KR100709890B1 - 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지 - Google Patents

다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지 Download PDF

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Abstract

다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지가 개시된다. 이 패키지는 한 쌍의 리드단자를 구비한다. 본체가 상기 한 쌍의 리드단자의 적어도 일부를 매립한다. 상기 본체는 상기 한 쌍의 리드단자를 노출시키는 개구부를 갖는다. 발광다이오드 다이가 상기 개구부 내에 실장되어 위치한다. 상기 발광다이오드 다이는 상기 한 쌍의 리드단자에 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 몰딩수지가 상기 발광다이오드 다이를 덮는다. 상기 제1 몰딩수지는 듀로미터 쇼어(Durometer shore) 값이 50A 미만이다. 이에 더하여, 제2 몰딩수지가 상기 제1 몰딩수지의 상부를 덮는다. 상기 제2 몰딩수지는 듀로미터 쇼어 값이 50A 이상이다. 이에 따라, 상기 발광다이오드 다이에 인가되는 스트레스를 감소시킬 수 있으며, 상기 몰딩수지의 변형을 방지할 수 있다.
몰딩수지, 에폭시, 실리콘(silicone)

Description

다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지{Light emitting diode package having multiple molding resins}
도 1은 종래 기술에 따른 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *
10: 발광다이오드 패키지, 11, 13: 리드단자,
14: 개구부의 내벽, 15: 본체,
17: 발광다이오드 다이, 19: 도전성 접착제,
21: 본딩와이어, 23: 제1 몰딩수지,
25: 제2 몰딩수지, 26: 개구부,
27: 렌즈부
본 발명은 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경도가 낮은 몰딩수지로 발광다이오드 다이를 덮고 그 상부를 경도가 큰 몰딩수지로 덮어 발광다이오드 다이에 인가되는 스트레스를 완화하고 몰딩수지 상부면의 변형을 방지하는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드 패키지는 실장된 발광다이오드 다이를 덮는 몰딩수지를 포함한다. 상기 몰딩수지는 외부환경으로부터 발광다이오드 다이를 보호한다. 즉, 상기 몰딩수지는 외부에서 가해지는 힘으로부터 상기 발광다이오드 다이 및 본딩와이어를 보호하며, 대기중의 수분을 차단하여 발광다이오드 다이의 손상을 방지한다. 또한, 상기 몰딩수지는 발광다이오드 다이에서 방출된 빛의 파장을 변환시키는 형광체를 함유할 수 있다. 그 결과, 자외선 또는 청색광을 방출하는 발광다이오드 다이를 사용하여 백색광을 얻을 수 있다.
한편, 발광다이오드 다이가 빛을 방출할 때, 발광다이오드 다이로부터 열이 발생하며, 이 열은 발광다이오드 다이 주변으로 전달된다. 따라서, 발광다이오드 다이를 덮는 몰딩수지는 발광다이오드 다이가 동작을 반복함에 따라 열 사이클을 겪게 된다. 몰딩수지의 경도가 큰 경우, 상기 열 사이클 동안 몰딩수지에 크랙이 발생할 수 있으며, 상기 몰딩수지가 박리될 수 있다. 또한, 상기 몰딩수지와 발광다이오드 다이의 열팽창계수 차이에 기인한 열 스트레스로 인해 발광다이오드가 깨지거나, 본딩와이어가 단선될 수 있다. 상기 몰딩수지의 크랙 및 박리는 방출되는 빛의 균일성을 해하며, 내습성을 악화시킨다. 이에 더하여, 몰딩수지가 열가소성 수지인 경우, 경화 후의 잔류스트레스가 커서 위의 문제는 더욱 심각하다.
상기 열 사이클에 기인한 몰딩수지의 크랙 및 박리를 방지할 수 있는 발광다이오드 패키지가 대한민국 공개특허 특2002-0079516호에 "발광장치"라는 제목으로 개시된 바 있다. 도 1은 상기 공개특허에 개시된 발광다이오드 패키지(100)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광다이오드 패키지(100)는 리드프레임으로 형성한 리드단자들(101, 102) 및 이것과 일체로 성형된 본체(103)를 구비한다. 본체(103)는 전형적으로 열가소성 수지로 이루어진다. 리드단자들(101, 102)은 각각의 일단이 근접하여 대향하도록 배치되며, 타단은 서로 반대방향으로 연장하여 본체(103)의 외부로 돌출된다.
한편, 상기 본체(103)는 개구부(105)를 가지며, 발광 다이오드 다이(106)가 그 저면에 실장된다. 상기 발광다이오드 다이(106)는 상기 하나의 리드단자들(101) 상에 도전성 접착제(107)에 의해 부착될 수 있으며, 본딩와이어(109)를 통해 다른 리드단자(102)에 접속된다. 상기 개구부(105)의 내벽(104)은 발광다이오드 다이(106)에서 방출된 빛을 외부로 반사하도록 일정한 경사면을 갖는다.
밀봉수지(111)가 상기 발광다이오드 다이(106) 상부를 덮으며, 상기 개구부(105) 내에 배치된다. 상기 밀봉수지(111)는 일본공업규격(JIS)의 JISA 값으로 50 내지 90의 상대적으로 큰 경도값을 갖는 실리콘수지이다. 상기 밀봉수지(111) 상부에 렌즈부(113)가 배치되어 집광작용을 한다.
상기 발광다이오드 패키지(100)는 JISA 값으로 95정도인 에폭시 수지에 비해 낮은 경도를 가지므로 상기 에폭시 수지에 비해 크랙이나 박리가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 경도가 JIS A값으로 30 내지 40인 실리콘 수지에 비해 상대적으로 커서 외부에서 인가되는 힘이 발광다이오드 다이(106)에 미치는 영향을 감소시키는 장점이 있다. 그러나, 실리콘 수지가 상대적으로 큰 경도값을 가지므로, 경화시 잔류스트레스가 상대적으로 증가하며 열 사이클에 기인한 열 스트레스(thermal stress)가 상대적으로 크다. 특히, 상기 개구부(105)의 크기가 증가하거나 입력전력이 증가할 경우, 상기 스트레스는 더욱 증가하여 발광다이오드 다이(106)의 신뢰성을 감소시킬 수 있으며, 본딩와이어(107)의 단선을 유발할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 외력 및 수분과 같은 외부환경으로부터 발광다이오드 다이를 보호하며 발광다이오드 다이에 미치는 스트레스를 완화함과 아울러, 선별 또는 어셈블리 동안 몰딩수지의 변형을 방지할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지를 제공한다. 상기 발광다이오드 패키지는 한 쌍의 리드단자를 포함한다. 본체가 상기 한 쌍의 리드단자의 적어도 일부를 매립한다. 상기 본체는 상기 한 쌍의 리드단자를 노출시키는 개구부를 갖는다. 상기 개구부 내에 발광다이오드 다이가 실장되어 위치한다. 상기 발광다이오드 다이는 상기 한 쌍의 리드단자에 전기적으로 연결된다. 한편, 제1 몰딩수지가 상기 발광다이오드 다이를 덮는다. 이에 더하여, 상기 제1 몰딩수지에 비해 경도가 큰 제2 몰딩수지가 상기 제1 몰딩수지 상부를 덮는다. 이에 따라, 상기 제1 몰딩수지는 발광다이오드 다이에 미치는 스트레스를 완화하며, 상기 제2 몰딩수지는 외력에 의한 변형을 방지한다.
상기 제1 몰딩수지는 듀로미터 쇼어 값이 50A 미만이고, 상기 제2 몰딩수지는 듀로미터 쇼어 값이 50 이상일 수 있다.
상기 제1 또는 제2 몰딩수지들은 에폭시 수지 또는 실리콘(silicone)일 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 몰딩수지들 중 하나는 형광체를 함유할 수 있다.
또한, 상기 제1 몰딩수지는 상기 제2 몰딩수지 비해 상대적으로 두꺼울 수 있다. 그 결과, 상기 제1 몰딩수지 아래의 발광다이오드 다이에 인가되는 스트레스를 감소시킬 수 있다.
한편, 렌즈부가 상기 제2 몰딩수지를 덮을 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드 다이에서 방출되는 빛을 원하는 시야각 내의 외부로 방출할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(10)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광다이오드 패키지(10)는 리드프레임으로 형성한 한 쌍의 리드단자들(11, 13) 및 이것과 일체로 성형된 본체(15)를 구비한다. 본체(15)는 전형적으로 열가소성 수지를 삽입몰딩하여 형성할 수 있다. 일반적으로, 발광다이오드 패키지(10)를 대량생산하기 위해, 상기 리드프레임 상에 복수의 본체들(15)이 형성된다. 몰딩수지부의 경화 이후, 상기 리드프레임을 절단하여 개개의 발광다이오드 패키지(10)로 분리하며, 그 결과 상기 리드단자들(11, 13)이 형성된다. 상기 리드단자들(11, 13)은 각각의 일단이 근접하여 대향하도록 배치되며, 타단은 서로 반대방향으로 연장하여 본체(15)의 외부로 돌출된다.
상기 본체(15)는 상기 리드단자들(11, 13)의 적어도 일부를 매립한다. 즉, 상기 본체(15)는 상기 리드단자들(11, 13)의 적어도 일부를 둘러싸서 상기 리드단자들(11, 13)을 고정시킨다. 또한, 상기 본체(15)는 상기 리드단자들(11, 13)을 노출시키는 개구부(26)를 갖는다. 상기 개구부(26)의 내벽(14)은 발광다이오드 다이에서 방출된 빛을 외부로 반사하도록 일정한 경사면을 갖는다.
발광 다이오드 다이(17)가 상기 개구부(26)의 저면에 실장된다. 이때, 도시한 바와 같이, 상기 발광다이오드 다이(17)는 상기 하나의 리드단자(11) 상에 도전성 접착제(19)에 의해 부착될 수 있다. 상기 도전성 접착제는 은에폭시(Ag epoxy)일 수 있다. 이에 더하여, 상기 발광다이오드 다이(17)는 본딩와이어(21)를 통해 다른 리드단자(13)에 접속될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광다이오드 다이(17)는 상기 리드단자들(11, 13)에 전기적으로 연결된다.
한편, 제1 몰딩수지(23)가 상기 발광다이오드 다이(17) 상부를 덮는다. 상기 제1 몰딩수지(23)는 또한 상기 본딩와이어(21)를 덮을 수 있다. 상기 제1 몰딩수지(23)는 듀로미터 쇼어(Durometer shore) 값이 50 미만으로 상대적으로 경도값이 작은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10A 이하일 수 있다. 상기 제1 몰딩수지(23)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있다. 상기 제1 몰딩수지(23)는, 도시한 바와 같이, 상기 발광다이오드 다이(17) 및 본딩와이어(21)를 덮고, 상기 본체(15)의 내벽에 접착될 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 몰딩수지(23)는 상기 발광다이오드 다이(17) 및 상기 본딩와이어(21)를 덮되, 상기 본체(15) 까지 연장되지 않고 일부에 한정될 수 있다.
이에 더하여, 제2 몰딩수지(25)가 상기 제1 몰딩수지(23) 상부를 덮는다. 상기 제2 몰딩수지(25)는 상기 개구부(26)를 채우고 상기 개구부(26)의 내벽(14)에 접착된다. 상기 제2 몰딩수지(25)의 상부면은 평평한 면일 수도 있으며, 일정한 곡률을 가질 수도 있다. 상기 제2 몰딩수지(25)는 듀로미터 쇼어(Durometer shore) 값이 50 이상으로 상기 제1 몰딩수지(23)에 비해 상대적으로 경도값이 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 몰딩수지(25)와 상기 제1 몰딩수지(23) 사이에 다른 몰딩수지(도시하지 않음)가 개재될 수 있다. 상기 제2 몰딩수지(25)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 몰딩수지(25) 및 다른 몰딩수지는 상기 제1 몰딩수지(23)와 동일한 종류의 재질이다. 예컨대, 상기 제1 몰딩수지(23)가 실리콘 수지인 경우, 상기 제2 몰딩수지(25)는 실리콘 수지이다. 상기 제1 몰딩수지(23)와 상기 제2 몰딩수지(25)가 동일한 재질인 경우, 계면에서 반사에 의한 빛의 손실을 감소시킬 수 있으며, 밀착성이 증가하여 내습성을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 상기 제1 몰딩수지(23)는 상기 제2 몰딩수지(25) 보다 더 두꺼울 수 있다. 여기서, 제1 몰딩수지(23) 및 제2 몰딩수지(25)의 두께는 상기 발광다이오드 다이(17)의 상부면을 기준으로 수직 방향으로 측정된 값으로 한다. 경도값이 작은 제1 몰딩수지(23)가 제2 몰딩수지(25)에 비해 상대적으로 두꺼우므로 상기 발광다이오드 다이(17)에 인가되는 스트레스를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 듀로미터 쇼어 값이 10A 이하인 몰딩수지를 사용하여 발광다이오드 다이를 보호하는 패키지가 미국특허 제6,274,924호에 제안된 바 있다. 상기 미국특허에 개시된 패키지는 경도가 상대적으로 낮은 몰딩수지를 사용하여 열스트레스를 완화하는 장점이 있다. 그러나, 상기 경도가 낮은 몰딩수지는 외력에 의해 쉽게 변형될 수 있는 단점이 있다.
일반적으로, 발광다이오드 패키지 내에 몰딩수지가 형성된 후, 앞에서 설명한 바와 같이, 리드프레임을 절단하여 개별 패키지들로 분리한다. 그 후, 분리된 패키지들을 선별 또는 어셈블리하는 데, 이때 경도가 낮은 몰딩수지는 외력에 의해 쉽게 변형된다. 특히, 상기 몰딩수지의 상부면이 변형될 경우, 발광다이오드 다이에서 방출되는 빛이 균일성을 상실한다.
이에 반해, 본 발명의 실시예는 경도값이 상대적으로 큰 제2 몰딩수지(25)가 상기 제1 몰딩수지(23)의 상부를 덮기 때문에 외력에 의한 변형, 특히 몰딩수지 상부면의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 경도값이 상대적으로 작은 제1 몰딩수지(23)가 상기 제2 몰딩수지(25)와 상기 발광다이오드 다이(17) 사이에 개재되어 열스트레스 및 몰딩수지의 잔류스트레스를 완화시킨다. 이러한 스트레스 완화는 결과적으 로 상기 몰딩수지들(23, 25)에서 발생할 수 있는 크랙 및 박리를 방지하여 수분 침투를 방지하며, 발광다이오드 패키지의 신뢰성을 향상시킨다.
한편, 상기 제1 몰딩수지(23) 및/또는 제2 몰딩수지(25)는 형광체를 함유할 수 있다. 상기 형광체는 발광다이오드 다이에서 방출된 빛의 파장을 변환시키기 위해 채택된다. 또한, 렌즈부(27)가 상기 제2 몰딩수지(23) 상부를 덮을 수 있다. 상기 렌즈부(27)는 상기 발광다이오드 다이(17)에서 방출된 빛이 원하는 시야각으로 방출되도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(50)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광다이오드 패키지(50)는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 한 쌍의 리드단자들(51, 53), 본체(55), 발광다이오드 다이(57), 도전성 접착제(59), 제1 몰딩수지(63), 제2 몰딩수지(65)를 포함한다. 또한, 상기 본체(55)는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 개구부(66)를 가지며 상기 개구부(66)의 내벽(54)은 경사질 수 있다.
한편, 상기 발광다이오드 패키지(50)는 열전달 슬러그(56)를 포함한다. 상기 열전달 슬러그(56)의 상부면은 상기 개구부(66)의 저면에 돌출된다. 또한, 상기 열전달 슬러그(56)의 하부면은 열방출을 용이하게 하기 위해 상기 상부면에 비해 폭이 넓다.
상기 발광다이오드 다이(57)는 상기 열전달 슬러그(56)의 상부면에 상기 도전성 접착제(57)에 의해 부착된다. 하나의 본딩와이어(62)가 상기 열전달 슬러그 (56)와 상기 하나의 리드단자(51)를 연결하고, 다른 본딩와이어(61)가 발광다이오드 다이(56)와 다른 리드단자(53)를 연결한다. 그 결과, 상기 발광다이오드 다이(57)는 상기 한 쌍의 리드단자들(51, 53)에 전기적으로 연결된다.
발광다이오드 다이(57)에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 방출하는 열전달 슬러그(56)를 사용하여, 열 사이클에 기인한 열 스트레스를 더욱 완화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 외력 및 수분과 같은 외부환경으로부터 발광다이오드 다이를 보호하며 발광다이오드 다이에 미치는 스트레스를 완화함과 아울러, 선별 또는 어셈블리 동안 몰딩수지의 변형을 방지할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 한 쌍의 리드단자;
    상기 한 쌍의 리드단자를 노출시키는 개구부를 가지며, 상기 한 쌍의 리드단자의 적어도 일부를 매립하는 본체;
    상기 개구부 내에 실장되고 상기 한 쌍의 리드단자에 전기적으로 연결되는 발광다이오드 다이;
    상기 발광다이오드 다이와 상기 리드단자를 연결하는 적어도 하나의 본딩 와이어;
    상기 발광다이오드 다이 및 상기 본딩 와이어를 덮고 연장되어 상기 본체의 내벽에 접착되고, 듀로미터 쇼어 값이 50A 미만인 제1 몰딩수지; 및
    상기 제1 몰딩수지 상부를 덮되, 듀로미터 쇼어 값이 50A 이상이고 상기 본체 개구부의 내벽에 접착된 제2 몰딩수지를 포함하는 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 몰딩수지 상부를 덮는 렌즈부를 더 포함하는 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 몰딩수지들은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지인 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 몰딩수지 또는 상기 제2 몰딩수지 중 적어도 하나는 형광체를 함유하는 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 개구부 저면에 돌출된 상부면을 갖는 열전달 슬러그를 더 포함하되, 상기 발광다이오드 다이는 상기 열전달 슬러그의 상부면에 실장되는 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 몰딩수지는 상기 제2 몰딩수지 보다 더 두꺼운 다중 몰딩수지를 갖는 발광다이오드 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 몰딩수지는 형광체를 함유하나, 상기 제1 몰딩수지는 형광체를 함유하지 않는 다중 몰딩수지를 갖는 발광 다이오드 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 몰딩수지와 상기 제2 몰딩수지는 모두 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 다중 몰딩수지를 갖는 발광 다이오드 패키지.
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