JP2007005801A - 金属反射層を形成したledパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】一側面に光を集中させ投光させるようになった金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法が提供される。
【解決手段】本発明はLEDチップから出た光を一方向に投射させるためのLEDパッケージにおいて、電極が形成された基板と、上記基板上に配置されたLEDチップと、上記基板とLEDチップ上に覆われ上記素子を保護するモールディング部、及び上記モールディング部側面を取り囲み、上記モールディング部の上部面に投光面を形成した反射層と、を含む金属反射層を形成したLEDパッケージとその製造方法を提供する。本発明によれば、光損失を最小化して輝度を改善し、PCBタイプで大量生産が可能で、EMCトランスファーモールディング法を採択することにより不均一な色分布の最小化が可能なため光学品質が大きく向上される効果が得られる。
【選択図】図4

Description

本発明は、一側面に光を集中させ投光させるようになった金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、光損失を最小化し輝度を改善して、小型でLEDチップサイズの影響なくPCBタイプで大量生産が可能で、作業生産性を大きく向上させた金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法に関する。
一般的にモバイルフォーンまたはPDA等のバックライト(Back-light)には多様な大きさのLEDパッケージ(LEDPKG)が使用されている。
このようなLEDパッケージは、バックライトのスリム(slim)化に伴って、より薄くすることが要求されている。
図1に図示されたLEDパッケージ300は特許文献1に記載されたものとして、内蔵されたLEDチップ310用リードフレーム(Lead Frame)が反射層312を形成し、上記LEDチップ310と反射層312を密封板314で覆う構造を有する。
米国特許出願公開第2003/0094622号明細書
このような従来のLEDパッケージ300は反射層312を銀(Ag)メッキ層で形成してLEDチップ310から発生された光を一側に集中して排出させるようになっている。
しかし、上記のような従来の構造はLEDチップ310が基板320の凹部322上に形成され、別途製作される密封板314がこれを覆うよう接着されるので、作業の自動化には限界があり、大量生産が困難であった。
図2の(a)および(b)にはこれとは異なる構造のLEDパッケージ400が図示されている。このような従来技術は、基板410上にLEDチップ412を装着し、それを覆うよう内部に空間(cavity)414aが形成された射出物414を接着させた後、上記空間414aに蛍光体とエポキシを混合した樹脂溶液を注入した後養生させダイシング(dicing)する方式である。このような従来工程は射出物414を基板410に付着するに別途の追加的な工程が必要なため、作業工程上一貫生産が難しく作業生産性の側面で非常に効率が落ちる問題点がある。
そして、上記のような従来技術に伴うLEDパッケージ400は図3に図示された通り、上記射出物414の空間414a内に蛍光体とエポキシを混合した樹脂溶液を注入した後、約1時間硬化させモールディング部416を形成させるものとして、このように長時間にわたる硬化工程はモールディング部416を成すエポキシ418a内の蛍光体418bが沈殿して色分布(color distribution)が大きく広がる問題点を発生させる。従って、このような従来のLEDパッケージ400は発色均一度が低下され分散される問題点がある。
本発明は上記のような従来技術の問題点を解消するためのものとして、その目的は別途の射出物が不要でその厚さを最小化することが可能な金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
そして、本発明はLEDチップサイズの影響なく大量生産が可能で、小型で製作が容易な金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法を提供することに他の目的がある。
また、本発明はEMC(Epoxy Molding Compound)トランスファーモールディング法を採択することにより色分布の最小化が可能で発色均一度を高めることが可能な金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法を提供することに他の目的がある。
そして、本発明は光損失を最小化して輝度を改善し、PCBタイプで大量生産が可能で、作業生産性を大きく向上させた金属反射層を形成したLEDパッケージ及びその製造方法を提供するにまた異なる目的がある。
上記のような目的を達成するため本発明の第1の形態は、LEDチップから出た光を一方向に投射させるためのLEDパッケージにおいて、電極が形成された基板と、上記基板上に配置されたLEDチップと、上記基板とLEDチップ上に覆われ上記素子を保護するモールディング部、及び、上記モールディング部側面を取り囲み、上記モールディング部の上部面に投光面を形成した反射層とを含むことを特徴とする金属反射層を形成したLEDパッケージを提供する。
上記LEDパッケージにおいて、反射層は、Al、Au、Ag、Ni、W、Ti、Ptのうちの少なくともいずれかを金属蒸着またはメッキすることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の金属反射層を形成してもよい。
上記LEDパッケージにおいて、基板は、電極が形成されたPCBであるかセラミック材料からなっていてもよい。
上記LEDパッケージにおいて、投光面の光投射方向は、LEDチップが配置される平面の正面であってもよい。
上記LEDパッケージにおいて、モールディング部は、蛍光体が混合された透明EMC(Epoxy Molding Compound)の混合物で形成されEMC内に蛍光体が均一に散布されてもよい。
本発明の第2の形態は、LEDチップから出た光を一方向に投射させるためのLEDパッケージの製造方法において、電極が形成された基板を提供する段階と、上記基板上にLEDチップを配置する段階と、上記基板とLEDチップ上にモールディング部を形成する段階と、上記モールディング部を切断する段階、及び、上記モールディング部に反射層を形成する段階と、を含むことを特徴とする金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法を提供する。
モールディング部を形成する段階は、蛍光体が混合された透明EMC(Epoxy Molding Compound)トランスファーモールディング法を用いてもよい。
基板を提供する段階において、基板上にメッキ用パターン電極が設けられ、 LEDチップを配置する段階において、基板上に複数のLEDチップを配置し、モールディング部を切断する段階は、複数のLEDチップに対して所望の形態のモールディング部が形成されるようモールディング部のみをダイシング(dicing)またはエッチング(etching)し、基板上のメッキ用パターン電極を露出させてもよい。
反射層を形成する段階は、Al、Au、Ag、Ni、W、Ti、Ptのうちの少なくともいずれかを金属蒸着またはメッキすることにより形成されてもよい。
反射層を形成する段階は、反射率が高い金属を真空スパッタリング(sputtering)でモールディング部の側面および前面を覆うようにスパッタリング層を形成した後、前面に形成されたスパッタリング層をポリシング(Polishing)して除去させることにより投光面を形成する段階を含んでもよい。
反射層を形成する段階は、それぞれのLEDパッケージごとにメッキ層またはスパッタリング層と基板を切断してLEDパッケージを相互分離する段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の金属反射層を形成してもよい。
モールディング部を形成する段階は、150〜190℃に維持されるモールド内に基板とLEDチップを投入し、モールドに80〜90℃に維持される固体状態の透明EMCと蛍光体の混合物を投入した後、透明EMCと蛍光体の混合物を固体状態から液体状態にモールド内で相変化させモールディング部を形成するEMCトランスファーモールディング法を用いてもよい。
透明EMCと蛍光体の混合物はモールド内で500〜1000psiに加圧されることをさらに含んでもよい。
EMCトランスファーモールディング法で製作されたモールディング部は透明EMC内に含まれた蛍光体が沈殿されないため不均一な色分布(irregular color distribution)が最小化される状態で硬化されてもよい。
本発明によると、反射層とモールディング部とを一体化して構成されるためLEDパッケージの厚さを最小化することが可能で、それに伴いスリム化が必要な各種バックライトに容易に適用することができる。
そして、本発明はモールディング部の以外に射出物が不要なため射出物による制約を受けなくなり小型化された薄型(Thin)構造が可能で、投光面を除いた反射層が、反射率の高い金属材料からなっているため光の漏洩を最小化することができる。
また、本発明は基板上にLEDチップの実装工程からそれ以後のモールディング及びダイシング工程まで全工程がPCB状態からなるため大量生産が可能で、作業生産性を大きく向上させることができる。
さらに、本発明は蛍光体と混合される透明EMC(Epoxy Molding Compound)を利用するEMCトランスファーモールディング法を採択することにより硬化後のモールディング部で蛍光体が沈殿されず、それに伴い不均一な色分布の最小化が可能で光学品質も大きく向上される効果が得られる。
以下、本発明の好ましい実施例を、図面を参照してより詳細に説明する。
図4に図示された通り、本発明の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージ1は、LEDチップ5から出た光を一方向に投射する。光の投射方向は、好ましくは上記LEDチップ5が配置される平面に対して正面を成す方向である。
本発明の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージ1は、電極15a、15bが形成された基板15を有する。上記基板15は、好ましくはPCBまたはセラミック材料が用いられ、パターン電極15aとビアホールの垂直電極15bが形成される。
そして、上記基板15上には電極15aに電気的に連結配置されたLEDチップ5が実装され、上記LEDチップ5はその電気端子が全て上部面に形成された水平型タイプ(Horizontal type)であるか、または上下部面に形成された垂直型タイプ(Vertical type)の両方を適用することができる。
また、このような上記LEDチップ5と基板15上にはこれらを覆うモールディング部10が形成される。上記モールディング部10はエポキシ樹脂などを硬化させてなるものとして、好ましくは色分布を最小化するため蛍光体が混合された透明EMC(Epoxy Molding Compound)を利用してEMCトランスファーモールディング法で形成される。
本発明は上記のようにモールディング部10がLEDチップ5と基板15上で所望の形態に整えるようになると、モールディング部10の一面、即ち図4の(b)に図示された通り、モールディング部10の上部面に投光面17を形成した反射層20を形成するようになる。
上記反射層20はAl、Au、Ag、Ni、W、Ti、Pt等の金属を無電解メッキ、または電解メッキで上記モールディング部10の側面に形成するか、または上記モールディング部10の全体を取り囲むよう真空蒸着で形成した後、モールディング部10の上部面をポリシング(Polishing)して投光面17を形成した構造である。
従って、上記反射層20は投光面17を除いたモールディング部10の側面を全て満遍なく取り囲んだ構造で形成される。
以下、本発明の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法100に関して詳細に説明する。
本発明の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法100は図5に図示された通り、先ず、電極15a、15bが形成された基板15を提供する段階102が行われる。
そして、上記基板15上にはLEDチップ5に電源を供給するためのパターン電極15a及びビアホールの垂直電極15b及びメッキのためのメッキ電極15cが形成される。
そして、上記基板15はビアホール等の垂直電極15bが形成されたPCBまたはセラミック材料などからなることが可能で、LEDチップ5に連結されるパターン電極15aはそれぞれビアホール(Via Holes)等の電極15aに電気的に連結される。
次に、上記基板15上に複数のLEDチップ5を配置する段階104が行われる。これは一つの基板15上に多数個のLEDチップ5が決められた位置に置かれるよう一時に実装し、上記基板15のパターン電極15aにワイヤで電気的にそれぞれ連結配線する。
その次には上記のようなLEDチップ5と基板15上にモールディング部10を形成する段階106が行われる。
この段階106において、上記モールディング部10は、硬化された後に不均一な色分布が最小化されるように、蛍光体(Phosphor)が混合された透明EMC(Epoxy Molding Compound)を利用するEMCトランスファーモールディング法として形成される。
また、このようなモールディング部10で使用されるEMCトランスファーモールディング法200は図7に図示された通り、約150〜190℃に維持されるモールド210内に上記基板15と複数のLEDチップ5を投入し、上記モールド210の一側には約80〜90℃に維持される固体状態の透明EMCと蛍光体の混合物220を投入する。そして、上記透明EMCと蛍光体の混合物220を約500〜1000psiに加圧すると上記透明EMCと蛍光体の混合物は固体状態から液体状態にモールド210内で相変化を起こし、このような液状の透明EMCと蛍光体の混合物220は上記基板15とLEDチップ5上に流入されモールディング部10を形成する。そして、この状態で加熱及び加圧を解除した状態で5〜7分間硬化させると、液体相から固体相へと短時間内に硬化される。
そして、このように硬化された状態で上記モールディング部10が形成された基板15とLEDチップ5をモールド210から分離するとモールディング部10が完成される。
このようにEMCトランスファーモールディング法からなっているモールディング部10は透明EMC222a内に含まれた蛍光体222bが沈殿されないためモールディング部10には不均一な色分布が少なくなり、従って発色均一度は優秀になる。
また、このようにモールディング部10を形成した後には上記モールディング部10を切断する段階108が行われる。
この段階108では上記LEDチップ5等に対して所望の形態のモールディング部10が形成されるようモールディング部10のみをダイシング(dicing)またはエッチング(etching)してモールディング部10の形態を構成する。この段階108において上記モールディング部10はその下端の縁部分が上記基板15上のメッキ用パターン電極15cを露出させるよう形成される。
そして、次には上記モールディング部10に反射層20を形成する段階110が行われる。上記反射層20は例えば、Al、Au、Ag、Ni、W、Ti、Pt等の反射率が高い金属を無電解メッキまたは電解メッキを通じてメッキ層22をモールディング部10上に形成することとなる。このような場合上記メッキ層22はモールディング部10の側面を完全に取り囲んで光の外部漏洩がないよう一体で形成される。
従って、上記反射層20はモールディング部10の上部面に投光面17が形成される。そして、次には各々のLEDパッケージ別に上記メッキ層22と基板15を横方向及び縦方向に切断して多数個に分離してLEDパッケージ1を製作する段階112を含む。
このような段階112において、上記各々のLEDパッケージ1はモールディング部10の上部面に投光面17を形成し、モールディング部10の側面は金属反射層20に取り囲まれLEDチップ5からの光が投光面17側のみから出射されるよう形成される。
一方、上記でモールディング部10に反射層20を形成する段階110は図6に図示された通り、上記反射層20が例えば、Al、Au、Ag、Ni、W、Ti、Pt等の反射率が高い金属を真空スパッタリング(sputtering)を通じてモールディング部10の側面および前面を含む外表面を包むようスパッタリング層22’を形成することとなる。このような場合上記スパッタリング層22’はモールディング部10の外表面を完全に包んで光の外部漏洩がないよう一体で形成される。
その次には上記のようなスパッタリング層22’の上部面をポリシング(Polishing)してその一部を除去させることによりモールディング部10の上部面に投光面17を形成する段階110’が行われる。
従って、上記モールディング部10の上部面に投光面17を形成した構造が形成される。
そして、次には各々のLEDパッケージ別に上記基板15を横方向及び縦方向に切断して多数個に分離してLEDパッケージ1を製作する段階112を含む。
これらの段階により、各々のLEDパッケージ1はモールディング部10の上部面に投光面17を形成し、モールディング部10の側面は金属反射層20に取り囲まれLEDチップ5からの光が投光面17のみから出射されるよう形成される。
上記で本発明は特定の実施例に関して図示され説明されたが、これは単なる例示として本発明を説明するため記載されたもので、本発明をこのような特定構造で制限するのではない。当業界で通常の知識を有する者であれば以下の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることが可能であることがわかる。しかし、このような修正及び変形構造は全て本発明の権利範囲内に含まれることを明らかにする。
従来技術に伴う反射層を具備したLEDパッケージを図示した断面図である。 従来技術に伴う他の構造のLEDパッケージを図示したものとして、(a)は射出物を切断した状態を図示した説明図で、(b)は縦断面図である。 従来技術に伴うLEDパッケージにおいてモールディング部を成すエポキシ樹脂作業方式を図示した説明図である。 本発明の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージを図示した構成図として、(a)は外観斜視図で、(b)は上部に投光面を形成した断面図である。 本発明の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法を段階的に図示した工程手順図である。 本発明の他の実施例である金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法を段階的に図示した工程手順図である。 本発明の実施例であるLEDパッケージの製造方法においてモールディング部を成すEMCトランスファーモールディング方式を図示した説明図である。
符号の説明
1 LEDパッケージ
5 LEDチップ
10 モールディング部
15 基板
15a、15b、15c 電極
17 投光面
20 反射層
22 メッキ層
22’ スパッタリング層
100 LEDパッケージの製造方法
102 電極が形成された基板を提供する段階
104 LEDチップを配置する段階
106 モールディング部を形成する段階
108 モールディング部を切断する段階
110 反射層を形成する段階
110’ 投光面を形成する段階
112 多数個に分離してLEDパッケージ1を製作する段階
200 EMCトランスファーモールディング法
210 モールド
220 透明EMCと蛍光体の混合物
222a 透明EMC
222b 蛍光体
300 LEDパッケージ
310 LEDチップ
312 反射層
314 密封板
320 基板
322 凹部
400 LEDパッケージ
410 基板
412 LEDチップ
414 射出物
414a 空間
416 モールディング部
418a エポキシ
418b 蛍光体

Claims (14)

  1. LEDチップから出た光を一方向に投射させるためのLEDパッケージにおいて、
    電極が形成された基板と、
    前記基板上に配置され、前記電極と電気的に接続されたLEDチップと、
    前記基板とLEDチップ上を覆い、前記LEDチップを保護するモールディング部と、
    前記モールディング部の側面を取り囲み、前記モールディング部の上部面に投光面を形成した反射層と
    を含むことを特徴とする金属反射層を形成したLEDパッケージ。
  2. 前記反射層は、Al、Au、Ag、Ni、W、Ti、Ptのうちの少なくともいずれかを金属蒸着またはメッキすることにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージ。
  3. 前記基板は、電極が形成されたPCBであるかセラミック材料からなることを特徴とする請求項1に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージ。
  4. 前記投光面の光投射方向は、前記LEDチップが配置される面の正面であることを特徴とする請求項1に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージ。
  5. 前記モールディング部は、蛍光体が混合された透明EMC(Epoxy Molding Compound)の混合物で形成されEMC内に蛍光体が均一に散布されたことを特徴とする請求項1に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージ。
  6. LEDチップから出た光を一方向に投射させるためのLEDパッケージの製造方法において、
    電極が形成された基板を提供する段階と、
    前記基板上にLEDチップを配置して、前記LEDチップを前記電極と電気的に接続する段階と、
    前記基板とLEDチップ上にモールディング部を形成する段階と、
    前記モールディング部を切断して側面を形成する段階と、
    前記モールディング部の前記側面に反射層を形成する段階と
    を含むことを特徴とする金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  7. 前記モールディング部を形成する段階は、蛍光体が混合された透明EMC(Epoxy Molding Compound)トランスファーモールディング法を利用することを特徴とする請求項6に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  8. 前記基板を提供する段階において、前記基板上にメッキ用パターン電極が設けられ、
    前記モールディング部を切断する段階は、前記LEDチップに対して所望の形態のモールディング部が形成されるようモールディング部のみをダイシング(dicing)またはエッチング(etching)し、前記基板上の前記メッキ用パターン電極を露出させることを特徴とする請求項6に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  9. 前記反射層を形成する段階は、Al、Au、Ag、Ni、W、Ti、Ptのうちの少なくともいずれかを金属蒸着またはメッキすることにより形成されることを特徴とする請求項6に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  10. 前記反射層を形成する段階は、反射率が高い金属を真空スパッタリング(sputtering)でモールディング部の前記側面および前面を覆うようにスパッタリング層を形成した後、前記前面に形成された前記スパッタリング層をポリシング(Polishing)して除去させることにより投光面を形成する段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  11. 前記反射層を形成する段階は、それぞれのLEDパッケージごとにメッキ層またはスパッタリング層と基板を切断してLEDパッケージを相互分離する段階を含むことを特徴とする請求項6に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  12. 前記モールディング部を形成する段階は、150〜190℃に維持されるモールド内に基板とLEDチップを投入し、モールドに80〜90℃に維持される固体状態の透明EMCと蛍光体の混合物を投入した後、前記透明EMCと蛍光体の混合物を固体状態から液体状態にモールド内で相変化させモールディング部を形成するEMCトランスファーモールディング法を用いることを特徴とする請求項7に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  13. 前記透明EMCと蛍光体の混合物はモールド内で500〜1000psiに加圧されることをさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
  14. 前記EMCトランスファーモールディング法で製作されたモールディング部は透明EMC内に含まれた蛍光体が沈殿されないため不均一な色分布(irregular color distribution)が最小化される状態で硬化されることを特徴とする請求項13に記載の金属反射層を形成したLEDパッケージの製造方法。
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