KR101198860B1 - 리드프레임 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구체예는 리드프레임 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지에 관한 것으로, 인서트 사출형 반도체 소자 패키지에서 4면 벤딩 구조의 리드프레임에 내측 도금 반사면을 형성함으로써, 강건성 구조 및 내열성을 확보하면서도 광반사 효율을 향상시킬 수 있고, 고온, 고열 및 고광량 하에서의 열팽창으로부터 기인하는 반도체 소자의 수명 단축 현상을 완화시킬 수 있다.

Description

리드프레임 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지{Lead Frame and Semiconductor Device Package Using the Same}

본 발명은 반도체 소자 패키지용 리드프레임(lead frame)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 인서트 사출형 반도체 소자 패키지(package)에 있어서 강건성 구조 및 내열 특성을 확보함과 동시에 광반사 효율을 향상시킬 수 있는 리드프레임 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자 패키지는 실장되는 반도체 소자의 종류에 따라 반도체 소자 전체를 몸체로 감싸는 밀봉형 패키지 및 반도체 소자의 적어도 일부가 외부로 노출되는 구조의 캐비티(cavity)형 패키지로 구분할 수 있다. 여기서, 캐비티형 반도체 패키지는 반도체 소자로서, 발광형 소자, 예를 들면 LED 칩을 채용한 경우, 이러한 발광형 소자의 상측 방향으로 광을 패키지 외부로 방출할 수 있는 형태를 갖는다.

한편, 통상적으로 반도체 소자의 작동 중에 발열 현상이 일어나는데, 발열 정도가 과도할 경우에는 반도체 소자의 성능 및 수명에 악영향을 줄 수 있다. 특히, LED와 같은 발광형 소자는 인가 소비전력의 약 70% 이상을 열로 소모할 정도로 발열량이 극심하다. 예를 들면, 플라스틱 소재의 패키지 몸체를 구비한 반도체 패키지의 경우, 반도체 소자의 작동 과정에서 발생된 열이 금속 재질의 칩본딩 패드와 리드를 통하여 부분적으로 방출될 뿐이며, 나머지 열은 플라스틱 재질의 패키지 몸체 내에서 방출되지 못하는 현상이 야기된다.

통상적으로, LED는 칩 형태의 반도체 소자로 제작되며, 이러한 LED 칩이 패키징된 구조를 LED 패키지라고 한다. 이때, LED 칩은 1 또는 그 이상일 수 있으며, 배선부, 예를 들면, 리드프레임의 리드와 와이어 본딩되고, 이와 같이 와이어 본딩된 LED 칩들 상에 에폭시(epoxy) 수지 또는 실리콘 수지로 패키지 몰드를 형성함으로써 LED 패키지를 형성할 수 있다. 이러한 LED 패키지는 크게 적층 세라믹(ceramic) 방식의 LED 패키지와 인서트 사출 성형(insert injection molding) 방식의 LED 패키지로 구분될 수 있다.

인서트 사출 성형은 일반적으로 사출 성형 툴(tool) 내에 인서트 결합재(insert nut)를 위치시키고 인서트 주위에 레진을 사출하여 부분적으로 또는 완전히 둘러싸도록 하는 성형 방식으로 알려져 있다. 이때, 레진으로는 PPA(polyphthalamide) 및 LCP(Liquid Crystal Polymer) 시리즈를 비롯하여 사출 성형이 가능한 다양한 레진류 등이 사용 가능하다. 인서트 사출 성형 방식은 금형 또는 몰드 내에서 이질 또는 이색의 플라스틱 또는 플라스틱 이외의 부품(예를 들면, 금속, 케이블, PCB 등)을 일체화시키는 성형 방법으로서, 플라스틱 재질 단독으로는 얻기 어려운 특성을 가진 성형품을 얻을 수 있다. 특히, 금속과 플라스틱이 일체화된 제품들이 주종을 이루고 있는 바, 금속이 갖는 강성, 도전성, 표면 처리성 등과 플라스틱의 전기 절연성, 착색성, 유연성, 강성, 가공성 등을 조합하여 고부가가치 제품을 제작할 수 있다.

이와 관련하여, 인서트 사출 성형 방식의 LED 패키지는 통상적으로 반도체 공정을 통하여 제작된 LED 칩을 리드프레임 위에 실장(die bonding)한 다음, 후속적으로 와이어 본딩(wire bonding) 공정 및 형광체가 배합된 실리콘의 도포 및 경화 공정을 수행함으로써 제작된다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자(LED) 패키지의 리드프레임, 몰드프레임 및 이의 어셈블리를 도시하는 도면이다.

상기 도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 패키지(30)는 리드프레임(10) 및 몰드프레임(20)을 어셈블리하여(몰딩하여) 제작된다(LED 칩 미도시). 특히, 인서트 사출성형 방식의 LED 패키지(30)는 소정의 사출금형 내에 리드프레임(10)을 인서트 결합재로 삽입하고 사출 레진(resin)을 사용하여 몰드 프레임(20)을 성형하는 방식으로 제작된다.

도 2는 도 1에 도시된 리드프레임을 보다 구체적으로 도시하는 도면이다.

구체적으로 도 2를 참조하면, 리드프레임(10)은 중앙 몸체(17) 및 상기 중앙 몸체(17)의 양측면에 배치된 단자부(11, 12)로 구성된다. 또한, 상기 단자부(11, 12)를 관통하여 홀 또는 개구부(13, 14)가 형성되어 몰드프레임(15)과 리드프레임(10) 간의 체결력을 증가시키는 역할을 한다. 상기 중앙 몸체(17)는 전후로 연장 영역(15, 16)이 구비된 평판 형상 구조를 갖는 바, LED 칩의 실장 공간을 제공함과 동시에, 반도체 소자 패키지의 히트싱크(heatsink)로 기능한다. 이때, 단자부(11, 12)는 중앙 몸체(17) 방향으로 단차가 형성되어 있다. 이와 같이 단차가 형성된 리드프레임 구조는, 예를 들면 국내특허번호 제733074호 및 국내특허공개번호 제2009-124053호에 개시되어 있다.

그러나 전술한 구조의 리드프레임에 LED 칩을 실장한 반도체 소자 패키지의 경우, LED 칩이 상부로 노출된 방향인 Z축 방향으로부터의 외력에 취약한 특성을 나타낸다. 즉, 적층 세라믹 방식의 패키지가 아닌 인서트 사출 방식의 LED 패키지의 경우, Z축 방향으로 외력을 가하면 LED 패키지에 크랙(crack)이 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 이러한 특성은 LED 패키지의 수명을 단축시키는 원인으로서 작용하게 된다.

이처럼, 종래 기술에 따른 LED 패키지의 구조는 상면(또는 측면) 방식의 3차원 구조에서 빛이 발산하는 방향을 Z축 방향이라고 할 경우, X축 방향과 Y축 방향으로의 강건성에는 문제가 없으나, 좌우측을 고정한 상태에서 Z축 방향으로 중심 부위에 힘을 가할 경우, LED 패키지가 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

또한, W급(wafer level) LED 패키지의 경우, LED에 전원을 인가하면 높은 열이 발생하는데, 이렇게 발생된 열은 LED의 광효율을 저하시키고, LED 수명을 단축시킬 수 있다. 예를 들면, 열을 방출해 주는 히트싱크의 단면적을 최대화하여 열 방출이 용이하도록 해야 하는데, 종래 기술에 따른 LED 패키지의 구조는 단자부가 단차 형성되어 있어 접착 면적이 작기 때문에 열 방출 면적을 증가시키는데 한계가 있다.

이외에도, 종래 기술에 따른 LED 패키지의 경우, 서로 다른 두 물질, 즉, 리드프레임 및 몰드프레임이 인서트 사출에 의하여 결합되어 있으나, 작동 중 열이 발생하면 서로 상이한 열팽창계수로 인해서 LED 칩에 크랙이 발생하거나, 절연 접합제인 은(Ag) 에폭시 또는 실리콘 부분에 균열이 발생할 수 있다. 이외에도, 밀봉재(encapsulant)에 미세한 크랙이 발생할 수 있으며, 와이어(wire) 끊김으로 인하여 LED 패키지의 수명이 급격하게 감소하는 문제점이 있다.

한편, 최근 양산 중에 있는 대부분의 고출력 LED 패키지는 세라믹 소재를 이용한 제품들이 주류를 이루고 있다. 이러한 이유로는 세라믹 소재 자체의 소결 온도가 600℃ 이상이기 때문에 LED 패키지의 구동 중에 변색 및 황변과 같은 문제점을 발생하지 않기 때문이다. 즉, LED 패키지를 이루는 원재료 구성물질로 인하여 고온 및 고열에 의하여 변색으로 인하여 광도가 저하되는 현상을 근본적으로 해결할 수 있다.

그러나 인서트 사출형 LED 패키지의 경우, 실리콘 수지가 주입되는 LED 패키지의 내부 공간의 측면부가 모두 사출물 수지로 감싸져 있다. 이러한 LED 패키지는 시간이 경과함에 따라 사출물 수지면이 고온 및 고열에 의하여 변색 → 황변 → 탄화의 과정을 거치면서 초기 광도값 대비 광도 저하 현상이 급격히 발생할 수 있다. 즉, 종래 기술에 따른 인서트 사출형 LED 패키지의 경우, 현재 사용중인 PPA 수지 및 PA9T 수지와 같은 레진을 고온 및 고열에 장시간 노출할 경우, 표면 변색 → 황변 → 탄화의 단계를 거치면서 급격한 광도 저하 현상이 야기된다.

따라서 고출력 LED 패키지의 경우, 대부분이 세라믹 소재를 사용하고 있지만, 부분적으로 내열성이 우수한 LCP 소재를 이용하여 고출력 LED 패키지를 제조하고 있다. 이와 관련하여, LED의 특성상 표면 반사율이 높은 물성의 사출물 수지를 사용하여야 광효율(Lumen/W)을 양호하게 할 수 있는데, 사출물 수지의 재질로서 고온 및 고열에서는 내구성이 뛰어난 즉, 변색이 안되는 LCP 또는 기타 소재를 사용할 때, 사출물 수지의 초기 반사율은 일반적으로 80% 수준이다. 이러한 제품에 반사율을 높여줄 수 있는 소재를 첨가하여 최근에는 90% 이상의 LCP 소재를 만들어내고 있으며, 현재 사용 중인 저출력 용도의 PPA 소재와 비교하였을 때에도 동등 수준 이상의 반사율 특성을 나타내고 있다. 상기의 반사율을 높인 LCP 소재를 이용한 제품으로 신뢰성 테스트 진행시 초기 단계에서 고온, 고열 및 고광량의 빛에 의하여 광도가 저하되는 현상이 발생하며, 예를 들면, 약 1,000 시간 이상 경과하면 초기 광도값을 되찾는 것을 볼 수 있다.

이와 같이 초기 광도값을 찾더라도, 사출물 내부에 접착제 성분이 밀봉재 소재인 실리콘 수지와 밀착되어 있다가, 고온, 고열 및 빛에 의하여 변색 → 황변 → 침전의 과정을 거치면서 실리콘 수지면과의 계면에서 이산화티탄(TiO₂) 성분의 분말가루만 남게 되고, 이러한 분말가루로 인하여 실리콘 수지와의 계면 분리 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있다. LCP 소재의 경우, 일반 플라스틱 소재와 대비하면 내열 특성이 특히 우수한 제품이다. 하지만, 전술한 바와 같이 고온, 고열 및 고광량의 빛에 직접적으로, 그리고 장시간 노출될 경우, 플라스틱 소재의 일반적인 취약 특성으로 인하여 빛에 직접 노출되는 부위에서 급격한 물성 변화가 일어날 수 있다. 이는 인서트 사출방식의 LED 패키지의 작동 중 광도 저하의 주요 원인 중 하나이다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, LCP 소재에 UV 안정제 및 가시광선 안정제를 LCP 소재에 첨가하여 고광량의 빛에 직접적으로 노출되더라도 안정적인 광학 특성을 유지할 수 있도록 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

한편, LED 패키지는 통상적으로 바닥면에 은 또는 금 도금면만을 사용하고 있다. 따라서, LED 패키지의 측면부를 이루고 있는 사출물 수지가 시간 경과에 따라 고온 및 고열에 의하여 변색 → 황변 → 탄화를 거쳐 급격하게 광도가 저하되는 현상이 야기될 수 있다.

본 발명의 구체예는 개선된 강건성 구조 및 내열성을 확보할 수 있고, 반사면의 역할을 하는 사출물의 측면부 중 적어도 일부분을 금속 도금면으로 대체함으로써 고광량의 빛에 의하여 초기 특성(반사율, 밀착성)에 영향을 받지 않는 도금면을 최대한 확보하며, 이에 따라 고온, 고열 및 고광량의 환경 하에서 작동 중 시간 경과에 따른 광도 저하 현상을 최소화할 수 있는 리드프레임 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 구체예에 따르면,

평판(flat plate) 형상의 제1 리드프레임 몸체;

상기 제1 리드프레임 몸체와 전기적으로 절연되도록 이격되고, 상기 제1 리드프레임 몸체와 대향하도록 배치되는 평판 형상의 제2 리드프레임 몸체;

상기 제1 리드프레임 몸체의 길이 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제1 벤딩 리드;

상기 제2 리드프레임 몸체의 길이 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제2 벤딩 리드;

상기 제1 리드프레임 몸체의 측면 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제3 벤딩 리드;

상기 제2 리드프레임 몸체의 측면 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제4 벤딩 리드;

상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체 각각의 바닥에 형성된 바닥 도금 반사면; 및

상기 제1 내지 제4 벤딩 리드 중 적어도 하나의 내측면에 형성된 내측 도금 반사면;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 벤딩 구조의 리드프레임이 제공된다.

이때, 상기 바닥 도금 반사면 및 내측 도금 반사면은 은(Ag) 또는 금(Au) 도금된 것일 수 있다.

본 발명의 예시적인 구체예에 따르면, 상기 제1 및 제2 벤딩 리드의 수직 방향 기준으로 중간 부위에서 외부로 돌출되도록 각각 형성된 테스트 단자를 더 포함할 수 있다.

상기 구체예에 따른 리드프레임은, 상기 제3 벤딩 리드와 일체로 형성되어 상기 제2 리드프레임 몸체 방향으로 연장되는 제1 연장 리드부; 및

상기 제4 벤딩 리드와 일체로 형성되어 상기 제1 리드프레임 몸체 방향으로 연장되는 제2 연장 리드부를 더 포함할 수 있다. 이때, 일체로 형성되는 제1 연장 리드부와 제3 벤딩 리드, 그리고 일체로 형성되는 제2 연장 리드부와 제4 벤딩 리드 각각은 건(gun) 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체는 각각 적어도 하나의 몰딩 홀을 구비할 수 있다.

이외에도, 상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체는 각각의 배면부에 상기 몰딩 홀보다 크게 움푹 들어간 형상(dent)으로 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 구체예에 따르면,

반도체 소자;

상기 반도체 소자의 실장 영역이 제공되는, 상술한 리드프레임; 및 상기 리드프레임을 인서트 결합재로 하여 사출 성형되고, 상측으로 개방된 캐비티가 구비된 몰드프레임;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패키지가 제공된다.

상기 구체예에 있어서, 반도체 소자로서 바람직하게는 발광다이오드(LED) 칩을 사용할 수 있다.

본 발명의 구체예에 따른 리드프레임은 개선된 강건성 구조를 확보하면서 바닥면뿐만 아니라 패키지 내부의 측면 중 적어도 하나에 있어서 플라스틱 수지를 도금 면으로 대체하여 리드프레임을 구성함으로써, LED 칩에서 발생하는 고온, 고열 및 고광량의 빛에 대한 영향에 있어서 플라스틱 수지보다 더 안정적인 고온, 고열 및 고광량 특성을 유지할 수 있으며, 이와 함께 종래의 세라믹 소재 대신 저렴한 LCP 소재를 사용할 수 있기 때문에 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 LED 패키지 제조시 테스트 공정에서 LED의 전기적 및 광학적 특성을 확인하기 위하여 리드프레임 단자의 위치를 패키지의 중간 부위에 위치시킬 수 있어 생산 수율을 높일 수 있다. 이외에도, 리드프레임에 적어도 하나의 몰딩 홀을 추가적으로 구비할 경우, 사출 레진과의 강제 체결력을 더욱 높일 수 있으며, 또한 열팽창으로부터 기인하는 반도체 소자의 수명 저하 현상을 완화시킬 수 있는 장점을 부여할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자 패키지의 리드프레임, 몰드프레임 및 이의 어셈블리를 도시하는 도면이고;
도 2는 도 1에 도시된 리드프레임을 보다 구체적으로 도시하는 도면이고;
도 3은 본 발명의 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 리드프레임과 몰드 프레임이 체결된 리드프레임 패키지를 도시하는 도면이고;
도 4는 도 3에 도시된 리드프레임을 보다 구체적으로 도시하는 도면이고;
도 5는 도 3에 도시된 리드프레임 패키지에 테스트 단자가 형성된 것을 도시하는 도면이고;
도 6은 본 발명의 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도 및 단면도이고;
도 7은 도 6에 도시된 A-A, B-B 및 C-C 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이고;
도 8은 본 발명의 다른 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 리드프레임과 몰드 프레임이 체결된 리드프레임 패키지를 도시하는 도면이고;
도 9는 도 8에 도시된 리드프레임을 보다 구체적으로 도시하는 도면이고;
도 10은 본 발명의 다른 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이고:
도 11은 본 발명의 구체예들에 따른 리드프레임 패키지의 차이점을 도시하는 사시도이고;
도 12는 본 발명의 구체예들에 따른 리드프레임 패키지 각각에 형성된 히트싱크의 면적을 도시하는 도면이고,
도 13은 본 발명의 구체예에 따른 리드프레임의 변형예를 도시하는 도면이고; 그리고
도 14는 본 발명의 다른 구체예에 따른 리드프레임의 변형예를 도시하는 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구체예를 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 변형된 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명되는 구체예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부재 또는 부위는 유사한 도면 부호로 표시하였다.

본 명세서에 걸쳐, 특정 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 별도의 기재가 없는 한, 기재된 구성 요소 이외에 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 반도체 소자에 전원을 공급함과 동시에 이를 안착시켜 지지하는(실장하는) 반도체 소자용 리드프레임이 제공된다. 이하, 반도체 소자 패키지가 설명의 편의를 위해서 LED 패키지인 경우에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 리드프레임과 몰드 프레임이 체결된 리드프레임 패키지를 도시하는 도면이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 리드프레임 패키지(130)는 리드프레임(110)에 사출 레진을 충진하여 몰드프레임(120)으로 몰딩함으로써 제작될 수 있다.

반도체 소자 패키지, 특히, LED 패키지는 리드프레임(110)을 일종의 인서트 결합재(insert nut)로 하여, 소정 형상의 금형에 위치시키고 사출 레진을 충진하여 몰드프레임(120)으로 몰딩함으로써 제작될 수 있다. 상기 리드프레임(110)은 반도체 소자에 전원을 공급하고 이를 실장하기 위한 것으로, 상측 방향으로 절곡 형성된 4면 벤딩 구조의 리드(제1 내지 제4 벤딩 리드 또는 벤딩부)를 구비한다. 상기 반도체 소자가 LED 칩(도시되지 않음)인 경우, LED 칩(도시되지 않음)은 리드프레임(110) 상에 실장되고 와이어 본딩에 의하여 전기적으로 연결됨으로써 상측 방향으로 조명을 제공할 수 있다.

상술한 4면 벤딩 구조의 리드프레임이 개선된 강건 특성을 갖는 이유는 하기와 같다:

예를 들면, 토목 공사에서 긴 교량을 건설할 경우, 시멘트만으로는 교량을 건설할 경우 교량에 탄성한계 이상의 힘을 가했을 때 더 이상 변형되지 않고 파괴되는데, 이를 취성에 약하다고 한다. 이를 보완하기 위하여 시멘트 재질의 교량 중심에 철심을 삽입하여 건설할 경우, 철심이 갖는 연성으로 인하여 교량에 수직 방향으로 탄성한계 이상의 외력이 작용된다 해도 파괴됨이 없이 지탱할 수 있다. 이와 유사하게, 본 발명의 구체예에 따른 리드프레임의 경우, 제한된 공간에서 사출 레진과 리드프레임 간의 기구 설계적 측면의 구조적 결합을 통하여 사출 레진 재질의 약한 취성을 리드프레임이 보유하는 연성 특성으로 보완함으로써 강건 설계 구조를 구현할 수 있는 것이다.

도 4는 도 3에 도시된 리드프레임을 보다 구체적으로 도시하는 도면이고, 도 5는 도 3에 도시된 리드프레임 패키지에 테스트 단자가 형성된 것을 도시하는 도면이다.

상기 도면을 참조하면, 리드프레임(110)은 서로 일정 간격 이격된 제1 리드프레임 몸체(111) 및 제2 리드프레임 몸체(112)로 이루어져 있으며, 제1 벤딩 리드 또는 벤딩부(이하, 제1 벤딩 리드라 함), 제2 벤딩 리드 또는 벤딩부(이하, 제2 벤딩 리드라 함), 제3 벤딩 리드 또는 벤딩부(이하, 제3 벤딩 리드라 함) 및 제4 벤딩 리드 또는 벤딩부(이하, 제4 벤딩 리드라 함)의 4면 벤딩 구조로 형성된다.

도시된 바와 같이, 리드프레임(110)은 크게 평판(flat plate) 형상의 제1 리드프레임 몸체(111), 그리고 상기 제1 리드프레임 몸체(111)와 전기적으로 절연되도록 이격되고, 상기 제1 리드프레임 몸체(111)에 대향 배치된 평판 형상의 제2 리드프레임 몸체(112)로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체(111, 112)는 각각 패키지의 열 방출 영역 또는 히트싱크로 기능할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

제1 벤딩 리드는 상기 제1 리드프레임 몸체(111)의 길이 방향(X축 방향) 단부(또는 단부의 일부)에서 상측 방향(Z축 방향)으로 절곡 형성되는 한편, 상기 제3 벤딩 리드는 상기 제1 리드프레임 몸체(111)의 측면 방향(Y축 방향) 양 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성되어 있다.

또한, 제2 벤딩 리드는 상기 제2 리드프레임 몸체(112)의 길이 방향(X축 방향) 단부(또는 단부의 일부)에서 상측 방향으로 절곡 형성되는 한편, 제4 벤딩 리드는 상기 제2 리드프레임 몸체(112)의 측면 방향(Y축 방향) 양 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성되어 있다.

상기 도면에서, 리드프레임 몸체(111, 112)는 소정 간격(d1)을 두고 이격 형성되어 있다. 제1 및 제2 리드프레임 몸체(111, 112) 각각의 단부 영역에서 제1 및 제2 벤딩 리드를 형성하기 위하여 절곡되지 않은 부위는 추후 성형 공정 중 몰딩되지 않고 솔더링을 위하여 노출되는 영역에 상당할 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이, 추가적으로 개선된 강건 구조를 확립하도록 4면 벤딩 구조를 갖는 리드프레임(110)의 제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드 각각은 연장 리드부, 즉 제1 및 제2 연장 리드부(116)를 구비할 수 있다.

상기 제1 연장 리드부는 제3 벤딩 리드와 일체로 형성되어 제2 리드프레임 몸체(112) 방향으로 연장되는 한편, 상기 제2 연장 리드부는 제4 벤딩 리드와 일체로 형성되어 제1 리드프레임 몸체(111) 방향으로 연장된다. 이때, 도시된 구체예에서는 제1 연장 리드부가 연장 형성된 제3 벤딩 리드, 그리고 제2 연장 리드부가 연장 형성된 제4 벤딩 리드는 서로 상반된 방향을 향하면서, 예를 들면 건(gun) 형상을 갖고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2 연장 리드부는 제1 리드프레임 몸체(111)와 단락되지 않도록 소정 간격(d2) 이격되어 있으며, 제4 벤딩 리드는 상기 제1 리드프레임 몸체(111)와 단락되지 않도록 소정 간격을 두고 이격된 상태를 유지한다. 이와 유사하게, 제1 연장 리드부 역시 제2 리드프레임 몸체(112)와 단락되지 않도록 소정 간격(d2) 이격되어 있으며, 제3 벤딩 리드는 상기 제2 리드프레임 몸체(112)와 단락되지 않도록 소정 간격을 두고 이격된 상태를 유지한다.

이와 같이, 4면 벤딩 구조를 구비함과 더불어 제3 벤딩 리드와 제1 연장 리드부, 그리고 제4 벤딩 리드와 제2 연장 리드부를 일체로 형성한 건 형상 구조를 리드프레임에 도입함으로써 성형 공정 중 사출 레진이 효과적으로 리드프레임(110)을 감싸주면서 몰드프레임(120)을 형성할 수 있다. 이처럼, 취성에 보다 강한 강건 구조를 구현할 수 있는 것이다.

상기 제1 내지 제4 벤딩 리드는 인서트 사출 성형 시 사출 레진에 의하여 몰딩되어 몰드 프레임(120)과 체결될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 리드프레임(110)은 릴(reel)로 감겨진 상태로 제공될 수 있으며, 제1 내지 제4 벤딩 리드는 인서트 사출 성형 공정 이전에 벤딩 처리를 통하여 형성될 수 있다.

바닥 도금 반사면은 상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체(111, 112)의 바닥에 각각 형성될 수 있는데, 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.

내측 도금 반사면(113)은 LED 패키지 반사면의 표면적 극대화를 위해 상기 제1 내지 제4 벤딩 리드 중 적어도 하나의 내측면에 형성될 수 있는 바, 이때 내측 도금 반사면이 구비되는 벤딩 리드의 내측면은 수직 방향으로 또는 소정 각도(수직방향을 0ㅀ라고 할 경우, LED 소자로부터 최대한 광을 외부로 방출하기 위하여 10°, 15°, 30° 등의 다양한 각도로 변화할 수 있음)를 유지하면서 상측 방향으로 형성될 수 있으며, 또한 상기 내측면의 일부 또는 전부를 도금 반사면으로 구성할 수 있다. 즉, 상기 바닥 도금 반사면 및 내측 도금 반사면(113)의 경우, 광반사 효율을 높이기 위하여, 예를 들면 은(Ag) 및/또는 금(Au)으로 도금될 수 있다. 다만, 상술한 반사면의 재질은 예시적으로 제시된 것으로 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 은 또는 금 이외의 다른 재질로 구성할 수도 있다. 또한, 상기 도면에서는 내측 도금 반사면(113)이 제1 벤딩 리드 내지 제4 벤딩 리드 모두에 형성된 경우가 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 제1 벤딩 리드 내지 제4 벤딩 리드 중 일부에 대하여만 형성할 수도 있다.

상기 예시된 구체예에 따르면, 테스트 단자(114)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 벤딩 리드의 수직 방향 기준으로 중간 부위에서 외부로 돌출되도록 각각 형성된다. 예를 들면, 본 발명의 구체예에 따른 리드프레임(110)을 몰딩프레임(120)과 몰딩할 때, 테스트 단자(114)가 상기 몰딩프레임(120)의 외부로 노출된다. 상기 테스트 단자(114)는 양(+) 전극 및 음(-) 전극 역할을 하는 2개의 리드프레임에 각각 형성되며, 테스트 작업의 편의성을 위해 상기 제1 및 제2 벤딩 리드의 수직 방향 기준으로 중간 부위에 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다면, 그 개수 및 형상은 임의로 달라질 수 있다.

또한, 상기 리드프레임(110)은 제1 및 제2 리드프레임 몸체(111, 112)에 단일 또는 복수의 몰딩 홀(molding hole; 115)을 추가적으로 구비할 수 있다. 이러한 몰딩 홀(115)을 형성할 경우, 성형 공정, 구체적으로 인서트 사출 성형 공정 중에 사출 레진이 상기 몰딩 홀 내에 충진될 수 있는 바, 이때, 리드프레임(110) 재질의 열팽창계수는 상기 사출 레진의 열팽창계수보다 높다. 이와 같이, 열팽창계수가 낮은 사출 레진이 열팽창계수가 높은 리드프레임 내의 몰딩 홀에 삽입되어 충진됨으로써 발열에 의한 상기 리드프레임(110)의 열팽창 현상을 완화시킬 수 있다.

예시적인 구체예에 따르면, 상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체(111, 112)는 리드프레임과 사출물 수지간의 체결력을 극대화하도록 각각의 배면부에 상기 몰딩 홀보다 크게 움푹 들어간 형상(dent)을 형성할 수 있다.

본 발명의 구체예에 따르면, 4면 벤딩 구조를 통하여 바닥면뿐만 아니라 측면부에서도 금속 도금을 활용한 고효율의 반사면을 확보할 수 있다. 더 나아가, 반사율이 낮은 LCP 소재 사용시의 초기 광도값이 저하되는 문제점을 완화 또는 해소하기 위하여, 4면 벤딩된 도금면을 외부로 노출시킴으로써 초기 광도값을 보상할 수 있다. 또한, 장시간 고온 및 고열에서 동작 시에도 LCP 소재의 변색이 거의 발생하지 않는 특성을 유지함으로써 세라믹 소재의 고출력 LED에 대체 적용할 수 있으며, 세라믹 패키지보다 뛰어난 열전도 특성의 소재, 예를 들면, 은 또는 구리를 통한 LED 패키지의 작동 시에도 상대적으로 높은 광효율(Lumen/W)을 유지할 수 있다. 즉, 광반사 효율을 향상시킴으로써 LED 패키지의 광효율을 높게 유지할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도 및 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 A-A, B-B 및 C-C 라인을 절개선으로 하는 수직단면도로서, 도 7a는 도 6에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이고, 도 7b는 도 6에 도시된 B-B 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이며, 그리고 도 7c는 도 6에 도시된 C-C 라인을 절개선으로 하는 수직단면도이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 반도체 소자 패키지는 리드프레임 패키지(130) 상에 적어도 하나 이상의 반도체 칩, 예를 들면, LED 칩(140)을 실장하고, 와이어 본딩시킴으로써 구현될 수 있다. 이때, 적어도 하나 이상의 LED 칩(140)이 전술한 바닥 도금 반사면(113b) 상에 형성될 수 있다.

본 발명의 구체예에 따른 인서트 사출형 LED 패키지는 고온 및 고열에 장시간 방치되더라도 기존의 세라믹 LED 패키지와 동등한 수준의 LED 패키지를 구현할 수 있도록 동일 패키지 크기에서 열 방출을 극대화하기 위하여 히트싱크 면적을 최대화하고, 반사면 역할을 하는 도금면(예를 들면, 은 및/또는 금의 도금면)을 LED 칩이 실장되는 바닥면뿐만 아니라, 실리콘 수지가 채워지는 내측면의 적어도 일부분에 형성하여 반사면으로 활용함으로써, 고온 및 고열 상태에 장기간 노출되더라도 초기 광도 대비 광도 저하의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 고효율 및 장수명의 LED 패키지를 제공할 수 있다.

구체적으로, 80% 수준의 반사율이 낮은 LCP 소재를 사용할 경우, 고온 및 고열에 장시간 노출되어도 변색 → 황변 → 탄화가 발생하지 않지만, 95% 수준의 반사율이 높은 LCP를 사용할 경우, 초기 광도값보다 낮은 광도를 나타내게 되는데, 본 발명의 구체예에 따른 LED 패키지 내부 공간의 측면부로 노출된 도금면을 통하여 저하된 광도값을 보상할 수 있는 것이다.

또한, 도시된 구체예의 경우, 리드프레임 테스트 단자의 위치가 LED 패키지의 중간에 위치함으로써 LED 패키지의 제조 시 테스트 공정 중 LED의 전기적 특성 및 광학적 특성을 용이하게 확인할 수 있기 때문에 LED 패키지의 생산 수율을 높일 수도 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 다른 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 리드프레임과 몰드 프레임이 체결된 리드프레임 패키지를 도시하는 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 리드프레임을 보다 구체적으로 도시하는 도면이며, 그리고 도 10은 본 발명의 다른 구체예에 따른 반도체 소자 패키지의 평면도이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 반도체 소자 패키지는 도 3에 도시된 반도체 소자 패키지와 대비할 때, 리드프레임 패키지(230)의 테스트 단자가 LED 패키지의 중간에 위치하는 것이 아니라 리드프레임(210)의 코너에 형성되는 점을 제외하면, 리드프레임 패키지(230)가 리드프레임(210)에 사출 레진을 충진하여 몰드프레임(220)으로 몰딩함으로써 제작될 수 있다는 점은 동일하므로, 동일한 부분에 대한 설명은 생략하며, 그 차이점만을 설명하기로 한다.

도 9를 참조하면, 리드프레임(210)은 소정 간격을 두고 상호 이격된 제1 리드프레임 몸체(211) 및 제2 리드프레임 몸체(212)로 이루어져 있으며, 제1 벤딩 리드, 제2 벤딩 리드, 제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드의 4면 벤딩 구조로 형성된다.

또한, 상기 도시된 구체예에 있어서, 제1 내지 제4 벤딩 리드의 내측면에는 내측 도금 반사면(213)이 형성되고, 도 10을 참조하면, 상기 제1 및 제2 리드프레임(211, 212)의 바닥에는 바닥 도금 반사면(213b)이 형성될 수 있고, 상기 바닥 도금 반사면(213b) 상에 LED 칩(240)이 실장될 수 있다.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 테스트 단자(214)가 리드프레임(210)의 코너에 형성될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 리드프레임(210)은 제1 및 제2 리드프레임 몸체(211, 212)에 단일 또는 복수의 몰딩 홀(215)을 추가적으로 구비할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체(211, 212)는 각각의 배면부에 상기 몰딩 홀(215)보다 크게 움푹 들어간 형상(dent)을 형성함으로써 리드프레임과 사출물 수지간의 체결력을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 11은 본 발명의 구체예들(도 3～7, 그리고 도 8～10)에 따른 리드프레임 패키지의 외형 상의 차이점을 도시하기 위한 사시도이고, 그리고 도 12는 본 발명의 구체예들(도 3～7, 그리고 도 8～10)에 따른 리드프레임 패키지에 각각 히트싱크가 형성된 것을 도시하는 도면이다.

도 11a는 본 발명의 구체예에 따른 리드프레임 패키지(130)에서 상기 제1 내지 제4 벤딩 리드의 내측면에 내측 도금 반사면(113)이 형성되며, 상기 리드프레임 패키지(130)의 중간 위치, 구체적으로, 제1 및 제2 벤딩 리드에 테스트 단자(114)가 형성되는 것을 도시하고 있다. 상기 구체예의 경우, 전술한 바와 같이 LED 패키지 제조시 테스트 공정에서 LED의 전기적 특성 및 광학적 특성을 확인하기 위하여 리드프레임 테스트 단자(114)의 위치가 LED 패키지의 중간 부위에 위치함으로써 작업이 간편해짐에 따라 LED 패키지의 생산 수율을 높일 수 있는 추가적인 장점을 제공할 수 있다. 또한, 도 11b는 본 발명의 다른 구체예에 따른 리드프레임 패키지(230)에서 상기 제1 내지 제4 벤딩 리드의 내측면에 내측 도금 반사면(213)이 형성되며, 상기 리드프레임(210)의 테스트 단자(214)가 상기 리드프레임(210)의 코너에 형성되는 것을 도시하고 있다.

도 12a 및 12b는 각각 본 발명의 구체예들에 따른 리드프레임 패키지(130, 230)에서 각각 히트싱크(heatsink; 150, 250)의 역할을 하는 리드프레임의 바닥면의 면적을 종래의 동일 사이즈 패키지와 대비하여 극대화함으로써 최대한의 열을 방출할 수 있음을 도시한다. 그 결과, 고효율 및 긴 수명의 LED 패키지를 구현할 수 있다.

한편, 도 13은 본 발명의 구체예에 따른 리드프레임의 변형예를 도시하는 도면이고, 그리고 도 14는 본 발명의 다른 구체예에 따른 리드프레임의 변형예를 도시하는 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 리드프레임(110')의 변형예는 서로 일정 간격 이격된 제1 리드프레임 몸체(111') 및 제2 리드프레임 몸체(112')로 이루어져 있으며, 제1 벤딩 리드, 제2 벤딩 리드, 제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드의 4면 벤딩 구조로 형성된다.

도 4에 도시된 리드프레임(210)과 비교하면, 본 발명의 구체예에 따른 4면 벤딩 구조를 갖는 리드프레임(110')의 제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드는 제1 및 제2 연장 리드부를 구비하지 않는 점을 제외하면 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 즉, 본 발명의 구체예에 따른 4면 벤딩 구조를 갖는 리드프레임(110')은 건(gun) 형상이 아니라 단지 상부로 돌출된 구조를 가질 수 있다. 또한, 리드프레임 몸체(111', 112')의 길이 방향을 따라 각각 2개의 벤딩 구조(제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드)가 소정 간격을 두고 이격 형성되어 있다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 리드프레임(210')의 변형예는 서로 일정 간격 이격된 제1 리드프레임 몸체(211') 및 제2 리드프레임 몸체(212')로 이루어져 있으며, 제1 벤딩 리드, 제2 벤딩 리드, 제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드의 4면 벤딩 구조로 형성된다.

도 9에 도시된 리드프레임(210)과 비교하면, 본 발명의 구체예에 따른 4면 벤딩 구조를 갖는 리드프레임(210')의 제3 벤딩 리드 및 제4 벤딩 리드가 제1 및 제2 연장 리드부를 구비하지 않는 점을 제외하면 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 즉, 본 발명의 구체예에 따른 4면 벤딩 구조를 갖는 리드프레임(210')은 건(gun) 형상이 아니라 단지 상부로 돌출된 구조를 가질 수 있다.

한편, 본 명세서에서는 리드프레임(110, 210)이 LED 패키지에 주로 적용되는 것으로 설명하였지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 강건 설계의 구조가 필요한 집적회로(IC), 콘덴서류 또는 저항 등에 적용될 수 있음은 명백하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 한정적으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들면, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

110, 210: 리드프레임
120, 220: 몰드프레임
130, 230: 리드프레임 패키지
140, 240: 반도체 칩
150, 250: 히트싱크
111, 211: 제1 리드프레임 몸체
112, 212: 제2 리드프레임 몸체
113, 213: 내측 도금 반사면
113b, 213b: 바닥 도금 반사면
114, 214: 테스트 단자
115, 215: 몰딩 홀
116, 216: 연장 리드부

Claims (8)

1. 평판(flat plate) 형상의 제1 리드프레임 몸체;
   상기 제1 리드프레임 몸체와 전기적으로 절연되도록 이격되고, 상기 제1 리드프레임 몸체와 대향하도록 배치되는 평판 형상의 제2 리드프레임 몸체;
   상기 제1 리드프레임 몸체의 길이 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제1 벤딩 리드;
   상기 제2 리드프레임 몸체의 길이 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제2 벤딩 리드;
   상기 제1 리드프레임 몸체의 측면 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제3 벤딩 리드;
   상기 제2 리드프레임 몸체의 측면 방향 단부에서 상측 방향으로 절곡 형성된 제4 벤딩 리드;
   상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체의 바닥 각각에 형성된 바닥 도금 반사면;
   상기 제1 및 제2 벤딩 리드의 수직 방향을 기준으로 중간 부위에서 외부로 돌출되도록 각각 연장 형성된 테스트 단자;
   상기 제1 내지 제4 벤딩 리드 중 적어도 하나의 내측면에 형성된 내측 도금 반사면;
   상기 제3 벤딩 리드와 일체로 형성되어 상기 제2 리드프레임 몸체 방향으로 연장되는 제1 연장 리드부; 및
   상기 제4 벤딩 리드와 일체로 형성되어 상기 제1 리드프레임 몸체 방향으로 연장되는 제2 연장 리드부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 4면 벤딩 구조의 리드프레임.
2. 제1항에 있어서,
   상기 바닥 도금 반사면 및 내측 도금 반사면은 은(Ag) 또는 금(Au) 도금된 것을 특징으로 하는 4면 벤딩 구조의 리드프레임.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체는 각각 적어도 하나의 몰딩 홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 4면 벤딩 구조의 리드프레임.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 리드프레임 몸체는 각각의 배면부에 상기 몰딩 홀보다 크게 움푹 들어간 형상(dent)을 형성한 것을 특징으로 하는 4면 벤딩 구조의 리드프레임.
6. 삭제
7. 반도체 소자;
   상기 반도체 소자의 실장 영역이 제공되는, 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 리드프레임; 및
   상기 리드프레임을 인서트 결합재로 하여 사출 성형되고, 상측으로 개방된 캐비티가 구비된 몰드프레임;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패키지.
8. 제7항에 있어서,
   상기 반도체 소자는 발광다이오드 칩인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패키지.

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