KR20090104577A - 멀티칩 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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KR20090104577A
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Abstract

여기에서는, 멀티칩 LED 패키지가 개시된다. 개시된 멀티칩 LED 패키지는, 상면에는 칩 실장 영역이 제공되고 저면에는 복수의 전극 패드가 형성된 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 상에 장착되며, 상기 칩 실장 영역을 노출시키는 제 1 개구부를 구비한 제 1 적층기판과, 상기 제 1 적층기판 상에 적층되며, 상기 제 1 개구부보다 큰 제 2 개구부를 구비한 제 2 적층기판과, 상기 제 1 적층기판의 상면에 형성된 채 상기 제 2 개구부에 의해 노출되는 복수의 패턴 전극과, 상기 복수의 패턴 전극과 상기 복수의 전극 패드를 연결하는 복수의 전극 연결부를 포함한다.
멀티칩, LED, 패키지, 적층기판, 베이스 기판, 개구부, 패턴 전극

Description

멀티칩 ＬＥＤ 패키지{MULTI CHIP LED PACKAGE}
본 발명은 여러 개의 LED칩이 실장되는 멀티칩 LED 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복수의 LED칩을 패키지하는 요소로, 적층된 기판(특히, 세라믹 기판)들을 이용하는 방열성 등이 좋은 LED 패키지에 있어서, 복수의 LED칩에 대한 간단하고 용이한 전기 배선이 가능한 최적 구조의 LED 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(LED; Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)는 전류 인가에 의해 p-n 반도체 접합(p-n junction)에서 전자와 정공이 만나 광을 발하는 소자로서, LED는 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 소비전력이 작은 이점 등 기존의 광원에 비해 많은 이점을 갖는다. 통상, 발광다이오드는 'LED칩'이라 칭해지는 칩 형태의 반도체 요소로 제작되며, 이러한 LED칩이 패키지된 구조는 'LED 패키지'라 칭해진다.
종래에는 패턴 전극들이 형성된 세라믹 기판 상에 LED칩이 실장된 세라믹 LED 패키지가 공지되어 있다. 또한, 그와 같은 LED 패키지는, LED칩이 실장된 세라믹 기판 상에 그 LED칩을 노출시키는 개구부가 형성된 다른 세라믹 기판이 적층되며, 그 개구부에는 LED칩을 보호하는 봉지재가 형성될 수 있다. 위와 같은 종래의 LED 패키지는 LED칩이 실장되는 부분이 상대적으로 열전도성이 큰 세라믹이라는 점에서 방열성이 좋은 이점이 있다.
그러나, 종래의 LED 패키지는, 예를 들면, 소정 색의 광(특히, 백색광), 더 나아가서는, 온백백(warm white)의 광과 같이, 목표로 하는 광을 얻기 위해 여러개의 LED칩의 실장이 요구되는 응용에는 부적합하다는 문제점이 있다. 보다 구체적으로, 종래의 LED 패키지는, LED칩에 전력을 입력하기 위한 수단인 패턴 전극과 배선(특히, 본딩 와이어) 등이 세라믹 기판, 즉, LED칩이 실장되는 기판 상에 국한되어 위치하며, 이는 공간적인 협소함에 기인한 전기 배선의 복잡함 및 그에 의한 쇼트 등의 위험을 야기할 수 있다.
하나의 LED칩에 대하여 두개의 본딩와이어를 이용하여 전기 배선하는 투-본딩 방식으로 여러개의 LED칩 전기 배선할 경우, 전술한 문제점은 더욱 심각해질 수 있다. 또한, 본 발명자는 하나의 패키지 내에 실장되는 여러개의 LED칩을 직렬로 연결하는 방식을 제안하게 되었는데, 이러한 방식은 전기 배선이 복잡한 종래의 LED 패키지에 적용이 어려웠다. 또한, LED칩들이 실장되는 위치에서의 복잡한 전기 배선은 LED칩들을 다양하게 배치하는 데에 많은 어려움을 준다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 복수의 LED칩을 패키지하는 요소로, 적층된 기판들을 이용하는데 있어서, 복수의 LED칩에 대한 간단하고 용이한 전기 배선을 가능하게 하는 최적 구조의 LED 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 멀티칩 LED 패키지는, 상면에는 칩 실장 영역이 제공되고 저면에는 복수의 전극 패드가 형성된 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 상에 장착되며, 상기 칩 실장 영역을 노출시키는 제 1 개구부를 구비한 제 1 적층기판과, 상기 제 1 적층기판 상에 적층되며, 상기 제 1 개구부보다 큰 제 2 개구부를 구비한 제 2 적층기판과, 상기 제 1 적층기판의 상면에 형성된 채 상기 제 2 개구부에 의해 노출되는 복수의 패턴 전극과, 상기 복수의 패턴 전극과 상기 복수의 전극 패드를 연결하는 복수의 전극 연결부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 전극 연결부는 상기 제 1 적층기판과 상기 베이스 기판을 연속적으로 관통하여 형성된 비아(via)들일 수 있으며, 상기 복수의 패턴 전극 중 제 1 패턴 전극과 제 2 패턴 전극 사이에는 복수의 LED칩들이 본딩 와이어들에 의해 직렬 연결될 수 있으며, 상기 복수의 LED칩들은 p형 전극과 n형 전극이 모두 상면에 있는 수평형 LED칩들일 수 있으며, 상기 복수의 LED칩들은 상기 베이스 기판의 칩 실장 영역에 실장될 수 있다. 또한, 상기 복수의 LED칩은, 상기 베이스 기판의 칩 실장 영역에 실장되는 LED칩과, 상기 제 1 적층기판 상에 상기 복수의 패턴 전극을 피해 실장되는 LED칩을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 상기 베이스 기판은, 상면에 형성된 보조 패턴 전극과, 저면에 형성된 보조 전극 패드와, 상기 보조 패턴 전극을 상기 보조 전극 패드에 연결하는 보조 비아를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 베이스 기판의 저면으로부터 상기 베이 스 기판의 상면의 칩 실장 영역까지 관통하여 마련된 방열기둥을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 멀티칩 LED 패키지는, 상기 제 2 적층기판 상에 적층되며, 상기 제 2 개구부보다 큰 제 3 개구부를 구비한 제 3 적층기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 3 개구부에는 렌즈가 끼워져서 지지될 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 개구부에 의해 형성되는 캐비티 내에는 수지 재질의 투광성 봉지재가 몰딩 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판과 상기 제 1 및 제 2 적층기판은 세라믹 재질의 기판들일 수 있다. 제 3 적층기판이 추가로 포함된 경우, 제 3 적층기판도 세라믹 재질의 기판일 수 있다.
본 발명에 따른 멀티칩 LED 패키지는, 베이스 기판이 아닌, LED칩 주변을 싸는 캐비티를 한정하는 용도의 적층기판들 중 하나에 복수의 패턴 전극이 형성되므로, 그 복수의 패턴 전극을 이용해, 많은 수의 LED칩들에 대한 간단한 전기 배선이 가능하다. 또한, 많은 수의 본딩와이어들을 이용하더라도, 전기 쇼트의 위험성이 없으며, 그 본딩와이어들에 의한 광 손실 또한 크지 않다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1, 단면도에는 복수의 LED칩(11, 12)이 실장된 멀티칩 LED 패키지가 부재번호 1로 표시되어 있다. 또한, 도 2에는 도 1에 도시된 LED 패키지가 평면도로 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에서는 도시의 편의를 위해 본딩와이어와 봉지재 및/또는 렌즈 등의 구성요소가 생략된 채 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 도 1 및 도 2 LED 패키지의 저면도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 멀티칩 LED 패키지(1)는, 베이스 기판(20)과, 상기 베이스 기판(20) 상에 적층되는 제 1 적층기판(30), 그리고, 상기 제 1 적층기판(30) 상에 적층되는 제 2 적층기판(40)을 포함한다. 부가로, 상기 제 2 적층기판(40) 상에는 제 3 적층기판(50)이 적층되어 있다. 이때, 상기 베이스 기판(20)과, 제 1, 제 2, 제 3 적층기판들(30, 40, 50)은 열전도성이 큰 세라믹 재질로 이루어진다. 상기 기판들(20, 30, 40, 50)은 대략 정사각형의 형태를 갖지만, 기판(20, 30, 40, 50)들의 정사각형 형상에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 베이스 기판(20)의 상면에는 복수의 LED칩(11, 12)들, 즉, 주 LED칩(11)과 부 LED칩(12)들이 실장되는 칩 실장 영역이 제공된다. 여기에서, '칩 실장 영역'은 상기 LED칩(11, 12)들이 실장된 채, 이하 설명될 제 1, 제 2, 제 3 적층기판의 개구부들에 의해 상측으로 노출될 수 있는 상기 베이스 기판(20) 상의 영역을 포함하는 의미이다. 또한, 용어 '주 LED칩' 및 '부 LED칩'은 LED칩들을 위치 에 따라 구분하기 위하여 정의된 용어들로서, 그 용어들에 의해 본 발명이 한정되어서는 아니된다.
본 실시예에서, 하나의 주 LED칩(11)이 베이스 기판(20)의 칩 실장 영역 중앙에 위치하며, 복수의 부 LED칩(12)들이 상기 주 LED칩(11)을 중심으로 좌우 및/또는 전후로 대칭되게 배치된다. 또한, 도 1에 도시된 복수의 LED칩(11, 12)들 각각은 상면에 n형 전극과 p형 전극이 모두 구비된 수평형 LED칩으로서, 하나의 LED칩에 대하여 두개의 본딩와이어가 이용된다. 이와 같이 하나의 LED칩에 대하여 두개의 본딩와이어를 이용하는 배선 연결 방식은 통상 '투-본딩' 방식이라 칭해진다.
추가로, 상기 베이스 기판(20)은, 상면의 보조 패턴 전극(201)과, 저면에 형성된 보조 전극 패드(203)와, 상기 보조 패턴 전극(201)을 상기 보조 전극 패드(203)에 연결하는 보조 비아(202)를 포함한다. 이들 요소들(201, 202, 203)은, 도 1에 도시된 것과 같은 수평형 LED칩(11, 12)들만을 이용할 때에는 전극으로서의 역할을 하지 못하지만, 수직형 LED칩을 이용하는 경우에 대비하여, 보조적으로 구비되는 것이며, 따라서, LED 패키지의 범용성을 높여주는데 기여한다. 따라서, 범용성을 고려하지 않는다면, 상기 요소들(201, 202, 203)은 수평형 LED칩과 수직형 LED칩을 범용적으로 사용하는 범용성을 고려하지 않는다면 생략될 수 있는 것이다. 이때, 상기 보조 패턴 전극(201)은 Ag/Au의 도금에 의해 형성될 수 있으며, 상기 보조 전극 패드(203) 및/또는 보조 비아(202)도 Ag/Au 재질일 수 있다.
또한, 베이스 기판(20) 상의 칩 실장 영역에는 LED칩과 베이스 기판과의 접착력을 높이는 AuSn 도금이 이용될 수도 있다.
한편, 상기 베이스 기판(20) 상에는 상기 제 1 적층기판(30)이 적층되되, 상기 제 1 적층기판(30)에는 상기 베이스 기판(20)의 칩 실장 영역 및 그 칩 실장 영역 상의 LED칩(11, 12)들을 상측으로 노출시키는 대략 사각형의 제 1 개구부(32)가 형성된다. 또한, 상기 제 1 적층기판(30)에는 예를 들면, Ag/Au 도금에 의해 분할된 형태로 형성된 복수(본 실시예에서는, 4개; 도 2에 잘 도시됨)의 패턴 전극들(34, 34, 34, 34)이 상기 제 1 개구부(32)의 주변으로 형성된다. 상기 복수의 패턴 전극들(34, 34, 34, 34)은 서로에 대해 절연되어 있다. 상기 제 1 개구부(32)의 내벽은, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 광의 지향각 등을 고려하여 경사진 면으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 상기 베이스 기판(20)의 저면에는 상기 복수의 패턴 전극들에 대응되게 복수의 전극 패드들(24, 24, 24, 24; 도 2 참조)이 형성된다. 또한, 각각의 패턴 전극(34)으로부터 그에 대응되는 전극 패드(24)까지, 상기 제 1 적층기판(30)과 상기 베이스 기판(20)을 연속적으로 관통하여 비아(304)가 형성된다. 상기 비아(304)는 상기 제 1 적층기판(30)과 상기 베이스 기판(20)을 관통하는 비아홀에 예를 들면 도금에 의해 금속이 채워져 형성되는 것이며, 그 비아(304)에 의해 상기 패턴 전극(34)과 전극 패드(24)는 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제 1 적층기판(30)의 상면에는 제 2 적층기판(40)이 형성되되, 상기 제 2 적층기판(40)은 상기 제 1 적층기판(30)의 제 1 개구부(32) 전체와 상기 제 1 적층기판(30)의 패턴 전극(34)들을 노출시키는 대략 원형인 제 2 개구부(42)를 포함한다. 상기 제 2 개구부(42)는 상기 제 1 개구부(32) 와 마찬가지로 LED칩을 수용하는 캐비티의 일부를 구성한다. 그리고, 상기 제 2 개구부(42)는 상기 제 1 개구부(32)보다 큰 크기를 가져서, 상기 패턴 전극(34)들을 노출시킬 있다. 상기 제 2 개구부(42)에 의해 노출되는 상기 패턴 전극(34)들 각각은 제 2 개구부(42)의 원주를 따라 4개로 균등하게 분할된 형상을 가지며, 이는 도 2에 잘 도시되어 있다.
또한, 상기 제 2 적층기판(40)에는 제 3 적층기판(50)이 적층되며, 상기 제 3 적층기판(50)은 상기 제 2 적층기판(40)의 제 2 개구부(42)보다 큰 크기를 가져 그 제 2 개구부(42)를 상측으로 노출시키는 제 3 개구부(52)가 형성된다.
도 4에는 본딩와이어들에 의해 복수의 LED칩들이 전기 배선되고, 봉지재와 렌즈에 의해 그 LED칩들이 봉지되어, 최종 완성된 멀티칩 LED 패키지가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 복수의 패턴 전극 중 제 1 패턴 전극(34)과 제 2 패턴 전극(34) 사이에 복수의 LED칩(11, 12)들이 본딩 와이어(W)들에 의해 직렬로 연결된다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 개구부(32, 42)에 의해 형성되는 캐비티에는 에폭시 또는 실리콘 재질의 투광성 봉지재(60)가 몰딩 성형에 의해 형성되어 있다. 그리고, 상기 제 3 개구부(52)에는 유리 또는 투광성 재질로 이루어진 렌즈(70)가 삽입 설치되어 있다. 상기 렌즈(70)는 2차 광학계로서의 역할을 할 수 있다. 여기에서, 상기 렌즈(70)와 상기 봉지재(60) 중 어느 하나의 생략이 가능하며, 그러한 생략에 의해서도, 제 1 및 2 개구부(32, 42) 및/또는 제 3 개구부(52)에 의해 한정되는 캐비티 내에 수용된 LED칩들은 외부로부터 보호될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티칩용 LED 패키지를 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예의 LED 패키지(1)는, 주 LED칩(11)은 베이스 기판(20)의 칩 실장 영역에 실장되되, 본딩와이어(W)에 의해 주 LED칩(11)과 직렬로 연결되는 복수의 부 LED칩(12, 12)들은 제 1 적층기판(30)에 실장되어 있다. 이때, 상기 부 LED칩(12,12)들은, 상기 제 1 적층기판(30) 상에 실장되되, 상기 복수의 패턴 전극(34)들과 상기 제 1 개구부(32)를 피해 위치하고 있다. 나머지 구성은 앞선 도 1 내지 도 4 실시예에 따른 멀티칩용 LED 패키지와 실질적으로 같다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티칩용 LED 패키지를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 베이스 기판(80)에는 LED칩, 특히, 주 LED칩으로부터 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 금속 재질의 방열기둥이 추가로 마련된다. 상기 방열기둥(80)은 상기 베이스 기판(20)의 저면으로부터 상기 베이스 기판(20) 상면의 칩 실장 영역까지 관통하여 형성된다. 이때, 상기 방열기둥(80)의 상면에 LED칩이 직접 실장될 수 있으며, 이 경우, LED칩으로부터 발생한 열은 방열기둥(80)을 열전달 매개로 하여, 패키지 외부로 보다 빨리 방출된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티칩 LED 패키지를 본딩와이어와 봉지재 등을 제거한 상태로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티칩 LED 패키지를 본딩와이어와 봉지재 등을 제거한 상태로 도시한 평면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 멀티칩 LED 패키지를 도시한 저면도.
도 4는 본딩와이어, 봉지재, 렌즈를 모두 갖춘 상태로 도 1 내지 도 3에 도시된 멀티칩 LED 패키지를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 멀티칩 LED 패키지를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티칩 LED 패키지를 설명하기 위한 도면.

Claims (13)

  1. 상면에는 칩 실장 영역이 제공되고 저면에는 복수의 전극 패드가 형성된 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 장착되며, 상기 칩 실장 영역을 노출시키는 제 1 개구부를 구비한 제 1 적층기판;
    상기 제 1 적층기판 상에 적층되며, 상기 제 1 개구부보다 큰 제 2 개구부를 구비한 제 2 적층기판;
    상기 제 1 적층기판의 상면에 형성된 채 상기 제 2 개구부에 의해 노출되는 복수의 패턴 전극; 및
    상기 복수의 패턴 전극과 상기 복수의 전극 패드를 연결하는 복수의 전극 연결부를 포함하는 멀티칩 LED 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 전극 연결부는 상기 제 1 적층기판과 상기 베이스 기판을 연속적으로 관통하여 형성된 비아(via)들인 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 패턴 전극 중 제 1 패턴 전극과 제 2 패턴 전극 사이에는 복수의 LED칩들이 본딩와이어들에 의해 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 복수의 LED칩들은 p형 전극과 n형 전극이 모두 상면에 있는 수평형 LED칩들인 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 복수의 LED칩들은 상기 베이스 기판의 칩 실장 영역에 실장되는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 복수의 LED칩은, 상기 베이스 기판의 칩 실장 영역에 실장되는 LED칩과, 상기 제 1 적층기판 상에 상기 복수의 패턴 전극을 피해 실장되는 LED칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스 기판은, 상면에 형성된 보조 패턴 전극과, 저면에 형성된 보조 전극 패드와, 상기 보조 패턴 전극을 상기 보조 전극 패드에 연결하는 보조 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스 기판의 저면으로부터 상기 베이스 기판의 상면의 칩 실장 영역까지 관통하여 마련된 방열기둥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 적층기판 상에 적층되며, 상기 제 2 개구부보 다 큰 제 3 개구부를 구비한 제 3 적층기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제 3 개구부에는 렌즈가 끼워져서 지지되는 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 개구부에 의해 형성되는 캐비티 내에는 수지 재질의 투광성 봉지재가 몰딩 형성된 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스 기판과 상기 제 1 및 제 2 적층기판은 세라믹 재질의 기판들인 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 베이스 기판과 상기 제 1, 제 2 및 제 3 적층기판은 세라믹 재질의 기판들인 것을 특징으로 하는 멀티칩 LED 패키지.
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