KR20090002172A - 반도체 발광소자 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 반도체 발광소자 패키지는 반도체 발광소자의 실장 공간을 제공하고 광자가 방출되는 개방구가 형성된 하우징; 금속재질의 다각면체 구조로서 상기 실장 공간에 형성되고, 상기 반도체 발광소자와 전기적으로 연결되는 내부 리드프레임; 및 금속재질의 다각면체 구조로서 상기 내부 리드프레임과 연결되고, 상기 하우징 면을 관통하여 돌출됨으로써 전극 형상을 이루는 외부 리드프레임을 포함한다.

본 발명에 의하면, 포밍 공정을 처리할 필요가 없게 되므로 생산 공정을 단순화하고 생산 비용 및 생산 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 리드 프레임의 열방출 효율을 극대화할 수 있으므로, 발광소자의 수명을 늘리고 동작 신뢰성을 확보할 수 있으며, 동박형 리드프레임의 구조를 개선함으로써 구조적 취약성을 배제할 수 있게 된다.

Description

반도체 발광소자 패키지{Semiconductor light emitting device package}

도 1은 일반적인 반도체 발광소자 패키지의 리드 프레임 형성 공정을 도시한 흐름도.

도 2는 일반적인 반도체 발광소자 패키지에 리드 프레임을 형성하기 위하여 동판 위에 하우징이 결합되는 형태를 도시한 도면.

도 3은 일반적인 반도체 발광소자 패키지의 포밍(Forming) 과정을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 형태를 도시한 정면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 형태를 도시한 저면도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 형태를 도시한 측면도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지의 형태를 도시한 사시도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 반도체 발광소자 패키지 110: 하우징

120: 외부 리드프레임 122: 내부 리드프레임

124: 지지체

본 발명은 반도체 발광소자 패키지에 관한 것이다.

반도체 발광소자의 대표적인 예로 LED(Light Emitting Diode)를 들 수 있는데, LED는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 발광소자를 말한다.

일반적으로, 반도체 발광소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색(color) 및 휘도, 휘도 세기의 범위 등이 있고, 이러한 반도체 발광소자의 특성은 1차적으로는 발광소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 발광소자 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다. 고휘도와 사용자 요구에 따른 휘도 분포를 얻기 위해서는 재료개발 등에 의한 1차적인 요소만으로는 한계가 있어 패키지 구조 및 패키지 제조 공정 등에 많은 관심을 갖게 되었으며, 특히 패키지 형태의 발광소자 제품을 완성하기 위해서, 패키지 공정의 효율성을 고려할 필요성이 제기되고 있다.

일반적인 반도체 발광소자 패키지는, 내부에 LED 실장 공간을 가지는 하우징, 상기 실장 공간으로부터 하우징 외부까지 형성되는 리드 프레임, 리드 프레임 상에 실장되어 전기적으로 연결되는 LED, 상기 실장 공간 내부 표면에 형성되는 반 사층(Reflector), 상기 LED의 실장 공간에 형성되는 몰딩부(외부로 빛이 방출되는 개구부까지 형성됨) 등을 포함하여 이루어진다.

도 1은 일반적인 반도체 발광소자 패키지의 리드 프레임 형성 공정을 도시한 흐름도이고, 도 2는 일반적인 반도체 발광소자 패키지에 리드 프레임(13)을 형성하기 위하여 동판(11) 위에 하우징(14)이 결합되는 형태를 도시한 도면이며, 도 3은 일반적인 반도체 발광소자 패키지의 포밍(Forming) 과정을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 동판(11)에 다수개의 개방 영역(12)이 펀칭 가공되고(S10), 개방 영역(12) 일부에 걸쳐 하우징(14)이 사출된다(S11).

상기 개방 영역(12)에 의하여 형성된 동판 구조 중, 하우징(14) 내부에 위치됨으로써 사출시 고정되는 부분은 두 군데로서, 하나는 패키지 지지체(hanger)(15)의 역할을 하고, 하나는 리드 프레임(13)의 역할을 하는데, 하우징(14) 내부의 리드 프레임(13) 상에 LED가 실장된다.

이후, 리드 프레임(13)의 형태를 완성하기 위하여 하우징(14) 외부의 리드 프레임(13)과 동판(11)이 연결된 부분(a)이 커팅되고(S12), 도 3과 같이 포밍 공정이 처리되는데(S13), 이때 지지체(15)에 의하여 하우징(14)이 고정된다.

도 3을 참조하면, 하우징(14)은 지지체(15)에 의하여 동판(11) 상에 고정된 상태이며(동판(11)은 미도시됨), 동판(11) 전체가 포밍 금형(20)측으로 이동되며, 커팅된 리드 프레임(13)만이 포밍 금형(20)에 의하여 굴곡가공된다.

이후, 지지체(15)와 동판(11)이 분리되어 리드프레임(13)이 형성된 하우징(14)이 개별소자화 되는데(S14), 이때 지지체(15)는 별도의 절삭 공정에 의하지 않고 물리적으로 뜯겨지는 형태로 분리된다.

따라서, 상기 지지체(15), 리드프레임(13)이 형성된 동판(11)의 두께는 매우 얇게 형성되며, 구조적으로 약하여 변형이 일어나기 쉬운 문제점이 있다.

또한, 상기 지지체(15)의 폭(A)이 넓어지면 분리시, 하우징(14)에 손상을 입히게 되므로(즉, 뜯겨지는 힘이 지지체(15)와 하우징(14)의 결합력 보다 세게 되므로), 지지체(15)의 폭(A)은 소정 수치 이상으로 형성되기 어렵다.

또한, 발광소자 패키지의 박형(Slim)화 추세(가령, 1mm 내외)에 따라 전체 구조물의 사이즈 역시 감소되며 지지체(15)의 두께는 더욱 감소될 수 밖에 없다.

이러한 이유로, 도 3에 도시된 것처럼, 리드프레임(13)이 포밍 금형(20)에 의하여 압박되는 경우 하우징(14)은 동판(11) 상에서 조금씩 유동되고(즉, 지지체(15)의 두께에 한계가 있으므로 소정의 탄성력이 작용됨), 결국 리드프레임(13)은 정확히 직각으로 굴곡되지 못한다.

이렇게 리드프레임(13)의 완벽한 전극 형상이 구현되지 못하면, 발광소자 패키지가 기판 상에 실장되는 경우 기판과 평행하게 실장되지 못하고 기판과 패키지 사이에 공극이 형성되며, 이는 본딩 공정 상의 어려움, 결합력의 약화 등의 장애적인 요인을 유발한다.

또한, 동판(11)의 두께가 얇게 형성됨에 따라 반도체 발광소자로부터 발생되는 열을 외부로 충분히 전달할 수 없으며 고열 환경에 노출된 발광소자는 구조적 결함이 발생되는 등 수명이 짧아지는 문제점이 발생된다.

본 발명은 외부 리드프레임을 굴곡가공하는 포밍 공정을 필요로 하지 않고, 리드프레임의 열방출성이 극대화될 수 있는 반도체 발광소자 패키지를 제공한다.

또한, 본 발명은 얇은 동판 구조로 인하여 생기는 구조적 취약성을 배제하고, 기판에 견고하게 실장될 수 있는 반도체 발광소자 패키지를 제공한다.

본 발명에 의한 반도체 발광소자 패키지는 반도체 발광소자의 실장 공간을 제공하고 광자가 방출되는 개방구가 형성된 하우징; 금속재질의 다각면체 구조로서 상기 실장 공간에 형성되고, 상기 반도체 발광소자와 전기적으로 연결되는 내부 리드프레임; 및 금속재질의 다각면체 구조로서 상기 내부 리드프레임과 연결되고, 상기 하우징 면을 관통하여 돌출됨으로써 전극 형상을 이루는 외부 리드프레임을 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)의 형태를 도시한 정면도인데, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)는 크게 하우징(110), 내부 리드프레임(122), 외부 리드프레임(120), 지지체(124)를 포함하여 이루어진다.

상기 내부 리드프레임(122), 외부 리드프레임(120) 및 지지체(124)는 하나의 동판(130) 상에서 형성될 수 있으며, 동판(130)은 절단 가공되어 개방 영역(A)이 형성됨으로써 상기 구성부들(122, 120, 124)의 형태를 이루게 된다. 가령, 동 판(130)은 펀칭 기술을 사용하여 상기 개방 영역(A)이 형성될 수 있다.

상기 하우징(110)은 개방 영역(A)의 가운데에 위치하는 동판(130) 부위에 PPA와 같은 수지물을 이용하여 사출성형되는데, 이때 하우징(110)에 내삽되는 부분은 내부 리드프레임(122)이 되고, 하우징(110) 바깥으로 돌출되는 부분은 외부 리드프레임(120)이 된다.

상기 하우징(110)은 반도체 발광소자의 실장 공간을 제공하고, 실장 공간에 내부 리드프레임(122)이 내삽되는데, 내부 리드프레임(122)은 이격된 두 부분으로서 반도체 발광소자의 전극은 이 두 부분과 전기적으로 연결(본딩)된다(도 4는 반도체 발광소자가 실장되기 전의 형태를 도시한 것임).

또한, 이격된 내부 리드프레임(122)에 두개의 외부 리드프레임(120)이 각각 연결된다.

본 발명의 실시에에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)는 사이드뷰(Side-view)형 패키지인 것으로 하며, 따라서 상기 하우징(110)이 외부 기판에 실장되는 경우, 발광소자로부터 발생된 광자는 측면으로 방출되도록 개방구가 형성된다.

상기 지지체(124)는 하우징(110)의 양측단에 각각 삽입되는 형태를 가지며, 절삭가공된 내부 리드프레임(122)과 외부 리드프레임(120)을 동판(130) 본체에 고정시키는 기능을 한다.

전술한 바와 같이, 상기 하우징(110)이 사출성형되면 상기 지지체(124)와 동판(130)이 분리됨으로써 하우징(110)은 리드프레임(120, 122)이 형성된 상태에서 개별소자화 되며, 이때 지지체(124)는 별도의 절삭 공정에 의하지 않고 기계적인 힘에 의하여 뜯겨지는 형태로 분리된다(물론, 절삭 공정에 의하여 분리될 수도 있음).

도 4에 의하면, 하나의 패키지를 위한 리드프레임(120, 122), 지지체(124), 하우징(110)이 형성된 것으로 도시되어 있는데, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 동판(130) 상에 이러한 구조가 다수개(array)로 형성되어 다수의 발광소자 패키지가 일괄공정으로 처리될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)의 형태를 도시한 저면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)의 형태를 도시한 측면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자 패키지(100)의 형태를 도시한 사시도이다.

도 7은, 도 5를 기준으로, 오른쪽 리드프레임(120, 122)과 지지체(124) 영역의 일부를 확대도시한 것이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 것처럼, 상기 동판(130)은 종래와는 달리 그 두께가 두꺼우며, 동판이 가공되어 상기 내부 리드프레임(122), 외부 리드프레임(120)이 형성된 경우, 이들 리드프레임(122, 120)은 판형이 아닌 다각면체의 형태를 이루게 된다.

본 발명의 실시예에서, 외부 리드프레임(120)과 내부 리드프레임(122)은 육면체 형태를 이루고 지지체(124)는 판형태를 이루는데, 하우징(110) 외부로 돌출되는 외부 리드프레임(120)이 가장 두껍게 절삭되고, 다음으로 내부 리드프레임(122)이 두껍게 형성되며, 지지체(124)가 가장 얇게 형성된다.

즉, 상기 동판(130; 참고로, 전체적으로 두꺼운 동판이라고 볼 수 있으나, 어레이된 다수개의 패키지(보통, 1mm 내지 2mm 정도의 크기임)가 형성되는 경우, 패키지 상의 구조물들은 판형이 아니라 다면체 형상이 됨)은 내부 리드프레임(122), 외부 리드프레임(120) 및 지지체(124) 부위에 따라 두께, 폭, 넓이, 면 개수 중 하나 이상의 요소가 차별화되어 절단/절삭가공되는 것이다.

참고로, 상기 외부 리드프레임(120)은 내부 리드프레임(122)보다 동일한 두께이거나 두껍게 형성되는 것이 좋으며, 이는 외부 리드프레임(120)이 외부 기판과 본딩되는 전극의 역할을 하므로 실장 영역을 넓게 확보하기 위함이다.

또한, 상기 지지체(124)가 가장 얇게 형성되는 것은, 뜯겨지는 형태로 동판(130)으로부터 분리되는 경우, 지지체(124)와 동판(130)이 분리되지 않고 힘이 하우징(110)으로 전달되어 파손되는 현상을 방지하기 위한 것이다.

예를 들어, 상기 동판(130)은 개방영역(A)을 형성하기 위하여 상면측으로부터 펀칭 기술을 적용할 수 있고, 측면측으로는 차별화된 두께 및 형태를 형성하기 위하여 밀링 기술을 적용할 수 있다.

일반적으로, 사이드 뷰형 반도체 발광소자 패키지(100)의 하우징(110)은 외부 기판에 안정적으로 실장되기 위하여 면을 따라 넓게 형성되며, 따라서 본 발명과 같이 내부 리드프레임(122)과 외부 리드프레임(120)은 하우징(110) 배면의 공간을 활용하여 넓게 형성될 수 있다.

또한, 상기 외부 리드프레임(120)은, 종래와 같이 판형으로 제작된 후 하우징 면을 따라 수평하게 굴곡되는 구조가 아니라, 다각면체 구조로서 하우징(110) 면을 관통하여 바로 돌출되는 구조를 가지므로 별도의 포밍(forming) 공정을 필요로 하지 않는다.

따라서, 종래와 같이 포밍 공정에 다른 외부 리드프레임의 굴곡 공차가 발생되지 않고 공정상의 번거로움을 제거할 수 있다.

또한, 종래의 지지체는 포밍 공정 시, 보다 강한 지지력을 제공하기 위하여 폭이 넓게 형성되어야 하고 따라서 하우징의 파손 문제가 발생될 수 있었으나, 본 발명에 의하면, 지지체(124)는 하우징(120)의 사출성형 전에 리드프레임(120, 122)을 고정시키는 역할만을 수행하므로 그 형태에 제약을 받지 않는다.

상기 외부 리드프레임(120)의 돌출된 면중 하우징(110)면과 수평하게 형성된 넓은 면은 외부 기판과 본딩되는 면이 된다.

그리고, 상기 내부 리드프레임(122)과 외부 리드프레임(120)이 다각면체 형태로 형성되므로, 반도체 발광소자로부터 발생된 열을 신속하게 전달할 수 있으며, 특히 외부 리드프레임(120)이 외부 기판과 넓은 면적에서(수직구조로) 접촉되므로 열을 외부로 방출하는 효율성이 향상될 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 반도체 발광소자 패키지에 의하면, 포밍 공정을 처리할 필요가 없게 되므로 생산 공정을 단순화하고 생산 비용 및 생산 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 리드 프레임의 열방출 효율을 극대화할 수 있으므로, 발광소자의 수명을 늘리고 동작 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 동박형 리드프레임의 구조를 개선함으로써 구조적 취약성을 배제할 수 있고, 생산 과정에서의 불량률을 최소화할 수 있으며, 외부 기판에 실장되어 제품화되는 경우 견고한 결합 구조를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 반도체 발광소자의 실장 공간을 제공하고 광자가 방출되는 개방구가 형성된 하우징;

   금속재질의 다각면체 구조로서 상기 실장 공간에 형성되고, 상기 반도체 발광소자와 전기적으로 연결되는 내부 리드프레임; 및

   금속재질의 다각면체 구조로서 상기 내부 리드프레임과 연결되고, 상기 하우징 면을 관통하여 돌출됨으로써 전극 형상을 이루는 외부 리드프레임을 포함하는 반도체 발광소자 패키지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내부 리드프레임 및 상기 외부 리드프레임은 절삭 가공된 동판 상에 형성되고,

   상기 하우징은 상기 동판의 리드프레임 부위에 사출성형되며,

   사출성형 시 상기 하우징을 상기 동판에 고정시키는 지지체가 상기 동판 상에 형성된 반도체 발광소자 패키지.
3. 제2항에 있어서, 상기 동판은

   상기 내부 리드프레임, 상기 외부 리드프레임 및 상기 지지체 부위에 따라 두께, 폭, 넓이, 면 개수 중 하나 이상의 요소가 차별화되어 절삭가공된 반도체 발 광소자 패키지.
4. 제2항에 있어서, 상기 지지체는

   상기 하우징이 사출성형되면 상기 하우징과의 결합부위가 절단되어 상기 하우징과 분리되는 반도체 발광소자 패키지.
5. 제2항에 있어서, 상기 지지체는

   다각면체 구조가 아닌 판형으로 형성되는 반도체 발광소자 패키지.
6. 제1항에 있어서, 상기 내부 리드프레임 및 상기 외부 리드프레임은

   육면체 구조인 반도체 발광소자 패키지.
7. 제2항에 있어서, 상기 지지체는

   상기 하우징 내부에서 상기 내부 리드프레임과 연결된 반도체 발광소자 패키지.
8. 제1항에 있어서, 상기 하우징은

   상기 외부 리드프레임이 기판에 본딩되는 경우 상기 개방구가 측면을 향하도록 사이드 뷰(Side-view)형태를 이루는 반도체 발광소자 패키지.
9. 제1항에 있어서, 상기 외부 리드프레임은

   상기 내부 리드프레임의 두께보다 같거나 큰 두께로 형성되는 반도체 발광소자 패키지.

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