KR101365622B1 - 방습 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 방습 LED 패키지에 관한 것으로서, 리드단자에 방습용 구멍을 형성하되, 그 구멍이 수분 침투를 최소화할 수 있는 최적의 위치에 있도록 한 방습 LED 패키지를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 방습 LED 패키지는, LED가 수용되는 캐비티가 형성된 하우징과, 상기 캐비티로부터 상기 하우징을 지나 상기 하우징의 외측까지 연장된 리드단자와, 상기 LED의 보호를 위해 상기 캐비티를 덮도록 형성된 보호부재와, 상기 하우징과 접하는 위치에서 상기 리드단자에 관통형으로 형성된 방습 구멍을 포함한다.
LED, 방습 구멍, 캐비티, 리드단자, 하우징, 보호 부재

Description

방습 ＬＥＤ 패키지{ANTI MOISTURE LED PACKAGE}
본 발명은 LED 패키지(Light Emitting Diode package)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 패키지 내부로 유입되는 수분을 차단하도록 리드단자에 방습 구멍을 마련한 LED 패키지에 관한 것이다.
LED는 전류 인가에 의한 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 반도체 소자이다. 이러한 LED는 통상 발광다이오드 칩(chip)의 형태로 만들어지며, 리드단자를 포함하는 LED 패키지 내에 수용 설치되어 그것의 일부가 된다.
일반적으로, LED 패키지는, LED에 전류를 인가하기 위한 리드프레임과, 그 리드프레임을 지지하는 하우징을 포함한다. 하우징에는 LED의 수용을 위한 캐비티가 형성되며, 수지, 유리, 또는, 석영 등의 투광성 보호부재는 캐비티를 덮도록 제공되어 그 캐비티 내의 LED를 보호한다.
리드프레임은 복수의 리드단자들로 구성되며, 그 리드단자들 각각은, 하우징의 캐비티로부터 하우징을 지나, 하우징의 외측으로 연장되며, 따라서, 하우징과 리드프레임 사이에는 항상 경계가 존재한다. 하우징과 경계를 이루는 리드프레임의 표면은, LED 패키지의 내부, 특히, LED가 수용된 캐비티로의 주된 수분 침투 경로가 된다.
침투된 수분은 LED 패키지의 성능 및 수명을 떨어뜨리는 주요 원인이 되므로, 그에 대한 대처가 필요하다. LED 패키지의 내부, 특히, LED 주변으로 침투한 수분은 패키지 제조 공정 중에 또는 패키지 제조 공정 후에 가해지는 열에 의해 수증기로 팽창하여, 봉지재와 패키지 몸체 사이를 계면 박리시키고, 더 나아가서는, LED와 리드단자 사이를 연결하는 본딩와이어를 단락되게 하여, LED 패키지의 점등 동작 자체가 되지 않는 오픈 불량에 이르게 한다.
LED 패키지의 제조 환경을 관리하는 것만으로 LED 패키지 내로의 수분 침투를 줄이는 데에는 큰 한계가 있다. 이에 대하여, 본 출원인은 리드단자에 수분 침투 경로를 차단하거나 또는 수분 침투 경로를 길게 하는 다양한 구조에 대한 연구를 하여왔다. 그와 같은 연구의 결과로서, 리드단자에 수분 침투를 차단하는 구멍을 형성하면, 수분 침투량을 크게 줄일 수 있다는 것을 많은 실험을 통해 알게 되었다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 리드단자에 방습용 구멍을 형성하되, 그 구멍이 수분 침투를 최소화할 수 있는 최적의 위치에 있도록 한 방습 LED 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 방습 LED 패키지는, LED가 수용되는 캐비티가 형성된 하우징과, 상기 캐비티로부터 상기 하우징을 지나 상기 하우징의 외측까지 연장된 리드단자와, 상기 LED의 보호를 위해 상기 캐비티를 덮도록 형성된 보호부재와, 상기 하우징과 접하는 위치에서 상기 리드단자에 관통형으로 형성된 방습 구멍을 포함한다.
바람직하게는, 상기 방습 구멍의 위치는 상기 하우징의 내측에 국한되며, 상기 하우징은 상기 리드단자를 지지하도록 수지를 몰딩하여 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방습 구멍은 전체적으로 상기 하우징과 접하도록 위치하며, 상기 하우징의 일부가 상기 방습 구멍을 전체적으로 메운다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 보호부재는 투광성의 수지가 상기 캐비티 내에 충전되어 형성된 투광성 봉지재이되, 상기 방습 구멍은 상기 하우징 및 상기 캐비티와 접하도록 위치하며, 상기 방습 구멍을 메운 상기 하우징의 일부가 상기 봉지재와 접합된다.
상기 방습 구멍은, 상기 리드단자에 복수개로 형성될 수 있으며, 또한, 상기 캐비티를 감싸는 굴곡진 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 패키지 내부로 수분이 침투되는 현상을 크게 줄여, 수분 침투에 의해 야기될 수 있는 LED 패키지의 수명 및 성능 저하를 크게 억제하여 주는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, LED 패키지의 수명 및 성능 저하를 야기하는 수분 침투의 문제를 리드단자에 구멍을 형성하는 간단한 구성의 추가로 해결할 수 있으므로, 매우 경제적이라는 이점이 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, LED 주변으로 침투한 수분이 패키지 제조 공정 중에 또는 패키지 제조 공정 후에 가해지는 열에 의해 수증기로 팽창하여, 봉지재와 패키지 몸체 사이를 계면 박리시켜 야기되는 여러 불량, 특히, 본딩와이어의 단락에 의해 점등 불량의 문제점을 막아준다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방습 LED 패키지를 봉지재를 생략한 상태로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I를 따라 LED 패키지를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지(1)는 리드프레임(10)과, 상기 리드프레임(10)을 지지하도록 형성된 하우징(20)을 포함한다. 또한, 상기 LED 패키지(1)는 두개의 LED칩, 즉, 제 1 및 제 2 LED칩(2a, 2b)을 포함 한다. 상기 제 1 및 제 2 LED칩(2a, 2b)은 리드프레임(10)을 통해 외부로부터 전류를 인가받아 발광한다.
본 실시예에서, 상기 리드프레임(10)은, 네개의 리드단자들, 즉, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 리드단자(11, 12, 13, 14)로 구성된다. 상기 제 1 및 제 2 리드단자(11, 12)에는 제 1 및 제 2 LED칩(2a, 2b)이 각각 실장되며, 상기 제 3 및 제 4 리드단자(13, 14)는 본딩와이어(w)에 의해 상기 제 1 및 제 2 LED칩(2a, 2b)과 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 본딩와이어(w)는 상기 제 3 및 제 4 리드단자(13, 14) 상의 두 포인트에 연결되는 보강 본딩 방식으로 연결될 수 있으나, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 리드단자들의 개수 및 LED칩의 개수도 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도시하지는 않았지만, 순간적인 과전압으로부터 LED칩을 보호하는 정전압 제너다이오드가 상기 LED칩과 함께 설치될 수 있다. 또한, 상기 LED칩은 리드단자에 직접 실장되는 대신 예를 들면 히트싱크와 같이 하우징에 삽입된 다른 부품에 실장될 수도 있다.
상기 하우징(20)의 상부면에는 위로부터 아래로 점진적으로 좁아지는 경사진 형상의 캐비티(21)가 형성되며, 상기 캐비티(21)에는 상기 제 1 및 제 2 LED칩(2a, 2b)이 수용되어 위치한다. 상기 하우징(20)은 예를 들면 백색의 안료가 포함된 PPA(Polyphthalamide) 수지를 몰딩하여 형성될 수 있으며, 이때, 상기 캐비티(21)의 내벽면은 빛을 반사시키는 역할을 할 수 있다.
상기 리드단자들(11, 12, 13, 14)은 상기 캐비티(21)로부터 상기 하우징(20) 의 측면을 관통하여 상기 하우징(20)의 외측으로 연장된다. 외측으로 연장된 리드단자들(11, 12, 13, 14)은 대략 "ㄷ"형으로 절곡되며, 패키지 외부의 전기 접점(미도시함)과 연결된다.
상기 리드단자들(11, 12, 13, 14)에는 관통형의 방습 구멍(102)이 형성된다. 상기 방습 구멍(102)은 리드단자 각각의 표면을 따라 하우징(20) 외측으로부터 하우징(20) 내측으로 침투하는 수분을 차단하는 역할을 한다. 도면을 참조하면, 상기 방습 구멍(102)의 위치가 상기 하우징(20)의 내측에 국한됨을 알 수 있다. 하우징(20)의 내측이라 함은 하우징(20)의 외측, 즉, 하우징(20)의 외측면에 대하여 안쪽에 위치하는 모든 부분을 의미한다.
더 나아가, 상기 방습 구멍(102)은, 하우징(20)의 내측 중에서도, 상기 하우징(20)과 전체적으로 접하도록 위치하며, 이는 도 2에 잘 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 방습 구멍(102)은, 하우징(20)의 내측에 위치하되, 상기 캐비티(21)와 만나지 않으며, 상기 하우징(20)과 접하는 위치에만 국한된 채 상기 리드단자(11, 12, 13, 14) 상에 형성된다. 또한, 상기 방습 구멍(102)은, 상기 리드단자(11, 12, 13, 14)들의 인접 모서리에 평행한 상태로 길게 형성된다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 하우징(20)은 수지를 몰딩하여 형성된 것으로, 그 수지가 상기 방습 구멍(102)을 전체적으로 메운다. 상기 방습 구멍(102)을 메운 하우징(20)의 일부는 수분이 침투되는 경로를 막는 방벽(202)으로서의 역할을 한다.
상기 리드단자(11, 12, 13, 14)는 금속 판재를 절단 및 절곡하여 형성되는 것으로, 상기 금속 판재를 절단하는 예를 들면, 프레스 공정에서, 상기 방습 구멍(102)들이 함께 형성되며, 따라서, 방습 구멍(102)들을 형성하기 위한 추가의 작업이 요구되지 않는다.
도 3은 LED칩들(2a, 2b)을 보호하는 부재로서, 투광성 에폭시 또는 투광성 실리콘 수지를 상기 캐비티(21)에 충전한 상태의 LED 패키지를 도시하는 단면도이다. 상기 캐비티(21)에 충전된 투광성 에폭시 또는 실리콘 수지는 상기 캐비티(21)를 완전히 봉지한다. 이하에서, 상기 캐비티(21)에 충전되어 형성된 보호 부재를 봉지재(30)라 한다. 상기 봉지재(30) 내에는 일정 파장의 광에 의해 여기되어 다른 색의 광을 방출하는 형광체가 포함될 수 있다.
위에서 설명된 본 실시예에 따른 LED 패키지에 대하여 IPC Jedec J-STD-020C 기준에 의한 방습 테스트인 MSL(Moisture Sensitive Level) 테스트를 하였다. 본 실시예와의 비교를 위해, 리드단자에 방습 구멍이 형성되지 않은 것만이 다르고 나머지 구조는 같은 종래의 LED 패키지가 비교예로서 함께 테스트되었다.
<MSL 테스트>
MSL 테스트 과정은 아래의 순서를 따른다.
(1) 먼저, 125(+5/-0)℃로 본 실시예의 LED 패키지와 비교예의 LED 패키지를 24시간 동안 베이킹(baking)하여 수분을 거의 완전히 제거한다.
(2) 다음, 온도 85℃, 습도 85%의 조건 하에 본 실시예의 LED 패키지와 비교 예의 LED 패키지를 시간(20시간, 40시간, 120시간, 168시간) 별로 방치한다.
(3) 리플로우(REFLOW) 공정을 3회 실시한다(리플로우의 온도 프로파일은 IPC Jedec J-STD-020C 기준의 리플로우 프로파일에 따른다).
(4) 점등 및 외관 검사: 점등 on/off 테스트를 한다.
테스트에는 본 실시예와 비교예의 샘플이 각각 50개씩 사용되었으며, 실시예와 비교예의 불량율을 비교하였다. 비교 결과, 오픈 불량의 개선과 관련하여, 본 실시예가 비교예에 대해 -52%의 개선 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 아래의 표 1은 본 실시예와 비교예에 대한 MSL 테스트 결과를 보여주는 것이다.
Figure 112007085968502-pat00001
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방습용 LED 패키지를 도시한 평면도와 단면도이다. 도 4의 (a) 및 (b)에서는 도시의 편의를 위해 봉지재의 도시를 생략한다.
도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 방습 구멍(102)이 하우징(20)과 접하는 위치에서 리드단자(11, 12, 13, 14)에 형성되되, 그 방습 구멍(102)의 일부는 하우징(20)의 캐비티(21)와 면하는 위치까지 연장되어 있다. 이에 따라, 상기 방습 구멍(102)에 메워진 하우징(20)의 일부는 상기 캐비티(21) 내에 충전되는 에폭시 또는 실리콘 재질의 봉지재(도 4에서는 미도시함)와 면할 수 있다. 따라서, 캐비티(21) 내 봉지재와 하우징 사이의 접합 면적은 증가될 수 있으며, 이에 의해 봉지재와 하우징 사이의 접합력이 증가될 있다. 하지만, 캐비티(21) 내측으로 방습 구멍(102)이 걸치는 면적이 너무 크면 LED 패키지의 발광효율이 떨어진다는 점에 유의한다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다양한 다른 실시예들을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5의 (a)는 복수의 방습 구멍(102)이 하우징(20)과 접하는 위치에서 리드단자(11)를 따라 일열로 정렬되어 형성된 구조를 보여주며, 도 5의 (b)는 방습 구멍(102)이 상기 캐비티(21)를 감싸는 굴곡진 형상으로 형성된 구조를 보여준다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 수분 침투를 방지하는 차원에서 앞선 실시예보다 좋은 효과를 보여줄 수 있다. 도 5의 (a)의 구조는 리드단자의 강도를 떨어뜨릴 수 있지만, 도 5의 (b)는 리드단자의 강도 저하 없이 수분 침투를 방지하는 효과를 좋게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방습 LED 패키지를 봉지재가 제거된 상태로 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 LED 패키지의 단면도.
도 3은 캐비티 내에 봉지재가 충전된 상태로 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 평면도 및 단면도.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방습 구멍을 설명하기 위한 도면들.

Claims (8)

  1. LED가 수용되는 캐비티가 형성된 하우징;
    상기 캐비티로부터 상기 하우징을 지나 상기 하우징의 외측까지 연장된 리드단자;
    상기 LED의 보호를 위해 상기 캐비티를 덮도록 형성된 보호부재; 및
    상기 하우징과 적어도 일부가 접하는 위치에서 상기 리드단자에 관통형으로 형성된 방습 구멍을
    포함하는 방습 LED 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 방습 구멍의 위치는 상기 하우징의 내측에 국한된 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징은 상기 리드단자를 지지하도록 수지를 몰딩하여 형성된 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 방습 구멍은 전체적으로 상기 하우징과 접하도록 위치하며, 상기 하우징의 일부가 상기 방습 구멍을 전체적으로 메우는 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 보호부재는 투광성의 수지가 상기 캐비티 내에 충전되어 형성된 투광성 봉지재인 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 방습 구멍은 상기 하우징 및 상기 캐비티와 접하도록 위치하며, 상기 방습 구멍을 메운 상기 하우징의 일부가 상기 봉지재와 접합된 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 방습 구멍은 상기 리드단자에 복수개로 형성되는 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 방습 구멍은 상기 캐비티를 감싸는 굴곡진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 방습 LED 패키지.
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