KR100850666B1 - 메탈 ｐｃｂ를 갖는 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

메탈 ｐｃｂ를 갖는 ｌｅｄ 패키지

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KR100850666B1
KR100850666B1 KR1020070032018A KR20070032018A KR100850666B1 KR 100850666 B1 KR100850666 B1 KR 100850666B1 KR 1020070032018 A KR1020070032018 A KR 1020070032018A KR 20070032018 A KR20070032018 A KR 20070032018A KR 100850666 B1 KR100850666 B1 KR 100850666B1
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강석진
김도형
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서울반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은, LED 패키지에 관한 것으로서, 방열성과 콤팩트한 구조를 가지며, 기존 설비의 사용을 크게 제한하지 않고, 현재 널리 이용되는 전자기기 또는 조명기기와의 호환성도 좋은, 메탈PCB를 갖는 LED 패키지를 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 LED 패키지는, 전기 절연층을 사이에 개재한 채 제 1 및 제 2 금속박판을 적층하여 형성된 메탈PCB와, 상기 메탈PCB의 상기 제 1 금속박판에 실장되는 LED칩을 포함하되, 상기 제 1 금속박판은, 전극패턴들과, 상기 전극패턴들로부터 각각 연장된 리드들로 구성된다.
LED, 패키지, 메탈PCB, 리드, 방열, 홀컵, 봉지부재

Description

메탈 ＰＣＢ를 갖는 ＬＥＤ 패키지{LED PACKAGE WITH METAL PCB}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 LED 패키지의 단면도.
도 3은 하나의 큰 메탈PCB를 베이스로 하여, 다수의 LED 패키지가 제작되는 예를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
2: LED칩 10: 메탈PCB
16: 제 1 금속박판 14: 절연층
12: 제 2 금속박판 31: 봉지부재
32: 봉지부재의 확장부 20: 홀컵
162a, 162b: 전극패턴 164a, 164b: 리드
165a, 165b, 비아 통전부 121, 122 단자패턴
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 메탈PCB를 갖는 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, 통상, LED칩이 탑재된 패키지의 구조로 제작되며, 흔히, 'LED 패키지'라고 칭해지고 있다. 위와 같은 LED 패키지는 일반적으로 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board) 상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성된다.
LED 패키지에 있어서, LED칩으로부터 발생한 열은 LED 패키지의 발광 성능 및 수명에 직접적인 영향을 미친다. 그 이유는 LED칩에 발생한 열이 그 LED칩에 오래 머무르는 경우 LED칩을 이루는 결정 구조에 전위(dislocation) 및 부정합(mismatch)를 일으키기 때문이다. 게다가, 근래에는 고출력의 LED 패키지가 개발된 바 있는데, 이러한 고출력의 LED 패키지는, 고전압의 전력에 의해 동작되고 그 고전압에 의해 LED칩에서 많은 열이 발생되므로, 그 발생된 열을 효과적으로 방출시키기 위한 별도의 장치가 요구된다.
이에 대하여, 종래에는 알루미늄 베이스 상에 절연층 및 금속 패턴층이 차례로 형성된 메탈PCB를 이용하여 방열성을 향상시킨 LED 패키지가 개발된 바 있다. 이러한 종래의 LED 패키지는, 예를 들면, 절삭 가공 등의 홈 가공을 통해 알루미늄 베이스의 일부를 상부로 노출시킨 홀컵을 형성하고, 그 홀컵에 LED칩을 부착한 후, LED칩과 금속 패턴층을 도전성 와이어로 연결하여 제조된다.
그러나, 위와 같은 종래의 LED 패키지는, 알루미늄 베이스의 큰 두께로 인하 여 컴팩트한 구조로 제작하는 것이 힘들고, 외부 전극과 LED칩을 전기적으로 연결시키는 리드 구조를 포함하고 있지 못하여, 통상적으로 이용되는 인쇄회로기판 상에 탑재하는 것이 어려운 문제점이 있다. 이는 종래의 LED 패키지가 기존 전자기기 또는 조명기기와의 호환성이 크게 떨어짐을 의미한다. 또한, 현재의 LED 패키지 제조업체가 리드 구조를 포함하는 LED 패키지 제조에 적합한 설비들을 주로 보유하므로, 위 종래의 LED 패키지는 전술한 것과 같은 기존 설비의 사용을 제한하므로 비경제적이라는 문제점을 또한 갖고 있다.
추가로, 종래의 LED 패키지는, 절삭 가공 등과 같은 홈 가공에 의해 홀컵이 형성되므로, 그 홈 가공에 의해 LED칩의 실장면이 불규칙하게 되고, 그것에 의해, LED칩의 다이 어태칭 공정을 어렵게 하며, 또한, 다이 어태칭된 LED칩이 열 충격과 기계적 충격에 쉽게 손상되는 문제점을 야기한다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 방열성과 콤팩트한 구조를 가지며, 기존 설비의 사용을 크게 제한하지 않고, 현재 널리 이용되는 전자기기 또는 조명기기와의 호환성도 좋은, 메탈PCB를 갖는 LED 패키지를 제공하는데에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 패키지는, 전기 절연층을 사이에 개재한 채 제 1 및 제 2 금속박판을 적층하여 형성된 메탈PCB와, 상기 메탈PCB의 상기 제 1 금속박판에 실장되는 LED칩을 포함하며, 상기 제 1 금속박판은, 전극패턴들과, 상기 전극패턴들로부터 각각 연장된 리드들로 구성된다.
이때, 상기 리드들 각각은 상기 메탈PCB로부터 측면 외측 방향으로 연장된 상기 제 1 금속박판의 일부를 절곡하여 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 리드들 각각은 상기 제 1 금속박판의 일부를 2단으로 중첩 절곡하여 이루어지며, 이에 의해, 상기 리드들 각각은 외부 전극과의 접촉 면적이 확장될 수 있다.
대안적으로, 상기 리드들 각각은, 상기 전극패턴들에 상응하게 상기 제 2 금속박판을 패터닝 하여 형성된 단자패턴들과,상기 메탈PCB를 관통하여, 상기 전극패턴들과 상기 단자패턴들을 잇는 비아 통전부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 금속박판은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진다. 또한, 상기 LED 패키지는, 상기 LED칩을 덮도록 상기 제 1 금속박판 상에 형성된 봉지부재를 더 포함하며, 또한, 상기 LED칩으로부터 나온 광의 지향각 조절을 위해 상기 LED칩 주변에 설치되는 홀컵을 추가로 포함할 수 있다. 상기 홀컵은, 수지, 금속, 세라믹 또는 그것들의 복합물을 이용하여 형성되는 것으로, FR4 재질로 이루어질 수 있다. 또한 상기 홀컵은 개구부를 각각 구비한 채 상기 제 1 금속박판 상에 차례대로 형성되는 절연판과 금속 반사판으로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 금속 반사판은 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 LED 패키지의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 LED 패키지(1)는, 메탈PCB(10)와, 상기 메탈PCB(10)에 실장되는 LED칩(2) 등을 포함한다. 그리고, 상기 메탈PCB(10)에는 상기 LED칩(2)을 보호하기 위한 광투과성의 봉지부재(31)가 대략 반구형으로 형성된다. 그리고, 상기 봉지부재(31)는, 그와 일체로 확장 형성되어, 상기 메탈PCB(10)의 상면 및 측면 일부를 덮는 확장부(32)를 더 포함하며, 그 확장부(32)에 의해, 상기 LED칩(2)은 물론이고 상기 메탈PCB(10)까지 외부로부터 보호할 수 있다.
본 실시예에 따른 메탈PCB(10)는 제 1 및 제 2 금속박판(16, 12)과, 그 금속박판들(16, 12) 사이에 개재된 절연층(14)을 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 금속박판(16, 12)은 상기 절연층(14)을 사이에 두고 적층되어 있다. 상기 제 2 금속박판(12)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 채 상기 메탈PCB(10)의 베이스를 이루며, 상기 제 1 금속박판(16)은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 채 상기 절연층(14)에 의해 상기 제 2 금속박판(12)과 전기적으로 절연되어 있다.
상기 제 1 금속박판(16)은, 상기 LED칩(2)이 부착되는 제 1 전극패턴(162a)과, 그 제 1 전극패턴(162a)으로부터 이격되도록 패터닝된 제 2 전극패턴(162b)을 포함하며, 상기 제 1 전극패턴(162a) 상의 LED칩(2)은 본딩와이어(W)에 의해 상기 제 2 전극패턴(162b)과 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 절연층(14)은 전기적으로 절연성을 갖되, 상기 LED칩(2)으로부터 발생한 열의 원할한 방출을 위해, 열전도성 이 좋은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 제 1 금속박판(16)은 상기 메탈PCB(10)의 측면 외측 방향으로 연장된 리드들(164a, 164b)을 더 포함한다. 상기 리드들(164a, 164b)은 LED 패키지(1)가 장착되는 외부 인쇄회로기판(미도시됨) 상의 외부 전극들에 연결되는 부분으로, 2단 중첩 절곡에 의해, 아래쪽으로 배향됨과 동시에 외부 전극(미도시됨)과의 넓은 접촉 면적을 갖게 된다. 즉, 상기 리드들(164a, 164b) 각각은 첫 번째 절곡에 의해 아래쪽으로 배향되고 두 번째 절곡에 의해 면들끼리 중첩되어 제 1 금속박판(16)의 실제 두께에 비해 큰 두께의 단부를 갖게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 LED 패키지(1)가, 리드들(164a, 164b)의 절곡 위치 및 방향에 의해, 패키지 장착면과 광 방출면이 서로 반대되게 위치한 탑 뷰(top view) 타입이지만, 상기 리드들(164a, 164b)의 절곡 위치 및 방향을 달리하여, 패키지 장착면과 광 방출면이 수직을 이루도록 하는 것도 고려될 수 있으며, 이와 같이, 패키지 장착면과 광 방출면이 수직을 이루는 구조는 통상 사이드 뷰(side view) 타입으로 칭해지는 LED 패키지의 구현에 적합하다.
또한, 본 실시예에 따른 LED 패키지(1)는 원하는 광 지향각을 얻기 위한, 즉, LED칩(2)으로부터 나온 광의 지향각 조절을 위한 홀컵(20)을 더 포함한다. 상기 홀컵(20)은, 상기 봉지부재(31)의 일부가 충전되는 개구부를 포함하는 것으로, 상기 제 1 금속박판(16) 상에서 상기 LED칩(2) 주변을 둘러싸서 광을 원하는 지향각 범위 내로 반사시키는 역할을 한다. 상기 홀컵(20)은, 상기 메탈PCB(10)의 제 1 금속박판(16) 상에 직접 적층되어 형성되므로, 메탈PCB에 홈을 가공하여 홀컵을 형 성할 필요성을 없애주며, 따라서, 종래의 기술과 달리, 메탈PCB의 칩 실장면이 평탄하게 형성된다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 홀컵(20)은 판 형상의 부재에 개구부를 형성한 것이 이용될 수 있으며, 그 재질은, 수지, 금속, 세라믹 또는 그것들의 복합물일 수 있다. 일 예로, 상기 홀컵(20)으로는 FR4와 같은 소재가 이용될 수 있는데, 상기 FR4는 유리섬유를 에폭시와 결합하여 보강한 소재(약어로, ERBGF; Epoxy Resin Bonded Glass Fiber)로써 강도와 광 반사성이 좋으며, 통상 인쇄회로기판의 원자재로 이용되고 있다.
다른 예로써, 상기 홀컵(20)은, 도 2의 확대도에 도시한 것과 같이, 개구부들이 각각 형성되고 서로 접합되어 있는 절연판(21)과 금속 반사판(22)에 의해 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연판(21)은 그 아래쪽에 위치한 제 1 금속박판(16)과 상기 금속 반사판(22) 사이를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 또한, 상기 금속 반사판(22)은 알루미늄 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따라, 전술한 메탈PCB(10)는 도 3에 도시된 하나의 큰 메탈PCB(10'; 이하, '적층 원자재'라 함)로부터 절단 분리된 단위 메탈PCB(10)이며, 그 메탈PCB(10)를 포함하는 다수의 LED 패키지(1)들은, 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 적층 원자재(10')를 베이스로 하여 미리 형성된다. 상기 적층 원자재(10')는 미리 정해진 형상으로 패터닝 가공된 제 1 금속박판(16), 절연층(14), 제 2 금속박판(12)의 적층물이며, 상기 제 1 금속박판(16)으로부터 연장된 리드들(164a, 164b)과 각 층들의 지지부(102')들에 의해, 다수의 LED 패키지(1)들이 상 기 적층 원자재(10')에 지지된다. 그리고, 상기 지지부(102')들과 상기 리드들(164a, 164b)를 절단하고, 그 리드들(164a, 164b)을 앞서 설명한 것과 같이 절곡하면 도 1 및 도 2에 도시된 구조를 갖는 단위 LED 패키지(1)들이 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지(1)를 도시한 단면도이다. 본 실시예의 LED 패키지(1)는 제 1 금속박판(16)의 전극패턴들(162a, 162b)로부터 연장된 리드의 구조를 제외하면 나머지 구성이 앞선 실시예와 실질적으로 같으며, 따라서, 이하에서는, 앞선 실시예와 달라진 리드의 구조에 대해서 주로 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 실시예의 리드들은, 제 1 금속박판(16)의 전극패턴들(162a, 162b)에 상응하게 제 2 금속박판(12)을 패터닝 하여 형성된 단자패턴들(121, 122)과,상기 메탈PCB(10)를 관통하여, 상기 전극패턴들(162a, 162b)과 상기 단자패턴(121, 122)들을 잇는 비아(via) 통전부(165a, 165b)를 포함한다. 이때, 상기 비아 통전부(165a, 165b)는 상기 메탈PCB(10)를 상하로 관통하는 개구부들을 미리 형성한 후, 예를 들면, 도금 등의 방식으로 상기 개구부들에 상기 제 1 금속박판(16) 및/또는 제 2 금속박판(12)과 동일한 소재의 금속을 채워 넣는 것에 의해 형성될 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 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 발명에 따른 LED 패키지는, 충분한 방열성과 함께 컴팩트한 구조를 가지며, 메탈PCB를 이용하면서도, 일반적인 LED 패키지와 대략 동일한 구조를 가진 채 외부 전극과 연결되는 리드들을 포함하여 기존 전자기기 또는 조명기기와의 호환성이 좋다는 이점이 있다. 게다가, 본 발명에 따른 LED 패키지는, 그것의 제작 공정이 메탈PCB를 포함하지 않는 일반적인 LED 패키지와 제작 공정과 상당 부분 같아, 현 LED 패키지 제조업체에서 보유하고 있는 많은 설비를 그대로 이용할 수 있게 해주는 경제적인 이점 또한 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 LED 패키지는, LED칩이 위치하는 홀컵 형성을 위해 별도의 홈 가공이 요구되지 않으므로, 평탄한 칩 실장면을 가지며, 이에 의해, LED칩의 다이 어태칭 공정이 종래 메탈PCB형 LED 패키지에 비해 용이하고, 또한, 다이 어태칭된 LED칩이 열 충격과 기계적 충격에 강하다는 이점을 갖는다.

Claims (12)

  1. 전기 절연층을 사이에 개재한 채 상측의 제 1 금속박판과 하측의 제 2 금속박판이 적층된 박판 적층 구조를 포함하되, 상기 제 1 금속박판은 자신으로부터 분할되어 상기 전기 절연층의 상면에 위치하는 복수의 전극 패턴들로 구성된 메탈 PCB와;
    상기 메탈 PCB의 상기 제 1 금속박판에 실장되는 LED칩과;
    상기 제 1 금속박판의 상기 복수의 전극 패턴들 각각으로부터 상기 전기 절연층의 상면의 외측으로 연장된 리드들을 포함하는 LED 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 리드들 각각은 상기 메탈PCB로부터 측면 외측 방향으로 연장된 상기 제 1 금속박판의 일부를 절곡하여 형성된 것임을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 리드들 각각은 상기 제 1 금속박판의 일부를 2단 으로 중첩 절곡하여 외부 전극과의 접촉 면적을 확장한 것임을 특징으로 하는 이용한 LED 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 리드들 각각은,
    상기 전극패턴들에 상응하게 상기 제 2 금속박판을 패터닝 하여 형성된 단자패턴들과,
    상기 메탈PCB를 관통하여, 상기 전극패턴들과 상기 단자패턴들을 잇는 통전 비아 통전부를,
    포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 금속박판은 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 LED칩을 덮도록 상기 제 1 금속박판 상에 형성된 봉지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 LED칩으로부터 나온 광의 지향각 조절을 위해 상기 LED칩 주변에 설치되는 홀컵을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 홀컵은, 수지, 금속, 세라믹 또는 그것들의 복합물을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 홀컵은 FR4 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는LED 패키지.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 홀컵은, 개구부를 각각 구비한 채 상기 제 1 금속박판 상에 차례대로 형성되는 절연판과 금속 반사판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 금속 반사판은 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 메탈 PCB는 적층 원자재로부터 절단 분리된 복수의 메탈 PCB 중 하나의 단위 메탈 PCB이며, 상기 적층 원자재는 미리 정해진 형상으로 패터닝된 상기 제 1 금속박판, 상기 전기 절연층, 그리고, 상기 제 2 금속박판의 적층물인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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