発光素子パッケージ及びその製造方法
【課題】本発明は発光素子パッケージに関する。
【解決手段】本発明によると、少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板と、上記開口部の少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層と、上記波長変換層の一面に配置され、上記回路パターンと電気的に連結される少なくとも１つの発光素子とを含む発光素子パッケージを提供する。
【解決手段】本発明によると、少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板と、上記開口部の少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層と、上記波長変換層の一面に配置され、上記回路パターンと電気的に連結される少なくとも１つの発光素子とを含む発光素子パッケージを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の開口部に波長変換層を形成し、光均一度が改善した発光素子パッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）のような発光素子の輝度が次第に増加し、ディスプレイ用光源、照明／自動車光源として用いられており、蛍光物質を利用したり、色を組み合わせることで、効率の良い白色光の具現も可能である。このような目的でＬＥＤを応用するためには、素子の動作電圧が低く、発光効率と輝度が高くなければならない。
【０００３】
白色発光ダイオードを具現する最も一般的な方法は、青色発光ダイオードに黄色蛍光体を利用して波長変換を図り、青色光と黄色光を組み合わせて白色光源を具現することである。しかし、このような方法における蛍光体層の波長変換効率は、白色光の具現に大きな影響を与える。
【０００４】
一般的な蛍光体層を利用する白色発光ダイオードの構造は、パッケージを成して製作され、導電性金属からなるリードフレーム（Ｌｅａｄ Ｆｒａｍｅ）構造物に、接合樹脂を利用してＬＥＤをダイボンディングし、ＬＥＤの上側をシリコーン、エポキシなどの複合樹脂からなる充填材でモールディングするものである。このとき、白色を具現するために蛍光体粉末をモールディング用充填材に混合し、ＬＥＤが接合されたリードフレームパッケージにモールディングする。
【０００５】
このような白色発光ダイオードパッケージは、青色ＬＥＤから放射された一部の青色光は透過し、残りの光は充填材に含まれた蛍光体と衝突し蛍光体を励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）して黄色光を放射し、青色と黄色の光は混合されて白色光を出す。このような構造には、光がパッケージの外部表面に到逹する時経路差が生じ、均一な光が得られないという短所があり、充填材内に含まれた蛍光体の不均一に因り色再現性が低下することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板の開口部に波長変換層を形成し、光均一度が改善された発光素子パッケージ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板と、上記開口部の少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層と、上記波長変換層の一面に配置され、上記回路パターンと電気的に連結される少なくとも１つの発光素子とを提供する。
【０００８】
本発明の一実施例における上記発光素子は、上記基板の回路パターンが形成された面と同側に配置されることができる。
【０００９】
本発明の一実施例において、上記基板と上記波長変換層の表面のうち少なくとも１つは共面を成すことができる。
【００１０】
この場合、上記基板と上記波長変換層は同じ厚さを有することができる。
【００１１】
本発明の一実施例における上記波長変換層は、上記開口部の全体を充填するように形成され、上記波長変換層の厚さ及び形状は上記開口部により定義されることができる。
【００１２】
本発明の一実施例における上記波長変換層は蛍光体粒子を含む透光性材料からなることができる。
【００１３】
本発明の一実施例において、上記発光素子と直接接触するように配置されたヒートシンクをさらに含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例において、上記基板の回路パターンに付着されたバンプをさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の一実施例における上記開口部の大きさは上記発光素子の大きさより大きいか、または同じであることができる。
【００１６】
本発明の一実施例における上記開口部の内側の少なくとも一部は傾斜面であることができる。
【００１７】
本発明の一実施例における上記発光素子の少なくとも一部は上記開口部内に配置されることができる。
【００１８】
本発明の一実施例における上記基板は印刷回路基板であることができる。
【００１９】
本発明の一実施例において、上記基板に形成された回路パターンと上記発光素子はワイヤボンディングされることができる。
【００２０】
この場合、上記ワイヤは高反射性の白色樹脂で封止されることができる。
【００２１】
本発明の一実施例において、上記発光素子は複数個であり、上記複数の発光素子のそれぞれは上記回路パターンから独立的に電気信号の印加を受けることができる。
【００２２】
本発明の一実施例において、上記波長変換層上に形成された透光性レンズをさらに含むことができる。
【００２３】
この場合、上記透光性レンズは上記波長変換層の表面を完全に覆うことができる。
【００２４】
また、上記透光性レンズの表面に凹凸が形成されることができる。
【００２５】
本発明の一実施例において、上記発光素子は複数個であり、上記基板の開口部に形成された波長変換層の一面に上記複数個の発光素子が配置されることができる。
【００２６】
本発明の他の側面は、少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板を設ける段階と、上記開口部内に波長変換層を充填する段階と、上記基板の回路パターンが形成された面と同側の波長変換層の一面に発光素子を配置する段階と、上記発光素子と上記基板の回路パターンを電気的に連結する段階とを含む発光素子パッケージの製造方法を提供する。
【００２７】
本発明の一実施例における上記発光素子と上記基板の回路パターンを電気的に連結する段階は、上記発光素子と上記基板の回路パターンをワイヤボンディングするものであることができる。
【００２８】
本発明の一実施例において、上記ワイヤを高反射性の白色樹脂で封止する段階をさらに含むことができる。
【００２９】
本発明の一実施例において、上記発光素子と直接接触するように上記発光素子の上面にヒートシンクを配置する段階をさらに含むことができる。
【００３０】
本発明の一実施例において、上記波長変換層の上面に透光性レンズを配置する段階をさらに含むことができる。
【００３１】
本発明の一実施例において、上記基板の回路パターン上に外部から電気信号の印加を受けるためのバンプを付着する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による発光素子パッケージ及びその製造方法は、波長変換層が基板の開口部の少なくとも一部を充填するように形成されるため、波長変換層の厚さ及び位置の制御が容易で、波長変換された光の散布が改善され、光均一度が向上して色むらが減少する効果が得られる。
【００３３】
また、ワイヤは通常の透明なエポキシまたはシリコーン高分子により封止さるが、本発明は機械的物性に優れた材料により封止されるため、ワイヤの接合信頼性が向上することができる。
【００３４】
また、基板の下部に複数の電極を配置して電気信号を伝達するため、単一パッケージ内に複数個のチップが配列された場合、それぞれ独立的に電気信号を制御することができ、多様な光演出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示した図面である。
【図２】本発明の第１実施形態による発光素子パッケージを下部及び上部からみた図面である。
【図３】本発明の第２実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図４】本発明の第３実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図５】本発明の第４実施形態による半導体発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図６】本発明の第５実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図７】本実施形態による発光素子パッケージを上部及び下部からみた概略的な図面である。
【図８】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図９】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１０】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１１】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１２】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１３】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１４】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００３７】
しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどは明確な説明のために誇張されることがあり、図面上に同じ符号で示される要素は同じ要素である。
【００３８】
図１は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。また、図２は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージを下部及び上部からみた図面である。図１を参照すると、本発明の第１実施形態による発光素子パッケージ１００は開口部１０ａを含む基板１０、上記開口部１０ａの少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層３０、上記波長変換層３０の一面上に配置された発光素子２０を含む。上記発光素子２０の一面には放熱のためのヒートシンク４０をさらに配置することができ、上記発光素子２０は上記基板１０に形成されたボンディングパッド１２とワイヤＷボンディングされることができる。また、上記ワイヤＷは高反射性の白色樹脂で封止されることができ、上記基板１０に形成されたバンプパッド１３はバンプ１１により外部電源と電気的に連結されることができる。上記波長変換層３０の上面には指向角を調節するための透光性レンズ５０をさらに含むことができる。
【００３９】
本実施形態で具体的に図示しなかったが、上記発光素子２０は第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を含む構造からなることができる。上記第１及び第２導電型半導体層はｎ型及びｐ型半導体層であることができ、窒化物半導体からなることができる。上記第１及び第２導電型半導体層はＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有することができ、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの物質がこれに該当する。第１及び第２導電型半導体層の間に形成される活性層は、電子と正孔の再結合により所定のエネルギーを有する光を放出し、量子井戸層と量子障壁層が交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなることができる。多重量子井戸構造には、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造を用いることができる。
【００４０】
上記基板１０の開口部１０ａの少なくとも一部を充填するように形成された波長変換層３０は、上記発光素子２０の活性層から放出された光の波長を変換させる波長変換用蛍光体粒子を含むことができる。上記蛍光体は黄色（ｙｅｌｌｏｗ）、赤色（ｒｅｄ）及び緑色（ｇｒｅｅｎ）のうち何れか１つに波長を変換させる蛍光体からなるか、または複数の蛍光体が混合して複数の波長に変換させることができる。上記蛍光体の種類は上記発光素子２０の活性層から放出される波長により決まることができる。具体的には、上記波長変換層３０はＹＡＧ系、ＴＡＧ系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ系、Ｓｕｌｆｉｄｅ系またはＮｉｔｒｉｄｅ系のうち少なくとも１種以上の蛍光物質を含むことができる。例えば、青色発光ＬＥＤチップに黄色に波長変換させる蛍光体を適用すると、白色発光半導体発光素子を得ることができる。
【００４１】
上記波長変換層３０はシリコーン、エポキシなどの透明樹脂に上記蛍光体及び無機充填剤が混合されて形成されることができる。無機充填剤は波長変換層の工程方法により適する粘度を確保するための手段であり、通常、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などの数〜数百ナノメートルの大きさが適切である。また、上記波長変換層３０内に光透過性に優れた有機系・無機系スペーサーを追加することで、上記波長変換層３０の厚さを一定に維持させて光散布を改善することができる。上記波長変換層３０は上記基板１０の下部にキャリアテープ（ｃａｒｒｉｅｒ ｔａｐｅ）を付着した後、ディスペンシング（ｄｉｓｐｅｃｉｎｇ）、プリンティング（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＲＦ−ｓｐｕｔｔｅｒ、ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ、ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒなど従来の公知の方法を利用して上記基板１０の開口部１０ａの少なくとも一部を充填するように形成されることができる。
【００４２】
図１に示したように、上記波長変換層３０は上記基板１０の開口部１０ａ内に上記基板１０と同じ厚さで形成され、上記基板１０の表面と共面（ｃｏｐｌａｎａｒ）を成すことができる。即ち、蛍光体粒子を含む波長変換層３０は基板１０の開口部１０ａ内に形成されるため、その厚さ及び位置の制御が容易である。従って、発光素子２０の光放出面において上記波長変換層３０は均一な厚さを有するように形成されることができるため、上記波長変換層３０で波長変換された光の散布が改善され、これにより、光均一度が向上して色むらが減少する効果が得られる。
【００４３】
上記発光素子２０は上記波長変換層３０の上面に接着されて形成されることができ、上記波長変換層３０の接着面が主な光放出面として提供されることができる。従って、上記発光素子２０の活性層から放出された光は、上記基板１０の開口部１０ａ内に形成された波長変換層３０により波長変換された光を放出することができる。上記発光素子２０の上記波長変換層３０と接触する面の面積は、上記発光素子２０から放出される光が全て波長変換層３０を通過するように、上記波長変換層３０の面積より小さいか、または同一であることができる。
【００４４】
上記波長変換層３０の一面上に配置された発光素子２０の上面にはヒートシンク４０をさらに含むことができる。具体的には、上記ヒートシンク４０は光放出面として提供されない、上記波長変換層３０が形成された面と対向する面に形成されることができる。上記ヒートシンク４０は上記発光素子２０と直接接触し、上記発光素子２０から放出される熱を吸収して外部に放出するためのものである。従って、上記ヒートシンク４０は熱伝導率に優れた材質である銅、アルミニウム、ステンレスで製作されることができ、表面積を最大化して放熱機能を高めることで、上記発光素子２０の劣化を防止し、信頼性が改善される効果が得られる。
【００４５】
上記基板１０はＰＣＢ（印刷回路基板）であることができ、エポキシ、トリアジン、シリコーン、ポリイミドなどを含む有機樹脂素材及びその他有機樹脂素材で形成されたり、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などのセラミック素材、または金属及び金属化合物を素材として形成されることができ、具体的には、メタルＰＣＢの一種であるＭＣＰＣＢであることができる。上記基板１０の一面には電気配線のための回路パターンが形成されることができ、図１に示したように、発光素子２０と電気的に連結されるボンディングパッド１２及びバンプ１１と連結されて外部から電気的信号の供給を受けるバンプパッド１３を含むことができる。
【００４６】
このとき、上記発光素子２０の第１及び第２導電型半導体層に形成された電極と上記ボンディングパッド１２はワイヤＷボンディングされることができ、上記ワイヤＷは高反射性の白色樹脂で封止されることができる。上記ワイヤＷを封止する封止部６０は上記発光素子２０とワイヤＷを保護し、高反射性の白色樹脂からなるため、上発光素子２０の側面から放出される光を反射させて上部に誘導し発光効率を増加させることができる。また、上記発光素子２０のワイヤボンディング形成面に反射層を含むため、ワイヤボンディング形成面が光放出面として提供されない場合、上記ワイヤＷを封止する封止部６０は必ずしも白色である必要はなく、機械的物性に優れた材料からなる有色封止材を適用することもできる。
【００４７】
上記波長変換層３０を含む基板１０の上部に形成されたレンズ５０は上記発光素子２０上に形成された波長変換層３０を完全にカバーして発光素子２０及び波長変換層３０を保護するだけでなく、半球状であるため、境界面でのフレネル反射を減らし、光取り出しを増加させる役割をすることができる。このとき、上記レンズは樹脂からなることができ、上記樹脂はエポキシ、シリコーン、変形シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネート及びポリイミドのうち何れか１つを含むことができる。また、上記レンズの上面に凹凸を形成して光取り出し効率を高め、放出される光の方向を調節することができる。上記波長変換層３０及びレンズ５０の形状は、必要に応じて多様に変形されることができる。
【００４８】
図２は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの底面図及び平面図である。図２の（ａ）は図１に示した発光素子パッケージを下部からみた概路図であり、図２の（ｂ）は上部からみた概路図である。図２の（ａ）を参照すると、上記発光素子パッケージ１００の底面には熱伝導性に優れた物質からなるヒートシンク４０が配置され、発光素子２０から発生した熱を効果的に外部に放出することができる。上記ヒートシンク４０は外部との接触面積を最大化するように広い面積を有するように形成されることができ、発光素子パッケージ実装用基板（不図示）に実装時、バンプ１１及びヒートシンク４０が全ての実装用基板に接触することで放熱効率を改善することができる。図２の（ｂ）を参照すると、本実施形態による発光素子パッケージの上部面からは発光素子２０の上面に形成された波長変換層３０が配置され、上記波長変換層３０から波長変換された光の指向角を調節するための光透過性レンズ５０が配置されることができる。
【００４９】
図３は第２実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。図３を参照すると、第１実施形態とは異なって、上記基板１０に形成された開口部１０ａ'の内側面の少なくとも一部は傾斜面を含むことができ、上記傾斜した開口部１０ａ'の少なくとも一部を充填するように波長変換層３１が形成されることができる。第１実施形態と同様の構成に対しては同じ符号を使用し、以下では異なる構成に対してのみ説明する。上記基板１０の開口部１０ａ'の内側が傾斜面を含むことにより、上記基板１０の開口部１０ａ'内に形成された波長変換層３１から放出された光が上記開口部１０ａ'の傾斜面で反射されて上部に誘導されるため、外部光取り出し効率が向上することができる。また、開口部１０ａ'が傾斜した面を有することで、上記波長変換層３１と基板１０との接触面積が増加するため、上記波長変換層３１と基板１０との結合が堅固になり、発光素子パッケージ１０１の信頼性を改善することができる。
【００５０】
図４は本発明の第３実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。本実施形態によると、上記発光素子パッケージ１０２を構成する基板１０の開口部１０ａ''は図３に示した第２実施形態による発光素子パッケージ１０１と同様に、その内側面が傾斜した形態である。但し、発光素子２０が上記基板１０の開口部１０ａ''の外部に配置されず、上記開口部１０ａ''内に配置されるという点で構造的に差がある。本実施形態では上記発光素子２０の全体が上記基板１０の開口部１０ａ''内に配置されるが、本実施形態とは異なって、上記発光素子２０の一部のみが開口部１０ａ''内に配置されることもできる。本実施形態の場合、上記発光素子２０が上記波長変換層３２の内部に埋め込まれるため、発光素子２０と波長変換層３２との接触面積が増加して機械的信頼性が向上することができ、発光素子２０が波長変換層３２の内部に埋め込まれることで、パッケージの厚さを減少させることができる。また、発光素子２０の発光面が波長変換層３２に完全に埋め込まれた場合は、封止部６０は有色の材料を適用することができる。
【００５１】
図４を参照すると、上記レンズ５１の一部表面に凹凸が形成されることができる。本実施形態では上記レンズ５１の表面に凹状の凹凸が形成されたが、指向角によって表面が凹部または凸部を有するように形成されることができ、複数の凹部及び凸部を含む凹凸構造を有するように形成され、光指向角を調節する上、外部との界面で光取り出し効率を増加させることができる。
【００５２】
図５は本発明の第４実施形態による半導体発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。本実施形態による半導体発光素子パッケージ１０３は開口部１０ａ'''を含む基板１０、上記基板１０の開口部１０ａ'''に形成された波長変換層３３及び上記波長変換層３３上に配置された発光素子２０を含む。第１から第３実施形態とは異なって、上記波長変換層３３の上面にレンズ５１及び上記発光素子２０上に形成されるヒートシンクを含まないこともできる。本実施形態によると、上記発光素子２０は基板１０に形成されたボンディングパッド１２とワイヤボンディングされ、上記基板１０上に形成された回路パターンと電気的に連結されたバンプパッド１３に形成されたバンプ１１は発光素子パッケージ実装用基板７０に形成された回路パターン７０ａ、７０ｂと接続して外部電源から電気信号の印加を受けることができる。上記発光素子パッケージ実装用基板７０と上記発光素子２０が配置された基板１０の間の空間はエポキシ樹脂などからなる封止材で充填し、封止部６１を構成することができる。上記封止部６１は上記発光素子２０とワイヤＷを外部から保護し、発光素子パッケージ１０３をより堅固に構成させ、パッケージの信頼性を向上させることができる。
【００５３】
図６は本発明の第５実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。また、図７は本実施形態による発光素子パッケージを上部及び下部からみた概略的な図面である。図６を参照すると、本実施形態による発光素子パッケージ２００は第１から第４実施形態とは異なって、上記波長変換層１３０上に複数の発光素子１２０を配置してマルチチップ発光素子パッケージを製造することができる。図６を参照すると、上記基板１１０は開口部１１０ａを含み、上記開口部１１０ａの少なくとも一部を充填するように波長変換層１３０が形成されることができる。上記波長変換層１３０上には複数個の発光素子１２０が配置されることができ、上記複数の発光素子の上面に放熱のためのヒートシンク１４０が配置されることができる。
【００５４】
図７の（ａ）を参照すると、上記基板１１０の一面には上記複数の発光素子１２０が共有できるようにそれぞれの発光素子１２０の間にボンディングパッド１１２が形成されることができ、上記発光素子１２０は上記ボンディングパッド１１２とワイヤボンディングされることができる。また、ボンディングパッド１１２は各発光素子１２０毎に独立的に配置され、各発光素子１２０に電気信号を独立的に印加することもできる。具体的には、上記複数の発光素子１２０に対し、１つのヒートシンク１４０が配置されることができ、上記ヒートシンク１４０を中心に外郭に沿ってボンディングパッド１１２を配置することができる。但し、これは電気的配線のための一実施形態に過ぎず、電気配線及び電極パッドの位置は必要に応じて多様に変更されることができる。
【００５５】
図８から図１４は本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。具体的には、図１に示した発光素子パッケージ１００を製造するための工程別断面図である。図８を参照すると、キャリアフィルム８０上に、少なくとも一面に回路パターンが形成された基板１０を配置する。上記基板１０は基板を貫通する形態の開口部１０ａを含み、上記回路パターンはボンディングパッド１２とバンプパッド１３を含むことができる。また、図８に示したように、上記回路パターンは上記基板１０の一面に埋め込まれる形態で形成されることができ、これとは異なって、上記基板１０の上面に回路パターンが突出した形態で形成されることができる。
【００５６】
次に、図９に示したように、上記基板１０の開口部１０ａを充填する形態で波長変換層３０を形成する。本実施形態における上記波長変換層３０は上記基板１０の開口部１０ａを完全に充填することで、上記基板１０の表面と共面（ｃｏｐｌａｎａｒ）を成す形態で示したが、上記開口部１０ａの一部のみを充填するように形成されることもできる。上記基板１０はキャリアフィルム８０上に配置され、キャリアフィルム８０が配置された状態で上記基板１０の開口部１０ａ内に波長変換層３０を充填するため、上記基板１０とキャリアフィルム８０が接触する面と、上記波長変換層３０が上記キャリアフィルム８０と接触する面の高さは等しくなる。また、開口部１０ａの大きさ及び位置に従って所望する位置に所望する厚さで波長変換層３０を形成することができ、色散布が改善された発光素子パッケージを提供することができる。
【００５７】
次に、図１０に示したように、上記波長変換層３０の一面に発光素子２０を配置することができる。上記発光素子２０は上記基板１０の回路パターン形成面と同じ方向に配置されることができ、上記発光素子２０から放出された光は上記波長変換層３０により波長変換されて外部に放出されることができる。上述のように、本実施形態では上記波長変換層３０が上記基板１０の開口部１０ａを完全に充填するように形成され、上記基板１０の上面に発光素子２０が配置される構造で示したが、上記発光素子２０は上記開口部１０ａ内に配置されることもできる。具体的には、上記波長変換層３０が上記基板の開口部１０ａの一部のみを充填するように形成され、上記開口部１０ａ内に発光素子２０の全部または一部が配置されることで、上記発光素子２０の一部または全部が上記波長変換層３０に埋め込まれる形態で構成されることができる。
【００５８】
次に、図１１に示したように、上記基板１０に形成された回路パターンと上記発光素子２０が電気的に連結されることができる。上記回路パターンは、上述のようにボンディングパッド１２とバンプパッド１３を含むことができ、上記基板１０に形成されたボンディングパッド１２と発光素子２０に形成された電極（不図示）がワイヤＷボンディングされることができる。上記発光素子２０は、基板１０とワイヤボンディングされて外部から電気信号の供給を受けることができる。しかし、上記発光素子２０と上記基板１０を電気的に連結する方法はこれに制限されず、必要に応じて、公知の方法を利用して電気的に連結することができる。
【００５９】
次に、図１２に示したように、上記ワイヤＷを樹脂で封止することができる。上記ワイヤＷを封止する封止部６０は上記発光素子２０とワイヤＷを保護し、高反射性白色樹脂からなることができる。上記封止部６０が高反射性白色樹脂からなる場合、発光素子２０の側面から放出される光を反射させて上部に誘導し、発光効率を増加させることができる。また、上記発光素子２０のワイヤボンディング形成面に反射層を含むことで、ワイヤボンディング形成面が光放出面として提供されない場合、上記ワイヤＷを封止する封止部６０は必ずしも白色である必要はなく、機械的物性に優れた材料からなる有色封止材を適用することもできる。
【００６０】
次に、図１３を参照すると、キャリアフィルム８０を除去し、上記キャリアフィルム８０が除去された面に透光性レンズ５０を配置することができる。上記透光性レンズ５０は上記発光素子２０上に形成された波長変換層３０を完全にカバーして発光素子２０及び波長変換層３０を保護し、半球形状であるため、境界面でのフレネル反射を減らし、光取り出しを増加させる役割をすることができる。このとき、上記透光性レンズ５０は樹脂からなることができ、上記樹脂はエポキシ、シリコーン、変形シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネート及びポリイミドのうち何れか１つを含むことができる。本実施形態における上記透光性レンズ５０は半球状で示したが、上記透光性レンズ５０の形状は必要に応じて多様に変形されることができる。
【００６１】
次に、図１４に示したように、上記発光素子２０と直接接触するようにヒートシンク４０を配置し、上記基板１０の回路パターンに形成されたバンプパッド１３にバンプ１１を形成することができる。上記ヒートシンク４０は熱伝導度の大きい物質からなり、上記発光素子２０の一面と直接接触することで、上記発光素子２０から発生された熱を容易に外部に放出することができるため、発光素子２０の劣化を防止する。また、上記基板１０の回路パターンに形成されたバンプパッド１３にはバンプ１１が付着され、本実施形態による発光素子パッケージが実装される基板に形成された配線回路と直接連結されて外部から電気信号の供給を受けることができる。また、上記ヒートシンク４０も上記バンプ１１と同じ高さを有するように形成されて上記発光素子パッケージが実装される基板と直接接触し、放熱機能を向上させることができる。
【００６２】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求の範囲により限定される。従って、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００６３】
１００、１０１、１０２、１０３、２００ 発光素子パッケージ
１０ 基板
１０ａ、１０ａ'、１０ａ''、１０ａ'''、１１０ａ 開口部
１１、１１１ バンプ
１２、１１２ ボンディングパッド
１３、１１３ バンプパッド
２０、１２０ 発光素子
３０、３１、３２、３３、１３０ 波長変換層
４０、１４０ ヒートシンク
５０、５１ レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板の開口部に波長変換層を形成し、光均一度が改善した発光素子パッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）のような発光素子の輝度が次第に増加し、ディスプレイ用光源、照明／自動車光源として用いられており、蛍光物質を利用したり、色を組み合わせることで、効率の良い白色光の具現も可能である。このような目的でＬＥＤを応用するためには、素子の動作電圧が低く、発光効率と輝度が高くなければならない。
【０００３】
白色発光ダイオードを具現する最も一般的な方法は、青色発光ダイオードに黄色蛍光体を利用して波長変換を図り、青色光と黄色光を組み合わせて白色光源を具現することである。しかし、このような方法における蛍光体層の波長変換効率は、白色光の具現に大きな影響を与える。
【０００４】
一般的な蛍光体層を利用する白色発光ダイオードの構造は、パッケージを成して製作され、導電性金属からなるリードフレーム（Ｌｅａｄ Ｆｒａｍｅ）構造物に、接合樹脂を利用してＬＥＤをダイボンディングし、ＬＥＤの上側をシリコーン、エポキシなどの複合樹脂からなる充填材でモールディングするものである。このとき、白色を具現するために蛍光体粉末をモールディング用充填材に混合し、ＬＥＤが接合されたリードフレームパッケージにモールディングする。
【０００５】
このような白色発光ダイオードパッケージは、青色ＬＥＤから放射された一部の青色光は透過し、残りの光は充填材に含まれた蛍光体と衝突し蛍光体を励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）して黄色光を放射し、青色と黄色の光は混合されて白色光を出す。このような構造には、光がパッケージの外部表面に到逹する時経路差が生じ、均一な光が得られないという短所があり、充填材内に含まれた蛍光体の不均一に因り色再現性が低下することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板の開口部に波長変換層を形成し、光均一度が改善された発光素子パッケージ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板と、上記開口部の少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層と、上記波長変換層の一面に配置され、上記回路パターンと電気的に連結される少なくとも１つの発光素子とを提供する。
【０００８】
本発明の一実施例における上記発光素子は、上記基板の回路パターンが形成された面と同側に配置されることができる。
【０００９】
本発明の一実施例において、上記基板と上記波長変換層の表面のうち少なくとも１つは共面を成すことができる。
【００１０】
この場合、上記基板と上記波長変換層は同じ厚さを有することができる。
【００１１】
本発明の一実施例における上記波長変換層は、上記開口部の全体を充填するように形成され、上記波長変換層の厚さ及び形状は上記開口部により定義されることができる。
【００１２】
本発明の一実施例における上記波長変換層は蛍光体粒子を含む透光性材料からなることができる。
【００１３】
本発明の一実施例において、上記発光素子と直接接触するように配置されたヒートシンクをさらに含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例において、上記基板の回路パターンに付着されたバンプをさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の一実施例における上記開口部の大きさは上記発光素子の大きさより大きいか、または同じであることができる。
【００１６】
本発明の一実施例における上記開口部の内側の少なくとも一部は傾斜面であることができる。
【００１７】
本発明の一実施例における上記発光素子の少なくとも一部は上記開口部内に配置されることができる。
【００１８】
本発明の一実施例における上記基板は印刷回路基板であることができる。
【００１９】
本発明の一実施例において、上記基板に形成された回路パターンと上記発光素子はワイヤボンディングされることができる。
【００２０】
この場合、上記ワイヤは高反射性の白色樹脂で封止されることができる。
【００２１】
本発明の一実施例において、上記発光素子は複数個であり、上記複数の発光素子のそれぞれは上記回路パターンから独立的に電気信号の印加を受けることができる。
【００２２】
本発明の一実施例において、上記波長変換層上に形成された透光性レンズをさらに含むことができる。
【００２３】
この場合、上記透光性レンズは上記波長変換層の表面を完全に覆うことができる。
【００２４】
また、上記透光性レンズの表面に凹凸が形成されることができる。
【００２５】
本発明の一実施例において、上記発光素子は複数個であり、上記基板の開口部に形成された波長変換層の一面に上記複数個の発光素子が配置されることができる。
【００２６】
本発明の他の側面は、少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板を設ける段階と、上記開口部内に波長変換層を充填する段階と、上記基板の回路パターンが形成された面と同側の波長変換層の一面に発光素子を配置する段階と、上記発光素子と上記基板の回路パターンを電気的に連結する段階とを含む発光素子パッケージの製造方法を提供する。
【００２７】
本発明の一実施例における上記発光素子と上記基板の回路パターンを電気的に連結する段階は、上記発光素子と上記基板の回路パターンをワイヤボンディングするものであることができる。
【００２８】
本発明の一実施例において、上記ワイヤを高反射性の白色樹脂で封止する段階をさらに含むことができる。
【００２９】
本発明の一実施例において、上記発光素子と直接接触するように上記発光素子の上面にヒートシンクを配置する段階をさらに含むことができる。
【００３０】
本発明の一実施例において、上記波長変換層の上面に透光性レンズを配置する段階をさらに含むことができる。
【００３１】
本発明の一実施例において、上記基板の回路パターン上に外部から電気信号の印加を受けるためのバンプを付着する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による発光素子パッケージ及びその製造方法は、波長変換層が基板の開口部の少なくとも一部を充填するように形成されるため、波長変換層の厚さ及び位置の制御が容易で、波長変換された光の散布が改善され、光均一度が向上して色むらが減少する効果が得られる。
【００３３】
また、ワイヤは通常の透明なエポキシまたはシリコーン高分子により封止さるが、本発明は機械的物性に優れた材料により封止されるため、ワイヤの接合信頼性が向上することができる。
【００３４】
また、基板の下部に複数の電極を配置して電気信号を伝達するため、単一パッケージ内に複数個のチップが配列された場合、それぞれ独立的に電気信号を制御することができ、多様な光演出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示した図面である。
【図２】本発明の第１実施形態による発光素子パッケージを下部及び上部からみた図面である。
【図３】本発明の第２実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図４】本発明の第３実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図５】本発明の第４実施形態による半導体発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図６】本発明の第５実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。
【図７】本実施形態による発光素子パッケージを上部及び下部からみた概略的な図面である。
【図８】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図９】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１０】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１１】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１２】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１３】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【図１４】本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００３７】
しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさなどは明確な説明のために誇張されることがあり、図面上に同じ符号で示される要素は同じ要素である。
【００３８】
図１は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。また、図２は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージを下部及び上部からみた図面である。図１を参照すると、本発明の第１実施形態による発光素子パッケージ１００は開口部１０ａを含む基板１０、上記開口部１０ａの少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層３０、上記波長変換層３０の一面上に配置された発光素子２０を含む。上記発光素子２０の一面には放熱のためのヒートシンク４０をさらに配置することができ、上記発光素子２０は上記基板１０に形成されたボンディングパッド１２とワイヤＷボンディングされることができる。また、上記ワイヤＷは高反射性の白色樹脂で封止されることができ、上記基板１０に形成されたバンプパッド１３はバンプ１１により外部電源と電気的に連結されることができる。上記波長変換層３０の上面には指向角を調節するための透光性レンズ５０をさらに含むことができる。
【００３９】
本実施形態で具体的に図示しなかったが、上記発光素子２０は第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層を含む構造からなることができる。上記第１及び第２導電型半導体層はｎ型及びｐ型半導体層であることができ、窒化物半導体からなることができる。上記第１及び第２導電型半導体層はＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１である）を有することができ、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどの物質がこれに該当する。第１及び第２導電型半導体層の間に形成される活性層は、電子と正孔の再結合により所定のエネルギーを有する光を放出し、量子井戸層と量子障壁層が交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなることができる。多重量子井戸構造には、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造を用いることができる。
【００４０】
上記基板１０の開口部１０ａの少なくとも一部を充填するように形成された波長変換層３０は、上記発光素子２０の活性層から放出された光の波長を変換させる波長変換用蛍光体粒子を含むことができる。上記蛍光体は黄色（ｙｅｌｌｏｗ）、赤色（ｒｅｄ）及び緑色（ｇｒｅｅｎ）のうち何れか１つに波長を変換させる蛍光体からなるか、または複数の蛍光体が混合して複数の波長に変換させることができる。上記蛍光体の種類は上記発光素子２０の活性層から放出される波長により決まることができる。具体的には、上記波長変換層３０はＹＡＧ系、ＴＡＧ系、Ｓｉｌｉｃａｔｅ系、Ｓｕｌｆｉｄｅ系またはＮｉｔｒｉｄｅ系のうち少なくとも１種以上の蛍光物質を含むことができる。例えば、青色発光ＬＥＤチップに黄色に波長変換させる蛍光体を適用すると、白色発光半導体発光素子を得ることができる。
【００４１】
上記波長変換層３０はシリコーン、エポキシなどの透明樹脂に上記蛍光体及び無機充填剤が混合されて形成されることができる。無機充填剤は波長変換層の工程方法により適する粘度を確保するための手段であり、通常、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などの数〜数百ナノメートルの大きさが適切である。また、上記波長変換層３０内に光透過性に優れた有機系・無機系スペーサーを追加することで、上記波長変換層３０の厚さを一定に維持させて光散布を改善することができる。上記波長変換層３０は上記基板１０の下部にキャリアテープ（ｃａｒｒｉｅｒ ｔａｐｅ）を付着した後、ディスペンシング（ｄｉｓｐｅｃｉｎｇ）、プリンティング（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＲＦ−ｓｐｕｔｔｅｒ、ｅ−ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ、ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒなど従来の公知の方法を利用して上記基板１０の開口部１０ａの少なくとも一部を充填するように形成されることができる。
【００４２】
図１に示したように、上記波長変換層３０は上記基板１０の開口部１０ａ内に上記基板１０と同じ厚さで形成され、上記基板１０の表面と共面（ｃｏｐｌａｎａｒ）を成すことができる。即ち、蛍光体粒子を含む波長変換層３０は基板１０の開口部１０ａ内に形成されるため、その厚さ及び位置の制御が容易である。従って、発光素子２０の光放出面において上記波長変換層３０は均一な厚さを有するように形成されることができるため、上記波長変換層３０で波長変換された光の散布が改善され、これにより、光均一度が向上して色むらが減少する効果が得られる。
【００４３】
上記発光素子２０は上記波長変換層３０の上面に接着されて形成されることができ、上記波長変換層３０の接着面が主な光放出面として提供されることができる。従って、上記発光素子２０の活性層から放出された光は、上記基板１０の開口部１０ａ内に形成された波長変換層３０により波長変換された光を放出することができる。上記発光素子２０の上記波長変換層３０と接触する面の面積は、上記発光素子２０から放出される光が全て波長変換層３０を通過するように、上記波長変換層３０の面積より小さいか、または同一であることができる。
【００４４】
上記波長変換層３０の一面上に配置された発光素子２０の上面にはヒートシンク４０をさらに含むことができる。具体的には、上記ヒートシンク４０は光放出面として提供されない、上記波長変換層３０が形成された面と対向する面に形成されることができる。上記ヒートシンク４０は上記発光素子２０と直接接触し、上記発光素子２０から放出される熱を吸収して外部に放出するためのものである。従って、上記ヒートシンク４０は熱伝導率に優れた材質である銅、アルミニウム、ステンレスで製作されることができ、表面積を最大化して放熱機能を高めることで、上記発光素子２０の劣化を防止し、信頼性が改善される効果が得られる。
【００４５】
上記基板１０はＰＣＢ（印刷回路基板）であることができ、エポキシ、トリアジン、シリコーン、ポリイミドなどを含む有機樹脂素材及びその他有機樹脂素材で形成されたり、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などのセラミック素材、または金属及び金属化合物を素材として形成されることができ、具体的には、メタルＰＣＢの一種であるＭＣＰＣＢであることができる。上記基板１０の一面には電気配線のための回路パターンが形成されることができ、図１に示したように、発光素子２０と電気的に連結されるボンディングパッド１２及びバンプ１１と連結されて外部から電気的信号の供給を受けるバンプパッド１３を含むことができる。
【００４６】
このとき、上記発光素子２０の第１及び第２導電型半導体層に形成された電極と上記ボンディングパッド１２はワイヤＷボンディングされることができ、上記ワイヤＷは高反射性の白色樹脂で封止されることができる。上記ワイヤＷを封止する封止部６０は上記発光素子２０とワイヤＷを保護し、高反射性の白色樹脂からなるため、上発光素子２０の側面から放出される光を反射させて上部に誘導し発光効率を増加させることができる。また、上記発光素子２０のワイヤボンディング形成面に反射層を含むため、ワイヤボンディング形成面が光放出面として提供されない場合、上記ワイヤＷを封止する封止部６０は必ずしも白色である必要はなく、機械的物性に優れた材料からなる有色封止材を適用することもできる。
【００４７】
上記波長変換層３０を含む基板１０の上部に形成されたレンズ５０は上記発光素子２０上に形成された波長変換層３０を完全にカバーして発光素子２０及び波長変換層３０を保護するだけでなく、半球状であるため、境界面でのフレネル反射を減らし、光取り出しを増加させる役割をすることができる。このとき、上記レンズは樹脂からなることができ、上記樹脂はエポキシ、シリコーン、変形シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネート及びポリイミドのうち何れか１つを含むことができる。また、上記レンズの上面に凹凸を形成して光取り出し効率を高め、放出される光の方向を調節することができる。上記波長変換層３０及びレンズ５０の形状は、必要に応じて多様に変形されることができる。
【００４８】
図２は本発明の第１実施形態による発光素子パッケージの底面図及び平面図である。図２の（ａ）は図１に示した発光素子パッケージを下部からみた概路図であり、図２の（ｂ）は上部からみた概路図である。図２の（ａ）を参照すると、上記発光素子パッケージ１００の底面には熱伝導性に優れた物質からなるヒートシンク４０が配置され、発光素子２０から発生した熱を効果的に外部に放出することができる。上記ヒートシンク４０は外部との接触面積を最大化するように広い面積を有するように形成されることができ、発光素子パッケージ実装用基板（不図示）に実装時、バンプ１１及びヒートシンク４０が全ての実装用基板に接触することで放熱効率を改善することができる。図２の（ｂ）を参照すると、本実施形態による発光素子パッケージの上部面からは発光素子２０の上面に形成された波長変換層３０が配置され、上記波長変換層３０から波長変換された光の指向角を調節するための光透過性レンズ５０が配置されることができる。
【００４９】
図３は第２実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。図３を参照すると、第１実施形態とは異なって、上記基板１０に形成された開口部１０ａ'の内側面の少なくとも一部は傾斜面を含むことができ、上記傾斜した開口部１０ａ'の少なくとも一部を充填するように波長変換層３１が形成されることができる。第１実施形態と同様の構成に対しては同じ符号を使用し、以下では異なる構成に対してのみ説明する。上記基板１０の開口部１０ａ'の内側が傾斜面を含むことにより、上記基板１０の開口部１０ａ'内に形成された波長変換層３１から放出された光が上記開口部１０ａ'の傾斜面で反射されて上部に誘導されるため、外部光取り出し効率が向上することができる。また、開口部１０ａ'が傾斜した面を有することで、上記波長変換層３１と基板１０との接触面積が増加するため、上記波長変換層３１と基板１０との結合が堅固になり、発光素子パッケージ１０１の信頼性を改善することができる。
【００５０】
図４は本発明の第３実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。本実施形態によると、上記発光素子パッケージ１０２を構成する基板１０の開口部１０ａ''は図３に示した第２実施形態による発光素子パッケージ１０１と同様に、その内側面が傾斜した形態である。但し、発光素子２０が上記基板１０の開口部１０ａ''の外部に配置されず、上記開口部１０ａ''内に配置されるという点で構造的に差がある。本実施形態では上記発光素子２０の全体が上記基板１０の開口部１０ａ''内に配置されるが、本実施形態とは異なって、上記発光素子２０の一部のみが開口部１０ａ''内に配置されることもできる。本実施形態の場合、上記発光素子２０が上記波長変換層３２の内部に埋め込まれるため、発光素子２０と波長変換層３２との接触面積が増加して機械的信頼性が向上することができ、発光素子２０が波長変換層３２の内部に埋め込まれることで、パッケージの厚さを減少させることができる。また、発光素子２０の発光面が波長変換層３２に完全に埋め込まれた場合は、封止部６０は有色の材料を適用することができる。
【００５１】
図４を参照すると、上記レンズ５１の一部表面に凹凸が形成されることができる。本実施形態では上記レンズ５１の表面に凹状の凹凸が形成されたが、指向角によって表面が凹部または凸部を有するように形成されることができ、複数の凹部及び凸部を含む凹凸構造を有するように形成され、光指向角を調節する上、外部との界面で光取り出し効率を増加させることができる。
【００５２】
図５は本発明の第４実施形態による半導体発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。本実施形態による半導体発光素子パッケージ１０３は開口部１０ａ'''を含む基板１０、上記基板１０の開口部１０ａ'''に形成された波長変換層３３及び上記波長変換層３３上に配置された発光素子２０を含む。第１から第３実施形態とは異なって、上記波長変換層３３の上面にレンズ５１及び上記発光素子２０上に形成されるヒートシンクを含まないこともできる。本実施形態によると、上記発光素子２０は基板１０に形成されたボンディングパッド１２とワイヤボンディングされ、上記基板１０上に形成された回路パターンと電気的に連結されたバンプパッド１３に形成されたバンプ１１は発光素子パッケージ実装用基板７０に形成された回路パターン７０ａ、７０ｂと接続して外部電源から電気信号の印加を受けることができる。上記発光素子パッケージ実装用基板７０と上記発光素子２０が配置された基板１０の間の空間はエポキシ樹脂などからなる封止材で充填し、封止部６１を構成することができる。上記封止部６１は上記発光素子２０とワイヤＷを外部から保護し、発光素子パッケージ１０３をより堅固に構成させ、パッケージの信頼性を向上させることができる。
【００５３】
図６は本発明の第５実施形態による発光素子パッケージの断面を概略的に示す図面である。また、図７は本実施形態による発光素子パッケージを上部及び下部からみた概略的な図面である。図６を参照すると、本実施形態による発光素子パッケージ２００は第１から第４実施形態とは異なって、上記波長変換層１３０上に複数の発光素子１２０を配置してマルチチップ発光素子パッケージを製造することができる。図６を参照すると、上記基板１１０は開口部１１０ａを含み、上記開口部１１０ａの少なくとも一部を充填するように波長変換層１３０が形成されることができる。上記波長変換層１３０上には複数個の発光素子１２０が配置されることができ、上記複数の発光素子の上面に放熱のためのヒートシンク１４０が配置されることができる。
【００５４】
図７の（ａ）を参照すると、上記基板１１０の一面には上記複数の発光素子１２０が共有できるようにそれぞれの発光素子１２０の間にボンディングパッド１１２が形成されることができ、上記発光素子１２０は上記ボンディングパッド１１２とワイヤボンディングされることができる。また、ボンディングパッド１１２は各発光素子１２０毎に独立的に配置され、各発光素子１２０に電気信号を独立的に印加することもできる。具体的には、上記複数の発光素子１２０に対し、１つのヒートシンク１４０が配置されることができ、上記ヒートシンク１４０を中心に外郭に沿ってボンディングパッド１１２を配置することができる。但し、これは電気的配線のための一実施形態に過ぎず、電気配線及び電極パッドの位置は必要に応じて多様に変更されることができる。
【００５５】
図８から図１４は本発明の一実施形態による発光素子パッケージの製造方法を示すための図面である。具体的には、図１に示した発光素子パッケージ１００を製造するための工程別断面図である。図８を参照すると、キャリアフィルム８０上に、少なくとも一面に回路パターンが形成された基板１０を配置する。上記基板１０は基板を貫通する形態の開口部１０ａを含み、上記回路パターンはボンディングパッド１２とバンプパッド１３を含むことができる。また、図８に示したように、上記回路パターンは上記基板１０の一面に埋め込まれる形態で形成されることができ、これとは異なって、上記基板１０の上面に回路パターンが突出した形態で形成されることができる。
【００５６】
次に、図９に示したように、上記基板１０の開口部１０ａを充填する形態で波長変換層３０を形成する。本実施形態における上記波長変換層３０は上記基板１０の開口部１０ａを完全に充填することで、上記基板１０の表面と共面（ｃｏｐｌａｎａｒ）を成す形態で示したが、上記開口部１０ａの一部のみを充填するように形成されることもできる。上記基板１０はキャリアフィルム８０上に配置され、キャリアフィルム８０が配置された状態で上記基板１０の開口部１０ａ内に波長変換層３０を充填するため、上記基板１０とキャリアフィルム８０が接触する面と、上記波長変換層３０が上記キャリアフィルム８０と接触する面の高さは等しくなる。また、開口部１０ａの大きさ及び位置に従って所望する位置に所望する厚さで波長変換層３０を形成することができ、色散布が改善された発光素子パッケージを提供することができる。
【００５７】
次に、図１０に示したように、上記波長変換層３０の一面に発光素子２０を配置することができる。上記発光素子２０は上記基板１０の回路パターン形成面と同じ方向に配置されることができ、上記発光素子２０から放出された光は上記波長変換層３０により波長変換されて外部に放出されることができる。上述のように、本実施形態では上記波長変換層３０が上記基板１０の開口部１０ａを完全に充填するように形成され、上記基板１０の上面に発光素子２０が配置される構造で示したが、上記発光素子２０は上記開口部１０ａ内に配置されることもできる。具体的には、上記波長変換層３０が上記基板の開口部１０ａの一部のみを充填するように形成され、上記開口部１０ａ内に発光素子２０の全部または一部が配置されることで、上記発光素子２０の一部または全部が上記波長変換層３０に埋め込まれる形態で構成されることができる。
【００５８】
次に、図１１に示したように、上記基板１０に形成された回路パターンと上記発光素子２０が電気的に連結されることができる。上記回路パターンは、上述のようにボンディングパッド１２とバンプパッド１３を含むことができ、上記基板１０に形成されたボンディングパッド１２と発光素子２０に形成された電極（不図示）がワイヤＷボンディングされることができる。上記発光素子２０は、基板１０とワイヤボンディングされて外部から電気信号の供給を受けることができる。しかし、上記発光素子２０と上記基板１０を電気的に連結する方法はこれに制限されず、必要に応じて、公知の方法を利用して電気的に連結することができる。
【００５９】
次に、図１２に示したように、上記ワイヤＷを樹脂で封止することができる。上記ワイヤＷを封止する封止部６０は上記発光素子２０とワイヤＷを保護し、高反射性白色樹脂からなることができる。上記封止部６０が高反射性白色樹脂からなる場合、発光素子２０の側面から放出される光を反射させて上部に誘導し、発光効率を増加させることができる。また、上記発光素子２０のワイヤボンディング形成面に反射層を含むことで、ワイヤボンディング形成面が光放出面として提供されない場合、上記ワイヤＷを封止する封止部６０は必ずしも白色である必要はなく、機械的物性に優れた材料からなる有色封止材を適用することもできる。
【００６０】
次に、図１３を参照すると、キャリアフィルム８０を除去し、上記キャリアフィルム８０が除去された面に透光性レンズ５０を配置することができる。上記透光性レンズ５０は上記発光素子２０上に形成された波長変換層３０を完全にカバーして発光素子２０及び波長変換層３０を保護し、半球形状であるため、境界面でのフレネル反射を減らし、光取り出しを増加させる役割をすることができる。このとき、上記透光性レンズ５０は樹脂からなることができ、上記樹脂はエポキシ、シリコーン、変形シリコーン、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル、ポリカーボネート及びポリイミドのうち何れか１つを含むことができる。本実施形態における上記透光性レンズ５０は半球状で示したが、上記透光性レンズ５０の形状は必要に応じて多様に変形されることができる。
【００６１】
次に、図１４に示したように、上記発光素子２０と直接接触するようにヒートシンク４０を配置し、上記基板１０の回路パターンに形成されたバンプパッド１３にバンプ１１を形成することができる。上記ヒートシンク４０は熱伝導度の大きい物質からなり、上記発光素子２０の一面と直接接触することで、上記発光素子２０から発生された熱を容易に外部に放出することができるため、発光素子２０の劣化を防止する。また、上記基板１０の回路パターンに形成されたバンプパッド１３にはバンプ１１が付着され、本実施形態による発光素子パッケージが実装される基板に形成された配線回路と直接連結されて外部から電気信号の供給を受けることができる。また、上記ヒートシンク４０も上記バンプ１１と同じ高さを有するように形成されて上記発光素子パッケージが実装される基板と直接接触し、放熱機能を向上させることができる。
【００６２】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求の範囲により限定される。従って、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能で、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００６３】
１００、１０１、１０２、１０３、２００ 発光素子パッケージ
１０ 基板
１０ａ、１０ａ'、１０ａ''、１０ａ'''、１１０ａ 開口部
１１、１１１ バンプ
１２、１１２ ボンディングパッド
１３、１１３ バンプパッド
２０、１２０ 発光素子
３０、３１、３２、３３、１３０ 波長変換層
４０、１４０ ヒートシンク
５０、５１ レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板と、
前記開口部の少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層と、
前記波長変換層の一面に配置され、前記回路パターンと電気的に連結される少なくとも１つの発光素子と
を含む発光素子パッケージ。
【請求項２】
前記発光素子は、前記基板の回路パターンが形成された面と同側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
【請求項３】
前記基板と前記波長変換層の表面のうち少なくとも１つは、共面を成すことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子パッケージ。
【請求項４】
前記基板と前記波長変換層は、同じ厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の発光素子パッケージ。
【請求項５】
前記波長変換層は前記開口部の全体を充填するように形成され、前記波長変換層の厚さ及び形状は前記開口部により定義されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項６】
前記波長変換層は、蛍光体粒子を含む透光性材料からなることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項７】
前記発光素子と直接接触するように配置されたヒートシンクをさらに含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項８】
前記基板の回路パターンに付着されたバンプをさらに含むことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項９】
前記開口部の大きさは前記発光素子の大きさより大きいか、または同じであることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１０】
前記開口部の内側の少なくとも一部は傾斜面であることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１１】
前記発光素子の少なくとも一部は前記開口部内に配置されることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１２】
前記基板は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１３】
前記基板に形成された回路パターンと前記発光素子は、ワイヤボンディングされることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１４】
前記ワイヤは、高反射性の白色樹脂で封止されることを特徴とする請求項１３に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１５】
前記発光素子は複数個であり、前記複数の発光素子のそれぞれは前記回路パターンから独立的に電気信号の印加を受けることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１６】
前記波長変換層上に形成された透光性レンズをさらに含むことを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１７】
前記透光性レンズは、前記波長変換層の表面を完全に覆うことを特徴とする請求項１６に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１８】
前記透光性レンズの表面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１９】
前記発光素子は複数個であり、前記基板の開口部に形成された波長変換層の一面に前記複数個の発光素子が配置されることを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載の半導体発光素子パッケージ。
【請求項２０】
少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板を設ける段階と、
前記開口部内に波長変換層を充填する段階と、
前記基板の回路パターンが形成された面と同側の波長変換層の一面に発光素子を配置する段階と、
前記発光素子と前記基板の回路パターンを電気的に連結する段階と
を含む発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２１】
前記発光素子と前記基板の回路パターンを電気的に連結する段階は、前記発光素子と前記基板の回路パターンをワイヤボンディングすることを特徴とする請求項２０に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２２】
前記ワイヤを高反射性の白色樹脂で封止する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２３】
前記発光素子と直接接触するように前記発光素子の上面にヒートシンクを配置する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０から２２の何れか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２４】
前記波長変換層の上面に透光性レンズを配置する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０から２３の何れか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２５】
前記基板の回路パターン上に外部から電気信号の印加を受けるためのバンプを付着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０から２４の何れか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項１】
少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板と、
前記開口部の少なくとも一部を充填するように形成される波長変換層と、
前記波長変換層の一面に配置され、前記回路パターンと電気的に連結される少なくとも１つの発光素子と
を含む発光素子パッケージ。
【請求項２】
前記発光素子は、前記基板の回路パターンが形成された面と同側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ。
【請求項３】
前記基板と前記波長変換層の表面のうち少なくとも１つは、共面を成すことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子パッケージ。
【請求項４】
前記基板と前記波長変換層は、同じ厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の発光素子パッケージ。
【請求項５】
前記波長変換層は前記開口部の全体を充填するように形成され、前記波長変換層の厚さ及び形状は前記開口部により定義されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項６】
前記波長変換層は、蛍光体粒子を含む透光性材料からなることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項７】
前記発光素子と直接接触するように配置されたヒートシンクをさらに含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項８】
前記基板の回路パターンに付着されたバンプをさらに含むことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項９】
前記開口部の大きさは前記発光素子の大きさより大きいか、または同じであることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１０】
前記開口部の内側の少なくとも一部は傾斜面であることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１１】
前記発光素子の少なくとも一部は前記開口部内に配置されることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１２】
前記基板は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１３】
前記基板に形成された回路パターンと前記発光素子は、ワイヤボンディングされることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１４】
前記ワイヤは、高反射性の白色樹脂で封止されることを特徴とする請求項１３に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１５】
前記発光素子は複数個であり、前記複数の発光素子のそれぞれは前記回路パターンから独立的に電気信号の印加を受けることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１６】
前記波長変換層上に形成された透光性レンズをさらに含むことを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１７】
前記透光性レンズは、前記波長変換層の表面を完全に覆うことを特徴とする請求項１６に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１８】
前記透光性レンズの表面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の発光素子パッケージ。
【請求項１９】
前記発光素子は複数個であり、前記基板の開口部に形成された波長変換層の一面に前記複数個の発光素子が配置されることを特徴とする請求項１から１８の何れか１項に記載の半導体発光素子パッケージ。
【請求項２０】
少なくとも一面に回路パターンが形成され、開口部を有する基板を設ける段階と、
前記開口部内に波長変換層を充填する段階と、
前記基板の回路パターンが形成された面と同側の波長変換層の一面に発光素子を配置する段階と、
前記発光素子と前記基板の回路パターンを電気的に連結する段階と
を含む発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２１】
前記発光素子と前記基板の回路パターンを電気的に連結する段階は、前記発光素子と前記基板の回路パターンをワイヤボンディングすることを特徴とする請求項２０に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２２】
前記ワイヤを高反射性の白色樹脂で封止する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２３】
前記発光素子と直接接触するように前記発光素子の上面にヒートシンクを配置する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０から２２の何れか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２４】
前記波長変換層の上面に透光性レンズを配置する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０から２３の何れか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２５】
前記基板の回路パターン上に外部から電気信号の印加を受けるためのバンプを付着する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０から２４の何れか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１２４４８５（Ｐ２０１２−１２４４８５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６６０１６（Ｐ２０１１−２６６０１６）
【出願日】平成２３年１２月５日（２０１１．１２．５）
【出願人】（５１１２９２８０６）サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月５日（２０１１．１２．５）
【出願人】（５１１２９２８０６）サムソン エルイーディー カンパニーリミテッド． (10)
【Ｆターム（参考）】
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