KR100976607B1 - 씨오엠(ｃｏｍ) 형 발광다이오드 패키지, 이를 이용한 발광다이오드 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

씨오엠(ｃｏｍ) 형 발광다이오드 패키지, 이를 이용한 발광다이오드 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

열적, 물리적 안정성을 향상시키고 발광 효율을 향상시킨 COM형 발광다이오드 패키지가 개시된다. 본 발명은, 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판과, 상기 금속판 상에 접착물질에 의해 접착되며, 상기 금속판의 상면 일부를 노출시키는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판을 포함한다. 또한 상기 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따라 일정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 백색 절연성 형틀과, 상기 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 실장된 발광다이오드 칩과, 상기 발광다이오드 칩과 상기 본딩 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어 및 상기 발광다이오드 칩과 상기 본딩 와이어를 덮으면서 상기 컵 모양의 절연성 형틀내에 충전된 보호수지를 포함한다.
발광다이오드, 패키지, 모듈, PSR, 형틀, 댐

Description

씨오엠(ＣＯＭ) 형 발광다이오드 패키지, 이를 이용한 발광다이오드 모듈 및 그 제조방법{LED packagee of COM type, LED module using the same and method of manufacturing thereof}
본 발명은 발광다이오드 패키지와 이를 집적화한 발광다이오드 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는　COM(Chip on Metal)형 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광다이오드 모듈과 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 발광다이오드 모듈은 일반적으로 발광다이오드 칩을 별도의 개별 패키지로 완성한 후, 이 발광다이오드 패키지들을 사용 목적에 맞는 특정 배열과 회로가 구성된 인쇄회로기판에 실장하여 제작하여 왔다. 그러나 최근에는 COB(Chip on Board)형 발광다이오드 모듈로 제작하기에 이르렀다. COB형 발광다이오드 모듈은 사용 목적에 맞춘 인쇄회로기판에 발광다이오드 칩을 직접 패키징하여 통상의 개별 패키지 형성 과정을 줄인 발광다이오드 모듈에 관한 것이다.
도1a는 종래 기술에 따른 COB형 발광다이오도 모듈을 개략적으로 보여주는 평면도이며, 도1b는 도1a의 A-A'선을 자른 단면도이다.
도1a, 1b를 참조하면, 방열성을 높이기 위한 금속판(10) 상에 베이스기 판(11)이 접착된다. 상기 베이스기판(11)은 발광다이오드 칩(14)이 놓일 관통홀이 형성되며, 상부에는 발광다이오드 칩(14)을 구동하기 위한 전원이 인가될 수 있도록 회로배선(12)과 본딩패드(13)가 형성되어 인쇄회로기판을 구성한다. 발광다이오드 칩(14)이 관통홀을 통해 금속판(10)에 열적으로 접착되며, 발광다이오드 칩에 전원을 공급하기 위해 인쇄회로기판에 형성된 본딩패드(13)와 발광다이오드 칩(14)이　 본딩 와이어(15)로 연결되어 있으며, 발광다이오드 칩(14)과 본딩 와이어(15)를 보호하거나 발광다이오드 칩(14)으로부터 나오는 빛의 파장을 바꾸기 위한 보호수지(16)를 덮는다.
이와 같은 구조를 가지고 제작된 종래의 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩이 금속판에 열적으로 직접 접착되므로 열방출성은 뛰어나지만, 도1b에서 보여지는 바와 같이 발광다이오드 칩(14)으로부터 발산하는 빛이 보호 수지(16)를 통해 전방향으로 방출(R1 부분)되고 측방향으로 방출(R2, R3부분)되는 빛은 반사율이 낮은 인쇄회로기판 영역 "A"와 "B"에서 광손실이 발생하여 발광다이오드의 광효율 저하를 가져오는 기술적 문제점을 가지고 있다. 또한 투입되는 보호수지의 모양을 제어하는 어떠한 장치도 없어 투입된 보호수지의 모양이 일정하지 않아 청색 발광다이오드 칩이나 자외선 발광다이오드 칩을 실장하여 백색광을 얻고자 할 경우 색온도가 일정하지 않은 백색광이 발광하는 문제점을 가지고 있다. 청색 발광다이오드 칩이나 자외선 발광다이오드 칩을 형광체가 내포된 수지와 함께 사용하여 백색광을 만들 경우에 투입된 수지의 양과 형태에 따라 발광하는 백색광의 광도 및 색온도가 변하게 된다.
상기의 문제점을 보완하고 광효율을 높이기 위한 종래의 다른 기술로서 일본 특허출원번호 제 2001-340832호가 개시되어 있다. 도2a 내지 도2d는 상기 특허출원에 개시된 종래의 다른 기술에 의한 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
도2a 내지 도2d를 참조하면, 방열성을 높이기 위한 금속판(20) 상에 회로기판(21)이 접착물질(27)에 의해 접착된다. 상기 회로기판(21)은 발광다이오드 칩(24)이 놓일 관통홀이 형성되며, 상부에는 발광다이오드 칩(24)을 구동하기 위한 전원이 인가될 수 있도록 회로배선(22)과 본딩패드(23)가 형성되어 인쇄회로기판을 구성한다. 발광다이오드 칩(24)이 관통홀을 통해 금속판(20)에 열적으로 접착되며, 발광다이오드 칩에 전원을 공급하기 위해 인쇄회로기판(21)에 형성된 본딩패드(23)와 발광다이오드 칩(24)이　 본딩 와이어(25)로 연결되어 있으며, 발광다이오드 칩(24)과 본딩 와이어(25)를 보호하거나 발광다이오드 칩(24)으로부터 나오는 빛의 파장을 바꾸기 위한 보호수지(26)를 덮는다.
도1a 내지 도1b의 경우와 달리, 관통홀에 의해 노출되는 금속판(20)은 전방향으로 돌출하는 컵 모양의 돌출부가 형성되어 있다. 상기 돌출부는 가장자리를 따라 외벽(20a)이 형성되고, 외벽(20a)으로 둘러싸인 내부에는 바닥(20b)이 형성되며, 돌출부의 바닥(20b) 면에 발광다이오드 칩(24)이 금속판(20)에 열적으로 접착된다.
도3a내지 도3c는 상기 특허출원의 다른 실시예를 설명하기 위한 것이다. 도2a내지 도2d에서와 달리 발광다이오드 칩(24)과 본딩 와이어(25)를 보호하기 위해 보호수지(26)를 덮을 시에 보호수지(26)의 형태를 유지시키고, 보호수지(26)의 양 을 일정하기 위한 형틀(28)을 추가하는 것이다. 컵 모양의 돌출부(20a, 20b)와 형틀(28)의 형태는 빛이 전방향으로 잘 발산하도록 하는 포물 형태 등을 가지도록 구성할 수도 있다.
도2 및 도3과 같은 구성은 도1과 같은 구성에서 가지고 있는 문제점을 어느 정도 해결할 수는 있으나, 도2의 구성은 금속판(20)과 회로기판(21)의 접착시 접착물질(28)의 양의 미세한 차이에 의해 접착물질(27)의 양이 조금 많으면 도2c에서와 같이 관통홀의 내벽과 돌출부의 외벽(20a) 사이의 틈새(G)를 따라 접착물질(27)이 올라오며, 접착물질(27)의 양이 조금 부족하게 되면 도2d에서와 같이 틈새(G)를 채우지 못하게 된다. 도3의 구성에서는 도2의 경우 뿐만 아니라 회로기판(21)에 형틀(28)을 접착할 시 마찬가지로 접착물질(29)의 양의 따라 조금 많을 시에는 도3b와 같이, 조금 적을 시에는 도3c의 경우와 같이 형성된다.
도2의 구성에서 발생하는 틈새(G)는 돌출부 주변을 반사율이 높은 은(Ag)과 같은 재료로 코팅을 하여도 틈새(G)를 정확하게 접착물질로 메우지 못하면 틈새에 의해 코팅이 되질 않아 발광다이오드 칩으로부터 나온 빛이 틈새 부분에 부딪힐 시에 반사가 거의 일어나지 못하게 되어 광량 손실(약 10~20% 정도 손실됨)이 생기게 된다. 또한 코팅을 하여도 본딩패드(23) 주위는 코팅에 제약이 생기므로 도1과 같은 빛 손실 문제점을 여전히 가지고 있게 되고, 접착제 양을 정확하게 조절하여 틈새에 의한 문제점을 최소화 시킬 수는 있지만 이러한 경우 제품 생산성이 떨어지고 제품의 불량률이 높아져 가격 상승 요인이 된다.
도3의 구성에서는 도2의 문제 뿐만 아니라 형틀(28) 접착시에 발생하는 문제 까지 더해지게 된다. 또한 발광다이오드 칩(24)과 본딩 와이어(25)를 보호하기 위한 투명한 보호수지(26)가 단지 보호 역할 및 렌즈 역할을 하는 경우에는 투입하는 보호수지량의 변화는 발광다이오드 성능에 별 다른 변화를 주지는 못하지만 발광다이오드 칩을 청색이나 자외선이 나오는 칩을 사용하고 수지에 형광체를 섞어 백색 발광다이오드(LED)로 만드는 경우에는 형광체가 섞인 수지의 양이 패키지된 발광다이오드드의 발광 빛의 색온도를 결정하게 된다. 즉 투입하는 수지량이 변할 경우 패키지된 발광다이오드의 빛의 색온도가 바뀌게 되어 일정한 색온도를 가지는 발광다이오드의 제작이 어렵게 된다.
즉, 도2와 같은 구성에서는 도포된 보호수지(26)가 항상 일정한 형태를 가지는 것이 힘들고, 즉 보호수지(26)의 높이나 퍼지는 면적이 항상 일정하지 않으며, 또한 금속판(20)과 회로기판(21) 접착시에 접착물질(27)의 양의 미세 변화에 따른 틈새 부피가 달라져 투입하는 수지량이 변하여 일정한 색온도를 가지는 백색 발광다이오드를 만드는 것이 어렵다. 도3과 같은 구성에서는 형틀(28)이 있어 도2의 구성에서 발생한 수지 형태에 의한 문제점은 해결할 수 있으나 틈새에 의한 수지량의 변화는 해결할 수 없으며, 게다가 형틀(28)과 회로기판(21) 접착시 발생하는 접착물질(29)의 양의 미세 변화에 따라 투입되는 수지량이 변화하게 되어 마찬가지로 일정한 색온도를 가지는 백색 발광다이오드를 만드는 것이 어렵다. 즉, 종래의 기술 도1 내지 도3은 열방출에는 좋은 구성이나 높은 광효율이나 청색 LED 칩이나 자외선 LED칩을 사용하여 백색 LED를 만드는 구성으로는 많은 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물리적으로 안정되며, 열적으로도 안정성이 향상되고, 높은 광효율을 달성하며, 제조가 용이하여 생산성이 높은 COM형 발광다이오드 패키지 및 발광다이오드 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 종래 기술의 문제점들을 감안하여, 청색 발광다이오드 칩 또는 자외선 발광다이오드 칩을 사용하여 백색의 빛을 발산하게 하는 발광다이오드 패키지 및 모듈 그리고 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명이 해결하고자 하는 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 형태에 의한 COM형 발광다이오드 패키지는, 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판; 상기 금속판 상에 접착물질에 의해 접착되며, 상기 금속판의 상면 일부를 노출시키는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판; 상기 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따라 일정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 백색 절연성 형틀; 상기 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 실장된 발광다이오드 칩; 상기 발광다이오드 칩과 상기 본딩 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 발광다이오드 칩과 상기 본딩 와이어를 덮으면서 상기 컵 모양의 절연성 형틀내에 충전된 보호수지;를 포함한다.
상기 금속판과 상기 인쇄회로기판을 접착시키는 상기 접착물질이 상기 관통홀내로 노출되지 않으며, 상기 절연성 형틀이 상기 금속판과 상기 인쇄회로기판 사이에 형성된 틈을 매립하는 것이 바람직하며, 상기 인쇄회로기판의 상면에는 상기 본딩패드를 노출시키는 절연물질층이 더 형성될 수 있다. 상기 관통홀은 원형 또는 다각형 등의 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 절연성 형틀은 PSR(Photo Solder Resist)로 형성될 수 있다.
상기 관통홀 내에는 복수개의 발광다이오드 칩이 실장될 수 있으며, 상기 관통홀 내의 복수개의 발광다이오드 칩은 방사형으로 실장될 수 있으며, 상기 관통홀을 장방형으로 형성하여 상기 복수개의 발광다이오드 칩을 상기 관통홀의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 실장할 수도 있다.
상기 관통홀 내에는 파장이 다른 복수개의 발광다이오드 칩이 실장될 수 있으며, 상기 발광다이오드 칩을 청색 발광다이오드 칩 또는 자외선 발광다이오드 칩으로 형성하고 상기 절연성 형틀 내에 형광체가 포함된 보호수지를 충전하여 색온도가 일정한 백색광을 발광하게 할 수 있다.
상기 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 형태에 따른 씨오엠형 발광다이오드 모듈은, 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판; 상기 금속판 상에 접착물질에 의해 접착되며, 상기 금속판의 상면 일부를 노출시키는 복수개의 관통홀들이 형성되며, 상기 각 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판; 상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따라 일정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 백색 절연성 형틀들; 상기 각 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 실장된 발광다이오드 칩들; 상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 패드들을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들; 및 상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 와이어들을 덮으면서 상기 컵 모양의 절연성 형틀들내에 충전된 보호수지들;를 포함한다.
상기 관통홀들은 1차원으로 복수개 형성되어 선광원을 이루거나, 2차원으로 복수개 형성되어 면광원을 이룰 수 있다.
상기 본 발명의 해결하고자 하는 또다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 형태에 따른 씨오엠형 발광다이오드 모듈의 제조방법은, 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판을 준비하는 단계; 내부에 복수개의 관통홀들이 형성되며, 상기 각 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판을 준비하는 단계; 상기 각 관통홀에 의해 상기 금속판의 일부가 노출되도록 상기 금속판 상에 상기 인쇄회로기판을 접착물질로 접착하는 단계; 상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따라 일 정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 절연성 형틀들을 형성하는 단계; 상기 각 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 발광다이오드 칩들을 실장하는 단계; 상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 패드들을 본딩 와이어들로 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 컵 모양의 절연성 형틀들내에 상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 와이어들을 덮도록 보호수지들을 충전하는 단계;를 포함한다.
상기 인쇄회로기판을 준비하는 단계는, 상부면에 전도성 물질층이 형성된 인쇄회로기판을 준비하는 단계; 상기 인쇄회로기판에 일정한 간격을 두고 배열된 복수개의 관통홀을 형성하는 단계; 상기 전도성 물질층을 식각하여 원하는 회로배선 및 본딩패드를 형성하는 단계; 및 상기 본딩패드를 제외하고 상기 인쇄회로기판의 상부면에 절연물질층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 절연성 형틀을 형성하는 단계는, 상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부와 상기 인쇄회로기판의 본딩패드들을 제외하고, 상기 인쇄회로기판의 관통홀의 내벽 및 상부면 상에 PSR(Photo Solder Resist)층을 1차 형성하는 단계; 및 상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 각 본딩패드를 내부에 포함하는 일정한 높이의 댐을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 보호수지들을 충전하는 단계 이후에, 개별 발광다이오드 패키지 또는 선광원, 면광원 형태의 발광다이오드 모듈을 위하여, 상기 인쇄회로기판 및 상기 금속판을 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발광다이오드 칩이 열전도율이 높고 방열성이 우수한 금 속판에 직접 열적으로 접착하기 때문에 방열성이 매우 향상되어 발광다이오드 칩의 손상을 방지할 수 있으며, 본딩패드와 발광다이오드 칩이 실장되는 부분을 제외하고 반사율이 높은 백색수지로 형틀을 형성함으로써 발광다이오드 칩과 본딩 와이어를 원할히 보호할 뿐만 아니라, 청색 발광다이오드 칩 또는 자외선 발광다이오드 칩의 사용시 백색광으로 변환하기 위한 형광체가 포함된 보호수지를 일정한 형태로 일정한 양을 충전할 수 있기 때문에 발광다이오드의 광효율이 매우 향상되고 일정한 색온도를 가지는 빛을 발산할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
도4a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 COM(Chip On Metal)형 발광다이오드 모듈의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이며, 도4b는 도4a에서의 단일 패키지 부분을 보여주는 평면도이며, 도4c는 도4a의 B-B'선을 자른 단면도이며, 도4d는 도4c의 "E" 부분의 부분 확대도이다.
도4a 내지 도4d를 참조하면, 열전도율이 높은 금속판(40)의 상면에 반사율 및 열전도율이 높은 코팅층(40a)이 코팅되어 있다. 상기 금속판(40)은 열전도도 및 광반사율이 우수한 물질, 예를 들어 알루미늄 또는 구리등으로 형성될 수 있으며, 상기 코팅층(40a)은 은 또는 니켈 등으로 형성할 수 있다.
코팅층(40a)이 형성된 금속판(40)의 상부면에는 인쇄회로기판이 접착물질(50)에 의해 접착된다. 인쇄회로기판은 절연성 재료로 이루어진 베이스기판(41)과, 베이스기판(41)의 상부면에 형성된 회로배선(42) 및 발광다이오드 칩(44)과 본딩 와이어(45)에 의해 전기적으로 연결되는 회로배선(42)의 끝단에 형성된 본딩패드(43)를 포함하며, 베이스 기판(41)의 상부면에는 회로배선(42)을 외부로부터 보호하기 위한 절연물질층(49)이 형성되며, 본딩 와이어(45)와의 연결을 위해 본딩패드(43)는 외부에 노출되도록 형성된다. 본딩패드(43)의 노출된 면에는 본딩와이어(45)와의 접촉성 향상을 위해 전도성 도금층이 더 형성될 수도 있다. 상기 절연물질층(49)으로서는 예를 들어, 솔더 레지스트층일 수 있으며, 상기 접착물질(50)은 예를 들어 에폭시계 접착제일 수 있다.
인쇄회로기판에는 발광다이오드 칩(44)이 위치할 영역에 복수개의 관통홀이 형성된다. 관통홀의 형태는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 등의 다각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 원형의 관통홀이 인쇄회로기판의 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 복수개가 형성되어 있다.
각 관통홀을 중심으로 관통홀에 의해 노출되는 상기 코팅층(40a)이 코팅된 금속판(40)의 일부가 노출되도록 상기 인쇄회로기판의 내벽(41a)과 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판의 상부면상으로 일정한 폭 만큼 연장된 컵 모양의 절연성 형틀(47)이 형성되어 있다. 상기 절연성 형틀(47)은 바람직하게는 반사율이 높은 백색의 PSR(Photo Solid Resist)로 도포되어 형성되며, 도4d의 "F" 부분에서 보여지는 바와 같이 코팅층(40a)과 베이스기판(41) 사이의 접착물질(50)이 존재하지 않는 틈새 사이를 매울 수 있도록 형성되며, 발광다이오드 칩(44)이 형성될 부분을 제외하고 관통홀의 바닥 가장자리로부터 내측으로 일정한 폭 만큼 연장되도록 형성될 수 있으며, 관통홀의 상부 가장자리로부터 본딩패드(43)가 위치하는 거리 이상의 폭으로 연장되도록 형성되며, 연장된 말단에는 일정한 높이를 갖는 댐(47a)이 형성된다. 바람직하게는 상기 댐(47a)도 PSR로 형성하지만, 다른 절연성 물질로 형성할 수도 있다. 상기 본딩패드(43) 상에는 절연성 형틀(47)이 형성되지 않는다.
상기 관통홀 내에서 상기 절연성 형틀(47)이 형성되지 않은 금속판(40) 상에 발광다이오드 칩(44)이 접착되어 있으며, 발광다이오드 칩(44)과 관통홀 주변의 본딩패드(43)는 본딩와이어(45)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 상기 컵 모양의 절연성 형틀(47) 내에는 본딩와이어(45)와 발광다이오드 칩(44)을 보호하기 위한 보호수지(46)가 일정한 높이로 충전된다. 상기 보호수지(46)는 백색의 에폭시 수지로 형성할 수 있으며, 청색 발광다이오드 칩 또는 자외선 발광다이오드 칩을 사용할 경우 백색광으로 변환하기 위한 형광체가 섞인 보호수지(46)를 사용할 수 있다.
코팅층(40a)이 코팅된 금속판(40)과 인쇄회로기판의 접착시에는 접착물질(50)의 도포량이 도4d의 "F" 부분과 같이 절연성 형틀(47)의 재료인 PSR이 금속판(40)과 인쇄회로기판 사이의 틈새에 스며들 정도로 설정한다. 본 실시예에서는 발광다이오드 칩(44)을 열전도율이 높은 금속판(40)에 직접 열적으로 접합하여 원활한 열방출 기능을 가지도록 하였으며, 반사율이 높은 PSR로 발광다이오드 칩이 장착될 부분과 본딩패드를 제외한 부분을 도포하는 동시에 금속판(40)과 인쇄회로기판의 접착시 발생하는 틈새를 PSR로 채우게 함으로써 발광다이오드 칩으로부터 발광한 빛이 손실되는 영역을 없게 하였으며,　컵 모양의 절연성 형틀(47)의 외곽은 일정한 높이의 댐(47a)의 형태가 되도록 형틀(47+47a)을 형성하여 형틀로 이루어진 내부 체적이 일정하도록 하여 상기 형틀 내부를 보호수지(46)로 채울 경우 항상 일정한 양의 수지가 투입되도록 하였다. 상기와 같은 구성에서 발광다이오드 칩(44)에서 발산한 빛은 반사율이 높은 PSR에 의해 전방위로 손실없이 진행하게 되고 청색 발광다이오드 칩이나 자외선 LED 칩을 사용하여 백색광원을 만들 시에 형틀(47+47a) 내부에 투입되는 형광체가 포함된 보호수지(46)의 양이 항상 일정하므로 일정한 색온도를 가지는 백색광을 만들 수 있게 되어 본 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 열방출이 잘되면서 높은 광효율을 얻을 수 있고 색온도가 일정한 백색광을 얻을 수 있게 된다.
도5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 COM(Chip On Metal)형 발광다이오드 모듈의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이며, 도5b는 도5a의 "H" 부분의 부분 확대 사시도이며, 도5c는 도5a의 C-C'선을 자른 단면도이다. 도4a 내지 도4d의 실시예와 비교하여, 관통홀이 길이 방향으로 길게 연장된 장방형으로 형성되며, 상기 관통홀 내에는 복수개의 발광다이오드 칩이 구성되는 것을 보여준다. 도4a 내지 도4d의 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도5a 내지 도5c를 참조하면, 열전도율이 높은 금속판(60)의 상면에 반사율 및 열전도율이 높은 코팅층(60a)이 코팅되어 있다. 코팅층(60a)이 형성된 금속판(60)의 상부면에는 인쇄회로기판이 접착물질(도시안됨)에 의해 접착된다. 인쇄회로기판은 절연성 재료로 이루어진 베이스기판(61)과, 베이스기판(61)의 상부면에 형성된 회로배선(62) 및 회로배선(62)의 끝단에 형성된 본딩패드(63)를 포함하며, 베이스 기판(61)의 상부면에는 회로배선(62)을 외부로부터 보호하기 위한 절연물질층(69)이 형성되며, 본딩 와이어(65)와의 연결을 위해 본딩패드(63)는 외부에 노출되도록 형성된다. 인쇄회로기판에는 발광다이오드 칩(64)이 위치할 영역에 하나의 장방형의 긴 관통홀이 형성된다. 장방형의 상기 관통홀의 바닥은 발광다이오드 칩(64)이 위치할 부분을 제외하고 절연성 형틀(67)이 형성되며, 관통홀의 내벽(61a)과 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판의 상부면상으로 일정한 폭 만큼 연장된 장방형의 컵 모양의 절연성 형틀(67)이 형성되어 있다. 상기 절연성 형틀(67)은 바람직하게는 반사율이 높은 백색의 PSR로 도포되어 형성되며, 발광다이오드 칩(64)이 형성될 부분을 제외하고 관통홀의 바닥면 상에 형성될 수 있으며, 관통홀의 상부 가장자리로부터 본딩패드(63)가 위치하는 거리 이상의 폭으로 연장되도록 형성되며, 연장된 말단에는 일정한 높이를 갖는 PSR로 이루어진 댐(67a)이 형성된다.
상기 관통홀 내에는 길이 방향으로 복수개의 발광다이오드 칩(64)이 배치되며, 각 발광다이오드 칩(64)은 회로배선(62)과 본딩패드(63)를 적절히 배치하여 직렬로 형성되며, 필요에 따라 병렬적으로 배치될 수도 있다.
상기 관통홀 내에서 상기 절연성 형틀(67)이 형성되지 않은 금속판(60) 상에 발광다이오드 칩(64)이 접착되어 있으며, 발광다이오드 칩(64)과 관통홀 주변의 본 딩패드(63)는 본딩와이어(65)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 상기 절연성 형틀(67) 내에는 본딩와이어(65)와 발광다이오드 칩(64)을 보호하기 위한 보호수지(66)가 일정한 높이로 충전된다.
본 실시예에 따른 발광다이오드 패키지 또는 발광다이오드 모듈은 스캐너, 복사기 등과 같이 선광원을 필요로 하는 장치의 광원으로 사용될 수 있으며, 동일한 파장의 발광 다이오드 칩을 배치함으로써 광의 세기를 증가시킬 수 있으며, 파장이 다른 발광다이오드 칩들을 배치함으로써 발광다이오드 칩으로부터 발산되는 빛의 변화를 유도할 수도 있다.
도6a 내지 도12b는 도4a 내지 도4d의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 COM형 발광다이오드 모듈을 제조하는 과정을 보여주는 평면도들 및 단면도들이다. 도4a 내지 도4d의 실시예에서와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저 도6a 및 도6b를 참조하면, 인쇄회로기판을 준비하는 단계로서, 상부면에 전도성 물질층(42a), 예를 들어 동박층이 형성된 베이스기판(41)을 준비하고, 상기 베이스기판(41)에 일정한 간격을 두고 배열된 복수개의 관통홀(41b)을 형성한다.
이어서 도7a 및 도7b를 참조하면, 베이스기판(41) 상의 상기 전도성 물질층(42a)을 식각하여 원하는 회로배선(42) 및 본딩패드(43)를 형성한다. 상기 회로배선(42)은 발광다이오드 칩을 구동하기 위한 전원이 인가될 수 있도록 외부 회로와 전기적으로 연결되며, 상기 본딩패드(43)는 발광다이오드 칩과 전기적으로 연결된다. 상기 본딩패드(43)는 상기 회로배선(42)과 동일한 물질로 형성하거나, 본딩패드(43) 상에만 별도의 도금층이 더 형성될 수도 있다.
이어서 도8a 및 도8b를 참조하면, 상기 본딩패드(43)를 제외하고 상기 베이스기판(41) 및 회로배선(42)의 상부면에 절연물질층(49)을 형성한다.
이어서 도9를 참조하면, 코팅층(40a)이 형성된 금속판(40)과 상기 인쇄회로기판을 접착물질(50)을 통하여 접착시킨다. 참조번호 '5a'는 인쇄회로기판의 관통홀에 대응하여 접착물질(50)이 없는 부분을 나타낸다.
이어서 도10a 및 도10b를 참조하면, 절연성 형틀(47+47a)을 형성하는 단계로서, 상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판(40)의 일부와 상기 인쇄회로기판의 본딩패드(43)들을 제외하고, 상기 인쇄회로기판의 관통홀의 내벽 및 상부면 상에 PSR(Photo Solder Resist)을 도포하여 컵 모양의 절연성 형틀(47)을 1차 형성한다. 이어서 상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 각 본딩패드(43)를 내부에 포함될 수 있는 거리 이상에서 일정한 높이의 댐(47a)을 형성한다.
이어서 도11a 및 도11b를 참조하면, 상기 각 관통홀 내의 노출된 상기 금속판(40) 상에 발광다이오드 칩(44)들을 열적으로 접착시킨 후, 상기 발광다이오드 칩(44)들과 상기 본딩패드(43)들을 본딩 와이어(45)들로 전기적으로 연결한다.
이어서 도12a 및 도12b를 참조하면, 상기 컵 모양의 절연성 형틀(47)들내에 상기 발광다이오드 칩(44)들과 상기 본딩 와이어(45)들을 덮도록 보호수지(46)들을 충전한다. 상기 보호수지(46)를 충전한 후, 상기 인쇄회로기판 및 금속판(40)을 절단하여 개별 발광다이오드 패키지를 제작하거나, 선광원을 확보하기 위해 1차원적으로 복수개의 발광다이오드 패키지를 집합시킨 발광다이오드 모듈을 제작할 수 있 다.
도13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 COM형 발광다이오드 패키지를 보여주는 평면도로서, 하나의 관통홀 내에 복수개의 발광다이오드 칩(74)들이 배치된 구조를 나타낸 실시예이다.
도13을 참조하면, 금속판(70) 상에 절연물질층(79)이 최상부면에 형성된 인쇄회로기판이 접착되며, 인쇄회로기판의 관통홀에는 컵 모양의 절연성 형틀(77)과 댐(77a)이 형성되며, 상기 절연성 형틀(77)이 형성되지 않은 관통홀 내의 바닥에는 복수개의 발광다이오드 칩(74)이 방사형으로 배치되도록 접착된다. 각 발광다이오드 칩(74)들은 인접하여 배치된 본딩패드(73)들 및 회로배선(72)과 전기적으로 연결된다. 본 실시예는 복수개의 발광다이오드 칩(74)을 집합적으로 배치하여 광의 세기를 증가시키는 경우에 유효하다.
도14는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 COM형 발광다이오드 패키지를 보여주는 평면도로서, 도5a 내지 도5c에 대응하는 실시예이다.
도14를 참조하면, 금속판(80) 상에 절연물질층(89)이 최상부면에 형성된 인쇄회로기판이 접착되며, 인쇄회로기판의 관통홀은 길이 방향을 따라 길게 연장된 장방형 형태로 형성되며, 상기 관통홀에는 절연성 형틀(87)과 댐(87a)이 형성되며, 상기 절연성 형틀(87)이 형성되지 않은 관통홀 내의 바닥에는 복수개의 발광다이오드 칩(84)이 길이 방향으로 1차원적으로 배치되도록 접착된다. 각 발광다이오드 칩(84)들은 인접하여 배치된 본딩패드(83)들 및 회로배선(82)과 전기적으로 연결된다. 본 실시예는 복수개의 발광다이오드 칩(84)을 1차원적으로 배치하여 선광원을 실현하는 경우에 유효하다.
도15 및 도16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선광원을 구현한 발광다이오드 모듈을 보여주는 개략도들이다.
도15를 참조하면, 길이 방향으로 길게 연장된 인쇄회로기판(80a) 상에 복수개의 관통홀(90a) 내에 발광다이오드 칩이 단수개 또는 복수개로 1차원적으로 배치되어 선광원을 구현한 것으로서, 인쇄회로기판(80a)과 발광다이오드 칩은 전술한 본 발명의 실시예가 적용된다.
도16을 참조하면, 길이 방향으로 길게 연장된 인쇄회로기판(80b) 상에 하나의 길게 연장된 사각형 형태의 관통홀(90b)내에 복수개의 발광다이오드 칩이 1차원적으로 배치되어 선광원을 구현한 것이다.
도17 및 도18은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 면광원을 구현한 발광다이오드 모듈을 보여주는 개략도들이다.
도17은 도15의 실시예를 2차원적으로 구현한 것으로서 인쇄회로기판(80c) 내에 복수개의 관통홀(90c)이 2차원적으로 배열된 것이며, 도18은 도16의 실시예를 2차원적으로 구현한 것으로서 인쇄회로기판(80d) 내에 사각형 관통홀(90d)이 2차원적으로 복수개 배열된 것이다. 이상의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로의 수정, 변형 및 변경이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 절연성 형틀(47,67)을 형성하기 위해 도포되는 PSR의 형태를 빗면으로 형성시키거나 원뿔 모양으로 형성시켜 빛의 발산 방향을 제어하는 등의 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다.
도1a는 종래 기술에 따른 COB(Chip On Board)형 발광다이오드 모듈의 구성을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도1b는 도1a의 A-A'선을 자른 단면도이다.
도2a는 종래 기술에 따른 다른 COB형 발광다이오드 패키지의 평면도이다.
도2b는 도2a에 대응하는 발광다이오드 모듈의 단면도이다.
도2c 및 도2d는 도2b의 "C" 부분의 부분 확대도들이다.
도3a는 종래 기술에 따른 또다른 COB형 발광다이오드 모듈의 단면도이다.
도3b 및 도3c는 도3a의 "D" 부분의 부분 확대도들이다.
도4a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 COM(Chip On Metal)형 발광다이오드 모듈의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도4b는 도4a에서의 단일 패키지 부분을 보여주는 평면도이다.
도4c는 도4a의 B-B'선을 자른 단면도이다.
도4d는 도4c의 "E" 부분의 부분 확대도이다.
도5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 COM(Chip On Metal)형 발광다이오드 모듈의 구성을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도5b는 도5a의 "H" 부분의 부분 확대 사시도이다.
도5c는 도5a의 C-C'선을 자른 단면도이다.
도6a 내지 도12b는 도4a의 본 발명의 하나의 실시예에 따른 COM형 발광다이오드 모듈을 제조하는 과정을 보여주는 평면도들 및 단면도들이다.
도13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 COM형 발광다이오드 패키지를 보여주는 평면도이다.
도14는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 COM형 발광다이오드 패키지를 보여주는 평면도이다.
도15 및 도16은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 선광원을 구현한 발광다이오드 모듈을 보여주는 개략도들이다.
도17 및 도18은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 면광원을 구현한 발광다이오드 모듈을 보여주는 개략도들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
40, 40 ; 금속판 40a, 60a ; 열전도성 코팅층
41, 61 ; 베이스기판 42, 62 ; 회로배선
43, 63 ; 본딩패드 44, 64 ; 발광다이오드 칩
45, 65 ; 본딩 와이어 46, 66 ; 보호수지
47, 67 ; 절연성 형틀 47a, 67a ; 댐
49, 69 ; 절연물질층

Claims (13)

  1. 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판;
    상기 금속판 상에 접착물질에 의해 접착되며, 상기 금속판의 상면 일부를 노출시키는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판;
    상기 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따라 일정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 백색 절연성 형틀;
    상기 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 실장된 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩과 상기 본딩 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 및
    상기 발광다이오드 칩과 상기 본딩 와이어를 덮으면서 상기 컵 모양의 절연성 형틀내에 충전된 보호수지;
    를 포함하는 씨오엠(COM)형 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속판과 상기 인쇄회로기판을 접착시키는 상기 접착물질이 상기 관통홀내로 노출되지 않으며, 상기 절연성 형틀이 상기 금속판과 상기 인쇄회로기판 사이 에 형성된 틈을 매립하는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 상면에는 상기 본딩패드를 노출시키는 절연물질층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은 원형 또는 다각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 형틀은 PSR(Photo Solder Resist)로 형성된 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀 내에는 복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 관통홀 내에는 복수개의 발광다이오드 칩이 방사형으로 실장되는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 관통홀은 장방형으로 이루어지며, 상기 관통홀 내에는 복수개의 발광다이오드 칩이 상기 관통홀의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 실장되는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 관통홀 내에는 파장이 다른 복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩은 청색 발광다이오드 칩 또는 자외선 발광다이오드 칩이며, 상기 절연성 형틀 내에 형광체가 포함된 보호수지가 충전되어 색온도가 일정한 백색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 패키지.
  11. 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판;
    상기 금속판 상에 접착물질에 의해 접착되며, 상기 금속판의 상면 일부를 노출시키는 복수개의 관통홀들이 형성되며, 상기 각 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판;
    상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따라 일정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 절연성 형틀들;
    상기 각 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 실장된 발광다이오드 칩들;
    상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 패드들을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들; 및
    상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 와이어들을 덮으면서 상기 컵 모양의 절연성 형틀들내에 충전된 보호수지들;
    를 포함하는 씨오엠(COM)형 발광다이오드 모듈.
  12. 열전도성 코팅층이 상면에 코팅된 금속판을 준비하는 단계;
    내부에 복수개의 관통홀들이 형성되며, 상기 각 관통홀의 주변에 회로배선과 연결되는 하나 이상의 본딩패드가 노출되도록 형성된 인쇄회로기판을 준비하는 단계;
    상기 각 관통홀에 의해 상기 금속판의 일부가 노출되도록 상기 금속판 상에 상기 인쇄회로기판을 접착물질로 접착하는 단계;
    상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 형성되며, 상기 인쇄회로기판의 본딩패드를 노출시키면서 상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 인쇄회로기판 상으로 연장되며, 연장된 가장자리를 따 라 일정한 높이의 댐이 형성된 컵 모양의 절연성 형틀들을 형성하는 단계;
    상기 각 관통홀 내의 노출된 상기 금속판 상에 발광다이오드 칩들을 실장하는 단계;
    상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 패드들을 본딩 와이어들로 전기적으로 연결하는 단계; 및
    상기 컵 모양의 절연성 형틀들내에 상기 발광다이오드 칩들과 상기 본딩 와이어들을 덮도록 보호수지들을 충전하는 단계;
    를 포함하는 씨오엠(COM)형 발광다이오드 모듈의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연성 형틀을 형성하는 단계는,
    상기 각 관통홀에 의해 노출된 상기 금속판의 일부와 상기 인쇄회로기판의 본딩패드들을 제외하고, 상기 인쇄회로기판의 관통홀의 내벽 및 상부면 상에 PSR(Photo Solder Resist)층을 1차 형성하는 단계; 및
    상기 각 관통홀 주변을 따라 상기 각 본딩패드를 내부에 포함하는 일정한 높이의 댐을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨오엠형 발광다이오드 모듈의 제조방법.
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