KR20070067450A - Ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기설정된 형태의 홀이 구현된 방열판; 상기 홀을 제외한 방열판 상에 구비된 인쇄회로기판; 상기 홀의 기저면에 위치하는 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 실장된 LED; 상기 서브 마운트 상의 LED를 에워싸고, 리드 프레임이 내측과 외측으로 돌출되고 서로 연결 형성되어 구비된 반사 부재; 상기 LED로부터 상기 반사 부재의 내측 리드 프레임에 연결된 전기적 연결 수단; 및 상기 서브 마운트 상의 LED와 상기 반사 부재 사이의 공간을 채우는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 구조에 관한 것이다.
LED의 패키지, 반사 부재, 모듈

Description

ＬＥＤ 패키지{Pakage of light emitting diode}
도 1은 종래의 LED의 패키지를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 LED의 패키지를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 LED의 패키지를 형성하는 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 LED의 패키지를 형성하기 위한 과정을 도시하는 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 방열판 2: 반사 부재
3: 리드 프레임 3-1: 솔더
4: LED 5: PCB
6: 와이어 7: 몰딩부
8: 홀 9: 서브 마운트
본 발명은 LED의 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED의 패키지 제작 상의 간편성을 향상시킬 수 있도록 모듈화한 LED의 패키지에 관한 것이다.
LED(light emission diode)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 색(color) 및 휘도, 휘도 세기의 범위 등이 있고, 이러한 LED 소자의 특성은 1차적으로는 LED 소자에 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, LED는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착된 표면 실장(SMD: Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다.
이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD 형으로 개발되고 있다. 이러한 SMD형의 LED 램프는 기존의 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등으로 사용된다.
상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전동 등 요구되는 휘도의 량도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 LED가 널리 쓰이고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 패키지를 예시적으로 도시한 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 LED 패키지 구조는 PCB(200)에 LED(210)를 실장할 반사 홀을 형성한 다음 내부에 Ag 금속으로 반사 코팅층(201)을 형성하고, 반사 코팅층(201)은 LED(210)에 전원을 인가할 패키지 전극(230, 220)과 연결된다.
즉, PCB(200) 상에 형성된 반사홀 내측에 형성되는 반사 코팅층(201)은 중심 영역이 전기적으로 단선된 구조를 하도록 형성한다.
이와 같이 PCB(200) 상에 반사 코팅층(201)이 형성되면, LED(210)를 반사홀 하측에 실장하고, LED(210)의 P 전극과 N 전극을 반사 코팅층(201) 상에 전기적으로 연결한다.
상기와 같이 LED(210)가 실장되면, 반사 코팅층(201)의 양측에 캐소드 전극(220)과 애노드 전극(230)을 솔더 본딩 방식에 의하여 형성한다. 그런 다음, LED(210)가 실장되어 있는 PCB(200)의 반사홀 상에 와이어(218)의 산화 방지와 공기저항에 의한 광손실을 줄이면서 열전도율을 높이기 위하여 이후 구비되는 몰드 렌즈(250)와 굴절율이 비슷한 충진제(231)를 주입한다.
이렇게 조립된 LED 패키지는 상기 LED(210)에서 발생한 광을 반사 코팅층(201)에서 반사시킨 다음, 몰드 렌즈(250)를 통하여 외부로 발산하게 된다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 LED 패키지는 PCB상에 LED를 실장하는 경우의 문제점, 예를 들면 경사각을 갖는 반사 홀 가공의 어려움, Ag로 반사 코팅층을 형성하는 경우의 어려움, PCB의 한정된 두께에 의해 반사 홀의 깊이가 제한받는 다는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 PCB상에 LED를 패키지하는 경우, 패키지를 간편하게 하기 위해 모듈화한 LED의 패키지를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 선 광원 또는 면 광원용으로 다수의 모듈화한 LED의 패키지를 이용하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기설정된 형태의 홀이 구현된 방열판; 상기 홀을 제외한 방열판 상에 구비된 인쇄회로기판; 상기 홀의 기저면에 위치하는 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 실장된 LED; 상기 서브 마운트 상의 LED를 에워싸고, 리드 프레임이 내측과 외측으로 돌출되고 서로 연결 형성되어 구비된 반사 부재; 상기 LED로부터 상기 반사 부재의 내측 리드 프레임에 연결된 전기적 연결 수단; 및 상기 서브 마운트 상의 LED와 상기 반사 부재 사이의 공간을 채우는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 구조에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 방열판과 인쇄회로기판을 기설정된 형태의 홀을 형성하는 홀 형성단계; 상기 홀의 내부 기저 면에 LED를 장착하는 LED 장착단계; 리드 프레임이 내측과 외측으로 돌출되어 연결 형성되어 구비된 반사 부재를 상기 홀의 LED를 에워싸도록 장착하는 반사 부재 장착단계; 상기 LED와 상기 인쇄회로기판 사이에 전기적 연결을 형성하는 전기적 연결단계; 상기 LED와 상기 반사 부재의 실장 영역에 몰딩부를 형성하는 몰딩부 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED의 패키지를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED의 패키지는 금속성의 방열판(1), 방열판(1) 상에 구비된 PCB(5), 방열판(1)과 PCB(5)에 형성된 홀(8)에 구비된 서브 마운트(9) 상에 실장된 LED(4), LED(4)로 연결된 와이어(6)와 연결된 리드 프레임(3), 리드 프레임(3)을 내부에 포함하여 방열판(1)과 PCB(5)의 홀(8)에 접합 되는 반사부재(2), 및 LED(4)를 보호하고 집광효과를 얻기 위하여 투명 에폭시 또는 실리콘과 같은 재질을 주입한 몰딩부(7)로 구성된다.
방열판(1)은 LED(4)와 같은 발열 소자로부터 열을 흡수하고 흡수한 열을 외부로 방출하는 금속성 재질의 냉각 수단으로서, 200 내지 400㎛의 소정 두께를 가진다.
반사 부재(2)는 플라스틱 재질, 예컨대 PC, PCABS, PPA, 나일론, PET, PBT 등을 사출 성형하여 형성할 수 있고, 방열판(1)과 PCB(5)를 밀링이나 드릴링하거나 또는 화학적 에칭에 의해 형성된 홀(8)에 페이스트를 이용하여 접합되며 반사 부재(2)의 내부에는 와이어(6)와 연결된 리드 프레임(3)을 포함한다. 여기서, 리드 프레임(3)은 와이어(6)와 연결되어 LED(4)를 외부전원에 전기적으로 연결하는데 사용되고, 반사 부재(2) 외부로 돌출되어 PCB(5)에 맞물려 접착하기에 적합한 형태로 되어 있다.
또한, 반사 부재(2)는 홀(8)에 페이스트를 이용하여 접합될 때, 안정적인 접합을 위해 하나 이상의 걸림턱을 가진 단차 구조로 형성되어 홀(8)에 맞물려 접착되고, 반사 부재(2)의 표면상에는 반사 효율을 향상시키기 위해 Sn, Ag 등의 금속 막(도시하지 않음) 상에 예를 들어, 프탈로시아닌(phthalocyanine)을 코팅할 수 있다.
서브 마운트(9)는 SiOB(Silicon Optical Bench: 실리콘 광학 벤치)의 서브마운트로서, LED(4)를 플립 본딩하여 전기적 연결을 하기 위한 COB(Chip On Bonding) 구조를 위해 구비된다.
이와 같은 구성의 패키지 구조에서, 반사 부재(2)는 도 3에 도시된 바와 같이 리드 프레임(3)을 포함한 모듈 형태로 방열판(1)과 PCB(5) 상에 형성된 홀(8)에 페이스트를 이용하여 간단하게 압착되고, 원통형으로 이루어질 수 있다. 반사 부재(2)의 형상은 상부 직경이 하부 직경보다 크게 구성하는 것이 바람직하다. 반사 부재(2)를 원통 형상으로 구성하여 실장영역에 삽입하는 것만으로도 일정한 휘도 증폭은 기대되지만, 상부 직경보다 작은 하부 직경을 갖도록 하여 그 직경 차이를 조절함으로써 상향되는 발광의 휘도 분포와 휘도 세기를 증가시키는 것이 보다 바람직하다.
또한, 다수의 반사 부재(2)가 방열판(1)과 PCB(5) 상에 구비되어 선광원 또는 면광원으로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 LED의 패키지를 형성하기 위한 과정을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 LED의 패키지를 형성하기 위한 과정을 도시하는 흐름 도이다.
먼저, 방열판(1) 상에 페이스트를 이용하여 접착된 PCB(5)를 포함하여, 방열판(1)과 PCB(5)를 도 3에 도시된 바와 같이 소정 형태, 예컨대 원형으로 홀(8)을 형성한다(S401). 여기서, 홀(8)은 밀링이나 드릴링과 같은 기계적 방법으로 형성되거나 또는 반도체 공정기술인 에칭 방법으로 형성될 수 있으며, 원형 이외에 사각형으로 형성될 수 있다.
홀(8)을 형성한 후, 홀(8)의 내부 밑면에 열전도성 접착용 실리콘을 이용하여 서브 마운트(9)가 접착되고, 접착된 서브 마운트(9) 상에 LED(4)를 플립 본딩하여 장착한다(S402). 이때, 서브 마운트(9) 상에 LED(4)를 본딩하기 위해 솔더링 페이스트를 서브 마운트(9) 상에 도포하고 LED(4)를 본딩할 수 있다.
서브 마운트(9) 상에 LED(4)를 구비한 후, 홀(8)에 대해 LED(4)를 중심으로 하여 반사 부재(2)를 접착한다(S403). 반사 부재(2)를 접착하기 위해서, 홀(8)의 내측 원주면에는 페이스트를 도포하여 반사 부재(2)를 접착하고, 도 2에 도시된 바와 같이 반사 부재(2)에는 하나의 걸림턱을 가지므로 걸림턱이 홀(8) 내의 방열판(1)에 맞물려 안정적으로 접착된다.
반사 부재(2)를 홀(8)에 구비한 후, 반사 부재(2)에 구비된 리드 프레임(3)중 홀(8) 내측의 리드 프레임(3)부분에 와이어(6)를 본딩하여 LED(4)와 리드 프레임(3) 사이의 전기적 연결을 형성한다(S404). 여기서, 와이어(6) 본딩을 통해 LED(4)와 리드 프레임(3) 사이의 전기적 연결을 형성함과 동시에 리드 프레임(3)과 PCB(5)사이에 전기적 접합을 위해 솔더(3-1)를 접합한다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 반사 부재(2)에 와이어(6)가 연결된 패키지가 완성되고, 이 상태에서 LED(4)와 반사 부재(2)의 실장영역에 LED(4)를 보호하고 집광효과를 얻기 위하여 투명 에폭시 또는 실리콘으로 LED(4)를 둘러싸도록 주입하여 몰딩부(7)를 형성한다(S405).
몰딩부(7)에는 광학적 특성을 위해 확산제를 첨가할 수도 있고, 백색광을 발생시키거나 LED(4)의 발광파장과 상이한 파장으로 발광하기 위해 형광체를 주입할 수도 있다. 또한, 몰딩부(7)의 형태는 볼록 또는 오목 형상으로 형성될 수 있고, 또는 부가적으로 도 2에 도시된 바와 같이 평평하게 형성된 몰딩부(7) 상에 반구형 렌즈(도시하지 않음)를 구비하여 LED(4)로부터 발산되는 광의 휘도 분포와 휘도 세기를 조절하는 부가 수단으로 활용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 반사 부재(2)는 다수의 개수로 도 3에 도시된 바와 같이 방열판(1)과 PCB(5)상에 접착 구비되어 LED(4)를 실장하여 선광원 또는 면광원으로 구성될 수 있으므로, 형광램프(CCFL)를 대체하여 LCD의 백라이트 유닛(back-light unit)으로 이용될 수 있다.
또한, LED(4)의 실장 부분에 구비된 서브 마운트(9)을 통해 LED(4)에서 발생하는 열을 방열판(1)으로 최단 거리로 방열할 수 있기 때문에, LED(4)의 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 방열판(1)과 PCB(5)상에 반사 부재(2)를 간단하게 접착 본딩하므로, LED 패키지 제작 공정이 간소화된다.
그리고, 반사 부재(2)가 종래의 금속 재질이 아닌 플라스틱 재질로 형성되므로 LED 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 제작 공정이 간소화된 LED 패키지 형성방법을 제공하여 LED 패키지의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 플라스틱 재질의 반사 부재를 포함한 LED 패키지 모듈을 이용함으로써 LED 패키지의 무게를 줄일 수 있고, 다수의 LED 패키지 모듈을 이용하여 다수의 LED의 패키지 모듈 상에 반사판, 도광판, 확산판, 프리즘판, 및 보호판을 순차적으로 구비한 LCD 백라이트 유닛을 형성할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기설정된 형태의 홀이 구현된 방열판;
    상기 홀을 제외한 방열판 상에 구비된 인쇄회로기판;
    상기 홀의 기저면에 위치하는 서브 마운트;
    상기 서브 마운트 상에 실장된 LED;
    상기 서브 마운트 상의 LED를 에워싸고, 리드 프레임이 내측과 외측으로 돌출되고 서로 연결 형성되어 구비된 반사 부재;
    상기 LED로부터 상기 반사 부재의 내측 리드 프레임에 연결된 전기적 연결 수단; 및
    상기 서브 마운트 상의 LED와 상기 반사 부재 사이의 공간을 채우는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀의 기설정된 형태는 기설정된 깊이로 식각된 걸림턱을 가진 원통 형태이고,
    상기 반사 부재는 상기 홀의 걸림턱에 끼워져 맞물리고 상부 직경이 하부 직경보다 크게 형성된 플라스틱 재질의 부재이며, 내측면 상에 반사 막이 코팅된 것을 특징으로 하는 LED의 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 PPA의 재질로 형성되고, 상기 반사 막은 금속 막 상에 프탈로시아닌(phthalocyanine)을 코팅한 막인 것을 특징으로 하는 LED의 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 부재의 외측 리드 프레임은 상기 인쇄회로기판에 솔더를 이용하여 연결되는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 연결 수단은 와이어이고 상기 반사 부재의 내측 리드 프레임에 와이어 본딩으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지.
  6. 방열판과 인쇄회로기판을 기설정된 형태의 홀을 형성하는 홀 형성단계;
    상기 홀의 내부 기저 면에 LED를 장착하는 LED 장착단계;
    리드 프레임이 내측과 외측으로 돌출되어 연결 형성되어 구비된 반사 부재를 상기 홀의 LED를 에워싸도록 장착하는 반사 부재 장착단계;
    상기 LED와 상기 인쇄회로기판 사이에 전기적 연결을 형성하는 전기적 연결단계;
    상기 LED와 상기 반사 부재의 실장 영역에 몰딩부를 형성하는 몰딩부 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 홀 형성단계에서 상기 기설정된 형태의 홀은 원통 형태 또는 다각통 형태이고,
    상기 방열판과 상기 인쇄회로기판 사이에는 걸림턱을 형성하는 걸림턱 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 LED 장착단계는
    상기 홀의 기저면에 열전도성 접착용 실리콘을 이용하여 서브 마운트를 접착하는 서브 마운트 접착단계; 및
    상기 서브 마운트 상에 LED를 플립 본딩하는 LED 본딩단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사 부재 장착단계에서
    상기 반사 부재는 상기 홀의 걸림턱에 끼워져 맞물리고 상부 직경이 하부 직경보다 크게 형성된 플라스틱 재질의 부재이며, 내측면 상에 반사 막이 코팅된 것을 특징으로 LED의 패키지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사 부재는 PPA의 재질로 형성되고 상기 반사 막은 금속 막 상에 프탈로시아닌(phthalocyanine)을 코팅한 막인 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사 부재 장착단계는
    상기 홀의 내측 원주면에 페이스트를 도포하여 상기 반사 부재를 접착하여 구비되는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기적 연결단계는
    상기 반사 부재에 구비된 리드 프레임중 내측의 리드 프레임에 와이어를 본딩하는 와이어 본딩단계; 및
    상기 리드 프레임중 외측의 리드 프레임과 인쇄회로기판 사이에 전기적 접합을 위해 솔더링을 하는 솔더링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 몰딩부 형성단계에서
    상기 몰딩부는 투명 에폭시 또는 실리콘을 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 몰딩부 형성단계는
    상기 몰딩부 상에 반구형 렌즈를 구비하는 반구형 렌즈 구비단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 패키지 방법.
  15. 제 1 항에 따른 LED의 패키지를 다수 포함하고,
    상기 다수의 LED의 패키지 상에 반사판, 도광판, 확산판, 프리즘판, 및 보호판을 순차적으로 구비하여 형성되는 LCD 백라이트 유닛.
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