KR101511032B1 - Led 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 led 패키지 - Google Patents

Led 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 led 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 패키지 제조용 리드프레임 및 이를 이용한 LED 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 칩이 탑재되는 리드프레임과, 이 리드프레임 및 실리콘 봉지재를 이용한 새로운 구조의 LED 패키지에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 P전극판과 N전극판이 절연 가능하게 분할된 새로운 형태의 리드프레임과, 리드프레임에 부착된 LED 칩을 마치 볼록렌즈와 같이 투명한 실리콘 재질로 봉지하여 LED 칩에서 발광되는 빛의 투과 면적을 증대시키는 동시에 투과 방향을 넓힐 수 있도록 한 새로운 구조의 LED 패키지를 제공하고자 한 것이다.

Description

LED 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 LED 패키지{Leadframe for manufacturing LED package and LED package using the same}
본 발명은 LED 패키지 제조용 리드프레임 및 이를 이용한 LED 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 칩이 탑재되는 리드프레임과, 이 리드프레임 및 실리콘 봉지재를 이용한 새로운 구조의 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자를 말한다.
상기 LED는 기존의 백열등이나 형광등과 같은 전통적인 조명 장치에 비하여, 수명이 길고, 전력소비율이 낮으며, 크기가 작으면서도 밝은 조명 빛을 제공하는 등 여러가지 장점으로 인하여, 새로운 조명 장치로 각광받고 있다.
통상, LED 칩이 탑재된 패키지를 LED 패키지라고 칭하고 있으며, 탑재되는 LED 칩의 종류에 따라 치료용, 조명용, 살균용 등으로 사용될 수 있다.
예를 들어, 특정 파장대의 자외선을 내는 UV LED는 그 종류에 따라 살균효과, 피부치료, 위폐감별 장치 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
위와 같은 LED 패키지는 대개 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: 이하, 'PCB'라 한다) 상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성된다.
여기서, 종래의 LED 패키지에 대한 일례를 첨부한 도 1을 참조로 살펴보면 다음과 같다.
종래의 LED 패키지는, 일종의 방열판 역할을 하는 헤더(1)와, 헤더에 삽입된 다수개의 전극봉(2)과, 헤더(1)의 상면에 부착되는 도전성의 서브마운트(3)와, 서브마운트 위에 장착된 LED 칩(4)과, LED 칩(4)과 전극봉(2) 간의 전기적 연결을 위하여 서브마운트(3)와 전극봉(2) 간에 연결되는 도전성 와이어(5)와, 헤더(1)의 테두리 위치에서 수직으로 세워진 하우징(6)과, 하우징(6)의 상단부에 부착되는 윈도우 캡(7) 등을 포함하여 구성되고, 이렇게 구성된 LED 패키지는 해당 전자기기의 PCB에 실장된다.
그러나, 종래의 LED 패키지는 LED 칩에서 발광되는 빛이 윈도우 캡을 통하여 일정한 방향(수직방향)으로 한정되어 발산되기 때문에 LED 칩에서 발광되는 빛의 사용 효율 및 투과 효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 헤더 위에 일정 높이의 하우징을 부착하는 동시에 하우징에 윈도우 캡을 부착하고, 더욱이 서브마운트와 전극봉을 일정한 높이의 루프를 형성하는 와이어로 연결하기 때문에 전체적인 두께 및 크기가 증가하는 단점이 있다.
또한, LED 패키지의 전체적인 두께가 두껍기 때문에 LED 패키지를 탑재하는 전자기기의 기판 설계에 대한 자유도가 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, P전극판과 N전극판이 절연 가능하게 분할된 새로운 형태의 리드프레임과, 리드프레임에 부착된 LED 칩을 마치 볼록렌즈와 같이 투명한 실리콘 재질로 봉지하여 LED 칩에서 발광되는 빛의 투과 면적을 증대시키는 동시에 투과 방향을 넓힐 수 있도록 한 새로운 구조의 LED 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: LED 칩의 P전극과 N전극이 각각 연결되도록 상호 절연 가능하게 분할된 P전극판 및 N전극판과; 상기 P전극판과 N전극판의 각 분할면 사이에 충진되어 P전극판과 N전극판을 일체로 접합하는 절연재와; 상기 P전극판 및 N전극판의 표면에 범프의 접합 성능 향상 및 산화 방지 등을 위하여 ENEPIG 공법에 의하여 니켈, 팔라듐, 골드가 순차적으로 도금된 도금층을 포함하는 LED 패키지 제조용 리드프레임과; 상기 P전극판 및 N전극판의 각 표면에 도포되는 도전성 에폭시와; 상기 도전성 에폭시 위에 적층되며 도전 가능하게 부착되는 LED 칩과; 상기 LED 칩의 저면에 부착되어, P전극판 및 N전극판에 도포된 도전성 에폭시에 각각 도전 가능하게 연결되는 P전극용 범프 및 N전극용 범프와; 상기 LED 칩을 봉지하며 P전극판 및 N전극판에 걸쳐 일정한 면적으로 도포되는 투명 봉지재와; 상기 도전성 에폭시의 도포 면적을 한정하도록 P전극판 및 N전극판의 표면에서 LED 칩의 사방 테두리 부분에 형성되는 제1댐과; 상기 LED 칩을 봉지하는 투명 봉지재의 봉지 면적을 한정하도록 P전극판 및 N전극판의 표면에서 LED 칩의 사방 테두리로부터 이격된 바깥쪽 위치에 형성되는 제2댐; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 LED 패키지를 제공한다.
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또한, 상기 제1댐 및 제2댐은 LED 칩의 부착 전에 P전극판과 N전극판의 표면에 절연 재질인 솔더레지스트를 도포하여서 된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명 봉지재는 투명 재질의 실리콘으로 채택된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명 봉지재는 LED 칩을 봉지시키면서 볼록한 렌즈 형상으로 도포되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 일정 면적의 P전극판과 N전극판이 절연 가능하게 분할된 리드프레임에 LED 칩을 범프를 매개로 부착하여, 기존의 와이어 본딩 공정 및 윈도우 캡을 사용하던 구조와 달리, 전체적인 패키지 크기 및 두께를 줄여 경박단소화시킬 수 있다.
또한, LED 패키지의 전체적인 두께를 감소시킴에 따라, LED 패키지가 탑재되는 전자기기의 기판 설계에 대한 자유도를 향상시킬 수 있다.
특히, LED 칩을 마치 볼록렌즈와 같이 투명한 실리콘 재질로 봉지함으로써, LED 칩에서 발광되는 빛이 볼록렌즈와 같은 실리콘 봉지재를 통하여 확산되도록 함으로써, LED 칩의 빛 투과 면적을 증대시키는 동시에 투과 방향을 넓힐 수 있다.
도 1은 종래의 LED 패키지를 나타낸 단면도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지용 리드프레임을 이용하여 LED 패키지를 제조하는 과정을 나타낸 평면도 및 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 단면도,
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예의 패키지 제조시 소잉 공정을 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 리드프레임을 이용하여 LED 패키지를 작고 컴팩트한 경박단소화된 구조로 제작하되, LED 칩의 발광 빛을 보다 넓게 투과시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 리드프레임(10)은 소잉라인(30)을 경계로 하여, 여러개의 패키지 단위가 가로 및 세로방향으로 정렬된 스트립 단위의 기판으로서, 각 낱개 단위의 리드프레임(10)은 LED 칩의 P극 및 N극이 독립적으로 연결되도록 P전극판(14) 및 N전극판(12)으로 구성되고, 특히 P전극판(14)과 N전극판(12)은 절연재(16)에 의하여 절연 가능하게 접합된다.
이때, 상기 P전극판(14) 및 N전극판(12)은 사각형의 평면 형상으로 구비된 리드프레임(10)을 일정 면적으로 분할하는 바, 예를 들어 P전극판(14)은 "ㄷ"자의 평면 형상으로 구획되고, N전극판(12)은 "ㄷ"자의 내부에 배열되는 "ㅁ"자 형상으로 구획된다.
이렇게 구획되어 분할되는 P전극판(14) 및 N전극판(12)은 LED 칩의 P전극과 N전극이 각각 연결되도록 상호 절연 가능하게 접합되며, P전극판(14) 및 N전극판(12) 분할면 사이에 절연재(16)가 충진되며 절연 가능하게 접합된다.
바람직하게는, 상기 절연재(16)는 LED 칩에서 발산되는 자외선(UV) 및 열에 대한 저항성을 가지면서 내구성을 유지하도록 폴리머(polymer)를 사용하도록 한다.
바람직하게는, 상기 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에는 LED 칩과의 연결을 위한 범프의 접합 성능을 향상시키는 동시에 및 표면 산화 방지 등을 위하여 ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 공법에 의하여 니켈, 팔라듐, 골드가 순차적으로 도금된 도금층(15)이 형성된다.
한편, 상기 리드프레임(10)의 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에 걸쳐 LED 칩이 부착되는 바, 이 LED 칩이 부착되는 자리면(면적)의 테두리 부분에는 LED 칩 부착을 위한 도전성 에폭시(26)의 도포 면적을 한정하는 동시에 도전성 에폭시(26)의 외부 흐름을 차단하는 사각링(평면에서 보았을 때) 형상의 제1댐(17)이 형성된다.
또는, 상기 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에서 LED 칩 부착자리면을 벗어난 외곽 사방 영역에 LED 칩(20)을 봉지하는 투명 봉지재(28)의 봉지 면적을 한정하는 동시에 투명 봉지재(28)의 외부 흐름을 차단하도록 제1댐(17)보다 큰 사각링 형상의 제2댐(18)이 형성된다.
상기 제1댐(17) 및 제2댐(18)은 둘 중 하나를 선택적으로 형성하거나, 둘 다 형성할 수 있으며, 제1댐(17) 및 제2댐(18) 모두 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에 걸쳐 절연재질인 솔더레지스트를 프린팅 방식으로 도포하여 형성시킬 수 있다.
여기서, 상기한 구성의 리드프레임을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지 및 그 제조 과정을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기와 같이 P전극판(14)과 N전극판(12)이 절연재(16)에 의하여 상호 접합된 리드프레임(10)을 제공하고, P전극판(14) 및 N전극판(12)의 각 표면에 도전성 에폭시(26)를 프린팅 방식으로 도포한다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드프레임(10)은 상기 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에서 LED 칩 부착자리면을 벗어난 외곽 사방 영역에 투명 봉지재(28)의 봉지 면적을 한정하는 동시에 투명 봉지재(28)의 외부 흐름을 차단하도록 한 제2댐(18)이 형성된 상태이다.
다음으로, 상기 도전성 에폭시(22) 위에 범프를 포함하는 LED 칩(20)을 적층 부착시킨다.
이때, 상기 LED 칩(20)의 P전극에는 P전극용 범프(22)가 미리 융착되고, N전극에는 N전극용 범프(24)가 미리 융착된다.
따라서, 상기 LED 칩(20)의 P전극에 융착된 P전극용 범프(22)를 P전극판(14)에 도포된 도전성 에폭시(26)에 접합시키고, N전극에 융착된 N전극용 범프(24)를 N전극판(12)에 도포된 도전성 에폭시(24)에 접합시킴으로써, 리드프레임(10)에 대한 LED 칩(20)의 부착이 이루어진다.
이어서, 상기 LED 칩(20)을 봉지하는 투명 봉지재(28) 즉, 투명한 실리콘을 P전극판(14) 및 N전극판(12)에 걸쳐 프린팅 방식에 의하여 일정한 면적으로 도포하는 바, 이때 투명 봉지재(28)는 제2댐(18)에 의하여 그 도포 면적이 한정되는 동시에 외부 흐름이 차단된다.
특히, 상기 투명 봉지재(28)는 LED 칩(20)을 봉지시키면서 리드프레임의 평평한 표면을 기준으로 볼록한 렌즈 형상으로 도포됨으로써, LED 칩(20)에서 발광되는 빛의 조사방향이 사방으로 퍼지면서 조사될 수 있다.
최종적으로, 리드프레임(10)의 소잉라인(30)을 따라 소잉공정이 진행됨으로써, 낱개 단위로 된 본 발명의 LED 패키지가 완성된다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 첨부한 도 5 및 도 6을 참조로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 상기한 일 실시예의 패키지와 동일한 구성을 가지고, 단지 댐의 형성 위치가 다른 점에 특징이 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예는 제LED 칩(20)을 봉지하는 투명 봉지재(28)의 봉지 면적을 한정하는 동시에 투명 봉지재(28)의 외부 흐름을 차단하도록 한 일 실시예의 제2댐(17)과 달리, 상기 리드프레임(10)의 LED 칩이 부착되는 자리면(면적)의 테두리 부분에 LED 칩 부착을 위한 도전성 에폭시(26)의 도포 면적을 한정하는 동시에 도전성 에폭시(26)의 외부 흐름을 차단하는 사각링(평면에서 보았을 때) 형상의 제1댐(17)이 형성된 점에 특징이 있다.
이에, 상기 투명 봉지재의 외부 흐름을 차단하는 제2댐 없이, 제1댐(17)이 도전성 에폭시(26)의 외부 흐름을 차단하는 기능만을 하게 되므로, 첨부한 도 6에서 보는 바와 같이 LED 칩(20)을 봉지하는 투명 봉지재(28)가 낱개 단위로 도포되지 않고, 여러개의 패키징 단위를 포함하는 리드프레임의 전체 면적에 걸쳐 도포될 수 밖에 없다.
이때, 도 6에서 보듯이 소잉공정시 투명 봉지재(28)가 리드프레임과 함께 소잉되므로, 투명 봉지재(28)의 소잉면에서 버어(burr)가 발생할 수 있다.
따라서, 상기한 일 실시예의 소잉 공정을 나타낸 도 7에 도시된 바와 같이, 투명 봉지재(28)의 외부 흐름을 차단하는 제2댐(18)을 리드프레임(10)에 형성하는 경우, 투명 봉지재(28)에 대한 소잉없이 리드프레임의 소잉라인만을 소잉하면 되므로, 버어 현상을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 각 실시예에 따른 LED 패키지는 일정 면적의 P전극판과 N전극판이 절연 가능하게 분할된 리드프레임에 LED 칩을 범프를 매개로 부착하여, 기존의 와이어 본딩 공정 및 윈도우 캡을 사용하던 구조와 달리, 전체적인 패키지 크기 및 두께를 줄여 경박단소화시킬 수 있고, 특히 LED 칩을 마치 볼록렌즈와 같이 투명한 실리콘 재질로 봉지함으로써, LED 칩에서 발광되는 빛이 볼록렌즈와 같은 실리콘 봉지재를 통하여 확산되도록 함으로써, LED 칩의 빛 투과 면적을 증대시키는 동시에 투과 방향을 넓힐 수 있다.
10 : 리드프레임
12 : N전극판
14 : P전극판
15 : 도금층
16 : 절연재
17 : 제1댐
18 : 제2댐
20 : LED 칩
22 : P전극용 범프
24 : N전극용 범프
26 : 도전성 에폭시
28 : 투명 봉지재
30 : 소잉라인

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  6. LED 칩의 P전극과 N전극이 각각 연결되도록 상호 절연 가능하게 분할된 P전극판(14) 및 N전극판(12)과, 상기 P전극판(14)과 N전극판(12)의 각 분할면 사이에 충진되어 P전극판(14)과 N전극판(12)을 일체로 접합하는 것으로서 자외선(UV) 및 열에 대한 저항성을 갖는 폴리머로 채택된 절연재(16)와, 상기 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에 범프의 접합 성능 향상 및 산화 방지를 위하여 ENEPIG 공법에 의하여 니켈, 팔라듐, 골드가 순차적으로 도금된 도금층(15)을 포함하는 LED 패키지 제조용 리드프레임(10)과;
    상기 P전극판(14) 및 N전극판(12)의 각 표면에 도포되는 도전성 에폭시(26)와;
    상기 도전성 에폭시(26) 위에 적층되며 도전 가능하게 부착되는 LED 칩(20)과;
    상기 LED 칩(20)의 저면에 부착되어, P전극판(14) 및 N전극판(12)에 도포된 도전성 에폭시(26)에 각각 도전 가능하게 연결되는 P전극용 범프(22) 및 N전극용 범프(24)과;
    상기 LED 칩(20)을 봉지하며 P전극판(14) 및 N전극판(12)에 걸쳐 일정한 면적으로 도포되는 투명 봉지재(28)와;
    상기 도전성 에폭시(26)의 도포 면적을 한정하도록 솔더레지스트를 프린팅 방식으로 도포한 것으로서, P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에서 LED 칩(20)의 사방 테두리 부분에 형성되는 솔더레지스트 재질의 제1댐(17)과;
    상기 LED 칩(20)을 봉지하는 투명 봉지재(28)의 봉지 면적을 한정하도록 솔더레지스트를 프린팅 방식으로 도포한 것으로서, P전극판(14) 및 N전극판(12)의 표면에서 LED 칩(20)의 사방 테두리로부터 이격된 바깥쪽 위치에 형성되는 솔더 레지스트 재질의 제2댐(18);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 LED 패키지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 투명 봉지재(28)는 투명 재질의 실리콘으로 채택된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 LED 패키지.
  10. 청구항 6 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 투명 봉지재(28)는 LED 칩(20)을 봉지시키면서 볼록한 렌즈 형상으로 도포되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 제조용 리드프레임을 이용한 LED 패키지.
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