KR102089496B1 - 반도체 발광 구조물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 반도체 발광 구조물의 제조 방법에 있어서, 외부전극을 포함하는 외부기판을 준비하는 단계;로서, 상면에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 외부기판을 준비하는 단계; 외부기판의 홀 각각에 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계;로서, 반도체 발광소자 칩의 전극과 외부기판의 전극이 전기적으로 연결되도록 반도체 발광소자 칩을 외부기판의 홀 각각에 놓는 단계; 외부기판의 홀에 배치된 반도체 발광소자 칩의 측면을 형성하는 단계; 벽과 렌즈가 접촉되도록 반도체 발광소자 칩 위에 렌즈를 부착하는 단계; 그리고 벽을 경화하는 단계;를 포함하고, 반도체 발광소자 칩과 렌즈 사이의 거리는 10㎛이하인 반도체 발광 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 반도체 발광 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광 추출 효율을 향상시킨 반도체 발광 구조물 및 제조방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10; 예: 사파이어 기판), 성장기판(10) 위에, 버퍼층(12), 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30; 예: n형 GaN층), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40; 예; INGaN/(In)GaN MQWs), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50; 예: p형 GaN층)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 전류 확산을 위한 투광성 전도막(60)과, 본딩 패드로 역할하는 전극(70)이 형성되어 있고, 식각되어 노출된 제1 반도체층(14) 위에 본딩 패드로 역할하는 전극(80: 예: Cr/Ni/Au 적층 금속 패드)이 형성되어 있다. 도 1과 같은 형태의 반도체 발광소자를 특히 레터럴 칩(Lateral Chip)이라고 한다. 여기서, 성장기판(10) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호를 변경하였다.
반도체 발광소자 칩은 성장기판(10), 성장기판(10) 위에, 제1 도전성을 가지는 제1 반도체층(30), 전자와 정공의 재결합을 통해 빛을 생성하는 활성층(40), 제1 도전성과 다른 제2 도전성을 가지는 제2 반도체층(50)이 순차로 증착되어 있으며, 그 위에 성장기판(10) 측으로 빛을 반사시키기 위한 3층으로 된 전극막(90, 91, 92)이 형성되어 있다. 제1 전극막(90)은 Ag 반사막, 제2 전극막(91)은 Ni 확산 방지막, 제3 전극막(92)은 Au 본딩층일 수 있다. 식각되어 노출된 제1 반도체층(30) 위에 본딩 패드로 기능하는 전극(80)이 형성되어 있다. 여기서, 전극막(92) 측이 외부와 전기적으로 연결될 때 장착면이 된다. 도 2와 같은 형태의 반도체 발광소자 칩을 특히 플립 칩(Flip Chip)이라고 한다. 도 2에 도시된 플립 칩의 경우 제1 반도체층(30) 위에 형성된 전극(80)이 제2 반도체층 위에 형성된 전극막(90, 91, 92)보다 낮은 높이에 있지만, 동일한 높이에 형성될 수 있도록 할 수도 있다. 여기서 높이의 기준은 성장기판(10)으로부터의 높이일 수 있다.
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광소자(100)는 리드 프레임(110, 120), 몰드(130), 그리고 캐비티(140) 내에 수직형 반도체 발광소자 칩(150; Vertical Type Light Emitting Chip)이 구비되어 있고, 캐비티(140)는 파장 변환재(160)를 함유하는 봉지제(170)로 채워져 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)의 하면이 리드 프레임(110)에 전기적으로 직접 연결되고, 상면이 와이어(180)에 의해 리드 프레임(120)에 전기적으로 연결되어 있다. 수직형 반도체 발광소자 칩(150)에서 나온 광의 일부가 파장 변환재(160)를 여기 시켜 다른 색의 광을 만들어 두 개의 서로 다른 광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 예를 들어 반도체 발광소자 칩(150)은 청색광을 만들고 파장 변환재(160)에 여기 되어 만들어진 광은 황색광이며, 청색광과 황색광이 혼합되어 백색광을 만들 수 있다. 도 3은 수직형 반도체 발광소자 칩(150)을 사용한 반도체 발광소자를 보여주고 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 발광소자 칩을 사용하여 도 3과 같은 형태의 반도체 발광소자를 제조할 수도 있다.
도 3에 기재된 타입의 반도체 발광소자를 일반적으로 패키지(Package) 타입(Type)의 반도체 발광소자라고 하며 반도체 발광소자 칩 크기의 반도체 발광소자를 CSP(Chip Scale Package) 타입의 반도체 발광소자라 한다. CSP 타입의 반도체 발광소자와 관련된 것은 한국 공개특허공보 제2014-0127457호에 기재되어 있다. 최근에는 반도체 발광소자의 크기가 소형화되는 경향에 따라 CSP 타입의 반도체 발광소자에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 반도체 발광 구조물의 제조 방법에 있어서, 외부전극을 포함하는 외부기판을 준비하는 단계;로서, 상면에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 외부기판을 준비하는 단계; 외부기판의 홀 각각에 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계;로서, 반도체 발광소자 칩의 전극과 외부기판의 전극이 전기적으로 연결되도록 반도체 발광소자 칩을 외부기판의 홀 각각에 놓는 단계; 외부기판의 홀에 배치된 반도체 발광소자 칩의 측면을 형성하는 단계; 벽과 렌즈가 접촉되도록 반도체 발광소자 칩 위에 렌즈를 부착하는 단계; 그리고 벽을 경화하는 단계;를 포함하고, 반도체 발광소자 칩과 렌즈 사이의 거리는 10㎛이하인 반도체 발광 구조물의 제조 방법이 제공된다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 반도체 발광소자 칩의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 외부기판의 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 미국 등록특허공보 제7,262,436호에 제시된 반도체 발광소자 칩의 다른 예를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 반도체 발광소자의 일 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 외부기판의 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면,
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 또 다른 일 예를 보여주는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4는 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 일 예를 보여주는 도면으로서, 도 4(a)는 단면도이고, 도 4(b)는 상면도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광 구조물(1)은 반도체 발광소자(10), 렌즈(12) 및 외부기판(14)을 포함한다.
반도체 발광소자(10)는 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층(1011)을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 복수의 전극(1012)을 구비하는 반도체 발광소자 칩(101), 반도체 발광소자 칩(101)을 덮도록 형성되는 봉지재(102) 그리고, 반도체 발광소자 칩(101)과 접촉하지 않는 봉지재(102)의 외측면에 위치하는 벽(103)을 포함한다.
반도체 발광소자 칩(101)은 반도체 발광소자 칩(101) 하부에 복수의 전극(1012)이 위치하는 플립 칩(flip chip)이 바람직하며, 본 개시에서 반도체 발광소자 칩(101)을 플립 칩으로 한정하였지만, 레터럴 칩(lateral chip)이나 수직형 칩(vertical chip)을 배제하는 것은 아니다.
활성층(1011)은 명확히 표시하기 위하여 과장되게 표현하였으며, 실제 활성층은 두께가 수 um로 얇으며 전극(1012) 근처에 형성되어 있다.
봉지재(102)는 반도체 발광소자 칩(101)의 상면(1013) 및 측면(1014)을 감싸도록 형성되며, 투광성 물질 및 파장 변환재(미도시)를 포함하는 투광성 물질 중 하나로 형성될 수 있다. 투광성 물질은 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나일 수 있다. 파장 변환재는 반도체 발광소자 칩(101)의 활성층(1011)으로부터 생성되는 빛을 다른 파장의 빛으로 변환하는 것이라면 어떠한 것이라도 좋지만(예: 안료, 염료 등), 광 변환 효율을 고려할 때 형광체(예: YAG, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 파장 변환재는 반도체 발광소자(10)에서 나오는 빛의 색에 따라 정해질 수 있으며, 당업자에게 잘 알려져 있다. 봉지재(102)는 반도체 발광소자 칩(101)의 상면(1013) 및 측면(1014)으로부터 나오는 빛(L11, L12, L13)을 균일하게 변환하여 균일한 발광이 이루어질 수 있도록 한다.
이와 같은 봉지재(102)는 파장 변환재를 포함하는 봉지재를 반도체 발광소자 칩(101) 주변에 형성하는 방법으로는 스프레이 코팅 또는 반도체 발광소자 칩에 직접 도포하거나, 반도체 발광소자 칩(101)에 파장 변환재를 포함하는 봉지재를 도포한 후 파장 변환재를 침전시켜 형성할 수 있다.
벽(103)은 봉지재(102) 형성시 봉지재(102)가 벽(103)을 넘어서 형성되지 않도록 하는 경계턱 즉, 댐(dam)의 역할로 이용될 수 있으며, 벽(103)은 생략될 수 있다. 벽(103)은 반도체 발광소자 칩(101)을 보호하는 봉지재(102)의 형태 유지에 좋도록 어느 정도 딱딱한 재질이 바람직하고, 크랙이나 갈라짐 방지에 효과적인 재질로 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 벽(103)은 광반사율이 좋은 물질이나 EMC 물질로 이루어지거나 단순히 투명 실리콘으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 벽(103)은 반도체 발광소자 칩(101)으로부터 나오는 빛을 봉지재(102)로 반사할 수 있는 유색의 반사 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 화이트 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 벽(103)이 화이트 실리콘(White Silicon), 및 고반사 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나로 이루어지는 경우, 벽(103)은 불투명할 수 있고, 반도체 발광소자 칩(101)의 측면(1014)으로 나오는 빛(L12, L13)을 봉지재(102) 측으로 빛을 반사할 수 있다.
벽(103)의 상면은 반도체 발광소자 칩(101)의 상면(1013)보다 높게 형성된다. 반도체 발광소자 칩(101)의 상면(1013)과 렌즈(12)는 일정 거리(D11)만큼 이격되어 위치한다. 반도체 발광소자 칩(201)과 렌즈(22) 사이의 거리(D11)가 형성되는 이유에 대하서는 후술한다.
벽(103)의 높이(H2)는 반도체 발광소자 칩(101)의 높이(H1)와 동일하거나 낮게 또는 동일하거나 높게 형성될 수 있다. 본 개시에서 벽(103)이 외부기판(14)의 상면에 형성된 반사층(144) 위에 위치하므로, 반도체 발광소자 칩(201)과 렌즈(22) 사이의 거리(D11)가 유지되도록 반사층(144)의 높이에 따라 벽(103)의 높이(H2)는 반도체 발광소자 칩(101)의 높이(H1)와 동일하거나 낮게 또는 동일하거나 높게 형성될 수 있다. 즉, 벽(103)의 상면은 반도체 발광소자 칩(101)의 상면보다 높게 형성될 수 있다. 이와 달리, 외부기판(14)의 상면에 반사층(144)이 형성되지 않은 경우, 벽(103)의 높이(H2)는 반도체 발광소자 칩(101)의 높이(H1)보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.
렌즈(12)는 외부기판(14)에 실장되며, 빛을 방출하는 반도체 발광소자(10)을 덮도록 반도체 발광소자(10)의 상면에 형성된다.
렌즈(12)는 반도체 발광소자(10)로부터 방출되는 빛(L11, L12, L13)이 입사되는 광입사부(121)와 입사된 빛을 외부로 방출하는 광방출부(122)로 형성된다. 렌즈(12)는 렌즈(121)의 광방출부(122)로 볼록한 돔(dome) 형상의 볼록 렌즈 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 반도체 발광소자(10)에서 방출되는 빛을 보다 넓은 영역으로 조사할 수 있도록 한다.
렌즈(12)의 광입사부(121)는 평탄한 면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않고 요철 구조 또는 오목 구조로 형성될 수도 있다.
렌즈(12)의 광방출부(122)는 반구형의 볼록한 렌즈 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 렌즈(12)는 오목한 렌즈 형상 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 상면이 평면인 형상을 가질 수도 있다.
렌즈(12)는 반도체 발광소자 칩(101)의 성장기판(미도시)과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 렌즈(12)는 사출 성형 등을 통해 형성될 수 있다.
본 개시에서 반도체 발광소자 칩(101)의 상면(1013)과 렌즈(12)의 광입사부(121) 사이의 거리(D11)는 최대한 작게 형성되는 것이 바람직하다. 반도체 발광소자 칩(201)과 렌즈(22) 사이의 거리(D11)가 작게 형성될수록 반도체 발광소자(20)의 상면으로 나오는 빛이 렌즈(22)로 바로 전달되어 손실되는 광의 양을 줄이고, 추출되는 광의 양이 증가시켜 광 추출 효율(extraction efficiency)이 향상될 수 있다. 본 예에서는 반도체 발광소자 칩(201)과 렌즈(22) 사이의 거리(D11)는 최소 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
외부기판(14)은 렌즈(12) 및 발광소자(10)가 실장되는 영역을 제공하는 기판이면 제한되지 않는다. 외부기판(14)은 발광소자 패키지를 형성하기 위한 기판일 수 있고, 예컨대, 리드 전극들을 포함하는 기판, 인쇄회로기판, 금속 플레이트 기판 등을 포함할 수 있다.
외부기판(14)은 베이스(141), 도전층(142), 절연층(143) 및 반사층(144)을 포함한다.
베이스(141)는 절연성 물질을 포함할 수 있고, 또한, 열전도율이 높은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고열전도성 폴리머 물질 및/또는 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 특히, 베이스(141)는 AlN 세라믹을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 장치 구동 시, 반도체 발광소자(10)에서 발생하는 열이 베이스(141)를 통해 효과적으로 외부로 방출될 수 있다.
도전층(142)은 복수의 전극으로서 베이스(141)의 상부 및 하부에 위치하며, 반도체 발광소자 칩(101)의 전극(1012)과 전기적으로 연결된다. 도전층(142)은 전기적 도전성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, Ni, Pt, Pd, Rh, W, Ti, Al, Ag, Au, Cu 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
여기서, 반도체 발광소자 칩(101)의 전극(1012)은 외부기판(14)의 도전층(142)과 전기적으로 연결되기 위해 외부기판(14)측으로 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
절연층(143)은 도전층(142) 위에 형성되며, 절연 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 접착성을 가진 절연성 페이스트 등으로 이루어질 수 있다.
반사층(144)은 절연층(143) 위에 형성되며, 반사 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Al, Ag 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 반사층(144) 및 절연층(143)은 반사층(144) 및 절연층(143)과 봉지재(102) 사이의 열팽창계수 차이를 극복하기 위해 반도체 발광소자 칩(101)으로부터 소정 구간(145)만큼 떨어져 위치하는 것이 바람직하다.
본 개시에서 반도체 발광소자 칩(101)은 자외선 파장대의 광을 방출할 수 있고, 특히, 자외선 파장대의 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다. UVC대역의 자외선 광을 방출할 수 있으며, 예컨대, 반도체 발광소자 칩(101)은 300nm 이하의 피크 파장을 갖는 광을 방출 할 수 있다.
반도체 발광소자 칩(101)이 자외선(UV, ultraviolet)을 방출하는 경우, 렌즈(12)의 광입사부(121)로 직접 입사되지 못하는 빛(L12, L13)이 반사부(143)에 의해 반사되어 렌즈(12)의 광입사부(121)로 입사되어 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라 추출되는 광의 양이 증가하여 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
한편, 외부기판(14)은 베이스(141)의 하면에 위치하는 방열 패드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 방열 패드는 외부기판(14)의 열을 더욱 용이하게 외부로 방출시키는 역할을 한다.
도 6은 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광 구조물의 제조 방법에 있어서, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩(201)이 배치될 홀(246)을 포함하는 외부기판(24)을 준비한다. 도전층(242), 절연층(243) 및 반사층(244)을 구비하는 외부기판(24)의 제조 방법에 대해서는 도 7을 참조하여 후술한다.
다음으로, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 외부기판(24)의 홀(246) 내부에 반도체 발광소자 칩(201)을 놓는다. 반도체 발광소자 칩(201)의 전극(2012)이 외부기판(24)의 도전층(242)과 접촉하도록 홀(246) 내부에 반도체 발광소자 칩(201)을 놓는다.
다음으로, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 반사층(244) 위에 벽(203)을 형성한다. 벽(203)은 외력에 의해 가압되어 서로 접착될 수 있으며, 본 개시에서는 벽(203)과 반사층(244) 사이에 별도의 접착제가 형성되지 않는다.
벽(203)은 후술되는 봉지재(202)의 높이와 동일하거나 높게 형성될 수 있지만, 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 본 개시에서 벽(203)은 봉지재(202) 형성시 봉지재(202)가 벽(203)을 넘어서 형성되지 않도록 하는 경계턱 즉, 댐(dam)의 역할로 이용될 수 있으므로, 이에 한정되지 않고, 벽(203)의 상면이 봉지재(202)의 상면보다 높게 형성될 수 있다. 한편, 벽(203)은 생략될 수 있다.
다음으로, 도 6(d)에 도시된 바와 같이 반도체 발광소자 칩(201)을 덮도록 벽(203)과 벽(203) 사이에 액상의 봉지재(202)를 도포하여 봉지재(202)를 형성한다. 여기서, 봉지재(202)의 높이는 벽(203)의 높이와 동일하거나 낮게 형성되는 것이 바람직하며, 봉지재(202)와 벽(203)은 동일한 물질로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 6(e)에 도시된 바와 같이 벽(203)과 렌즈(22)가 접촉되도록 봉지재(202) 위에 렌즈(22)를 놓는다. 이에 따라, 렌즈(22)와 반도체 발광소자 칩(201) 사이에는 봉지재(202)가 형성된다.
반도체 발광소자 칩(201)의 상면(2013)과 렌즈(22)의 광입사부(221) 사이의 거리는 최대한 작게 형성되는 것이 바람직하다. 반도체 발광소자 칩(201)과 렌즈(22) 사이의 거리가 작게 형성될수록 반도체 발광소자(20)의 상면으로 나오는 빛이 렌즈(22)로 바로 전달되어 추출되는 광의 양이 증가하여 광 추출 효율이 향상될 수 있다. 본 개시에서는 최소 10㎛의 거리를 갖는 것이 바람직하다. 최소 10um의 거리를 갖는 것이 바람직하다.
다음으로, 벽(203)과 봉지재(202)를 동시에 경화하여 렌즈(22)를 반도체 발광소자(20)와 결합한다.
구체적으로, 벽(203) 및 봉지재(202)를 동시에 경화하기 위한 열처리 및/또는 건조는 저온에서 장시간 경화되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 102℃ 내지 170℃의 온도에서 대략 1시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있다. 상술한 열처리 및/또는 건조 온도 및 시간은 벽(203) 및 봉지재(202)이 동시에 경화되어 균일한 상면을 가지며, 렌즈(22)와 안정적인 결합이 이루어질 수 있도록 한정된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
벽(203) 및 봉지재(202)를 고온에서 단시간에 경화하는 경우, 고온 경화에 따른 열팽창 또는 수축에 의해 봉지재 내부에 기포가 발생할 수 있다. 봉지재 내부에 생성된 기포에 의해 반도체 발광소자 칩으로부터 발생하는 빛이 렌즈 방향으로 전달되지 못하여 빛의 확산에 문제가 발생한다. 따라서, 벽(203) 및 봉지재(202)를 동시에 경화하는 경우, 저온에서 장시간 경화함으로써, 기포의 발생을 감소시킬 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(2)가 복수개로 위치하는 경우, 반도체 발광소자(2)와 반도체 발광소자(2) 사이를 절단선(25)을 따라 절단한다. 이에 따라 개별 반도체 발광소자(2)로 분리한다.
도 7은 본 개시에 따른 외부기판(34)의 제조 방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
우선, 베이스(341)의 상면 및 하면에 도전층(342)이 형성된 외부기판(34)을 준비하고, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 외부기판(34)의 상면에 절연층(343)을 코팅하는 공정을 수행한다. 절연층(343)은 감광성 폴리이미드(PhotoSensitive PolyImide: PSPI)로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 소정의 패턴을 가지며 포토레지스터(photoresistor)로 이루어진 제1 마스크(36)를 절연층(343)위에 배치시킨 후, 자외선(UV)을 조사하여 1차 노광(exposure) 공정을 수행한다. 제1 마스크(36)는 반도체 발광소자 칩(301)이 배치될 홀(345)에 대응하는 제1 영역(361)이 노출된 패턴을 갖는다.
감광성 폴리이미드는 가용성 용액 상태에서 코팅을 한 후 자외선(UV)의 조사에 의해 조사된 부분과 조사되지 않는 부분의 용해도 차이가 생겨서 가용성 부분을 씻어내어 원하는 미세 패턴을 만들 수 있다.
다음으로, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 현상(develpoment)을 통해 제1 영역(361)에 형성된 절연층(343)을 제거하는 제1 식각 공정을 수행한다. 예를 들어, 식각 공정은 습식 식각을 통해 이루어질 수 있는데, 예를 들어 불산, 질산, 아세트산, 황산, 염산 중 적어도 하나를 포함하는 무기산 기반의 현상 용액에 시편을 담궈 현상을 하면 노광된 부분 즉, 제1 영역(361)에 형성된 절연층(343)이 제거되어 제1 영역(361)은 빈 공간으로 형성되고, 제1 영역(361)을 제외한 제2 영역(362)에는 절연층(343)이 잔존한다.
다음으로, 도 7(d)에 도시된 바와 같이 레지스터층(resister layer, 37)을 외부기판(34)의 상면에 형성하는 공정을 수행한다. 레지스트층(37)은 레지스트 페이스트(paste)를 스크린 인쇄법(screen printing) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 7(e)에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴을 가지며 포토레지스터(photoresistor)로 이루어진 제2 마스크(38)를 포토레지스터층(37) 위에 배치시킨 후, 자외선(UV)을 조사하여 2차 노광(exposure) 공정을 수행한다. 제2 마스크(38)는 제1 영역(361)이 노출된 패턴을 갖는다. 제2 마스크(38)는 제1 마스크(36)와 동일한 물질 및 동일한 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다.
자외선(UV)을 포토레지스터층(37)에 조사하면, 제2 마스크(38)에 의해 자외선(UV)에 노출된 제1 영역(361)의 포토레지스터층(37)이 보다 단단하게 과경화되고, 제2 마스크(38)에 의해 자외선(UV)에 노출되지 않는 제2 영역(362)의 포토레지스터층(37)은 과경화되지 않는다.
다음으로, 도 7(f)에 도시된 바와 같이 현상(develpoment)을 통해 제1 영역(361)에서 광경화된 포토레지스터층(37)을 제외한 제2 영역(362)에 형성된 포토레지스터층(37)을 제거하는 제2 식각 공정을 수행한다. 제2 식각 공정은 제1 식각 공정과 동일하게 이루어지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다.
다음으로, 도 7(g)에 도시된 바와 같이 베이스층(341)의 상부 전체면에 반사층(344)을 형성한다. 구체적으로, 제1 영역(361)에 형성된 포토레지스터층(37) 및 제2 영역(362)에 형성된 절연층(343) 위에 반사층(344)이 전체적으로 형성된다. 반사층(344)은 Al, Ag 등과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 전자빔 증착 등의 물리적 기상 증착법(PECVD) 또는 화학적 기상 증착법(CVD) 등의 증착 공정을 통해 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다.
다음으로, 도 7(h)에 도시된 바와 같이 리프트 오프(lift off) 공정을 수행하여 제1 영역(361)에 위치하는 포토레지스터층(37)을 제거하여 외부기판(34)을 형성한다.
리프트 오프 공정을 통해 희석불산(DHF, Dilute HF) 또는 HNO3와 같은 산 용액을 사용하여 제1 영역(361)에 위치하는 포토레지스터층(37)을 제거할 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 반도체 발광 구조물(4)의 또 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
반도체 발광 구조물(4)은 봉지재를 포함하지 않는 반도체 발광소자(40)를 제외하고는 도 4에 기재된 반도체 발광 구조물(1)과 동일한 특성을 갖는다.
도 8에 도시된 바와 같이 렌즈(42)와 반도체 발광소자 칩(401) 사이는 봉지재가 위치하지 않는 빈 공간(400)으로 형성된다. 즉, 반도체 발광소자 칩(401)은 봉지재에 의해 감싸서 형성되지 않는다.
반도체 발광소자 칩(401)으로부터 나오는 빛이 봉지재에 의해 산란 및 확산되지 않고 벽(403)에 의해 반사되거나 직접 렌즈(42)로 입사된다. 이에, 벽(403)은 반도체 발광소자 칩(401)으로부터 나오는 자외선을 렌즈(42)로 반사할 수 있는 유색의 반사 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 화이트 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 벽(403)이 화이트 실리콘(White Silicon), 및 고반사 에폭시(epoxy) 중 적어도 하나로 이루어지는 경우, 벽(403)은 불투명할 수 있고, 자외선을 렌즈(42) 측으로 빛을 반사할 수 있다.
봉지재를 구비하지 않는 반도체 발광 구조물(4)의 제조 방법은 도 6(d)에 도시된 봉지재(202)를 형성하는 공정을 제외하고는 도 6에 기재된 제조 방법과 동일하다.
본 개시에 따른 반도체 발광 구조물의 제조방법의 순서는 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 범위에서는 본 개시의 범위에 포함될 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 반도체 발광 구조물의 제조 방법에 있어서, 외부전극을 포함하는 외부기판을 준비하는 단계;로서, 상면에 적어도 하나 이상의 홀이 형성된 외부기판을 준비하는 단계; 외부기판의 홀 각각에 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계;로서, 반도체 발광소자 칩의 전극과 외부기판의 전극이 전기적으로 연결되도록 반도체 발광소자 칩을 외부기판의 홀 각각에 놓는 단계; 외부기판의 홀에 배치된 반도체 발광소자 칩의 측면 형성하는 단계; 벽과 렌즈가 접촉되도록 반도체 발광소자 칩 위에 렌즈를 부착하는 단계; 그리고 벽을 경화하는 단계;를 포함하고, 반도체 발광소자 칩과 렌즈 사이의 거리는 10㎛이하인 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(2) 벽의 상면은 반도체 발광소자 칩의 상면보다 높게 형성되는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(3) 렌즈를 부착하는 단계 이전에, 반도체 발광소자 칩을 덮도록 벽과 벽 사이에 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(4) 벽을 경화하는 단계에 있어서, 벽과 봉지재는 동시에 경화되는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(5) 봉지재와 벽은 동일한 물질로 이루어지는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(6) 외부기판은 적어도 하나의 홀을 제외한 나머지 영역에 절연층 및 반사층이 상면에 순차적으로 적층된 구조를 갖고 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(7) 벽은 반사층 위에 형성되는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(8) 반도체 발광소자 칩은 UVC 대역의 자외선 광을 방출하는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(9) 반도체 발광소자 칩과 렌즈 사이는 봉지재가 위치하지 않는 빈 공간으로 형성되는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
(10) 벽은 반사물질로 이루어지는 반도체 발광 구조물의 제조 방법.
본 개시에 의하면, 렌즈와 반도체 발광소자 칩 사이의 거리를 짧게 하여 반도체 발광소자로부터 나가는 빛의 손실을 최소로 하여 광 추출 효율이 증가될 수 있다.
또한, 렌즈를 외부기판 위에 실장하는 경우, 렌즈와 외부기판 사이에 위치하는 벽 및/또는 봉지재를 동시에 경화함으로써, 외부기판에 렌즈가 안정적으로 결합될 수 있다.
그리고, 외부기판이 반사층을 구비함으로써, 반도체 발광소자 칩의 측면으로부터 나오는 빛을 반사하여 렌즈로 입사되도록 하여 추출되는 광의 양이 증가하여 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다. 여기서, 빛은 자외선인 것이 바람직하다.
반도체 발광소자 : 10, 20, 30, 40
렌즈 : 12, 22, 32, 42
외부기판 : 14, 24, 34, 44
렌즈 : 12, 22, 32, 42
외부기판 : 14, 24, 34, 44
Claims (10)
- 반도체 발광 구조물의 제조 방법에 있어서,
베이스, 베이스 위의 도전층, 도전층 위에 절연층, 절연층 위에 반사층을 포함하는 외부기판을 준비하는 단계;로서, 절연층 및 반사층을 관통하는 적어도 하나 이상의 홀이 외부기판에 형성되어 도전층이 절연층 및 반사층으로부터 일부 노출된 외부기판을 준비하는 단계;
외부기판의 홀 각각에 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 생성하는 활성층을 포함하는 복수의 반도체층과, 복수의 반도체층에 전기적으로 연결된 전극을 구비하는 자외선을 발광하는 플립칩(flip chip)인 반도체 발광소자 칩을 놓는 단계;로서, 반도체 발광소자 칩의 전극과 절연층 및 반사층으로부터 일부 노출된 도전층이 전기적으로 연결되도록 반도체 발광소자 칩을 외부기판의 홀 각각에 놓는 단계;
외부기판의 홀에 배치된 반도체 발광소자 칩의 측면 및 반사층 위에 벽을 형성하는 단계;
반도체 발광소자 칩을 덮도록 벽과 벽 사이에 봉지재를 형성하는 단계;로서, 봉지재의 높이는 벽의 높이와 동일하게 봉지재를 형성하는 단계;
벽과 봉지재에 렌즈가 모두 접촉되도록 반도체 발광소자 칩 위에 렌즈를 부착하는 단계; 그리고
벽과 봉지재를 동시에 경화하는 단계;로서, 170℃ 이하의 온도에서 1시간 이상 경화하는 단계;를 포함하고,
반도체 발광소자 칩과 렌즈 사이의 거리는 10㎛이하이며,
벽은 반사물질로 이루어지는 반도체 발광 구조물의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
벽의 상면은 반도체 발광소자 칩의 상면보다 높게 형성되는 반도체 발광 구조물의 제조 방법. - 삭제
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