KR20100038937A

KR20100038937A - 발광소자 패키지

Info

Publication number: KR20100038937A
Application number: KR1020080098105A
Authority: KR
Inventors: 이재훈; 김용천
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-15

Abstract

본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태는 패키지 기판과, 상기 패키지 기판의 일면에 형성되며, 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극 패드와, 서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 갖는 발광소자 및 상기 제1 및 제2 전극 패드와 상기 제1 및 제2 전극이 각각 전기적으로 연결된 상태로 상기 발광소자가 상기 패키지 기판에 접합되도록 상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 전극 패드 사이에 개재된 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.

본 발명에 따르면, 접합 과정에서 발광 다이오드에 미치는 손실이 최소화될 수 있는 발광소자 패키지를 얻을 수 있으며, 나아가, 간소화된 공정을 통하여 기판에 발광 다이오드를 직접 패키지할 수 있는 어레이 구조의 발광소자 패키지를 얻을 수 있다.

발광소자 패키지, ACF, 이방성 도전 필름, 플립 칩, LED

Description

발광소자 패키지 {Light Emitting Deving Package}

본 발명은 발광소자 패키지, 특히, 어레이 구조를 갖는 발광소자 패키지에 관한 것이다.

최근, 질화물계 반도체를 이용한 발광 다이오드를 백색 광원으로 활용하여 이를 키패드, 백라이트, 신호등, 공항 활주로의 안내등, 조명등 등으로 다양한 분야에서 활용하고 있다. 이와 같이 발광 다이오드 칩의 활용성이 다양해지면서 발광소자 패키지의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 발광 다이오드 칩에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방출하기 위해 다양한 구조의 패키지가 사용되고 있다.

도 1 및 도 2는 각각 일반적인 발광소자 패키지를 나타내는 단면도 및 평면도이다. 우선, 도 1을 참조하면, 종래의 발광소자 패키지(10)는 기판(17) 상에 발광 다이오드 칩이 플립 칩(Flip-Chip) 형태로 실장되어 열 방출을 원활하게 하는 것이 일반적이다. 즉, 상기 발광 다이오드 칩은 사파이어 기판(11), n형 반도체층(12), 활성층(13), p형 반도체층(14), n형 및 p형 전극(15a, 15b)를 구비하는 발광 구조물로서, 범프(16)에 의해 상기 기판(17)과 플립 칩 본딩된다. 이 경우, 도 2를 참조하면, 상기 범프(16)는 지름이 약 100㎛인 도전성 볼 형상으로서 상기 기판(17) 상면에 형성된 패드 전극(18a, 18b)에 위에 5 ~ 20개 정도 형성된다.

이러한 범프(16)를 이용한 플립 칩 본딩 방식의 경우, 접합 과정에서 발광 다이오드, 특히, p형 반도체층(14)에 손상을 입힐 수 있으며, 이에 따라, 발광소자 패키지의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 접합 과정에서 발광 다이오드에 미치는 손실이 최소화될 수 있는 발광소자 패키지를 제공하는 것에 있다. 나아가, 본 발명의 다른 목적은 간소화된 공정을 통하여 기판에 발광 다이오드를 직접 패키지할 수 있는 어레이 구조의 발광소자 패키지를 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태는,

패키지 기판과, 상기 패키지 기판의 일면에 형성되며, 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극 패드와, 서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 갖는 발광소자 및 상기 제1 및 제2 전극 패드와 상기 제1 및 제2 전극이 각각 전기적으로 연결된 상태로 상기 발광소자가 상기 패키지 기판에 접합되도록 상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 전극 패드 사이에 개재된 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)을 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자는 플립 칩(Flip-Chip) 형태로 상기 패키지 기판에 접합될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 전극은 상기 발광소자에서 동일 한 방향을 향하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 전극 패드는 Au를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 발광소자는 발광 다이오드일 수 있으며, 이 경우, 상기 발광소자는 질화물 반도체 발광 다이오드일 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태는,

패키지 기판과, 상기 패키지 기판 상면에 형성되며, 서로 다른 극성을 가지고 평행하게 배치되되, 일 방향의 길이가 타 방향의 길이보다 긴 로드(rod) 형상을 갖는 제1 및 제2 전극 패드와, 서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 구비하되, 상기 제1 및 제2 전극이 각각 상기 제1 및 제2 전극 패드 상에 위치하도록 각각 상기 로드 형상의 제1 및 제2 전극 패드의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 발광소자 및 상기 제1 및 제2 전극 패드와 상기 제1 및 제2 전극이 각각 전기적으로 연결된 상태로 상기 복수의 발광소자가 상기 패키지 기판에 각각 접합되도록 상기 복수의 발광소자와 상기 제1 및 제2 전극 패드 사이에 개재된 이방성 도전 필름을 포함하는 발광소자 패키지을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 전극 패드는 각각 복수 개 구비되며, 상기 길이 방향에 수직인 방향으로 서로 교대로 배치될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 것으로서 각각 측면도 및 평면도에 해당한다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(100)는 발광 다이오드(110)가 패키지 기판(107)에 이방성 도전 필름(106, Anisotropic Conductive Film - ACF)를 매개로 접합된 구조이다. 상기 발광 다이오드(110)는 기판(101), n형 반도체층(102), 활성 층(103), p형 반도체층(104), n형 및 p형 전극(105a, 105b)를 구비한다. 상기 기판(101)은 질화물 반도체 성장용 기판으로 유용한 사파이어 기판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 실리콘 기판, GaN 기판 등 같이 반도체 단결정 성장용으로 제공되는 다양한 기판을 사용할 수 있으며, 본 발명에서 필수적 구성 요소는 아니므로, 경우에 따라서는 발광 다이오드(110)에 포함되지 않을 수도 있다.

상기 n형 반도체층(102), 활성층(103), p형 반도체층(104)은 질화물 반도체로 이루어질 수 있으며, 특히 상기 활성층(103)은 전자와 정공이 재결합함으로써 그 밴드갭 에너지 크기만큼의 광을 방출하는 발광층으로 기능 하며, 복수의 양자장벽층 및 양자우물층이 서로 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 상기 n형 및 p형 전극(105a, 105b)은 질화물 반도체와 오믹 컨택을 형성할 수 있는 물질로 채용될 수 있으며, 특히, 본 실시 형태와 같은 플립 칩 본딩 구조에서는 반사도가 높은 Ag, Al 등과 같은 금속을 사용할 수 있다.

상기 패키지 기판(107)은 실리콘 등으로 이루어지며, 상면에 Au 등으로 이루어진 n형 및 p형 전극 패드(108a, 108b)가 형성되어 있다. 상기 n형 및 p형 전극 패드(108a, 108b)은 각각 상기 발광 다이오드(110)의 n형 및 p형 전극(105a, 105b)과 전기적으로 연결되며, 그 사이에는 접합 매개체로서 이방성 도전 필름(106)이 개재된다. 상기 이방성 도전 필름(106)은 이방성 도전 접착제가 보호용 필름 위에 부착된 것으로서 도전성 볼이 접착성 수지에 산포된 구조로 되어 있다. 이 경우, 상기 도전성 볼은 얇은 절연막으로 둘러싸인 도전성 구체로서 압력에 의해 절연막이 깨지면서 도체와 도체를 서로 전기적으로 접속시킬 수 있다. 상기 도전성 구체는 Au 등으로 이루어지며, 그 크기는 약 3㎛ 정도이다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는 종래의 도전성 범프를 사용한 접합 방식이 아닌 이방성 도전 필름(106)에 압력을 가하여 발광 다이오드(110)를 패키지 기판(107)에 접합시키며, 이에 따라, 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라, 발광 다이오드(110), 특히, p형 반도체층에 미치는 손상을 최소화할 수 있다.

한편, 도 3 및 도 4에서는 n형 및 p형 전극 패드(108a, 108b)에 각각 하나씩의 이방성 도전 필름(106)을 형성한 것을 도시하였으나, 하나의 이방성 도전 필름을 활용할 수도 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 이방성 도전 필름(106)은 압력을 가하여 절연막이 깨질 경우에만 도전성을 가지므로, 상기 n형 및 p형 전극 패드(108a, 108b) 위에 일체로 형성된 하나의 이방성 도전 필름을 발광 다이오드(110)와 패키지 기판(107)의 접합 영역에 한해서만 가압한다면 도 3 및 도 4에서와 동일한 기능으로 사용할 수 있을 것이다.

도 5은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 평면도로서, 어레이 형태로 발광소자가 배열된 것이다. 도 5를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 발광소자 패키지(200)는 복수 개의 발광 다이오드(210)가 어레이 형태로 패키지 기판(207)에 직접 패키징된 구조이다. 패키지 기판(207), 발광 다이오드(210), 이방성 도전 필름(206)에 대해서는, 이전 실시 형태와 동일한 설명이 적용될 수 있으므로, 이하에서는 어레이 구조를 중심으로 설명한다.

본 실시 형태의 경우, 발광 다이오드(210)가 어레이 형태로 패키징되기 위하여 n형 및 p형 전극 패드(208a, 208b)는 일 방향의 길이가 타 방향보다 긴 로드(rod) 형상을 가지며, 서로 이격되어 상기 패키지 기판(207) 상면에 배치된다. 또한, 상기 n형 및 p형 전극 패드(208a, 208b)는 그 길이 방향에 수직 방향으로 이격 되어 교대로 배치됨으로써 보다 높은 출력을 갖는 면 광원을 형성할 수 있다. 상기 n형 및 p형 전극 패드(208a, 208b) 상에는 접합을 위한 매개체인 이방성 도전 필름(206)이 위치되며, 상기 발광 다이오드(210)는 서로 인접한 n형 및 p형 전극 패드(208a, 208b)와 접합되어 이들의 길이 방향으로 배치된다.

상기 어레이 구조의 발광소자 패키지(200)는 보다 높은 출력이 요구되는 조명 분야 등에 유용하게 활용될 수 있다. 이 경우, 본 실시 형태와 같이, 이방성 도전 필름(206)을 이용하여 발광 다이오드(210)와 패키지 기판(207)을 접합시킬 경우, 각각의 발광 다이오드(210)를 직접 본딩할 수 있어 공정이 간소화될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.

도 1 및 도 2는 각각 일반적인 발광소자 패키지를 나타내는 단면도 및 평면도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 것으로서 각각 측면도 및 평면도에 해당한다.

도 5은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 발광소자 패키지를 나타내는 평면도로서, 어레이 형태로 발광소자가 배열된 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101: 기판 102: n형 반도체층

103: 활성층 104: p형 반도체층

105a, 105b: n형 및 p형 전극 106: 이방성 도전 필름

107: 패키지 기판 108a, 108b: n형 및 p형 전극 패드

Claims

패키지 기판;

상기 패키지 기판의 일면에 형성되며, 서로 다른 극성을 갖는 제1 및 제2 전극 패드;

서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 갖는 발광소자; 및

상기 제1 및 제2 전극 패드와 상기 제1 및 제2 전극이 각각 전기적으로 연결된 상태로 상기 발광소자가 상기 패키지 기판에 접합되도록 상기 발광소자와 상기 제1 및 제2 전극 패드 사이에 개재된 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF);

을 포함하는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,

상기 발광소자는 플립 칩(Flip-Chip) 형태로 상기 패키지 기판에 접합된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극은 상기 발광소자에서 동일한 방향을 향하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극 패드는 Au를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,

상기 발광소자는 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
제5항에 있어서,

상기 발광소자는 질화물 반도체 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
패키지 기판;

상기 패키지 기판 상면에 형성되며, 서로 다른 극성을 가지고 평행하게 배치되되, 일 방향의 길이가 타 방향의 길이보다 긴 로드(rod) 형상을 갖는 제1 및 제2 전극 패드;

서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 구비하되, 상기 제1 및 제2 전극이 각각 상기 제1 및 제2 전극 패드 상에 위치하도록 각각 상기 로드 형상의 제1 및 제2 전극 패드의 길이 방향으로 서로 이격되어 배치된 복수의 발광소자; 및

상기 제1 및 제2 전극 패드와 상기 제1 및 제2 전극이 각각 전기적으로 연결된 상태로 상기 복수의 발광소자가 상기 패키지 기판에 각각 접합되도록 상기 복수 의 발광소자와 상기 제1 및 제2 전극 패드 사이에 개재된 이방성 도전 필름;

을 포함하는 발광소자 패키지.
제7항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극 패드는 각각 복수 개 구비되며, 상기 길이 방향에 수직인 방향으로 서로 교대로 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.