KR20070001349A - Heat emission package for light-emitting diode - Google Patents

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Abstract

A heat release package for a light emitting diode is provided to efficiently release heat generated by the light emitting diode by gap-filling a conductor in a plurality of through-holes. A light emitting diode chip(400) is mounted on an upper side of a main frame(200). Plural trough-holes(210) are formed on upward and downward directions of the main frame which is an electric insulator. A conductor is gap-filled in each through hole. An upper conductive layer(220) is formed to cover a part of an upper surface of the main frame. The conductor is gap-filled in a groove formed on the upper surface of the main frame to form the upper conductive layer. A lower conductive layer(230) is formed on a lower surface of the main frame.

Description

발광다이오드용 방열 패키지{HEAT EMISSION PACKAGE FOR LIGHT-EMITTING DIODE}Heat dissipation package for light emitting diodes {HEAT EMISSION PACKAGE FOR LIGHT-EMITTING DIODE}

도 1a는 종래 기술에 따른 발광다이오드 패키지의 일실시예의 구조를 나타낸 단면도, Figure 1a is a cross-sectional view showing the structure of one embodiment of a light emitting diode package according to the prior art,

도 1b는 도 1a의 종래 기술에서 열전달 경로를 나타낸 개념도,1B is a conceptual diagram illustrating a heat transfer path in the related art of FIG. 1A,

도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지의 일실시예의 사시도,2 is a perspective view of one embodiment of a heat dissipation package for a light emitting diode according to the present invention;

도 3은 도 2의 실시예의 A-A선에서 본 단면도,3 is a cross-sectional view taken along line A-A of the embodiment of FIG. 2;

도 4는 도 2의 실시예에서 열전달 경로를 나타낸 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a heat transfer path in the embodiment of FIG. 2.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호 설명♣♣ Explanation of symbols for main parts of drawing ♣

200 : 본체 210 : 관통구멍200: main body 210: through hole

220 : 상부전도층 230 : 하부전도층 220: upper conductive layer 230: lower conductive layer

400 : 발광다이오드 칩 400: light emitting diode chip

본 발명은 발광다이오드용 방열 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실장된 발광다이오드에서 발생한 열을 효율적으로 방출할 수 있는 패키지에 관한 것 이다.The present invention relates to a heat dissipation package for a light emitting diode, and more particularly, to a package capable of efficiently dissipating heat generated from a mounted light emitting diode.

발광다이오드(Light Emission Diode, LED)에 있어서 색이나 휘도는 매우 주요한 특성들인데, 이런 특성은 발광다이오드의 제조에 사용된 화합물 재료의 특성에 의해 결정된다. 그러나 동일한 발광다이오드 칩으로부터 보다 고휘도를 얻어내거나 적절한 휘도 각분포를 얻기 위해서는 재료개발만으로는 한계가 있으므로, 발광다이오드 칩이 실장되기 위한 패키지의 구조가 중요해진다.In light emitting diodes (LEDs), color and brightness are very important characteristics, which are determined by the properties of the compound materials used in the manufacture of the light emitting diodes. However, in order to obtain higher luminance or obtain proper luminance angle distribution from the same light emitting diode chip, there is a limit in material development alone, so the structure of a package for mounting the light emitting diode chip becomes important.

최근들어 고휘도 발광다이오드의 수요가 늘어나면서 다양한 형태의 패키지가 개발되었으나, 발광다이오드의 휘도가 높아지면서 발열에 따른 열화라는 문제가 대두되고 있다.Recently, various types of packages have been developed due to an increase in demand for high-brightness light emitting diodes. However, as the brightness of light emitting diodes increases, a problem of deterioration due to heat generation is emerging.

발광다이오드로부터 열을 방출하기 위한 종래 기술의 일례를 도 1a 및 도 1b에 나타내었다. 도 1a 종래 기술에 따른 발광다이오드 패키지의 일실시예의 단면구조를 나타낸 것이다. 종래 기술은 제1 세라믹기판(151)과 그 상부에 배치된 제2 세라믹기판(152)을 포함한다. 제1 세라믹기판(151)의 상면에는 발광다이오드 실장영역이 마련하기 위해 세라믹 시트(151b)가 덮힌다. 세라믹 시트(151b) 위에는 다시 도전성 패턴(153)이 형성되어 발광다이오드에 전원을 공급하는 전극으로 기능하게 된다. 도전성 패턴(153) 위에는 발광다이오드 칩(155)이 실장되거나 리드선이 연결된다. 그리고 발광다이오드 실장영역의 하방의 제1 세라믹기판(151)에는 관통홀로 이루어진 열방출구(H1)가 구비된다. 열방출구(H1)의 상부는 세라믹 시트(151b)로 막혀 있다. 그리고 열방출구(H1)의 내부에는 금속 페이스트가 충진되어 열방출을 촉진시킨다. 이와 같은 구조에서 열전달 경로를 살펴보면 도 1b의 개념 도에서 보는 바와 같이 열원(Heat Source)에서 발생한 열은 열방출구(H1)에 충진된 금속 페이스트를 통해 패키지의 하면으로 전달되어 방출된다. 이 때 제1 세라믹기판(151)은 금속 페이스트에 비해 열전도도가 현저히 떨어지므로 열방출에 크게 기여하지 못한다.An example of the prior art for dissipating heat from a light emitting diode is shown in FIGS. 1A and 1B. Figure 1a shows a cross-sectional structure of an embodiment of a light emitting diode package according to the prior art. The prior art includes a first ceramic substrate 151 and a second ceramic substrate 152 disposed thereon. The ceramic sheet 151b is covered on the top surface of the first ceramic substrate 151 to provide a light emitting diode mounting region. The conductive pattern 153 is again formed on the ceramic sheet 151b to function as an electrode for supplying power to the light emitting diode. The light emitting diode chip 155 is mounted or a lead wire is connected to the conductive pattern 153. The first ceramic substrate 151 below the light emitting diode mounting region is provided with a heat dissipation opening H1 formed of a through hole. The upper part of the heat discharge opening H1 is blocked by the ceramic sheet 151b. In addition, a metal paste is filled in the heat dissipation opening H1 to promote heat dissipation. Looking at the heat transfer path in such a structure as shown in the conceptual diagram of Figure 1b heat generated from the heat source (Heat Source) is transferred to the lower surface of the package through the metal paste filled in the heat discharge port (H1) is released. At this time, since the thermal conductivity of the first ceramic substrate 151 is significantly lower than that of the metal paste, the first ceramic substrate 151 does not contribute significantly to heat dissipation.

종래 기술에 따른 발광다이오드 패키지에서 열방출량을 증대시키기 위해서는 열방출구의 직경을 늘려야 하지만, 열방출구의 직경은 일정 크기 이상이 될 수 없다. 이는 세라믹이 비교적 경도가 높기 때문에 세라믹기판의 바닥 면적에 대한 관통홀의 바닥면적의 비가 일정 정도 이상이면 세라믹기판에 관통홀을 형성하는 과정에서 세라믹기판이 파손되거나, 관통홀 형성 후 세라믹기판의 기계적 내구성이 현저히 떨어질 수 있기 때문이다.In order to increase the amount of heat dissipation in the light emitting diode package according to the prior art, the diameter of the heat dissipation opening must be increased, but the diameter of the heat dissipation opening cannot be more than a predetermined size. Since the ceramic is relatively hard, if the ratio of the bottom area of the through hole to the bottom area of the ceramic substrate is higher than a certain level, the ceramic substrate is broken in the process of forming the through hole in the ceramic substrate, or the mechanical durability of the ceramic substrate after the through hole is formed. This can fall significantly.

또한, 예컨대 열방출구의 직경이 1mm 이상이면 세라믹과 금속 페이스트 사이의 열팽창률 차이로 인해 금속 페이스트가 열방출구의 개구면 위로 융기하거나 침강할 수 있다. 금속 페이스트가 융기한 경우 열방출구 위에 칩을 실장할 수 없거나, 열방출구 위에 실장된 칩이 들뜨면서 도전성 패턴과의 접속이 끊어질 수 있다. 또한 금속 페이스트가 침강한 경우 금속 페이스트가 칩과 접촉하지 못하므로 열전달 효과를 기대하기 어렵게 된다. 그리고 열방출구 위에 발광다이오드 칩을 실장하는 경우에만 열방출 효과를 얻을 수 있으므로 패키지 상에서 발광다이오드 칩이 실장될 수 있는 위치가 매우 한정된다.Also, for example, when the diameter of the heat discharge port is 1 mm or more, the metal paste may be raised or settled over the opening surface of the heat discharge port due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic and the metal paste. When the metal paste is raised, the chip may not be mounted on the heat dissipation opening, or the chip mounted on the heat dissipation opening may be lifted, thereby disconnecting the connection with the conductive pattern. In addition, when the metal paste is settled, it is difficult to expect a heat transfer effect because the metal paste does not come into contact with the chip. In addition, since the heat dissipation effect can be obtained only when the light emitting diode chip is mounted on the heat dissipation opening, the position at which the light emitting diode chip can be mounted on the package is very limited.

그리고 세라믹 시트가 열방출구와 칩의 직접적인 접촉을 막고 있으므로 열전 달량이 감소하는 문제점도 있다.In addition, since the ceramic sheet prevents direct contact between the heat dissipation port and the chip, there is a problem that the heat transfer amount is reduced.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열방출구의 직경을 크게 하지 않으면서도 열방출량을 증대시킬 수 있는 발광다이오드용 방열 패키지를 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 목적은 실장되는 발광다이오드 칩의 위치에 무관하게 효율적으로 방열할 수 있는 발광다이오드용 패키지를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat dissipation package for a light emitting diode that can increase the amount of heat dissipation without increasing the diameter of the heat dissipation port. It is also an object of the present invention to provide a package for a light emitting diode capable of efficiently dissipating heat regardless of the position of the light emitting diode chip to be mounted.

본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지는, 상하방향으로 복수의 관통구멍이 형성되고 전기부도체인 본체와, 상기 복수의 관통구멍에 각각 충진된 전도체와, 상기 본체의 상면의 일부를 덮도록 형성된 상부전도층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The heat dissipation package for a light emitting diode according to the present invention includes a main body which is formed with a plurality of through holes in an up and down direction, an electrical conductor, a conductor filled in each of the plurality of through holes, and an upper part formed to cover a part of an upper surface of the main body. It characterized in that it comprises a conductive layer.

또한 본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지에서 상기 상부전도층은, 상기 본체의 상면에 형성된 홈에 전도체가 충진되어 형성된 것이 바람직하다.In the heat dissipation package for a light emitting diode according to the present invention, the upper conductive layer is preferably formed by filling a conductor in a groove formed on an upper surface of the main body.

그리고 본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지는, 열전달율을 높이기 위해 상기 본체의 하면에 형성된 하부전도층을 더 포함하는 것이 바람직하다.The heat dissipation package for a light emitting diode according to the present invention preferably further includes a lower conductive layer formed on the lower surface of the main body in order to increase the heat transfer rate.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of a heat dissipation package for a light emitting diode according to the present invention in detail.

도 2는 본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지의 일실시예의 사시도이고, 도 3은 도 2의 실시예의 A-A선에서 본 단면도이며, 도 4는 도 2의 실시예에서 열전달 경로를 나타낸 개념도이다.Figure 2 is a perspective view of one embodiment of a heat dissipation package for a light emitting diode according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view taken from the line A-A of the embodiment of Figure 2, Figure 4 is a conceptual diagram showing a heat transfer path in the embodiment of FIG.

본체(200)는 상측에 발광다이오드 칩(400)이 실장되며, 세라믹과 같은 전기 부도체로 되어 있다. 또한 본체(200)에는 상면과 하면을 관통하여 복수의 관통구멍(210)이 형성되어 있다. 복수의 관통구멍(210)에는 각각 열전도체가 충진되어 기둥을 이룬다. 복수의 관통구멍(210)들은 각각 내부에 충진된 열전도체와 본체(200)의 열팽창률이 다르기 때문에 발생하는 문제를 무시할 수 있을 정도로 작은 직경을 가져도 된다. 그리고 본체(200)의 상면에는 발광다이오드 칩(400)과의 사이에 상부전도층(220)이 개재된다. 즉, 상부전도층(220)은 칩(400)과 직접 접촉하며, 직접 또는 리드선(410)을 통해 칩(400)에 전원을 연결하기 위한 전극으로 기능한다. 칩(400)에 전원을 연결하기 위한 다른 전극으로서 종래 기술과 같은 도전성 패턴(420)이 마련된다.The main body 200 has a light emitting diode chip 400 mounted thereon and is made of an electrical insulator such as ceramic. In addition, the main body 200 has a plurality of through holes 210 formed through the upper and lower surfaces thereof. Each of the plurality of through holes 210 is filled with a heat conductor to form a column. Each of the plurality of through holes 210 may have a diameter small enough to ignore a problem caused by different thermal expansion rates of the thermal conductor and the main body 200 filled therein. The upper conductive layer 220 is interposed between the light emitting diode chip 400 and the upper surface of the main body 200. That is, the upper conductive layer 220 is in direct contact with the chip 400, and functions as an electrode for connecting power to the chip 400 directly or through the lead wire 410. As another electrode for connecting a power source to the chip 400, a conductive pattern 420 similar to the related art is provided.

본체(200)의 하면에는 하부전도층(230)이 부착되는 것이 바람직하다. 그리고 원활한 열전달을 위해 상부전도층(220)과 하부전도층(230)은 모두 복수의 관통구멍(210)에 충진된 열전도체 기둥의 상단 및 하단에 밀착되거나 일체화 되어야 한다.The lower conductive layer 230 is preferably attached to the lower surface of the main body 200. In addition, both the upper conductive layer 220 and the lower conductive layer 230 should be in close contact with or integrated with the upper and lower ends of the thermal conductor pillars filled in the plurality of through holes 210 for smooth heat transfer.

이상에서 열전도체, 상부전도층 및 하부전도층은 본체보다 열전도도가 높은 재질이어야 한다. 특히 상부전도층(220)은 칩(400)에 전원을 연결하기 위한 도전성 패턴의 기능을 함께 수행할 수 있도록 금속 재질이어야 한다. 다시 말해, 본체의 관통구멍에 충진된 열전도체와 하부전도층은 각각 열전도체이면 족하지만, 상부전도층(220)은 열전도체인 동시에 전기전도체로 이루어져야 한다. 또한 상부전도층(220)은 열의 확산 및 전달을 원활히 하기 위해 충분한 두께를 가져야 한다. 종 래 기술에 따른 도전성 패턴의 경우, 예컨대 10 ㎛ 정도의 두께를 가진 얇은 피막이었으므로 열의 확산 또는 전도 효과를 기대할 수 없었지만, 본 발명에 따른 상부전도층(220)은 100 ㎛ 이상의 두께를 가지며, 관통구멍(210)에 충진된 열전도체와 직접 접촉하고 있으므로 충분한 열 확산 및 전도 효과를 가질 수 있다. 이와 같이 상부전도층(220)의 두께가 두꺼우므로 본체의 상면에 상부전도층을 형성하는 경우 종래 기술에 따른 도전성 패턴과 같이 정밀한 형상을 갖도록 하는 것이 곤란하다. 따라서 도 3의 단면도에서 보는 바와 같이 본체(200)의 상면에 미리 소정의 형상으로 홈을 형성하고, 그 홈에 전도체를 충진함으로써 상부전도층(220)을 형성하는 것이 바람직하다.In the above, the thermal conductor, the upper conductive layer and the lower conductive layer should be made of a material having a higher thermal conductivity than the main body. In particular, the upper conductive layer 220 must be a metal material to perform the function of the conductive pattern for connecting the power to the chip 400. In other words, the thermal conductor and the lower conductive layer filled in the through-holes of the main body may be sufficient thermal conductors, but the upper conductive layer 220 should be made of both a thermal conductor and an electrical conductor. In addition, the upper conductive layer 220 should have a sufficient thickness to facilitate the diffusion and transfer of heat. In the case of the conductive pattern according to the related art, since it was a thin film having a thickness of, for example, about 10 μm, heat diffusion or conduction effects could not be expected, the upper conductive layer 220 according to the present invention has a thickness of 100 μm or more, and Since it is in direct contact with the thermal conductor filled in the hole 210 may have a sufficient heat diffusion and conduction effect. As described above, since the upper conductive layer 220 is thick, it is difficult to form the upper conductive layer on the upper surface of the main body to have a precise shape as in the conventional conductive pattern. Therefore, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, it is preferable to form a groove in a predetermined shape on an upper surface of the main body 200 in advance, and to form the upper conductive layer 220 by filling a conductor with the groove.

이와 같은 구조에서 발광다이오드 칩(400)에 전원이 연결되면, 도 4에 도시한 바와 같이 발광다이오드 칩이 열원(Heat Source)이 된다. 열원으로부터의 열은 먼저 상부전도층(220)에 전도되어 상부전도층(220) 전체로 확산되고, 복수의 관통구멍(210)에 충진된 열전도체 기둥을 따라 본체(200)의 하부로 전달되어 방출된다. 이 때 하부전도층(230)이 구비되어 있다면 열전도체 기둥으로부터 전달받은 열이 하부전도층(230) 전체로 확산되므로 열방출 효과가 증대된다. 따라서 열전도도가 현저히 낮은 본체(200)만으로 이루어진 경우에 비해 월등한 방열 효과를 가질 수 있다.In this structure, when a power source is connected to the LED chip 400, the LED chip becomes a heat source as shown in FIG. Heat from the heat source is first conducted to the upper conductive layer 220 and diffused to the entire upper conductive layer 220, and is transferred to the lower part of the main body 200 along the heat conductor pillars filled in the plurality of through holes 210. Is released. At this time, if the lower conductive layer 230 is provided, the heat transmitted from the heat conductor pillar is diffused to the entire lower conductive layer 230, thereby increasing the heat dissipation effect. Therefore, the heat dissipation effect may be superior to that of the main body 200 having a significantly low thermal conductivity.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명을 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 발광다이오드용 방열 패키지는 본체에 복수의 관통구멍을 형성하고 열전도체를 충진함으로써 보다 작은 직경의 관통구멍으로도 충분한 열을 전달할 수 있으므로 본체에 큰 직경을 가진 관통구멍을 형성할 때 생기는 문제점을 해결할 수 있다. 또한 상부전도층이 본체의 상면에 폭넓게 형성되어 있으므로 칩의 위치에 무관하게 일정한 수준의 방열 효과를 얻을 수 있다. 나아가 하부전도층이 구비된 경우에는 방열 효과가 극대화된다.As described above, the heat dissipation package for the light emitting diode according to the present invention forms a plurality of through holes in the main body and fills the heat conductor so that sufficient heat can be transferred to the through holes having a smaller diameter. The problem that occurs when forming a hole can be solved. In addition, since the upper conductive layer is widely formed on the upper surface of the main body, a certain level of heat dissipation effect can be obtained regardless of the position of the chip. Furthermore, when the lower conductive layer is provided, the heat dissipation effect is maximized.

Claims (3)

상하방향으로 복수의 관통구멍이 형성되고 전기부도체인 본체와,A main body which is formed of a plurality of through holes in the vertical direction and is an electrical 상기 복수의 관통구멍에 각각 충진된 전도체와,Conductors respectively filled in the plurality of through holes, 상기 본체의 상면의 일부를 덮도록 형성된 상부전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 방열 패키지.The heat dissipation package for a light emitting diode comprising a top conductive layer formed to cover a portion of the upper surface of the main body. 제1항에 있어서, 상기 상부전도층은,The method of claim 1, wherein the upper conductive layer, 상기 본체의 상면에 형성된 홈에 전도체가 충진되어 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 방열 패키지.The heat dissipation package for a light emitting diode, characterized in that the conductor is filled in the groove formed on the upper surface of the main body. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 본체의 하면에 형성된 하부전도층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드용 방열 패키지.The heat dissipation package for a light emitting diode, characterized in that it further comprises a lower conductive layer formed on the lower surface of the main body.
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