KR101486917B1 - 발광다이오드 패키지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 발광다이오드 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 및 제 2 리드 프레임을 포함하는 리드 프레임을 제공하는 단계; 금형을 이용한 사출 성형을 통해, 캐비티를 가지며 상기 제 1 리드 프레임을 수용하는 히트 싱크를 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임 및 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징을 형성하는 단계; 상기 캐비티 내의 상기 제 1 리드 프레임상에 발광다이오드 칩을 실장하는 단계; 및 상기 발광다이오드 칩을 덮으며 상기 캐비티내에 몰딩재를 충진하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드, 패키지, 방열, 사출, 금형, 히트 싱크
Description
본원 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 구체적으로 사출 성형에 의해 히트 싱크를 형성함으로써, 생산성 및 방열효과를 향상시킬 수 있는 발광다이오드 패키지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 소자는 전류가 흐를때 빛을 내는 반도체 발광소자이다.
이와 같은, 발광다이오드 소자는 필라멘트에 기초한 발광 소자에 비해 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답속도 및 우수한 초기 구동특성등의 여러 장점을 가짐에 따라, 조명 장치, 전광판, 가전제품, 예컨대 표시장치의 백라이트등에 널리 적용되고 있다. 이에 더하여, 발광다이오드 소자는 소형 경량화가 가능하여 표시 용도를 중심으로 그 응용분야가 점점 확대되고 있다.
이와 같은 발광다이오드 소자는 패키지 형태로 사용되고 있다. 즉, 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩과, 상기 발광다이오드 칩이 실장된 리드 프레임과, 상기 리드프레임을 수용하며 상기 발광다이오드 칩을 노출하는 히트 싱크와, 상기 히트 싱크와 결합되며 상기 리드프레임을 고정하는 하우징을 포함한다.
여기서, 상기 히트 싱크는 상기 발광다이오드 칩으로부터 형성된 열을 방출하여, 발광다이오드 칩의 열화를 방지함으로써, 발광다이오드 칩의 수명을 향상시킬 수 있다.
그러나, 발광다이오드 패키지는 히트 싱크를 구비함으로써 수명을 향상시킬 수 있었으나, 상기 히트 싱크와 상기 리드 프레임을 서로 결합시키기 위해, 상기 히트 싱크를 기계적 가공법을 수행하여 형성한 후 상기 리드프레임에 상기 히트 싱크를 수동적으로 삽입하는 공정을 수행했어야 하므로, 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 사출 성형에 의해 히트 싱크를 형성함으로써, 생산성 및 방열효과를 향상시킬 수 있는 발광다이오드 패키지의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 제 1 및 제 2 리드 프레임을 포함하는 리드 프레임을 제공하는 단계; 금형을 이용한 사출 성형을 통해, 캐비티를 가지며 상기 제 1 리드 프레임을 수용하는 히트 싱크를 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임 및 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징을 형성하는 단계; 상기 캐비티 내의 상기 제 1 리드 프레임상에 발광다이오드 칩을 실장하는 단계; 및 상기 발광다이오드 칩을 덮으며 상기 캐비티내에 몰딩재를 충진하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
여기서, 상기 하우징은 금형을 통한 사출 성형을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 히트싱크는 열전도성을 갖는 금속분말 및 상기 금속분말을 서로 결합시키는 열경화성 수지로부터 형성될 수 있다. 여기서, 상기 금속분말은 구리, 은, 철, 니켈, 알루미늄 및 이들 중 적어도 2 이상을 포함하는 합금 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및 아크릴계 수지 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 히트싱크의 외부에 반사부재를 형성할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 상부면에 렌즈를 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 일 측면은 상술한 발광다이오드 패키지의 제조 방법에 의하여 제조된 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
본원 발명의 발광다이오드 패키지는 사출 성형에 의해 히트 싱크를 형성함으로써 자동생산이 가능하므로 생산성을 향상시킬 수 있으며, 리드 프레임과 히트 싱 크간의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징도 사출 성형에 의해 제조함으로써, 생산성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 리드 프레임, 히트싱크와 하우징간의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크의 설계 자유도를 향상시킬 수 있어, 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 발광다이오드 패키지의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 발광다이오드 패키지를 제조하기 위해, 먼저 제 1 및 제 2 리드 프레임(110a, 110b)을 포함하는 리드 프레임(110a, 110b)을 형성한다.
상기 제 1 및 제 2 리드 프레임(110a, 110b)은 서로 전기적으로 분리되어 있다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임(110a, 110b)의 단부들은 서로 대향하 며 배치된다. 상기 제 2 리드 프레임(110b)의 일 단부가 상기 제 2 리드 프레임(110b)의 일단부와 대향하는 상기 제 1 리드 프레임(110a)의 일 단부와 서로 다른 높이를 가지도록 절곡되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 제 1 리드 프레임(110a)의 일 단부 상에는 후술될 발광다이오드 칩(150)이 실장된다. 또한, 상기 제 2 리드 프레임(110b)의 일단은 후술될 와이어(160)와 본딩될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 리드 프레임의 구조에 대해서 한정되는 것은 아니다.
상기 리드 프레임(110a, 110b)은 외부로부터 후술될 발광다이오드 칩(150)으로 전류를 인가하는 역할을 함으로써, 상기 리드 프레임(110a, 110b)은 도전성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 리드 프레임(110a, 110b)은 구리 또는 이의 합금으로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 리드 프레임(110a, 110b)은 제 1 및 제 2 리드 프레임(110a, 110b)을 구비하는 것으로 도시 및 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데 상기 리드 프레임(110a, 110b)은 발광 다이오드 패키지에 실장되는 발광다이오드 칩의 갯수에 따라 둘 이상의 복수개를 포함될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 리드 프레임(110a)의 일단부를 수용하도록 제 1 금형(210)을 장착한다. 여기서, 상기 제 1 금형(210)은 게이트(211)를 구비한다. 상기 게이트(211)를 통해 히트 싱크 형성용 조성물을 상기 제 1 금형 내부로 주입한다. 또한, 상기 제 1 금형(210)은 상기 제 1 리드 프레임(110a)의 일부를 노출하는 캐비티와 대응된 캐비티 성형부(212)를 구비할 수 있다.
상기 제 1 금형(210)은 적어도 두개의 금형으로 분리되어 상기 리드 프레임 을 수용한 후 상하합형되는 구조이거나 좌우합형되는 구조로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 상기 제 1 금형의 구조를 한정하는 것은 아니다.
상기 히트 싱크 형성용 조성물은 금속분말 및 상기 금속분말을 서로 결합시키는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 금속분말은 후술할 발광다이오드 칩(150)에서 형성된 열을 외부로 방출하기 위해 우수한 열전도성을 갖는 재질일 수 있다. 상기 금속분말의 재질의 예로서는 구리, 은, 철, 니켈, 알루미늄 및 이들 중 적어도 2 이상을 포함하는 합금등일 수 있다. 또한, 상기 열경화성 수지는 상기 금속분말을 서로 결합시키는 역할을 한다. 상기 열경화성 수지의 예로서는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및 아크릴계 수지등일 수 있다.
상기 제 1 금형(210) 내부로 주입된 상기 히트 싱크 형성용 조성물에 열 경화 공정을 수행한 후 상기 제 1 금형(210)을 탈착하여, 도 3에서와 같이 히트 싱트(120)를 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 히트 싱크(120)는 제 1 금형(210)을 이용한 사출 성형에 의해 제조될 수 있어, 자동화가 가능해질 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
종래 히트 싱크(120)는 기계적 가공에 의해 형성되었으므로, 종래 히트 싱크(120)의 형상에 제한이 있었다. 그러나, 상기 히트 싱크(120)는 제 1 금형(210)을 이용한 사출 성형에 의해 제조됨에 따라, 종래 히트 싱크보다 자유로운 형상으로 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 히트 싱크(120)의 방열 효과도 향상시킬 수 있다. 이는 상기 히트 싱크(120)의 방열 효과는 상기 히트 싱크(120)의 크기와 비례하기 때문인데, 상기 히트 싱크(120)의 설계 자유도가 증가됨에 따라, 용이하게 상기 히트 싱크의 크기를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크(120)와 상기 제 1 리드 프레임(110a)과의 체결력은 종래 조립공정에 의해 서로 체결되는 히트 싱크와 제 1 리드 프레임간의 체결력에 비해 우수하여, 상기 히트 싱크(120)에 상기 제 1 리드 프레임(110a)을 효과적으로 고정할 수 있다.
상기 히트 싱크(120)는 상기 캐비티 성형부(212)의 형태와 대응된 캐비티(121)를 구비한다. 상기 캐비티(121)는 상기 제 1 리드 프레임(110a)의 일부를 노출하도록 형성된다.
또한, 상기 히트 싱크(120)는 상기 게이트(도 2의 211)와 대응된 영역에 형성된 돌출부(122)를 구비할 수 있다. 상기 돌출부(122)는 사출 성형에 의해 제조될 경우 형성되는 것으로, 필요에 따라 상기 돌출부(122)를 제거하는 공정을 수행할 수도 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 돌출부(122)는 상기 히트싱크(120)의 하부면에 형성되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 히트 싱크(120)의 외부면에 반사부재를 더 형성할 수 있다. 상기 반사부재는 반사물질, 예컨대 은(Ag)등을 도금하여 형성할 수 있다. 여기서, 상기 반사부재는 상기 캐비티(121)의 내부면에도 배치된다. 후술될 발광다이오드 칩(150)으로부터 형성된 광이 상기 캐비티 내부면에 배치되는 반사부재를 통해 외부로 반사시켜, 발광다이오드 패키지의 광효율을 향상시킬 수 있다. 상기 히트 싱크(120)는 사출성형에 의해 제조됨에 따라, 표면의 거칠도가 기계적 가공에 의해 형성하는 것보다 작다. 이에 따라, 상기 히트싱크에 형성되는 상기 반사부재의 거칠도가 작아질수 있어, 광 반사율을 더 증가시킬 수 있어, 결국 발광다이오드 패키지의 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 반사부재는 상기 히트 싱크(120)의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 반사부재는 상기 히트 싱크(120)의 방열효과를 향상시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 리드 프레임(110a, 110b) 및 상기 히트 싱크(120)를 수용하도록 제 2 금형(220)을 장착한다. 상기 제 2 금형(220)은 하우징 형성 조성물을 주입하기 위한 게이트를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 하우징 형성 조성물은 열경화성 수지, 예컨데 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 아크릴계 수지등일 수 있다.
상기 제 2 금형(220)을 장착한 후, 상기 게이트를 통해 상기 제 2 금형 내부로 상기 하우징 형성 조성물을 주입한 후, 열 경화 공정을 수행한다. 이후, 상기 제 2 금형(220)을 탈착시킴으로써, 도 5에서와 같이 하우징(130)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 하우징(130)은 상기 제 1 리드 프레임(110a)과 마주하는 상기 제 2 리드 프레임(110b)의 일단부를 노출하도록 형성할 수 있다. 또한, 상기 하우징(130)은, 상기 발광다이오드 패키지로 전류를 인가하는 인쇄회로기판과 전기적으로 연결시키기 위해, 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임(110a, 110b)의 각 타 끝단부를 노출하도록 한다. 이때, 노출된 상기 제 1 및 제 2 리드 프레임(110a, 110b)의 끝단부는 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 하우징(130)은 별도의 체결 부재 없이 사출 성형에 의해 상기 히트 싱크(120)와 결합될 수 있어, 상기 하우징(130)과 상기 리드 프레임(110a, 110b) 및 상기 히트 싱크(120)간의 체결성을 향상시킬 수 있다. 이로써, 상기 하우징에 의한 상기 리드프레임 및 상기 히트 싱크의 고정력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 하우징(130)은 사출 성형에 의해 제조 됨에 따라 설계 자유도가 증가될 뿐만 아니라, 자동화 공정에 의해 용이하게 제조될 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 캐비티(121) 내의 상기 제 1 리드 프레임(110a)상에 발광다이오드 칩(150)을 실장한다. 여기서, 상기 발광다이오드 칩(150)은 서브 마운트를 이용하여 실장될 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발광다이오드 칩(150)과 상기 히트 싱크(120) 사이에 접착부재를 구비하여, 상기 히트 싱크(120)상에 상기 발광다이오드 칩(150)을 직접 접착할 수도 있다.
이후, 와이어 본딩을 통해, 상기 발광다이오드 칩(150)과 상기 리드 프레임(110a, 110b)간의 전기적 연결을 수행할 수 있다. 즉, 상기 와이어(160)의 일단은 상기 제 2 리드 프레임(110b)과 본딩 연결되고, 상기 와이어(160)의 타단은 상기 발광다이오드 칩(150)과 본딩 연결된다.
이후, 상기 발광다이오드 칩(150)을 덮으며 상기 캐비티(121)내에 몰딩재(170)를 충진한다. 상기 몰딩재(170)는 상기 발광다이오드 칩(150)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 몰딩재(170)는 투명한 재질, 예컨대 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지등일 수 있다. 이에 더하여, 상기 발광다이오드 칩(150)과 상기 몰딩재(170) 사이에 형광체막을 더 구비할 수 있다.
이에 더하여, 상기 하우징(130)의 상부면에 렌즈(180)를 더 결합시킬 수 있다. 상기 렌즈(180)는 상기 발광다이오드 칩(150)으로 형성된 광을 더욱 넓은 지향각으로 투사시키는 역할을 하여, 발광다이오드 패키지의 광학 특성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 렌즈(180)는 그 하부 내측의 테두리를 상기 하우징(130)의 상부면에 형성된 조립턱에 삽입 및 고정될 수 있다. 또는, 상기 렌즈(180)는 접착 부재를 이용하여 상기 하우징에 접착 및 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 발광다이오드 패키지의 제조 방법에 있어서, 리드 프레임을 수용한체 사출 성형에 의해 히트 싱크를 형성함으로써, 자동생산이 가능해져 생산성을 향상시킬 수 있으며, 리드 프레임과 히트 싱크간의 체결성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징 또한 사출 성형에 의해 제조함으로써, 생산성을 더욱 향상시키며, 리드 프레임, 히트싱크와 하우징간의 체결성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 히트 싱크의 설계 자유도를 향상시킬 수 있어, 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110a : 제 1 리드 프레임 110b : 제 2 리드 프레임
120 : 히트 싱크 130 : 하우징
150 : 발광다이오드 칩 160 : 와이어
170 : 몰딩재 180 : 렌즈
210 : 제 1 금형 220 : 제 2 금형
Claims (8)
- 제 1 및 제 2 리드 프레임을 포함하는 리드 프레임을 제공하는 단계;금형을 이용한 사출 성형을 통해, 캐비티를 가지며 상기 제 1 리드 프레임을 수용하는 히트 싱크를 형성하는 단계;상기 제 1 및 제 2 리드 프레임 및 상기 히트 싱크를 수용하는 하우징을 형성하는 단계;상기 캐비티 내의 상기 제 1 리드 프레임상에 발광다이오드 칩을 실장하는 단계; 및상기 발광다이오드 칩을 덮으며 상기 캐비티내에 몰딩재를 충진하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하우징은 금형을 통한 사출 성형을 통해 형성하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 히트싱크는 열전도성을 갖는 금속분말 및 상기 금속분말을 서로 결합시 키는 열경화성 수지로부터 형성하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 금속분말은 구리, 은, 철, 니켈, 알루미늄 및 이들 중 적어도 2 이상을 포함하는 합금 중 어느 하나인 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 및 아크릴계 수지 중 어느 하나를 포함하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 히트싱크를 형성하는 단계는,상기 히트싱크의 외부면에 반사부재를 형성하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 하우징의 상부면에 렌즈를 결합하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 패키지의 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따르는 발광다이오드 패키지의 제조 방법에 의하여 제조된 발광다이오드 패키지.
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