KR101226282B1

KR101226282B1 - Ｌｅｄ 모듈 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101226282B1
Application number: KR1020120041131A
Authority: KR
Inventors: 조재연; 김학도
Original assignee: 엔티이엔지 주식회사
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-01-25

Abstract

본 발명은 LED 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상측에 다수개의 다이패드(Die Pad)(12)가 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되는 기판(10)과; 다이패드(12)의 상측에 각각 선형 배열되어 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)(30)과; LED 칩(30)이 내측에 위치되도록 기판(10)의 상측에 형성되는 댐(Dam)(20)과; 댐(20)의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩(30)을 봉지시키는 봉지부재(40)로 구성하여 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지함에 의해 광특성을 개선시킬 수 있도록 하는 데 있다.

Description

ＬＥＤ 모듈 및 그 제조방법{Light emitting diode module and manufacturing method thereof}

본 발명은 LED 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 COB(Chip On Board) 방법을 이용하여 다수개의 LED 칩을 기판에 선형형태로 정렬하여 실장 한 후 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지함으로써 열적 특성과 광학적 특성을 개선시킬 수 있는 LED 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)는 친환경적이고, 전력소모가 적기 때문에 유지비가 절약되며, 종래의 광원보다 긴 수명 및 내구성의 특성으로 인해 전통 조명을 대체하는 조명 광원으로 각광 받고 있으며, 할로겐 램프, 백열등 전구, 형광등 등의 조명장치로 개발되고 있다. 특히, 국내와 일본, 중국등의 아시아 지역에는 직관형의 형광등이 많이 사용되고 있으며, 이를 대체하는 LED 형광등은 LED 모듈, 히트싱크 및 투명케이스로 이루어진다.

한국등록특허 제0997917호(특허문헌1)는 LED 모듈에 구비되는 인쇄회로기판을 방열판과 광확산부재를 이용해 용이하게 고정시켜 줄 수 있도록 한 조명장치에 관한 것으로, 조명모듈, 광확산부재 및 방열판으로 이루어진다.

조명모듈은 방열판의 양측 부위에 형성된 지지돌기 사이에 길이 방향으로 형성된 장방형의 삽입홈에 삽입되는 다수개의 광원이 PCB에 배치되며, 광확산부재는 조명모듈의 전면 부위에 설치되어 광원으로부터 발광하는 빛을 전면 방향으로 확산시켜 주기 위한 반원형상의 제1지지부가 형성된다. 방열판은 광확산부재의 양단 부위에 내측 방향으로 각각 절곡된 걸림부가 체결되는 걸림홈이 형성되며, 제1지지부와 연접하여 제2지지부가 형성된 지지홈에 각각 매칭되어 체결되는 지지돌기가 구비되어 조명장치의 광원모듈에 구비된 PCB를 방열판과 광확산부재를 통해 간편하게 고정시켜 조립되도록 한다.

한국등록특허 제0997917호(특허문헌1)의 조명장치는 조명모듈에 사용되는 LED가 개별적으로 패키지가 완료된 제품이 사용되며, 이로 인해 직진성이 강한 점광원이 발생되어 도트(dot) 편차 즉, 색온도, 색좌표나 휘도 등의 편차에 의해 광 균일도가 저하되는 문제점이 있다.

광 균일도를 증가시키기 위해 한국등록특허 제0997917호(특허문헌1)의 조명장치는 광확산부재가 사용됨으로 인해 조명장치의 구성이 복잡하고 조립작업이 용이하지 않으며 제조원가가 증가되는 문제점이 있다.

특허문헌1: 한국등록특허 제0997917호(등록일: 2010.11.26)

본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, COB(Chip On Board) 방법을 이용하여 다수개의 LED 칩을 기판에 선형형태로 정렬하여 실장 한 후 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지함으로써 열적 특성과 광학적 특성을 개선시킬 수 있는 LED 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 COB 방법을 이용하여 다수개의 LED 칩을 기판에 선형형태로 정렬하여 실장 한 후 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지함으로써 광도파관 현상을 이용하여 광학적 특성을 개선시킬 수 있는 LED 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 다수개의 LED 칩을 기판에 직접 실장하는 COB 방법을 이용하여 실장하여 열전달 경로를 최소화함으로써 방열특성을 개선하고 제조원가를 절감할 수 있는 LED 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 LED 모듈은 상측에 다수개의 다이패드(Die Pad)가 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되는 기판과; 상기 다이패드의 상측에 각각 선형 배열되어 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과; 상기 LED 칩이 내측에 위치되도록 상기 기판의 상측에 형성 되는 댐(Dam)과; 상기 댐의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩을 봉지시키는 봉지부재로 구성되며, 상기 봉지부재는 댐과 봉지재의 표면장력을 이용하여 댐의 상측에 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 상기 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 LED 모듈의 다른 실시예는 상측에 다수개의 다이패드(Die Pad)가 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되는 기판과; 상기 다이패드의 상측에 각각 선형 배열되어 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과; 상기 LED 칩이 내측에 위치되도록 상기 기판의 상측에 형성 되는 다수개의 댐(Dam)과; 상기 댐의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩을 봉지시키는 봉지부재로 구성되며, 상기 다수개의 다이패드와 상기 다수개의 LED 칩은 각각 기판의 상측에 매트릭스 형상으로 K×L개가 배열되도록 형성되거나 실장되고, 상기 다수개의 댐은 기판의 상측에 L개로 배열되도록 형성되며, 상기 봉지부재는 L개의 댐의 상측에 댐과 봉지재의 표면장력을 이용하여 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 K×L개의 LED 칩을 봉지시키며, 상기 K개의 LED 칩은 각각 N 개씩 병렬로 연결되어 M 개의 병렬회로 블록을 구성하고, 상기 M 개의 병렬회로 블록은 서로 직렬 연결되며, 상기 K 및 L은 각각 2 이상의 자연수가 사용되며, 상기 N과 M은 각각 2 이상인 자연수가 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 LED 모듈의 제조방법은 다수개의 다이패드가 구비된 기판에 금형, 실크 인쇄, 사출 및 프레스 방법 중 하나를 이용하여 댐을 형성하는 단계와; 상기 댐이 형성된 기판의 다이패드에 LED 칩이 선형으로 배열되도록 실장하는 다이 본딩(Die Bonding) 단계와; 상기 LED 칩이 본딩된 기판에 부착된 이물질을 플라즈마 세정장비를 이용하여 세정하는 단계와; 상기 세정이 완료된 기판에 본딩된 LED 칩과 다이패드에 리드 와이어를 연결하는 와이어 본딩(Wire Bonding) 단계와; 상기 와이어 본딩이 완료된 기판에 댐과 표면장력을 이용하여 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형의 봉지부재를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 LED 모듈 및 그 제조방법은 COB 방법을 이용하여 다수개의 LED 칩을 기판에 선형형태로 정렬하여 실장 한 후 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지함으로써 광도파관 현상을 이용하여 광학적 특성을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 다수개의 LED 칩을 기판에 직접 실장하는 COB 방법을 이용하여 실장하여 열전달 경로를 최소화함으로써 방열특성을 개선하고 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 LED 모듈의 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 LED 모듈의 분리 조립 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 LED 모듈의 부분 확대 종단면도,
도 4 내지 도 7은 각각 도 1에 도시된 기판부의 실시예를 나타낸 측단면도,
도 8 및 도 9는 각각 도 1에 도시된 LED 칩의 실시예를 나타낸 측단면도,
도 10 및 도 11은 각각 도 1에 도시된 LED 모듈의 실시예를 나타낸 평면도,
도 12는 도 1에 도시된 LED 모듈의 등가회로도,
도 13은 본 발명의 LED 모듈의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 14 및 도 15는 본 발명의 LED 모듈의 측단면도,
도 16은 종래의 LED 모듈의 측단면도,
도 17 및 도 18은 각각 도 16에 도시된 LED 모듈의 등가 회로도.

이하, 본 발명의 LED 모듈 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 LED 모듈은 기판(10), 댐(Dam)(20), 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)(30) 및 봉지부재(40)로 구성되며, 각각의 구성을 설명하면 다음과 같다.

기판(10)은 본 발명의 LED 모듈을 전반적으로 지지하며, 상측에 각각 다수개의 다이패드(Die Pad)(12)가 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성된다. 댐(20)은 LED 칩(30)이 내측에 위치되도록 기판(10)의 상측에 형성되며, 다수개의 LED 칩(30)은 다이패드(12)의 상측에 각각 선형 배열되어 실장된다. 봉지부재(40)는 댐(20)의 상측에 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 다수개의 LED 칩(30)을 봉지시키며, 선형 형태로 형성되어 다수개의 LED 칩(30)에서 발광되는 광이 선형 광원으로 조사되도록 한다. 또한 봉지부재(40)는 볼록렌즈와 같은 형태로 봉지되어 다수개의 LED 칩(30)에서 발광되는 광을 좀더 확산각이 넓어지고 광균일도 즉, 휘도 균일도가 좋아진다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 LED 모듈의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

기판(10)은 도 1 및 도 2에서와 같이 베이스 기판부재(11), 다수개의 다이패드(12) 및 반사층(13)으로 구성된다.

베이스 기판부재(11)는 도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 LED 모듈을 전반적으로 지지하며, 베이스 기판부재(11)는 도 4 내지 도 7에서와 같이 히트싱크 부재나 PCB(Print Circuit Board)가 사용되며, PCB는 도 4 및 도 5에서와 같이 방열특성을 개선하기 위해 FR((Flame Retardant))-4 PCB 보다는 MPCB(Metal Print Circuit Board)나 세라믹 PCB 중 하나가 선택되어 사용된다. 베이스 기판부재(11)로 히트싱크 부재가 사용되는 경우에 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 하측면의 표면적 확대를 위해 길이방향으로 다수개의 홈(11a)이 배열되도록 형성되며, 재질은 알루미늄(Al)이 사용되어 방열특성을 개선시킨다.

다수개의 다이패드(12)는 도 1, 도 2, 도 4 및 도 10에서와 같이 베이스 기판부재(11)의 상측에 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되며, 각 다이패드(12)는 도 12의 등가 회로와 같이 병렬과 직렬 회로에 맞게 서로 연결된다. 이러한 다이패드(12)는 각각 제1패드부재(12a) 및 제2패드부재(12b)로 구성되는데 제1패드부재(12a)는 베이스 기판부재(11)의 상측에 형성되어 LED 칩(30)이 실장되거나 리드 와이어(50)가 연결되며, 제2패드부재(12b)는 제1패드부재(12a)와 대향되도록 기판(10)의 상측에 형성되어 리드 와이어(50)가 연결된다. 제1패드부재(12a) 및 제2패드부재(12b)는 제1도전성 패드층(111) 및 제2도전성 패드층(112)으로 이루어진다. 제1도전성 패드층(111)은 베이스 기판부재(11)의 상측에 형성되며 재질은 구리(Cu)나 알루미늄(Al)이 사용된다. 제2도전성 패드층(112)은 제1도전성 패드층(111)의 상측이나 제1도전성 패드층(111)을 상측이나 측면을 커버하도록 형성되며, 재질은 은(Ag)이나 금(Au)이 주로 사용되어 다수개의 LED 칩(30)에서 발광되는 광을 반사시킨다.

반사층(13)은 도 2 및 도 4에서와 같이 패드(12)의 측면 둘레와 접하도록 베이스 기판부재(11)의 상측에 형성되며, 재질은 반사나 절연을 위해 백색 PSR(White Photo Solder Resist)이 사용되어 봉지부재(40) 등에서 반사되어 돌아오는 광을 다시 봉지부재(40)로 반사시키거나 기판(10)의 베이스 기판(11)과 다이패드(12)나 LED 칩(30) 사이를 전기적으로 절연되도록 한다.

댐(20)은 도 1 내지 도 7에서와 같이 돌출형 사각틀로 형성되어 사용된다. 돌출형 사각틀로 형성되는 댐(20)은 도 4 내지 도 7에서와 같이 기판(10)의 상측으로부터 돌출되도록 형성된다. 도 4 및 도 6에 각각 도시된 돌출형 사각틀로 형성되는 댐(20)은 기판(10)의 상측에 PSR(Photo Solder Resist), 마킹 잉크 에폭시(Marking INK Epoxy) 및 실리콘 레진 중 하나를 선택하여 실크 인쇄방법이나 디스펜싱 방법을 이용하여 형성되며, 도 5 및 도 7에 각각 도시된 돌출형 사각틀로 형성되는 댐(20)은 댐구조물(22)과 접착층(21)으로 이루어진다. 댐구조물(22)은 금형 사출이나 프레스를 이용하여 제조되고, 접착층(21)은 댐구조물(21)과 기판(10) 사이에 형성되는 댐구조물(22)을 기판(10)의 상측에 접착시켜 고정시키며, 재질은 에폭시나 실리콘이 사용된다.

도 8 및 도 9에 각각 도시된 댐(20)의 높이(h)는 광각(α: 도 4에 도시됨)이 180°이상이 되도록 하기 위해 동일하게 제조되며, 도 8에 도시된 댐(20)은 댐(20)의 자체 높이(h)이고, 도 9에 도시된 댐(20)의 높이(h)는 댐구조물(22)과 접착층(21)의 두께를 합한 높이다.

다수개의 LED 칩(30)은 도 1, 도 2 및 도 10에서와 같이 다이패드(12)의 상측에 각각 실장되며, 리드 와이어(50)를 통해 다이패드(12)에 연결되거나 실장된다. 이러한 다수개의 LED 칩(30)은 각각 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 각각 파랑색 LED, UV(UltraViolet) LED, 적색 LED, 녹색 LED, 블리쉬(Bluish) 녹색 LED 중 하나 이상이 선택되어 구성된다. 예를 들어, 도 8에서와 같이 다수개의 LED 칩(30)은 청색이나 UV(Ultra Violet)로 발광하는 하나의 LED 베어 칩(Bare chip)(30a)이 사용되거나 도 9에서와 같이 적색 LED, 녹색 LED, 블리쉬(Bluish) 녹색 LED 중 둘 이상의 LED 베어칩(30b)이 선택되어 구성된다. 하나의 LED 베어 칩(30a)을 이용하여 LED 칩(30)을 구성 시 형광물질이 사용되며, 형광물질은 봉지부재(40)에 고르게 혼합된 상태에서 봉지부재(40)를 봉지함에 의해 형성된다.

LED 베어칩(30a,30b)으로 구성되는 다수개의 LED 칩(30)은 도 12에서와 같이 각각 N 개씩 병렬로 연결되어 M 개의 병렬회로 블록(30c)을 구성하고, 상기 M 개의 병렬회로 블록(30c)은 서로 직렬 연결되며, N과 M은 각각 2 이상인 자연수이다. 예를 들어, 도 12에서와 같이 20개의 LED 칩(30)이 사용되는 경우에 5개의 LED 칩(30)을 병렬 연결하여 하나의 병렬회로 블록(30c)을 구성한 후 각각을 직렬 연결하여 구성함으로써 인가되는 구동 전압을 조정하여 구동 전원 장치(도시 않음)의 이용 폭을 넓힌다. 또한, 병렬회로 블록(30c) 내의 하나 또는 두 개의 LED 칩(30)에 오류가 발생되는 경우에도 개별 LED 칩(30)만 오프(off)되도록 하여 광휘도 저하 없이 구동시킬 수 있다. 즉, 종래의 LED 모듈은 도 17 및 도 18에 도시된 종래의 LED 모듈의 등가회로에서와 같이 다수개의 LED 칩(2b)이 직렬로 연결되거나 4개씩 직렬 연결 후 각각을 병렬 연결하는 경우에 직렬 연결된 LED 칩(2b)이 오프되는 경우에 오프된 LED 칩(2b)과 연결된 다른 LED 칩(2b)이 전체적으로 오프되어 광휘도의 저하를 유발시키는 반면에, 본 발명의 LED 모듈은 이를 방지할 수 있다. 도 12에 도시된 리드 와이어(51)나 단자(52)의 연결 관계의 구성이나 제조방법은 공지된 PCB의 설계나 제조공정을 사용함으로 상세한 설명을 생략한다.

봉지부재(40)는 댐(20)과 봉지재의 표면장력을 이용하여 댐(20)의 상측에 단면이 돔형(dome shape)으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 상기 다수개의 LED 칩(30)을 한 번에 봉지하며, 봉지재는 실리콘 레진(Silicon Resin)이 사용된다. 이러한 봉지재는 LED 칩(30)으로 하나의 LED 베어칩(30a) 즉, 파랑색 LED이나 UV(UltraViolet) LED가 사용되는 경우에 실리콘 레진과 형광물질의 혼합물이 사용되며, 형광물질은 적색, 녹색, 파랑색 및 노랑색 형광물질 중 하나 이상이 사용된다.

봉지재는 실리콘 레진 이외에 에폭시 레진(Epoxy Resin)도 사용되며, 실리콘 레진은 열적인 특성이 우수하다. 봉지재를 이용한 봉지부재(40)의 제조방법은 디스펜싱 방법이나 금형몰딩방법이 사용된다. 봉지부재(40)는 LED 모듈로 외부에서 수분이나 가스(Gas)와 같이 이물질의 침투를 방지하고, 외부의 물리적인 힘으로부터 LED 칩(30)과 본딩된 리드 와이어(50)를 보호한다. 봉지부재(40)는 또한, 댐(20)의 내측에 형광물질(31)이 채워지는 경우에 형광물질(31)이 고르게 분포되어 고정되도록 하거나 광이 투과되어야 하기 때문에 광투과도가 높으며, LED 칩(30)으로부터 발생하는 열에 강한 내열성을 갖는 재질이 사용된다.

본 발명의 LED 모듈의 다른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 11에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 모듈은 기판(10), 다수개의 댐(Dam)(20), 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)(30) 및 봉지부재(40)로 구성되며, 각각의 구성을 설명하면 다음과 같다.

기판(10)은 본 발명의 LED 모듈을 전반적으로 지지하며, 상측에 각각 다수개의 다이패드(Die Pad)(12)가 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되며, 다수개의 다이패드(12)는 각각 기판(10)의 상측에 길이방향(X)과 폭방향(Y) 즉, 매트릭스 형상으로 K×L개가 배열되도록 형성된다. 다수개의 댐(20)은 각각 LED 칩(30)이 내측에 위치되도록 기판(10)의 상측에 형성되며, 다수개의 다이패드(12)가 폭방향(Y)으로 L개가 형성되면 다수개의 댐(20)은 기판(10)의 상측에 다이패드(12)의 폭방향(Y)으로의 배열 개수 즉, L개로 배열되도록 형성된다.

다수개의 LED 칩(30)은 다이패드(12)의 상측에 각각 선형 배열되어 실장된다. 즉, 다수개의 LED 칩(30)은 각각 기판(10)의 상측에 다이패드(12)와 동일하게 길이방향(X)과 폭방향(Y) 즉, 매트릭스 형상으로 K×L개가 배열되도록 실장된다. 봉지부재(40)는 댐(20)의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩(30)을 봉지시킨다. 즉, 봉지부재(40)는L개의 댐(20)의 상측에 댐(20)과 봉지재의 표면장력을 이용하여 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 K×L개의개의 LED 칩(30)을 한 번에 봉지시킨다. K개의 LED 칩(30)은 전기적으로 연결 시 각각 N 개씩 병렬로 연결되어 M 개의 병렬회로 블록을 구성하고, M 개의 병렬회로 블록은 서로 직렬 연결된다. 여기서, K 및 L은 각각 자연수이며, K 및 L은 각각 2 이상의 자연수가 사용되며, N과 M은 각각 2 이상인 자연수가 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 모듈은 길이방향(X)으로 다이패드(12)가 20개 형성되고 폭방향으로 3개가 형성되어 20×3개로 배열되는 경우에 다이패드(12)의 배열 개수와 동일하게 다수개의 LED 칩(30) 또한 20×3개로 배열되어 실장되며, 다수개의 댐(20) 또한, 폭방향으로 3개가 배열되도록 기판(10)의 상측에 형성된다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 LED 모듈의 제조방법을 첨부된 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 개별 LED 칩의 고장에 대비하여 우수한 제품 기능을 가진 직병렬 배열 회로를 적용한 다수개의 다이패드(12)가 구비된 기판(10)에 금형, 실크 인쇄, 사출 및 프레스 방법 중 하나를 이용하여 댐(20)을 형성한다(10). 실크 인쇄방법을 이용한 댐의 제조방법은 먼저, 댐(20)의 형상에 맞는 실크 스크린 마스크(도시 않음)를 제작한 후 이를 이용하여 마킹 잉크 에폭시(Marking ink epoxy)와 같은 고분자 물질을 도포한 후 프린터 롤러(도시 않음) 등을 이용하여 고분자 재질을 채우거나 평탄화작업을 실시한다. 이 후 오븐(도시 않음)을 이용하여 고분자 재질을 경화시켜 형성하며, 댐(20)의 높이(h: 도 1에 도시됨)는 각 제품의 용도에 따라 50~ 250㎛가 되도록 형성한다. 디스펜싱 방법을 이용한 댐의 제조방법은 디스펜서 장비(도시 않음)를 이용하여 원하는 돌출형 사각틀로 디스펜싱(Dispensing)한 후 경화시켜 댐(20)을 형성한다. 여기서 경화는 경화 오븐(도시 않음)이나 UV 경화 장비(도시 않음)를 이용하여 실시한다. 댐(20)의 형성 높이(h)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 기판(10)으로부터 50~ 250um가 되도록 형성된다.

댐(20)이 형성되면 댐(20)이 형성된 기판(10)의 다이패드(12)에 LED 칩(30)이 선형으로 배열되어 실장되도록 다이 본딩(Die Bonding)한다(S20). 다이 본딩이 완료되면 LED 칩(30)이 본딩된 기판(10)에 부착된 이물질을 플라즈마 세정장비(도시 않음)를 이용하여 세정한다(S30). 세정이 완료된 기판(10)에 본딩된 LED 칩(30)과 다이패드(12)에 리드 와이어(50)를 연결하는 와이어 본딩(Wire Bonding) 한다(S40). 와이어 본딩이 완료된 기판(10)에 댐(20)을 이용하여 봉지부재(40)를 형성한다(S50).

봉지부재(40)를 형성하기 위해 먼저, 댐(20)과 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩(30)이 밀봉되도록 형광체가 고르게 분산되어 포함되어 있는 실리콘 레진(Silicon Resin)이나 투명한 실리콘 레진을 도포한다(S51). 이와 같이 봉지부재(40)의 재질은 실리콘 레진(Silicon Resin)이나 형광 물질이 고르게 분산된 실리콘 레진이 사용되고, 형광물질은 적색, 녹색, 파랑색 및 노랑색 형광물질 중 하나 이상이 선택되어 사용되며, 제조방법은 디스펜싱 방법이나 금형몰딩방법이 사용된다. 디스펜싱 방법은 봉지부재(40)를 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형 형상을 갖는 렌즈형태로 제조하기 위해 댐(20)을 이용하여 실리콘 레진을 댐(20)의 내측에 가두면서 실리콘 레진의 표면장력이나 칙소성 성질을 이용해 도포한다. 여기서, 칙소성은 점도가 저하되어 방치하면 다시 점도가 높아지는 성질을 나타낸다.

실리콘 레진이 도포되면 실리콘 레진을 60 내지 80℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 표면을 경화시키는 제1경화를 실시하며(S52), 제1경화가 완료되면 실리콘 레진을 100 내지 120℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 응력을 제어하는 제2경화를 실시한다(S53). 제2경화가 완료되면 150 내지 170℃에서 2 내지 4시간 동안 완전 경화시키는 제3경화하며(S54), 제3경화가 완료되면 실온에서 1 내지 2 시간 동안 실리콘 레진을 냉각시켜 봉지부재(40)의 제조를 완료한다(S55).

실리콘 레진을 이용해 봉지부재(40)를 형성 시 스텝 경화를 실시하는 것은 잔존 수분이나 공기의 2차 탈포, 표면 형상 품질 개선, 잔존 응력 제어 등의 기능을 위해 실시하고, 특히 고온에서의 경화는 단시간에 일어나지만 온도에 따른 고분자 수축 현상과 잔존 응력이 남아 있어서 온도 신뢰성 시험 시 물성 변화에 따라 불량이 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로, 다단계의 온도에서 서서히 경화시켜 수축률을 줄이고 잔존 응력을 최소로 하기 위함이다.

봉지부재(40)의 제조가 완료되면 본 발명의 LED 모듈의 전기적 특성, 광학 특성 또는 외관 검사를 수행하는 테스트를 실시한다(S60). 이러한 LED 모듈의 테스트는 각 제조 공정 별로 실시할 수 있다. 예를 들어, 와이어 본딩 단계(S40)를 완료한 후 광학이나 전기적인 테스트를 수행하여 와이어 본딩의 불량여부를 판별한다.

상기 제조방법을 이용해 제조된 본 발명의 LED 모듈은 COB 방법으로 다수개의 LED 칩(30)이 선형으로 배열하여 실장한 후 다수개의 LED 칩(30)을 한 번에 렌즈형태로 봉지하여 광도파관으로 사용됨으로써 LED 칩(30) 사이의 음영지역을 줄이고 확산각을 크게 하여 스폿(Spot) 현상을 제거하여 눈부심을 감소시키며 균일한 휘도를 얻을 수 있어 광특성을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 LED 모듈은 또한 도 14 및 도 15에서와 같이 LED 칩(30) 사이의 거리(p1,p2)를 짧게 하는 경우에 더욱 균일한 휘도를 얻을 수 있어 본 발명의 LED 모듈이 적용된 LED 형광등을 슬림(slim)하게 제조가 가능하다. 즉, 본 발명의 LED 모듈은 도 14에서와 같이 본 발명의 LED 모듈을 적용하여 LED 형광등과 같은 직관형 형태의 조명을 제조 시 직선(L2)의 위치에 광학산부재(도시 않음)를 사용하는 경우에 LED 칩(30)과 광학산부재 사이의 거리를 가깝게 위치되도록 할 수 있어 슬림(slim)하게 제조할 수 있으며, 도 15에서와 같이 광학산부재가 없는 경우에도 충분한 광균일도를 얻을 수 있고 확산률을 줄이고 광투과율을 높임으로써 같은 소비전력 대비 광효율이 높은 제품을 제조할 수 있다.

반면에 종래의 LED 모듈은 도 16에서와 같이 기판(1) 및 다수개의 패키지형 LED(2)로 구성되며, 다수개의 패키형 LED(2)는 PPA((Poly phthal Amide) 패키지(2a), LED 칩(2b) 및 렌즈(2c)로 이루어져 POB(Package On Board) 방법으로 제조된다. 이러한 구성을 갖는 종래의 LED 모듈은 패키지형 LED(2)에 개별적으로 렌즈(2c)가 형성됨에 의해 좁은 광각으로 인해 균일한 휘도를 위해 광원으로 부터 일정 거리를 이격시켜 배치함에 의해 슬림한 조명 제품이 어렵고, 중앙 부위 빛이 강해 눈부심이 발생되는 문제점이 있다.

즉, 종래의 LED 모듈은 본 발명의 LED 모듈에 비해 POB(Package On Board) 방법으로 제조됨에 의해 스폿에 의한 눈부심과 휘도 불균일이 발생되며, 이를 해결하기 위해 추가적인 광학산부재가 사용되어야 하며, 패키지형 LED 칩(2) 사이의 피치에 따라 광학산부재의 설치 거리를 조절하거나 광학산부재의 확산률을 높여야 하기 때문에 두께가 두꺼워 지거나 광투과 효율이 낮아지는 문제가 있다.

예를 들어, 본 발명의 LED 모듈은 도 14에서와 같이 기판(10)에 다수개의 LED 칩(30)을 선형으로 배열하여 실장 한 후 봉지부재(40)를 한 번에 몰딩하여 봉지하는 선형 COB 몰딩 방법과 광확산부재(Diffuser: 도시 않음)가 적용되는 경우에 확산각을 증가시켜 균일한 휘도를 위한 LED 칩(30)과 직선(L2) 사이의 거리(d2)가 짧아 보다 Slim한 제품 제작 가능하고 스폿(Spot) 현상이 적어 눈부심이 감소킨다.

본 발명의 LED 모듈은 도 15에서와 같이 LED 칩(30) 사이의 피치(p1,p2)를 줄이고 COB 몰딩을 함으로써 봉지부재(40)의 표면 근처에서 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 즉, LED 칩(30)과 직선(L1) 사이의 거리(d1)를 짧게 할 수 있기 때문에 매우 슬림한 제품을 제작할 수 있고 추가적인 광학산부재를 사용하지 않고 광효율도 높게 유지할 수 있다.

반면에, 종래의 LED 모듈은 도 16에서와 같이 휘도를 위해 광학산부재를 패키지형 LED 칩(2)로부터 일정 거리 두고 설치하여 LED 칩(2)과 직선(L2) 사이의 거리(d2)를 조정해야 함으로 슬림한 제품의 제작이 어렵고 중앙 부위에 빛이 강해 눈부심이 발생되는 문제점이 있다. 여기서, 직선(L1)은 LED 칩(30)이나 패키지형 LED 칩(2)과 광의 오버랩(Overlap)되는 위치를 나타내는 것으로 휘도 균일도의 최대 위치를 나타내며, 직선(L2)는 광확산부재를 이용하여 휘도를 균일하게 맞추는 위치를 나타낸 것으로 휘도 균일도의 최대점을 나타낸다. 거리(d1)는 LED 칩(30)이나 패키지형 LED 칩(2)과 직선(L1) 사이의 길이를 나타내고, 거리(d2)는 LED 칩(30)이나 패키지형 LED 칩(2)과 직선(L2) 사이의 길이를 나타내며, 본 발명에서 선형이라는 표기는 직선 즉, 일직선 형상을 나타낸다.

본 발명의 LED 모듈은 COB 기술을 적용하여 제작하기 때문에 PPA 패키지를 SMD 하여 제작하는 POB(Package On Board) 제품 즉, 종래의 LED 모듈에 비해 열전달 경로가 LED 칩(30)에서, LED 칩(30)과 다이패드(12) 사이에 형성되는 접착층(도시 않음) 및 기판(10)의 순으로 단순화 되어 열전달 경로를 줄임으로서 열저항을 감소시키고 열전달 속도가 개선되어 방열 성능이 개선된다.

이상과 같이 본 발명의 LED 모듈 및 그 제조방법은 다수개의 LED 칩을 COB를 이용하여 기판에 실장하며, 봉지부재를 지지하는 댐을 프린팅 방법과 같은 도포방법을 이용해 얇고 낮게 형성하고, 봉지재인 실리콘 레진의 표면 장력 특성을 이용하여 돔(Dome)으로 형성하여 렌즈특성을 갖도록 함으로써 광효율 개선, 균일도 개선, 눈부심 저하 방지 및 방열 특성을 개선할 수 있다.

즉, 본 발명의 LED 모듈은 반사층과 봉지부재가 광도파관과 같은 작용을 하여 다수개의 LED 칩에서 발생되는 광원이 부가적으로 모이기 때문에 20% 광효율 상승 효과를 보이고, 광확산으로 인해 180°이상으로 광각 형성하며, 넓은 광 확산각과 점(Dot)이 없는 선형 광원으로 인해 부가적인 광확산부재가 필요 없어 다양한 디자인의 제품을 만들 수 있다.

본 발명의 LED 모듈은 또한, 봉지부재를 일체형 선형 몰딩으로 형성함으로 인해 점광원과 달리 광원 단절 부위가 없기 때문에 색온도, 색좌표 및 휘도 균일도 상승이 있으며, 패키지 광원처럼 광량이 일정한 각도 내로 집중되지 않고 전방향으로 산란, 확산되기 때문에 눈부심 강도를 저하시킬 수 있다.

본 발명의 LED 모듈은 또한, COB 방법을 이용해 기판에 LED 칩을 실장함에 의해 열전달 경로를 줄여 열저항을 감소시키고 열 전달 속도를 개선하여 방열 성능을 현격하게 개선시키게 된다.

본 발명의 LED 모듈 및 그 제조방법은 LED 형광등과 같이 LED를 사용하는 조명이나, 선형성이 강조되는 광원 모듈,백라이트 제조산업 분야 등에 적용될 수 있다.

10: 기판 11: 베이스 기판부재
12: 다이패드 12a: 제1패드부재
12b: 제2패드부재 13: 반사층
20: 댐 30: LED 칩
40: 봉지부재

Claims

상측에 다수개의 다이패드(Die Pad)가 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되는 기판과;
상기 다이패드의 상측에 각각 선형 배열되어 실장되는 다수개의 LED 칩(Light Emitting Diode Chip)과;
상기 LED 칩이 내측에 위치되도록 상기 기판의 상측에 형성되는 댐(Dam)과;
상기 댐의 상측에 형성되어 다수개의 LED 칩을 봉지시키는 봉지부재로 구성되며,
상기 기판은 베이스 기판부재와, 상기 베이스 기판부재의 상측에 일정한 간격으로 선형 배열되도록 형성되는 다수개의 다이패드와, 상기 베이스 기판부재의 상측에 형성되는 반사층으로 구성되고, 상기 다수개의 다이패드는 각각 베이스 기판부재의 상측에 형성되어 LED 칩이 실장되거나 리드 와이어가 연결되는 제1패드부재와, 상기 제1패드부재와 대향되도록 기판의 상측에 형성되어 리드 와이어가 연결되는 제2패드부재로 구성되며, 상기 제1패드부재와 상기 제2패드부재는 각각 베이스 기판부재의 상측에 형성되는 제1도전성 패드층과, 상기 제1도전성 패드층의 상측에 형성되는 제2도전성 패드층으로 이루어지고,
상기 댐은 기판의 상측으로부터 돌출되도록 형성되는 돌출형 사각틀이 사용되며, 상기 돌출형 사각틀은 기판의 상측에 PSR(Photo Solder Resist), 마킹 잉크 에폭시(Marking INK Epoxy) 및 실리콘 레진 중 하나를 선택하여 실크 인쇄방법이나 디스펜싱 방법을 이용하여 형성되며,
상기 다수개의 LED 칩은 각각 N 개씩 병렬로 연결되어 M 개의 병렬회로 블록을 구성하고, 상기 M 개의 병렬회로 블록은 서로 직렬 연결되며, 상기 N과 M은 각각 2 이상인 자연수이며,
상기 봉지부재는 광도파관이며, 댐과 봉지재의 표면장력을 이용하여 댐의 상측에 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형으로 형성되어 선형으로 배열되는 상기 다수개의 LED 칩을 한 번에 봉지하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
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제1항에 있어서, 상기 베이스 기판부재는 히트싱크 부재나 PCB(Print Circuit Board)가 사용되며, 상기 PCB는 MPCB(Metal Print Circuit Board), FR((Flame Retardant))-4 PCB 및 세라믹 PCB 중 하나가 선택되어 사용되며,
상기 히트싱크 부재는 하측면의 표면적 확대를 위해 길이방향으로 다수개의 홈이 배열되도록 형성되며, 재질은 알루미늄(Al)이 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
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제1항에 있어서, 상기 다수개의 LED 칩은 각각 파랑색 LED, UV(UltraViolet) LED, 적색 LED, 녹색 LED, 블리쉬(Bluish) 녹색 LED 중 하나 이상이 선택되어 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
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다수개의 다이패드가 구비된 기판에 금형, 실크 인쇄, 사출 및 프레스 방법 중 하나를 이용하여 댐을 형성하는 단계와;
상기 댐이 형성된 기판의 다이패드에 LED 칩이 선형으로 배열되도록 실장하는 다이 본딩(Die Bonding) 단계와;
상기 LED 칩이 본딩된 기판에 부착된 이물질을 플라즈마 세정장비를 이용하여 세정하는 단계와;
상기 세정이 완료된 기판에 본딩된 LED 칩과 다이패드에 리드 와이어를 연결하는 와이어 본딩(Wire Bonding) 단계와;
상기 와이어 본딩이 완료된 기판에 댐과 표면장력을 이용하여 단면이 돔형으로 이루어지는 반원기둥형의 봉지부재를 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 댐을 형성하는 단계에서 댐의 높이는 기판으로부터 50~ 250㎛가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 봉지부재를 형성하는 단계는 댐과 표면장력을 이용하여 다수개의 LED 칩이 밀봉되도록 실리콘 레진(Silicon Resin)을 도포하는 단계와;
상기 실리콘 레진이 도포되면 실리콘 레진을 60 내지 80℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 표면을 경화시키는 제1경화단계와;
상기 제1경화가 완료되면 실리콘 레진을 100 내지 120℃에서 1 내지 2시간 동안 경화시켜 응력을 제어하는 제2경화단계와;
상기 제2경화가 완료되면 150 내지 170℃에서 2 내지 4시간 동안 경화시키는 제3경화단계와;
상기 제3경화가 완료되면 실온에서 1 내지 2 시간 동안 실리콘 레진을 냉각시켜 봉지부재의 제조를 완료하는 냉각단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 제조방법.