KR101509227B1 - Ｌｅｄ 패키지 제조방법 - Google Patents

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Abstract

여기에서는 몰딩 공정이 개선된 LED 패키지 제조방법이 개시된다. 개시된 LED 패키지 제조방법은, 수지 분말과 형광체 분말을 혼합하여, 분말 상의 몰딩 원료를 준비하는 단계와, 적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판을 금형의 성형공간 내에 배치하는 단계와, 상기 분말 상의 몰딩 원료를 상기 금형의 성형공간 내로 가열 압송하는 단계를 포함한다.
분말, 패키지, 몰딩, LED칩, 수지, 형광체, 금형

Description

ＬＥＤ 패키지 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LED PACKAGE}
본 발명은, LED 패키지 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 형광체를 포함하는 투광성 수지로 LED칩을 봉지하는 몰딩 공정을 개선한 LED 패키지 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, LED 패키지는 전류 인가에 의해 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 LED칩을 채택한다. LED 패키지는 LED칩을 보호하는 투광성의 봉지재를 구비한다. 또한, LED 패키지는, LED칩에 전력을 입력하는 수단으로서, PCB 상의 도금 패턴들, 리드 프레임의 일부인 금속 리드단자들 등과 같은 전극을 구비한다.
통상, LED 패키지는, 다수의 금속 리드단자들을 포함하는 리드프레임 타입의 기판이나 다수의 도금 패턴들이 형성된 PCB 기판 또는 그와 유사한 기판에 다수의 LED칩을 실장하고, 그 기판 상에 봉지재를 LED칩들을 덮는 봉지재를 일괄적으로 형성한 후, 그 기판을 패키지 단위로 절단하여, 다수의 개수로 제작된다.
위와 같은 LED 패키지에 있어서, 하나의 LED칩으로부터 나오는 파장만으로는 백색광을 구현할 수 없다. 따라서, 백색광의 구현을 위해, 여기 광원, 즉, LED칩으 로부터 나온 광에 의해 여기되어, 여기 광원인 LED칩과는 다른 파장의 광을 발하는 형광체가 추가로 이용되고 있다. 형광체가 발한 광과 LED칩이 발한 광의 색 혼합에 의해 백색광을 만드는 기술이 공지되어 있는데, 예를 들면, 청색 LED칩과 황색 형광체를 조합하거나 또는 청색 LED칩과 녹색 및 적색 형광체를 조합하여 백색광을 구현할 수 있다.
형광체를 포함하는 봉지재의 형성방법으로는, 액상 수지에 형광체 분말을 혼합하고, 그것을 LED칩을 수용하는 캐비티에 주입하는 기술이 있다. 또한, 캐비티를 생략하고, 형광체가 혼합된 액상 수지를 바로 별도의 금형 내에 주입하여, 봉지재를 형성하는 기술도 알려져 있다. 그러나, 이러한 기술은, 비중 차이에 의해, 형광체 분말의 입자들이 액상 수지 내에서 침전되고, 이는 그 입자들이 한 쪽에 편중되어 위치되는 문제를 야기한다. 봉지재 내에서 형광체의 원치 않는 편중은, 파장 변환의 효율, 광효율, 그리고, 형광체의 낭비를 야기한다.
이에 대하여, 종래에는 형광체 분말과 수지 분말을 미리 압축 성형하여, 고상의 태블릿(tablet)을 만들고, 그 태블릿을 이용한 고온 고압의 사출 성형 또는 다른 종류의 트랜스퍼 몰딩에 의해, 형광체 함유 봉지재를 형성하는 기술이 종래에 제안된 바 있다. 이러한 종래의 기술은 일본 특허 등록 제390144호와, 본 발명의 출원인에 의한, 한국 특허등록 공보 제10-348377호 및 한국 등록실용신안 공보 제20-0205551호에 개시되어 있다.
그러나, 종래의 LED 패키지 제조방법은, 태블릿 중의 수지와 형광체가 습기에 취약하기 때문에, 그 보존시 수지 및 형광체의 물성 변화가 큰 문제점이 있다. 물성 변화된 수지와 형광체를 그대로 이용하여 봉지재를 형성할 경우, 수지의 접착력 저하에 의한 LED 패키지의 신뢰성 저하와 더불어, LED 패키지의 광효율이 저하될 수 있고, 의도된 백색광을 얻기 어렵고, 균일한 품질로 LED 패키지를 생산하는 것이 어려워진다. 또한, 태블릿을 성형하는 추가 공정으로 인해 제조비용이 상승한다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 형광체가 혼합된 수지 분말을 LED칩의 봉지를 위한 몰딩 공정에 바로 이용함으로써, 습기에 의한 수지 및 형광체의 물성 변화를 억제하고, 공정 수 감소에 의해 LED 패키지의 생산 비용을 줄인 LED 패키지 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 패키지 제조방법은, 수지 분말과 형광체 분말을 혼합하여, 분말 상의 몰딩 원료를 준비하는 단계와, 적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판을 금형의 성형공간 내에 배치하는 단계와, 상기 분말 상의 몰딩 원료를 상기 금형의 성형공간 내로 가열 압송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 금형으로는, 서로 합치될 때 상기 성형공간을 한정하는 제1 금형과 제2 금형을 포함하고, 상기 제1 금형에는, 상기 몰딩 원료의 투입 및 상기 몰딩 원료를 가압하는 램의 수직 운동을 허용하는 투입구가 형성되며, 상기 성형공간과 상기 투입구는 상기 제1 금형과 제2 금형 사이에서 한정 된 러너에 의해 연결된 것을 이용한다. 더 바람직하게는, 상기 금형으로 상기 투입구에 대하여 상기 성형공간 및 상기 러너가 복수개로 구성된 것을 이용한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 압송하는 단계 전에, 상기 분말 상의 몰딩 원료를 미리 세팅된 양 만큼 계량하여 상기 투입구 내로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판 상의 적어도 하나의 LED칩을 형광체 분말을 포함하는 투광성 수지로 몰딩하는 공정을 포함하는 LED 패키지 제조방법이 제공되며, 상기 제조방법의 상기 몰딩하는 공정은, 금형을 준비하되, 상기 금형은, 서로 합치될 때 성형공간을 한정하는 제1 금형과 제2 금형을 포함하고, 상기 제1 금형에는, 상기 몰딩 원료의 투입 및 상기 몰딩 원료를 가압하는 램의 수직 운동을 허용하는 투입구가 형성되며, 상기 성형공간과 상기 투입구는 상기 제1 금형과 제2 금형 사이에서 한정된 러너에 의해 연결되는, 금형 준비 단계와, 수지 분말과 형광체 분말을 혼합하여, 분말 상의 몰딩 원료를 준비하는 단계와, 상기 적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판이 상기 금형 내에 배치된 상태에서, 상기 몰딩 원료를 상기 금형의 성형공간 내로 가열 압송하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, 상기 몰딩하는 공정을 거친 기판을 패키지 단위로 절단하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이때, '패키지 단위로 절단하는'의 의미는, 적어도 하나의 LED칩, 그 LED칩에 전기적으로 연결되는 리드 단자들 또는 도금 패턴, 그리고, 상기 적어도 하나의 LED칩을 봉지하는 봉지재로 구성된 패키지 단위로 절단한다는 의미이다.
본 발명에 따르면, 투광성의 수지 분말과 형광체 분말의 혼합물로 된 분말 상의 몰딩 원료를 이용하므로, 종래 태블릿의 이용시에 불가피했던 형광체와 수지 원료의 장기 보존이 불필요하여, 수지 및 형광체의 물성 변화로 인한, 수지 접착 력 저하에 의한 LED 패키지의 신뢰성 저하를 방지하며, LED 패키지의 광효율 저하 및 백색광의 질 저하를 막을 수 있고, 균일한 품질로 LED 패키지를 대량 생산하는 것이 가능해진다. 또한, 공정 수를 줄일 수 있으므로, LED 패키지의 생산비용을 낮추는 데에도 크게 기여할 수 있다.
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 방법에 따라 제조될 수 있는 LED 패키지의 한 실시예를 도시한다.
도 1을 참조하면, LED 패키지는, 전극으로서의 도금 패턴(7a, 7b)들이 형성 된 단위 PCB(6)와, 그 단위 PCB(6) 상의 한 전극 패턴(7a)에 통전 가능하게 실장되고, 본딩와이어(5)에 의해 다른 전극 패턴(7b)에 전기적으로 연결된 LED칩(3)을 포함한다. 또한, 상기 단위 PCB(6) 상에는, 형광체 입자(2)들이 넓게 산재되어, 바람직하게는 균일하게 분포되어 위치하는 봉지재(1)가 형성된다. 이때, 단위 PCB(6) 대신에, 서로 이격되어 있는 금속 리드들이 상기 단위 PCB(6) 대신에 이용될 수 있다.
상기 단위 PCB(6)는 다수의 LED칩이 실장될 수 있고 그 LED칩에 연결되는 다수의 도금 패턴들이 형성된 큰 인쇄회로기판으로부터 여러개로 절단되어 형성된 것일 수 있다. 또한, 전술한 금속 리드들의 경우는, 상기 리드들을 형성하는 다수의 패턴이 형성된 금속 기판으로부터 여러개로 절단되어 형성된 것일 수 있다.
상기 LED칩(3)은 청색 LED칩인 것이 바람직하며, 상기 봉지재(1)는 투광성 수지, 특히, 'EMC'라 칭해지는 에폭시 몰딩 컴파운드를 주 원료로 하여 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 봉지재(1) 내에 넓게 산재하는 형광체(2)는, 상기 LED칩(3)으로부터 발생한 청색광에 의해 여기되는 1종 이상의 형광체인 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법의 주요 공정들을 전반적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 몰딩 공정을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 제조방법은, 다수의 LED칩들이 실장된 기판을 준비하는 제1 공정(1000)과, 상기 기판 상의 LED칩들을 형광체를 포함하는 투광성 수지로 몰딩하는 제2 공정(2000)과, 상기 몰딩하는 공정을 거친 기판을 패키지 단위로 절단하는 제3 공정(3000)을 포함한다.
상기 제1 공정(1000)에서는 상기 제3 공정(3000)에서 여러 조각으로 절단되어질 큰 하나의 기판에 복수의 LED칩을 실장한다. 상기 기판은 복수의 LED칩에 대응되는 복수의 전극용 도금 패턴들이 형성된 PCB이거나 또는 복수의 LED칩에 대응되는 복수의 리드 단자 패턴들이 형성된 금속 리드프레임 기판일 수 있다. LED칩들은, 예를 들면. 본딩와이어에 의해 상기 도금 패턴들 또는 리드 단자 패턴들에 대해 전기적으로 연결된다. 이하 명세서에서, '실장'은 LED칩을 기판에 부착시키는 것은 물론이고 단자 패턴들(도금 패턴 또는 리드 패턴)과 LED칩 사이를 전기적 연결하는 것을 포함하는 의미이다.
상기 제2 공정(2000)은, 수지 분말과 형광체 분말의 혼합 분말인 몰딩 원료를 이용하여 기판 상의 LED칩들을 덮는 봉지재를 몰딩 성형하는 공정이다. 봉지재의 형상은 금형의 성형공간 형상에 의존한다. 여러 열의 LED칩들을 하나의 큰 봉지재가 모두 덮도록 형성할 수 있으며, 여러 열의 LED칩들을 여러 열의 봉지재들이 덮도록 형성할 수도 있다.
상기 제3 공정(3000)에서는 제1 공정(1000)과 제2 공정(2000)이 수행된 기판이 여러 조각으로, 그리고, 패키지 단위로 절단된다. 이때, 기판(2000) 상에 형성된 하나의 봉지재 또는 복수 열의 봉지재도 패키지 단위로 절단됨은 물론이다.
도 3을 참조하면, 제2 공정(2000), 즉, 몰딩 공정은, 수지 분말과 형광체 분말의 혼합 단계(2100), LED칩들이 실장된 기판을 금형의 성형공간 내에 배치하는 단계(2200), 몰딩 원료의 공급 단계(2300), 그리고, 몰딩 원료의 압송 단계(2400), 그리고, 봉지재가 형성된 기판을 인출하는 단계(2500)를 포함한다.
본 실시예의 혼합 단계(2100)에서는, EMC(Epoxy Molding Compound) 수지 분말과 다수의 형광체 입자들을 포함하는 형광체 분말이 혼합된다. 형광체 분말은 고체 분말 형태의 단일 형광체(예컨대, 황색 형광체) 또는 2종 이상의 형광체(예컨대, 녹색 및 적색 형광체)가 이용된다. 단, 원하는 백색광의 품질 수준에 따라, 상기 형광체 분말은 EMC 수지 분말의 5wt%~50wt%의 비율로 잘 혼합된다. 상기 혼합에 의해 얻어진 분말 상의 몰딩 원료는, 예를 들면, 상기 몰딩 원료를 미리 세팅된 양만큼 계량하는 계량 장치와, 그 계량된 만큼 몰딩 원료를 방출하는 밸브를 포함하는 저장소 내에 저장된다.
본 실시예의 기판 배치 단계(2200)에서는, LED칩들이 실장된 기판이 도 4에 도시된 것과 같은 금형(100)의 성형공간 내에 배치된다. 상기 금형(100)은, 서로 합치될 때, 상기 성형공간(110)을 한정하는 제1 금형(101)과 제2 금형(102)을 포함한다. 상기 제1 금형(101)에는, 상기 몰딩 원료의 투입 및 상기 몰딩 원료를 가압하는 램(140)의 수직 운동을 허용하는 하나의 투입구(120)가 형성된다. 그리고, 상기 성형공간(110)과 상기 투입구(120)는 상기 제1 금형(101)과 제2 금형(102) 사이에서 한정된 러너(130)에 의해 연결된다. 이때, 대량 생산을 위해, 하나의 투입구(120)에 대하여 상기 성형공간(110) 및 상기 러너(130)가 복수개로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 금형(101) 및 제2 금형(102) 중 적어도 하나에는 열을 발생시키는 히터가 제공된다. 더 나아가서는, 전수한 램에 히터를 더 설치하 는 것도 고려될 수 있다.
본 실시예에서, 몰딩 원료의 공급 단계(2300)와 몰딩 원료의 압송 단계(2400)는 거의 동시에 그리고 연속적으로 이루어진다. 상기 공급 단계(2300)는, 수지 분말과 형광체 분말을 포함하는 분말 상의 몰딩 원료를 미리 세팅된 양만큼 실질적으로 정확하게 계량하여, 상기 금형의 투입구(120)에 공급한다.
다음, 상기 압송 단계(2400)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 금형에 열을 가하함과 동시에 상기 투입구(120) 내에서 상기 램(140)을 수직 이동시켜, 상기 분말 상의 몰딩 원료(P)를 가압하고, 그에 의해, 그 몰딩 원료를 가열 압송한다. 가압력은 0.5~5ton/cm2 범위 내에서 가해지는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 가열 압송을 위해, 상기 금형은 몰딩 원료의 투입 전에 미리 히터에 의해 가열되거나, 또는 몰딩 원료의 투입 후에 상기 히터에 의해 가열되어, 몰딩 원료가 성형공간 내로 압송되기 직전 또는 압송되는 동안, 분말 상태로부터 액상, 겔상, 또는, 다른 연화된 상태로 변화된다.
수지 분말의 종류에 따라 달라질 수 있지만, 대략 130~180℃ 범위 내에서 일정 온도의 열이 몰딩 원료에 가해진다. 열에 의해, 액화, 겔화 또는 연화된 몰딩 원료(L)는 러너(130)를 통해 성형공간(110) 내로 흐르고, 상기 성형공간(110) 내에서 경화되어, 봉지재를 형성한다.
위 단계들을 마친 후, 제1 금형(101)과 제2 금형(102)을 서로부터 분리하여 LED칩을 덮는 봉지재가 형성된 기판을 인출하는 단계(2500)가 수행된다.
도 4 및 도 5에서는 투입구가 설치된 제1 금형이 상측에 위치하고, 그와 합 치하는 제2 금형이 하측에 위치하는 구조이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 제1 금형과 제2 금형의 위치가 반대인 도 6에 도시된 금형 구조가, 프레스에 대하여 금형을 교체하면서 여러 종류의 LED 패키지를 생산하는 측면에서 더 유리할 수 있다.
도 6을 참조하면, 투입구(120)가 형성된 제1 금형(101)이 하측에 위치하고,그와 합치되는 제 2 금형(102)이 제1 금형(101)에 대하여 상측에 위치한다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로, 서로 합치된 하측 제1 금형(101)과 상측의 제2 금형(102) 사이에는, 러너(130)와 적어도 하나의 성형공간(110)이 한정되고, 상기 러너(130)에 의해 상기 성형공간(110)과 투입구(120)는 서로 연결된다.
도 1은 본 발명에 따라 제조될 수 있는 LED 패키지의 한 예를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 전반적으로 설명하기 위한 순서도.
도 3은 도 2에 도시된 제조방법 중의 몰딩 공정을 구체적으로 설명하기 위한 순서도.
도 4는 도 3에 도시된 몰딩 공정에 이용되는 금형을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 금형을 이용한 몰딩 공정을 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 LED 패키지 제조방법에 이용되는 다른 실시예의 금형을 보여주는 단면도.

Claims (6)

  1. 수지 분말과 형광체 분말을 혼합하여, 분말 상의 몰딩 원료를 준비하는 단계;
    적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판을 금형의 성형공간 내에 배치하는 단계; 및
    상기 분말 상의 몰딩 원료를 상기 금형의 성형공간 내로 가열 압송하는 단계를 포함하는 LED 패키지 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 금형으로는, 서로 합치될 때 상기 성형공간을 한정하는 제1 금형과 제2 금형을 포함하고, 상기 제1 금형에는, 상기 몰딩 원료의 투입 및 상기 몰딩 원료를 가압하는 램의 수직 운동을 허용하는 투입구가 형성되며, 상기 성형공간과 상기 투입구는 상기 제1 금형과 제2 금형 사이에서 한정된 러너에 의해 연결된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 금형으로 상기 투입구에 대하여 상기 성형공간 및 상기 러너가 복수개로 구성된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 압송하는 단계 전에, 상기 분말 상의 몰딩 원료를 미리 세팅된 양 만큼 계량하여 상기 투입구 내로 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
  5. 적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판을 준비하는 공정과, 상기 기판 상의 적어도 하나의 LED칩을 형광체 분말을 포함하는 투광성 수지로 몰딩하는 공정을 포함하되, 상기 몰딩하는 공정은
    금형을 준비하되, 상기 금형은, 서로 합치될 때 성형공간을 한정하는 제1 금형과 제2 금형을 포함하고, 상기 제1 금형에는, 상기 몰딩 원료의 투입 및 상기 몰딩 원료를 가압하는 램의 수직 운동을 허용하는 투입구가 형성되며, 상기 성형공간과 상기 투입구는 상기 제1 금형과 제2 금형 사이에서 한정된 러너에 의해 연결되는, 금형 준비 단계와;
    수지 분말과 형광체 분말을 혼합하여, 분말 상의 몰딩 원료를 준비하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 LED칩이 실장된 기판이 상기 금형 내에 배치된 상태에서, 상기 몰딩 원료를 상기 금형의 성형공간 내로 가열 압송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 몰딩하는 공정을 거친 기판을 패키지 단위로 절단하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조방법.
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