KR20080086901A - 일체화된 정전기 방전 방지부를 구비한 발광 소자용 패키지 - Google Patents

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Abstract

패키지는 발광 소자가 장착된 오목부를 구비한 기판을 포함한다. 기판 표면은 패키지의 외측 표면을 형성한다. 발광 소자가 장착되는 밀봉된 영역을 한정하기 위하여 기판에 뚜껑이 부착될 수 있다. 뚜껑은 발광 소자에 의해 방출된 빛의 파장을 통과시킨다. 기판의 정전기 방전 방지 회로는 발광 소자에 전기적으로 연결된다.
Figure P1020087017700
발광 소자, 정전기 방전 방지, 기판, 패키지

Description

일체화된 정전기 방전 방지부를 구비한 발광 소자용 패키지{PACKAGE FOR A LIGHT EMITTING ELEMENT WITH INTEGRATED ELECTROSTATIC DISCHARGE PROTECTION}
본 발명은 발광 다이오드와 같은 발광 장치용 패키지(package)에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 패키지 크기를 감소시키는 것은 휴대폰이나 포켓용 컴퓨터와 같은 콤팩트한 디자인이 요구되는 다양한 휴대용 디스플레이 기술의 설계에 있어서 중요한 요소이다. 전통적으로, 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩 자체보다 훨씬 큰 영역을 점유하는 다수의 구성요소를 포함하는 패키지에 수용된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩은 발광 다이오드 손상을 방지하는 정전기 방전(electrostatic discharge, ESD) 방지 회로소자를 포함하는 열전도 서브 마운트(sub-mount)에 접합될 수 있다. 또한 발광 다이오드와 서브 마운트는 히트싱크 슬러그(heatsink slug)에 장착되고 사전 성형된 열가소성 렌즈 내에 둘러싸이며 상기 렌즈를 통해서 넓은 금속 리드 프레임(metal lead frame)이 연장한다. 그러나 일부 적용례에 있어서는, 패키지 크기를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 발광 장치용 패키지의 개선에 관한 것이다. 일 태양에 따르면, 패키지는 발광 소자가 장착되는 오목부를 구비한 기판을 포함할 수 있으며, 상기 기판의 표면은 패키지의 외측 표면을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서는, 발광 소자에 의해 방출된 빛의 파장을 통과시키는 뚜껑이 예를 들어 발광 소자가 수용되는 밀봉된 영역을 한정하기 위하여 기판에 부착될 수 있다. 기판의 정전기 방전 방지 회로소자는 발광 소자에 전기적으로 연결될 수 있다.
여러 실시예들은 하나 이상의 이하의 특징을 포함할 수 있다. 패키지 기판은 예를 들어서 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함하여 구성될 수 있다. 발광 소자는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 기판 오목부의 측벽은 반사 코팅을 구비할 수 있으며 실질적으로 기판 오목부의 모든 측벽은 반사 코팅으로 덮인다. 반사 코팅은 금속과 같은 반사성이 큰 재료를 포함할 수 있다.
투과성 뚜껑(transparent lid)은 기판에 기밀식으로 밀봉될 수 있으며 발광 소자는 기밀식 밀봉 영역 내에 수용된다. 투과성 뚜껑은 유리를 포함하여 구성될 수 있다.
패키지는 오목부로부터 기판을 지나서 패키지 외측으로 연장하는 전기 전도성 피드-스루 재료(feed-through material)를 포함할 수 있다. 본드 패드(bond pad)가 기판 상에 구비될 수 있으며, 광전자 소자가 상기 본드 패드를 통해서 기판에 장착된다. 또한, 본드 패드는 발광 소자를 피드-스루 재료에 전기적으로 연결할 수 있다. 기판에 제공된 정전기 방전 방지 회로소자는 예를 들어서 다수의 지너 다이오드(Zener diode)를 포함할 수 있고 본드 패드를 통해서 발광 소자와 평행하게 전기적으로 연결될 수 있다.
여러 실시예들은 하나 이상의 이하의 장점들을 가질 수 있다. 기판 내에 정전기 방전 방지 회로소자와 전기 피드-스루 연결부를 병합하는 것은 패키지 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 기판은 얇은 멤브레인(membrane)을 포함할 수 있고 열 전달이 개선되도록 낮은 열 저항을 제공하기 위하여 발광 소자가 상기 멤브레인에 지지된다. 또한, 정전기 방전 방지 회로소자와, 피드-스루 연결부와, 하나의 패키지의 서브 마운트를 조합하는 것은 별도로 조립되는 구성요소의 수를 감소시킬 수 있다.
기판 오목부의 금속 코팅된 측벽은 발광 소자에 의하여 방출된 산란된 빛이 투과성 뚜껑 쪽으로 패키지 밖으로 향하도록 하는 데 도움이 될 수 있다. 보다 산란된 빛이 패키지 밖을 향하도록 함으로써, 장치의 효율성이 개선될 수 있다. 발광 소자를 금속 코팅된 측벽을 포함하는 오목부 내에 장착함으로써 패키지를 발광 소자를 위한 반사기와 용기 모두로 사용할 수 있다.
발광 소자를 기밀식으로 밀봉된 영역 내에 싸이게 함으로써, 그러한 둘러싸인 장치의 신뢰성과 수명이 향상될 수 있다.
예를 들어서 이와 같은 패키지는 모바일 폰이나 장치에 제공되는 카메라용 발광 다이오드 플래시로서 사용될 수 있다. 소형 패키지는 모바일 장치의 크기를 감소시킬 수 있도록 하는 추가적인 가용 공간을 생성한다. 또한, 가시 디스플레이(visible display)를 구비한 모바일 장치는 광소자의 클로즈 패킹(close packing)이 필요한 디스플레이 역광조명(backlighting)으로서 이와 같은 다수의 패키지를 사용할 수 있다. 비슷하게, 고해상도 대형 영역 사인(sign)과 디스플레이를 제공하기 위하여 다수의 패키지가 결합될 수 있다.
다른 적용례는 자동차 브레이크와 헤드 라이트로서 여러 패키지를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 클로즈 패킹의 이점이외에도, 얇은 멤브레인은 장치로부터 외부로의 열전달을 개선시킨다.
본 발명의 하나 이상의 실시예들의 상세가 첨부한 도면과 이하의 기술 내용에 개시되어 있다. 본 발명의 다른 특징과 장점들은 명세서의 기재 내용 및 도면, 그리고 청구항으로부터 명백해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 패키지의 횡단면도.
도 2 내지 도 4는 도 1의 패키지의 상세도.
도 5는 발광 다이오드와 정전기 방전 회로소자의 개략적 회로도.
도 6은 공지의 패키지 장치.
여러 도면들에서 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 가리킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 패키지(20)는 뚜껑(22)과, 오목부(24)와 기판(26)을 포함한다. 하나 이상의 광전자 장치가 기판(26)과 뚜껑(22) 사이에서 오목부(24)에 장착될 수 있다. 상기의 특정 실시예에서, 광전자 장치는 발광 다이오드(LED)(28)이다.
기판(26)은 예를 들어서 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함하여 구성될 수 있어서 오목부(24)는 공지의 에칭 공정에 의해 형성될 수 있다. 수산화 칼륨과 같 은 이방성 습식 에칭 용액(anisotropic wet etching solution)은 경사진 측벽(30)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 오목부(24)의 측벽(30) 중 적어도 한 측벽은 약 54.7°의 각(β)으로 경사져 있다. 측벽(30)들의 각은 다른 실시예에서는 달라질 수 있다. 에칭 공정은 발광 다이오드(28)가 지지될 수 있는 얇은 멤브레인(25)을 남겨둔다. 측벽(30)들은 발광 다이오드(28)로부터 나온 떠돌이 빛을 다시 뚜껑(22)으로 향하게 하기 위하여 반사 표면(32)으로서 역할 하는 금속과 같은 재료로 코팅될 수 있다.
뚜껑(22)은 유리 또는 실리콘과 같은 재료, 즉 발광 다이오드(28)에 의해 방출된 빛의 적어도 특정 파장(또는 파장대역)을 투과시키는 재료를 포함하여 구성되어야 한다. 바람직하게는, 뚜껑(22)은 오목부(24) 전체 위에 위치되어 오목부 전체를 덮는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 오목부(24)를 에두르는 금속 고리(34)는 기판(26)의 표면에 형성될 수 있다. 오목부(24) 전체 위에 위치된 뚜껑(22)이 예를 들어 솔더 리플로우 공정(solder reflow process)을 이용하여 금속 고리(34)에 융합될 때 기밀식 밀봉(hermetic seal)이 형성될 수 있다.
예를 들어 발광 다이오드(28)는 상기 장치를 본드 패드(35a, 35b)에 납땜함으로써 오목부(24)에 장착될 수 있으며, 상기 본드 패드는 오목부(24)의 바닥에 적층되고 패턴형성된다(도 1 내지 도 2 참조). 바람직하게는, 본드 패드(35a, 35b)는 금속과 같은 전기 전도성 재료를 포함하여 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본드 패드(35a, 35b)는 얇은 멤브레인(25)에 형성된 전기 전도성 피드-스루 재료(38)를 포함하는 얇은 멤브레인(25)의 표면 부분에 제공될 수 있다. 전기 전도성 피드- 스루 재료(38)는 발광 다이오드(28)와 본드 패드(35a, 35b)로부터 기판(26)을 지나 패키지 외측으로 전기 접촉을 제공한다. 선택적으로는, 발광 다이오드(28)를 전도성 피드-스루 재료(38)로 연결하기 위하여 본드 와이어 또는 다른 전기 연결부들이 제공될 수 있다. 전도성 피드-스루 재료(38)는 예를 들어 전기 도금된 피드-스루 금속화 공정을 이용하여 제공될 수 있고 발광 다이오드(28)가 패키지 내에서 기밀식으로 밀봉된 채로 유지될 수 있게 한다. 특정 실시예에서, 관통 구멍을 기밀식 밀봉하는 것은 접착 레이어, 플레이팅 베이스(plating base), 피드-스루 금속화, 확산 배리어(diffusion barrier), 웨팅 레이어(wetting layer), 및 예를 들어 귀금속(noble metal)을 포함하는 항산화 배리어(anti-oxidation barrier)를 제공하는 것을 포함한다. 패키지와 외부 지지부 사이의 열 전달이 개선될 필요가 있는 적용례에서는, 금속 패드(39a)가 오목부(24) 반대 측의 패키지 외측에 제공될 수 있다(도 4 참조). 추가적으로, 금속 패드(39b)는 외측 지지부로의 열 전달을 개선시킬 뿐만 아니라 전도성 피드-스루 재료(38)를 덮고 상기 재료로 전기적으로 연결할 수 있다.
과도한 전기 충전의 결과로서 발생할 수 있는 발광 다이오드(28)의 손상을 방지하기 위하여, 정전기 방전(ESD) 방지 회로소자(40)가 예를 들어서 인 및 붕소 확산 공정(phosphorous and boron diffusion process)에 의해서 기판(26)의 얇은 멤브레인(25) 영역에 형성될 수 있다(도 2 참조). 바람직하게는, 정전기 방전 회로소자(40)는 본드 패드(35a, 35b)를 통해서 발광 다이오드(28)와 평행하게 연결된다. 본 실시예에서, 예를 들어 정전기 방전 회로소자(40)는 뒤를 맞대고 구성된 두 개의 지너 다이오드(40a, 40b)를 포함한다. 도 5는 발광 다이오드(28)와 외부 전압 공급부(42)에 연결된 정전기 방전 회로소자 회로의 계략도이다. 과도한 전기 충전이 발광 다이오드(28)에 걸쳐서 역치 전압을 초과하는 전압(V)을 생성할 때, 정전기 방전 회로소자(40)는 클램프 전압(clamp voltage)으로 전압(V)을 클램핑(clamping)하고 발광 다이오드(28)로부터 전류(IS)를 디버팅(diverting)한다. 역치 전압과 클램프 전압은 역 바이어스 하의 지너 다이오드의 파괴 전압(breakdown voltage)과 순 바이어스 하의 지너 다이오드의 역치 전압에 의해서 결정된다.
본 발명의 다수 실시예들이 개시되었다. 그렇지만 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는다면 다양한 수정이 가능하다는 것은 당연하다. 따라서 다른 실시예들도 이하 청구항의 범위 내에 있다.

Claims (21)

  1. 패키지에 있어서,
    오목부를 포함하는 기판과,
    오목부 내에서 기판에 장착되는 발광 소자로서, 기판의 표면이 패키지의 외측 표면을 형성하는 발광 소자와,
    상기 발광 소자에 전기적으로 연결되는, 기판의 정전기 방전 방지 회로소자 (circuitry)를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자가 수용되는 영역을 한정하기 위하여 뚜껑이 기판에 부착되고,
    상기 뚜껑의 적어도 일부가 발광 소자가 방출하도록 되어 있는 빛의 파장을 투과시키는 것을 특징으로 하는 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    투과성 뚜껑은 기판에 기밀식 밀봉(hermetical seal)되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    투과성 뚜껑은 유리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 발광 소자는 패키지 내에 기밀식으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자는 발광 다이오드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 측벽은 반사 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    반사 코팅은 실질적으로 측벽의 모든 표면을 덮는 것을 특징으로 하는 패키지.
  9. 제7항에 있어서,
    반사 코팅은 금속을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    전기 전도성 피드-스루(feed-through) 재료는 상기 오목부로부터 기판을 지나서 패키지의 외측으로 연장하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 피드-스루 재료는 발광 소자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  12. 제10항에 있어서,
    기판 외측 표면의, 피드-스루 재료에 전기적으로 연결되는 금속 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    정전기 방전 방지 회로소자는 다수의 지너 다이오드(Zener diode)를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  14. 제1항에 있어서,
    기판은 반도체 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  15. 제1항에 있어서,
    기판은 실리콘을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  16. 제1항에 있어서,
    기판의 본드 패드를 포함하고,
    발광 소자가 본드 패드를 통해서 기판에 장착되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  17. 제1항에 있어서,
    정전기 방전 방지 회로소자는 본드 패드를 통해서 발광 소자에 평행하게 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  18. 제1항에 있어서,
    발광 소자는 얇은 멤브레인에 지지되는 것을 특징으로 하는 패키지.
  19. 패키지에 있어서,
    오목부를 포함하는 기판으로서, 기판이 반도체 재료를 포함하여 구성되고 오목부의 측벽이 반사 코팅을 포함하는 기판과,
    오목부 내에서 기판에 장착되는 발광 소자로서, 기판의 표면이 패키지의 외측 표면을 형성하는 발광 소자와,
    발광 소자가 수용되는 기밀식으로 밀봉된 영역을 한정하기 위하여 기판에 부 착된 뚜껑으로서, 뚜껑의 적어도 일부가 발광 소자가 방출하도록 되어 있는 빛의 파장을 투과시키도록 구성된 뚜껑과,
    발광 소자에 전기적으로 연결되는, 기판의 정전기 방전 방지 회로소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  20. 제19항에 있어서,
    정전기 방전 방지 회로소자는 다수의 지너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 패키지.
  21. 제19항에 있어서,
    기판은 실리콘을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 패키지.
KR1020087017700A 2006-01-20 2008-07-18 일체화된 정전기 방전 방지부를 구비한 발광 소자용 패키지 KR101262314B1 (ko)

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