KR100731678B1 - 칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치가 개시된다. 이 칩형 발광 다이오드 패키지는 리드전극이 형성된 열전도성 기판을 포함한다. 상기 열전도성 기판 상에 발광 다이오드 칩이 실장되고, 하부 몰딩부가 상기 발광 다이오드 칩을 덮는다. 또한, 상기 하부 몰딩부에 비해 높은 경도값을 갖는 상부 몰딩부가 상기 하부 몰딩부를 덮는다. 상기 상부 몰딩부는 수지 분말과 형광체를 혼합한 혼합물을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성되어 고르게 분산된 형광체를 함유한다. 이에 따라, 상부 몰딩부에 비해 작은 경도값을 갖는 수지로 하부 몰딩부를 형성할 수 있어 몰딩부의 열변형에 기인한 소자 불량을 방지할 수 있으며, 상부 몰딩부 내에 형광체가 고르게 분산되어 있어 균일한 휘도를 갖는 칩형 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
칩형 발광 다이오드 패키지, 몰딩부, 형광체, 트랜스퍼 몰딩

Description

칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치{CHIP-TYPE LED PACKAGE AND LIGHT EMITTING APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 종래의 칩형 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 칩형 발광 다이오드 패키지를 갖는 발광 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 칩형 발광 다이오드 패키지는 인쇄회로기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩 및 상기 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부를 갖는다. 상기 몰딩부는 형 광체를 함유하여 발광 다이오드 칩에서 방출된 광의 파장을 변환시킨다. 예컨대, 상기 발광 다이오드 칩은 자외선 또는 청색을 방출하는 질화갈륨계 화합물 반도체일 수 있으며, 상기 형광체는 자외선 또는 청색광을 다른 색의 광으로 변환시킨다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩과 형광체의 조합으로 다양한 색의 광을 구현할 수 있으며, 특히 백색광을 구현할 수 있다.
이러한 칩형 발광 다이오드 패키지는 매우 단순한 구조를 가지므로, 제조 공정이 단순하며, 경박단소한 제품의 양산이 가능하다. 따라서, 칩형 발광 다이오드 패키지는 소형 광원이 요구되는 다양한 응용제품들, 예컨대 이동통신 단말기의 액정 디스플레이의 백라이트 광원으로 널리 사용되고 있다.
종래, 상기 형광체를 함유하는 몰딩부는 형광체를 함유하는 액상 에폭시 수지를 인쇄회로기판 상에 도팅 또는 캐스팅함으로써 형성된다. 그러나, 무기 형광체는 액상 에폭시 수지에 비해 상대적으로 큰 비중을 가지므로, 액상 에폭시 수지 내에서 형광체가 침전한다. 이에 따라, 형광체가 몰딩부 내에서 불균일하게 분산되어, 휘도가 균일한 발광 다이오드 패키지를 제공하지 못한다.
한편, 형광체가 고르게 분산된 몰딩부를 갖는 칩형 발광 다이오드 패키지 제조방법이 대한민국 특허 제10-0348377호에 개시된 바 있다. 도 1은 상기 대한민국 특허에 개시된 칩형 발광 다이오드 패키지 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 리드 전극(7)이 인쇄된 인쇄회로기판(6) 상에 발광 다이오드 칩(3)이 실장된다. 상기 발광 다이오드 칩(3)은 리드 전극(7) 중 하나에 전도성 접착제(4)를 통해 실장되어 전기적으로 연결되고, 본딩와이어(5)를 통해 리드 전 극(7) 중 다른 하나에 전기적으로 연결된다.
한편, 형광체(2)를 함유하는 몰딩부(1)가 상기 발광 다이오드 칩(3)을 덮는다. 상기 몰딩부(1)는 형광체(2)와 고체 수지 분말을 혼합한 혼합물로 태블릿을 만들고, 상기 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성된다. 트랜스퍼 몰딩 기술은 일반 경화온도에 비해 상대적으로 높은 온도에서 단시간에 수지를 경화시켜 몰딩부를 형성한다. 따라서 비중 차이에 기인하여 형광체(2)가 몰딩부(1) 내에서 침전하는 것이 방지되므로, 형광체(2)가 고르게 분산된 몰딩부(1)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 형광체(2)가 고르게 분산된 몰딩부(1)를 가지어 균일한 휘도 특성을 갖는 칩형 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
그러나, 상기 몰딩부(1)는 외력 등의 외부환경으로부터 상기 발광 다이오드 칩을 보호하기 위해 상대적으로 높은 경도값을 갖는다. 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부(1)가 상대적으로 높은 경도값을 가질 경우, 발광 다이오드 칩을 구동하는 동안 발생되는 열응력에 의해 몰딩부(1)가 변형될 수 있다. 상기 몰딩부(1)의 변형은 발광 휘도의 변형을 초래하며, 또한 인쇄회로기판(6)으로부터 몰딩부(1)의 박리를 초래하여, 발광 다이오드 패키지의 수명을 단축시킨다.
더욱이, 색상 구현의 발전 및 액정디스플레이의 밝기 강화의 요구에 부응하여, 백라이트 광원으로서 칩형 발광 다이오드 패키지의 고출력이 요구된다. 이를 위해, 종래 약 20mA에서 구동하는 발광 다이오드 칩에 비해 상대적으로 상당히 높은 전류, 예컨대 약 350mA에서 구동하는 파워칩(power chip)을 실장한 칩형 발광 다이오드 패키지를 사용할 필요가 있다. 그러나, 구동 전류의 증가는 발광 다이오 드 칩의 열발생을 증가시키며, 이에 따른 몰딩부의 변형이 더욱 증가된다. 이에 더하여, 열전도율이 낮은 글래스 에폭시(glass epoxy)로 구성된 인쇄회로기판은 발광 다이오드 칩에서 발생된 열을 신속하게 방출시키지 못하므로, 몰딩부의 열변형이 더욱 촉진된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 균일한 휘도특성을 가지며, 몰딩부의 열변형에 의한 소자불량을 방지할 수 있는 칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 고전류에서 동작하는 파워칩을 실장하여 구동할 수 있는 칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 태양은 칩형 발광 다이오드 패키지를 제공한다. 상기 칩형 발광 다이오드 패키지는 리드전극이 형성된 열전도성 기판을 포함한다. 상기 열전도성 기판 상에 발광 다이오드 칩이 실장되고, 하부 몰딩부가 상기 발광 다이오드 칩을 덮는다. 또한, 상기 하부 몰딩부에 비해 높은 경도값을 갖는 상부 몰딩부가 상기 하부 몰딩부를 덮는다. 상기 상부 몰딩부는 수지 분말과 형광체를 혼합한 혼합물을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성되어 고르게 분산된 형광체를 함유한다. 이에 따라, 상부 몰딩부에 비해 작은 경도값을 갖는 수지로 하부 몰딩부를 형성함으로써 몰딩부의 열변형에 기인한 소자불량 을 방지할 수 있으며, 상부 몰딩부 내에 형광체가 고르게 분산되어 있어 균일한 휘도를 나타내는 칩형 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
한편, 상기 열전도성 기판은 발광 다이오드 칩에서 발생된 열을 외부로 전달하여 열방출을 촉진시킨다. 상기 열전도성 기판은 MCPCB(metal core printed circuit board) 또는 세라믹 기판일 수 있다. 상기 세라믹은 예컨대, 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC) 또는 질화알루미늄(AlN)일 수 있다.
한편, 상기 하부 몰딩부는 수지에 비해 비중이 큰 형광체를 함유할 필요가 없다. 따라서, 상기 하부 몰딩부는 액상 수지, 예컨대 실리콘 수지를 도팅함으로써 형성될 수 있다.
한편, 상기 하부 몰딩부와 상기 상부 몰딩부 사이에 중간 몰딩부가 개재될 수 있다. 상기 중간 몰딩부는 상기 상부 몰딩부와 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 그 결과, 상기 상부 몰딩부는 상기 중간 몰딩부 상에 대체로 균일한 두께로 형성된다. 이에 따라, 상부 몰딩부를 통과하는 광 경로들이 대체로 동일하여 휘도 균일성이 향상된다. 상기 중간 몰딩부는 수지 분말을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 칩형 발광 다이오드 패키지를 갖는 발광 장치를 제공한다. 상기 발광 장치는 히트싱크 슬러그를 포함한다. 칩형 발광 다이오드 패키지는 상기 히트싱크 슬러그 상에 탑재된다. 이에 따라, 상기 히트싱크 슬러그를 통해 발광 다이오드 패키지의 열방출이 촉진된다.
상기 히트싱크 슬러그는 요홈부를 가질 수 있으며, 상기 칩형 발광 다이오드 패키지의 열전도성 기판은 상기 요홈부에 탑재된다. 상기 요홈부는 칩형 발광 다이오드 패키지의 탑재 위치를 결정하며, 칩형 발광 다이오드 패키지를 고정시킨다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드 패키지(20)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 칩형 발광 다이오드 패키지(20)는 리드전극들(23a, 23b)이 형성된 열전도성 기판(21)을 포함한다. 열전도성 기판(21)은 MCPCB(metal core printed circuit board) 또는 세라믹 기판일 수 있다. 상기 세라믹은 예컨대, 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC) 또는 질화알루미늄(AlN)일 수 있다. 리드전극들(23a, 23b)은 기판(21)의 윗면에 형성되며, 사용용도에 따라 다양하게 연장될 수 있다. 예컨대, 리드전극들(23a, 23b)은 표면실장을 위해, 도시한 바와 같이, 기판(21)의 아래면으로 연장될 수 있다.
열전도성 기판(21) 상에 발광 다이오드 칩(25)이 실장된다. 발광 다이오드 칩(25)은 전도성 접착제(도시하지 않음)를 통해 리드전극(23a)에 본딩되고, 본딩와이어를 통해 리드전극(23b)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 발광 다이오드 칩(25)은 상면 및 하면에 각각 전극을 갖는 1 본드 다이를 나타낸다. 이와 달리, 상기 발광 다이오드 칩(25)은 상면 측에 두개의 전극들을 갖는 2 본드 다이일 수 있다. 이 경우, 상기 전극들은 각각 본딩 와이어를 통해 리드전극들(23a, 23b)에 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(25)은 범프들을 갖는 플립칩일 수 있으며, 이 경우, 범프들을 통해 리드전극들(23a, 23b)에 플립 본딩될 수 있다.
하부 몰딩부(27)가 상기 발광 다이오드 칩(25)을 덮는다. 하부 몰딩부(27)는 실리콘 수지를 도팅(dotting)하여 형성될 수 있으며, 이때, 실리콘 수지는 형광체를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 하부 몰딩부는 상대적으로 낮은 경도값을 가지어, 발광 다이오드 칩(25)에서 발생된 열에 의한 열응력을 흡수한다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩(25) 또는 기판(21)으로부터 하부 몰딩부(27)가 박리되는 것이 방지된다.
한편, 상부 몰딩부(29)가 하부 몰딩부(27)를 덮는다. 상기 상부 몰딩부는 하부 몰딩부(27)에 비해 상대적으로 높은 경도값을 가지어, 외력 등의 외부환경으로부터 발광 다이오드 칩(25)을 보호한다. 상기 상부 몰딩부(29)는 발광 다이오드 칩(25)에서 방출된 광의 파장을 변환시키는 형광체를 함유한다. 발광 다이오드 칩(25)과 형광체의 조합으로 다양한 색상의 구현이 가능하며, 예컨대 백색광을 구현할 수 있다.
상기 상부 몰딩부(29)는 수지 분말과 형광체가 혼합된 혼합물을 사용하여 트 랜스퍼 몰딩함으로써 형성될 수 있다. 즉, 수지 분말과 형광체가 균일하게 혼합된 혼합물로 태블릿(tablet)을 만들고, 이 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 상부 몰딩부(29)가 형성된다. 이에 따라, 형광체가 상부 몰딩부(29) 내에 고르게 분산되어 균일한 휘도를 갖는 칩형 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
본 실시예에 있어서, 단일의 기판(21) 상에 단일의 발광 다이오드 칩(25)이 실장된 것을 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 단일의 기판(21) 상에 복수개의 발광 다이오드 칩(25)이 실장되어 어레이를 형성할 수 있다. 이때, 하부 몰딩부(27) 및 상부 몰딩부(29)가 상기 복수개의 발광 다이오드 칩(25) 각각을 덮도록 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩형 발광 다이오드 패키지(30)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 칩형 발광 다이오드 패키지(30)는 도 2의 칩형 발광 다이오드 패키지(20)와 대체로 동일하므로, 차이점에 대해 설명한다.
본 실시예에 있어서, 중간 몰딩부(31)가 상부 몰딩부(33)와 하부 몰딩부(27) 사이에 개재된다. 즉, 중간 몰딩부(31)가 하부 몰딩부(27)를 덮으며 상기 중간 몰딩부(31)를 상부 몰딩부(33)가 덮는다. 중간 몰딩부(31)는 수지 분말을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성될 수 있으며, 상부 몰딩부(33)는 도 2의 상부 몰딩부(29)와 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
중간 몰딩부(31)는 상기 상부 몰딩부(33)와 대체로 동일한 형상을 가질 수 있으며, 형광체를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 상기 상부 몰딩부(33)는 상기 중간 몰딩부(31) 상에 대체로 균일한 두께로 형성된다. 그 결과, 발광 다이오드 칩(25)에서 발생되어 상기 상부 몰딩부(33)를 통과하는 광 경로의 길이가 상부 몰딩부(33) 내에서 위치에 무관하게 대체로 동일하게 된다. 따라서, 광이 형광체에 의해 더욱 균일하게 파장변환되어 칩 발광 다이오드 패키지(30)의 휘도 균일성이 더욱 향상된다.
도 4는 본 발명의 칩형 발광 다이오드 패키지를 갖는 발광 장치(40)를 설명하기 위한 단면도이다.
상기 발광 장치(40)는 도 2 또는 도 3을 참조하여 설명한 칩형 발광 다이오드 패키지(20 또는 30)를 갖는다. 여기서는 도 3의 칩형 발광 다이오드 패키지(30)를 갖는 발광 장치(40)에 대해 설명한다.
칩형 발광 다이오드 패키지(30)는 히트싱크 슬러그(heat-sink slug; 35) 상에 탑재된다. 상기 칩형 발광 다이오드 패키지(30)의 열전도성 기판(21)이 상기 히트싱크 슬러그(35)에 탑재되며, 이때, 상기 열전도성 기판(21)은 열전도성 접착제(도시하지 않음)를 통해 히트싱크 슬러그(35)에 본딩될 수 있다.
히트싱크 슬러그(35)는 열전도율이 높은 재료, 예컨대 금속으로 제조될 수 있다. 상기 히트싱크 슬러그(35)가 금속과 같이 전도성 물질로 제조된 경우, 칩형 발광 다이오드 패키지(30)의 리드전극들(23a, 23b) 중 적어도 하나는 히트싱크 슬러그(35)로부터 절연된다. 이를 위해, 상기 리드전극들(23a, 23b)은 도시한 바와 같이, 기판(21) 상에 한정될 수 있다.
한편, 상기 히트싱크 슬러그(35)는 요홈부를 가질 수 있으며, 상기 열전도성 기판(21)은 도시한 바와 같이, 히트싱크 슬러그(35)의 요홈부에 결합될 수 있다. 상기 요홈부는 칩형 발광 다이오드 패키지(30)를 용이하게 정렬할 수 있도록 하며, 그것을 고정시킨다.
한편, 상기 리드전극들(23a, 23b)을 외부전원에 연결하기 위한 리드 단자들(도시하지 않음)이 제공될 수 있으며, 리드 다자들과 리드전극들(23a, 23b)은 다양한 방법, 예컨대 본딩 와이어(도시하지 않음)를 통해, 또는 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
일반적으로, 히트싱크 상에 발광 다이오드 칩을 탑재하는 파워형 발광 다이오드 패키지가 판매되고 있으나, 이러한 발광 다이오드 패키지는 트랜스퍼 몰딩에 의해 몰딩부를 형성하는 것이 어려워, 형광체가 고르게 분산된 몰딩부를 제공하기 어렵다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 칩형 발광 다이오드 패키지(30)를 히트싱크 슬러그(35) 상에 탑재하므로, 트랜스퍼 몰딩 기술을 사용하여 형광체가 고르게 분산된 몰딩부를 제공할 수 있다. 따라서, 휘도 균일성이 향상된 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 균일한 휘도특성을 가지며, 몰딩부의 열변형에 의한 소자불량을 방지할 수 있는 칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치를 제공할 수 있다. 이에 따라, 고전류에서 동작하는 파워칩을 실장하여 구동할 수 있는 칩형 발광 다이오드 패키지 및 그것을 갖는 발광 장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 리드전극이 형성된 열전도성 기판;
    상기 열전도성 기판 상에 실장된 발광 다이오드 칩;
    상기 발광 다이오드 칩을 덮는 하부 몰딩부;
    상기 하부 몰딩부를 덮고, 상기 하부 몰딩부에 비해 높은 경도값을 가지며, 수지 분말과 형광체를 혼합한 혼합물을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성되어 고르게 분산된 형광체를 함유하는 상부 몰딩부를 포함하는 칩형 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 기판은 MCPCB 또는 세라믹 기판인 것을 특징으로 하는 칩형 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 몰딩부는 실리콘 수지를 도팅함으로써 형성되는 칩형 발광 다이오드 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 몰딩부와 상기 상부 몰딩부 사이에 개재되고, 상기 상부 몰딩부와 동일한 형상을 갖는 중간 몰딩부를 더 포함하는 칩형 발광 다이오드 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간 몰딩부는 수지 분말을 사용하여 트랜스퍼 몰딩함으로써 형성되는 칩형 발광 다이오드 패키지.
  6. 히트싱크 슬러그; 및
    상기 히트싱크 슬러그 상에 탑재된 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 칩형 발광 다이오드 패키지를 포함하는 발광 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 히트싱크 슬러그는 요홈부를 가지며, 상기 칩형 발광 다이오드 패키지의 열전도성 기판은 상기 요홈부에 탑재된 발광 장치.
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