KR100858287B1 - 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지 및 그의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지 및 그의 제작 방법에 관한 것으로 발광 다이오드 단위 모듈을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성된 발광 다이오드 단위 모듈을 하나 이상 연결하여 발광 다이오드 모듈 패키지를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 발광 다이오드 모듈 패키지를 표면 실장 없이 LCD 백라이트 유닛 프레임에 기계적으로 고정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 커넥터를 이용하여 패키지를 연결함에 따라 재작업이 유용하며, 나사를 이용하여 백라이트 유닛(BLU)의 하면 샤시(Bottom chassis) 및 조명 기구의 방열판 조립을 통해 표면 실장을 하지 않으므로 표면 실장에 따른 비용이 절감됨과 동시에 열저항 증가를 방지하는 효과가 있다. 또한, 경연성 기판을 사용함으로써 외부 프레임에 발광 다이오드 패키지를 기계적으로 연결 시 배치의 균일도를 확보할 수 있다.

표면 실장, 발광 다이오드 패키지, 백라이트 유닛 프레임

Description

표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지 및 그의 제작 방법{light emitting diode package without Surface Mount and its production method}

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면 실장을 하지 발광 다이오드 패키지의 단면도.

도 2a 는 종래의 커넥터를 사용한 발광 다이오드 패키지의 연결을 나타낸 상면도.

도 2b 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커넥터를 사용한 발광 다이오드 패키지의 연결을 나타낸 상면도.

도 3a 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열 특성을 나타낸 도면.

도 3b 는 종래의 방열 특성을 나타낸 도면.

도 4 는 종래의 표면 실장을 하는 발광 다이오드 패키지와 방열 기판의 도면.

도 5 는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다층 구조로 설계된 발광 다이오드 패키지의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 경성부 110 : 폴리이미드

120 : 금속배선 130 : 발광 다이오드

140 : 몰드부 150 : 보호필름

160 : 커넥터 170 : 체결부

180 : 외부 프레임 200 : 연성부

400 : 발광 다이오드 패키지 410 : 솔더 접합

500 : 배선층 510, 520, 530 : 비아홀

본 발명은 폴리이미드를 사용하여 경연성 기판을 이용한 발광 다이오드 패키지를 구성하고 하나 이상의 발광 다이오드 패키지를 커넥터를 사용하여 연결하며, 구성된 발광 다이오드에 오류가 발생하였을 경우 재구성이 용이하게 하도록 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지 및 그의 제작 방법에 관한 것이다.

종래에 발광 다이오드는 정보 통신 기기의 소형화와 슬림화 등의 추세에 따라 표면 실장 기술(Surface Mount Technology;SMT)을 이용하여 실장되는 표면 실장 소자(Surface Mount Devicd;SMD)형으로 개발되었다.

특히, 백라이트 유닛(Backlight Unit;BLU)에 결합된 어레이(Array) 형태로 구성되는 경우에는 발광 다이오드가 인쇄회로 기판(PCB)의 상면에 직렬 또는 병렬로 다수 실장되고, 상기 백라이트 유닛은 LCD에 부착되어 광학 시트 등의 플라스틱 재질로 구성된 부품과 인접 구성됨에 따라 광원인 발광 다이오드 칩(LED Chip)의 온도를 낮게 유지하기 위한 방열 특성이 중요한 요인이 되고 있다 .

최근에는 방열 특성이 개선된 표면 실장 소자형 발광 다이오드가 속속 개발되고는 있으나, 상기 발광 다이오드가 어레이 형태로 실장되는 종래의 인쇄회로기판은 방열 특성이 개선되지 않아 백라이트 유닛에 적용하기에 문제가 있다.

또한, 발광 다이오드가 어레이 형태로 실장되었을 경우에 일부의 발광 다이오드가 동작하지 않을 경우 실장된 발광 다이오드 패키지 전체를 다시 작업해야 하므로, 재작업이 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 불편함을 해결하기 위하여 경연성 기판을 사용하여 발광 다이오드 패키지의 연성부끼리 커넥터를 사용하여 연결함으로써, 표면 실장에 의한 열저항을 줄이며 발광 다이오드 패키지의 재작업을 용이하게 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지 및 그의 제작 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오 드 패키지 및 그의 제작 방법에 있어서, 경연성 기판을 사용하여 발광 다이오드 패키지를 제작하고, 하나 이상의 발광 다이오드 패키지를 커넥터를 사용하여 연결함으로써, 설계 자유도를 증가시키며, 재작업을 용이하게 하며, 표면 실장을 하지 않으므로 열저항을 감소시킨다.

본 발명에서 동, 알루미늄 및 합금의 금속으로서 구성되며 열전도도가 우수한 경성부를 포함하며, 상기 경성부의 상부에 구비되며, 절연층의 역할을 하는 폴리이미드를 포함하고, 상기 폴리이미드의 상부에 부착되어 전기적인 연결을 하는 금속배선을 포함한다. 그리고, 상기 금속 배선의 상부에 구비되며, 빛을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하며, 상기 금속 배선의 상부에 구비되며 내부에 발광 다이오드를 포함하는 몰드부를 포함하고, 상기 금속 배선의 상부의 몰드부가 구비되지 않는 곳에 형성되며, 상기 동박배선을 보호하는 보호필름을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 폴리이미드의 길이는 상기 경성부의 길이보다 긴 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 금속 배선은 구리를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 보호필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylentherephthalate, PET), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 물질인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 몰드부는 상기 발광 다이오드에서 방출된 빛을 확산시키는 확산제가 포함된 몰드제로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 발광 다이오드 단위 모듈은 인접된 발광 다이오드 단위 모듈과 연결되는 커넥터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 경성부가 외부 프레임에 고정되기 위해 하나 이상의 체결부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 외부 프레임은 방열판 및 LCD 백라이트 유닛 프레임을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 발광 다이오드 단위 모듈을 형성하는 (a) 단계를 포함하고, 상기 형성된 발광 다이오드 단위 모듈을 하나 이상 연결하여 발광 다이오드 모듈 패키지를 형성하는 (b) 단계를 포함하며, 상기 발광 다이오드 모듈 패키지를 표면 실장 없이 외부 프레임에 기계적으로 고정하는 (c) 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 (a) 단계는, 경성부의 상부에 절연층 역할을 하는 폴리이미드와 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 금속 배선 상부에 하나 이상의 발광 다이오드를 구비하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 금속배선 상부에 구비되며, 내부에 발광 다이오드를 포함하는 몰드부를 구성하는 단계를 포함하며, 상기 금속배선 상부 중 몰드부가 구비되지 않은 곳에 보호필름이 구성되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 금속배선은 구리로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 (b) 단계는 발광 다이오드 단위 모듈과 인접된 발광 다이 오드 단위 모듈을 커넥터를 사용하여 연결하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면 실장을 하지 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.

도 1 을 참조하면, 경성부(100), 폴리이미드(110), 금속배선(120), 발광 다이오드(130), 몰드부(140), 보호필름(150), 커넥터(160), 체결부(170) 및 외부 프레임(180)을 포함한다.

상기 경성부(100)는 동 및 알루미늄과 합금을 적용한 열 전도도가 150W/m-K이상인 금속으로 형성되며 일정한 형태를 이루는 것으로서 상기 외부 프레임(180)의 상부에 구비된다.

상기 폴리이미드(110)는 상기 경성부(100)의 상부에 구비되며, 상기 경성부(100)의 길이보다 긴 것으로 상기 경성부의 절연층 역할을 한다. 그리고, 휘어지는 특성을 가지며 양 끝단에 상기 커넥터(160)를 구비한다.

상기 금속 배선(120)은 구리 등 동박으로써 전기적인 연결을 하며, 상기 폴 리이미드(110)의 상부에 구비된다. 그리고, 상기 금속 배선(120) 역시 상기 폴리이미드(110)와 함께 휘어지는 특성을 가지며 양 끝단에 상기 커넥터를 구비한다.

상기 발광 다이오드(130)는 상기 금속 배선(120)의 상부에 적색, 청색, 녹색 등의 발광 다이오드가 하나 이상 구비된다.

상기 몰드부(140)는 상기 금속 배선(120) 상부에 구비되며 내부에 상기 발광 다이오드를 포함하고, 빛을 확산시키는 확산제가 포함된 몰드제로 구성된다.

상기 금속 배선(120)의 상부에 상기 몰드부(140)가 구비되지 않은 부분에 상기 보호필름(150)을 구비하며, 상기 보호필름(150)의 일측은 상기 커넥터(160)와 접속된다. 그리고, 상기 보호필름(150)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylentherephthalate, PET), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)으로 구성된다.

상기 체결부(170)는 상기 경성부(100)가 상기 외부 프레임(180)에 기계적으로 접속하도록 하며, 나사 등의 금속으로 이루어진다.

상기 외부 프레임(180)은 방열판 및 백라이트 유닛 프라임 등을 포함한다.

상기 외부 프레임(180)은 기존에 CCFL을 배열하던 백라이트 유닛의 하면 샤시(chassis)로서 발광 다이오드 패키지를 실장한 모듈을 적용하던 것을 본 발명의 경연성 기판에 발광 다이오드를 패키징한 모듈을 기계적으로 결합하게 된다.

도 2a 는 종래의 커넥터를 사용한 발광 다이오드 패키지의 연결을 나타낸 상면도이고, 도 2b 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커넥터를 사용한 발광 다이오드 패키지의 연결을 나타낸 상면도이다.

도 2b 를 참조하면, 각각의 발광 다이오드 패키지의 양 끝단에 설치된 커넥 터(160)를 사용하여 하나 이상의 발광 다이오드 패키지를 연결한다.

상기 발광 다이오드 패키지의 경성부(100)를 체결부(170)를 이용하여 기계적으로 외부 프레임에 형성시킨다.

이에 따라, 소수의 발광 다이오드 패키지의 오류가 생겼을 경우에 오류가 생긴 발광다이오드 패키지 부분만을 재작업 가능하므로 모듈 전체를 재작업하지 않아도 된다.

그리고, 상기 외부 프레임에 표면 실장 없이 기계적으로 연결하므로 실장에 따른 열저항을 감소시키며, 표면 실장 비용을 감소할 수 있다.

또한, 상기 경성부(100)와 연결되며 절연층 역할을 하는 폴리이미드 및 상기 폴리이미드 상부에 구비되는 금속배선, 상기 금속배선을 보호하는 보호필름으로 구성된 연성부(200)를 사용하여 상기 외부 프레임에 사용자가 원하는 대로 설계할 수 있다.도 3a 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열 특성을 나타낸 도면.

도 3a 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열 특성을 나타낸 도면이고, 도 3b 는 종래의 방열 특성을 나타낸 도면이다.

도 3a 를 참조하면, 본 발명에서 표면 실장을 하지 않음에 따라 패키지와 배선 기판과 패키지의 솔더 접합에 의한 열 저항이 감소되어 백라이트 유닛 시스템의 온도가 자연 대류 상태에서 85℃ 이하임을 알 수 있다.

도 3b 를 참조하면, 하기의 도 4 에서와 같은 구조로서 백라이트 유닛을 구성함에 따라 패키지 및 접합 솔더와 배선 기판의 영향에 의해 100℃ 이상의 시스템 온도를 가지게 된다.

따라서, 시스템을 구성하는 부품의 열 전달 경로에 있어 매질의 높은 열 전도도와 접합부 개수를 최소화하는 것이 전체 백라이트 유닛 시스템에서 발광 다이오드의 열적인 피로와 스트레스를 감소시킬 수 있으며, 장기 신뢰성도 보장할 수 있다.

도 4 는 종래의 표면 실장을 하는 발광 다이오드 패키지와 방열 기판의 도면이다.

도 4 를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(400)는 R, G, B 발광 다이오드를 패키징하였으며, 상기 발광 다이오드 패키지(400)는 배선 기판에 리드를 이용하여 솔더 접합(410)을 한다.

상기의 도 3 에서 비교한 결과와 같이 본 발명은 종래 기술에서 패키지에 패키징을 하고, 그 패키지를 모듈에 솔더 접합하는 2가지 단계를 경연성 기판에 발광 다이오드 소자를 실장 및 패키징하여 시스템에 기계적인 결합을 하는 단계로 감소시켰다.

또한, 종래 기술에서 패키지의 불량 발생 시 접합 된 솔더를 제거하고 다시 솔더링하는 번거로움을 없애기 위하여 외부 프레임을 기계적으로 분리함으로써 솔더링을 위한 재작업 과정을 저치지 않고도 재작업이 용이하다.

도 5 는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다층 구조로 설계된 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.

도 5 를 참조하면, 4개의 배선층(500)은 R, G, B 발광 다이오드와 비아홀(510, 520, 530)로 각각 연결되어 있으며, 상기 배선층(500)을 하나 이상의 다층 구조로 설계함으로써, 단층 구조의 문제점인 발광 다이오드의 휘도를 개별적으로 조절하여야하는 문제를 극복하고 설계 자유도를 높이는 효과가 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 커넥터를 이용하여 패키지를 연결함에 따라 재작업시 솔더링을 하지 않아도 부품교체가 용이한 효과가 있다.

그리고, 경연성 기판과 시스템의 표면 실장을 하지 않으므로 비용이 절감되며, 발광 다이오드 패키지 패키징 시 배치의 균일도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 솔더 등의 접합 금속을 이용하여 실장하는 방식으로 인하여 패키지와 배선 기판의 솔더 접합 및 배선 기판의 열 저항을 감소하는 효과가 있다.

게다가, BLU 시스템에서 폴리이미드층을 여러 개의 층으로 증가시켜 단층의 배선층을 다수의 층으로 확대하여 배선의 자유도를 높이는 효과가 있다.

Claims (15)

1. 동, 알루미늄 및 합금의 금속으로서 구성되며 열전도도가 우수한 경성부;

   상기 경성부의 상부에 구비되며, 절연층의 역할을 하는 폴리이미드;

   상기 폴리이미드의 상부에 부착되어 전기적인 연결을 하는 금속배선;

   상기 금속 배선의 상부에 구비되며, 빛을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드;

   상기 금속 배선의 상부에 구비되며 내부에 발광 다이오드를 포함하는 몰드부; 및

   상기 금속 배선의 상부의 몰드부가 구비되지 않는 곳에 형성되며, 상기 동박배선을 보호하는 보호필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 경성부는 150W/m-K이상의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리이미드의 길이는 상기 경성부의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 배선은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 보호필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylentherephthalate, PET), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 몰드부는 상기 발광 다이오드에서 방출된 빛을 확산시키는 확산제가 포함된 몰드제로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 단위 모듈은 인접된 발광 다이오드 단위 모듈과 연결되는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 경성부는 3W/m-K 이상의 열전도도를 갖는 접합제를 사용하여 외부프레임에 접합되는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 외부 프레임은 방열판 및 LCD 백라이트 유닛 프레임 을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 접합제는 전기적인 전도성 또는 비전도성을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 경성부는 체결부를 사용하여 외부 프레임과 기계적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않는 발광 다이오드 패키지.
12. 경성부의 상부에 절연층 역할을 하는 폴리이미드와 금속 배선을 형성하는 단계;

    상기 금속 배선 상부에 하나 이상의 발광 다이오드를 구비하는 단계;

    상기 금속배선 상부에 구비되며, 내부에 발광 다이오드를 포함하는 몰드부를 구성하는 단계; 및

    상기 금속배선 상부 중 몰드부가 구비되지 않은 곳에 보호필름이 구성되는 단계로 이루어진 발광 다이오드 단위 모듈을 형성하는 (a)단계;

    상기 형성된 발광 다이오드 단위 모듈을 하나 이상 연결하여 발광 다이오드 모듈 패키지를 형성하는 (b) 단계; 및

    상기 발광 다이오드 모듈 패키지를 표면 실장 없이 외부 프레임에 기계적으로 고정하는 (c) 단계를 포함하는 표면 실장을 하지 않은 발광 다이오드 패키지의 제작방법.
13. 삭제
14. 제 12 항에 있어서, 상기 금속배선은 구리로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 실장을 하지 않은 발광 다이오드 패키지의 제작방법.
15. 제 12 항에 있어서, 상기 (b) 단계는 발광 다이오드 단위 모듈과 인접된 발광 다이오드 단위 모듈을 커넥터를 사용하여 연결하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 발광 다이오드 패키지의 제작방법.

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