KR101204746B1 - 발광 다이오드 패키지 제조방법 - Google Patents

발광 다이오드 패키지 제조방법 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 덮개부 및 형광체가 도포되는 영역을 따라 형성되는 공간형성부를 포함하는 형광체 더미부를 준비하고, 발광 다이오드를 기판상에 실장하고, 상기 발광 다이오드와 기판을 전기적으로 연결하고, 상기 형광체 더미부를 발광다이오드 칩이 실장된 기판상에 배치하고, 몰딩 수지를 주입하고, 상기 몰딩 수지를 상기 형광체 더미부와 함께 경화하고, 상기 형광체 더미부를 제거하고, 상기 형광체 더미부가 제거된 공간에 형광체를 주입한다.
따라서, 발광 다이오드 패키지의 발광 효율이 증대되고, 발열량도 감소할 수 있게 된다.

Description

발광 다이오드 패키지 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT-EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광 다이오드 패키지 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광체의 위치를 보다 효율적으로 분포시켜 발광 다이오드 패키지의 광효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 반도체 소자에 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물을 적용하여 다양한 색의 빛을 생성하는 전기적인 소자로서, 이러한 발광 다이오드, 즉 발광 다이오드 칩을 이용한 발광 다이오드 패키지는 기존의 전구 또는 형광등에 비하여 소모 전력이 작고 수명이 수 내지 수십 배에 이르러, 소모 전력의 절감과 내구성 측면에서 월등한 특성을 가지고 있다.
이러한 발광 다이오드는 최근 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어, 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도 및 고품질의 제품 생산이 가능해졌고, 고특성의 청색(blue)과 백색(white) 발광 다이오드의 구현이 현실화됨에 따라서, 광통신 및 모바일 디스플레이, 컴퓨터 모니터 등과 같은 디스플레이, LCD용 평면광원(Back Light Unit: BlU)에서부터 조명의 영역까지 그 사용이 확대되고 있는 추세이다.
이렇듯 발광 다이오드 패키지의 수요가 증가함에 따라, 발광 다이오드 패키지의 성능과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 발광 다이오드 제품의 성능을 높이기 위해서는, 우수한 광효율을 갖는 발광 다이오드 칩 자체와 함께, 광을 효과적으로 추출하고 색순도가 우수하며 제품들간의 특성이 균일한 발광 다이오드 패키지가 동시에 확보되어야 한다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다. 종래의 발광 다이오드 패키지는 기판(10)과 같은 패키지 몸체에 발광 다이오드 칩(20)을 탑재하여 와이어(30)를 통하여 전기적으로 연결한 후 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 투명 수지의 몰딩부(50)를 형성한다. 이때에, 상기 투명 수지의 몰딩부(50)에는 발광 다이오드 칩(20)에서 생성된 빛을 원하는 파장의 빛으로 변경하는 형광체를 포함하고 있다.
하지만, 이와 같이 상기 몰딩부(50) 전체에 형광체를 혼합하는 경우 상기 발광 다이오드 칩(20)으로부터 생성되는 빛이 통과되는 면적이 넓기 때문에, 이미 원하는 파장대로 변환된 빛이 다시 형광체에 중복 반응하거나, 상대적으로 두꺼운 몰딩부(50)를 통화하면서 빛이 소실되는 등의 부작용이 발생하게 된다. 이로 인하여 상기 발광 다이오드 칩(20)에서 발생되는 빛의 상당량이 손실되게 되어 전체적으로 발광 다이오드 패키지의 광효율이 현저히 저하되고, 소실되는 빛이 열에너지로 전환되어 발광 다이오드 패키지의 발열을 증가시키는 단점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 발광다이오드 칩에서 생성되는 빛이 형광체와 효율적으로 반응할 수 있도록 상기 형광체의 분포를 효과적으로 할 수 있는 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 덮개부 및 형광체가 도포되는 영역을 따라 형성되는 공간형성부를 포함하는 형광체 더미부를 준비하고, 발광 다이오드를 기판상에 실장하고, 상기 발광 다이오드와 기판을 전기적으로 연결하고, 상기 형광체 더미부를 발광다이오드 칩이 실장된 기판상에 배치하고, 몰딩 수지를 주입하고, 상기 몰딩 수지를 상기 형광체 더미부와 함께 경화하고, 상기 형광체 더미부를 제거하고, 상기 형광체 더미부가 제거된 공간에 형광체를 주입한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 있어서, 상기 형광체 더미부의 공간형성부는 바닥면이 없는 직육면체 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 있어서, 상기 형광체 더미부의 공간형성부는 돔 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조방법에 있어서, 상기 형광체 더미부의 공간형성부는 단면이 아치형상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 본 발명의 발광 다이오드 패키지 제조방법에 따르면, 발광 다이오드 칩에서 생성되는 빛이 대부분의 영역에서 필요한 부분만큼만 형광체 소자가 분포된 영역을 통과하게 되므로, 기존의 발광 다이오드 패키지와 같이 중복하여 형광체와 반응하는 경우가 현저하게 감소하며, 따라서 발광하는 빛의 양도 증가하게 된다. 또한, 상기 형광체와 반응하는 빛의 양이 감소하기 때문에, 발광 다이오드 패키지에서 발생하는 발열량도 줄어들 수 있게 된다. 따라서, 발광 다이오드 패키지의 광효율이 증가하고, 발열량이 감소하게 된다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 사용되는 형광체 더미부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법 중 형광체 더미부를 설치한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법 중 형광체 더미부를 제거한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법 중 형광체를 주입한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 의해 제조된 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 사용되는 형광체 더미부를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법은 기존의 발광 다이오드 패키지 제조방법과는 다르게 형광체 더미부(170)를 사용한다. 상기 형광체 더미부(170)는 발광 다이오드 패키지의 전체적인 상부 덮개가 몰딩되도록 하는 덮개부(171) 및 형광체가 도포되는 공간을 형성하도록 하는 공간형성부(173)을 포함한다. 본 발명의 발광 다이오드 패키지 제조방법은 발광 다이오드 패키지 제조 공정에 앞서, 상기 형광체 더미부(170)를 준비하여 이용한다.
상기 형광체 더미부(170)의 덮개부(171)는 발광 다이오드 패키지의 전체적인 상부 부분을 몰딩하는 것이므로, 일반적인 판 형상으로 제작될 수 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 발광 다이오드 패키지의 전체적인 형상에 따라 최종적인 형상에 맞추어 제작될 수 있다.
이에 반해 상기 형광체 더미부(170)의 공간형성부(173)는 형광체가 도포되는 공간을 위하여 형성되는 부분이기 때문에, 사용자가 원하는 형광체의 도포위치를 형성할 수 있도록 이에 맞추어 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공간형성부(173)는 바닥면이 없는 직육면체 형상으로 형성되며, 이에 따라서 상기 형광체의 도포 역시, 바닥면이 없는 직육면체 형상으로 형성되게 된다. 상기 공간형성부(173)는 이러한 경우 정확히 형광체 수지가 위치하는 영역과 동일하게 형성된다.
상기 형광체 더미부(170)의 덮개부(171) 및 공간형성부(173)는 별도로 형성되어 발광 다이오드 칩의 종류에 따라 다양한 변형을 줄 수 있으며, 공정 마다 다른 공간형성부(173)를 이용할 수 있도록 덮개부(171) 및 공간형성부(173)를 분리가능하도록 설계할 수 있다. 또한, 공정에 따라 상기 덮개부(171) 및 공간형성부(173)이 일체로 형성되는 형광체 더미부(170)를 형성할 수도 있다.
상기 공간형성부(173)가 도 2에 나타나는 본 발명의 일 실시예에서 처럼 바닥이 없는 직육면체로 형성되는 경우에는 상기 형광체 더미부(170)의 제거가 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다. 하지만, 상기 공간형성부(173)의 모서리 부분과 각 면의 중심 부분에서는 형광체까지의 거리 및 형광체와 칩 사이에 위치하는 몰딩 수지의 양이 다를 수 있기 때문에, 이를 균일하게 분포하도록 하기 위하여, 상기 공간형성부(173)의 형상을 반구 형태, 단면이 아치인 형태, 단면이 정육각형의 절반 부분인 형태 등으로 다양하게 변형하여 제작될 수 있다.
이렇게 형성되는 상기 형광체 더미부(170)를 준비하고, 발광 다이오드 패키지의 제작을 시작한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제작방법에서는 일반적인 발광 다이오드 패키지의 제조방법과 마찬가지로, 기판(110) 상에 발광 다이오드 칩(120)을 실장하고, 상기 기판(110) 및 발광 다이오드 칩(120)을 와이어(130)를 통하여 전기적으로 연결한다. 상기 와이어(130)는 상기 발광 다이오드 칩(120)의 종류에 따라 다른 전기적 연결수단으로 대체될 수 있다. 상기 기판(110) 상에 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 후에는 상기 형광체 더미부(170)를 상기 기판(110) 및 발광 다이오드 칩(120) 상에 배치한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법 중 형광체 더미부를 설치한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 와이어(130)를 통하여 전기적으로 연결된 기판(110) 및 발광 다이오드 칩(120) 상부에 형광체 더미부(170)이 배치된다. 상기 형광체 더미부(170)는 상기 발광 다이오드 칩(120)을 커버하는 몰딩 수지를 위한 공간을 확보하고, 상기 발광 다이오드 칩(120)을 커버하는 몰딩 수지의 바깥으로 형광체가 자리할 수 있는 공간을 확보하는 기능을 한다.
상기 형광체 더미부(170)는 도 3의 경우와 같이 하부에 기판(110) 및 발광 다이오드 칩(120)이 설치된 이후 상부에 설치될 수 있으나, 경우에 따라서는 상기 형광체 더미부(170)가 뒤집어져서 바닥면에 형성되고, 그 위로 발광 다이오드 칩(120)이 실장된 기판(110)이 배치될 수도 있다.
이렇게 상기 형광체 더미부(170)을 배치하고 투명한 몰딩용 수지를 주입한다. 상기 몰딩용 수지는 실리콘 수지를 포함할 수 있으며, 반도체 패키지에 사용되는 다른 재질의 수지를 사용할 수 있다. 상기 주입되는 몰딩용 수지는 형광체를 포함하지 않는다. 따라서, 투명한 수지만을 이용하게 되며, 이렇게 형성되는 공간에는 발광 다이오드로부터 생성되는 빛이 여과없이 그대로 통과한다.
이렇게 주입된 상기 몰딩용 수지에 의해서, 상기 발광 다이오드(120)의 외곽부를 감싸도록 형성되는 몸체 몰딩부(185)가 형성되며, 상기 형광체 더미부(170)의 외곽에는 측벽 몰딩부(181)가 형성되게 된다. 상기 몸체 몰딩부(185)는 상기 발광 다이오드(120)를 감싸는 것과 동시에 상기 측벽부(181)과 함께 형광체가 주입될 수 있는 공간을 형성한다.
상기 형광체 더미부(170)를 배치하고 투명한 몰딩용 수지를 주입한 후에는 상기 몰딩용 수지를 경화한다. 상기 몸체 몰딩부(185) 및 측벽 몰딩부(181)가 형상을 유지할 수 있는 재질인 경우에는 별도의 경화단계를 거치지 않을 수 있다. 이렇게 경화단계를 거친 이후에는 상기 형광체 더미부(170)를 제거한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법 중 형광체 더미부를 제거한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 형광체 더미부(170)가 제거된 후에는 몰딩부에 의해서 앞서 언급한 몸체 몰딩부(185) 및 측벽 몰딩부(181)이 잔존하게 된다. 상기 몸체 몰딩부(185) 및 측벽 몰딩부(181)이 함께 형광체의 주입을 위한 공간을 형성하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 경우에는 이러한 형광체 수지를 위한 주입 공간이 바닥이 없는 직육면체로 형성되어 있다.
만일, 상기 형광체를 발광 다이오드 패키지의 최외곽에 위치하도록 하여, 마치 형광체가 코팅하는 형태로 위치하도록 원하는 경우에는 상기 측벽 몰딩부(181)의 생성을 생략할 수 있다. 이 경우에는 내부에는 몸체 몰딩부(185)가 위치하고, 그 외곽을 형광체를 포함하는 수지가 감싸게 된다.
이렇게 형광체의 분포를 위한 공간이 확보된 이후에는 상기 형광체를 포함하는 수지를 상기 측벽 몰딩부(181) 및 몸체 몰딩부(185) 사이에 형성되는 형광체 수지용 공간에 주입한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법 중 형광체를 주입한 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 형광체를 포함하는 수지(190)가 상기 몸체 몰딩부(185) 및 측벽 몰딩부(181)로 형성되는 공간에 주입된다. 상기 형광체는 몰딩용 수지에 혼합되어 사용되며, 주입되는 공간의 두께에 따라 형광체의 밀도를 조절하여 상기 발광 다이오드 칩(120)에서 생성되는 빛이 효과적으로 형광체와 반응할 수 있도록 조절한다.
상기 형광체를 포함하는 수지(190)는 실리콘을 포함할 수 있으며, 이렇게 주입된 이후에는 다시 경화단계를 거쳐 경화된다. 이렇게 하여 상기 형광체 수지(190)는 발광 다이오드 칩(120) 외부의 몸체 몰딩부(181)의 외곽을 감싸듯이 위치하며, 상기 발광 다이오드 칩(120)에서 생성되는 빛은 상기 형광체 수지(190)를 일정 두께로만 통과하기 때문에, 상대적으로 형광체와 중복되어 반응하는 경우의 수가 감소하며, 또한 반응 구간이 발광 다이오드 칩(120)으로부터 비교적 동일하게 분포되어 있기 때문에 광이 파장이 균일하게 변경될 수 있게 된다. 또한 형광체과 빛이 과반응 하는 단계가 감소되기 때문에, 발광 다이오드 패키지에서 발생되는 발열도 감소할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 의해 제조된 발광 다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 있어서, 형광체 분포 영역(290)의 단면에 정팔면체의 절반 부분으로 형성되도록 제작된 경우를 볼 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조 방법은 상기 형광체 더미부 중 공간형성부가 다른 형태로 제작되었으며, 상기 형광체 더미부의 제거를 쉽게 하기 위하여, 측벽 몰딩부(181)도 생략하도록 설계되었다. 이러한 형상을 더욱 효율적으로 하기 위하여 상기 공간형성부를 반구형태로 제작할 수도 있다. 이경우에는 전체적인 균일도가 더욱 상승하게 된다.
이러한 경우에는 몸체 몰딩부(285) 전반을 형광체 수지(290)가 감싸듯이 형성되며, 별도의 수지 코팅이 필요한 경우에는 상기 형광체 수지(290)외부로 몰딩을 다시 실시할 수 있다. 앞서 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 제조방법에 사용된 바닥이 없는 직육면체 형상에 비하여 발광 다이오드 칩(220)에서의 거리 및 통과하는 형광체 수지(290)의 두께가 더 균일하게 분포되게 되므로, 광의 출사를 더욱 균일하게 할 수 있음과 동시에 광효율을 증대시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 형광체를 포함하는 수지의 분포가 발광 다이오드 칩의 각 각도에서 모두 균일하게 이루어지고, 그 분포의 두께가 감소하게 되므로, 불필료한 형광체와 반응을 감소시켜 발광다이오드 패키지의 전체적인 발광 효율을 증대시키고, 발광 다이오드 패키지에서 발생될 수 있는 발열을 감소할 수 있게 된다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 발광 다이오드 패키지 기판 20 : 발광 다이오드 칩
30 : 와이어 50 : 몰딩용 수지
110 : 발광 다이오드 패키지 기판 120 : 발광 다이오드 칩
130 : 와이어 170 : 형광체 더미부
181, 185 : 몰딩용 수지 190 : 형광체
210 : 발광 다이오드 패키지 기판 220 : 발광 다이오드 칩
230 : 와이어
285 : 몰딩용 수지 290 : 형광체

Claims (4)

  1. 덮개부 및 형광체가 도포되는 영역을 따라 형성되는 공간형성부를 포함하는 형광체 더미부를 준비하는 단계;
    발광 다이오드를 기판상에 실장하고, 상기 발광 다이오드와 기판을 전기적으로 연결하는 단계;
    상기 형광체 더미부를 발광다이오드 칩이 실장된 기판상에 배치하는 단계;
    상기 형광체 더미부의 공간 형성부 외부로는 측벽 몰딩부가 형성되고, 상기 형광체 더미부의 공간 형성부 내부에는 상기 발광 다이오드 칩의 외곽부를 감싸도록 몸체 몰딩부가 형성되게 상기 형광체 더미부가 배치된 기판에 몰딩 수지를 주입하는 단계;
    상기 몰딩 수지를 상기 형광체 더미부와 함께 경화하는 단계;
    상기 측벽 몰딩부 및 상기 공간 형성부 사이에 공간에 형성되도록 상기 형광체 더미부를 제거하는 단계; 및
    상기 몸체 몰딩부의 외곽을 감싸듯이 형광체가 형성되도록 상기 형광체 더미부가 제거된 상기 공간에 상기 형광체를 주입하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 더미부의 공간형성부는 바닥면이 없는 직육면체 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 더미부의 공간형성부는 돔 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 형광체 더미부의 공간형성부는 단면이 아치형상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 제조방법.
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