KR100917712B1 - LED array module using aluminum metal substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 특성이 우수한 LED 어레이 모듈에 관한 것이다. 상기 LED 어레이 모듈은, 알루미늄으로 이루어지는 기판, 상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층, 상기 절연층을 기판의 표면까지 식각한 후 상기 식각된 영역을 도전성 물질로 채워 형성한 소자 실장부, 상기 소자 실장부의 표면에 장착된 청색 LED 소자, 상기 절연층의 상부면을 금속 물질을 증착한 후 패터닝하여 형성한 금속 배선층, 상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층을 구비한다. 상기 청색 LED 소자의 상부에는 형광물질이 도포되어 있다. The present invention relates to an LED array module having excellent heat dissipation characteristics. The LED array module may include a substrate made of aluminum, an insulating layer formed on an upper surface of the substrate, a device mounting part formed by etching the insulating layer to the surface of the substrate, and then filling the etched region with a conductive material. A blue LED device mounted on the surface of the mounting portion, a metal wiring layer formed by depositing a patterned metal material on the upper surface of the insulating layer, and a heat radiation layer formed on the lower surface of the substrate. The fluorescent material is coated on the blue LED device.

상기 청색 LED 소자의 p형 전극들은 금속 배선층과 연결되며, 상기 청색 LED의 n형 전극들은 상기 소자 실장부와 연결되어, 상기 기판과 연결되는 소자 실장부는 n형 전극들에 대한 공통 금속 배선으로서의 기능을 수행한다.  The p-type electrodes of the blue LED device are connected to a metal wiring layer, the n-type electrodes of the blue LED are connected to the device mounting part, and the device mounting part connected to the substrate functions as a common metal wire for n-type electrodes. Do this.

본 발명에 따른 LED 소자는 방열 특성이 뛰어나면서도 제조 원가를 감소시킴으로써, 백색광을 방출하는 조명용 소자로서 널리 사용될 수 있다. The LED device according to the present invention can be widely used as a lighting device that emits white light by reducing the manufacturing cost while having excellent heat dissipation characteristics.

LED, 방열층, 알루미늄, 양극산화 LED, heat dissipation layer, aluminum, anodization

Description

알루미늄 금속 기판을 이용한 LED 어레이 모듈{LED array module using aluminum metal substrate}LED array module using aluminum metal substrate

본 발명은 LED 어레이 모듈에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 알루미늄 금속 기판위에 LED 소자들을 실장하여 패키징하고, 알루미늄 금속 기판을 각 LED 소자들의 n형 전극들에 대한 공통 금속 배선으로서 사용함으로써, 방열 특성이 우수할 뿐만 아니라 제조 비용을 감소시킬 수 있는 LED 어레이 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to an LED array module, and more particularly, by mounting and packaging LED elements on an aluminum metal substrate, and using the aluminum metal substrate as a common metal wiring for n-type electrodes of each LED element, heat dissipation characteristics are improved. The present invention relates to an LED array module that can be excellent as well as reduce manufacturing costs.

일반적인 광소자나 전자소자들은 그 작동시에 내부 저항 등에 의해 상당한 열을 발생시킨다. 이처럼 열을 발생시키는 소자 중 대표적인 것은 컴퓨터의 CPU 등인데, 이러한 국소적인 면적에 걸쳐 강한 열을 발생시키는 소자에는 따로 전용 냉각쿨러가 부착되어 운용되고 있다. 하지만, CPU외에 기판에 부착된 다른 소자들도 작동시 열을 발생시키는 것은 마찬가지이므로, 이 소자들이 부착된 기판 자체의 방열 문제가 상당히 중요한 기술로 부각되는 상황이다.In general, optical or electronic devices generate considerable heat due to internal resistance or the like during their operation. Representative elements of the heat generating device is a computer CPU, etc., a device that generates strong heat over a local area is attached to a dedicated cooling cooler separately. However, since other elements attached to the substrate other than the CPU also generate heat during operation, the heat dissipation problem of the substrate itself to which the elements are attached is an important technology.

이러한 문제는, 특히 최근에 여러 응용분야에서 사용량이 많아진 발광소자의 경우에, 어레이 구조를 도입함으로 인해서 더욱 심각하게 고려해야 할 요소가 되고 있다. 일반적으로 발광소자를 조명용 램프로 사용하기 위해서는 단위면적당 수천 칸델라의 휘도가 되어야 하는데, 한 개의 발광소자 칩만으로는 이 정도의 휘도를 내기가 힘들므로 다수개의 발광소자 어레이(LED Array)를 구성하여 필요한 휘도를 얻도록 구성하고 있다. 종래 기술에서 어레이를 형성할 때 가장 문제가 되는 것은, 각각의 발광소자에서 발생한 빛을 가능한 한 열로 전환하지 않고 빛으로서 효율적으로 취출하여 발광 가용성을 극대화하는 것과, 그럼에도 불구하고 발생하는 열을 빠른 시간내에 칩이나 기판의 외부로 방출하는 것이다. This problem, especially in the case of a light emitting device that has been used in a large number of applications recently, has become a more serious factor due to the introduction of the array structure. In general, in order to use a light emitting device as a lighting lamp, the brightness of the unit should be several thousand candelas per unit area. It is configured to get The most problem in forming an array in the prior art is to maximize the light emission availability by efficiently extracting the light generated from each light emitting element as light without converting the heat as much as possible, and to quickly generate heat even though It is emitted inside the chip or the substrate.

도 1은 기존의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; 이하, 'PCB'라 한다)에 발광소자 어레이가 부착된 단면 구조를 나타낸 것으로서, 표면 보호막이나 기타 본 발명의 핵심과 직접적인 상관이 없는 구조들은 생략한 도면이다. 구체적으로 도 1에서, 인쇄회로기판으로 만들어진 기판(130)상에 인쇄된 구리선 등의 리드선 패턴(120)이 부착되어 있고 그 상부에 발광소자 칩(110)이 부착된 것이다. 이처럼 인쇄된 리드선 상에 고휘도 발광소자가 부착되면, 발광소자 자체에서 발생되는 열의 일부(140)는 발광소자의 체적(Volumetic)을 통해서 그 상부로 방열되고, 나머지 열(150)은 리드선 자체 또는 리드선을 통해 하부의 PCB 쪽으로 방열된다. 1 is a cross-sectional structure in which a light emitting device array is attached to a conventional printed circuit board (hereinafter, referred to as 'PCB'), and a surface protective film or other structures not directly related to the core of the present invention are omitted. One drawing. Specifically, in FIG. 1, a lead wire pattern 120, such as a copper wire, printed on a substrate 130 made of a printed circuit board is attached, and a light emitting device chip 110 is attached thereto. When the high brightness light emitting device is attached to the printed lead wires as described above, part of the heat 140 generated from the light emitting device itself is radiated to the upper part through the volume of the light emitting device, and the remaining rows 150 are the lead wire itself or the lead wire. Through the heat dissipation toward the lower PCB.

상기 구조에서, PCB 자체(130)는 플라스틱 재료로 만들어진 것이므로 방열특성이 좋지 않기 때문에, 기판을 통해서 방열되는 열(150)도 상대적으로 매우 적다. 따라서 특히 열이 많이 발생하는 소자를 기판에 장착한 경우에는 그 열이 잘 배출되지 않기 때문에, 소자의 오작동이나 수명단축 등을 불러오는데, 이는 고휘도 발광소자나 레이저 다이오드 또는 그들의 어레이 등에서도 마찬가지이다. In the above structure, since the PCB itself 130 is made of a plastic material, since the heat dissipation property is not good, the heat 150 radiated through the substrate is also relatively small. Therefore, in particular, when a heat generating element is mounted on a substrate, the heat is hardly discharged, which causes a malfunction of the device, shortening of the lifespan, and the like, even in a high brightness light emitting device, a laser diode, or an array thereof.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 종래에 사용하던 방법 중 하나는 각 소자 제조시에 방열 및 방사효율 향상을 고려한 구조를 각각의 소자에 부착한 후, 그러한 개별 소자를 도 1의 인쇄회로기판에 부착하는 방법이다. 예컨대, 열 발산 영역의 표면 면적을 넓게 하기 위하여 요철 형태로 구조를 변경하여 제작하거나, 열 흡수력 및 열 방출력이 우수한 재질을 사용하여 제작하기도 한다. One of the conventional methods used to solve these problems is a method of attaching a structure that considers heat dissipation and radiation efficiency to each device in manufacturing each device, and then attaching such individual devices to the printed circuit board of FIG. 1. to be. For example, in order to widen the surface area of the heat dissipation region, the structure may be changed to a concave-convex shape, or may be manufactured using a material having excellent heat absorption and heat dissipation.

하지만 이처럼 LED 어레이 모듈을 구성하는 각 LED 소자들을 개별 패키징하고, 각 소자별로 개별적인 방열 구조를 부착함으로써, LED 어레이 모듈에 대한 제작비용 및 제작 효율면에서 불리하다. 또한, 열 방출이 충분하도록 하기 위해서 무리하게 개별 소자의 패키징을 크게 해야 하므로, 결국 집적화에 불리해지는 등의 문제점들이 발생한다. 따라서 실제로 만족할만한 성과를 거두지 못하는 실정이다.However, by individually packaging each LED device constituting the LED array module, and attaching a separate heat dissipation structure for each device, it is disadvantageous in terms of manufacturing cost and manufacturing efficiency for the LED array module. In addition, since the packaging of individual devices must be made excessively large in order for sufficient heat dissipation, problems such as disadvantages of integration occur. Therefore, the situation is not actually satisfactory.

한편, 기존의 LED 어레이 모듈은 플렉시블 PCB 기판에 LED 칩을 실장한 후 R,G,B LED의 각각에 대하여 2개씩의 와이어 본딩 공정이 필요하게 된다. Meanwhile, the existing LED array module requires two wire bonding processes for each of the R, G, and B LEDs after mounting the LED chip on the flexible PCB board.

전술한 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 알루미늄 금속 기판을 사용하여 방열성이 뛰어난 LED 어레이 모듈을 제공하는 것이다. An object of the present invention to solve the above problems is to provide an LED array module having excellent heat dissipation using an aluminum metal substrate.

본 발명의 다른 목적은 각 LED 소자들의 n형 전극들에 대하여 알루미늄 금속 기판과 연결되는 공통 금속 배선을 제공함으로써 제조 공정을 획기적으로 단순화시키고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 LED 어레이 모듈을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an LED array module that can dramatically simplify the manufacturing process and reduce manufacturing costs by providing a common metal wiring connected to an aluminum metal substrate for the n-type electrodes of each LED element.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 방열 특성이 뛰어나 면서도 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 LED 어레이 모듈에 관한 것으로서, 상기 LED 어레이 모듈은, A feature of the present invention for achieving the above technical problem relates to an LED array module that can simplify the manufacturing process while having excellent heat dissipation characteristics, the LED array module,

전기전도성을 갖는 알루미늄으로 이루어지는 기판;A substrate made of aluminum having electrical conductivity;

상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층;An insulating layer formed on an upper surface of the substrate;

상기 절연층을 기판의 표면까지 식각한 후 상기 식각된 영역을 도전성 물질로 채워 형성한 소자 실장부; An element mounting part formed by etching the insulating layer to the surface of the substrate and filling the etched region with a conductive material;

상기 소자 실장부의 표면에 장착된 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED 소자;Red LED, green LED, and blue LED devices mounted on the surface of the device mounting unit;

상기 절연층의 상부면에 금속 물질을 증착한 후에 패터닝하여 형성한 적색 LED 금속 배선층, 녹색 LED 배선층 및 청색 LED 금속 배선층;A red LED metal wiring layer, a green LED wiring layer and a blue LED metal wiring layer formed by depositing a metal material on an upper surface of the insulating layer and patterning the pattern;

상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층을 구비하며, And a heat dissipation layer formed on the lower surface of the substrate,

상기 적색 LED, 상기 녹색 LED 및 청색 LED의 p형 전극들은 각각 적색 LED용 금속 배선층, 녹색 LED용 금속 배선층 및 청색 LED용 금속 배선층과 연결되며, 상기 적색 LED, 상기 녹색 LED 및 청색 LED의 n형 전극들은 상기 소자 실장부와 연결되어, 상기 기판과 연결되는 소자 실장부는 n형 전극들에 대한 공통 금속 배선이 된다. 여기서 연결 배선들은 본딩 와이어 또는 0오옴의 점프선이 선택적으로 사용되거나 혼용되어 사용될 수 있다. 전술한 특징을 갖는 LED 어레이 모듈의 소자 실장부에 장착되는 적색, 청색 및 녹색 LED 소자들은 일렬로 배치되거나 삼각형 형태로 배치될 수 있다. The p-type electrodes of the red LED, the green LED, and the blue LED are connected to the metal wiring layer for the red LED, the metal wiring layer for the green LED, and the metal wiring layer for the blue LED, respectively, and the n-type of the red LED, the green LED, and the blue LED. Electrodes are connected to the device mounting part, and the device mounting part connected to the substrate becomes a common metal wire for n-type electrodes. Here, the connection wires may be used by using a bonding wire or a 0 Ohm jump line selectively or mixed. The red, blue and green LED elements mounted in the element mounting part of the LED array module having the above-described characteristics may be arranged in a line or in a triangular form.

본 발명의 다른 특징에 따른 LED 어레이 모듈은, LED array module according to another aspect of the present invention,

전기전도성을 갖는 알루미늄으로 이루어지는 기판;A substrate made of aluminum having electrical conductivity;

상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층;An insulating layer formed on an upper surface of the substrate;

상기 절연층을 기판의 표면까지 식각한 후 상기 식각된 영역을 도전성 물질로 채워 형성한 소자 실장부; An element mounting part formed by etching the insulating layer to the surface of the substrate and filling the etched region with a conductive material;

상기 소자 실장부의 상부면에 실장된 청색 LED 소자;A blue LED device mounted on an upper surface of the device mounting part;

상기 절연층의 상부면에 금속 물질을 증착한 후 패터닝하여 형성한 금속 배선층;A metal wiring layer formed by depositing and patterning a metal material on an upper surface of the insulating layer;

상기 청색 LED 소자의 p형 전극들과 금속 배선층을 연결하는 연결 배선들;Connection wirings connecting the p-type electrodes of the blue LED device to the metal wiring layer;

상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층;을 구비하며, 각 청색 LED 소자의 상부에 형광 물질이 도포되어 있으며, 각 청색 LED 소자의 n형 전극들은 상기 소자 실장부와 연결되어, 상기 기판과 연결되는 소자 실장부는 n형 전극들에 대한 공통 금속 배선이 된다. And a heat dissipation layer formed on a lower surface of the substrate, wherein a fluorescent material is coated on top of each blue LED element, and n-type electrodes of each blue LED element are connected to the device mounting part and connected to the substrate. The device mounting portion is a common metal wiring for the n-type electrodes.

전술한 특징들을 갖는 LED 어레이 모듈의 방열층은 상기 기판의 하부면을 양극 산화시킴으로써 형성된 알루미늄 양극 산화막으로 이루어지는 것이 바람직하다. The heat dissipation layer of the LED array module having the above-mentioned characteristics is preferably made of an aluminum anodized film formed by anodizing the lower surface of the substrate.

전술한 특징을 갖는 LED 어레이 모듈의 절연층은 알루미늄 질화막(AlN), BCB(Benzo Cyclo Butene)막, 실리콘질화막(SiN), 폴리이미드막 중의 하나로 이루어질 수 있으며, 상기 기판을 양극산화시켜 알루미늄 양극 산화막으로 형성할 수도 있다. The insulating layer of the LED array module having the above-described characteristics may be formed of one of an aluminum nitride film (AlN), a benzocyclobutene (BCB) film, a silicon nitride film (SiN), and a polyimide film. It can also be formed.

전술한 특징을 갖는 LED 어레이 모듈의 절연층과 방열층은 상기 기판을 양극 산화 처리하는 한 번의 공정으로 형성될 수 있다. The insulating layer and the heat dissipating layer of the LED array module having the above-described characteristics may be formed in one process of anodizing the substrate.

본 발명에 따른 LED 어레이 모듈은 금속 기판을 사용하고 양 표면을 양극 산화처리하여 절연층과 방열층을 형성함으로써, LED 소자들의 구동에 의해 LED 소자들로부터 발생되는 열이 기판으로 전달된 후, 표면적이 넓은 알루미늄 양극산화막에 의해 효율적으로 외부로 방출될 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 LED 어레이 모듈은 방열 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공정을 단순화시킬 수 있게 된다. The LED array module according to the present invention uses a metal substrate and anodizes both surfaces to form an insulating layer and a heat dissipation layer, whereby heat generated from the LED elements by the driving of the LED elements is transferred to the substrate, and then the surface area. This wide aluminum anodization film can be efficiently released to the outside. Therefore, the LED array module according to the present invention can not only improve heat dissipation characteristics but also simplify the manufacturing process.

또한, 본 발명에 따른 LED 어레이 모듈에 있어서, 소자들이 실장되는 소자 실장부를 전기 전도성의 알루미늄 기판과 연결시킨 후, 소자 실장부에 장착되는 LED 소자들의 n 형 전극을 소자 실장부와 배선 연결시킴으로써, 알루미늄 기판이 LED 소자들의 n 형 전극에 대한 공통 금속 배선으로서의 역할을 수행하게 된다. 그 결과, 제조 공정을 단순화시킬 수 있게 된다. In addition, in the LED array module according to the present invention, by connecting the device mounting portion on which the devices are mounted with an electrically conductive aluminum substrate, by wiring the n-type electrode of the LED elements mounted on the device mounting portion with the device mounting portion, The aluminum substrate serves as a common metal wiring for the n-type electrode of the LED elements. As a result, the manufacturing process can be simplified.

본 발명에 의하여, 종래의 각 LED 소자들을 개별 패키징하던 것과는 달리, 여러개의 LED 소자들을 개별 패키징하지 않고 알루미늄 기판위에 직접 실장하여 패키징함으로써, LED에서 방출되는 열을 외부로 잘 전달할 수 있게 되고, 그 결과 LED의 수명을 연장시킬 수 있으며, 각각의 패키지 공정비용을 없앨 수 있어 저가격으로 제조할 수 있게 된다. According to the present invention, unlike individually packaging each LED device, by packaging directly on an aluminum substrate without packaging several LED devices, it is possible to transfer heat emitted from the LED to the outside well, The result is an LED that can extend the life of the LED and eliminate the cost of each package, resulting in low cost manufacturing.

본 발명에 따른 LED 어레이 모듈은 백색광을 제공함으로써, 조명용 소자로서 사용될 수 있다. The LED array module according to the present invention can be used as an element for lighting by providing white light.

제1 First 실시예Example

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이 모듈에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an LED array module according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이 모듈을 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.2 is a plan view schematically illustrating an LED array module according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the AA ′ direction of FIG. 2, and FIG. 4 is a BB ′ direction of FIG. 2. It is a cross-sectional view shown along the cutting.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 어레이 모듈(20)은 전기전도성을 갖는 기판(200), 절연층(210), 소자 실장부(220), 상기 소자 실장부에 장착되는 R, G, B 의 LED 소자들(230, 231, 232), 상기 절연층의 상부면에 형성된 금속 배선층(240, 241, 242), 상기 LED 소자들과 금속 배선층을 연결하는 본딩 와이어들(250,251,252,253,254), 상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층(260)을 구비한다. 이하, 전술한 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명한다. 2 to 4, the LED array module 20 according to the present embodiment is mounted on a substrate 200 having an electrical conductivity, an insulating layer 210, a device mounting unit 220, and the device mounting unit. LED elements 230, 231, and 232 of R, G, and B, metal wiring layers 240, 241, and 242 formed on an upper surface of the insulating layer, and bonding wires 250, 251, 252, 253, 254 connecting the LED elements and the metal wiring layer. ), And a heat dissipation layer 260 formed on the lower surface of the substrate. Hereinafter, each component described above will be described in detail.

상기 기판(200)은 전기 전도성을 갖는 금속으로 이루어지며, 방열성이 뛰어난 알루미늄이 가장 바람직하다. The substrate 200 is made of a metal having electrical conductivity, and most preferably aluminum having excellent heat dissipation.

상기 절연층(210)은 전기적 절연성을 갖는 물질로 이루어지며, 상기 기판의 상부면에 형성된다. 상기 절연층(220)은 알루미늄 질화막(AlN), BCB(Benzo Cyclo Butene)막, 실리콘질화막(SiN), 폴리이미드막 중의 하나로 이루어질 수 있다. The insulating layer 210 is made of a material having electrical insulation and is formed on an upper surface of the substrate. The insulating layer 220 may be formed of one of an aluminum nitride layer (AlN), a benzocyclobutene (BCB) layer, a silicon nitride layer (SiN), and a polyimide layer.

상기 소자 실장부(220)는 표면에 R,G,B LED 소자들이 장착되는 영역으로서, 상기 절연층(210)을 기판의 표면까지 식각한 후 상기 식각된 영역을 도전성 물질로 채워 형성한다. 이때, 상기 소자 실장부는 Au 등으로 형성될 수 있다. The device mounting unit 220 is a region in which R, G, and B LED devices are mounted on a surface thereof, and the insulating layer 210 is etched to the surface of the substrate, and then the etched region is filled with a conductive material. In this case, the device mounting portion may be formed of Au or the like.

상기 LED 소자들은 소자 실장부(220)에 장착되며, 각 소자 실장부에는 적 색(R) LED, 청색(B) LED 및 녹색(G) LED가 장착된다. 상기 청색 LED 및 녹색 LED는 상부면으로 p형 전극 및 n형 전극들이 형성되고 하부면에는 절연체인 사파이어 기판으로 형성되어 있으며, 적색 LED는 상부면에 p형 전극과 하부면에 n형 전극이 형성되어 있다. 이때, 적색 LED, 청색 LED 및 녹색 LED는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 소자 실장부에 일렬로 배치되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 삼각형 형태로 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, R, G, B LED 들이 삼각형 형태로 배치되는 경우, 백색광 발현성이 우수하고, 와이어 본딩을 위한 면적이 커지게 된다. The LED devices are mounted on the device mounting unit 220, and each of the device mounting units includes a red (R) LED, a blue (B) LED, and a green (G) LED. The blue LED and the green LED are formed of a p-type electrode and an n-type electrode on an upper surface thereof, and a sapphire substrate that is an insulator on a lower surface thereof. It is. In this case, the red LED, the blue LED, and the green LED may be arranged in one element mounting unit as shown in FIG. 2, or may be arranged in a triangular form as shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, when the R, G, and B LEDs are arranged in a triangular shape, the white light expressability is excellent and the area for wire bonding becomes large.

상기 금속 배선층들은 적색 LED용 금속 배선층, 녹색 LED용 금속 배선층 및 청색 LED용 금속 배선층으로 이루어진다. 각 LED들은 해당 금속 배선층과 배선 연결되는데, 배선 연결시 와이어 본딩되거나 0 오옴(Ω)의 값을 가지는 chip 저항 등을 사용할 수도 있다. 상기 금속 배선층들은 Cu, Ni, Au 등의 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 표면 전체에 금속 물질을 증착시킨 후 사진 식각 공정을 이용하여 패터닝하여 형성하거나, 프린트 방식을 이용하여 금속 물질을 금속 배선층 영역에 프린트함으로써, 금속 배선층을 완성할 수 있게 된다. The metal wiring layers include a metal wiring layer for a red LED, a metal wiring layer for a green LED, and a metal wiring layer for a blue LED. Each LED is wire-connected with a corresponding metal wiring layer, and wire-bonding or chip resistors having a value of 0 ohms may be used when wiring is connected. The metal wiring layers may be made of a metal material such as Cu, Ni, Au, and the like, and may be formed by depositing a metal material on the entire surface and patterning the same by using a photolithography process or by printing a metal material on the metal wiring layer region. By printing, a metal wiring layer can be completed.

적색 LED는 상부면과 하부면에 각각 p형 전극과 n형 전극이 형성되어 있다. 따라서, 적색 LED를 전기전도성을 갖는 소자 실장부에 장착함으로써, 적색 LED의 하부면의 n형 전극은 별도의 배선 연결 과정없이 소자 실장부와 직접 전기적 연결되며, 적색 LED의 상부면의 p형 전극은 배선 연결에 의하여 적색 LED용 금속 배선층과 연결된다. The red LED has p-type electrodes and n-type electrodes formed on the top and bottom surfaces, respectively. Therefore, by mounting the red LED in the device mounting portion having electrical conductivity, the n-type electrode on the bottom surface of the red LED is directly electrically connected to the device mounting portion without a separate wiring connection process, the p-type electrode on the top surface of the red LED The silver wiring is connected to the metal wiring layer for the red LED.

청색 LED 및 녹색 LED는 사파이어 기판에 수직형 구조로 이루어지므로, p형 전극과 n형 전극이 모두 상부면에 형성되어 있으며, 하부면에는 절연체인 사파이어 기판이 형성되어 있다. 따라서, 청색 LED와 녹색 LED를 소자 실장부에 장착한 후, 청색 LED 및 녹색 LED의 p형 전극들은 연결 배선을 이용하여 청색 LED용 금속 배선층 및 녹색 LED용 금속 배선층과 각각 연결되며, 청색 LED 및 녹색 LED의 n형 전극들은 각각 연결 배선을 이용하여 소자 실장부에 연결된다. 여기서, 연결 배선은 본딩 와이어를 사용한다. Since the blue LED and the green LED have a vertical structure on the sapphire substrate, both the p-type electrode and the n-type electrode are formed on the upper surface, and the sapphire substrate, which is an insulator, is formed on the lower surface. Therefore, after mounting the blue LED and the green LED to the device mounting portion, the p-type electrodes of the blue LED and the green LED are connected to the metal wiring layer for the blue LED and the metal wiring layer for the green LED using the connection wiring, respectively, and the blue LED and The n-type electrodes of the green LEDs are each connected to the device mounting portion using connection wiring. Here, the connection wiring uses a bonding wire.

알루미늄 기판과 연결된 상기 소자 실장부는 상기 적색 LED, 청색 LED, 및 녹색 LED의 n형 전극들이 모두 배선 연결됨으로써, 모든 LED 소자들의 n 형 전극에 대한 공통 금속 배선(222)으로서의 기능을 수행한다. The device mounting part connected to the aluminum substrate is wired to connect the n-type electrodes of the red LED, the blue LED, and the green LED, thereby serving as a common metal wiring 222 for the n-type electrodes of all the LED elements.

상기 방열층(260)은 상기 기판의 하부면을 양극 산화시킴으로써 형성된 알루미늄 양극 산화막으로 이루어진다. 상기 방열층의 표면에는 알루미늄의 양극 산화 과정에서 불규칙한 형상의 미세한 홈들이 형성된다. 상기 미세한 홈들에 의해 상기 방열층의 표면의 표면적이 넓어짐에 따라 LED 소자로부터 방출되는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있게 된다.  The heat dissipation layer 260 is formed of an aluminum anodized film formed by anodizing a lower surface of the substrate. Fine grooves having irregular shapes are formed on the surface of the heat dissipation layer during anodization of aluminum. As the surface area of the surface of the heat dissipation layer is enlarged by the minute grooves, heat emitted from the LED element can be effectively discharged to the outside.

LED 소자들의 와이어 본딩이 완료되면 전체 표면에 플라스틱 재질로 몰딩하여 LED 어레이 모듈을 완성한다. When the wire bonding of the LED elements is completed, the LED array module is completed by molding the entire surface with a plastic material.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 LED 어레이 모듈은 상기 기판을 양극 산화 처리하여 기판의 모든 표면에 알루미늄 양극 산화막을 형성할 수 있으며, 기판의 양 표면에 각각 형성된 알루미늄 양극 산화막들은 절연층과 방열층으로 각각 사용될 수도 있다. The LED array module according to another embodiment of the present invention may anodize the substrate to form an aluminum anodized film on all surfaces of the substrate, and the aluminum anodized films formed on both surfaces of the substrate may be formed of an insulating layer and a heat dissipating layer. Each may be used.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이 모듈의 제조 과정의 일실시형태를 순차적으로 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a manufacturing process of the LED array module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.

먼저, 알루미늄 기판을 표면 처리하여 표면에 존재하는 이물 처리 및 표면의 평탄화시킨 후, 양극 산화 처리(Anodizing)하여 알루미늄 기판의 표면에 양극 산화막인 알루미나층을 형성한다(단계 500). 이때, 기판의 상부면에 형성된 양극 산화막은 절연층으로 사용되며, 기판의 하부면에 형성된 양극 산화막은 방열층으로 사용된다. First, the aluminum substrate is surface treated to carry out foreign matter treatment and planarization on the surface, and then anodized to form an alumina layer, which is an anodized film, on the surface of the aluminum substrate (step 500). At this time, the anodized film formed on the upper surface of the substrate is used as the insulating layer, the anodized film formed on the lower surface of the substrate is used as the heat radiation layer.

상기 절연층의 표면에서 LED 소자들이 실장될 영역을 레이저 또는 드릴로 식각하여 기판의 표면이 노출되도록 한 후(단계 510), 상기 기판의 표면 전체에 티타늄(Ti) 및 (Au)을 스퍼터링 방식으로 순차적으로 증착하여 희생층을 형성한다(단계 520).After etching the area where the LED elements will be mounted on the surface of the insulating layer with a laser or a drill to expose the surface of the substrate (step 510), titanium (Ti) and (Au) are sputtered on the entire surface of the substrate. Deposition in order to form a sacrificial layer (step 520).

다음, 희생층의 표면에 포토 레지스트를 증착한 후 포토 마스크를 사용하여 감광하여 금속 배선층과 소자 실장부가 될 영역의 포토 레지스트를 제거하여 노출시키고, 노출된 영역에 구리(Cu)를 10㎛, 니켈(Ni)을 2㎛ 및 금(Au)을 3㎛ 순차적으로 증착하거나 전기 도금(Electro-plating)한 후, 포토레지스트를 제거하여, 금속 배선층 및 소자 실장부를 형성한다(단계 530).Next, after the photoresist is deposited on the surface of the sacrificial layer, the photoresist is exposed to light, thereby removing and exposing the photoresist of the region to be the metal wiring layer and the device mounting portion, and exposing copper (Cu) to the exposed region by 10 μm and nickel. After 2 mu m (Ni) and 3 mu m of gold (Au) are sequentially deposited or electroplated, the photoresist is removed to form a metal wiring layer and an element mounting part (step 530).

다음, 전면에 증착된 Ti 및 Au을 제거하고, 소자 실장부가 될 영역에 실버페이스트를 도포한 후 LED 소자들을 실장한다(단계 540). Next, Ti and Au deposited on the front surface are removed, silver paste is applied to a region to be a device mounting part, and then LED devices are mounted (step 540).

다음, 와이어 본딩 작업을 한 후(단계 550), 상부 표면을 플라스틱 몰딩하여(단계 560) 모듈을 외부로부터 보호한다. Next, after the wire bonding operation (step 550), the top surface is plastic molded (step 560) to protect the module from the outside.

한편, 본 발명에 따른 LED 어레이 모듈의 제조 공정의 다른 실시 형태는, 프린트 방식을 이용하여 금속 배선층을 형성함으로써, 사진 식각 공정과 관련된 포토 레지스트 도포 공정, 노광 공정 및 포토 마스크 생성 공정등이 생략될 수 있다. On the other hand, in another embodiment of the manufacturing process of the LED array module according to the present invention, by forming a metal wiring layer using a printing method, the photoresist coating process, exposure process and photomask generation process associated with the photolithography process can be omitted. Can be.

제2 2nd 실시예Example

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 어레이 모듈에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an LED array module according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 어레이 모듈을 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 8은 도 7의 A-A' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 9는 도 7의 B-B' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 10은 도 7의 C-C' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.7 is a plan view schematically illustrating an LED array module according to a second embodiment of the present invention, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the AA ′ direction of FIG. 7, and FIG. 9 is a BB ′ direction of FIG. 7. 10 is a cross-sectional view taken along the line, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the CC ′ direction of FIG. 7.

도 7 내지 도 10를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 어레이 모듈(70)은 전기전도성을 갖는 기판(700), 절연층(710), 소자 실장부(720), 상기 소자 실장부에 장착되는 청색 LED 소자들(730), 상기 절연층의 상부면에 형성된 금속 배선층(740, 742), 상기 LED 소자들과 금속 배선층을 연결하는 본딩 와이어들(750,751), 상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층(760)을 구비하며, 상기 청색 LED 소자의 상부에는 형광 물질(780)이 도포되어 있다. 전술한 구성을 갖는 LED 어레이 모듈은 형광 물질에 의해 백색광을 제공하게 된다. 이하, 전술한 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명하며, 제1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다. 7 to 10, the LED array module 70 according to the present embodiment is mounted on a substrate 700 having an electrical conductivity, an insulating layer 710, a device mounting unit 720, and the device mounting unit. Blue LED elements 730, metal wiring layers 740 and 742 formed on the top surface of the insulating layer, bonding wires 750 and 751 connecting the LED elements and the metal wiring layer, and heat radiation formed on the bottom surface of the substrate. A layer 760 is provided, and a fluorescent material 780 is coated on top of the blue LED device. The LED array module having the above-described configuration provides white light by the fluorescent material. Hereinafter, each of the above-described components will be described in detail, and descriptions overlapping with those of the first embodiment will be omitted.

상기 기판(700) 및 상기 절연층(710)은 제1 실시예의 그것들과 동일하다. The substrate 700 and the insulating layer 710 are the same as those of the first embodiment.

상기 소자 실장부(720)는 표면에 청색 LED 소자들이 장착되는 영역으로서, 그 특성은 제1 실시예와 동일하다. The device mounting unit 720 is a region in which blue LED devices are mounted on a surface thereof, and its characteristics are the same as those of the first embodiment.

상기 청색 LED 소자들은 소자 실장부(720)에 장착된다. 상기 청색 LED는 상부면으로 p형 전극 및 n형 전극들이 형성되고 하부면에는 절연체인 사파이어 기판으로 형성되어 있다. The blue LED devices are mounted in the device mounting unit 720. The blue LED is formed of a p-type electrode and an n-type electrode on an upper surface thereof, and a sapphire substrate which is an insulator on a lower surface thereof.

각 LED들의 p형 전극은 금속 배선층과 배선 연결되며, n형 전극은 소자 실장부와 배선 연결되며, 배선 연결시 본딩 와이어를 사용한다. The p-type electrode of each LED is wired to the metal wiring layer, and the n-type electrode is wired to the device mounting part, and a bonding wire is used for wire connection.

알루미늄 기판과 연결된 상기 소자 실장부는 상기 청색 LED 소자들의 n형 전극들이 모두 배선 연결됨으로써, 모든 청색 LED 소자들의 n 형 전극에 대한 금속 배선(723)으로서의 기능을 수행한다. The device mounting portion connected to the aluminum substrate performs a function as a metal wiring 723 for all n-type electrodes of all the blue LED elements by wiring the n-type electrodes of the blue LED elements.

배선 연결된 상기 청색 LED 소자의 상부에는 인(phosphorus)을 포함하는 형광 물질(780)들이 도포됨으로써, 본 실시예에 따른 LED 어레이 모듈은 외부로 백색광을 제공하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 LED 어레이 모듈은 백색광을 제공하는 조명용 소자로서 사용될 수 있다. The fluorescent material 780 including phosphorus is coated on the wire-connected blue LED device, thereby providing white light to the LED array module according to the present embodiment. Therefore, the LED array module according to the present embodiment can be used as the lighting element for providing white light.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 기판의 재질 등은 열 방출 성능을 향상시키기 위하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해 석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, this is merely an example and is not intended to limit the present invention, and those skilled in the art do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications which are not illustrated above in the scope are possible. For example, in the embodiment of the present invention, the material of the substrate may be variously modified to improve heat dissipation performance. And differences relating to such modifications and applications will have to be interpreted as being included in the scope of the invention as defined in the appended claims.

본 발명에 따른 LED 어레이 모듈은 방열 특성이 뛰어나므로, 백색광을 제공하는 조명용 소자나 백라이트 유닛등으로 널리 사용될 수 있다. Since the LED array module according to the present invention has excellent heat dissipation characteristics, the LED array module may be widely used as a lighting device or a backlight unit that provides white light.

도 1은 기존의 인쇄회로기판에 발광소자 어레이가 부착된 구조에 대한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a structure in which a light emitting device array is attached to a conventional printed circuit board.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이 모듈을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B' 방향을 따라 절개하여 도시한 단면도이다. 2 is a plan view schematically illustrating an LED array module according to a first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 2.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이 모듈의 소자 실장부에 LED 소자들이 삼각형 형태로 배치되는 실시 형태를 예시적으로 도시한 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an exemplary embodiment in which LED elements are arranged in a triangular shape in a device mounting part of the LED array module according to the first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 어레이 모듈을 제조하는 과정을 순차적으로 설명하는 흐름도이다. 6 is a flowchart sequentially illustrating a process of manufacturing the LED array module according to the first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 어레이 모듈을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 8 내지 도 10은 도 7의 A-A' 방향, B-B' 방향 및 C-C' 방향을 따라 각각 절개하여 도시한 단면도들이다. 7 is a plan view schematically illustrating an LED array module according to a second embodiment of the present invention. 8 to 10 are cross-sectional views taken along the A-A 'direction, the B-B' direction, and the C-C 'direction of FIG. 7, respectively.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

20, 70 : LED 어레이 모듈20, 70: LED Array Module

200, 700 : 기판200, 700: Substrate

210, 710 : 절연층210, 710: insulation layer

220, 720 : 소자 실장부220, 720: device mounting part

230 : 적색(Red) LED 소자230: Red LED device

231 : 녹색(Green) LED 소자231: Green LED Device

232, 732 : 청색(Blue) LED 소자232, 732: Blue LED device

240 : 적색 LED용 금속 배선층240: metal wiring layer for red LED

241 : 녹색 LED용 금속 배선층241: metal wiring layer for green LED

242 : 청색 LED용 금속 배선층242: metal wiring layer for blue LED

250, 251, 252, 253, 254, 750, 751 : 본딩 와이어250, 251, 252, 253, 254, 750, 751: bonding wire

260, 760 : 방열층260, 760: heat dissipation layer

Claims (9)

단일의 알루미늄 금속층으로 이루어지는 기판;A substrate made of a single aluminum metal layer; 상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층;An insulating layer formed on an upper surface of the substrate; 상기 절연층을 기판의 표면까지 식각한 후 상기 식각된 영역을 도전성 물질로 채워 형성한 소자 실장부; An element mounting part formed by etching the insulating layer to the surface of the substrate and filling the etched region with a conductive material; 상기 소자 실장부의 상부면에 실장된 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED;A red LED, a green LED, and a blue LED mounted on the upper surface of the device mounting portion; 상기 절연층의 상부면에 금속 물질을 증착한 후 패터닝하여 형성한 적색 LED용 금속 배선층, 녹색 LED용 금속 배선층 및 청색 LED용 금속 배선층; 및A red LED metal wiring layer, a green LED metal wiring layer, and a blue LED metal wiring layer formed by depositing and patterning a metal material on an upper surface of the insulating layer; And 상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층;을 구비하며, And a heat dissipation layer formed on the lower surface of the substrate, 상기 방열층은 상기 기판의 하부면을 양극 산화시킴으로써 형성된 알루미늄 양극 산화막으로서, 상기 방열층의 표면에는 양극 산화 공정에 의해 형성된 불규칙한 형상의 미세한 홈들을 구비하는 것을 특징으로 하며, The heat dissipation layer is an aluminum anodic oxide film formed by anodizing a lower surface of the substrate, and characterized in that the surface of the heat dissipation layer is provided with fine grooves of irregular shape formed by anodizing process, 상기 적색 LED, 상기 녹색 LED 및 청색 LED의 p형 전극들은 각각 적색 LED용 금속 배선층, 녹색 LED용 금속 배선층 및 청색 LED용 금속 배선층과 연결되며, 상기 적색 LED, 상기 녹색 LED 및 청색 LED 의 n형 전극들은 상기 소자 실장부와 연결되어, 상기 기판과 연결되는 소자 실장부는 n형 전극들에 대한 공통 금속 배선이 되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.The p-type electrodes of the red LED, the green LED, and the blue LED are connected to the metal wiring layer for the red LED, the metal wiring layer for the green LED, and the metal wiring layer for the blue LED, respectively, and the n type of the red LED, the green LED, and the blue LED. The electrodes are connected to the device mounting portion, the device mounting portion connected to the substrate is an LED array module, characterized in that the common metal wiring for the n-type electrodes. 제 1 항에 있어서, 상기 소자 실장부에 장착되는 적색, 청색 및 녹색 LED 는 일렬로 배치되거나 삼각형 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.The LED array module of claim 1, wherein the red, blue, and green LEDs mounted in the device mounting unit are arranged in a line or in a triangular form. 제1항에 있어서, 상기 적색 LED의 n 형 전극은 별도의 연결 배선없이 소자실장부에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈. The LED array module of claim 1, wherein the n-type electrode of the red LED is directly connected to the device mounting unit without a separate connection line. 단일의 알루미늄 금속층으로 이루어지는 기판;A substrate made of a single aluminum metal layer; 상기 기판의 상부면에 형성되는 절연층;An insulating layer formed on an upper surface of the substrate; 상기 절연층을 기판의 표면까지 식각한 후 상기 식각된 영역을 도전성 물질로 채워 형성한 소자 실장부; An element mounting part formed by etching the insulating layer to the surface of the substrate and filling the etched region with a conductive material; 상기 소자 실장부의 상부면에 실장된 LED 소자;An LED device mounted on an upper surface of the device mounting part; 상기 절연층의 상부면에 금속 물질을 증착한 후 패터닝하여 형성한 금속 배선층; 및A metal wiring layer formed by depositing and patterning a metal material on an upper surface of the insulating layer; And 상기 기판의 하부면에 형성되는 방열층;을 구비하며, And a heat dissipation layer formed on the lower surface of the substrate, 상기 방열층은 상기 기판의 하부면을 양극 산화시킴으로써 형성된 알루미늄 양극 산화막으로서, 상기 방열층의 표면에는 양극 산화 공정에 의해 형성된 불규칙한 형상의 미세한 홈들을 구비하는 것을 특징으로 하며,The heat dissipation layer is an aluminum anodic oxide film formed by anodizing a lower surface of the substrate, and characterized in that the surface of the heat dissipation layer is provided with fine grooves of irregular shape formed by anodizing process, 각 LED 소자의 상부에 형광 물질이 도포되어 있으며, 각 LED 소자의 n형 전극들은 상기 소자 실장부와 연결되며 LED 소자의 p형 전극들은 상기 금속 배선층과 연결되며, 상기 기판과 연결되는 소자 실장부는 n형 전극들에 대한 금속 배선이 되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈.A fluorescent material is coated on top of each LED device, n-type electrodes of each LED device are connected to the device mounting part, p-type electrodes of the LED device are connected to the metal wiring layer, and a device mounting part connected to the substrate is provided. LED array module, characterized in that the metal wiring for the n-type electrodes. 제4항에 있어서, 상기 LED 소자는 청색 LED 인 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈. 5. The LED array module of claim 4, wherein the LED element is a blue LED. 삭제delete 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층은 알루미늄 질화막(AlN), BCB(Benzo Cyclo Butene)막, 실리콘질화막(SiN), 폴리이미드막 중의 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈. The LED array according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulating layer is formed of one of an aluminum nitride film (AlN), a benzocyclobutene (BCB) film, a silicon nitride film (SiN), and a polyimide film. module. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층은 상기 기판을 양극 산화 처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 모듈. The LED array module according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulating layer is formed by anodizing the substrate. 삭제delete
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