KR20060068371A - 고출력 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지는, 절연패턴에 의해 서로 절연되는 프레임전극과 방열판을 포함하는 리드프레임과; PCB와 PCB전극을 포함하며, 상기 PCB전극은 상기 PCB에 있어서 상기 프레임전극에 대응하는 위치에 형성되며 상기 프레임전극과 전도성 결합수단을 게재하여 결합되며, 상기 PCB는 상기 방열판과 비전도성 결합수단을 게재하여 접착되며, 상기 PCB에 있어서 상기 방열판과 결합되는 부분의 일부에 LED공동이 형성되는 PCB부와; 상기 LED공동이 형성된 부분의 상기 방열판에 전열성 결합수단을 게재하여 실장되며, 상기 PCB전극과 전기적으로 본딩되는 LED부와; 상기 LED부의 상부에 결합되는 렌즈부를 포함함으로써, 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조가 간단하고 그 제조공정이 단순하여 제조원가가 절감되는 효과가 있으며, 종래와 같이 개별 패키지 단위로 제조공정이 진행되지 않고 시트(sheet) 단위로 제조되므로 양산성이 종래와는 비교할 수 없을 정도로 우수하여 경제성 측면에서 월등한 효과가 있다.
고출력 발광 다이오드, 리드프레임, PCB, 이방 전도성 접착제, LED

Description

고출력 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법{Power LED package and method for producing the same}
도 1a는 종래의 고출력 발광 다이오드의 구조를 나타낸 단면 사시도.
도 1b는 종래의 고출력 발광 다이오드의 구조를 나타낸 개념도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지에 사용되는 리드프레임을 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4a는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4b는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 리드프레임과 PCB부가 접착된 상태를 나타낸 평면도.
도 4c는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 리드프레임과 PCB부가 접착된 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지 의 구조를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법을 나타낸 순서도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 리드프레임 102 : 프레임전극
104 : 방열판 106 : 절연패턴
110 : PCB부 112 : PCB
114 : PCB전극 116 : LED공동
130 : LED부 132 : LED칩
140 : 렌즈부
본 발명은 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고출력 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 고출력 발광 다이오드의 구조를 나타낸 단면 사시도 및 개념도이다. 현재 상용화되어 있는 대부분의 고출력 발광 다이오드(LED)의 리드프레임(L/F)은 LED로부터 발생되는 열을 외부로 배출하는 힛싱크(Heat Sink)부와 전기 신호를 공급해주는 시그널(Signal)부가 도 1a와 같이 별개의 부재로 구성되어 있다. 이 경우 힛싱크부와 시그널부를 고정시키기 위해 힛싱크부의 주위는 고분자재료로 둘러싸여 있게 된다.
즉, LED칩(1) 또는 이에 서브마운트가 본딩된 것을 힛싱크(4)의 중앙에 형성된 공간에 은(Ag) 페이스트 납땜(soder) 등으로 고정시키고, LED칩(1)을 힛싱크(4) 주변에 둘러싸여져 있는 고분자 절연체(6)에 의해 고정되어 있는 리드프레임의 시그널부(2)와 와이어 본딩(3) 등에 의해 전기적으로 연결시킨 후, 그 위에 렌즈(8)를 장착하는 구조로 이루어진다. 도 1b는 리드프레임(2)이 힛싱크(4) 주위의 고분자 절연체(6)에 의해 고정되어 있는 것을 도식적으로 표현한 개념도이다.
이들 고분자 재료는 그 특성상 열전도도가 높지 않아 열을 외부로 배출(방열)하는 데에 있어 마이너스적인 요소로 작용한다. 이와 같이 힛싱크 주위를 고분자로 둘러싼다는 점에서는 인쇄회로기판(PCB)을 사용하는 경우도 마찬가지이다. 다 만, 그 차이점은 고분자대신 PCB라는 것 뿐이다. 이와 같은 구조는 방열효율이 낮고, 제조공정이 복잡하여 제조원가가 높아진다는 문제점이 있다.
즉, 종래의 고출력 발광 다이오드는 리드플레임을 제조하고, 여기에 고분자 절연체를 몰딩하고, 그 내부에 힛싱크를 위치시키기 위해 몰딩된 제품을 가공(Trim & Form)하고, 가공된 리드플레임 내에 힛싱크를 삽입하고, LED칩 또는 LED칩을 서브마운트에 본딩한 LED부를 힛싱크의 지정된 위치에 고정시키고, 금(Au)와이어로 LED칩과 리드플레임의 시그널부를 전기적으로 연결시키고, 인캡슐런트와 렌즈가 결합된 렌즈부를 장착하여 제조된다.
이와 같이 종래의 고출력 발광 다이오드의 제조에는 많은 공정이 발생하고 그 공정이 복잡하며, 개별 패키지 단위로 제조공정이 진행된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 구조 및 제조공정이 단순하고 양산성이 뛰어나 제조원가를 절감할 수 있고, 구조상 열전도율이 높은 방열판을 사용하고 및 더 많은 방열면적을 확보하여 방열효율이 높은 우수한 고출력 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 태양에 따르면, 절연패턴에 의해 서로 절연되는 프레임전극과 방열판을 포함하는 리드프레임과; PCB와 PCB전극을 포함하며, 상기 PCB전극은 상기 PCB에 있어서 상기 프레임전극에 대응하는 위치에 형성되며 상기 프레임전극과 전도성 결합수단을 게재하여 결합되며, 상기 PCB는 상기 방열판과 전도성 또는 비전도성 결합수단을 게재하여 접착되며, 상기 PCB에 있어서 상기 방열판과 결합되는 부분의 일부에 LED공동이 형성되는 PCB부와; 상기 LED공동이 형성된 부분의 상기 방열판에 전열성 결합수단을 게재하여 실장되며, 상기 PCB전극과 전기적으로 본딩되는 LED부와; 상기 LED부의 상부에 결합되는 렌즈부를 포함하는 고출력 발광 다이오드 패키지가 제공된다.
상기 리드프레임은 상기 LED부의 크기에 대응하여 방열면적이 실질적으로 최대가 되는 면적의 방열판을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 리드프레임의 재질은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리텅스텐(Cu-W)합금, 철니켈(FeNi)합금(Alloy 42) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 PCB전극은 상기 PCB를 관통하여 상기 PCB의 상면 및 하면에 형성되어 있으며, 상기 프레임전극과는 상기 PCB전극에 있어서 상기 PCB의 하면에 형성된 부분이 연결되고 상기 LED부와는 상기 PCB전극에 있어서 상기 PCB의 상면에 형성된 부분이 연결되는 것이 바람직하다.
상기 전도성 결합수단은 이방 전도성 필름(ACF) 또는 이방 전도성 페이스트(ACP) 또는 탭본딩(tab bonding) 또는 금(Au)와이어 또는 무전해도금인 것이 바람직하다. 상기 무전해도금은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 금(Au) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 PCB전극의 재질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리 (Cu), 니켈(Ni) 중 어느 하나를 포함하며, 단원소 금속 또는 합금인 것이 바람직하다. 상기 프레임전극의 표면 또는 상기 방열판의 표면 또는 상기 PCB의 표면을 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅처리하는 것이 바람직하다.
상기 LED부는 LED칩 또는 상기 LED칩의 하부에 접착되는 서브마운트를 더 포함할 수 있으며, 상기 전열성 결합수단은 납땜(solder) 또는 은(Ag) 페이스트 또는 열전달이 우수한 수지인 것이 바람직하다. 상기 렌즈부는 몰딩(molding) 또는 캐스트(cast) 또는 이미 만들어진 렌즈를 부착함에 의해 결합될 수 있다. 상기 렌즈부는 상기 LED부로부터 외측으로 갈수록 폭이 넓어지는 경사부를 갖는 반사판(reflector)을 포함하며, 상기 반사판의 상기 경사부에 의해 둘러싸인 부분에는 수지가 충진되며, 상기 수지에는 형광체가 도포되는 것을 포함할 수 있다.
또한, (a) 프레임전극과 방열판 사이에 절연패턴이 형성되는 리드프레임을 형성하는 단계; (b) 상기 리드프레임의 상면에 결합수단을 도포하는 단계; (c) PCB와 PCB전극을 포함하며, 상기 PCB전극은 상기 PCB에 있어서 상기 프레임전극에 대응하는 위치에 형성되며, 상기 PCB에 있어서 상기 방열판과 접착되는 부분의 일부에 LED공동이 형성되는 PCB부의 하면이 상기 리드프레임의 상면에 결합되도록 위치시키는 단계; (d) 상기 PCB부에 열 또는 압력을 가해서 상기 PCB부와 상기 리드프레임을 접착하는 단계; (e) 상기 LED공동이 형성된 부분의 상기 방열판의 상면에 LED부를 전열성 결합수단을 게재하여 실장하는 단계; (f) 상기 LED부의 상부에 수지를 도포하여 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 프레임전극과 상기 방열 판은 상기 절연패턴을 형성함으로써 전기적으로 절연되며, 상기 프레임전극과 상기 PCB전극은 전기적으로 본딩되며, 상기 LED부와 상기 PCB전극은 전기적으로 본딩되는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법이 제공된다.
상기 절연패턴은 에칭가공 또는 레이저가공 또는 스탬핑가공에 의해 형성될 수 있다. 상기 프레임전극과 상기 PCB전극의 전기적 본딩은 상기 프레임전극의 상면에 전도성 결합수단을 도포하고, 상기 방열판의 상면에 전도성 결합수단 또는 비전도성 결합수단을 도포함에 의할 수 있다. 상기 프레임전극과 상기 PCB전극의 전기적 본딩은, 상기 프레임전극 또는 상기 방열판의 상면에 전도성 결합수단을 도포하거나, 무전해도금 또는 전해도금을 통해 전기적으로 연결시키는 것에 의할 수 있다.
상기 전도성 결합수단은 이방 전도성 필름(ACF) 또는 이방 전도성 페이스트(ACP)인 것이 바람직하다. 상기 프레임전극과 상기 PCB전극의 전기적 본딩은 탭본딩(tab bonding) 또는 금(Au)와이어 또는 무전해도금에 의하는 것이 바람직하다. 상기 전열성 결합수단은 납땜(solder) 또는 은(Ag) 페이스트 또는 열전달이 우수한 수지인 것이 바람직하다. 상기 렌즈부는 몰딩(molding) 또는 캐스트(cast) 또는 이미 만들어진 렌즈를 부착함에 의해 형성될 수 있다.
상기 단계 (a)는 상기 리드프레임의 표면 또는 상기 PCB의 표면에 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계 (f)는 상기 LED부로부터 외측으로 갈수록 폭이 넓어지는 경사부를 포함하는 홀이 형성된 반 사판(reflector)을 상기 홀의 중심부에 LED부가 위치하도록 설치하고 상기 경사부에 의해 둘러싸인 부분에는 수지를 충진함으로써 렌즈부를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 단계 (f)는 상기 수지를 형광체로 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지 및 그 제조 방법의 구성을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 하며, 이하, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 2a를 참조하면, 리드프레임(100), 프레임전극(102), 방열판(104), 절연패턴(106), PCB부(110), PCB(112), PCB전극(114), LED공동(116), 비전도성 접착제(122), 이방 전도성 접착제(124), 금(Au)와이어(126), LED부(130), LED칩(132), 전열성 접착제(136), 렌즈부(140)가 도시되어 있다.
본 발명 고출력 발광 다이오드 패키지는 리드프레임을 사용하고 있으나, 상기 리드프레임은 종래의 구조와는 달리 방열판(힛싱크)을 겸하여 사용되어 지기 때문에 종래의 제조공정에서 'Trim & Form' 공정이 생략되게 된다. 또한 본 구조에서는 리드프레임의 재질로서 구리(Cu) 대신에 알루미늄(Al), 구리합금, 알루미늄 합금, 구리텅스텐(Cu-W)합금, 철니켈(FeNi)합금(Alloy 42) 등 열 및 전기전도율이 뛰어난 물질을 사용하여 방열효율을 높일 수 있다.
본 발명 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조는 도 2a에서 보는 바와 같이 양쪽에 프레임전극(102)이 형성된 리드프레임(100) 위에 LED칩(132) 또는 LED칩이 본딩되어 있는 서브마운트가 납땜(solder) 또는 전열성 접착제(도 2a에서는 Ag paste가 사용됨)(136) 또는 열전달이 우수한 수지를 사용하여 붙어 있다.
PCB부(110)의 PCB전극(113) 부분은 폴리머 계통의 에폭시 수지에 전도성 볼(ball)이 포함되어 있는 구조의 이방 전도성 필름(ACF, Anisotropic Conductive Film)이나 이방 전도성 페이스트(ACP, Anisotropic Conductive Paste)(124)를 사용하여 접착시키고, 금(Au)와이어(126)을 사용하여 LED칩(132) 또는 LED칩이 본딩되어 있는 서브마운트와 PCB부(110)의 PCB전극(114) 사이를 전기적으로 본딩시키고, 그 위에 렌즈부(140)가 형성된다. 이 때 프레임전극(102) 또는 PCB전극(114)의 표면은 금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈 등의 전도성 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지에 사용되는 리드프레임을 나타낸 평면도이다. 도 2b를 참조하면, 리드프레임(100), 프레임전극(102), 방열판(104), 절연패턴(106)이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 리드프레임은 금속판인 리드프레임(100)에 프레임전극(102)과 방열판(104)을 구분하는 절연패턴(106)이 형성되어 있으며, 상기 리드프레임(100)을 PCB부(110)에 접착시킨 후 상기 절연패턴(106)을 에칭, 레이저, 스탬핑 등의 방법으로 가공함으로써 프레임전극(102)과 방열판(104)을 전기적으로 절연시키게 된다. 이와 같이 리드프레임(100)이 시트(sheet) 단위로 제조되므로 본 발명은 양산성이 매우 뛰어나게 되며 프레임전극의 수 및 위치에 따라 보다 효율적인 리드 프레임의 양산방법이 도출될 수 있다.
또한, 이와 같이 프레임전극(102)과 방열판(104)이 전기적으로 절연되게 되므로, PCB부(110)와 리드프레임을 ACF, ACP와 같은 전도성 결합수단을 게재하여 접착하더라도 절연패턴의 형성에 의해 전기적으로 문제가 발생하지 않으므로 바람직하며, 또한 후술하는 바와 같이 비전도성 결합수단을 게재하여 접착하고 별도의 전기적 본딩수단을 구비하는 것도 바람직하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 3을 참조하면, 리드프레임(100), 프레임전극(102), 방열판(104), 절연패턴(106), PCB부(110), PCB(112), PCB전극(115), LED공동(116), 비전도성 접착제(122), 금(Au)와이어(125, 126), LED부(130), LED칩(132), 전열성 접착제(136), 렌즈부(140)가 도시되어 있다.
도 3의 제2실시예의 경우 제1실시예에서의 ACF 또는 ACP 대신 금(Au)와이어(125)를 사용하여 PCB전극(115)과 프레임전극(102)사이를 전기적으로 본딩하는 구성을 나타냈다. 상기 프레임전극(102) 또는 상기 PCB전극(115)의 표면은 금(Au), 은(Ag) 등을 사용하여 금(Au)와이어와의 본딩이 잘 되도록 한다.
본 실시예에서는 ACF 또는 ACP를 사용하지 않고 PCB부(110)와 리드프레임(100)을 접착할 때 방열판(104) 부분과 프레임전극(102) 부분을 구별하지 않고 전체적으로 비전도성 접착제(122)를 사용할 수 있으므로, 제1실시예에 비해 제조공정이 간단하다는 장점이 있다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지 의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 4a를 참조하면, 리드프레임(100), 프레임전극(102), 방열판(104), 절연패턴(106), 반사코팅(108), PCB부(110), PCB(112), PCB전극(115), LED공동(116), 비전도성 접착제(122), 금(Au)와이어(125, 126), LED부(130), LED칩(132), 전열성 접착제(136), 렌즈부(140)가 도시되어 있다.
제3실시예는 본 발명의 발광효율을 높이기 위한 것이며, 이를 위해 PCB전극(115)의 재질로서 빛 반사율이 뛰어난 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 프레임전극(102), 방열판(104)의 표면도 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅하여 반사코팅(108)을 형성함으로써 빛 반사율을 높일 수 있다.
이 때 PCB전극(115)과 프레임전극(102)의 본딩은 금(Au)와이어, 알루미늄(Al) 와이어 등의 와이어 본딩(binding)에 의하는 것이 바람직하나, 제1실시예에서와 같이 PCB전극(도 2a의 114)을 형성하여 ACF, ACP 등의 전도성 접착제를 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 빛 반사를 좋게 하기 위해 LED공동(116)의 안쪽 측면을 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅하여 반사율을 높이는 것도 바람직하다.
도 4b는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 리드프레임과 PCB부가 접착된 상태를 나타낸 평면도이고, 도 4c는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 리드프레임과 PCB부가 접착된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 리드프레임(100), 반 사코팅(108), PCB부(110), PCB(112), PCB전극(115), LED공동(116), 절연선(118), 비전도성 접착제(122)가 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 발광효율을 높이기 위해 PCB전극(115)의 재질로서 빛 반사율이 뛰어난 은(Ag), 알루미늄(Al) 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 도 4b는 이와 같이 빛 반사율이 뛰어난 재질로 이루어진 PCB전극(118)을 나타낸 평면도이며, 도 4a에서 PCB전극 사이의 절연선(118)만 PCB(112)가 노출되어 있는 것을 볼 수 있다.
또한 도 4b에서와 같이 리드프레임(100)의 표면도 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅하여 반사코팅(108)을 형성함으로써 빛 반사율을 높이는 것이 바람직하며, 이는 도 4a의 LED공동 부분의 반사율을 높이는 효과를 가져오게 된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 5를 참조하면, 리드프레임(100), 프레임전극(102), 방열판(104), 절연패턴(106), 반사코팅(108), PCB부(110), PCB(112), PCB전극(113), LED공동(116), 비전도성 접착제(122), 탭본딩(123), 금(Au)와이어(126), LED부(130), LED칩(132), 전열성 접착제(136), 렌즈부(140)가 도시되어 있다.
본 실시예는 제1실시예 및 제2실시예와는 달리 PCB전극(113)과 프레임전극(102)의 본딩 수단으로서 전도성 접착제(도 2a의 124)나 금(Au)와이어(도 3의 125) 대신 탭본딩(tab bonding)을 사용한 것이다. 이 경우 제2실시예에서와 마찬가지로 프레임전극(102) 표면은 금(Au), 은(Ag) 등을 사용하여 본딩이 잘 되도록 한다.
본 실시예도 제2실시예와 마찬가지로 ACF 또는 ACP를 사용하지 않고 PCB부(110)와 리드프레임(100)을 접착할 때 방열판(104) 부분과 프레임전극(102) 부분을 구별하지 않고 전체적으로 비전도성 접착제(122)를 사용할 수 있으므로, 제1실시예에 비해 제조공정이 간단하다는 장점이 있다. 또한 탭본딩에 의할 경우, 제2실시예와 같이 금(Au)와이어를 사용하여 본딩하는 경우 발생하는 반사판(reflector)(후술하는 제5실시예 참조) 사용에 따르는 제약, 즉 금(Au)와이어가 변형 또는 손상되는 문제점도 해결될 수 있다.
본 발명에서 프레임전극과 PCB전극의 전기적 본딩은 전술한 바와 같이 프레임전극 또는 방열판의 상면에 ACF, ACP 등의 전도성 결합수단을 도포하거나, 탭본딩(tab bonding), 금(Au)와이어에 의해 이루어지는 것은 물론이고, 도시하지는 않았지만 무전해도금 또는 전해도금을 통해 전기적으로 연결시킬 수 있음은 당업자에게 자명하다. 상기 무전해도금의 경우 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 금(Au) 등을 포함하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 6을 참조하면, 리드프레임(100), 프레임전극(102), 방열판(104), 절연패턴(106), PCB부(110), PCB(112), PCB전극(114), LED공동(116), 비전도성 접착제(122), 이방 전도성 접착제(124), 금(Au)와이어(126), LED부(130), LED칩(132), 전열성 접착제(136), 충진수지(142), 반사판(144)가 도시되어 있다.
본 실시예는 반사판(144)을 사용하여 LED부(130)로부터 방사되는 빛을 원하 는 각도나 방향으로 모이게 하여 빛의 퍼짐보다 집중이 보다 중요한 카메라 폰의 플래시(flash)나 액정디스플레이(LCD)의 백라이트(backlight) 등에 사용하기 위한 구조이다. 이 때 충진수지(142)는 전부 또는 일부가 형광체로 덮여 있을 수 있으며, 이와 같이 빛의 집중 및 형광을 통해 발광효율을 더욱 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명 고출력 발광 다이오드 패키지의 제조공정은, 절연패턴이 형성된 리드프레임 또는 금속판을 제조(210)하고, 리드프레임의 프레임전극 부분에 ACF 또는 ACP를 도포하고 방열판 부분에 비전도성 접착제를 도포(220)하고, 상기 리드프레임의 상면에 하면에 돌출된 PCB전극이 형성된 PCB부를 위치시킨 후(230), 열과 압력을 가해 리드프레임의 프레임전극과 PCB부의 PCB전극을 통전시키고(240), 상기 PCB부의 LED공동이 형성된 부분의 금속 방열판 위에 LED칩 또는 LED칩이 본딩된 서브마운트를 실장(250)하고, 금(Au)와이어를 사용하여 LED칩과 PCB전극을 전기적으로 본딩하고 그 위에 렌즈를 몰딩이나 캐스트 또는 이미 만들어진 렌즈를 부착하는 방식으로 형성(260)하는 과정으로 이루어진다.
리드프레임의 프레임전극과 PCB부의 PCB전극을 통전시키기 위해서는 프레임전극과 PCB전극이 서로 대응되는 위치에 형성되어야 하며, 그 사이에 전도성 접착제를 도포하거나 비전도성 접착제로 접착한 후 금(Au)와이어 또는 탭본딩에 의해 프레임전극과 PCB전극을 전기적으로 본딩하는 것이 바람직하다. 프레임전극과 PCB전극의 본딩방법에 따라 비용차이는 있으나, 본 발명은 그 구조 및 공정을 단순화 하였고 이에 따라 양산성을 매우 좋게 하였으므로, 어떠한 본딩방법에 의하더라도 비용절감의 효과는 얻을 수 있다.
상기 절연패턴은 공지기술인 에칭, 레이저, 스탬핑 등의 가공에 의해 제거함으로써 형성할 수 있으며, 상기 LED부를 상기 방열판에 실장하는 결합수단은 납땜(solder), 은(Ag) 페이스트, 열전달이 우수한 수지와 같이 전열성이 우수한 것으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 제3실시예와 같은 고출력 발광 다이오드 패키지를 제조하기 위해서는 상기 리드프레임의 표면 또는 상기 PCB의 표면에 은(Ag), 알루미늄(Al)과 같이 빛 반사율이 우수한 재질의 반사코딩을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
전술한 제5실시예와 같은 고출력 발광 다이오드 패키지를 제조하기 위해서는 반사판(reflector)을 그 중심부에 LED부가 위치하도록 설치하고 그 내부에 수지를 충진하는 단계 및 상기 충진된 수지를 형광체로 도포하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이지 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 고출력 발광 다이오드 패키지의 구조가 간단하고 그 제조공정이 단순하여 제조원가가 절감되는 효과가 있으며, 종래와 같이 개별 패키지 단위로 제조공정이 진행되지 않고 시트(sheet) 단위로 제조되므로 양산성이 종래와는 비교할 수 없을 정도로 우수하여 경제성 측면에서 월등한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고출력 발광 다이오드 패키지의 리드프레임 구조는 그 구조상 열전도율이 높은 방열판을 사용하고 있고, 종래에 비해 더 많은 방열면적을 확보하고 있으므로 방열효율이 매우 높아 성능이 향상될 수 있다.
또한, PCB전극과 프레임전극의 전기적 본딩을 이방 전도성 접착제(ACP 또는 ACF)를 사용하지 않고 와이어 또는 탭본딩 또는 무전해 도금에 의할 경우 리드프레임과 PCB부의 접착에 비전도성 접착체만을 사용할 수 있으므로 제조공정이 더욱 단순해진다. 특히 탭본딩이나 무전해도금에 의한 경우는 와이어를 사용할 경우 발생하는 반사판 사용에 따른 제약을 극복할 수 있다는 효과도 있다.
또한, PCB전극을 빛 반사율이 뛰어난 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금 재질로 하거나, 프레임전극, 방열판, PCB 등의 표면을 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅하여 빛 반사율을 높일 경우 본 발명 고출력 발광 다이오드 패키지의 발광효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 렌즈부에 반사판을 사용할 경우 LED로부터 방사되는 빛을 원하는 각도나 방향으로 유도할 수 있어, 빛의 확산보다는 집중이 보다 중요한 카메라폰의 플 래시나 LCD 백라이트 등에 사용하기에 보다 유리하다. 특히 충진되는 수지의 전부 또는 일부에 형광체를 도포할 경우 발광효율이 더욱 개선된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (22)

  1. 절연패턴에 의해 서로 절연되는 프레임전극과 방열판을 포함하는 리드프레임과;
    PCB와 PCB전극을 포함하며, 상기 PCB전극은 상기 PCB에 있어서 상기 프레임전극에 대응하는 위치에 형성되며 상기 프레임전극과 전도성 결합수단을 게재하여 결합되며, 상기 PCB는 상기 방열판과 전도성 또는 비전도성 결합수단을 게재하여 접착되며, 상기 PCB에 있어서 상기 방열판과 결합되는 부분의 일부에 LED공동이 형성되는 PCB부와;
    상기 LED공동이 형성된 부분의 상기 방열판에 전열성 결합수단을 게재하여 실장되며, 상기 PCB전극과 전기적으로 본딩되는 LED부와;
    상기 LED부의 상부에 결합되는 렌즈부를 포함하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임은 상기 LED부의 크기에 대응하여 방열면적이 실질적으로 최대가 되는 면적의 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리드프레임의 재질은 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리텅스텐(Cu-W)합금, 철니켈(FeNi)합금(Alloy 42) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PCB전극은 상기 PCB를 관통하여 상기 PCB의 상면 및 하면에 형성되어 있으며, 상기 프레임전극과는 상기 PCB전극에 있어서 상기 PCB의 하면에 형성된 부분이 연결되고 상기 LED부와는 상기 PCB전극에 있어서 상기 PCB의 상면에 형성된 부분이 연결되는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 결합수단은 이방 전도성 필름(ACF) 또는 이방 전도성 페이스트(ACP) 또는 탭본딩(tab bonding) 또는 금(Au)와이어 또는 무전해도금인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무전해도금은 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 금(Au) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 PCB전극의 재질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하며, 단원소 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프레임전극의 표면 또는 상기 방열판의 표면 또는 상기 PCB의 표면을 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅처리한 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LED부는 LED칩 또는 상기 LED칩의 하부에 접착되는 서브마운트를 더 포 함할 수 있으며, 상기 전열성 결합수단은 납땜(solder) 또는 은(Ag) 페이스트 또는 열전달이 우수한 수지인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 몰딩(molding) 또는 캐스트(cast) 또는 이미 만들어진 렌즈를 부착함에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 LED부로부터 외측으로 갈수록 폭이 넓어지는 경사부를 갖는 반사판(reflector)을 포함하며, 상기 반사판의 상기 경사부에 의해 둘러싸인 부분에는 수지가 충진되며, 상기 수지에는 형광체가 도포되는 것을 포함하는 고출력 발광 다이오드 패키지.
  12. (a) 프레임전극과 방열판 사이에 절연패턴이 형성되는 리드프레임을 형성하는 단계;
    (b) 상기 리드프레임의 상면에 결합수단을 도포하는 단계;
    (c) PCB와 PCB전극을 포함하며, 상기 PCB전극은 상기 PCB에 있어서 상기 프 레임전극에 대응하는 위치에 형성되며, 상기 PCB에 있어서 상기 방열판과 접착되는 부분의 일부에 LED공동이 형성되는 PCB부의 하면이 상기 리드프레임의 상면에 결합되도록 위치시키는 단계;
    (d) 상기 PCB부에 열 또는 압력을 가해서 상기 PCB부와 상기 리드프레임을 접착하는 단계;
    (e) 상기 LED공동이 형성된 부분의 상기 방열판의 상면에 LED부를 전열성 결합수단을 게재하여 실장하는 단계;
    (f) 상기 LED부의 상부에 수지를 도포하여 렌즈부를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 프레임전극과 상기 방열판은 상기 절연패턴을 형성함으로써 전기적으로 절연되며, 상기 프레임전극과 상기 PCB전극은 전기적으로 본딩되며, 상기 LED부와 상기 PCB전극은 전기적으로 본딩되는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절연패턴은 에칭가공 또는 레이저가공 또는 스탬핑가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프레임전극과 상기 PCB전극의 전기적 본딩은 상기 프레임전극의 상면에 전도성 결합수단을 도포하고, 상기 방열판의 상면에 전도성 결합수단 또는 비전도성 결합수단을 도포함에 의하는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 프레임전극과 상기 PCB전극의 전기적 본딩은, 상기 프레임전극 또는 상기 방열판의 상면에 전도성 결합수단을 도포하거나, 무전해도금 또는 전해도금을 통해 전기적으로 연결시키는 것에 의하는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 전도성 결합수단은 이방 전도성 필름(ACF) 또는 이방 전도성 페이스트(ACP)인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 프레임전극과 상기 PCB전극의 전기적 본딩은 탭본딩(tab bonding) 또는 금(Au)와이어 또는 무전해도금에 의한 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 전열성 결합수단은 납땜(solder) 또는 은(Ag) 페이스트 또는 열전달이 우수한 수지인 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈부는 몰딩(molding) 또는 캐스트(cast) 또는 이미 만들어진 렌즈를 부착함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 리드프레임의 표면 또는 상기 PCB의 표면에 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하는 단원소 금속 또는 합금으로 코팅처리하는 단계를 더 포함하는 고출력 발광 다이오드 패키 지 제조방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (f)는 상기 LED부로부터 외측으로 갈수록 폭이 넓어지는 경사부를 포함하는 홀이 형성된 반사판(reflector)을 상기 홀의 중심부에 LED부가 위치하도록 설치하고 상기 경사부에 의해 둘러싸인 부분에는 수지를 충진함으로써 렌즈부를 형성하는 것을 특징으로 하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 단계 (f)는 상기 수지를 형광체로 도포하는 단계를 더 포함하는 고출력 발광 다이오드 패키지 제조방법.
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