KR20100035242A - Ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글래스 비드들이 배합된 페이스트를 이용하여 LED칩을 실장면에 접착시킴에 따라 광 특성 유지 및 기계적 강도 특성을 개선한 LED 패키지를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 LED 패키지는 LED칩; 및 상기 LED칩을 실장면에 접착시키는 페이스트를 포함하되, 상기 페이스트는 글래스 비드들(glass beads)을 포함한다. 이러한 글래스 비드들 각각은 10㎛이의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
글래스 비드, 페이스트, 투명, 실리콘, 에폭시, 은, 광 특성, 기계적 강도

Description

ＬＥＤ 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 글래드 비드들이 배합된 페이스트를 이용하여 LED칩을 실장면에 접착시킴에 따라 광 특성 유지 및 기계적 강도를 개선한 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, LED 패키지는 LED칩 및 그 LED칩을 봉지하는 투광성의 봉지재를 포함한다. 상기 LED칩은 전류 인가에 의해 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 발광형 반도체칩을 의미한다.
상기 LED 패키지는 상기 LED칩의 접착 공정시 여러가지 방법 중 페이스트(paste)를 이용하여 실장면, 예를 들면 방열 슬러그나 한쌍의 리드단자 중 하나의 리드단자에 접착하는 방식이 사용되고 있다.
특히, 은, 백색의 실리콘 또는 에폭시, 투명의 실리콘 또는 에폭시 등 다양한 페이스트들이 사용되되, LED의 목적에 따라 해당 페이스트가 사용되고 있으며, 그 페이스트들 중 고 광도 및 신뢰성 향상을 위해, 투명의 실리콘 페이스트가 사용되고 있다.
그러나, 상기 투명의 실리콘 페이스트는 고 광도 특성 및 신뢰성을 갖는 대 신, 물성 고유의 특성으로 인해 기계적 강도가 다른 페이스트 보다 약한 단점이 있다.
종래의 LED 패키지는 도 1에 도시된 바와 같이, 투명의 실리콘 페이스트를 이용하여 한쌍의 리드 단자 중 어느 하나의 리드 단자에 LED칩을 접착시키고, 나머지 리드 단자와 본딩와이어(W)에 의해 전기적으로 연결시킨다. 이때, 투명의 실리콘 페이스트에 의해 LED칩을 리드 단자에 접착후, DSS(Die Shear Strength)의 측정시 전단 강도값이 상대적으로 낮아, 본딩와이어(W)를 잡아당기면 도 1의 (c)에서 보든 바와 같이 접착면이 떨어지므로 LED의 불량을 초래한다.
한편, 투명의 에폭시 페이스트는 기계적 강도가 좋으나, 에폭시 성분으로 인해 황변 또는 흑화되어 중장기적으로는 신뢰성 저하를 일으켜, LED 수명을 감소시키는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 분산된 형태로 글래스 비드들이 배합된 페이스트를 이용하여 LED칩을 실장면에 접착시킴에 따라, 고광도 유지 및 기계적 강도를 높일 수 있어 제품의 안정화 및 품질 향상을 도모할 수 있도록 한 LED 패키지를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지는 LED칩; 및 상기 LED칩을 실장면에 접착시키는 페이스트를 포함하되, 상기 페이스트는 글래스 비드들(glass beads)을 포함한다. 상기 페이스트는 상기 글래스 비드들이 분산된 형태로 위치하며, 이러한 글래스 비드들 각각은 10㎛이하의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 페이스트에 배합된 글래스 비드들의 입자 크기가 커지면, 상기 LED칩에서 페이스트로 방출된 빛의 산란과 글래스 비드들 입자 투과 등에 따른 광 손실이 발생하여 광도 증가에 기여할 수 없는 반면, 글래스 비드의 입자 크기가 10㎛이하로 작으면 페이스트 내 글래스 비드의 분산 효과가 더 커지고, 상기 LED칩에서 페이스트로 향하는 빛의 산란 및 글래스 비드 입자 투과 등에 따른 광손실 또한 적어져 광도 증가에 기여할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 페이스트는 투명일 수 있으며, 나아가 상기 페이스트는 은 페이스트 또는 백색 페이스트를 포함할 수 있다.
상기 페이스트는 상기 글래스 비드들과 실리콘 페이스트를 배합하여 만들어 진 페이스트일 수 있다. 또한, 은 페이스트 또는 백색 실리콘 페이스트에 상기 글래스 비드들을 배합하여 페이스트를 만들 수도 있다. 은 페이스트 또는 백색 실리콘 페이스트에 상기 글래스 비드들을 배합한 경우, 예를 들면 은 페이스트 또는 백색 실리콘 페이스트 등의 순도를 낮춰 광도특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 글래스 비드들이 배합된 페이스트를 사용하여 LED칩을 실장면에 접착시킴에 따라, 기존 투명 페이스트의 고광도 특성을 유지하면서, 취약점인 기계적 강도 특성을 개선하여 제품 성능 및 품질 향상을 강화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 글래스 비드들의 크기를 10㎛이하의 크기로 페이스트에 배합함에 따라, 페이스트 내 글래스 비드의 분산 효과가 크고, 상기 LED칩에서 페이스트로 향하는 빛의 산란 및 글래스 비드 입자 투과 등에 따른 광손실 또한 작아져 광도 증가에 기여할 수 있다.
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 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지(1)는 제 1 및 제 2 리드단자(12, 13)를 노출시키는 개구부(17)를 갖는 패키지 몸체(11)와, 그 개구부(17) 내에 위치하는 LED칩(14)을 포함한다. 또한, 상기 LED 패키지(1)는 상기 LED칩(14)을 보호하기 위해 형성된 투광성 봉지재(16)를 포함하며, 상기 봉지재(16)는 상기 개구부(17) 내에 채워져서 상기 LED칩(14)을 봉지한다. 상기 개구부(17)의 내벽은 경사진 상태로 광을 반사시킬 수 있는 반사면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
필요한 경우, 상기 봉지재(16) 내에는 LED칩(14)으로부터 나온 광 일부를 파장 변환하는 형광체(미도시)가 다수의 입자 형태로 분산되어 위치할 수 있다.
도 2에서, 상기 LED칩(14)은 상기 제 1 리드단자(12)에 페이스트(15)에 의해 접착된 상태로, 하부 전극(미도시)이 상기 제 1 리드단자(12)에 전기적으로 연결되고, 상부 전극(미도시)은 나머지 상기 제 2 리드단자(13)와 본딩와이어(W)에 의해 연결된 구조를 포함하나, 이러한 구조는 다양하게 변경될 수 있는 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
본 발명에 따라, 상기 LED칩(14)을 상기 제 1 리드단자(12)에 접착시키기 위한 페이스트(15)는 투명일 수 있으며, 특히 투명의 실리콘 페이스트일 수 있다. 나아가, 은(Ag) 페이스트, 백색(White)의 실리콘 페이스트도 사용될 수 있다. 단, 상기 페이스트(15)는 글래스 비드(15a)들이 배합되어 있고, 그 글래스 비드(15a)들은 작은 크기를 가지며, 본 발명에서는 대략 10㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 구형의 글래스 비드가 사용된다. 상기 글래스 비드(15a)의 입자 크기가 10㎛ 초과하면, 상기 LED칩(14)에서 페이스트(15)로 방출된 광의 산란과 글래스 비드(15a)들 입자 투과 등에 따라 광 손실이 발생할 수 있는 반면, 글래스 비드(15a)의 입자 크기가 10㎛ 이하이면 상기 LED칩(14)에서 페이스트(15)로 향하는 빛의 산란 및 글래스 비드 입자 투과에 따른 광손실이 적어져 발광효율을 증가시킬 수 있다.
상기 글래스 비드(15a)는 투명 플라스틱류 및 유리 등에 첨가하여 강도를 높일 수 있고, 타 물질과 배합시 확산 효과가 뛰어나며, 고굴절, 고휘도성을 가지고 있어 재귀 반사능력이 우수한 특성을 갖는다. 나아가, 상기 글래스 비드(15a)는 무방향성으로 타 물질 내에 균일하게 분산될 수 있고, 입자가 무색투명하여 어떤 색상, 특히 백색에도 적용 가능하다.
이러한 특징을 갖는 글래스 비드(15a)의 주요 구성 물질은 다음의 표 1과 같다.
구성성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O
일반비율 70~73% 0.8~1.0% 0.08~0.14% 7~12% 1.0~4.5% 13~15%
상기 구성 물질의 비율을 조절함에 따라 다양한 특성을 갖는 글래스 비드를 만들 수 있다. 또한 주요 성분이 SiO2이므로, 실리콘 기반의 페이스트에도 배합이 잘 되어, 이형 특성이 없다.
상기 글래스 비드(15a)들과 페이스트(15)의 배합과정을 살펴보면, 먼저 페이스트(15), 예를 들면 투명의 실리콘 페이스트를 일정시간 해동한 후, 특정 배합비(페이스트 : 글래스 비드들)에 따라 배합하고, 배합후 핸드 믹싱 또는 교반기 등의 장비에 의한 믹싱을 하여 배합한다. 이때, 페이스트(15)가 믹싱에 따른 온도상승으로 점도변화를 일으키지 않은 특정 조건으로 배합한다.
이와 같이 페이스트(15)와 글래스 비드(15a)들의 배합후 점도가 상승하기 때문에, 상기 LED칩(14)이 실장면, 예를 들면 제 1 리드단자(12)에 접착후에 상기 본딩와이어(W)를 잡아당기더라도 페이스트의 접착면이 떨어지지 않는다. 이에 따라, 본딩와이어(W) 작업시 상기 LED칩(14)이 안정되어 작업성이 좋아지며, 기계적 강도가 강해진다.
다음의 표 2에서는 상기 글래스 비드(15a)들을 배합한 페이스트(15)에 대한 실험 결과 중 기계적 특성 결과를 DSS(Die Shear Strength)로 보여주고, 표 3에서는 상기 글래스 비드(15a)들을 배합한 페이스트(15)에 대한 초기 광 특성 결과를 IV(Luminous Intensity)로 보여준다.
페이스트 종류 백색 에폭시 페이스트(A) 투명의 실리콘 페이스트(B) B+글래스 비드들 (1%) B+글래스 비드들 (2%)
DSS(gf)의 평균 187.33 85.35 100.72 128.95
DSS 향상률 119.5 standard 18 51
페이스트 종류 백색 에폭시 페이스트(A) 투명의 실리콘 페이스트(B) B+글래스 비드들 (1%) B+글래스 비드들 (2%)
IV(mcd)의 평균 1759.99 1881.53 1810.45 1847.05
IV 향상률 standard 6.91 2.87 4.95
표 2에서 보듯이, 백색 에폭시 페이스트(A)는 DSS(Die Shear Strength)값이 가장 높으므로, 기계적 강도가 우수하며, 투명의 실리콘 페이스트(B)는 DSS값이 가장 낮아, 기계적인 강도가 약한 것으로 알 수 있다. 따라서, 투명의 실리콘 페이스트(B)를 기준(standard)으로 백색 에폭시 페이스트(A)의 DSS 향상률은 119.5이고, 글래스 비드들(1%)이 배합된 투명의 실리콘 페이스트(B)의 DSS 향상률은 18이며, 글래스 비드들(2%)에 배합된 투명의 실리콘 페이스트(B)의 DSS 향상률은 51이므로, 투명의 실리콘 페이스트 보다 글래스 비드들이 배합된 실리콘 페이스트가 기계적 강도가 높다.
또한, 표 3의 실험결과에서 보듯이, 투명의 실리콘 페이스트(B)의 광도(Luminous Intensity, IV)가 가장 높으므로, 초기 광 특성이 가장 우수하며, 반대로 백색 에폭시 페이스트(A)는 LED칩에서 광 방출시 상기 LED칩의 일정영역을 일부 가리는 등 투과율, 반사율이 낮아 상대적으로 광도가 낮게 확인됨을 알 수 있다. 따라서, 백색 에폭시 페이스트(A)를 기준(standard)으로 투명의 실리콘 페이스트(B)의 IV 향상률은 6.91이고, 글래스 비드들(1%)이 배합된 투명의 실리콘 페이스트(B)의 IV 향상률은 2.87이며, 글래스 비드들(2%)에 배합된 투명의 실리콘 페이스트(B)의 IV 향상률은 4.95이므로, 광 특성이 가장 좋은 투명의 실리콘 페이스트(B)에 글래스 비드(15a)들을 각각 1%, 2% 배합한 샘플의 경우, 투명의 실리콘 페이스트(B) 보다 광도가 약간 낮기는 하지만, 종래의 백색 에폭시 페이스트(A)보다 높은 광도를 유지하면서 기계적인 강도를 향상시킨 결과를 확인할 수 있다.
이와 같은 결과에서는 투명의 실리콘 페이스트(B)에 글래스 비드(15a)들을 2% 배합시 좋은 기계적 강도 및 광특성을 얻을 수 있지만, 더욱 정밀한 배합 및 믹싱/경화조건 등을 부여하면 최적의 기계적 강도 및 광특성을 확보할 수 있다.
상기 글래스 비드(15a)들과 배합된 페이스트(15)는 백색을 가진다. 도 4의 (a)에서 보듯이 글래스 비드들이 배합되지 않은 페이스트로 LED칩을 실장시 페이스트 고유 성질인 필렛(fillet)에 의해 LED칩의 일정영역을 차단하여 광방출을 떨어뜨리고, 일부 흡수되거나 LED칩의 일정영역에서의 반사율을 떨어뜨려 광도저하를 가져올 수 있다. 이와는 대조적으로 글래스 비드는 물질 자체가 투과성 물질이기 때문에, 도 4의 (b)에서 보듯이 글래스 비드들이 분산 형태로 배합된 페이스트로 LED칩을 실장시 필렛(fillet)에 의해 LED칩의 일정영역이 차단되어도 광방출을 유지시키며, 글래스 비드 입자의 물질적 특성에 따른 일부 산란에 의해 광손실만 있을 뿐 기존의 백색 페이스트 보다 광 특성이 우수하며, 페이스트보다 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 LED칩 접착과 본딩와이어 연결을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 글래스 비드들이 분포된 페이스트에 의해 LED 칩이 접착되고 본딩와이어가 연결된 상태를 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 LED패키지의 LED칩에서 방출되는 광의 경로를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : LED 패키지 11 ; 패키지 몸체
12 : 제 1 리드단자 13 : 제 2 리드단자
14 : LED칩 15 : 페이스트
15a : 글래스 비드 16 : 봉지재
17 : 개구부

Claims (6)

  1. LED칩; 및
    상기 LED칩을 실장면에 접착시키는 페이스트를 포함하되,
    상기 페이스트는 글래스 비드들(glass beads)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 페이스트는 상기 글래스 비드들이 분산된 형태로 위치하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 글래스 비드들 각각은 10㎛이하의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 페이스트는 투명인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 페이스트는 은 페이스트 또는 백색 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 페이스트는 상기 글래스 비드들과 실리콘 페이스트를 배합하여 만든 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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