KR101164971B1 - 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 비아홀이 형성된 절연필름; 상기 절연필름 하면에 형성된 회로패턴층; 및 상기 비아홀에 의해 노출된 회로패턴층 상면에 실장되며, 상기 회로패턴층과 전기적으로 연결된 광소자를 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이에 의해 광소자가 절연 필름 하부의 회로패턴층에 직접 실장될 수 있어 열방출 효과를 개선한다. 또한, 절연층을 필름형태로 구성함으로써, 롤 투 롤 공정에 적합하고, 특히, 세라믹 파우더가 함유된 절연필름을 사용할 경우, 기존의 폴리이미드 재질의 절연층에 비해 열 충격에 비해 안정적인 광소자 패키지를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 광소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열 방출 효과와 롤 투 롤 공정에 적합하며, 격벽에 의한 반사율을 증가시키고, 외부 열 충격에 강한 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자이다. LED (Light Emitting Diode, 엘이디) 라고도 불린다. 발광 원리는 전계 발광 효과를 이용하고 있다. 또한, 수명도 백열전구보다 상당히 길다. 발광색은 사용되는 재료에 따라서 다르며 자외선 영역에서 가시광선, 적외선 영역까지 발광하는 것을 제조할 수 있다. 일리노이 대학의 닉 호로니악이 1962년에 최초로 개발하였다. 또한, 오늘날까지 여러 가지 용도로 사용되었으며 향후 형광등이나 전구를 대체할 광원으로 기대되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 발광 소자 패키지의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 발광 소자 패키지는 빛을 발광하는 발광소자, 예를 들어, LED 웨이퍼와 같은 발광소자 (150)를 발광소자용 기판(PCB, L/F, Ceramic 등)용인 절연기판 (110) 위에 다이본딩하여 실장하고, 패키지가 부착될 부분과 전기적으로 연결하기 위해 와이어 (160)를 이용하여 제 1도전층 (120), 제 3도전층 (140), 제 2도전층 (130)으로 전기적으로 연결된다. 그리고 LED의 효율을 증가시키기 위해, 형광체를 포함하고 있는 에폭시 또는 글라스를 도포하여 발광소자 패키지를 몰딩부 (170)로 몰딩한다.
한편, 이러한 종래 기술에 따른 발광소자 패키지는 발광소자를 절연재료로 구성된 절연기판 (110) 상에 실장하기 때문에, 발광소자에서 방출되는 열이 절연 재료를 통해 외부로 방출되기가 어렵다. 특히 절연재료로서 일반적으로 사용하는 폴리이미드는 열 저항이 높아 최근에 급증하고 있는 고성능 조명용 LED 등에 사용할 경우, 열 충격에 의해 와이어가 끊어지거나, LED 소자의 실장부분이 이탈되는 등의 불량이 발생할 위험이 크다.
또한, 발광소자용 기판 (110)은 그 두께와 경도로 인해 롤 투 롤 (Roll to Roll) 공정을 사용하기에 적합하지 않아 제조 비용을 감소시키는 데 한계가 있다. 더욱이, 발광소자에서 방출된 빛이 전부 상부로 진행하지 못하고, 상당량이 측면으로 빠져나가 광 손실이 발생한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 열 방출의 효율을 개선하고 고성능 발광소자로 인한 외부의 열 충격에 강하며, 측면으로의 광 손실을 감소시키고, 롤 투 롤 공정에 적합한 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지는 비아홀이 형성된 절연필름; 상기 절연필름상에 형성된 세라믹 입자층; 상기 절연필름 하면에 형성된 회로패턴층; 및 상기 비아홀에 의해 노출된 회로패턴층 상면에 실장되며, 상기 회로패턴층과 전기적으로 연결된 광소자를 포함한다.
여기서, 상기 세라믹 입자층은 에폭시 및 실리콘 중 하나 이상으로 구성된 코팅층에 매립되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필름 타입의 광소자 패키지는, 상기 광소자를 매립하며 형광물질을 함유하는 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필름 타입의 광소자 패키지는, 상기 세라믹 입자층 또는 코팅층상에 형성된 화이트 솔더 레지스트층을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 회로패턴층의 표면은 은 (Ag)으로 도금될 수 있다.
또한, 필름 타입의 광소자 패키지는, 상기 광소자의 양극 및 음극을 상기 비아홀을 통해 상기 회로패턴층의 양극 및 음극으로 전기적으로 연결하는 와이어를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법은, (a) 상면에 세라믹 입자층이 형성된 절연필름에 비아홀을 형성하는 단계; (b) 상기 절연필름의 하면에 금속층을 형성하는 단계; (c) 상기 금속층을 양극과 음극으로 분리하여 회로패턴층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 비아홀에 의해 노출된 회로패턴층의 상면에 광소자를 전기적으로 연결되도록 실장하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 (a) 단계의 세라믹 입자층은, 절연필름상에 에폭시 및 실리콘 중 하나 이상을 코팅하여 코팅층을 형성하고, 상기 코팅층에 세라믹 입자를 첨가하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계는, 상기 절연필름 하면에 접착물질을 도포하여 금속층을 접착하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, 광소자를 노출된 회로패턴층의 상면에 실장하고, 상기 광소자의 양극 및 음극을 상기 노출된 회로패턴층의 양극 및 음극에 와이어 본딩하는 단계일 수 있다.
그리고 상기 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법은, 상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에, (1) 상기 회로패턴층 표면을 은 (Ag)으로 도금하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 (1) 단계와 (d) 단계 사이에, (2) 상기 세라믹입자층 또는 코팅층 상에 화이트 솔더 레지스트층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법은, (e) 상기 발광소자를 매립하도록 형광체를 함유하는 레진을 상기 솔더 제리스트층을 격벽으로 하여 과 도포하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 의해, 광소자가 절연 필름 하부의 회로패턴층에 직접 실장될 수 있어 열방출 효과를 개선한다. 또한, 절연층을 필름형태로 구성함으로써, 롤 투 롤 공정에 적합하고, 특히, 세라믹 입자층을 절연층상에 형성함으로써, 격벽의 반사율을 증가시키고, 기존의 폴리이미드 재질의 절연층만을 사용하는 것에 비해 열 충격에 강한 광소자 패키지를 제조할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 발광 소자 패키지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지의 하면도 및 상면도.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 공정의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지의 하면도 및 상면도.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 공정의 단면도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 필름 타입의 광소자 패키지 및 그 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 필름 타입의 광소자 패키지는 비아홀 (10)이 형성된 절연필름 (210), 상기 절연필름 (210)상에 형성된 코팅층 (250), 상기 절연필름 (210) 하면에 형성된 회로패턴층 (235), 및 상기 비아홀 (10)에 의해 노출된 회로패턴층 (235)의 상면에 실장되며, 상기 회로패턴층 (235)과 전기적으로 연결된 발광소자 (150)를 포함한다. 구체적으로는, 절연필름 (210)과 회로패턴층 (235)은 접착층 (220)에 의해 부착되며, 회로패턴층 (235)은 양극 (235a) 및 음극 (235b)으로 구분된다. 이러한 양극 (235a)과 음극 (235b)은 이격부 (20)에 의해 전기적으로 분리된다. 절연필름 (210)에는 비아홀 (10)이 형성되고, 이러한 비아홀 (10)에 의해 회로패턴층 (235)의 상면 중 일부가 노출된다. 또한, 발광소자 (150)는 비아홀 (10)을 통해 노출된 회로패턴층 (235)의 상면 중 일부에 실장된다. 본 도면에서는 발광소자 (150)가 회로패턴층 (235) 중 양극 (235a)에 실장되는 것으로 도시되었지만, 비아홀 (10) 및 이격부 (20)의 위치를 조절함으로써 음극 (235b)에 실장할 수 있음은 자명하다. 발광소자 (150)에 형성된 양극 및 음극은 와이어 (160)를 사용하여 비아홀 (10)을 통해 회로패턴층 (235)의 양극 (235a) 및 음극 (235b)에 각각 전기적으로 연결된다.
또한, 회로패턴층 (235)은 전기 전도도와 비용면에서 적합한 재료인 구리 (Cu)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 회로패턴층 (235)은 발광소자 (150) 및 와이어 (160) 본딩을 위해 이격부 (20)를 포함한 표면에 은 (Ag)을 도금하는 표면처리를 하는 것이 바람직하다. 또한, 코팅층 (250) 상에는 화이트 솔더 레지스트층 (240)이 형성된다. 이 화이트 솔더 레지스트층 (240)은 발광소자 (150)에서 발광된 빛을 반사할 수 있는 반사기 역할과 몰딩부 (170)를 형성하는 경우, 몰딩부 (170)의 테두리를 고정시키는 격벽역할을 수행한다. 몰딩부 (170)는 형광 물질과 레진을 포함하며, 발광소자로서 LED를 사용하는 경우 LED 용 형광물질로서 이트륨과 산화 알루미늄의 합성 가닛 (YAG; yttrium aluminum garnet)이 주로 사용된다.
여기서, 코팅층은 에폭시 (Epoxy) 및 실리콘 (Si) 중 하나 이상의 물질로 코팅되는 것이 바람직하다. 또한, 코팅층 (250) 내부에는 세라믹 입자 (30)가 함유되어 있다. 한편, 본 도면에서는 세라믹 입자 (30)가 코팅층 (250) 내부에 함유되어 있는 것으로 도시되었지만, 다른 실시형태로서, 코팅층 (250) 없이 세라믹 입자로 구성된 층 (이하 세라믹 입자층이라 지칭함)을 절연층 상면에 형성할 수도 있다. 여기서 세라믹 입자는 산화알루미늄 (알루미나라고도 지칭) (Al2O3)을 사용할 수 있다.
세라믹 입자층을 형성하는 이유는, 고 전력이 요구되는 고성능 발광소자의 경우, 많은 양의 열이 방출되므로 종래의 폴리이미드 (Polyimide) 재료보다 세라믹 재료가 열 충격에 더 강하기 때문이다. 또한, 세라믹 입자층 또는 세라믹 입자 (30)가 함유된 코팅층 (250)을 형성하는 경우, 절연필름 (210)과 함께 격벽의 높이를 증가시켜, 발광소자 (150)로부터 측면으로 방출되는 빛을 상부로 더 많이 반사시킬 수 있다. 또한, 절연필름 (210)은 필름 형태이기 때문에 롤 투 롤 공정으로 대량 생산이 가능하다. 또한, 발광소자 (150)가 비아홀 (10)을 통해 회로패턴층 (235)의 표면에 직접 실장되므로 열 방출 효율을 크게 향상시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지의 하면도 및 상면도이다. 도 3을 참조하면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 필름 타입의 광소자 패키지의 하면은 회로패터층 (235)은 두 부분, 즉 양극 (235a) 및 음극 (235b)으로 구분되며, 양극 (235a)과 음극 (235b) 사이에 이격부 (20)가 형성되어 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 필름 타입의 광소자 패키지의 상면에는 비아홀 (10)에 의해 노출된 회로패턴층 (235)의 양극 (235a) (전술한 바와 같이 음극 (235b)이 될 수도 있음)에 발광소자 (150)가 직접 실장됨을 보여준다. 도 3에 의해 알 수 있는 바와 같이, 필름 타입의 광소자 패키지의 하면은 회로패턴층 (235)으로 구성이 되며, 회로패턴층 (235)의 상면에는 발광소자 (150)가 직접 실장되기 때문에, 발광소자 (150)의 열을 상면에서 하면으로 직접 전달하여 방출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 공정의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 상면에 코팅층 (250)층이 형성된 절연필름(210)의 하면에 접착층 (220)을 도포한다 (S1). 여기서 코팅층 내부에는 세라믹 입자 (30)가 분포되어 있다. 한편, 세라믹 입자 (30)는 코팅층 (250) 없이 절연필름 (210) 상면에 도포되어 별도의 층, 즉 세라믹 입자층으로 형성될 수도 있다. 그 후, 절연필름 (210)에 비아홀 (10)을 형성한다 (S2). 비아홀 (10)이 형성될 부분은 발광소자 (150)가 실장될 부분과 발광소자 (150)를 회로패턴층 (235)과 연결하기 위해 와이어 (160)가 관통할 부분으로 지정된다. 그리고 절연필름 (210)의 하면에 금속기판 (230)을 부착한다 (S3). 금속기판 (230)은 통상적으로 구리기판이 사용된다. 그 후, 금속기판 (230)에 이격부 (20)를 형성하여 양극 (230a)과 음극 (230b)으로 분리한다 (S4). 여기서 이격부 (20)를 형성하기 이전에 다양한 약품처리를 통해 표면을 활성화시킬 수 있으며, 금속기판 (230)의 하면에 포토 레지스트를 도포하고 노광 및 현상 공정을 수행한 후, 에칭 공정을 수행하여 이격부 (20)를 형성한다. 이와 같이 금속기판 (230)을 이격부 (20)로 인해 양극 (230a)과 음극 (230b)으로 구분하여 회로패턴층 (235)을 형성한다. 그리고 회로패턴층 (235)의 표면을 본딩 처리에 적합하도록 표면 처리하기 위해 Ag으로 도금한다 (S5). 코팅층 (250) 상에는 화이트 솔더 레지스트층 (240)을 인쇄하여 발광소자 (150)로부터 발광되는 빛을 반사할 수 있는 반사기 역할과 몰딩 공정을 위한 격벽 역할을 수행하도록 한다 (S6). 이 경우, 절연필름 (210) 상에 세라믹 입자 (30)로 구성된 층만이 존재할 경우, 화이트 솔더 레지스트층 (240)은 세라믹 입자층상에 형성된다. 그 후, 비아홀 (10)에 의해 노출된 회로패턴층 (235) (본 실시형태에서는 양극 (230a))의 상면에 발광소자 (150)를 실장한다 (S7). 그 다음 발광소자 (150)의 음극 및 양극을 비아홀 (10)을 통해 회로패턴층 (235)의 양극 (230a) 및 음극 (235b)에 각각 와이어 (160) 본딩한다 (S8). 그 후, 최종적으로 몰딩재로 발광소자 (150)를 몰딩한다 (S9). 발광소자 (150)를 몰딩하는 몰딩부 (170)의 몰딩재는 형광물질 및 레진을 함유하며, 화이트 솔더 레지스트층 (240)을 격벽으로 하여 몰딩재를 과 도포함으로써 렌즈 형태로 형성할 수 있다.
이와 같이 제조된 필름 타입의 발광소자 패키지는 전술한 바와 같이 방열효과가 뛰어나며, 열 충격에 강하고, 롤 투 롤 공정을 이용할 수 있다. 특히, 세라믹 입자층 또는 코팅층의 두께로 인해 반사 효율을 높임으로써, 본 발명의 발광소자 패키지는 최근 각광받는 LED분야에서 효율적으로 이용될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 절연기판 120: 제 1전도층
130: 제 2전도층 140: 제 3전도층
150: 발광소자 160: 와이어
170: 몰딩부 210: 절연필름
220: 접착층 230: 금속기판
235: 회로패턴층 235a: (회로패턴층의) 양극
235b: (회로패턴층의) 음극 240: 화이트 솔더 레지스트층
250: 코팅층 10: 비아홀
20: 이격부 30: 세라믹 입자
130: 제 2전도층 140: 제 3전도층
150: 발광소자 160: 와이어
170: 몰딩부 210: 절연필름
220: 접착층 230: 금속기판
235: 회로패턴층 235a: (회로패턴층의) 양극
235b: (회로패턴층의) 음극 240: 화이트 솔더 레지스트층
250: 코팅층 10: 비아홀
20: 이격부 30: 세라믹 입자
Claims (13)
- 비아홀이 형성된 절연필름;
상기 절연필름상에 형성된 세라믹 입자층;
상기 절연필름 하면에 형성된 회로패턴층; 및
상기 비아홀에 의해 노출된 회로패턴층 상면에 실장되며, 상기 회로패턴층과 전기적으로 연결된 광소자를 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지.
- 제 1항에 있어서,
상기 세라믹 입자층은 에폭시 및 실리콘 중 하나 이상으로 구성된 코팅층에 매립된 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지.
- 제 1항에 있어서,
상기 필름 타입의 광소자 패키지는,
상기 광소자를 매립하며 형광물질을 함유하는 몰딩부를 더 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 필름 타입의 광소자 패키지는,
상기 세라믹 입자층 또는 코팅층상에 형성된 화이트 솔더 레지스트층을 더 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지.
- 제 1항에 있어서,
상기 회로패턴층의 표면은 은 (Ag)으로 도금된 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지.
- 제 1항에 있어서,
필름 타입의 광소자 패키지는,
상기 광소자의 양극 및 음극을 상기 비아홀을 통해 상기 회로패턴층의 양극 및 음극으로 전기적으로 연결하는 와이어를 더 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지.
- (a) 상면에 세라믹 입자층이 형성된 절연필름에 비아홀을 형성하는 단계;
(b) 상기 절연필름의 하면에 금속층을 형성하는 단계;
(c) 상기 금속층을 양극과 음극으로 분리하여 회로패턴층을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 비아홀에 의해 노출된 회로패턴층의 상면에 광소자를 전기적으로 연결되도록 실장하는 단계를 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 (a) 단계의 세라믹 입자층은,
절연필름상에 에폭시 및 실리콘 중 하나 이상을 코팅하여 코팅층을 형성하고, 상기 코팅층에 세라믹 입자를 첨가하여 형성된 세라믹 입자층을 갖는 함유된 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 절연필름 하면에 접착물질을 도포하여 금속층을 접착하는 단계인 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 (d) 단계는, 광소자를 노출된 회로패턴층의 상면에 실장하고, 상기 광소자의 양극 및 음극을 상기 노출된 회로패턴층의 양극 및 음극에 와이어 본딩하는 단계인 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
- 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
상기 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법은,
상기 (c) 단계와 (d) 단계 사이에,
(1) 상기 회로패턴층 표면을 은 (Ag)으로 도금하는 단계를 더 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법은,
상기 (1) 단계와 (d) 단계 사이에,
(2) 상기 세라믹 입자층 또는 코팅층 상에 화이트 솔더 레지스트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
- 제 12항에 있어서,
상기 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법은,
(e) 발광소자를 매립하도록 형광체를 함유하는 레진을 상기 솔더 제리스트층을 격벽으로 하여 과 도포하는 단계를 더 포함하는 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 제조 방법.
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| KR1020100086335A KR101164971B1 (ko) | 2010-09-03 | 2010-09-03 | 세라믹 입자층을 갖는 필름 타입의 광소자 패키지 및 그 제조 방법 |
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Publications (2)
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