KR100555174B1

KR100555174B1 - 고출력 엘이디패키지 제작방법 및 이를 이용한 고출력엘이디패키지

Info

Publication number: KR100555174B1
Application number: KR20030067295A
Authority: KR
Inventors: 황현배; 김재석; 황성연
Original assignee: 바이오닉스(주)
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2006-03-03
Also published as: KR20050031143A

Abstract

본 발명은 고출력 엘이디패키지 제작방법 및 이를 이용한 고출력 엘이디패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘이디칩에서 발열되는 열을 효과적으로 방열시켜 부품의 특성변화를 최소화하여 제품의 수명을 연장시키고, 엘이디칩과 리드프레임을 구리 또는 금 소재의 전도성 와이어를 사용하지 않고 전기적으로 연결하여 와이어본딩 공정시에 발생될 수 있는 엘이디칩의 스크래치 또는 크랙 및 빛의 발산방해 현상을 제거하여 제품의 성능과 신뢰성을 향상시키고, 제작공정과 불량율를 감소시켜 생산원가를 절감시킨 고출력 엘이디패키지 제작방법 및 이를 이용한 고출력 엘이디패키지에 관한 것이다.

본 발명에 의한 고출력 엘이디패키지 제작방법은 외부의 전원과 연결되는 리드프레임이 장착된 일정한 형상의 본체에 엘이디칩이 장착된 서브마운트를 장착시켜 고출력 엘이디패키지를 제작하는 방법에 있어서, 상기 리드프레임이 장착되고 상부 내측의 반사컵 및 중앙부가 통공된 본체의 내측 하부에 열전도성 재질로 형성된 히트싱크를 장착하는 히트싱크장착단계와, 상기 히트싱크 상부면 및 리드프레임에 솔더링 패이스트를 도포하는 도포단계와, 상기 엘이디칩이 장착된 서브마운트를 상기 히트싱크 상부면에 안착시키는 서브마운트안착단계와, 상기 서브마운트가 안착된 본체를 솔더링하는 리플로우 솔더링단계와, 상기 엘이디칩에 형광체를 도포하고, 상기 본체의 상부 내측에 투명실리콘을 몰딩한 후 합성수지재의 렌즈를 장착하는 렌즈장착단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

엘이디칩, 엘이디패키지, 패이스트, 솔더범핑, 서브마운트, 와이어

Description

고출력 엘이디패키지 제작방법 및 이를 이용한 고출력 엘이디패키지{MANUFACTURING METHOD AND PRODUCT OF HIGH POWER TYPE LED}

도1a는 본 발명의 일실시예에 의한 고출력 엘이디패키지의 사시도,

도1b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고출력 엘이디패키지의 사시도,

도2는 본 발명의 일실시예에 의한 고출력 엘이디패키지의 단면도,

도3은 본 발명에 의한 엘이디칩 부분의 확대단면도,

도4는 본 발명에 의한 고출력 엘이디패키지의 제작순서도,

도5 및 도6은 종래의 엘이디패키지의 단면도,

도7 및 도8은 종래의 엘이디칩 부분의 확대단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 렌즈 11: 투명실리콘

12: 실리콘몰딩 13: 전도성 와이어

20,21: 본체 22: 고정홈

23: 반사컵 30: 리드프레임

50: 히트싱크 60: 엘이디칩

61: 솔더범핑 63,65: 솔더링 패이스트

62: 서브마운트 64: 열전도성 접착용 실리콘

엘이디(LED: Light Emitting Diode, 이하 '엘이디'라 칭함)는 N형과 P형 반도체가 접합된 구조를 갖는 광전변환 반도체소자이다.

상기 엘이디는 적색, 청색, 황색, 백색등으로 280~650nm 파장대의 전면발광 또는 측면발광의 고출력 발광소자로 패키지화되어 사용된다. 도5 및 도6은 종래의 엘이디패키지의 단면도이고, 도7 및 도8은 종래의 엘이디의 엘이디칩 부분의 확대단면도이다.

상기 도5 내지 도8에 도시된 바와 같이, 종래의 엘이디패키지는 일정한 형태의 본체(20)의 상부면에 애노드 리드(anode lead)와 캐소드 리드(cathod lead)를 형성한 후, 상기 리드프레임(30)상에 엘이디칩(60)을 안착시키고, 구리, 금, 알루 미늄등의 전도성 와이어(13)를 사용하여 볼본딩(ball bonding) 또는 와이어본딩(wire bonding) 공정을 통하여 상기 리드프레임(30)과 연결시키고, 상부면을 투명성 실리콘몰딩(12)으로 고형화시켜 제작된다. 또한 도8에 도시된 바와 같이, 엘이디칩(60)이 솔더범핑(61)된 서브마운트(63)와 리드프레임(30)이 전도성 와이어(13)로 연결되어 제작될 수도 있다.

그러나, 상기 볼본딩 및 와이어본딩을 하는 경우에 높은 본딩온도(약 240℃)와 공정상 충격에 의해 엘이디칩(60)에 스크래치(scratch) 및 크랙(crack)이 발생되기 쉽고, 실리콘몰딩시 몰딩액의 주입에 따라 와이어가 한쪽으로 치우쳐 몰딩되는 문제점과 공정 중 취급 부주의로 인해 와이어(13)가 끊어질 수 있는 등 불량율이 높은 문제점이 있다. 또한 상기 와이어(13)에 의해 엘이디칩(60)에서 발생되는 빛을 차단하게 되어 균일한 빛을 발산되지 못하는 문제점이 있다.

한편, 고휘도 및 고출력의 발광소자를 구현하기 위해서는 패키지 내의 엘이디칩에 의해서 발생된 열을 방열시키기 위해 구리나 알루미늄 소재의 히트싱크(Heat sink)의 방열판 상에 엘이디칩을 표면실장기법등을 이용하여 제작하였지만, 상기 히트싱크의 부피가 커지고, 고출력(1W이상)의 제품에 적용되는 경우에는 전기적 특성에 따른 높은 열저항(약120℃)에 대한 전기적, 열적 스트레스를 받게 되어 제품 소자의 특성변화가 쉽게 되고, 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 엘이디칩과 서브마운트에 직접 히트싱크가 접촉되도록 하여 열방출이 원활하도록 하고 열적특성을 향상시키고, 상기 서브마운트와 리드프레임을 솔더 패이스트등으로 직접 연결시켜 전도성을 향상시킬 뿐만아니라 정전기 방전(ESD: Electrostatic Discharge)으로 인한 제품의 파손과, 종래의 와이어에 의한 광의 가림현상을 방지하고 제작공정과 불량율을 감소시켜 품질향상 및 제작원가를 절감시킨 고출력 엘이디패키지 제작방법 및 이를 이용한 고출력 엘이디패키지를 제공하는 것이다.

한편 본 발명에 의한 고출력 엘이디패키지는, 상부 내측의 반사컵 및 중앙부가 통공된 세라믹 합금소재의 본체와, 상기 본체의 중앙부에 삽입되는 열전도성 소재의 히트싱크와, 상기 히트싱크의 상부면에 열전도성 접착용 실리콘으로 접착되는 엘이디칩이 장착된 서브마운트와, 상기 본체에 관통되고 상기 서브마운트와 표면실장기법으로 솔더링되는 리드프레임과, 상기 엘이디칩에 도포되는 형광체와, 상기 본체의 내측 엘이디칩의 상부에 몰딩되는 투명실리콘과, 상기 투명실리콘의 외측에 접착되는 렌즈가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 의한 고출력 엘이디패키지는, 상기 서브마운트에 정전기 방전회로가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고출력 엘이디패키지 제작방법 및 이를 이용한 고출력 엘이디패키지를 상세히 설명한다.

도1a는 본 발명의 일실시예에 의한 고출력 엘이디패키지의 사시도이고, 도1b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고출력 엘이디패키지의 사시도이며, 도2는 본 발명의 일실시예에 의한 고출력 엘이디패키지의 단면도이고, 도3은 본 발명에 의한 고출력 엘이디의 엘이디칩 부분의 확대단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 고출력 엘이디패키지는 상기 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 상부 내측의 반사컵(23) 및 중앙부가 통공된 세라믹 합금소재의 원형 또는 다각형의 본체(20,21)와, 상기 본체(20,21)의 중앙부에 삽입되는 알루미늄소재의 히트싱크(50)와, 상기 히트싱크(50)의 상부면에 열전도성 접착용 실리콘(64)으로 접착되는 엘이디칩(60)이 장착된 서브마운트(62)와, 상기 본체(20,21)에 관통되고 상기 서브마운트(62)와 표면실장기법으로 솔더링되는 리드프레임(30)으로 구성된다. 상기 엘이디칩(60)은 솔더펌핑(61)에 의해 상기 서브마운트(62)에 장착된다. 또한 상기 엘이디칩(60)은 형광체로 도포되고, 투명실리콘(11)로 몰딩되며, 합성수지재의 렌즈(10)가 상기 본체의 상부면에 형성 된 고정홈(22)에 안착되어 고정된다.

상기 본체(20,21)는 외형을 원형 또는 다각형으로 형성할 수 있으며, 통상의 분말 압축성형된 세라믹 합금소재로 형성되며, 상기 히트싱크(50)는 은, 구리, 알루미늄등의 열전도율이 우수한 소재로 형성한다. 또한 상기 히트싱크(50)와 서브마운트(62)는 열전도성 재질로 접합시키는데, 열전도성 패이스트나 전도성 실리콘소재를 사용하여 상기 엘이디칩(60)에서 발생된 열을 효과적으로 전도시키며, 상기 리드프레임(30)과는 표면실장기법으로 접합하기 위해 솔더링 패이스트(63)를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 서브마운트(62)의 내부에는 엘이디칩(60)이 정전기방전(ESD)으로 인해 파손되는 것을 방지하는 정전기 방전회로가 내장되어 있다. 상기 정전기 방전회로의 구체적인 내용은 이미 공지된 기술임으로 그 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 본체(20,21)의 엘이디칩(60)의 상부면은 다양한 색상을 발현하는 형광체로 도포되며, 그 위층에는 투명실리콘(11)으로 몰딩된 후 합성수지재의 렌즈(10)가 본체의 고정홈(22)에 안착되어 투명실리콘(11)과 밀착되게 접착된다. 상기 형광체, 투명실리콘(11) 및 렌즈(10)는 이미 공지된 기술임으로 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 상기 엘이디칩(60)에 의해 발광된 빛은 상기 본체의 내측면의 반사컵(23)을 통해 효과적으로 산란되고 손실광량을 최소화하도록 은(Ag)으로 코팅하는 것이 바람직하다.

도4는 본 발명에 의한 고출력 엘이디패키지의 제작순서도이다.

상기 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 고출력 엘이디패키지 제작순서를 설명하면, 먼저 상기 리드프레임(30)이 장착된 본체(20,21)의 내측 하부로부터 히트싱크(50)를 장착시킨다(S10). 상기 히트싱크(50)는 열전도성 패이스트를 이용하여 접착하여 열방출이 원활하도록 한다.

그 후 상기 히트싱크(50)의 상부면과 상기 서브마운트(62)와 접속되는 리드프레임(30)의 가장자리에 솔더링 패이스트(61)를 도포하고(S20), 상기 엘이디칩(60)이 장착된 서브마운트(62)를 안착시킨다(S30). 안착된 서브마운트(62)와 히트싱크(50) 및 리드프레임(30)은 리플로우공정을 통해 솔더링한다(S40).

즉, 종래의 엘이디칩과 리드프레임을 볼본딩 또는 와이어본딩하는 공정을 하지 않음으로서, 와이어본딩공정으로 인한 엘이디칩의 스크래치 및 크랙, 와이어루프의 높이와 거리의 쏠림과 빛의 가림현상을 제거하게 되며, 제품의 불량율을 현저히 낮추게 된다. 한편, 와이어를 사용하지 않으므로 엘이디칩(60)과 리드프레임(30)의 접속거리가 짧아 전기적 전송속도특성이 우수하고, 실리콘 서브마운트(원형, 사각형, 육각형, 팔각형등) 내 정전기방전(ESD)용 다이오드가 형성되어, 정전기에 의한 제품의 손상을 방지하며 표면실장기법의 특성에 따른 열적 특성이 우수하다.

그 후 상기 엘이디칩(60)의 상부면에 다양한 색상을 발현시키는 형광체를 도포하고, 그 상부에 투명실리콘(11)을 몰딩하며 합성수지재의 렌즈(10)를 본체의 고정홈(22)에 안착시켜 상기 투명실리콘(11)과 밀착되게 접착하여 완성한다(S50).

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사 상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엘이디칩과 서브마운트에 직접 히트싱크를 접촉시켜 고휘도, 고출력에 따르는 발생열을 효과적으로 방출되도록 하여 부품소자의 수명을 연장시키고, 열에 의한 특성변화를 최소화할 수 있다.

또한, 서브마운트와 리드프레임을 솔더 패이스트등으로 직접 연결시켜 전도성을 향상시킬 뿐만아니라 정전기로 인한 제품의 파손과, 종래의 와이어에 의한 광의 가림현상을 방지하고 제작공정과 제작부품수를 감소시켜 제작원가를 크게 절감시킬 수 있다. 즉, 고출력 시 발생되는 전기적 발열등의 문제는 히트싱크 및 세라믹소재를 이용하여 종래의 생산에 따른 불량율제거, 생산성의 향상 및 고가의 와이어를 사용하지 않게 되어 제품의 안전성, 신뢰성, 수명등을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims

외부의 전원과 연결되는 리드프레임이 장착된 일정한 형상의 본체에 엘이디칩이 장착된 서브마운트를 장착시켜 고출력 엘이디패키지를 제작하는 방법에 있어서,

상기 리드프레임이 장착되고 중앙부가 통공된 본체의 내측 하부에 열전도성 재질로 형성된 히트싱크를 장착하는 히트싱크장착단계와,

상기 히트싱크 상부면 및 리드프레임에 솔더링 패이스트를 도포하는 도포단계와,

상기 엘이디칩이 장착된 서브마운트를 상기 히트싱크 상부면에 안착시키는 서브마운트안착단계와,

상기 서브마운트가 안착된 본체를 솔더링하는 리플로우 솔더링단계와,

상기 엘이디칩에 형광체를 도포하고, 상기 본체의 상부 내측에 투명실리콘을 몰딩한 후 합성수지재의 렌즈를 장착하는 렌즈장착단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 엘이디패키지 제작방법.
중앙부가 통공된 세라믹 합금소재의 본체와, 상기 본체의 중앙부에 삽입되는 열전도성 소재의 히트싱크와, 상기 히트싱크의 상부면에 전도성 투명실리콘으로 접착되는 엘이디칩이 장착된 서브마운트와, 상기 본체에 관통되고 상기 서브마운트와 표면실장기법으로 솔더링되는 리드프레임과, 상기 엘이디칩에 도포되는 형광체와, 상기 본체의 내측 엘이디칩의 상부에 몰딩되는 투명실리콘과, 상기 투명실리콘의 외측에 접착되는 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고출력 엘이디패키지.
제2항에 있어서,

상기 서브마운트에 정전기 방전회로가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고출력 엘이디패키지.