KR100886784B1 - 발광 다이오드용 리드 프레임 및 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 발광 다이오드 램프의 리드 프레임은, 도 3에 나타내는 단면 구조로서, 도 3의 리드프레임(도면 부호 5)이 기존과 면적적으로도 형상적으로도 변경이 없고, 기존에 비해 발광 다이오드 팁(도면 부호 1)이 리드 컵 평탄면(도면부호 4 c)에 도전성의 접착제(도면 부호 2)로 장착된 리드 단자(도면 부호 4)가 도 6의 도면부호 4와 달리 표면적을 크게 한다는 점에 달라진다.
따라서, 발광 다이오드 팁의 PN접합으로부터 발하는 열을 열저항을 작게 해 효율 좋게 외부에 열전도에 의해 방열하기 쉽게 한 구조로 되어 있고, 이로 인해 기존에 할 수 없었던 발광 다이오드 칩에의 통전 전류를 기존 방식과 비교해서 7배 근처까지 올리는 것이 가능하게 되어 염원의 하이파워 타입의 고전류 발광 다이오드 램프가 실현될 수 있다.

Description

발광 다이오드용 리드 프레임 및 발광 다이오드{Light-emitting diode and its Lead frame}
도 1은 본 발명에 의한 포탄형 발광 다이오드 램프의 리드 프레임의 다이바 컷트 하기 전의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 포탄형 발광 다이오드 램프의 리드 프레임의 다이바 컷트 한 후의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 포탄형 발광 다이오드 램프의 다이바 컷트 가공 형상을 남긴 일실시 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 포탄형 발광 다이오드 램프의 리드 프레임의 방열 면적을 나타내는 일실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 포탄형 발광 다이오드 램프의 예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 종래의 포탄형 발광 다이오드 램프의 예를 나타내는 단면도이다.
<도면부호의 설명>
1:발광다이오드 칩
2:도전 접착제
3:본딩 와이어
4: 발광 다이오드 팁 장착측 리드 프레임
4a: 발광 다이오드 팁 장착측 리드 프레임
4b: 발광 다이오드 팁 장착부의 철부 경사면
4c: 발광 다이오드 팁 장착부의 철부저면
5: 본딩와이어 접착측 리드 프레임
6: 형광체 또는 형광 간섭제를 배합한 수지
7: 렌즈 형성용 수지
a: 발광 다이오드 팁 장착측 리드 프레임의 폭
b: 발광 다이오드 팁 장착측 리드 프레임의 길이
본 발명은 백 라이트, 조명용 광원, 발광 디스플레이, 각종의 인디게이타 등에 이용되는 발광 다이오드에 관한 것으로서, 특히 광원이 되는 발광소자인 발광 다이오드 칩에 대전류를 흐르게 함으로써, 발광 다이오드로부터 발광하는 발광 파워를 높이는 것이 가능한 방열 효과를 높이는 발광 다이오드용 리드 프레임 및 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드 램프는 상기한 바와 같이 표시용의 가시광선 발광 램프나 조명용 광원, 발광 디스플레이, 각종의 인디케이타 등에 넓게 이용되고 있다. 종래에 시장에 유통하고 있는 일반적인 발광 다이오드 램프의 기본적인 구성 형상을 도 5및 도 6 에 나타낸다.
도 5는 발광 다이오드 램프를 상면으로부터 바라본 평면도이며, 도 은 측면에서 바라본 단면도이다. 도 5와 도 6의 도면 부호 1은 빛을 발광하는 발광 다이오드 칩이다.도 6의도면 부호 4와 도면 부호 5는 리드 프레임이며, 이발광 다이오드 램프는 기본적으로는 이 도면 부호 4와 도면 부호 5로 리드 단자가 구성되어 있다.
일측의 리드 프레임은 발광 다이오드 칩을 장착하기 위해서 도면 부호 4 b와 같이 요철형의 경사면을 가진다, 즉, 광반사면을 가지는 형상으로 되어 있다.
그리고, 발광다이오드칩은(도면 부호 4) 리드 컵 평탄면(도면 부호 4 c)에 도전성의 접착제(도면부호 2)를 이용해 장착된다. 타측의 리드 프레임(도면 부호 5)에는 발광 다이오드 칩(도면부호 1)을 금선 또는 알루미늄선인 본딩 와이어(bondibg wire)(도면 부호 3)를 통해서 접속된다.
이와 같이, 리드 프레임 단자(도면 부호 4)에 발광 다이오드 칩(도면 부호 1)을 장착하고, 리드 프레임 단자(도면 부호 4)와 도면 부호 5에 bonding wire(도면 부호 3)로 접속이완료된 다음은, 발광 다이오드 칩(도면 부호 1)을 피복 하는 투광성 몰드 부재(도면 부호7), 즉, 주제와 경화제를 혼합한 액상의 에폭시 수지 및 실리콘 수지로 몰드성형 가공한다.그 후의 공정 가공은, 리드 프레임 단자의 리드 선단과 다이바를 컷트하면 도 6과 같은 단면 형상의 발광 다이오드 램프가 완성된다.
여기서 말하는 발광 다이오드 chip(도면 부호 1)의 구조는, 일반 가시광선의 AlGaInP/GaAs 나 GaAlAs/ GaAlAs 와 적외광 발광의 GaAs/GaAs , 또는, 청색, 녹색, 백색 발광에 사용되고 있는 InGaN/ Al2O3 나 InGaN/SiC 등의 발광 다이오드 chip이 사용된다
현재, 시장에 유통하고 있는 발광 다이오드 램프의 전기적·광학 특성은 표 1(와) 같이 최대순전류가 적외광 발광색의 발광 다이오드 CHIP, 즉, CHIP 구조가 GaAs/GaAs 의 타입으로 최대60 mA이다.
[표 1]
Chip 의 구조 발광색 허용손실 최대순전류
AlGaInP/GaAs 적, 등, 황, 녹 80mW 30mA
황록, 오렌지、 130mW 50mA
GaAlAs/GaAlAs 적, 근적외 75mW 30mA
GaAs/GaAs 적외선 100mW 60mA
InGaN/Al2O3 or SiC 청, 백, 녹 130mW 30mA
표 1에 나타낸 바와 같이 종래 형식의 발광 다이오드 램프는, 굳이 구별한다면 저전류 타입의 발광다이오드램프에 해당하는 발광 장치이다.
본 발명은, 발광 다이오드 램프용의 리드 프레임의 표면적과 부재를 개선하는 것으로써 발광다이오드 칩의 PN접합으로부터 발하는 열을 열저항을 작게 해 효율 좋게 외부에 전도시키는 방식을 고안함으로서 보다 HIGH POWER TYPE의 고전류 발광 다이오드 램프를 가능하게 했다.
본 발명의 발광 다이오드 램프용의 리드 프레임과는 직접적으로도 간접적으로도 관계하지 않지만 관련하는 참고 문헌으로서 아래와 같은 특허 문헌을 첨부한다.
[특허 문헌 1] 특개 2001119074호 공보
[특허 문헌 2] 특개평 07131073호 공보
[특허 문헌 3] 특개평 05063242호 공보
따라서, 본 발명의 제1 목적은 종래 기술로 제조된 발광 다이오드는 표 1에 나타낸 바와 같이 발광 다이오드 칩의 구조에 따라 다르지만, 최대에서도 순서 전류 60 mA이다.이것을 개선하기 위해서 발광 다이오드 램프의 리드 프레임의 형상, 즉, 고열전도를 가지는 부재로 표면적이 큰 리드프레임을 가지는 발광 다이오드용 리드 프레임 및 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
종래 기술로 제조된 발광 다이오드 램프의 리드 프레임은 도 6의 단면 구조이고, 본 발명의 발광 다이오드 램프의 리드 프레임은 도 3에 나타내는 단면 구조이다. 본 발명이 종래 기술과 크게 달라지는 부분은 도 3의 리드 프레임(도면 부호 5)이 종래대로 면적으로도 형상적으로도 변경이 없으나, 발광 다이오드 칩(도면 부호 1)이 리드 컵 평탄면(도면부호 4 c)에 도전성의 접착제(도면 부호 2)로 장착된 리드 단자(도면 부호 4)가 도 6의 도면부호 4와 달리 표면적을 크게 했다는 점이다.
따라서, 본 발명의 제2 목적은 발광 다이오드 칩의 PN접합으로부터 발하는 열을 열저항을 작게 해 효율 좋게 외부에 열전도에 의해 방열하기 쉽게 한 구조가 되어 있으므로, 발광 다이오드 램프가 기존에 할 수 없었던 발광 다이오드 칩에의 통전 전류를 종래 방식과 비교한 7배에 가깝게 올릴 수 있고, 그로 인해 염원의 하 이파워 타입의 고전류 발광 다이오드 램프가 실현 가능한 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 최대의 목적은, 상술한 같이 도 3또는 도 4의 리드 프레임의 리드 단자(도면 부호4)의 두께는 종래로 같이 하고 표면적을 크게 했다는 것과 리드 프레임의 부재로 열전도율과 도전율을 높게 했다는 것이다. 종래 구조의 리드 프레임의 표면적은 도 6에 도시된 바와 같이 리드 프레임(도면 부호 4와 도면 부호 5)이 동일 두께로 동일폭이 일반적이고, 리드프레임의 부재는 발광 다이오드 칩의 팁 구조에 의해 다르지만 일반적으로 철합금이나 황동합금 또는 구리합금이 일반적이다.
본 발명의 리드 프레임의 부재는 종래 기술과 같이 황동 합금 또는 구리합금을 채용하였지만, 발광 다이오드 칩에 흐르게 하는 적합 통전 전류의 대소에 따라서 도 3또는 도 4의 리드 프레임(도면 부호 4)의 표면적(b의 치수를 일정하게 하고 a의 치수를 가변)의 최적치를 결정하도록 한다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 발광 다이오드용 리드 프레임은, 발광 다이오드 램프에 사용되는 리드 프레임으로 발광 다이오드 칩이 장착 되어 있는 측의 리드 프레임이 고열전도의 특성을 갖고 있는 부재료이며 표면적이 큰 리드 프레임인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 리드 프레임으로 발광 다이오드 칩이 장착되는 위치는 요면을 가지는 장착부에서 발광 다이오드 칩의 장착면의 면적과 동등하거나 또는 상기 발광 다이오드 칩의 장착면보다 크게 구성되어 있다.
보다 바람직하게는 상기 리드 프레임은 상기 발광 다이오드 칩이 장착되어 있는 측의 리드 프레임으로 리드 단자의 트리밍(trimming) 위치까지의 표면적이 5㎟ 에서 20㎟를 가진다.
상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 발광 다이오드는, 제 1항, 제2항, 또는 제3 항에 기재된 대전류로 동작 발광하는 발광 다이오드에서, 제3항에 기재된 리드 프레임은 발광 다이오드 칩이 리드 단자의 트리밍(trimming) 위치까지 연장된 방열부를 가지고 있어, 발광 다이오드 칩에서 대전류에 의해 발생한 발열을 전도 발산시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 발광 다이오드 램프의 기본적인 구성 형상은, 도 3또는 도 4에 도시되어 있다. 여기서, 발광다이오드 램프는 빛을 발광하는 발광 다이오드 칩(도면 부호 1)과 은도금 된 금속제리드 프레임 도면 부호 4와 도면 부호 5로 되어 있어, 기본적으로는 이 2개의 리드 프레임으로 리드단자가 구성되어 있다.
한쪽의 은도금 된 금속제 리드 프레임(도면 부호 4)은 발광 다이오드 칩을 장착하기 위하여 요철형의 경사면(도면 부호 4 b)을 가지는 광반사면의 형상으로 되어 있다.
그리고, 발광 다이오드칩(도면 부호 1)은 은도금 된 리드 컵 평탄면(도면 부호 4 c)에 도전성의 접착제(도면 부호 2)를 이용해 장착된다.한편의 리드 프레임(도면 부호 5)에는 발광 다이오드칩(도면 부호 1)를 직경이 25μm에서 38μm의 금선 또는 알루미늄선으로 된 본딩와이어(도면 부호 3)로 접속한다.
이와 같이 리드 프레임 단자(도면 부호 4)에 발광 다이오드 팁(도면 부호 1) 을 장착해, 리드 프레임 단자(도면 부호 4)와 다른 한편의 리드 프레임 단자(도면 부호 5)에 본딩와이어(도면 부호 3)로 접속이 완료된 다음은, 발광 다이오드 칩(도면 부호 1)의 주위를 덮기위하여 포탄형 형상으로 경화된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지로 몰드 성형 가공한다.
그 후의 공정 가공은, 리드 프레임 단자의 리드 선단과 다이바를 컷트하면 도 6과 같은 단면 형상의 발광 다이오드 램프, 즉, 발광 장치가 완성된다.
본 발명의 청구항 3의 발광 다이오드 램프의 리드 프레임의 도면을 도 1과 도 2에 나타낸다.
여기서, 도면 부호 a와 b는, 본 발명의 리드 프레임(도면 부호 4)의 표면적을 최적인 면적으로 함에 의해 발광 다이오드 램프의 절대 최대정격을 결정하는 발광 다이오드 칩(도면 부호1)에 흐르게 하는 최대 전류치를 용이하게 높게 설정하는 것이 가능하게 되었다는 것이 특징이다.
표 2에 실시 예의 일람표를 나타낸다. 표 2에 나타내는 「소자 Type」는 발광 다이오드 램프의 발광 다이오드칩(도면 부호 1)에 흐르게 하는 전류치를 30 mA, 80 mA, 120 mA, 150 mA, 200 mA와 4 종류로 분류해 실시 평가했다.여기서, 통전 전류 30 mA는 종래 타입 발광다이오드 램프의 전기적 특성을 기준으로서 비교에 이용했다.
표 2의 「칩 면적」이란, 도 3으로 4에 나타내는 발광 다이오드 칩(도면 부 호 1)의 표면적을 표시하고, 실시 평가에는 종래품도 포함해 4 종류로 확인했다.이 실시예에 사용한 발광 다이오드 칩(도면 부호 1)는, 청색빛을 발광하는 InGaN 계 구조의 칩을 채용했다.그 외의 발광 다이오드팁의 구조, 즉, AlGaInP 계, GaAlAs 계, GaAs 계를 사용해도 본 발명의 결과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.같은 표 2의 「리드 면적」이란 본 발명의 발광 다이오드램프의 리드 프레임 도 1과 도 2에 나타낸 리드의 단면도의 도면에서 리드의 면적을 나타내는 리드의 치수변, 즉, 도면 부호 a와 도면 부호 b의 적 a × b 를 표시한 것이다.
표 2의 「리드 면적」으로 4.925 ㎟ 는, 도 6의 종래형 발광 다이오드 램프의 리드(도면부호 4)의 면적치를 나타낸 것이다.이 종래형 리드 프레임(도면 부호 4)을 기준에 3종 종류의 리드 면적, 즉, 6.105 ㎟ , 13.028 ㎟ , 14.850 ㎟ 로 발광 다이오드 램프의 상기 특성을 비교 확인을 실시해 보았다.
단, 13.028 ㎟ 로 14.850 ㎟ 는 면적이 다름과 동시에 리드 프레임의 재질과 열전도율이 다르다.면적 13.028 ㎟는 재질이 황동으로 열전도율이 117 W/mk 이며, 14.850 ㎟는 재질이 구리합금으로 열전도율이 230 W/mk이다.
본 발명은, 발광 다이오드 램프용의 리드 프레임 형상과 부재를 개선해 발광 다이오드칩의 PN접합으로부터 발하는 열을 열저항을 작게 해 효율 좋게 외부에 전도시키는 방식을 고안 함으로써 고전류형 발광 다이오드 램프를 가능하게 한 것이 다.즉, 본 발명의 최대의 목적은, 전술한 바와 같이 도 3 또는 도 4의 리드 프레임의 리드 단자(도면 부호 4)의 두께(은)는 종래와 같이 하고 표면적을 크게 했다는 것과 리드 프레임의 부재를 열전도율과 도전율을 크게 했다는 것이 큰 특징이다.
표 2의 「Tc」란, 발광 다이오드 팁이 통전 전류에 의해 PN접합으로 발생한 온도가 발광 다이오드 램프의 리드 단자(도면 부호 4)를 통해서, 칩을 싸고있는 수지나 리드로부터 공기중에 방열되는 온도를 이론적인 계산으로 방열 온도를 검증함과 동시에 리드 단자(도면부호 4)에 열전대를 붙여 발광 다이오드 팁으로부터 발생한 발열 온도를 실측한 값이다.
상기한 표 2의 「Tj」란, 발광 다이오드 칩이 통전 전류에 의해 PN접합으로 발생한 온도가 리드 프레임의 방열 면적과의 관계를 이론적인 계산으로 방열 온도를 검증한 값이다.
표 2의 실시예로부터 최적인 발명 요건으로서는, 발광 다이오드 팁의 표면적이 0.3721 ㎟ 로, 리드 프레임의 면적(도면 부호 a와 도면 부호 b의 적)이 14.850 ㎟ , 그리고 재질은 고열 전도율 230 W/mk의 구리합금 부재를 채용한 리드 프레임의 조성이, 본 발명의 실시 예의 좋은 결과를 얻은 최대의 특징이라고 말할 수 있다.
발광 다이오드 칩의 표면 실시 예의 0.3721 ㎟보다 크게 하려면 , 발광 다이오드칩(도면 부호 1)이 은도금 된 리드 컵 평탄면(도면 부호 4 c)의 면적에 좌우되므로, 리드 프레임 제작시에 리드 컵 평탄면(도면 부호 4 c)의 면적을 고려할 필요 가 있지만, 이 포탄형 발광 다이오드 램프의 형상을φ3 mm,φ5 mm,φ10 mm에 한정한다면, 실시예로 나타내 보인 발광 다이오드 팁의 표면적은 0.372 ㎟ 가 최적으로 추측되는 것이 본 실시예로 검증되었다.
[표 2]
소자 Type CHIP 면적 ( ㎟ ) 리드 면적 a×b (mm) 리드 단자온도 Tc(℃) chip pn 접합온도 Tj(℃)
종래품 (통전전류 =30mA) 0.1444 4.925 56 88
Type-A (통전전류 =80mA) 0.1444 6.105 48 71
13.028 44 63
14.850 35 44
Type-A (통전전류 =120mA) 0.3721 6.105 55 85
13.028 49 79
14.850 37 67
Type-A (통전전류 =150mA) 0.3721 13.028 59 89
14.850 41 71
Type-A (통전전류 =200mA) 0.3721 13.028 73 103
14.850 48 78
본 발명의 실시예에서는, 종래 형식의 포탄형 발광 다이오드 램프 단일소자를 기준으로 해서 실시예의 특성을 말했지만, 말할 필요도 없이, 본 발명의 발광 다이오드 램프에 도 3또는 도 4의 발광 다이오드 칩 장착측의 리드 단자에 특별한 방열판 또는 히트 싱크를 설치하면, 표 2 실시예보다 발광 다이오드 칩에 인가 통전하는 통전 전류를 200 mA이상으로 인상할 수 있는 것은 말할 필요도 없는 것이다.
표 2의 실시예로 「Tc」의 실측치를 보면 발광 다이오드 칩의 표면적이 0.3721 ㎟ 로, 리드프레임의 면적(도면 부호 a와 도면 부호 b의 적)이 14.850 ㎟ 의 경우, 통전 전류 200 mA로 Tc 가 48℃이 되어, 발광 다이오드 램프의 절대 최대정 격의 온도 특성인 소자의 동작온도 Topr≤80℃ 을 실현하고 있다. 동일하게, 「Tj」도 78이 되어, 절대 최대정격의 온도특성인 소자의 보존 온도 Tstg≤100℃ 을 실현하고 있다.
이와 같이, 본 발명은, 고열전도를 가지는 부재로 표면적이 큰 리드프레임을 가지는 발광 다이오드용리드 프레임을 고안 했다.이것에 의해, 발광 다이오드 칩의 PN접합으로부터 발하는 열을 열저항을 작게 해 효율 좋게 외부에 열전도에 의해 방열하기 쉽게 한 구조로 되어 있다.
이것에 의해, 종래 할 수 없었던 발광 다이오드 팁에의 통전 전류를 종래 방식과 비교해 7배 근처까지 올리는 것이 가능하게 되어 염원의 하이파워 타입의 고전류 발광 다이오드 램프를 실현하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 포탄형 발광 다이오드 램프의 형상을φ3 mm,φ5 mm,φ10 mm에 한정했을 경우, 리드 프레임(도면 부호 4)의 표면적, 즉, 도 1과 도 2의 도면 부호 a와 도면부호 b의 적 a×b 를 크게 하는 한편, 리드 프레임 부재를 구리합금으로 하고, 리드 컵 평탄면(도면 부호 4 c)에 적합한 표면적의 발광 다이오드 칩을 선정하면, 본 발명의 발광 다이오드램프의 전기적·광학 특성인 최대순전류를 종래형의 30 mA내지 60 mA에 대해서 200 mA까지 올릴 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 발광 다이오드 램프에 사용되는 리드 프레임으로 발광 다이오드 칩이 장착되어 있는 측의 리드 프레임이 고열전도 특성을 갖고 있는 황동합금 또는 구리합금으로 이루어지며,
    상기 리드 프레임은 상기 발광 다이오드 칩이 장착되어 있는 측의 리드 프레임으로 리드 단자의 표면적이 5.0㎟에서 20㎟를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 리드 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 프레임으로 발광 다이오드 칩이 장착되는 위치의 면적은, 요면을 가지는 장착부에서 발광 다이오드 칩의 장착면의 면적과 동등하거나 상기 발광 다이오드 칩의 장착면의 면적보다 크게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 리드 프레임.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    전류로 동작 발광하는 발광다이오드에 리드 프레임은 발광다이오드 칩이 리드단자에 다이버 컷 위치까지 연장된 방열부를 가지고 있어, 발광다이오드 칩에서 대전류에 의해 발생한 발열을 전도 발산시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드용 리드 프레임.
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