접촉을 위한 제조 공차가 이에 상응하여 증가하기 때문이다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 몸체 하측은 리세스를 구비하고, 상기 리세스에서 반도체칩이 적어도 부분적으로 위치하며, 즉 반도체칩은 몸체 하측의 방향으로 리세스로부터 돌출하거나 리세스보다 부분적으로 측방향으로 돌출할 수 있다. 리세스에 의해 형성되는 몸체의 경계면은 몸체 하측에 속하는 것으로 고려된다. 또한, 몸체는 반도체칩을 상기 반도체칩의 하측을 제외하고 모든 측면에서 둘러싼다. 이러한 리세스에 의해, 반도체칩은 가령 매우 간단하면서 복사 투과성 몸체에 대해 상대적으로 정확하게 배치될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 복사 투과성 몸체의 측방향 치수는 반도체칩의 측방향 치수의 40%보다 작고, 바람직하게는 20%보다 작고, 더욱 바람직하게는 10%보다 작고, 특히, 제조 공차의 범위내에서 상기 몸체와 반도체칩의 측방향 치수는 동일하다. 서로간의 측방향 치수의 오차는, 동일한 방향에 있는 반도체칩의 규격과 관련하여 칩 하측에 대해 평행한 방향에서 몸체 규격의 비율에 의해 정의되고, 이때 모든 방향은 칩 하측에 대해 평행한 것으로 고려될 수 있다. 복사 투과성 몸체에 의해 반도체칩은 기계적으로 안정화되어, 반도체 장치를 가령 핀셋 또는 다른 도구를 이용하여 간단히 취급하고, 특히 배치할 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 칩 하측은 적어도 국부적으로 자유롭게 접근 가능하다. 즉, 칩 하측은 예를 들면 반도체 장치의 하우징에 한정되지 않는다. 이는, 차후의 제조 공정 및 실장 공정의 범위내에서 매우 용이한 취급을 가능하게 한다. 또한, 이러한 장치에 의해, 반도체 장치의 잠재적인 기능 결함을 진단하고 경우에 따라서 제거할 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 접착 결합은 반도체칩으로부터 방출되거나 수신될 복사에 대해 투과성이며, 즉 접착 결합은 관련 스펙트럼 영역에서 현저히 흡수 역할을 하지 않는다. 즉, 복사의 적어도 80%는 접착 결합으로부터 투과되며, 바람직하게는 95%보다 많이 투과된다. 이러한 형성 방식의 접착 결합에 의해 매우 효율적인 소자가 구현된다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 접착 결합은 반도체칩으로부터 방출되거나 수신될 복사의 일부를 흡수하는 필터제를 포함한다. 특히, 반도체칩이 센서로서 형성된 경우, 적합한 필터제에 의해 각 요건에 따른 자유 스펙트럼 영역이 한정될 수 있어서, 반도체칩은 가령 좁은 대역으로 근적외 복사를 수신한다. 필터제는 접착 결합에 첨가되는 염료 또는 색소일 수 있다. 또한 가령 복수 개의 색소가 서로 조합될 수 있다. 기술적 사용을 위한 염료 또는 색소 선택의 폭이 넓으므로, 필터제를 반도체 장치에 통합하는 가능성이 간단히 얻어질 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 접착 결합 또는 복사 투과 몸체는 반도체 몸체로부터 방출되거나 수신될 복사에 산란 작용을 하는 분산제를 포함한다. 이러한 분산제는 가령 알루미늄산화물 또는 티타늄이산화물을 포함할 수 있다. 접착 결합 또는 몸체는 가령 유백색(milky)으로 형성되고, 확산제로서 작용하여, 복사가 반도체 장치의 표면으로부터 균일하게, 가령 람베르시안 이미터와 유사하게 방출된다. 또한, 반도체칩이 예를 들면 포토다이오드로서 형성된 경우 반도체칩의 개별적 부하가 중지되어, 반도체칩의 조사가 더 균일해지고, 예를 들면 신호-대 잡음비가 더 양호해진다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 복사 투과 몸체 또는 접착 결합은 반도체칩으로부터 방출되거나 수신될 복사의 적어도 일부를 다른 주파수의 복사로 변환하는 변환제를 포함한다. 이러한 변환제는 가령 루미네슨스 발광체일 수 있다. 이러한 발광체에 의해, 가령 청색 방출 반도체칩의 광은 실질적으로 백색인 광으로 변환될 수 있다. 마찬가지로, 변환제는 가령 결정을 포함하여 형성될 수 있고, 상기 결정은 반도체칩으로부터 방출된 복사를 가령 주파수 2배 또는 3배로 한다. 또한, 변환제는 광 결정 또는 유사한 작용의 광학적 활성 매질을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 변환제를 이용하면, 가령 조명 장치를 위해 거의 전체 가시 스펙트럼 영역에서 동조시킬 수 있는 복사를 생성하기 위해, 가령 GaN계 청색 방출 발광 다이오드와 같은 효율적이고 비용 효과적인 소자가 사용될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 첨가물 중 적어도 하나, 예를 들면 변환제는 복사 투과 몸체 또는 접착 결합에 비균일하게 분포한다. 즉, 몸체 또는 접착 결합의 다양한 위치에서 변환제 농도가 서로 다르다. 예를 들면, 복사 투과 몸체는 반도체칩상에서 측방향으로 중앙 영역에서는 테두리 영역에서보다 더 높은 변환제 농도를 가질 수 있다. 반도체칩의 중심부상에서 변환제 농도가 더 높음으로써, 반도체칩이 가령 LED로 형성된 경우, 복사 투과 몸체의 전체 표면을 지나 스펙트럼적으로 균일하며 반도체 장치의 매우 균질한 방출이 구현될 수 있다. 몸체 또는 접착 결합의 내부에는 가령 변환제, 필터제 또는 분산제와 같은 다양한 첨가물이 부속할 수 있다. 마찬가지로, 가령, 몸체는 가령 접착 결합과 다른 혼합물을 포함할 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 접착 결합의 두께는 비균일하다. 예를 들면 일정한 농도로 변환제가 첨가되어 있는 접착 결합은 가령 측방향으로 중앙에 위치한 칩 상측의 영역상에서 테두리 영역에 비해 더 두꺼운 두께를 가진다. 이러한 배치에 의해, 다시 스펙트럼적으로 균일한 반도체 장치의 방출이 전체 상측에 걸쳐 보장될 수 있다. 복사 투과 몸체의 형상, 특히 리세스의 형태에 의해 이러한 비균일한 두께가 간단히 발생할 수 있다. 상기 리세스에 반도체칩이 위치할 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 접착 결합의 광학적 굴절률은 몸체의 굴절률보다 작다. 반도체칩이 발광 다이오드로서 형성되고, 상기 발광 다이오드가 예를 들면 갈륨질화물 또는 인질화물과 같은 물질을 포함하는 경우, 반도체칩의 굴절률은 통상적으로 비교적 크고, 일반적으로 2와 3 사이이다. 실리콘 또는 에폭시의 광학적 굴절률은 각 조성에 따라 1.4와 1.7사이의 범위를 가진다. 일반적 경우에, 접착 결합의 굴절률은 상기 굴절률이 반도체칩의 굴절률 및 복사 투과 몸체의 굴절률보다 작도록 조절될 수 있다. 접착 결합의 굴절률이 몸체의 굴절률보다 작으므로, 반도체칩으로부터 방출된 광은 접착 결합과 몸체 사이의 경계면에서 집광 렌즈와 유사한 효과를 경험한다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 복사 투과 몸체는 렌즈형으로 형성된다. 렌즈형이란, 반도체칩을 등지는 표면 또는 상기 표면의 적어도 일부가 가령 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈의 형태를 가짐을 의미한다. 이러한 형태는 렌즈의 형태에 정확하게 부합할 필요는 없다. 렌즈는 구형이거나, 회전 대칭을 특징으로 할 필요가 없으며, 가령 실린더 렌즈의 형태로 형성될 수도 있다. 마찬가지로, 가령 프레넬 렌즈와 같이 "평면"기하학도 사용될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 복사 투과 몸체상에 적어도 부분적으로 적어도 하나의 반사층이 도포된다. 반사층은 특정한 스펙트럼 영역에 대해서만 반사 기능을 할 수 있거나, 반투명으로 형성될 수 있다. 특정하게, 몸체가 부분적으로만 코팅되고 몸체 상측이 그에 맞추어 형성된 경우에 발생할 수 있는 반도체 장치는 주로 칩 상측에 대해 수직인 방향으로 복사를 방출한다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체칩은 적어도 하나의 중간 캐리어에 설치된다. 중간 캐리어는 가령 세라믹을 포함하거나 배선면을 포함하여 형성된다. 이러한 배치에 의해, 반도체칩은 완전히 봉지되어, 주변 영향으로부터 매우 양호하게 보호될 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 복수 개의 반도체칩이 반도체 장치에 매우 간단하게 부속할 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 장치는 반도체칩, 복사 투과 몸체 및 연결부를 제외하고 다른 부재를 더 이상 포함하지 않는다. 그러나, 이때, 접착 결합 또는 몸체에의 첨가물은 배제되지 않는다. 상기 부재들의 제한에 의해, 매우 효율적인 반도체 장치가 제조될 수 있다.
반도체 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 복사 투과 몸체 및 반도체칩은 별도로 제조된다. 복사 투과 몸체는 캐스팅, 사출성형, 다이캐스팅, 액상 사출 성형, 액상 인쇄 또는 압축 성형을 이용하여 제조될 수 있다. 반도체칩은 에피택시얼 성장될 수 있고, 실장 전에 바람직하게는 성장 기판으로부터 분리된다. 더욱 바람직하게는, 반도체칩은 개별화되어 제공된다.
반도체칩 및 몸체의 결합은 이하의 단계를 포함할 수 있다:
- 몸체의 준비 또는 제조 단계,
- 반도체칩의 준비 또는 제조 단계
- 상기 몸체를 상기 몸체의 하측이 위로 향하도록 배치하는 단계
- 접착 결합을 형성하는 물질을 몸체 하측상에 도포하고, 이때 몸체 하측이 수직 방향에서 위로 향하도록 하는 단계, 및
- 접착 결합을 형성하는 물질에 반도체칩을 도포하거나 가압 삽입하고, 이때 칩 상측이 몸체 하측을 향하도록 하는 단계.
바람직하게는, 접착 결합을 형성하는 물질은 반도체칩의 도포 시 점주도(consistency viscosity)를 가진다. 선택적으로, 몸체를 등지는 칩 하측에는 보호 필름 또는 보호층이 도포될 수 있어서, 반도체칩은 도포되는 동안 또는 가압 삽입되는 동안 손상받지 않거나/손상받지 않고 가령 물질에 의해 습윤되지 않는다.
이하, 본 명세서에 기술된 반도체 장치는 도면과 관련하여 실시예들에 의거하여 더 상세히 설명된다. 동일한 참조 번호는 개별 도면에서 동일한 요소를 가리킨다. 그러나, 축척에 맞는 것으로 참조할 수 없다. 오히려, 개별 요소는 더 나은 이해를 위해 과장되어 크게 도시되어 있을 수 있다.
도 1은 반도체 장치의 일 실시예의 개략적 측면도이다.
도 2는 반도체 장치의 다른 실시예의 개략적 측면도이다.
도 3은 접착 결합의 두께가 비균일한 반도체 장치의 개략적 단면도이다.
도 4는 다른 실시예의 개략적 단면도이다.
도 5a, b는 복사 투과 몸체상에 설치된 반사층을 포함한 실시예의 개략적 단면도이다.
도 6은 복수 개의 반도체칩을 포함한 실시예의 개략적 단면도이다.
도 7은 중간 캐리어를 포함한 실시예의 개략적 단면도이다.
도 8은 캐리어상에 복수 개의 반도체 장치가 배치되어 있는 상태의 개략적 측면도이다.
도 1에는 반도체 장치(1)의 실시예가 도시되어 있다. 반도체칩(2)은 GaN계 청색 방출 발광다이오드로서 형성된다. 반도체칩(2)의 기하학적 규격을 위해 엄격한 제한은 없다. 바람직하게는, 측방향 방향(14)에서의 치수, 즉 칩 상측(21)에 대해 평행한 치수는 약 0.5 내지 3 ㎟이고, 그 두께는 50 내지 300 ㎛이다. 칩 하측(21)에는 2개의 전기 연결부(5)가 설치된다. 연결부(5)는 칩 하측(21)과 직접 접촉한다. 칩 상측(22)은 접착 결합(4)으로 덮이고, 상기 접착 결합은 반도체칩(2)과 복사 투과 몸체(3)를 영구적으로 기계적 결합시킨다. 접착 결합(4)은 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사와 관련하여 투명하며 시효 안정적인 물질을 포함하고, 예를 들면 실리콘 또는 실리콘 에폭시 하이브리드 물질을 포함한다. 몸체(3)는 볼록 렌즈와 유사한 형태로 구형으로 형성되고, 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사에 대해 투과성이다.
이러한 몸체(3)를 제조하기 위한 간단한 가능성은 예를 들면 압축 성형이라는 캐스팅 방법이다. 몸체(3)의 물질은 가령 열 가소성이다. 또한, 실리콘, 에폭시, 폴리카보네이트 또는 하이브리드 물질로 이루어진 군의 물질이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 몸체(3)는 유리로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 물질은 구체적 응용에 따라 수반되는 환경 영향에 대해 내구성을 가지며, 반도체칩(2)으로부터 수신되거나 방출될 복사에 대해 시효 안정적이다.
상기 실시예에서, 측방향 방향(14)에서 반도체 장치(1)의 치수는 측방향 방향(14)에서 반도체칩(2)의 치수와 동일하고, 즉 전기 연결부(5) 및 접착 결합(4)뿐만 아니라 몸체(3)도 측방향 방향(14), 즉 칩 하측(21)에 대해 평행한 방향에서 반도체칩(2)보다 돌출하지 않는다. 또한, 반도체 장치(1)는 반도체칩(2)을 등지는 연결부(5)의 측에서 실장측(6)과 관련하여 한정된다. 실장측(6)은 칩 하측(21)에 대해 실질적으로 평행하게 정렬된다.
다른 실시예는 도 2에 도시되어 있다. 이 경우, 반도체 장치(1)는 예를 들면 가령 근적외 복사를 위한 센서로서 형성되는 반도체칩(2)을 포함한다. 칩 하측(21)에는 2개의 금속 연결부(5)가 위치하고, 상기 연결부는 표면 실장 기술, 약어로 SMT에 의해 미도시된 외부 캐리어에 설치될 수 있고, 가령 납땜 또는 접착을 이용한다. 연결부는 다시 반도체 장치(1)를 아래쪽으로 실장측(6)의 방향으로 한정한다. 칩 상측(22) 및 반도체칩(2)의 측면에는 투명 실리콘을 포함하여 형성된 접착 결합(4)이 설치된다. 접착 결합은 그 안에 균일하게 분포하는 필터제(8)를 포함한다. 필터제(8)는 주파수가 더 큰 가시 복사 비율이 여과되도록 선택될 수 있어서, 센서로서 형성된 반도체칩(2)은 가령 근적외 복사를 위해서만 사용된다. 선택적으로, 반도체칩(2)은 가령, 구동 시 전자기 복사를 방출하는 발광 다이오드일 수 있다. 필터제(8) 대신, 대안적 또는 부가적으로 분산제 또는 변환제(7)가 사용될 수 있다.
반도체칩(2)은 상기 실시예에서 정사각형 기본형을 가진다. 복사 투과 몸체(3)는 평면도상에서 직사각형 단면을 가지며, 상기 몸체 하측(30)에서 리세스(13)를 구비하고, 반도체칩(2)을 옆에서 2개의 서로 대향된 측면에서만 둘러쌈으로써, 한편으로는 측방향 방향(14)에서의 공간 수요가 최소화되고, 다른 한편으로는 반도체칩(2)이 몸체의 리세스(13)에서 양호하게 배치될 수 있다. 몸체 하측(30)에 위치한 리세스(13)는 반도체칩이 제위치에 배치되고, 또한 접착 결합(4)의 원하는 층 두께가 조절되도록 산정된다. 리세스(13)는 가령 캐스팅 방법의 범위에서 몸체(3)의 제조 시 간단히 생성될 수 있다.
복사 투과 몸체(3)를 위한 물질로서 투명 실리콘이 사용된다. 몸체(3)의 상측은 평평하게 형성되고, 사용되는 실리콘의 기계적 특성에 의해 긁힘에 강하도록 형성된다. 상기 실리콘은 선택적으로 코팅을 포함할 수 있다. 이를 통해, 반도체 장치(1)는 양호한 람베르시안 이미터로서 제공된다. 전기 연결부(5)는 칩 하측(21)의 일부를 덮고, 반도체칩(2)을 향한 측에서 반도체칩(2)으로부터 검출되거나 상기 반도체칩에 의해 방출된 복사를 반사하는 면을 형성한다. 연결부(5)는 측방향 방향(14)에서 반도체칩(2)과 맞닿는다.
또는, 전기 연결부(5)는 가령 투명 전도 산화물, 약어로 TCO의 군으로부터의 투명 물질로 구성되며, 가령 ITO로 구성될 수 있다. 특히, 이때의 이점은, 반도체 장치(1)가 설치된 외부 캐리어가 관련 복사에 대해 마찬가지로 투과성이라는 것이다.
도 3에는 다른 실시예가 도시되어 있다. 반도체칩(2)은 가령 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드로서 형성되고, 구동 시 광을 방출한다. 상기 실시예에서, 연결부(5)는 측방향 방향(14)에서 반도체칩(2)보다 돌출하나, 복사 투과 몸체(3)보다 돌출하지 않는다. 반도체칩(2)을 향한 평면 연결부(5)의 측은 수직 방향(15)으로 몸체(3)와 맞닿는다. 칩 하측(21)을 제외하고, 반도체칩(2)은 접착 결합(4)에 의해 둘러싸인다. 칩 상측(22)에 의해 접착 결합(4)은 비균일한 두께를 가지되, 측방향 방향(14)에서 반도체칩(2)의 중앙 영역의 두께가 테두리 영역보다 크도록 한다. 접착 결합(4)에는 변환제(7)가 전체 접착 결합(4)에 걸쳐 일정한 농도로 삽입된다. 접착 결합(4)이 반도체칩(2)의 중앙 영역상에서 더 두꺼운 두께를 가짐으로써, 이 곳에 마찬가지로 더 많은 양의 변환제(7)가 위치하고, 따라서 전체적으로 전체의 칩 상측(22)에 걸쳐 더 나은 스펙트럼 균일도를 가지는 더 균질한 방출이 이루어진다. 비균일한 층 두께를 가진 접착 결합(4)은 몸체(3)에 반도체칩(2)이 삽입 접착될 때 자동으로 조절되는데, 투명한 시효 안정적인 물질로 구성된 몸체(3)가 몸체 하측(30)에서 렌즈형 리세스(13)를 포함하고, 상기 리세스에 반도체칩(2)이 실질적으로 위치하기 때문이다. 복사 투과 몸체(3)의 상측은 프레넬 렌즈로서 형성된다. 몸체(3)는 반도체칩(2)을 모든 측면에서 둘러싼다.
도 4에는 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 복사 투과 몸체(3)는 측방향 방향(14)에서, 몸체 하측(30)의 리세스(13)에 위치한 반도체칩(2)보다 현저히 더 큰데, 이는 광학적 결상의 품질을 더 높게 얻기 위함이다. 전기 연결부(5)는 다시 칩 하측(21)에 직접 설치되고, 측방향 방향(14)에서 반도체칩(2)보다 돌출하지 않는다. 투명 접착 결합(4)은 실리콘을 포함하여 형성되고, 상기 실리콘의 굴절률은 약 1.4이다. 볼록 렌즈형으로 형성된 몸체(3)는 굴절률이 약 1.6인 폴리카보네이트를 포함하여 형성됨으로써, 접착 결합의 굴절률은 몸체의 굴절률보다 작다. 반도체칩(2)으로부터 방출된 광자의 빔 경로(16)는 화살표선으로 개략적으로 표시되어 있다. 광자는 칩 상측(22)의 테두리에서 방출되고, 작은 각도로 접착 결합(4)을 통과한다. 접착 결합(4)과 몸체(3)사이의 경계면에 광 굴절이 시작되되, 광자가 수직 방향(15)에서 칩 상측(22)으로부터 멀어지며 편향되도록 굴절된다. 이를 통해, 상기 광자는 이후에 복사 투과 몸체(3)에 의해 더욱 양호하게 결상될 수 있는데, 상기 광자는 몸체-공기 경계면에서 몸체(3)의 광학축에 더 근접하여 발생하기 때문이다.
도 5a에 따른 실시예에서, 복사 투과 몸체(3)의 상측은 국부적으로 반사층(11)을 구비한다. 반사층(11)은 몸체(3)의 형상을 이용하여 포물면으로 형성된다. 반사층(11)에 의해 덮이지 않은 몸체(3)의 표면은 렌즈형 형상을 가진다. 이러한 형상의 몸체(3)에 의해, LED로서 형성되는 반도체칩(2)으로부터 방출된 광은 몸체로부터 직접 투과되고, 이때 몸체(3)의 렌즈형 구조에 의해 복사가 실질적으로 화살표 방향(18)으로 방출된다. 마찬가지로, 반사층(11)에 도달하는 광은 상기 반사층으로부터 실질적으로 화살표 방향(18)으로 방향전환된다. 이러한 방식으로, 칩 상측(22)에 대해 평행하게 지향되어 광을 효과적으로 방출하는 반도체 장치(1)가 얻어진다.
도 5a에 도시된 구성에 대해 대안적으로, 도 5b에 도시된 바와 같은 다른 실시예도 고려될 수 있는데, 이때 가령 반사층(11)은 측방향으로 중앙의 영역에서만 반도체칩(2)상에 설치되어, 복사 투과 몸체(3)의 상측의 둘레에는 아무것도 구비되지 않는다. 이를 통해 복사는 발산성으로 회전 대칭을 이루며 실질적으로 측방향으로 화살표 방향(18)으로 방출된다.
선택적으로, 반도체칩은 예를 들면 리플형 외부면을 포함할 수 있고, 상기 외부면은 반도체칩(2)으로부터의 광 아웃커플링 또는 광 커플링을 개선하거나 접착 결합(4) 또는 복사 투과 몸체(3)와의 기계적으로 더 안정된 결합을 위해 역할한다. 상기와 같은 표면 구조를 몸체(3)가 구비할 수 있다.
도 6에 따른 실시예에서, 복수 개의 반도체칩(2)은 복사 투과 몸체(3)의 리세스(13)에 부속한다. 반도체 장치(1)는 2개의 전기 연결부(5)를 포함하고, 상기 연결부는 SMT 접촉될 수 있으며, 미도시된 외부 캐리어에의 전기 접촉을 포함한다. 상기 캐리어는 가령 금속 코어 회로 기판의 형태로 형성될 수 있다. 반도체칩들(2) 사이에는 전기 결합(12)이 설치되며, 상기 전기 결합은 금속으로 구성되고, 연결부(5)와 마찬가지로 반도체칩(2)의 접촉면상에서 도전 접착제를 이용하여 접착된다. 상기 결합(12)은 2개의 연결부(5)보다 더 얇은 두께를 가진다. 이러한 배치에 의해, 반도체칩(2)의 직렬 접속이 발생한다. 몸체(3)는 렌즈형으로 형성된다. 이때 하나의 큰 렌즈 또는 각 반도체칩(2)을 위한 서브 렌즈가 형성될 수 있고, 이는 광학적 결상의 품질에 대한 각 요건에 따른다. 접착 결합(4)에는 가령 다양한 변환제(7a, 7b, 7c)가 첨가될 수 있다.
도 7에 따른 실시예에서, 반도체칩(2)은 중간 캐리어(9)상에 설치된다. 중간 캐리어(9)는 실질적으로, 열 전도도가 양호한 세라믹으로 구성된다. 전기 연결부(5)는 반도체칩(2)을 등지는 측으로부터 반도체칩(2)을 향한 측에 이르기까지 U형으로 안내되고, SMT 접촉될 수 있다. 반도체칩(2)은 칩 하측(21)에서 연결부(5) 중 하나에 직접 전기 전도적으로 접착되거나 납땜되고, 다른 연결부(5)와는 와이어 결합에 의해 결합된다. 반도체칩(2)은 중간 캐리어(9)의 리세스(19)에 안착하여, 중간 캐리어(9)가 몸체(3)에 접착되거나 장착될 때 연결 와이어가 손상받지 않는다.
반도체칩(2)의 전기 접촉이 칩 상측(22) 또는 칩 하측(21)에 위치하는, 도 7에 도시된 반도체칩(2)에 대해 대안적으로, 플립칩 배열의 반도체칩(2)도 사용될 수 있다. 또한, 중간 캐리어(9)상에는 별다른 어려움없이 복수 개의 다양한 종류이면서 다양한 색을 방출하는 반도체칩들(2)이 설치될 수 있다. 복사 투과 몸체(4)는 가령 실린더 렌즈의 형태로 형성될 수 있다.
도 8에는 도 1에 따른 구성을 가진 복수 개의 반도체 장치(1)가 열 전도 캐리어(10)상에 배치된다. 반도체칩(2)이 몸체(3)를 제외하고 다른 하우징을 포함하지 않고, 측방향 방향(13)에서의 공간 수요가 실질적으로 반도체칩(2)의 측방향 규격에 한정되므로, 반도체 장치(1)는 고밀도로 패킹될 수 있다. 반도체칩(2)의 구동 시 발생하는 폐열은 전기 연결부(5) 및 열 전도 캐리어(10)를 경유하여 효과적으로 배출될 수 있다. 기술한 바와 같이 다른 하우징이 사용되지 않으므로, 반도체칩(2)으로부터 캐리어(10)까지의 열 접촉이 매우 양호한 특징을 보이며, 특히 전기 연결부(5)가 면형이면서 금속으로 형성된 경우에 그러하다. SMT에 의해, 개별 반도체 장치(1)는 간단한 방식으로 캐리어(14)에 설치되며, 그 곳에서 적합하게 제조된 도전로상에 용이하게 안착되고, 가령 납땜될 수 있다. 상기 도전로는 미도시되었다.
반도체 장치(1)의 고밀도 패킹을 위해, 상기 반도체 장치가 평면도상에서 가령 정사각형 횡단면을 가지는 것이 유리하다. 마찬가지로 유리한 횡단면은 가령 원형, 직사각형 또는 육각형 형상일 수 있다. 각 필요에 따라, 가령 렌즈로서 형성된 몸체(3)가 가령 다양한 변환제(7) 또는 필터제(8)를 포함할 수 있어서, 동일한 종류의 반도체칩(2)이 사용될 수 있으면서, 그럼에도 불구하고 개별 반도체 장치(1)로부터 다양한 색이 방출될 수 있다. 따라서, 전체적으로 백색광을 방출하는 조명 장치, 또는 예를 들면 액정 마스크와 관련하여 다양한 색을 방출하는 표시 장치가 구현될 수 있다. 특히, SMT 구조에 의해 와이어본딩과 같은 중간 단계는 과잉 단계가 된다.
본 명세서에 기술된 반도체 장치는 실시예에 의거한 설명에 의하여 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포괄하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 기술되지 않더라도 그러하다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2008 025756.7의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.

Claims (15)

  1. 표면 실장 반도체 장치(1)에 있어서,
    실장측(6);
    서로 대향된 칩 상측(22) 및 칩 하측(21)을 구비한 적어도 하나의 광전 반도체칩(2);
    적어도 부분적으로 복사 투과성인 몸체(3)로서, 이 몸체(3)는 몸체 하측(30)을 구비하고, 상기 반도체칩(2)은 칩 상측(22)이 몸체 하측(30)을 향하도록 몸체 하측(30)에 설치되며, 상기 몸체(3)의 측방향 치수는 상기 반도체칩(2)의 측방향 치수의 40%보다 작은만큼 상이한 상기 몸체(3);
    적어도 부분적으로 복사 투과성인 접착 결합부(4)로서, 상기 접착 결합부에 의해 상기 반도체칩(2) 및 상기 몸체(3)가 서로 결합되며, 상기 칩 하측(21)은 상기 접착 결합부(4)를 포함하지 않는 상기 접착 결합부(4); 및
    상기 반도체 장치(1)의 전기 접촉을 위한 적어도 2개의 전기 연결부(5)를 포함하고,
    상기 몸체(3)는 몸체 하측(30)에 리세스(13)를 포함하고, 상기 리세스에 하나 이상의 반도체칩(2)이 위치하며,
    상기 연결부(5)는 측방향으로 상기 몸체(3)보다 돌출하지 않고, 상기 반도체칩(2)을 등지는 연결부(5)의 측에서 상기 반도체 장치(1)를 상기 반도체 장치의 실장측(6)에 한정하고,
    반도체칩(2)을 향한 연결부(5)의 측은 칩 하측(21)에 대해 수직 방향(15)으로 몸체(3)와 동일한 평면에서 종단되고,
    상기 연결부(5)는 상기 칩 하측(21)에 직접 위치하고, 상기 칩 하측에 대해 평행하게 정렬되어 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    반도체 장치는 복수의 리세스(13)를 포함하며, 각 리세스(13)에 반도체칩(2)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 몸체(3)는 렌즈형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 몸체(3)가 실린더 렌즈 또는 프레넬(Fresnel) 렌즈인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 장치의 연결부(5)는 SMT 접촉될 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결부(5)는 측방향으로 상기 반도체칩(2)보다 돌출하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결부(5)는 상기 칩 하측(21)의 적어도 90%를 덮는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결부(5)는 투명 전도 산화물의 군으로부터의 투명 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체(3)의 측방향 치수는 상기 반도체칩(2)의 측방향 치수의 10%보다 작은만큼 상이한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칩 하측(21)은 국부적으로 노출되어 접근 가능한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체(3)는 측방향(14)에서 반도체칩(2)을 2개의 서로 대향된 측면들에서만 둘러싸는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    연결부(5)는 측방향(14)에서 반도체칩(2)과 동일한 평면에서 종단되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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