KR101338567B1 - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 패키지를 개시한다.
본 발명에 따르면, COB 타입 LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선할 수 있고, 공정을 획기적으로 단순화시킬 수 있다.

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, COB 타입 LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선할 수 있고, 공정을 획기적으로 단순화시킬 수 있는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED)를 이용하는 광원은 기존의 광원(백열램프, 형광램프, 할로겐 등)에 비해 고효율, 장수명, 저전력소비, 친환경적인 점 등 많은 장점을 갖는다.
도 1은 LED 패키지를 나타낸 것이다. LED 패키지는, 합성수지 사출물인 프레임(1)에 의해 고정된 리드 전극(2) 상에 LED 칩(chip, 3)을 실장한 후 와이어 본딩에 의해 리드 전극(2a, 2b)과 전기적으로 연결하고, LED 칩(3) 상부에 형광체 및 봉지재를 충진하여 이루어진다. 리드 전극(2a, 2b)은 (+)극성을 갖는 리드 전극(2a) 및 (-)극성을 갖는 리드 전극(2b)을 포함하며, LED 칩(3)은 (-)극성을 갖는 리드 전극(2b) 상에 실장될 수 있다. 이러한 LED 패키지는 사용되는 조명 형태에 따라 다양하게 변형되고 다수의 LED 패키지를 이용하여 하나의 LED 광원이 완성된다.
LED 광원의 효율을 증대시키기 위해서는 LED 칩(3)의 성능자체가 중요하지만 LED 패키지의 방열기능, 반사패턴, 방사패턴 등의 요소도 중요한 역할을 한다. 특히, 방열기능은 LED 칩(3)의 성능을 가감시키는 결정적인 역할을 한다.
도 2는 COB(Chip on Board) 타입의 LED 패키지를 형성하기 위한 알루미늄(AL) PCB를 나타낸 것이다. AL PCB Base(4)상에 절연층(5), 구리(Cu)패턴층(6) 및 PSR(Photo Solder Resist)필름층(7)이 순차적으로 적층된다. 이후 어떠한 LED 패키지를 형성하느냐에 따라 적층되는 구조물이 상이하게 변형될 수 있다. 이후 Cu 패턴층(6) 상에 LED 칩을 실장한 후, 합성수지 사출물인 프레임 등을 적층한다면 공정상 비효율적이며 원가상승의 원인이 된다.
도 3은 도 2의 AL PCB 상에 도 1의 LED 패키지를 SMT(표면실장기술, Surface Mount Technology)로 실장한 것이다. 도 3과 같은 COB 타입의 LED 패키지는 LED 칩(3)과 인접한 AL PCB Base(4)로 인해 방열성능을 개선하는 등의 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 상기 종래기술 등에 의한 LED 패키지는 리드 전극(2b)과 AL PCB Base(4) 사이에 절연층(5)이 형성되어 있는 구조로써, 절연층의 열전도능력에 따라 패키지의 성능이 결정될 수 있다.
따라서, 보다 활용가치가 높은 COB 타입 LED 패키지기술은, 방열성능 개선을 통한 효율증대와 공정단순화를 통한 원가절감을 동시에 달성할 수 있어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, COB 타입 LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
또한, 제 1 LED 패키지를 금속 PCB 상에 SMT 실장함으로써 공정을 획기적으로 단순화시킬 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
또한, 제 1 LED 패키지의 LED 칩이 실장되는 리드 전극을 공극으로 형성함으로써 방열성능을 보다 개선하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 발광다이오드 패키지는, 합성수지 사출물인 프레임에 의해 고정되는 제1리드전극, 제2리드전극 및 제3리드전극을 포함하되, 상기 제3리드전극 상에 LED 칩이 실장되며, 상기 LED 칩은 상기 제1리드전극 및 제2리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제3리드전극은 열방출을 위해 하부로 노출되며 무극성의 공극으로 이루어진, 제 1 LED 패키지; 및 금속방열PCB 베이스와, 상기 제 1 LED 패키지 하부에 노출된 상기 제3리드전극과 상기 금속방열PCB 베이스가 맞닿는 지점 외의 상기 금속방열PCB 베이스상에 형성되는 절연층과, 상기 절연층 상에 형성되어 상기 제1리드전극 및 제2리드전극과 전기적으로 연결되는 전극패턴층으로 이루어진, 금속방열PCB를 포함하여, 상기 제 1 LED 패키지가 상기 금속방열PCB 상에 SMT 실장됨을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제3리드전극은 이형조 프레임을 이용한 프레스 금형가공으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속방열PCB 베이스는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 절연층은 PEEK 수지로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, COB 타입 LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, COB 타입 LED 패키지의 공정을 획기적으로 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 LED 패키지의 방사패턴 및 반사성능을 그대로 유지하면서 방열성능을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 LED 패키지에 대한 단면도이고,
도 2는 종래의 COB 타입 LED 패키지에 사용되는 AL PCB의 단면도이고,
도 3은 종래의 COB 타입 LED 패키지에 대한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지(제 1 LED 패키지)에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 COB 타입 LED 패키지에 사용되는 금속방열PCB의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 COB 타입 LED 패키지에 대한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 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 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지(제 1 LED 패키지)이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속방열PCB이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 COB 타입 LED 패키지이다.
도 4에 나타낸 LED 패키지의 특징은 LED 칩(10)이 실장되는 리드 전극(20)의 극성과 형성방식이다.
리드 전극(20)의 극성은 (+), (-), 무극성(공극) 등 세가지로 나뉘어 형성된다. 리드 전극(20)은 (+)극성을 갖는 리드 전극(20a), (-)극성을 갖는 리드 전극(20b) 및 무극성을 갖는 리드 전극(20c)으로 구성된다. 무극성의 리드 전극(20c) 상에 LED 칩(10)이 실장되며, 이후 극성을 갖는 각 리드 전극(20a, 20b)과 와이어 본딩되어 전기적으로 연결된다.
무극성을 갖는 리드 전극(20c)의 형성방식은 프레스 금형기술에서 이형조 프레임을 활용하여 형성된다. 도 1 등에 나타낸 리드 전극(2a, 2b)은 단조기술을 활용하여 형성되는 바, 이러한 기존의 리드 전극(2a, 2b) 형성을 위한 단조기술은 리드 전극의 두께가 두꺼울수록 구현이 점점 어려워지는 문제가 발생한다. 본 발명의 실시예에 따른 무극성 리드 전극(20c)은 이형조 프레임을 활용한 프레스 금형기술로 두껍게 형성될 수 있으므로 하부로 열을 방출함에 있어서 탁월한 구조이다.
도 4의 LED 패키지는, 합성수지 사출물인 프레임(30)에 의해 고정된 리드 전극(20c)상에 LED 칩(10)을 실장한 후, 와이어 본딩에 의해 리드 전극(20a, 20b)과 전기적으로 연결하고, LED 칩(10) 상부에 형광체 및 봉지재를 충진하여 이루어진다. 무극성 리드 전극(20c)의 상부 높이는 리드 전극(20a, 20b)의 상부 높이와 실질적으로 동일하도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속방열PCB 이다. 본 발명의 실시예에 따른 금속방열PCB의 특징은 금속방열PCB Base(40) 상부의 절연층(40)이 선택적으로 미적층(제거)되어 금속방열PCB Base(40)가 그대로 드러난다는 점이다. 기존의 도 2에 나타낸 AL PCB 와의 차이점은 리드 전극(2b, 20c)이 금속방열PCB Base(40)와 직접 접촉하느냐의 유무인 것이다. 기존은 도 3과 같이 절연층(5)을 사이에 두고 열전달을 하는 반면, 본 발명의 실시예에 따르면 절연층(50)이 선택적으로 제거된 상태에서 두꺼운 리드 전극(20c)과 금속방열PCB Base(40)가 직접적으로 열전달을 할 수 있다.
이는 리드 전극(20c)이 공극으로 형성되기 때문에 가능한 것인데, 만일 리드 전극(20c)에 극성이 가해진다면 하나의 금속방열PCB 상에 다수의 LED 패키지를 실장할 수 없게 되는 문제가 발생하기 때문에 기존의 AL PCB 상에는 절연층(5)이 형성되었던 것이다. 만일 리드 전극에 극성이 가해진 상태에서 하나의 AL PCB 상에 다수의 LED 패키지를 실장하려면 3단자 구조를 형성해야 하는데, 이는 공정도 복잡해질 뿐아니라 더불어 원가가 상승한다.
도 5의 금속방열PCB는 금속방열PCB Base(40)상에 절연층(50), 전극패턴층(60) 및 PSR(Photo Solder Resist)필름층(70)이 순차적으로 적층되며, 공극인 리드 전극(20c)이 접촉할 부분은 선택적으로 절연층(50)이 제거된다. 이후 도 4의 LED 패키지를 SMT(표면실장기술, Surface Mount Technology)로 실장하여 도 6의 COB 타입의 LED 패키지를 형성한다. 이러한 금속방열PCB는 도면상에 단일의 LED 패키지가 실장되는 것처럼 도시되었지만 필요에 따라 다수의 LED 패키지가 SMT 실장될 수 있도록 반복된 패턴을 이룰 수 있으므로 공정이 단순화되어 원가절감된다.
금속방열PCB Base(40)는 AL 으로 구성될 수 있으며, 일정 이상의 높은 방열 성능을 갖는 Cu, Cu 합금, SUS 소재 등을 이용하여 구성되는 것도 가능하다. 절연층(50)은 PEEK(PolyEtherEtherKetone) 수지로 구성될 수 있다. PEEK 수지는 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastic)의 일종으로 높은 내열도를 갖는 상용화된 플라스틱 소재로서, 여기에 나노 세라믹 입자를 혼합하게 되면 보다 높은 열전도 성능을 가질 수 있다. 전극패턴층(60)은 Cu 로 구성될 수 있으며, 일정 이상의 높은 방열성능 및 전도력을 갖는 타금속 소재 등을 이용하여 구성되는 것도 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: LED 칩 20a, 20b, 20c: 리드 전극
30: 프레임 40: 금속방열PCB 베이스
50: 절연층 60: 전극패턴층
70: PSR 필름층

Claims (4)

  1. 합성수지 사출물인 프레임에 의해 고정되는 제1리드전극, 제2리드전극 및 제3리드전극을 포함하되, 상기 제3리드전극 상에 LED 칩이 실장되며, 상기 LED 칩은 상기 제1리드전극 및 제2리드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제3리드전극은 이형조 프레임을 이용한 프레스 금형가공으로 형성되며 열방출을 위해 하부로 노출되면서 무극성의 공극으로 이루어지고, 상기 제3리드전극의 상부 높이는 상기 제1리드전극 및 상기 제2리드전극의 상부 높이와 실질적으로 동일하도록 이루어진, 제 1 LED 패키지; 및
    알루미늄으로 형성되는 금속방열PCB 베이스와, 상기 제 1 LED 패키지 하부에 노출된 상기 제3리드전극과 상기 금속방열PCB 베이스가 맞닿는 지점 외의 상기 금속방열PCB 베이스 상에 PEEK 수지로 형성되는 절연층과, 상기 절연층 상에 형성되어 상기 제1리드전극 및 제2리드전극과 전기적으로 연결되는 전극패턴층을 포함하여 이루어진, 금속방열PCB를 포함하여,
    상기 제 1 LED 패키지가 상기 금속방열PCB 상에 SMT 실장됨을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
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