KR101287544B1 - 씨오비형 엘이디 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조립과정에서 와이어 공정을 개선하고, 광 효율을 향상시킨 COB형 LED 패키지에 관한 것으로, 전극이 형성된 기판과, 상기 기판에 본딩되는 발광칩을 포함하는 COB(Chip On Board)형 LED(Light Emitting Diode) 패키지에 있어서, 상기 기판에는 상기 발광칩과 전기적으로 연결되는 다수 개의 전원패드가 보강 형성되고; 상기 기판에는 상기 전극과 전원패드 간의 전기적 연결과 전원패드들 간의 전기적 연결을 매개하는 배선패턴이, 상기 발광칩에 간섭하지 않도록 상기 발광칩과 대향하게 배치 형성된 것이다.

Description

씨오비형 엘이디 패키지{COB type LED package}
본 발명은 조립과정에서 와이어 공정을 개선하고, 광 효율을 향상시킨 COB형 LED 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED')는 반도체의 p-n 접합구조에 의해 생성된 소수캐리어(전자 또는 양공)가 재결합(再結合) 되면서 전기에너지를 빛에너지로 바꾸는 전자부품이다. 일반적으로, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지가 되므로, 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛이 방출한다.
상기 LED로부터 나오는 빛의 영역은 레드(630nm~780nm)로부터 블루-자외선(Ultra Violet)(350nm)까지로, 블루, 그린 및 화이트도 포함한다. LED는 백열전구와 형광등과 같은 기존 광원에 비해 전력소비가 적고, 고효율 및 장시간 동작 수명 등의 장점을 가지고 있어 그 수요가 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.
이러한 LED는 최근에 모바일 단말기의 소형조명은 물론, 실내외의 일반조명, 자동차 조명, 대형 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(Backlight)로도 그 적용범위가 점차 확대되고 있다.
단순 LED 패키지는 리드 프레임에 발광칩을 다이 어태칭하고, 상기 발광칩과 리드프레임을 와이어본딩한 다음, 상기 리드프레임과 일체로 된 반사부를 갖는 캐비티가 형성되도록 수지재로 패키지 본체를 성형하여 제조한다.
그러나, 이러한 LED 패키지는 캐비티에 의해서 발광칩에서 발생된 빛의 지향각을 넓히는데 어려움이 있고, 하나의 패키지를 제조하는데 소요되는 비용이 크기 때문에 제조원가를 낮추는데 문제점이 있었다.
이에 따라, 발광칩(10, 10'; 도 1 참조)을 직접 기판(20)에 다이 본딩(Die Bonding)하고 금속와이어(30)를 매개로 와이어 본딩(Wire Bonding)하여 전기적 연결을 하는 COB(Chip On Board)형 LED 패키지가 개발되었다.
이러한 COB형 LED 패키지는 기판(20)의 상부면에 패턴인쇄되는 +극과 -극의 전극(21, 22) 사이에 발광칩(10, 10')을 다이 본딩하여 어태칭하고, 와이어 본딩되는 금속와이어(30)를 매개로 전극체(21, 22)와 발광칩(10, 10')을 전기적으로 연결한다. 참고로, 상기 기판(20)의 상부면에는 상기 발광칩(10, 10')을 에워싸도록 솔더페이스트 또는 금속재를 소재로 하여 스크린 인쇄방식으로 일정높이의 측벽을 환 고리형으로 형성한 다음, 사전에 설정된 주입량으로 투명 수지를 측벽의 내측으로 도포하면, 주입된 투명 수지는 기판(20) 측으로 넘쳐 흐르지 않고 일정높이를 갖는 돔 형상을 유지하게 된다.
이러한 구조를 이루는 COB형 LED 패키지는 컬러 구현이 가능하여 표시등, 전광판 및 디스플레이용으로 널리 사용되고 있으며, 백색광을 구현할 수 있어 일반 조명용으로도 사용되고 있다. 참고로, COB형 LED 패키지는 LED의 높은 효율과 긴 수명 및 친환경적 특성으로 인해 활용 분야가 지속적으로 증가하는 실정이다.
한편, COB형 LED 패키지에는 충분한 광도 확보를 위해 복수 개의 발광칩(10, 10')이 기판(20)에 실장되고, 전력 공급을 위해 실장된 복수 개의 발광칩(10, 10')은 상호 직렬로 연결된다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 COB형 LED 패키지에는 복수 개의 발광칩(10, 10')이 기판(20)에 정렬된 후 금속와이어(30)를 매개로 발광칩(10, 10')끼리 전기적으로 연결되면서, 외부로부터 공급되는 전력이 발광칩(10, 10') 모두에 정상적으로 공급될 수 있도록 된 것이다.
계속해서, COB형 LED 패키지에 구성되는 복수 개의 발광칩(10, 10')은 위치에 상관없이 전체적으로 균일한 광 출력 상태를 보이도록, 발광칩(10, 10')들이 일정 간격의 다열횡대(多列橫隊)로 정렬된다. 이때 기판(20)에 대한 발광칩(10, 10')의 실장은 자동화장비를 통해 이루어지므로, 발광칩(10, 10')의 극성은 모두 동일한 방향을 향하도록 배치될 수밖에 없고, 이를 통해 도 1에 도시한 바와 같이 복수 개의 발광칩(10, 10')을 직렬연결하기 위해서는 발광칩(10, 10')을 전기적으로 서로 연결하는 금속와이어(30)가 발광칩(10, 10')을 부분적으로 덮도록 설치할 수밖에 없었다.
그런데, 이러한 설치방법은 금속와이어(30)가 빛이 발하는 발광칩(10, 10')을 덮으면서 광 효율을 저해시키는 원인이 되었고, 발광칩(10, 10')을 실장한 후 금속와이어(30) 연결 작업을 수행해야 하는 와이어 공정상의 불리함으로 인해 최종 완성품에 대한 제조원가를 높이는 이유가 되었다.
이러한 문제를 해소하기 위해 도 2에 도시한 바와 같이, 발광칩(10, 10')의 극성 방향을 열을 기준으로 반대로 배치하고, 이에 따라 발광칩(10, 10')의 직렬 연결을 위한 금속와이어(30)가 곧바로 연결될 수 있도록 해서, 발광칩(10, 10')에 대한 금속와이어(30)의 간섭이 최소화되도록 했다.
그러나, 동일한 기판(20)에 발광칩(10, 10')의 극성 방향을 다르게 배치하기 위해서는 발광칩(10, 10') 실장시 기판(20) 자체를 회전시켜서 기판(20)에 실장된 발광칩(10, 10')의 극성 방향이 반대가 되도록 하거나, 발광칩(10, 10')을 기판(20)에 실장하는 장치가 직접 회전하면서 발광칩(10, 10')의 극성 방향이 조정되도록 해야 하므로, COB형 LED 패키지 생산을 위한 기존의 자동화장비를 전반적으로 수정해야 하는 번거로움과 막대한 비용적 부담이 있었다.
특허문헌 1. 일본 공개특허공보 특개2011-151268호(2011.08.04 공개)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로서, 기판에 실장된 복수 개의 발광칩의 극성 방향을 수정하지 않으면서도 금속와이어의 간섭없이 광 조사 효율을 높일 수 있는 COB형 LED 패키지의 제공을 기술적 과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
전극이 형성된 기판과, 상기 기판에 본딩되는 발광칩을 포함하는 COB(Chip On Board)형 LED(Light Emitting Diode) 패키지에 있어서,
상기 기판에는 상기 발광칩과 전기적으로 연결되는 다수 개의 전원패드가 보강 형성되고;
상기 기판에는 상기 전극과 전원패드 간의 전기적 연결과 전원패드들 간의 전기적 연결을 매개하는 배선패턴이, 상기 발광칩에 간섭하지 않도록 상기 발광칩과 대향하게 배치 형성된 COB형 LED 패키지이다.
본 발명은 발광칩 실장시 극성 방향을 조정하지 않고도 발광칩을 서로 직렬 연결하는 금속와이어가 발광칩을 덮는 문제를 해결할 수 있고, 고가의 재료가 사용되는 금속와이어를 최소한으로 이용해서 완성품에 대한 제조원가를 줄일 수 있는 효과 또한 기대된다.
도 1 및 도 2는 종래 COB형 LED 패키지의 모습을 도시한 평면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제1실시 예를 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제2실시 예 및 제3 실시 예를 도시한 평면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제4실시 예를 도시한 평면도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제1실시 예를 도시한 평면도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 COB형 LED 패키지는 정렬된 발광칩(10, 10')의 열을 따라 전원패드(41, 41', 42, 42', 43, 43'; 통칭하는 경우 '40')가 배치되고, 기판(20')에는 배선패턴(23a, 23b, 23c, 23d; 통칭하는 경우 '23')이 발광칩(10, 10')과 대향하도록 해당 전원패드(40)와 연결되게 형성된다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 3행 3열로 기판(20')에 배치된 발광칩(10, 10')의 각 열의 전,후단에는 6개의 전원패드(40)가 각각 배치된다. '+' 전극(21)으로부터 인출된 첫번째 배선패턴(23a)은 제1열의 전단 전원패드(41)와 연결된다. 해당 전원패드(41)와 전기적으로 연결된 제1열의 발광칩은 금속와이어(30)를 매개로 전기적으로 직렬 연결되면서 제1열의 후단 전원패드(41')와 연결된다.
계속해서, 제1열의 후단 전원패드(41')는 두번째 배선패턴(23b)을 매개로 제2열의 전단 전원패드(42)와 연결되고, 해당 전원패드(42)와 전기적으로 연결된 제2열의 발광칩은 금속와이어(30)를 매개로 전기적으로 직렬 연결되면서 제2열의 후단 전원패드(42')와 연결된다.
계속해서, 제2열의 후단 전원패드(42')는 세번째 배선패턴(23c)을 매개로 제3열의 전단 전원패드(43)와 연결되고, 해당 전원패드(43)와 전기적으로 연결된 제3열의 발광칩은 금속와이어(30)를 매개로 전기적으로 직렬 연결되면서 제3열의 후단 전원패드(43')와 연결된다.
계속해서, 제3열의 후단 전원패드(43')는 네번째 배선패턴(23d)을 매개로 '-' 전극(22)과 연결되고, 이를 통해 제1,2,3열의 해당 발광칩(10, 10')은 전극(21, 22)과 전기적으로 직렬 연결되어서, 구동에 필요한 전력을 공급받는다.
결국, 기판(20')에 실장되는 발광칩(10, 10')의 극성 방향을 변경하지 않고도 금속와이어(30)에 의한 발광칩(10, 10')의 가림없이 제작될 수 있어서, COB형 LED 패키지의 광 효율 개선은 물론 제작효율까지 향상시키는 효과가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제2실시 예 및 제3 실시 예를 도시한 평면도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 COB형 LED 패키지에 구성되는 기판(20')의 경우, 실장될 발광칩(10, 10')의 개수와는 상관없이 일정 패턴과 개수의 배선패턴(23) 및 전원패드(40)를 형성해 기판(20')을 양산할 수 있다.
도 4(a)는 발광칩(10, 10')이 가로 3행, 세로 2열로 배치된 COB형 LED 패키지의 모습을 도시한 것으로서, 첫번째 열과 두번째 열의 발광칩(10, 10')이 제1열 전,후단에 위치한 전원패드(41, 41')와 제3열 전,후단에 위치한 전원패드(43, 43')에 각각 연결되어서, 6개의 발광칩(10, 10')이 동일한 극성 방향을 이루며 전기적인 직렬 연결상태를 이루도록 했다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, '+' 전극(21)으로부터 인출된 첫번째 배선패턴(23a)은 제1열의 전단 전원패드(41)와 연결된다. 해당 전원패드(41)와 전기적으로 연결된 첫번째 열의 발광칩은 금속와이어(30)를 매개로 전기적으로 직렬 연결되면서 제1열의 후단 전원패드(41')와 연결된다.
계속해서, 제1열의 후단 전원패드(41')는 두번째 배선패턴(23b)을 매개로 제2열의 전단 전원패드(42)와 연결된다. 한편, 제2열의 전단 전원패드(42)는 제3열의 전단 전원패드(43)와 금속와이어(30)를 통해 곧바로 연결될 수도 있고, 제2열의 후단 전원패드(42')와 다른 금속와이어(30)를 통해 연결될 수도 있다. 물론, 제2열의 전,후단 전원패드(42, 42')가 전기적으로 연결될 경우, 제2열의 전단 전원패드(42)와 제3열의 전단 전원패드(43) 간의 전기적인 연결은 세번째 배선패턴(23c)을 통해 이루어질 것이다.
계속해서, 제3열의 전단 전원패드(43)와 전기적으로 연결된 두번째 열의 발광칩은 금속와이어(30)를 매개로 전기적으로 직렬 연결되면서 제3열의 후단 전원패드(43')와 연결된다.
계속해서, 제3열의 후단 전원패드(43')는 네번째 배선패턴(23d)을 매개로 '-' 전극(22)과 연결되고, 이를 통해 첫번째와 두번째 열의 해당 발광칩(10, 10')은 전극(21, 22)과 전기적으로 직렬 연결되어서, 구동에 필요한 전력을 공급받는다.
도 4(b)는 두번째 열의 발광칩이 연결되는 전원패드(40)의 대상을 조정해서 전원패드(40) 간의 연결을 위한 금속와이어(30)의 불필요한 사용을 최소화한 모습을 보인 것으로서, 두번째 열의 발광칩은 제2열의 전단 전원패드(42) 및 제3열의 후단 전원패드(43')와 직렬로 연결되어서, 전기가 '+' 전극(21), 첫번째 배선패턴(23a), 제1열 전단 전원패드(41), 첫번째 열의 발광칩, 제1열의 후단 전원패드(41'), 두번째 배선패턴(23b), 제2열 전단 전원패드(42'), 두번째 열의 발광칩, 제3열의 후단 전원패드(43'), 네번째 배선패턴(23d), '-' 전극(22) 순으로 흐를 수 있도록 된다.
참고로, 금속와이어(30)의 재료로 전류 저항을 최소화하기 위해 저항계수가 낮은 금(원소기호 'Au')이 적용된다. 그런데, 금은 가격이 높은 재료이므로, 그 사용을 최소화할 수 있는 배선 형태로 설계되는 것이 바람직할 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제4실시 예를 도시한 평면도인 바, 이를 참조해 설명한다.
본 발명에 따른 COB형 LED 패키지의 제4실시 예에서는 기판(20")에 발광칩(10, 10')이 3행 4열로 실장된 모습을 보인 것으로서, 전원패드(40') 또한 제1 내지 4열 각각의 전,후단에 형성되고, 배선패턴(23') 또한 서로 이웃하는 전원패드(40')를 연결하도록 형성된다.
도시한 바와 같이, 기판(20")에 실장되는 발광칩(10, 10')의 개수가 증가할수록 전원패드(40')와 배선패턴(23')의 수 또한 일정하게 증가할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 전원패드(40')가 열을 따라 전단과 후단에 각각 배치된 것으로 하였지만, 이에 한정하는 것은 아니며 행을 따라 배치될 수도 있다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 5에서 보인 바와 같이 열을 따라 전원패드(40')를 형성시킬 경우, 4쌍의 전원패드(40')와 5개의 배선패턴(23')이 요구된다. 그러나, 행을 따라 전원패드를 형성시킬 경우 3쌍의 전원패드(미도시함)와 4개의 배선패턴(미도시함)이면 족하다. 더욱이 열을 따라 전원패드(40')를 형성시킬 경우와 행을 따라 전원패드(미도시함)을 형성시킬 경우 모두 발광칩(10, 10')을 서로 연결하기 위해 쓰이는 금속와이어(30)의 개수 차이는 미미하므로, 현실적으로 전원패드의 수를 줄이는 것이 바람직할 것이다.
이외에도, 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지는 발광칩(10, 10')이 반드시 정렬된 상태에 한정하는 것은 아니며, 불규칙한 상태 또는 정렬되지 않은 상태에서도 적용될 수 있음은 물론이다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 10'; 발광칩 20, 20', 20"; 기판 21, 22; 전극
23; 배선패턴 30; 금속와이어 40; 전원패드

Claims (3)

  1. 전극이 형성된 기판과, 상기 기판에 본딩되는 발광칩을 포함하는 COB(Chip On Board)형 LED(Light Emitting Diode) 패키지에 있어서,
    상기 기판에는 상기 발광칩과 전기적으로 연결되는 다수 개의 전원패드가 보강 형성되고;
    상기 기판에는 상기 전극과 전원패드 간의 전기적 연결과 전원패드들 간의 전기적 연결을 매개하는 배선패턴이, 상기 발광칩에 간섭하지 않도록 상기 발광칩과 대향하게 배치 형성된 것을 특징으로 하는 COB형 LED 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극, 전원패드 및 발광칩이 상기 배선패턴을 매개로 전기적인 직렬연결을 이룬 것을 특징으로 하는 COB형 LED 패키지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광칩이 극성 방향이 동일하도록 상기 기판에 배치된 것을 특징으로 하는 COB형 LED 패키지.
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KR20100138781A (ko) * 2009-06-23 2010-12-31 시티즌 덴시 가부시키가이샤 발광 다이오드 장치
JP2011151268A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Sharp Corp 発光装置
JP2011238902A (ja) 2010-04-16 2011-11-24 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置
KR20120060306A (ko) * 2010-12-02 2012-06-12 서울반도체 주식회사 발광 다이오드 모듈 및 발광 다이오드 조명장치

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