KR20080032425A

KR20080032425A - 발광 다이오드 패키지

Info

Publication number: KR20080032425A
Application number: KR20060098120A
Authority: KR
Inventors: 최승환
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2008-04-15
Also published as: KR100849828B1

Abstract

우수한 기계적 열적 특성을 갖는 발광 다이오드 패키지를 제공한다. 본 발명의 발광 다이오드 패키지는, 세라믹 기판과; 상기 세라믹 기판을 관통하고 서로 이격 배치된 제1 및 제2 도전성 비아와; 상기 제1 도전성 비아 상에 탑재되어 상기 제1 및 제2 도전성 비아와 전기적으로 연결된 LED 칩과; 상기 세라믹 기판 상에 형성되어 상기 LED 칩을 봉지하는 수지 포장부를 포함한다.

발광 다이오드, LED, 패키지

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광 다이오드 패키지의 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200: 발광 다이오드 패키지 101: 세라믹 기판

103a, 103b: 본딩 와이어 105, 105': LED 칩

107: 수지 포장부 115a, 115b: LED 칩의 전극

130a, 130b: 도전성 비아 150a, 150b: 접속 패드

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 특히 열방출 특성이 우수하고 고전력 작동시 높은 신뢰성을 나타내는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.

최근 발광 다이오드(이하, LED(Light Emiting Diode) 라고도 함)가 다양한 색의 광원으로 사용되고 있다. 특히, 조명용의 백색 LED 등 고출력, 고휘도 LED에 대한 수요가 증가함에 따라, LED 패키지의 성능과 신뢰성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. LED 제품의 성능을 높이기 위해서는, 우수한 광효율을 갖는 LED 칩 자체와 함께, 광을 효과적으로 추출하고 색순도가 우수하며 열에 의한 열화가 적은 LED 패키지가 동시에 확보되어야 한다.

일반적으로, LED 패키지는, 적절한 LED 칩과 이를 포장하는 몰딩 수지(또는 수지 포장부:resin encapsulant)를 사용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 패키지 본체에 실장된 청색 LED 칩을 황색 형광체가 분산된 몰딩 수지로 봉지함으로써, 백색 LED 패키지를 얻을 수 있다. 상기 청색 LED 칩으로부터 460nm 파장대의 빛이 발생하면, 몰딩 수지 내의 상기 황색 형광체에서 545nm 파장대의 빛이 발생하고, 이 2 파장대의 빛이 혼색되어 백색광을 출력하게 된다. 광효율 향상과 LED 패키지의 소형화를 위해, 박형 LED 패키지(thin type LED package)가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 박형 LED 패키지는, 별도의 패키지 본체 없이 충분한 두께를 갖는 리드 프레임 상에 LED 칩을 실장하고 전체를 투명 수지로 몰딩함으로써 얻어질 수 있다.

도 1은 종래의 박형 LED 패키지(10)를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, LED 패키지(10)는 리드 프레임(11a, 11b)과 그 위에 실장된 LED 칩(15)을 포함한다. LED 칩(15)의 상면에 형성된 일 전극은 본딩 와이어(13)에 의해 리드 프레임(11b)과 접속될 수 있다. LED 칩(15)의 하면에 형성된 타 전극은 칩 본딩을 통해 리드 프레임(11a)과 접속될 수 있다. 리드 프레임(11a, 11b)과 LED 칩(15)은 투명 수지(17)에 의해 몰딩되어 고정되어 있다. 외부 접속을 위해 리드 프레임(11a, 11b)의 하면은 투명 수지(17)로부터 노출될 수 있다.

그러나, 상기한 종래의 LED 패키지(10)에 따르면, 투명 수지(17)의 열적, 기계적 특성의 한계로 인하여 리드 프레임을 충분히 지지하지 못하거나 고온 신뢰성을 갖지 못한다. 즉, 투명 수지(17)로 실리콘 수지를 사용하는 경우에는, 실리콘 수지의 기계적 강도가 약하기 때문에, 리드 프레임(11a, 11b)을 충분히 고정, 지지하지 못한다. 따라서, 고온 신뢰성을 갖는 실리콘 수지를 사용하여 LED 패키지(10)를 제조할 경우, 외부의 기계적 충격에 의해 LED 패키지(10)가 쉽게 파손 또는 손상될 염려가 있다.

충분한 기계적 강도를 얻기 위해 투명 수지(17)로서 에폭시 수지를 사용할 경우에는, 에폭시 수지의 열적 불안정성으로 인하여 고전력 동작시 에폭시 수지가 쉽게 변형될 수 있다. 또한 리드 프레임(11a, 11b)을 제외하면, LED 칩(15)에서 발생된 열은 에폭시 수지로 전달되기 때문에, LED 패키지(10) 전체의 열 방출 특성이 악화되고, 이에 따라 LED 패키지(10)의 동작 신뢰성이 쉽게 열화되고 그 수명도 짧아지게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 기계적 강도와 열방출 특성이 우수하고 고전력 동작시 높은 신뢰성을 나타내는 고품질 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 세라믹 기판과; 상기 세라믹 기판을 관통하고 서로 이격 배치된 제1 및 제2 도전성 비아와; 상기 제1 도전성 비아 상에 탑재되어 상기 제1 및 제2 도전성 비아와 전기적으로 연결된 LED 칩과; 상기 세라믹 기판 상에 형성되어 상기 LED 칩을 봉지하는 수지 포장부를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 LED 칩은 그 상면에 서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 갖는 수평 구조 LED 칩이다. 이 경우, 상기 LED 칩의 제1 및 제2 전극은 본딩 와이어를 통해 상기 제1 도전성 비아와 제2 도전성 비아에 각각 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 LED 칩은 그 하면에 형성된 제1 전극과 상면에 형성된 제2 전극을 갖는 수직 구조 LED 칩이다. 이 경우, 상기 LED 칩의 제1 전극은 상기 제1 도전성 비아와 접속되고, 상기 제2 전극은 본딩 와이어를 통해 상기 제2 도전성 비아와 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 도전성 비아는 금속 슬러그(slug)를 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 금속 슬러그는 Ag(은) 슬러그이다. 바람직하게는, 상기 제1 도전성 비아 상면의 면적은 상기 LED 칩의 면적보다 크다. 상기 세라믹 기판은 Al₂O₃ 또는 AlN로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 수지 포장부는 실리콘 수지로 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 수지 포장부는 에폭시 수지로 형성되거나, 실리콘과 에폭시의 하이브리드 수지로 형성될 수도 잇다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 LED 패키지는 상기 세라믹 기판 하면에 형성되어 상기 제1 및 제2 도전성 비아와 각각 연결된 제1 및 제2 접속 패드를 더 포함할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 패키지를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 LED 패키지의 측단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, LED 패키지(100)는, 세라믹 기판(101)과; 세라믹 기판(101)을 관통하는 제1 도전성 비아(130a) 및 제2 도전성 비아(130b)와; 제1 도전성 비아(130a) 상에 탑재된 LED 칩(105)을 포함한다. 제1 도전성 비아(130a)과 제2 도전성 비아(130b)는 전극 분리를 위해 서로 이격 배치되어 있다. 세라믹 기판(101) 상에는 LED 칩(105)을 봉지하는 투명한 수지 포장부(107)가 형성되어 있다.

상기 실시형태의 LED 칩(105)은 그 상면에 제1 전극(115a)과 제2 전극(115b)을 갖는 수평 구조의 LED 칩이다. 예컨대, 제1 전극(115a)은 LED 칩(105)의 p측 전극이고 제2 전극(115b)은 LED 칩(105)의 n측 전극일 수 있다. 이러한 LED 칩의 전극(115a, 115b)은 와이어 본딩을 통해 제1 및 제2 도전성 비아(130a, 130b)와 전기적으로 연결되어 있다. 즉, LED 칩(115a)의 제1 전극(115a)은 본딩 와이어(103a)에 의해 제1 도전성 비아(130a)와 연결되고, LED 칩(115b)의 제2 전극(115b)은 다른 본딩 와이어(103b)에 의해 제2 도전성 비아(130b)와 연결된다. 세라믹 기판(101) 하면에는, 제1 및 제2 도전성 비아(130a, 130b)와 각각 연결된 제1 및 제2 접속 패 드(150a, 150b)가 배치되어 있다. 이 접속 패드(150a, 150b)는 PCB 등의 외부 회로와 연결되는 단자로 기능할 수 있다.

바람직하게는, 상기 도전성 비아(conductive via)는 금속 슬러그(slug), 특히 Ag(은) 슬러그로 형성된다. 이러한 Ag 슬러그는 충분한 전기 전도도 및 열 전도도를 가질 뿐만 아니라, 세라믹 기판(101)에 형성된 비아홀(via hole)을 충전하기도 용이하다. 상기 세라믹 기판(101)은 열전도도가 우수한 Al₂O₃ 또는 AlN으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, LED 칩(105)에서 발생되는 열을 도전성 비아(130a)를 통해 효과적으로 방출시킬 수 있도록, 제1 도전성 비아(130a)의 상면은 LED 칩(105)의 면적보다 크다. 상기 수지 포장부(107)는 고온 신뢰성을 위해 실리콘 수지로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 LED 패키지(100)에 따르면, 충분한 기계적 강도를 갖는 박형의 LED 패키지를 용이하게 구현할 수 있다. 세라믹 기판(101)을 종래의 리드 프레임(11a, 11b)과 유사한 두께로 형성함으로써 박형 LED 패키지가 용이하게 얻어진다. 또한 LED 칩(105)을 포함한 패키지 전체 구조가, 수지 포장부(107)뿐만 아니라 세라믹 기판(101)에 의해서도 고정, 지지되기 때문에, LED 패키지(100)는 충분한 기계적 강도를 갖게 된다. 종래의 박형 LED 패키지(도 1 참조)에는 투명 수지만으로 리드 프레임을 지지하였기 때문에, 실리콘 수지로 수지 포장부를 형성할 경우에는 LED 패키지의 기계적 강도가 약하였다. 그러나, 본 실시형태에서는 세라믹 기판(101)과 그 위에 형성된 투명 수지(107)에 의해서 전체 구조가 고정, 지지되기 때문에, 실리콘 수지로 수지 포장부(107)를 형성하더라도 LED 패키지(100)는 우수한 기계적 강도를 나타낸다. 실리콘으로 수지 포장부(107)를 형성하기 때문에 고온 신뢰성 또한 매우 우수하다.

상기 LED 패키지(100)에 따르면, 제1 및 제2 도전성 비아(130a, 130b)는 전기적 연결 구조로 기능할 뿐만 아니라 열을 외부로 효과적으로 방출시키는 열 통로의 기능도 한다. 특히, 제1 도전성 비아(130a)는 그 위에 탑재된 LED 칩(105)의 발생열을 하부로 효과적으로 방출시킬 수 있다. 제1 도전성 비아(130a)의 열방출 효과를 극대화시키기 위해, 제1 도전성 비아(130a)의 상면의 면적은 LED 칩(105)의 면적보다 큰 것이 바람직하다. 상기 도전성 비아(130a, 130b) 뿐만 아니라 세라믹 기판(101)도 높은 열전도도를 갖고 있기 때문에, 고전력 또는 고온 동작시 세라믹 기판(101)은 외부로의 열방출 통로를 제공해준다.

따라서, 상기한 LED 패키지(100)는 고온 및 고전력 동작시 열 방출 특성이 우수하고, 이에 따라 LED 패키지의 수명도 크게 개선된다. 열방출 특성이 우수하므로, 상기 수지 포장부(107)로서 실리콘 수지 대신에 에폭시 수지 또는 실리콘/에폭시의 하이브리드 수지를 사용하더라도, 열적 손상 없이 고전력 동작이 가능하다. 즉 종래의 LED 패키지(도 1 참조)에서는, 열방출 특성이 좋지 않아서 에폭시 수지 를 사용할 경우 열에 의해 수지의 손상이 쉽게 발생하였다. 그러나, 본 실시형태에서는 도전성 비아 및 세라믹 기판에 의한 높은 열방출 특성으로 인해, 수지 포장부(107)로서 에폭시 수지 또는 실리콘/에폭시의 하이브리드 수지를 사용하더라도 충분한 신뢰성으로 고전력 동작이 가능하다.

상기 수지 포장부(107) 내에는 파장 변환을 위한 형광체가 분산될 수 있다. 이 형광체는 LED 칩(105)에서 방출된 빛에 의해 여기되어 다른 파장의 빛을 낼 수 있다. 이러한 형광체의 방출광과 LED 칩(105)의 방출광이 결합하여 백색광 등 원하는 출력광을 얻을 수 있다. 상기 수지 포장부(107)는 LED 칩(105)과 본딩 와이어(103a, 103b)를 충분히 포장할 수 있을 정도를 두께를 갖되, 가능하면 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 수지 포장부(107)의 작은 두께는 패키지의 소형화와 광효율 향상에 유리하다.

상기 실시형태에서는, LED 칩(105)은 수평 구조 LED(즉, 칩의 동일측(same side)에 서로 다른 극성의 전극을 구비한 LED)이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 칩의 상면과 하면에 서로 다른 극성의 전극을 갖는 수직 구조 LED에도 본 발명이 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LED 패키지의 측단면도이다. 도 4를 참조하면, LED 패키지(200)는, 세라믹 기판(101)과; 이 기판(101)을 관통하는 제1 및 제2 도전성 비아(130a', 130b')와; 제1 도전성 비아(130a') 상에 탑재된 LED 칩(105')을 포함한다. 세라믹 기판(101) 상에는 LED 칩(105')을 봉지하는 투명한 수지 포장부(107)가 형성되어 있다.

이 실시형태의 LED 칩(105')은 수직 구조의 LED 칩이다. 즉 LED 칩(105')의 하면은 일 극성의 전극(제1 전극)으로 기능하며, LED 칩(105')의 상면에는 타 극성의 전극(115')(제2 전극)이 형성되어 있다. 예컨대, 제1 전극은 p측 전극이고 제2 전극(115')은 n측 전극일 수 있다. LED 칩(105')의 제1 전극(LED 칩(105')의 하면)은 칩 본딩에 의해 제1 도전성 비아(130a')와 접속되고, LED 칩(105')의 제2 전극(115')은 본딩 와이어(103)를 통해 제2 도전성 비아(130b')와 연결된다. 상기 칩 본딩(즉, LED 칩(105')과 제1 도전성 비아(130a') 간의 본딩)은 도전성 페이스트, 납땜, 공융접합 등을 통해 이루어질 수 있다. 세라믹 기판(101) 하면에는, 제1 및 제2 도전성 비아(130a', 130b')와 각각 연결된 제1 및 제2 접속 패드(150a', 150b')가 배치되어 있다. 이 접속 패드(150a', 150b')는 PCB 등의 외부 회로와 연결되는 단자로 기능할 수 있다.

이 실시형태에서도, 전술한 실시형태의 각종 재료를 사용할 수 있다. 즉, 도전성 비아(130a', 130b'))용으로 Ag 슬러그를 사용하고, 수지 포장부(107)용으로 실리콘 수지, 에폭시 수지, 실리콘/에폭시 하이브리드 수지 등을 사용하고, 세라믹 기판(101) 재료로서 Al₂O₃, AlN 등을 사용할 수 있다. 전술한 실시형태와 마찬가지로, 세라믹 기판(101)과 수지 포장부(107)에 의해 충분한 기계적 강도를 나타낼 뿐만 아니라, 열통로를 제공하는 도전성 비아(130a', 130b')와 세라믹 기판에 의해 우수한 열방출 특성을 나타낸다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 LED 패키지는 세라믹 기판과 수지 포장부를 통하여 우수한 기계적 강도를 나타낼 뿐만 아니라, 열통로를 제공하는 도전성 비아와 세라믹 기판에 의하여 더욱 향상된 열 방출 특성을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 기계적 및 열적 특성이 우수하고 고전력 동작시 신뢰성이 높은 고품질 박형 LED 패키지를 용이하게 구현할 수 있게 된다.

Claims

세라믹 기판;

상기 세라믹 기판을 관통하고 서로 이격 배치된 제1 및 제2 도전성 비아;

상기 제1 도전성 비아 상에 탑재되어 상기 제1 및 제2 도전성 비아와 전기적으로 연결된 LED 칩; 및

상기 세라믹 기판 상에 형성되어 상기 LED 칩을 봉지하는 수지 포장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 LED 칩은 그 상면에 서로 다른 극성의 제1 및 제2 전극을 갖는 수평 구조 LED 칩인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극은 본딩 와이어를 통해 상기 제1 도전성 비아와 제2 도전성 비아에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 LED 칩은 그 하면에 형성된 제1 전극과 상면에 형성된 제2 전극을 갖는 수직 구조 LED 칩인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제4항에 있어서,

상기 제1 전극은 상기 제1 도전성 비아와 접속되고, 상기 제2 전극은 본딩 와이어를 통해 상기 제2 도전성 비아와 연결된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 도전성 비아는 금속 슬러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제6항에 있어서,

상기 금속 슬러그는 Ag 슬러그인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 제1 도전성 비아 상면의 면적은 상기 LED 칩의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 세라믹 기판은 Al₂O₃ 또는 AlN로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이 오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 수지 포장부는 실리콘 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 수지 포장부는 에폭시 수지로 형성되거나, 실리콘과 에폭시의 하이브리드 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
제1항에 있어서,

상기 LED 패키지는 상기 세라믹 기판 하면에 형성되어 상기 제1 및 제2 도전성 비아와 각각 연결된 제1 및 제2 접속 패드를 더 포함하는 것읕 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.