KR20090010621A - 발광소자 패키지 및 발광소자의 패키지 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광소자 칩으로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 발광소자 패키지에 관한 것으로, 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자 및 상기 발광소자를 실장하는 패키지 기판을 포함하는 발광소자 패키지에 있어서, 상기 패키지 기판은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에, 상기 제1전극과 접합되며, 4개의 모서리 영역을 갖는 제1전극패턴; 및 상기 제2전극과 접합되며, 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 상기 발광소자의 모서리 영역과 대응하는 위치에 형성된 제2전극패턴을 포함하여 구성된 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공한다.

.

발광소자, 패키지, 방열, 전극, 쇼트

Description

발광소자 패키지 및 발광소자의 패키지 기판{PACKAGE OF LIGHT EMITTING DEVICE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것으로, 특히, 열방출 효과를 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발광소자(Light Emitting Diode)는 낮은 소비전력, 고휘도 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용되며, 특히 최근 발광소자는 조명장치 및 대형 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(Backlight) 장치로 채용된다. 이러한 발광소자는 조명장치 등 각종 장치에 장착되기 용이한 패키지형태로 제공되는데, 발광소자 패키지는 발광소자의 보호와 장치와의 연결구조뿐만 아니라, 발광소자로부터 발생된 열을 방출시키기 위한 방열성능도 중요한 평가기준이 된다. 높은 방열성능은 일반 조명장치 및 대형 LCD용 백라이트와 같이 고출력 발광소자가 요구되는 분야에서 보다 중요하게 요구되는 패키지 조건이다.

발광소자는 사용 목적 및 요구되는 형태에 따라 다양한 패키지 형태로 제공 된다. 일반적으로, 발광소자 패키지는, 발광소자 칩을 전극패턴이 형성된 기판 또는 리드프레임 상에 실장한 후에 상기 칩의 단자와 전극 패턴(또는 리드)을 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시, 실리콘 또는 그 조합 등을 사용하여 수지포장부를 형성하는 방식으로 제조된다.

그러나, 종래 전극패턴이 형성된 패키지 기판 상에 발광소자 칩을 직접 접합하는 플립칩 접합방식에 따른 발광소자 패키지의 경우, 발광소자로부터 발생된 열로 인해, 발광소자의 휘도가 저하되는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 패키지 기판에 방열판을 별도로 구비하고 있으나, 고출력 발광소자에 있어서, 상기 방열판으로는 열을 효과적으로 방출하는 데는 한계가 있다.

한편, 패키지 기판 상에 발광소자를 접합하기 위해서는, 상기 발광소자를 패키지 기판 상에 부착한 후 외부압력이 가해지게 되는데, 이때 발광소자 칩에 전달되는 압력이 의하여 발광소자의 직하면과 접촉되는 패키지 기판 상의 전극패턴이 용융되면서 이웃하는 전극패턴과 연결(short)되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 패키지 기판 상에 전극패턴의 설계를 통해 발광소자에서 발생되는 열을 방출시키는 능력을 극대화하고, 휘도 열화율을 최소화할 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자; 및 상기 발광소자를 실장하는 패키지 기판을 포함하는 발광소자 패키지에 있어서, 상기 패키지 기판은, 상기 제1전극과 접합되는 마름모 형상의 제1전극패턴; 및 상기 제2전극과 접합하며, 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 4개의 제2전극패턴을 포함하여 구성된 발광소자 패키지를 제공한다.

이때, 상기 발광소자는 플립칩 접합(flip chip bonding) 방식을 통해 패키지 기판 상에 실장된다.

상기 제1전극패턴은 발광소자의 각 변에 대응하는 모서리 영역이, 발광소자의 영역 밖으로 노출되어 있으며, 이는 발광소자 접합시 용융된 제1전극패턴이 발광소자의 외곽부로 노출된 것으로, 열의 방출능력을 더욱 향상시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 패키지 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)으로, 상기 발광소자에 구동신호를 인가하기 위한 회로들이 형성되어 있다.

또한, 본 발명은, 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자; 및 상기 발광소자를 실장하는 패키지 기판을 포함하는 발광소자 패키지에 있어서, 상기 패키지 기판은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에, 상기 제1전극과 접합되며, 4개의 모서리 영역을 갖는 제1전극패턴; 상기 제2전극과 접합되며, 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 상기 발광소자의 모서리 영역과 대응하는 위치에 형성된 제2전극패턴을 포함하여 구성된 발광소자 패키지를 제공한다.

또한, 본 발명은, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판 상에, 발광소자 접합시, 발광소자의 각 변의 외곽으로 노출되는 4개의 모서리 영역을 갖는 제1전극패턴; 및 상기 제1전극의 각 변과 대향하는 제2전극패턴을 포함하는 발광소자의 패키지 기판을 제공한다.

또한, 본 발명은, 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자를 준비하는 단계; 마름모 형상의 제1전극패턴 및 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 4개의 제2전극패턴이 형성된 패키지 기판을 준비하는 단계; 상기 발광소자의 제1전극 및 제2전극을 상기 패키지 기판의 제1전극패턴 및 제2전극패턴 상에 부착시킨 상태에서 상기 발광소자 상에 외부 압력을 인가하는 단계; 및 상기 제1전극패턴이 용융되어 발광소자의 외곽부로 이동하는 단계를 포함하여 이루어지는 발광소자 패키지의 제조방법을 제공한다.

상기한 바와 같이 이루어지는 발광소자 패키지 및 그 제조방법은, 패키지 기판 상에 전극패턴을 발광소자 칩의 모서리 부분 및 4개 변의 부분을 외부에서 감싸는 형태, 즉, 마름모 형상의 제1전극패턴 및 상기 제1전극패턴의 각 변에 대향하는 4개의 제2전극패턴을 갖도록 패키지 기판의 전극패턴을 설계함으로써, 상기 발광소자 칩의 직하면과 접합하는 제1전극패턴의 용융금속이 발광소자 칩의 외곽부로 이동하여, 발광소자 칩과 패키지 기판과의 부착면적이 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 발광소자의 칩과 패키지 기판과의 부착면적이 넓어짐에 따라, 구동전류 인가시 발광소자 칩에서 발생하는 열을 방출시키는 능력을 증가시키고, 휘도가 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

더욱이, 상기한 바와 같이 설계된 패키지 기판의 전극패턴 구조는, 금속의 표면장력의 특성에 의해 전극패턴 간의 쇼트도 방지할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 패키지 기판의 전극구조는, 발광소자 칩이 패키지 기판 상에 부착되어 압력이 가해질 때, 제1전극패턴의 모서리 영역이 발광소자의 외곽부로 이동하고, 발광소자 영역을 벗어나 외부로 노출되므로, 전극간의 쇼트가 발생하지 않는다.

본 발명에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법은, 패키지 기판 상에 형성된 전극패턴의 설계를 통해, 발광소자로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출할 뿐 아니라, 효과적인 열방출에 의해, 발광소자의 휘도가 떨어지는 것을 방지하고, 발광소자의 수명을 더욱 향상시킨다.

이하, 첨부한 도면을 통해 본 발명에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 발광소자 패키지를 나타낸 것으로, 특히, 패키지 기판 상에 형성된 전극패턴의 구조를 보여주기 위한 발광소자 패키지의 평면도이며, 전극패턴을 보여주기 위해 발광소자 칩은 점선으로 나타내었다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광소자 패키지(100)는, 전극패턴(130, 140)들이 형성된 패키지 기판(110) 및 그 상부에 실장된 발광소자 칩(120)을 포함한다.

상기 패키지 기판(110)은, 인쇄회로기판으로, 열전도도가 높은 금속 성분의 방열체 상부에 폴리이미드로 구성된 연성 PCB(flexible PCB)를 접착제를 이용하여 부착시켜 방열 성능을 향상시킨 방열효과가 좋은 메탈 인쇄회로기판으로, 발광소자 칩(120)은, 연성 PCB의 상부면에 실장되며 솔더링(soldering)을 통하여 연성 PCB의 상부면에 형성된 전극패턴(130, 140)과 연결되어 전류를 공급받는다.

또는, 상기 패키지 기판(110)은, 그 상부 표면에 발광소자 칩(120)을 전기적으로 연결하기 위한 전극회로가 형성되어 있는 수지계열의 재질로 이루어진 인쇄회로기판일 수도 있으며, 상기 수지계열의 인쇄회로기판은, 그 하부에 방열체가 부착될 수 있다.

본 발명에서, 상기 패키지 기판(110)은, 특정기판으로 한정하는 것은 아니며, 기판 상에 발광소자 칩과 플립칩 본딩을 통해 전기적으로 연결될 수 있는 전극패턴을 가진다면, 어떠한 기판이라도 포함할 수 있다.

한편, 상기 전극패턴(130, 140)은 중앙부 즉, 발광소자 칩(120)의 직하면에 형성된 전극(미도시)과 접촉하는 영역에 형성된 제1전극패턴(130)과 상기 제1전극패턴(130)의 각 변에 대향하는 4개의 제2전극패턴(140)으로 이루어져 있다.

상기 제1전극패턴(130)은 4개의 모서리 영역을 가지고 있으며, 상기 모서리 영역은, 도시된 바와 같이, 곡면형상을 가지고 있으며, 각 모서리 영역은 실장될 발광소자 칩(120)의 외곽으로 노출되어 있다.

이외에, 상기 모서리 영역은, 곡면형상뿐 아니라, 삼각형상, 사각형상 등의 다양한 다각형상으로 형성될 수도 있으며, 상기 모서리 영역과 연결되는 각 변은, 직선 또는 곡선 등으로 형성될 수 있다. 예를들어, 상기 모서리 영역이 삼각형 모양이고, 각 변이 직선인 경우, 마름모 형태의 제2전극패턴이 형성된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 제1전극패턴(130)의 모양을 특정 모양으로 한정하지 않으며, 패키지 기판 상에 실장될 발광소자 칩(120)의 영역 밖으로 돌출된 4개의 모서리 영역만을 갖는다면, 어떠한 형상이라도 본 발명에 포함될 것이다.

그리고, 상기 제2전극패턴(140)은 상기 제1전극패턴(130)의 각 변과 대향하는 위치, 즉, 플립칩 접합방식에 의해 실장될 발광소자 칩(120)의 각 모서리 영역과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 이때, 상기 제2전극패턴(140)도 상기 제1전극패턴(130)과 소정거리 이격되기만 한다면, 다각형상, 원형상 등의 어떠한 형상이라도 가능하다.

상기한 바와 같이 형성된 제1전극패턴(130)과 제2전극패턴(140)은, 발광소자 칩(120)의 (+)전극 또는 (-)전극과 각각 접합되며, 상기 발광소자 칩(120)의 전극 은, 상기 제1전극패턴(130) 및 제2전극패턴(140)과 접합할 수 있도록 전극패턴이 형성되어 있다.

도 2는 발광소자 칩을 도시한 것으로, 특히, 도 1에 도시된 패키지 기판 상에 실장될 발광소자칩의 전극을 나타낸 평면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 발광소자 칩(120)은, 광을 발생시키는 발광구조물(120a) 및 상기 발광구조물(120)에 전류를 인가하기 위한 전극(123, 125)으로 구성된다.

상기 전극(123, 125)은, 패키지 기판의 제1전극패턴(130)과 접합될 제1전극(123)과 패키지 기판의 제2전극패턴(140)과 접합될 제2전극(125)으로 이루어져 있으며, 이들은 각각 (+)전극 또는 (-)전극을 담당한다.

상기 제1전극(123)은 발광소자 칩의 중심부에 크로바 형태를 가지는 전극이 독립적으로 형성된 4개의 전극(123a)과 상기 4개의 전극(123a)을 하나로 연결하는 연결전극(123b)으로 이루어져 있으며, 상기 제2전극(125)은 발광소자 칩의 모서리 영역에 각각 형성된 4개의 전극(125a)으로 이루어져 있다.

상기 발광소자 칩(120)에 형성된 제1전극(123)과 제2전극(125)은, 패키지 기판(도 1참조)에 형성된 제1전극패턴(130) 및 제2전극패턴(140)과의 연결을 위해, 발광소자 칩(120)을 패키지 기판(110) 상에 부착시, 이들이 서로 대응하는 위치에 있기만 한다면, 상기 발광소자 칩(120)의 제1전극(123) 및 제2전극(125) 구조에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

즉, 본 발명에서, 상기 발광소자 칩(120)의 제1전극(123) 및 제2전극(125)의 형상은, 패키지 기판(110)의 제1 및 제2전극패턴(130, 140)과 전기적으로 연결만 된다면, 어떠한 형태라도 가능하다.

상기한 바와 같이, 패키지 기판 상에, 발광소자 칩(120)의 모서리 부분 및 4개의 변의 부분을 외부에서 감싸는 구조의 제1전극패턴(130)과 상기 제1전극패턴(130)의 각 변에 대향하는 4개의 제2전극패턴(140)을 갖도록 전극패턴을 설계하는 것은, 구동전류 인가시, 발광소자 칩에서 발생하는 열을 방출시키는 능력을 극대화하기 위한 것이다.

다시 말해, 본 발명에 따른, 발광소자 패키지는, 발광소자 칩을 접합하기 위하여 패키지 기판 상에 전극패턴을 형성하게 되는데, 발광소자 칩 부착시 가해지는 외부압력으로 인해, 발광소자 칩의 직하면과 접촉되는 용융금속(제1전극패턴)이 발광소자 칩의 외곽부로 이동하게 되며, 발광소자 칩의 외곽부로 이동하는 용융금속은 제1전극패턴의 모서리 영역으로, 발광소자 칩을 접합한 후, 발광소자 칩을 벗어나 외부로 노출되게 된다. 이로 인해, 발광소자 칩과 패키지 기판 사이의 평탄한 부착면적을 늘리는 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서, 전극패턴을 통해 발광소자 칩에서 발생하는 열을 방출할 수 있는 능력이 향상되며, 이에 따라, 발광소자 칩이 열에 의해 휘도가 저하되는 문제가 해결되고, 발광소자 칩의 수명도 향상시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 기본개념은, 패키지 기판 상에, 발광소자 칩을 접합할 때, 이들 접합면에 형성된 용융금속이 발광소자 칩의 외곽으로 잘 퍼져나갈 수 있도록 전극패턴을 설계하는 것으로, 본 발명에서는 4개의 모서리 영역을 갖는 제1전극패턴 과, 상기 제1전극패턴의 각 변에 대향하는 4개의 제2전극패턴을 두어, 그 상부에 실장되는 발광소자 칩의 외부를 감싸도록 한 것이다.

도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 패키지 기판의 단면을 나타낸 것으로, 도 2는 I-I’의 단면도이고, 도 4는 II-II”의 단면도이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 발광소자 패키지는, 발광소자 칩(120)이 접합된 후, 제1전극패턴(130)이 발광소자 칩(120)의 외곽부로 벗어난 것을 알 수 있으며, 상기 노출된 제1전극패턴 영역(A)은, 앞서 설명한 바와 같이, 발광소자 칩(120)과 패키지 기판(110) 사이의 접합면적을 증가시키는 효과를 내어, 방열능력을 향상시킨다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광소자 패키지는, 발광소자 칩(120)이 부착되어, 외부압력에 의해, 용융금속이 압착되더라도, 금속의 표면장력 특성에 의해, 제1전극패턴(130)과 제2전극패턴(140) 간의 쇼트를 방지할 수 있게 되며, 특히, 도 3에 도시된 제1전극패턴의 노출영역(A)은, 용융금속이 압착될 때, 용융된 금속이 이동할 수 있는 경로를 제공하여, 상기 두 전극패턴(130, 140) 간의 쇼트를 더욱 효과적으로 방지한다.

또한, 상기한 바와 같이 구성된 발광소자 패키지는, 발광구조물과 제1 및 제2전극을 포함하는 발광소자 칩을 준비하고, 상기 발광소자 칩을 실장할, 패키지 기판을 준비하되, 도 1에 도시된 전극패턴 구조를 갖는 패키지 기판을 준비한 후, 솔더링(soldering) 및 유테틱 본딩(eutectic bonding) 기능을 갖는 설비를 이용하여, 상기 발광소자 칩을 상기 패키지 기판 상에 직접 접합하는 공정을 통해 제작할 수 있으며, 상기 설비를 통해, 발광소자 칩에 압력이 인가될 때, 패키지 기판 상에 형성된 전극패턴은, 그 모서리 영역을 향해, 용융금속이 이동하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 패키지 기판 상에 형성되는 전극패턴이, 제1전극패턴과, 상기 모서리 부분 및 4개의 변의 부분을 외부에서 감싸는 구조를 갖는 제1전극패턴의 각 변에 대향하는 4개의 제2전극패턴을 구성하여, 그 상부에 실장되는 발광소자 칩의 외부를 감싸도록 함으로써, 발광소자 칩에 구동전류 인가로 인해 발생되는 열을 효과적으로 방출하고, 이로 인해 휘도 열화율을 최소화 할 뿐 아니라, 용융금속의 표면장력 특성을 이용해, 전극패턴 간의 쇼트도 효과적으로 방지한다.

따라서, 본 발명은, 패키지 기판 상에 발광소자 칩과 접합되기 위해, 4개의 모서리영역을 갖는 제1전극패턴과, 상기 제1전극패턴의 각 변에 대향하는 4개의 제2전극패턴을 갖도록 전극패턴을 설계하는 것으로, 상기 패키지 기판의 종류 및 발광소자 칩의 종류에 상관없이, 본 발명의 실시예에서, 제시하고 있는 전극패턴을 가진다면, 상기 본 발명의 사상을 포함하는 공지된 모든 발광소자 패키지를 포함할 수 있을 것이다.

이에 따라, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 패키지 기판의 전극패턴을 보여주는 발광소자 패키지의 평면도.

도 2는 발광소자 칩의 전극패턴을 보여주는 평면도.

도 3은 도 1의 I-I’의 절단면도.

도 4는 도 1의 II-II’의 절단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 발광소자 패키지 110 : 패키지 기판

120 : 발광소자 123 : 제1전극

125 : 제2전극 130 : 제1전극패턴

140 : 제2전극패턴

Claims (11)

1. 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자 및 상기 발광소자를 실장하는 패키지 기판을 포함하는 발광소자 패키지에 있어서,

   상기 패키지 기판은,

   상기 제1전극과 접합되는 마름모 형상의 제1전극패턴; 및

   상기 제2전극과 접합하며, 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 4개의 제2전극패턴;

   을 포함하여 구성된 발광소자 패키지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발광소자는 플립칩 접합(flip chip bonding)을 통해 패키지 기판 상에 실장된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1전극패턴은 발광소자의 각 변에 대응하는 모서리 영역이, 상기 발광소자 영역 밖으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
4. 제1항에 있어서,

   상기 패키지 기판은 인쇄회로기판(printed circuit board)인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
5. 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자 및 상기 발광소자를 실장하는 패키지 기판을 포함하는 발광소자 패키지에 있어서,

   상기 패키지 기판은,

   인쇄회로기판;

   상기 인쇄회로기판 상에, 상기 제1전극과 접합되며, 4개의 모서리 영역을 갖는 제1전극패턴;

   상기 제2전극과 접합되며, 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 상기 발광소자의 모서리 영역과 대응하는 위치에 형성된 제2전극패턴;

   을 포함하여 구성된 발광소자 패키지.
6. 제5항에 있어서,

   상기 모서리 영역은, 다각형상인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
7. 제5항에 있어서,

   상기 모서리 영역은, 곡면형상인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
8. 인쇄회로기판;

   상기 인쇄회로기판 상에, 발광소자 접합시, 발광소자의 각 변의 외곽으로 노출되는 4개의 모서리 영역을 갖는 제1전극패턴; 및

   상기 제1전극의 각 변과 대향하는 제2전극패턴;

   을 포함하는 발광소자의 패키지 기판.
9. 제8항에 있어서,

   상기 모서리 영역은, 다각형상인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 기판.
10. 제8항에 있어서,

    상기 모서리 영역은, 곡면형상인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
11. 제1전극 및 제2전극이 형성된 발광소자를 준비하는 단계;

    4개의 모서리영역을 갖는 제1전극패턴 및 상기 제1전극패턴의 각 변과 대향하는 4개의 제2전극패턴이 형성된 패키지 기판을 준비하는 단계;

    상기 발광소자의 제1전극 및 제2전극을 상기 패키지 기판의 제1전극패턴 및 제2전극패턴 상에 부착시킨 상태에서 상기 발광소자 상에 외부 압력을 인가하는 단계; 및

    상기 제1전극패턴이 용융되어 발광소자의 외곽부로 이동하는 단계;

    를 포함하여 이루어지는 발광소자 패키지의 제조방법.

Images