KR101457806B1 - 발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판과, 상기 기판에 설치되어 있는 발광 다이오드 칩과, 상기 기판에 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있는 적어도 하나의 댐 구조와, 상기 발광 다이오드 칩 및 상기 적어도 하나의 댐 구조를 피복하는 적어도 하나의 패키지체를 구비하는 발광 다이오드 패키지 구조를 제공한다. 상기 댐 구조는 상기 패키지체에 의해 피복되는 한편 상기 패키지체의 외표면과 접한다.

Description

발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법{LED Package and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은, 발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 패키지체를 갖는 발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드는 전류를 특정 범위의 빛으로 변환시키는 반도체 소자로서, 그 발광효율이 높고, 체적이 작으며, 가볍고, 환경보호 등의 이점(利點)으로 인해 각 분야에 널리 사용되고 있다. 발광 다이오드를 더욱 효율적으로 이용하기 위해, 발광 다이오드의 외주에 렌즈를 피복시키고, 그에 의해 방출되는 빛에 대해 재차 광학 보정을 진행한다.
통상, 사출 성형 또는 디스펜스 성형 등의 방식으로 렌즈를 발광 다이오드 외주에 피복시킨다. 그 중에서, 전자(前者)는 사출 성형에 의해 렌즈를 형성한 후, 접착제를 통해 렌즈를 기판의 발광 다이오드 외주에 피복시킨다. 그러나, 이러한 방법은 비록 정밀도가 높기는 하지만 비용이 비싸다. 후자(後者)는 기판의 발광 다이오드 외주에 직접 디스펜스하여 렌즈를 형성한다. 그러나, 기판에 수직하는 법선과 렌즈의 양측 표면이 이루는 각이 비교적 크기 때문에 발광 다이오드가 방사한 광선이 렌즈의 출광면에 도달했을 때의 해당 출광면과 이루는 각이 큰 것에 기인해서 전반사가 쉽게 발생하여 발광 다이오드의 출광율이 낮아지게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 출광율이 높은 발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판과, 상기 기판에 설치되어 있는 발광 다이오드 칩과, 상기 기판에 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있는 적어도 하나의 댐 구조와, 상기 발광 다이오드 칩 및 상기 적어도 하나의 댐 구조를 피복하는 적어도 하나의 패키지체를 구비하는 발광 다이오드 패키지 구조를 제공한다. 상기 댐 구조는 상기 패키지체에 의해 피복되는 한편 상기 패키지체의 외표면과 접한다.
또한, 본 발명은, 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판에 발광 다이오드 칩을 설치하는 단계와, 적어도 하나의 댐 구조를 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 둘러싸도록 상기 기판에 설치하는 단계와, 상기 댐 구조 및 상기 기판의 상기 댐 구조에 의해 형성된 구역에 디스펜스하여, 상기 댐 구조 및 상기 발광 다이오드 칩을 피복하는 패키지체를 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 구조의 제조 방법을 제공한다.
종래의 기술에 비해, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법에 있어서, 댐 구조가 패키지체와 기판의 교접처에 위치하기 때문에, 디스펜스하여 상기 패키지체를 형성하는 경우, 상기 패기지체와 상기 기판의 수평방향으로의 직접적인 접촉이 상기 패키지체와 상기 댐 구조의 당접면의 수직방향으로의 직접적인 접촉으로 변하여 아직 고화(固化)되지 않아 액태를 표현하고 있는 패키지체의 상기 교접한 곳에서의 내부를 향하는 표면장력이 약화되어, 상기 패키지체와 상기 기판의 접촉각에 영향을 주어 상기 법선과 상기 접선 사이의 끼인각이 비교적 작아 고화된 패키지체의 출광면은 구면(球面)에 근접한다. 따라서, 상기 발광 다이오드 칩이 방사한 광선과 상기 출광면이 이루는 각이 효과적으로 작아져, 전반사율이 작아지기 때문에 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조의 출광율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지 구조의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지 구조의 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조의 제조에 대한 표시도이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1실시형태의 발광 다이오드 패키지 구조(100)는 기판(10)과, 상기 기판(10)에 설치되어 있는 발광 다이오드 칩(20)과, 상기 기판(10)에 상기 발광 다이오드 칩(20)의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있는 댐(dam) 구조(30)와, 상기 발광 다이오드 칩(20) 및 상기 댐 구조(30)를 피복하는 패키지체(40)를 구비한다.
상기 기판(10)은 장방체 모양을 나타내고, 그 상부 표면(11)은 전도회로(傳導回路, 도시되지 않았음)가 설치되어 있는 평탄한 표면이다. 상기 기판(10)은 인쇄회로 기판, 실리콘 기판, 또는 세라믹 기판 등이다. 본 실시형태에 있어서, 상기 기판(10)은 인쇄회로기판이다.
상기 발광 다이오드 칩(20)은 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 설치된다. 본 실시형태에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩(20)은 발광 다이오드 웨이퍼이다. 상기 발광 다이오드 칩(20)은 2개의 와이어를 통해 상기 기판(10)의 전극구조(도시되지 않았음)에 전기접속되는 한편, 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 고정된다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(20)은 파장이 서로 다른 여러 개의 칩의 조합일 수도 있다.
상기 댐 구조(30)는 상기 발광 다이오드 칩(20)의 외주에 위치하도록 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 설치된다. 본 실시형태에 있어서, 상기 댐 구조(30)는 환(環) 모양을 나타내고 그 단면 모양은 구형(矩形)이다. 상기 댐 구조(30)는 당접면(31)를 갖고, 그 당접면(31)은 상기 환 모양의 댐 구조(30)의 외측벽이다. 상기 댐 구조(30)는 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 질화 알루미늄(AlN) 또는 세라믹 재료에 의해 형성된다. 또한, 상기 댐 구조(30)에 반사층으로서 금속을 피복시켜 발광 다이오드 칩(20)을 도와 출광을 진행할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 댐 구조(30)는 환 모양이 아닌 기타 기하적 모양의 구역을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 댐 구조(30)는 적어도 3개의 괴상부(塊狀部)를 구비하고, 상기 적어도 3개의 괴상부가 상기 발광 다이오드 칩(20)의 주위를 불연속적으로 둘러싸서 상기 패키지체(40)의 형성구역을 형성한다.
상기 패키지체(40)는 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 설치된 상기 발광 다이오드 칩(20) 및 상기 댐 구조(30)를 피복한다. 상기 패키지체(40)는 입광면(41) 및 출광면(42)을 포함한다. 상기 입광면(41)은 상기 발광 다이오드 칩(20)의 표면, 상기 기판(10)의 상부 표면(11) 및 상기 댐 구조(30)의 표면에 부착되어 있다. 상기 발광 다이오드 칩(20)이 빛을 방사하는 경우, 그 빛은 상기 입광면(41)로부터 상기 패키지체(40)의 내부에 진입되고, 상기 출광면(42)으로부터 그 빛을 출사한다. 상기 패키지체(40)는 투명한 교질체(膠質體)이고, 발광의 요구에 따라 상기 패키지체(40)의 내부에 분말을 분산시킬 수도 있다. 상기 분말은 단일 색의 형광 분말일 수도 있고, 여러 색채의 형광 분말의 혼합물일 수도 있어, 실제 요구에 따라 형광 분말의 색채를 조절하는 것으로 여러 가지 색의 출사광을 얻을 수 있고, 광선의 파장을 개변하며, 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 색온도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 분말은 실제 요구에 따라 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al203) 또는 규산염(Silicate) 등의 분말과 형광 분말이 적층되어 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 패키지체(40)는 디스펜스에 의해 형성되고, 상기 댐 구조(30)는 상기 패키지체(40)에 의해 피복되는 한편 상기 패키지체(40)의 출광면(42)과 접한다. 구체적으로는, 법선(A), 접선(B) 및 끼인각(θ)을 아래와 같이 정의(定義)한다. 법선(A)은 상기 댐 구조(30)의 외측벽(당접면(42))에 접하는 한편 상기 기판(10)에 수직하는 선이고, 접선(B)은 상기 댐 구조(30)로부터 연신하여 상기 출광면(42)에 접하는 선이며, 끼인각(θ)은 상기 법선(A)과 접선(B)의 사이에 끼인각이다. 디스펜스하여 상기 패키지체(40)을 형성하는 경우, 상기 패기지체(40)와 상기 기판(10)의 수평방향으로의 직접적인 접촉이 상기 패키지체(40)와 상기 댐 구조(30)의 당접면(31)의 수직방향으로의 직접적인 접촉으로 변하여 아직 고화(固化)되지 않아 액태를 표현하고 있는 패키지체(40)의 상기 교접한 곳에서의 내부를 향하는 표면장력이 약화(弱化)되어, 패키지체(40)와 상기 기판(10)의 접촉각에 영향을 주어 고화된 패키지체(40)는 반구체(半球體)와 유사하다. 상기 댐 구조(30)의 지지작용에 인해 상기 법선(A)과 상기 접선(B) 사이의 끼인각(θ)이 60도보다 작도록 제어된다. 본 실시형태에 있어서, 상기 패키지체(40)의 수직방향에서의 단면이 반원형(半圓形)에 근접하고 상기 끼인각(θ)은 15도보다 작다.
종래의 기술에 비해, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조(100)에 있어서, 상기 기판(10)에 설치된 댐 구조(30)가 상기 패키지체(40)에 의해 피복되는 한편 상기 출광면(42)과 접하고, 상기 댐 구조(30)가 상기 패키지체(40)와 상기 기판(10)의 교접처(交接處)에 위치하기 때문에, 디스펜스하여 상기 패키지체(40)를 형성하는 경우, 상기 패기지체(40)와 상기 기판(10)의 수평방향으로의 직접적인 접촉이 상기 패키지체(40)와 상기 댐 구조(30)의 당접면(31)의 수직방향으로의 직접적인 접촉으로 변하여 아직 고화(固化)되지 않아 액태를 표현하고 있는 패키지체(40)의 상기 교접한 곳에서의 내부를 향하는 표면장력이 약화되어, 상기 패키지체(40)와 상기 기판(10)의 접촉각에 영향을 주어 상기 법선(A)과 상기 접선(B) 사이의 끼인각(θ)이 비교적 작아 고화된 패키지체(40)의 출광면(42)은 구면(球面)에 근접한다. 따라서, 상기 발광 다이오드 칩(20)이 방사한 광선과 상기 출광면(42)이 이루는 각이 효과적으로 작아져서, 전반사율이 작아지기 때문에 상기 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 출광율이 향상된다. 이와 함께, 이러한 구조의 패키지체(40)는 사출성형에 의해 형성되는 것이 아니므로, 제조비용이 저감될 뿐만 아니라, 상기 기판(10)의 상기 패키지체(40)가 형성된 이외 부분에 교질체가 부착되지 않아 상기 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 전체 성능의 향상에 유리하다.
또한, 상기 댐 구조(30)가 상기 패키지체(40) 내부에 수용되고 상기 패키지체(40) 외부에 상기 패키지체(40)의 출광면(42)의 형상을 조절하는 기타의 구조가 필요 없기 때문에 상기 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 전체적 외관이 미감적이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조(100)는 복수 개의 댐 구조(30)와 복수 개의 패키지체(40)의 조합으로 복수 개의 동심원인 패키지체 형성구역을 형성할 수 있다. 디스펜스하여 상기 패키지체(40)를 형성하는 경우, 상기 댐 구조(30)가 상기 패기지체(40)를 지지 및 당접하는 것으로 상기 법선(A)과 상기 접선(B) 사이의 끼인각(θ)을 비교적 작은 범위 내로 제어하여 출광율이 우수한 패키지체(40)를 얻는다. 또한, 상기 패키지체(40)의 내부에 실제 요구에 따라 단일 층 또는 복수 층의 분말을 분산시킬 수 있다. 상기 분말은 단일 색 또는 여러 색의 분말일 수 있다.
이하, 도 1 및 도 3 내지 도 6을 참조하면서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 제조에 대해 설명한다. 상기 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 제조 방법은 아래와 같은 단계를 포함한다.
제1 단계에서는, 도 3을 참조하면, 평탄한 상부 표면(11)을 갖는 기판(10)을 제공한다. 상기 기판(10)은 장방체 모양을 나타내고, 상기 상부 표면(11)에는 전도회로(도시되지 않았음)가 설치되어 있다. 상기 기판(10)은 인쇄회로 기판, 실리콘 기판, 또는 세라믹 기판 등이다. 본 실시형태에 있어서, 상기 기판(10)은 인쇄회로기판이다.
제2 단계에서는, 도 4를 참조하면, 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 발광 다이오드 칩(20)을 설치한다. 본 실시형태에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩(20)은 발광 다이오드 웨이퍼이다. 상기 발광 다이오드 칩(20)은 2개의 와이어를 통해 상기 기판(10)의 전극구조(도시되지 않았음)에 전기접속되는 한편, 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 고정된다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(20)은 파장이 서로 다른 여러 개의 칩의 조합일 수도 있다.
제3 단계에서는, 도 5를 참조하면, 댐 구조(30)를 상기 발광 다이오드 칩(20)의 외주를 둘러싸도록 상기 기판(10)의 상부 표면(11)에 설치한다. 본 실시형태에 있어서, 상기 댐 구조(30)는 환(環) 모양을 나타내며 그 단면 모양은 구형(矩形)이다. 상기 댐 구조(30)는 당접면(31)를 갖고, 그 당접면(31)은 상기 환 모양의 댐 구조(30)의 외측벽이다. 상기 댐 구조(30)는 산화 알루미늄(Al2O3) 또는 질화 알루미늄(AlN) 등의 세라믹 재료에 의해 형성된다. 또한, 상기 댐 구조(30)에 반사층으로서 금속을 피복시켜 발광 다이오드 칩(20)을 도와 출광을 진행할 수 있다.
제4 단계에서는, 도 6을 참조하면, 상기 댐 구조(30) 및 상기 기판(10)의 상기 댐 구조(30)에 의해 형성된 구역에 디스펜스하여, 상기 댐 구조(30) 및 상기 발광 다이오드 칩(20)을 피복하는 패키지체(40)를 형성한다. 상기 댐 구조(30)가 상기 패키지체(40)와 상기 기판(10)의 교접처(交接處)에 위치하기 때문에, 디스펜스하여 상기 패키지체(40)을 형성하는 경우, 상기 패기지체(40)와 상기 기판(10)의 수평방향으로의 직접적인 접촉이 상기 패키지체(40)와 상기 댐 구조(30)의 당접면(31)의 수직방향으로의 직접적인 접촉으로 변하여 아직 고화(固化)되지 않아 액태를 표현하고 있는 패키지체(40)의 상기 교접한 곳에서의 내부를 향하는 표면장력이 약화되어, 패키지체(40)와 상기 기판(10)의 접촉각에 영향을 주어 고화된 패키지체(40)는 반구체(半球體)와 유사하다. 법선(A), 접선(B) 및 끼인각(θ)을 아래와 같이 정의(定義)한다. 법선(A)은 상기 댐 구조(30)의 외측벽(당접면(42))에 접하는 한편 상기 기판(10)에 수직하는 선이고, 접선(B)은 상기 댐 구조(30)로부터 연신하여 상기 출광면(42)에 접하는 선이며, 끼인각(θ)은 상기 법선(A)과 접선(B)의 사이에 끼인각이다. 상기 댐 구조(30)의 지지작용에 인해 상기 법선(A)과 상기 접선(B) 사이의 끼인각(θ)이 60도보다 작도록 제어된다. 본 실시형태에 있어서, 상기 패키지체(40)의 수직방향에서의 단면이 반원형(半圓形)에 근접하고 상기 끼인각(θ)은 15도보다 작다.
또한, 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조(100)는 복수 개의 댐 구조(30)와 복수 개의 패키지체(40)의 조합으로 복수 개의 동심원인 패키지체 형성구역을 형성할 수 있다. 디스펜스하여 상기 패키지체(40)를 형성하는 경우, 상기 댐 구조(30)가 상기 패기지체(40)를 지지 및 당접하는 것으로 상기 법선(A)과 상기 접선(B) 사이의 끼인각(θ)을 비교적 작은 범위 내로 제어하여 출광율이 우수한 패키지체(40)를 얻는다. 또한, 상기 패키지체(40)의 내부에 실제 요구에 따라 단일 층 또는 복수 층의 분말을 분산시킬 수 있다. 상기 분말은 단일 색 또는 여러 색의 분말일 수 있고, 여러 색채의 형광 분말의 혼합물일 수도 있다. 실제 요구에 따라 형광 분말의 색채를 조절하는 것으로 여러 가지 색의 출사광을 얻을 수 있고, 광선의 파장을 개변하며, 발광 다이오드 패키지 구조(100)의 색온도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 분말은 실제 요구에 따라 이산화 규소(SiO2), 산화 알루미늄(Al203) 또는 규산염(Silicate) 등의 분말과 형광 분말이 적층되어 형성될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 --- 발광 다이오드 패키지 구조 10 --- 기판
20 --- 발광 다이오드 칩 21 --- 와이어
30 --- 댐 구조 31 --- 당접면
40 --- 패키지체 41 --- 입광면
42 --- 출광면 A --- 법선
B --- 접선 θ --- 끼인각

Claims (9)

  1. 기판과,
    상기 기판에 설치되어 있는 발광 다이오드 칩과,
    상기 기판에 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있는 적어도 하나의 댐 구조와,
    상기 발광 다이오드 칩 및 상기 적어도 하나의 댐 구조를 피복하는 적어도 하나의 패키지체를 구비하고,
    상기 댐 구조는 복수 개의 괴상부를 구비하고, 상기 복수 개의 괴상부는 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 불연속적으로 둘러싸도록 상기 기판에 설치되며, 상기 댐 구조는 상기 패키지체에 의해 피복되는 한편 상기 패키지체의 외표면과 접하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패키지체는 출광면을 포함하고, 상기 댐 구조는 상기 패키지체의 출광면과 접하는 외측벽을 포함하며,
    상기 외측벽에 당접하는 한편 상기 기판에 수직인 법선과 상기 댐 구조로부터 연신하여 상기 출광면에 접하는 접선 사이의 끼인각이 60도보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 끼인각이 15도보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 댐 구조는 환 모양으로 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 둘러싸도록 상기 기판에 설치되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 댐 구조의 재료는 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄 또는 세라믹 재료인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 댐 구조 및 상기 패키지체의 개수는 각각 복수 개이고, 상기 복수 개의 댐 구조 및 상기 복수 개의 패키지체는 일일이 대응되며, 상기 복수 개의 댐 구조는 동심원을 이루어 상기 발광 다이오드 칩의 주위를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 댐 구조의 표면에 금속재료가 피복되어 반사층이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조.
  9. 기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판에 발광 다이오드 칩을 설치하는 단계와,
    복수 개의 괴상부를 구비하는 적어도 하나의 댐 구조의 복수 개의 괴상부가 상기 발광 다이오드 칩의 외주를 불연속적으로 둘러싸도록 복수 개의 괴상부를 구비하는 적어도 하나의 댐 구조를 상기 기판에 설치하는 단계와,
    상기 댐 구조의 복수 개의 괴상부 및 상기 기판의 상기 댐 구조에 의해 형성된 구역에 디스펜스하여, 상기 댐 구조의 복수 개의 괴상부 및 상기 발광 다이오드 칩을 피복하는 패키지체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지 구조의 제조 방법.
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