KR20080022460A - 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회로기판의 금속판이 패키지의 하부에 위치하도록 하여 금속판이 리드 및 열통로로서 기능하도록 할 수 있도록 하여 소형 박형화의 형상 및 특성을 유지하면서 대전류 구동의 기능성과 특히 성능의 향상, 즉 효율의 획기적 개선을 얻을 수 있는 서브 마운트 타입 타입의 발광 다이오드 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 금속층을 포함하는 기판; 상기 기판의 금속층 위에 집적하여 실장되는 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩 위에 몰드형성되는 광 추출부; 상기 발광 다이오드 칩이 실장된 상기 기판의 금속층과 상기 광 추출부를 제외하고 상기 금속층의 하부를 모두 제거하여 제작하는 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지를 제공한다.

발광 다이오드, LED, 패키지, 서브 마운트 타입, SML

Description

서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 및 이의 제조방법{Sub Mounted LED Package and Methoe of the same}

도 1은 열관통 구조가 형성된 종래의 LED 패키지를 도시한 도면이다.

도 2는 금속슬러그 주조 열통로가 형성된 종래의 LED 패키지를 도시한 도면이다.

도 3은 열방출성 AlN 프레임으로 구성된 종래의 패키지를 도시한 도면이다.

도 4는 회로기판을 사용한 종래의 LED 패키지를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지의 제조공정을 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예를 도시한 도면으로, (a)는 반사구조가 있는 경우, (b)는 반사구조가 없는 경우를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지의 또 다른 실시예를 도시한 것으로 (a)는 반사구조가 있는 경우, (b)는 반사구조가 없는 경우를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지의 또 다른 실시예를 도시한 것으로 (a)는 반사구조가 있는 경우, (b)는 반사구조가 없는 경우를 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 기판 10: 발광 다이오드 칩

13,14: 금속층 15: 와이어

17: 절연부 19: 광 추출부

23,25,27: 광 가이드

본 발명은 회로기판의 금속판이 패키지의 최종 하부에 위치하도록 하여 금속판이 리드 및 열통로로서 기능하도록 할 수 있도록 하며, 소형 박형화의 형상 및 특성을 유지하면서 대전류 구동의 기능성과 특히 성능의 향상, 즉 효율의 획기적 개선을 얻을 수 있는 서브 마운트 타입(Sub Mounted Type, SML)의 발광 다이오드 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 LED(Light Emitting Diode) 램프는, LED 칩을 리드프레임에 실장 및 몰딩하고(보통 패키징이라함), 이를 다시 회로기판에 재 실장하여 시스템에 응용하거나 모듈형태의 부품으로 이용하여 왔다. 이때 패키징 LED램프의 종류로는 캐스팅 몰딩 공법을 이용한 포탄형 타입 LED 램프, 트랜스퍼 또는 인젝션 몰딩 방법을 이용한 소형 SMD 타입 LED 램프, 기타 사출 기법으로 만든 리드프레임에 디스펜싱 몰 딩 방법을 이용한 SMD 타입 LED 램프 등이 있다.

도 1은 대전류에서 구동이 가능한 종래의 LED 패키지를 도시한 것으로, 열관통구조가 장착된 알루미나 세라믹 패키지의 도면이다. 알루미나(Alumina)와 같은 세라믹재질의 절연층(103)을 사이에 두고 리드(101)를 형성하고, 절연층을 관통하도록 관통홀(107)을 형성하여 이를 열방출통로로 사용하게 된다. 열방출통로는 방열패드(105)와 연결되어 있다. 또한 리드 상부에 칩(110)이 실장되는 공간이 마련되고, 칩 실장공간에 반사판(112) 및 지지대(114)가 형성된다.

도 2는 폴리머 계열의 절연층(203)을 사용하였다. 리드(201) 및 방열패드(205)가 절연층을 사이에두고 형성되며, 금속(Cu) 슬러그로 주조된 열 통로(207)가 방열패드(205)에 연결되어 형성된다. 도 3은 열방출성 프레임으로 구성된 AlN LED 패키지를 도시한 것이다. 리드(301)는 AlN 성분의 열방출성 세라믹을 감싸도록 형성되며, 열방출성 세라믹(303)의 후면에 형성된 열방출패드(305)를 통해 열방출 통로가 마련된다.

이와 같이 열 및 전기 도전성을 갖는 리드를 세라믹 재료나 수지계 재료를 사용하여 사출하여 LED 패키지의 리드프레임으로 사용하는 방식은 리드프레임 자체의 가격이 높아 경제성이 떨어지거나, 생산 측면에서 등외품이 비율이 높아져 가격 저하의 방해요인이 되어왔다. 특히 열방출 구조를 제작하는데 비용이 발생하여 재료비의 상승요인이 있었다. 또한 AlN 재질의 박형 반도체 기판을 사용하는 경우는 재질 자체의 가격도 문제이지만, 보통 대전류 구동이 불가능하거나 저효율을 갖는 문제가 있다.

더구나, 상기 도 1 내지 도 3에서와 같이 리드프레임을 사용하여 패키지를 하는 경우, 패키징을 하기 전에 칩의 성능, 즉 lv(밝기), 빛의 파장 에너지, 소자 전기저항(Vf) 등에 대한 정보를 정확히 알 수 없어 패키징된 LED 램프를 제작해야만 소자의 특성을 정확하게 알 수 있게 되는 문제가 있다.

또한, 리드프레임을 사용하여 패키징을 하는 경우, 칩의 중심 파장 에너지 및 스펙트럼, 광속에 따라 형광체의 농도를 다르게 해야 하는데, 디스펜싱 공법을 이용하여서는 균일한 패키징 특성을 얻는 것이 어렵게 된다. 또한 디스펜싱 공법에서 매우 높은 토출량의 정밀도를 필요로 하므로, 균일한 패키징 특성을 얻기가 어렵다. 이는 결국 재고관리의 필요성과 가격의 부담요인으로 작용하게 된다.

한편, 리드프레임을 사용하여 패키징 하는 경우, 트랜스퍼 몰딩 방식이나 캐스팅 몰딩 방식을 사용하여 광 추출부(렌즈부)를 형성하거나, 또는 이미 제작되어진 렌즈를 접착함으로써 렌즈부를 형성하는 방법도 있다. 그러나, 이러한 방식은 공정의 수가 증가하고, 리드프레임 가격이 높은 문제가 있고, 생산 수율이 저하되어 전체적인 패키지의 가격 상승의 요인이 되는 문제가 있다.

도 4는 회로기판을 이용한 박형 LED 패키지의 종래 구조를 도시한 도면이다. 도 4(a)에서 발광 다이오드 칩(410)을 회로기판(403)의 평면상에 실장하고 있으며, 회로기판(403)은 미리 리드(401)를 형성하게 된다. 칩(410)은 형광체(415)를 포함한 몰딩부(413)에 의해 감싸진다. 이와 같은 구조는 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖기 힘든 단점이 있다. 보통 칩으로부터의 방출관은 광반사판에서 반사하여 지 향성을 가져야 그 효율이 높아질 수 있다. 반면 도 4에서와 같이 회로기판을 사용하는 경우 이러한 지향성을 갖기 힘들 뿐더러, 기타 광 이용효율 등에서 리드프레임 기판에 비하여 전반적으로 성능의 저하가 발생하게 된다. 특히 열방출 측면에서 열저항 특성이 좋지 않아 소자의 에너지 효율 특성이 좋지 않게 되며, 대전류의 구동이 불가능한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광 다이오드 칩과 완전하게 패키징된 LED 램프 사이의 중간단계인 SML(Sub-Mounted LED) 타입의 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 패키지 제조에 있어서, 복잡한 칩의 성능 및 다양한 종류의 칩을 동시에 모듈화할 수 있고, 응용시스템을 구성할 경우 비교적 적은 종류로 규격화하여 사용할 수 있도록 하는 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기존 회로기판의 단점인 열 방출 문제를 해결하고 또 대전류 구동 및 고 에너지 효율을 얻기 위한 새로운 열 방출 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 광 이용 효율을 더욱 개선하면서 발광다이오드 칩이 위치하는 바로 하부에 최적의 열 방출 성능을 가지도록 열 통로가 형성되며, 동시에 칩의 리드로서 기능할 수 있도록 하는 리드 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기판의 금속층에 오목구조를 형성할 수 있으며 이 오목한 구조로 반사구조를 제공함은 물론, 주 회로기판(Mother Board)과 칩간의 거리를 짧게 하여 열전도 속도를 높이고, 또한 광 가이드구조를 동시에 사용할 수 있도록 하여 패키지의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 금속층을 포함하는 기판; 상기 기판의 금속층 위에 집적하여 실장되는 발광 다이오드 칩; 상기 발광 다이오드 칩 위에 몰드형성되는 광 추출부; 상기 발광 다이오드 칩이 실장된 상기 기판의 금속층과 상기 광 추출부를 제외하고 상기 금속층 하부구조를 모두 제거하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지를 제공한다.

또한 본 발명은 금속층; 상기 금속층을 2개의 영역으로 분리시키도록 금속층 사이에 충진되는 절연부; 상기 금속층의 상부면에 실장되고 상기 금속층의 2개의 영역에 각각 전기적으로연결되는 발광 다이오드 칩; 및 상기 발광 다이오드 칩의 실장 부위를 포함한 금속층 상의 상부영역에 몰드 형성되는 광 추출부;를 포함하고, 상기 금속층의 하부면은 외부로 노출되어 열방출 및 전기적인 접합을 위한 리드가 되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지를 제공한다.

상기 금속층은 구리 또는 알루미늄을 포함하며, 20um ~ 800um 의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 기판은 절연재료로 형성되는 지지부를 포함하고, 상 기지지부 상부에 금속층이 형성되며, 상기 지지부는 50um ~ 800um 두께이고 랩핑, 그라인딩 또는 에칭 중 어느 하나의 방법에 의해 제거될 수 있다. 또한 상기 광 추출부는 실리콘 또는 에폭시 재료로 200um ~ 1000um 두께로 형성하여 상기 금속층을 지지할 수 있도록 하며, 상기 광 추출부는 굴절율 1.4 ~ 2.5 범위의 몰드 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 바람직하게는 상기 금속층 중 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 부위는 오목하게 형성되며, 금속층의 상부면에는 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 반사될 수 있도록 도금층이 형성될 수 있다. 상기 광 추출부 상부 외곽 둘레에는 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 형성되고, 상기 광 가이드의 내측으로 몰드를 통해 렌즈부가 형성될 수 있으며, 또한 상기 광 추출부의 측면둘레에 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 테이핑되어 형성되는 것도 가능하다. 또한 상기 금속층의 상부면 외곽 둘레에 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 반사율이 높은 수지에 의해 형성되는 것도 가능하다.

또한 본 발명은

a. 발광 다이오드 칩을 집적하여 실장가능한 회로기판을 준비하는 제 1공정;

b. 상기 회로기판에서 열전도성 전극이 되는 금속층 위에 발광 다이오드 칩을 집적하여 실장하는 제 2공정;

c. 광 추출부 또는 광 가이드부의 몰딩부를 형성하는 제 3공정;

d. 상기 금속층을 지지하는 몰딩부를 제외한 나머지를 모두 제거하여 열방출용 리드구조 및 전류공급용 전극리드 구조를 형성하는 제 4공정; 및

e. 각각의 발광 다이오드 소자를 분리하는 제 5공정을 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은

a. 2개의 영역으로 분리되는 금속층, 상기 금속층이 2개의 영역으로 분리되는 경계에 충진되는 절연부 및 상기 금속층의 하부에 형성되는 지지부를 포함하는 기판을 마련하는 단계;

b. 상기 금속층의 2개의 영역에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 기판의 금속층 상의 일 영역에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계;

c. 상기 발광 다이오드 칩의 실장부위를 포함한 금속층 상의 상부영역에 몰드형성하여 광 추출부를 형성하는 단계;

d. 상기 기판의 지지부를 제거하는 것을 통해 상기 금속층을 노출시키는 단계; 및

e. 각각의 발광 다이오드 패키지를 분리하는 단계;

를 포함하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

종래의 발광 다이오드 소자는 주로 표시용으로 사용하여 왔으며, 따라서 패키징을 하기 전 발광다이오드 칩의 방출 광량(밝기), 광 에너지 및 소자의 저항 특성 등을 비교적 간단한 검사를 통해 분리하여 사용하여 왔다. 그러나 최근 기술 개발에 따라 점차 발광 다이오드 소자를 광 에너지원으로 사용하게 되었고 특히 백색광으로 변환하여 광원으로 이용하게 되었다. 이에 따라 패키징 하기 전 발광다이오드 칩의 광 및 전기 특성에 있어서 보다 정밀한 성능이 요구되었고, 또한 광 에너지의 정밀한 분포특성이 요구되고 있다.

그러나, 현재의 기술로서는 발광 다이오드 칩을 패키징하여 소자화한 후에야 주요한 성능검사가 이루어져, 패키징 한 후에도 많은 양의 등외품(Target-Out)이 생겨 결국 패키징하는데 드는 손실까지 더해져서 많은 손실이 발생하게 된다.

이러한 점을 개선하기 위하여 본 발명은 패키징 부품에서 칩의 방출 에너지 및 전기적 특성, 광속은 물론, 에너지의 분포, 광속의 분포, 지향성, 백색광의 색감, 연색성 등까지 정확히 측정할 수 있으면서 패키지에 추가로 드는 비용이 절대적으로 절감 가능한 매우 간단한 패키지를 제안하고 있다. 이러한 패키지는 이용 측면에서 성능이나 가격 측면에서 비교적 칩과 동일하게 사용할 수 있으며, 간단하게 실장할 수 있고, 특히 패키징 상태에서 표준화 및 규격화가 이루어질 수 있도록 중간 패키징을 한 특징을 갖고 있다.

또한 발광 다이오드 소자를 광 에너지원으로 사용하게 됨에 따라 특히 열 방출 성능을 극대화하여야 하는데, 현재까지의 패키징된 소자들은 리드부를 지지하거나 광 반사부를 얻기 위하여 프레임을 형성하여 사용하여 왔다. 그러나 대부분 이 프레임부에서 열 방출이 방해를 받게 되며, 아울러 원자재의 비용부담이 증가하게 된다. 본 발명에서는 열방출을 극대화하기 위하여 반사부를 리드부에 형성하고 또 몰딩부가 리드를 지지할 수 있도록 고안하여 패키징 후에도 존재하던 프레임부를 제거하여 열방출 성능은 물론 광 성능까지 획기적으로 증대시킬 수 있는 간단한 SML 타입의 패키징을 제안하고 있다.

발광 다이오드 칩을 패키징하기 위해서는 응용부위에 실장시킬 수 있는 전극 리드 및 열방출 통로가 필요하게 된다. 또한 칩을 보호하고 광을 외부로 효율적으로 추출하도록 하는 광 추출부가 필요하다. 본 발명은 종래의 패키지가 열방출 통로가 별도로 구성된 리드프레임 또는 통상의 회로기판 상에 칩을 실장하여 사용하던 것을 개선하여 새로운 구조의 패키지를 제안하고 있으며, 이하에서 본 발명에 의한 SML 패키지의 제조공정을 중심으로 상세하게 살펴본다.

먼저 금속층을 포함하는 기판(1)을 마련한다.(도 5(a)) 기판은 도 5의 (a)에 도시된 것과 같이 금속층(13,14) 및 지지부(31)를 포함한다. 기판은 통상의 인쇄회로기판을 사용할 수 있으며, 인쇄회로기판과 같이 상부면에 전류가 통할 수 있도록 금속층이 형성되어 있는 것을 사용한다. 금속층(13,14)은 기판의 하부에 전체적으로 형성되어 있는 지지부(31) 상에 배열되며, 지지부는 약 50 ~ 800 um 두께의 FR-4 또는 레지스트류, 수지류 등으로 형성된 절연재료층이 된다. 지지부 상부의 금속층은 약 20~800um 의 두께로 형성되어 있으며, 구리 또는 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 금속층은 2개의 영역으로 분리되어 형성된다. 즉, 후에 발광 다이오드 칩이 실장될 때 각각 리드의 기능을 하기 위하여 칩의 p전극 및 n 전극과 전기적으로 연결되도록 p형 영역(13)과 n형 영역(14)으로 구분되어 형성된다. 이를 위하여 회로기판의 금속층을 에칭에 의해 2개의 영역으로 분리시킨다. 분리된 2개의 영역 사이에는 절연을 위한 절연부(17)가 형성된다.

절연부(17)는 2개영역의 금속층을 절연시킬 뿐 아니라 후에 발광 다이오드로부터의 방출광을 반사하는 기능도 포함할 수 있도록 백색 레지스트(white resist)와 같은 수지로 충진한다. 즉, 본 발명의 패키지 구조는 기판의 지지부가 후에 제거되기 때문에 금속층 및 절연부가 노출되며, 특히 절연부가 노출될 때 발광 다이오드로부터의 빛이 원하지 않는 방향으로 새어나가는 것을 방지하는 것이 바람직할 뿐더러 전면으로 빛을 반사시키는 것이 필요하게된다. 이를 위하여 절연부를 광의 반사효율이 좋은 수지류를 사용하여 충진하게 된다.

기판(1)은 후에 제거가능한 절연재질로 형성되는 지지부와 지지부 상에 금속층이 형성되어 있는 구조이면 가능하며, 통상의 인쇄회로기판(PCB)을 사용할 수 있고, 또한 이와 동등한 구조를 갖는 것이면 그 적용에 있어서 특별히 제한되지 않는다.

상기와 같이 기판을 마련한 후, 기판(1)의 금속층 중 일 영역(13)에 발광다이오드 칩(10)을 실장한다.(도 5(b)) 발광 다이오드 칩(10)은 금속층의 두개의 영역(13,14)에 와이어(15) 본딩을 통해 칩의 전극이 전기적으로 연결되도록 실장된다.

한편, 발광 다이오드 칩으로부터 추출되는 광의 효율을 높이기 위해 반사구 조를 형성할 수 있다.(도 5(c)) 반사구조는 기판의 금속층(13) 중 발광 다이오드 칩(10)이 실장되는 부분을 오목하게 형성한 후, 금속층(13,14) 전체에 은과 같은 광 반사율이 높은 금속을 도금하여 형성한다. 칩 실장부위에 오목구조를 형성하기 위하여 습식식각을 사용할 수 있고, 특히 하프 에칭(half etching) 방식을 사용하여 소정 깊이로 오목구조를 형성할 수 있다.

이와 같은 반사구조를 도입함으로써 발광 다이오드의 측면 또는 하방으로부터 나오는 광이 전면으로 지향할 수 있도록 하여, 광의 추출효율을 증대시킬 수 있게 된다. 도 5에서는 이와 같은 반사구조가 존재하는 경우를 도시하고 있으나, 도 7(b)에서와 같이 반사구조가 없는 경우도 가능하다.

이때 반사구조 형상은 몇 개의 곡률 반경을 가지도록 형성하여, 하향하는 광과 측면으로 향하는 광이 지향 특성을 가지도록 한다. 상기의 반사구조는 다시 반사율이 좋은 Ag등 반사율이 우수한 금속재료로 코팅하여 완성되며 칩에서 방출된 광의 재흡수가 일어나지 않도록 크기 형상이 최적화 설계된다.

상기와 같이 기판(1)의 금속층(13) 상에 발광 다이오드 칩(10)을 실장한 후, 칩 실장부위를 포함한 금속층(13,14) 상부 영역을 몰딩하여 광 추출부(19)를 형성한다.(도 5(d)) 이때 몰드는 굴절율이 1.4~2.5의 범위의 실리콘 또는 에폭시와 같은 투광성 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 200~1000um의 두께를 갖도록 한다. 광 추출부의 두께가 200um 보다 얇게 되면 칩 실장시 금속층에 본딩되는 와이어가 노출될 수 있으며, 또한 후에 기판의 지지부를 제거하였을 때 금속층을 충분히 지지하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 두께가 1000um 이상이면 칩으로부터 광의 추출효율이 극히 저하되는 문제가 있으며, 칩의 부피가 필요이상으로 커질 수 있는 문제가 발생한다.

상기와 같이 광 추출부(19)를 형성한 후, 기판(1)의 지지부(31)를 제거한다.(도 5(e)) 이때 대전류 구동 및 에너지 효율을 높이기 위하여 열통로로 금속판이 이용되며 간단히 소정의 특성을 발휘하게 된다. 즉, 기판(1)에서 금속층(13,14) 및 절연부(17) 만을 남기고 지지부를 제거하여 금속층 및 절연부가 외부로 노출되도록 한다. 이와 같이 지지부(31)를 제거하는데는 식각(etching), 랩핑(이면연마), 그라인딩 등과 같이 화학적, 기계적인 방식이 모두 사용될 수 있다.

기판에서 지지부를 제거하여 금속층(13,14)을 노출시킴으로써 발광 다이오드 칩의 바로 아래로 열이 방출될 수 있는 열방출 통로를 형성할 수 있고, 금속층(13,14)이 또한 칩의 전극에 연결된 리드의 역할을 하여 LED 패키지로서 충분히 기능할 수 있도록 한다. 특히 본 발명의 열방출 구조는 발광다이오드 칩의 바로 아래, 즉 패키지를 장착하는 주 회로기판으로 가능한 최단 거리, 최대 넓이, 최저의 열저항을 가진 상태의 열 통로를 형성할 수 있는 것이다. 이러한 지지부가 제거된 후, 금속층(13,14)은 몰딩에 의해 형성되는 광 추출부(19)에 의해 지지되게 된다.

이와 같이 패키지를 형성한 후, 개별 칩별로 분리한다. 칩간 분리는 기판의 금속층(13,14)에 미리 다이싱 라인을 형성하여 분리작업을 보다 용이하게 할 수 있다.

도 6은 상기와 같은 제조공정에 의해 제조된 서브 마운트 타입 발광 다이오 드 패키지의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 6에서는 기판의 금속층에 상술한 바와 같은 반사구조를 형성하였다.

한편, 본 발명에서와 같은 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지에서 광 가이드 구조를 사용할 수 있다. 도 7은 이와 같은 광 가이드 구조를 사용한 실시예를 도시한 것으로 반사구조가 있는 경우(a)와 반사구조가 없는 경우(b)를 도시하고 있다.

광 가이드 구조는 칩으로부터 방출되는 광이 지향특성을 가질 수 있도록 설치하게 되며, 도 7(a)에서와 같이 광 추출부(19)를 형성한 후, 광 추출부 상부의 외곽에 광 가이드(23)를 형성하게 된다. 광 가이드(23)는 소정 경사도를 갖도록 형성될 수 있으며, 금형에 의해 반사율이 높은 수지를 사용하여 형성할 수 있다.

광 가이드(23)를 형성한 후 광 가이드의 내측에 몰드를 추가적으로 형성하여 렌즈부(21)를 형성할 수 있다. 이러한 과정을 통해 칩으로부터 방출되는 광이 지향특성을 갖고, 패키지가 높은 광 추출효율을 가질 수 있게 된다. 도 7(b)는 반사구조가 없는 패키지에 광 가이드(23)를 형성한 경우를 도시한 도면이다.

도 8은 광 가이드를 테이핑에 의해 형성하는 실시예를 도시한 것으로, (a)는 반사구조가 있는 경우, (b)는 반사구조가 없는 경우를 도시한 것이다. 도 8(a)에서와 같이 광 가이드를 칩 분리 이후에 광 추출부의 외곽 둘레에 테이핑하는 것에 의해 형성할 수 있다. 화이트 테이프와 같이 광의 반사율이 높은 테이프를 몰드 형성되는 광 추출부(19)의 측면 둘레에 감는 것에 의해 광 가이드(25)가 형성될 수 있다.

도 9는 기판의 금속층에 미리 광 가이드를 형성한 경우에 대한 실시예를 도시한 것으로, (a)는 반사구조가 있는 경우, (b)는 반사구조가 없는 경우를 도시한 것이다. 도 9(a)에서와 같이 기판의 금속층 상부에 미리 광 가이드(27)를 금형을 통해 형성하는 것도 가능하다. 이때 광 가이드는 화이트 레지스트(white resist)와 같은 광 반사율이 높은 수지로 형성되며, 기판의 금속층 외곽 둘레에 형성된다. 도 9(a)에서와 같이 광 가이드를 형성한 후 몰드를 형성하여 광 추출부(19)를 형성하게 된다. 이때 금속판에는 광 반사를 위한 오목구조 및 반사 도금층(12)이 미리 형성되어 있게 된다. 도 9(b)은 반사구조가 없는 경우의 광 가이드(27) 형성구조를 도시하고 있다. 광 가이드(27)는 소정의 곡률을 갖고 하방으로 경사를 이루도록 형성되는 것도 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 패키징 부품 LED 램프와 칩 사이의 중간단계인 SML 타입 LED 패키지를 제조할 수 있다. 본 발명의 SML 패키지는 칩 제조에 있어 복잡한 칩의 성능 및 다양한 종류의 칩을 모듈 및 응용 시스템 구성 시에 규격화 하여 이용할 수 있고, 비교적 적은 종류로 제품화 할 수 있다. 즉 칩을 SML 타입 중간제품으로 표준화 및 규격화가 가능하게 되는 효과가 있다.

특히 이러한 SML 타입 LED 램프는 제작이 매우 간단하여 제작비용이 적으며, 제조 단가를 낮출 수 있고, 성능면에서는 열 및 전극리드가 충분한 성능을 발휘할 수 있도록 설계되어 중간 제품은 물론 패키징 LED 램프 즉 완성제품으로도 성능을 발휘할 수 있다.

LED는 간판, 조명, 자동차 등, 차세대 광 에너지 광원으로 가장 유력한 소자이다. 특히 반도체소자로 대규모, 대량생산, 균일성 등의 특성을 가지므로 더더욱 그 유용성이 기대되고 있다. 그러나 규격화 및 수율 저하 등의 문제에 기인하는 가격문제나, 칩 및 패키징 기술 개발의 미진에 따른 열방출문제나 기타 성능의 한계성 때문에 시장에서의 수요창출이 계속 늦어지고 있다.

본 발명은 종래의 칩 기술의 문제점을 보완함으로써 취급이 간편하고, 또 패키징 분야에서의 열 및 대전력 특성의 성능 개선은 물론, 가격을 대폭적으로 내릴 수 있다는 장점이 있으며, 특히 칩의 용도 및 패키징 부품으로서의 용도를 확대시키므로서, 향후 이 분야의 수요 창출 및 이로 인한 가격하락, 기술 개발의 연쇄적인 파급 효과를 가져올 수 있을 것으로 기대한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (26)

1. 금속층을 포함하는 기판;

   상기 기판의 금속층 위에 집적하여 실장되는 발광 다이오드 칩;

   상기 발광 다이오드 칩 위에 몰드형성되는 광 추출부;

   상기 발광 다이오드 칩이 실장된 상기 기판의 금속층과 상기 광 추출부를 제외하고 상기 금속층 하부구조를 모두 제거하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
2. 금속층;

   상기 금속층을 2개의 영역으로 분리시키도록 금속층 사이에 충진되는 절연부;

   상기 금속층의 상부면에 실장되고 상기 금속층의 2개의 영역에 각각 전기적으로연결되는 발광 다이오드 칩; 및

   상기 발광 다이오드 칩의 실장 부위를 포함한 금속층 상의 상부영역에 몰드 형성되는 광 추출부;를 포함하고,

   상기 금속층의 하부면은 외부로 노출되어 열방출 및 전기적인 접합을 위한 리드가 되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속층은 구리 또는 알루미늄을 포함하 며, 20um ~ 800um 의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기판은 절연재료로 형성되는 지지부를 포함하고, 상기지지부 상부에 금속층이 형성되며, 상기 지지부는 50um ~ 800um 두께이고 랩핑, 그라인딩 또는 에칭 중 어느 하나의 방법에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광 추출부는 실리콘 또는 에폭시 재료로 200um ~ 1000um 두께로 형성하여 상기 금속층을 지지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 광 추출부는 굴절율 1.4 ~ 2.5 범위의 몰드 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속층 중 상기 발광 다이오드 칩이 실장되는 부위는 오목하게 형성되며, 금속층의 상부면에는 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 반사될 수 있도록 도금층이 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광 추출부 상부 외곽 둘레에는 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 형성되고, 상기 광 가이드의 내측으로 몰드를 통해 렌즈부가 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광 추출부의 측면둘레에 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 테이핑되어 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속층의 상부면 외곽 둘레에 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 반사율이 높은 수지에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지.
11. a. 발광 다이오드 칩을 집적하여 실장가능한 회로기판을 준비하는 제 1공정;

    b. 상기 회로기판에서 열전도성 전극이 되는 금속층 위에 발광 다이오드 칩을 집적하여 실장하는 제 2공정;

    c. 광 추출부 또는 광 가이드부의 몰딩부를 형성하는 제 3공정;

    d. 상기 금속층을 지지하는 몰딩부를 제외한 나머지를 모두 제거하여 열방출 용 리드구조 및 전류공급용 전극리드 구조를 형성하는 제 4공정; 및

    e. 각각의 발광 다이오드 소자를 분리하는 제 5공정을 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 제1 공정의 회로기판은 금속층과 상기 금속층의 하부에 절연재료로 형성되는 지지부를 포함하며, 상기 금속층은 20~80um 의 두께로 구리 또는 알루미늄을 포함하며, 상기 지지부는 50~800um 두께의 FR-4, 레지스트류 또는 수지류와 같은 제거 가능한 절연재료층이 되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
13. 제 11항에 있어서, 상기 제 4공정에서 랩핑(이면연마), 그라인딩 또는 에칭의 방법에 의해 금속층 하부의 절연체층 전체를 제거하는 것을 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
14. 제 11항에 있어서, 상기 금속층은 최소 2개 이상의 금속판으로 형성되며, 회로기판의 절연체층이 제거된 후 제 3공정으로 형성된 새로운 몰딩부에 의해 상기 금속층이 지지되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
15. 제 11항에 있어서, 상기 제 1공정의 금속층을 형성할 때 에칭에 의해 p형 영역과 n형 영역으로 분리하여 전극리드를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오 드 패키지의 제조방법.
16. 제 11항에 있어서, 발광 다이오드 소자를 각각 분리하기 위하여 상기 기판에 다수의 분리구조를 제작하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
17. 제 11항에 있어서, 상기 금속층에는 반사구조가 2종 이상의 곡률반경을 갖도록 형성되며, 상기 반사구조는 금속층의 하프에칭과 은도금 가공을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 제조방법.
18. 제 11항에 있어서, 상기 제 3공정에서 굴절율이 1.4~2.5의 범위의 재료로 광추출부를 몰드형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
19. 제 11항에 있어서, 광 추출부를 실리콘 또는 에폭시 재료로 200um ~ 1000um 두께로 형성하여, 에칭에 의해 분리된 최소 2개 이상의 금속판을 지지하도록 하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
20. a. 2개의 영역으로 분리되는 금속층, 상기 금속층이 2개의 영역으로 분리되는 경계에 충진되는 절연부 및 상기 금속층의 하부에 형성되는 지지부를 포함하는 기판을 마련하는 단계;

    b. 상기 금속층의 2개의 영역에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 기판의 금속층 상의 일 영역에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계;

    c. 상기 발광 다이오드 칩의 실장부위를 포함한 금속층 상의 상부영역에 몰드형성하여 광 추출부를 형성하는 단계;

    d. 상기 기판의 지지부를 제거하는 것을 통해 상기 금속층을 노출시키는 단계; 및

    e. 각각의 발광 다이오드 패키지를 분리하는 단계;

    를 포함하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
21. 제 20항에 있어서,

    a1. 상기 금속층의 일 영역 중 일부를 식각하여 오목하게 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 제조방법.
22. 제 21항에 있어서,

    a2. 상기 금속층의 상부면에 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 반사될 수 있도록 도금층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 제조방법.
23. 제 20항에 있어서,

    c1. 상기 광 추출부 상부면의 외곽 둘레에 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드를 형성하고, 상기 광 가이드의 내측에 몰드 형성하여 렌즈부를 추가적으로 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 제조방법.
24. 제 20항에 있어서,

    e1. 패키지의 분리 후에 상기 광 추출부의 측면둘레에 상기 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드가 테이핑되어 형성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 제조방법.
25. 제 20항에 있어서,

    a1. 상기 금속층의 상부면 외곽 둘레에 광 반사율이 높은 수지를 통해 발광 다이오드 칩으로부터의 방출광이 지향성을 갖도록 광 경로를 가이드하는 광 가이드를 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 제조방법.
26. 제 20항에 있어서, 상기 금속층은 구리 또는 알루미늄을 포함하며, 20um ~ 800um 의 두께로 형성되고, 상기 지지부는 50um ~ 800um 두께의 제거 가능한 절연재료로 형성되며, 상기 지지부는 랩핑, 그라인딩 또는 에칭 중 어느 하나의 방법에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트 타입 발광 다이오드 패키지 제조방법.

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