KR102004173B1 - 발광 다이오드 패키지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법은 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드가 전기적으로 연결되도록 상기 발광 다이오드가 실장되는 패턴부를 구비하는 발광부; 상기 발광 다이오드로부터 생성되는 열을 외부로 방출하도록 상기 발광부의 하부에 배치되는 방열부; 상기 패턴부와 상기 방열부 사이를 절연하도록 상기 패턴부와 상기 방열부 사이에 배치되면서 상기 방열부보다 낮은 열전도율을 갖는 재질로 이루어지는 절연부; 및 상기 방열부와 상기 절연부 사이가 접착되도록 상기 방열부와 상기 절연부 사이에 배치되면서 상기 방열부보다는 낮고 상기 절연부보다는 높은 열전도율을 갖는 재질로 이루어지는 접착부를 구비할 수 있다.

Description

발광 다이오드 패키지 및 이의 제조 방법{LED Package and Method of manufacturing the same}
본 발명은 발광 다이오드 패키지와 관한 것으로써, 보다 상세하게는 열방출 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드 패키지(LED package), 특히 멀티 칩 발광 다이오드 패키지는 주로 메탈 코어 인쇄회로기판(MCPCB)를 기반으로 하는 구조를 갖는다. 즉, 금속 재질의 방열 기판인 방열부, 언급한 방열부와 발광 다이오드 사이를 절연하도록 방열부 상에 배치되는 에폭시, 방열 테이프 등으로 이루어지는 절연부 또는 접착부, 및 언급한 절연부 또는 접착부 상에 배치되는 발광 다이오드를 구비하는 구조를 갖는다. 그리고 언급한 절연부 또는 접착부 상에 배치되는 발광 다이오드는 발광 다이오드가 전기적으로 연결되도록 발광 다이오드가 실장되는 패턴부를 구비하는 구조를 갖는다.
이에, 언급한 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 절연부 또는 접착부를 통하여 방열부를 경유하는 열전달 경로를 가질 수 있다. 여기서, 언급한 발광 다이오드 패키지의 경우 방열부가 금속 재질로 이루어지기 때문에 방열부 자체는 높은 열전도율을 가질 수 있다.
그러나 언급한 발광 다이오드 패키지는 방열부가 높은 열전도율을 가짐에도 불구하고 효율적으로 열방출이 이루어지지 않고 있다. 이는, 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 방열부로 전달하기 위한 절연부 또는 접착부의 열전도율이 매우 낮아서 효율적인 열방출이 거의 힘들기 때문이다. 실제, 언급한 방열부가 약 200 내지 400W/mK의 열전도율을 가질 수 있는데 비해 절연부 또는 접착부는 약 0.1 내지 5W/mK의 열전도율을 가짐으로써 절연부 또는 접착부가 고온의 열방출을 방해하기 때문이다.
이와 같이, 언급한 종래의 발광 다이오드 패키지는 높은 열전도율을 갖는 방열부를 구비함에도 불구하고 절연부 또는 접착부가 고온의 열방출을 방해하기 때문에 발광 다이오드 패키지의 열 방출이 효율적으로 이루어지지 않고, 아울러 발광 다이오드 패키지 자체의 라이프 타임이 줄어드는 문제점이 있다.
또한, 발광 다이오드 패키지의 열전도율을 높이기 위하여 절연부 및 방열부를 직접적으로 접착시켜 고온의 열방출을 유도할 수도 있으나, 절연부 및 방열부 간의 열팽창율이 큰 차이가 있기 때문에 절연부 및 방열부의 직접적인 접착시 절연부 및 방열부가 밴딩(bending)이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 방열부까지 효율적으로 방출시키기 위한 발광 다이오드 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열전달 특성이 우수한 물질을 사용하여 절연부 및 방열부를 접착시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법을 제공하는데 있다.
언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드가 전기적으로 연결되도록 상기 발광 다이오드가 실장되는 패턴부를 구비하는 발광부; 상기 발광 다이오드로부터 생성되는 열을 외부로 방출하도록 상기 발광부의 하부에 배치되는 방열부; 상기 패턴부와 상기 방열부 사이를 절연하도록 상기 패턴부와 상기 방열부 사이에 배치되면서 상기 방열부보다 낮은 열전도율을 갖는 재질로 이루어지는 절연부; 및 상기 방열부와 상기 절연부 사이가 접착되도록 상기 방열부와 상기 절연부 사이에 배치되면서 상기 방열부보다는 낮고 상기 절연부보다는 높은 열전도율을 갖는 재질로 이루어지는 접착부를 구비할 수 있다.
이에, 언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 절연부, 접착부 및 방열부의 수직 적층 구조를 가짐과 아울러 절연부, 접착부 및 방열부의 순서로 아래로 갈수록 열전도율이 높아지는 재질로 이루어질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서, 상기 절연부는 30 내지 200W/mK의 열전도율을 가질 수 있고, 상기 접착부는 100 내지 300W/mK의 열전도율을 가질 수 있고, 상기 방열부는 200 내지 500W/mK의 열전도율을 가질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서, 상기 절연부는 세라믹 절연 물질로 이루어질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서, 상기 접착부는 브레이징 필러(brazing filler) 접합부의 단층 구조로 이루어질 수 있거나, 또는 브레이징 필러 접합부, 도금부 및 증착부가 순차적으로 적층되는 복층 구조로 이루어질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서, 접착부의 브레이징 필러는 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 단층 구조로 이루어질 경우 티타늄(Ti)을 더 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서, 상기 접착부의 브레이징 필러는 환원성 가스 분위기 또는 1×10-5 내지 1×10-7 Torr의 진공 분위기에서 형성할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서, 상기 방열부는 구리, 알루미늄 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은 각각의 일면에 전도층을 가지면서 서로 동일한 재질로 이루어지는 절연부 및 희생 절연부를 마련하는 단계; 상기 절연부의 타면 및 상기 희생 절연부의 타면이 서로 마주하는 사이 각각에 상기 절연부보다 높은 열전도율을 갖는 재질로 이루어지는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부 및 상기 브레이징 필러 접합부와 동일 재질로 이루어지는 희생 접착부 각각을 배치시키고, 그리고 상기 접착부 및 상기 희생 접착부 사이에 상기 접착부보다 높은 열전도율을 갖는 방열부를 배치시키는 단계; 상기 접착부 및 상기 희생 접착부를 사용하여 상기 절연부 및 상기 희생 절연부를 상기 방열부에 접착시키는 단계; 상기 희생 절연부 및 상기 희생 접착부를 제거하는 단계; 및 상기 전도층과 전기적으로 연결되도록 상기 전도층 상에 발광 다이오드를 실장하는 단계를 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에서, 상기 절연부 및 상기 희생 절연부 각각은 30 내지 200W/mK의 열전도율을 갖고, 상기 접착부 및 상기 희생 접착부 각각은 100 내지 300W/mK의 열전도율을 갖고, 상기 방열부는 200 내지 500W/mK의 열전도율을 가질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에서, 상기 절연부 및 상기 희생 절연부 각각은 세라믹 절연 물질로 이루어질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에서, 상기 접착부 및 상기 희생 접착부 각각은 은(Ag), 구리(Cu) 및 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에서, 상기 방열부는 구리, 알루미늄 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에서, 상기 절연부 및 상기 희생 절연부를 상기 방열부에 접착시키는 단계는 환원성 가스 분위기 또는 1×10-5 내지 1×10-7 Torr의 진공 분위기에서 수행할 수 있다.
언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에서, 상기 절연부의 타면 및 상기 희생 절연부의 타면 각각에 증착부 및 도금부를 포함하는 복층 구조의 접착부, 및 상기 복층 구조의 접착부와 동일 재질로 이루어지는 증착부 및 도금부를 포함하는 복층 구조의 희생 접착부를 더 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드를 구비하는 발광부 하부에 절연부, 접착부 및 방열부의 수직 연결 구조를 갖는다. 특히, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 절연부, 접착부 및 방열부의 순서로 아래로 갈수록 열전도율을 높아지는 물질로 이루어지는 수직 연결 구조를 갖는다.
따라서 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 방열부까지 효율적으로 방출시킬 수 있다.
이에, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 방열 특성의 향상을 통하여 발광 다이오드 자체의 열화를 감소시킴으로써 발광 다이오드의 수명을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 구조는 언급한 바와 같이 방열 특성을 향상시킬 수 있기 때문에 패턴부에 단일의 발광 다이오드가 실장되는 싱글 칩 발광 다이오드 패키지뿐만 아니라 패턴부에 다수개의 발광 다이오드가 실장되는 멀티 칩 발광 다이오드 패키지에도 보다 용이하게 적용할 수 있다.
아울러, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부 및 희생 접착부를 사용하여 제조함으로써 절연부 및 방열부를 밴딩의 발생없이 보다 용이하게 접착시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 절연부 및 방열부 사이에 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부가 배치되는 구조를 가짐에 따라 언급한 바와 같이 절연부, 접착부 및 방열부의 순서로 아래로 갈수록 열전도율을 높아지는 물질로 이루어지는 수직 연결 구조를 가질 수 있고, 그 결과 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 방열부까지 효율적으로 방출시킬 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법에 대하여 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 도 2의 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법에 대하여 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서의 발광 다이오드의 온도를 나타내는 사진이다.
도 8은 종래의 발광 다이오드 패키지에서의 발광 다이오드의 온도를 나타내는 사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지에 대하여 설명하기로 한다.
언급한 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 상부로부터 하부로 발광부, 절연부, 접착부 및 방열부가 배치되는 수직 연결 구조를 가질 수 있다.
발광부는 발광 다이오드를 구비할 수 있다. 그리고 발광부는 발광 다이오드가 실장되는 패턴부를 구비할 수 있다. 즉, 발광부는 발광 다이오드 및 언급한 발광 다이오드가 전기적으로 연결되도록 실장되는 패턴부를 구비할 수 있는 것이다.
여기서, 발광 다이오드는 단일개가 실장될 수도 있고, 다수개가 실장될 수도 있다. 그리고 언급한 발광 다이오드가 단일개로 실장될 경우에는 본 발명의 발광 다이오드 패키지를 싱글 칩 발광 다이오드 패키지로 표현할 수 있고, 다수개로 실장될 경우에는 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 멀티 칩 발광 다이오드 패키지로 표현할 수 있다. 특히, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 방열부까지 효율적으로 방출시킬 수 있기 때문에 고출력, 고밀도를 갖는 멀티 칩 발광 다이오드 패키지에 보다 용이하게 적용할 수 있다.
실제로, 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 경우에는 20W 이상의 고출력, 고효율을 갖는 멀티 칩 발광 다이오드 패키지의 구현이 가능하다. 아울러, 언급한 바와 같이 다수개의 발광 다이오드를 구비하는 발광부를 단일 구조의 절연부 상에 동시 실장할 수 있기 때문에 좁은 면적에 고출력을 갖는 멀티 칩 발광 다이오드 패키지의 구현이 가능하다.
또한, 패턴부는 발광 다이오드가 수 내지 수백의 다수개가 실장될 경우 어레이 패턴을 가질 수 있는 것으로써, 주로 도금 공정 또는 전도성 페이스트를 이용한 스크린 인쇄 공정을 수행함에 의해 수득할 수 있다. 여기서, 패턴부를 도금 공정 또는 스크린 인쇄 공정에 의해 수득하는 것은 절연부의 재질적 특성을 고려하기 때문이다. 즉, 세라믹 절연 물질로 이루어지는 절연부를 기재로 이용하는 패턴부는 도금 공정 또는 스크린 인쇄 공정을 수행할 경우 보다 용이하게 수득할 수 있기 때문인 것이다. 그리고 도금 공정은 티타늄, 구리, 니켈, 크롬, 금 등의 스퍼터(sputter) 박막 패턴을 기반으로 하는 니켈, 구리, 은, 금 등을 도금함에 의해 달성할 수 있고, 스크린 인쇄 공정은 텅스텐, 몰리브덴, 망간, 은, 구리 등을 인쇄함에 의해 달성할 수 있다.
아울러, 언급한 패턴부는 약 1 내지 300㎛의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 여기서, 언급한 패턴부는 절연부 상에 미세 구조를 갖는 박막으로 형성할 수 있기 때문에 고밀도, 고출력을 갖는 멀티 칩 다이오드 패키지를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 저전류에서도 균일한 발광 효율을 수득할 수 있다.
절연부는 언급한 발광부의 패턴부와 방열부 사이를 절연하도록 구비될 수 있다. 즉, 절연부는 발광부의 패턴부 하부 및 방열부의 상부 사이에 배치되도록 구비될 수 있는 것이다.
그리고 절연부가 약 30W/mK 미만의 열전도율을 가질 경우에는 절연부 자체에 대한 열전도율이 낮아서 열방출 효율이 양호하지 않기 때문에 바람직하지 않고, 약 200W/mK를 초과하는 열전도율을 가질 경우에는 절연부보다 높은 열전율을 가져야 하는 접착부 및 방열부 각각의 재질에 대한 선택의 폭이 좁아지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서의 절연부는 약 30 내지 200W/mK의 열전도율을 가질 수 있다. 이에, 언급한 절연부는 세라믹 절연 재질로 이루어질 수 있다. 언급한 절연부로 사용할 수 있는 세라믹 절연 재질의 예로서는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등을 들 수 있다.
아울러, 언급한 절연부가 약 200㎛ 미만의 두께를 가질 경우에는 절연부 자체에 대한 열전도율이 낮아서 열방출 효율이 양호하지 않기 때문에 바람직하지 않고, 약 1,000㎛를 초과하는 두께를 가질 경우에는 열방출시 열전달 경로가 길어지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서의 절연부는 약 200 내지 1,000㎛의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
이에, 본 발명에서의 발광 다이오드 패키지는 언급한 바와 같이 세라믹 절연 재질로 이루어지는 절연부를 구비함으로써 보다 효율적인 열방출이 이루어질 수 있다.
접착부는 절연부 및 방열부를 접착하도록 구비될 수 있다. 이에, 접착부는 절연부 하부 및 방열부 상부 사이에 배치되도록 구비될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 절연부 및 방열부 각각을 상부 및 하부에 접착시키는 접착부를 구비할 수 있다.
그리고 접착부는 절연부의 하부에 구비되기 때문에 열전달 경로를 기준할 때 절연부로부터 방출되는 열을 전달받는 배치 구조를 갖는다. 여기서, 접착부가 절연부보다 낮은 열전도율을 가질 경우 열방출 효율이 저하될 수 있다. 이에, 열방출 효율을 고려할 때 접착부가 절연부보다 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하다.
언급한 접착부가 약 100W/mK 미만의 열전도율을 가질 경우에는 상부의 절연부보다 상대적으로 낮은 열전도율을 가질 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 약 300W/mK를 초과하는 열전도율을 가질 경우에는 접착부보다 높은 열전율을 가져야 하는 방열부의 재질 대한 선택의 폭이 좁아지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 발광 다이오드 패키지에서 접착부는 약 100 내지 300W/mK의 열전도율을 가질 수 있다. 이에, 접착부는 브레이징 필러(brazing filler) 접합부로 이루어질 수 있다. 특히, 접착부는 브레이징 필러 접합부의 단층 구조로 이루어지거나 또는 브레이징 필터, 도금부 및 증착부가 순차적으로 적층되는 복층 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 언급한 접합부가 복층 구조로 이루어질 경우에는 방열부 상에 브레이징 필러 접합부, 도금부 및 증착부가 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 발광 다이오드 패키지에서 접착부는 언급한 바와 같이 절연부보다 높은 열전도율을 가져야 하기 때문에 주로 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이에, 언급한 접착부의 브레이징 필러 접합부는 은, 구리, 알루미늄, 주석, 아연, 니켈 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 아울러, 언급한 접착부이 브레이징 필러 접합부가 단층 구조로 이루어질 경우에는 절연부 및 방열부와의 접착을 위하여 티타늄을 더 포함할 수 있다.
그리고 접착부가 브레이징 필러 접합부의 단층 구조로 이루어질 경우에는 언급한 티타늄을 포함하는 금속 물질로 이루어지는 약 200㎛ 미만의 두께를 갖는 포일(foil) 타입 또는 페이스트 타입으로 적용이 가능하다. 이에, 언급한 접착부는 브레이징 필러 접합부의 단층 구조를 가질 경우에는 약 200㎛ 미만의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 아울러, 언급한 접착부가 약 50㎛ 미만의 두께를 갖도록 형성할 경우에는 열방출에 따른 효율이 양호하지 않기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 언급한 접착부는 약 50 내지 200㎛의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 접착부가 언급한 바와 같이 브레이징 필러 접합부, 도금부 및 증착부가 순차적으로 적층되는 복층 구조를 가질 경우에는 주로 스퍼터 박막 패턴을 기반으로 하는 도금 공정 또는 전도성 페이스트를 이용한 스크린 인쇄 공정을 수행하여 절연부의 하부에 증착부 및 도금부를 형성한 후, 언급한 도금부 및 방열부 사이에 브레이징 필러 접합부를 접착시킴에 의해 수득할 수 있다. 여기서, 접착부의 증착부 및 도금부의 경우 패턴을 갖는 것을 제외하고는 언급한 발광부의 패턴부를 형성하는 것과 동일한 도금 공정 또는 스크린 인쇄 공정을 수행함에 의해 수득할 수 있다. 아울러, 언급한 증착부 및 도금부 또한 패턴부와 마찬가지로 약 1 내지 300㎛의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
특히, 언급한 접착부의 브레이징 필러 접합부는 환원성 가스 분위기 또는 1×10-5 내지 1×10-7 Torr의 진공 분위기 하에서 공정을 수행함에 의해 수득할 수 있다. 여기서, 언급한 환원성 가스의 예로서는 수소, 질소, 아르곤 가스 등을 들 수 있다. 또한, 언급한 접착부의 브레이징 필러 접합부를 수득하기 위한 공정은 약 500 내지 900℃의 온도 분위기 하에서 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 열전도율이 높은 세라믹 절연 재질로 이루어지는 절연부를 구비함과 아울러 열전달 경로를 기준할 때 절연부보다 높은 열전도율을 갖는 접착부를 구비함으로써 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있다.
방열부는 언급한 접착부의 하부에 배치되도록 구비될 수 있다. 이에, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 발광부, 절연부, 접착부 및 방열부가 수직으로 배치되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 언급한 방열부는 방열 기판으로써 접착부의 하부에 구비되기 때문에 열전달 경로를 기준할 때 접착부로부터 방출되는 열을 전달받는 배치 구조를 갖는다. 여기서, 방열부가 접착부보다 낮은 열전도율을 가질 경우 열방출 효율이 저하될 수 있다. 이에, 열방출 효율을 고려할 때 방열부가 접착부보다 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하다.
언급한 방열부가 약 200W/mK 미만의 열전도율을 가질 경우에는 상부에 배치되는 접착부 및 절연부 각각에 비해 상대적으로 낮은 열전율을 가질 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 약 500W/mK를 초과하는 열전도율을 가질 경우에는 방열부 자체의 재질에 대한 선택의 폭이 좁아지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 발광 다이오드 패키지에서 방열부는 약 200 내지 500W/mK의 열전도율을 가질 수 있다. 그러므로 방열부는 구리, 알루미늄 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속 기판으로 이루어질 수 있다.
그리고 언급한 방열부가 약 0.5mm 미만의 두께를 가질 경우에는 방열부 자체의 열방출 효율이 양호하지 않기 때문에 바람직하지 않고, 약 5.0mm를 초과하는 두께를 가질 경우에는 열방출시 열전달 경로가 길어지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 언급한 방열부는 약 0.5 내지 5.0mm의 두께를 갖도록 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 열전도율이 높은 세라믹 절연 재질로 이루어지는 절연부 및 접착부를 구비함과 아울러 열전달 경로를 기준할 때 접착부보다 높은 열전도율을 갖는 방열부를 구비함으로써 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있다. 즉, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 발광부를 기준으로 절연부, 접착부 및 방열부의 수직한 열전달 경로를 가짐과 아울러 절연부, 접착부 및 방열부의 순서로 하부로 갈수록 열전도율을 높아지기 때문에 보다 높은 열방출 효율을 기대할 수 있다.
그리고 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 세라믹 절연 재질로 이루어지는 절연부 상부에 발광부의 패턴부를 형성한다. 패턴부는 언급한 바와 같이 스퍼터 박막 패턴을 기반으로 하는 도금 공정 또는 스크린 인쇄 공정을 수행함에 의해 형성할 수 있다. 그리고 접착부가 증착부 및 도금부를 포함할 경우 절연부 하부에 증착부 및 도금부를 형성한다. 이어서, 방열부와 절연부 사이에 접착부의 브레이징 필러 접합부를 개재시킨 후, 환원성 가스 분위기 또는 1×10-5 내지 1×10-7 Torr의 진공 분위기 하에서 공정을 수행함에 의해 절연부 및 방열부를 접합시킨다. 그리고 패턴부 상에 발광 다이오드를 실장하여 발광부를 형성함으로써 발광 다이오드 패키지는 수득할 수 있다.
또한, 발광부에 외부 전원을 전달할 수 있는 부재로써 전도층을 더 형성할 수 있다. 이때, 전도층은 주로 방열부 상에 형성될 수 있는 것으로써 전도층과 방열부 사이의 절연을 위한 절연부를 더 형성할 수 있다. 여기서, 언급한 전도층은 주로 구리, 니켈, 금, 은 등으로 이루어지고, 약 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖도록 도금 공정을 수행함에 의해 형성할 수 있고, 더불어 절연층은 FR-4 PCB 자재, 프리프래그(prepreg), 에폭시(epoxy) 또는 방열 테이프 등을 적용하여 약 0.1 내지 1mm의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 고 열전도성의 금속으로 이루어지는 방열부(17) 상에 접착부(15), 절연부(13) 및 발광부(11)가 순차적으로 적층되는 수직 구조를 가질 수 있다.
여기서, 방열부(17)는 알루미늄, 구리 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있고, 접착부(15)는 티타늄을 포함하는 은, 구리 계열 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있고, 절연부(13)는 알루미나 또는 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 아울러, 발광부(11)는 발광 다이오드(12) 및 패턴부(14)를 구비할 수 있는 것으로써 다수개의 발광 다이오드(12)가 실장되는 구조를 가질 수 있다. 여기서, 발광 다이오드(12)와 패턴부(14)는 금속 와이어(16)를 통하여 전기적으로 연결될 수도 있다.
특히, 발광 다이오드 패키지(100)는 절연부(13), 접착부(15) 및 방열부(17)의 순서로 하부로 갈수록 높은 열전도율을 가지도록 구비될 수 있다. 이에, 언급한 절연부(13)가 알루미나로 이루어질 경우 접착부(15)는 티타늄을 포함하는 은, 구리 계열 등과 같은 금속 재질로 이루어지는 브레이징 필러 접합부일 수 있고, 방열부(17)는 알루미늄, 구리 또는 이들이 혼합물로 이루어질 수 있다. 더불어, 언급한 절연부(13)가 질화 알루미늄으로 이루어질 경우에도 접착부(15)는 티타늄을 포함하는 은, 구리 계열 등과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있고, 방열부(17)는 구리 또는 구리를 포함하는 합금 형태의 혼합물로 이루어질 수 있다.
이에, 언급한 발광 다이오드 패키지(100)는 하부로 갈수록 열전도율이 높아지는 재질로 이루어지는 수직 구조를 가지기 때문에 발광 다이오드(12)로부터 발생되는 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있다.
아울러, 방열부(17) 상에 발광부(11)와의 전기적 연결을 위한 전도층(19) 및 언급한 전도층(19)과 방열부(17) 사이를 절연하기 위한 절연층(21)이 더 구비될 수 있다. 언급한 발광부(11)와 전도층(19)의 경우에도 금속 와이어(23)를 사용하여 전기적으로 연결할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 나타내를 개략적인 단면도이다.
먼저 도시된 도 2의 발광 다이오드 패키지(200)는 접착부(31)의 구조 등을 제외하고는 도 1의 발광 다이오드 패키지(100)와 유사한 구조를 갖기 때문에 동일 부재에 대해서는 동일 부호를 사용하고, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 접착부(31)는 브레이징 필러 접합부(25), 도금부(27) 및 증착부(29)로 이루어질 수 있다. 특히, 브레이징 필러 접합부(25)는 은, 구리, 알루미늄, 주석, 아연 등을 포함하는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
이에, 언급한 발광 다이오드 패키지(200)의 경우에도 하부로 갈수록 열전도율이 높아지는 재질로 이루어지는 수직 구조를 가지기 때문에 발광 다이오드(12)로부터 발생되는 열을 보다 효율적으로 방출할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법에 대하여 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 절연부(13) 및 희생 절연부(33)를 마련한다. 여기서, 희생 절연부(33)는 절연부와 서로 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 그리고 절연부(13)의 일면 및 희생 절연부(33)의 일면 각각에는 전도층(14a, 34a)이 형성될 수 있다. 특히, 절연부(13)의 일면에 형성되는 전도층(14a)은 스퍼터 박막 패턴을 기판으로 하는 도금 공정 또는 스크린 인쇄 공정 등을 수행함에 의해 형성할 수 있는 것으로써, 도 1에서의 패턴부(14)로 이해할 수 있다.
그리고 절연부(13)의 타면 및 희생 절연부(33)의 타면이 서로 마주하는 사이 각각에 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부(15) 및 언급한 브레이징 필러 접합부와 동일한 재질로 이루어지는 희생 접착부(35) 각각을 배치시킨다. 아울러, 언급한 접착부(15) 및 희생 접착부(35) 사이에 방열부(17)를 배치시킨다. 이에, 방열부(17)의 일면 상부에는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부(15) 및 절연부(13)가 배치되고, 방열부(17)의 타면 하부에는 희생 접착부(35) 및 희생 절연부(33)가 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 언급한 방열부(17)의 일면에 접착부(15)에 의해 절연부(13)가 접착되도록 절연부(13)를 면접시키고, 방열부(17)의 타면에 희생 접착부(35)에 의해 희생 절연부(33)가 접착되도록 희생 절연부(33)를 면접시킨다.
그리고 언급한 바와 같이 환원성 가스 분위기 또는 1×10-5 내지 1×10-7 Torr의 진공 분위기 하에서 공정을 수행한다. 이에, 방열부(17)의 일면 및 방열부(17)의 타면 각각에는 접착부(15) 및 희생 접착부(35)에 의해 절연부(13) 및 희생 절연부(33) 각각이 접착될 수 있다.
여기서, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 언급한 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부(13) 및 희생 접착부(33)를 사용하여 제조함으로써 절연부(13)의 접착시 절연부(13) 및 방열부(17)가 밴딩되는 상황을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 희생 절연부(33) 및 희생 접착부(35)를 제거한다. 여기서, 희생 절연부(33) 및 희생 접착부(35)의 제거는 주로 희생 절연부(33) 및 희생 접착부(35)를 대상으로 면 가공을 수행함에 의해 달성될 수 있다.
그리고 언급한 절연부(13)의 일면에 형성한 전도층(14a), 즉 패턴부(14) 상에 발광 다이오드를 실장시킨다.
이와 같이, 희생 절연부(33) 및 희생 접착부(35)를 제거하고, 발광 다이오드를 실장시킴으로써 절연부(13), 접착부(15) 및 방열부(17)의 수직 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지를 수득할 수 있다.
언급한 도 3 내지 도 5에서의 발광 다이오드 패키지는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부(15) 및 희생 접착부(35)를 사용하여 제조함으로써 절연부(13) 및 방열부(17) 사이에서의 밴딩 발생없이 보다 용이하게 접착시킬 수 있는 것이다.
도 6은 도 2의 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법에 대하여 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 절연부(13)의 일면 및 희생 절연부(63)의 일면 각각에는 전도층(14a, 64a)을 형성하고, 절연부(13)의 타면 및 희생 절연부(63)의 타면 각각에는 증착부(29) 및 도금부(27)를 포함하는 복층 구조의 접착부 및 언급한 증착부(29) 및 도금부(27)와 동일한 재질로 이루어지는 희생 증착부(69) 및 희생 도금부(67)를 포함하는 복층 구조의 희생 접착부 각각을 형성한다.
그리고 복층 구조의 접착부를 갖는 절연부(13)의 타면 및 복층 구조의 희생 접착부를 갖는 희생 절연부(63)의 타면이 서로 마주하는 사이 각각에 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부(15) 및 언급한 브레이징 필러 접합부와 동일한 재질로 이루어지는 희생 접착부(65) 각각을 배치시킨다. 아울러, 언급한 접착부(15) 및 희생 접착부(65) 사이에 방열부(17)를 배치시킨다. 이에, 방열부(17)의 일면 상부에는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부(15) 및 절연부(13)가 배치되고, 방열부(17)의 타면 하부에는 희생 접착부(65) 및 희생 절연부(69)가 배치될 수 있다.
이어서, 도 4 내지 도 5에서와 동일한 공정을 수행함에 의해 도 2의 발광 다이오드 패키지를 수득할 수 있다.
언급한 도 6에서의 발광 다이오드 패키지는 브레이징 필러 접합부와 함께 도금부(29) 및 증착부(27)를 포함하는 접착부(15), 그리고 희생 도금부(67) 및 희생 증착부(69)를 포함하는 희생 접착부(65)를 사용하여 제조함으로써 절연부(13) 및 방열부(17)를 밴딩의 발생없이 보다 용이하게 접착시킬 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 발광 다이오드의 온도 및 방열부의 온도, 그리고 종래의 발광 다이오드 패키지의 발광 다이오드 온도 및 방열부이 온도를 비교한 일 예에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 시료 1로써 질화 알루미늄으로 이루어지는 절연부, 티타늄 및 구리를 기반으로 하는 증착부, 도금부 및 브레이징 필러 접합부로 이루어지는 접착부, 및 구리로 이루어지는 방열부를 구비하는 본 발명의 발광 다이오드 패키지를 마련하였다.
그리고 시료 2로써 열전도성 에폭시 및 방열 테이프로 이루어지는 절연부, 및 구리로 이루어지는 방열부를 구비하는 종래의 발광 다이오드 패키지를 마련하였다.
언급한 시료 1의 발광 다이오드 패키지의 개별 칩 각각에 약 350mA의 전류를, 그리고 시료 2의 발광 다이오드 패키지의 개별 칩 각각에 약 233mA의 전류를 각각 인가한 후, 발광 다이오드 및 방열부 각각에 대한 온도를 측정하였다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에서의 발광 다이오드의 온도를 나타내는 사진이고, 도 8은 종래의 발광 다이오드 패키지에서의 발광 다이오드의 온도를 나타내는 사진이다.
발광 다이오드(℃) 방열부(℃)
시료 1 62.0 26.5
시료 2 101.0 33.6
측정 결과, 시료 1에서의 발광 다이오드 온도 및 방열부 온도 각각은 도 7 및 표 1에서와 같이 62.0℃ 및 26.5℃인 것을 확인할 수 있었고, 시료 2에서의 발광 다이오드 온도 및 방열부 온도 각각은 도 8 및 표 1에서와 같이 33.6℃ 및 101.0℃인 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 발광 다이오드의 온도 및 방열부의 온도가 종래의 발광 다이오드 패키지의 발광 다이오드의 온도 및 방열부의 온도 보다 현저하게 낮음을 알 수 있었다. 특히, 종래의 발광 다이오드 패키지 보다 높은 전류를 인가함에도 불구하게 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 발광 다이오드의 온도 및 방열부의 온도가 현저하게 낮음을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 경우에는 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 보다 효율적으로 방출함을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 절연부, 접착부 및 발광부의 순서로 열전도율이 높아지는 재질로 이루어지는 수직 연결 구조를 가짐으로써 발광 다이오드로부터 발생되는 고온의 열을 방열부까지 효율적으로 방출시킬 수 있다.
이에, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 방열 특성의 향상을 통하여 발광 다이오드 자체의 열화를 감소시킴으로써 발광 다이오드의 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부 및 희생 접착부를 사용하여 제조함으로써 절연부 및 방열부를 밴딩의 발생없이 보다 용이하게 접착시킬 수 있기 때문에 생산적인 측면의 향상을 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11 : 발광부 12 : 발광 다이오드
13 : 절연부 14 : 패턴부
15, 31 : 접착부 16, 23 : 금속 와이어
17 : 방열부 19 : 전도층
21 : 절연층
100, 200 : 발광 다이오드 패키지

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 각각의 일면에 전도층을 가지면서 서로 동일한 재질로 이루어지는 절연부 및 희생 절연부를 마련하는 단계;
    상기 절연부의 타면 및 상기 희생 절연부의 타면이 서로 마주하는 사이 각각에 상기 절연부보다 높은 열전도율을 갖는 재질로 이루어지는 브레이징 필러 접합부를 포함하는 접착부 및 상기 브레이징 필러 접합부와 동일 재질로 이루어지는 희생 접착부 각각을 배치시키고, 그리고 상기 접착부 및 상기 희생 접착부 사이에 상기 접착부보다 높은 열전도율을 갖는 방열부를 배치시키는 단계;
    상기 접착부 및 상기 희생 접착부를 사용하여 상기 절연부 및 상기 희생 절연부를 상기 방열부에 접착시키는 단계;
    상기 희생 절연부 및 상기 희생 접착부를 제거하는 단계; 및
    상기 전도층과 전기적으로 연결되도록 상기 전도층 상에 발광 다이오드를 실장하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 절연부 및 상기 희생 절연부 각각은 30 내지 200W/mK의 열전도율을 갖고, 상기 접착부 및 상기 희생 접착부 각각은 100 내지 300W/mK의 열전도율을 갖고, 상기 방열부는 200 내지 500W/mK의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 절연부 및 상기 희생 절연부 각각은 세라믹 절연 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 접착부 및 상기 희생 접착부 각각은 은(Ag), 구리(Cu) 및 티타늄(Ti)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  12. 제8 항에 있어서, 상기 방열부는 구리, 알루미늄 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  13. 제8 항에 있어서, 상기 절연부 및 상기 희생 절연부를 상기 방열부에 접착시키는 단계는 환원성 가스 분위기 또는 1×10-5 내지 1×10-7 Torr의 진공 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
  14. 제8 항에 있어서, 상기 절연부의 타면 및 상기 희생 절연부의 타면 각각에 증착부 및 도금부를 포함하는 복층 구조의 접착부, 및 상기 복층 구조의 접착부와 동일 재질로 이루어지는 증착부 및 도금부를 포함하는 복층 구조의 희생 접착부를 더 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
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