KR100759016B1 - 발광 다이오드 - Google Patents

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KR100759016B1
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lead
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diode chip
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배상근
김현기
이재진
우성용
김남영
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서울반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은 다수개의 리드부, 상기 다수개의 리드부가 이격되어 유지되도록 고정시키는 하우징 및 상기 다수개의 리드부에 실장되는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 포함하고, 상기 발광 다이오드 칩은 외부 전기 연결을 위한 상기 리드부에 각각 전기 연결되고, 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드부는 상기 하우징을 관통하는 형상으로 일체 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다. 이에 따라, 열 흐름의 경로를 형성하고 인쇄 회로 기판과의 접촉 면적을 증가시켜 발광 다이오드 칩으로부터 생성되는 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 또한 열적 피로 현상을 감소시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 고전류에서의 구동이 가능하여 고광도의 광을 구현할 수 있다.
발광 다이오드, LED, 탑 뷰, 리드 프레임, 방열 효율

Description

발광 다이오드 {Light emitting diode}
도 1은 종래 발광 다이오드를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 다른 예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20, 110, 120, 210, 220, 230 : 리드부
30, 130, 240 : 발광 다이오드 칩
40, 140, 250 : 하우징 50, 150, 260 : 와이어
60, 160, 270 : 몰딩부
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드 칩의 열을 보다 효과적으로 방출할 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 P-N 접합구조를 가지는 화합물 반도체로서 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 소비 전력이 적고 수명이 수 내지 수십배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등하다. 또한, 협소한 공간에 설치 가능하고, 진동에 강한 특성을 제공한다.
이러한 발광 다이오드는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있기 때문에, 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화기기에 사용되고 있다. 최근에는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화 추세에 따라 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, 발광 다이오드 역시 인쇄 회로 기판 등에 직접 실장되기 위하여 표면 실장 소자(SMD;Surface Mount Device)형으로 제조되고 있다. 이러한 SMD 방식의 발광 다이오드는 용도에 따라 탑 뷰(Top View) 또는 사이드 뷰(Side View) 등의 다양한 방식으로 제조된다.
도 1은 종래 일반적인 탑 뷰(Top View) 방식의 발광 다이오드를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 제 1 리드(2) 및 제 2 리드(3)와, 상기 제 1 리드(2) 및 제 2 리드(3)를 지지하도록 몰딩되어 형성되며 상기 제 1 리드(2) 및 제 2 리드(3)의 일부분들을 노출시키는 개구부를 갖는 하우징(1)과 상기 제 1 리드(2) 상에 실장된 발광 다이오드 칩(4)과, 상기 발광 다이오드 칩(4)을 봉지하는 몰딩부(5)를 포함한다.
한편, 발광 다이오드의 밝기는 발광 다이오드 칩에 인가되는 전류에 비례하고, 발광 다이오드 칩에 인가되는 전류는 발광 다이오드 칩이 발산하는 열에 비례 한다. 이에 발광 다이오드의 밝기를 밝게 하기 위해서는 고전류를 인가하여야 하지만 발광 다이오드 칩이 발산하는 열로 인해 발광 다이오드 칩이 손상을 받기 때문에 무한정 높은 전류를 인가할 수 없다.
상기에서 살펴본 종래 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩에서 발산되는 열이 리드를 통하여 방출되는데, 평판 형상의 리드가 접히는 형식으로 형성된 종래 발광 다이오드는 리드를 통해 많은 양의 열이 전달되므로 부분적인 열변형을 일으켜 패키지 전체의 뒤틀림을 일으킬 수 있다. 또한, 하부면으로 연장된 리드의 소정 부분만 인쇄 회로 기판과 접촉하게 되어 외부로의 방열이 효율적이지 못하며, 이는 열적 피로 현상을 초래하여 발광 다이오드 칩의 수명을 단축시키고 신뢰성을 악화시킬 수 있다.
특히, 기존의 탑 뷰(Top View) 방식의 발광 다이오드는 상온에서의 최대 구동 전류(maximum rating)가 30mA이나, 상술한 바와 같이 고전류 인가시 열방출이 용이하지 못하여 실제 20mA 이하에서 사용되며, 이에 따라 고광도의 구현에 한계가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드부를 하우징을 관통하는 형상으로 일체화하여 형성함으로써, 발광 다이오드 칩에서 발생하는 열을 효율적으로 배출할 수 있고 발광 다이오드의 광도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 다수개의 리드부; 상기 다수개의 리드부가 이격되어 유지되도록 고정시키는 하우징; 상기 다수개의 리드부에 실장되는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩; 상기 리드부와 상기 하우징이 접하는 소정 위치의 상기 리드부에 함몰 또는 돌출 형성된 제 1 고정부; 및 상기 제 1 고정부와 대응하여 상기 하우징에 돌출 또는 함몰 형성된 제 2 고정부를 포함하고, 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드부는 상기 하우징을 관통하는 형상으로 일체 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 제공한다.
상기 하우징의 상부에는 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 측벽을 포함할 수 있으며, 상기 다수개의 리드부는 상기 하우징을 관통하는 형상으로 일체 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
삭제
삭제
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드는 제 1 리드부(10) 및 제 2 리드부(20)와, 상기 제 1 리드부(10) 상에 실장되는 발광 다이오드 칩(30)과, 상기 제 1 및 제 2 리드부(10, 20)를 고정시켜주는 하우징(40)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 리드부(10, 20)는 상기 하우징(40)을 관통하는 형상으로 일체 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 하우징(40)은 상기 발광 다이오드 칩(30)을 둘러싸는 측벽(45)을 포함하고, 상기 하우징(40)의 측벽(45) 내부에 상기 발광 다이오드 칩(30)을 봉지하는 몰딩부(60)를 더 포함한다.
상기 제 1 리드부(10)와 제 2 리드부(20)는 소정 간격 이격되도록 형성되고, 기존의 방식처럼 리드 프레임이 접히는 형상이 아니라 상하면을 관통하도록 형성된다. 이는 발광 다이오드 칩(30)으로부터의 열을 효율적으로 방출하기 위해 열전도성이 높은 금속성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도면에는 상기 제 1 및 제 2 리드부(10, 20)가 관통되는 형상으로 일체화되어 형성되었으나, 이에 한정되지 않고 발광 다이오드 칩(30)이 실장되는 제 1 리드부(10)만 관통되는 형상으로 형성되고 전기 연결을 위한 제 2 리드부(20)는 기존의 방식인 리드 프레임이 접히는 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 발광 다이오드 칩(30)은 상기 제 1 리드부(10) 상에 실장되고, 와이어(50)를 통해 상기 제 2 리드부(20)에 연결된다. 상기 발광 다이오드 칩(30)은 상기 제 1 리드부(10) 상에 실버(Ag) 또는 에폭시계 투명 페이스트를 도포하고 상기 실버 또는 투명 페이스트 상에 실장될 수 있다.
도면에 도시한 예는 발광 다이오드 칩(30)의 상부와 하부 평면에 양 전극 및 음 전극을 갖는 수직형 발광 다이오드 칩(30)을 사용하여 제 1 리드부(10) 상에 직접 실장하여 전기 연결한 후 하나의 와이어(50)를 통해 제 2 리드부(20)에 전기 연결하였으나, 발광 다이오드 칩의 상부 평면에 양 전극 및 음 전극을 갖는 수평형 발광 다이오드 칩을 사용하여 두 개의 와이어를 통하여 각각 제 1 리드부(10) 및 제 2 리드부(20)와 전기 연결될 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 칩(30)이 실장되는 제 1 리드부(10)가 제 2 리드부(20)보다 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다. 발광 다이오드 칩(30)이 실장되는 제 1 리드부(10)의 면적이 증가됨에 따라 방열 효율을 높일 수 있다.
상기 하우징(40)은 상기 제 1 리드부(10)와 제 2 리드부(20)를 소정 간격 이격 및 고정해주는 역할을 하는 것으로, 상기 제 1 및 제 2 리드부(10, 20)를 감싸는 형태로 형성된다. 단, 하우징(40)은 제 1 및 제 2 리드부(10, 20)의 상부에 상기 발광 다이오드 칩(30)을 둘러싸는 측벽(45)을 포함하는데, 그 내측면은 소정의 기울기가 형성되어 발광 다이오드 칩(30)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고 발광 효율을 증대시킬 수 있다. 하우징(40)은 PPA(polyphthalamine), LCP(liquid crystal polymer) 또는 열전도성 수지를 사용하여 형성될 수 있다.
상기 하우징(40)의 측벽(45)이 둘러싸는 내부에는 상기 발광 다이오드 칩(30)을 봉지하기 위한 몰딩부(60)를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(60)는 상기 측벽(45)의 내부에 소정의 에폭시 또는 실리콘 수지 등을 충진하고 경화시켜 형성된다. 또한 별도의 주형을 이용하여 제작한 다음, 이를 가압 또는 열처리하여 몰딩부(60)가 형성될 수 있다. 몰딩부(60)는 도시한 바에 한정되지 않고, 광의 집속 또 는 확산을 위해 볼록 렌즈, 광학 렌즈 또는 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 몰딩부(60) 내부에 상기 발광 다이오드 칩(30)으로부터 방출된 광을 흡수하여 흡수한 광의 파장보다 장파장인 광으로 파장 전환시키는 형광체(미도시)가 더 포함될 수도 있다.
이러한 본 실시예의 발광 다이오드는 상기 제 1 및 제 2 리드부(10, 20)의 하부면이 인쇄 회로 기판(PCB)의 전극에 실장되어 전기적으로 연결되고, 상기 발광 다이오드 칩(30)으로부터 방출되는 빛은 하우징(40)의 측벽(45)에 의해 상부로 반사되며 상기 몰딩부(60)를 거쳐 외부로 방출된다. 이 때, 상기 하우징(40)을 관통하여 일체 형성된 제 1 리드부(10)로 인해 발광 다이오드 칩(30)에서 발산된 열 흐름의 경로가 형성되고 인쇄 회로 기판과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있으므로, 발광 다이오드 칩(30)으로부터의 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 리드 프레임이 접히는 방식으로 형성된 종래 발광 다이오드에 비해 방열 효율이 향상되어 열적 피로 현상을 감소시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 고전류에서의 구동이 가능하여 고광도의 광을 구현할 수 있다.
상술한 실시예에서는 발광 다이오드 칩을 하나로 구성하였으나, 이에 한정되지 않고 목적하는 바에 따라 발광 다이오드 칩을 다수개로 구성하여 형성할 수도 있다. 이를 위해 도 3에 도시한 바와 같이, 다수개의 발광 다이오드 칩(30)이 실장되는 복수개의 제 1 리드부(10)와, 이에 와이어(50)를 통해 연결되는 복수개의 제 2 리드부(20)와, 이들이 소정 간격 이격되도록 고정해주는 하우징(40)이 형성되고, 상기 다수개의 발광 다이오드 칩(30)이 실장되는 복수개의 제 1 리드부(10)는 상기 하우징(40)을 관통하는 형상으로 일체 형성된다. 이러한 복수개의 제 1 리드부(10)를 통해 열 흐름의 경로를 형성하고 인쇄 회로 기판과의 접촉 면적을 증가시켜, 발광 다이오드 칩으로부터의 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, 도면에서는 발광 다이오드가 정방형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 발광 다이오드는 장방형일 수도 있으며, 이외에도 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 단면도이다. 이는 상술한 제 1 실시예와 거의 동일하되, 상기 제 1 및 제 2 리드부와 이에 대응하는 하우징의 형상이 상이하다. 이에 대한 구체적인 설명에 있어서 상기와 중복되는 내용은 생략한다.
도 4를 참조하면, 발광 다이오드는 소정 간격 이격되어 형성된 제 1 리드부(110) 및 제 2 리드부(120)와, 상기 제 1 리드부(110) 상에 실장되는 발광 다이오드 칩(130)과, 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)를 고정시켜주는 하우징(140)을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)는 상기 하우징(140)을 관통하는 형상으로 일체 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 하우징(140)은 상기 발광 다이오드 칩(130)을 둘러싸는 측벽(145)을 포함하고, 상기 하우징(140)의 측벽(145) 내부에 상기 발광 다이오드 칩(130)을 봉지하는 몰딩부(160)를 더 포함한다.
본 실시예는 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)와 상기 하우징(140)과의 결합을 견고하게 하기 위해 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)의 상기 하우징(140)과 접하는 소정 위치에 형성된 고정부(170), 즉 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)에 함몰 또는 돌출 형성된 제 1 고정부(171)와 이에 대응하여 하우징(140)에 돌출 또는 함몰 형성된 제 2 고정부(172)를 포함한다. 본 실시예의 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)는 하면의 테두리를 따라 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)의 함몰된 제 1 고정부(171), 즉 함몰부가 형성되도록 한다. 이에 대응하여 형성된 하우징(140) 하면의 돌출된 제 2 고정부(172), 즉 돌출부가 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)를 둘러싸고, 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)가 이탈되는 것을 방지하여 견고하게 고정시키는 역할을 한다.
도면에는 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)에 함몰부가 형성되고 상기 하우징(140)에 돌출부가 형성되었으나, 이에 한정되지 않고 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)에 돌출부가 형성되고 상기 하우징(140)에 함몰부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)의 함몰부 및 상기 하우징(140)의 돌출부가 발광 다이오드의 하면에 형성되었으나, 이에 한정되지 않고 이들의 견고한 결합 및 고정을 위한 다양한 위치에 형성될 수 있다. 또한, 이러한 형상은 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 다양한 고정 수단을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)는 하우징의 하부로 돌출되도록 형성되며, 돌출 형성된 제 1 및 제 2 리드부(110, 120)에 돌출부(미도시)가 더 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 도시한 단면도이다. 이는 상술한 제 1 및 제 2 실시예와 거의 동일하되, 리드부를 3개로 구성하여 상기 발광 다이오드 칩을 제 2 리드부에 실장하고, 제 1 및 제 3 리드부에 각각 와이어(260)를 통하여 전기연결하는 것이 상이하다. 이에 대한 구체적인 설명에 있어서 상기와 중복되는 내용은 생략한다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드는 제 1, 제 2 및 제 3 리드부(210, 220, 230)와, 상기 제 2 리드부(220) 상에 실장되는 발광 다이오드 칩(240)과, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 리드부(210, 220, 230)를 고정시켜주는 하우징(250)을 포함한다. 상기 상기 제 1, 제 2 및 제 3 리드부(210, 220, 230)는 상기 하우징(250)을 관통하는 형상으로 일체 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 하우징(250)은 상기 발광 다이오드 칩(240)을 둘러싸는 측벽(255)을 포함하고, 상기 하우징(250)의 측벽(255) 내부에 상기 발광 다이오드 칩(240)을 봉지하는 몰딩부(270)를 더 포함한다.
도면에는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 리드부(210, 220, 230)가 관통되는 형상으로 일체화되어 형성되었으나, 이에 한정되지 않고, 발광 다이오드 칩(240)이 실장되는 제 2 리드부(220)만 관통되는 형상으로 형성되고 전기 연결을 위한 제 1 및 제 3 리드부(210, 230)는 리드 프레임이 접히는 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 발광 다이오드 칩(240)은 상기 제 2 리드부(220) 상에 실장되고, 와이어(260)를 통해 상기 제 1 및 제 3 리드부(210, 230)에 연결된다. 이를 위해, 발광 다이오드 칩(240)의 상부 평면에 양 전극 및 음 전극을 갖는 수평형 발광 다이오드 칩(240)을 사용하여 두 개의 와이어(260)를 통해 각각 제 1 리드부(210) 및 제 3 리드부(230)와 전기 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(240)이 실장되는 제 2 리드부(220)가 제 1 및 제 3 리드부(210, 230)보다 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드 칩(240)이 실장되는 제 2 리드부(220)가 상대적으로 더 크게 형성될 수 있다. 발광 다이오드 칩(240)이 실장되는 제 2 리드부(220)의 면적이 증가됨에 따라 방열 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 기술적 요지는 상기 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 여러 가지 수정과 변형이 가능하며, 다양한 구조에 적용 가능하다. 예를 들어, 상술한 예는 발광 다이오드의 상면으로 광을 반사시키는 탑 뷰 방식의 발광 다이오드에 대해 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 발광 다이오드의 측면으로 광을 반사시키는 사이드 뷰 방식의 발광 다이오드에 적용하여 본 발명에 따른 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.
하기 표 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드를 사용하여 발광 다이오드에서의 최고 온도와 최저 온도를 나타낸 것으로, 즉 발광 다이오드 칩 부근에서의 온도와 하우징 외측에서의 온도를 측정하였다. 또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드를 인쇄 회로 기판에 실장하여 최고 온도와 최저 온도를 측정하여 나타내었다.
Figure 112006047299821-pat00001
상기 표 1에서 볼 수. 있듯이, 본 발명은 종래에 비해 최고 및 최저 온도가 낮아지며, 온도 차이가 감소된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드부를 하우징을 관통하는 형상으로 일체화하여 형성함으로써, 발광 다이오드 칩으로부터 발산되는 열을 효과적으로 방출할 수 있음을 보여준다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명은 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드부를 하우징을 관통하는 형상으로 일체화하여 형성함으로써, 열 흐름의 경로를 형성하고 인쇄 회로 기판과의 접촉 면적을 증가시켜 발광 다이오드 칩으로부터 생성되는 열을 효과적으로 방출할 수 있다. 이에 따라 열적 피로 현상을 감소시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 고전류에서의 구동이 가능하여 고광도의 광을 구현할 수 있다.

Claims (5)

  1. 다수개의 리드부;
    상기 다수개의 리드부가 이격되어 유지되도록 고정시키는 하우징;
    상기 다수개의 리드부에 실장되는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩;
    상기 리드부와 상기 하우징이 접하는 소정 위치의 상기 리드부에 함몰 또는 돌출 형성된 제 1 고정부; 및
    상기 제 1 고정부와 대응하여 상기 하우징에 돌출 또는 함몰 형성된 제 2 고정부를 포함하고,
    상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 리드부는 상기 하우징을 관통하는 형상으로 일체 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 상부에는 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸는 측벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수개의 리드부는 상기 하우징을 관통하는 형상으로 일체 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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