KR101766299B1 - 발광소자 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

후몰딩(post-molding) 방식으로 제조하여 본딩 와이어의 접속 신뢰성, 열방출 성능 및 광 품질이 향상된 발광소자 패키지의 구조 및 상기 발광소자 패키지의 제조 방법이 개시된다. 개시된 발광소자 패키지는, 예를 들어, 개구부를 갖는 배선 기판, 상기 배선 기판의 상부 표면 위에 배치된 발광소자, 상기 개구부를 통하여 상기 배선 기판의 저면과 상기 발광소자의 저면 사이를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어, 및 상기 발광소자의 발광면을 제외한 발광소자의 측면을 둘러싸도록 배선 기판의 상면에 형성되어 있으며 또한 상기 본딩 와이어를 봉지하도록 상기 배선 기판의 개구부 내에 형성되어 있는 몰딩 부재, 및 상기 배선 기판의 저면에 형성된 솔더 레지스트와 범프;를 포함할 수 있다.

Description

발광소자 패키지 및 그 제조 방법{Light emitting device package and method of manufacturing the light emitting device package}
개시된 발명은 발광소자 패키지의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후몰딩(post-molding) 방식으로 제조하여 본딩 와이어의 접속 신뢰성, 열방출 성능 및 광 품질이 향상된 발광소자 패키지의 구조 및 상기 발광소자 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 예를 들어 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 빛으로 변화시키는 반도체 발광소자이다. 발광 다이오드와 같은 반도체 발광소자는 기존의 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 낮은 전압을 사용하는 동시에 소비전력이 작다는 특성이 있다. 또한, 응답속도 및 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 소형 경량화가 가능하다는 장점도 가지고 있다. 이러한 반도체 발광소자는 사용하는 반도체의 종류와 조성에 따라 각기 다른 파장의 빛을 발생할 수 있어서 필요에 따라 여러 가지 다른 파장의 빛을 만들어 사용할 수 있다. 최근에는 고휘도의 발광소자 칩을 이용한 조명 장치가 기존의 형광등이나 백열등을 대체하는 추세이다.
이러한 반도체 발광소자를 이용한 조명 장치를 제공하기 위해서는, 발광소자 칩을 리드 프레임에 연결시키고 봉지하는 패키징 작업이 요구된다. 예를 들어, 일반적인 발광소자의 패키징 작업에서, 컵 형태의 몰딩 부재가 선몰딩(pre-molding)되어 있는 리드 프레임을 먼저 마련한다. 그런 다음, 몰딩 부재 내의 리드 프레임 위에 발광소자 칩을 접착하여 와이어 본딩을 한 후, 발광소자 칩을 둘러싸도록 몰딩 부재 내에 형광체를 채우고, 마지막으로 렌즈 형태의 광방출 부재로 몰딩 부재 위를 봉지하는 방식으로 발광소자 패키지가 제조된다.
그런데, 위와 같은 방식으로 제조된 발광소자 패키지의 경우, 형광체가 분산되어 있는 바인더 수지 내에 본딩 와이어가 봉지되어 있기 때문에, 고온/고습의 환경에서 본딩 와이어의 접속 신뢰성을 확보하는데 어려움이 있다. 예를 들어, 형광체와 바인더 수지 사이의 열팽창 계수의 불일치는 본딩 와이어의 변형을 초래할 수 있다. 또한, 리드 프레임에 몰딩 부재가 미리 형성되어 있기 때문에, 발광소자 칩의 주변을 몰딩 부재로 둘러쌀 수 없다. 발광소자 칩을 리드 프레임 위에 실장하고 발광소자 칩과 리드 프레임 사이에 본딩 와이어를 연결하기 위해서는, 발광소자 칩과 몰딩 부재 사이에 어느 정도 간격이 필요하기 때문이다. 따라서, 발광소자 칩의 측면을 통해 방출되는 일부의 광을 이용하기 어려워서 발광소자 패키지의 휘도가 저하될 수 있다. 또한, 발광소자 칩의 측면을 통해 방출되는 광은 색 품질의 균일성을 저하시킬 수 있다.
본딩 와이어의 접속 신뢰성을 확보할 수 있고, 열방출 성능 및 광 품질을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지의 구조 및 상기 발광소자 패키지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 개구부를 갖는 배선 기판; 상기 개구부를 덮도록 상기 배선 기판 위에 배치된 발광소자; 상기 개구부를 통하여 상기 배선 기판의 저면과 상기 발광소자의 저면 사이를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 발광소자의 발광면인 상부 표면을 제외한 상기 발광소자의 측면을 둘러싸도록 상기 배선 기판의 상면에 형성되어 있으며, 또한 상기 본딩 와이어를 덮도록 상기 배선 기판의 개구부 주위에 형성되어 있는 몰딩 부재;를 포함하는 발광소자 패키지가 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 배선 기판은 상기 개구부를 중심으로 양측에 전기적으로 분리되어 각각 배치된 한쌍의 리드 프레임이며, 상기 개구부는 상기 분리된 리드 프레임들 사이의 공간일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 개구부 주위에 형성된 몰딩 부재는 상기 배선 기판의 저면과 동일한 높이로 평탄하게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 개구부의 폭이 상기 발광소자와 가까운 부분에서 상대적으로 좁고 상기 배선 기판의 저면과 가까운 부분에서 상대적으로 넓어지도록, 상기 배선 기판은 상기 개구부의 양측에 단차를 가질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 배선 기판은 상기 개구부를 갖는 절연성 수지 기판 및 상기 개구부의 양측으로 전기적으로 분리되어 상기 절연성 수지 기판의 저면에 배치된 한 쌍의 금속 배선 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자 패키지는, 상기 배선 기판의 저면에 소정의 패턴을 갖도록 형성된 솔더 레지스트 및 상기 솔더 레지스트 사이에서 상기 배선 기판의 저면에 형성된 솔더 범프를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 개구부는 상기 발광소자의 폭보다 좁은 폭을 가지며, 상기 발광소자의 폭보다 긴 길이를 가질 수 있다.
또한, 상기 발광소자 패키지는 상기 발광소자의 발광면 위에 형성된 형광층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰딩 부재는 상기 형광층의 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 몰딩 부재는 상부 표면의 높이가 상기 발광소자의 상부 표면의 높이와 일치하도록 형성되어 있으며, 상기 발광소자 위의 형광층은 상기 몰딩 부재의 상부 표면보다 높게 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광소자 패키지는 상기 몰딩 부재와 발광소자 위로 배치된 렌즈 형태의 투명한 봉지 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰딩 부재는 상기 배선 기판의 측면까지 덮도록 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 몰딩 부재는 백색 또는 유색 몰딩 재료로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰딩 부재는 상기 발광소자의 측면을 직접 접촉하여 둘러싸는 제 1 몰딩 부재, 및 상기 제 1 몰딩 부재를 둘러싸도록 상기 배선 기판 위에 형성되어 있으며 또한 상기 본딩 와이어를 둘러싸도록 상기 개구부 주위에 형성되어 있는 제 2 몰딩 부재를 포함할 수 있다.
이 경우, 예를 들어 상기 제 1 몰딩 부재는 백색 몰딩 재료로 이루어지며 상기 제 2 몰딩 재료는 유색 몰딩 재료로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 배선 기판은 다수의 개구부를 가질 수 있으며, 상기 본딩 와이어는 각각의 개구부를 통해 상기 발광소자와 배선 기판을 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 각각의 개구부의 길이는 상기 발광소자의 폭보다 짧으며, 상기 다수의 개구부들은 상기 발광소자의 경계를 가로질러 걸쳐 있도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따르면, 개구부를 갖는 배선 기판을 배치시키는 단계; 상기 배선 기판 위에 상기 개구부를 덮도록 발광소자를 배치하는 단계; 상기 개구부를 통해 상기 발광소자의 저면과 상기 배선 기판의 저면 사이에 본딩 와이어를 연결하는 단계; 및 상기 발광소자의 발광면인 상부 표면을 제외한 상기 발광소자의 측면을 둘러싸도록 상기 배선 기판의 상면에 몰딩 부재를 형성하는 동시에, 상기 본딩 와이어를 덮도록 상기 배선 기판의 개구부 주위에 몰딩 부재를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지의 제조 방법이 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 몰딩 부재를 형성하는 단계는, 상기 발광소자가 부착된 상기 배선 기판을 금형틀 내에 배치시킨 후 트랜스퍼 몰딩(transfer molding) 방식으로 몰딩 부재를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 몰딩 부재를 형성하는 단계는, 상기 발광소자가 부착된 상기 배선 기판을 하부 주형틀 위에 배열하는 단계; 상기 하부 주형틀 위로 상부 주형틀을 덮어서, 유입구와 배출구를 제외한 상기 하부 주형틀과 상부 주형틀 사이의 공동을 밀폐시키는 단계; 상기 유입구를 통해 공동 내에 몰딩 재료를 주입하는 단계; 및 상기 몰딩 재료를 냉각시킨 후, 상기 하부 및 상부 주형틀을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 발광소자의 상부 표면은 상기 상부 주형틀의 저면과 밀착되어 있으며, 상기 하부 주형틀과 배선 기판의 사이를 밀폐함으로써, 상기 유입구를 통해 주입되는 몰딩 재료가 상기 배선 기판의 상부로 흐르도록 할 수 있다.
또한, 상기 개구부는 상기 발광소자의 폭보다 좁은 폭을 가지며 상기 발광소자의 폭보다 긴 길이를 갖고, 상기 몰딩 재료는 상기 개구부를 통해 상기 배선 기판의 아래로 흘러서 상기 본딩 와이어를 덮도록 상기 개구부 주위를 채울 수 있다.
또한, 일 실시예에 따르면, 상기 개구부 주위에 몰딩 부재가 형성될 공간이 마련될 수 있도록, 상기 배선 기판의 개구부와 대향하는 상기 하부 주형틀의 상면에 홈이 형성될 수 있다.
개시된 발광소자 패키지의 경우, 발광소자의 발광면의 반대쪽 면을 통해 배선 기판의 아래쪽으로 와이어 본딩이 이루어진다. 따라서, 기계적 물성이 우수한 몰딩 재료로 본딩 와이어를 봉지할 수 있으므로, 본딩 와이어의 접속 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 후몰딩(post-molding) 방식으로 몰딩 부재가 형성되기 때문에, 몰딩 부재는 발광소자의 발광면을 제외한 발광소자의 측면 전체를 직접 둘러싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 발광소자의 측면으로 방출되는 일부 광을 반사하여 발광소자의 상부로 방출시킬 수 있기 때문에, 광 휘도를 증가시킬 수 있으며 색 품질의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광소자와 몰딩 부재 사이에 간격이 없기 때문에 발광소자 패키지의 소형화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발광소자 패키지의 배선 기판 및 금속 배선 패턴을 개략적으로 보이는 저면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 1에 도시된 배선 기판의 다양한 하부 구조들을 개략적으로 보이는 저면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1에 도시된 발광소자 패키지의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 발광소자 패키지의 제조 과정 중에서 몰딩 부재를 형성하는 방법을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 6 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다양한 발광소자 패키지들의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 발광소자 패키지 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 개구부(102)를 갖는 배선 기판(101), 배선 기판(101) 위에 배치된 발광소자(104), 상기 개구부(102)를 통해 발광소자(104)의 저면과 배선 기판(101)의 저면 사이를 전기적으로 연결하는 한 쌍의 본딩 와이어(106), 및 발광소자(104)의 상부의 발광면을 제외한 발광소자(104)의 측면을 둘러싸도록 배선 기판(101)의 위에 형성되어 있으며 또한 본딩 와이어(106)를 덮도록 상기 배선 기판(101)의 개구부(102)의 주위에 형성되어 있는 몰딩 부재(107)를 포함할 수 있다. 또한, 발광소자 패키지(100)는 상기 몰딩 부재(107)와 발광소자(104) 위로 배치된, 예를 들어, 반구형 렌즈의 형태를 갖는 투명한 봉지 부재(108)를 더 포함할 수 있다. 또한, 발광소자 패키지(100)는 배선 기판(101)의 저면에 형성된 솔더 레지스트(soler resist)(109)와 솔더 범프(soler bump)(110)를 더 포함할 수 있다.
발광소자(104)는 예를 들어 발광 다이오드(light emitting diode; LED)와 같은 반도체 발광소자일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 발광소자(104)는 개구부(102)를 덮도록 배선 기판(101) 위에 배치될 수 있다. 이러한 발광소자(104)는 예를 들어 접착층(103)을 이용하여 배선 기판(101) 위에 고정될 수 있다. 또한, 발광소자(104)의 상부 표면 위에는 형광층(105)이 더 도포될 수 있다. 형광층(105)은 발광소자(104)에서 방출되는 광에 의해 여기되어 백색광을 발생시키는 역할을 한다. 이를 위해 형광층(105)은 단수 또는 복수 종의 형광체를 소정의 배합비에 따라 수지 내에 분산시켜 형성될 수 있다. 실리콘 수지 또는 에폭시 수지와 같은 수지 내에 분산된 형광체의 종류 및 배합비는 발광소자(104)의 발광 특성에 따라 선택될 수 있다. 형광층(105)은 발광소자(104)의 상부 표면인 발광면 위에 전체적으로 도포될 수 있다. 그러나, 백색 발광이 요구되지 않는 경우에는 형광층(105)은 생략될 수도 있다.
도 1에 도시된 발광소자(104)의 경우, 발광소자(104)의 발광면과 반대쪽 면인 발광소자(104)의 저면에 전극 패드(도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 따라서, 본딩 와이어(106)의 일측 단부는 발광소자(104)의 저면에 형성된 전극 패드와 연결된다. 본딩 와이어(106)의 타측 단부는 배선 기판(101)의 개구부(102)를 통과하여 배선 기판(101)의 저면에 연결된다. 본딩 와이어(106)와의 전기적 접속을 위하여, 상기 배선 기판(101)의 저면에는 본딩 패드가 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 본딩 와이어(106)가 발광소자(104)의 상부면에 연결되지 않고 저면에 연결되기 때문에, 발광소자(104)의 상부면에는 전극 패드가 형성될 필요가 없다. 따라서 발광소자(104)의 상부면인 발광면의 면적이 상대적으로 증가할 수 있다. 또한, 발광소자(104)의 측면 주의에 와이어 본딩을 위한 추가적인 공간을 마련할 필요가 없기 때문에, 발광소자 패키지(100)의 전체적인 크기를 더 작게 할 수 있다.
배선 기판(101)은 외부의 전원(도시되지 않음)과 연결되어, 외부의 전원으로부터 본딩 와이어(106)를 통해 발광소자(104)에 전류를 인가하는 역할을 한다. 또한, 배선 기판(101)은 발광소자(104)에서 발생하는 열을 외부로 발산시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위하여 배선 기판(101)은 도전성을 갖는 금속 배선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배선 기판(101)은 전체적으로 금속으로 이루어진 리드 프레임 그 자체일 수 있다. 이 경우, 배선 기판(101)은 개구부(102)를 중심으로 양측에 전기적으로 분리되어 각각 배치된 한쌍의 리드 프레임을 포함할 수 있다. 여기서, 개구부(102)는 분리된 두 리드 프레임 사이의 공간일 수 있다. 다른 실시예에서, 배선 기판(101)은 예를 들어 인쇄회로기판(PCB)과 같이, 절연성 수지 기판 및 상기 절연성 수지 기판의 저면에 형성되어 있는 금속 배선 패턴을 포함할 수 있다. 이 경우 절연성 수지 기판의 중심부에는 절연성 수지 기판을 관통하는 개구부(102)가 형성되어 있으며, 개구부(102)의 양측으로 한 쌍의 금속 배선 패턴이 전기적으로 분리되어 각각 형성될 수 있다. 그러면 본딩 와이어(106)는 상기 한 쌍의 리드 프레임 또는 금속 배선 패턴에 각각 연결될 수 있다.
도 2는 상술한 배선 기판(101) 및 상기 배선 기판(101)의 저면에 형성된 금속 배선 패턴을 예시적으로 보이는 개략적인 저면도이다. 도 2를 참조하면, 배선 기판(101)은 예를 들어 중심부에 개구부(102)를 갖는 절연성 수지 기판(101c) 및 상기 절연성 수지 기판(101c)의 저면에서 개구부(102)의 양측에 각각 형성된 두 개의 금속 배선 패턴(101a, 101b)을 포함할 수 있다. 도 2에는 다수의 발광소자 패키지(100)를 일괄 공정으로 형성하기 위한 다수의 절연성 수지 기판(101c) 및 다수의 금속 배선 패턴(101a, 101b)들의 어레이가 도시되어 있다. 예를 들어 다수의 금속 배선 패턴(101a, 101b)들은 다수의 타이 바(tie bar)(120)를 통해 2차원 매트릭스의 형태로 서로 연결될 수 있다. 또한, 도 2에는 다수의 절연성 수지 기판(101c)이 점선으로 표시되어 있으나, 다수의 절연성 수지 기판(101c)은 실제로는 하나의 큰 기판일 수 있다. 다수의 발광소자 패키지(100)가 완성된 후에는 타이 바(120)가 있는 부분을 절단하여 각각의 발광소자 패키지(100)를 분리할 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 발광소자 패키지(100)의 대량 생산에 유리할 수 있다. 만약, 상기 배선 기판(101)이 리드 프레임 그 자체인 경우, 배선 기판(101)은 금속 배선 패턴(101a, 101b)만을 포함할 수도 있다.
도 2에는 배선 기판(101)의 상면 위에 발광소자(104)가 배치될 영역(104a)이 점선 사각형으로 표시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 개구부(102)는 폭이 좁고 길이가 긴 슬롯의 형태를 갖는다. 예컨대, 개구부(102)의 폭은 발광소자(104)의 폭보다 좁으며, 길이는 발광소자(104)의 폭보다 길다. 따라서, 배선 기판(101) 위에 발광소자(104)가 배치된 뒤에도, 개구부(102)가 발광소자(104)에 의해 막히지 않는다. 이는 이후의 몰딩 부재(107)를 형성하는 공정에서 몰딩 부재(107)의 재료가 개구부(102)를 통해 배선 기판(101)의 상하부 사이를 흐를 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배선 기판(101)의 저면에는 솔더 레지스트(109)와 솔더 범프(110)가 더 형성될 수 있다. 솔더 범프(110)는 발광소자 패키지(100)를 사용하는 조명 장치와 같은 다른 장치의 회로 기판 위에 발광소자 패키지(100)가 표면 실장될 수 있도록 한다. 솔더 범프(110)의 형성을 위해, 예를 들어 소정의 패턴을 갖는 솔더 레지스트(109)를 배선 기판(101)의 저면에 먼저 형성할 수 있다. 그런 후에, 솔더 범프(110)는 상기 솔더 레지스트(109)가 형성되어 있지 않은 배선 기판(101)의 저면에 부착될 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 이러한 솔더 범프(110)의 형성을 위한 배선 기판(101)의 다양한 하부 구조들을 개략적으로 보이는 저면도이다. 예를 들어, 도 3a를 참조하면, 배선 기판(101)의 저면에는 솔더 레지스트(109)가 전체적으로 형성되어 있으며, 솔더 레지스트(109)가 형성되어 있지 않은 본딩 패드(116)와 볼 랜드(ball land)(110a)들이 부분적으로 존재한다. 솔더 레지스트(109)가 형성되어 있지 않은 상기 본딩 패드(116)와 볼 랜드(110a)에는, 예를 들어, 배선 기판(101)의 금속 배선 패턴(101a, 101b)이 노출될 수 있다. 개구부(102)의 양측에 형성된 본딩 패드(116)는 본딩 와이어(106)와 금속 배선 패턴(101a, 101b) 사이의 연결을 위한 영역이다. 그리고, 다수의 볼 랜드(110a)는 솔더 범프(110)가 형성될 영역이다. 이와 같이, 본딩 패드(116)와 볼 랜드(110a)의 영역에는 솔더 레지스트(109)가 형성되어 있지 않고 금속 배선 패턴(101a, 101b)이 노출되기 때문에, 본딩 와이어(106)와 솔더 범프(101)가 금속 배선 패턴(101a, 101b)에 부착될 수 있다. 또한, 솔더 레지스트(109)를 사용함으로써 금속 배선 패턴(101a, 101b) 상의 원하는 영역에만 솔더 범프(101)를 형성시킬 수 있다.
도 3a에는 두 개의 본딩 패드(116)가 개구부(102)의 양측 중앙에 서로 대향하도록 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 두 개의 본딩 패드(116)는 개구부(102)의 양측 반대쪽 가장자리에서 서로 엇갈리에 배치될 수도 있다. 또한, 본딩 패드(116)는 도 3c에 도시된 바와 같이, 개구부(102)를 향해 돌출되어 형성될 수도 있다. 이를 위해, 금속 배선 패턴(101a, 101b)의 일부분이 개구부(102)를 향해 돌출하여 연장되도록 패터닝될 수 있다. 또한, 솔더 레지스트(109)는 개구부(102)를 향해 연장된 금속 배선 패턴(101a, 101b)의 일부분 위에는 형성되지 않는다. 이렇게 개구부(102)를 향해 돌출되어 형성된 본딩 패드(116)는 도 3d에 도시된 바와 같이 다수 개가 존재할 수도 있다. 또한, 도 3e에 도시된 바와 같이, 배선 기판(101)에는 다수의 개구부(102)가 존재할 수도 있으며, 각각의 개구부(102)마다 본딩 패드(116)가 형성될 수 있다. 다수의 개구부(102)가 존재하는 경우, 각각의 개구부(102)의 길이는 발광소자(104)가 배치될 영역(104a)의 폭보다 짧을 수도 있다. 이 경우, 개구부(102)들은 발광소자(104)가 배치될 영역(104a)의 경계를 가로질러 걸쳐 있어서, 발광소자(104)가 배선 기판(101) 위에 부착된 후에도 각각의 개구부(102)들은 부분적으로만 막히게 된다. 한편, 도 3a 내지 도 3e에는 개구부(102)의 주위에 몰딩 부재(107)가 형성될 영역(107a)이 표시되어 있다. 몰딩 부재(107)는 와이어 본딩이 완료된 후 개구부(102) 주위의 상기 영역(107a)에 형성되어 개구부(102)와 본딩 와이어(106)를 완전히 덮을 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 도 1에 도시된 발광소자 패키지(100)의 제조 방법을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 먼저, 도 4a를 참조하면, 중심부에 개구부(102)가 형성되어 있는 배선 기판(101)을 마련하고, 상기 배선 기판(101)의 저면에 소정의 패턴을 갖는 솔더 레지스트(109)를 형성한다. 그런 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 접착층(103)을 이용하여 배선 기판(101) 위에 발광소자(104)를 부착시킨다. 여기서, 발광소자(104)의 상부 표면에는 형광층(105)이 미리 도포되어 있을 수 있다. 그러나, 발광소자(104)를 배선 기판(101) 위에 먼저 부착시킨 후에, 형광층(105)을 발광소자(104)의 상부 표면에 도포하는 것도 가능하다. 만약 발광소자(104)가 자체적으로 백색광을 방출하는 경우에는 형광층(105)이 없을 수도 있다. 또한, 특정한 색의 광을 방출하는 발광소자 패키지(100)를 제조하는 경우에도, 발광소자(104) 위에 형광층(105)이 도포되지 않을 수 있다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 발광소자(104)의 저면과 배선 기판(101)의 저면 사이를 본딩 와이어(106)로 연결한다. 이를 위해, 발광소자(104)의 저면에는 전극 패드(도시되지 않음)가 형성될 수 있으며, 배선 기판(101)의 저면에도 본딩 패드(116, 도 3 참조)가 개구부(102)의 양측으로 형성될 수 있다. 그러면 본딩 와이어(106)는 개구부(102)를 통과하여 상기 발광소자(104)의 전극 패드와 배선 기판(101)의 본딩 패드에 전기적으로 연결될 수 있다.
그런 후에는, 도 4d에 도시된 바와 같이, 배선 기판(101) 위의 발광소자(104)의 측면을 둘러싸도록 몰딩 부재(107)를 형성한다. 이때, 몰딩 부재(107)는 개구부(102) 주위에도 함께 형성되어 개구부(102)와 본딩 와이어(106)를 덮을 수 있다. 예를 들어, 발광소자(104)가 부착된 배선 기판(101)을 금형틀 내에 배치시키고, 트랜스퍼 몰딩(transfer molding) 방식으로 몰딩 부재(107)를 형성할 수 있다.
도 5에는 몰딩 부재(107)를 형성하기 위한 트랜스퍼 몰딩 방법이 예시적으로 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 도 4c의 단계까지 진행된 제조 과정 중의 발광소자 패키지를 하부 주형틀(bottom die)(131) 위에 배열한 후, 하부 주형틀(131) 위로 상부 주형틀(132)을 덮어서 하부 주형틀(131)과 상부 주형틀(132) 사이의 몰딩을 위한 공동(cavity)을 완전히 밀폐시킨다. 다만 주형틀(131, 132)의 좌측의 유입구(136)와 우측의 배출구(137)만이 열려 있는 상태가 된다. 이때, 발광소자(104)의 상부 표면은 상부 주형틀(132)의 저면과 완전히 밀착된다. 상부 주형틀(132)의 저면에는 몰딩 필름(133)이 형성되어 있어서, 발광소자(104)의 상부 표면을 보호하고 몰딩 재료(117)가 상부 주형틀(132)의 저면에 달라붙지 않게 한다. 또한, 하부 주형틀(131)과 배선 기판(101)의 사이를 밀폐함으로써, 유입구(136)를 통해 공동에 주입되는 몰딩 재료(117)가 배선 기판(101)의 위쪽으로 흐르도록 한다. 그리고, 배선 기판(101)의 개구부(102)와 대향하는 하부 주형틀(131)의 상면에는 홈(134)이 형성되어 있어서, 개구부(102) 주위에 몰딩 부재(107)가 형성될 공간이 마련된다.
그런 후, 몰딩 재료(117)를 제공하기 위한 폿 블록(pot block)(138)을 유입구(136)에 고정시키고, 플런저(135)로 몰딩 재료(117)를 가압하여 유입구(136)를 통해 공동 내부로 몰딩 재료(117)를 주입한다. 그러면, 몰딩 재료(117)는 배선 기판(101)의 상부로 흘러서 발광소자(104)의 측면을 완전히 채우게 된다. 또한, 몰딩 재료(117)는 개구부(102)를 통해 배선 기판(101)의 아래로 흘러서 개구부(102)와 본딩 와이어(106)의 주위를 완전히 채우게 된다. 용융 상태의 몰딩 재료(117)가 완전히 채워진 후에는 몰딩 재료(117)를 냉각시켜 경화시킨다. 냉각이 완료된 후, 하부 및 상부 주형틀(131, 132)을 제거하면, 도 4d에 도시된 바와 같이 몰딩 부재(107)가 형성될 수 있다.
이어서, 도 4e에 도시된 바와 같이, 몰딩 부재(107) 위로 투명한 봉지 부재(108)를 형성한다. 봉지 부재(108)는 예를 들어 반구형 렌즈의 형태로 형성될 수 있다. 이러한 봉지 부재(108)는 투명한 실리콘 수지 등으로 이루어질 수 있다. 마지막으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 솔더 레지스트(109)가 형성되어 있지 않은 배선 기판(101)의 저면에 솔더 범프(110)를 형성할 수 있다. 이렇게 함으로써 발광소자 패키지(100)가 완성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(100)는 발광소자(104)를 배선 기판(101) 위에 먼저 실장한 후, 나중에 몰딩 부재(107)를 형성하는 후몰딩(post-molding) 방식으로 제조될 수 있다. 따라서, 몰딩 부재(107)를 배선 기판(101) 위에 먼저 형성하는 선몰딩 방식에 비하여, 발광소자(104)를 위치시키기 위한 공간이 절약될 수 있다. 이로 인해, 발광소자 패키지(100)의 크기를 더 소형화할 수 있다. 또한, 후몰딩 방식의 경우, 몰딩 부재(107)가 발광소자(104)의 상부 표면을 제외한 측면 전체를 완전히 밀착하여 둘러쌀 수 있다. 따라서, 광반사율이 우수한 몰딩 재료를 사용할 경우, 발광소자(104)의 측면으로 부분적으로 방출되는 광을 몰딩 부재(107)가 반사하여 광의 재활용이 가능하다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에서, 몰딩 부재(107)는 우수한 광반사율을 갖는 백색 몰딩 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 몰딩 부재(107)는 몰딩 수지 내에 TiO2와 같은 재료를 혼합하여 형성될 수 있다. 그러면 발광소자 패키지(100)의 광 방출 효율이 향상될 수 있다. 또한, 발광소자(104)의 측면으로 부분적으로 광이 방출되는 경우에도, 발광소자(104)의 상부 표면에만 형광층(105)을 도포하여도 되므로, 발광소자 패키지(100)의 광 품질의 산포를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1의 발광소자 패키지(100)와 비교할 때, 도 6에 도시된 발광소자 패키지(200)의 몰딩 부재(107)는 상부 표면의 높이가 발광소자(104)의 상부 표면의 높이와 일치하도록 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 1에 도시된 발광소자 패키지(100)의 경우, 몰딩 부재(107)는 발광소자(104)의 측면뿐만 아니라 형광층(105)의 측면까지 둘러싸도록, 발광소자(104)보다 높게 형성되어 있다. 반면, 도 6에 도시된 실시예의 경우, 몰딩 부재(107)는 발광소자(104)의 측면만을 둘러싸며 형광층(105)의 측면은 둘러싸지 않는다. 따라서, 발광소자(104) 위에 도포된 형광층(105)은 몰딩 부재(107)의 상부 표면보다 높게 형성되어 있다. 본 실시예의 경우에는, 몰딩 부재(107)의 형성이 먼저 완료된 후에 발광소자(104) 위에 형광층(105)이 형성된다. 그러면 몰딩 부재(107)의 형성 과정에서 발생할 수도 있는 형광층(105)의 손상이나 오염을 방지할 수 있다. 도 6에 도시된 발광소자 패키지(200)의 나머지 구성은 도 1에 도시된 발광소자 패키지(100)에 대해 설명한 것과 동일하다.
또한, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(300)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 7에 도시된 발광소자 패키지(300)의 경우, 배선 기판(101)의 하부에 솔더 레지스트(109) 및 솔더 범프(110)가 형성되어 있지 않다. 대신에 배선 기판(101)은 리드 프레임 그 자체일 수 있다. 이 경우, 리드 프레임이 발광소자(104)와 직접 접촉하므로 열 방출 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 발광소자 패키지(100)의 실시예에서는 개구부(102) 주위의 몰딩 부재(107)가 배선 기판(101)으로부터 돌출되어 있는 반면, 도 7에 도시된 실시예에서는 배선 기판(101)의 개구부(102) 주위에 형성된 몰딩 부재(107)는 배선 기판(101)의 저면과 동일한 높이로 평탄하게 형성되어 있다. 이때, 본딩 와이어(106)가 개구부(102) 주위의 몰딩 부재(107)에 의해 완전히 덮일 수 있도록, 배선 기판(101)은 개구부(102)의 양측에서 단차를 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 개구부(102)의 폭은 발광소자(104)와 가까운 부분에서 상대적으로 좁고, 배선 기판(101)의 저면과 가까운 부분에서 상대적으로 넓어진다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(400)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 7의 실시예와 비교할 때, 도 8에 도시된 실시예의 경우에는 몰딩 부재(107)가 배선 기판(101)의 측면까지 완전히 덮고 있다. 이 경우, 다수의 발광소자 패키지(400)들을 한꺼번에 어레이의 형태로 제조한 후, 이들을 개별적으로 분리하는 과정에서 블레이드와 같은 절단 도구의 수명을 증가시킬 수 있다. 다수의 발광소자 패키지(400)들 사이의 절단면에 금속과 같은 재료가 없고 상대적으로 경도가 낮은 몰딩 부재(107)가 존재하기 때문이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(500)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 9에 도시된 발광소자 패키지(500)는 발광소자(104)를 직접 접촉하여 둘러싸는 제 1 몰딩 부재(107) 및 상기 제 1 몰딩 부재(107)를 둘러싸는 제 2 몰딩 부재(127)를 포함할 수 있다. 제 2 몰딩 부재(127)는 또한 본딩 와이어(106)를 둘러싸도록 개구부(102) 주위에도 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 몰딩 부재(107)는 백색 몰딩 재료로 이루어지며, 제 2 몰딩 부재(127)는 백색이 아닌 유색 몰딩 재료로 이루어질 수 있다. 유색 몰딩 재료는 백색 몰딩 재료에 비하여 값이 싸고 기계적 물성 및 작업성이 우수하므로, 유색 몰딩 재료를 사용하면 발광소자 패키지(500)의 제조 비용을 절감할 수 있다. 예를 들어, 유색 몰딩 재료로는 반도체 칩의 봉지재로 주로 사용되는 EMC(epoxy molding compound)를 사용할 수 있다. 다만, 발광소자(104)의 측면으로 방출되는 일부의 광을 반사하기 위하여, 백색 몰딩 재료로 이루어진 제 1 몰딩 부재(107)를 발광소자(104)의 측면에 먼저 형성한 후, 나머지 부분에는 제 2 몰딩 부재(127)를 형성할 수 있다. 그러나, 만약 발광소자(104)의 측면으로 전혀 광이 방출되지 않는다면, 유색 몰딩 재료로 이루어진 하나의 몰딩 부재만을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 6 내지 도 8에 도시된 몰딩 부재(107)는 백색 몰딩 재료가 아닌 유색 몰딩 재료로 이루어질 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(600)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 10에 도시된 발광소자 패키지(600)의 경우, 전극 패드가 발광소자(104)의 중심부에 모여 있지 않고 양쪽 가장자리에 배치되어 있다. 이에 따라, 배선 기판(101)은 발광소자(104)의 전극 패드에 대응하는 위치에 다수의 개구부(102)를 갖는다. 본딩 와이어(106)는 각각의 개구부(102)를 통해 발광소자(104)와 배선 기판(101)을 전기적으로 연결한다.
마지막으로 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지(700)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 11에 도시된 발광소자 패키지(700)는 다수의 발광소자(104)들을 가지며, 각의각 발광소자(104)들을 배선 기판(101)과 전기적으로 연결시키기 위하여 다수 쌍의 본딩 와이어(106) 및 다수의 개구부(102)를 가질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 하나의 발광소자 패키지(700) 내에 다수의 발광소자(104)들이 배치되기 때문에, 발광소자 패키지(700)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 발광소자 패키지 및 그 제조 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700.....발광소자 패키지
101.....배선 기판 102.....개구부
103.....접착층 104.....발광소자
105.....형광층 106.....본딩 와이어
107, 127.....몰딩 부재 108.....봉지 부재
109.....솔더 레지스트 110.....솔더 범프
116.....본딩 패드 117.....몰딩 재료
120.....타이 바(tie bar) 131,132.....주형틀(die)
133.....몰딩 필름 135.....플런저(plunger)

Claims (23)

  1. 개구부를 갖는 배선 기판;
    상기 배선 기판 위에 배치된 발광소자로서, 상기 발광소자의 경계에 상기 개구부가 가로질러 걸쳐있고, 상기 발광소자가 상기 개구부를 막지 않도록 상기 개구부의 일부를 덮는 발광소자;
    상기 개구부를 통하여 상기 배선 기판의 저면과 상기 발광소자의 저면 사이를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및
    상기 발광소자의 발광면인 상부 표면을 제외한 상기 발광소자의 측면을 둘러싸도록 상기 배선 기판의 상면에 형성되어 있으며, 또한 상기 본딩 와이어를 덮도록 상기 배선 기판의 개구부 주위에 형성되어 있는 몰딩 부재;를 포함하는 발광소자 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선 기판은 상기 개구부를 중심으로 양측에 전기적으로 분리되어 각각 배치된 한쌍의 리드 프레임이며, 상기 개구부는 상기 분리된 리드 프레임들 사이의 공간인 발광소자 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부 주위에 형성된 몰딩 부재는 상기 배선 기판의 저면과 동일한 높이로 평탄하게 형성되어 있는 발광소자 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구부의 폭이 상기 발광소자와 가까운 부분에서 상대적으로 좁고 상기 배선 기판의 저면과 가까운 부분에서 상대적으로 넓어지도록, 상기 배선 기판은 상기 개구부의 양측에 단차를 갖는 발광소자 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩 부재는 상기 배선 기판의 측면까지 덮도록 형성되어 있는 발광소자 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩 부재는 상기 발광소자의 측면을 직접 접촉하여 둘러싸는 제 1 몰딩 부재, 및 상기 제 1 몰딩 부재를 둘러싸도록 상기 배선 기판 위에 형성되어 있으며 또한 상기 본딩 와이어를 둘러싸도록 상기 개구부 주위에 형성되어 있는 제 2 몰딩 부재를 포함하는 발광소자 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 몰딩 부재는 백색 몰딩 재료로 이루어지며, 상기 제 2 몰딩 재료는 유색 몰딩 재료로 이루어지는 발광소자 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배선 기판은 다수의 개구부를 가지며, 상기 본딩 와이어는 각각의 개구부를 통해 상기 발광소자와 배선 기판을 전기적으로 연결하는 발광소자 패키지.
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  10. 개구부를 갖는 배선 기판을 배치시키는 단계;
    상기 배선 기판 위에 발광소자를 배치하되, 상기 발광소자의 경계에 상기 개구부가 가로질러 걸쳐있고, 상기 개구부를 막지 않게 상기 개구부의 일부를 덮도록 발광소자를 배치하는 단계;
    상기 개구부를 통해 상기 발광소자의 저면과 상기 배선 기판의 저면 사이에 본딩 와이어를 연결하는 단계;
    상기 발광소자가 부착된 상기 배선 기판을 하부 주형틀 위에 배치하고, 상기 하부 주형틀 위로 상부 주형틀을 덮어서, 상기 하부 주형틀과 상기 상부 주형틀 사이의 공동을 밀폐시키는 단계; 및
    상기 공동 내에 몰딩 재료를 주입하여, 상기 발광소자의 발광면인 상부 표면을 제외한 상기 발광소자의 측면을 둘러싸도록 상기 배선 기판의 상면에 몰딩 부재를 형성하는 동시에, 상기 본딩 와이어를 덮도록 상기 배선 기판의 개구부 주위에 몰딩 부재를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 개구부 주위에 몰딩 부재가 형성될 공간이 마련될 수 있도록, 상기 배선 기판의 개구부와 대향하는 상기 하부 주형틀의 상면에 홈이 형성되어 있는 발광소자 패키지의 제조 방법.
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