KR100461582B1 - Fabricating method of surface mounted device of white light emitted diode - Google Patents
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Abstract
액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법에 대해 개시한다. 본 발명은 PCB에 칩 본딩된 상태에서 에폭시 몰드 컴파운드를 사용하는 트랜스퍼 몰드 공법에 액상형 에폭시를 주입하여 몰드하는 공법으로 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 댐이나 컵이 없이도 형광체 안료를 일정한 두께로 쌓아 올려 항시 정확한 두께를 유지함으로써 자재 이용율을 향상시킬 수 있으며, 백색의 편차가 없이 제작의 균일성을 유지할 수 있다. 트랜스퍼 몰드 공법에 액상에폭시를 사용함으로써 자유자재 형태의 패키지에 대응할 수 있고, 고가의 EMC 대신 저가의 액상에폭시를 사용하여 제조비용을 낮출 수 있다.Disclosed are a surface mounted white light emitting diode device and a method of manufacturing the same. The present invention is characterized in that it proceeds to a method of injecting a mold by injecting a liquid type epoxy to the transfer mold method using the epoxy mold compound in the state of chip bonded to the PCB. According to the present invention, it is possible to improve the material utilization rate by stacking the phosphor pigment to a certain thickness without maintaining a dam or a cup at all times to maintain an accurate thickness at all times, and maintain uniformity of production without any deviation of white color. By using liquid epoxy in the transfer mold process, it is possible to cope with a free-form package, and it is possible to lower the manufacturing cost by using a low-cost liquid epoxy instead of expensive EMC.
Description
본 발명은 백색 발광다이오드 제작방법에 관한 것으로, 특히 에폭시와 형광체 안료의 비중차에 의한 형광체 안료의 침강에 의해 백색광 표출의 균일도를 향상시키는 액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of fabricating a white light emitting diode, and in particular, a surface-mount type white light emitting diode device using liquid epoxy to improve the uniformity of white light emission by sedimentation of a phosphor pigment due to the specific gravity difference between an epoxy and a phosphor pigment, and a method of manufacturing the same. It is about.
기존의 백색 발광다이오드의 제작에 있어서, 패키지를 컵형태의 반사판이 구현된 용기내에 형광체 안료를 채워 제작하는 방법, 또는 반도체 패키지 몰드 공법인 트랜스퍼 몰드 공법을 사용하여 제작하고, 방법을 이용하고 있다.In manufacturing a conventional white light emitting diode, a package is manufactured by filling a phosphor pigment into a container in which a cup-shaped reflector is implemented, or using a transfer mold method, which is a semiconductor package mold method, and uses the method.
그런데, 패키지의 소형화, 즉 두께 및 크기의 한계가 있어 소형 패키지를 실용화하는데 제한이 있을 뿐만 아니라, 상기 트랜스퍼 몰드 공법은 사용되는 원자재가 에폭시 몰드 컴파운드로서 소형패키지를 제작함에 있어 공법의 금형 구조상으로 컬 부분과 런너 부위의 존재로 인하여 제품의 자재 이용율이 20％를 넘지 못하는단점이 있었다. 또한, 에폭시 몰드 컴파운드는 동일양의 에폭시에 비하여 2 배이상의 고가이므로 제품의 제조원가를 줄이는데 제한적이다. 그리고, 에폭시 몰드 컴파운드는 일반패키지 제조업체에서 원자재를 만들 수 없고, 컴파운드 제조업체에 의뢰하여 제조되어야 하나 표면실장형 패키지의 경우에는 그 사용량이 한정되어 있어 패키지 제작을 위한 건자재공급에 제한이 되고, 혼합되는 형광체 안료는 특정 패키지에 한정된 혼합비율로 제작되어 두께가 다르거나 패키지 형태가 다른 경우 사용이 불가능하여 신규 패키지를 개발하는데 제한이 되는 문제점이 있었다.However, the size of the package is limited, that is, there is a limitation in the practical use of the small package due to limitations in thickness and size, and the transfer mold method is used to produce a small package as an epoxy mold compound. Due to the presence of the part and the runner part, the material utilization rate of the product did not exceed 20%. In addition, the epoxy mold compound is more than twice as expensive as the same amount of epoxy is limited in reducing the manufacturing cost of the product. In addition, the epoxy mold compound can not be made raw materials from the general package manufacturer, but should be manufactured by the compound manufacturer, but in the case of the surface-mount package, its usage is limited, which limits the supply of building materials for the manufacture of the package. Phosphor pigments are produced at a mixing ratio limited to a specific package, and thus have a problem in that they cannot be used when the thickness is different or the package form is different, thereby limiting the development of a new package.
그러면, 여기서 종래 백색 발광다이오드의 제조공법에 대해 간략하게 살펴보자. 도 1은 일반적인 발광다이오드(LED) 소자의 측면 개략도이다. 일반적으로 LED는 도 1에 도시한 바와 같이, LED칩(1)과, PCB(2)와, 메탈포스트(애노드 리드, 3)와, 메탈포스트(케소드 리드, 4)와, 수지몰드(5)로 이루어지게 된다. 상기 LED칩(1)은 GaAsP, GaAlAs, GaP, InGaAlP 등의 재료를 0.1㎜ 정도의 두께로 절단한 다음 Ag 페이스트 등으로 리드 프레임 전극(캐소드, 애노드)에 접착 고정되게 된다.Then, the manufacturing method of the conventional white light emitting diode will be briefly described. 1 is a schematic side view of a typical light emitting diode (LED) device. In general, as shown in FIG. 1, the LED chip 1, the PCB 2, the metal post (anode lead 3), the metal post (cathode lead 4), and the resin mold 5 ). The LED chip 1 cuts GaAsP, GaAlAs, GaP, InGaAlP and the like into a thickness of about 0.1 mm, and is then adhesively fixed to the lead frame electrodes (cathodes, anodes) with Ag paste or the like.
이와같이 구성된 백색 발광다이오드의 발광개념은 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 일반적인 백색 발광다이오드 소자의 측면 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, InGaN 계열의 B1ue 또는 UV 발광다이오드에 형광체 안료(Phosphor)를 도포하여 점등시 l차광인 청색광은 일부 형광체 안료를 투과하여 패키지 밖으로 청색 발광(發光)하며 형광체 안료에서 흡수된 청색광이 에너지 변환을 일으켜 녹색 및 황색, 그리고 적색으로 변환되어 2차광으로 출력되게 된다. 이 때 청색, 녹색, 및 적색은 가법 혼색되어 백색광으로 표출된다. 여기에 사용되는 형광체 안료는 1차광을 흡수하여 2차광으로 표출될 때 1차광의 파장 의존성을 갖게 된다. 그러므로 1차광의 흡수밴드에너지를 갖는 형광체 안료를 사용하여야 하고, 투과와 흡수의 적적한 비율을 맞추어 깨끗한 백색광을 발광시키기 위해서는 형광체 안료와 에폭시의 혼합비와 그 두께가 매우 중요한 변수로 작용한다. 이러한 변수를 최적화하는 것은 무엇보다도 중요한 것이 생산로트에 관계없이 몰드시 주입되는 에폭시 형광체 안료 혼합액을 항상 통일한 양으로 정량 주입하는 것이다. 캐스팅 방식에 사용되는 디스펜서 주입방식으로 에폭시 형광체 안료 혼합액을 주입하여 백색 발광다이오드를 생산하는데 있어서 주입시 주사바늘의 표면장력과 액의 온도등에 기인하여 주입량의 편차가 필연적으로 발생하게 된다. 이 미세한 양의 편차는 공교롭게도 1차광과 2차광의 혼색 원리를 적용한 백색 발광다이오드에서 커다란 색상의 편차를 발생하게 된다. 결과적으로 주입량의 편차는 과량(＋％) 주입시 노란색이 강한 백색 소량(－％) 주입시 푸른색이 강한 백색으로 발광하므로 상품으로의 백색 발광다이오드 양품 수율이 60％를 밑돌게 된다.The light emitting concept of the white light emitting diode configured as described above will be described with reference to FIG. 2. 2 is a schematic side view of a typical white light emitting diode device. As shown in FIG. 2, when the phosphor pigment (Phosphor) is applied to an InGaN-based B1ue or UV light emitting diode and lit, the blue light, which is l-shielded, passes through some phosphor pigments to emit blue light out of the package and is absorbed by the phosphor pigment. The blue light is converted into energy, converted into green, yellow, and red and output as secondary light. At this time, blue, green, and red are additively mixed to be expressed as white light. The phosphor pigment used here has a wavelength dependency of the primary light when it absorbs the primary light and is expressed as secondary light. Therefore, a phosphor pigment having an absorption band energy of primary light should be used, and the mixing ratio and thickness of the phosphor pigment and epoxy are very important variables in order to emit clean white light at an appropriate ratio of transmission and absorption. Optimizing these parameters is of utmost importance to always meter in a uniform amount of the epoxy phosphor pigment mixture injected into the mold, regardless of the production lot. In the production of white light emitting diodes by injecting an epoxy phosphor pigment mixture by a dispenser injection method used in a casting method, variation in the injection amount inevitably occurs due to the surface tension of the needle and the temperature of the liquid. This small amount of variation unfortunately causes a large color variation in the white light emitting diode using the mixed light principle of primary light and secondary light. As a result, the deviation of the injection amount is white light yellow strong at the time of injection (+%) and the blue light is strong white at the time of injection (-%), the yield of white light emitting diodes to the product is less than 60%.
이와 같은 원리로 작동하는 백색 발광다이오드의 제조 공법에 있어서, 몰드공법상으로 백색 발광다이오드의 패키지 제조 공법은 액상에폭시를 사용하여 몰드하는 캐스팅 몰드 공법과 투명 고체 수지 몰드(EMC)를 사용하여 트랜스퍼 몰드 공법으로 성형하게 된다. 이러한 공법은 각각 제조사의 실정에 맞게 양분되어 있다.In the manufacturing method of the white light emitting diode operating on the same principle, the manufacturing method of the package of the white light emitting diode in the mold method is the transfer mold using the casting mold method and the transparent solid resin mold (EMC) to mold using liquid epoxy It is molded by the method. Each of these methods is divided according to the manufacturer's circumstances.
캐스팅 몰드 공법을 이용한 백색 발광다이오드를 제작하는 방법은 도 3과 같이 리드프레임 내부에 형성된 컵 내부에 청색 발광 다이오드 칩을 Ag 페이스트로 접착고정하고 전극과 칩의 본딩패드를 연결하는 와이어 본딩이 끝나면 디스펜서를 사용하여 형광체 안료가 일정비율로 혼합된 에폭시 혼합물을 컵에 정량 주입하는 방식으로 칩 주변을 정량 코팅하여 고온 경화 후, 2차 에폭시 몰드를 진행하여 백색 발광다이오드를 제작하고 있다. 그런데, 상기 디스펜서를 사용하더라도 디스펜서의 주입부인 주사바늘의 끝단의 형태나 표면장력에 따라서 형광체 안료 혼합물이 정량 주입되지 않고 주입량의 편차를 발생시킨다. 주입량의 편차는 서술한 바와 같이 동일 제조 로트에서도 색상편차를 일으켜 60％ 미만의 저조한 양품 생산수율을 갖게 된다. 게다가 이 방법은 형광체 안료 혼합물이 흘러내리지 않고 칩 주변을 일정하게 도포하도록 컵을 형성할 수 있는 커다란 패키지 제작시에 사용할 수 있는 방법으로 컴팩트한 소자 제조에 한계가 있다.In the method of manufacturing a white light emitting diode using a casting mold method, as shown in FIG. 3, after dispensing and bonding the blue light emitting diode chip with Ag paste inside the cup formed inside the lead frame and connecting the electrode and the bonding pad of the chip, the dispenser Using a quantitative coating of the periphery of the chip by a method of quantitatively injecting the epoxy mixture mixed with the phosphor pigment in a certain ratio into a cup, after curing at high temperature, a secondary epoxy mold is carried out to produce a white light emitting diode. However, even when the dispenser is used, the phosphor pigment mixture is not quantitatively injected according to the shape or surface tension of the tip of the needle, which is the injection portion of the dispenser, thereby causing variation in the injection amount. As described above, the variation in the injection amount causes color deviation even in the same production lot, resulting in a poor yield of less than 60%. In addition, this method is limited to the manufacture of compact devices as it can be used in the manufacture of large packages that can form cups to uniformly spread around the chip without the phosphor pigment mixture flowing down.
한편, 에폭시 몰드 컴파운드를 원자재로 사용하는 트랜스퍼 몰드 공법에서는 원자재인 컴파운드에 형광체 안료를 혼합하여 제조하여야 하나 이는 발광다이오드의 발광 피크파장과 두께의 상관을 갖고 2차광인 백색광의 스펙트럼이 현저하게 차이가 발생하므로 발광파장에 맞추어 형광체 안료 컴파운드를 다르게 제조해야 하고, 패키지의 두께나 형태에 따라서 형광체 안료와 컴파운드의 혼합비가 달라져야하는 문제점이 발생되므로 형광체 안료 혼합 컴파운드를 제작한다는 것은 현실적으로 난해한 문제점을 갖게 된다. 또한, 두께가 두꺼운 패키지 제조시에는 형광체 안료가 확산제의 역할을 하여 광도가 현저하게 떨어지게 되는 문제점을 갖고 있다.On the other hand, in the transfer mold method using epoxy mold compound as a raw material, the fluorescent pigment should be prepared by mixing the compound, which is the raw material, but this has a correlation between the peak wavelength of the light emitting diode and the spectrum of the white light, which is the secondary light, is remarkably different. Therefore, the phosphor pigment compound must be manufactured differently according to the emission wavelength, and the mixing ratio of the phosphor pigment and the compound varies according to the thickness or the shape of the package, so that the manufacture of the phosphor pigment mixture compound has a difficult problem in reality. In addition, when manufacturing a thick package, the phosphor pigment acts as a diffusing agent and has a problem that the light intensity is remarkably decreased.
게다가, 트랜스퍼 몰드방식은 컴파운드형 에폭시를 1OO톤이상의 압력으로 주입함으로써 높은 압력의 프레스 장치가 필요로하며 금형또한 복잡한 구조의 형상과 수십 ㎏ 이상의 무게로 인하여 금형 교체시에 작업자의 신체적 위험성이 내포하게 된다.In addition, the transfer mold method requires a high pressure press device by injecting compound type epoxy at a pressure of more than 10000 tons, and the mold also has a physical risk of the worker during mold replacement due to the complicated shape of the structure and the weight of several tens of kilograms or more. do.
따라서, 본 발명의 목적은 캐스팅 몰드 공법과 트랜스퍼 몰드 공법의 장점 즉, 에폭시 몰드 컴파운드를 사용하는 트랜스퍼 몰드 공법에 액상형 에폭시를 주입하여 몰드하는 공법을 적용하여 백색 발광다이오드 소자를 제조하는 액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to apply the liquid epoxy to produce a white light emitting diode device by applying a method of injecting a liquid-type epoxy to the transfer mold method using the epoxy mold compound, that is, the injection mold method using the epoxy mold compound The present invention provides a surface-mount type white light emitting diode device and a method of manufacturing the same.
즉, PCB를 아래로 하고 몰드 금형을 위로하는 구조로 10톤 미만의 낮은 저압 프레스를 사용하여 클램프 된다. 에폭시와 형광체 안료가 혼합된 액은 주입전 침강에 따른 액체내의 밀도차가 발생하지 않도록 초음파로 3분 교반하고, 주입은 10초 이내의 짧은 주입 시간으로 몰드액을 주입한다. 주입 후 온도 상승에 의해 에폭시의 점도는 물과 같이 진행되어 에폭시와 형광체 안료의 비중차를 이용하여 비중이 높은 형광체 안료가 중력에 의하여 아래로 침강됨으로써 금형에 의한 동일한 액량과 중력에 의해 일정한 두께를 유지한 상태로 경화가 진행된다. 이로써 액량의 정밀도는 편차 없이 정확하며 독립 패키지별로 색상의 편차가 생산로트에 변화없이 항상 일정한 백색광을 표출하는 액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.That is, the PCB is lowered and the mold mold is upwardly clamped using a low pressure press of less than 10 tons. The liquid mixed with the epoxy and the phosphor pigment is stirred for 3 minutes by ultrasonic so that the density difference in the liquid does not occur due to sedimentation before injection, and the injection is performed by injecting the mold liquid with a short injection time within 10 seconds. After the injection, the viscosity of epoxy proceeds with water and the phosphor pigment with high specific gravity is settled down by gravity by using the specific gravity difference between epoxy and phosphor pigment. Curing proceeds in the maintained state. Accordingly, the precision of the liquid amount is accurate without variation, and provides a surface-mount type white light emitting diode device and a method of manufacturing the same by applying a liquid-epoxy that always displays a constant white light without variation in the color of each package independent production.
좀 더 상세하게는 1차광에 흡수밴드에너지를 갖고 있는 형광체 안료를 선정하여 액상에폭시에 혼합하여 로트에 관계없이 주입량의 오차한계를 5％ 이내로 설계시에도 가능한 몰드방법과 비중차를 이용하고 중력효과를 적용하여 일정두께를 유지하여 칩주변을 코팅함으로써 몰드 공정 불량율을 줄이고 생산된 제품의 광도와 색도(CIE 기준 적용)를 원하는 목표값을 가지고 색 균일도를 향상시킬 수 있는 액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.More specifically, by selecting a phosphor pigment having an absorption band energy in the primary light and mixing it in the liquid epoxy, it is possible to use the mold method and the specific gravity difference that can be used even when designing an error limit of injection amount within 5% regardless of lot. Surface mount type that applies liquid epoxy to improve the color uniformity by reducing the defect rate of mold process and applying the desired target value of brightness and chromaticity (applied to CIE standard) of the produced product by coating chip around by keeping constant thickness A white light emitting diode device and a method of manufacturing the same are provided.
도 1은 일반적인 표면실장형 발광다이오드(LED) 소자의 측면 개략도,1 is a side schematic view of a typical surface mount light emitting diode (LED) device,
도 2는 일반적인 표면실장형 백색 발광다이오드 소자의 측면 개략도,2 is a side schematic view of a typical surface mount white light emitting diode device;
도 3은 캐스팅 몰드 공법을 이용한 백색 발광다이오드 소자의 측면 개략도,3 is a side schematic view of a white light emitting diode device using a casting mold method;
도 4는 본 발명의 일실시예로서, 형광체 안료가 침강된 백색 발광다이오드 소자의 측면 개략도,4 is a side schematic view of a white light emitting diode device in which phosphor pigments are precipitated as an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 백색 발광다이오드 소자 제조에 이용되는 금형프레임을 개략적으로 나타낸 측면도,5 is a side view schematically showing a mold frame used for manufacturing a white light emitting diode device of the present invention;
도 6은 본 발명의 백색 발광다이오드 소자가 형성된 LED칩 프레임의 평면도,6 is a plan view of an LED chip frame formed with a white light emitting diode device of the present invention;
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 백색 발광다이오드 소자 제조공정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart schematically illustrating a process of manufacturing a white light emitting diode device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : LED칩 2 : PCB1: LED chip 2: PCB
3 : 메탈포스트(애노드 리드) 4 : 메탈포스트(케소드 리드)3: metal post (anode lead) 4: metal post (cathode lead)
5 : 수지몰드 50 : 에폭시몰드5: resin mold 50: epoxy mold
A : 형광체 안료층 B : 에폭시 고형층A: phosphor pigment layer B: epoxy solid layer
10 : 상부 금형 20 : 하부 금형10: upper mold 20: lower mold
30 : LED칩 프레임30: LED chip frame
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 PCB에 칩 본딩된 표면실장형의 백색 발광다이오드 소자의 제작방법에 관한 것으로, 본 발명의 액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자의 제조방법은, 에폭시 몰드 컴파운드를 사용하는 트랜스퍼 몰드 공법에 액상형 에폭시를 주입하여 몰드하는 공법을 진행하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 캐스팅 몰드 공법을 적용하여 액상에폭시, 실리콘, 또는 투명재질의 액상 몰드재와 형광체 안료를 혼합하되, 에폭시주제 : 경화제 ＝ 1 : 1 비율로, 에폭시 : 형광체 안료 ＝ 4.5 : 1 비율로 각각 혼합한 주입물을 준비하는 단계; 상기 PCB와 금형 사이에 삽입 정렬하여 결합한 후, 프레스로 100㎏/㎠∼140㎏/㎠ 범위내에서 설정하여 프레스로 압력을 인가하는 단계; 상기 금형을 70℃ 내지 90℃ 범위내에서 설정하여 주입물을 금형을 통해 PCB에 주입하는 단계; 및 상기 주입물에서 형광체 안료의 침강 시간을 고려하여 분당 2℃ 정도를 상승시키고 120℃ 내지 140℃ 범주내에서 에폭시의 경화가 이루어지는 단계;를 포함하여 이루어진다. 여기에, 상기 경화가 진행된 이후에, 상기 금형을 프레스에서 분리하여 130℃ 내지 160℃ 범주 내에서 3시간정도 진행하거나, 상기 금형과 몰드물을 분리한 후 130℃ 내지 160℃ 범주 내에서 3시간정도 진행하는 것도 바람직하다. 이와같은 과정에 의해 제조된 소자는 백라이트용 패널 및 조명 장치에 활용된다.The present invention for achieving the above object of the present invention relates to a method of manufacturing a surface-mounted white light emitting diode device chip bonded to a PCB, the method of manufacturing a surface-mounted white light emitting diode device to which the liquid epoxy of the present invention is applied. Silver is characterized by advancing a method of injecting a liquid type epoxy into the transfer mold method using an epoxy mold compound to mold. Specifically, by applying the casting mold method, the liquid epoxy, silicone, or transparent liquid mold material and the phosphor pigment are mixed, but the epoxy agent: curing agent = 1: 1 ratio, epoxy: phosphor pigment = 4.5: 1 ratio, respectively Preparing a mixed injection; Inserting and coupling between the PCB and the mold, and setting the pressure within a range of 100 kg / cm 2 to 140 kg / cm 2 by a press to apply pressure to the press; Setting the mold within a range of 70 ° C. to 90 ° C. to inject the injection into the PCB through the mold; And increasing the temperature of about 2 ° C. per minute in consideration of the settling time of the phosphor pigment in the injection and curing of the epoxy within the range of 120 ° C. to 140 ° C .; Here, after the curing has proceeded, the mold is separated from the press to proceed for about 3 hours within the 130 ℃ to 160 ℃ range, or after separating the mold and the mold for 3 hours within the 130 ℃ to 160 ℃ range It is also preferable to advance to a degree. The device manufactured by such a process is utilized in a backlight panel and a lighting device.
이 때, 상기 칩은 발광피크 파장이 450㎚∼475㎚의 사파이어를 서브스트레이트로하는 InGaN, InGaAlN 계열의 블루칩이거나, 발광피크 파장이 450㎚∼475㎚의 SiC 재질을 서브스트레이트로하는 GaN, InGaN, InGaAlN계열의 블루칩을 사용한다. 또한, 상기 칩은 발광피크 파장이 385㎚∼405㎚의 사파이어를 서브스트레이트로하는 InGaN, InGaAlN계열의 UV칩이거나, 발광피크 파장이 385㎚∼405㎚의 SiC 재질을 서브스트레이트로하는 GaN, InGaN, InGaAlN계열의 UV칩을 사용한다.In this case, the chip may be an InGaN or InGaAlN-based blue chip having a light emission peak wavelength of 450 nm to 475 nm as a substrate, or a GaN or InGaN material having a light emission peak wavelength of 450 nm to 475 nm as a substrate. InGaAlN series blue chips are used. The chip may be an InGaN or InGaAlN series UV chip having a sapphire of 385 nm to 405 nm in emission peak wavelength, or a GaN or InGaN having a SiC material of 385 nm in 405 nm as emission wavelength. UV chip of InGaAlN series is used.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도면설명에 있어서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다.In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same components as in the prior art.
도 4는 본 발명의 일실시예로서, 형광체 안료가 침강된 백색 발광다이오드 소자의 측면 개략도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 백색 발광다이오드 소자는, LED칩(1)과, PCB(2)와, 메탈포스트(애노드 리드, 3)와, 메탈포스트(케소드 리드,4)와, 본 발명에 의해 이루어진 형광체 안료를 침강시킨 에폭시몰드(50)로 이루어지게 된다. 상기 LED칩(1)은 발광피크 파장이 450㎚∼475㎚의 사파이어 또는 SiC 재질을 서브스트레이트로하는 InGaN, InGaAlN 계열의 블루칩을 사용하거나, 발광피크 파장이 385㎚∼405㎚의 사파이어 또는 SiC 재질을 서브스트레이트로하는 InGaN, InGaAlN계열의 UV칩을 사용한다.4 is a side schematic view of a white light emitting diode device in which phosphor pigments are precipitated as an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the white light emitting diode device of the present invention includes an LED chip 1, a PCB 2, a metal post (anode lead 3), a metal post (cathode lead 4), It is made of an epoxy mold 50 to precipitate the phosphor pigment made by the invention. The LED chip 1 uses InGaN or InGaAlN series blue chips having a sapphire or SiC material having a light emission peak wavelength of 450 nm to 475 nm, or a sapphire or SiC material having a light emission peak wavelength of 385 nm to 405 nm. InGaN and InGaAlN series UV chips are used.
본 발명의 에폭시몰드(50)는 그 아래층에 형광체 안료층(A)이 형성되게 되며, 상기 형광체 안료층(A) 상부로 경화된 에폭시 고형층(B)이 형성되어 2층의 구조로 되어 있다.In the epoxy mold 50 of the present invention, the phosphor pigment layer (A) is formed on the lower layer, and the epoxy solid layer (B) cured on the phosphor pigment layer (A) is formed to have a two-layer structure. .
여기서, 상기 형광체 안료는 Y와 Al을 포함하는 이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가넷계 형광체(yttrium-aluminum-garnet fluorescent material)를 포함하는 것이 바람직하고, 형광체 안료의 일반식 (Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12: Ce 로 표시되는 형광체를 사용할 수 있다. (단, 0≤r＜1, 0≤s≤1, Re는 Y, Gd에서 선택되는 어느 하나)Here, it is preferable that the phosphor pigment contains a yttrium-aluminum-garnet fluorescent material containing Y and Al, and the general formula (Re 1-r Sm r ) 3 ( A phosphor represented by Al 1-s Ga s ) 5 O 12 : Ce can be used. (Where 0 ≦ r <1, 0 ≦ s ≦ 1, and Re is any one selected from Y and Gd)
도 5는 본 발명의 백색 발광다이오드 소자 제조에 이용되는 금형프레임을 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 6은 본 발명의 백색 발광다이오드 소자가 형성된 LED칩 프레임의 평면도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 몰드 프레임은 상부 금형과 하부 금형으로 이루어지며, 상기 상부 금형에는 형광체 안료와 에폭시가 혼합된 주입물을 주입할 수 있도록 상부 금형내에 형성된 가이드로에 연통되는 주입구(11)가 형성되어 있다. 상기 상부 금형과 하부 금형 사이에 LED칩이 와이어본딩 완료된 PCB(30)가 삽입되게 된다.FIG. 5 is a side view schematically showing a mold frame used for manufacturing a white light emitting diode device of the present invention, and FIG. 6 is a plan view of an LED chip frame having a white light emitting diode device of the present invention. As shown in Figures 5 and 6, the mold frame is composed of an upper mold and a lower mold, the upper mold is in communication with the guide path formed in the upper mold to inject an injection mixture of phosphor pigment and epoxy The injection port 11 is formed. The PCB 30 wire-bonded with the LED chip is inserted between the upper mold and the lower mold.
상기한 도 4에서 제시한 본 발명의 백색 발광다이오드의 제조과정에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하여 구체적으로 설명한다.The manufacturing process of the white light emitting diode of the present invention shown in FIG. 4 will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 의한 백색 발광다이오드 소자 제조공정을 개략적으로 나타낸 흐름도 이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 칩 등을 포함한 원부자재의 외관 및 용도특성에 대한 양불판정을 진행하여(S1) 선정된 양품의 원부자재에 대해 웨이퍼 탭에서 칩을 픽업이 용이하도록 테입을 확장하는 작업을 수행한다(S2). 이후, PCB(2)의 패드에 페이스트(Paste)를 소량 도팅(Dotting)하고 칩을 부착하는 공정을 진행한다. 칩의 부착이 완료되면 부착되는 본딩성분의 경화를 위해 180℃ 범주에서 12분 정도 건조시킨다(S3). 이후, 전자현미경 등을 이용하여 칩과 PCB(2)의 접착력을 검사하고, 접착력이 양호한 제품에 대해 칩의 전극패드와 PCB(2)의 전극패드를 30㎛ 정도의 금선(Gold Wire)으로 연결하여 주는 작업을 진행한다(S4). 다음으로, 금선의 인장력 테스트를 통해 패드와 금선의 전착강도 검사한다.7 is a flowchart schematically illustrating a process of manufacturing a white light emitting diode device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the process of determining the appearance and use characteristics of the raw and subsidiary materials including chips, etc. (S1) extends the tape to facilitate pick-up of chips from the wafer tabs for the selected raw and subsidiary materials. Perform the operation (S2). Thereafter, a small amount of dotting paste is applied to the pad of the PCB 2 to attach a chip. When the chip is attached is dried for 12 minutes in the 180 ℃ range for curing of the bonding component to be attached (S3). Then, the adhesion between the chip and the PCB 2 is examined using an electron microscope and the like, and the electrode pad of the chip and the electrode pad of the PCB 2 are connected with a gold wire having a thickness of about 30 μm for a product having good adhesion. To proceed with the work (S4). Next, the electrodeposition strength of the pad and the gold wire is examined through the tensile test of the gold wire.
이후, 본 발명에서 이루고자 하는 형광체 안료를 침강되는 과정 및 경화속도의 제어, 그리고 에폭시 몰드 컴파운드를 사용하는 트랜스퍼 몰드 공법에 액상형 에폭시를 주입하여 몰드하는 공법을 진행하게 된다.Subsequently, the process of sedimenting the phosphor pigment to be achieved in the present invention, controlling the curing speed, and injecting a liquid epoxy into the transfer mold method using the epoxy mold compound are performed.
먼저, 에폭시주제 : 경화제 ＝ 1 : 1 비율로 혼합하고, 에폭시 : 형광체 안료 ＝ 4.5 : 1 비율로 혼합하여 준비한다(S5). 이 때, 몰드 두께에 따라 혼합비율을 가변시킬 수 있다. 한편, PCB(2)와 금형 사이에 삽입 정렬하여 결합한 후, 프레스로 압력(120㎏/㎠)을 인가한다(S6). 이 때, 금형온도 80℃ 정도로 세팅한다. 이 상태에서 즉, 80℃에서 형광체 안료가 함유된 에폭시를 19호 바늘을 이용하여 30초 동안에 1.2㏄ 정도 주입한다(S7). 이 때, 금형온도를 80℃로 설정한 이유는 에폭시가 속경화반응을 일으키지 않게 하기 위함이다. 즉, 형광체 안료가 함유된 에폭시 주입후 80℃ 내지 90℃ 범위내에서 침강속도에 의해 5분내에 형광체 분말이 바닥으로 깔리게 되고, 발광다이오드 칩을 아주 미세하게 도포시키게 된다. 이 때, 도포 두께는 목표색도 설계값에 따라서 0.10㎜ 내지 0.15㎜ 범주내이다.First, an epoxy agent: hardener = 1: 1 ratio is mixed, and an epoxy: phosphor pigment = 4.5: 1 ratio is mixed and prepared (S5). At this time, the mixing ratio can be varied according to the mold thickness. On the other hand, after inserting and coupling between the PCB (2) and the mold, the pressure (120kg / ㎠) is applied by the press (S6). At this time, the mold temperature is set at about 80 ° C. In this state, that is, the epoxy containing the phosphor pigment at 80 ° C. is injected by 1.2 kPa for 30 seconds using the No. 19 needle (S7). At this time, the reason why the mold temperature is set at 80 ° C is to prevent the epoxy from causing a fast curing reaction. That is, the phosphor powder is spread to the bottom within 5 minutes by the sedimentation rate within the range of 80 ℃ to 90 ℃ after the epoxy injection containing the phosphor pigment, and the light emitting diode chip is applied very finely. At this time, the coating thickness is in the range of 0.10 mm to 0.15 mm depending on the target chromaticity design value.
이후, 온도는 130℃에 세팅하여 분당 2℃씩 온도를 상승시킨다(S8). 즉, 금형 온도를 80℃에서 130℃로 상승시키며, 대략 소요시간은 25분이 걸리게 된다. 일반적으로 사용되는 에폭시는 120℃ 이상에서 12분 정도 내에 경화되므로, 시간상으로 형광체 안료가 5분내에 침강이 완료되는 것을 고려할 때 금형 온도가 90℃ 정도 상승한 단계에서는 이미 형광체 안료가 침강이 완료된 상태이다. 이에 따라 침강이 완료된 상태에서 120℃ 이상에서 경화가 진행되므로 형광체 안료가 침강된 상태에서 경화가 이루어지게 된다(S9). 이후, 130℃ 정도를 40분 정도 유지시켜 경화를 계속 진행시킨다.Then, the temperature is set to 130 ℃ to increase the temperature by 2 ℃ per minute (S8). That is, the mold temperature is raised from 80 ° C to 130 ° C, and the time required is approximately 25 minutes. In general, the epoxy used is cured within 12 minutes at 120 ° C or higher, so the phosphor pigment has already settled at the stage where the mold temperature rises by 90 ° C in consideration of the completion of the precipitation of the phosphor pigment within 5 minutes in time. . Accordingly, since the curing proceeds at 120 ° C. or more in the complete settling state, the curing is performed in the settled state of the phosphor pigment (S9). Thereafter, the temperature is maintained at about 130 ° C. for about 40 minutes to continue curing.
한편, 1차 경화(mold)후 생산성 목적으로 금형을 프레스에서 분리하여 2차 경화를 수행할 수도 있다. 이는 150℃ 정도에서 3시간동안 진행후 금형과 몰드물을 분리하거나, 또는 금형과 몰드물을 분리한 후 2차 경화를 진행한다(S10).On the other hand, after the first curing (mold) for the purpose of productivity, the mold may be separated from the press to perform the secondary curing. This proceeds for 3 hours at about 150 ℃ to separate the mold and the mold, or separate the mold and the mold and then proceed to the secondary curing (S10).
본 실시예에서는 백색 발광다이오드 소자에 대한 제조공정에 대해 설명하고 있으나, 이는 푸른 백색(Bluish White)을 방사하는 발광다이오드 등의 제조방법에도 동일하게 적용됨은 주지의 사실이다. 즉, 상기 단계 S5에서 에폭시 : 형광체 안료 ＝ 8 ∼ 15 : 1 비율로 혼합함으로써 상기한 푸른 백색 발광다이오드를 제조할 수 있다. 물론, 푸른 백색 발광다이오드 뿐만 아니라 에폭시와 형광체 안료의 비를 임의로 조절함으로써 다양한 색상을 발현하는 발광다이오드에 상기한 공정이 적용될 수 있음은 주지의 사실이다.In the present embodiment, a manufacturing process for a white light emitting diode device is described, but it is well known that the same applies to a manufacturing method of a light emitting diode emitting blue white (Bluish White). That is, the above-mentioned blue white light emitting diode can be manufactured by mixing in an epoxy: phosphor pigment = 8 to 15: 1 ratio in step S5. Of course, it is well known that the above-described process can be applied to light emitting diodes that express various colors by arbitrarily adjusting the ratio of epoxy and phosphor pigments as well as blue white light emitting diodes.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액상에폭시를 적용한 표면실장형 백색 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법은, 댐이나 컵이 없이도 형광체 안료를 일정한 두께로 쌓아 올려 항시 정확한 두께를 유지함으로써 자재 이용율을 향상시킬 수 있으며, 백색의 편차가 없이 고른 색 분포를 갖는 백색 발광다이오드를 제작할 수 있다. 즉, 기존의 트랜스퍼 몰드 공법의 EMC 대신 액상에폭시를 적용하여 패키지 형태별로 다른 적정혼합비율을 생산할 때마다 그때그때 혼합하여 사용가능 하므로, EMC의 문제점인 패키지 형태별로 혼합비율이 다르게 결정되어 패키지형태별로 원자재를 별도 구매해야하는 문제점을 해결할 수 있다.As described above, the surface-mount type white light emitting diode device using the liquid epoxy according to the present invention and a method of manufacturing the same can be used to improve the material utilization rate by stacking the phosphor pigment to a certain thickness at all times without dam or cup. In addition, a white light emitting diode having an even color distribution may be manufactured without variation in white. In other words, instead of EMC in the conventional transfer mold process, it is possible to mix and use the epoxy at the time of producing different proper mixing ratio for each type of package by applying epoxy to liquid phase. Therefore, the mixing ratio is determined differently for each package type. This can solve the problem of purchasing raw materials separately.
결과적으로 본 발명을 통하여 액상에폭시를 사용함으로써 자유자재 형태의 패키지에 대응할 수 있고, 고가의 EMC 대신 저가의 액상에폭시를 사용하여 자재비용을 1/10 정도로 낮출 수 있으며, 원자재 이용율을 90%이상 사용함으로써 제조원가의 절감을 도모할수 있다. 또한 트랜스퍼 몰드 공법의 필연적인 고압의 프레스 등을 사용할 필요가 없어 신규 투자 설비비를 감소시킬 수 있다.As a result, by using liquid epoxy, the present invention can cope with a free-form package, and it can reduce material cost by about 1/10 by using low-cost liquid epoxy instead of expensive EMC, and use raw materials more than 90%. As a result, manufacturing cost can be reduced. In addition, there is no need to use a high-pressure press or the like, which is a necessity of the transfer mold method, thereby reducing the cost of new investment.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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