KR100906010B1 - 파워 엘이디(ｌｅｄ) 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지에 관한 것으로, 리드 프레임과, 상기 리드프레임 상부에 안착되는 반도체 칩과, 상기 반도체 칩이 내장되게 상기 리드프레임 상부로 몰딩처리된 몰딩부와, 상기 몰딩부와 기판 사이에 장착된 방열부를 갖는 파워 엘이디 패키지에 있어서, 상기 리드 프레임은 일측단자를 형성하는 제1리드 및 제2리드와, 상기 제1리드 및 제2리드에 대향되게 마련되어 타측 단자를 구성하는 제3리드 및 제4리드를 포함하되 상기 제4리드는 상기 제1리드를 향하여 증가된 방열면적을 갖는 제1연장부와, 상기 제1연장부에서 절곡 연장되어 반도체 칩이 안착되는 상부면을 형성한 제2연장부와, 상기 제2연장부에서 상기 제2리드 및 제3리드 사이로 연장 형성된 제3연장부를 가진 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지이다. 이에 의해 본 발명은 리드 프레임의 일측단자의 리드와 방열부와의 접촉 면적을 넓게하여 칩에서 발생되는 열을 신속하면서 효과적으로 방출할 수 있어서 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디 칩(LED CHIP)을 적용하여 고전류가 인가 가능하면서 신뢰성이 높은 백색 엘이디를 제조하여 자동차, 가로등, 직,간접조명 등의 제품에 적용시킬 수 있다.

백색. 반도체 칩, 엘이디, 방열부, 기판, 리드 프레임

Description

파워 엘이디(ＬＥＤ) 패키지{POWER LED PACKAGE}

본 발명은 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지에 관한 것으로, 보다구체적으로는 리드 프레임의 일측단자의 리드와 방열부와의 접촉 면적을 넓게하여 칩에서 발생되는 열을 신속하면서 효과적으로 방출할 수 있어서 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디 칩(LED CHIP)을 적용하여 신뢰성이 높은 백색 엘이디를 제조하여 자동차, 가로등, 직,간접조명 등의 제품에 적용할 수 있도록 고전류가 인가 가능한 파워 엘이디(LED) 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디(LED)(lighting emitting diode)는 반도체 p-n 접합소자로 전기에너지를 빛에너지로 바꿔주는 발광반도체로서 일반적인 엘이디(LED)의 동작원리를 살펴보면, 단자간에 전압을 가하면 전류가 흘러 p-n접합 부근 혹은 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하여 반도체의 고유특성인 에너지 밴드 갭의 변화에 따라 다양한 색(파장)의 구현이 가능하다.

엘이디(LED)는 다음과 같은 관계식을 사용하여 에너지 갭과 발광 파장과의 관계를 표현한다.

λ= hc / E_g

1240 / E_g (nm)

(λ는 발광파장( nm), h는 Plank 상수, c는 광속도, E_g는 반도체의 에너지갭 (eV))

빛의 삼원색인 R(적색), G(녹색), B(청색)를 발광시킬 경우, 적색 엘이디(LED)에서는 GaAlAs와 같은 3원계, 혹은 InGaAlP와 같은 4원계 조성의 화합물 반도체 박막성장이 필요하며, 녹색 엘이디(LED)의 경우 처음에는 GaP에 불순물을 주입하여 구현하였으나, 이는 간접천이형 재료로 실용적인 순녹색 발광이 얻어지지 않았으나 InGaN의 박막성장이 성공하게 됨에 따라 고휘도 청색 및 녹색 엘이디(LED)의 구현이 가능하게 되었다.

또한 조명 분야에서는 엘이디(LED)를 이용한 반도체 조명이 새롭게 부각되고 있으며, 이는 고휘도 백색 엘이디(LED) 성능 지수가 실험실 수준이긴 하나 100 lm/W로 이미 백열전구, 할로겐 램프 수준을 완전히 넘었고, 일반 형광등 수준에 비해 높은 성능을 보이고 있기 때문이다.

이밖에 기존의 조명기기보다 저 전력소비, 10만 시간의 장수명, 그리고 뛰어난 내구성과 견고성, 나아가서는 다양한 집적화 및 정교한 디자인이 가능한 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라 수은을 사용하지 않는 친환경적 특성으로 인한 차세대 조명 광원으로 급부상하고 있으며, 2006년 7월 1일부터 EU의 RoHS에 의해 수은등 6개의 중금속을 포함한 물질의 수입이 규제되었으며, 2011년 7월 1일부터는 형광등과 같이 수은이 들어가는 광원의 사용을 규제하기로 잠정 협의되어 수은을 사용하지 않는 여러 대체 광원 중 엘이디(LED)가 가장 현실적으로 접근 가능한 광원이다.

차후, 2020년까지 반도체 엘이디(LED) 조명이 대체 광원으로 50%정도가 대체된다면 세계 총 소비전력의 25% 정도가 절약될 것으로 예상되고, 엘이디(LED) 산업 측면에서 차세대 조명용 후보 광원으로 평가받는 엘이디(LED)는 에너지 고갈 및 환경오염의 위기를 대응하는 전략적 기반기술 산업으로 평가받고 있다.

엘이디(LED)는 에너지 변환효율이 높아 전기에너지 절감에 유리하여 조명을 필요로 하는 가전기기, 자동차, 건축, 의료기기 등 산업 전반에 걸쳐 응용되는 산업으로 자리 잡고 있다.

잠재시장인 가정용 및 사무실 조명까지 감안하면 엘이디(LED)는 메모리반도체를 능가하는 거대한 부품소재 시장을 형성할 것으로 기대되는 유망 산업으로 현재 각국에서 국가차원의 과제로 지원되고 있는 전략산업이며, 특허에 의한 기술쇄국정책이 심한 산업이라 할 수 있겠다.

엘이디(LED) 산업은 휴대가전기기, 자동차/수송기기, 디스플레이, 의료기기, 건축, 환경 등 조명을 필요로 하는 거의 모든 산업의 후방산업이며, 반도체 공정에 필요한 기판, 화학약품, 패키지 재료 등 구성요소의 생산을 위한 원부자재를 후방산업으로 가지고 있다.

엘이디(LED)분야의 기술은 크게 광원의 근원(SOURCE)인 칩(CHIP : DIE라고도 함)의 제조기술 및 이를 요구하는 용도로 사용이 가능토록 하는 패키지(PACKAGE)기술로 분류할 수 있다.

엘이디(LED)분야의 짧은 역사와 요구수준에 미치지 못하는 파워(POWER)로 인 해 그동안은 기술개발의 주요 현안은 인가된 전류를 최대한 광으로 전환하는 효율을 높이기 위한 칩(CHIP)제조기술 개발이 주요한 과제였으나 최근 급격한 동 산업의 팽창과 더불어 많은 기술적 진보를 통한 노력으로 칩(CHIP)을 통한 성능개선은 일정부분에 도달하게 되었고 이제는 패키지(PACKAGE)의 개선을 통한 광 인출 효율을 증가시킬 수 있는 방법들이 활발하게 개발되고 있는 실정이다.

엘이디 패키지(LED PACKAGE)의 기능은 외부와의 전기적 접속, 외부로부터의 기계적, 전기적, 환경적 요인에 대한 보호, 열 방출, 발광 효율의 증대화, 지향성의 적정화 등을 들 수 있다.

또한 패키징을 위한 재료로는 금속 스템, 리드 프레임(Lead Frame), 세라믹(Ceramic), 프린트 기판 (PC 프린트) 등이 있으며, 수지 코팅이 된 경우와 그렇지 않은 경우가 있다.

보통 엘이디(LED) 칩은 은(Ag) 도금된 리드 프레임에 마운트(Mount)되는 경우가 많다.

이 공정을 다이 본드 (Die Bond)라 하는데, 엘이디(LED) 칩 또는 다이(Die)를 베이스에 연결(Bonding)하기 위해서는 은이나 금을 혼입시킨 도전성 수지를 사용한다.

이와 같은 방법으로 엘이디(LED) 칩을 고정시키고 하부 전극의 접속이 이루어지는데, 상부 전극은 보통 금으로 된 가는 와이어(Wire)를 열 압착 또는 초음파를 사용하여 접속시킨 후 수지를 이용하여 몰딩(MOLDING)하여 완성하게 된다.

최근 이와 같은 엘이디 패키지(LED PACKAGE) 제품은 주로 백색을 구현하는 제품이 가장 큰 수요를 형성하고 있으며, 이와 같은 백색 엘이디(LED)의 경우 R(적색), G(녹색), B(청색)를 혼합하거나, UV 엘이디(LED)에 RGB 형광체를 도포하여 여기되는 RGB혼합의 백색을 구현하는 방법이 가장 합리적인 방법이지만, RGB 엘이디(LED)의 혼합을 이용하는 경우 백색을 구현하기 위하여 적절한 광도비(일예로 B:R:G=1:3:7)를 유지하는 조건을 맞추어 하나의 패키지에 적용하기는 어려운 문제로 인해 주로 옥외전광판 등 크기에 제한이 적은 부분에 광도에 맞추어 R(적색), G(녹색), B(청색) 각각으로 패키지된 엘이디(LED)의 수량을 다르게 배열(B:R:G=1:2:2 또는 1:1:2)하는 방법이 이용되며, RGB 형광체의 경우 적색(RED) 형광체의 신뢰성을 극복하지 못하는 문제로 인해 상용화되지 못하여 이의 대안으로 청색의 엘이디(LED)에 황색(YELLOW) 형광체(주로 YAG, TAG 등)를 도포하여 백색을 구현하는 방법이 보편적으로 사용되고 있다.

이와 같은 엘이디(LED) 패키징 공정의 핵심기술은 칩 레벨에서부터 구조설계, 광학설계, 열설계, 패키징 공정기술 등이며, 그 중에서도 열 방출을 극대화할 수 있는 방열구조의 설계가 가장 중요하다.

최근 고출력 엘이디(LED) 패키지에서 한 가지 뚜렷한 경향은 방열대책 및 이를 통한 외부양자효율 향상이 핵심기술 개발이라 할 수 있다.

그런데 엘이디(LED) 패키징 공정의 핵심기술에서 가장 중요한 방열구조 설계에 있어서 종래의 방열 구조인 방열부는 리드 프레임의 리드가 삽입되는 삽입공의 크기가 작아서 펀칭 작업할 때 펀치를 자주 교체해야 하는 불편한 문제점이 있었고, 또한,칩에서 발열되는 열을 방열부에 의해 효과적인 방출되지 못하는 문제점으 로 인해 고효율의 백색광을 방사할 수 있는 신뢰성이 높은 백색 엘이디를 제조하지 못하는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 본 발명은, 엘이디(LED)의 점등 시 발생하는 열로 인해 일정이상의 전류를 인가하지 못하고, 엘이디(LED) 칩이 열화 하는 문제점으로 인해 발생하는 신뢰성 문제를 극소화하고, 기존의 방법에 비하여 그 출력이 월등하면서도 방열부(HEAT SINK)와 부착이 용이하며 열방출 특성이 우수한 리드 프레임(LEAD FRAME)을 제조하여 조합함으로써 고출력 파워 엘이디를 제조하는 데 그 목적을 둔 것이다.

또 다른 목적은 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디(LED) 칩이 안착되는 리드 프레임의 상부 양측으로 절곡되는 부분에 절결홈을 형성하여 리드 프레임의 생산성을 향상시킬 수 있게 한 것이다.

또 다른 목적은 상기와 같이 제조된 리드 프레임과, 방열부 및 개량된 몰딩부에 의해 서로 다른 색이 분리되는 현상을 감쇄 또는 색의 혼색을 좋게 하여 백색광을 구현할 수 있도록 한데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 리드 프레임과, 상기 리드 프레임 상부에 안착되는 반도체 칩과, 상기 반도체 칩이 내장되게 상기 리드 프레임 상부로 몰딩 처리된 몰딩부와, 상기 몰딩부와 기판 사이에 장착된 방열부를 갖는 파 워 엘이디 패키지에 있어서,

리드 프레임(10)은 일측 단자를 형성하는 제1리드(11) 및 제2리드(12)와, 상기 제1리드(11) 및 제2리드(12)에 대향되게 마련되어 타측 단자를 구성하는 제3리드(13) 및 제4리드(14)를 포함하되 상기 제4리드(14)는 상기 제1리드를 향하여 증가된 방열면적을 갖는 제1연장부(15a)와, 상기 제1연장부(15a)에서 절곡 연장되어 반도체 칩(20)이 안착되는 상부면을 형성한 제2연장부(15b)와, 상기 제2연장부(15b)에서 상기 제2리드 및 제3리드 사이로 연장 형성된 제3연장부(15c)를 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1리드(11) 및 제2리드(12) 또는 상기 제3리드(13) 및 제4리드(14) 중 어느 일군에 리드 프레임(10) 상부와 기판(40) 사이에 절곡되어 형성된 돌출부(18)가 마련될 수도 있다.

상기 제1연장부(15a)와 제2연장부(15b) 사이 및 제2연장부(15b)와 제3연장부(15c) 사이에 절결홈(19)이 형성될 수도 있다.

상기 리드 프레임(10)은 제1,3연장부(15a)(15c)에 형성된 돌출부(18)가 방열부(30)의 삽입구멍(31) 내측벽에 협지되어 방열부(30)와 리드 프레임(10)이 서로 일체가 되게 할 수도 있다.

상기 반도체 칩은 고전류가 인가 가능한 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지에 청색칩과 황색칩을 1:1 ~ 1:2 비율로 장착한 다음 전류비를 1:2~1:4 비율로 인가하여 백색광을 구현토록할 수도 있다.

상기 반도체 칩은 고전류가 인가 가능한 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지에 녹색칩과 오렌지색 칩을 1:1 ~ 1:2 비율로 장착한 다음 전류비를 1:2~1:4 비율로 인가하여 백색광을 구현토록할 수도 있다.

상기 몰딩부는 1차 실리콘 몰딩부와 2차 에폭시 몰딩부로 형성된 이중 몰딩을 적용하여 백색광을 구현할 수도 있다.

상기 몰딩부는 실리콘:확산제 또는 실리콘:형광체의 혼합비율이 1:0.05~1:1의 비율로 혼합하여 형성되게 할 수도 있다.

상기 몰딩부는 에폭시:확산제 또는 에폭시:형광체의 혼합비율이 1:0.05~1:1의 비율로 혼합하여 형성되게 할 수도 있다.

상기 몰딩부는 상부가 오목렌즈 형상으로 형성되어 서로 다른 칩에서 나오는 색상이 오목렌즈형상의 몰딩부 표면을 통해 굴절되어 빛이 중앙으로 모이면서 혼색되어 백색광을 구현토록 할 수도 있다.

상기 몰딩부는 상기 칩이 안착된 요홈의 상부에 오목렌즈 형상의 몰딩부를 추가 설치하여 서로 다른 칩에서 나오는 색상이 혼색되어 백색광을 구현되게 할 수도 있다.

상기 방열부는 구리 또는 알루미늄, 또는 금속재가 혼합된 플라스틱재 중에서 어느 하나를 선택하여 마련할 수도 있다.

상기 방열부는 외부 둘레에 방열면적을 증가시키도록 요철부가 형성되게 할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명은,

1. 방열부에 접촉되는 리드 프레임에 방열면적을 넓혀서 효과적인 열방출 방법을 통해 기존의 청색 엘이디(LED)에 황색 형광체를 적용하여 백색을 구현하는 방법에 비하여 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디(LED) 칩을 적용하여 2종의 칩에서 방사되는 에너지를 백색으로 전환함으로써 2배 이상의 백색광을 방출할 수 있는 신뢰성이 높은 백색 엘이디(LED)의 제조가 가능하며,

2. 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디(LED) 칩과 같은 다중의 엘이디(LED)를 배치할 수 있는 리드 프레임에서 제4리드의 제1,2,3 연장부의 절곡부분에 절곡이 용이하도록 절결홈을 형성함으로써 리드 프레임의 생산성을 향상시킬 수 있고,

3. 리드 프레임의 리드를 방열부의 삽입공에 삽입하였을 때 삽입공의 내면에 위치한 제4리드의 제1,3연장부에 서로 마주보게 돌출부를 형성시켜 리드 프레임이 방열부에 지지하여 일체화되게 함으로써 고효율 엘이디 제조공정을 단순화할 수 있음은 물론 방열부에 접촉되는 면적이 넓어서 칩에서 발생하는 열을 신속히 방출할 수 있어서 신뢰성 및 경제성이 월등히 우수한 엘이디(LED)의 제조가 가능하며,

4. 상기의 리드 프레임과, 이에 결합되는 방열부와, 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디(LED) 칩을 실장하는 몰딩부를 이중 몰딩으로 처리함으로써 서로 다른 색이 분리되는 현상을 감쇄시켜 백색광을 구현할 수 있고,

5. 상기의 리드 프레임과, 이에 결합되는 방열부와, 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디(LED) 칩을 실장하는 몰딩부에 확산제 또는 형광체를 추가하여 서로 다른 색이 분리되는 현상을 감쇄 또는 색의 혼색을 좋게 하여 백색광을 구현 할 수 있으며,

6. 상기의 리드 프레임과, 이에 결합되는 방열부와, 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디(LED) 칩이 실장되게 하는 몰딩부를 오목렌즈형으로 적용하거나 또는 외부 몰딩부 내부에 별도의 오목렌즈형의 몰딩부를 더 추가함으로써 서로 다른 색이 분리되는 현상을 감쇄 또는 색의 혼색을 좋게 하여 백색광을 구현할 수 있게한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 리드 프레임과 방열부가 결합된 상태의 평면도이며, 도 3은 도 1의 "A-A"선 단면도로서, 첨부된 도면을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명인 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지(1)는, 리드 프레임(10)과, 상기 리드 프레임(10) 상부에 안착되는 반도체 칩(20)과, 상기 반도체 칩(20)이 내장되게 상기 리드 프레임(10) 상부로 몰딩 처리된 몰딩부(50)와, 상기 몰딩부(50)와 기판(40) 사이에 장착된 방열부(30)로 형성된다.

상기 리드 프레임(10)은 일측 단자를 형성하는 제1리드(11) 및 제2리드(12)와, 상기 제1리드(11) 및 제2리드(12)에 대향되게 마련되어 타측 단자를 구성하는 제3리드(13) 및 제4리드(14)를 포함한다.

상기 제4리드(14)는 상기 타측면에 증가된 방열면적을 갖는 제1연장부(15a)와, 상기 제1연장부(15a)에서 절곡 연장되어 반도체 칩(20)이 안착되는 상부면을 형성한 제2연장부(15b)와, 상기 제2연장부(15b)에서 일측면으로 연장 형성된 제3연장부(15c)로 형성된다.

제1리드(11) 및 제2리드(12) 또는 상기 제3리드(13) 및 제4리드(14) 중 어느 일군에는 리드 프레임(10) 상부와 기판(40) 사이에 돌출부(18)가 형성되게 하여 방열부(30)의 삽입구멍(31)에 삽입하였을 때 삽입구멍(31)의 양측에 협지되어 리드 프레임(10)과 방열부(30)가 일체로 된다.

또한, 리드 프레임(10)의 제4리드(14)는 제1연장부(15a)와 제2연장부(15b) 사이 및 제2연장부(15b)와 제3연장부(15c) 사이에 절결홈(19)을 형성되게 하여 리드 프레임(10)을 프레스 가공하여 절곡할 때 절곡이 잘 되도록 하여 생산성 향상에 큰 도움을 주게 한 것이다.

또한, 리드 프레임(10)의 각각의 리드(11)(12)(13)(14)에는 기판(40)과 리드 프레임(10) 상부면 사이에 소정 간격이 유지되도록 스토퍼(16)가 각각 형성된다.

본 발명에 적용되는 반도체 칩(20)은 일반 엘이디 칩 대비 1.5~3배의 고전류가 인가 가능한 엘이디(LED) 패키지에 청색칩과 황색칩 또는 녹색칩과 오렌지색 칩에서 일군을 선택하여 각각 1:1 ~ 1:2 비율로 리드 프레임의 오목한 접시에 안착되게한 다음 전류비를 1:2~1:4 비율로 인가한다.

방열부(30)는 리드 프레임(10)의 각각의 리드(11)(12)(13)(14)가 관통되는 구멍을 형성하되 상기 제1연장부(15a)와 제3연장부(15c)가 삽입되는 삽입구멍(31)은 상기 제1연장부(15a)와 제3연장부(15c)의 일측에 서로 마주보게 돌출된 돌출부(18)가 관통되어 협지될 수 있는 크기의 구멍으로 천공한다.

방열부(30)의 삽입구멍(31)으로 삽입된 제4리드(14)의 제1,3연장부(15a) (15c)의 일측면이 상기 삽입구멍(31)의 측면 전체에 접촉되므로 전등 시 칩(20)에서 발열되는 열을 신속하게 방열부(30)로 전달하여 열을 방출하므로 방열효과를 효과적으로 할 수 있다.

상기 방열부(30)는 구리 또는 알루미늄, 또는 금속재가 혼합된 플라스틱재 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 또한, 방열효과를 더욱더 높이기 위한 방안으로 방열면적을 증가시키기 위해 방열부(30)의 외부 둘레에 요철부(32)가 형성되게 한다.

몰딩부(50)는 실리콘과 에폭시의 재질로 사용되며 실리콘과 에폭시를 동시에 사용하여 제작되는 이중몰딩인 경우에는 두께가 실리콘:에폭시의 비율은 1:5 정도의 두께로 제작된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

도 13에 도시된 바와 같이 엘이디(LED)는 전류의 증가와 비례하여 방사하는 빛의 양이 증가하는 특성을 가지고 있다.

하지만 인가되는 전기적 에너지 중 일부만이 빛에너지로 전환되고 대부분은 열에너지로 변환되며, 이때 발생한 열을 충분히 제거해 주지 못하면 내부의 열에 의한 전자의 활성으로 빛으로 전환되는 비율이 낮아지며 즉, 방사되는 빛의 양이 감소하며, 상승하는 열로 인해 반도체 칩이 열화되어 긴 수명을 보장하기 어렵게 된다.

바꾸어 말하면 반도체 칩에서 발생하는 열만 완벽히 제거할 수 있으면 인가 할 수 있는 전류의 양은 계속 증가하며, 방사되는 빛의 양도 포화단계까지는 비례적으로 증가할 수 있다.

일반적으로 동일한 크기 및 구조를 가지는 칩에서 열방출만 원활하다면 일반적인 정격 전류에 비해 3~7배까지도 인가할 수 있는 전류양은 증가된다.

이는 1개의 엘이디(LED)로 기존의 2~4개의 엘이디(LED)를 사용하는 것과 같은 효과로 이는 경제성에 있어서도 중요한 의미를 가진다.

본 발명에서는 기존 4핀 엘이디의 하단에 부착하는 방열부(30)를 적용할 때 일반적인 방법에 비해 더 많은 전류를 인가할 수 있음과 가장 일반적으로 사용되는 백색의 구현방법이 최종적으로는 청색(BLUE)에서 방사된 빛이 형광체에 여기되어 방사되는 황색(YELLOW)빛과 여기 되지 않는 청색(BLUE) 빛이 최종적으로 혼합되어 백색으로 방사되는 것에 착안한 것으로서 하나의 패키지(PACKAGE)에 청색(BLUE)과 황색(YELLOW)또는 녹색(GREEN)과 오렌지색(ORANGE) 엘이디(LED)를 적용하여 전류비를 청색(BLUE):오렌지색(YELLOW)을(또는 녹색(GREEN):오렌지색(ORANGE)) 1:2~1:4로 인가하여 백색 균형(WHITE BALANCE)를 맞추어 기존의 청색 엘이디(BLUE LED)에서 나오는 에너지만으로 형성되는 백색의 광도에 비해 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 2~3개의 엘이디(LED)에서 방사되는 에너지를 모두 백색으로 방사하는 효과를 가지게 함으로써 기존의 방법에 비해 2~4배의 출력향상이 가능하게 하였다.

이와 같은 빛의 혼합에 의해 발색하는 자연현상를 응용하는 전광판과 같은 다수의 패키지(PACKAGE)를 배열하는 방법은 실용화하여 사용되고 있으며, 이를 하나의 패키지(PACKAGE)에 일체화하는 시도들은 종전에도 있었으나 패키지(PACKAGE) 방열 한계로 인하여 고전류를 인가하지 못하게 되며, 원하는 광량을 얻기 위해 엘이디(LED)의 개수가 증가하여 원가상승은 물론 공간적인 제약이 발생하게 되는 실정이다.

본 발명은 이와 같은 문제를 상기와 같은 방열면적이 넓은 방열부(30)를 적용시켜 열방출 효과를 높임으로써 기존에 비하여 2~3배 이상의 전류 인가가 가능함에 착안하여, 하나의 패키지(PACKAGE)에 청색 및 황색 또는 녹색 및 오렌지색 칩을 각각 1개 이상씩 배치하여 백색구현에 필요한 광도를 구현할 수 있다.

본 발명에서는 2종의 각각 다른 칩을 하나의 패키지에 배치하고, 색상이 서로 다른 칩의 혼색을 위한 리드 프레임(10)을 제작하였다.

리드 프레임(10)의 경우 가장 먼저 열 방출을 최대화할 수 있도록 하였으며, 제작시 절곡하는 공정에서 면적이 넓은 부분의 변형 가능성에 대비하여 직각으로 굽어지는 부분에 절결홈(19)을 배치하였으며, 이 절결홈(19)은 에폭시 몰딩(EPOXY MOLDING) 후 에폭시와 리드 프레임(10)의 접착을 높여 외부의 물리적인 충격에도 변형이 되지 않도록 하였다.

특히 기존의 하부 부착형 방열부는 제작을 위한 가압 시 좁은 구멍으로 인해 펀치(PUNCH)를 자주 교환해야 하는 문제점이 있으며, 엘이디 패키지(1)의 하단에 끼운 후 고정하기 위해 접합을 위한 또 다른 추가 작업이 필요한 문제점을 해결하기 위해 방열부(30)가 끼워지는 리드 프레임(10) 부분에 펀치로 일정 깊이 만큼 펀칭하여 돌출부(18)를 형성되게 하여서 돌출부(18)에 의해 방열부(30)의 삽입구멍(31)에 끼워지면서 고정되도록 하였다.

이와 같은 리드 프레임(10)의 제1,3연장부(15a)(15c)에 형성된 돌출부(18)를 구성하면서 돌출부(18)의 길이만큼 방열부(30)에 리드 프레임(10)이 끼워지는 부분의 면적이 증가하여 방열부(30) 제작에 있어서의 문제점을 해결함과 아울러 방열부(HEAT SINK)(30)와 접촉되는 부분을 넓게 구성하여 열저항을 낮추는 효과와 더불어 한 면이 완전히 밀착되도록 함으로써 열방출의 효과를 극대화하였다.

이와 같은 방법을 통하여 그동안 광량의 부족, 발열문제 그리고 요구 광도를 얻기 위한 패키지의 대형화 고가화로 인한 경제성 문제 등으로 상용화가 어려웠던 조명분야 및 고 신뢰성을 요구하는 자동차의 전장 분야에 적용이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 엘이디 패키지에서 백색을 구현하는 또 다른 실시예를 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.

상기와 같이 구성된 리드 프레임(10)과; 기판(40)과 리드 프레임(10) 상부면 사이에 설치되는 방열부(30)와, 상기 리드 프레임(10)의 상부에 안착되는 청색과 황색칩 또는 녹색과 오렌지색의 반도체 칩(20)을 적용한 상태에서 몰딩부(50)에 변화를 주어 고효율의 백색광을 구현할 수 있게 한 것이다.

그 실시예로서, 도 9에 도시된 바와 같이 청색과 황색 또는 녹색과 오렌지색 엘이디 칩(20)의 혼색을 위해 여러 가지 방법이 있는데, 첫번째 이중 몰딩공정을 적용하여(서로 다른 소재를 2회 이상) 서로 다른 색이 분리되는 현상을 감쇄시켜 구현하고자 하는 색상이 가능한 방법으로, 몰딩을 할 때 1차로 실리콘과 같은 열팽율이 크면서 칩이나 와이어를 보호할수 있는 부드러운(SOFT) 소재로 성형한뒤, 2차로 에폭시와 같은 열팽창율이 작으면서 하드(HARD) 소재로 몰딩을 한다.

이때 서로 다른 소재의 열팽창율 차이로 인해 계면이 발생되며 이로 인해 색 분리 현상을 완화 되어 혼색 효과를 볼수 있다.

두번째 방법은 도 10에 도시된 바와 같이 첫째 공법에 확산제(SiO2, TiO2) 빛을 산란 시킬수 있는 소재) 또는 형광체를 추가하여 첫 번째 방법보다 좀더 혼색이 되는 효과는 물론 원하는 색상을 구현할 수 있게한 것으로서, 상기 몰딩부는 실리콘:확산제 또는 실리콘:형광체의 혼합비율이 1:0.05~1:1의 비율로 혼합하여 형성되게 하여 백색광을 구현하거나, 또는 에폭시:확산제 또는 에폭시:형광체의 혼합비율이 1:0.05~1:1의 비율로 혼합하여 몰딩부를 형성되게 하여 백색광을 구현할 수 있게 한 것이다.

세 번째 방법으로 도 11에 도시된 바와 같이 패키지를 오목렌즈(CONCAVE LENS)와 같이 형성하여 내부 서로 다른 칩에서 나오는 색상이 오목렌즈(CONCAVE LENS) 표면을 통해 굴절되어 빛이 중앙으로 모이게 되며 이로 인해 자연스럽게 혼색이 되어 원하는 색상 구현이 가능하다.

네 번째 방법으로 도 12에 도시된 바와 같이 2회 몰딩 방식에 있어 상기 칩이 안착된 요홈의 상부에 1차 몰딩의 오목렌즈(CONCAVE LENS) 형상의 몰딩부를 추가 형성되게 한 후 2차 몰딩은 일반적인 볼록형의 반구형상의 몰딩부를 형성되게 하여 서로 다른 칩에서 나오는 색상이 혼색되어 백색광을 구현되게 할 수도 있다.

위의 설명한 본 발명에 따른 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지의 실시 예는 본 발명의 사상을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명은 위에서 설명한 실시 예에 한정되지 않는다.

이 분야에 기술을 가진 자라면, 위에서 설명한 실시 예 외에도 여러가지 형태로 변형할 수 있을 것이며, 첨부한 특허청구범위에 벗어남 없이 본 발명에 따른 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지를 변형할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 분리 사시도

도 2는 본 발명에 따른 리드 프레임과 방열부가 결합된 상태의 평면도

도 3은 도 1의 "A-A"선 단면도

도 4는 본 발명에 따른 리드 프레임의 평면도

도 5는 도 4의 정면도

도 6은 도 4의 배면도

도 7은 도 4의 우측면도

도 8은 도 4에서 칩이 안착되는 리드 프레임을 펼친 상태의 전개도

도 9는 본 발명에 따른 또다른 제1실시예시도

도 10은 본 발명에 따른 또다른 제2실시예시도

도 11은 본 발명에 따른 또다른 제3실시예시도

도 12는 본 발명에 따른 또다른 제4실시예시도

도 13은 인가 전류에 따른 발광 광도의 변화를 나타낸 상태도

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

1 : 엘이디 패키지 10 : 리드 프레임

11 : 제1리드 12 : 제2리드

13 : 제3리드 14 : 제4리드

15a : 제1연장부 15b : 제2연장부

15c : 제3연장부 16 ; 스토퍼

18 : 돌출부 19 : 절결홈

20 : 반도체 칩 30 : 방열부

31 : 삽입구멍 32 : 요철부

40 : 기판 50 : 몰딩부

Claims (13)

1. 리드 프레임과, 상기 리드프레임 상부에 안착되는 반도체 칩과, 상기 반도체 칩이 내장되게 상기 리드프레임 상부로 몰딩처리된 몰딩부와, 상기 몰딩부와 기판 사이에 장착된 방열부를 갖는 파워 엘이디 패키지에 있어서,

   상기 리드 프레임은 상기 몰딩부 하부 일측에 형성되는 제1리드 및 제2리드와, 상기 몰딩부 하부 타측으로 상기 제1리드 및 제2리드에 각각 마주하여 형성되는 제4리드 및 제3리드를 포함하되, 상기 제4리드는 상기 제1리드를 향하여 증가된 방열면적을 갖는 제1연장부와, 상기 제1연장부에서 절곡 연장되어 반도체 칩이 안착되는 상부면을 형성한 제2연장부와, 상기 제2연장부에서 상기 제2리드 및 제3리드 사이로 연장 형성된 제3연장부를 가지며,

   상기 방열부는 상기 몰딩부의 하부에 상기 각 리드 및 상기 제1,3연장부가 관통되는 삽입구멍이 마련되되, 상기 제1,3연장부에 끼움결합되어 고정됨으로써, 접촉된 상기 제1,3연장부로부터 열을 전달받아 외부로 방출하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1연장부와 제2연장부 사이 및 제2연장부와 제3연장부 사이에는 절곡이 용이하도록 절결홈이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
4. 제1항에 있어서,

   상기 리드 프레임의 제1연장부 또는 제3연장부 중 하나 이상에는 판면방향으로 돌출된 돌출부가 마련되어, 상기 제1연장부 및 제3연장부가 상기 방열부에 끼움결합될때 상기 제1연장부 또는 제3연장부를 상기 삽입구멍의 내측벽으로 가압 밀착시키는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
5. 제1항에 있어서,

   상기 반도체 칩은 청색칩과 황색칩을 1:1 ~ 1:2 비율로 장착한 다음 전류비를 1:2~1:4 비율로 인가하고, 상기 몰딩부는 1차 실리콘 몰딩부와 2차 에폭시 몰딩부로 형성된 이중 몰딩을 적용하여 백색광을 구현하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
6. 제1항에 있어서,

   상기 반도체 칩은 녹색칩과 오렌지색 칩을 1:1 ~ 1:2 비율로 장착한 다음 전류비를 1:2~1:4 비율로 인가하고, 상기 몰딩부는 1차 실리콘 몰딩부와 2차 에폭시 몰딩부로 형성된 이중 몰딩을 적용하여 백색광을 구현하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
7. 삭제
8. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 1차 실리콘 몰딩부는 실리콘:확산제 또는 실리콘:형광체의 혼합비율이 1:0.05~1:1의 비율로 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
9. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 2차 에폭시 몰딩부는 에폭시:확산제 또는 에폭시:형광체의 혼합비율이 1:0.05~1:1의 비율로 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
10. 제1항에 있어서,

    상기 몰딩부는 상기 칩이 안착된 요홈의 상부가 상기 칩을 향하여 만곡된 오목렌즈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 파워 엘이디(LED) 패키지
11. 제5항 또는 제6항에 있어서,

    상기 1차 실리콘 몰딩부는 상기 칩이 안착된 요홈의 상부가 상기 칩을 향하여 만곡된 오목렌즈 형상으로 마련되고, 상기 제1차 실리콘 몰딩부 상부에 상기 제2차 에폭시 몰딩부가 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
12. 제1항에 있어서,

    상기 방열부는 구리 또는 알루미늄, 또는 금속재가 혼합된 플라스틱재 중에서 어느 하나를 선택하여 마련하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지
13. 제1항에 있어서,

    상기 방열부는 외부 둘레에 방열면적을 증가시키도록 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디(LED) 패키지

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