KR20060010864A - 백색 발광 다이오드 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 액상 에폭시 수지, 반경화된 에폭시 수지 분말 및 실리콘(silicone) 수지를 이용하여 몰딩 컴파운드 전체에 형광 안료가 균일하게 분포되는 백색 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 백색 LED 소자는, 인쇄회로기판 또는 리드프레임에 발광다이오드 칩이 장착되어 있으며, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 인쇄회로기판의 도전 패턴 또는 상기 리드프레임의 리드에 전기적으로 연결되어져 있고, 상기 발광 다이오드 칩은 에폭시 수지 및/또는 실리콘수지 및 형광 안료가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩되어져 있어, 상기 형광안료는 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에서 에폭시 수지의 경화 반응이 2단계로 진행되기 때문에, 에폭시 수지보다 비중이 더 큰 형광 안료가 하부로 가라앉는 것을 방지할 수 있으며, 성능이 우수한 백색 LED 소자를 제조하는 것이 가능하다.
액상에폭시, 백색 LED 소자, 형광 안료, 반경화된 에폭시 수지, 실리콘(silicone) 수지

Description

백색 발광 다이오드 소자{A white LED device}
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 램프 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여 제조된 칩 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 인젝션 몰드된 하우징 패키지를 사용하여 제조된 칩 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 요철 모양의 마스크를 인쇄 회로 기판에 삽입하여 프린팅법을 사용하여 제조한 칩 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 몰딩 공정에 사용될 수 있는 스크린 패턴 금속 마스크의 일부를 도시하고 있는 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 몰딩 공정에 사용될 수 있는 요철 모양의 마스크의 일부를 도시하고 있는 사시도이다.
( 도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명 )
10 : 수지 유닛 11: 캡
12 : 형광 안료 20 : 발광 다이오드 칩
22 : 접착제 24 : 본딩 와이어
29: 스템부 30 : 인쇄회로기판
32 : 리드 또는 도전 패턴 34 : 인젝션 몰드된 하우징 패키지
본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 액상 에폭시 수지, 반경화된 에폭시 수지 분말 및 실리콘(silicone) 수지를 이용하여 몰딩 컴파운드 전체에 형광 안료가 균일하게 분포되는 백색 LED 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 백색 LED 소자는 그 적용분야가 지속적으로 확대되고 있다. 디스플레이 소자를 비롯한 각종 기기의 백 라이트용 소자나 형광등과 같은 전기 기기용 소자뿐만이 아니라 많은 종류의 신호 소자에도 백색 LED 소자가 사용되고 있다.
백색 LED 소자는, 청색 혹은 자외선 LED 칩에서 방출되는 광의 일부를 더 긴 파장으로 형광 변환함으로써, 백색광을 방출하는 소자이다. 즉, 방출광의 일부는 더 긴 파장을 가진 광으로 변환되고, 이와 같이 파장이 변환된 광이 나머지 파장이 변환되지 않은 광과 결합하여 백색광을 만들어낸다.
자외선광(λ= 350nm 에서 410nm) 또는 청색광(λ= 440nm 에서 475nm)을 다른 파장을 가진 광으로 변환시키는 데는 형광 안료가 사용된다. 예컨대, 청색을 발광하는 LED칩은 황색의 형광체와 조화하여 적색과 녹색을 나타내지 않고 최종적으로 인간의 눈에는 백색으로 보이게 된다.
백색 LED 소자를 제조하는 방법으로 지금까지 여러 가지 방법이 제시되었다. 백색 LED 소자의 제조방법은 제조하고자 하는 LED 소자의 유형에 따라서 달라질 수가 있다. 이하에서는 종래 기술에 따라서 청색 LED 칩을 사용하여 백색 LED 소자를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 트랜스퍼 몰딩 방식을 사용하여 LED 소자를 제조할 수도 있다. 이 방법은 고체 상태의 에폭시 수지 분말 및 형광 안료가 혼합된 재료를 이용하여 특정한 형상의 태블릿(tablet)을 만든다. 다음으로, 고온에서 이 태블릿에 높은 압력을 가하면 태블릿이 녹아서 LED 칩이 장착된 각 금형의 빈 공간으로 이동하여 몰딩이 이루어지게 된다.
또한, 형광 안료가 혼합된 액상의 에폭시 수지를 이용하는 방법이 있다. 이 방법은 인젝션 몰드된 하우징 패키지 안에 청색 LED칩을 장착하고 소정의 형광 안료가 혼합된 액상의 에폭시 수지를 이용하여 청색 LED칩을 프린팅법, 디스펜싱법을 사용하여 몰딩하는 방법이다. 또한, 램프형의 백색 LED 소자에서는 청색 LED칩 상의 일부분에만 형광 안료가 혼합된 액상 에폭시 수지를 포팅(potting)한다. 그리고, 램프 형태의 주형은 형광 안료가 포함되지 않은 에폭시 수지를 사용하여 몰딩한다.
상기한 방식들은 그 구체적인 방식은 서로 상이하나 에폭시 수지 및 여기에 혼합된 형광 안료를 이용하여 소정의 제조 공정을 진행한다는 점에서 공통점이 있다.
종래의 방식대로, 액상의 에폭시 수지를 이용하면 생산성이 높고 또한 원하는 형상을 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 에폭시 수지는 비중이 약 1.1에서 약 1.5사이 정도인 반면에 형광 안료는 비중이 약 3.8 에서 약 5.0 사이이다. 따라서 액상 에폭시에 혼합되어 있는 형광 안료의 비중이 더 높기 때문에 형광 안료가 경화 반응이 일어나는 동안 아래로 가라앉는다.
이와 같이, 형광 안료가 몰딩된 에폭시 수지에 균일하게 분포하지 못하고 상대적으로 하부에 많이 분포하게 되면, 색 분포가 많이 분산될 뿐만이 아니라 형광 안료의 분산 정도를 제어하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 종래 기술에 의하면 양질의 백색 LED 장치를 제조하기가 용이하지 않으며, 제조 재현성도 좋지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 백색 LED 소자 제조방법을 사용하면서도, 에폭시 수지로 된 몰딩 컴파운드 전체에 형광 안료가 균일하게 분포되고 수명, 휘도 및 제조 재현성도 뛰어난 백색 LED 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 백색 LED 소자의 제조방법은 발광 다이오드 칩을 에폭시 수지 및 형광 안료가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 백색 발광 다이오드 소자를 제조하는 방법으로서, 여기서 상기한 에폭시 수지는, 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용한다.
본 발명에 의하면 액상 에폭시 수지 및/또는 반경화되어 분쇄된 에폭시 수지 분말에 사이알론계, 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 중의 적어도 한 종류의 형광 물질을 혼합한 조성물을 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 사용한다. 액상의 수지와 숙성 반경화 미세 분말 수지는 경화 반응 온도가 다르지만 상온에서 수지의 점도를 저하시키지 않는다.
그리고 액상의 수지에 비하여 숙성 반경화 미세 분말 수지는 고온 경화 공정에서 단시간에 경화 반응을 일으킨다. 따라서 비록 형광 물질의 비중이 수지의 비중보다는 크지만 경화 반응이 진행되는 동안에 하부로 침강되지 않는다. 그 결과, 몰딩 컴파운드에 형광 물질이 고르게 분포되어 있는 백색 LED 소자를 제조하는 것이 가능하다. 형광 물질이 고르게 분포되어 있는 백색 LED 소자를 사용하면 색 분포가 분산되는 것이 적으며 동시에 제조 재현성도 뛰어나다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 의한 백색 LED 소자를 제조하는 방법은 우선 LED 칩을 인쇄회로기판이나 리드프레임에 접착시키는 단계, 상기한 LED 칩을 인쇄회로기판의 도전 패턴 또는 리드프레임의 리드에 와이어링(wiring)하는 단계, 발광 다이오드 칩을 에폭시 수지 및 형광 안료가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩하는 단계 및 몰딩된 상기 발광 다이오드 칩 이 접착된 상기 인쇄회로기판 또는 상기 리드프레임을 절단(dicing)하는 단계를 포함한다. 이 경우, 상기 에폭시 수지는 상기 실시 예에서는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기한 실시 예들의 바람직한 다른 측면에 의하면 백색 발광용 몰딩 컴파운드는 실리콘 수지를 더 포함하거나 실리콘 수지만으로 할 수 있다. 실리콘 수지는 투명한 액상 수지를 사용하며, 에폭시와 혼합하여서 사용할 경우에는 액상 에폭시 및/또는 반경화 에폭시 수지 분말에 첨가한다. 그 결과 몰딩 컴파운드의 내열성 및 내습성이 향상되고, 성형성도 좋아진다. 이 경우, 상기한 에폭시 수지 및 실리콘 수지(이하, 에폭시 수지 및 실리콘 수지를 '모체 수지'라 한다)는 60질량% 에서 70질량%의 액상 에폭시 수지, 15질량% 에서 20질량%의 에폭시 수지 분말 및 10질량% 에서 20질량%의 실리콘 수지를 포함하고, 형광체는 상기한 모체 수지 질량의 2질량% 에서 25질량%가 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 의하면, 몰딩 방법은 여러 가지 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 마스크를 이용하여 프린팅(printing)법으로 모체 수지 및 형광 안료를 포함하는 몰딩 컴파운드를 성형하는 방법, 금속 마스크를 이용하여 디스펜싱(dispensing)법으로 모체 수지 및 형광 안료를 포함하는 몰딩 컴파운드를 성형하는 방법 또는 요철 모양의 마스크를 인쇄 회로 기판의 라우팅 홀에 삽입한 다음, 모체 수지 및 형광 안료를 포함하는 몰딩 컴파운드로 프린팅법이나 디스펜싱법으로 성형하는 방법 등이 있다. 또한, 램프형의 백색 LED 소자인 경우에는 포팅(potting) 및 캐스팅(casting) 법을 이용하여 모체 수지 및 형광 안료를 포함하는 몰딩 컴파운드를 이용하여 성형하는 방법도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 구체적으로 적용되는 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시될 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 각 구성 요소들은 본 발명의 이해를 위하여 필요한 범위에서 간략하게 도시하였다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1a에는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 램프 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 그리고 도 1b에는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여 제조된 칩 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 1c에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 인젝션 몰드된 하우징 패키지를 사용하여 제조된 칩 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 백색 LED 소자에 있어서, 그 구조는 종래 기술에 의해 제조된 백색 LED 소자의 구조와 유사할 수 있으나, 본 발명의 백색 LED 소자는 백색 발광용 몰딩 컴파운드 및 그 제조방법에 특징을 가지고 있다.
도 1a에 도시된 램프 형태의 LED 소자는 한 쌍의 리드프레임(32), 발광다이 오드 칩(20), 본딩와이어(24), 캡(cap)(11)으로 구성된다.
한 쌍의 리드프레임(32)을 통해 전압이 인가되고 상기 리드프레임(32)에서 연결수단인 본딩와이어(24)를 통해 전류는 발광다이오드 칩(20)에 전달된다. 한 쌍의 리드프레임(32) 중의 하나에 깊은 홈을 형성한 스템(stem)부(29)를 구비하여 발광다이오드 칩(20)을 안착시키게 한다. 상기 스템부(29)의 내측면에는 반사막이 형성된다. 즉 스템부(29)의 내측면은 반사판부를 이룬다.
발광다이오드 칩(20)은 스템부(29)위에 접착제(22)를 매개로 하여 고정된다. 발광다이오드 칩(20)은 청색 혹은 자외선 발광다이오드(LED) 칩으로 이루어진다. 접착제(22)는 은 접착제(Ag Past) 또는 투명성의 에폭시 수지를 포함하는 접착부재를 사용할 수 있다. 즉 스템부(29)에서 접착제(22)를 매개로 발광다이오드 칩(20)이 장착되고 그 위에 형광안료(12)로 채운다.
형광안료(12)는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있다.
본딩와이어(24)는 리드프레임(32)과 발광다이오드 칩(20)을 전기적으로 연결하여 발광다이오드 칩(20)에 바이어스 전류를 인가한다. 본딩와이어(24)는 도전성 재료를 사용하며, 예를들어 Au 와이어 등등 을 사용할 수 있다.
캡(11)은 리드프레임(32), 스템부(29), 발광다이오드칩(20), 본딩와이어(24)를 봉합하는 영역상에 수지를 포팅한 후 몰딩처리함으로써 형성된다.
특히, 상기 리드프레임(32), 스템부(29), 발광다이오드칩(20), 본딩와이어(24)를 봉합하는 영역상에 수지로 포팅된 부분은 수지 유닛(unit)(10)으로서, 상기 수지는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용한다.
다시말해 도 1a에 도시된 램프 형태의 LED 소자는 반사판부에 모체 수지 및 형광체를 혼합한 수지를 포팅(potting)한 후에, 몰드 컵을 사용하여 주형하는 방식으로 제조되며, 상기 수지는, 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지로 이루어지거나, 또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말 또는 실리콘 수지로 이루어지거나, 또는 이들과 혼합된 것으로 이루어질 수 있다.
도 1b에 도시된 칩 형태의 백색 LED 소자는 인쇄회로기판(30), 한 쌍의 리드프레임(32), 발광다이오드 칩(20), 본딩와이어(24), 수지유닛(10)으로 구성된다.
인쇄회로기판(30)는 필요에 따라 각각의 재질로 여러층 도금이 되어 일정한 패턴을 이루고 있는 것으로, 인쇄회로기판(30)에는 한 쌍의 리드 프레임(또는 도전패턴)(32)을 구비하고 있다.
상기 한쌍의 리드프레임(또는 도전패턴)(32)중 하나에 발광다이오드 칩(20)이 접착제를 이용하여 고정되어 있으며, 한 쌍의 리드프레임(또는 도전패턴)(32)을 통해 전압이 인가되고 상기 리드프레임(32)에서 본딩와이어(24)를 통해 전류는 발광다이오드 칩(20)에 전달된다.
본딩와이어(24)는 발광다이오드에 위치하는 전극과 리드프레임(또는 도전패턴)(32)을 도전성 재료의 와이어로 연결하여 발광다이오드 칩(20)에 바이어스 전류를 인가한다.
수지 유닛(10)은 리드프레임(32), 발광다이오드칩(20), 본딩와이어(24)가 장착되어 있는 인쇄회로기판(30)을, 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여, 수지 및 형광 안료(12)가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 형성한다. 상기 스크린 패턴 금속 마스크에 대한 일 예는 도 3a에 도시되어 있다.
형광안료(12)는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 상기 수지로는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용한다. 특히 본 발명에서는 액상수지와 숙성 반경화 미세분말수지와의 경화 반응온도가 서로 다르므로, 상온에서 수지의 점도를 저하시키지 않으며, 숙성 반경화 미세분말수지가 액상 수지에 비해 단시간 경화반응을 일으켜, 수지보다 비중이 무거운 형광체가 하부로 침강하지 않고, 수지내부에 균일하게 분포되기 때문에 색분포가 분산되는 것이 적음과 동시에 제조 재현성도 우수하다. 즉, 본 발명에 의하면 형광안료(12)는 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포된다.
다시말해 도 1b에 도시된 칩 형태의 백색 LED 소자는, 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여 인쇄회로기판(30)을 수지 및 형광 안료(12)가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 형성한다. 상기 형광안료로(12)는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 사용하며, 상기 수지로는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용하여, 상기 형광안료(12)가 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포되게 한다.
도 1c에 도시된 칩 형태의 백색 LED 소자는 인쇄회로기판(30), 한 쌍의 리드프레임(32), 발광다이오드 칩(20), 본딩와이어(24), 수지유닛(10), 인잭션 몰드 하우징 패키지로 구성된다.
인쇄회로기판(30)은 한 쌍의 리드 프레임(또는 도전패턴)(32)을 구비하고 있다.
상기 한쌍의 리드프레임(또는 도전패턴)(32)중 하나에 발광다이오드 칩(20)이 접착제를 이용하여 고정되어 있으며, 한 쌍의 리드프레임(또는 도전패턴)(32)을 통해 전압이 인가되고 상기 리드프레임(32)에서 본딩와이어(24)를 통해 전류는 발광다이오드 칩(20)에 전달된다.
수지 유닛(10)은, 인젝션 몰드된 하우징 패키지에서 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여, 리드프레임(32), 발광다이오드칩(20), 본딩와이어(24)가 장착되어 있는 인쇄회로기판(30)을 수지 및 형광 안료(12)가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 형성한다.
형광안료(12)는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 상기 수지로는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용한다. 본 발명에 의하면 형광안료(12)는 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포 된다.
다시말해, 도 1c에 도시된 칩 형태의 백색 LED 소자는 인젝션 몰드된 하우징 패키지에서 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여 인쇄회로기판(30)을 수지 및 형광 안료(12)가 혼합된 백색 발광용 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 형성한다. 상기 형광안료로(12)는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 사용하며, 상기 수지로는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용하여, 상기 형광안료(12)가 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포되게 한다.
도 1d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 요철 모양의 마스크를 인쇄 회로 기판에 삽입하여 프린팅법을 사용하여 제조한 칩 형태의 백색 발광 다이오드 소자에 대한 개략적인 단면도로, 한 쌍의 리드프레임(32), 발광다이오드 칩(20), 본딩와이어(24), 수지유닛(10)으로 구성된다.
인쇄회로기판(30)에는 한 쌍의 리드 프레임(또는 도전패턴)(32), 상기 리드 프레임(또는 도전패턴)(32)과 이격되어 있는 발광다이오드 칩(20)을 구비하고 있다.
본딩와이어(24)는 발광다이오드에 위치하는 전극과 리드프레임(또는 도전패턴)(32)을 도전성 재료의 와이어로 연결하여 발광다이오드 칩(20)에 바이어스 전류를 인가한다.
수지 유닛(10)은, 요철 모양의 마스크를 인쇄 회로 기판의 라우팅 홀에 삽입 하여 수지 및 형광 안료를 이용하여 프린팅법으로 성형하여 형성한다. 상기 요철 모양의 마스크의 일 예에 대해서는 도 3b에 도시되어 있다.
형광안료(12)는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있으며, 상기 수지로는 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지 및/또는 에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말을 포함하는 백색 발광용 몰딩 컴파운드를 사용한다. 본 발명에 의하면 형광안료(12)는 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포된다.
본 실시예에 의하여 제조된 백색 LED 소자는 성형된 수지의 외형이 직사각형 모양이 되게 하는 것이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 소자의 제조방법에 대한 흐름도이다. 이하에서는 이를 참조하여 본 발명에 따른 제조방법을 사용하여 백색 LED 소자를 제조하는 방법에 대하여 기술하기로 한다.
먼저 청색 또는 자외선 LED 칩을 인쇄회로기판이나 리드 프레임에 접착을 시킨다(S21). LED칩을 접착시키는데는 은 접착제(Ag Paste)등이 통상적으로 사용되나 투명성의 에폭시 수지를 포함하는 접착부재를 사용할 수도 있다.
그리고 청색 또는 자외선 LED 칩에 형성된 도전체 패턴과 인쇄 회로 기판의 회로 패턴 또는 리드 프레임의 리드에 도전성 재료 예컨대 Au 와이어 등을 사용하여 와이어링(wiring)을 실시한다(S22).
와이어링이 완료된 청색 또는 자외선 LED칩에 대하여 몰딩 컴파운드 예를 들 어, 액상 에폭시 수지, 반경화된 에폭시 수지 및/또는 실리콘 수지를 사용하여 몰딩 공정을 실시한다(S23). 몰딩 공정은 최종 제품에 기포가 발생하지 않도록 감압된 상태에서 실시하는 것이 바람직하다.
인젝션 몰드된 하우징 패키지 또는 다수의 리드 프레임이 어레이된 기판을 절단하는 공정(dicing)을 실시한다(S24). 이는 다수의 백색 LED 소자가 어레이된 것으로부터 개별 백색 LED 소자로 분리시키는 과정이다. 이 과정은 이 분야에서 통상적인 기술을 사용하여 진행할 수 있다.
도 2의 S23단계의 액상 에폭시 수지, 반경화된 에폭시 수지 및/또는 실리콘 수지를 사용하여 몰딩 공정에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a와 같이, 몰딩 수지의 일부에만 형광 물질이 분포되어 있는 경우에는 포팅을 먼저 실시하고 주형을 이용하여 램프 형태로 성형하는 공정을 실시한다. 그러나 도 1b 또는 도 1c에 도시된 백색 LED 소자의 경우에는 소정의 패턴을 형성하기 위하여, 예컨대 도 3a에 도시된, 스크린 패턴 금속 마스크를 사용하여 만들고자 하는 패턴의 형상을 한정한 다음 몰딩 공정을 실시한다. 그리고, 도 1d에 도시된 백색 LED 소자의 경우에는 소정의 패턴을 형성하기 위하여, 예컨대 도 3b에 도시된, 요철 모양의 마스크를 인쇄 회로 기판의 라우팅 홀에 삽입한 다음, 프린팅법이나 디스펜싱법으로 모체 수지 및 형광 안료가 포함된 몰딩 컴파운드를 성형한다.
몰딩 컴파운드의 구성은 여러 가지가 있을 수 있다. 도 2의 S23 단계에서 기술된 몰딩 컴파운드의 구성은 본 발명의 실시예에 따라 사용할 수 있는 일 실시예를 나타낸 것이다. 이하에서는 본 발명에 사용될 수 있는 몰딩 컴파운드의 구성에 대해서 간략히 살펴보기로 한다.
먼저 주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지를 준비한다. 여기서 주제는 주재료(main materials)인데, 예컨대 크레졸 노보락 에폭시, 페놀 노보락 에폭시 또는 비스페놀 A형 에폭시 중의 한 가지, 또는 지환식 에폭시수지인 시클로헥센 에폭시 화물 유도체, 수소화비스페놀A 디글리시딜에테르, 헥사히드로프탈산 글리시딜에스테르 중의 한가지, 또는 함질소 에폭시수지인 트리글리시딜이소시아누레이트 또는 이들의 혼합체를 사용할 수 있다. 또한, 경화제로는 산무수물, 방향족 아민 변성물 또는 페놀 노보락 레진 중의 하나 또는 혼합체를 사용할 수 있다.
또한 에폭시 수지를 반경화시킨 분말은 액상 에폭시 수지와 함께 사용할 수도 있다. 반경화된 에폭시 수지의 조성은 전술한 액상 에폭시 수지의 조성과 동일한 것이 바람직하다. 액상 에폭시 수지 및 반경화된 에폭시 수지 분말을 혼합한 다음에는 1차 큐어(cure)를 실시한다. 1차 큐어는 예컨대 150℃에서 170℃ 사이의 온도에서 20 에서 30분간 가열하여 실시할 수 있다.
에폭시 수지를 반경화시키는 공정 또는 후속될 공정에서 에폭시 수지를 완전히 경화시키는 공정에서는 경화촉매제를 사용할 수 있는데, 예를 들면 이미다졸 화합물이나 아민 화합물을 사용할 수 있다.
이와 같은 방법을 채용하면, 액상 에폭시 수지 및 반경화된 에폭시 수지 분말은 동일한 조성을 가지지만 경화 반응 온도가 서로 상이한 특징이 있다. 따라서 상온에서 수지의 점도가 크게 저하되지 않는다. 그리고 1차 큐어 과정에서 반경화된 미세 분말 수지와 액상 수지 사이에 약간의 경화 반응이 생긴다. 그 결과, 수지 보다 비중이 무거운 형광 물질이 하부로 침강되는 것이 방지되며, 수지 내부에 균일하게 분포된다. 형광 물질이 수지 내부에 균일하게 분포되게 되면 LED 칩에서 방출되는 청색 파장 또는 자외선 파장의 빛으로부터 균일한 파장 분포를 가진 백색광(백색광이란 파장이 400nm에서 600nm까지 균일하게 분포되어 있는 것을 말한다)을 얻을 수 있다. 따라서 백색광의 색 분포가 분산되는 것이 적으며 동시에 제조 재현성도 우수한 제품을 얻을 수 있다.
형광물질을 LED칩에 따라서 달라질 수 있지만, 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 사이알론계 또는 황화물계 중 적어도 한 종류이상을 포함하며, 특히 자외선 파장의 LED칩을 사용할 경우에는 적어도 2종류 이상의 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
가넷계 형광체로는 Y, Lu, Se, La, Gd, Sm, Ca, Sr, Tb 중 적어도 한 종류 이상으로 구성된 A와 Al, Ga, In, Si 중 한종류 이상으로 이루어진 B로 된 A3B5O12:Ce 물질이 사용될 수 있다. 활성제로 Ce 이외에 Eu 등의 다른 물질이 첨가될 수도 있다. 실리게이트형광체로는 Sr, Ba, Ca, Mg, Zn, Cd, Y, Sc, La 중 적어도 한 종류 이상을 포함하는 M 물질로 구성된 MxSiyOz:Eu 물질이 사용될 수 있다(0≤x,y,z≤16). 활성제로는 Eu이외에 F, Ce, Pr, Tb, Yb, Cl, Br, I, P, S, N중 적어도 한종류 이상을 포함할 수 있다. 실리게이트 형광체 조성으로는 (Sr,Ba,Ca)2Si04, (Sr,Ba,Ca)3SiO5, (Sr,Ba,Ca)2Si2O7, (Sr,Ba,Ca)2SiO5 이 사용가능하다. 질화물계 및 사이알론계 형광체로는 Cax(Si,Al)12(O,N)16으로 구성되어지는 형광물질이 사용가능하다. 여기서 Cax은 다른 금속원소로 치환가능하며, 활성제로는 Eu, Pr, Tb, Yb, Er, Dy 중 한종류 이상을 포함한다. 황화물계 형광체로는 (Ca,Sr)S, SrGa2S4, (Ca,Sr,Ba)(Al,Ca)2S4, (Sr,Mg,Ca,Ba)(Ga,Al,In)S4, Y2O2S로 구성되어진 물질 중 적어도 한 종류를 포함할 수 있으며 활성제로는 Eu, Ce 등이 사용가능하다. 여기서 괄호안의 원소성분들은 파장영역에 따라서 변할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 몰딩 컴파운드에 실리콘 수지를 사용할 수가 있다. 실리콘 수지를 모체 수지로 몰딩 컴파운드로 사용하게 되면, 에폭시 수지에서 일어나는 고온 경화 반응 중의 열에 의한 팽창이나 수축으로 인한 LED 칩에 가하는 응력을 완화시킬 수가 있다.
특히 실리콘수지는 발광다이오드의 단파장 영역의 고온 고습환경에서도 투광성 및 절연성이 떨어지지 않는 고내광성의 우수한 재료로 50nm이하의 청색 발광다이오드 또는 자외선 발광다이오드의 몰딩 주재료로 적합하다. 실리콘 수지를 주재료로 사용할 경우에는 실리콘 수지가 에폭시 수지보다 점도 및 비중이 크기 때문에 별도의 분말에폭시 수지를 혼합하지 않아도 형광체분말의 분포가 고르게 형성된다.
액상 에폭시 수지, 반경화된 분말 에폭시 수지 또는 실리콘 수지(즉, 모체 수지)의 혼합수지를 몰딩 컴파운드로 사용할 경우에 다음과 같은 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 액상 에폭시 수지는 약 60질량% 에서 70질량%, 반경화된 분말 에폭시 수지는 약 15질량% 에서 20질량% 그리고 실리콘 수지는 약 10질량% 에서 20질량%를 사용할 수 있다.
그리고, 이와 같은 몰딩 컴파운드에 첨가되는 형광 안료의 양은 형광체의 종류와 그 용도에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 가넷계 또는 실리게이트계의 형광 안료의 양은 모체 수지 질량의 약 2.0질량% 에서 25질량%일 수 있다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 몰딩 공정에 사용될 수 있는 스크린 패턴 금속 마스크의 일부를 도시하고 있는 평면도이다.
도 3a에는 다수의 LED 칩이 부착된 인쇄 회로 기판을 몰딩하고자 할 때 사용하는 스크린 패턴 금속 마스크의 일부에 대한 평면도가 도시되어 있다. 도면에서 빗금친 부분은 금속 물질에 의하여 마스크되는 부분을 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 몰딩 공정에 사용될 수 있는 요철 모양의 마스크의 일부를 도시하고 있는 사시도이다.
도 3b를 참조하면, 볼록한 부분이 인쇄 회로 기판이 라우팅 홀에 삽입되고, 그 위에 프린팅법이나 디스펜싱법으로 모체 수지 및 형광 안료를 포함하는 몰딩 컴파운드를 덮는다. 형성된 몰딩 수지의 높이는 볼록한 부분의 높이에 따라 달라질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 백색 LED 소자는 여러 가지 응용 기기에 사용된다. 예컨대, 백색 LED 소자는 휴대 전화 등의 휴대용 무선 통신 기기와 같은 전자 제품, 자동차 및 가전 제품 등에서 사용하는 백색광을 발광하는 디스플레이 소자 그리고 액정 표시부의 백 라이트(back light) 용도로 사용된다. 뿐만 아니라 현재 백색을 이용하고 있는 형광등과 같은 전기 기기뿐만이 아니라 현재 LED 소자 가 사용되고 있는 모든 종류의 전자 기기 등에 적용하는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 백색 LED 소자는 종래의 백색 LED 소자 제조방법을 사용하면서도, 에폭시 수지로 된 몰딩 컴파운드 전체에 형광 안료가 균일하게 분포되며 수명, 휘도 및 제조 재현성도 뛰어나다.
본 발명에 따른 백색 LED 소자의 제조방법을 사용하면 형광 안료를 몰딩용 에폭시 수지 전체에 고르게 분산시킬 수가 있다. 본 발명에 따른 제조방법으로 제작한 소자들은 종래의 제조 방법으로 제작한 소자보다 전기적 특성에서도 우수하고 광도의 열화가 적어져서 LED의 품질이 향상되어 신뢰성이 증가한다. 따라서 청색 LED칩이나 자외선 LED칩을 사용하여 품질이 우수하고 양호한 특성을 가진 백색광을 발광하는 LED 소자를 제조할 수 있다. 그리고 제조된 백색 LED 소자는 제조 재현성도 뛰어나며 사용 수명도 길다.
또한, 이와 같은 제조 공정에 기존에 널리 사용되고 있는 공정 기술을 사용할 수 있기 때문에 추가적인 설비 부담이 없어서 비용이 절감된다.
에폭시 수지에 실리콘 수지를 추가하여 혼합한 몰딩 컴파운드는 뛰어난 성형성을 보여주며 LED 칩에 가하는 응력을 완화시켜 광도 변화율이 작아져 LED의 제품 신뢰성을 좋게 한다.

Claims (13)

  1. 한 쌍의 리드프레임(32);
    상기 리드프레임(32) 중의 하나에 접착제(22)를 매개로 하여 고정되는 발광다이오드 칩(20);
    상기 리드프레임(32)과 발광다이오드 칩(20)을 전기적으로 연결하여 발광다이오드 칩(20)에 바이어스 전류를 인가하는 연결수단;
    상기 발광다이오드 칩을 수지 및 형광 안료가 혼합된 몰딩 컴파운드로 몰딩하여 형성되는 수지유닛(10); 을 구비하며,
    상기 수지는
    주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지; 또는
    에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말 또는 실리콘수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  2. 한 쌍의 리드 프레임 또는 도전패턴(32);
    상기 리드 프레임 또는 도전패턴(32)과 이격되어 있는 발광다이오드 칩(20);
    상기 발광다이오드 칩에 위치하는 전극과 상기 리드프레임 또는 도전패턴(32)을 전기적으로 연결하는 연결수단;
    수지 및 형광 안료를 이용하여 프린팅법으로 성형하여 형성되는 수지 유닛(10); 을 구비하며,
    상기 수지는
    주제와 경화제가 혼합된 액상 에폭시 수지; 또는
    에폭시 수지를 반경화 열처리하여 분쇄한 에폭시 수지 분말 또는 실리콘수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  3. 인쇄회로기판 또는 리드프레임에 장착되어 있는 발광다이오드 칩;
    상기 발광 다이오드 칩을 상기 인쇄회로기판의 도전 패턴 또는 상기 리드프레임의 리드에 전기적으로 연결하는 연결수단;
    상기 발광 다이오드 칩을 몰딩하며, 에폭시 수지 및/또는 실리콘수지 및 형광 안료가 혼합되어 이루어진 몰딩 컴파운드;를 구비하여 이루어지며,
    상기 형광안료는 상기 에폭시수지 및/또는 실리콘수지에 고르게 분포된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광안료는 가넷계, 실리게이트계, 질화물계, 사이알론계 또는 황화물계 형광체로 이들 중 적어도 한 종류 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광안료는 가넷계 형광체로 Y, Lu, Se, La, Gd, Sm, Ca, Sr, Tb 중 적 어도 한 종류 이상으로 구성된 A와, Al, Ga, In, Si 중 한종류 이상으로 이루어진 B로 된 A3B5O12:Ce 물질로 활성제로, Ce 이외에 다른 물질이 첨가될 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 Ce 이외에 다른 물질이 Eu 인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광안료는 실리게이트 형광체로 Sr, Ba, Ca, Mg, Zn, Cd, Y, Sc, La 중 적어도 한 종류 이상을 포함하는 M물질로 구성된 MxSiy0z:Eu 물질로(0≤x,y,z≤16), 활성제로는 Eu이외에 F, Ce, Pr, Tb, Yb, Cl, Br, I, P, S, N중 적어도 한종류 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광안료는 질화물계 또는 사이알론계 형광체로 Cax(Si,Al)12(O,N)16으로 구성되어지는 형광물질로, Cax은 다른 금속원소로 치환가능하며, Si, Al, O, N의 원소는 선택적으로 성분 조절이 가능하며, 활성제로는 Eu, Pr, Tb, Yb, Er, Dy 중 한 종류 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형광안료는 황화물계 형광체로 (Ca,Sr)S, SrGa2S4, (Ca,Sr,Ba)(Al,Ca)2S4, (Sr,Mg,Ca,Ba)(Ga,Al,In)S4, Y2O2S로 구성되어진 물질 중 적어도 한 종류를 포함하며 활성제로는 Eu, Ce중 적어도 한 물질을 포함하는 발광다이오드 소자로 상기 원소성분들중 Ca, Sr, Ba, Al, Mg, Ga, In성분은 파장영역에 따라서 선택적인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에폭시수지는 크기졸 노보락 에폭시, 페놀노보락에폭시, 비스페놀 A형 에폭시, 시크로헥센에폭시화물유도체, 수소화비스페놀 A 디글리시딜에테르, 헥시히그로프탈산글리시딜에스테르, 또는 트리글리시딜이소시아느데이트 중 적어도 한 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광다이오드 소자는 400~600nm부근에서 적어도 2개이상의 피크파장을 가지며 발광다이오드소자 전체에 있어서 균일한 파장분포를 가지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 소자.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰딩 컴파운드는 실리콘 수지에 분말 형광체를 석은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분말 형광체는 상기 실리콘 수지 질량의 2질량% 에서 25질량%가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 소자.
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