KR20120084553A - 발광소자의 패키지 및 그 제조방법과 리드 프레임 - Google Patents
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Abstract
발광소자 패키지 및 그 제조방법과 리드 프레임에 관해 개시되어 있다. 개시된 발광소자 패키지는 발광소자를 포함하는 칩, 상기 칩이 장착되는 리드 프레임, 상기 칩의 측면을 덮는 몰드, 상기 칩의 광 방출면을 덮는 형광층 및 상기 형광층을 덮는 투명 봉지재를 포함하고, 상기 칩의 전극은 상기 리드 프레임과 마주한다. 상기 칩과 상기 리드 프레임은 플립칩 본딩되거나 부착층을 매개로 접촉될 수 있다. 상기 리드 프레임은 상기 칩이 장착되는 영역에 홀 또는 그루브를 가질 수 있고, 상기 홀과 그루브는 도전성과 접착성을 갖는 물질로 채워질 수 있다.
Description
본 발명의 일 실시예는 발광소자에 관련된 것으로써, 보다 자세하게는 발광소자의 패키지 및 그 제조방법과 리드 프레임(lead frame)에 관한 것이다.
발광다이오드(LED)나 레이저 다이오드(Laser diode) 등과 같은 발광소자들은 제품화 단계에서 리드 프레임(lead frame)에 장착되어 패키지화된다. 이때, 발광 소자와 리드 프레임 사이에는 와이어 본딩(wire bonding)이 이루어진다.
도 1은 종래 기술에 의한 발광소자의 패키지를 보여준다.
도 1을 참조하면, 서브 마운트(submount)(10)의 상부면 상에 이격된 제1 및 제2 접합 패드(12, 14)가 형성되어 있다. 서브 마운트(10)는 솔더 범프(22)를 이용한 본딩의 신뢰성 및 방열을 위해 열 팽창계수가 작은 실리콘 서브 마운트이다. 서브 마운트(10) 위에 LED(Light Emitting Diode) 칩(16)이 위치한다. LED 칩(16)의 밑면에 이격된 제1 및 제2 전극 패드(18, 20)가 구비되어 있다. 제1 및 제2 전극 패드(18, 20)는 제1 및 제2 접합 패드(12, 14)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 서브 마운트(10)와 LED 칩(16)은 솔더 범프(22)를 이용하여 플립칩(flipchip) 본딩되어 있다. 솔더 범프(22)는 제1 전극 패드(18)와 제1 접합 패드(12) 사이 및 제2 전극 패드(20)와 제2 접합 패드(14) 사이에 각각 구비된다. 서브 마운트(10) 아래에는 LED 칩(16)에서 발생되는 열을 방출시키기 위한 히트 싱크(heat sink)(24)가 구비되어 있다. 히트 싱크(24)과 서브 마운트(10) 사이에는 양쪽의 부착을 위한 부착층(26)이 구비되어 있다. 서브 마운트(10)와 이격된 위치에 제1 및 제2 전극층(28, 30)이 구비된다. 제1 및 제2 전극층(28, 30)은 서브 마운트(10)를 중심으로 해서 마주하는 위치에 구비된다. 제1 및 제2 전극층(28, 30) 상에 각각 제3 및 제4 전극 패드(28a, 30a)가 형성되어 있다. 제1 전극패드(18)와 제3 전극패드(28a)는 제1 와이어(32)로 본딩되어 있다. 제2 전극 패드(20)와 제4 전극 패드(30a)는 제2 와이어(34)로 본딩되어 있다.
도 1에 도시한 종래 기술에 의한 발광소자 패키지의 경우, LED 칩(16)이 실장된 서브 마운트(10)는 열 방출을 위해 히트 싱크(24)에 부착한다. 따라서 제조공정이 복잡하고, 제조비용 또한 높아질 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 제조공정이 단순하고, 광 추출효율 및 제품의 기계적 신뢰성(mechanical reliability)을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 이러한 발광소자 패키지의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 이러한 발광소자 패키지에 사용되는 리드 프레임(lead frame)을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예는 발광소자를 포함하는 칩, 상기 칩이 장착되는 리드 프레임, 상기 칩의 측면을 덮는 몰드, 상기 칩의 광 방출면을 덮는 형광층 및 상기 형광층을 덮는 투명 봉지재를 포함하고, 상기 칩의 전극은 상기 리드 프레임과 마주하는 발광소자 패키지를 제공한다.
이러한 발광소자 패키지에서 상기 칩과 상기 리드 프레임은 플립칩 본딩된다. 또한, 상기 칩과 상기 리드 프레임은 부착층을 매개로 접촉될 수 있다.
상기 몰드는 상기 칩과 상기 리드 프레임 사이를 채울 수 있다.
상기 몰드는 상기 리드 프레임의 측면을 덮을 수 있다.
상기 몰드의 상부면은 상기 형광층보다 높게 위치한다.
상기 리드 프레임은 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀은 도전성 물질로 채워지며, 상기 도전성 물질과 상기 칩 사이에 상기 플립칩 본딩이 형성될 수 있다.
상기 칩의 상기 리드 프레임과 마주하는 면에 골드 스터드 범프(gold stud bump)가 존재하고, 상기 리드 프레임은 도전성 물질로 채워진 관통홀을 포함하고, 상기 골드 스터드 범프와 상기 도전성 물질이 접촉되어 장착될 수 있다.
상기 리드 프레임은 이격된 제1 및 제2 리드 프레임을 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드 프레임 중 하나는 상기 칩의 P 전극에, 다른 하나는 상기 칩의 N 전극에 각각 접촉될 수 있다.
상기 리드 프레임 상에 복수의 발광소자 칩이 장착되고, 상기 리드 프레임은 이격된 제1, 제2 및 제3 리드 프레임을 포함하여 단일 패키지를 이룰 수 있다.
상기 관통홀의 평면 모양은 원형, 비원형 또는 다각형일 수 있다.
상기 리드 프레임은 복수의 그루브(groove)를 포함하고, 상기 그루브는 도전성 물질로 채워져 있고, 상기 칩과 상기 도전성 물질은 플립칩 본딩되거나 골드 스터드 범프로 본딩될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 발광소자를 포함하는 칩이 장착될 리드 프레임을 준비하는 단계, 상기 리드 프레임에 상기 칩을 장착하는 단계, 상기 칩을 장착한 후, 상기 칩의 측면을 덮는 몰드를 형성하는 단계, 상기 칩의 광방출면을 덮는 형광층을 형성하는 단계 및 상기 형광층을 덮는 투명 봉지재를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 칩의 전극은 상기 리드 프레임과 대면하는 발광소자 패키지의 제조방법을 제공한다.
이러한 제조방법에서, 상기 리드 프레임을 준비하는 단계는 상기 리드 프레임의 여러 곳에서 상기 리드 프레임의 적어도 일부를 제거하는 단계 및 상기 리드 프레임의 적어도 일부가 제거된 곳에 도전성 물질을 채우는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 리드 프레임의 적어도 일부를 제거하는 단계는 상기 리드 프레임에 복수의 관통홀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 리드 프레임의 일부를 제거하는 단계는 상기 리드 프레임에 복수의 그루브를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 칩을 장착하는 단계에서 상기 칩과 상기 리드 프레임은 플립칩 본딩될수 있다. 상기 플립칩 본딩은 골드 스터드 범프를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 칩을 장착하는 단계는 상기 리드 프레임의 상기 칩이 장착될 영역 상에 부착층을 형성하는 단계 및 상기 부착층 상에 상기 칩을 장착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 몰드를 형성하는 단계는 상기 칩과 상기 리드 프레임 사이에도 상기 몰드를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 몰드를 형성하는 단계에서 상기 몰드는 상기 리드 프레임의 측면을 덮도록 형성할 수 있다.
상기 리드 프레임 상에 복수의 칩이 장착되고, 상기 리드 프레임은 제 1 내지 제3 리드 프레임을 포함하여 단위 패키지를 형성할 수 있다.
상기 몰드의 상부면을 상기 형광층보다 높게 형성하여 상기 몰드에 오목한 영역을 형성할 수 있다. 이때, 상기 오목한 영역은 상기 칩이 외접하는 원형이거나 상기 칩과 같은 모양으로 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 발광소자를 포함하는 칩이 장착되는 리드 프레임에 있어서, 상기 칩이 장착될 영역에 형성된 홀 또는 그루브 및 상기 홀과 그루브를 채운 도전성 물질을 포함하는 리드 프레임을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의한 발광소자는 서브 마운트나 히트 싱크와 같은 별도의 부재가 필요치 않으므로, 제조 공정을 종래보다 단순화 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 발광소자는 또한 리드 프레임과 발광소자 칩이 직접 플립칩 본딩될 뿐만 아니라 플립칩 본딩의 적어도 일부가 리드 프레임에 소정의 깊이로 박힌 기계적 본딩 구조를 갖는다. 이에 따라 발광소자 패키지의 기계적 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자는 또한 포스트-몰드(post mold) 방식으로 몰딩이 이루어진다. 곧, LED 칩과 리드 프레임 사이에 본딩이 이루어진 후, 몰딩이 이루어진다. 이에 따라 발광소자 칩의 측면을 덮도록 몰딩할 수 있는 바, 발광소자 칩의 측면으로부터 방출되는 광을 발광소자 칩의 주 광 방출방향, 예를 들면 발광소자 칩의 상부로 반사시킬 수 있다. 이에 따라 광 추출효율 또는 광 방출효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자의 패키지에서 발광소자는 상부의 광 방출면을 제외한 나머지 부분은 몰드로 덮여 있다. 따라서 형광층은 발광소자의 광 방출면에만 도포된다. 그러므로 형광층 도포 공정이 간단하고, 균일한 두께로 형광층을 도포할 수 있는 바, 옐로우 링(yellow ring)과 같은 색 품질을 저하시키는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자의 패키지의 경우, 포스트-몰드(post-mold) 기술을 적용한다. 곧, 리드 프레임에 발광소자 칩이 장착된 후, 몰드 공정이 진행된다. 이러한 공정은 단일 칩뿐만 아니라 멀티 칩에도 적용될 수 있는 바, 다양한 패키지 구조를 구현할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지와 그 변형예들을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지에서 하나의 패키지에 멀티 칩이 장착된 경우를 나타낸 단면도(좌측) 및 평면도(우측)이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 의한 발광소자 패키지의 리드 프레임의 발광소자 칩 장착영역에 형성된 관통홀의 단면 모양이 사다리꼴 형태인 경우를 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 의한 발광소자 패키지의 리드 프레임의 발광소자 칩 장착영역에 형성된 그루브(groove)를 나타낸 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예들에 의한 발광소자 패키지에 사용된 리드 프레임를 나타낸 평면도들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지의 몰드의 상부 디자인을 나타낸 단면도(상부) 및 평면도(하부)이다. 도 18에서 좌측 상단은 하단을 18A-18A' 방향으로 절개한 단면도이고, 우측 상단은 하단을 18B-18B' 방향으로 절개한 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지와 그 변형예들을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지에서 하나의 패키지에 멀티 칩이 장착된 경우를 나타낸 단면도(좌측) 및 평면도(우측)이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지의 제조방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 의한 발광소자 패키지의 리드 프레임의 발광소자 칩 장착영역에 형성된 관통홀의 단면 모양이 사다리꼴 형태인 경우를 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 의한 발광소자 패키지의 리드 프레임의 발광소자 칩 장착영역에 형성된 그루브(groove)를 나타낸 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시예들에 의한 발광소자 패키지에 사용된 리드 프레임를 나타낸 평면도들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지의 몰드의 상부 디자인을 나타낸 단면도(상부) 및 평면도(하부)이다. 도 18에서 좌측 상단은 하단을 18A-18A' 방향으로 절개한 단면도이고, 우측 상단은 하단을 18B-18B' 방향으로 절개한 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자의 패키지와 그 제조방법과 발광소자 패키지에 사용되는 리드 프레임(lead frame)을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지(이하, 제1 패키지)를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 패키지(40)를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제1 패키지(40)는 이격된 제1 및 제2 리드 프레임(lead frame)(42, 44), 발광소자 칩(46), 형광층(52), 렌즈 모양의 봉지재(54), 몰드(mold)(50) 및 플립칩 본딩용 솔더(48)를 포함한다. 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 중 어느 하나는 P 전극이고, 다른 하나는 N 전극일 수 있다. 발광소자 칩(46)은, 예를 들면 LED나 LD(Laser Diode)를 포함하는 칩일 수 있다. 발광소자 칩(46)은 P형 전극과 N형 전극을 포함한다. 상기 P형 전극은 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 중 P 전극으로 사용되는 리드 프레임에 대응된다. 상기 N형 전극은 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 중 N 전극으로 사용되는 리드 프레임에 대응된다. 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)과 발광소자 칩(46)은 솔더(48)를 사용하여 플립칩 본딩되어 있다. 몰드(50)는 발광소자 칩(46)의 측면과 접촉된다. 몰드(50)는 발광소자 칩(46)의 측면을 덮고, 발광소자 칩(46)과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이의 이격된 공간을 채우고, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이도 채운다. 몰드(50)는 광 반사도가 높은 물질로써, 백색 또는 유색 물질일 수 있다. 백색 물질의 경우, 예를 들면 TiO2일 수 있다. 또한, 몰드(50)는 발광소자 칩(46)과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이의 기계적 물성을 보완하는 것이며, 열전도성이 높은 물질일 수 있다. 발광소자 칩(46)의 측면은 이러한 몰드(50)로 덮여 있으므로, 발광소자 칩(46)의 측면으로 방출되는 광은 발광소자 칩(46)의 상부로 반사될 수 있고, 발광소자 칩(46)의 상부면의 광 방출면을 통해 방출되는 광과 동일한 방향으로 방출될 수 있다. 이에 따라 발광소자 칩(46)으로부터 방출되는 광량을 증가시킬 수 있으므로, 휘도를 높일 수 있다. 몰드(50)의 상부면은 발광소자 칩(46)의 상부면보다 높다. 몰드(50)는 상부면의 안쪽 가장자리에서 시작되는 하향 경사면(50S1)을 갖는다. 경사면(50S1)은 발광소자 칩(46)의 상부면 가장자리에 닿을 수 있다. 몰드(50)의 상부면은 발광소자 칩(46)의 상부면보다 높기 때문에, 몰드(50)의 상부면 안쪽은 오목한 영역이 된다. 오목한 영역의 바닥은 발광소자 칩(46)의 상부면이 될 수 있다. 발광소자 칩(46)의 상부면은 균일한 두께의 형광층(52)으로 덮여 있다. 형광층(52)의 상부면은 몰드(50)의 상부면보다 낮다. 형광층(52)은 형광체를 포함하는 수지층일 수 있다. 상기 형광체는 한 종류에서 복수 종의 형광체를 포함할 수 있다. 상기 수지층은, 예를 들면 실리콘일 수 있다. 볼록한 렌즈 모양의 투명 봉지재(54)는 형광층(52)과 몰드(50)의 경사면(50S1)을 덮고, 몰드(50)의 상부면의 일부도 덮는다. 봉지재(54)는, 예를 들면 내열 에폭시(epoxy) 또는 실리콘일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 발광소자 패키지(이하, 제2 패키지)를 보여준다.
도 3을 참조하면, 제2 패키지의 경우, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)에 각각 복수의 관통홀(56)이 형성되어 있다. 관통홀(56)은 충진재(58)로 채워져 있다. 관통홀(56)의 평면 형태는 원형, 타원형 또는 다각형, 예컨대 사각형일 수 있다. 관통홀(56)의 단면 형태는 도 14에 도시한 바와 같이 사다리꼴이나 사각형일 수 있다. 관통홀(56)의 내면은 평면이 아니라 곡면일 수도 있다. 또한, 관통홀(56) 대신에 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이 그루브(groove)가 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)에 형성될 수 있다. 솔더(48)는 발광소자 칩(46)과 충진재(58) 사이에 존재하고, 양쪽과 접촉된다. 충진재(58)는 전도성을 가지면서 접착성을 갖는 물질일 수 있다. 충진재(58)는, 예를 들면 솔더 페이스트(solder paste)일 수 있고, 나노 사이즈 금속을 포함하는 폴리머, 예를 들면 은(Ag)을 포함하는 에폭시일 수 있다. 은을 포함하는 에폭시의 경우, 은의 함량은 0보다 크고 최대 90wt%일 수 있다. 제2 패키지의 나머지 구성은 제1 패키지(40)와 동일할 수 있다. 상기 제2 패키지에서 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)과 솔더(48)는 제1 패키지(40)의 경우와 달리 단순히 계면 접착된 것이 아니라 충진재(58)가 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)에 박혀있는 구조이다. 따라서 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)과 발광소자 칩(46) 사이의 결합력을 높일 수 있다.
한편, 상기 제2 패키지에서 솔더(48)는 도 4에 도시한 바와 같이 골드 스터드 범프(gold stud bump)(60)일 수도 있다. 이와 같이 솔더(48)가 골드 스터드 범프(60)일 때, 골드 스터드 범프(60) 상면의 돌출부가 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)에 형성된 관통홀(56)의 상단에 박히는 구조로 본딩이 형성되다. 이에 따라 발광소자 칩(46)과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이의 결합력은 증가될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 발광소자 패키지(이하, 제3 패키지)를 보여준다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)과 발광소자 칩(46) 사이에 솔더 대신 제1 및 제2 금속 본딩층(66, 68)이 존재한다. 제1 및 제2 금속 본딩층(66, 68)은 전기 전도성을 갖는 부착층일 수도 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)은 각각 제1 및 제2 금속 본딩층(66, 68)을 매개로 하여 발광소자 칩(46)과 넓은 면적에서 접촉된다. 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)과 발광소자 칩(46) 사이의 접촉 면적은 상기 제1 및 제2 패키지의 경우보다 넓을 수 있다. 상기 제3 패키지의 경우, 발광소자 칩(46)과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이의 본딩 면적이 넓으므로, 양쪽의 결합력은 증가될 수 있고, 열 방출에도 효과적일 수 있다.
한편, 도 5의 제3 패키지에서 제1 및 제2 금속 본딩층(66, 68) 대신에 솔더를 이용한 플립칩 본딩이 있을 수 있다.
도 6은 도 3의 다른 변형예를 보여준다.
도 6을 참조하면, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)은 몰드(50) 내에 존재한다. 곧, 발광소자 칩(46)과 마찬가지로 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)의 측면도 몰드(50)로 덮여 있다. 결과적으로, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)은 밑면을 제외하고 몰드(50)로 덮여 있다. 이에 따라 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)과 몰드(50)의 접촉면적이 증가되므로, 기계적 신뢰성이 높아질 수 있다. 도 6에서 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)의 밑면은 전원과 연결된다.
도 7은 상술한 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지의 특징이 적용된 것으로써, 하나의 패키지에 복수의 발광소자 칩, 곧 멀티 칩이 장착된 경우를 보여준다. 도 7에서 우측 도면은 평면도이고, 좌측 도면은 우측 도면을 7-7’방향으로 절개한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 내지 제3 리드 프레임(72, 74, 78) 상에 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82,, 84, 86)이 장착되어 있다. 제1 내지 제3 리드 프레임(72, 74, 78)과 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)의 본딩 방식은 도 3이나 도 4에서 설명한 방식과 동일할 수 있다. 따라서 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)은 제1 내지 제3 리드 프레임(72, 74, 76)에 견고히 장착될 수 있다. 하나의 패키지에 4개의 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)이 장착된 것을 예시하였으나, 장착되는 발광소자 칩의 수는 4개 이상 또는 4개 이하가 될 수도 있다. 제1 및 제2 리드 프레임(72, 74)은 동일 전극, 예를 들면 P 전극일 수 있다. 제3 리드 프레임(76)은, 예를 들면 N 전극일 수 있다. 몰드(50)의 오목한 영역(50A1)은 사각형이다. 오목한 영역(50A1)은 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)을 덮는 형광층(52)이 외접하는 원형일 수도 있고, 다른 형태일 수도 있다. 몰드(50)의 오목한 영역(50A1) 내에 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)이 장착되어 있다. 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)은 격자 정렬 방식으로 장착되어 있다. 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)과 몰드(50)의 연관 관계는 도 2 내지 도 6과 같을 수 있다. 제1 내지 제4 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)과 제1 내지 제3 리드 프레임(72, 74, 76)의 본딩 방식은 도 5에서 설명한 바와 같을 수도 있다. 도 7에서 제1 내지 제3 리드 프레임(72, 74, 76)은 밑면을 제외하고 몰드(50)로 덮여 있다. 그러나 제1 및 제2 리드 프레임(72, 74)의 측면은 몰드(50) 밖으로 노출될 수도 있다. 도 2 내지 도 7에 예시한 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지들을 조합하여 다양한 구조의 패키지를 형성하는 것은 어렵지 않다. 따라서 상술한 패키지외에 다른 패키지에 대한 예시는 생략한다.
다음에는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지의 제조방법을 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)을 준비한다. 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)에 복수의 홀(42h)을 형성한다. 홀(42h)의 평면 형태는 원형, 비원형 또는 사각형일 수 있다. 홀(42h)의 평면 형태가 원형일 때, 홀(42h)의 직경은, 예를 들면 0보다 크고 150㎛ 이하일 수 있다. 홀(42h)의 평면 형태가 사각형인 경우, 홀(42h)의 가로 세로 길이는 각각, 예를 들면 0보다 크고 170㎛ 이하와 100㎛ 이하일 수 있다. 홀(42h)의 단면 형태는 도 8에 도시한 형태와 다를 수 있는데, 예를 들면 도 14에 도시한 바와 같이 사다리꼴일 수도 있다. 또한, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)의 홀(42h)의 위치에는 도 15에 도시한 바와 같이 홀이 아닌 소정의 깊이를 갖는 그루브(90)가 형성될 수도 있다.
다음, 도 9에 도시한 바와 같이 홀(42h)은 도전성 물질(58)로 채운다. 도전성 물질(58)은 솔더 페스트이거나 나노 사이즈 금속을 포함하는 폴리머일 수 있다.
다음, 플립칩 본딩을 위해 도 10에 도시한 바와 같이, 솔더(48)를 갖는 발광소자 칩(46)을 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 위에 정렬한다. 솔더(48)는 발광소자 칩(46)의 P 전극 및 N 전극(미도시)에 접촉된다. 발광소자 칩(46)의 솔더(48)와 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)의 홀(58h)은 일대 일로 대응된다. 이와 같이 발광소자 칩(46)과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)을 정렬한 상태에서 발광소자 칩(46)을 내려 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)의 홀(58h)을 채운 도전성 물질(58)과 발광소자 칩(46)의 솔더(48)를 플립칩 본딩한다.
다음, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 상에 발광소자 칩(46)의 측면을 덮는 몰드(50)를 형성한다. 몰드(50)는 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이는 물론 발광소자 칩(46)의 밑면과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44) 사이에도 형성된다. 이에 따라 솔더(48)와 솔더(48) 사이의 공간은 몰드(50)로 채워진다. 몰드(50)를 형성할 때, 몰드(50)의 상부면(50S2)은 발광소자 칩(46)의 상부면(48S2)보다 높게 형성한다. 이에 따라 발광소자 칩(46)이 형성된 부분은 몰드(50)의 오목한 영역이 된다. 또한, 몰드(50)는 상부면(50S2)과 발광소자 칩(46)의 상부면(46S2)의 가장자리 사이에 경사면(50S1)을 갖도록 형성한다. 경사면(50S2)은 몰드(50)의 상부면(50S2)의 안쪽 끝에서 시작해서 발광소자 칩(46)의 상부면 가장자리에 닿을 수 있는 하향 경사면일 수 있다. 몰드(50)에 이러한 경사면(50S2)이 형성됨으로써 발광소자 칩(46)으로부터 방출되는 광의 방출각은 보다 넓어질 수 있다. 곧, 발광소자 칩(46)의 시야각이 증가될 수 있다.
다음, 도 12에 도시한 바와 같이, 몰드(50)의 상부면(50S2) 안쪽의 오목한 부분에 발광소자 칩(46)의 상부면(46S2)을 덮는 형광층(52)을 형성한다. 형광층(52)은 발광소자 칩(46)의 상부면(48S2) 상에만 형성되고, 발광소자 칩(46)의 상부면(46S2)은 표면이 평평하므로, 균일한 두께로 형성할 수 있다. 형광층(52)은 1종류 또는 복수 종류의 형광체를 포함하는 수지층일 수 있는데, 예를 들면 실리콘 수지층일 수 있다. 한편, 형광층(52)은 몰드(50)가 형성되기 이전에 형성될 수 있는데, 예를 들면 발광소자 칩(46)과 제1 및 제2 리드 프레임(42, 44)의 플립칩 본딩 전에 발광소자 칩(46)의 상부면에 형성될 수도 있다.
다음, 도 13에 도시한 바와 같이, 형광층(52)을 덮는 렌즈 형태의 봉지재(54)를 형성할 수 있다. 봉지재(54)는 렌즈 형태가 아니라 균일한 두께를 갖는 평판형태일 수 있다. 봉지재(54)는 몰드(50)의 경사면(50S1)도 덮고, 몰드(50)의 상부면(50S2)의 일부도 덮도록 형성할 수 있다. 봉지재(54)의 재질은, 예를 들면 실리콘이나 내열 에폭시일 수 있다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 하나의 패키지에 복수의 발광소자 칩(80, 82, 84, 86)이 구비된 경우는 이격된 3개의 리드 프레임(72, 74, 76)을 사용하는 것을 제외하고, 도 8 내지 도 13의 제조 방법에 따라 형성할 수 있다.
도 16과 도 17은 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지의 제조방법에 사용되는 리드 프레임을 예시한 것이다.
도 16 및 도 17에는 편의 상, 리드 프레임(100)에 2행 3열로 단위 리드 프레임(95)이 6개만 구비된 것으로 도시하였지만, 실제 리드 프레임(100)에는 단위 리드 프레임(95)이 수십개 이상 또는 수백개 구비된다. 각 단위 리드 프레임(95)의 가운데에는 범프 접속 영역(bump contact area)(106)이 존재한다. 범프 접속 영역(106)은 정렬된 복수의 홀(108)을 포함한다. 복수의 홀(108)에는 상술한 도전성 물질이 채워지고, 발광소자 칩의 솔더에 대응된다.
도 16의 리드 프레임(100)의 몰딩은 단위 리드 프레임들(95) 중에서 세로로 존재하는 단위 리드 프레임들을 동시에 몰딩한다. 곧, 각 세로 방향에 존재하는 2개의 단위 리드 프레임(95)은 한번에 몰딩된다. 도 16에서 가로 세로 라인들(93, 97)은 리드 프레임(100)을 각 단위 리드 프레임(95)으로 분리하기 위한 커팅라인(cutting line)이고, 커팅라인(93, 97) 안쪽의 점선(99)은 몰딩 영역으로써, 점선(99) 안쪽에 몰드가 형성된다. 이에 따라 도 16의 경우, 커팅된 각 단위 리드 프레임(95)은 도 2, 도 3, 도 4와 같이 몰드(50) 밖으로 리드 프레임의 가장자리가 일부 노출된다. 도 16 및 도 17에서 참조번호 102는 각 단위 리드 프레임(95)의 경계에 형성된 슬롯(slot)을 나타내고, 104는 타이 바(tie bar)를 나타낸다. 슬롯(102)이 존재함으로써 커팅이 용이할 수 있다. 타이 바(104)는 몰딩 동안에 각 단위 리드 프레임(95)을 리드 프레임(100)에 고정시키는 역할을 한다.
도 17에 도시한 리드 프레임(200)의 경우, 각 단위 리드 프레임(95)의 가장자리가 도 6에 도시한 바와 같이 몰드(50) 안쪽에 위치하는 패키지를 구현하기 위한 것이다. 도 17의 리드 프레임(200)의 경우, 몰딩 공정에서 발광소자 칩(미도시)이 장착된 리드 프레임(200) 전체가 통채로 몰딩되고 하고, 커팅라인(93, 97)을 따라 절개함으로써, 각 단위 리드 프레임(95) 별로 분리할 수 있다. 이렇게 해서 단위 발광소자 패키지가 형성된다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이 하나의 패키지에 복수의 발광소자 칩이 구비되는 경우에 사용되는 리드 프레임은 도 16 또는 도 17에서 각 단위 리드 프레임(95)의 구성이 3개의 부분 리드 프레임으로 구성되는 것을 제외하고는 도 16 또는 도 17과 동일할 수 있다. 도 16 또는 도 17에서 단위 리드 프레임(95)은 2개의 부분 리드 프레임으로 구성된다.
도 18은 본 발명의 실시예에 의한 발광소자 패키지의 몰드(50)의 상부 디자인 실시예를 보여준다. 도 18에서 좌측 상단은 하단을 18A-18A' 방향으로 절개한 단면이고, 우측 상단은 하단을 18B-18B' 방향으로 절개한 단면이다.
도 18의 좌측도면은 몰드(50)의 오목한 영역(50A2)의 평면 모양이 발광소자 칩(46)의 모서리와 외접하는 원형인 경우를 보여준다. 이때, 발광소자 칩(46) 둘레의 몰드(50)의 오목한 영역(50A2)의 표면과 형광층(52)의 표면은 동일한 높이를 갖는다. 도 18의 우측도면은 몰드(50)의 오목한 영역의 평면 모양이 발광소자 칩(40)과 같은 모양의 사각형인 경우를 보여준다. 도 18의 우측도면에서 몰드(50)의 오목한 영역의 면적은 발광소자 칩(46)과 동일할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
42, 44:제1 및 제2 리드 프레임 42h, 56, 108:홀
46:발광소자 칩 48:솔더(solder)
48S2:발광소자 칩의 상부면 50:몰드(mold)
50A1, 50S2:몰드(50)의 오목한 영역 50S1:몰드(50)의 경사면
50S2:몰드(50)의 상부면 52:형광층
54:렌즈형 봉지재 58:도전성 물질
60:골드 스터드 범프 66, 68:제1 및 제2 금속 본딩층
72, 74, 76:제1 내지 제3 리드 프레임
80, 82, 84, 86:제1 내지 제4 발광소자 칩
90:그루브(groove) 93, 97:커팅라인(cutting line)
95:단위 리드 프레임 99:몰드 경계선
100, 200:리드 프레임 102:슬롯(slot)
104:타이 바(tie bar)
106:범프 접속 영역(bump contact area)
46:발광소자 칩 48:솔더(solder)
48S2:발광소자 칩의 상부면 50:몰드(mold)
50A1, 50S2:몰드(50)의 오목한 영역 50S1:몰드(50)의 경사면
50S2:몰드(50)의 상부면 52:형광층
54:렌즈형 봉지재 58:도전성 물질
60:골드 스터드 범프 66, 68:제1 및 제2 금속 본딩층
72, 74, 76:제1 내지 제3 리드 프레임
80, 82, 84, 86:제1 내지 제4 발광소자 칩
90:그루브(groove) 93, 97:커팅라인(cutting line)
95:단위 리드 프레임 99:몰드 경계선
100, 200:리드 프레임 102:슬롯(slot)
104:타이 바(tie bar)
106:범프 접속 영역(bump contact area)
Claims (25)
- 발광소자를 포함하는 칩;
상기 칩이 장착되는 리드 프레임;
상기 칩의 측면을 덮는 몰드;
상기 칩의 광 방출면을 덮는 형광층; 및
상기 형광층을 덮는 투명 봉지재;를 포함하고,
상기 칩의 전극은 상기 리드 프레임과 마주하는 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 칩과 상기 리드 프레임은 플립칩 본딩된 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 칩과 상기 리드 프레임은 부착층을 매개로 접촉된 발광소자 패키지. - 제 2 항에 있어서,
상기 몰드는 상기 칩과 상기 리드 프레임 사이를 채우는 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 몰드는 상기 리드 프레임의 측면을 덮는 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 몰드의 상부면은 상기 형광층보다 높게 위치하는 발광소자 패키지. - 제 2 항에 있어서,
상기 리드 프레임은 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀은 도전성 물질로 채워지며, 상기 도전성 물질과 상기 칩 사이에 상기 플립칩 본딩이 형성된 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 칩의 상기 리드 프레임과 마주하는 면에 골드 스터드 범프(gold stud bump)가 존재하고, 상기 리드 프레임은 도전성 물질로 채워진 관통홀을 포함하고, 상기 골드 스터드 범프와 상기 도전성 물질이 접촉되어 장착된 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 리드 프레임은 이격된 제1 및 제2 리드 프레임을 포함하고, 상기 제1 및 제2 리드 프레임 중 하나는 상기 칩의 P 전극에, 다른 하나는 상기 칩의 N 전극에 각각 접촉된 발광소자의 패키지. - 제 1 항, 제 7 항 및 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리드 프레임 상에 복수의 발광소자 칩이 장착되고, 상기 리드 프레임은 이격된 제1, 제2 및 제3 리드 프레임을 포함하여 단일 패키지를 이루는 발광소자 패키지. - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 관통홀의 평면 모양은 원형, 비원형 또는 다각형인 발광소자 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 리드 프레임은 복수의 그루브(groove)를 포함하고, 상기 그루브는 도전성 물질로 채워져 있고, 상기 칩과 상기 도전성 물질은 플립칩 본딩되거나 골드 스터드 범프로 본딩된 발광소자 패키지. - 발광소자를 포함하는 칩이 장착될 리드 프레임을 준비하는 단계;
상기 리드 프레임에 상기 칩을 장착하는 단계;
상기 칩을 장착한 후, 상기 칩의 측면을 덮는 몰드를 형성하는 단계;
상기 칩의 광방출면을 덮는 형광층을 형성하는 단계; 및
상기 형광층을 덮는 투명 봉지재를 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 칩의 전극은 상기 리드 프레임과 대면하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 리드 프레임을 준비하는 단계는,
상기 리드 프레임의 여러 곳에서 상기 리드 프레임의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
상기 리드 프레임의 적어도 일부가 제거된 곳에 도전성 물질을 채우는 단계;를 더 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 리드 프레임의 적어도 일부를 제거하는 단계는,
상기 리드 프레임에 복수의 관통홀을 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 리드 프레임의 일부를 제거하는 단계는,
상기 리드 프레임에 복수의 그루브를 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 칩을 장착하는 단계에서,
상기 칩과 상기 리드 프레임은 플립칩 본딩되는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 플립칩 본딩은 골드 스터드 범프를 이용하여 수행하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 칩을 장착하는 단계는,
상기 리드 프레임의 상기 칩이 장착될 영역 상에 부착층을 형성하는 단계; 및
상기 부착층 상에 상기 칩을 장착하는 단계;를 더 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 몰드를 형성하는 단계는,
상기 칩과 상기 리드 프레임 사이에도 상기 몰드를 형성하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 몰드를 형성하는 단계에서 상기 몰드는 상기 리드 프레임의 측면을 덮도록 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 리드 프레임 상에 복수의 칩이 장착되고, 상기 리드 프레임은 제 1 내지 제3 리드 프레임을 포함하여 단위 패키지를 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 몰드의 상부면을 상기 형광층보다 높게 형성하여 상기 몰드에 오목한 영역을 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 오목한 영역은 상기 칩이 외접하는 원형이거나 상기 칩과 같은 모양으로 형성하는 발광소자 패키지의 제조방법. - 발광소자를 포함하는 칩이 장착되는 리드 프레임에 있어서,
상기 칩이 장착될 영역에 형성된 홀 또는 그루브; 및
상기 홀과 그루브를 채운 도전성 물질;을 포함하는 리드 프레임.
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