KR100782747B1 - 납땜 구조를 개선한 발광다이오드, 이 발광다이오드를납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 조립 방법에 의해제조한 발광다이오드 어셈블리 - Google Patents

납땜 구조를 개선한 발광다이오드, 이 발광다이오드를납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 조립 방법에 의해제조한 발광다이오드 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 납땜 구조를 개선한 LED, 이 LED를 납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 조립 방법에 의해 제조한 LED 어셈블리에 관한 것이다. 상기 LED는 LED 칩; 일단이 상기 LED 칩과 전기적으로 연결되고 외부 전원과 연결될 타단에는 홈 또는 구멍이 뚫린 한 쌍의 리드; 상기 LED 칩 쪽의 상기 리드의 일부를 봉지하는 패키지 본체; 및 상기 LED 칩 쪽의 상기 패키지 본체의 일면에 씌워지고 상기 LED 칩에서 발생된 빛을 측방으로 방출하도록 구성된 투명 렌즈를 포함한다. 이렇게 하면, 리드의 타단을 솔더에 올려놓고 납땜 작업할 때의 작업 조건을 개선하고 솔더 재료를 절감하면서 납땜 후의 강도를 향상시킬 수 있다.
LED, 리드, 리드의 구멍, 납땜, 솔더

Description

납땜 구조를 개선한 발광다이오드, 이 발광다이오드를 납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 조립 방법에 의해 제조한 발광다이오드 어셈블리{LED HAVING IMPROVED SOLDERING STRUCTURE, METHOD FOR SOLDERING SAME LED TO METAL PCB AND LED ASSEMBLY FABRICATED BY SAME METHOD}
도 1은 종래기술에 따른 LED의 사시도이다.
도 2는 종래기술에 따른 LED의 납땜 작업을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 일부를 보여주는 정면도이다.
도 4는 종래기술에 따른 납땜 작업을 통해 제조한 LED 어셈블리의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 납땜 구조를 개선한 LED의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 LED의 납땜 작업의 초기 단계를 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 6의 7-7 선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 8은 도 6의 8-8 선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 LED의 납땜 작업에서 도 6의 초기 단계에 후속하는 본 단계를 보여주는 사시도이다.
도 10은 도 9의 정면도이다.
도 11은 본 발명에 따라 납땜 작업을 통해 제조한 LED 어셈블리의 정면도이다.
도 12는 도 10의 작업 단계의 변형을 보여주는 정면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 납땜 구조를 개선한 LED의 다양한 변형례를 보여주는 평면도이다.
<도면의 주요 부분의 부호의 설명>
100: LED 130: 리드
132: 리드의 구멍 140: 금속 기판
142: 회로 패턴 150: 솔더
160: 납땜인두
본 발명은 발광다이오드(LED)에 관한 것이며, 더 구체적으로는 리드의 외부 단자에 납땜을 위한 구멍/홈을 형성함으로써 납땜 작업 조건을 개선하고 솔더 재료를 절감하면서 납땜 후의 강도를 향상시킬 수 있도록 납땜 구조를 개선한 LED, 이 LED를 납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 조립 방법에 의해 제조한 LED 어셈 블리에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 전류가 가해지면 다양한 색상의 빛을 발생시키기 위한 반도체 장치이며, LED에서 발생되는 빛의 색상은 주로 LED의 반도체 칩을 구성하는 화학 성분에 의해 정해진다. 이러한 LED는 다른 발광 장치에 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.
도 1에 이러한 종래기술에 따른 LED의 일례를 도시하였다.
도시한 LED(1)에서, 패키지 본체(10)의 내부에는 LED 칩(도시 생략)이 장착되고, 한 쌍의 리드(30)의 일부가 패키지 본체(10)에 봉지되어 외부 전원을 공급하도록 LED 칩과 전기적으로 연결된다. 또, 패키지 본체(10)의 상부에는 투명한 재료로 된 커버 또는 렌즈(20)가 씌워져 LED 칩을 외부 환경으로부터 보호하면서 LED 칩에서 발생한 빛을 측면으로 방출한다. 따라서 이와 같은 형태의 LED(1)를 측면 방출형 LED라고도 한다.
이러한 LED는 금속기판(MCPCB: Metal Core PCB)과 같은 기판에 주로 장착되어 LED 어셈블리 형태로 사용된다. 이를 위해, 다수의 LED의 외부 단자를 기판 표면의 배선 또는 회로 패턴에 전기적으로 연결하고 고정시켜야 한다. 이러한 장착 작업은 주로 리플로(reflow) 또는 납땜에 의해 수행된다.
이들 중에서 리플로 작업은 LED의 재료 구체적으로는 렌즈 또는 커버의 재료 에 의해 제약된다. 특히, 도 1에 도시한 것과 같은 측면 방출형 LED(1)의 경우에는 렌즈(20)가 열에 민감한 재료로 제조된다. 이는 렌즈(20)의 형상이 복잡하기 때문에 열에 강한 재료는 성형성이 나빠 이와 같이 정교한 형상으로 성형할 수 없기 때문이다. 따라서, 도 1에 도시한 형태의 측면 방출형 LED(1)는 리플로와 같은 고온 환경에서 기판에 장착하기 어렵다.
이하 도 2와 3을 참조하여 전술한 형태의 LED(1)를 금속기판(40)에 장착하는 납땜 작업의 일례를 설명한다.
이와 같은 납땜 작업에서, LED(1)의 리드(30)를 연결할 회로 패턴(42)의 위에 페이스트 상태의 땜납 또는 솔더(50)를 미리 정해진 양으로 토출(dispensing)한 다음 그 위에 리드(30)를 올라가도록 LED(1)를 금속기판(40)에 안착시킨다. 그런 다음 핫 바(hot bar)라고도 하는 막대 형태의 납땜인두(60)의 선단(62)을 리드(30) 윗면에 접촉시켜 납땜인두(60)의 열에 의해 솔더(50)가 녹아 리드(30)를 하부의 회로 패턴(42)에 결합시키게 된다.
이러한 납땜 작업을 통해 LED(1)는 도 4에 도시한 것과 같이 기판(40)에 장착된다. 이와 같이 LED(1)가 기판(40)에 장착된 구조를 LED 어셈블리라고도 한다.
이와 같은 종래기술의 LED(10) 및 이를 이용한 납땜 작업은 다음과 같은 문제를 갖는다.
즉 아래로부터 회로패턴(42), 솔더(50) 및 리드(50) 형태로 적층되므로, 납땜인두(60)의 선단(62)은 리드(50)하고만 접촉하고 솔더(50)와는 직접 접촉하지 않기 때문에 열은 납땜인두(60)로부터 리드(50)를 통해 솔더(50)에 전달된다.
따라서 솔더(50)를 녹이는데 필요한 열을 얻으려면 납땜인두(60)의 온도를 높게 해야 한다. 일반적으로 납땜인두(60)는 약 300℃ 이상의 온도로 달궈진다. 하지만, 이렇게 하면, 납땜인두(60)의 열이 LED(1)로 전달되어 LED(1) 특히 렌즈(20)가 고온 환경에 노출될 수 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 납땜 작업 후에도 솔더(50)는 회로 패턴(42)과 리드(30) 사이에만 존재하거나 도 4에서와 같이 리드(30)의 가장자리의 하부를 둘러싸는 형태를 갖기 때문에 솔더(50)에 의한 리드(30)와 회로 패턴(42) 사이의 결합력은 약하다.
특히, 리드(30)가 위쪽으로 휘어져 있는 경우에는 납땜인두(60)로 리드(30)를 아래로 누르면서 납땜 작업을 하더라도 솔더(50)가 굳기 전에 리드(30)가 다시 위로 올라갈 수 있다. 이렇게 되면, 리드(30)와 회로 패턴(42) 사이의 결합력이 크게 줄어들 뿐만 아니라 전기적 연결 또한 끊어질 위험이 있다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 리드의 외부 단자에 납땜을 위한 구멍/홈을 형성함으로써 납땜 작업 조건을 개선하고 솔더 재료를 절감할 수 있도록 납땜 구조를 개선한 LED, 이 LED를 납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 조립 방법에 의해 제조한 LED 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 리드의 외부 단자에 납땜을 위한 구멍/홈을 형성함으로써 납땜 작업 후의 결합 강도를 향상시킬 수 있도록 납땜 구조를 개선한 LED, 이 LED를 납땜을 통해 기판에 조립하는 방법 및 이 납땜 방법에 의해 제조한 LED 어셈블리를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 LED 칩; 일단이 상기 LED 칩과 전기적으로 연결되고 외부 전원과 연결될 타단에는 홈 또는 구멍이 뚫린 한 쌍의 리드; 상기 LED 칩 쪽의 상기 리드의 일부를 봉지하는 패키지 본체; 및 상기 LED 칩 쪽의 상기 패키지 본체의 일면에 씌워지고 상기 LED 칩에서 발생된 빛을 측방으로 방출하도록 구성된 투명 렌즈를 포함하는 측면 방출형 LED를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED에 있어서, 상기 홈 또는 구멍은 상기 LED를 기판에 장착하기 위한 납땜 작업을 수행하는 납땜인두의 선단을 수용할 정도의 크기인 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 측면형 LED를 기판에 조립하는 방법을 제공한다. 상기 조립 방법은
(가) 기판의 회로 패턴에 페이스트 상태의 솔더를 미리 정해진 양으로 토출하는 단계;
(나) 상기 측면형 LED에 형성되고 홈 또는 구멍이 뚫린 한 쌍의 리드 중 타단이 상기 솔더 위에 놓이도록 상기 측면형 LED를 상기 기판에 안착하는 단계;
(다) 미리 정해진 온도로 가열된 납땜인두의 선단을 상기 리드의 홈 또는 구멍에 위치시키는 단계; 및
(라) 미리 정해진 시간이 경과한 후에 상기 납땜인두를 떼어내어 녹은 솔더를 굳히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 조립 방법에 있어서, 상기 (나) 단계는 솔더의 일부가 상기 홈 또는 구멍을 통해 상기 리드의 윗면 위로 올라올 정도의 힘으로 상기 리드를 아래로 누르는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 조립 방법에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 납땜인두 선단을 상기 리드 홈 또는 구멍의 안쪽에 위치시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 조립 방법에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 리드 홈 또는 구멍을 가이드로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 조립 방법에 있어서, 상기 (라) 단계는 솔더가 상기 납땜인두의 선단을 따라 상기 리드 홈 또는 구멍을 타고 올라오도록 서서히 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일면에 회로 패턴이 형성된 기판; 및 전술한 LED 조립 방법에 의해 상기 기판에 조립된 LED를 포함하는 LED 어셈블리를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 어셈블리에 있어서, 상기 리드의 홈 또는 구멍에는 상기 LED를 상기 기판에 장착하기 위한 솔더가 일부 존재하는 것을 특징으로 한다. 또, 상기 솔더는 일부가 상기 리드의 윗면에 존재하여 상기 리드 홈 또는 구멍에 존재하는 부분과 함께 리벳 형태로 상기 리드를 붙잡도록 구성되면 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 측면 방출형 LED(100)는 내부에 LED 칩(112, 도 11 참조)이 장착된 패키지 본체(110), 이 패키지 본체(110)에 봉지되어 외부 전원을 공급하도록 LED 칩과 전기적으로 연결된 한 쌍의 리드(130) 및 LED 칩을 외부 환경으로부터 보호하면서 LED 칩에서 발생한 빛을 측면으로 방출하도록 패키지 본체(110)의 상부에 씌워진 투명한 커버 또는 렌즈(120)를 포함한다. 또, 리드(130)의 외측 단자 부분에는 구멍(132)이 뚫려 있다.
이하 본 발명에 따른 LED(100)를 금속기판과 같은 기판(140)에 장착하는 장착 작업을 도 6 내지 11을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 6 내지 8에 도시한 것과 같이, 기판(140)의 회로 패턴(142)에 페이스트 상태의 솔더(150)를 미리 정해진 양으로 토출(dispensing)하고 그 위에 리드(130)가 놓이도록 LED(100)를 기판(140)에 안착한다. 이렇게 하면, 유동성을 갖는 솔더(150)는 리드(130)의 구멍을 통해 다소 올라온다. 특히, LED(100)를 안착할 때 위에서 살짝이라도 누르게 되면 도 7과 8에서와 같이 솔더 융기부(152)가 형성된다.
이어, 도 9와 10에 도시한 것과 같이 핫 바(hot bar)라고도 부르는 한 쌍의 막대 형태의 납땜인두(160)를 이용하여 솔더(150)를 가열한다. 특히, 도 10에 도시한 것과 같이, 솔더 융기부(152)에 납땜인두(160)의 선단(162)을 대면 솔더(150)는 납땜인두(160)로부터 직접 열을 받게 되어 신속히 녹게 된다.
따라서 납땜 시간이 짧아지고 그에 따라 리드(130)를 통해 LED(100) 특히 렌즈(120)로 열이 전달될 가능성이 감소된다. 또한, 종래기술과 달리 납땜인두(160)의 온도를 낮추어도 용이하게 솔더(150)를 녹일 수 있다.
또한, 녹은 솔더(150)가 리드(130)의 구멍(132)을 통해 리드(130)의 윗면으로 올라오게 되고 이는 납땜 작업된 리드(130)와 회로 패턴(142) 사이의 결합 강도를 개선하는 효과가 있다.
아울러, 리드 구멍(132)은 납땜인두 선단(162)을 리드(130)와 접촉시키기 위한 가이드 역할도 수행할 수 있다. 즉, 리드 구멍(132)으로 납땜을 위해 납땜인두 선단(162)을 적용할 위치를 정확히 표시할 수 있다.
도 10은 전술한 납땜 작업을 통해 얻은 LED 어셈블리를 보여준다.
도 10에 도시한 바와 같이, 솔더(150)의 일부(153)는 리드(130)의 구멍(132)을 통해 리드(130)의 윗면까지 올라와 굳어져 있다. 그 결과, 솔더(150)는 전체적으로 리벳 형태의 체결부를 형성하여 리드(130)를 붙잡게 되고 리드(130)와의 접촉 면적이 커져 이들 사이의 결합력이 증대된다.
이와 같은 구조에 의해 리드(130)와 회로 패턴(142) 사이에는 안정적인 결합 이 이루어진다.
도 12는 본 발명의 또 다른 장점을 보여준다.
솔더 융기부(152)가 리드(130)의 구멍(132) 밖으로 나오지 않은 경우, 납땜인두(160)의 선단(162)의 직경을 리드 구멍(132)의 직경보다 작게 함으로써, 납땜 작업시 납땜인두(160)의 선단(162)을 리드 구멍(132)에 삽입하여 작업효율을 개선할 수 있다.
이 경우, 작업 중에 납땜인두(160)를 서서히 들어 올려 녹은 솔더가 납땜인두 선단(162)을 따라 구멍(132)을 타고 올라오는 것을 촉진할 수 있다.
아울러, 비록 리드 구멍(130)이 납땜인두 선단(162)보다 작더라도 납땜 작업을 위한 가이드 역할은 충분히 수행할 수 있다.
도 13의 평면도에는 본 발명에 따른 납땜 구조를 개선한 LED의 다양한 변형례가 도시된다.
즉 (a)는 하나의 리드에 한 쌍의 둥근 구멍(132a)을 형성한 LED(100A)를 나타내고, (b)와 (c)는 리드의 양 측부에 홈(132b, 132c)을 형성한 LED(100B, 100C)를 나타낸다. (d)에는 리드에 슬릿 즉 긴 구멍(132d)을 형성한 LED(100D)가 도시되고, (e)는 리드의 단부로부터 긴 홈(132e)을 형성한 LED(100E)를 나타낸다. 또한, (f)는 리드의 양 측부에 반원형 홈(132f)을 형성한 LED(100F)를 보여준다.
이와 같이 본 발명에 따른 LED는 리드의 외부 단자부에 다양한 형태의 구멍 또는 홈을 형성하여 납땜 작업을 개선하고 작업 후의 결합 상태를 개선할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 리드의 외부 단자에 납땜을 위한 구멍/홈을 형성함으로써 납땜 작업 조건을 개선하고 솔더 재료를 절감할 수 있다. 또한, 솔더가 리드의 구멍/홈을 채움으로써, 납땜 작업 후의 결합 강도를 향상시킬 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 (11)

  1. LED 칩;
    일단이 상기 LED 칩과 전기적으로 연결되고 외부 전원과 연결될 타단에는 홈 또는 구멍이 뚫린 한 쌍의 리드;
    상기 LED 칩 쪽의 상기 리드의 일부를 봉지하는 패키지 본체; 및
    상기 LED 칩 쪽의 상기 패키지 본체의 일면에 씌워지고 상기 LED 칩에서 발생된 빛을 측방으로 방출하도록 구성된 투명 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 방출형 LED.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈 또는 구멍은 상기 LED를 기판에 장착하기 위한 납땜 작업을 수행하는 납땜인두의 선단을 수용할 정도의 크기인 것을 특징으로 하는 측면 방출형 LED.
  3. 측면형 LED를 기판에 조립하는 방법에 있어서,
    (가) 기판의 회로 패턴에 페이스트 상태의 솔더를 미리 정해진 양으로 토출하는 단계;
    (나) 상기 측면형 LED에 형성되고 홈 또는 구멍이 뚫린 한 쌍의 리드 중 타단이 상기 솔더 위에 놓이도록 상기 측면형 LED를 상기 기판에 안착하는 단계;
    (다) 미리 정해진 온도로 가열된 납땜인두의 선단을 상기 리드의 홈 또는 구멍에 위치시키는 단계; 및
    (라) 미리 정해진 시간이 경과한 후에 상기 납땜인두를 떼어내어 녹은 솔더를 굳히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조립 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 (나) 단계는 솔더의 일부가 상기 홈 또는 구멍을 통해 상기 리드의 윗면 위로 올라올 정도의 힘으로 상기 리드를 아래로 누르는 것을 특징으로 하는 LED 조립 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 납땜인두 선단을 상기 리드 홈 또는 구멍의 안쪽에 위치시키는 것을 특징으로 하는 LED 조립 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 홈 또는 구멍은 상기 LED를 기판에 장착하기 위한 납땜 작업을 수행하는 납땜인두의 선단을 수용할 정도의 크기인 것을 특징으로 하는 LED 조립 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 리드 홈 또는 구멍을 가이드로 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 조립 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 (라) 단계는 솔더가 상기 납땜인두의 선단을 따라 상기 리드 홈 또는 구멍을 타고 올라오도록 서서히 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 조립 방법.
  9. 일면에 회로 패턴이 형성된 기판; 및
    상기 기판에 조립된 LED를 포함하는 LED 어셈블리로서,
    상기 LED는
    LED 칩;
    일단이 상기 LED 칩과 전기적으로 연결되고 외부 전원과 연결될 타단에는 홈 또는 구멍이 뚫린 한 쌍의 리드;
    상기 LED 칩 쪽의 상기 리드의 일부를 봉지하는 패키지 본체; 및
    상기 LED 칩 쪽의 상기 패키지 본체의 일면에 씌워지고 상기 LED 칩에서 발생된 빛을 측방으로 방출하도록 구성된 투명 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 리드의 홈 또는 구멍에는 상기 LED를 상기 기판에 장착하기 위한 솔더가 일부 존재하는 것을 특징으로 하는 LED 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 솔더는 일부가 상기 리드의 윗면에 존재하여 상기 리드의 홈 또는 구멍에 존재하는 부분과 함께 리벳 형태로 상기 리드를 붙잡도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 어셈블리.
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