JP5572767B2 - Ｌｅｄパッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＬＥＤパッケージの製造方法に関し、より詳細には、金属基板上にＬＥＤチップが直接実装され、放熱効率が向上するようにしたＬＥＤパッケージの製造方法に関する。
一般的に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下、ＬＥＤという）は、半導体のｐｎ接合に電流を流せば、光が放出されるようにしたダイオードの一種であって、砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）は、赤外線用に用いられる発光ダイオード、砒素化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＡｓ）は、赤外線または赤色用に用いられる発光ダイオード、リン化ガリウム砒素（ＧａＡｓＰ）は、赤色・オレンジ色または黄色用に用いられる発光ダイオード、リン化ガリウム（ＧａＰ）は、赤色・緑色または黄色用に用いられる発光ダイオード、ガリウムナイト（ＧａＮ）は、希土類物質であるＣｒ・Ｔｍ・Ｔｂを活性イオンとする蛍光体を混合し、白色を発光するようにする白色発光ダイオードなどが知られている。
また、ＬＥＤは、ランプ型（Ｌａｍｐ Ｔｙｐｅ）ＬＥＤと表面実装型（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｖｉｃｅ Ｔｙｐｅ）ＬＥＤに分けられるが、ランプ型ＬＥＤは、基板の上側に２個のリードフレーム（金属電極）を形成してＬＥＤチップを実装し、その外側に樹脂をモールディングしてレンズが形成されるようにしたものであって、熱抵抗が大きくて熱放出が難しいため、高出力用に活用しにくい問題点がある。
一方、表面実装型ＬＥＤは、セラミックまたは印刷回路基板で形成された基板上にＬＥＤチップをボンディングし、その上部に樹脂をモールディングしてレンズを形成したものであって、ＬＥＤチップで発生する熱をランプ型に比べて容易に放出することができ、輝度が向上するにしたがって、カラー型電光板と照明装置など様々な分野で広く活用されている。
最近、次第に高出力のＬＥＤチップが開発されるに伴い、ＬＥＤチップで発生する熱を効果的に排出させるための技術が開発されているところ、ＬＥＤチップの熱放出効率をさらに向上させるために基板を金属材質で形成し、ＬＥＤチップの実装時にショートを防止するために金属基板の上面に絶縁層を形成した後、絶縁層上に形成された回路パターンを通じてＬＥＤチップを実装し、ワイヤボンディングなどを通じて電気的な連結がなされるようにしている。
しかし、金属基板上に形成された絶縁層は、熱伝導特性が悪いため、金属基板を使用するとしても、熱伝導効率が低下するしかない問題点が指摘されている。
このように、ＬＥＤチップの熱放出が良好に行われなければ、半導体素子の一種類であるＬＥＤチップは、放出波長が変化し、黄変現象が発生するか、光の放出効率が減少するようになる短所があり、高温で動作時にＬＥＤパッケージの寿命が短縮されることができ、ＬＥＤチップで発生する熱の放熱構造が改善されるようにすることがパッケージング構造及び工程の核心であると言える。
本発明は、従来、ＬＥＤパッケージで提起されている前記諸般の短所と問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、金属基板の一部が切開されて陽極端子と陰極端子を形成し、金属基板上にＬＥＤチップが直接実装され、放熱効率が向上するようにしたＬＥＤパッケージの製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、金属基板上にＬＥＤチップを実装し、モールディング部の形成時にレンズ部をモールディング部と同時に形成されるようにすることで、製造工程を簡略化することができ、製造コストを節減することができ、レンズ特性が向上するようにしたＬＥＤパッケージの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、ストリップ形態に切断された金属部材を準備する段階と；前記金属部材に一定の間隔で陽極端子と陰極端子が形成された金属基板を形成する段階と；前記金属基板のチップ実装部にＬＥＤチップを実装する段階と；前記ＬＥＤチップを陽極端子及び陰極端子とワイヤボンディングする段階と；前記金属基板の上部にモールディング部とレンズ部を形成する段階と；を含むＬＥＤパッケージの製造方法が提供されることによって達成される。
前記金属部材を準備する段階で、前記金属部材は、下面にキャリアがさらに付着した状態でプレスを利用したパンチング工程によって前記金属部材に一定の間隔で金属基板を形成することができる。
前記金属基板は、外郭にリードフレームが形成されたチップ実装部で構成され、前記リードフレームの角部に切開部によって前記チップ実装部と電気的に短絡された前記陽極端子と陰極端子で構成されることができる。
また、前記金属基板を形成する段階の後には、前記金属基板のリードフレーム上にホールまたは溝が形成される段階をさらに含むことができる。
金属基板のチップ実装部の上面には、ＬＥＤチップが中央部に保持され、前記チップ実装部上には１つまたは１つ以上のＬＥＤチップが複数個配置されることができる。
前記モールディング部とレンズ部は、同一の材質の樹脂、すなわち透明ＥＭＣを利用して前記金属基板の上部に同時に一体に形成することができる。
前記モールディング部とレンズ部を形成する段階の後には、前記モールディング部の各側面に光反射膜を形成する段階をさらに含むことができる。
また、前記光反射膜を形成する段階の後には、前記金属基板の両側部に形成されたスクライブラインに沿って切断し、ＬＥＤパッケージを個別的に抽出する段階をさらに含むことができる。
以上説明したように、本発明によるＬＥＤパッケージの製造方法は、金属材質の基板上に直接ＬＥＤチップが実装されることによって、ＬＥＤチップの放熱効率を向上させることができる長所があるとともに、熱放出効率が向上することによってＬＥＤチップの熱的変形を最小化し、黄変現象が防止されることができる作用効果が発揮されることができる。
また、本発明は、金属基板上にモールディング部の形成時にレンズ部を同一の材質の樹脂で同時に一体に形成することによって、製造工程を簡素化し、製作コストを節減することができる利点がある。
また、本発明は、前記金属基板のチップ実装部にキャビティーを形成し、その底面にＬＥＤチップが実装されることによって、光の照射効率を向上させることができる長所がある。
本発明によるＬＥＤパッケージ製造方法の前記目的に対する技術的構成を含めた作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施例が示された図面を参照した以下の詳細な説明によって明確に理解される。
図１は、本発明によるＬＥＤパッケージの断面図であり、図２は、本発明によるＬＥＤパッケージの平面図である。
図示のように、本発明によるＬＥＤパッケージ１００は、陽極端子１１１及び陰極端子１１２が設けられた金属基板１１０と、金属基板１１０上に実装されるＬＥＤチップ１２０と、金属基板１１０上に封止されるモールディング部１３０と、モールディング部１３０と一体に形成されたレンズ部１４０とを含むことができる。
前記金属基板１１０は、外郭のリードフレーム１１３と、該リードフレーム１１３内側のチップ実装部１１４とで構成され、リードフレーム１１３の一部分が切開された板状体で構成されることができる。リードフレーム１１３が切開された一部分は、チップ実装部１１４と構造的に分離され、陽極端子１１１及び陰極端子１１２で構成されることができる。この際、前記陽極端子１１１及び陰極端子１１２は、リードフレーム１１３の周縁部の一部分が切開されて形成されるが、好ましくは、リードフレーム１１３の角部が切開され、チップ実装部１１４と電気的に短絡された端子を構成することができる。
この際、前記金属基板１１０は、金属板のパンチングによって形成されることができ、パンチング工程による金属基板１１０の形成時に陽極端子１１１及び陰極端子１１２を形成させるための切開部１１５がチップ実装部１１４と同時に形成されることができる。これにより、前記切開部１１５によって陽極端子１１１及び陰極端子１１２がリードフレーム１１３上で電気的に短絡されるように構成されることができる。
前記金属基板１１０は、熱伝導度に優れた金属材質で構成されることができ、銅（ｈｅａｖｙ Ｃｕ）、ステンレス鋼、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、タンタル（Ｔａ）、またはこれらの合金のうちいずれか１つで構成されることができる。
基板の特性上、アルミニウム（Ａｌ）材質で構成されることが好ましく、この際、アルミニウムで金属基板１１０が形成される場合には、金属基板１１０のチップ実装部１１４の表面は、アノダイジングによる酸化被膜がさらに形成されることができ、金属基板１１０の表面に酸化被膜による薄膜の絶縁層が形成されることができる。
したがって、チップ実装部１１４の表面がアノダイジング処理された場合には、金属基板１１０と切開部１１５を通じて短絡された陽極端子１１１及び陰極端子１１２がパッケージの製作時にチップ実装部１１４と接触して発生することができる電気的ショートを付加的に防止することができる。
一方、図２に示されたように、金属基板１１０のリードフレーム１１３と陽極端子１１１及び陰極端子１１２の周縁部上には、溝またはホール１１６がさらに形成されることができる。
この際、前記溝またはホール１１６を形成する理由は、金属基板１１０のリードフレーム１１３上にモールディング部１３０の形成時にモールディング部１３０を構成するモールディング材の一部が注入され、モールディング部１３０がリードフレーム１１３上に堅固に結合されるようにするためである。
金属基板１１０のチップ実装部１１４上には、中央部に少なくとも１つ以上のＬＥＤチップ１２０が実装されることができる。前記チップ実装部１１４の中央部に実装されたＬＥＤチップ１２０は、リードフレーム１１３と短絡された陽極端子１１１及び陰極端子１１２とワイヤボンディングを通じて電気的に連結されることができる。
この際、ＬＥＤチップ１２０は、チップ実装部１１４に１つのチップが実装時に中央部に位置するように実装されるようにして、チップ実装部１１４上で発光効率が均一に維持されることができることが好ましい。
また、ＬＥＤチップ１２０は、金属基板１１０のチップ実装部１１４上に複数個実装されることができ、ＬＥＤチップ１２０の複数個の実装時に一定の間隔を持って一列または複数列で配置されることができる。
一方、チップ実装部１１４にＬＥＤチップ１２０が実装された金属基板１１０の上部には、モールディング部１３０が形成されることができる。
モールディング部１３０は、透明の高分子樹脂、すなわち透明ＥＭＣを塗布し、これを硬化させて形成されることができ、必要に応じて透明ＥＭＣに蛍光物質や波長変換物質を添加し、ＬＥＤチップ１２０で発光される光の屈折率が向上することができ、屈折率の向上によって発光効率が改善することができる。
この際、前記モールディング部１３０の上面に形成されるレンズ部１４０は、別途の金型を通じてモールディング部１３０と同時に形成されることができる。
また、レンズ部１４０は、モールディング部１３０と同一の材質の高分子樹脂である透明ＥＭＣで形成されることが好ましい。レンズ部１４０をモールディング部１３０と同時に形成することによって、レンズ部１４０の形成のための工程が削除されることによって、製作工程を簡略化することができ、実際にモールディング部１３０を構成する透明ＥＭＣの屈折率が通常のレンズを構成する樹脂より２倍の密度を有するように構成されることによって、設計者が希望する屈折率を確保することができるので、レンズ部１４０を貫通する光の発光効率を向上させることができる。
この際、前記レンズ部１４０は、チップ実装部１１４に単一のＬＥＤチップ１２０の実装時に、図１のように、ＬＥＤチップ１２０が実装された領域の上部にのみ所定の曲面を有するように形成されることができ、チップ実装部１１４に複数のＬＥＤチップ１２０の実装時にモールディング部１３０の上面全体領域に所定の曲面を有するように形成されることができる。
次に、図３は、本発明によるＬＥＤパッケージの他の実施例の断面図であり、図４は、本発明による他の実施例の平面図である。
図示のように、本実施例のＬＥＤパッケージ１００は、モールディング部１３０の側面を取り囲むように光遮断膜１６０がさらに形成されることができる。
この際、本実施例のＬＥＤパッケージ１００において前述した実施例のＬＥＤパッケージと同一の構成に対しては、同一の図面符号を付与し、重複する具体的な説明を省略する。
前記光遮断膜１６０は、モールディング部１３０の各側面に密着して所定の厚さで形成されることができ、前記ＬＥＤチップ１２０で発光される光が吸収または反射されることができるブラック系列のＥＭＣで構成されることができる。
したがって、前記光遮断膜１６０によってＬＥＤチップ１２０で発光される光がモールディング部１３０の側面に漏れることを防止することができる。
この際、前記光遮断膜１６０は、金属基板１１０のチップ実装部１１４と電気的に連結されたリードフレーム１１３と、リードフレーム１１３から切開部１１５によって電気的に短絡されるように分離された陽極端子１１１及び陰極端子１１２の周縁部上に形成されることができ、光遮断膜１６０を形成することによって、その接着力によって陽極端子１１１及び陰極端子１１２がリードフレーム１１３と絶縁状態を維持しながらモールディング部１３０を支持する一体の金属基板１１０で構成されることができる。
一方、図５は、本発明によるさらに他の実施例のＬＥＤパッケージ断面図である。
図示のように、本実施例のＬＥＤパッケージ１００は、金属基板１１０のチップ実装部１１４に形成されるＬＥＤチップ１２０の実装領域にキャビティー１７０が形成され、キャビティー１７０の底面にＬＥＤチップ１２０が実装されることができる。前記キャビティー１７０は、リードフレーム１１３と陽極端子１１１及び陰極端子１１２が形成された金属基板１１０のプレス加工によるパンチング工程時に同時に形成されることができる。
図示のように、本実施例のＬＥＤパッケージ１００は、金属基板１１０のチップ実装部１１４に形成されるＬＥＤチップ１２０の実装領域にキャビティー１７０が形成され、キャビティー１７０の底面にＬＥＤチップ１２０が実装されることができる。前記キャビティー１７０は、リードフレーム１１３と陽極端子１１１及び陰極端子１１２が形成された金属基板１１０のプレス加工によるパンチング工程時に同時に形成されることができる。
また、前記キャビティー１７０の内側壁面には、別途の反射部材１８０が塗布されることができる。反射部材１８０は、底面に保持されたＬＥＤチップ１２０で発光される光が反射してキャビティー１７０の上部に照射され得るようにして、ＬＥＤチップ１２０の発光効率を向上させることができ、ＬＥＤチップ１２０の安定的な実装が行われることができる。
この際、金属基板１１０の上部に形成されるモールディング部１３０は、図５に示されたように、金属基板１１０の上面全体に形成されることができるが、キャビティー１７０の内部にのみ透明ＥＭＣが充填され、モールディング部１３０の上面が金属基板１１０の上面と同一の高さに形成されることができる、前記モールディング部１３０の上部にレンズ部１４０が所定の曲面を持って一体に形成されることができる。
本実施例においても、図３及び図４に記載された実施例と同様に、同一の構成要素に対しては同一の符号を付与し、同一の構成要素の具体的な説明を省略する。
以下では、このように構成されたＬＥＤパッケージの製造過程を説明する。
まず、図６ないし図１０は、本発明によるＬＥＤパッケージの製造工程が示された工程図である。
まず、図６ないし図１０は、本発明によるＬＥＤパッケージの製造工程が示された工程図である。
図示のように、本発明によるＬＥＤパッケージ製造方法は、まず、ストリップ形態に切断された金属部材２００を準備する段階と、前記金属部材２００に一定の間隔で陽極端子１１１及び陰極端子１１２が形成された金属基板１１０を形成する段階と、前記金属基板１１０のチップ実装部１１４にＬＥＤチップ１２０を実装する段階と、前記ＬＥＤチップ１２０を陽極端子１１１及び陰極端子１１２とワイヤボンディングする段階と、前記金属基板１１０の上部にモールディング部１３０とレンズ部１４０を形成する段階とを備えてなることができる。
前記金属部材２００を準備する段階で、前記金属部材２００は、下面にキャリア（図示せず）がさらに付着されることができ、キャリアが付着した状態でプレスを利用したパンチング工程によって前記金属部材２００に一定の間隔で金属基板１１０を形成することができる。
この際、前記金属基板１１０は、板状の金属部材２００上にパンチング工程によって複数個が同時に形成されることができる。
前記キャリアは、金属部材２００上でＬＥＤパッケージの製作が完了すれば、最終的に除去される構成部材であり、ＬＥＤパッケージの製作時にプレス工程による金属基板１１０の製作時に複数の金属基板１１０を固定させる役目をするようになる。
前記金属基板１１０は、外郭にリードフレーム１１３が形成されたチップ実装部１１４で構成され、リードフレーム１１３の角部に切開部１１５によってチップ実装部１１４と電気的に短絡された陽極端子１１１及び陰極端子１１２で構成されることができる。
また、前記金属基板１１０を形成する段階の後には、前記金属基板１１０のリードフレーム１１３上にホールまたは溝１１６が形成される段階をさらに含むことができる。
前記溝またはホール１１６は、リードフレーム１１３に沿って複数個が一列に形成されることができ、モールディング部１３０を形成する段階で、前記金属基板１１０の上部で硬化されるモールディング材の一部が溝またはホール１１６に注入されることによって、モールディング部１３０が金属基板１１０のリードフレーム１１３上に堅固に結合されることができる。
次に、金属基板１１０のチップ実装部１１４の上面にＬＥＤチップ１２０を実装するようになるところ、ＬＥＤチップ１２０は、チップ実装部１１４の中央部に保持され、チップ実装部１１４上には１つまたは１つ以上のＬＥＤチップ１２０が複数個配置されることができる。
そして、ＬＥＤチップ１２０がチップ実装部１１４上に保持されれば、前記ＬＥＤチップ１２０を陽極端子１１１及び陰極端子１１２とワイヤボンディングによって電気的に連結されることができる。
次に、前記金属基板１１０の上部にモールディング部１３０とレンズ部１４０を同時に形成するにあたって、前記モールディング部１３０とレンズ部１４０は、同一の材質の樹脂、すなわち透明ＥＭＣを利用して同時に形成することができる。
さらに具体的に説明すれば、多数の金属基板１１０が形成されたストリップ形態の金属部材２００上にレンズ部１４０とモールディング部１３０の反転形状が転写された金型（図示せず）を準備し、金型内に透明ＥＭＣを注入し、これを硬化させることによって、モールディング部１３０とレンズ部１４０が一体に同時に形成されることができる。このような工程を通じてレンズ部１４０の形状を自由に具現することが可能である。
最後に、前記モールディング部１３０とレンズ部１４０を形成する段階の後には、モールディング部１３０の各側面に光反射膜１６０を形成する段階をさらに含むことができる。
光反射膜１６０は、透明のモールディング部１３０の側面に密着して形成されることができ、チップ実装部１１４上に実装されたＬＥＤチップ１２０から発光される光がモールディング部１３０の側面に漏出されることが防止されることができる。
このように、金属部材２００上に多数形成された金属基板１１０上にモールディング部１３０とレンズ部１４０を形成し、前記モールディング部１３０の側面に光反射膜１６０を形成した後、金属基板１１０の両側部に形成されたスクライブラインＬに沿って切断する段階をさらに含むことができ、スクライブラインＬを切断し、個別ＬＥＤパッケージの製作が完了することができる。
この際、前記金属基板１１０の形成段階で、プレスを利用したパンチング工程時に金属基板１１０のチップ実装部１１４の中央部にプレスの圧着によってキャビティーを形成することができ、キャビティーの底面にＬＥＤチップ１２０が保持されることができる。
また、前記キャビティーの内側面上には、反射部材をさらに形成し、ＬＥＤチップ１２０で発光される光が反射し、キャビティーの上部に反射光が上向き照射されるようにして、ＬＥＤチップ１２０の発光効率がさらに向上することができる。
以上で説明した本発明の好ましい実施例は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるが、このような置換、変更などは、以下の特許請求範囲に属するものと理解すべきである。
Claims (8)
- ストリップ形態に切断された金属部材を準備する段階と；
前記金属部材に一定の間隔で陽極端子と陰極端子が形成された金属基板を形成する段階と；
前記金属基板のチップ実装部にＬＥＤチップを実装する段階と；
前記ＬＥＤチップを陽極端子及び陰極端子とワイヤボンディングする段階と；
前記金属基板の上部にモールディング部とレンズ部を一体に形成する段階と；を含み、
前記金属基板は、外郭にリードフレームが形成されたチップ実装部で構成され、前記リードフレームの角部に切開部によって前記チップ実装部と電気的に短絡された前記陽極端子と陰極端子で構成されることを特徴とするＬＥＤパッケージの製造方法。 - 前記金属部材を準備する段階で、
前記金属部材は、下面にキャリアがさらに付着した状態でプレスを利用したパンチング工程によって前記金属部材に一定の間隔で金属基板を形成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。 - また、前記金属基板を形成する段階の後には、前記金属基板のリードフレーム上にホールまたは溝が形成される段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
- 前記金属基板のチップ実装部の上面には、中央部にＬＥＤチップが保持され、前記チップ実装部上には１つまたは１つ以上のＬＥＤチップが複数個配置されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
- 前記モールディング部とレンズ部を形成する段階で、
前記モールディング部とレンズ部は、同一の材質の透明ＥＭＣを利用して前記金属基板の上部に同時に形成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。 - 前記モールディング部とレンズ部は、
前記金属基板が形成されたストリップ形態の前記金属部材上に前記レンズ部とモールディング部の反転形状が転写された金型を準備し、前記金型内に透明ＥＭＣを注入した後、前記透明ＥＭＣを硬化させることによって、前記モールディング部とレンズ部が一体に同時に形成されることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。 - 前記モールディング部とレンズ部を形成する段階の後には、
前記モールディング部の各側面に光反射膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。 - 前記光反射膜を形成する段階の後には、
前記金属基板の両側部に形成されたスクライブラインに沿って切断し、ＬＥＤパッケージを個別的に抽出する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージの製造方法。
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