KR101580657B1 - 고신뢰성 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Abstract

여기에서는 새로운 LED칩의 봉지 구조를 포함하는 고신뢰성 LED 패키지가 개시된다. 개시된 LED 패키지는, 바닥에 LED칩이 실장되는 캐비티가 형성된 패키지 몸체와, 상기 LED칩의 주위를 남기고 상기 캐비티의 바닥에 형성된 제1 수지부와, 상기 LED칩의 주위를 메우도록 형성된 투광성의 제2 수지부를 포함한다.

제1 수지부, 제2 수지부, 제3 수지부, LED 패키지, 황변, 계면 박리, LED칩

Description

고신뢰성 ＬＥＤ 패키지{HIGH RELIABILITY LED PACKAGE}

본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 새로운 LED칩의 봉지 구조를 포함하는 고신뢰성 LED 패키지에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)는 기본적으로 p형과 n형 반도체 접합으로 이루어져 있으며, 전압 인가시 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 발하는 발광 반도체를 이용하는 소자이다. 그와 같은 LED는 저전류 요건에서의 고출력 특성, 빠른 응답성, 긴 수명, 단단한 패키지 구조 등 많은 이점을 갖는다.

위와 같은 LED는 패키지 구조로 제작되어 판매되는데, 그러한 것이 LED 패키지로 칭해진다. 통상의 LED 패키지는, LED칩(또는, LED 다이)과, LED칩을 수용하는 캐비티가 형성된 패키지 몸체와, LED칩을 외부로부터 보호하도록 캐비티에 형성된 투광성의 봉지재를 포함한다. 또한, 패키지 몸체는 LED칩에 전력을 입력하기 위한 리드단자들을 구비한다.

종래에는 봉지재의 재료로 실리콘 수지에 비해 상대적으로 저렴한 에폭시 수지를 많이 이용하고 있다. 그러나, 통상의 에폭시 수지는 리드단자가 있는 캐비티 의 바닥 또는 측벽에 대하여 접착력이 크게 낮아 봉지재와 패키지 몸체 사이의 계면 박리 현상을 야기한다. 또한, 종래 에폭시 수지로 된 봉지재는, LED칩으로부터 발생된 열로 인하여 노랗게 변질되는 황변현상을 일으킨다. 종래의 LED 패키지는, 전술한 황변 현상과 계면 박리 현상으로 인하여, 성능이 떨어지고, LED칩의 긴 수명에 비해, 훨씬 짧은 수명을 갖게 되는 등, 신뢰성이 매우 나쁘다.

따라서, 본 발명의 하나의 기술적 과제는, 다른 기능이 요구되는 캐비티의 여러 위치에, 그 기능에 부합되는 성질의 수지부들을 배치함으로써, 신뢰성 높은 LED 패키지를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 캐비티 내에서 LED칩 주위에는 황변 현상이 없거나(또는, 적거나) 및/또는 투명도가 높은 수지부를 위치시키고, 그 외 다른 위치에는 접착력이 좋거나 및/또는 기계적 강도가 큰 수지부를 위치시키는 것에 의해 신뢰성 높은 LED 패키지를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 측면에 따라, 바닥에 LED칩이 실장되는 캐비티가 형성된 패키지 몸체와, 상기 LED칩의 주위를 남기고 상기 캐비티의 바닥에 형성된 제1 수지부와, 상기 LED칩의 주위를 메우도록 형성된 투광성의 제2 수지부를 포함하는 LED 패키지가 제공된다.

바람직하게는, 상기 제1 수지부는 상기 캐비티의 바닥으로부터 상기 캐비티 의 측벽을 따라 형성되고, 상기 제2 수지부는 상기 제1 수지부와 상기 LED칩을 모두 덮도록 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 LED 패키지는, 상기 제2 수지부 상에 형성되는 투광성의 제3 수지부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 수지부는 상기 제2 수지부보다 투명도가 낮고 상기 캐비티의 바닥 또는 측벽에 대한 접착력이 더 큰 재료로 형성된다. 또한, 상기 제2 수지부는 상기 제1 수지부보다 황변 현상이 적은 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제3 수지부는 상기 제2 수지부보다 기계적 강도가 더 큰 재료로 형성된다. 또한, 상기 제2 수지부는 상기 제3 수지부보다 황변 현상이 적은 재료로 형성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 수지부는 아로마틱 에폭시(aromatic epoxy)를 주재료로 포함하고, 상기 제2 수지부는 사이클로알리패틱 에폭시(cycloaliphatic epoxy)를 주재료로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 수지부는 아로마틱 에폭시를 주재료로 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 수지부는 아민형 경화제를 더 포함하고, 상기 제3 수지부는 산무수물 경화제를 더 포함하며, 제2 수지부는 산무수물 경화제를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2 수지부에는 형광체가 포함된 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 다른 기능이 요구되는 캐비티의 여러 위치에, 그 기능에 부합되는 성질의 수지부들을 배치함으로써, 치에 상관없이 한 종류의 수 지를 캐비티에 채워 형성하던 종래기술에 비해, 신뢰성 높은 LED 패키지를 구현할 수 있다. 특히, 캐비티 내에서 LED칩 주위에는 황변 현상이 없거나(또는, 적거나) 및/또는 투명도가 높은 수지부를 위치시키고, 그 외 다른 위치에는 접착력이 좋거나 및/또는 기계적 강도가 큰 수지부를 위치시킬 수 있으며, 이에 의해, 황변 현상이나 계면 박리 현상이 없고 발광효율도 좋은 LED 패키지를 구현할 수 있다. 그와 같은 수지부들의 적절한 배치를 이용하면, 황변 현상이나 계면 박리 현상을 막기 위해 고가의 수지를 이용하지 않아도 되므로 경제적으로도 유리하다.

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 제1 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지는, 상부 개방형의 캐비티(31)가 형성된 패키지 몸체(30)와, 상기 캐비티(31)의 바닥에 실장되는 LED칩(12)과, 상기 캐비티(31) 내에 형성되어 상기 LED칩(12)을 봉지하는 봉지재 구조를 포함한다.

또한, 상기 패키지 몸체(30)는 제1 및 제2 리드단자(32a, 32b)를 구비한다. 상기 제1 및 제2 리드단자(32a, 32b)는 캐비티(31)의 바닥에 일부가 있고, 일부는 캐비티(31) 바닥으로부터 패키지 몸체(30)를 관통하여 외부로 연장된다. 본 실시예에서, 상기 LED칩(12)은, 캐비티(31)의 바닥에 있는 제1 리드단자(32a) 상에 실장되어, 상기 LED칩(12) 자체의 하부의 전극(미도시함)은 제1 리드단자(32a)와 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 LED칩(12)의 상부 전극(미도시함)은 본딩와이어(w)에 의해 제2 리드단자(32b)와 전기적으로 연결된다.

대안적으로, 상부에 두개의 전극이 있는 LED칩을 이용하는 경우에는, 두개의 본딩와이어에 의해, LED칩 상부에 있는 두개의 전극이 제1 및 제2 리드단자 각각에 전기적으로 연결된다. 또한, 본딩와이어 없이, 플립칩본딩에 의해 LED칩의 전극들을 제1 및 제2 리드단자와 전기적으로 연결하는 것도 가능하다.

한편, 상기 LED 패키지는, 상기 LED칩(12)을 봉지하는 구조로서, 제1 수지부(42)와 제2 수지부(44)를 포함한다. 상기 제1 수지부(42)는 LED칩(12)의 주위만 남기고 나머지 캐비티(31) 바닥을 모두 덮도록 링 형태 또는 도넛 형태로 형성된다. 또한, 상기 제1 수지부(42)는 상기 캐비티(31)의 바닥으로부터 상기 캐비티(31)의 측벽을 따라 소정의 높이를 갖도록 형성된다. 또한, 상기 제2 수지부(44)는 상기 LED칩(12) 주위의 빈 영역을 메우도록 형성된다. 더 나아가, 상기 제2 수지부(44)는 상기 제1 수지부(42)와 상기 LED칩(12)을 모두 덮도록 형성되어, 상기 캐비티(31)의 측벽을 따라, 상기 제1 수지부(42)보다 높게 형성된다.

본 실시예에서, 상기 제1 수지부(42)는, 상기 제2 수지부(44)와 비교할 때, 상기 캐비티의 바닥 또는 측벽에 대해 접착력이 보다 더 큰 재료로 형성된다. 반면, 상기 제2 수지부(44)는, 상기 LED칩(12)과 인접해 있고, 광의 주 방출 경로가 되는 부분으로, 상기 제1 수지부(42)와 비교할 때, 투명도가 높고 황변 현상이 적은 재료로 형성된다.

더 구체적으로, 상기 제1 수지부(42)는 주재료로 아로마틱 에폭시(aromatic epoxy)를 포함하고 경화제로 아민(armine)형 경화제를 포함하는 재료에 의해 형성된다. 바람직한 한 예로, 상기 아로마틱 에폭시로는 디그리시딜 에테르 비스페놀 에이(diglycidal ether bisphenol A)가 이용되고, 상기 아민형 경화제로는 폴리옥시프로필렌디아민(poly oxypropylene diamines)가 이용된다. 위와 같은 제1 수지부(42)의 재료는 상대적으로 투명성이 나쁘고 황변 현상의 우려가 크지만, 캐비티 내벽면 또는 금속 리드단자에 대한 접착력이 뛰어나다.

또한, 상기 제2 수지부(44)는 사이클로알리패틱 에폭시(cycloaliphatic epoxy)를 주재료로 포함하고 경화제로 산무수물(anhydride) 경화제를 포함하는 재료에 의해 형성된다. 바람직한 한 예로, 사이클로알리패틱 에폭시(cycloaliphatic epoxy)로는 3,4 에폭시 시클로핵실메틸(3,4 epoxy cyclohexyl methyl), 3,4 에폭시 시클로핵실카복실레이트디에포사이드(3,4 epoxy cyclohexyl carboxylate diepoxide)가 이용되고, 상기 산무수물 경화제로는 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드(hexahydrophthalic anhydride)가 이용된다. 위와 같은 제2 수지부(44)의 재료는 전술한 제1 수지부(42) 재료에 비해 투명성이 좋고 황변 현상이 훨씬 적다. 다만, 상기 제2 수지부(44)는 접착력이 떨어지는데, 낮은 접착력은 상기 제1 수지 부(42)에 의해 충분히 보완된다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도이다. 이하에서, 앞선 실시예에서 설명된 내용은 중복을 피하기 위해 생략될 수 있다. 앞선 실시예와 같거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 부재번호가 그대로 쓰인다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지는, 앞선 실시예에서 설명된 것과 같은 제1 수지부(42)와 제2 수지부(44)를 그대로 포함하되, 상기 제2 수지부(44) 상부에 형성된 제3 수지부(46)를 더 포함한다. 상기 제3 수지부(46)는 LED칩 등 캐비티 내부의 요소들을 보호할 수 있는 충분한 기계적 강도를 확보하도록 제공된다. 따라서, 상기 제3 수지부(46)는, 상기 제1 수지부(42) 및 상기 제2 수지부(44) 재료들과 비교할 때, 기계적 강도가 큰 재료로 형성된다. 또한, 광의 경로가 되므로, 충분한 투명도도 요구된다.

이를 위해, 제3 수지부(46)는, 주재료로 아로마틱 에폭시(aromatic epoxy)를 포함하고 경화제로 산무수물 경화제를 포함하는 재료에 의해 형성된다. 바람직한 한 예로, 상기 아로마틱 에폭시로는 디그리시딜 에테르 비스페놀 에이(diglycidal ether bisphenol A)가 이용되고, 상기 산무수물 경화제로는 헥사하이드로프탈릭언하이드라이드(hexahydrophthalic anhydride)가 이용된다. 상기 제3 수지부(46)는, 황변의 우려가 큰 재료이지만, 상기 제2 수지부(44)에 의해 상기 LED칩(12)으로부터 충분히 이격되어 있어, 황변을 일으키는 열의 영향을 거의 받지 않는다.

상기 제1 내지 제3 수지부(42, 44, 46) 중 어느 하나에는 형광체(442)가 포 함될 수 있다. 이 형광체(442)는 LED칩(12)에서 발생한 소정 파장의 광에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 발한다. 그 중에서도, 상기 형광체(442)는 상기 LED칩(12)과 가장 근접해 있는 제2 수지부(44)에 포함되는 것이 바람직하다.

도 3의 (a) 및 (b)는 변형 가능한 본 발명의 여러 형태들 중 일부를 예시한 도면들이다.

도 3의 (a)는 캐비티(31)의 바닥과 캐비티(31)의 측벽이 마나는 코너 부분에 제1 수지부(42)가 형성된 LED 패키지의 구조를 보여준다. 이러한 구조는 LED칩 또는 그것의 접합 구조로 인한 간섭의 영향 없이 수지부들의 형성이 용이하다는 이점이 있다.

도 3의 (b)는 캐비티(31)의 바닥에만 제1 수지부(42)가 형성되고, 캐비티(31)의 측벽에는 제1 수지부(42)가 생략된 구조를 보여준다. 이 구조 또한 제1 수지부(42)가 LED칩(12)의 주위를 빈 영역으로 남긴다. 접착력이 큰 제1 수지부(42)가 캐비티(31) 바닥에만 형성되므로, 캐비티 측벽과 봉지재(40) 사이가 취약할 수 있지만, 상기 제1 수지부(42)의 형성 과정에서, 캐비티(31)의 측벽과의 사이에 표면장력으로 골이 생기고, 그 골이 제2 수지부(44)의 하부와 맞물리는 형상을 제공하므로, 캐비티 측벽과 봉지재(40) 사이의 접착력이 보강될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도.

도 3의 (a) 및 (b)는 변형 가능한 본 발명의 여러 형태들 중 일부를 예시한 도면들.

Claims (13)

1. 바닥에 LED칩이 실장되는 캐비티가 형성된 패키지 몸체;

   상기 LED칩의 주위를 남기고 상기 캐비티의 바닥에 형성된 제1 수지부;

   상기 LED칩의 주위를 메우도록 형성된 투광성의 제2 수지부; 및

   상기 제2 수지부 상에 형성된 투광성의 제3 수지부를 포함하고,

   상기 제1 수지부는, 상기 제2 수지부보다 투명도가 더 낮고 상기 제2수지부보다 상기 캐비티의 바닥 또는 측벽에 대한 접착력이 더 큰 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 수지부는 상기 캐비티의 바닥으로부터 상기 캐비티의 측벽을 따라 형성되고, 상기 제2 수지부는 상기 제1 수지부와 상기 LED칩을 모두 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 수지부는 상기 제1 수지부보다 황변 현상이 적은 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 수지부는 상기 제2 수지부보다 기계적 강도가 더 큰 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 수지부는 상기 제3 수지부보다 황변 현상이 적은 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 수지부는 아로마틱 에폭시(aromatic epoxy)를 주재료로 포함하고, 상기 제2 수지부는 사이클로알리패틱 에폭시(cycloaliphatic epoxy)를 주재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 수지부는 사이클로알리패틱 에폭시를 주재료로 포함하고, 상기 제3 수지부는 아로마틱 에폭시를 주재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지
10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 수지부는 아로마틱 에폭시를 주재료로 포함하고, 상기 제2 수지부는 사이클로알리패틱 에폭시를 주재료로 포함하고, 상기 제3 수지부는 아로마틱 에폭시를 주재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지
11. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 수지부는 아민형 경화제를 포함하고, 상기 제 3 수지부는 산무수물 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 제2 수지부는 산무수물 경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지
13. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 수지부에는 형광체가 포함된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.

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