KR100801619B1 - Ｌｅｄ 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 LED 패키지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 LED 패키지용 히트싱크는, LED칩과 그 LED칩을 둘러싸는 형광 수지체가 놓이는 캐비티를 상단에 갖는다. 그리고, 캐비티에는 그 바닥의 가장자리를 따라 그루브가 형성되고, LED칩이 부착되고 그 위로 형광 수지체가 형성되도록 그루브 안쪽에 돌출단이 구획형성된다. 이에 따라, 색수차 현상이 발생하지 않고, 광 방출 효율이 좋아지며 제조 공정상 불량 수율이 낮아진다

히트싱크, 몰딩렌즈, LED칩, 형광수지체, 캐비티, 돌출단

Description

ＬＥＤ 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 ＬＥＤ 패키지{HEAT SINK FOR LED PACKAGE AND LED PACKAGE USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 몰딩렌즈가 제거된 상태로 도시한 분해사시도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도이며,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지용 히트싱크를 도시한 단면도이다.

(도면의 주요부호에 대한 간략한 설명)

10: 패키지 몸체 20: 히트싱크

23: 캐비티 24: 그루브

26: 돌출단 30: 리드프레임

52: 형광수지체 60: 몰딩렌즈

2: LED칩

본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 패키지 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 캐비티를 갖는 LED 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 LED 패키지에 관한 것이다.

발광 다이오드(light emitting diode; LED)가 조명용 광원과 같은 용도로 사용되기 위해서는, 수십 루멘 이상의 광출력(luminous power)을 가질 것이 요구된다. 발광 다이오드의 광출력은 대체로 입력전력(input power)에 비례한다. 따라서, 발광다이오드에 입력되는 전력을 증가시키어 높은 광출력을 얻을 수 있다. 그러나, 입력 전력의 증가는 발광 다이오드의 접합 온도(junction temperature)를 증가시킨다. 발광 다이오드의 접합 온도 증가는 입력 에너지가 가시광으로 변환되는 정도를 나타내는 발광 효율(photometric efficiency)의 감소로 이어진다. 이에, 입력전력의 증가에 따른 발광 다이오드의 접합 온도 증가를 방지하기 위한 구조가 필요하다.

이러한 구조의 LED 패키지가 미국특허 제6,274,924(B1)호(표면 실장 LED 패키지)에 개시되어 있다. 이에 따르면, LED 칩이 히트싱크 상에 열적으로 커플링되어 있기 때문에, 상기 LED 칩을 낮은 접합 온도로 유지할 수 있다. 따라서, LED 칩에 상대적으로 큰 입력전력을 공급할 수 있어서 높은 광출력을 얻을 수 있다.

이러한 종래의 LED 패키지용 히트싱크로는 LED 칩이 커플링되는 상면이 평평한 구조로 형성된 플랫 타입과 오목한 형태의 캐비티를 갖도록 형성된 컵 타입이 있다.

그러나, 플랫 타입의 히트싱크는 LED 칩에서 발생한 광, 특히 측면 지향광이 외부로 방출되지 못하고 손실되는 문제점이 있고, 제조 공정에 있어서 LED 칩 위에 형광수지체를 형성하기 위해 몰딩재를 도팅할 때 몰딩재가 LED 칩을 충분히 둘러싸지 못하여 불량 수율이 높아지는 문제점이 있다.

또한, 형광수지체를 형성하기 위해 몰딩재를 캐비티 내부에 채우는 방식의 컵 타입의 히트싱크의 경우에는, 형광수지체를 통과하는 광의 경로 차이에 따라 색수차가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 기술적 과제는 광 방출 효율이 높은 LED 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 LED 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 색수차가 발생하지 않는 LED 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 LED 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 따른 기술적 과제는 제조 공정상 불량 수율이 낮은 LED 패키지용 히트싱크 및 이를 구비하는 LED 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 LED칩과 그 LED칩을 둘러싸는 형광 수지체가 놓이는 캐비티를 상단에 갖는 LED 패키지용 히트싱크는, 캐비티 바닥의 가장자리를 따라 형성된 그루브와 상기 LED칩이 부착되고 그 위로 형광 수지체가 형성되도록, 상기 그루브 안쪽에 구획형성되는 돌출단을 포함한다.

또한, 상기 캐비티의 내벽은 상부에서 하부로 갈수록 내부 반경이 감소하는경사진 반사면으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 그루브는 링형으로 형성되고, 상기 돌출단은 상기 링형 그루브의 중심에서 원형으로 돌출형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 LED 패키지는, 캐비티를 갖되, 상기 캐비티 바닥의 가장자리를 따라 그루브가 형성되고, 상기 그루브 안쪽에 돌출단이 구획형성된 히트싱크와, 상기 히트싱크의 돌출단에 부착 지지되는 LED칩과 상기 돌출단의 상면에 형성되어 상기 LED칩을 둘러싸는 형광수지체를 포함한다.

이에 따라, 색수차 현상이 발생하지 않으며, 광 방출 효율이 좋아지며 제조 공정상 불량 수율이 낮아진다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 이하 실시예의 설명에서, LED칩을 지지하는 칩 지지부재로 LED칩에서 발생한 열의 방출 용도로 이용되는 히트싱크를 포함하는 LED 패키지 일예로 설명될 것이다. 그러나, 이하 설명되는 히트싱크를 포함하는 LED 패키지가 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 한정될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도이고, 도 2는 몰딩렌즈를 제거한 상태로 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 LED 패키지의 단면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 LED 패키지 내부에 설치된 히트싱크를 분리하여 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LED 패키지(1)는 LED칩(2)이 설치될 내부 공간이 상측의 발광 방향으로 열려 있는 패키지 몸체(10)를 포함한다. 상기 패키지 몸체(10)는 세라믹을 소결 성형하거나 플라스틱 수지를 사 출성형하여 형성될 수 있다. 상기 패키지 몸체(10)의 내부 공간에는 통상 열전달 '슬러그'로 칭해지는 히트싱크(20)가 설치된다.

또한, 상기 패키지 몸체(10)에는 리드프레임(30)이 설치되는데, 상기 리드프레임(30)의 내부리드들(32)은 히트싱크(20)의 주변에 위치하며, 상기 리드프레임(30)의 외부리드(34)들은 상기 내부리드(32)들에서 패키지몸체(10)의 외부로 연장되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 히트싱크(20)는 그 하부가 패키지 몸체(10)의 바닥 개방부를 통해 외부로 노출되어 있어 LED칩(2)의 열을 외부로 용이하게 방출시킬 수 있다. 그리고, 상기 패키지 몸체(10)는 바닥이 히트싱크(20)의 하부에 의해 막힌 구조를 이루는 반면 그것의 상단부는 광 방출 및 몰딩렌즈의 형성을 위해 개방되어 있다. 상기 히트싱크(20)의 상단에는 컵 형태의 캐비티(23)가 형성되어 있으며, 캐비티(23) 안쪽 바닥의 가장자리에는 그루브(24)가 형성되어 있다. 캐비티 바닥의 그루브(24)는 대략 링형으로 형성되나 이에 한정되지는 않으며 LED 패키지 몸체(10)에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도면에서는 그루브(24)의 바닥면이 편평한 것으로 도시되어 있으나 바닥면의 형태는 V자 협곡모양 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

그리고, 캐비티 바닥면의 그루브(24)의 안쪽에는 돌출단(26)이 형성되며, 상기 돌출단(26)의 상면에는 LED칩(2)이 부착 지지된다. 돌출단(26) 위에는 LED칩(2)이 부착되고, 그 위로 형광수지체(52)가 형성된다. 상기 LED칩(2)은 상기 돌출단(26)의 상면에 형성된 형광수지체(52)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 형광수지체(52)는 형광물질이 포함된 액상 수지(이하, 액상 형광수지)가 상기 돌출단(26)의 상면에 도팅되어 형성된 것이다. 이때, 액상 형광수지는 표면장력에 의해 돌출단(26)의 상면에 한정형성될 수 있는 것이다. 상기 형광수지체(52)의 형광물질은 LED칩(2)에서 발생한 광과 색 혼합되어 백색광을 구현할 수 있는 다양한 종류의 물질이 이용될 수 있다.

이 경우, 형광수지체(52)가 돌출단(26)의 상면에 한정 형성되므로, 이에 따라 종래의 플랫 타입 히트싱크에 형성된 형광수지체와 유사한 볼록한 단면 형태를 가지게 되면서도 보다 컴팩트한 크기의 형광수지체를 형성할 수 있어 제조 공정상 형광수지체가 터지는 등의 불량 수율이 낮아질 뿐만 아니라, 종래의 컵 타입 히트싱크의 문제점인 색수차 현상도 발생하지 않게 된다.

히트싱크(20) 상에서 벽(22) 안쪽에 형성된 캐비티(23)는 돌출단(26)에 부착된 LED칩(2)으로부터 나온 광을 원하는 지향각 범위 내로 반사시키기 위해 그 내벽이 상부에서 하부로 갈수록 그 내부 반경이 감소하도록 그 바닥면으로부터 경사지게 확장되어 있다. 또한, 캐비티(23)의 경사진 내벽은 반사성이 뛰어난 금속 재질로 형성되거나, 표면을 금속 코팅하여 반사면으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 돌출단(26)에 부착 지지된 LED칩(2) 및 그것을 둘러싸는 형광수지체(52)는 상기 캐비티(23)의 반사면 안쪽에 놓이며, 따라서, 상기 반사면은 LED칩(2)에서 발생한 광 중에서 이하 설명될 몰딩렌즈(60)를 향하지 않는 측면 지향성 및/또는 바닥 지향성의 광을 상기 패키지 몸체(10)의 상단 개방부 또는 몰딩렌즈(60)를 향해 반사시켜 보낼 수 있다. 또한, 상기 캐비티의 경사진 내벽에 형성된 반사면을 LED칩(2)을 중심으로 하는 대략 원추형의 곡면으로 형성하여 원주방향으로 규칙적이고 균일한 광 반사 특성을 갖도록 할 수 있다.

한편, 상기 LED칩(2)은 본딩와이어(3)들에 의해 리드프레임(30)의 내부리드(32)들에 전기적으로 연결된다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 패키지 몸체(10)의 상단 개방부에는 몰딩렌즈(60)가 형성되며, 상기 몰딩렌즈(60)는 광 방출방향으로 다양한 형상, 예컨대 반구형으로 볼록한 구조로 형성된다. 도시되어 있지는 않았지만, 상기 몰딩렌즈(60)는 몰드 성형기술로 의해 형성되는 것으로 패키지 몸체(10)의 상부에 수지 주입구를 갖는 몰드를 가설(假設)하고 그 몰드의 주입구에 투명 에폭시 또는 투명 실리콘과 같은 액상 수지를 주입하여 형성될 수 있다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 컵 타입 히트싱크의 캐비티 바닥면에 돌출단을 형성하여 그 위에 LED칩을 부착하고 이를 둘러싸는 형광수지체를 볼록 렌즈 형태로 형성함으로써 종래의 컵 타입 히트싱크의 단점인 색수차 현상이 발생하지 않는다. 또한, 캐비티 내벽에 반사면을 형성하여 광 손실량을 최대한 줄일 수 있다. 또한, 캐비티 바닥면에 돌출단을 구비하여 형광수지체 형성시 액상 형광 수지가 표면장력 에 의해 컴팩트한 돌출단의 상면에 한정 형성되어 종래의 플랫 타입에 비해 제조 공정상 형광수지체가 터지는 등의 불량 수율이 낮아진다는 이점을 갖는다.

Claims (4)

1. 리드프레임이 설치된 패키지 몸체와;

   상기 패키지 몸체에 삽입된 형태로 설치되되, 상단에는 캐비티가 형성되고, 상기 캐비티의 바닥 가장자리를 따라 그루브가 형성되고, 상기 그루브 안쪽에 돌출단이 구획형성된 히트싱크와;

   상기 히트싱크의 돌출단에 부착 지지되는 LED칩과;

   형광체를 포함하는 액상의 수지가 상기 돌출단의 상면에 한정되어 형성된 형광 수지체를;

   포함하는 LED 패키지.
2. 청구항1에 있어서,

   상기 캐비티의 내벽은 상부에서 하부로 갈수록 내부 반경이 감소하는 경사진 반사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
3. 청구항1에 있어서,

   상기 그루브는 링형으로 형성되고, 상기 돌출단은 상기 링형 그루브의 중심에서 원형으로 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
4. LED칩과 그 LED칩을 둘러싸는 형광 수지체가 놓이는 캐비티를 상단에 갖는 LED 패키지용 히트싱크에 있어서,

   상기 캐비티 바닥의 가장자리를 따라 형성된 링형의 그루브; 및

   상기 LED칩이 부착되고 그 위로 형광 수지체가 형성되도록, 상기 링형 그루브의 중심에서 원형으로 둘출형성된 돌출단을;

   포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 히트싱크.

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