KR100996919B1 - 반도체 패키지 - Google Patents

Abstract

출광되는 백색광의 연색지수를 향상시킨 반도체 패키지를 제시한다. 제시된 반도체 패키지는 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티의 내측벽 및 저면을 덮도록 캐비티에 형성되되, 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고, 반사층은 백색의 실리콘 에폭시 수지와 적색 계열의 무기 안료를 포함한다. 백색의 실리콘 에폭시 수지 및 적색 계열의 무기 안료(또는 적색의 형광체)를 혼합하여 발광소자 주변에 반사층을 형성시킴으로써, 형광체층을 통해 출광되는 백색광에 적색 빛을 가미시키는 것이 가능하게 되어 백색광의 연색지수를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

반도체 패키지{Semiconductor package}

본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출광되는 백색광의 연색성을 향상시키도록 한 반도체 패키지에 관한 것이다.

연색성(단위 : Ra(평균연색지수; 이하에서는 연색지수라 함))이란 조명된 사물의 색재현 충실도를 나타내는 광원의 성질을 의미한다. 연색지수는 자연광에서 바라본 사물의 색과 특정조명하에서 바라본 사물의 색이 어느 정도 유사한가를 수치로 나타낸 것이다.

DIN6169에 따라 정해진 표준연색평가용 시험색 8가지와 특수연색평가용 시험색 7가지를 이용하여 측정하려고 하는 광원하에서 바라본 경우와 기준광원하에서 바라본 경우의 차이로 연색성을 측정한다. 측정한 광원이 기준광원과 동일하면 연색지수(Ra)를 100으로 나타내고 색차이가 클수록 연색지수가 작아진다. 연색지수가 100에 가까울수록 연색성이 좋은 것을 의미하고 연색지수가 낮을수록 색재현도가 떨어진다. 일반적으로 연색지수가 80을 넘는 광원은 연색성이 우수하다고 할 수 있다.

이와 같이 연색성은 광원에 따라 물체의 색감에 영향을 미치는 현상을 말한 다.

태양광의 연색지수는 100인 반면에, 일반적인 백색 LED의 연색지수는 70 ~ 80정도의 값을 나타낸다. 연색지수가 낮으면 눈이 쉽게 피로하게 되고 조명에 비춰지는 사물의 색상이 야외에서 바라본 사물의 색상과 달라지는 문제점이 발생하게 된다.

그래서, 고연색성을 요구하는 진열장, 백화점, 박물관, 인테리어 조명, 주거 및 주택용 조명등에는 연색지수가 높은 광원을 필요로 한다. 국내 및 해외 LED유명제조업계에서는 연색지수가 높은 광원 개발을 중요한 이슈로 부각시키고 있으며, 연색지수를 높이기 위한 다각적인 연구들을 진행하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 사정을 감안하여 제안된 것으로, 출광되는 백색광의 연색지수를 향상시킨 반도체 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 제 1실시양태에 따른 반도체 패키지는, 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티의 내측벽 및 저면을 덮도록 캐비티에 형성되되, 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고, 반사층은 백색의 반사물질과 적색 계열의 무기 안료를 포함한다.

제 2실시양태에 따른 반도체 패키지는, 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티의 내측벽 및 저면을 덮도록 캐비티에 형성되되, 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고, 반사층은 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 포함한다.

제 3실시양태에 따른 반도체 패키지는, 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티의 저면을 덮도록 캐비티에 형성되되, 발광소자가 실장 되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고, 반사층은 백색의 반사물질과 적색 계열의 무기 안료를 포함한다.

제 4실시양태에 따른 반도체 패키지는, 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티의 저면을 덮도록 캐비티에 형성되되, 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고, 반사층은 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 포함한다.

제 1 및 제 2실시양태에서 반사층은 내향되게 라운드지고, 제 3 및 제 4실시양태에서 반사층은 평탄하게 형성된다.

제 1 내지 제 4실시양태에서, 발광소자의 출광색은 청색이고, 형광체층은 노란색의 형광체를 포함한다.

제 1 내지 제 4실시양태에서, 백색의 반사물질은 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 포함한다.

바람직하게, 제 1 내지 제 4실시양태에서, 백색의 반사물질은 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 주재료로 포함하되 주재료를 5 ~ 60wt%으로 한다. 이 경우, 백색의 반사물질은 실리콘 수지를 5 ~ 30wt%로 하고 에폭시 수지를 20 ~ 65wt%로 한 부재료를 주재료와 함께 사용한다.

제 1 및 제 3실시양태에서, 무기 안료는 Zn-Al-Cr-Fe계, 망간 핑크, 크롬-알루미나 핑크, 크롬-주석 핑크, 새먼 핑크, 크롬-주석 라이락, 파이어 레드 중에서 어느 하나의 세라믹 안료이다.

제 2 및 제 4실시양태에서, 반사층은 백색의 반사물질을 1 ~ 99wt%로 하고 적색의 형광체를 1 ~ 99wt%로 하여 혼합된다. 더욱 바람직하게는, 반사층은 백색의 반사물질을 80 ~ 94wt%로 하고 적색의 형광체를 6 ~ 20wt%로 하여 혼합된다. 물론, 반사층은 적색의 형광체를 백색의 반사물질 대비 100 ~ 200wt%로 하여도 된다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 백색의 반사물질 및 적색 계열의 무기 안료 또는 적색의 형광체를 혼합하여 발광소자 주변에 반사율이 우수한 반사층을 형성시킴으로써, 형광체층을 통해 출광되는 백색광에 적색 빛이 자연스럽게 혼합되어 백색광의 연색지수를 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 반사율이 좋은 백색의 반사물질을 사용함으로써 적색 계열의 무기 안료 또는 적색의 형광체를 약간만 사용하더라도 형광체층을 통해 출광되는 백색광에 적색 빛을 가미시키는 것이 가능하게 된다. 이는 출광되는 백색광의 연색지수를 향상시키는 효과를 불러 일으킨다.

한편, 종래에 비해 별도의 도금 공정 및 금속 반사판을 사용하지 않고서도 반사층(반사판)의 형성이 매우 쉽게 이루어지는 부수적인 효과가 있을 뿐만 아니라, 연색지수가 향상된 백색광의 출력을 종래의 반도체 패키지에 비해 간단하게 구현할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서는 엘이디 패키지를 반도체 패키지의 최적예로 가정하고 설명한다. 엘이디 패키지를 세라믹 패키지, 플라스틱 패키지, 리드 프레임 타입 패키지, 플라스틱 + 리드 프레임 타입 패키지 등 모든 SMD 타입 패키지에 적용가능한 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선의 단면도이다. 도 1에서는 엘이디 패키지의 캐비티내의 구성을 알 수 있도록 하기 위해 편의상 형광체층을 도시하지 않고, 도 2에서 형광체층을 도시하였다.

도 1 및 도 2의 엘이디 패키지는, 기판(30)의 캐비티(32)의 저면에 형성되되 상면에 발광소자(40)가 탑재되는 전극(34); 캐비티(30)의 내측벽 및 저면을 덮도록 캐비티(32)에 충전되되 전극(34)의 상면은 노출시키고 전극(34)의 테두리에 접촉하게 형성된 반사층(42); 및 캐비티(32)의 내부에서 충전된 형광체층(44)을 포함한다.

형광체층(44)은 발광소자(40)에서의 광을 백색(white)의 광으로 출광시킨다. 발광소자(40)를 청색 LED로 가정하였을 경우 형광체층(44)내의 형광체는 노란색(yellow)의 형광체인 것으로 이해하면 된다. 예를 들어, 형광체층(44)은 노란색의 형광체와 실리콘(또는 에폭시)이 혼합된 것으로 볼 수 있다.

기판(30)은 발광소자(40)를 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 예를 들어, 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-fired ceramic), HTCC(High temperature co-fired ceramic), 플라스틱, 금속, 바리스터 등을 들 수 있다. 특히, ZnO계열의 바리스터는 열전도도가 높다. ZnO를 주성분으로 하는 바리스터 재료로 제조하게 되면 바리스터로서의 기능을 수행할 뿐만 아니라 바리스터 자체의 높은 열전도성으로 인해 엘이디 패키지의 온도를 신속하게 낮출 수 있게 된다. 기판(30)을 플라스틱으로 제조하였을 경우 보통 플라스틱은 열에 약하므로 장시간 사용하게 되면 기판(30)에 변형 등이 발생하여 제품(전자부품 패키지)의 효율이 저하된다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 열경화성 특성을 지닌 반사물질을 사용하여 반사층(42)을 형성하되 캐비티(32)의 내측벽 및 저면을 덮도록 캐비티(32)에 충전시킴으로써 발광소자(40)의 광이 기판(30)에 직접적으로 닿는 부분이 최소화되므로 발광소자(40)의 광으로 인한 발열로 인해 발생되는 문제점을 해소시키게 된다. 즉, 본 발명의 실시예는 기판(30)을 플라스틱으로 하더 라도 장시간 사용에 따른 발열로 인한 변형 및 효율 저하 등을 해소시킨다.

캐비티(32)는 원통 형상이어도 되고 사각통 형상이어도 된다. 필요에 따라서, 캐비티(32)의 형상은 앞서 서술한 형상과 다른 형상이어도 무방하다.

도 1 및 도 2에서, 전극(34)은 애노드 전극 및 캐소드 전극중에서 어느 한 전극을 의미하고, 전극(36)은 애노드 전극 및 캐소드 전극중에서 다른 한 전극을 의미한다. 전극(34)과 전극(36)은 상호 이격되게 형성된다.

전극(34)은 원형 형상 또는 사각 형상이어도 된다. 예를 들어, 전극(34)의 평면 형상이 원형이면 캐비티(32)의 평면 형상 역시 원형인 것이 바람직하다. 즉, 전극(34)과 캐비티(32)의 형상은 동일한 것이 바람직하다. 이와 같이 캐비티(32)와 전극(34)의 평면 형상을 원형으로 하게 되면 전극(34)의 외주연에서 캐비티(32)까지의 거리가 모든 지점별로 서로 동일하게 되므로, 발광소자(40)에서 발광되는 광의 균일성이 보장된다. 즉, 캐비티(32)와 전극(34)의 평면 형상을 원형으로 하는 것이 사각으로 하는 것에 비해 광의 균일성 보장 측면에서 다소 유리하다. 물론, 필요에 따라서는 전극(34)의 형태를 앞서의 형상 이외의 다른 형상으로 하여도 무방하다.

도 1 및 도 2에서, 두 개의 전극을 표시한 것은 두 개의 와이어(38)를 사용하여 발광소자(40)를 전극(34, 36)에 각각 연결시키는 와이어 본딩 방식을 나타낸 것이기 때문이다. 예를 들어, 발광소자(40)가 공융점 본딩(eutectic bonding)이 가 능한 발광소자라면 와이어의 수를 하나로 하여도 된다. 한편, 발광소자(40)가 플립 본딩(flip bonding)이 가능한 발광소자라면 와이어(38)는 필요없게 되고 전극(보다 상세하게는 플립 칩과의 접속을 의한 패드)의 수는 하나이어도 된다.

발광소자(40)는 칩 형태의 엘이디이다. 본 발명의 특허청구범위의 청구항 1,2에 기재된 발광소자가 실장되는 영역이라 함은 발광소자(40)가 실제적으로 실장되는 전극(예컨대, 34)의 상면을 의미하지만, 보다 넓게는 전극(34, 36)의 상면 전체로 보아도 무방하다.

반사층(42)(또는 반사판이라고도 칭함)은 내향되게 라운드진다. 백색의 광에 적색 빛을 추가시키면 연색지수가 높아지게 되므로, 반사율이 우수한 백색의 반사물질 및 적색의 무기 안료를 혼합하여 반사층(42)을 만든다. 다르게는, 반사율이 우수한 백색의 반사물질 및 적색의 형광체를 혼합하여 반사층(42)을 만들어도 된다.

발광소자(40)에서의 청색 광이 반사층(42)에 부딪히면 적색 빛이 가미된 청색 광이 형광체층(44)을 통해 백색의 광으로 출광하게 된다. 이때, 형광체층(44)에서 출광되는 백색의 광에 적색 빛이 약간 가미됨으로 인해 연색지수가 높아지게 된다.

반사층(42)을 적색의 무기 안료 또는 적색의 형광체만으로 할 경우에는 라운 드진 형상을 유지시키기 어려우므로, 형상 유지를 위해 백색의 반사물질이 함께 사용된다. 물론, 후술하겠지만 백색의 반사물질은 반사의 효과도 있다.

반사층(42)의 재료로 사용하는 반사물질은 열경화성의 특성을 지닌다. 예를 들어, 반사층(42)은 90% 이상의 반사율을 갖는 반사물질(하기의 표 1 참조)을 재료로 사용한다.

(표 1)

재료	함량
Titanium dioxide, Zinc Oxide, Lithopone(BaSO2 + ZnS) ZnS, BaSO4, SiO2, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)	5 ~ 60중량%
실리콘 수지(Resin)	5 ~ 30중량%
솔벤트 등과 같은 첨가제, 에폭시 수지 등	20 ~ 65중량%

표 1에서는, 반사율이 좋은 재료로 백색의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 사용하였다. 물론, 필요에 따라서는 다른 재료를 추가적으로 사용할 수도 있다. 예를 들어 ZnS, BaSO₄, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 대신에 다른 재료를 사용하여도 된다. 점도 및 점착성을 위해 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등을 사용하였다. 표 1에서, TiO₂, ZnO, 리소 폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등이 백색을 내기 위함과 더불어 반사율이 우수한 주재료가 되고, 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등이 부재료가 된다. 표 1에서, TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)를 5중량% 미만으로 사용하게 되면 백색 구현이 어렵다. TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)를 60중량%를 초과하여 사용하게 되면 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등의 첨가량이 적게 되어 원하는 점도 및 점착성을 얻기 어렵다. 실리콘 수지를 5중량% 미만으로 사용하게 되면 점도가 너무 낮게 된다. 실리콘 수지를 30중량%를 초과하여 사용하게 되면 점도가 너무 높게 된다. 에폭시 수지 등을 20중량% 미만으로 사용하게 되면 점착력이 약해진다. 에폭시 수지 등을 65중량%를 초과하여 사용하게 되면 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등이나 실리콘 수지의 함량이 미달되어 백색 구현이 어렵거나 원하는 점도를 얻지 못하게 된다.

반사층(42)의 재료로 반사율이 우수한 백색의 반사물질(표 1 참조)을 사용하는 이유는 적색의 무기 안료 또는 적색의 형광체의 함량을 적게 하더라도 발광소자(40)에서의 청색 광이 반사층(42)에 부딪혀 적색 빛이 가미된 청색 광으로 되어 형광체층(44)으로 향할 수 있도록 하기 위함이다. 백색의 반사물질을 사용하지 않고 적색의 무기 안료만으로 반사층(42)을 구현할 경우 라운드지게 하는 형상이 제대로 구현되지 않을 뿐만 아니라 적색의 성분이 많다 보니 이로 인해 형광체층(44) 을 통해 출광되는 광은 백색광이 아니라 붉은 빛이 완연하게 보이는 광이 된다. 한편, 적색의 형광체만으로 반사층(42)을 구현할 경우에도 라운드지게 하는 형상이 제대로 구현되지 않을 뿐만 아니라 적색의 성분이 많다 보니 이로 인해 형광체층(44)을 통해 출광되는 광은 백색광이 아니라 붉은 빛이 완연하게 보이는 광이 된다. 그리고, 백색은 다른 색에 비해 광 흡수도가 적으므로 반사율이 좋은 백색의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 반사층(42)의 일부 재료로 함으로써 가시광선 영역에서의 광 흡수가 거의 없게 될 뿐만 아니라 발광소자(40)로부터의 광을 거의 모두 반사시킬 수 있게 된다.

따라서, 반사율이 우수한 백색의 반사물질(표 1 참조)의 사용이 중요하다. 적색의 무기 안료 또는 적색의 형광체에 반사율이 우수한 백색의 반사물질을 혼합하여 사용할 경우 적색 계열의 무기 안료 또는 적색의 형광체의 양을 적게 가져가도 백색광의 연색지수를 높일 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 실시예에 사용되는 적색 계열의 무기 안료(본 발명에서는 세라믹 안료)로는 다음과 같이 예시할 수 있다.

1) Zn-Al-Cr-Fe계 : 이 계의 스피넬(spinel)인 ZnO ·(Al, Cr, Fe)₂O₃는 색조가 다양한데, Al³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺의 함량에 따라 황색 ·적색 ·흑색기를 띤 다갈색을 나타낸다. Zn-Cr-Fe계, 즉 ZnO ·(Cr, Fe)₂O₃도 이와 같다. 각 산화물을 배합해서 대략 1200 ~ 1300℃로 소성한다.

2) 망간 핑크 : α-Al₂O₃에 Mn, P가 고용된 것이다. MnHPO₄와 Al(OH)₃를 배합해서 대략 1200 ~ 1300℃로 소성한다.

3) 크롬-알루미나 핑크 : ZnO ·(Al, Cr)₂O₃의 스피넬이다. ZnO ·Al₂O₃의 Al₂O₃를 20몰% 정도 Cr₂O₃로 치환되도록 ZnO, Cr₂O₃, Al(OH)₃ 등을 배합해서 대략 1300℃로 소성한다.

4) 크롬-주석 핑크 : CaO ·SnO₂ ·SiO₂에 Cr이 고용된 것이다. 몰 비로 CaO:SnO₂:SiO₂＝1:1:1이 되도록 CaCO₃, SnO₂, SiO₂를 배합하고, 발색성분으로 K₂Cr₂O₇과 같은 Cr 화합물과 광화제로 Na₂B₄O₇, B₂O₃ 등을 첨가해서 대략 1200℃로 소성한다.

5) 새먼 핑크 : ZrSiO₄에 Fe가 고용된 것이다. ZrO₂, SiO₂, FeSO₄ ·H₂O, FeCl₃와 광화제로 NaF, NaCl, NaNO₃ 등을 배합해서 대략 900℃로 소성한다.

6) 크롬-주석 라이락 : CaO ·SnO₂ ·SiO₂에 Cr과 Co가 고용된 것이다. Co는 염기성 탄산코발트로 공급한다. 대략 1200℃로 소성한다.

7) 파이어 레드 : ZrSiO₄로 Cd(S Se)인 카드뮴 적색을 코팅한 것이다. ZrO₂, SiO₂,CdCO₃, S, Se, LiF 등을 배합해서 대략 900℃로 소성한다.

이와 같이 반사층(42)을 내향되게 라운드지게 하고, 적색 계열의 무기 안료 또는 적색의 형광체, 및 백색의 반사물질을 반사층(42)의 재질로 사용하게 되면 발광소자(40)에서의 광이 반사층(42)에 의해 손실없이 거의 모두 반사되어 형광체층(44)을 통해 적색이 가미된 백색의 광으로 출력된다. 이 경우, 형광체층(44)을 통해 출광되는 백색광의 연색지수(CRI)를 향상시키게 된다.

도 1 및 도 2의 반사층(42)의 형상을 형성하는 방법에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 이하에서는 적색 계열의 무기 안료 및 백색의 반사물질을 사용하여 반사층(42)을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 적색 계열의 소정 량의 무기 안료(세라믹 안료) 및 점도를 고려한 백색 수지 성분의 소정 량의 액상 물질(예컨대, 표 1의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 첨가한 백색의 반사물질)을 혼합하여 전극(34)의 주변에 디스펜싱한다. 그에 따라, 디스펜싱된 혼합 원료는 서서히 옆으로 퍼지면서 도 1 및 도 2에서와 같이 전극(34)의 외측면과 캐비티의 내측벽에 연접된다. 그에 따라, 디스펜싱된 혼합 원료는 도 1 및 도 2에서와 같이 내향되게 라운드진 형태로 되고, 어느 정도의 시간이 경과함에 따라 겔(gel)상태의 반사층(42)으로 된다. 이 경우, 반사층(42)은 캐비티(32)의 내측벽에 닿아 있으면서 바닥면을 완전히 덮게 된다. 반사층(42)의 점도와 투입량을 조절하면 표면 장력에 의해 도 1 및 도 2에서와 같이 자연스럽게 내향되게 라운드진 형태로 충분히 된다. 제품 사이즈에 따라 반사층(42)을 구성하는 재료의 점도 및 투입량 등은 변해야 된다.

이후, 반사층(42)을 기판(30)과 잘 결합되도록 대략 170도의 온도에서 대략 2시간 정도 큐어링을 실시한다. 큐어링에 의해 반사층(42)과 기판(30)은 단단히 결합된다.

한편, 도 1 및 도 2의 경우, 발광소자(40)가 탑재되는 전극(34)에 의해 반사층(42)의 라운드지는 경계가 확실하게 되는 효과가 있다. 전극(34)의 사이즈를 가변시키게 되면 반사층(42)의 충전 영역 및 반사층(42)의 곡률을 조절할 수 있게 되고, 지향각의 조절이 가능하게 된다. 특히, 반사율이 좋은 백색의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌) 등을 적색 계열의 세라믹 안료와 혼합시켜 반사층(42)으로 만듬으로써 가시광선 영역에서의 광 흡수가 거의 없게 될 뿐만 아니라 반사층(42)에서 반사되는 광에 적색 빛이 가미되게 한다. 즉, 도 1 및 도 2의 엘이디 패키지는 광 흡수도가 적은 반사층(42)의 라운드진 영역에서의 반사율이 우수하여 형광체층(44)을 통해 출광하는 백색광에 약간의 적색 빛을 가미시킨다. 이로 인해 형광체층(44)을 통해 출광되는 백색광의 연색지수가 높아지게 된다. 반사층(42)에 대한 상기의 설명은 이하의 변형예 등에 그대로 적용된다.

이상에서는 적색 계열의 무기 안료 및 백색의 반사물질을 사용하여 반사층(42)을 형성하는 방법에 대해 설명하였으나, 적색 계열의 소정 량의 무기 안료 (세라믹 안료) 대신에 적색의 형광체를 사용하여도 된다. 이에 대해서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 후술할 적색의 형광체 및 백색의 반사물질을 혼합하여 반사층(42)을 형성하는 방법은 당업자라면 상술한 설명에 의해 충분히 이해가능하여 별도로 설명하지 않는다.

도 3 내지 도 5에서, I_F는 발광소자(LED칩)의 순방향 정격 전류이고, V_F는 발광소자(LED칩)의 순방향 정격 전압이다. Chrom x 및 Chrom y는 CIE 1941 기준의 색좌표 x, y이다. 시간의 흐름이 정지된 상태에서 반복되는 모양을 주기적으로 보이는 파동을 관찰했을 때 골과 골 사이의 거리를 파동에서는 파장(wavelength)이라고 한다. Peak Wave는 전류를 인가하여 측정된 LED 소오스의 광이 가장 센 곳(즉, 파장의 정점)을 의미하고, Dom Wave는 CIE diagram의 센터에서부터 전류를 인가하여 측정된 LED 소오스와의 연장선의 끝점이 맞닿는 곳을 의미한다. Color Tem은 색온도이고, Gen CRI는 색연색성(연색지수)이다. IV는 빛의 강도를 말하며 광원으로부터 어떤 방향으로 얼마만큼의 광량이 방출되는지를 나타낸다. TLF(Total Luninous Flux)는 광원으로부터 방출되어 눈에 감지되는 광선의 총 출력량(광량)이다. Efficacy는 광원으로부터 방출되어 눈에 감지되는 광선의 총 출력량을 인가되는 전압과 전류로 나눈 값이다. Efficieacy는 전류 인가시 빛으로 나오는 광원의 출력량을 인가되는 전압과 전류로 나눈 값이다. Efficieacy를 식으로 표현하면 "((I_F*V_F/1000))/빛으로 나온 출력량"이 된다.

도 3 내지 도 5의 데이터시트는 일반 엘이디 패키지(예컨대, 패키지 사이즈 가 3030인 경우)에 반사층(42)의 재료의 혼합비율을 달리하여 실험한 결과값을 예시한 것이다. 도 3 내지 도 5에는, 반사층(42)을 백색의 반사물질만으로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 98wt% + 적색의 형광체 2wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 96wt% + 적색의 형광체 4wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 94wt% + 적색의 형광체 6wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 92wt% + 적색의 형광체 8wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 90wt% + 적색의 형광체 10wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 80wt% + 적색의 형광체 20wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 70wt% + 적색의 형광체 30wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 60wt% + 적색의 형광체 40wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 40wt% + 적색의 형광체 60wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 20wt% + 적색의 형광체 80wt%로 한 경우, 반사층(42)을 백색의 반사물질 대비 적색의 형광체 100wt%(즉, 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 1 : 1의 비율)로 한 경우만을 나타내었다. 물론, 본 출원인은 상기에 예시한 경우만의 실험을 한 것이 아니라, 백색의 반사물질 1 ~ 99wt% + 적색의 형광체 1 ~ 99wt%로 하여 실험하였는데 그 중의 몇가지를 선별하여 도 3 내지 도 5에 나타낸 것이다. 그리고, 도 5에는 반사층(42)을 백색의 반사물질 대비 적색의 형광체 100wt%(즉, 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 1 : 1의 비율)로 한 경우가 나타나 있지만, 본 출원인은 백색의 반사물질 대비 적색의 형광체를 200wt%(즉, 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 1 : 2의 비율)로 한 경우까지 실험하여 보았다. 여기서, 적색의 형광체 1wt%는 정확히 1wt%만을 의미하는 것이 아니라, 1wt%보다는 적지만 약간의 적색의 형광체가 혼합되는 경우도 포함하는 것으로 보면 된다.

도 3 내지 도 5의 데이터시트를 근거로 한 도 6의 표를 보면서 연색지수와 광량의 변화를 설명한다. 반사층(42)을 백색의 반사물질만으로 한 경우의 연색지수(CRI) 72.3과 광선의 총 출력량(광량)(TLF) 30을 각각 100%라고 가정한다.

도 6 및 도 7에서 보듯이, 백색의 반사물질에 아주 약간의 적색의 형광체에서부터 아주 많은 양의 적색의 형광체를 혼합시키게 되면 반사층(42)을 백색의 반사물질만으로 한 경우에 비해 연색지수(CRI)가 높음을 알 수 있다. 일반적인 백색 LED의 연색지수는 70 ~ 80정도의 값을 나타내는데, 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 혼합시킨 경우의 엘이디 패키지는 상기의 수치를 만족시킬 뿐만 아니라 적색의 형광체의 소정의 혼합비율(예컨대, 6wt%의 경우)부터는 고연색성의 특징을 나타낸다. 고연색성은 연색지수가 높은 것을 의미하고, 본 발명의 명세서에서는 연색지수가 높다라는 것은 대략 78이상의 연색지수를 의미하는 것으로 한다. 물론, 연색지수가 높다라는 것의 기준치를 앞서 제시한 78보다 낮은 수치(예컨대, 75 정도) 또는 78보다 높은 수치(예컨대, 80 정도)로 하여도 무방하다.

한편, 도 6 및 도 7을 보면, 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 혼합시키게 되면 연색지수는 높아지지만, 적색의 형광체의 혼합비율이 높을수록 광량(TLF)이 저하됨을 알 수 있다.

따라서, 70 이상의 연색지수를 충족시키기 위해서는 반사층(42)을 앞서 열거한 모든 경우의 혼합비율로 하면 된다.

그러나, 백색의 반사물질만으로 반사층(42)을 형성시킨 경우 대비 광량 손실 량을 감안하고 고연색성(즉, 연색지수 78 이상)을 추구하고자 하면, 백색의 반사물질을 80 ~ 94wt%로 하고 적색의 형광체를 6 ~ 20wt%로 하여 혼합시킨 것이 가장 바람직하다(도 4의 4 ~ 6의 경우와 도 5의 7의 경우 참조). 즉, 적색의 형광체의 양을 20wt%보다 많게 하여도 연색지수는 높게 되지만 광량의 손실이 많게 된다. 또한, 적색의 형광체는 고가이므로 많은 양의 적색의 형광체를 사용할 경우에는 제조원가가 상승하는 불리함이 있다. 물론, 광량의 손실을 무시하고 고연색성을 추구하고자 할 경우에는 적색의 형광체의 양을 20wt%보다 많게 한 엘이디 패키지를 사용하여도 무방하다. 광량 손실의 부분에 대해서는 다른 방법으로 보완가능하리라 본다.

또한, 본 출원인은 엘이디 패키지의 사이즈에 따라 반사층(42)의 재료의 함량을 조절해야 높은 연색지수를 구현할 수 있음을 실험을 통해 파악할 수 있었다. 예를 들어, 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우, 3030사이즈의 엘이디 패키지는 적색의 형광체의 함량을 8 ~ 10wt%로 하고 백색의 반사물질을 90 ~ 92wt%로 하면 광량 손실이 적고 80이상의 연색지수(CRI)를 얻을 수 있었다. 5050사이즈의 엘이디 패키지는 적색의 형광체의 함량을 4 ~ 10wt%로 하고 백색의 반사물질을 90 ~ 96wt%로 하면 광량 손실이 적고 80이상의 연색지수(CRI)를 얻을 수 있었다.

그리고, 색온도에 따라 연색지수의 변화가 큼을 알 수 있었다. 즉, 색온도에 따라 반사층의 재료의 함량을 조절하면 원하는 연색지수를 구현할 수 있었다. 예를 들어, 3030 이하의 사이즈의 엘이디 패키지가 색온도 5000K ~ 6000K에서 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우에는 적색의 형광체의 함량을 대략 10wt%로 하면 된다. 3030 이하의 사이즈의 엘이디 패키지가 색온도 6000K ~ 7000K에서 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우에는 적색의 형광체의 함량을 대략 7 ~ 9wt%로 하면 된다. 3030 이하의 사이즈의 엘이디 패키지가 색온도 7000K ~ 8000K에서 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우에는 적색의 형광체의 함량을 대략 4 ~ 7wt%로 하면 된다. 4040 이상의 사이즈의 엘이디 패키지가 색온도 5000K ~ 6000K에서 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우에는 적색의 형광체의 함량을 대략 8wt%로 하면 된다. 4040 이하의 사이즈의 엘이디 패키지가 색온도 6000K ~ 7000K에서 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우에는 적색의 형광체의 함량을 대략 5 ~ 8wt%로 하면 된다. 4040 이하의 사이즈의 엘이디 패키지가 색온도 7000K ~ 8000K에서 80이상의 연색지수(CRI)를 얻고자 할 경우에는 적색의 형광체의 함량을 대략 3 ~ 5wt%로 하면 된다.

특히 도 7을 보면, 적색의 형광체의 함량을 어느 정도 이상으로 하면 연색지수 80 이상을 얻을 수 있지만, 적색의 형광체의 함량이 많을수록 광량의 손실이 많아짐을 알 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 의해 완성된 엘이디 패키지에서의 적색의 형광체의 함량은 사용목적 등에 따라 선택적으로 채용된다.

도 8은 도 2의 변형예를 나타낸 도면으로서, 도 1의 A-A선의 단면도로 이해하면 된다.

도 2에서는 전극(34)의 상면은 노출되고 전극(36)이 반사층(42)에 의해 완전히 덮히는 것으로 하였는데, 도 8에서는 전극(34) 및 전극(36)의 상면이 노출되는 것으로 하였다.

도 8에서와 같이 전극(34) 및 전극(36)의 상면이 모두 노출되게 하는 것은 반사층(42)의 재료의 함량을 조절하면 충분히 가능하다.

도 2와 도 8을 비교하여 보면, 도 2의 엘이디 패키지가 도 8의 엘이디 패키지에 비해 광효율이 우수하고 원하는 지향각을 얻기가 쉽다. 도 2의 엘이디 패키지는 반사층(42)이 전극(34)의 상면만을 노출시켰기 때문에 도 8의 엘이디 패키지에 비해 광도(Cd) 및 총광량(TLF; Total Luminous Flux)이 보다 우수하다. 또한, 도 2의 엘이디 패키지는 전극(34)을 중심으로 좌우 대칭되는 곡률을 형성할 수 있게 되어 도 3의 엘이디 패키지에 비해 원하는 지향각을 얻기가 쉽다.

한편, 도 2의 엘이디 패키지는 발광소자(40)의 실장 및 와이어(38)의 본딩을 실시한 후에 반사층(42)을 형성시키는 구조이므로, 완제품을 생산하여 판매해야 된다. 그러나, 도 8의 엘이디 패키지는 전극(34, 36)의 상면이 노출되게 반사층(42)을 형성시킨 이후에 발광소자(40)의 실장 및 와이어(38)의 본딩을 하여도 무방하므로, 발광소자(40)의 실장 전에 불량 검수(예컨대, 전극의 형성이 제대로 되었는지, 반사층(42)의 형성이 제대로 되었는지 등의 검수)를 할 수 있게 된다. 또한, 도 8의 엘이디 패키지의 경우 발광소자(40)와 와이어(38) 및 형광체층(44)을 제외한 상태로도 판매가 충분히 가능하다는 효과가 있다.

그리고, 도면으로 제시하지 않았지만, 반사층(42)을 평탄하게 형성시킬 수도 있다. 즉, 캐비티(32)의 저면에 형성된 전극(34, 36)을 제외한 영역에 반사층(42)을 평탄하게 형성하여도 된다. 물론, 이와 같이 하면 앞서의 도 2 및 도 8에 비해 광효율이 다소 떨어질 수 있으나, 반사층(42)이 형성되지 않은 캐비티(32)의 내측벽에는 반사층(42)을 도금하면 된다. 반사층(42)을 평탄하게 형성시킬 경우 본 발명의 특허청구범위의 청구항 3,4에 기재된 발광소자가 실장되는 영역이라 함은 발광소자(40)가 실제적으로 실장되는 전극(예컨대, 34)의 상면을 의미하지만, 보다 넓게는 전극(34, 36)의 상면 전체로 보아도 무방하다.

반사층(42)을 평탄하게 형성하는 방법으로는 마스크를 이용한 스크린 인쇄방법 또는 마스크를 이용한 스프레이 방법 또는 스퍼터링 장비를 이용한 스퍼터링 방법 등이 이용된다. 스퍼터링 방법의 경우 스퍼터링 장비가 전극(34, 36)의 형성 위치를 인식할 수 있으므로 전극(34, 36)의 패턴만을 남겨두고 반사층(42)의 재료를 기판(30)상에 스퍼터링하게 되어 마스크를 이용할 필요가 없다.

앞서의 실시예들의 설명에서는 엘이디 패키지에 하나의 발광소자(40)를 탑재시키는 것으로 하였으나, 두 개 이상의 칩 형태의 발광소자를 탑재(실장)시켜야 할 경우에도 충분히 적용가능한 구성일 뿐만 아니라 그 효과가 더욱 커지게 된다.

그리고, 상술한 본 발명의 실시예의 적색 계열의 무기 안료 대신에 적색 계 열의 유기 안료를 채용하는 것을 고려해 볼 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지의 사시도이다.

도 2는 도 1의 A-A선의 단면도이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지의 반사층의 재료의 혼합비율을 가변시켜 실험한 데이터시트이다.

도 6은 도 3 내지 도 5의 데이터시트상의 적색의 형광체 혼합비율에 따른 연색지수 및 광량의 변화를 나타낸 표이다.

도 7은 도 6의 표에 근거하여 적색의 형광체 혼합비율에 따른 연색지수 및 광량의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 8은 도 2의 변형예를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

30 : 기판 32 : 캐비티

34, 36 : 전극 38 : 와이어

40 : 발광소자 42 : 반사층

44 : 형광체층

Claims (14)

1. 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판;

   상기 캐비티의 내측벽 및 저면을 덮도록 상기 캐비티에 형성되되, 상기 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및

   상기 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 상기 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고,

   상기 반사층은 백색의 반사물질과 적색 계열의 무기 안료를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
2. 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판;

   상기 캐비티의 내측벽 및 저면을 덮도록 상기 캐비티에 형성되되, 상기 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및

   상기 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 상기 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고,

   상기 반사층은 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
3. 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판;

   상기 캐비티의 저면을 덮도록 상기 캐비티에 형성되되, 상기 발광소자가 실 장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및

   상기 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 상기 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고,

   상기 반사층은 백색의 반사물질과 적색 계열의 무기 안료를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
4. 발광소자가 실장되는 영역이 형성된 캐비티를 갖춘 기판;

   상기 캐비티의 저면을 덮도록 상기 캐비티에 형성되되, 상기 발광소자가 실장되는 영역을 제외한 부분에 형성된 반사층; 및

   상기 발광소자에서의 광을 백색의 광으로 출광시키기 위해 상기 캐비티에 충전된 형광체층을 포함하고,

   상기 반사층은 백색의 반사물질과 적색의 형광체를 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 반사층은 내향되게 라운드진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,

   상기 반사층은 평탄하게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
7. 청구항 1 내지 청구항 4중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 발광소자의 출광색은 청색이고,

   상기 형광체층은 노란색의 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
8. 청구항 1 내지 청구항 4중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 백색의 반사물질은 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
9. 청구항 1 내지 청구항 4중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 백색의 반사물질은 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone), ZnS, BaSO₄, SiO₂, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)중에서 적어도 하나를 주재료로 포함하되 상기 주재료를 5 ~ 60wt%으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 백색의 반사물질은 실리콘 수지를 상기 백색의 반사물질 전체 중 5 ~ 30wt%로 하고 에폭시 수지를 상기 백색의 반사물질 전체 중 20 ~ 65wt%로 한 부재료를 상기 주재료와 함께 사용한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
11. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

    상기 무기 안료는 Zn-Al-Cr-Fe계, 망간 핑크, 크롬-알루미나 핑크, 크롬-주석 핑크, 새먼 핑크, 크롬-주석 라이락, 파이어 레드 중에서 어느 하나의 세라믹 안료인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
12. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,

    상기 반사층은,

    상기 백색의 반사물질을 1 ~ 99wt%로 하고, 상기 적색의 형광체를 1 ~ 99wt%로 하여 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 반사층은,

    상기 백색의 반사물질을 80 ~ 94wt%로 하고, 상기 적색의 형광체를 6 ~ 20wt%로 하여 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
14. 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,

    상기 반사층은,

    상기 적색의 형광체를 상기 백색의 반사물질 대비 100 ~ 200wt%로 한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.

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