KR20050078148A - 칩 발광다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칩 발광다이오드에 관한 것으로, 오목부가 형성된 인쇄회로기판;인쇄회로기판의 오목부에서 소정의 이격거리를 유지하는 제 1 및 제 2금속패드; 제 1 및 제 2금속패드중 어느 일측에 실장된 발광칩; 발광칩과 타측 금속패드를 연결하는 전도성 와이어; 및 오목부, 및 발광칩과 와이어를 덮는 패키지몰딩부;를 포함한다. 이에 따르면, 빛의 경로가 늘어나는 동시에 가시각도 넓어져, 예를 들어, 백라이트 등으로 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수를 대폭 줄일 수 있다.

Description

칩 발광다이오드{CHIP LIGHT-EMITTING DIODE}

본 발명은 칩 발광다이오드에 관한 것이다.

일반적으로 칩 발광다이오드는 전기 에너지를 광반사(optical radiation)로 변환하는 반도체 소자로서, 사용 목적 또는 형태에 따라, 칩 발광다이오드을 선택적으로 박막 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판 또는 리드 단자의 상부 면에 실장한 후, 상기 칩과 기판 또는 리드 단자를 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시 등 을 사용하여 몰드 성형부를 형성함으로써 구현된다. 이 때, 칩 발광다이오드에서 발광되는 색에 따라 칩의 구조, 성장 방법 및, 재료가 달라진다는 것은 잘 알려져 있다.

칩 발광다이오드(Chip Light Emitting DiGde)는 일반적으로, 표시소자 및 백 라이트(back light)로 이용되며, 최근에는 핸드폰이나 휴대용 개인정보단말기 (personal digital assistants; PDA) 등에 그 적용이 증대되고 있는 추세이다.

도 1에는 종래의 칩 발광다이오드의 정단면도가 도시되어 있다. 종래의 칩 발광다이오드(50)는, 인쇄회로기판(51, Printed Circuit Board)상에 제1 금속패드 (52)와 제2 금속패드(55)가 마련되고, 히트 싱크(heat sink)라는 방열용 제1 금속 패드(52)상에 실장된 발광칩(53)과 제2 금속패드(55)가 와이어(54)로 연결되어 있 다. 발광칩(53)과 제2 금속패드(55)가 와이어(54)로 연결된 인쇄회로기판(51)의 상면에는 에폭시 몰드 컴파운드(Epoxy Mold Compound; EMC)를 몰딩한 패키지몰딩부 (56)가 형성되어 있다.

이러한, 종래기술의 칩 발광다이오드(50)에서는, 그 패키지몰딩부(56)의 단 면이 사각형상을 가지고 있어서 굴절률의 임계각 이상을 초과하면 굴절되지 않고 외부로 확산되지 않아 빛의 경로가 제한되는 동시에 가시각이 좁아지는 문제점이 있다. 따라서 백라이트 등에 상기 칩 발광다이오드를 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수가 많아져서, 그 제조비용을 증가시키는 요인이 되고 있다. 또한 종래의 칩 발광다이오드(50)에서는 작동 시 발생하는 열이 그 사각형상의 모서리 부분에 집중되기 때문에, 소자 전체의 열적/기계적 변형이 초래되는 문제도 있다.

더욱이, 종래의 칩 발광다이오드는, 박형화를 위하여 발광칩과 패키지몰딩부의 외면 사이의 간격을 축소시킬 경우 몰드 금형의 캐스트부분을 정밀하게 제작하여야 하는 어려움이 있어서, 금형의 제작비용이 증가한다. 박형화시키는 경우 두께가 얇은 일측 부분으로 응력이 집중될 수 있으며, 이러한 경우 인쇄회로기판과 패키지몰딩부 사이의 접착력이 약화되어 제품의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 빛의 경로를 최대한 늘리는 동시에 가시각도 넓혀, 예를 들어, 백라이트 등으로 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수를 줄일 수 있는 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 작동 시 발생하는 열이 균일하게 분포되도록 함으로써, 열적/기계적 변형을 방지할 수 있고, 또한, 일측으로 응력이 집중되지 않도록 한 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 간단한 구조의 몰드 금형을 제작할 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있는 칩 발광다이오드를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따르면, 오목부가 형성된 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 오목부에 배치되어 소정의 이격거리를 유지하는 제 1 및 제 2금속패드; 상기 제 1 및 제 2금속패드중 어느 일측에 실장된 발광칩; 상기 발광칩과 상기 타측 금속패드를 연결하는 전도성 와이어; 및 상기 오목부, 및 상기 발광칩과 상기 와이어를 덮는 패키지몰딩부;를 포함하여 구성된 칩 발광다이오드에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 패키지몰딩부는, 상기 오목부에 충진되는 하부몰딩부; 및 상기발광칩 및 상기 와이어를 둘러싸도록 상향 돌출된 상부몰딩부;를 포함하여 구성가능하며, 이 때, 상기 상부몰딩부는, 반구, 절두 반구, 입체타원 절두 반입체타원, 절두원추, 절두타원추, 절두사각뿔, 다면체 또는 이들이 조합된 형상을 포함하여 간단히 구성할 수 있다.

그리고, 상기 오목부의 내벽은 반사면으로 형성하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 칩 발광다이오드를 상세히 설명 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 발광다이오드의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다. 본 칩 발광다이오드(10)는 인쇄회로기판, 인쇄회로기판에 설치되는 제 1금속패드 및 제 2금속패드, 제 1금속패드에 실장된 발광칩, 및 인쇄회로기판의 상부에 형성된 패키지몰딩부를 구비한다. 발광칩과 제 2금속패드는 전도성 와이어를 통해 전기적으로 연결되어 있다.

본 칩 발광다이오드의 인쇄회로기판에는 오목부가 형성되어 있다. 오목부는 사각판상의 인쇄회로기판의 상부면 중앙영역을 기준면에 대하여 함목시켜 형성가능하다. 본 실시예에서는 상부면의 중앙부분을 가로지르는 홈으로 형성되어 있다. 이러한 오목부는 대각선 방향으로 형성할 수 있음은 물론이다.

오목부의 양측 대면은 그 바닥면 혹은 인쇄회로기판의 상부면에 대하여 일정한 경사각을 이루고 있다. 이러한 오목부의 양측대면은 반사면으로 형성하는 것이 바람직하다. 반사면은 금속판을 부착시켜 형성하거나 소정의 반사물질을 코팅시켜 간단히 형성 가능하다

제 1 및 제 2금속패드는 오목부의 바닥면에 그 길이방향을 따라 일정한 간격을 유지하도록 배치된다. 각 금속패드의 단부는 인쇄회로기판의 외측으로 노출되어 있다. 이렇게 노출된 각 금속패드의 단부에는 전선이 연결되어 전원공급가능하다.

제 1금속패드의 상부면에는 발광칩이 실장된다. 발광칩은 제 2금속패드에 실장시킬 수 있음은 물론이다. 금속패드에 실장된 발광칩은 타측 금속패드와 전도성 와이어로 연결된다. 전도성 와이어는 전도성이 우수한 예를 들어, 금선을 사용하는 것이 바람직하다

발광칩은 그 목적에 따라 다양한 파장의 빛을 발산시키는 것을 선택적으로 실장가능하다. 예를 들어, 블루, 레드, 혹은 옐로우 파장의 빛을 발산시키는 발광칩 중에서 어느 하나를 선택적으로 실장가능한 것이다. 한편, 백색 발광다이오드를 제공하기 위해서는, 블루 칩의 상부에 옐로우 형광체를 포팅시키는 방식으로 제작가능하다.

한편, 패키지 몰딩부는 오목부에 충진되는 하부몰딩부와, 발광칩과 와이어를덮는 상부몰딩부로 구분가능하다. 패키지몰딩부는 경화수지로 형성되며, 예를 들어, 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다. 하부몰딩부는 오목부내에 충진되어 인쇄회로기판의 상부면과 동일한 높이로 형성된다. 이러한 하부몰딩부는 예를 들어, 분말 콤파운드 수지를 사용한 트랜스퍼몰딩 방식으로 자세히 후술하는 상부몰딩부의 형성 시 일체형성가능하다. 발광다이오드의 트랜스퍼몰딩 방식에 대해서는 대한민국 특허등록번호 제 2000-O043671호에 상세하게 기술되어 있다

상부몰딩부는, 인쇄회로기판(11) 상에 돌출된 여러 가지 형태일 수 있는데 예를 들면 반구, 절두 반구, 단면이 타원의 일부 또는 포물선 등인 반입체타원, 절두 반입체타원, 절두원추, 절두타원추, 절두사각뿔 다면체 또는 이들이 조합된 형상 등의 것이 가능하다. 여기에서 "절두"의 의미는 상부가 잘려진 형상을 의미한다. 다면체는 한편, 정다면체, 다면체 또는 이들의 반부 등을 포함하는데, 다면체의 반부는 다면체를 반으로 절단한 형태를 말한다. 예를 들어, 정다면체의 반부는정다면체인 정사면체, 정육면체, 정팔면체, 정십이면체, 정이십면체의 반부를 말한다. 또한, 다면체는 몇 개의 다각형으로 조합된 형상일 수도 있는데, 축구공과 같이 정육각형과 정오각형의 조합으로 이루어진 다면체의 반부를 예로 들 수 있다. 이때, 반부는 정확히 반으로 절단한 부분을 의미하는 것이 아니라 반부로서 전체입체형상이 예측되는 정도의 부분을 의미한다

하기에서는 반구형의 상부몰딩부를 예로 들어 설명한다.

상부몰딩부(16)는, 도면에서 구체적으로 볼 수 있는 바와 같이, 반구형상의 캐비티를 가지는 (도시하지 않은) 금형 내에서 고형 에폭시 수지를 몰딩하여 형성가능하다. 상부몰딩부(16)는 발광칩(13)으로부터 발광된 빛과 그 빛이 반사면(19)에 반사되어 나온 빛이 곡선을 이루는 상부몰딩부(16)의 외면을 통해 방사상으로 균일하게 투과되도록 한다. 이에 의해, 가시각의 범위가 넓어지게 된다.

상부몰딩부의 외면은 소정의 불규칙한 거칠기를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 도 3의 확대단면도에서 보다 구체적으로 볼 수 있는 바와 같이, 상부몰딩부(16)의 외면은 금형의 캐비티 내부 면을 샌드브라스트(sand blast), 에칭또는 다이아몬드 가공을 함으로써 형성될 수 있다. 즉, 초정밀 곡면가공에 적용이 가능한 TiAIN 코팅공구 또는 초정밀 다이아몬드 절삭공구를 이용하여 캐비티 내부면을 가공할 수도 있으며, 반도체 제조기술인 포토리소그래피와 에칭 기술을 이용하여 가공이 가능하다. 예를 들면 3차원 요철 형상 가공이나 자유 곡면 가공을 대상으로 한 CNC 초정밀 가공기나 초정밀 머시닝센터의 UPC - Nano-groove 또는 UPC- Namo-ballendmill 등을 사용하면 무산소동(Oxygen Free Copper)을 절삭깊이 0.5~ 1.0 ㎛ 으로 가공이 가능하다. 샌드브라스트 가공에 의해 표면처리(surface finishing)를 할 수 있는데 이는 특히 화공약품을 사용하지 않는 무공해 방법으로 효율적 처리가 가능하다.

이러한 요철 형상의 산란 패턴은 삼각파나 사인파 형상 또는 기타 적합한 형상으로 형성될 수 있으며, 그 주기 P가 대략 0.1~1.O ㎛ 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이러한 산란 패턴은 발광칩(13)에서 발광된 빛이 패키지 몰딩부의 외면을 통과할 때 이를 산란시켜 가시각의 범위를 더 확대하는 효과가 있다.

이와 같이 제작된 본 칩 발광다이오드(10)는 종래의 칩 발광다이오드(50)에비하여 가시각의 범위가 약 30°정도 증대된다. 본 발명에 따른 반구형상의 상부몰딩부(16)는 또한, 곡선을 이루는 외면을 투과하는 빛의 경로도 자유롭다. 따라서 발광칩(13)으로부터의 발광효율도 증대시킬 수 있다.

이하에서는, 이러한 본 발명에 따른 칩 발광다이오드의 제조방법을 설명한다.

우선 인쇄회로기판(11)의 오목부(17)의 바닥면에 일단부가 일정한 간격을 두고 대면하도록 제1 금속패드(12)와 제2 금속패드(15)를 설치한다. 그 다음, 제1금속패드(12)의 일단부에 발광칩(13)을 실장한 후, 발광칩(13)과 제2 금속패드(15)의 일단부를 와이어(14)로 상호 연결시킨다. 이 때, 특정파장의 가시광을 발산시키는 발광칩(13)의 재질은 선택적으로 채택할 수 있다.

이 후, 발광칩(13)과 제2 금속패드(15)가 와이어(14)로 연결된 인쇄회로기판(11)을 반구형 캐비티를 가지는 금형에 장착시킨다(55). 이 때, 발광칩과 와이어는 상기 캐비티 내에 수용되도록 한다. 그 다음, 고형 에폭시 몰드 컴파운드를 170℃ 내지 180℃ 의 열을 가하여 용융시켜서 금형의 캐비티 내에 주입시킨다. 그러면, 인쇄회로기판의 오목부내에 용응된 수지가 충진되어 하부몰딩부가 형성되는 동시에 상부몰딩부가 일체로 금형내에 형성된다. 그런 다음, 금형을 제거하고 상온에서 냉각시킨다 여기서, 패키지몰딩부의 외면에 요철형상을 만들기 위해 미리 샌드브러스트, 에칭, 또는 다이아몬드 가공에 의해 요철형상이 마련된 캐비티가 있는 금형을 사용할 수 있다

한편, 도 2 및 도 3에는 인쇄회로기판(11)에 단일의 발광칩(13), 와이어(14)및 이 발광칩(13)을 중심으로 제1 금속패드(12) 및 제2 금속패드(15)를 부분적으로몰딩시킨 칩 발광다이오드(10)가 도시되어 있다. 그러나, 제작초기에 출시되는 인쇄회로기판은 예를 들어, 80mm × 50mm 정도 크기를 가지며, 이러한 인쇄회로기판상에 복수의 발광칩(13)들이 일정한 간격을 두고 배열되고, 금형에 의해 형성되는 반구형상의 패키지몰딩부(16) 또한 복수 개이다. 따라서 복수의 패키지몰딩부(16)를 각각 구비하는 복수의 발광칩을 각각 이들이 배열된 인쇄회로기판(11)과 일체로 커팅하면 본 발명에 따른 칩 발광다이오드(10)가 제조된다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드의 사시도이다. 본 발광다이오드는 도 2 및 도 3과 관련하여 상술한 발광다이오드와 동일한 구성요소를 가지며, 다만 금속패턴의 형상만이 상이하다. 제 1 및 제 2금속패턴은 일정한 간격을 유지한 채 인쇄회로기판의 양측 단부를 전체적으로 덮고 있다. 즉 제1 및 제 2금속패턴의 상부면 중앙영역은 기준면에 대하여 함몰되어 단차를 형성하고 있는 것이다. 이러한 구성은 상술한 도 2 및 도 3의 실시예보다 다소 용이하게 제작가능하다.

그리고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패키지몰딩부의 단면도이다. 본 실시예에 따른 발광다이오드는, 도면을 참조하면, 하부몰딩부와 상부몰딩부외에 연장몰딩부를 더 포함하고 있다. 연장몰딩부는 인쇄회로기판의 상부면을 전체적으로 덮고 있으며, 이러한 연장몰딩부는 상하부몰딩부의 트랜스퍼몰딩 시 간단히 일체 형성할 수 있음은 물론이다.

한편, 상술 및 도시한 실시예에서는, 인쇄회로기판이 정사각형상을 가지는 것에 대하여 설명하였지만, 이에 국한되지 아니하고 직사각형상을 가지도록 구성할수도 있음은 물론이다

그리고, 본 구성은 두 상부 전극 구조(Two-top structure)를 갖는 칩 발광다이오드에도 적용가능하다.

본 발명의 칩 발광다이오드에 의하면, 발광칩으로부터의 빛과 그 빛이 오목부 내의 반사면에 반사되어 나온 빛이, 패키지 몰딩부의 외면에 형성된 불규칙한 산란패턴에 의해 난반사되며 이로 인한 빛의 산란이 일어나서 발광다이오드의 휘도가 향상되며 가시각의 범위가 넓어진다. 또한 빛이 여러 가지 형태의 패키지몰딩부를 통해 방사상으로 균일하게 발산함으로써, 지향각 분포가 넓고 빛의 경로가 늘어나고 가시각의 범위가 넓어진다. 이러한 칩 발광다이오드는, 발광효율이 매우 양호하므로, 예를 들어, 백라이트 등에 적용 시 단위 면적당 사용되는 칩의 개수를 줄일 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 칩 발광다이오드는, 그 작동 시 발생하는 열이 균일하게 분포하게 되므로, 열적/기계적 변형을 방지할 수 있고, 일측으로 응력이 집중되지 않기 때문에 얇은 패키지몰딩부의 구현 시에도 인쇄회로기판과의 사이의 접착력을 증대시킬 수 있는 우수한 효과를 제공한다.

본 발명의 칩 발광다이오드에 의하면 오목부에 칩을 실장하고 최소한의 면적을 차지하는 여러 가지 형태의 몰드 금형의 캐비티를 형성함으로써 종래의 넓게 퍼진 형태의 사각형상의 캐비티에 비하여 쉽게 형성할 수 있고, 패키지몰딩부에 필요한 몰딩 수지량이 감소하여 금형의 제조비용이 절감되고 생산성이 향상된다.

도 1은 종래의 칩 발광다이오드의 구조를 개략적으로 도시한 정단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칩 발광다이오드의 사시도,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 발광다이오드의 사시도, 및

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칩 발광다이오드의 사시도이다.

<도면의 주요 기호에 대한 상세한 설명>

10, 20, 30, 50: 칩 발광다이오드 11, 51: 인쇄회로기판

12, 52: 제1 금속패드 13, 53: 발광칩

14, 54: 와이어 15, 55: 제2 금속패드

16, 36: 패키지몰딩부 17: 오목부

19: 반사면 25: 에폭시

39: 연장부

Claims (4)

1. 오목부가 형성된 인쇄회로기판;

   상기 인쇄회로기판의 오목부에서 소정의 이격거리를 유지하는 제 1 및 제 2금속패드;

   상기 제 1 및 제 2 금속패드 중 어느 일측에 실장된 발광칩;

   상기 발광칩과 상기 타측 금속패드를 연결하는 전도성 와이어; 및

   상기 오목부, 및 상기 발광칩과 상기 와이어를 덮는 패키지몰딩부;를 포함하여 구성된 칩 발광다이오드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 패키지몰딩부는, 상기 오목부에 층진되는 하부몰딩부; 및 상기 발광칩 및 상기 와이어를 둘러싸도록 상향 돌출된 상부몰딩부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.
3. 제 2항에 있어서, 상기 상부몰딩부는, 반구, 절두 반구, 입체타원, 절두 반입체타원, 절두원추, 절두타원추, 절두사각뿔, 다면체 또는 이들이 조합된 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 오목부의 내벽은 반사면을 형성하는 것을 특징으로 하는 칩 발광다이오드.