KR100631993B1 - Ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

LED를 패키징하기 위한 기판의 하면에 적어도 하나의 홈을 형성하고 상기 홈을 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT) 물질을 충진함으로써 LED에서 방출되는 열을 효과적으로 패키지 외부로 방출할 수 있는 LED 패키지 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 LED 패키지는, 하면에 적어도 하나의 홈이 형성된 기판; 상기 기판의 상면에 형성된 복수개의 상부전극; 상기 기판의 상면에 탑재되며, 상기 상부전극과 양 단자가 전기적으로 연결된 적어도 하나의 LED; 및 상기 기판에 형성된 홈에 충진된 탄소나노튜브 충진제를 포함한다.
LED, 패키지, 탄소나노튜브, 열방출

Description

ＬＥＤ 패키지 및 그 제조방법{LED PACKAGE AND FABRICATING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 패키지의 측단면도이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 열방출수단의 형상을 도시한 평면도이다.
도 3의 (a) 내지 (g)는 본 발명에 따른 LED 패키지의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: LED 패키지 11: 기판
111: 절연막 12: 상부 전극
13: 탄소나노튜브 충진제 14: 하부 전극
15: 도전성 충진제 16: 반사용 구조물
17: 렌즈부 21: LED
본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED를 패키징하기 위한 기판의 하면에 적어도 하나의 홈을 형성하고 상기 홈을 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT) 물질을 충진함으로써 LED에서 방출되는 열을 효과적으로 패키지 외부로 방출할 수 있는 LED 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, LED는 주입된 전자와 정공이 재결합할 때 발생하는 에너지를 빛으로 방출하는 다이오드로서, GaAsP 등을 이용한 적색 LED, GaP 등을 이용한 녹색 LED 등이 있다. 또한, 근래에 GaN를 비롯한 질화물을 이용한 질화물 반도체가 그 우수한 물리, 화학적 특성에 기인하여 현재 광전재료 및 전자소자의 핵심 소재로 각광 받으면서, 질화물 반도체 LED가 주목받고 있다. 질화물 반도체 LED는 녹색, 청색 및 자외 영역까지의 빛을 생성할 수 있으며, 기술 발전으로 인해 그 휘도가 비약적으로 향상됨에 따라 총천연색 전광판, 조명장치 등의 분야에도 적용되고 있다. 상기 LED는 응용분야에 따라, LED를 탑재하는 다양한 형태의 패키지로 제작되어 적용된다.
한편, LED는 조명장치 등과 같은 고휘도를 필요로 하는 분야에 적용되기 위해 그 소모전력이 증가하게 됨으로써 LED에서 다량의 열이 발생하고, 이러한 열이 효과적으로 패키지의 외부로 방출되지 못하는 경우 LED의 특성이 변화되거나 그 수 명이 단축되는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 열 방출의 문제를 해결하기 위해 종래에는, 열 전도성이 우수한 Cu, Al, Ag 등의 금속물질을 이용한 열 방출 수단을 LED 패키지에 구비하였다. 상기 Cu, Al, Ag 등의 금속은 열저항이 낮고 열전도도가 높은 금속으로 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 금속 재료들은 공기 중에서 산화되기 쉬우며, 전압 인가에 따른 전자의 이동으로 인해 보이드(void)가 발생하는 단점들이 존재한다. 이와 같은 단점으로 인해 열방출이 효과적으로 이루어지지 못하여 LED의 동작 특성 및 신뢰도가 저하되는 문제점들이 발생하게 된다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, LED 패키지의 기판에 적어도 하나의 홈을 형성하고, 상기 홈에 열전도도가 우수한 탄소 나노 튜브 물질을 충진함으로써, 방열 특성을 개선한 LED 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본 발명은,
하면에 적어도 하나의 홈이 형성된 기판;
상기 기판의 상면에 형성된 복수개의 상부전극;
상기 기판의 상면에 탑재되며, 상기 상부전극과 양 단자가 전기적으로 연결된 적어도 하나의 LED; 및
상기 기판에 형성된 홈에 충진된 탄소나노튜브 충진제를 포함하는 LED 패키지를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 기판은 상기 상부전극 하부에 상하면을 관통하는 비아홀을 포함하며, 상기 비아홀은 도전성 충진제로 충진되는 것이 바람직하다. 더하여, 상기 기판의 하면에 형성되며 상기 비아홀에 충진된 도전성 충진제와 전기적으로 연결되는 복수개의 하부전극을 더 포함할 수 있다.
상기 기판이 Si 기판과 같은 도전성을 띄는 기판이 사용되는 실시형태는, 상기 기판의 상하면, 상기 홈의 내벽 및 상기 비아홀의 내벽에 형성된 절연막을 더 포함한다. 이 절연막은, 비교적 간단한 공정을 이용하여 Si 기판 상에 형성할 수 있는 SiO2로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 기판 상면의 LED가 장착된 영역의 주위에 형성되며, 상기 LED에서 방출되는 빛을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 갖는 반 사용 구조물을 더 포함할 수 있다. 더하여, 상기 반사용 구조물에 부착되어 상기 LED 상부에 배치되며, 상기 LED로부터 방출되는 빛의 방향 조절하는 렌즈부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 기판의 하면에 형성되는 홈은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 홈은, 상기 기판의 하면으로부터 상면 방향으로 형성되며, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 홀 구조를 가지거나, 상기 기판의 하면으로부터 상면 방향으로 형성되며, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 슬릿 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 기술적 구성으로서, 본 발명은,
기판 및 탄소나노튜브 페이스트를 마련하는 단계;
상기 기판의 하면에 홈을 형성하는 단계;
상기 기판의 하면에 형성된 홈에 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계;
상기 기판의 상면에 복수개의 상부전극을 형성하는 단계; 및
상기 상부전극과 전기적으로 연결되도록 적어도 하나의 LED를 상기 기판의 상면에 탑재하는 단계를 포함하는 LED 패키지의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 홈을 형성하는 단계는, 상기 기판의 상하면 에 절연막을 형성하는 단계; 상기 기판 하면에 형성된 절연막 및 기판 하면 일부를 제거하여 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계; 상기 기판 상하면에 형성된 절연막 및 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 상부 전극이 형성될 위치의 하부에 상기 기판 상하면을 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 홈 및 비아홀의 내벽에 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 비아홀의 내부에 도전성 충진제를 충진하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이 때, 사용되는 기판이 Si 기판인 경우에, 상기 기판의 상하면에 절연막을 형성하는 단계 및 상기 홈 및 비아홀의 내벽에 절연막을 형성하는 단계는, 상기 Si 기판을 산소 분위기에서 열처리하여, 상기 Si 기판의 상하면에 SiO2 절연막을 형성하는 단계인 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 마련하는 단계는, 탄소나노튜브 분말을 바인더, 용매, 분산제와 소정 비율로 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 혼합물을 에이징하여 탄소나노튜브 페이스트를 완성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 홈을 형성하는 단계는, 상기 기판 하면으로부터 그 상면 방향으로, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 홀 구조를 형성하는 단계이거나, 상기 기판 하면으로부터 그 상면 방향으로, 상기 기판을 관통하지 않 는 복수개의 슬릿 구조를 형성하는 단계이다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계는, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 상기 기판 하면의 상기 홈이 형성된 영역에 도포하는 단계; 스크린 프린팅법 또는 스핀 코팅법을 이용하여 상기 홈에 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계; 및 상기 충진된 탄소나노튜브 페이스트를 건조하는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 패키지의 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 패키지(10)는, 하면에 적어도 하나의 홈(g)이 형성된 기판(11); 상기 기판(11)의 상면에 형성된 복수개의 상부전극(12); 상기 기판(11)의 상면에 탑재되며, 상기 상부전극(12)과 양 단자가 전기적으로 연결된 적어도 하나의 LED(21); 및 상기 기판(11)에 형성된 홈(g)에 충진된 탄소나노튜브 충진제(13)를 포함하여 구성된다.
더하여, 본 실시형태는, 상기 기판(11) 상면의 LED(21)가 장착된 영역의 주위에 형성되며, 상기 LED(21)에서 방출되는 빛을 상부로 반사시키기 위한 경사면(i)을 갖는 반사용 구조물(16)을 더 포함할 수 있다. 더하여, 상기 반사용 구조물(16)에 부착되어 상기 LED(21) 상부에 배치되며, 상기 LED(21)로부터 방출되는 빛의 방향 조절하는 렌즈부(17)를 더 포함한다.
상기 기판(11)은 통상적으로 알려진 다양한 상업용 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 절연성을 갖는 세라믹 기판, 글라스 기판 또는 도전성을 갖는 Si 기판, 금속 기판 등이 선택적으로 사용될 수 있다. 특히, Si 기판은 반도체 소자 등의 제조에 널리 사용되는 상용 기판으로, 저렴하며, 가공이 용이하고, 비교적 우수한 열전도성을 갖는다. 본 실시형태는 기판(11)으로 Si 기판을 채택한 실시형태이다.
상기 기판(11)은 하면에 형성된 적어도 하나의 홈(g)과, 상기 상부전극(12) 하부에 상하면을 관통하는 비아홀(h)을 포함하며, 상기 비아홀(h)은 도전성 충진제(15)로 충진되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 기판(11)의 하면에 형성되며 상기 비아홀(h)에 충진된 도전성 충진제(15)와 전기적으로 연결되는 복수개의 하부전극(14)을 더 포함할 수 있다.
상기 기판(11)으로 Si 기판을 채택한 경우, Si 기판은 전기 전도성을 띄므로 전기 소자 등을 장착하기 위한 기판으로 사용되기 위해서 전기적 연결을 위한 단자 구조 등을 형성하기 이전에 그 표면에 절연막(11)을 형성하여야 한다.
상기 절연막(111)은 Si 기판이 갖는 전기 전도성을 차단하기 위해 형성되는 것이다. 상기 절연막(111)는 별도의 증착 공정 등을 통해 기판(11)의 표면(상하면)에 형성될 수 있으나, 상기 Si 기판을 산소 분위기에서 열처리함으로써 그 표면에 우수한 절연성을 갖는 SiO2 절연막을 형성할 수 있다. 이와 같이, Si 기판을 사용하는 경우, 간단한 열처리 공정을 통해 쉽게 그 표면에 절연막을 형성할 수 있는 잇점이 있다. 상기 절연막(111)은 기판의 상하면 뿐만 아니라, 탄소나노튜브 충진제 및 도전성 충진제가 각각 충진되는 상기 홈(g)과 비아홀(h)의 내벽에도 형성되어야 한다.
한편, 상기 기판(11)의 하면에 형성된 복수개의 홈(g)은 기판(11) 상면에서 LED(21)가 장착되는 영역 하부에 위치한 기판(11) 하면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 홈(g)에는 열전도성이 매우 우수한 탄소나노튜브 재질의 충진제(13)가 충진된다. 이를 통해, 상기 LED(21)에서 발생하는 열이 금속 상기 탄소나노튜브 충진제(13)를 통해 기판(11)의 하부로 쉽게 방출될 수 있다.
본 발명은, 열의 방출을 위해 상기 홈(g)에 탄소나노튜브 재질의 충진제를 (13)를 이용하는 것을 특징으로 한다. 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형 들이 서로 연결돼 관 모양을 이루는 튜브(원통)형태의 신소재로써, 상기 튜브의 지름이 수 내지 수십 나노미티에 불과하여 탄소나노튜브라 불린다. 탄소나노튜브는 전기 전도도가 구리와 비슷하고 열전도도는 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 유사하며 강철의 10만배에 해당하는 강도를 갖는다. 탄소섬유는 1%만 변형되어도 끊어지나 이 소재는 15%가 변형되어도 견딜 수 있다. 인장력도 다이아몬드 보다 우수한 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 상기 탄소나튜브는 첨단 전자산업의 소재는 물론 일상생활의 소재로도 널리 사용될 전망되고 있으며, 두께가 얇고 전력 소모가 극히 적은 브라운관, 전구의 대체소재로는 물론 우주복과 같은 초강력 섬유, 휴대폰 충전기, 수소연료전지, 센서 등 그 활용도는 응용기술의 개발에 따라 무궁무진한 것으로 알려져 있다.
상술한 바와 같이, 탄소나노튜브는 매우 우수한 열전도도를 갖는다. 현재 우수한 열전도도를 갖는 금속으로 알려진 Cu(열전도도는 약 400W/mK) 및 Al(열전도도는 약 203W/mK)과 비교하여, 상기 탄소나노튜브의 열전도도는 100K 이상의 온도에서 약 3000W/mK 이고, 100K 이하의 온도에서 약 3700W/mK의 매우 높은 열전도도를 갖는다. 따라서, LED 패키지의 외부로 열을 방출하는 효과가 매우 우수하다.
상기 탄소나노튜브 충진제(13)가 충진되는 홈(g)은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 도 2는 다양한 홈의 형상을 도시한다. 도 2의 (a) 및 (c)는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 LED 패키지의 하부 평면도로서, 먼저, 도 2의 (a)와 같이, 상기 홈(g)은 상기 기판(11)의 상면 방향으로 형성되며 상기 기판(11)을 관통하지 않는 복수개의 홀 구조로 형성될 수 있다. 상기 홈(g)이 기판(11)을 관통하게 되는 경우, 홈에 채워지는 탄소나노튜브 충진제와 그 상면에 형성되는 배선구조가 전기적으로 단락되어 문제를 일으킬 수 있으므로, 상기 홈(g)은 기판(11)을 관통하지 않는 것이 바람직하다.
또한, 도 2의 (b)와 같이, 상기 홈(g)은 상기 기판(11)의 상면 방향으로 형성되며 상기 기판(11)을 관통하지 않는 복수개의 슬릿 구조일 수 있다.
또한, 도 2의 (c)와 같이, 상기 홈(g)은 하나의 큰 반구형 구조로 형성될 수도 있다.
위와 같은 다양한 구조의 홈이 본 발명에 적용될 수 있으나, 홈(g)에 충진되는 탄소나노튜브 충진제(13)와 기판(11)과의 부착성을 감안할 때, 도 2의 (c)와 같이 하나의 큰 홈에 탄소나노튜브 충진제를 채우는 경우, 그 하중 등에 의해 기판(11)과 탄소나노튜브 충진제(23)가 서로 분리되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 도 2의 (a)와 (b)와 같이 작은 단면적을 갖는 구조(홀 구조 또는 슬릿구조)로 상기 홈을 형성하고, 탄소나노튜브 충진제를 충진하는 것이 바람직하다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 기판(11)의 상면(절연막(111)이 형성된 경우 절연막(111)의 상면)에는 LED(21)와 전기적 연결이 되는 복수개의 상부전극(12)이 형성된다. 상기 상부전극(12)은 LED(21)의 애노드 단자 및 캐소드 단자와 각각 연결되어 외부로부터 공급되는 전류를 LED(21)에 공급한다. 도 1에는 하나의 LED(21)가 장착된 것을 도시하고 있으나, 필요에 따라 복수개의 LED가 하나의 패키지에 장작 될 수도 있으므로, 상기 상부전극(12)의 갯수는 장착되는 LED(21)의 갯수에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 상기 상부전극(12)은 LED 패키지 외부와의 전기적 연결을 위해, 그 하부에 형성된 비아홀(h)에 충진된 도전성 충진제(15)과 전기적으로 연결되고, 상기 비아홀(h)에 충진된 도전성 충진제(15)는 기판(11)의 하면에 형성된 하부전극(14)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 하부전극(14)은 외부로부터 전류를 공급받아 도전성 비아홀(h), 상부전극(12)을 거쳐 LED(21)로 전달한다.
도 1에는 비아홀(h)에 충진된 도전성 충진제(15)를 통해 상부전극(12)과 하부전극(14)이 연결되는 구조가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 비아홀(h)을 사용하지 않고, 상부전극(12)이 기판의 측면 및 하면까지 연장되는 구조로 하부전극(14)과 연결된 구조를 사용할 수도 있다.
또한, 도 1에는 LED(21)가 도전성 범프를 이용하여 상부전극(12)에 플립칩 본딩 방식으로 장착되는 구조가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 당 기술분야에 알려진 다양한 장착방식을 통해 기판(11)의 상면에 장착될 수 있다.
본 실시형태는 부가적으로, 상기 기판(11) 상면의 LED(21)가 장착된 영역의 주변에 형성되며, 상기 LED(21)에서 방출되는 빛을 상부로 반사시키기 위한 경사면(i)을 갖는 반사용 구조물(16)을 더 포함한다. 상기 반사용 구조물(16)은 상기 기판(11)과 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 LED(21)를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 상기 LED(21) 측에 위치한 상기 반사용 구조물(16)의 측면은 상기 LED(21)가 장착된 방향으로 경사를 갖는 경사면(i)으로 형성될 수 있으며, 상기 경사면(i)에는 고반사성 물질이 도포될 수 있다. 따라서, 상기 LED(21)로부터 이 경사면(i)으로 방출된 빛은 상부로 반사되어 LED 패키지(10)로부터 방출되는 광효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 빛이 방출되는 LED(21)의 상부에는 빛의 방향성을 조절할 수 있는 렌즈부(17)가 형성될 수 있다. 이 렌즈부(17)는 글라스 재질의 플레이트와 상기 글라스 플레이트 상에 형성된 미세 렌즈 구조의 마이크로 옵틱스(micro-optics)(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 마이크로 옵틱스는 그 하부의 LED(21)로부터 방출되는 빛을 반사 또는 굴절시켜 원하는 방향성을 갖는 빛이 LED 패키지(10)로부터 출력될 수 있게 조정한다. 더하여, 상기 렌즈부(17)는 상기 반사용 구조물의 상면에 부착되어 LED(21)를 외부의 영향으로부터 차단시키는 역할도 동시에 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 LED 패키지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시형태에 따른 LED 패키지의 제조방법이 도 3에 공정 순서별로 도시된다. 본 실시형태는 기판으로 Si 기판을 사용한 일례를 설명한다. 따라서, 기판의 표면에 절연막을 형성하는 공정이 포함된다. 그러나 이는 Si 기판을 적용한 실시형태에 해당하는 것이며, 절연기판을 이용한 경우에는 절연막의 형성과 관련된 공정이 생략될 수 있다.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 기판(11)을 마련하고 상기 기판(11)의 상하면 에 절연막(111)을 형성한다. 상기 절연막(111)은 SiO2 등의 물질을 증착공정을 통해 형성하거나, Si 기판을 산소 분위기에서 열처리함으로써 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3의 (b)와 같이, 상기 기판(11)의 하면에 상기 절연막(111) 및 기판(11)의 일부를 제거하여 홈(g)을 형성한다. 상기 홈(g)은 LED가 장착될 영역의 하부에 위치한 기판(11)의 하면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 홈(g)은 기계적인 드릴링(drilling) 공정 또는 화학적 식각(etching) 공정 등을 이용하여 다양한 구조로 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(11)의 하면으로부터 그 상면 방향으로, 상기 기판(11)을 관통하지 않는 복수개의 홀 구조로 홈을 형성할 수 있다. 다른 예로, 상기 기판(11) 하면으로부터 그 상면 방향으로, 상기 기판(11)을 관통하지 않는 복수개의 슬릿 구조로 홈을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 3의 (c)와 같이, 상기 절연막(111) 및 기판(11)의 일부를 제거하여 상기 기판(11)의 상하면을 관통하는 비아홀(h)을 형성한다.
다음으로, 도 3의 (d)와 같이, 상기 홈(g)과 비아홀(h)의 내벽에 다시 절연막(111)을 형성한다. 이 공정은 상기 도 3의 (a)에서 설명한 바와 같이, SiO2 등의 물질을 증착공정을 통해 형성하거나, Si 기판을 산소 분위기에서 열처리함으로써 형성될 수 있다. 특히, 작은 직경을 갖는 홀 구조의 홈(g)이나 비아홀(h)의 내벽까지 절연막을 형성하기 위해서는 열처리를 통해 열산화막인 SiO2 절연막을 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3의 (e)와 같이, 상기 비아홀(도 3 (d)의 h)에 도전성 충진제 (15)를 충진하고, 상기 비아홀에 충진된 도전성 충진제(15)와 전기적으로 연결된 상부전극을 기판(11)의 상면(절연막(111)이 형성된 경우 절연막(111)의 상면)에 형성한다. 또한, 상기 기판(11)의 하면에 형성된 홈(도 3 (d)의 g)에 탄소나노튜브 충진제(13)를 충진한다.
상기 탄소나노튜브 충진제(13)는 페이스트의 형태로 제작되어 상기 홈에 충진될 수 있다. 상기 탄소나노튜브 페이스트는, 탄소나노튜브 분말을 바인더, 용매, 분산제와 소정 비율로 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 필터링하는 단계 및 상기 필터링된 혼합물을 에이징하여 탄소나노튜브 페이스트를 완성하는 단계를 포함하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 탄소나노튜브 페이스트는, 탄소나노튜브 분말, 바인더, 용매, 분산제를 각각 40 내지 50 중량%, 20 내지 30 중량%, 20 내지 30 중량%, 2 내지 5 중량%의 비율로 혼합하여 제조할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 탄소나노튜브 분말은 싱글월(singlewall) 또는 멀티월(multiwall) 탄소나토튜브 분말이 사용될 수 있으며, 상기 바인더는 폴리 비닐 부티랄(Poly Vinyl Butyral), 에틸 셀룰로즈(Ethyl Cellulose), 폴리에스테르(Polyester), 폴리아크릴레이트(Poly Acrylate), 폴리비닐피롤리돈(Poly Vinyl Pyrrolidone)가 사용될 수 있으며, 상기 용매로는 에틸알콜, 톨루엔 또는 에틸알콜과 톨루엔의 혼합용매가 사용될 수 있으며, 상기 분산제로는 글리세린, 오일피쉬, DOP(Dioctyl Phtahalate)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 홈에 충진하는 공정은, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 상기 기판 하면의 상기 홈이 형성된 영역에 도포하는 단계, 스크 린 프린팅법 또는 스핀 코팅법을 이용하여 상기 홈에 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계 및 상기 충진된 탄소나노튜브 페이스트를 건조하는 단계로 이루어질 수 있다.
이어 도 3의 (f)와 같이, 상기 상부전극(12)과 전기적으로 연결되도록 적어도 하나의 LED(21)를 기판(11)의 상면에 탑재한다. LED(21)를 탑재하는 방식은 당업계에 알려진 다양한 LED 접합 방식을 채용할 수 있다. LED(21)의 탑재방식의 일례로서, 도 3의 (f)에는 도전성 범프를 이용하여 플립칩 방식으로 LED가 상부전극(12)과 전기적으로 연결됨과 동시에 기판(11) 상에 탑재된 형태를 도시한다. 이외에도, LED(21)가 기판(11)의 상면에 직접 솔더 본딩 또는 접합제를 이용하여 본딩되고 LED(21)의 양 단자가 와이어 본딩 방식으로 각각 상부전극(12)에 연결된 방식 또는 LED(21)의 일단자가 직접 일 상부전극에 접합되고 나머지 전극은 와이어 본딩 방식으로 다른 상부 전극에 전기적으로 연결되는 방식 등이 사용될 수 있다.
최종적으로, 도 3의 (g)와 같이, 상기 기판(11) 상면의 LED(21)가 장착된 영역의 주변에, 상기 LED(21)에서 방출되는 빛을 상부로 반사시키기 위한 경사면(i)을 갖는 반사용 구조물(16)을 형성하고, 상기 LED(21) 상부에서 상기 LED(21)로부터 방출되는 빛의 방향 조절하는 렌즈부(17)를 상기 반사용 구조물에 부착하여 배치하며, 상기 기판(11) 하면에 상기 비아홀에 충진된 도전성 충진제와 전기적으로 연결된 하부전극(14)을 형성하여 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 패키지의 제조방법이 완료된다.
이와 같이, 본 발명은 열전도도가 매우 우수한 탄소나노튜브 물질을 열 방출을 위한 경로로 이용함으로써, LED 패키지 내의 LED로부터 방출되는 열을 효율적으로 패키지 외부로 방출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열전도도가 우수한 탄소 나노 튜브 물질을 충진함으로써, LED 패키지 내의 LED로부터 방출되는 열을 효율적으로 패키지 외부로 방출할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해, LED의 출력특성이 변화되는 것을 방지할 수 있으며, LED의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 하면에 적어도 하나의 홈이 형성된 기판;
    상기 기판의 상면에 형성된 복수개의 상부전극;
    상기 기판의 상면에 탑재되며, 상기 상부전극과 양 단자가 전기적으로 연결된 적어도 하나의 LED; 및
    상기 기판에 형성된 홈에 충진된 탄소나노튜브 충진제를 포함하는 LED 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 상부전극 하부에 상하면을 관통하는 비아홀을 포함하며, 상기 비아홀은 도전성 충진제로 충진되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 하면에 형성되며 상기 비아홀에 충진된 도전성 충진제와 전기적으로 연결되는 복수개의 하부전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상하면, 상기 홈의 내벽 및 상기 비아홀의 내벽에 형성된 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연막은 SiO2로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상면의 LED가 장착된 영역의 주위에 형성되며, 상기 LED에서 방출되는 빛을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 갖는 반사용 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반사용 구조물에 부착되어 상기 LED 상부에 배치되며, 상기 LED로부터 방출되는 빛의 방향 조절하는 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 LED 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 기판의 하면으로부터 상면 방향으로 형성되며, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 홀 구조인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 기판의 하면으로부터 상면 방향으로 형성되며, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 슬릿 구조인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  10. 기판 및 탄소나노튜브 페이스트를 마련하는 단계;
    상기 기판의 하면에 홈을 형성하는 단계;
    상기 기판의 하면에 형성된 홈에 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계;
    상기 기판의 상면에 복수개의 상부전극을 형성하는 단계; 및
    상기 상부전극과 전기적으로 연결되도록 적어도 하나의 LED를 상기 기판의 상면에 탑재하는 단계를 포함하는 LED 패키지의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계는,
    상기 기판의 상하면에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 기판 하면에 형성된 절연막 및 기판 하면 일부를 제거하여 적어도 하나의 홈을 형성하는 단계;
    상기 기판 상하면에 형성된 절연막 및 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 상부 전극이 형성될 위치의 하부에 상기 기판 상하면을 관통하는 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 홈 및 비아홀의 내벽에 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀의 내부에 도전성 충진제를 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 Si 기판이며,
    상기 기판의 상하면에 절연막을 형성하는 단계 및 상기 홈 및 비아홀의 내벽에 절연막을 형성하는 단계는, 상기 Si 기판을 산소 분위기에서 열처리하여, 상기 Si 기판의 상하면에 SiO2 절연막을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 마련하는 단계는,
    탄소나노튜브 분말을 바인더, 용매, 분산제와 소정 비율로 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 혼합물을 에이징하여 탄소나노튜브 페이스트를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계는,
    상기 기판 하면으로부터 그 상면 방향으로, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 홀 구조를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 홈을 형성하는 단계는,
    상기 기판 하면으로부터 그 상면 방향으로, 상기 기판을 관통하지 않는 복수개의 슬릿 구조를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계는,
    상기 탄소나노튜브 페이스트를 상기 기판 하면의 상기 홈이 형성된 영역에 도포하는 단계;
    스크린 프린팅법 또는 스핀 코팅법을 이용하여 상기 홈에 상기 탄소나노튜브 페이스트를 충진하는 단계; 및
    상기 충진된 탄소나노튜브 페이스트를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 기판 상면의 LED가 장착된 영역의 주변에, 상기 LED에서 방출되는 빛을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 갖는 반사용 구조물을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 LED 상부에서 상기 LED로부터 방출되는 빛의 방향 조절하는 렌즈부를 상기 반사용 구조물에 부착하여 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Si 기판을 이용한 LED 패키지의 제조방법.
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