KR100575216B1 - 발광소자용 패캐지 베이스 - Google Patents

Abstract

반사공과 와이어 본딩 회로를 구비한 인쇄회로기판과 금속 방열판을 장착한 리드프레임으로 이루어지는 발광 다이오드용 패캐지 베이스가 개시된다. 그러한 패캐지 베이스는 두 단자부를 가지고 한 단자부에 패캐지 몸체 내에 포함될 수 있는 패드부가 구성되며, 상기 패드부에는 홀이 형성되는 리드프레임과, 상기 리드프레임의 상부에 부착하여 상기 리드프레임의 패드부에 위치하는 반사공을 구비한 프라스틱 인쇄회로기판과, 상기 리드프레임과 상기 인쇄회로판을 부착할 수 있는 전기 전도성 접착제와, 그 상면에 돌기가 돌출되며, 이 돌기가 상기 리드 프레임의 홀에 삽입되어 고정됨으로써 상기 리드프레임 하부에 부착가능한 별도의 방열판과, 그리고 에폭시 몰딩 수지로 성형함으로써 상기 리드 프레임과, 인쇄회로기판과, 방열판의 결합을 보호하는 몸체를 포함한다.

발광, 다이오드, 리드 프레임, 방열, 기판

Description

발광소자용 패캐지 베이스{PACKAGE BASE OF LED}

도1 은 종래 기술의 일예로서 측벽을 도금한 반사공을 가지는 프라스틱 인쇄회로기판을 적용한 패캐지 단면도이다.

도2 는 종래 기술의 다른예로서 리드 프레임에 별도의 방열판을 부착하고 사출 성형으로 패캐지 몸체를 형성하면서 반사벽을 형성한 패캐지 단면도이다.

도3 은 종래 기술의 또 다른예로서 방열판에 반사공을 직접 형성하고 사출 성형한 구조물에 삽입한 형태의 패캐지 단면도이다.

도4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패캐지 베이스의 단면도이다.

도5 는 본 발명의 실시예로서 반사공을 형성한 프라스틱 인쇄회로기판의 사시도이다.

도6a 및 도6b 는 개별 절단한 반사공이 있는 인쇄회로기판의 전면 사시도이다.

도7 은 본 발명의 실시예로서 리드프레임의 사시도이다.

도8 은 본 발명의 실시예로서 방열판의 사시도이다.

도9a 및 도9b 는 리드 프레임에 방열판을 부착하는 과정을 예시한 도면이다.

도10 은 반사공이 있는 인쇄회로기판을 리드프레임에 부착한 사시도이다.

도11a 및 11b 는 에폭시 몰딩 수지로 패캐지 베이스 모체를 성형했을때의 상 하면의 사시도이다.

본 발명은 발광 소자용 패캐지 베이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리드프레임에 반사공을 구비한 인쇄회로기판과 금속 방열판을 장착한 발광소자용 패캐지 베이스에 관한 것이다.

종래의 발광 다이오드의 패캐지는 발산 광의 집광 및 반사효율을 높이기 위해 발광 다이오드 칩을 그 중심에 둘 수 있는 반사공과 발광다이오드에서 발생하는 열을 효과적으로 방사하기 위한 방열판을 구비하고 있다.

상기 반사공은 발광다이오드 패캐지의 베이스가 되는 인쇄회로기판 상에 직접 홈을 내어 형성하거나 별도의 프라스틱 인쇄회로 기판에 반사공을 관통하여 발광다이오드가 실장되는 본 인쇄회로기판상에 부착하기도 한다. 또한, 열가소성 사출수지로 리드프레임에 사출 성형하여 사출수지로 형성하기도 한다.

그리고, 상기 방열판은 리드프레임의 칩 안착부 자체를 이용하거나 별개의 금속을 상기 칩 안착부에 부착하거나, 혹은 상기 칩 안착부를 대신하여 리드프레임에 패캐지 몸체로서 사출 성형한 구조물에 삽입하는 방식으로 발광 다이오드 패캐지에 적용된다.

이러한 종래의 발광 다이오드 패캐지를 도1 내지 도3 에 의하여 상세하게 설명한다.

도1 에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드(1)를 이미 조립한 인쇄회로기판(2) 위에 반사공(4)이 형성된 별도의 인쇄회로기판(3)을 부착하고, 이 반사공(4)의 내측에 광반사 효율이 좋은 은도금을 하였다.

이러한 구조의 프라스틱 인쇄회로기판(3)은 경사면을 가지는 반사공(4)의 형성과 반사공(4)의 내측에 금속 도금면(5) 형성이 용이하고 다른 인쇄회로기판과 절연을 유지하여 부착하는 것이 용이하다.

하지만, 프라스틱 인쇄회로기판에 별도의 방열판을 부착하는 것은 매우 어려운 문제로서 방열판이 부착되지 않아 열이 많이 발생하는 고전류 인가 제품에 적용은 어렵다.

도2 는 리드프레임(6)을 이용 별도의 방열판(7)을 용이하게 부착한 경우이다. 하지만, 도1과 같이 반사공(4)이 있는 프라스틱 인쇄회로기판(3)을 부착하기 어렵기 때문에 광반사 효과가 떨어지지만 사출수지를 성형하여 반사판(10)을 형성하였다.

도3 은 방열판과 반사공을 일체로 구비한 예로서 칩 안착부가 없는 리드프레임(9)에 사출수지로 패키지 몸체(8)를 성형하고 중앙에 방열판(13)을 끼워 넣을 수 있는 공간을 형성하고 반사공(4)이 일체로 구비된 방열판(13)을 그 곳에 삽입한 형태이다.

이러한 구조는 방열판(13)에 은도금된 반사공(4)을 갖추고 있지만, 사출성형한 패캐지 몸체(8)에 끼워 넣어지는 형태로 패캐지의 기밀성은 그만큼 취약하다. 그리고, 도2 및 도3 에 사용된 몰딩 수지는 사출성형을 위한 열가소성 수지로서 리드프레임(6,9) 상의 본딩부(11)나 노출부에 사출수지의 번짐이나 오염이 없도록 성형이 용이한 점이 있으나 금속면과의 접착력이 약하고 고열에 변형이 쉬워 기밀성의 유지가 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서 본 발명의 목적은 고출력 발광 다이오드용 고신뢰성 패캐지 달성을 위한 방열판과 프라스틱 인쇄회로기판에 은도금된 반사공을 동시에 갖는 리드 프레임을 이용한 패캐지 베이스를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 두 단자부를 가지고 한 단자부에 패캐지 몸체 내에 포함될 수 있는 가능한 최대 크기의 패드부가 구성되며 상기 패드부는 돌기가 형성된 별도의 방열판을 끼워고정할 수 있는 홀을 구비한 리드프레임과, 상기 리드프레임의 상부에 부착하여 상기 리드프레임의 패드부에 위치하며, 중심을 관통하여 하부로 향할수록 반경이 축소되는 경사벽을 이루는 반사공, 상기 반사공의 상하부 가장자리에 동박 테두리가 있고, 상기 상하부 테두리를 잇는 상기 반사공의 내벽의 금속 도금면과, 발광다이오드 칩과 와이어 결선을 위해 상기 반사공 주변에서 상기 반사공을 향하도록 배치되는 와이어 본딩 패드부와, 리드프레임과 부착하기 위해 상기 와이어 본딩 패드부와 연결하여 하부면에 형성한 솔더링 패드부로 이루어지는 프라스틱 인쇄회로기판과, 상기 리드프레임과 인 상기 인쇄회로판을 부착하는 솔더 크림 또는 전도성 접착제와, 상기 리드프레임 하부에 부착하는 별도의 방열판과, 그리고 상기 각 구성요소의 결합을 보호하고 패캐지 몸체로 성형되는 에폭시 몰딩 수지를 포함하는 패캐지 베이스를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자용 패키지 베이스의 구조를 상세하게 설명한다.

도4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 패키지베이스(100)는 내부 벽면(112)에 금속 도금이 된 반사공(111)과, 상기 반사공(111)의 주변에 형성되어 발광 다이오드(1)와 와이어(12) 결선을 이룰 수 있는 본딩 패드부(113)와 리드프레임(120)에 전기적 물리적 접속을 이루기 위한 단자(114)로 이루어지는 전기회로를 구비한 프라스틱 인쇄회로기판(110)과, 상기 리드프레임(120)에 고정될 수 있는 돌기(131)를 구비하고 상기 발광다이오드(1)에 대해 방열 기능을 증대하도록 한 방열판(130)과, 패캐지의 외부 단자를 이루는 외부단자부(121)와 상기 인쇄회로기판(110)을 상부에 상기 방열판(130)을 하부에 부착할 수 있는 내부단자부(122)로 구성되는 리드프레임(120)과, 상기 반사공(111)이 있는 인쇄회로기판(110)과 리드프레임(120)을 접속하기 위해 개재되는 전도성 접착제 또는 용접재(150)와, 그리고 상기 인쇄회로기판(110)의 상부면과 반사공 내부, 상기 리드프레임(120)의 외부단자부(121), 상기 방열판의 하부면(132)을 노출하도록 몰딩한 에폭시 수지로 된 몸체(140)를 포함한다

상기 인쇄회로기판(110)은 도5 에 도시된 바와 같은 단위구조가 복수배열 된 프라스틱 인쇄회로기판으로부터 얻어질 수 있다.

즉, 이와 같은 프라스틱 인쇄회로기판에는 한 개의 반사공(111)과 상기 반사공(111)을 중심으로 주변에 2개 이상의 관통홀(115)이 형성된다. 그리고, 상기 각 홀의 상하는 동박에 의한 테두리(116a,116b,117a,117b)가 소정 폭을 이루고, 상기 테두리간을 이어 홀의 내벽(112)을 이루는 도금층이 형성된다. 또한, 상기 관통홀(115)의 상부 테두리(117a)에서 상기 반사공(111)을 향하는 와이어 본딩 패드부(113)와, 그리고 하부 테두리(117b)는 리드프레임(120)과 접착하기 위한 솔더 패드부(114)로 형성된다.

상기 반사공(111)은 상부에서 하부방향으로 직경이 줄어들어 내벽(112)이 경사면을 이루고, 상기 관통홀(115)은 동일 직경에 의한 수직 내벽을 이루며, 두개의 반사공(111) 사이에 공유되는 것이 바람직하다.

이러한 형상을 갖는 인쇄회로기판(110)을 관통홀(115) 간의 중심을 잇는 기준선으로 사방 절단하여 도6a 및 도6b와 같에 도시된 한 개의 반사공이 있는 인쇄회로기판(110)의 단위체(110)로 개별 분리한다.

한편, 상기 리드 프레임(120)은 도7 에 도시된 바와 같이, 최소한 발광 다이오드(1)의 양극과 음극에 대응하는 두개의 단자부(122,123)로 구성된다.

여기서, 상기 리드프레임(120)의 한 단자부에 패캐지 내부에 포함될 수 있는 최대한 면적으로 하는 패드부(122)를 두어 방열성을 높인다. 그리고, 이 패드부(122)의 상부에는 반사공(111)이 있는 상기 개별 인쇄회로판(110)을 부착하고, 그 하부에는 별도의 방열판(130)을 용이하게 구비한다.

이때, 상기 패드부(122)는 중심부에 발광 다이오드(1)를 안착할 수 있는 면적 이상으로 천공하여 발광 다이오드(1)를 직접 부착할 수 있는 방열판(130)을 고정할 수 있게 하거나, 혹은 외곽부에 작은 홀을 두개 이상 천공하여 또 다른 형태로 방열판(130)을 부착 고정 할 수 있다.

그리고, 상기 패드부(122)상에 형성되는 홀(124)의 위치는 상기 인쇄회로기판(110)을 부착하는 경우 밀착을 방해하지 않는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 방열판(130)은 도8 에 도시한 바와 같이, 그 상면에 일정 높이로 돌출되는 돌기(131)가 형성되며, 이 돌기(131)가 상기 패드부(122)에 형성된 홀(124)에 삽입된다.

그리고, 도9a 및 도9b 에 도시된 바와 같이, 상기 방열판(130)을 상기 리드프레임(120)의 하부에 정렬하여 상기 패드부(122)의 홀(124)에 상기 돌기(131)를 삽입하고 상부에서 충격을 주어 돌기(131)의 외경을 홀(124)보다 크게 변형시킴으로서 리드프레임(120)에 고정한다. 즉, 리벳팅 혹은 코킹에 의하여 돌기(131)를 변형하여 리드프레임(120)에 고정할 수 있다.

이때, 상기 방열판(130)이 리드프레임(120)에 고정된 후 리드프레임(120)의 두 단자부(122,123)가 전기적으로 단락되지 않게 상기 패드부(122)의 상대 단자에 대해 적절한 도피부(133)를 형성하게 준비한다.

그리고, 도10 에 도시된 바와 같이, 상기 리드프레임(120)의 상부면에 상기 개별 인쇄회로기판(110)을 적절하게 정열한다.

즉, 절단된 상기 관통홀(115) 중 하나가 패드부(122)가 없는 리드프레임(120)의 단자(123)에 접착되고, 나머지 절단된 관통홀(115)이 패드부(122)에 접착되도록 전도성 접착제 또는 용접재(150)를 개재하여 부착한다.

이때, 상기 반사공(111)의 하부 가장자리 금속층(116b)과 상기 패드부(122)의 상부가 밀착을 유지하도록 한다.

상기한 바와 같이 방열판(130) 및 인쇄회로기판(110)을 리드 프레임(120)에 부착한 후, 그 외부를 에폭시몰딩 수지로 몰딩함으로써 몸체(140)를 형성한다.

즉, 도 11a 및 도 11b 에 도시된 바와 같이 반사공(111)과 그에 포함되는 리 드프레임(120)의 패드부(122)와, 반사공(111)의 주변에 형성된 와이어 본딩 패드부(113;도5a)와, 리드 프레임(120)의 두 외부 단자부(121), 그리고 방열판의 하부면(132)을 노출한 상태로 에폭시몰딩 수지로 몰딩함으로써 몸체(140)를 형성한다.

따라서, 이러한 에폭시 몰딩 수지로 된 몸체(140)에 의하여 패키지 베이스(100)의 기밀성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시예로서 방열판을 부착하기 위한 리드프레임의 패드부가 어느 단자에도 연결되지 않고 독립되게 리드프레임을 변형하여 적용할 수 있다.

또한, 다른 실시 예로써 별도의 방열판을 제거하고 반사공이 있는 인쇄회로판만을 장착하여 리드프레임 패드부의 배면을 노출하는 형태로 몰딩함으로써 리드프레임의 직접 방열 구조의 리드레스 패캐지가 가능하다. 이를 위해 전술한 리드프레임과 달리 외부단자부가 생략되고 리이드프레임 배면의 가장자리를 반식각 면을 이루도록 하여 몰딩 수지와 접착면을 증대시키고 패드부에 어떤 천공도 없이 칩이 직접 안착될 수 있게 한다.

한편, 종래 기술에서 반사공을 갖춘 프라스틱 인쇄회로기판은 제한적으로 동질의 인쇄회로 기판에 부착하였고, 금속방열판은 제한적으로 인쇄회로기판이 아닌 리드프레임을 이용한 패캐지에 적용되었다.

또한, 종래의 리드프레임을 이용한 고출력 발광 다이오드 패캐지는 사출성형에 의한 반사벽과 패캐지 몸체를 동시에 형성하는 선-성형 패캐지이다.

여기서 사출성형수지는 본딩부를 포함한 패캐지의 주요 노출부에 대한 몰드 후레쉬에 의한 오염을 막기 용이한 장점이 있지만 금속에 접착력이 떨어지고 열변형이 되기 때문에 무연 솔더링 온도를 완전히 극복할 수 있는 열적 안정성과 흡습 신뢰성을 가진 친 환경 패캐지의 달성이 어렵다.

반면에, 본 발명에서는 리드프레임을 적용하지만 반사공을 형성한 프라스틱 인쇄회로기판을 전도성 접착제 또는 솔더 크림 등으로 리드프레임에 부착하여 발광 다이오드의 광 효율을 높인다.

또한, 별도의 방열판을 물리적으로 리드프레임에 부착함으로 리드프레임의 최대화된 패드부와 함께 발광 다이오드에 대해 이중의 방열 효과를 동시에 가진다.

또한, 트랜스퍼 몰딩 공법을 적용하여 열경화성의 에폭시 몰딩 수지로 패캐지 몸체를 성형함으로써 열적 안정 및 흡습에 대한 신뢰성을 높인다.

그리고, 트랜스퍼 몰딩시 에폭시 수지의 몰딩 후레쉬에 의한 본딩부 및 반사공내의 오염은 방열판 하부면과 인쇄회로기판 상부면을 금형으로 압착할 수 있는 구조에 의해 방지된다. 특히, 리드프레임 상부에 부착된 인쇄회로기판의 반사공은 상하면의 가장자리에 형성된 금속 테두리에 의해 트랜스퍼 몰딩시 금형과의 압착을 유지하여 몰드 후레쉬의 반사공 내부 오염을 막는다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 패캐지 베이스는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 프라스틱 인쇄회로판을 이용하여 다양한 각도를 갖는 반사공의 가공이 가능하며, 또한, 내측의 금속도금 특히 은도금이 용이하므로 발광 다이오드의 발산광에 대한 집광 및 반사효율을 높인다.

특히, 상기 인쇄회로판을 이용한 효율적인 반사공을 리드프레임에 부착하는 방법으로 종래의 내벽도금이 불가한 사출 성형물로 반사공을 형성한 패캐지에 비해 광 효율성을 높인다.

둘째, 인쇄회로기판 보다 방열효과가 탁월한 리드프레임에다 별도의 방열판을 추가적으로 부가함으로서 고출력 발광 다이오드 제품에 보다 안정적인 패캐지를 공급한다.

셋째, 선성형 몰딩 수지로서 에폭시 몰딩 컴파운드를 사용하더라도 본딩부위를 포함한 주요 노출부위가 금형에 압착되어 몰딩 후레쉬에 의한 오염이 방지되는 구조이므로 접착력과 열적 안정성이 취약한 사출성형 패캐지에 비해 열변형이 없고 흡습에 대한 신뢰성이 뛰어난 제품을 달성한다.

넷째, 본 발명은 열경화성 에폭시 몰딩 수지를 이용한 패캐지 베이스로서 탁월한 기밀성을 바탕으로 별도의 렌즈를 덮개로 봉합하는 에어캐비티 형 발광다이오드 패캐지를 구현이 가능하고, 종래 칩에 코팅제를 도포 또는 충진하여 칩을 보호하는 패캐지에 비해 광 투과율을 개선함은 물론 프라스틱 패캐지로서 에어캐비티 구조를 달성함으로써 유리 렌즈를 부착한 세라믹 패캐지 및 메탈 캔 패캐지 대비 원가절감의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 두 단자부를 가지고 한 단자부에 패캐지 몸체 내에 포함될 수 있는 패드부가 구성되는 리드프레임과;

   상기 리드프레임의 상부에 부착하여 상기 리드프레임의 패드부에 위치하며, 중심을 관통하여 하부로 향할수록 반경이 축소되는 경사벽을 이루는 반사공, 상기 반사공의 상하부 가장자리에 동박 테두리가 있고, 상기 상하부 테두리를 잇는 상기 반사공의 내벽의 금속 도금면과, 발광다이오드 칩과 와이어 결선을 위해 상기 반사공 주변에서 상기 반사공을 향하도록 배치되는 와이어 본딩 패드부와, 리드프레임과 부착하기 위해 상기 와이어 본딩 패드부와 연결하여 하부면에 형성한 솔더링 패드부로 이루어지는 프라스틱 인쇄회로기판과;

   상면에 돌기가 돌출되며, 이 돌기가 상기 리드 프레임의 홀에 삽입되어 고정됨으로써 상기 리드프레임 하부에 부착가능한 별도의 방열판과; 그리고

   에폭시 몰딩 수지로 성형함으로써 상기 리드 프레임과, 인쇄회로기판과, 방열판의 결합을 보호하는 몸체를 포함하는 패캐지 베이스.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 방열판은 리드프레임 패드부의 홀에 삽입되어 상부에 서 물리적 충격으로 상기 리드프레임 의 하부에 고정 부착될 수 있는 돌기와, 상기 리드프레임의 패드부를 구비하지 않은 단자와는 절연되게 도피된 도피부를 포함하는 것의 패캐지 베이스.
4. 제1 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 솔더 크림 또는 전도성 재료에 의하여 상기 리드프레임에 부착되는 패캐지 베이스.

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