KR100613064B1 - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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KR100613064B1
KR100613064B1 KR1020040036542A KR20040036542A KR100613064B1 KR 100613064 B1 KR100613064 B1 KR 100613064B1 KR 1020040036542 A KR1020040036542 A KR 1020040036542A KR 20040036542 A KR20040036542 A KR 20040036542A KR 100613064 B1 KR100613064 B1 KR 100613064B1
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 실장된 반사체의 구조 및 재질을 개선하여 LED 칩의 발광시 발생되는 열을 신속하게 방열하는 발광 다이오드 패키지의 반사체에 관한 것으로서, LED 칩이 실장된 본체부의 상측에 설치된 반사체의 일측에 LED 칩의 발광시 발생된 열을 발산하기 위한 방열날개를 형성하고, 상기 반사체의 재질을 고열전도성 재질로 변경함으로써, 상기 LED 칩의 열을 신속하게 외부로 방열할 수 있어 상기 LED 칩의 수명이 향상되고, 주변 회로가 고열에 의해 받는 열적 손상을 방지하며, 안전성이 향상을 이룰 수 있는 발광 다이오드 패키지의 반사체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체는 LED 칩이 실장된 발광 다이오드 패키지에 장착되어 LED 칩에서 발산된 빛을 반사하는 발광 다이오드 패키지의 반사체에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지의 일측으로 돌출된 방열날개를 포함한다.
발광 다이오드, LED, 힛싱크, 열전도도, 반사체, 방열날개, 하우징

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT-EMITTING DIODE PACKAGE}
도 1a와 도 1b는 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지가 도시된 사시도와 단면도.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 반사체가 적용된 발광 다이오드 패키지의 사시도와 평면도.
도 4는 도 3의 A-A선도.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체가 분해 도시된 사시도.
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체가 도시된 사시도와 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 발광 다이오드 패키지 10 : 본체부
11 : 힛싱크 12 : 리드 프레임
13 : 고정홀 15 : LED 칩
16 : 와이어 20 : 제1하우징
23 : 안내돌기 24 : 요홈부
30 : 반사체 31 : 경사면
34 : 돌부 35 : 방열날개
37 : 인식홀 40 : 제2하우징
50 : 몰드 성형부
본 발명은 발광 다이오드 패키지의 반사체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드 패키지에 실장된 반사체의 구조 및 재질을 개선하여 LED 칩의 발광시 발생되는 열을 신속하게 방열하는 발광 다이오드 패키지의 반사체에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드 칩은 전기 에너지를 광반사(optical radiation)로 변환하는 반도체 소자로서, 이를 이용하여 문자, 숫자 또는 도형을 표시하는 표시장치에 사용된다. 상기 발광 다이오드 표시장치는 제조공정에 따라 주형구조의 발광 다이오드 표시장치와, 중공구조의 발광 다이오드 표시장치로 대별되고, 그 형태에 따라 램프형 발광 다이오드 표시장치 또는 칩형 발광 다이오드 표시장치로 구분된다. 또한, 상기 발광 다이오드 표시장치는 사용되는 용도 또는 환경에 따라 실내용과 옥외용의 특성에 맞게 사용된다.
전술된 칩형 발광 다이오드는, 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판 또는 전극이 형성된 하부 하우징(111)에는 양극 또는 음극 리드 프레임(112. 113)이 설치된다. 또한, 상기 리드 프레임 중 어느 한 쪽의 전극에는 LED 칩(115)의 한 전극이 실장되고, 상기 LED 칩(115)의 다른 한 전극은 와이어(116)를 통해 다른 한 쪽의 리드 프레임과 연결된다.
또한, 상기 발광 다이오드 패키지(110)는 상기 하부 하우징(111)의 상측에 상부 하우징(114)이 배설된 후, 가열 압착에 의해 상기 하부 하우징(111)과 일체화 된다. 여기서, 상기 상부 하우징(114)은 내부가 관통되고 그 관통면이 하방으로 경사지며, 관통면으로 조사된 LED 칩(115)의 광을 반사하는 반사체 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 상부 하우징(114)의 내부에는 상기 LED 칩(115)에서 발산된 빛을 효과적으로 반사하기 위한 광반사물질이 도포된다.
또한, 상기 상부 하우징(114)의 내부에는 상기 LED 칩(115) 및 와이어(116)를 보호하기 위한 몰드 성형부(118)가 형성된다. 더불어, 상기 상부 하우징(114)의 상측에는 광의 굴절률을 제어하여 광의 발광효율을 향상하기 위해 볼록 형상의 발광렌즈가 더 부착되기도 한다.
전술된 발광 다이오드 패키지(110)는 상기 LED 칩(115)의 발광시 입력전류에 비례하여 빛의 세기가 증가하므로, 상기 LED 칩(115)으로 높은 전류를 인가함으로써 고출력 발광을 실현할 수 있다. 이와 같이 입력 전류에 따라 빛을 발산하는 LED 칩(115)은 빛의 발산시 열이 발생되고 있으며, 고출력 발광일수록 많은 열이 발생한다.
그러나, 종래의 발광 다이오드 패키지(110)는 상기 LED 칩(115)에서 발생된 열이 상기 하부 또는 상부 하우징(111, 114)과 몰드 성형부(118)를 통해 발산되도록 하고 있으나, 상기 상부 하우징(114)의 경우 외부와 노출된 부분이 적어 충분한 방열이 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 또한, 상기 LED 칩(115)을 둘러싸는 하부 및 상부 하우징(111, 114)의 재질이 저열전도성 재질인 일반 플라스틱 재질 또는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), LCP(Liquid Crystalline Polymer), PA(Polyamide), IPS(Polyphenylene Sulfide), TPE(Thermoplastic Elastomer) 등으로 이루어져 방열효율이 좋지 않았다. 이로 인해 상기 LED 칩(115)의 방열 효율이 현저히 저하되어 사용 수명이 단축되고, 주변회로에 열적 손상을 입히며 심지어는 화재의 위험이 있는 문제가 있다.
또한, 상기 상부 하우징(114)에 (도시되지 않은) 발광렌즈를 결합하면서 실리콘 또는 에폭시를 포함하는 몰드 성형부(118)가 채워지는 바, 그 작업이 제조공법이 어렵고, 상기 몰드 성형부(118)의 양생을 위한 시간이 소요되므로 제조시간의 증가로 인해 수율이 저하된다. 또한, 상기 몰드 성형부(118)는 실리콘 또는 에폭시의 양생시 기포가 발생되어 발광 다이오드 패키지(110)의 품질을 저하시키는 문제가 있다.
최근에는 상기 하부 하우징(111)의 하측에 힛싱크를 삽입하고, 상기 힛싱크를 기판 또는 방열체에 접촉하도록 하여 상기 LED 칩(115)에서 발생하는 열을 방열하는 고출력용 발광 다이오드 패키지가 개발되었다. 그러나, 전술된 고출력용 발광 다이오드 패키지는 상기 LED 칩의 발광시 발생된 열이 상기 힛싱크만을 통해 방열되는 구조로서 충분한 방열이 이루어지지 않으며 방열효율을 증가시키는데 한계가 있다. 더욱이, 종래의 발광 다이오드 패키지는 상기 LED 칩의 발광시 발생된 열에 직접적으로 열이 전해지는 반사체 역할을 하는 상부 하우징(14)이 필요이상 과열되어 그 형태가 변형되고, 제품의 품질 및 신뢰성이 저하되는 요인이 된다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LED 칩이 실장된 본체부의 상측에 설치된 반사체의 일측에 LED 칩의 발광시 발생된 열을 발산하기 위한 방열날개를 형성하고, 상기 반사체의 재질을 고열전도성 재질로 변경함으로써, 상기 LED 칩의 열을 신속하게 외부로 방열할 수 있어 상기 LED 칩의 수명이 향상되고, 주변 회로가 고열에 의해 받는 열적 손상을 방지하며, 안전성이 향상을 이룰 수 있는 발광 다이오드 패키지의 반사체를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체는 LED 칩이 실장된 발광 다이오드 패키지에 장착되어 LED 칩에서 발산된 빛을 반사하는 발광 다이오드 패키지의 반사체에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지의 일측으로 돌출된 방열날개를 포함한다.
여기서, 상기 방열날개는 상기 반사체의 외주면에서 원주형으로 돌출 형성될 수 있다. 또한, 상기 하우징은 상기 리드 프레임 또는 인쇄회로기판을 상기 본체부에 고정시키는 제1하우징과, 상기 제1하우징과 상기 반사체를 봉지하는 제2하우징을 포함하고, 상기 제1하우징에는 복수의 요홈부가 형성되고, 상가 반사판의 하측에는 상기 복수의 홈부에 끼워지는 복수의 돌부가 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서 상기 반사체는 고열전도성 플라스틱 또는 금속으로 제작되거나, 고반사성 금속인 은 또는 금 도금층이 형성될 수 있다. 나아가, 상기 방열날개의 일측에 형성되어 LED 칩의 극성을 나타내는 표식부를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 반사체가 적용된 발광 다이오드 패키지의 사시도와 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A선도이며, 도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체가 분해 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 반사체(30)는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, LED 칩(15)이 실장된 발광 다이오드 패키지(1)에 장착되어 상기 LED 칩(15)에서 발산된 빛을 반사하여 반사효율을 증가시키기 위해 사용된다.
본 발명의 따른 반사체(30)가 장착된 발광 다이오드 패키지(1)는 구리합금과 같은 열전달율이 높은 재질을 포함하여 쌍으로 이루어진 힛싱크(11)를 포함하는 본체부(10)가 제1하우징(20)에 하부에서 삽입 고정된다. 여기서, 상기 힛싱크(11)의 상부면(11a)은 발광을 위한 LED 칩(15)이 실장되어 와이어(16)를 통해 전기적으로 연결되고, 상기 힛싱크(11)의 하부면(11b)은 실장될 (도시되지 않은) 기판 또는 방열체와 연결된다. 이를 위해 상기 힛싱크(11)의 하부면(11b)은 상기 LED 칩(15)을 본딩하기 위해 은 또는 금과 같이 전도성이 높은 재질이 도금된다.
또한, 상기 제1하우징(20)은 상기 힛싱크(11)의 하부면(11b)과 하부면(11b)을 제외한 부위를 감싸도록 형성되고, 쌍으로 이루어진 힛싱크(11)가 서로 닿지 않도록 소정 간격 이격되게 고정한다.
전술된 제1하우징(20)에는 외부 회로와 전기적으로 접속되기 위한 리드 프레 임(12)이 고정되고, 상기 힛싱크(11)의 하부면(11b)과 와이어(16)를 통해 전기적으로 연결된다.
여기서, 상기 리드 프레임(12)은 상기 힛싱크(11)와 분리되어 고정되는바 상기 리드 프레임(12)을 고정시키기 위해 상기 제1하우징(20)의 상면에는 상기 리드 프레임(12)의 안착위치를 안내하는 안내돌기(23)가 형성되고, 상기 리드 프레임(12)에는 상기 안내돌기(23)에 대응되게 형성되어 상기 안내돌기(23)에 끼워지는 고정홀(13)이 형성된다. 또한, 상기 리드 프레임(12)은 상기 LED 칩(15)에서 발산된 빛이 간섭되지 않기 위해 상기 LED 칩(15)의 위치보다 낮은 위치에 위치된다. 바람직하게는 상기 리드 프레임(12)의 상면 및 상기 안내돌기(23)의 상단이 상기 LED 칩(15)의 저면과 동일한 높이에 위치된다.
또한, 제너 다이오드(zener diode) 실장시 본딩 루프 거리를 단축하기 위해 상기 리드 프레임(12)과 와이어로 본딩 되는 부분이 제너 다이오드 실장 부분과 가깝게 설계된다.
또한, 상기 제1하우징(20)의 상측에는 상기 LED 칩(15)에서 나오는 빛 중 주변부로 발산되는 빛을 전방으로 반사하기 위한 반사체(30)가 결합된다. 바람직하게는 상기 제1하우징(20)의 상측에는 상기 반사체(30)의 결합위치를 안내함과 동시에 결합강도를 증가시키기 위한 복수의 요홈부(24)가 형성되고, 상기 반사체(30)의 하측에는 상기 복수의 요홈부(24)에 끼워지는 복수의 돌부(34)가 형성된다.
여기서, 상기 돌부(34)는 상기 반사체(30)가 상기 제1하우징(20)과 소정거리 이격되게 지지함으로서, 상기 반사체(30)와 리드 프레임(12)이 전기적으로 접촉되 지 않게 한다.
한편, 상기 반사체(30)는 LED 칩(15)이 외부로 노출될 수 있도록 도우넛과 같이 내부가 관통된 환형으로 형성되어 상기 제1하우징(20)의 상측에 결합되고, 그 관통된 내부는 하측으로 경사진 경사면(31)으로 형성된다. 전술된 상기 반사체(30)는 제2하우징(40)에 의해 상기 본체부(10)와 결합된다.
상기 반사체(30)의 내부에는 상기 LED 칩(15)과 와이어(16)를 보호하기 위한 몰드 성형부(50)가 형성된다. 상기 몰드 성형부(50)는 에폭시 또는 실리콘과 같은 트랜스퍼 몰딩재로 이루어진다.
상기 제2하우징(40)은 상부 및 하부 하우징(40a, 40b)으로 사출 성형되고, 상기 본체부(10) 및 그에 결합된 제1하우징(20)의 상측 및 하측에 각각 배치된 후, 가열 압축에 의해 상기 상부 및 하부 하우징(40a, 40b)의 접촉면이 용착되며 일체로 결합된다.
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체가 도시된 사시도와 평면도로서, 상기 반사체(30)에는 내부에 실장되어 발광시 열이 발생되는 LED 칩(15)에 의해 상기 발광 다이오드 패키지(1)가 열적 손상을 입는 것을 차단하기 위해 열을 신속하게 발산하는 방열날개(35)가 일체로 형성된다.
상기 방열날개(35)는 상기 반사체(30)의 외주면에서 환형으로 돌출 형성된 일체형 구조이고, 외부 공기와 열교환될 수 있도록 상기 방열날개(35)의 일부가 상기 제2하우징의 외측으로 노출된다. 또한, 상기 방열날개(35)는 상기 리드 프레임과 간섭되는 부위가 절개된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드 패키지(1) 및 그에 결합되는 반사체(30)의 구조는 원형으로 기술되고 있으나, 삼각형 또는 사각형으로 형성되는 것도 물론 가능하며, 본 발명의 도면 및 명세서에 의해 그 형태가 한정되지 않는다.
전술된 바와 같이 방열날개(35)가 일체로 형성된 반사체(30)는 사출 성형 또는 가공이 용이하고, 열전달효율이 우수한 고열전도성 플라스틱(High Thermal Conductive Plastic) 또는 금속으로 이루어진다. 예컨대 상기 고열전도성 플라스틱은 상기 발광 다이오드 패키지(1)의 열을 신속하게 방산(放散)하기 위해 개발된 세라믹재료로서, 대표적인 것으로 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC) 및 질화알루미늄(AlN)이 있다. 상기한 세라믹스 중에서 질화알루미늄(AlN)은 알루미나와 동등한 물성을 가지며, 열전도성에서 알루미나보다 우수하여 많이 활용되고 있다.
상기한 종래기술에 따른 일반적인 플라스틱과 본 발명에서 채택하고 있는 고열전도성 플라스틱의 하나인 알루미나(Alumina)의 물성을 비교하였다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 채택하고 있는 고열전도성 플라스틱의 일종인 알루미나의 경우 밀도 또는 절연 강도면에서는 종래의 일반적인 플라스틱에 비하여 상대적으로 떨어지지만, 열전도도 및 열팽창계수, 비열, 최대사용온도와 같은 열적, 절연특성에 있어서는 종래의 일반적인 플라스틱보다 현저히 높은 물성을 나타내고 있다.
특히 본 발명에 적용되는 고출력 발광다이오드 패키지(1)의 반사체(30)의 경우, 강도 및 무게와 같은 기계적 물성보다는 열전도도, 최대사용온도와 같은 전기적 또는 열적특성이 우수함을 요하기 때문에 고열전도성 플라스틱을 반사체(30)에 적용하면 일반적인 플라스틱에 비해 현저한 방열효과를 얻을 수 있는 것이다.
고열전도성 플라스틱과 일반적인 플라스틱의 물성비교
특성 단위 고열전도성 플라스틱 일반적인 플라스틱
절연강도 kV/CM 120~150 300~350
열전도도 W/mK 15~30 1~20
열팽창계수 ppm/℃ 5~7 10~15
비열 J/g·℃ 0.5~0.7 0.9~1.2
최대 사용온도 ℃ ~1600 ~350
밀도 g/cc 3.05~3.99 ~1.8
한편, 상기한 고열전도성 플라스틱 또는 금속은 자체적인 광반사율이 작아 효과적인 반사가 이루어지지 않으므로 상기 반사체(30)의 표면에 은 또는 금과 같이 광반사율이 우수한 물질로 도금층을 형성한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1하우징(20) 및 제2하우징(40)은 고열전도성이면서 열절연성인 플라스틱이 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방열날개(35)의 일측에는 상기 LED 칩(15)의 극성을 나타내는 표식부가 형성된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 표식부는 상기 방열날개(35)의 일측에 관통형성된 홀(37)로 이루어지며, 기호, 홈, 돌기, 절곡부 또는 모따기와 같이 다양한 형상으로 변형되는 것도 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 반사체(30)를 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의 해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 반사체(30)는 단색 고출력 발광 다이오드 패키지(1)에 적용된 것으로 설명되고 있으나, 복수의 LED 칩(15)을 포함하는 다색 고출력 발광 다이오드 패키지에 적용되는 것도 물론 가능하다. 뿐만 아니라 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(1)의 반사체(30)는 고출력 발광 다이오드 패키지(1)에 그 적용이 제한되지 않으며, 일반적인 구조의 저출력 발광 다이오드 패키지에 적용되어 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 힛싱크가 한 쌍의 구조로 이루어지고, 각각의 힛싱크에 LED 칩(15)이 실장된 것으로 개재되어 있으나, 어느 한 쪽의 힛싱크에 적어도 하나 이상의 LED 칩(15)이 실장되는 것도 가능하다. 한편, 한 개의 LED 칩(15)이 실장되는 경우에는 단일 부재로 이루어진 힛싱크가 사용되는 것도 물론 가능하다.
전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 반사체는 LED 칩에서 발산되는 빛을 반사하기 위해 설치된 반사체의 일측에 하우징의 외측으로 노출되는 방열날개를 형성함으로서 고출력 발광시 발생되는 열을 효율적으로 방열시킬 수 있어 고열에 의한 LED 칩의 수명저하를 방지할 수 있고, 주변 회로의 열적 손상을 방지할 수 있으며, 안전성 및 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. LED 칩이 실장되고 리드프레임 또는 인쇄회로기판이 고정되는 본체부와, 상기 LED 칩에서 발산된 빛을 반사하도록 장착된 반사체를 포함하는 발광다이오드 패키지에 있어서,
    상기 반사체에 형성된 채 상기 발광 다이오드 패키지의 일측으로 돌출되는 방열날개와;
    상기 리드 프레임 또는 인쇄회로기판을 상기 본체부에 고정시키며 복수의 요홈부가 형성된 제 1하우징과;
    상기 제 1 하우징과 상기 반사체를 봉지하는 제 2 하우징과;
    상기 반사체의 하측에 형성된 채 상기 복수의 요홈부에 끼워지는 복수의 돌부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 방열날개는 상기 반사체의 외주면에서 원주형으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 반사체는 고열전도성 플라스틱 또는 금속으로 제작되거나, 고반사성 금속인 은 또는 금 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 방열날개의 일측에 형성되어 LED 칩의 극성을 나타내는 표식부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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