KR101234011B1 - 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 ｌｅｄ패키지 - Google Patents

경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 ｌｅｄ패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액상의 봉지재에 경도가 다른 고체 상태의 스피어를 혼합하여 경화시킴으로써, LED 패키지에 가해지는 열적 충격이 스피어를 통해 분산되도록 하여 봉지재와 LED 패키지 프레임 사이의 열적 불균형으로 인한 봉지재의 파손을 개선한 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 액체 상태의 봉지재에 경도가 다른 고체 상태의 스피어를 포함한 봉지재로서, 액체 상태의 실리콘 수지 화합물; 및 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되는 고체 상태의 실리콘 스피어(sphere)를 포함한다. 따라서 액체 상태의 봉지재에 고체 상태 스피어를 혼합함으로써, 우수한 경도와 낮은 열팽창성을 갖는 봉지재와 LED 패키지를 제공할 수 있다.

Description

경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 ＬＥＤ패키지{ENCAPSULANT HAVING SPHERE WITH DIFFERENT HARDNESS AND LED PACKAGE USING THE SAME}
본 발명은 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재와 이를 이용한 LED 패키지에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 액상의 봉지재에 경도가 다른 고체 상태의 스피어를 혼합하여 경화시킴으로써, LED 패키지에 가해지는 열적 충격이 스피어를 통해 분산되도록 하여 봉지재와 LED 패키지 프레임 사이의 열적 불균형으로 인한 봉지재의 파손을 개선한 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 LED 패키지에 관한 것이다.
LED(light emission diode)는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들고 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자로서, 소비 전력이 적고 수명이 길며, 협소한 공간에 설치 가능하고, 또한 진동에 강한 특성을 갖고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 LED 패키지(10)는 기판(11)과, 상기 기판(11) 상에 설치된 리드 프레임(12)과, 상기 리드 프레임(12)에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩(13)과, 상기 LED 칩(13)과 리드 프레임(12)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(14)와, 상기 LED 칩(13)으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터(15)와, 상기 LED 칩(13)과 본딩 와이어(14)를 밀봉하는 봉지재(16)를 포함한다.
상기 봉지재(16)는 리플렉터(15) 내의 LED 칩(13)을 보호하는 역할을 하는 것으로 그 형상에 따라 제한적으로 광의 지향각 조절에 이용된다.
한편, 종래에는 상기 봉지재(16)로서 예를 들면 에폭시(Epoxy) 수지가 사용되었고, 상기 봉지재(16) 중에 형광체 등을 혼합시킴으로써, LED 칩(13)으로부터 발광되는 빛의 파장이 변환되도록 하였다.
그러나 이러한 에폭시 수지는 수분을 흡수하는 성질이 높기 때문에 LED 패키지(10)를 장시간 사용했을 경우 LED 칩(13)으로부터의 열에 의해 크랙이 발생하거나 또는 수분의 칩입에 의해 형광체나 LED 칩(13)의 열화가 발생하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 최근 발광 파장의 단파장화에 따라 에폭시 수지가 열화되어 착색되기 때문에, 장시간의 점등 및 고출력에서의 사용에 있어서는 LED 패키지(10)의 휘도가 현저히 저하되는 문제점도 있었다.
이러한 문제점들에 대하여, 에폭시 수지의 대체품으로서 내열성, 자외 내광성이 우수한 실리콘 수지가 사용되었으나, 상기 실리콘 수지는 충분한 경도를 제공하지 못하여 외부로부터의 열 충격이 가해질 경우, LED 칩(13)과 리드 프레임(12)을 연결하는 본딩 와이어(14)의 손상을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.
또한, 실리콘 수지는 밀착성이나, 외부환경 변화(햇빛,날씨 등 기후변화)에 잘견디는 내후성 등이 불충분하여 용융 유리 등의 무기 재료를 봉지재에 혼합하여 사용하였으나, 취급 온도가 350℃ 이상으로 높아서 LED 칩(13)에 손상을 주는 문제점이 있다.
또한, 실리콘 수지는 성형과정에서 경화 수축이나 외부에서의 열 충격으로 인해 크랙이 발생하거나 밀착된 소자와 박리가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 실리콘 수지의 밀착성이나 내후성을 증가시키기 위해 다른 종류의 재료를 사용하는 경우 밀착성이나 내후성은 개선될 수 있지만 혼합된 다른 재료와의 굴절율 차이로 인해 LED 패키지(10)의 광 효율이 감소되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 액상의 봉지재에 경도가 다른 고체 상태의 스피어를 혼합하여 경화시킴으로써, LED 패키지에 가해지는 열적 충격이 스피어를 통해 분산되도록 하여 봉지재와 LED 패키지 프레임 사이의 열적 불균형으로 인한 봉지재의 파손을 개선한 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재 및 이를 이용한 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 액체 상태의 봉지재에 경도가 다른 고체 상태의 스피어를 포함한 봉지재로서,
액체 상태의 실리콘 수지 화합물; 및 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되는 고체 상태의 실리콘 스피어(sphere)를 포함하고, 상기 고체 상태의 실리콘 스피어는 지름의 크기가 서로 다르고, 경도가 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물의 경도보다 높은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과 고체 상태의 실리콘 스피어는 동일 재료 및 동일 굴절율인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 고체 상태의 실리콘 스피어 지름이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛ 크기의 스피어 중 적어도 하나의 지름 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되어 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 스피어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판과 상기 기판상에 설치된 리드 프레임과 상기 리드 프레임에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩과 상기 LED 칩과 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어와 상기 LED 칩으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터와 상기 리플렉터에 충전되어 LED 칩과 본딩 와이어를 밀봉하는 봉지재를 포함하는 LED 패키지에 있어서,
상기 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과, 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 고체 상태의 실리콘 스피어가 혼합된 봉지재를 포함하고, 상기 고체 상태의 실리콘 스피어는 지름의 크기가 서로 다르고, 경도가 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물의 경도보다 높은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과 고체 상태의 실리콘 스피어는 동일 재료와 동일 굴절율로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 고체 상태의 실리콘 스피어 지름이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛크기의 스피어 중 적어도 하나의 지름 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되어 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 스피어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 액체 상태의 봉지재에 고체 상태 스피어를 혼합함으로써, 우수한 경도와 낮은 열팽창성을 갖는 봉지재를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 봉지재와 동일 재료 및 동일 굴절률의 스피어를 혼합함으로써, 스피어의 혼합으로 인한 봉지재의 투명성과 광 효율의 감소를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 봉지재의 열변형으로 인한 봉지재의 크랙 발생과 봉지재의 박리 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 LED 패키지 구조를 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재를 이용한 LED 패키지의 일 실시예 구조를 나타낸 단면도.
도 3 은 본 발명에 따른 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재와 이를 이용한 LED 패키지의 다른 실시예 구조를 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재와 이를 이용한 LED 패키지의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(LED 패키지용 봉지재)
본 발명에 따른 경도가 다른 스피어를 포함한 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되는 고체 상태의 실리콘 스피어(sphere)를 포함하여 구성된다.
즉 본 발명에서는 봉지재의 특성을 향상시키기 위해 단일 재료의 액체 상태 실리콘 수지와 상기 액체 상태의 실리콘 수지보다 경도(硬度)가 높은 고체 상태의 실리콘 수지 스피어를 혼합한 복합체를 제공한다.
상기 경도는 굳기를 나타내는 척도로서, 경도가 높을수록 단단하고 본 실시예에서는 높은 경도의 실리콘 수지 스피어를 혼합한 것을 실시예로 설명하지만, 상기 높은 경도의 실리콘 수지 스피어와 대비하여 상대적으로 낮은 경도의 실리콘 수지 스피어를 혼합하여 실시할 수도 있다.
상기 실리콘 수지는 다른 봉지재료에 비해 상대적으로 내화학성, 내열성 및 내변색성이 우수한 장점을 가지고 있으나, 상대적으로 경도가 낮으므로 내구성이 약하고, 접착력이 낮아 LED 패키지 본체의 재료인 세라믹 등과는 외부의 열 충격으로 인한 스트레스에 의해 크랙이 발생하거나 쉽게 박리되는 단점을 갖고 있다.
따라서 단일 재료인 실리콘 수지만으로는 적정한 강도의 봉지재를 제공하기 가 어려우므로 경도가 낮은 실리콘 수지의 경도를 증가시키기 위해 액체 상태인 실리콘 수지의 경도보다 상대적으로 경도가 높은 고체 상태의 실리콘 수지 스피어를 혼합하여 LED 패키지용 봉지재로 사용할 수 있다.
한편, 경도가 낮은 실리콘 수지의 경도를 증가시키기 위해 경도가 높은 고체 상태의 실리콘 수지 스피어를 혼합함으로써, LED 패키지용 봉지재의 경도를 증가시킬 수 있다.
이를 더욱 상세하게 설명하면, LED 패키지용 봉지재의 강도가 증가될 수 있도록 고체 상태의 실리콘 수지 스피어는 지름 크기가 "0.1 ㎛" 내지 "10 ㎛" 크기 스피어를 혼합한다.
여기서 "0.1 ㎛"와 같이 작은 크기의 스피어는 액체 상태의 실리콘 수지량을 줄일 수 있게 하고 "10 ㎛"와 같은 큰 크기의 스피어 사이에서 일종의 윤활 작용을 하여 밀착성이 향상될 수 있도록 한다.
또한, "10 ㎛"와 같이 큰 크기의 스피어는 고체 상태로서 액체 상태의 실리콘 수지보다 높은 경도를 갖고 있으므로 경화 과정이 종료된 봉지재의 강도(剛度)가 증가되도록 한다.
즉 액체 상태의 실리콘 수지만 포함된 봉지재가 경화되었을 경우 그 경도가 매우 낮지만, "0.1 ㎛"와 같이 작은 크기의 스피어가 혼합되면 작은 크기의 스피어 사이를 액체 상태의 실리콘 수지가 접착시키고, 또 이것이 "10 ㎛"와 같이 큰 크기의 스피어 사이를 접착시키기 때문에 봉지재의 강도가 증가하게 된다.
한편, 본 실시예에서는 "0.1 ㎛" 크기의 스피어와 "10 ㎛" 크기의 스피어를 혼합한 LED용 패키지 봉지재를 설명하였으나 이에 한정되는 것을 아니고 액체 상태의 실리콘 수지에 "0.1 ㎛"와 같이 작은 크기의 고체 상태 스피어만 혼합하여 봉지재를 구성할 수도 있고, 액체 상태의 실리콘 수지에 "10 ㎛"와 같이 큰 크기의 고체 상태 스피어만 혼합하여 봉지재를 구성할 수도 있으며, "0.1 ㎛"와 "10 ㎛" 사이의 지름 크기 중 적절한 크기를 선택 조합하여 구성할 수도 있다.
또한, 상기 실리콘 수지는 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지가 사용되고, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 수산기를 함유한 폴리머 실란으로는, 트리페닐 실라놀(triphenyl silanol), 디페닐 메틸 실라놀(diphenyl methyl silanol), 디페닐 실란 디올(dimethyl silane diol) 및 비닐 디페닐 실란 디올(vinyl diphenyl silane diol)이 있을 수 있다.
또한, 상기 LED 패키지용 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지와 동일한 굴절율이 제공될 수 있도록 액체 상태의 실리콘과 동일한 동일 재료로 이루어져서 스피어로 인한 봉지재의 광 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 LED 패키지용 봉지재는 상기 액체 상태의 실리콘 수지에 혼합되어 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 스피어를 더 포함할 수 있다.
상기 형광체 스피어는 희토류로 도핑된 가넷, 희토류로 도핑된 알칼리토금속 황화물, 희토류로 도핑된 티오갈레이트, 희토류로 도핑된 알루미네이트, 및 희토류로 도핑된 오르토실리케이트로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함한다.
(LED 패키지)
도 2는 본 발명에 따른 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재를 이용한 LED 패키지의 일 실시예 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 패키지(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110)상에 설치된 리드 프레임(120)과, 상기 리드 프레임(120)에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩(130)과, 상기 LED 칩(130)과 리드 프레임(120)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(140)와, 상기 LED 칩(130)으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터(150)와, 상기 리플렉터(150)의 내부에 충전되어 LED 칩(130)과 본딩 와이어(140)를 밀봉하는 봉지재(200)를 포함하여 구성된다.
상기 봉지재(200)는 액체 상태의 실리콘 수지(210)와 상기 액체 상태의 실리콘 수지(210)에 고체 상태의 실리콘 스피어(220)가 혼합되어 구성된다.
상기 액체 상태의 실리콘 수지(210)는 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지가 사용되고, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 수산기를 함유한 폴리머 실란으로는, 트리페닐 실라놀(triphenyl silanol), 디페닐 메틸 실라놀(diphenyl methyl silanol), 디페닐 실란 디올(dimethyl silane diol) 및 비닐 디페닐 실란 디올(vinyl diphenyl silane diol)이 있을 수 있다.
상기 고체 상태의 실리콘 스피어(220)는 액체 상태의 실리콘 수지(210)와 동일한 굴절율이 제공될 수 있도록 액체 상태의 실리콘과 동일한 재료로 이루어져서 고체인 스피어(220)로 인한 봉지재(200)의 광 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재와 이를 이용한 LED 패키지의 다른 실시예 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 패키지(100')는 기판(110)과, 상기 기판(110)상에 설치된 리드 프레임(120)과, 상기 리드 프레임(120)에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩(130)과, 상기 LED 칩(130)과 리드 프레임(120)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(140)와, 상기 LED 칩(130)으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터(150)와, 상기 리플렉터(150)의 내부에 충전되어 LED 칩(130)과 본딩 와이어(140)를 밀봉하는 봉지재(200')를 포함하여 구성된다.
상기 봉지재(200')는 액체 상태의 실리콘 수지(210')에 상기 액체 상태의 실리콘 수지(210')에 고체 상태의 실리콘 스피어(220')와 적어도 1종의 형광체 스피어(230')가 혼합되어 구성된다.
상기 액체 상태의 실리콘 수지(210')는 적어도 1개의 규소 원자 결합 수산기를 갖는 실리콘 수지가 사용되고, 폴리 실란, 폴리 실록산 및 그 조합 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 수산기를 함유한 폴리머 실란으로는, 트리페닐 실라놀(triphenyl silanol), 디페닐 메틸 실라놀(diphenyl methyl silanol), 디페닐 실란 디올(dimethyl silane diol) 및 비닐 디페닐 실란 디올(vinyl diphenyl silane diol)이 있을 수 있다.
상기 고체 상태의 실리콘 스피어(220')는 액체 상태의 실리콘 수지(210')와 동일한 굴절율이 제공될 수 있도록 액체 상태의 실리콘과 동일한 재료로 이루어져서 고체인 스피어(220')로 인한 봉지재(200')의 광 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
상기 형광체 스피어(230')는 액체 상태의 실리콘 수지(210')에 혼합되어 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환한다.
또한, 상기 형광체 스피어(230')는 희토류로 도핑된 가넷, 희토류로 도핑된 알칼리토금속 황화물, 희토류로 도핑된 티오갈레이트, 희토류로 도핑된 알루미네이트, 및 희토류로 도핑된 오르토실리케이트로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형광체를 포함한다.
따라서 액체 상태의 봉지재에 고체 상태 스피어를 혼합함으로써, 우수한 경도와 낮은 열팽창성을 갖는 봉지재와 LED 패키지를 제공할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100', 100 : LED 패키지 110 : 기판
120 : 리드 프레임 130 : LED 칩
140 : 본딩 와이어 150 : 리플렉터
200, 200' : 봉지재 210, 210' : 액체 봉지재
220, 220' : 고체 스피어 230' : 형광체 스피어

Claims (8)

  1. 액체 상태의 봉지재에 경도가 다른 고체 상태의 스피어를 포함한 봉지재로서,
    액체 상태의 실리콘 수지 화합물; 및
    상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되는 고체 상태의 실리콘 스피어(sphere)를 포함하고,
    상기 고체 상태의 실리콘 스피어는 지름의 크기가 서로 다르고, 경도가 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물의 경도보다 높은 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과 고체 상태의 실리콘 스피어는 동일 재료 및 동일 굴절율인 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 상태의 실리콘 스피어는 지름이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛ 크기의 스피어 중 적어도 하나의 지름 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되어 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 스피어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재.
  5. 기판과, 상기 기판상에 설치된 리드 프레임과, 상기 리드 프레임에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩과, 상기 LED 칩과 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어와, 상기 LED 칩으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터와, 상기 리플렉터에 충전되어 LED 칩과 본딩 와이어를 밀봉하는 봉지재를 포함하는 LED 패키지에 있어서,
    상기 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과, 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 고체 상태의 실리콘 스피어가 혼합된 봉지재를 포함하고,
    상기 고체 상태의 실리콘 스피어는 지름의 크기가 서로 다르고, 경도가 상기 액체 상태의 실리콘 수지 화합물의 경도보다 높은 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재를 이용한 LED 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물과 고체 상태의 실리콘 스피어는 동일 재료와 동일 굴절율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재를 이용한 LED 패키지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 고체 상태의 실리콘 스피어는 지름이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛ 크기의 스피어 중 적어도 하나의 지름 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재를 이용한 LED 패키지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 봉지재는 액체 상태의 실리콘 수지 화합물에 혼합되어 특정 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환하기 위한 적어도 1종의 형광체 스피어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경도가 다른 스피어를 갖는 봉지재를 이용한 LED 패키지.
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