KR100567548B1 - 백색 칩 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 형광 안료를 소정 비율로 미리 혼합하여 트랜스퍼 몰드 공정을 통해 칩 LED의 몰딩 성형부를 형성함으로써, UV 발광 다이오드 칩에서 발광되는 광을 형광 안료에 의해 변환하여 백색광을 방출하도록 하는 백색 칩 LED의 구조와 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 백색 칩 LED는 전극을 가진 인쇄 회로 기판과, 발광 파장이 350㎚에서 450㎚까지의 발광 파장을 가진 UV 발광 다이오드 칩과, 상기 칩을 봉지하는 몰딩 성형부 및, UV 발광 다이오드 칩에서 발광된 UV광을 흡수하여 녹색에서 적색까지의 가시광선을 발광하도록, 몰딩 성형부내에 분포되는 형광 안료로 이루어진다.

형광 안료는 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 Y₂O₂S:Eu, 녹색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 ZnS:Cu,Au,Al 및, 청색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆C₁₂:Eu를 소정 비율로 혼합하여 형성된다.

발광 다이오드, 백색, 형광 안료, 칩 LED, 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지

Description

백색 칩 발광 다이오드 및 그 제조 방법{ Chip Type White Light-emitting diode and Method of Manufacturing the same}

도 1은 종래 백색 칩 LED의 구조를 도시하는 종단면도;

도 2는 종래 백색 칩 LED의 일례를 도시하는 종단면도;

도 3은 본 발명에 따른 백색 칩 LED을 도시하는 종단면도.

<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 10 : 몰딩 성형부 2, 20 : 형광 안료

3, 30 : LED 칩 4, 40 : Ag-paste

5, 50 : 와이어 6, 60 : 인쇄 회로 기판

본 발명은 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 형광 안료를 사전에 혼합한 혼합 분말을 이용하여, 발광 다이오드 칩을 트랜스퍼 몰드함으로써, 발광 다이오드 칩에서 발광되는 광을 파장 전환시켜 백색을 발광하게 하는 백색 칩 LED에 관한 것이다.

종래 표면 실장형 백색 칩 LED는 도 1 내지 도 2에서 도시된 바와 같이, 전 극(7)이 형성된 인쇄 회로 기판(6)과, 전극(7)상에 실장된 질화물 반도체인 UV 발광 다이오드 칩(3)과, 발광 다이오드 칩(3)을 봉지하는 몰딩 성형부(1)로 구성된다.

상기 발광 다이오드 칩(3)을 도전성인 Ag-페이스트(4)에 의해 전극(7)상에 고정하고, 전극들(7)과 발광 다이오드 칩(3)을 와이어(5)를 이용하여 전기적으로 연결한다.

한편, 이와 같은 종래 백색 칩 LED에 사용되는 인쇄 회로 기판(6)에는 액상의 에폭시를 수용할 수 있도록 에폭시 수용기(8) 또는 반사기(9)가 별도로 형성되어 있고, 그 내부에 UV 발광 다이오드 칩(3)이 실장된다.

와이어 본딩후, 형광 안료(2)를 혼합한 액상 실리콘 또는 액상 에폭시등을 상기 에폭시 수용기(8) 또는 반사기(9) 내부에 충진하여 몰딩 성형부(1)를 형성한다.

이 때, 상기 몰딩 성형부를 봉지하여 인쇄 회로 기판 상에 렌즈(lens)를 형성하도록 투명 에폭시 수지를 별도로 증착한 후, 4-5시간에 걸쳐 경화시켜 2차 몰딩 성형부(1)를 형성할 수도 있으며, 이는 잘 공지되어 있다.

또한, 상기 몰딩 성형부(1)는 형광 안료가 혼합된 액상 에폭시를 주사기에 넣고 디스펜서를 통해 일정량 상기 발광 다이오드 칩(3)상에 포팅(potting)하는 공정을 통해 형성될 수도 있다.

이 때, 형광 안료(2)는 각각 적색, 녹색 및, 청색 여기 발광 특성을 갖는 3종의 형광 안료가 소정의 비율로 혼합되어 있다.

이와 같이 형성된 종래 백색 칩 LED에 있어서, UV 칩(3)으로부터 광이 방출되면, 그 중 일부는 몰딩 성형부(1)를 그대로 통과하고, 일부는 형광 안료(2)에 의해 청색에서 적색 파장에 이르는 가시광선으로 발광 파장이 변환되어, UV광과 변환된 광이 조합됨으로써 백색광이 형성된다.

그러나, 형광 안료를 액상 수지내에 포팅하는 방법으로 몰딩 성형부를 형성하는 경우, 액상 에폭시내에 포팅된 형광 안료는 에폭시내에서 임의의 방향을 향하여 산재될 뿐만 아니라, 액상 에폭시는 장시간에 걸쳐 경화되기 때문에 상기 에폭시 보다 비중이 큰 형광 안료는 시간이 지남에 따라 칩 LED 근처에 모이게 되므로, UV광의 투과율이 떨어져 백색광의 휘도가 저하된다.

또한, 종래 백색 칩 LED의 제조시 사용되는 에폭시는 액상이기 때문에 수지가 옆으로 새는 것을 벗어나는 것을 방지하기 위해서는 별도의 수용기, 반사기 또는 돌출턱이 형성되어야 하기 때문에 발광 다이오드의 작업공수가 증가된다.

그리고, 형광 안료가 액상 수지내에 균일하게 분포되지 않고, 시간이 지남에 따라 비중에 의해 하부로 가라앉아 액상 수지내 형광 안료의 분포율이 달라, 하나의 인쇄 회로 기판에서 제조되는 각각의 LED 뿐만 아니라 개별 LED에서도 색이 분산(scaterring)되는 등의 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은, 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 적색, 녹색 및, 청색 여기 발광 특성을 갖는 3종의 형광 안료를 각각 소정 비율로 혼합하여 이를 이용해 백색 칩 LED를 제작함으로써, 기존 트랜스퍼 몰드 공정을 이용하여 백색 칩 LED 제 품을 생산하여 작업공수를 감소시키는데 있다.

더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은, 분말 에폭시 수지와 형광 안료의 혼합 분말을 이용하여 몰딩 성형부를 형성함으로써, 백색 칩 LED의 휘도를 향상시키고, 제품 수율을 증가시키는데 있다.

더 나아가, 본 발명의 다른 목적은, 상기 혼합 분말로 제작된 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰드 방법을 사용함으로써, 백색 칩 LED를 박형화하는데 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 백색 칩 LED는 전극을 가진 인쇄 회로 기판과, 발광 파장이 350㎚에서 450㎚까지인 광을 발광하도록 상기 인쇄 회로 기판상에 실장되는 발광 다이오드 칩과, 칩을 봉지하는 몰딩 성형부로 이루어지며, 발광 다이오드 칩에서 발광된 광을 흡수하여 청색에서 적색까지의 가시광선을 발광하도록, 형광 안료가 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩 성형부내에 균일하게 분포되고, 상기 형광 안료는 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 Y₂O₂S:Eu, 녹색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 ZnS:Cu,Au,Al 및, 청색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu를 소정 비율로 혼합한 것이다.

바람직하게, 상기 백색 칩 LED에서 발광된 백색광은 목표 백색이 CIE 색도 좌표상에서 가지는 색도에 대하여 그 편차가 0.05이내이다.

바람직하게, 본 발명에 따른 백색 칩 LED의 제작 방법은 인쇄 회로 기판이나 전극상에 발광 다이오드 칩을 도전성 또는 비도전성의 접착제로 접착 고정하여 와이어 본딩 한 후, 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 대하여, 적색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 Y₂O₂S:Eu를 40~90wt％, 녹색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 ZnS:Cu,Au,Al을 5~30wt％, 청색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu를 5~30wt％의 비율로 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 단계와; 상기 혼합 분말을 사용하여 상기 발광 다이오드 칩이 탑재된 인쇄 회로 기판을 트랜스퍼 몰드하는 단계와; 절단 수단을 사용하여 트랜스퍼 몰드된 기판을 절단하여 개별 백색 칩 LED로 형성하는 단계로 이루어진다.

바람직하게, 상기 혼합 분말을 50-300㎏/㎠ 사이의 압력으로 압축된다.

도 3은 본 발명에 따른 백색 칩 LED의 단면도이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 백색 칩 LED는 필요에 따라 각각의 재질로 다수층이 도금되어 일정한 패턴을 이루고 있는 인쇄 회로 기판(60)과, 350 내지 400㎚정도의 파장을 가진 광을 발광하도록 인쇄 회로 기판(60)상에 실장되는 발광 다이오드 칩(30)과, 발광 다이오드 칩(30)을 봉지하는 몰딩 성형부(10)로 구성된다.

상기 인쇄 회로 기판(60)은 광을 발광하는 다이오드의 종류와 제조 방법에 따라 전극(70)의 도전 상태로 만들어 주는 방법과 그 형상은 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 상기 발광 다이오드 칩(30)은 도전성을 띄는 Ag-페이스트 접착제(40)로 인쇄 회로 기판(60)상에 접작 고정되며, 이는 전극(70)과 와이어(50)를 이용하여 전기적으로 연결되며, 전기적 연결방법은 다양하게 공지되어 있다.

또한, 몰딩 성형부(10)내에는 발광 다이오드 칩(30)에서 발광된 광에 의해 여기 발광되어 청색으로부터 적색 파장까지의 가시광선으로 광을 변환시키도록, 형광 안료(20)가 균일하게 분포되어 있다.

상기 형광 안료(20)는 발광 다이오드 칩(30)에서 방출된 광에 반응하여 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 Y₂O₂S:Eu와, 녹색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 ZnS:Cu,Au,Al 및, 청색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu가 소정 비율로 혼합된 것이다.

상기와 같은 구조를 가진 백색 칩 LED를 제조하는 방법은 하기에서 설명될 것이다.

인쇄 회로 기판(60)에 형성된 전극(70)상에 발광 다이오드 칩들(30)을 접착제(40)를 사용하여 일정 위치에 실장한 다음, 접착제(40)가 경화되도록 특성에 맞는 온도 조건하에서, 예를 들어 100 내지 150℃의 온도로 30분 내지 1시간 정도 방치한다.

이 후, 발광 다이오드 칩들(30)과 전극(70)을 하나 또는 두개의 와이어(50)를 이용하여 서로 연결해 준다.

이 때, 인쇄 회로 기판(60)에 형성되어 있는 전극 패턴에 따라 1회에 생산 할 수 있는 LED의 개수가 결정된다는 것은 잘 알려져 있다.

한편, 발광 다이오드 칩(30)이 실장된 인쇄 회로 기판(60)은 여러 개의 인쇄 회로 기판(트랜스퍼 몰드 금형의 형태에 따라 그 수가 달라진다)에 알맞는 금형이 설치된 트랜스퍼 몰딩 프레스위에 배열되어 트랜스퍼 몰드 공정을 거치게 된다.

이 때, 트랜스퍼 몰드 공정에 사용되는 태블릿은, 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 특수하게 처리된 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(P0₄)₆Cl₂:EU, Zns:Cu,Au,Al, Y₂O₂S:EU의 3종의 형광 안료 분말을, 원하고자 하는 품질의 백색광 수준에 따라, 일정한 비율로 혼합하여 소정 압력하에 압축시킨 것이다.

바람직하게, 형광 안료(20)는 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 대해, 중량당 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 Y₂O₂S:EU를 40-90wt%, 녹색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 Zns:Cu,Au,Al을 5-30wt%, 청색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료(Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(P0₄)₆Cl₂:EU를 5-30wt%의 비율로 혼합한다.

그리고, 혼합 분말은 형광 안료가 고압에 의해 색변화가 발생되지 않는 50-300㎏/㎠ 사이의 압력으로 가압되어 태블릿으로 형성되고, 태블릿으로 제작되는 투명 몰딩용 분말 에폭시 수지는 일반적으로 150℃이상의 온도에서 15분 이내에 경화 될 수 있다

이 때, 형광 안료와 분말 에폭시 수지를 분말 상태에서 혼합하여 태블릿 형상으로 제작하는 이유는, 대략 생산 작업에 편리하고 최종 제품에 기포가 생기는 등의 문제점을 제거하기 위한 것이다.

상기 과정을 통해 제작된 태블릿을 사용하여, 인쇄 회로 기판은 130 내지 180℃의 온도에서 0.5 내지 2ton/㎠의 압력으로 200 내지 600초동안 트랜스퍼 몰드 된다.

트랜스퍼 몰드 성형 후 다이싱 공정등을 통해, 인쇄 회로 기판(60) 자체를 도금된 패턴에 따라 개별 칩 LED 제품으로 절단한다.

이 때, 다이싱 공정 중에 발생기는 수분을 제거하고 성형된 몰드의 상태를 안정화 시켜주기 위해, 개별 칩 LED는 100내지 250℃의 온도로 1시간정도 방치해 주기도 한다.

그리고, 단시간에 경화된 칩 LED는 각각 알맞은 수준의 백색 종류와 그 발광하는 광도의 값에 따라 일정하게 분류 및 테스트하여 표면 실장에 편리하도록 자동화 설비를 통해 릴(real)에 감아서 출하하게 된다.

이와 같은 제조 방법으로 제조된 백색 칩 LED에 있어서, 발광 다이오드 칩(30)에서 방사된 광의 일부는 투명 에폭시 몰딩 성형부(10)내에 균일하게 분포된 형광 안료(20)에 흡수되어 녹색 또는 적색 또는 청색광으로 변환된다.

그리고, 변환된 광은 에폭시 몰딩 성형부(10)로부터 방사되어 변환되지 않은 광의 일부와 결합하여 백색광을 형성한다.

즉, 광을 흡수한 형광 안료(20)는 청색에서 적색까지 비교적 넓은 파장 범위의 광을 발광하고, 형광 안료(20)에 의해 완전히 흡수되지 않고 발광되는 일부의 광과 형광 안료에서 발광되는 청색에서 적색의 광이 합쳐져서 백색이 발광된다.

이 때, 발광되는 칩 LED의 백색은 소비자에 의해 요구되는 목표 백색의 CIE(Commission International de l´Eclargae, 국제조명위원회)에 색도 좌표에서 정의된 백색점, 예를 들면 그 좌표가 x=0.3127, y=0.3291인 백색에 대하여 그 색도 편차가 0.05이하를 나타낸다.

따라서, 형광 안료를 따로 액상 상태의 에폭시 수지에 혼합하여 일일이 발광 다이오드 칩 위에 포팅하는 등의 번거로운 작업이 생략될 뿐만 아니라, 일반적인 파장(430, 450, 470, 590, 600, 620, 635, 660㎚등)의 광을 발광하는 칩 LED를 제조하는 기존 공정에서 크게 벗어나지 않고도 백색을 발광하는 칩 LED를 제조할 수 있다.

또한, 한번의 트랜스퍼 몰드 성형 작업으로 동일한 조성의 형광 안료를 가지는 칩 LED 제품을 대량으로 제조할 수 있으며, 형광 안료가 몰딩 성형부내에 균일하게 분포되므로 개별 칩 LED의 휘도가 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 백색 칩 LED는 분말 상태의 에폭시와 형광 안료를 이용하여 청색, 적색등의 단색 LED를 제조하는 트랜스퍼 몰드 공정을 통해 제작하므로, 작업공수가 감소되며, 그 두께를 박형화할 수 있다.

또한, 분말 상태로 에폭시와 형광 안료가 균일하게 혼합하여 몰딩 공정을 거치기 때문에 개별 칩 LED 뿐만 아니라, 1회 제품 생산품에서 생산되는 칩 LED들마다 그 백색이 균일하게 발광되므로 제품 공급 수율 및, 발광 휘도가 향상된다.

또, 에폭시 자체가 단시간에 경화될 수 있으므로 형광 안료가 하중에 의해 밑으로 가라 않지 않으므로 백색 칩 LED 발광 휘도가 향상된다.

그리고, 고체 상태의 에폭시 수지를 사용하기 때문에 액상의 에폭시 수지와 달리 에폭시 수용기, 돌출턱과 같은 가이드 등을 설치할 필요가 없으므로 그 공정 이 단순화된다.

Claims (4)

1. 전극을 가진 인쇄 회로 기판과, 발광 파장이 350㎚에서 450㎚까지인 광을 발광하도록 상기 인쇄 회로 기판상에 실장되는 발광 다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩 성형부를 갖는 칩 LED에 있어서,

   상기 몰딩 성형부가, 분말 에폭시 수지와 적색 여기 발광 특성을 갖는 형광 안료 Y₂O₂S:Eu, 녹색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 ZnS:Cu,Au,Al 및 청색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu를 혼합한 혼합 분말을 사용하여 상기 발과 다이오드 칩이 탑재된 인쇄 회로 기판을 트랜스퍼 몰딩하여 형성된 것을 특징으로 하는 백색 칩 LED.
2. 제 1 항에 있어서,

   백색 칩 LED에서 발광된 백색광은 목표 백색이 CIE 색도 좌표상에서 가지는 색도에 대하여 그 편차가 0.05이내인 것을 특징으로 하는 백색 칩 LED.
3. 인쇄 회로 기판이나 전극상에 발광 파장이 350㎚ 내지 450㎚인 발광 다이오드 칩을 도전성 또는 비도전성의 접착제로 접착 고정하여 와이어 본딩 한 후, 투명 에폭시로 몰딩하는 표면 실장형 발광 다이오드 제조 방법에 있어서,

   투명 몰딩용 분말 에폭시 수지에 대하여, 적색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 Y₂O₂S:Eu를 40~90wt％, 녹색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 ZnS:Cu,Au,Al을 5~30wt％, 청색 여기 발광 특성을 가지는 형광 안료 (Sr, Ca, Ba, Mg)₁₀(PO₄)₆C₁₂:Eu를 5~30wt％의 비율로 혼합하여 혼합 분말을 형성하는 단계와;

   상기 혼합 분말을 사용하여 상기 발광 다이오드 칩이 탑재된 인쇄 회로 기판을 트랜스퍼 몰드하는 단계와;

   절단 수단을 사용하여 트랜스퍼 몰드된 기판을 절단하여 개별 백색 칩 LED로 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 칩 LED 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 혼합 분말을 50-300㎏/㎠ 사이의 압력으로 압축하는 단계를 더 포함하는 백색 칩 LED 제조 방법.

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