KR20070042710A - 엘이디 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판; 상기 기판 위에 형성된 하나 이상의 전극들; 상기 전극에 전기적으로 연결되는 LED; 상기 기판을 관통하여 열전도성 재질이 구비된 다수의 전도홀; 상기 전도홀에 접합하여 상기 기판의 아랫면에 구비되는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지에 관한 것이다.
LED 패키지, 전도홀, 히트 싱크, 방열

Description

엘이디 패키지{Package of light emitting diode}
도 1a 내지 도 1c는 종래의 LED 패키지 구조를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 기판을 이용한 LED 패키지의 실시예 단면을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 LED 패키지의 실시예 상부면을 도시한 상면도.
도 4는 본 발명에 따른 LED 패키지에서 반사부재의 다른 형태를 도시한 예시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
200: LED 패키지 210: LED
220: 반사부재 230,231: 와이어
240: 세라믹 기판 250: 접합 돌출부
260,261: 전극 270: 히트 싱크
280: 전도 홀
본 발명은 LED의 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹 패키지의 열 방출 특성을 향상시킬 수 있는 LED의 패키지 구조에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emission diode, 이하, LED라 함)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
일반적으로, LED 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 고출력 발광 및 휘도, 발광색의 범위 등이 있고, 이러한 LED 소자의 특성은 1차적으로는 LED소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다. 고휘도와 사용자 요구에 따른 휘도 각 분포를 얻기 위해서는 재료개발 등에 의한 1차적인 요소만으로는 한계가 있어 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다.
특히, LED 패키지 구조에 의한 2차적인 요인은 휘도와 고출력 발광에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 전형적인 램프형 LED와 표면실장형 LED의 각 패키지구조를 비교해 보면, 도 1a에 도시된 램프형 LED 패키지(10)인 경우에는 두 개의 리드 프레임(3a,3b) 중 하나의 리드 프레임(3b) 상부는 컵형상으로 일정한 각을 갖는 금속 전극면을 구비하여 그 상부에 LED소자(5)가 실장되며, 또한 투명 몰딩 수지류로 이루어진 반구형 케이스(7)에 의해 패키징되는 구조를 갖는다. 반면에 도 1b에 도시된 표면 실장형 LED패키지(20)는 몰딩 에폭시 수지로 이루어진 패키지(11)를 가지며, 외형각이 작은 실장영역에 LED소자(15)가 배치되고 와이어(13)로 전극(도시되지 않음)과 연결되는 구조로 이루어진다.
이와 같은 패키지 구조에 의해서, 램프형 LED 패키지(10)는 반구형의 케이스 (7)가 렌즈역할을 하여 휘도를 조절할 수 있으며, 특히, 휘도 분포를 좁게 조절하여 일정 각에서 휘도를 높일 수 있고, 동시에 발광 원으로부터 빛이 컵 형인 금속 전극 판에 의해 반사되어 휘도의 세기를 증대시킬 수 있다. 이에 비해, 표면 실장형 LED 패키지(20)에서는 패키지에 의해 넓은 휘도의 분포를 가지며, 그 휘도도 낮다. 이와 같이, 휘도와 휘도 분포는 패키지 구조에 의해 큰 영향을 받는다. 따라서, 몰딩 수지류를 이용하는 표면 실장형 LED 패키지의 경우에, 실장영역 측면에 일정한 반사각 구조로 형성하여 금속을 도금하는 방식으로 반사체를 추가하는 식의 개발이 진행되고 있다.
하지만, 이와 같은 구조의 LED 패키지는 몰딩 수지류에 의한 패키지를 이용하므로 고출력 발광시 발생하는 열에 대한 내구성이 약해 고출력 발광에 적합하지 않다.
도 1c는 종래의 세라믹 기판으로 형성된 LED 패키지의 단면도이다. 도 1c를 참조하면, 상기 LED 패키지구조(30)는 각각 복수 개의 세라믹 시트가 적층된 구조를 갖는 두 개의 세라믹기판(21,22)으로 구성된다. 하부에 배치된 세라믹기판(21)은 상면에 LED소자(25)의 실장영역을 가지며, 상기 LED소자(25)에 와이어(27)로 연결된 전극(23)은 그 실장영역에서부터 양측면을 통해 하면까지 연장된다. 상부에 배치된 세라믹기판(22)은 상기 LED소자(25)의 실장영역을 둘러싸도록 소정의 캐비티가 형성되어 있다. 여기서, LED 소자의 실장영역을 위한 캐비티는 펀칭이나 절단공정으로 형성되므로 도시된 바와 같이 절개면이 항상 수직으로 형성된다.
이와 같이 세라믹 기판을 이용한 패키지의 경우에는, 고출력 발광시 발생하 는 열이 전극(23)을 통해서만 방열 되기 때문에 LED 소자의 특성에 악영향을 미친다. 따라서, 세라믹 패키지에서의 열을 효율적으로 방출할 수 있는 LED 패키지가 강하게 요구되어 왔다.
본 발명은 휘도 및 각도에 따른 휘도 조절이 용이할 뿐만 아니라 열을 효율적으로 방출시킬 수 있는 LED 패키지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구성의 LED 패키지를 제조함으로써 제조 공정상의 편의를 도모하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판; 상기 기판 위에 형성된 하나 이상의 전극들; 상기 전극에 전기적으로 연결되는 LED; 상기 기판을 관통하여 열전도성 재질이 구비된 다수의 전도홀; 상기 전도홀에 접합하여 상기 기판의 아랫면에 구비되는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 패키지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 패키지(200)는 세라믹 기판(240)상에 실장되는 LED(210), LED(210)의 실장영역을 둘러싼 반사 부재(220), 세라믹 기판(240)상에 구비되어 LED(210)에 대한 전기적 연결을 이루는 전극(260,261)과 와이 어(230,231), 및 LED(210)에서 발생하는 열을 방열하기 위한 히트 싱크(270)와 전도 홀(280)로 각각 구성되어 있다.
반사 부재(220)는 높은 반사도의 코팅 막을 갖는 PP(polypropylene)의 재질로 구성될 수 있으며, 도시된 바와 같이 원통형으로 이루어질 수 있다. 반사 부재(220)의 형상은 상부 직경이 하부 직경보다 크게 형성하는 것이 바람직하고, 그 이유는 반사 부재(220)를 원통 형상으로 구성하여 실장영역에 삽입하는 것만으로도 일정한 휘도 증폭은 기대되지만, 상부 직경보다 작은 하부 직경을 갖도록 하여 그 직경 차이를 조절함으로써 상향되는 발광의 휘도와 그에 따른 휘도 세기를 증가시키는 것이 보다 바람직하기 때문이다.
이러한 반사 부재(220)는 PP 등의 재질을 이용하여 사출 성형방법으로 용이하게 제조될 수 있으며, 반사기능을 위해 이 PP 재질의 반사부재(220) 표면에 Al, Ag 등의 금속 막(도시하지 않음)을 형성한다. 또한, 반사 부재(220)는 하부밑면 부분에 세라믹 기판(240)과 결합하기 위한 다수의 접합 돌출부(250)를 구비할 수 있다.
전극(260,261)은 각각 전기적 전도성과 열전도성을 위해 구비되는데, 전극(260)은 도 3에 도시된 바와 같이 세라믹 기판(240)의 측면을 통해 하측 면까지 연장되고, 와이어(230,231)를 통해 LED(210)에 구동전류를 공급한다.
히트 싱크(270)는 LED(210)에 대응하여 세라믹 기판(240)의 하측 면에 소정 형태, 예를 들어 원형 또는 사각형으로 구비되어 전도 홀(280)과 접합하여 전도 홀(280)을 통해 전도되는 LED(210)의 열을 방열하는 역할을 수행한다.
전도 홀(280)은 세라믹 기판(240)에 직경이 약 50㎛ 내지 100㎛의 홀을 다수 형성하고, 전기도금 또는 금속 증착 기술을 이용하여 금속재질 예컨대, Ag를 충진하여 형성되며 히트 싱크(270)와 접합된다.
이와 같은 구성의 LED 패키지(200)를 구성하는 과정에 있어서, 먼저 단층 세라믹 기판(240)에 다수의 전도 홀(280)을 기계적 방법 또는 화학적 에칭방법을 이용하여 형성하고, 이렇게 형성된 전도 홀(280)에 대해 전기도금 또는 금속 증착 기술을 적용하여 Ag를 충진시킨다.
전도 홀(280)에 Ag를 충진한 후, 전도 홀(280) 모두가 덮이도록 전극(260)과 히트 싱크(270)를 형성하고, 전극(260) 상의 소정 위치에 LED(210)를 실장하게 된다.
이어서, 와이어(230,231)가 각각 LED(210)와 전극(261,260)에 연결되어 형성되고, 반사 부재(220)는 다수의 접합 돌출부(250)를 이용하여 LED(210)의 실장영역을 중심으로 세라믹 기판(240)에 실리콘계 본딩 재료로 본딩 접합된다. 여기서, 반사부재(220)은 도 3에 도시된 원형 형태 이외에, 도 4에 도시된 바와 같이 사각형의 반사 부재(220)를 이용하여 본딩 접합될 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실시예인 LED 패키지(200)가 구성되고, 이 상태에서 LED(210)위에 투명한 에폭시 수지 또는 실리콘계 수지를 충진시켜 몰딩 렌즈(도시하지 않음)를 형성한다.
이와 같이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 구조는 LED(210)에서 발생하는 열이 전극(260), 전도 홀(280), 및 히트 싱크(270)로 전달되어 방열되므 로, LED 소자의 열에 의한 열화 및 열응력 등의 문제 해결에 큰 장점이 있다.
따라서, LED(210)의 실장 부분에 구비된 전도 홀(280)을 통해 하측 면으로 LED(210)에서 발생하는 열을 최단거리로 방열할 수 있기 때문에, LED(210)의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 단층 세라믹 기판(240)에 반사 부재(220)를 간단하게 본딩하므로, 세라믹 패키지 제작 공정이 간소화된다.
또한, 반사 부재(220)가 종래의 금속 재질이 아닌 PP재질로 형성되므로 세라믹 패키지의 무게를 줄일 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 LED에서 발생하는 열을 최단거리로 방열할 수 있으므로, LED의 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 단층 세라믹 패키지에 반사 부재를 간단하게 본딩하므로, 세라믹 패키지 제작 공정이 간소화되고 반사 부재의 재질과 반사 코팅막을 통해 휘도 특성을 향상시키는 패키지이다.

Claims (5)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 형성된 하나 이상의 전극들;
    상기 전극에 전기적으로 연결되는 LED;
    상기 기판을 관통하여 열전도성 재질이 구비된 다수의 전도홀;
    상기 전도홀에 접합하여 상기 기판의 아랫면에 구비되는 히트 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED의 실장영역을 중심으로 둘러싸고 상기 전극들 위에 구비되는 반사부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사부재의 하부면 일측에는 상기 기판에 접합하는 다수의 접합 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 반사 부재는 상부 직경이 하부 직경보다 크게 형성되고, 내측면 상에 반사막이 코팅되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도 홀에는 금속 재질이 충진되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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