특허청구의범위청구항 1 방열판 ; 상기방열판상부에형성된세라믹박막 ; 및상기세라믹박막상부에형성된회로패턴을포함하여이루어지는방열기판. 청구항 2 제1항에있어서, 상기방열판은 Al, Cu, Mo, W, Ti, Mg 중에서선택된어느하나의물질로이루어지는것을특징으로하는방열기판. 청

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이우 해
5 years ago
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1 (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) H01L 33/00 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2007 년 12 월 28 일 심사청구일자 전체청구항수 : 총 10 항 2007 년 12 월 28 일 (54) 방열기판및이를구비한발광다이오드패키지 (11) 공개번호 (43) 공개일자 2009년07월02일 (71) 출원인 전자부품연구원 경기도성남시분당구야탑동 68 번지 (72) 발명자 조현민 경기도용인시기흥구보라동 617 한보라마을 (74) 대리인 진천웅, 정종옥, 조현동 (57) 요약 본발명은방열기판및이를구비한발광다이오드패키지에관한것으로서, 방열판과, 방열판상부에에어로졸증착법에의해형성된세라믹박막과, 세라믹박막상부에형성된회로패턴을포함하여이루어지는것을특징으로한다. 본발명에의하면, 방열판상부에세라믹박막을에어로졸증착법에의해형성함으로써, 열전도성을향상시킬수있으며그로인해반도체소자에서발생하는열을효과적으로방출할수있다. 대표도 - 도 2-1 -

2 특허청구의범위청구항 1 방열판 ; 상기방열판상부에형성된세라믹박막 ; 및상기세라믹박막상부에형성된회로패턴을포함하여이루어지는방열기판. 청구항 2 제1항에있어서, 상기방열판은 Al, Cu, Mo, W, Ti, Mg 중에서선택된어느하나의물질로이루어지는것을특징으로하는방열기판. 청구항 3 제1항또는제2항에있어서, 상기세라믹박막은에어로졸증착법 (Aerosol Deposition) 에의해형성하는것을특징으로하는방열기판. 청구항 4 제1항또는제2항에있어서, 상기세라믹박막은알루미나 (Al2O3), 질화알루미늄 (AlN), 산화베릴륨 (BeO), 산화이트륨 (Y203) 중에서선택된어느하나의물질또는이들의조합된물질로이루어지는것을특징으로하는방열기판. 청구항 5 제1항또는제2항에있어서, 상기세라믹박막의두께는 1μm ~ 50μm인것을특징으로하는방열기판. 청구항 6 방열판상부에형성된세라믹박막 ; 상기세라믹박막상부에형성된회로패턴및접촉패드 ; 상기접촉패드상에접합되는발광다이오드 ; 상기발광다이오드의음전극및양전극과상기회로패턴을전기적으로연결하는본딩와이어 (Bonding Wire); 및상기세라믹박막상부에상기발광다이오드를감싸며형성된렌즈를포함하여이루어지는발광다이오드패키지. 청구항 7 제6항에있어서, 상기방열판은 Al, Cu, Mo, W, Ti, Mg 중에서선택된어느하나의물질로이루어지는것을특징으로하는발광다이오드패키지. 청구항 8 제6항또는제7항에있어서, 상기세라믹박막은에어로졸증착법 (Aerosol Deposition) 에의해형성하는것을특징으로하는발광다이오드패키지

3 청구항 9 제6항또는제7항에있어서, 상기세라믹박막은알루미나 (Al2O3), 질화알루미늄 (AlN), 산화베릴륨 (BeO), 산화이트륨 (Y203) 중에서선택된어느하나의물질또는이들의조합된물질로이루어지는것을특징으로하는발광다이오드패키지. 청구항 10 제6항또는제7항에있어서, 상기세라믹박막의두께는 1μm ~ 50μm인것을특징으로하는발광다이오드패키지. 명세서 발명의상세한설명 <1> 기술분야본발명은방열기판및이를구비한발광다이오드패키지에관한것으로서, 보다상세하게는방열판상부에열전도성이우수한세라믹박막을형성함으로써, 반도체소자에서발생한열을효과적으로외부로방출하기위한방열기판및이를구비한발광다이오드패키지에관한것이다. <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> 배경기술최근들어, 평판표시장치에대한연구가활발히진행되고있는데그중에서각광받고있는것으로액정표시장치 (Liquid Crystal Display : LCD), FED(Field Emission Display), 유기 EL(Electro-luminescence), PDP(Plasma Display Panel) 등이있다. 이중, 액정표시장치는두개의편광판사이에위치하는액정패널에서각픽셀 (pixel) 에전기신호를인가하여액정의배열을변경시킴으로써빛을투과시키거나차단하는소자이다. 상기액정표시장치는콘트라스트비 (Contrast Ratio) 가크고, 계조표시나동화상표시에적합하며전력소비가적다는특징때문에휴대전화, 노트북 PC, 데스크탑모니터및액정 TV 등으로그영역이확대되고있는추세이다. 하지만, 액정표시장치는그자체가비발광성이므로빛을조사하기위한별도의외부광원이필요하다. 특히, 투과형액정표시장치의경우 LCD 패널의배면에광을발산하고안내하는별도의조광장치, 즉백라이트유닛 (Back Light Unit : BLU) 이반드시필요하다. 백라이트유닛에사용되는광원으로는냉음극형광램프 (Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형형광램프 (External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL), 발광다이오드 (Light Emitting Diode : LED) 등이있다. 현재까지백라이트유닛의광원으로는냉음극형광램프가주로사용되어왔으나, 고수명, 저전력소모, 박형화의장점을갖는발광다이오드의채용이증가하고있으며, 향후발광다이오드가광원시장을주도할것으로전망되고있다. 한편, RoHS(Restriction of Hazardous Substance) 등과같은환경규제가엄격해지면서수은을사용하는냉음극형광램프의사용이제한되고이에대한대안으로서도발광다이오드를광원으로하는백라이트유닛의개발에박차를가하고있다. 그러나, 발광다이오드는광효율이낮다는점과발광다이오드에서발생하는열문제로인해백라이트유닛의광원으로사용하는데어려움이있다. 발광다이오드의광효율은대략 20 ~ 30% 정도이다. 발광다이오드 1개당소모전력은 1W 정도이고, 1W의소모전력에서광효율을 30% 로보았을때, 열로발생하는소모전력비율이 70% 정도된다. 32인치액정표시장치의백라이트유닛에사용되는발광다이오드의개수는약 400개에달하는데, 여기서열로소모되는전력이 280W 정도가된다

4 <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> 발광다이오드가실장된인쇄회로기판 (Printed Circuit Board : PCB) 에서발생된열을처리하지못하면, 발광다이오드가실장된인쇄회로기판과백라이트유닛내부의온도를상승시켜, 발광다이오드램프의동작불능상태를야기시킬수있으며, 관련전자회로등의동작신뢰성을저하시킬수있다. 또한내부온도차에의한부품이나케이스에열응력이발생하여제품의변형을초래할수도있다. 이에발광다이오드에서발생하는열을빠르게외부로방출시키기위한여러가지방법이제안되었다. 가장일반적인방열방법으로는히트싱크 (Heat Sink) 나냉각팬 (Cooling Fan) 을사용하는경우가있는데, 이경우가격이상승하게되고이동한열을방출하기위한별도의장치가또필요하다는문제점이있다. 따라서, 이러한발열문제를해결하기위해회로기판에방열판을구비하여열을방출하는방법이제안되었으며, 이러한기판을 MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board) 기판이라한다. 도 1은종래의 MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board) 기판을나타낸단면도이다. 이에도시된바와같이, 방열판 (10) 상부에절연층 (11) 이적층되고, 상기절연층 (11) 상부에회로패턴 (12) 이형성된다. 여기서, 상기회로패턴 (12) 상에발광다이오드와같은반도체소자가실장된다. 상기방열판 (10) 으로는열전도도가좋고가벼우며가격이저렴한알루미늄 (Al) 이주로사용되고, 상기절연층 (11) 은대부분에폭시계열 ( 예를들면, FR-4 계열 ) 의접착소재로이루어진다. 이와같이구성된 MCPCB 기판에있어서, 상기절연층 (11) 에서의열전도도가전체기판의열전도도를좌우하게되는데, 일반적으로절연층 (11) 은낮은열전도도 ( 예를들어, 에폭시는약 0.3 W/mK의열전도도를갖는다 ) 를갖기때문에, 발광다이오드와같은반도체소자에서발생하는열을효과적으로방출하지못한다. 즉, 발광다이오드와같은반도체소자에서발생하는열이상기절연층 (11) 의열차단으로인하여직접적으로방열판 (10) 에전달되지못하므로열을효과적으로방출하지못하게된다. 발명의내용 <22> 해결하고자하는과제 본발명의목적은반도체소자에서발생하는열을효과적으로방출하기위한방열기판을제공하는데있다. <23> <24> <25> 과제해결수단상기의문제점을해결하기위해고안된본발명의방열기판의바람직한실시예는, 방열판과, 상기방열판상부에형성된세라믹박막과, 상기세라믹박막상부에형성된회로패턴을포함하여이루어지는것을특징으로한다. 본발명의발광다이오드패키지의바람직한실시예는, 방열판상부에형성된세라믹박막과, 상기세라믹박막상부에형성된회로패턴및접촉패드와, 상기접촉패드상에접합되는발광다이오드와, 상기발광다이오드의음전극및양전극과상기회로패턴을전기적으로연결하는본딩와이어 (Bonding Wire) 와, 상기세라믹박막상부에상기발광다이오드를감싸며형성된렌즈를포함하여이루어지는것을특징으로한다. 상기세라믹박막은에어로졸증착법 (Aerosol Deposition) 에의해형성하며, 알루미나 (Al2O3), 질화알루미늄 (AlN), 산화베릴륨 (BeO), 산화이트륨 (Y203) 중에서선택된어느하나의물질또는이들의조합된물질로이루어지는것을특징으로한다. <26> 효과 본발명에의하면, 방열판상부에세라믹박막을에어로졸증착법에의해형성함으로써, 열전도성을향상시킬 수있으며그로인해반도체소자에서발생하는열을효과적으로방출할수있다. <27> <28> 발명의실시를위한구체적인내용이하, 도 2 내지도 6을참조하여본발명의방열기판및이를구비한발광다이오드패키지에대해상세히설명한다. 본발명을설명함에있어서, 본발명과관련된공지기술에대한구체적인설명이본발명의요지를불필요하게 - 4 -

5 흐릴수있다고판단되는경우에는그상세한설명을생략하기로한다. 그리고, 후술되는용어들은본발명에서 의기능을고려하여정의된용어들로서이는사용자, 운용자의의도또는관례등에따라달라질수있다. 그러 므로그정의는본명세서전반에걸친내용을토대로내려져야할것이다. <29> <30> <31> <32> <33> <34> <35> <36> <37> <38> <39> <40> <41> <42> <43> <44> <45> <46> <47> <48> <49> <50> <51> 도 2는본발명의방열기판을나타낸단면도이다. 이에도시된바와같이, 방열판 (100) 과, 상기방열판 (100) 상부에형성된세라믹박막 (110) 과, 상기세라믹박막 (110) 상부에형성된회로패턴 (120) 으로이루어진다. 상기방열판 (100) 은열전도도가우수한물질로이루어지는데, 금속및비금속에제한을받지아니하나 Al, Cu, Mo, W, Ti, Mg 중에서선택된어느하나의물질로이루어지는것이바람직하다. 그리고, 상기방열판 (100) 은절삭및압출, 도금, 성형등의방법을이용하여제조할수있으며, 방열판 (100) 의두께는 500μm ~ 1500μm로형성하는것이바람직하다. 상기세라믹박막 (110) 은알루미나 (Al2O3), 질화알루미늄 (AlN), 산화베릴륨 (BeO), 산화이트륨 (Y203) 중에서선택된어느하나의물질또는이들의조합된물질로이루어지고, 두께는 1μm ~ 50μm로형성하는것이바람직하다. 상기세라믹박막 (110) 의두께를 1μm미만으로하면, 상기방열판 (100) 과상기회로패턴 (120) 사이에전기적절연이잘이루어지지않을수있고, 상기세라믹박막 (110) 의두께가 50μm를초과하면, 세라믹박막 (110) 의부착력이약화되어상기방열판 (100) 에서떨어질위험이있다. 상기세라믹박막 (110) 은상기방열판 (100) 상부에에어로졸증착법 (Aerosol Deposition : AD) 에의해형성한다. 상기에어로졸증착법은미세한세라믹스분말 (Powder) 을운송가스에실어서기판에분사함으로써기판표면에세라믹스코팅층을형성하는방법으로, 다음과같은여러가지장점이있다. 1. 코팅층두께형성속도가분당 30μm로고속코팅이가능 2. 상온에서치밀하고균열이없는코팅층의형성이가능 3. 수십나노미터이내의결정립들을갖는투명한세라믹코팅층형성이가능 4. 금속, 세라믹, 경질고분자등다양한기판에증착가능 5. 서브마이크로미터에서수백마이크로미터까지광범위한두께의코팅층형성이가능 6. 코팅층의조성및화학양론비의제어가용이특히, 에어로졸증착법에의하면상온에서치밀한세라믹코팅이이루어지게되는데, 그로인해플라스틱이나금속등의기판에서도연화나산화의걱정없이코팅을할수있게된다. 그리고, 에어로졸증착법에의하면공정변수의제어에의해서브마이크로미터에서수백마이크로미터의두께까지균열이나기공이거의없이표면조도가양호한양질의막을제조할수있다. 반면에, 널리알려진박막코팅공정인 PVD(Physical Vapor Deposition) 나 CVD(Chemical Vapour Deposition) 에의하면, 코팅층의두께가수마이크로미터이상이되면균열이나박리현상이발생한다. 또한, 에어로졸증착법은원료인세라믹스분말을분사하여코팅하는데, 그과정에서세라믹스분말에일어나는화학적변화가거의없기때문에원료의화학적조성이거의그대로코팅층에서유지된다. 상기회로패턴 (120) 은구리 (Cu) 또는금 (Au) 으로이루어지는것이바람직하다. 도 3은본발명의세라믹박막을에어로졸증착법으로형성하기위한장치를개략적으로나타낸도면이다. 이에도시된바와같이, 캐리어가스 (Carrier Gas) 가세라믹분말이담긴에어로졸챔버 (Aerosol Chamber) 로유입되어에어로졸챔버내에부유하는미세세라믹분말들을실어서진공상태의증착실내로운반하면, 운반된미세세라믹분말들을노즐을통해증착실내에있는기판으로분사함으로써기판상에세라믹박막을형성한다. 도 4는본발명의에어로졸증착법에의해세라믹박막이형성되는과정을개략적으로나타낸도면이다. 이에도시된바와같이, 미세세라믹분말이분사되어기판에충돌하면 (a), 미세세라믹분말이분쇄되면서일 - 5 -

6 부조각들이기판에박히거나강력한결합을하게되고다음미세세라믹분말이그위에충돌한다 (b). <52> <53> <54> <55> <56> <57> <58> <59> <60> <61> <62> 그리고, 충돌된미세세라믹분말이분쇄되어강한결합을이루는층을형성하게되고, 다음미세세라믹분말이그위에충돌 (c) 하여세라믹박막을이루게된다. 도 5는본발명의방열기판을구비한발광다이오드패키지를개략적으로나타낸단면도이다. 이에도시된바와같이, 발광다이오드 (200) 는방열판 (100) 상부에세라믹박막 (110) 이형성되어있고, 세라믹박막 (110) 상부에회로패턴 (120) 및접촉패드 (130) 가형성되어있는방열기판상에실장된다. 여기서, 상기발광다이오드 (200) 는상기접촉패드 (130) 상에에폭시등과같은접착제 (210) 를통해접합되며, 발광다이오드 (200) 의음전극및양전극은상기회로패턴 (120) 과와이어본딩 (Wire Bonding) 되어전기적으로연결된다. 그리고, 상기방열기판상부에는발광다이오드 (200) 를외부환경으로부터보호하기위한렌즈 (220) 가형성되는데, 상기렌즈 (220) 는광투과성이뛰어난고분자수지로이루어진다. 이와같이구성된발광다이오드패키지에있어서, 발광다이오드 (200) 에서발생한열은접촉패드 (130) 와세라믹박막 (110) 을지나방열판 (100) 으로방출된다. 도 6은본발명의방열기판과종래의 MCPCB 기판의열저항을비교한그래프이다. 즉, 본발명의방열기판에발광다이오드를실장한경우와, 종래의 MCPCB 기판에발광다이오드를실장한경우의열저항을비교한그래프이다. 여기서, X 축은열저항값을나타내고, Y 축은열용량을열저항으로미분한값을나타낸다. 상기그래프에서 X 축의어느값에서 Y 축의값이무한한값을나타내는데, 그때의 X 축의값이시스템의최종열저항이된다. 이에도시된바와같이, 본발명의방열기판에발광다이오드를실장한경우의최종열저항이종래의 MCPCB 기판에발광다이오드를실장한경우의최종열저항의 2/3 수준에불과한것을볼수있다. 이상에서대표적인실시예를통하여본발명에대하여상세하게설명하였으나, 본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자는상술한실시예에대하여본발명의범주에서벗어나지않는한도내에서다양한변형이가능함을이해할것이다. 그러므로본발명의권리범위는설명된실시예에국한되어정해져서는안되며, 후술하는특허청구범위뿐만아니라이특허청구범위와균등한것들에의해정해져야한다. <63> <64> <65> <66> <67> <68> <69> <70> <71> <72> <73> 도면의간단한설명도 1은종래의 MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board) 기판을나타낸단면도. 도 2는본발명의방열기판을나타낸단면도. 도 3은본발명의세라믹박막을에어로졸증착법으로형성하기위한장치를개략적으로나타낸도면. 도 4는본발명의에어로졸증착법에의해세라믹박막이형성되는과정을개략적으로나타낸도면. 도 5는본발명의방열기판을구비한발광다이오드패키지를개략적으로나타낸단면도. 도 6은본발명의방열기판과종래의 MCPCB 기판의열저항을비교한그래프. * 도면의주요부분에대한부호의설명 * 100 : 방열판 110 : 세라믹박막 120 : 회로패턴 130 : 접촉패드 200 : 발광다이오드 210 : 접착제 220 : 렌즈 - 6 -

7 도면 도면 1 도면 2 도면 3-7 -

8 도면 4 도면 5-8 -

9 도면 6-9 -

특허청구의범위청구항 1 복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼의하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에전도층을형성하는전도층형성단계 ; 상기전도층을포함한웨이퍼전체영역에절연층을증착하는절연층증착단계 ; 상기전도층의상부에감광제를도포하고, 상기관통비아홀이형성된위치에관통비아홀의단면적보다작은단

특허청구의범위청구항 1 복수개의관통비아홀이형성된웨이퍼의하나이상의관통비아홀을포함하는전도영역에전도층을형성하는전도층형성단계 ; 상기전도층을포함한웨이퍼전체영역에절연층을증착하는절연층증착단계 ; 상기전도층의상부에감광제를도포하고, 상기관통비아홀이형성된위치에관통비아홀의단면적보다작은단 (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) H01L 21/60 (2006.01) (21) 출원번호 10-2010-0028172 (22) 출원일자 2010 년 03 월 29 일 심사청구일자 2010 년 03 월 29 일 (65) 공개번호 10-2011-0108779 (43) 공개일자 2011 년 10 월 06 일 (56)