JP2010103525A - Ｌｅｄパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】熱放出効率の高いＬＥＤパッケージが開示される。
【解決手段】本ＬＥＤパッケージは、上部面に実装領域として提供される凹んだ形態の第１凹部を含むパッケージ本体、第１凹部の底面に一部が露出されるよう配置される第１及び第２リードフレーム、第１凹部の底面に実装され上記第１及び第２リードフレームと電気的に連結されるＬＥＤチップ及びパッケージ本体の下部面に形成され炭素ナノチューブからなる複数の熱放出パターンを含む。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤパッケージに関するもので、より詳しくは、炭素ナノチューブを含む高放熱構造のＬＥＤパッケージに関する。

一般的に、ＬＥＤは注入された電子と正孔が再結合するとき発生するエネルギーを光に放出するダイオードであって、ＧａＡｓＰなどを利用した赤色ＬＥＤ、ＧａＰなどを利用した緑色ＬＥＤなどがある。また、近来にＧａＮを始めとする窒化物を利用した窒化物半導体が、その優れた物理、化学的な特性に起因して、現在、光電材料及び電子素子の核心素材として脚光を浴びることにより、窒化物半導体ＬＥＤが注目されている。窒化物半導体ＬＥＤは、緑色、青色及び紫外領域までの光を生成することができ、技術発展によりその輝度が飛躍的に向上することによって、総天然色の電光板、照明装置などの分野にも適用されている。上記ＬＥＤは応用分野によって、ＬＥＤを搭載する多様な形態のパッケージに製作されて適用される。

一方、ＬＥＤは照明装置などのような高輝度を必要とする分野に適用するため、その消耗電力が増加することによってＬＥＤから多量の熱が発生し、このような熱が効果的にパッケージの外部へ放出できない場合、ＬＥＤの特性が変化したり、寿命が短縮するなどの問題が発生することがある。

このような熱放出の問題を解決するため、従来には、熱伝導性に優れたＣｕ、Ａｌ、Ａｇなどの金属物質を利用した熱放出手段をＬＥＤパッケージに備えた。上記Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇなどの金属は熱抵抗が低く熱伝道度の高い金属と知られている。しかし、このような金属材料は空気中で酸化しやすく、電圧の印加による電子の移動によりボイド（ｖｏｉｄ）が発生するという短所がある。このような短所により熱放出が効果的に行われずＬＥＤの動作特性及び信頼度が低下するという問題点が発生するようになる。

本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、ＬＥＤチップが実装されるパッケージ本体の下部面に炭素ナノチューブからなる熱放出パターンを形成することにより、熱放出効率を向上させることができるＬＥＤパッケージを提供することにある。

以上のような目的を達成すべく、本発明の一実施例によるＬＥＤパッケージは、上部面に実装領域として提供される凹んだ形態の第１凹部を含むパッケージ本体、上記第１凹部の底面に一部が露出されるよう配置される第１及び第２リードフレーム、上記第１凹部の底面に実装され上記第１及び第２リードフレームと電気的に連結されるＬＥＤチップ及び、上記パッケージ本体の下部面に形成され炭素ナノチューブからなる複数の熱放出パターンを含む。

この場合、上記複数の熱放出パターンはマトリックス形態で配列され、上記マトリックス形態で配列された複数の熱放出パターンは３〜１０μｍの離隔距離を有することができる。

また、上記複数の熱放出パターンは四角パターン、三角パターン、円形パターンの少なくともいずれか一つからなることができる。

一方、上記パッケージ本体は上記下部面のうち上記第１凹部に対応する領域に膨らんだ形態の第２凹部をさらに含むことができる。この場合、上記複数の熱放出パターンは上記パッケージ本体下部面の上記第２凹部内に形成されることができる。

また、上記パッケージ本体は上記下部面のうち両端部に上記複数の熱放出パターンを保護するための少なくとも２つ以上の支持突起をさらに含むことができる。この場合、上記支持突起は上記複数の熱放出パターンの高さと同一であるか、大きいことが好ましい。

本発明によると、ＬＥＤチップが実装されるパッケージ本体の下部面に熱伝導度の高い炭素ナノチューブからなる複数の熱放出パターンを形成することにより、ＬＥＤパッケージの熱放出効率を向上させＬＥＤパッケージの寿命を増加させることができるようになる。

本発明の一実施例によるＬＥＤパッケージを表した図面である。 本発明の他の実施例によるＬＥＤパッケージを表した図面である。 図１に図示されたＬＥＤパッケージの一領域を表した図面である。

以下では、添付の図面を参照に本発明をより詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施例によるＬＥＤパッケージを表した図面である。 図１を参照すると、本ＬＥＤパッケージ１００は、パッケージ本体１１０、第１リードフレーム１２１、第２リードフレーム１２２、ＬＥＤチップ１３０、第１ワイヤ１３１、第２ワイヤ１３２及び複数の熱放出パターン１４０を含む。

パッケージ本体１１０は、上部面に形成された第１凹部１１１及び下部面に形成された第２凹部１１２を含む。具体的に、第１凹部１１１はＬＥＤチップ１３０を実装するための領域で、凹んだ形態を有する。この場合、第１凹部１１１はその底面から上部面に向かって傾斜した形態の内部側壁を有する。従って、ＬＥＤチップ１３０から放出された光が内部側壁を通して反射され外部に向かうようにする。これをより効果的に具現するため、第１凹部１１１の内部側壁上に高反射率を有する反射膜（未図示）を形成することもできる。

また、第２凹部１１２は第１凹部１１１の底面に実装されたＬＥＤチップ１３０から発生した熱を放出させるための領域で、膨らんだ形態を有する。この場合、第２凹部１１２は熱放出のためパッケージ本体１１０の下部面のうち第１凹部１１１に対応する領域に形成されることが好ましい。

一方、第１及び第２リードフレーム１２１、１２２は、パッケージ本体１１０の第１凹部１１１を通して一部が露出されるようパッケージ本体１１０に装着される。そして、第１及び第２リードフレーム１２１、１２２は第１及び第２ワイヤ１３１、１３２を通してＬＥＤチップ１３０と電気的に連結され、外部から制御される電流をＬＥＤチップ１３０に印加する。

複数の熱放出パターン１４０はパッケージ本体１１０の下部に形成される。具体的に、パッケージ本体１１０の第２凹部１１２内に形成されることができる。この場合、複数の熱放出パターン１４０は炭素ナノチューブからなり、四角パターン、三角パターン及び円形パターンの少なくともいずれか一つからなることができる。

複数の熱放出パターン１４０を構成する炭素ナノチューブは、約２０００〜３０００Ｗ／ｍＫの熱伝導度を有するもので、一般的に熱伝導度の良い金属と知られた銅（熱伝導度４００Ｗ／ｍＫ）や、アルミニウム（熱伝導度２３６Ｗ／ｍＫ）と比較するとき、非常に高い熱伝導性を有する。従って、炭素ナノチューブからなる複数の熱放出パターン１４０をパッケージ本体１１０の第２凹部１１２に形成することにより、ＬＥＤパッケージ１００の熱放出効率を向上させることができる。炭素ナノチューブに関する具体的な説明は後述する。

一方、複数の熱放出パターン１４０はマトリックス形態で配列されることができる。この場合、マトリックス形態で配列された複数の熱放出パターン１４０は互いに３〜１０μｍの離隔距離を有することが好ましい。このように、複数の熱放出パターン１４０の間の離隔空間に存在する空気層により熱が外部に、より速く放出できるようになる。

また、複数の熱放出パターン１４０の離隔距離を最大に小さく具現して、空気層を確保すると同時に熱放出のための表面積を増加させＬＥＤパッケージ１００の熱放出効率をより向上させることができる。

図１に図示されたＬＥＤパッケージ１００において、パッケージ本体１１０は絶縁体で形成されたものであるが、導電性基板で形成されることができる。この場合には、パッケージ本体１１０、特に、ＬＥＤチップ１３０が実装される部分と第１及び第２リードフレーム１２１、１２２と接触する部分にＳｉＯ_２のような絶縁膜（未図示）を形成することが好ましい。

図２は、本発明の他の実施例によるＬＥＤパッケージを表した図面である。図２を参照すると、本ＬＥＤパッケージ２００はパッケージ本体２１０、第１及び第２リードフレーム２２１、２２２、ＬＥＤチップ２３０、第１ワイヤ２３１、第２ワイヤ２３２及び複数の熱放出パターン２４０を含む。図２を説明するにおいて、図１の構成及び機能と重なる部分については説明を省略する。

パッケージ本体２１０は、上部面に形成された第１凹部２１１と下部面の両端部に形成された少なくとも２つ以上の支持突起２１２ａ、２１２ｂを含む。具体的に、凹部２１１はＬＥＤチップ２３０を実装するための領域を提供するもので、凹んだ形態を有する。

一方、支持突起２１２ａ、２１２ｂはパッケージ本体２１０の下部面のうち両端部に位置するもので、パッケージ本体２１０が底面から一定の高さに離隔されるようにする。このように、パッケージ本体２１０の下部面が底面から離隔されることにより、パッケージ本体２１０の下部面に形成された複数の熱放出パターン２４０を外部の衝撃から保護できるようになる。このため、支持突起２１２ａ、２１２ｂは複数の熱放出パターン２４０の高さと同一であるか、大きいことが好ましい。例えば、複数の熱放出パターン２４０が約１ｍｍの高さを有する場合、支持突起２１２ａ、２１２ｂは少なくとも１ｍｍ以上の高さを有した場合のみ複数の熱放出パターン２４０が損傷することを防ぐことができる。

図２では、パッケージ本体２１０の下部面の両端部のそれぞれに一つの支持突起が形成されたことを図示したが、支持突起の数はこれに限定されず、より多い数が形成されることができる。

一方、複数の熱放出パターン２４０は炭素ナノチューブからなるもので、パッケージ本体２１０の下部面の全領域に形成されることができる。この場合、複数の熱放出パターン２４０は、図１に図示されたＬＥＤパッケージ１００と比較したとき、より広い面積に形成できるようになる。従って、同一の高さ及び大きさを有するパターンを形成する場合には、図２に図示された複数の熱放出パターン２４０が熱放出のための表面積が増加し熱放出効率を増加させることができるようになる。

図３は、図１に図示されたＬＥＤパッケージの一領域を表した図面である。この場合、図３は図１に図示されたＬＥＤパッケージ１００のうちＡ領域を拡大して図示したもので、複数の熱放出パターン１４０を表す。図３を説明するにおいて、図１を利用するが、これに対する説明は図２に図示された複数の熱放出パターン２４０にも同様に適用されることができる。

図１に図示されたＡ領域を拡大すると、複数の熱放出パターン１４０は四角パターンを有し第２凹部１１２に垂直な形態で接合されている。この場合、複数の熱放出パターン１４０は炭素ナノチューブからなることができる。

炭素ナノチューブは、一つの炭素が他の炭素原子と六角形の蜂の巣状に結合されて巻かれたチューブ形態を有するもので、チューブの直径が数ないし数十ナノメートルに達する。また、炭素ナノチューブは熱伝導度が高く、ダイアモンドより高い剛性を有するもので、先端電子産業の素材は勿論、日常生活の素材としても広く使用されると期待される。

一方、炭素ナノチューブは、一つのチューブからなる単一壁炭素ナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ、ＳＷＮＴｓ）、２つのチューブが重なった二重壁炭素ナノチューブ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ、ＤＷＮＴｓ）及び多重壁炭素ナノチューブ（Ｍｕｌｔｉ Ｗａｌｌｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ、ＭＷＮＴｓ）の構造を有することができる。また、炭素ナノチューブはメタル−炭素ナノチューブ、高分子−炭素ナノチューブ、液状−炭素ナノチューブのいずれか一つの種類が利用されることができる。このような炭素ナノチューブは、プラズマ−化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ−Ｅnｈａnｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏr Ｄｅｐｏｓｉtｉｏn、ＰＥＣＶＤ）を利用して合成されることができる。

プラズマ−化学気相蒸着法は、相対的に低い温度で炭素ナノチューブを合成させることができ、選択的成長が可能なもので、パッケージ本体１１０のような支持体上に炭素ナノチューブを直接成長させるとき適する。プラズマ−化学気相蒸着法の具体的な方法としては、チャンバー（未図示）内にパッケージ本体１１０を装入させた状態で、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属をスパッタリング法などで蒸着してパッケージ本体１１０上に触媒金属層（未図示）を形成する。そして、アンモニアと水素ガスなどを利用して触媒金属層をエッチングしてナノサイズの微細パターンを有する触媒金属層を形成する。この場合、エッチング時間を調節して触媒金属層の粒子サイズ及び密度を調節することができる。

その後、炭素ナノチューブを合成するため、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、メタン（ＣＨ_４）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）及び一酸化炭素（ＣＯ）の少なくとも一つからなる反応気体をチャンバー内に供給した状態で、高周波電源を印加することにより微細パターンの触媒金属層上に炭素ナノチューブが垂直整列して成長されるようにする。この場合、工程時間を調節することによって炭素ナノチューブからなるパターンの大きさを制御することができるようになる。

上述の方法を利用して図３に図示されたように、複数の熱放出パターン１４０を選択的に成長させマトリックス形態で配列する。これによって、各パターン１４０は水平方向に隣り合うパターンと第１距離ｄ１ほど離隔され、垂直方向に隣り合うパターンと第２距離ｄ２ほど離隔されることができる。この場合、第１及び第２距離ｄ１、ｄ２は３〜１０μｍの範囲内で決まることができ、両距離は同一或いは相違することができる。

図示された通り、複数の熱放出パターン１４０は第１及び第２距離ｄ１、ｄ２ほど離隔されることにより、それらの間に空気層が存在することになる。これによって、炭素ナノチューブからなる複数の熱放出パターン１４０を通して ＬＥＤチップ１３０から放出された熱が伝達され外部に放出されることができ、空気層によってより円滑に熱が放出されるようになる。これによって、ＬＥＤパッケージ１００の熱放出効率を向上させ、ＬＥＤパッケージ１００の寿命を増加させることができるようになる。

以上では本発明の好ましい実施例について図示して説明したが、本発明は上述の特定の実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨を外れることなく当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により多様な変形実施が可能であるのは勿論、このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。

１００、２００ ＬＥＤパッケージ
１１０、２１０ パッケージ本体
１１１、２１１ 第１凹部
１１２ 第２凹部
１３０、２３０ ＬＥＤチップ
１４０、２４０ 複数の熱放出パターン

Claims (8)

1. 上部面に実装領域として提供される凹んだ形態の第１凹部を含むパッケージ本体と、
   前記第１凹部の底面に一部が露出されるよう配置される第１及び第２リードフレームと、
   前記第１凹部の底面に実装され前記第１及び第２リードフレームと電気的に連結されるＬＥＤチップと、
   前記パッケージ本体の下部面に形成され炭素ナノチューブからなる複数の熱放出パターンと、を含むＬＥＤパッケージ。
2. 前記複数の熱放出パターンは、マトリックス形態で配列されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記マトリックス形態で配列された複数の熱放出パターンは３〜１０μｍの離隔距離を有することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記複数の熱放出パターンは、四角パターン、三角パターン、円形パターンの少なくともいずれか一つからなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＬＥＤパッケージ。
5. 前記パッケージ本体は、
   前記下部面のうち前記第１凹部に対応する領域に膨らんだ形態の第２凹部をさらに含む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ＬＥＤパッケージ。
6. 前記複数の熱放出パターンは、
   前記パッケージ本体の下部面の前記第２凹部内に形成されることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージ。
7. 前記パッケージ本体は、
   前記下部面のうちの両端部に前記複数の熱放出パターンを保護するための少なくとも２つ以上の支持突起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ＬＥＤパッケージ。
8. 前記支持突起は、前記複数の熱放出パターンの高さと同一であるか、大きいことを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。

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