KR101207993B1 - 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지에 관한 것으로, 특히 카본 스틸 플레이트의 양면에 열전도성이 높은 알루미늄 도금층이 형성된 구조를 갖는 메탈 베이스 기판; 상기 메탈 베이스 기판의 일면 알루미늄 도금층의 상면에 열처리 공정을 통해 형성되어 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층; 및 상기 글라스-세라믹 층의 상면으로 열처리 공정을 통해 형성되는 전극 패턴과, 상기 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층의 노출된 면에 형성되는 보호막과, 상기 전극 패턴과 와이어 본딩되는 LED 소자가 실장된 패키지를 구비하는 패키지 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 개시한다.

Description

방열 기능을 갖는 엘이디 패키지{LED package having radiation function}
본 발명은 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 온도의 열처리에도 변형이 적은 카본 스틸 플레이트의 양면에 열전도성이 높은 알루미늄 도금층이 형성된 구조를 갖는 메탈 베이스 기판을 기반으로 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층을 형성하는 구조로 절연성 및 열전도도가 우수한 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지에 관한 것이다.
LED는 실내외 조명, 자동차 헤드라이트, 디스플레이 장치의 백라이트 유닛 등 다양한 분야에서 주목받고 있으며, 이러한 LED는 내부 저항 등에 의해 고온의 열이 발생된다. 이러한 고온의 열은 LED 자체 성능이나 수명에 큰 영향을 주기 때문에 방열 문제가 중요한 기술로 부각되고 있다.
특히, 종래의 LED 패키지는 대개 플라스틱 소재의 인쇄회로기판에 전극 패턴이 형성되고 LED 소자가 부착되어 구성되는 데, PCB 자체의 방열 특성이 좋지 않아서 LED 소자에서 발생한 열이 외부로 용이하게 배출되지 못하여 LED 소자의 오작동이나 수명 단축 등을 불러오는 문제가 있다.
즉, LED 소자는 빛 만을 방출하는 것이 아니라 동시에 발열을 하므로 이 열을 효과적으로 제거하지 못하면 소자의 수명이 단축될 수 있는 것이다.
이러한 LED의 방열 특성을 개선하기 위하여 LED 소자가 본딩되는 베이스 기판을 열전달 특성이 좋은 알루미늄과 같은 금속 소재로 사용하는 기술이 다양하게 개시되어 있다. 일례로서, 알루미늄 기판에 양극산화막을 형성하여 복수의 기판 전극을 형성하고, 이 기판 전극을 LED 소자와 전기적으로 연결하여 제조되는 LED 패키지에 대한 기술이 등록특허 제703218호에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지의 구성을 일례로 나타낸다.
도시된 바와 같은 종래의 엘이디 패키지는, 단일의 알루미늄 플레이트(1) 상에 절연층으로 기능하는 에폭시계 수지층(2)을 형성하고, 그 에폭시계 수지층(2)의 상부에 구리(Cu) 재질의 전극 패턴(3)과 수지계 보호막(4)을 형성하며, 상기 전극 패턴(3)과 와이어 본딩(6) 되는 LED 소자(5)가 실장된 패키지(7)의 구조로 구성된다.
상기와 같은 종래의 엘이디 패키지는 도시되는 바와 같이, 에폭시계 수지층(2)이 절연층으로 기능하도록 사용되고, 그 위에 전극 패턴(3)을 형성하고 LED 소자(5)를 탑재한 패키지(7)를 실장하여 조명원으로 동작하도록 한다.
여기서, 종래의 엘이디 패키지는 절연층으로 기능하는 에폭시계 수지층(2)의 함습성으로 인하여 전기저항이 낮아 이를 보완하기 위해서는 100 마이크론 이상의 두께를 필요로 하며, 또한 에폭시 수지의 열전도도가 매우 낮아 방열성을 저하시키는 문제로 작용하게 된다.
이를 해결하기 위해서는 고열전도성의 세라믹 필러(Filler)를 첨가해야 하는 데 이 필러의 가격이 고가이므로 제조 원가의 상승이라는 부담으로 작용되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층의 형성시 필요한 높은 온도의 열처리에도 변형이 적은 카본 스틸 플레이트의 양면에 열전도성이 높은 알루미늄 도금층이 형성된 구조를 갖는 메탈 베이스 기판을 기반으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고가의 필러를 적용하지 않고도 절연성 및 열전도도가 우수한 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 카본 스틸 플레이트의 양면에 열전도성이 높은 알루미늄 도금층이 형성된 구조를 갖는 메탈 베이스 기판; 상기 메탈 베이스 기판의 일면 알루미늄 도금층의 상면에 열처리 공정을 통해 형성되어 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층; 및 상기 글라스-세라믹 층의 상면으로 열처리 공정을 통해 형성되는 전극 패턴과, 상기 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층의 노출된 면에 형성되는 보호막과, 상기 전극 패턴과 와이어 본딩되는 LED 소자가 실장된 패키지를 구비하는 패키지 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 개시한다.
바람직하게는, 상기 보호막은 열처리 공정을 통해 피막이 형성되는 글라스계 보호막 이거나, 열처리 없이 피막이 형성되는 수지계의 보호막으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전극 패턴은 은(Ag) 재질의 전극, 혹은 알루미늄(Al) 재질의 전극으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지에 의하면, 높은 온도의 열처리에도 변형이 적은 카본 스틸 플레이트의 양면에 열전도성이 높은 알루미늄 도금층이 형성된 구조를 갖는 메탈 베이스 기판을 기반으로 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층을 형성하는 구조를 제공함으로써, 절연성 및 열전도도가 우수하고, 그에 따른 엘이디 패키지의 열방출 특성이 크게 향상될 수 있도록 하는 작용효과가 있다.
또한, 본 발명은 우수한 고방열 특성을 통한 엘이디 패키지의 오작동 및 수명이 단축되는 문제를 최소화하고, 고가의 필러가 적용되지 않음에 따른 제조원가의 상승 부담을 줄일 수 있으며, 알루미늄 재질의 전극 패턴의 적용을 통하여 마이그레이션 문제가 최소화되도록 해주는 작용효과가 있다.
도 1은 종래의 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 나타낸 구성도,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지의 변형 실시예를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지를 설명하기 위한 구성도를 나타내고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지의 변형 실시예의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지는 메탈 베이스 기판(10), 글라스-세라믹 층(20), 및 패키지 층(30)을 포함한다.
상기 메탈 베이스 기판(10)은 카본 스틸 플레이트(11)(Carbon steel plate)의 양면에 열전도성이 높은 알루미늄 도금층(12)이 형성된 구조를 가지며, 고방열성의 특성을 나타낸다.
이러한 메탈 베이스 기판(10)은 단일의 알루미늄 플레이트(1)를 기반으로 하는 도 1에 도시된 종래의 엘이디 패키지의 구조와 달리 일반적으로 철판이라 불리는 카본 스틸 플레이트(11)의 양면에 알루미늄 도금층(12)이 형성된 형태의 구조로서, 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층(20)의 형성시 필요한 높은 온도의 열처리에도 변형이 적은 장점을 갖는다.
상기 글라스-세라믹 층(20)은 상기 메탈 베이스 기판(10)의 일면 알루미늄 도금층(12)의 상면에 열처리 공정을 통해 형성되고 절연층으로 기능한다.
여기서, 상기 글라스-세라믹 층(20)은 종래의 에폭시(Epoxy)계 수지 대신에 사용되는 것으로, 상기 메탈 베이스 기판(10)과 잘 융착될 수 있는 유리질을 포함하므로 열팽창계수의 차이로 나타나는 파손의 우려가 적고, 또한 절연성이 수지보다 우수할 뿐만 아니라 열전도성도 높아 엘이디 패키지의 방열성을 더욱 높일 수 있게 된다.
이는 일반적인 에폭시 수지의 열전도도는 0.5W/m.K 이고, 글라스-세라믹의 열전도도는 2W/m.K을 나타낸다.
상기 패키지 층(30)은 상기 글라스-세라믹 층(20)의 상면으로 열처리 공정을 통해 형성되는 전극 패턴(31)과, 상기 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층(20)의 노출된 면에 형성되는 보호막(32)과, 상기 전극 패턴(31)과 와이어 본딩(34)되는 LED 소자(33)가 실장된 패키지(35)를 포함한다.
여기서, 상기 보호막(32)은 1차 열처리 공정으로 메탈 베이스 기판(10) 상에 글라스-세라믹 층(20)의 절연층을 형성한 후 2차 열처리 공정으로 전극 패턴(31)을 형성하여 회로를 구성한 이후, 노출된 상기 글라스-세라믹 층(20)의 절연층에 대하여 피막을 형성하는 것으로 두 가지 방법 중 하나가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 보호막(32)을 형성하기 위한 첫 번째 방안은, 3차 열처리 공정을 통해 글라스계 보호막을 피막으로 형성하는 방법이 있으며, 두 번째 방안은 별도의 열처리 과정 없이 수지계 보호막을 피막으로 형성하는 방법이 있다.
상기 전극 패턴은 은(Ag) 재질의 전극이거나 혹은 알루미늄(Al) 재질의 전극으로 형성할 수 있다.
여기서, 상기 패키지 층(30) 형성 이후의 형광층 형성등의 후처리 공정에 대해서는 엘이디 제조방법에 통상적으로 널리 적용되는 것이므로, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 불필요한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 2 내지 도 5에 도시된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지의 다양한 구성의 적용 일례를 설명하기로 한다.
먼저, 도 2에 도시된 엘이디 패키지는, 카본 스틸 플레이트(11)의 양면에 알루미늄 도금층(12)을 형성한 메탈 베이스 기판(10) 상에 유리질을 포함하는 글라스-세라믹 층(20)을 열처리를 통해 형성하고, 그 글라스-세라믹 층(20) 상에 열처리를 통한 은(Ag) 재질의 전극 패턴(31)을 형성하며, 상기 글라스-세라믹 층(20)의 노출된 면에 글라스계의 보호막(32)이 열처리를 통해 형성된다.
다음, 도 3에 도시되는 엘이디 패키지는, 도 2에 도시되는 엘이디 패키지의 구조와 대부분이 동일하며, 다만 글라스-세라믹 층(20) 상에 별도의 열처리 과정 없이 수지계의 보호막(32)이 형성된다.
다음, 도 4에 도시되는 엘이디 패키지는, 도 2에 도시되는 엘이디 패키지의 구조와 대부분이 동일하며, 다만 전극 패턴(31)의 형성 재질에 차이가 있다.
즉, 도 2에 도시된 엘이디 패키지의 전극 패턴(31)은 은(Ag) 재질로 형성하는 데 반해, 도 4에 도시된 엘이디 패키지의 전극 패턴(31)은 알루미늄(Al) 재질로 형성하고 있으며, 이는 은 전극에서 자주 일어나는 마이그레이션(migration) 문제를 줄이기 위한 방안으로 적용되는 구조를 갖는다.
다음, 도 5에 도시되는 엘이디 패키지는, 도 3에 도시되는 엘이디 패키지의 구조와 대부분이 동일하고 전극 패턴(31)의 형성 재질에 차이가 있으며, 이는 도 4에 도시된 엘이디 패키지와 마찬가지로 은 전극에서 자주 일어나는 마이그레이션 문제를 줄이기 위한 방안으로 적용되는 구조이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
10 : 메탈 베이스 기판 11 : 카본 스틸 플레이트
12 : 알루미늄 도금층 20 : 글라스-세라믹 층
30 : 패키지 층 31 : 전극 패턴
32 : 보호막 33 : LED 소자
34 : 와이어 본딩 35 : 패키지

Claims (5)

  1. 카본 스틸 플레이트의 양면에 알루미늄 도금층이 형성된 구조를 갖는 메탈 베이스 기판;
    상기 메탈 베이스 기판의 일면 알루미늄 도금층의 상면에 열처리 공정을 통해 형성되어 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층; 및
    상기 글라스-세라믹 층의 상면으로 열처리 공정을 통해 형성되는 전극 패턴과, 상기 절연층으로 기능하는 글라스-세라믹 층의 노출된 면에 형성되는 보호막과, 상기 전극 패턴과 와이어 본딩되는 LED 소자가 실장된 패키지를 구비하는 패키지 층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    열처리 공정을 통해 피막이 형성되는 글라스계 보호막인 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보호막은,
    열처리 없이 피막이 형성되는 수지계 보호막인 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 패턴은,
    은(Ag) 재질의 전극인 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 패턴은,
    알루미늄(Al) 재질의 전극인 것을 특징으로 하는 방열 기능을 갖는 엘이디 패키지.
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