KR101959035B1 - 발광 다이오드 패키지 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드 패키지 및 그것을 제조하는 방법이 개시된다. 이 발광 다이오드 패키지 제조 방법은, 캐비티 및 상기 캐비티에서 연장하는 공기 배출 통로를 갖는 패키지 본체를 준비하고, 상기 패키지 본체의 캐비티 내에 발광 다이오드를 실장하고, 접착제를 이용하여 상기 캐비티 상부를 덮도록 투명 부재를 부착하고, 밀봉재를 형성하여 상기 공기 배출 통로를 차단하는 것을 포함한다. 투명 부재를 부착한 후, 공기 배출 통로를 차단하므로, 투명 부재가 캐비티 내부의 공기압에 의해 박리되는 것을 방지할 수 있다.

Description

발광 다이오드 패키지 및 그것을 제조하는 방법{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 특히, 자외선용 발광 다이오드 패키지 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. 또한, 발광 다이오드는 기존의 전구 또는 형광등에 비해 소모 전력이 작고 수명이 길어, 백열전구 및 형광등을 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다. 최근, 365nm 이하의 DUV(deep UV)를 방출하는 발광 다이오드가 개발되고 있으며, DUV 발광 다이오드는 대기 및 수중 멸균, 표면 오염물 제거, 생물제재(bio-agent) 검출기와 같은 광 센서, 폴리머의 UV 경화, 의료용 및 분석 장비 등에 다양하게 적용될 수 있다.
일반적으로, DUV LED는 단파장의 광을 방출하기 위해 n형 AlGaN층과 p형 AlGaN층 사이에 Al을 함유하는 질화갈륨계 우물층을 포함하는 다중양자우물 구조를 갖는다. 이러한 DUV LED에서 방출되는 자외선은 실리콘이나 에폭시 등의 통상의 밀봉 수지에 쉽게 흡수되기 때문에, 청색 LED와 달리 밀봉 수지를 사용하여 밀봉하는 것이 어렵다.
따라서, 종래에는 금속 스템 상에 LED를 실장하고 윈도우가 일체화된 캡을 금속 스템 상에 본딩하여 LED를 보호하는 패키지가 주로 사용되었다. 이러한 스템 패키지는 재료비 및 제작 비용이 많이 들어 패키지의 가격이 높기 때문에, 세라믹 패키지나 일반 플라스틱 패키지 등과 같이 저비용의 패키지를 자외선용 LED 패키지로 사용하려는 시도가 있다.
예를 들어, 패키지 본체의 캐비티 내에 LED를 실장한 후, 접착제를 이용하여 렌즈를 패키지 본체에 부착시켜 캐비티를 밀봉하는 기술이 사용될 수 있다. 캐비티는 패키지 본체, 렌즈 및 접착제에 의해 밀폐되고, 따라서 외부로부터 수분 등이 캐비티 내부로 침투하는 것이 방지된다. 그러나, 렌즈를 부착하는 동안, 캐비티 내에서 압축된 공기에 의해 렌즈가 패키지 본체로부터 떨어져 접착 불량이 발생되기 쉽다. 예를 들어, 렌즈 홀더를 이용하여 접착제를 사이에 두고 렌즈를 패키지 본체에 대해 누를 때 캐비티 내에 압축 공기가 생성된다. 상기 렌즈 홀더를 제거할 때, 이 압축 공기에 의해, 렌즈가 패키지 본체로부터 떨어질 수 있다. 또한, 상기 접착제를 경화하는 동안, 캐비티 내의 공기가 팽창할 수 있으며, 캐비티 내의 공기 압력 증가에 의해 렌즈가 패키지 본체로부터 떨어질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 렌즈 접착 불량을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 접착제를 이용하여 렌즈를 부착하여 캐비티를 밀봉하는 패키지에 있어서, 렌즈의 접착 불량을 방지함과 아울러 캐비티를 밀봉할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 렌즈의 접착 불량을 방지할 수 있도록 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지는, 캐비티 및 상기 캐비티에 연결된 공기 배출 통로를 갖는 패키지 본체; 상기 캐비티 내에 실장된 발광 다이오드; 상기 캐비티 상부를 덮고 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 투과하는 투명 부재; 상기 투명 부재를 상기 패키지 본체에 결합시키는 접착제; 및 상기 공기 배출 통로 내에 형성되어 상기 공기 배출 통로를 차단하는 밀봉재를 포함하고, 상기 캐비티 내부에 밀폐된 빈 공간이 형성된다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지 제조 방법은, 캐비티 및 상기 캐비티에서 연장하는 공기 배출 통로를 갖는 패키지 본체를 준비하고, 상기 패키지 본체의 캐비티 내에 발광 다이오드를 실장하고, 접착제를 이용하여 상기 캐비티 상부를 덮도록 투명 부재를 부착하고, 밀봉재를 형성하여 상기 공기 배출통로를 차단하는 것을 포함한다.
패키지 본체에 공기 배출 통로를 마련함으로써, 투명 부재를 패키지 본체에 부착할 때, 캐비티 내의 공기압에 의해 투명 부재가 패키지 본체로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
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 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드 패키지는, 패키지 본체(21), 서브 마운트(31), 발광 다이오드(32), 투명 부재(35), 접착제(34) 및 밀봉재(37)를 포함한다.
상기 패키지 본체(21)는 패키지 본체(21)의 바깥측 둘레를 구성하는 외벽(21a), 상기 외벽(21a)으로 둘러싸인 영역 내의 상부면(21b) 및 상기 상부면(21b)으로 둘러싸인 캐비티(21c)를 포함할 수 있다. 상기 패키지 본체(21)는 세라믹 시트를 이용하여 동시 소성 공정에 의해 형성된 세라믹 본체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 플라스틱 본체일 수도 있다.
한편, 상기 캐비티(21c)에 연결되며 외벽(21a)측으로 연장하는 공기 배출 통로(21d)가 상기 패키지 본체(21)에 마련될 수 있다. 상기 공기 배출 통로(21d)는 캐비티(21c)를 둘러싸는 상부면에 형성된 홈일 수 있다. 상기 홈(21d)은 외벽(21a)까지 연장할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 패키지 본체(21)에 리드 단자들(23)이 제공될 수 있으며, 이 리드 단자들(23)은 외부 전원에 연결하기 위해 패키지 본체(21)의 외부로 연장된다.
상기 발광 다이오드(33)는 캐비티(21c) 내에 실장된다. 발광 다이오드(33)는 서브 마운트(31) 상에 플립본딩되고 서브 마운트(31)가 패키지 본체에 접착제 등을 이용하여 부착될 수 있다. 상기 발광 다이오드는 DUV LED로서, 예컨대 250~365nm 파장의 광을 방출할 수 있다. 한편, 본딩 와이어들이 서브 마운트(31)와 패키지 본체에 형성된 리드 단자들(23)을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 투명 부재(35)는 접착제(34)에 의해 패키지 본체(21)에 결합된다. 접착제(34)는 캐비티(21c)를 둘러싸는 상부면(21b) 상에 위치하여 투명 부재(35)와 패키지 본체(21)를 결합시킨다. 이에 따라, 상기 캐비티(21c)를 둘러싸는 상부면(21b) 영역 중 공기 배출 통로(21d)를 제외한 영역은 접착제(34)에 의해 밀봉된다. 한편, 상기 투명 부재(35)는 상기 발광 다이오드에서 방출되는 광에 대해 투명하며, 예컨대, 석영 또는 사파이어 등으로 제조될 수 있다. 상기 투명 부재(35)는 도시한 바와 같이 평판 시트 형상일 수 있다.
상기 공기 배출 통로(21c)는 상기 캐비티(21c)로부터 상기 투명 부재(35) 외부로 연장된다. 즉, 상기 투명 부재(35)는 공기 배출 통로(21c)의 일부 영역 상에 걸쳐 배치된다.
밀봉재(37)는 상기 공기 배출 통로(21d) 내에 형성되어 공기 배출 통로(21d)를 차단한다. 밀봉재(37)는 상기 공기 배출 통로(21d)의 적어도 일부를 채워 외부에서 습기 등이 캐비티(21c) 내부로 침투하는 것을 방지한다. 밀봉재(37)는 실리콘, 에폭시 등의 경화성 수지로 형성될 수 있다. 밀봉재(37)는 상기 투명 부재(35)와 상기 공기 배출 통로(21d)에 의해 생긴 공간을 채워 상기 공기 배출 통로를 차단할 수 있다. 이에 따라, 상기 캐비티(21c) 내에 밀폐된 빈공간이 형성된다.
본 실시예에 있어서, 상기 공기 배출 통로(21d)가 패키지 본체(21)의 상부면(21b)에 형성된 홈인 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 공기 배출 통로(21d)는 상부면(21b) 아래의 패키지 본체(21) 내부에 형성된 통로일 수 있으며, 그 통로의 입구가 상기 투명 부재(35)의 외부에 위치하여 상기 캐비티(21c)로 연결될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 3을 참조하면, 우선, 캐비티(21c) 및 공기 배출 통로(21d)를 포함하는 패키지 본체(21)가 준비된다. 이 패키지 본체(21)는 캐비티(21c)를 둘러싸는 상부면(21b)을 가질 수 있으며, 또한, 상기 상부면(21b)을 둘러싸는 외벽(21a)을 가질 수 있다. 상기 공기 배출 통로(21d)는 상기 캐비티(21c)로부터 외벽(21d)측으로 연장한다. 나아가, 상기 패키지 본체(21)는 리드 단자들(23)을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 패키지 본체(21)는 세라믹 시트를 동시소성하여 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 리드 단자들을 갖는 플라스틱 본체일 수도 있다.
도 4를 참조하면, 발광 다이오드(33)가 상기 패키지 본체(21)의 캐비티(21c) 내에 실장된다. 발광 다이오드(33)는 서브 마운트(31) 상에 플립 본딩되어 실장될 수 있으며, 본딩 와이어들이 서브 마운트(31)와 리드 단자들(23)을 연결할 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 발광 다이오드(33)가 직접 패키지 본체(21)의 리드 단자들(23) 상에 플립본딩될 수도 있다.
한편, 상기 캐비티(21c)를 둘러싸는 상부면(21b) 상에 접착제(34)가 도포될 수 있다. 상기 접착제(34)는 공기 배출 통로(21d)를 제외한 영역에 도포된다.
도 5를 참조하면, 상기 캐비티 상부를 덮도록 투명 부재(35)가 배치된다. 투명 부재(35)와 패키지 본체(21)의 상부면(21b) 사이에는 접착제(34)가 위치하여 투명 부재(35)를 부착시킨다. 상기 투명 부재(35)는 예컨대 렌즈 홀더(도시하지 않음)를 이용하여 상기 캐비티(21c) 상부에 배치될 수 있다. 상기 렌즈 홀더를 이용하여 상기 투명 부재(35)를 패키지 본체(21)에 대해 누를 수 있으며, 이때 상기 캐비티(21c) 내부의 공기는 공기 배출 통로(21d)를 통해 외부로 방출된다. 따라서, 렌즈 홀더를 제거하더라도 투명 부재(35)가 패키지 본체(21)로부터 박리되지 않는다.
상기 접착제(34)는 열경화 수지일 수 있으며, 따라서 상기 투명 부재(35)가 접착제(34) 위에 배치된 후, 열 경화를 통해 투명 부재(35)가 패키지 본체(21)에 결합된다. 상기 접착제(34)를 경화하는 동안, 팽창되는 공기는 또한 공기 배출 통로(21d)를 통해 외부로 방출되며, 따라서 공기압에 의해 투명 부재(35)가 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 상기 접착제는 열 경화 수지에 한정되는 것은 아니며 자외선 경화 수지일 수도 있다. 상기 접착제(34)는 투명 부재(35) 상에 도포될 수도 있으며, 접착제(34)가 도포된 투명 부재(35)가 캐비티(21c) 상부를 덮도록 배치될 수도 있다.
이어서, 상기 공기 배출 통로(21d)에 밀봉재(도 1의 37)를 형성하여 상기 공기 배출통로를 차단함으로써 도 1의 발광 다이오드 패키지가 완성된다. 밀봉재(37) 상기 투명 부재(35) 외부에 노출된 공기 배출 통로(21d)에 경화 수지를 주입하고, 상기 경화 수지를 경화시켜 형성될 수 있다.
도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 평면도들이다.
앞서 도 1을 참조하여 설명한 실시예에서, 공기 배출 통로(21d)가 하나인 것으로 예시하였으나, 공기 배출 통로(21d)는, 도 6 또는 도 7에 도시한 바와 같이, 복수개가 마련될 수 있다. 이들 공기 배출 통로(21d)는 대칭 구조로 배치될 수 있으나, 특별히 이에 한정될 필요는 없다. 상기 각 공기 배출 통로(21d)는, 앞서 설명한 실시예에서 처럼 밀봉재(37)에 의해 차단된다.
한편, 상기 공기 배출 통로(21d)에 밀봉재(37)를 형성하는 동안, 밀봉재(37)가 캐비티(21c) 내부로 흘러내릴 수 있다. 이에 따라, 공기 배출 통로(21d)가 완전히 차단되지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위해, 공기 배출 통로(21d)의 폭을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이, 외벽(21a) 측에 위치하는 공기 배출 통로(21d)의 입구의 폭이 캐비티(21c)에 가까운 통로(21d)의 폭보다 넓게 형성할 수 있다. 이에 따라, 디스펜서 등을 이용하여 경화 수지를 공기 배출 통로(21d) 내에 주입할 때, 경화 수지가 공기 배출 통로(21d)를 쉽게 채울 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지와 대체로 유사하나 밀봉재 차단댐(41)을 더 포함하는 것에 차이가 있다.
밀봉재 차단댐(41)은 밀봉재(37)와 캐비티(21c) 사이에 위치한다. 상기 밀봉재 차단댐(41)은 경화 수지를 이용하여 밀봉재(37)를 형성할 때, 경화 수지가 캐비티(21c) 내로 흘러들어가는 것을 막는다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 발광 다이오드 패키지와 유사하나, 투명 부재(35)의 형상이 반구형 인 것에 차이가 있다. 앞의 실시예들에 있어서, 투명 부재(35)가 평판 형상의 시트인 것으로 도시 및 설명하였으나, 본 실시예에서와 같이, 상기 투명 부재(35)는 발광 다이오드(33)에서 방출되는 광을 투과시키는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 투명 부재(35)는 반구형 렌즈뿐만 아니라, 또는 구형 렌즈, 프레넬 렌즈 등 다양한 향상의 렌즈일 수 있다.
앞서 다양한 실시예들이 설명되었지만, 이들 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된 것으로 본 발명을 한정하기 의도로 제공된 것은 아니다. 따라서, 특정 실시예에서 설명한 구성요소는 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 실시예들에 적용될 수 있다.
21: 패키지 본체 21a: 외벽 21b: 상부면
21c: 캐비티 21d: 공기 배출 통로 23: 리드 단자
31: 서브 마운트 33: 발광 다이오드 34: 접착제
35: 투명 부재 37: 밀봉재 39: 빈공간
41: 차단댐

Claims (15)

  1. 외벽; 상기 외벽으로 둘러싸인 영역 내에 위치하는 상부면; 상기 상부면으로 둘러싸인 캐비티; 및 상기 캐비티에 연결된 공기 배출 통로를 갖되, 상기 공기 배출 통로는 상기 상부면에 형성된 홈인 패키지 본체;
    상기 캐비티 내에 실장된 발광 다이오드;
    상기 외벽으로 둘러싸인 영역 내에 배치되어 상기 캐비티 상부를 덮고, 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 투과하는 투명 부재;
    상기 투명 부재를 상기 패키지 본체에 결합시키는 접착제; 및
    상기 공기 배출 통로 내에 형성되어 상기 공기 배출 통로를 차단하는 밀봉재를 포함하고,
    상기 공기 배출 통로는 상기 캐비티로부터 상기 투명 부재 외부로 연장하되, 상기 패키지 본체의 외벽과 상기 투명 부재 사이의 영역으로 연장되며,
    상기 캐비티 내부에 밀폐된 빈 공간이 형성된 발광 다이오드 패키지.
  2. 캐비티 및 상기 캐비티에 연결된 공기 배출 통로를 갖는 패키지 본체;
    상기 캐비티 내에 실장된 발광 다이오드;
    상기 캐비티 상부를 덮고 상기 발광 다이오드에서 방출된 광을 투과하는 투명 부재;
    상기 투명 부재를 상기 패키지 본체에 결합시키는 접착제;
    상기 공기 배출 통로 내에 형성되어 상기 공기 배출 통로를 차단하는 밀봉재; 및
    상기 밀봉재와 상기 캐비티 사이에 밀봉재 차단댐를 포함하고,
    상기 캐비티 내부에 밀폐된 빈 공간이 형성된 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 공기 배출 통로는 상기 캐비티에 가까운 위치에서보다 상기 투명 부재 외부에서 더 넓은 폭을 갖는 발광 다이오드 패키지.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 패키지 본체는 복수의 공기 배출 통로를 갖고,
    상기 복수의 공개 배출 통로는 각각 밀봉재에 의해 차단된 발광 다이오드 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉재와 상기 캐비티 사이에 밀봉재 차단댐을 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 투명 부재는 평판형 시트, 반구형 렌즈 또는 구형 렌즈인 발광 다이오드 패키지.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 접착제는 열경화 수지 또는 자외선 경화 수지인 발광 다이오드 패키지.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 공기 배출 통로는 상기 캐비티 상단에서 연장하는 홈이고,
    상기 접착제는 상기 캐비티 주위를 둘러싸는 영역 중 상기 공기 배출 통로를 제외한 영역에서 상기 투명 부재를 상기 패키지 본체에 결합시키는 발광 다이오드 패키지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 밀봉재는 상기 투명 부재와 상기 홈에 의해 생긴 공간을 채워 상기 공기 배출 통로를 차단하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 250~365nm의 자외선을 방출하는 발광 다이오드 패키지.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    서브 마운트 기판을 더 포함하고,
    상기 발광 다이오드는 상기 서브 마운트 기판 상에 플립본딩된 발광 다이오드 패키지.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 패키지 본체는 세라믹 시트를 이용하여 형성된 발광 다이오드 패키지.
  13. 외벽, 상기 외벽으로 둘러싸인 영역 내에 위치하는 상부면; 상기 상부면으로 둘러싸인 캐비티 및 상기 캐비티에서 연장하는 공기 배출 통로를 갖되, 상기 공기 배출 통로는 상기 상부면에 형성된 홈인 패키지 본체를 준비하고,
    상기 패키지 본체의 캐비티 내에 발광 다이오드를 실장하고,
    접착제를 이용하여 상기 캐비티 상부를 덮도록 상기 외벽으로 둘러싸인 영역 내에 투명 부재를 부착하고,
    상기 공기 배출 통로 내에 밀봉재를 형성하여 상기 공기 배출통로를 차단하는 것을 포함하되,
    상기 공기 배출 통로는 상기 캐비티로부터 상기 투명 부재 외부로 연장하되, 상기 패키지 본체의 외벽과 상기 투명 부재 사이의 영역으로 연장하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 접착제는 열 경화 수지 또는 자외선 경화 수지인 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 밀봉재는 상기 투명 부재 외부에 노출된 공기 배출 통로에 경화 수지를 주입한 후, 상기 경화 수지를 경화시켜 형성되는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
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