KR100665365B1 - 발광다이오드 패키지 제조 방법 - Google Patents

발광다이오드 패키지 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 패키지 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 투명한 탄성 수지를 LED 패키지 본체에 토출한 다음 전체 구조를 뒤집는 거꾸로 두기 기법에 의해 LED 렌즈를 LED 패키지 본체와 일체화하여 LED 패키지를 제조한다. 따라서, 종래의 중간층 형성에 따른 제조 공정 및 비용 증가를 방지하고 계면 증가에 따른 신뢰성 저하 및 광추출 효율 저하를 방지할 수 있다.
LED, 패키지, 탄성 수지, 거꾸로 두기, 경화, 압력 강하

Description

발광다이오드 패키지 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
도 1은 종래기술에 따른 LED 패키지 제조 과정을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 패키지 제조 과정을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 거꾸로 두기 단계의 특성을 설명하는 도면이다.
도 4는 압력 강하에 따른 새그 변화를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분의 부호의 설명>
100: LED 패키지 120: LED 패키지 본체
126: LED 칩 130: 탄성 봉지체
140: LED 렌즈
본 발명은 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)에 관한 것이며, 더 구 체적으로는 투명한 탄성 수지를 LED 패키지 본체에 토출한 다음 전체 구조를 뒤집는 거꾸로 두기 기법에 의해 LED 렌즈를 LED 패키지 본체와 일체화하여 LED 패키지를 제조함으로써, 종래의 중간층 형성에 따른 제조 공정 및 비용 증가를 방지하고 계면 증가에 따른 신뢰성 저하 및 광추출 효율 저하를 방지할 수 있는 LED 패키지 제조 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류가 가해지면 다양한 색상의 빛을 발생시키기 위한 반도체 장치이다. LED에서 발생되는 빛의 색상은 주로 LED의 반도체를 구성하는 화학 성분에 의해 정해진다. 이러한 LED는 필라멘트에 기초한 발광 소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 및 반복적인 전원 단속에 대한 높은 공차 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
최근 LED는 조명 장치 및 대형 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(Backlight) 장치로 채용되고 있다. 이들은 큰 출력을 요하므로 이러한 고출력 LED에는 우수한 방열 성능을 갖는 패키지 구조가 요구된다. 또한, 발생한 빛을 외부로 방출하기 위해 더 높은 광추출 효율을 지닌 패키지 구조가 요구되기도 한다.
종래기술에 따른 LED 패키지 제조 방법에 있어서, 기부, LED 칩 및 이를 봉지하는 투명 봉지체를 갖는 LED 패키지를 LED 패키지의 커버 즉 렌즈와 별도로 준비하여 이들을 하나로 접합하여 LED 패키지를 제조하고 있다. 이러한 종래기술에 따른 LED 패키지 제조 과정을 도 1을 참조하여 살펴본다.
도 1(a)는 LED 패키지의 렌즈 제조 과정을 보여준다. 즉, 금형(36)에 플라스틱 등의 수지(38)를 붓고 경화되면 꺼내어 렌즈(40)를 형성한다.
한편, 도 1(b)는 LED 패키지의 LED 패키지 본체 제조 과정을 보여준다. LED 패키지 본체(20)는 윗면에 오목부가 형성된 기판 또는 기부(22)에 한 쌍의 리드(24)를 형성하고 이 리드(24)에 LED 칩(26)을 장착하고 와이어(28)에 의해 전기적으로 연결시킨 다음 오목부에 투명 실리콘과 같은 탄성 수지를 채워 투명 봉지체(30)를 형성한다. 이 경우, 투명 봉지체(30)는 일반적인 투명 에폭시 대신 투명한 탄성 수지를 사용하데, 이는 LED의 경우 LED 칩(26)에서 나오는 열에 의해 일반적인 투명 에폭시는 쉽게 변형될 수 있기 때문이다.
이와 같이 LED 패키지 본체(20)와 LED 렌즈(40)를 따로따로 준비한 다음, 도 1(c)에 도시한 것과 같이 렌즈(40)를 LED 패키지 본체(20)에 부착하여 LED 패키지(1)를 완성한다. 이때 렌즈(40)는 투명한 접착제(42)를 사용하여 LED 패키지 본체(20)에 접착된다.
하지만 이와 같은 종래기술에 따른 LED 패키지 제조는 다음과 같은 단점을 갖는다. 먼저, 렌즈 제작용 금형(36)을 이용하여 LED 렌즈(40)를 별도로 준비해야 하므로 제조 공정과 비용이 증가한다.
또, LED 패키지 본체(20)와 렌즈(40) 사이에 투명 접착제(42)가 중간층으로 삽입되므로 탄성 수지(30)와 투명 접착제(42) 사이, 투명 접착제(42)와 렌즈(40) 사이에 추가의 계면이 형성된다. 이렇게 되면, 이들 계면으로 수분 및 자외선 등 이 침투하므로 신뢰성이 저하되고 LED 칩(26)으로부터의 광추출 효율도 감소되는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 명한 탄성 수지를 LED 패키지 본체에 토출한 다음 전체 구조를 뒤집는 거꾸로 두기 기법에 의해 LED 렌즈를 LED 패키지 본체와 일체화하여 LED 패키지를 제조함으로써, 종래의 중간층 형성에 따른 제조 공정 및 비용 증가를 방지하고 계면 증가에 따른 신뢰성 저하 및 광추출 효율 저하를 방지할 수 있는 LED 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은
(가) 윗면에 오목부가 형성된 기부에 리드를 설치하고 상기 리드에 LED 칩을 장착하고 전기적으로 연결시킨 다음 상기 오목부에 투명한 탄성 수지를 채워 LED 패키지 본체를 준비하는 단계;
(나) 상기 패키지 본체의 상부에 투명한 수지를 반구 형태로 토출하는 투명 수지 토출 단계; 및
(다) 상기 (나) 단계에서 얻은 구조를 뒤집은 상태로 상기 반구 형태의 투명 수지를 경화시켜 상기 패키지 본체와 일체로 된 렌즈를 형성하는 투명 수지 경화 단계를 포함하는 LED 패키지 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 패키지 제조 방법에 있어서, 상기 (다) 투명 수지 경화 단계는 상기 (나) 단계에서 얻은 구조를 경화 챔버에 넣고 내부 압력을 대기압에 비해 강하시킨 상태로 수행하는 것을 특징으로 한다. 이때, 압력 강하의 값은 대기압으로부터 0.03 내지 0.09 Mpa일 수 있다.
본 발명의 LED 패키지 제조 방법에 있어서, 상기 투명 수지는 탄성 수지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 패키지 제조 방법에 있어서, 상기 투명 수지는 상기 LED 패키지 본체의 탄성 수지와 동일한 재질인 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 패키지 제조 과정을 보여주는 개략도이다.
먼저, 도 2(a)는 본 발명에 따른 LED 패키지 제조 과정에서 LED 패키지의 LED 패키지 본체 제조 과정을 보여준다. LED 패키지 본체(120)는 윗면에 오목부가 형성된 기판 또는 기부(122)에 한 쌍의 리드(124)를 형성하고 이 리드(124)에 LED 칩(126)을 장착하고 와이어(128)에 의해 전기적으로 연결시킨 다음 오목부에 투명 실리콘과 같은 탄성 수지를 채워 투명 봉지체(130)를 형성한다. 한편, LED 칩(126)은 와이어(128) 대신 솔더 범프(도시 생략)에 의해 리드에 연결할 수도 있다.
이 경우, 탄성 봉지체(130)로는 일반적인 투명 에폭시가 아닌 투명한 탄성 수지를 사용하는데, 이는 LED의 경우 LED 칩(126)에서 나오는 열에 의해 일반적인 투명 에폭시는 쉽게 변형될 수 있기 때문이다.
이에 반해, 탄성 수지는 황변(yellowing)과 같은 단파장의 빛에 의한 변화가 매우 적고 굴절률 또한 높기 때문에 우수한 광학적 특성을 갖는다. 또한, 에폭시와는 달리 경화 작업 이후에도 젤이나 탄성체(elastomer) 상태를 유지하기 때문에, 열에 의한 스트레스, 진동 및 외부 충격 등으로부터 LED 칩(126)을 보다 안정적으로 보호할 수 있다. 탄성 수지로는 실리콘 등의 젤 형태의 수지가 있다.
이어, 도 2(b)에 도시한 것과 같이, 주사기(134)를 이용하여 투명한 투명 수지(136)를 LED 패키지 본체(120)에 도팅(dotting) 방식으로 정밀 토출한다.
이와 같은 투명 수지(136)를 토출하는 양은 렌즈의 높이 즉 새그(sag)에 따라 다른데, 1.2mm 새그인 경우에는 5mg, 1.5mm의 경우에는 7mg, 2mm의 경우에는 10mg 및 2.5mm의 경우에는 13mg을 토출하는 것이 바람직하다. 물론, 이들 새그는 대기압하에서의 수치이며, 수지량이 동일할 때 기압을 낮출수록 실제로 얻게 되는 렌즈의 새그는 증가한다.
이와 같이 LED 패키지 본체(120)에 투명 수지(136)가 토출되면, 얻어진 구조체를 도 2(c)에 도시한 것과 같이 뒤집어 지그와 같은 지지대(150)에 거꾸로 걸어둔 상태로 경화 챔버(도시 생략) 내에서 반구형 투명 수지(138)를 경화시킨다. 이때, 투명 수지(136)는 뒤집히면 그 높이가 도 2(b)에 비해 증가하고, 반구 형태를 갖게 된다.
이와 같은 경화 작업을 통해 반구형 투명 수지(138)를 경화시킨다. 이렇게 하면, 반구형 투명 수지(138)는 경화되어 LED 패키지 본체(120)와 일체로 된 반구형 렌즈(138)를 형성한다. 그 결과, 도 2(d)에 도시한 것과 같은 LED 패키지(100)를 얻는다.
이와 같은 LED 패키지(100)의 제조 작업을 수행할 때, LED 패키지 본체(120)에 토출하는 투명 수지(136)는 LED 패키지 본체(120)에 미리 토출되어 (적어도 부분적으로) 경화된 탄성 봉지체(130)와 동일한 재질로 선택되면 바람직하다. 재질이 동일하면, 탄성 봉지체(130)와 투명 수지(136) 사이의 결합성이 높고 결합력도 크게 되어 렌즈(140)가 LED 패키지 본체(120)에 안정적으로 유지되기 때문이다. 물론, 동일한 재질이 아니라도 서로 결합성이 높은 재질을 선택하면 렌즈(140)가 LED 패키지 본체(120)에 안정적으로 유지될 수 있다.
투명 수지(136)를 탄성 수지로 하는 것은 다음과 같은 이점도 있다. 즉 고출력 LED의 경우, LED 칩(126)에서 발생한 열이 탄성 봉지체(130)를 통해 투명 수지(136)에까지 전달될 수 있다. 이 경우, 투명 수지(136)가 열에 약한 에폭시 계열로 제조되면 이 열에 의해 손상될 수도 있다. 하지만, 투명 수지(136)를 투명 실리콘과 같은 탄성 수지로 하면, 열에 의한 특성 열화가 적어 광학적 특성을 유지하는데 유리하다.
전술한 투명 수지의 경화 조건은 원하는 렌즈 새그에 따라 다를 수 있는데, 대표적인 예를 표 1에 기재하였다. 물론, 여기서 새그는 대기압하의 치수이다.
수지의 양(mg) 경화 시간(분) 경화 온도(℃) 새그(mm)
5 30 150 1.2
7 30 150 1.5
10 60 150 2.0
13 80 150 2.5
한편, 반구형 투명 수지(138)의 양과 점도에 따라 경화 챔버 내의 압력을 조절하면 반구형 투명 수지(138)의 곡률을 일정하게 조절하여 렌즈의 높이 즉 새그를 제어할 수 있다.
이를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에서 (a)는 본 발명에 따른 거꾸로 두기 기법에서 경화 챔버 내의 압력을 대기압보다 낮게 한 경우이고 (b)는 경화 챔버 내의 압력을 낮추지 않고 대기압으로 둔 경우이다.
먼저 도 3(b)에서와 같이 경화 챔버를 대기압 상태로 유지하면, 투명 수지(138)는 중력에 화살표(A) 방향으로 일부 처지면서 투명 수지(138)가 LED 패키지 본체(120)와 만나는 부분에는 안쪽으로 들어간 만입부(R)가 형성된다. 이렇게 되면, 투명 수지(138)를 일정한 곡률로 형성할 수 없다.
이에 반해, 도 3(a)에서와 같이 경화 챔버의 압력을 낮추면, 투명 수지(138) 내의 압력(B)이 외부보다 상대적으로 커져 화살표(A)로 표시한 중력과 함께 투명 수지(138)를 아래로 처지게 한다. 따라서, 도 3(a)의 투명 수지(138a)의 높이 즉 최종 렌즈의 새그(S1)는 도 3(b)의 투명 수지(138b)의 높이 즉 최종 렌즈의 새그(S2)보다 커진다.
이를 고려할 때, 압력이 더 많이 강하될수록 렌즈 새그가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 도 4를 참조하면 명확히 이해할 수 있다. 도 4에서, P1은 대기압이고, P2 및 P3는 대기압에 비해 낮춘 경화 챔버 내의 압력을 나타내며, P1 > P2 > P3의 관계를 갖는다.
이로부터 경화 챔버 내의 압력 강하는 1) 최종 렌즈의 새그를 증가시고 2) 렌즈가 반구형으로 형성될 수 있게 해주는 것을 알 수 있다.
이와 같은 상태로 반구형 투명 수지(138)를 경화시키면, 도 2(d)에 도시한 것과 같은 반구형 렌즈(140)를 얻게 된다.
이와 같은 경화 챔버 내의 압력 강하 조건은 토출한 투명 수지(136)의 양과 점도에 따라 정해진다. 예컨대 3000mPa.s의 점도를 갖는 투명 수지 5mg을 150℃에서 거꾸로 두기 기법에 의해 경화할 때, 압력 강하 조건에 따른 렌즈 높이 즉 새그의 변화는 표 2에 기재한 것과 같다.
압력 강하(MPa) 렌즈 새그(mm)
0(대기압) 1.2
0.03 1.2
0.04 1.7
0.05 2.2
0.06 2.2
0.07 2.7
0.08 3.2
0.09 4.2
이와 같이 하면, 종래기술에서 문제시되는 중간층 형성에 따른 제조 공정 및 비용 증가를 방지하고 계면 증가에 따른 신뢰성 저하 및 광추출 효율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 거꾸로 두기 기법과 압력 강하 기법에 의해 경화를 수행하기 때문에 흐름성이 큰 수지의 경우에도 기포 형성이나 형상 무너짐이 없이 반구 형태를 유지하면서 렌즈로 경화될 수 있다.
이와 같이, 원하는 렌즈 새그에 따라 토출하는 투명 수지의 양을 조절하고 토출한 투명 수지의 양과 점도에 따라 경화 챔버 내의 압력을 강하시킴으로써 일정한 곡률을 갖는 반구형 렌즈를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 LED 패키지 제조 방법에 따르면, 투명한 탄성 수지를 LED 패키지 본체에 토출한 다음 전체 구조를 뒤집는 거꾸로 두기 기법과 압력 강하 기법에 의해 LED 렌즈를 LED 패키지 본체와 일체화하여 LED 패키지를 제조함으로써, 종래의 중간층 형성에 따른 제조 공정 및 비용 증가를 방지하고 계면 증가에 따른 신뢰성 저하 및 광추출 효율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 거꾸로 두기 기법에 의해 경화를 수행하기 때문에 흐름성이 큰 수지의 경우에도 기포 형성이나 형상 무너짐이 없이 반구 형태를 유지하면서 렌즈로 경화될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (5)

  1. (가) 윗면에 오목부가 형성된 기부에 리드를 설치하고 상기 리드에 LED 칩을 장착하고 전기적으로 연결시킨 다음 상기 오목부에 투명한 탄성 수지를 채워 LED 패키지 본체를 준비하는 단계;
    (나) 상기 패키지 본체의 상부에 투명한 수지를 반구 형태로 토출하는 투명 수지 토출 단계; 및
    (다) 상기 (나) 단계에서 얻은 구조를 뒤집은 상태로 상기 반구 형태의 투명 수지를 경화시켜 상기 패키지 본체와 일체로 된 렌즈를 형성하는 투명 수지 경화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (다) 투명 수지 경화 단계는 상기 (나) 단계에서 얻은 구조를 경화 챔버에 넣고 내부 압력을 대기압에 비해 강하시킨 상태로 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 압력 강하의 값은 대기압으로부터 0.03 내지 0.09 Mpa인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투명 수지는 탄성 수지인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투명 수지는 상기 LED 패키지 본체의 탄성 수지와 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조 방법.
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