KR20090082641A - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 플레이트 형상의 기판과 상기 기판상에 서로 절연되도록 절연물에 의해 구획된 도전성 리드를 포함하는 패드 프레임과 상기 도전성 리드 상에 실장되는 발광다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩과 도전성 리드를 둘러싸고 있으며, 발광다이오드 칩과 도전성 리드의 일부분이 외부로 노출되어 개구된 홈을 가진 하우징을 포함하되, 상기 발광다이오드 칩이 실장된 도전성 리드는 양방향으로 신장된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리드 프레임을 이용하여 발열을 개선 시킨 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드는 전기에너지를 광에너지로 변환하는 반도체 소자로서, 에너지 밴드갭(Band Gap)에 따른 특정한 파장의 빛을 내는 화합물 반도체로 구성된다. 최근에 적용분야의 다양화로 인해 사용량이 늘어나고 있는 발광다이오드는 사용목적 및 요구되는 형태에 따라 패키지(Package) 형태로 제공된다. 발광다이오드 패키지는 전원을 공급받으면 발광할 수 있는 발광다이오드 칩을 먼지, 습기, 전기적 및 기계적 부하 등의 각종 외부 환경으로부터 보호하고, 발광다이오드 칩의 전기적 성능을 최적화하고 극대화시키기 위해 리드 프레임이나 인쇄회로기판 등을 이용하여 신호 입·출력 단자를 형성하고 봉지재를 이용하여 몰딩하게 된다.
일반적으로 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩(Chip)을 전극 패턴이 형성된 기판 또는 리드 프레임(Lead Frame) 상에 실장한 후에 상기 칩의 단자와 전 극 패드(Electrode Pad)를 전기적으로 연결하는 방식으로 제조된다. 하지만, 패키지 몰딩재가 리드 프레임을 완전히 감싸도록 형성되기 때문에, 최근 고효율을 위해 사용하는 발열량이 많은 발광다이오드 칩을 사용하게 되면 열의 방출이 원할 하게 이루어지지 않는 문제점이 있다. 이렇게 열방출이 제대로 이루어지지 않으면 발광다이오드 칩의 수명이 현저히 단축되는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 과제는 발광다이오드 칩에서 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 플레이트 형상의 기판과 상기 기판상에 서로 절연되도록 절연물에 의해 구획된 도전성 리드를 포함하는 패드 프레임과 상기 도전성 리드 상에 실장되는 발광다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩과 도전성 리드를 둘러싸고 있으며, 발광다이오드 칩과 도전성 리드의 일부분이 외부로 노출되어 개구된 홈을 가진 하우징을 포함하되, 상기 발광다이오드 칩이 실장된 도전성 리드는 양방향으로 신장된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판상에 서로 절연되도록 절연물에 의해 구획된 내측 리드와 외측 리드를 포함하는 패드 프레임과 상기 내측 리드 상에 실장 되는 발광다이오드 칩과 상기 발광다이오드 칩이 실장된 내측 리드와 마주보는 내측 리드 상에 실장 되어 정전압을 유지하는 정전압 다이오드와 상기 발광다이오드 칩 및 정전압 다이오드와 내측 리드를 둘러싸고 있으며, 발광다이오드 칩 및 정전압 다이오드와 내측 리드의 일부분이 외부로 노출되어 개구된 홈을 가진 하우징을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발광다이오드 패키지는 리드 프레임의 간단한 구조변형으로 발광다이오드 칩에서 발생된 열을 외부로 방출할 수 있기 때문에 방열이 우수하며, 열로 인한 열화 현상과 발광다이오드 칩의 수명 단축 및 광량 저하 등을 방지하는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 단면 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발광다이오드 패키지(100)는 패키지 하우징(90), 패드 프레임(20), 발광다이오드 칩(40) 및 몰딩부(80)를 포함할 수 있다.
상기 패키지 하우징(90)은 기판(10)과 하우징(30)으로 구성될 수 있다.
상기 기판(10)은 플레이트 형상으로 상면에는 패드 프레임(20)이 안착될 안착홈(미도시)이 형성된다. 그리고 세라믹 또는 플라스틱(Plastics)으로 사출 성형하여 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(10)은 장착부가 협소하거나 특정 형태의 공간에 적용이 용이한 고열전도성 세라믹(High Thermal Conductive Ceramics)을 적용할 수 있다. 따라서, 광을 발생시키는 발광다이오드 칩(40)으로부터 발산되는 열을 효과적으로 방열시켜 발광특성이 우수한 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
상기 패드 프레임(20)은 기판(10)상에 마련되며 전극으로 사용될 수 있는 도전성 리드들이 절연된 기판(10)에 의하여 전기적으로 절연된 복수의 영역으로 구분되어 형성될 수 있다. 이러한 도전성 리드들은 양측이 마주보는 한 쌍으로 단부가 소정간격 이격되어 배치된다. 상기 패드 프레임(20)은 기판(10)의 안착홈에 안착 되는 내측 리드(20a)와 외부로부터 전원을 공급받기 위해 기판(10) 외부로 연장되는 외측 리드(20b)로 구분될 수 있다. 외부로 노출된 패드 프레임(20)의 외측 리드(20b)는 발광다이오드 패키지(100)의 전극 역할을 하며, 패드 프레임(20)의 일측은 음극으로, 타측은 양극으로 형성될 수 있다. 따라서 패드 프레임(20)의 외측 리드(20b)의 단부는 인쇄회로기판(미도시)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 패드 프레임(20)은 전기전도성과 열전도성이 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 이때 패드 프레임(20)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)와 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다.
또한, 내측 리드(20a)의 상부에는 발광다이오드 칩(40)이 실장 되며, 실장된 발광다이오드 칩(40)과 전기적으로 접속되어 발광다이오드 칩(40)에 전압을 인가할 수 있다. 그리고 발광다이오드 칩(40)에서 발생하는 열을 발광다이오드 패키지(100) 외부로 발산할 수 있도록, 발광다이오드 칩(40)이 실장된 내측 리드(20a)는 양방향으로 신장된 돌출부(200)가 형성될 수 있다. 돌출부(200)는 연장되어 하우징(30)의 측벽을 관통하여 공기와 접촉할 수 있는 면적을 넓히는 구조로 형성되어 발열에 유리하도록 한다. 여기서 돌출부(200)는 하우징(30)의 장측방향으로 연장된 내측 리드(20a)의 단측방향으로 신장 될 수 있다. 따라서 패드 프레임(20) 의 다양한 형상의 변형실시가 가능하다. 이러한 패드 프레임(20)은 실장 되는 발광다이오드 칩(40)의 수와 실장 방법 및 전기적인 연결 방식에 따라 그 수가 결정될 수 있다. 따라서, 패드 프레임(20)의 내측 리드(20a)에는 적어도 하나의 발광다이오드 칩(40)이 부착되어 고정될 수 있다.
상기 발광다이오드 칩(40)은 상기 내측 리드(20a) 상에 실장 된다. 여기서 발광다이오드 칩(40)의 단자와 내측 리드(20a)는 와이어로 연결될 수 있으나, 이와 달리 플립칩 방식에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. 따라서, 발광다이오드 칩(40)은 에폭시 수지(Ag Epoxy)나 공융접착제(Eutectic Solder)와 같은 접착 수단으로 기판(10)상에 고정될 수 있다.
발광다이오드 칩(40)은 일반적인 방식의 발광다이오드 칩이 적용되며, GaN 계열이 사용될 수 있다. 이러한 GaN 계열의 발광다이오드 칩은 발광시 청색 파장대의 빛을 조사하도록 제조되고, 이와 같이 제조된 발광다이오드 칩은 칩 위에 엘로우(Yellow) 파장대의 빛을 발산하는 형광체를 도포하여 이들 빛의 혼합으로 백색광이 나타나도록 할 수도 있다. 여기서, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 형광제를 이용하여 백색광을 나타내는 방법이 사용될 수도 있다.
상기 하우징(30)은 기판(10)상에 패드 프레임(20)을 둘러싸고 있으며, 개구된 홈(60)을 가질 수 있다. 또한, 홈(60)을 통해 대면하는 하우징의 두께는 서로 동일하게 형성될 수 있으며, 발광다이오드 칩(40)과 패드 프레임(20)을 보호하고 지지하는 지지체의 역할을 할 수 있다.
상기 몰딩부(80)는 발광다이오드 칩(40) 주변의 하우징(30)에 형성되며, 내 측 리드(20a)에 실장된 발광다이오드 칩(40)을 외부로부터 보호하기 위한 봉지재로 채워질 수 있다. 이러한 봉지재는 홈(60)에 위치한 발광다이오드 칩(40) 상에 형성되며, 일정량의 투명한 물질로 채워져 외부로부터 발광다이오드 칩(40)을 보호하는 동시에 빛의 진행경로를 변환하여 빛의 방출 효율을 높이는 기능을 할 수 있다. 따라서 미셀, 에폭시 또는 실리콘일 수 있으며 형광체가 사용될 경우 발광다이오드 칩(40)에서 발생하는 파장을 장파장으로 변화시키는 형광체일 수 있다. 이러한 광확산 봉지물질은 액상 상태로, 경화되지 않은 에폭시 수지와 실리콘 수지를 혼합하여 미셀이 형성된 상태로 제조하고, 상기 미셀이 형성된 봉지재료를 디스펜싱(Dispensing)방법을 이용하여 홈(60)에 봉지층을 형성할 수 있다.
여기서 봉지재가 채워지는 높이는 발광다이오드 칩의 종류와 상황에 따라 변할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I′의 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 절단한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 돌출부(200)는 발광효율을 고려하여, 발광다이오드 칩(40)이 실장된 내측 리드(20a)는 양방향으로 신장된 부분의 중앙에 형성되고, 발광다이오드 칩(40)에서 발생되는 열을 외부 공기를 이용하여 냉각할 수 있다.
또한, 홈(60)을 통하여 개구 면적을 넓게 형성함으로써 발광다이오드 칩(40)에서 발생한 빛의 손실 없이 멀리 퍼져나갈 수 있게 한다. 상기 기판(10)에 형성된 패드 프레임(20)의 일부분이 노출될 수 있고, 노출된 패드 프레임(20)의 내측 리드(20a) 상에 발광다이오드 칩(40)이 실장 될 수 있다. 여기서 홈(60)의 깊이는 발광다이오드 칩(40)이 매립될 수 있는 최소한의 깊이로 할 수 있다.
상기 홈(60)을 정의하는 하우징(30)의 내면은 발광다이오드 칩(40)이 실장된 바닥면으로부터 실장공간의 입구 쪽으로 갈수록 실장공간의 폭이 넓어지도록 소정각도를 이루도록 형성하여 발산되는 빛의 양의 손실을 줄인다.
또한, 하우징(30) 내면은 상부를 향해 빛이 조사되도록 반사물질을 코팅하거나 금속 재질의 반사판을 결합시켜 반사판으로의 기능을 할 수 있다. 상기 반사판은 발광다이오드 칩(40)으로부터 발광 되는 빛을 반사하여 분산되는 것을 방지하기 위한 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 발광다이오드 패키지는 발광다이오드를 정전기 방전(Electrostatic Discharge: ESD)으로부터 보호하기 위해 제너 다이오드가 포함되어 구성될 수 있으며, 이를 위해 발광다이오드 패키지에 제너 다이오드가 실장 되는 제너 다이오드 실장부를 포함하여 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지에 정전압 다이오드를 추가로 실장한 것을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 발광다이오드 패키지는 정전압 다이오드를 포함하여 형성된다. 정전압 다이오드는 정전압 효과를 나타낼 수 있는 제너 다이오드, 에벌런시 다이오드 등을 포함할 수 있다.
양극 내측 리드(250)에는 정전압 다이오드(270)가 실장 되며, 음극 내측 리드(240)에는 발광다이오드(40)가 실장 된다. 발광 다이오드(40)는 제2 와이어(220)에 의하여 양극 내측 리드(250)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 양극 내측 리드(250)에 인가된 순방향의 전류가 제2 와이어(220)를 통하여 발광다이오드(40)에 인가됨으로써 발광 다이오드로(40)부터 광이 조사될 수 있다.
정전압 다이오드(270)는 제1 와이어(210)를 구비하며, 제1 와이어(210)는 정전압 다이오드(270)로부터 연장되어 음극 내측 리드(240)에 와이어 본딩된다. 여기서, 제1 와이어(210)는 발광다이오드(40)로부터 연장된 제3 와이어(230)와 연결되어, 정전압 다이오드(270)는 발광다이오드(40)와 병렬로 연결될 수 있다. 차광댐(260)은 정전압 다이오드(270)와 발광다이오드(40) 사이에 위치하여, 발광다이오드(40)에서 출사된 광이 직접 정전압 다이오드(270)에 조사되어 정전압 다이오드(270)에 직접 반사 또는 흡수되지 않도록 할 수 있다. 그리고 양극과 음극 내측 리드(250, 240)의 영역을 나누는 기판(10)의 높이를 달리하여 차광댐(260)을 마련할 수도 있다.
따라서 정전압 다이오드(270)를 발광다이오드(40)와 병렬로 배치함으로써 순방향 및 역방향 전류로 인한 발광다이오드(40)의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명은 사이드 뷰(Side View) 형의 발광다이오드 소자에 적용하였으나, 이를 탑 뷰(Top View) 형의 발광다이오드 소자, 플래시에 사용되는 방식, 조명용 파워 발광다이오드 소자에 적용하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 단면사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드를 나타낸 정면도,
도 3은 도 2에 도시된 I-I′의 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 Ⅱ-Ⅱ′선을 따라 절단한 단면을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지에 정전압 다이오드를 추가 실장한 것을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 기판 20: 패드 프레임
30: 하우징 40: 발광다이오드
200: 돌출부 210: 제1 와이어
220: 제2 와이어 240: 음극 내측 리드
250: 양극 내측 리드 270: 정전압 다이오드

Claims (9)

  1. 플레이트 형상의 기판;
    상기 기판상에 서로 절연되도록 절연물에 의해 구획된 도전성 리드를 포함하는 패드 프레임;
    상기 도전성 리드 상에 실장되는 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩과 도전성 리드를 둘러싸고 있으며, 발광다이오드 칩과 도전성 리드의 일부분이 외부로 노출되어 개구된 홈을 가진 하우징을 포함하되,
    상기 발광다이오드 칩이 실장된 도전성 리드는 양방향으로 신장된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 기판 측면 외부로 신장된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 리드는 내측 리드와 외측 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 내측 리드에는 적어도 하나의 발광다이오드 칩이 부착되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 외측 리드는 외부로부터 전원을 공급받기 위해 기판 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  6. 플레이트 형상의 기판;
    상기 기판상에 서로 절연되도록 절연물에 의해 구획된 내측 리드와 외측 리드를 포함하는 패드 프레임;
    상기 내측 리드 상에 실장되는 발광다이오드 칩;
    상기 발광다이오드 칩이 실장된 내측 리드와 마주보는 내측 리드 상에 실장되어 정전압을 유지하는 정전압 다이오드;
    상기 발광다이오드 칩 및 정전압 다이오드와 내측 리드를 둘러싸고 있으며, 발광다이오드 칩 및 정전압 다이오드와 내측 리드의 일부분이 외부로 노출되어 개 구된 홈을 가진 하우징을 포함하되,
    상기 발광다이오드 칩이 실장된 도전성 리드는 양방향으로 신장된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 정전압 다이오드는 발광다이오드와 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩이 실장된 내측 리드는 음극 내측 리드인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 정전압 다이오드가 실장된 내측 리드는 양극 내측 리드인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
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