KR100613074B1 - 칩 발광다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칩 발광다이오드에 관한 것으로 특히, 패키지몰딩부가 덮여지는 범위 및 그의 구조를 변경한 칩 발광다이오드에 관한 것이다. 본 발명은 빛의 경로를 최대한 늘리는 동시에 가시각도 넓혀, 예를 들어, 백라이트 등으로 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수를 줄일 수 있는 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 칩 발광다이오드는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상에 서로 소정의 간격을 두고 마련된 제1 금속 패드 및 제2 금속패드와, 상기 제1 금속패드에 실장된 발광칩과, 상기 발광칩과 상기 제2 금속패드를 전기적으로 연결하는 와이어와, 상기 인쇄회로기판 내에서 상기 발광칩, 상기 와이어 및 그의 주변부만 덮도록 돌출된 패키지몰딩부를 포함한다.

칩 발광다이오드, 패키지몰딩, 다면체, 반입체타원, 캐비티, 산란, 지향각. 연장부, 샌드브러스트, 다이아몬드 가공, 에칭

Description

칩 발광다이오드{CHIP LIGHT-EMITTING DIODE}

도 1 및 도 2는 종래의 칩 발광다이오드의 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 정단면도.

도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 칩 발광다이오드의 사시도.

도 3b 내지 도 3d는 패키지 몰딩부의 여러 가지 형태의 예.

도 4는 도 3a의 칩 발광다이오드를 화살표 Ⅳ방향에서 본 정단면도.

도 5는 도 4의 칩 발광다이오드를 화살표 Ⅴ방향에서 본 측단면도.

도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 칩 발광다이오드와 종래의 칩 발광다이오드의 가시각의 특성을 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명의 칩 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.

도 8a 및 도 8b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 발광다이오드의 정단면도.

<도면의 주요 기호에 대한 상세한 설명>

10, 20, 30, 50: 칩 발광다이오드

11, 51: 인쇄회로기판

12, 52: 제1 금속패드

13, 53: 발광칩

14, 54: 와이어

15, 55: 제2 금속패드

16, 26, 36, 37, 38 56: 패키지몰딩부

39, 40: 연장부

본 발명은 칩 발광다이오드에 관한 것으로 특히, 패키지몰딩부가 덮여지는 범위 및 그의 구조를 변경한 칩 발광다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 칩 발광다이오드는 전기 에너지를 광반사(optical radiation)로 변환하는 반도체 소자로서, 사용 목적 또는 형태에 따라, 칩 발광다이오드을 선택적으로 박막 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판 또는 리드 단자의 상부 면에 실장한 후, 상기 칩과 기판 또는 리드 단자를 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시 등을 사용하여 몰드 성형부를 형성함으로써 구현된다. 이 때, 칩 발광다이오드에서 발광되는 색에 따라 칩의 구조, 성장 방법 및, 재료가 달라진다는 것은 잘 알려져 있다.

칩 발광다이오드(Chip Light Emitting Diode)는 일반적으로, 표시소자 및 백라이트(back light)로 이용되며, 최근에는 핸드폰이나 휴대용 개인정보단말기 (personal digital assistants; PDA) 등에 그 적용이 증대되고 있는 추세이다.

도 1 및 도 2에는 종래기술의 칩 발광다이오드의 평면도 및 정면도가 도시되어 있다. 종래의 칩 발광다이오드(50)는, 인쇄회로기판(51, Printed Circuit Board)상에 제1 금속패드(52)와 제2 금속패드(55)가 마련되고, 히트 싱크(heat sink)라는 방열용 제1 금속패드(52)상에 실장된 발광칩(53)과 제2 금속패드(55)가 와이어(54)로 연결되어 있다. 발광칩(53)과 제2 금속패드(55)가 와이어(54)로 연결된 인쇄회로기판(51)의 상면에는 에폭시 몰드 컴파운드(Epoxy Mold Compound; EMC)를 몰딩한 패키지몰딩부(56)가 형성되어 있다.
이러한 종래의 칩 발광다이오드(50)는, 인쇄회로기판 상에 복수의 발광칩이 배열되고, 상기 복수의 발광칩을 몰딩하는 복수의 패키지몰딩부가 몰드 금형을 사용하여 형성된 후, 상기 인쇄회로기판을 상기 패키지 몰딩부와 일체로 커팅함으로써 개별소자로 형성된다.

이러한, 종래기술의 칩 발광다이오드(50)에서는, 그 패키지몰딩부(56)의 단면이 사각형상을 가지고 있어서 굴절률의 임계각 이상을 초과하면 굴절되지 않고 외부로 확산되지 않아 빛의 경로가 제한되는 동시에 가시각이 좁아지는 문제점이 있다. 따라서 백라이트 등에 상기 칩 발광다이오드를 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수가 많아져서, 그 제조비용을 증가시키는 요인이 되고 있다. 또한 종래의 칩 발광다이오드(50)에서는 작동 시 발생하는 열이 그 사각형상의 모서리 부분에 집중되기 때문에, 소자 전체의 열적/기계적 변형이 초래되는 문제도 있다.

더욱이, 종래의 칩 발광다이오드는, 박형화를 위하여 발광칩과 패키지몰딩부의 외면 사이의 간격을 축소시킬 경우 몰드 금형의 캐스트부분을 정밀하게 제작하여야 하는 어려움이 있어서, 금형의 제작비용이 증가한다. 박형화시키는 경우 두께가 얇은 일측 부분으로 응력이 집중될 수 있으며, 이러한 경우 인쇄회로기판과 패키지몰딩부 사이의 접착력이 약화되어 제품의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 빛의 경로를 최대한 늘리는 동시에 가시각도 넓혀, 예를 들어, 백라이트 등으로 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수를 줄일 수 있는 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 작동 시 발생하는 열이 균일하게 분포되도록 함으로써, 열적/기계적 변형을 방지할 수 있고, 또한, 일측으로 응력이 집중되지 않도록 한 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 간단한 구조의 몰드 금형을 제작할 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있는 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다.

전술한 목적 및 기타 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 칩 발광다이오드는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상에 서로 소정의 간격을 두고 마련된 제1 금속 패드 및 제2 금속패드와, 상기 제1 금속패드에 실장된 발광칩과, 상기 발광칩과 상기 제2 금속패드를 전기적으로 연결하는 와이어와, 상기 인쇄회로기판 내에서 상기 발광칩, 상기 와이어 및 그의 주변부만 덮도록 돌출된 패키지몰딩부를 포함한다.

상기 패키지몰딩부는 반구, 절두 반구, 입체타원, 절두 반입체타원, 절두원추, 절두타원추, 절두사각뿔, 다면체 또는 이들이 조합된 형상을 포함할 수 있다. 상기 패키지몰딩부의 하부 가장자리로부터 상기 인쇄회로기판의 상면을 덮도록 외향 연장된 부분을 더 포함할 수 있으며, 또는 상기 패키지몰딩부의 외면은 불규칙 산란 패턴을 형성할 수 있다. 상기 패키지 몰딩부의 산란 패턴은 캐비티 내부 면 을 샌드브라스트, 에칭 또는 다이아몬드 가공한 금형을 사용하여 형성될 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 칩 발광다이오드를 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 칩 발광다이오드의 사시도이다. 본 발명에 따른 칩 발광다이오드(10)는 인쇄회로기판(11)과, 상기 인쇄회로기판(11)상에 서로 소정의 간격을 두고 마련되는 제1 금속패드(12) 및 제2 금속패드(15)와, 상기 제1 금속패드(12)에 실장된 발광칩(13)과, 상기 발광칩(13)과 제2 금속패드(15)를 전기적으로 연결시키는 와이어(14)를 포함한다. 여기에, 인쇄회로기판(11) 내에서 상기 발광칩(13), 상기 와이어(14) 및 그의 주변부만 덮도록 돌출된 패키지몰딩부(16)가 형성되어 있다.

제1 금속패드(12)는 인쇄회로기판(11)상에서 통전 가능한 재질로 구성된다. 발광칩(13)은 적외선 영역에서부터 자외선 영역의 빛을 발하는 칩 중에서 선택적으로 채택 가능하다. 이러한 제1 금속패드(12)와 발광칩(13)의 재질 및 특성에 관한 기술은 공지된 내용으로, 그 자세한 설명은 생략한다.

한편, 패키지몰딩부(16)는 인쇄회로기판(11) 상에 돌출된 여러 가지 형태일 수 있는데 예를 들면 반구, 절두 반구, 단면이 타원의 일부 또는 포물선 등인 반입체타원, 절두 반입체타원, 절두원추, 절두타원추, 절두사각뿔, 다면체 또는 이들이 조합된 형상 등의 것이 가능하다. 여기에서 "절두"의 의미는 상부가 잘려진 형상을 의미한다. 또한, 상기 다면체는, 예를 들어 정다면체, 다면체 또는 이들의 반부 등을 포함하는데, 상기 다면체의 반부는 다면체를 반으로 절단한 형태를 말한 다. 예를 들어, 정다면체의 반부는 정다면체인 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체, 정이십면체의 반부를 말한다. 또한, 다면체는 몇 개의 다각형으로 조합된 형상일 수도 있는데, 축구공과 같이 정육각형과 정오각형의 조합으로 이루어진 다면체의 반부를 예로 들 수 있다. 이때, 반부는 정확히 반으로 절단한 부분을 의미하는 것이 아니라 반부로서 전체 입체형상이 예측되는 정도의 부분을 의미한다.

도 3b 내지 도 3d는 칩 발광다이오드의 패키지몰딩부의 형상의 여러 가지 예를 도시하고 있다. 즉, 본 발명에 따른 여러 형상의 패키지몰딩부 중 도 3b 내지 도 3d는 절두사각뿔, 정두타원추, 반입체타원의 패키지몰딩부를 각각 도시하고 있다. 하기에서는 도 3a에 도시된 반구형의 패키지몰딩부를 예로 들어 설명하겠다.

도 3a에 있어서의 상기 패키지몰딩부(16)는, 반구형상의 캐비티를 가지는 (도시하지 않은) 금형 내에서 고형 에폭시 수지를 몰딩하여 형성 가능하다. 상기 패키지몰딩부(16)는 발광칩(13)으로부터 발광된 빛을 곡선을 이루는 패키지몰딩부(16)의 외면을 통해 방사상으로 균일하게 투과시킨다. 이에 의해, 가시각의 범위가 넓어지는 것이다. 한편, 도 3a의 화살표 Ⅳ방향에서 본 단면도가 도 4에 도시되어 있고, 도 5은 상기 도 4의 화살표 Ⅴ의 방향에서 본 단면도로서 패키지몰딩부(16)의 모든 방향의 단면이 반원형이다.

도 4에서 확대 도시된 패키지몰딩부(16)의 외면에 형성된 요철 형상의 산란 패턴은 금형의 캐비티 내부 면을 샌드브라스트(sand blast), 에칭 또는 다이아몬드 가공을 함으로써 형성될 수 있다. 즉, 초정밀 곡면가공에 적용이 가능한 TiAlN 코팅공구 또는 초정밀 다이아몬드 절삭공구를 이용하여 캐비티 내부면을 가공할 수도 있으며, 반도체 제조기술인 포토리소그래피와 에칭 기술을 이용하여 가공이 가능하다. 예를 들면 3차원 요철 형상 가공이나 자유 곡면 가공을 대상으로 한 CNC 초정밀 가공기나 초정밀 머시닝센터의 UPC - Nano-groove 또는 UPC - Namo-ballendmill 등을 사용하면 무산소동(Oxygen Free Copper)를 절삭깊이 0.5 ~ 1.0 ㎛으로 가공이 가능하다. 샌드브라스트 가공에 의해 표면처리(surface finishing)를 할 수 있는데 이는 특히 화공약품을 사용하지 않는 무공해 방법으로 효율적 처리가 가능하다.

이러한 요철 형상의 산란 패턴은 삼각파나 사인파 형상 또는 기타 적합한 형상으로 형성될 수 있으며, 그 피치 p가 대략 0.1~1.0㎛ 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이러한 산란 패턴은 발광칩(13)에서 발광된 빛이 패키지 몰딩부의 외면을 통과할 때 이를 산란시켜 가시각의 범위를 더 확대하는 효과가 있다.

이러한 가시각의 범위는 도 6a 및 도 6b를 통해서 구체적으로 알 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 칩 발광다이오드와 종래의 칩 발광다이오드의 가시각의 차이를 나타내는 그래프이다. 도 6a를 참조하면, 본 칩 발광다이오드(10)는 약 150°(도면상 굵은 선으로 나타냄)의 가시각 범위(H(a) 내지 H(b))를 가지는 것을 알 수 있다. 하지만, 종래의 칩 발광다이오드(50)는 도 6b를 참조하면, 동일 조건하에서 약 120°의 가시각 범위(H(a') 내지 H(b'))를 가진다. 따라서, 본 칩 발광다이오드(10)는 종래의 칩 발광다이오드(50)에 비하여 가시각의 범위가 약 30°정도 증대된 것이다.

본 발명에 따른 반구형상의 패키지몰딩부(16)는 또한, 곡선을 이루는 외면을 투과하는 빛의 경로도 자유롭다. 따라서 발광칩(13)으로부터의 발광효율도 증대시 킬 수 있으며, 이러한 특성은 본 발명자에 의한 반복적 실험에 의해 얻은 다음의 표 1을 통해 확인 가능하다. 여기서, 표 1에는 본 발명의 칩 발광다이오드와 종래의 칩 발광다이오드의 광도 평균값 및 휘도 평균값의 차이값이 기재되어 있다.

여기서, 측정조건은, 칩 발광다이오드(10, 50)의 발광칩(13, 53)의 크기가 각각 가로 304㎛, 폭 304㎛, 및 높이 100㎛이고, 입력 전류값은 광도측정시 5㎃이고, 휘도측정시 15㎃이다.

표 1을 참조하면, 본 발명의 칩 발광다이오드(10)의 광도는 종래 칩 발광다이오드(50)의 광도보다 평균 5 mcd가 증가하였고, 휘도 또한 260 ㏅/㎡ 증가하였다. 결국, 본 발명의 칩 발광다이오드(10)의 발광효율이 증대하였음을 알 수 있는 것이다.

이하에서는, 이러한 본 발명에 따른 칩 발광다이오드의 제조방법을 설명한다.

도 7은 본 발명의 칩 발광다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. 이 도면을 참조하면, 우선 인쇄회로기판(11)에 일정한 간격을 두고 제1 금속패드(12)와 제2 금속패드(15)를 설치한다(S1). 그 다음, 제1 금속패드(12)의 상부에 발광칩(13)을 실장한 후(S2), 발광칩(13)과 제2 금속패드(15)를 와이어(14) 로 상호 연결시킨다(S3). 이 때, 발광칩(13)은 특정파장의 가시광을 발산하는 재질을 선택적으로 채택가능하다.

이 후, 발광칩(13)과 제2 금속패드(15)가 와이어(14)로 연결된 인쇄회로기판(11)을 반구형 캐비티를 가지는 금형에 장착시킨다(S4). 이때, 발광칩과 와이어는 상기 캐비티 내에 수용되도록 한다. 그 다음, 고형 에폭시 몰드 컴파운드를 170℃ 내지 180℃의 열을 가하여 용융시켜서 금형의 캐비티 내에 주입시킨다. 이를 소정시간 대기한 후 금형을 제거한 다음 상온에서 냉각시키면 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 인쇄회로기판(11)의 상부면에 반구형상의 패키지몰딩부(16)가 형성된다(S5).

이때, 패키지몰딩부의 외면에 요철형상을 만들기 위해 미리 샌드브러스트, 에칭, 또는 다이아몬드 가공에 의해 요철형상이 마련된 캐비티가 있는 금형을 사용할 수 있다.

한편, 도 3a 내지 도 3d에는 인쇄회로기판(11)에 단일의 발광칩(13), 와이어(14) 및 이 발광칩(13)을 중심으로 제1 금속패드(12) 및 제2 금속패드(15)를 부분적으로 몰딩시킨 칩 발광다이오드(10)가 도시되어 있다. 그러나, 제작초기에 출시되는 인쇄회로기판은 예를 들어, 80㎜ × 50㎜ 정도 크기를 가지며, 이러한 인쇄회로기판 상에 복수의 발광칩(13)들이 일정한 간격을 두고 배열되고, 금형에 의해 형성되는 반구형상의 패키지몰딩부(16) 또한 복수 개이다. 따라서 복수의 패키지몰딩부(16)를 각각 구비하는 복수의 발광칩을 각각 이들이 배열된 인쇄회로기판(11)과 일체로 커팅하면, 본 발명에 따른 칩 발광다이오드(10)가 제조 된다(S6).

한편, 도 3b 내지 도 3d에서 도시하는 여러 가지 형태의 패키지 몰딩부는 도 3의 반구형 패키지 몰딩부의 하부에 도 8a에 도시된 바와 같이 연장부가 더 형성된 형태로 제조될 수 있다. 즉, 칩 발광다이오드(30)는, 패키지몰딩부(36)가 그 가장자리에 상하로 구획된 두 개의 몰딩부(37, 38)로 구분되어 있고, 이들 사이에 연장부(39)가 마련되어 있다. 상기 두 개의 몰딩부(37, 38)와 연장부(39)는 상기 패키지 몰딩부(36)의 하부가 가장자리로부터 연장되어 상기 인쇄회로기판(11)의 상면에 있는 제1, 제2 금속패드(12, 15)를 덮어서 외부로부터 보호하도록 되어 있다.

여기서, 몰딩부를 형성하는 금형에 단차부가 있는 형태를 사용하면 도 8b에 도시된 바와 같이 패키지몰딩부(36)의 외면에 복수의 연장부(39)가 형성되어 금속패드를 보호하도록 제조할 수 있다.

그리고, 상술한 패키지몰딩부의 형성은 두 상부 전극 구조(Two-top structure)를 갖는 칩 발광다이오드에도 적용이 가능하다.

본 발명의 칩 발광다이오드에 의하면, 발광칩으로부터의 빛이 패키지 몰딩부의 외면에 형성된 불규칙한 산란패턴에 의해 난반사되며 이로 인한 빛의 산란이 일어나서 발광다이오드의 휘도가 향상되며 가시각의 범위가 넓어진다. 또한 빛이 여러 가지 형태의 패키지몰딩부를 통해 방사상으로 균일하게 발산함으로써, 지향각 분포가 넓고 빛의 경로가 늘어나고 가시각의 범위가 넓어진다. 이러한 칩 발광다이오드는, 발광효율이 매우 양호하므로, 예를 들어, 백라이트 등에 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수를 줄일 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 칩 발광다이오드는, 그 작동 시 발생하는 열이 균일하게 분포하게 되므로, 열적/기계적 변형을 방지할 수 있고, 일측으로 응력이 집중되지 않기 때문에 얇은 패키지몰딩부의 구현 시에도 인쇄회로기판과의 사이의 접착력을 증대시킬 수 있는 우수한 효과를 제공한다.

본 발명의 칩 발광다이오드에 의하면 최소한의 면적을 차지하는 여러 가지 형태의 몰드 금형의 캐비티는 종래의 넓게 퍼진 형태의 사각형상의 캐비티에 비하여 쉽게 형성할 수 있고, 패키지몰딩부에 필요한 몰딩수지량이 감소하여 금형의 제조비용이 절감되고 생산성이 향상된다.

Claims (5)

1. 일정한 간격을 두고 복수의 발광칩들이 배열되고, 상기 복수의 발광칩들을 몰딩하는 복수의 패키지 몰딩부가 형성된 인쇄회로기판을 커팅하여 개별소자로 형성한 칩 발광다이오드로서,

   인쇄회로기판과,

   상기 인쇄회로기판 상에 서로 소정의 간격을 두고 마련된 제1 금속 패드 및 제2 금속패드와,

   상기 제1 금속패드에 실장된 발광칩과,

   상기 발광칩과 상기 제2 금속패드를 전기적으로 연결하는 와이어와,

   상기 인쇄회로기판의 가장자리로 둘러싸인 영역 내에서 상기 발광칩, 상기 와이어 및 그의 주변부를 덮고, 캐비티 내부 면을 가공한 몰드 금형을 사용하여 형성되어 외면이 불규칙 산란 패턴을 형성하는 패키지몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 패키지몰딩부는 반구, 절두 반구, 입체타원, 절두 반입체타원, 절두원추, 절두타원추, 절두사각뿔, 다면체 또는 이들이 조합된 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 패키지몰딩부의 하부 가장자리로부터 상기 인쇄회로기판의 상면을 덮도록 외향 연장된 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 패키지 몰딩부의 산란 패턴은 캐비티 내부 면을 샌드브라스트, 에칭 또는 다이아몬드 가공한 금형을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.

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