KR101156856B1 - 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지 - Google Patents

방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지 Download PDF

Info

Publication number
KR101156856B1
KR101156856B1 KR1020100090907A KR20100090907A KR101156856B1 KR 101156856 B1 KR101156856 B1 KR 101156856B1 KR 1020100090907 A KR1020100090907 A KR 1020100090907A KR 20100090907 A KR20100090907 A KR 20100090907A KR 101156856 B1 KR101156856 B1 KR 101156856B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
led chip
chip package
substrate
vertical type
type led
Prior art date
Application number
KR1020100090907A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120029070A (ko
Inventor
문철희
Original Assignee
호서대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 호서대학교 산학협력단 filed Critical 호서대학교 산학협력단
Priority to KR1020100090907A priority Critical patent/KR101156856B1/ko
Publication of KR20120029070A publication Critical patent/KR20120029070A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101156856B1 publication Critical patent/KR101156856B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

본 발명은 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지에 관한 것이다. 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 엘이디 칩과 기판 사이에 전기전도 통로와는 별개로 열전도 통로를 추가적으로 설치함으로써 방열특성을 향상시킬 수 있다. 엘이디 칩 패키지의 방열특성이 향상됨으로 인하여 휘도 향상, 수명 연장, 신뢰도 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

Description

방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지{A VERTICAL TYPE LED CHIP PACKAGE WITH A GOOD HEAT SINKING PERFORMANCE}
본 발명은 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 엘이디 칩과 기판 사이의 전기적 연결과는 별개로 방열용 연결을 가지는 구조의 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지에 관한 것이다.
도 1은 엘이디 칩 패키지의 유형에 대한 구조를 개략적으로 나타내고 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 엘이디 칩 패키지는 플립 칩 타입(Flip Chip Type), 버티컬 타입(Vertical Type), 일반 타입(Normal Type)이 있다.
도 1(a)는 플립칩 타입의 엘이디 칩 패키지를 나타내는 도면으로서, 플립칩 타입의 경우 엘이디 칩 하부에 (+)(-) 전극이 모두 있다. 엘이디 칩의 전극과 기판의 전극이 직접 접촉함으로써 엘이디 칩과 기판 사이에는 전기적 연결 및 열적 연결이 모두 이루어진다. 따라서 TIM (Thermal Interface Material)이 필요하지 않다.
도 1(b)는 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 구조를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 엘이디 칩 하부와 기판은 전기전도성이 있는 필러가 함유된 접착제를 이용하여 부착 연결된다. 전기전도성 필러가 함유된 접착재가 엘이디 칩과 기판 사이의 전기적 연결 및 열적 연결까지 담당하는 것이다. 엘이디 칩 상부의 (-) 전극은 와이어 본딩에 의하여 기판의 전극과 연결된다.
도 1(c)는 일반 타입의 엘이디 칩 패키지의 구조를 나타내는 도면이다. 일반 타입의 경우 엘이디 칩의 상부에 (+)(-) 전극이 모두 있고 이 전극은 와이어 본딩에 의하여 기판의 전극에 전기적으로 연결된다. 엘이디 칩과 기판 사이의 열적 연결은 전기전도성이 없는 일반 방열물질이 사용된다.
도 2는 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 구조를 자세히 나타낸 것이다. 엘이디 칩 하부의 (+) 전극은 TIM 을 매개로 하여 기판에 연결되며, TIM은 전기적 연결, 열적 연결, 기계적 연결(기판과의 접착)을 모두 담당하게 된다. 따라서 TIM은 전기적, 열적, 기계적 특성을 모두 만족시킬 수 있는 물질이어야 하는데, 바로 이러한 점에서 열적 특성이 더욱 우수할 것을 요구하는 고출력 엘이디 칩 패키지에 적용하는 경우에는 열적특성 (방열특성)이 부족하다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 고출력 엘이디 칩 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지를 제공하기 위하여,
버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지에 있어서 엘이디 칩의 하부면과 기판의 상부면을 연결하는 연결부는, 상기 엘이디 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 전기전도 통로 및 상기 엘이디 칩에서 발생하는 열을 상기 기판으로 전달하는 열전도 통로가 분리되어 형성되어 있는 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지를 개시한다.
또한, 전기전도 통로는, 전기전도성 재료가 함유된 수지를 이용하여 제조된 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지를 개시한다.
또한, 열전도 통로는, 열전도성 폴리머를 재료로 이용하여 제조된 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지를 개시한다.
또한, 연결부는, 전기전도성 재료가 함유된 수지를 이용하여 제조된 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지를 개시한다.
또한, 기판은, 세라믹 기판인 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지를 개시한다.
엘이디 칩에서 발생한 열을 기판으로 전달함에 있어서, 엘이디 칩과 기판 사이에 기존의 전기적 연결 통로와는 별개의 열전도 통로를 구축함으로써, 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 방열특성을 향상시킬 수 있고, 결국 엘이디 칩 패키지의 휘도 향상, 수명 연장, 신뢰도 향상된 엘이디 칩 패키지를 얻을 수 있다.
도 1은 엘이디 칩 패키지의 타입에 대한 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 구조를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기의 설명은 본 발명의 구체적 일례에 대한 것이므로, 비록 단정적 한정적 표현이 있더라도 이는 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지에 있어서 엘이디 칩(1)의 하부면과 기판(2,4)의 상부면을 연결하는 연결부(5)는, 상기 엘이디 칩(1)과 상기 기판(2,4)을 전기적으로 연결하는 전기전도 통로(5a) 및 상기 엘이디 칩(1)에서 발생하는 열을 상기 기판(2,4)으로 전달하는 열전도 통로(5b)가 분리되어 있다. 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지의 방열 특성을 향상시키기 위하여 전기전도 통로(5a)와 열전도 통로(5b)를 분리하여 설치한 것이다.
엘이디 소자는 얼마 전까지만 해도 주로 인디케이터 용도(표시 용도)로 사용됐고 고(高)방열을 필요로 하지 않기 때문에 엘이디를 탑재하는 기판(2,4)으로는 수지계 기판이 사용되어 왔다. 하지만 엘이디의 고(高)휘도화, 고(高)효율화 특히 청색 엘이디 소자가 현저히 개량되고, 조명 용도로 사용되는 파워 엘이디의 경우에는 발광효율이 20～30%로 낮고 또한 칩 사이즈가 작기 때문에 전체적인 소비전력이 낮음에도 불구하고 단위 면적당 발열량은 매우 크다. 이러한 점 때문에 메탈 베이스 기판 및 세라믹 기판을 비롯한 고(高)방열성 기판이 파워 엘이디용 기판으로서 주목받았다.
메탈 베이스계 기판은 리지드(Rigid)계 기판과 플렉시블(Flexible)계 기판으로 크게 나뉜다. 리지드계 기판은 예전부터 사용된 메탈 베이스 기판으로 메탈 베이스 두께는 주로 1 mm 이상이고 엘이디 램프 모듈 및 조명 모듈 용도로 사용되고 있다. 플렉시블계 기판은 카 내비게이션 등 중형 엘시디(LCD) 패널의 백라이트와 같은 박형화 및 하이파워 소자의 3차원 실장을 실현하기 위해 알루미늄 베이스의 박판화에 더하여 유연성을 부가한 기판으로 유연성을 갖는다.
특히 세라믹 기판은 열전도도가 높고 절연 성능이 우수하며 강도가 높기 때문에 고출력 엘이디 패키지의 기판으로 주로 사용된다. 또한 실리콘(Si), 갈륨나이트라이드(GaN), 갈륨아세나이드(GaAs) 등의 반도체와 열팽창계수의 값이 비슷하기 때문에 빈번한 온오프에도 불구하고 영향을 받지 않는다는 장점도 있다. 예를 들어 세라믹 기판의 재료로 사용되는 것에는 알루미늄 나이트라이드(AlN), 실리콘 나이트라이드(SiN) 등이 있다. 또한 세라믹 기판은 열적 안정성이 높기 때문에 장시간 사용하는 경우에도 열화가 발생되지 않아 신뢰성이 높고 수명이 길다. 또한 납이나 할로겐 원소를 함유하지 않기 때문에 친환경적이라는 장점도 가진다.
엘이디(LED, Light Emitting Diode)(1)는 3족-5족, 2족-6족 불순물을 도핑한 화합물 반도체로서, 예를 들면 갈륨아세나이드(GaAs), 알루미늄갈륨아세나이드(AlGaAs), 갈륨나이트라이드(GaN), 인듐갈륨나이트라이드(InGaN) 등을 들 수 있다. 엘이디에 전류를 걸면 N층에 주입된 전자와 P층의 정공이 결합 및 재결합하면서 에너지를 빛의 형태로 발산하게 된다. GaAsP를 이용한 적색 엘이디, GaP를 이용한 녹색 엘이디, InGaN/AlGaN 이중접합 구조를 이용한 청색 엘이디, RGB의 조합 또는 청색 엘이디에 형광체를 도포한 백색 엘이디 등이 있다.
그런데, 열방출 통로의 열전도도가 낮거나 또는 열방출 통로의 폭이 협소함으로 인하여 엘이디 칩(1)에서 발생되는 열이 외부로 제대로 방출되지 않는 경우, 엘이디 칩(1) 내에는 열적인 피로(thermal fatigue)가 누적되어 엘이디 칩(1)의 온도가 상승하게 되고, 엘이디 칩(1)의 온도 상승으로 인하여 엘이디 칩의 격자 산란(lattice scattering)이 증가하게 되어 전자의 이동도(mobility)가 감소하는 동시에 전자와 정공과의 결합 또는 재결합이 감소하게 된다. 결국 광출력의 저하를 초래하게 되는 것이다. 따라서 고출력 엘이디의 고수명 고신뢰성을 확보하기 위하여는 무엇보다도 방열특성을 향상시키는 것이 중요하다.
엘이디 칩(1)의 하부면과 기판(2,4)의 상부면을 연결하는 연결부(5)는, 엘이디 칩(1)과 기판(2) 사이를 전기적으로 연결하는 전기전도 통로(5a) 외에 별도로 엘이디 칩(1)에서 발생하는 열을 기판(2,4)으로 전달하는 열전도 통로(5b)를 가진다. 전기전도 통로(5a)를 통하여서도 열이 전도되지만, 엘이디 칩 패키지의 방열특성 향상을 위하여 별도의 열전도 통로(5b)를 구비한다는 점이 특징이다.
열전도 통로(5a)와 전기전도 통로(5b)는 물리적 구조적으로 분리되어 있을 수 있고(예를 들면 2개의 기둥으로 형성될 수도 있다. 하지만 개수나 형상을 한정할 필요는 없다), 또는 기능적으로 분리되어 있을 수도 있다(예를 들면 외관상으로는 하나의 기둥이지만 그 내부에서는 전기전도 통로와 열전도 통로가 별개로 형성되어 있을 수도 있다).
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 칩 패키지의 구조에 대한 개략도이다. 엘이디 칩(1)과 기판(2,4)을 연결하는 연결부(5)는 두 부분(5a,5b)으로 분리되어 있다. 한 부분(5a)은 기판(2,4)과 엘이디 칩(1)을 전기적으로 연결하는 전기전도 통로(5a)이며, 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등 전도성 금속의 분말이 함유된 페이스트를 이용하여 제조된다.
다른 한 부분(5b)은 엘이디 칩(1)에서 발생한 열을 기판(2,4)의 방열판에 전달하는 열전도 통로(5b)이며 동시에 엘이디 칩(1)과 기판(2,4)을 기계적으로 연결하기도 한다. 이 열전도 통로(5b)는 기판(2,4)과의 접착력이 우수한 열전도성 폴리머를 이용하여 제조된다.
열전도성 폴리머는 일반적으로 열전도성 충전제가 첨가된 고무 또는 수지 등을 말하지만 고무 또는 수지 자체가 열전도성을 가져도 무방하다. 예를 들어 실리콘 폴리머와 열전도성 충전제를 함유하는 조성물 등을 들 수 있다. 상기 열전도성 충전제로서는 열전도성을 부여할 수 있는 것이면 특별히 한정은 없고 예를 들어 산화알루미늄(알루미나), 질화붕소, 질화알루미늄, 산화아연, 산화마그네슘, 탄화규소, 석영, 수산화알루미늄 등을 들 수 있고 단독 또는 2 이상 병용할 수 있다. 실리콘 폴리머와 열전도성 충전제를 함유하는 조성물에는 경화제, 연하제, 표면처리제 등을 적절하게 첨가될 수도 있다. 경화제로서는 특별히 한정은 없고 실리콘 폴리머의 종류, 가황방법 등에 따라 적절하게 선택된다.
<실시예 1>
금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu)를 재료로 한 지름이 5 ~ 50㎛인 구형의 볼이 혼합된 에폭시 페이스트를 재료로 하여 원기둥 형상으로 만들어 전기전도 통로(5a)를 형성하고, 열전도성 폴리머를 재료로 하여 원기둥 형상으로 만들어 열전도도 통로(5b)를 형성하였다. 외관상 전기전도 통로(5a)와 열전도 통로(5b)는 구별된다.
<실시예 2>
금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu)를 재료로 한 지름이 5 ~ 50㎛인 구형의 볼이 혼합된 에폭시 페이스트를 코팅한 후 가열 압착하여 엘이디 칩과 기판을 연결하였다. 외관상 전기전도 통로와 열전도 통로는 구별되지 않는다.
<실시예 3>
금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu)를 재료로 한 지름이 5 ~ 50㎛인 구형의 볼이 혼합된 에폭시를 테이프 형태로 라미네이팅하고 이를 가열 압착하여 엘이디 칩과 기판을 연결하였다. 외관상 전기전도 통로와 열전도 통로는 구별되지 않는다.
실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 경우 엘이디 칩(1)과 기판(2,4) 사이에 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu)의 볼(ball)은 전기전도성을 가지며 이러한 볼들이 연속적으로 배열되어 전기전도 통로(5a)가 형성되며 이를 통하여 엘이디 칩과 기판 사이에는 전기적인 연결이 이루어진다.
또한 실시예 1의 열전도성 폴리머, 실시예 2 및 실시예 3의 에폭시 수지 부분은 엘이디 칩(1)과 기판(2,4) 사이의 열적 연결 및 기계적 연결(접착 특성)을 담당한다.
1: 엘이디 칩
2: 기판
3: 형광체
4: 기판(세라믹)
5 : 엘이디 칩과 기판을 연결하는 연결부
5a : 전기전도 통로
5b : 열전도 통로

Claims (5)

  1. 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지에 있어서,
    엘이디 칩의 하부면과 기판의 상부면을 연결하는 연결부는,
    상기 엘이디 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 전기전도 통로, 및 상기 엘이디 칩에서 발생하는 열을 상기 기판으로 전달하는 열전도 통로,가 분리되어 형성되어 있는 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기전도 통로는, 전기전도성 재료가 함유된 수지를 이용하여 제조된 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전도 통로는, 열전도성 폴리머를 재료로 이용하여 제조된 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 세라믹 기판인 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지.
KR1020100090907A 2010-09-16 2010-09-16 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지 KR101156856B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100090907A KR101156856B1 (ko) 2010-09-16 2010-09-16 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100090907A KR101156856B1 (ko) 2010-09-16 2010-09-16 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120029070A KR20120029070A (ko) 2012-03-26
KR101156856B1 true KR101156856B1 (ko) 2012-06-20

Family

ID=46133630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100090907A KR101156856B1 (ko) 2010-09-16 2010-09-16 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101156856B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004088760A2 (en) * 2003-03-28 2004-10-14 Gelcore Llc Led power package
KR100592508B1 (ko) 2005-07-15 2006-06-26 한국광기술원 비콘 모양의 기판을 구비한 고출력 발광 다이오드 패키지

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004088760A2 (en) * 2003-03-28 2004-10-14 Gelcore Llc Led power package
KR100592508B1 (ko) 2005-07-15 2006-06-26 한국광기술원 비콘 모양의 기판을 구비한 고출력 발광 다이오드 패키지

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120029070A (ko) 2012-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9966504B2 (en) Light emitting device and method for manufacturing the same
US7872418B2 (en) Light emitting device and method for manufacturing the same
CN102484190B (zh) 具有增大特征尺寸的led封装
TWI608637B (zh) 發光裝置及其製造方法
US10431567B2 (en) White ceramic LED package
US8791471B2 (en) Multi-chip light emitting diode modules
JP4204058B2 (ja) Ｌｅｄ照明器具
JP5209910B2 (ja) Ｌｅｄ照明器具
US20110175512A1 (en) Light emitting diode and light source module having same
JP2008235824A5 (ko)
US20110037083A1 (en) Led package with contrasting face
TW200807740A (en) A light emitting device
JP2007066939A (ja) 半導体発光装置
US20110175511A1 (en) Light emitting diode and light source module having same
TWI538264B (zh) 發光裝置
KR20170043126A (ko) 색좌표와 열전도성이 향상된 고출력 led 패키지 및 그 제조방법.
KR100954858B1 (ko) 고휘도 엘이디 패키지 및 그 제조 방법
KR101156856B1 (ko) 방열특성이 우수한 버티컬 타입의 엘이디 칩 패키지
JP2014026995A (ja) 発光装置及び照明装置
KR101095166B1 (ko) 엘이디 패키지 제조방법
JP2008263235A (ja) 表面実装型発光装置の製造方法
JP2011090972A (ja) 発光装置及び照明装置
TWI389359B (zh) 固態發光元件及光源模組
KR101507132B1 (ko) 발광 소자
JP2013168542A (ja) 発光ダイオード

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150602

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160603

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170601

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180628

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190710

Year of fee payment: 8