[go: up one dir, main page]

KR102698831B1 - 최적화된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 smt 처리 수율들을 위한 led 금속 패드 구성 - Google Patents

최적화된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 smt 처리 수율들을 위한 led 금속 패드 구성 Download PDF

Info

Publication number
KR102698831B1
KR102698831B1 KR1020187018834A KR20187018834A KR102698831B1 KR 102698831 B1 KR102698831 B1 KR 102698831B1 KR 1020187018834 A KR1020187018834 A KR 1020187018834A KR 20187018834 A KR20187018834 A KR 20187018834A KR 102698831 B1 KR102698831 B1 KR 102698831B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
submount
electrode
electronic device
diode module
thermal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020187018834A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180111786A (ko
Inventor
악셀 메너트
Original Assignee
루미리즈 홀딩 비.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 루미리즈 홀딩 비.브이. filed Critical 루미리즈 홀딩 비.브이.
Publication of KR20180111786A publication Critical patent/KR20180111786A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102698831B1 publication Critical patent/KR102698831B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/858—Means for heat extraction or cooling
    • H10H20/8582—Means for heat extraction or cooling characterised by their shape
    • H01L33/642—
    • H01L33/38—
    • H01L33/486—
    • H01L33/62—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/831—Electrodes characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/8506—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/858—Means for heat extraction or cooling
    • H10H20/8585—Means for heat extraction or cooling being an interconnection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0365—Manufacture or treatment of packages of means for heat extraction or cooling

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

캐소드 및 애노드 전극들이 하부 표면의 중심선을 따라 LED 서브마운트의 하부 표면 상에 배치된다. 2개의 열적 패드는 하부 표면의 대향 측들을 따라 전극들의 어느 한 측 상에 배치된다. 이 구성은 전극들을 회로 보드에 본딩하는 납땜에 응력을 덜 준다. 또한, 2개의 열적 패드에 의해 전도된 열은 전극들에 의해 막히지 않기 때문에, 열이 회로 보드 내로 보다 균일하게 확산한다. 또한, 외부 열적 패드들이 동일하다는 점에서 금속 설계는 대칭이기 때문에, 용해된 땜납은 양 열적 패드 위에 동일한 형상을 가짐으로써, LED 다이 및 서브마운트가 회로 보드의 표면에 대해 경사지지 않게 한다. LED 다이의 열적 및 전기적 특성들을 또한 개선시키는 다른 구성들이 설명된다.

Description

최적화된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 SMT 처리 수율들을 위한 LED 금속 패드 구성
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 12월 2일자 출원된 "LED METAL PAD CONFIGURATION FOR OPTIMIZED THERMAL RESISTANCE, SOLDER RELIABILITY, AND SMT PROCESSING YIELDS"라고 하는 미국 가 특허 출원 제62/262,311호를 우선권 주장한다. 미국 가 특허 출원 제62/262,311호는 본 명세서에 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 전자 디바이스에 관한 것으로, 특히, 개선된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 표면 장착 기술(SMT) 처리 수율들을 위한 회로 보드의 패드들에 납땜된 반도체 다이 또는 서브마운트의 표면 상의 금속 패드들의 구성에 관한 것이다.
도 1은 종래의 LED 다이(10)를 도시한다. LED 다이(10)는 반도체 층들, 및 선택적으로, LED 층들(12)로 대표되는 투명 기판을 포함한다. 하부 캐소드 전극(14)은 LED 다이(10) 내의 n형 층들에 전기적으로 접속되고, 애노드 전극(16)은 LED 다이(10) 내의 p형 층들에 접속된다. LED 다이(10)가 플립-칩으로서 도시되지만, 그것은 대신에 하나의 와이어-본딩된(wire-bonded) 상부 전극 또는 2개의 와이어-본딩된 상부 전극을 가질 수 있다.
LED 다이(10)는 초기에 예를 들어 AlN 바디를 갖는, 열전도성 서브마운트(18) 상에 장착될 수 있다. 서브마운트를 사용하면 LED 다이(10)의 취급 및 회로 보드 상의 장착이 상당히 쉬워진다. 서브마운트(18)는 초음파 용접(ultrasonic welding) 또는 다른 기술을 통해 LED 다이 전극들(14 및 16)에 본딩된 상부 금속 패드들(20 및 22)을 갖는다. 서브마운트의 금속 패드들(20 및 22)은 서브마운트(18)의 상부 표면 상의 금속 트레이스들 및 서브마운트 바디를 통해 연장하는 수직 비아들(26)에 의해 하부 전극들(24)(단지 하나만 단면에 도시됨)에 전기적으로 접속된다.
서브마운트(18)는 LED 다이(10)에 의해 발생된 전기 전류 및 열을 전도하기 위해 LED 다이(10)와 인쇄 회로 보드(30) 사이의 인터페이스와 같은 역할을 한다. LED 다이(10)에 의해 발생된 열은 주로 LED 다이 전극들(14 및 16)에 의해 서브마운트 바디로 전도되고, 서브마운트(18)는 일반적으로 구리로 형성된, 전기적 절연 열적 패드(32)를 통해 열을 회로 보드(30)에 전도한다. 회로 보드(30) 상의 전극들(34)(단지 하나만 단면에 도시됨)은 서브마운트(18)의 하부 전극들(24)에 납땜되고, 회로 보드(30) 상의 열적 패드(35)는 서브마운트(18) 상의 열적 패드(32)에 납땜된다. 전극들(34)은 트레이스들(36)에 의해 전원에 접속된다. 회로 보드(30)는 보통 전극들(34) 및 트레이스들(36)을 금속 코어와 전기적 절연시키기 위해 얇은 유전체 층(38)을 갖는 알루미늄 또는 구리 코어로 형성된 것과 같이, 상당히 열 전도성이다.
회로 보드(30) 상의 열적 패드(35)는 열을 측방향으로 확산시키기 위해 서브마운트(18)의 풋프린트보다 훨씬 클 수 있다.
도 2는 회로 보드(30) 상의 전극 및 열적 패드 패턴에 대응하는, 서브마운트(18)의 하부 표면 상의 전극들(24A 및 24B) 및 열적 패드(32)를 도시한다.
이러한 설계가 갖는 문제점들은 열적 흐름이 열적 패드와 전기 패드 간의 갭에 의해 차단되기 때문에, 회로 보드(30)의 Cu 층 내의 열 확산이 전극들(34)의 위치에 의해 부분적으로 막힌다는 것이다. 또 하나의 문제는 열적 패드(35)에 위에 젖은 (땜납욕(solder bath)에서 나오는 것과 같은) 용해된 땜납(40)이 표면 장력으로 인해 평탄하지 않고, 더 작은 전극들(34) 상의 용해된 땜납(42)의 높이가 열적 패드(35) 위의 땜납(40)의 높이와 상이하다는 것이다. 이것은 서브마운트(18) 및 LED 다이(10)가 땜납이 냉각 후에 고체화된 후에 회로 보드(30) 위에 장착될 때 약간 경사지게 한다. 이 효과는 특히 서브마운트들을 더 크게, 예를 들어, 2.5×2.5㎜보다 크게 한다.
또한, 도 1 및 2의 설계에서, 서브마운트(18)와 회로 보드(30) 간의 열팽창 계수(CTE)의 불일치로부터 야기되는 땜납 균열들 및 갈라짐은 응력들이 서브마운트(18)의 중심으로부터의 거리에 따라 증가하고, 작은 전극들(24)이 서브마운트(18)의 중심으로부터 가장 멀기 때문에 생기기 쉽다. 전극들이 땜납에 의해 함께 적당히 전기적으로 접속되지 않으면, 아킹(arcing)이 균열된 개방 접점(cracked open contact)에 발생할 수 있고, 높은 열이 인터페이스에서 발생될 수 있고, 증가된 전압 강하가 있을 것이다.
LED 다이(10)의 하부 표면이 도 2에 도시한 것과 유사한 전극 및 열적 패드 구성을 갖고, LED 다이(10)가 회로 보드 상의 대응하는 패드들에 직접 본딩된다면 동일한 문제들이 발생한다.
도 3은 LED 다이를 위한 서브마운트의 하부 표면 상의 전극들(44 및 46) 및 열적 패드(48)의 또 하나의 종래의 구성을 도시한다. 이 3-스트라이프 설계(3-stripe design)는 도 2의 구성에서 위에 설명된 것들과 유사한 경사, 전극들(44/46)에 의한 열 확산의 막힘, 및 땜납 균열/갈라짐의 결점들을 갖는데, 왜냐하면 전극들(44 및 46)은 중심으로부터 멀고 열적 패드(48)를 부분적으로 둘러싸기 때문이다.
필요한 것은 위에 설명된 단점들을 갖지 않는 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 표면 상의 금속 전극 및 열적 패드 구성이다.
전자 또는 광전자 디바이스의 열적 및 전기적 특성들을 개선시키는 반도체 다이 또는 서브마운트의 하부 표면 상의 다양한 금속 전극 및 열적 패드 구성들이 설명된다.
한 실시예에서, LED 모듈의 캐소드 및 애노드 전극들이 서브마운트 하부 표면의 중심선을 따라 배치되고, 2개의 열적 패드가 2개의 열적 패드 사이에 전극들을 놓고 하부 표면의 대향 측들 상에 배치된다. 땜납에의 응력들이 서브마운트의 중간 가까이에서 가장 낮기 때문에, 전극들을 회로 보드에 본딩하는 땜납에의 응력이 덜하다.
또한, 2개의 열적 패드에 의해 전도된 열이 전극들에 의해 막히지 않기 때문에, 열이 회로 보드 내로 그리고 밖으로 보다 균일하게 확산한다.
또한, 금속 설계는 대칭이고 열적 패드들은 동일하기 때문에, 용해된 땜납은 양 열적 패드 위에서 동일한 형상을 가짐으로써, 다이 및 서브마운트가 회로 보드의 표면에 평행하게 된다. 그러므로, 다이의 경사가 없다. 이것은 다이가 LED 다이일 때 특히 가치가 큰데, 왜냐하면 경사는 발광 프로필에 영향을 주기 때문이다.
다이 또는 서브마운트의 하부 상의 다양한 금속 전극들 및 열적 패드들이 위에 설명된 열적 및 전기적 개선들을 달성하도록 배열된 다른 구성들이 설명된다.
도 1은 회로 보드 상에 장착된, 서브마운트 상에 장착된 예시적인 LED 다이의 단면도이고, 여기서 서브마운트의 하부 표면 상의 금속 패턴이 도 2에 도시된다.
도 2는 종래의 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 상의 종래의 금속 전극 및 열적 패드 구성을 도시한다.
도 3은 종래의 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 상의 또 하나의 종래의 금속 전극 및 열적 패드 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 상의 금속 전극 및 열적 패드 구성을 도시한다.
도 5a는 회로 보드 상에 장착된, 서브마운트 상에 장착된 LED 다이의 단면도이고, 여기서 서브마운트의 하부 표면은 도 4에 도시한 금속 구성을 갖고, 여기서 뷰는 열적 패드들의 짧은 측들을 향한다.
도 5b는 도 5a의 구조체를 도시하고 여기서 뷰는 열적 패드의 긴 측을 향한다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 상의 금속 전극 및 열적 패드 구성을 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 상의 금속 전극 및 열적 패드 구성을 도시한다.
도 8은 다수의 다이가 장착되는 서브마운트를 도시하고, 여기서 서브마운트는 도 4, 6, 또는 7의 금속 패턴들과 유사한 하부 금속 패턴을 갖는다.
여러 도면들 내의 동일하거나 등가적인 요소들은 동일한 번호로 표시된다.
본 발명이 회로 보드에 본딩될 금속 패드들을 갖는 임의의 전자 디바이스에 적용가능하지만, 예가 LED 모듈에 대해 설명될 것이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른, 금속 캐소드 전극(50), 애노드 전극(52), 및 열적 패드들(54 및 56)을 도시한 예시적인 LED 다이 또는 서브마운트의 하부 표면의 도면이다. 예에서, LED 다이는 서브마운트 상에 장착되고, 서브마운트는 동일한 금속 패턴을 갖는 회로 보드 상에 장착되는 것으로 가정한다. 그러므로, 도 4에 도시한 구성은 서브마운트(58)의 하부 표면 상의 것이다. LED 다이의 하부 상의 금속 전극 구성은 그러므로 관련이 없는데 왜냐하면 서브마운트(58)는 LED 다이 전극들을 트레이스들 및 수직 비아들을 사용하여 서브마운트(58) 상의 하부 전극들(50/52)에 전기적으로 접속시키고, LED 다이에 의해 발생된 열은 서브마운트 바디에 의해 열적 패드(54/56)에 전도되기 때문이다.
또 하나의 실시예에서, LED 다이는 또한 열적 패드들을 포함할 수 있고, 서브마운트는 상부 열적 패드들로부터 하부 열적 패드들(54 및 56)까지 이어지는 금속 비아들을 포함할 수 있다.
도 5a는 서브마운트(58)의 상부 표면 상에 장착된, 도 1의 종래의 LED 다이일 수 있는 LED 다이(10)를 도시한다. 뷰는 열적 패드들(54 및 56)의 짧은 측들을 향한다. 도 5b는 도 5a의 구조체를 도시하고 여기서 뷰는 열적 패드(54)의 긴 측을 향한다.
예를 들어 초음파 용접 또는 다른 기술에 의해, LED 다이의 애노드 전극(16)은 서브마운트(58) 상의 상부 금속 애노드 패드(60)에 부착되는 것으로 도시되고, 캐소드 전극(14)은 서브마운트(58) 상의 상부 금속 캐소드 패드(61)에 부착되는 것으로 도시된다. 패드(60)는 서브마운트 바디 내에 형성된 수직 금속 비아(62)에 의해 하부 애노드 전극(52)에 전기적으로 접속된다. LED 다이의 캐소드 전극(14)을 도시한 대향 측으로부터의 뷰는 도 5a와 동일하다.
LED 다이(10)로부터의 열은 서브마운트(58) 전체에 걸쳐 열을 초기에 확산시키기 위해, LED 다이의 금속 전극(14/16)으로부터 서브마운트(58)의 바디까지 포함하는, LED 다이의 하부 표면으로부터 전도된다. 열은 다음에 서브마운트(58) 상의 열적 패드들(54 및 56) 및 회로 보드(64) 상의 대응하는 금속 패드들(66 및 68)을 통해 금속 코어 회로 보드(64)로 전달된다. 서브마운트(58)의 애노드 전극(52)은 회로 보드(64) 상의 애노드 패드(70)에 전기적으로 접속된다. 회로 보드(64) 상의 패드들(66 및 68)은 패드들(66 및 68)의 밖으로 향하는 팽창을 차단하는 전극들이 없기 때문에 보다 양호한 열 확산을 위해 서브마운트(58)의 풋프린트를 지나 연장할 수 있다.
도 4에 도시한 금속 구성은 아래에 논의되는 바와 같이 LED 다이(10)로부터의 열 흡수를 개선시키고, LED 다이의 경사를 감소시키고, 땜납 균열/갈라짐의 가능성을 감소시킨다.
열적 패드들(54 및 56)은 서브마운트(58)의 양측에 가깝게 대칭으로 배치되고, 전극들(50 및 52)은 중간을 따르기 때문에, 서브마운트(58)가 회로 보드(64) 상에 장착된 후에 밖으로 향하는 열 확산의 막힘이 없다. 또한, 이 구성은 회로 보드(64) 상의 열적 패드들(66 및 68)이 열을 보다 잘 확산하기 위해 서브마운트(58)의 풋프린트를 지나 연장하게 할 수 있다.
열적 패드들(66 및 68)의 크기들은 동일하고 서브마운트(58)의 전체 길이를 가상적으로 연장시키기 때문에, 양 패드(66 및 68) 상에 디스펜스된 용해된 땜납(74 및 76)은 예를 들어, 높이 및 체적이 동일한 특성들을 갖는다. 그러므로, 서브마운트(58)가 용해된 땜납 위에 배치될 때, 서브마운트(58) 및 LED 다이(10)는 경사지지 않을 것이다. 땜납이 냉각될 때, 회로 보드(64) 상의 금속 패드들(66/68/70)은 서브마운트(58) 상의 각각의 전극들(50/52) 및 열적 패드들(54/56)에 열적으로 및 전기적으로 접속될 것이다.
서브마운트(58)와 회로 보드(64) 간의 고유한 CTE 불일치들로 인해, 땜납 결합들은 열 순환으로 인해 응력을 겪을 것이다. 응력들은 서브마운트(58)의 중심으로부터 멀수록 더 크다. "중심" 전극들(50 및 52)에 접속된 땜납 결합들은 열적 패드들(54 및 56)에 접속된 땜납 결합들보다 작은 영역을 갖기 때문에, 그들은 균열/갈라짐이 발생하기가 보다 쉽고, LED 다이와의 전기적 접속의 신뢰성을 감소시킨다. 이들 전극 땜납 결합은 서브마운트(58)의 중심에 더 가깝기 때문에 열적 패드 땜납 결합들보다 응력을 덜 겪는다. 그러므로, 이 구성은 땜납 결합들의 신뢰성을 개선시킨다.
패드 구성의 보다 좋은 대칭성을 제공하고 열적 패드들로부터의 열 분배를 막지 않는 동일한 개념이 서브마운트 또는 LED 다이의 표면 상의 상이한 금속 설계들에 적용될 수 있다.
도 6은 서브마운트 또는 LED 다이의 하부 표면 상의 금속 전극 및 열적 패드 구성의 또 하나의 실시예를 도시한다. 캐소드 전극(80), 애노드 전극(82), 열적 패드(84), 및 열적 패드(86)는 직사각형(예를 들어, 정사각형)이고 상이한 상한들 내에 배치된다. 회로 보드 상에 대응하는 패턴이 있다. 모든 전극들/패드들은 동일한 크기이기 때문에, 용해된 땜납은 경사가 없도록 각각의 전극/패드 상에 동일한 높이를 갖는다.
열적 패드들(84 및 86)은 그들의 외부 측들 중 2개의 측들 상의 전극들에 의해 차단되지 않기 때문에, 열은 회로 보드 내로 보다 효율적으로 확산할 수 있고, 회로 보드는 서브마운트의 풋프린트를 훨씬 지나 연장하는 열적 패드들을 사용할 수 있다.
전극들(80 및 82)은 서브마운트의 중간에 가깝기 때문에, 균열 또는 갈라짐의 가능성을 감소시키도록 땜납 결합들에의 열적 응력이 덜할 것이다.
도 7은 서브마운트 또는 LED 다이의 하부 표면 상의 금속 전극 및 열적 패드 구성의 또 하나의 실시예를 도시한다. 캐소드 전극(90), 애노드 전극(92), 열적 패드(96), 및 열적 패드(98)는 삼각형이고 상이한 상한들 내에 배치된다. 회로 보드는 대응하는 금속 패턴을 갖는다. 모든 전극들/패드들은 동일한 크기이기 때문에, 용해된 땜납은 경사가 없도록 각각의 전극/패드 상에 동일한 높이를 갖는다.
열적 패드들(96 및 98)은 그들의 외부 측들 상의 전극들에 의해 차단되지 않기 때문에, 열은 회로 보드 내로 보다 효율적으로 확산할 수 있고, 회로 보드는 서브마운트의 풋프린트를 훨씬 지나 연장하는 열적 패드들을 사용할 수 있다.
전극들(90 및 92)은 서브마운트의 중간에 가깝기 때문에, 균열 또는 갈라짐의 가능성을 감소시키도록 땜납 결합들에의 열적 응력이 덜할 것이다.
다른 금속 패턴 구성들이 도 4-7과 관련하여 위에 설명된 지침들을 사용하여 가능하다. 예를 들어, 열적 패드들은 2개보다 많을 수 있고 서브마운트의 중심에 더 가까운 전극들을 대칭으로 둘러쌀 수 있다. 열적 패드들은 임의의 형상일 수 있다.
아는 바와 같이, LED와 회로 보드(시스템 레벨 상) 간의 열저항을 최적화하고, 땜납 신뢰성을 개선시키고, SMT 처리 수율(회로 보드와의 성공적인 본딩)을 증가시키는 LED 금속 패드 구성이 설명되었다.
금속 패턴은 회로 보드와 같은 기판의 표면 상에 직접 장착되는 것이면 어떤 것이든, LED 다이의 하부 또는 그것의 서브마운트 상에서 유용하기 때문에, 어느 구조체라도 LED 모듈이라고 할 수 있다. LED 다이는 레이저 다이오드 다이 또는 비레이징 다이(non-lasing die)일 수 있다.
도 8은 회로 보드에 본딩하기 위한 위에 설명된 금속 패턴들 중 어느 것과 일치하는 하부 금속 패턴을 갖는 서브마운트(102)를 도시한다. 임의 수의 다이들을 나타내는 다수의 다이(104 및 106)는 서브마운트(102)의 상부 상의 트레이스 패턴에 의해 상호접속될 수 있다. 다이들(104 및 106)에 의해 발생된 조합된 열은 서브마운트(102)의 하부 상의 열적 패드들을 통해 회로 보드로 전달된다. 한 실시예에서, 다이들(104 및 106)을 위한 임의 수의 전극들이 도 4의 개념에 따라 서브마운트(102)의 하부 상의 열적 패드들 사이에 배치될 수 있다. 또 하나의 실시예에서, 전극들은 도 6 및 7에 명시된 방식으로 열적 패드들을 따라 분배될 수 있다.
서브마운트의 중심 가까이에 모든 전극들을 그리고 전극들의 양측 상에 또는 모든 전극들 주위에 열적 패드들을 배치함으로써, 경사의 가능성을 감소시키면서, 땜납 본드 신뢰성을 증가시키도록 (전극들은 중심에 가깝기 때문에) 전극들의 열적(CTE) 응력이 덜하다. 다수의 LED 다이들(또는 다른 열 발생 다이들)을 지지하는 것들과 같은 더 큰 서브마운트들로, 열적 응력이 갖는 문제들이 증가되므로 본 발명은 특히 더 큰 서브마운트들에서 이점이 있다.
금속 패턴 설계들은 열이 발생되는 임의의 다이 및/또는 서브마운트에서 이점이 있고 LED들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 전력 트랜지스터들 및 다른 고열 발생 다이들이 본 발명으로터 이점을 얻을 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게는 임의의 변화들 및 수정들이 본 발명으로부터 벗어나지 않고서 그것의 더 넓은 양태들로 이루어질 수 있고, 그러므로, 첨부된 청구범위는 모든 이러한 변화들 및 수정들을 그들의 범위 내에 포함시킬 것이라는 것이 명백하다.

Claims (15)

  1. 반도체 다이오드 모듈로서,
    적어도 p형 층 및 n형 층을 포함하는 복수의 반도체 층(12)을 적어도 포함하는 발광 구조체 - 상기 발광 구조체는 상기 반도체 다이오드 모듈의 제1 표면인 제1 표면을 갖고, 상기 반도체 다이오드 모듈은 상기 반도체 다이오드 모듈의 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 가짐 -;
    상기 반도체 다이오드 모듈의 상기 제2 표면 상에 배치된 금속 패턴(metal pattern)
    을 포함하고, 상기 금속 패턴은
    상기 n형 층에 전기적으로 접속되는 캐소드 전극(50);
    상기 p형 층에 전기적으로 접속되는 애노드 전극(52); 및
    상기 캐소드 전극 및 애노드 전극과 전기적으로 분리되고 동일한 사각형 형상을 갖는 2개의 열적 패드(54, 56)
    를 포함하고,
    상기 캐소드 전극(50) 및 상기 애노드 전극(52)은 상기 2개의 열적 패드 사이에서 상기 반도체 다이오드 모듈의 제2 표면의 중심선을 따라 배치되고,
    상기 2개의 열적 패드의 장변들은 각각, 상기 반도체 다이오드 모듈의 상기 제2 표면의 상기 중심선의 대향 측들 상의 2개의 대향 변들을 따라 상기 대향 변 전체에 걸쳐 배치되는, 반도체 다이오드 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 다이오드 모듈은 서브마운트(submount)(58)의 제1 표면 상에 장착된 LED 다이(10)를 포함하고, 상기 LED 다이는 상기 발광 구조체를 적어도 포함하고, 상기 반도체 다이오드 모듈의 상기 제2 표면은 상기 서브마운트의 상기 제1 표면에 대향하는 상기 서브마운트의 제2 표면인, 반도체 다이오드 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반도체 다이오드 모듈의 상기 제2 표면은 상기 발광 구조체의 상기 제1 표면에 대향하는 상기 발광 구조체의 표면이고, 상기 캐소드 전극, 상기 애노드 전극 및 상기 2개의 열적 패드는 상기 발광 구조체의 상기 제2 표면에 직접 결합되는, 반도체 다이오드 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 구조체는 투명 기판을 추가로 포함하는, 반도체 다이오드 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 전자 디바이스로서,
    제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖는 바디(body) - 상기 제1 표면은 상기 전자 디바이스의 제1 표면이고, 상기 전자 디바이스는 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 가짐 -; 및
    상기 전자 디바이스의 상기 제2 표면 상에 배치된 금속 패턴
    을 포함하고, 상기 금속 패턴은
    제1 전극(50);
    제2 전극(52); 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 분리되고 동일한 사각형 형상을 갖는 2개의 열적 패드(54, 56)
    를 포함하고,
    상기 제1 전극(50) 및 상기 제2 전극(52)은 상기 2개의 열적 패드 사이에서 상기 전자 디바이스의 제2 표면의 중심선을 따라 배치되고,
    상기 2개의 열적 패드의 장변들은 각각, 상기 전자 디바이스의 상기 제2 표면의 상기 중심선의 대향 측들 상의 2개의 대향 변들을 따라 상기 대향 변 전체에 걸쳐 배치되는, 전자 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바디는 서브마운트(58)의 제1 표면 상에 장착된 반도체 다이(10)이고, 상기 전자 디바이스의 상기 제2 표면은 상기 서브마운트의 상기 제1 표면에 대향하는 상기 서브마운트의 제2 표면인, 전자 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 바디는 반도체 다이(10)이고, 상기 전자 디바이스의 상기 제2 표면은 상기 바디의 제2 표면인, 전자 디바이스.
  11. 제8항에 있어서, 상기 바디는 서브마운트(58)의 제1 표면 상에 장착된 복수의 다이(10)를 포함하고, 상기 전자 디바이스의 상기 제2 표면은 상기 서브마운트의 상기 제1 표면에 대향하는 상기 서브마운트의 제2 표면인, 전자 디바이스.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서, 상기 열적 패드들(54, 56) 각각은 상기 제1 전극(50) 및 제2 전극(52) 각각보다 큰, 전자 디바이스.
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020187018834A 2015-12-02 2016-11-23 최적화된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 smt 처리 수율들을 위한 led 금속 패드 구성 Active KR102698831B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562262311P 2015-12-02 2015-12-02
US62/262,311 2015-12-02
EP16160384.0 2016-03-15
EP16160384 2016-03-15
PCT/US2016/063673 WO2017095712A1 (en) 2015-12-02 2016-11-23 Led metal pad configuration for optimized thermal resistance, solder reliability, and smt processing yields

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180111786A KR20180111786A (ko) 2018-10-11
KR102698831B1 true KR102698831B1 (ko) 2024-08-27

Family

ID=55542463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187018834A Active KR102698831B1 (ko) 2015-12-02 2016-11-23 최적화된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 smt 처리 수율들을 위한 led 금속 패드 구성

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10566512B2 (ko)
EP (1) EP3384539B1 (ko)
KR (1) KR102698831B1 (ko)
CN (1) CN109314170B (ko)
TW (1) TWI714679B (ko)
WO (1) WO2017095712A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020111737A1 (ko) * 2018-11-26 2020-06-04 주식회사 류진랩 마이크로 led 전극의 배치구조
TWI674375B (zh) * 2019-03-15 2019-10-11 聯鈞光電股份有限公司 發光裝置及其製作方法
JP7529981B2 (ja) 2020-07-22 2024-08-07 日亜化学工業株式会社 光源装置
KR20220102508A (ko) 2021-01-13 2022-07-20 삼성전자주식회사 LED(Light Emitting Diode) 패키지 및 이를 포함하는 조명 장치
CN118355500A (zh) * 2021-12-02 2024-07-16 三星电子株式会社 显示模块和包括其的显示装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324392A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Kyocera Corp 発光素子搭載用基板，発光素子収納用パッケージ，発光装置および照明装置
JP2013098515A (ja) * 2011-11-07 2013-05-20 Citizen Holdings Co Ltd 半導体発光素子

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5757620A (en) * 1994-12-05 1998-05-26 International Business Machines Corporation Apparatus for cooling of chips using blind holes with customized depth
US6573537B1 (en) * 1999-12-22 2003-06-03 Lumileds Lighting, U.S., Llc Highly reflective ohmic contacts to III-nitride flip-chip LEDs
US20040188696A1 (en) * 2003-03-28 2004-09-30 Gelcore, Llc LED power package
US7365371B2 (en) * 2005-08-04 2008-04-29 Cree, Inc. Packages for semiconductor light emitting devices utilizing dispensed encapsulants
TWI317996B (en) * 2006-09-06 2009-12-01 Advanced Semiconductor Eng Chip package structure and heat sink for chip package
US8378372B2 (en) * 2008-03-25 2013-02-19 Bridge Semiconductor Corporation Semiconductor chip assembly with post/base heat spreader and horizontal signal routing
CN101465399B (zh) * 2008-12-30 2010-06-02 吉林大学 用金刚石膜作热沉材料的led芯片基座及制作方法
TWI381564B (zh) * 2009-08-06 2013-01-01 Everlight Electronics Co Ltd 發光二極體
TWI419272B (zh) * 2009-12-19 2013-12-11 Bridge Semiconductor Corp 具有凸柱／基座之散熱座及訊號凸柱之半導體晶片組體
CN102013452B (zh) * 2010-03-21 2016-06-01 秦彪 Led灯芯和led芯片及制造方法
US20120007117A1 (en) * 2010-07-08 2012-01-12 Andrews Peter S Submount for Electronic Die Attach with Controlled Voids and Methods of Attaching an Electronic Die to a Submount Including Engineered Voids
TWI532214B (zh) * 2010-10-12 2016-05-01 Ｌｇ伊諾特股份有限公司 發光元件及其封裝
US8807783B2 (en) 2010-12-17 2014-08-19 LED Industries, Inc. Light emitting diode retrofit kit for high intensity discharge lighting
US8772817B2 (en) * 2010-12-22 2014-07-08 Cree, Inc. Electronic device submounts including substrates with thermally conductive vias
US8737073B2 (en) * 2011-02-09 2014-05-27 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Systems and methods providing thermal spreading for an LED module
CN102270730A (zh) * 2011-07-27 2011-12-07 晶科电子（广州）有限公司 一种无金线的led器件
US8587019B2 (en) * 2011-10-11 2013-11-19 Ledengin, Inc. Grooved plate for improved solder bonding
CN102543765B (zh) * 2012-01-13 2014-12-10 迈普通信技术股份有限公司 一种贴片元器件焊盘设计方法、焊盘结构及印刷电路板
JP2013149683A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Nisshinbo Mechatronics Inc Ｌｅｄ発光装置およびその製造方法ならびにｌｅｄ照明装置
US8637887B2 (en) * 2012-05-08 2014-01-28 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Thermally enhanced semiconductor packages and related methods
CN104303291A (zh) * 2012-05-23 2015-01-21 皇家飞利浦有限公司 可表面安装的半导体器件
US8772798B2 (en) * 2012-09-04 2014-07-08 Cree, Inc. LED based lighting system
KR20150119179A (ko) * 2013-02-11 2015-10-23 코닌클리케 필립스 엔.브이. 파장 변환 재료의 기밀 밀봉을 가지는 led 모듈
WO2014140811A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Cooledge Lighting Inc. Thermal management in electronic devices with yielding substrates
KR102305948B1 (ko) * 2013-12-18 2021-09-28 루미리즈 홀딩 비.브이. Led 형광체 패키지를 위한 반사성 땜납 마스크 층
JP2017503352A (ja) 2014-01-06 2017-01-26 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． カメラのための薄いｌｅｄフラッシュ
EP3030059B1 (en) * 2014-11-12 2018-08-15 OSRAM GmbH An electronic component and corresponding mounting method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324392A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Kyocera Corp 発光素子搭載用基板，発光素子収納用パッケージ，発光装置および照明装置
JP2013098515A (ja) * 2011-11-07 2013-05-20 Citizen Holdings Co Ltd 半導体発光素子

Also Published As

Publication number Publication date
TWI714679B (zh) 2021-01-01
US10566512B2 (en) 2020-02-18
EP3384539B1 (en) 2019-09-18
WO2017095712A1 (en) 2017-06-08
US20180358527A1 (en) 2018-12-13
TW201740581A (zh) 2017-11-16
EP3384539A1 (en) 2018-10-10
EP3384539A4 (en) 2018-11-21
CN109314170B (zh) 2023-05-09
KR20180111786A (ko) 2018-10-11
CN109314170A (zh) 2019-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102698831B1 (ko) 최적화된 열저항, 땜납 신뢰성, 및 smt 처리 수율들을 위한 led 금속 패드 구성
US8324722B2 (en) Packaging device for matrix-arrayed semiconductor light-emitting elements of high power and high directivity
KR101035335B1 (ko) 발광다이오드 패키지
US7161190B2 (en) Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
US7863639B2 (en) Light-emitting diode lamp with low thermal resistance
US9887338B2 (en) Light emitting diode device
JP5528900B2 (ja) 発光素子モジュール
KR100877877B1 (ko) 발광 소자
JP2013153195A (ja) 発光素子パッケージ
US20120132952A1 (en) Light-emitting diode lamp with low thermal resistance
US9537019B2 (en) Semiconductor device
US10236429B2 (en) Mounting assembly and lighting device
JP2010267834A (ja) 光半導体装置モジュール及びこれに用いられる熱伝導チップ
US20120317806A1 (en) Method for Forming Package Substrate
US9614128B2 (en) Surface mountable semiconductor device
JP5496975B2 (ja) 半導体装置モジュール
JP7179613B2 (ja) デバイス
JP7054429B2 (ja) 発光装置、発光モジュール及びその製造方法
JP2015153830A (ja) 紫外線発光装置及びそれに用いるインタポーザ
JP2014072331A (ja) 金属ベース回路基板および実装基板
US20120268928A1 (en) Large single chip led device for high intensity packing
US20100156261A1 (en) Light emitting diode lamp
JP2016122701A (ja) 電子部品の放熱構造及びそれを有する通信モジュール
KR20150142121A (ko) 반도체 발광소자

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20180702

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20211118

Comment text: Request for Examination of Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230919

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20240527

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20240821

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20240822

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration