KR20100136050A - 방열 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Abstract

여기에서는 기판에 실장되는 방열 LED 패키지가 개시된다. 개시된 방열 LED 패키지는, 부분적으로 투광성을 갖는 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체에 내장되는 LED와, 상기 LED로부터의 열을 상기 패키지 몸체의 바닥면에서 외부로 방출하며, 접착물질에 의해 기판에 부착되는 히트싱크와, 상기 접착물질 일부가 들어가도록 상기 패키지 몸체의 바닥면에 의도적으로 형성한 홈부를 포함한다.

방열, LED, 패키지, 홈부, 히트싱크

Description

방열 ＬＥＤ 패키지{HEAT DISSIPATING LED PACKAGE}

본 발명은, 히트싱크를 갖는 방열 LED 패키지에 관한 것으로서, 기판에 대한 접착 강도가 더욱 향상된 방열 LED 패키지에 관한 것이다.

근래 들어, LED(Light Emitting Diode)는 디스플레이 장치 또는 그것의 백라이트 모듈, 또는, 실내외 조명기구 등 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다. LED(Light Emitting Diode)는, 기본적으로 반도체들의 접합으로 이루어진 고체 발광소자를 의미한다. LED에 전압을 인가하면, 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드갭에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 발한다. 이러한 LED는 저전류 요건에서의 고출력 특성, 빠른 응답성, 긴 수명, 단단한 패키지 구조 등 많은 이점을 갖는다.

LED 패키지는 패키지 몸체 내에 LED를 내장하여 이루어진다. 패키지 몸체는, LED로부터 발생한 광을 외부로 내보낼 수 있도록, 적어도 부분적으로 투광성을 갖는다. 일반적으로는, 비투광성 리플렉터(또는, 하우징)의 캐비티 바닥에 LED를 실장하고, 그 캐비티에 투광성 수지 재료를 채워, LED를 봉지하지만, 패키지 몸체 전체를 투광성 수지 재료로 형성하기도 한다. 이때, 패키지 몸체에 내장되는 LED는 LED 칩(chip) 또는 다이(die)일 수 있으며, LED 칩 또는 다이를 서브마운 트(submount)에 실장한 것일 수도 있다.

LED 패키지는, 예를 들면, 솔더 페이스트와 같은 도전성 접착물질에 의해 PCB(Printed Circuit Board)와 같은 기판에 실장된다. LED 패키지는 LED에 전압을 인가하기 위한 리드단자들을 구비하며, 그 리드단자들은 도전성 접착물질에 의해 기판에 있는 전기 회로에 전기적으로 연결된다. 한편, LED가 발광 동작하는 동안에 열이 발생하는데, 이 열은 LED 패키지의 성능을 떨어뜨리고 LED 패키지의 수명을 저하시킬 수 있다. 특히, 고출력 LED 패키지는, 높은 전력이 인가되므로, 열에 의한 성능 및 수명의 저하가 더 심각하다.

이에 따라, 종래에는 열의 방출을 돕는 히트싱크의 구조를 LED 패키지에 마련한다. 히트싱크는 금속 리드단자들과 별도로 패키지 몸체에 설치되는 방열 슬러그이거나, 또는, LED가 실장된 금속 리드단자의 일부분을 변형시켜 패키지 몸체의 바닥면에서 외부로 노출시킨 것일 수 있다. 히트싱크는 LED에서 발생한 열을 패키지 몸체의 바닥면을 거쳐 외부로 방출하는 경로를 형성한다.

종래에는, 방열 LED 패키지를 기판 상에 실장할 때, 히트싱크가 도전성 접착물질에 의해 기판에 부착된다. 접착물질에 의해 기판 상에 히트싱크가 강하게 부착되어 있을수록 LED 패키지의 방열 성능은 좋아진다. 그러나, 방열 LED 패키지가 기판 상에서 미끄러지는 힘에 의해, 기판에 대한 접착 강도가 저하되는 경우가 많았으며, 이는 히트싱크에 의한 방열 LED 패키지의 방열 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다. 따라서, 종래의 방열 LED 패키지는 히트싱크와 기판 사이의 접착력을 향상시킬 수 있는 구조가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 접착물질에 의해 기판에 부착되는 히트싱크를 구비한 방열 LED 패키지에서, 그 LED 패키지의 몸체 바닥면 구조의 개선을 통해, 기판과 히트싱크 사이의 접착 강도를 크게 해주는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 도전성 접착물질에 의해 기판에 부착되는 히트싱크를 구비한 방열 LED 패키지에서, 그 LED 패키지의 몸체 바닥면 구조의 개선을 통해, 기판과 히트싱크 사이의 접착 강도를 크게 하고, LED 패키지의 방열 성능을 더 향상시키는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 방열 LED 패키지는, 기판에 실장되는 것으로서, 부분적으로 투광성을 갖는 패키지 몸체와, 상기 패키지 몸체에 내장되는 LED와, 상기 LED로부터의 열을 상기 패키지 몸체의 바닥면에서 외부로 방출하며, 접착물질에 의해 기판에 부착되는 히트싱크와, 상기 접착물질 일부가 들어가도록 상기 패키지 몸체의 바닥면에 의도적으로 형성한 홈부를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 히트싱크는 상기 LED가 실장되는 금속 리드단자의 일부분일 수 있다. 대안적인 실시예에 따라, 상기 히트싱크는 상기 LED가 실장되는 방열 슬러그일 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 홈부는 상기 히트싱크와 접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 홈부는 상기 히트싱크를 둘러싸는 링(ring)형을 가질 수 있으며, 대안적으로, 상기 히트싱크와의 접경 부분으로부터 외곽으로 연장되는 도랑의 형태를 포함할 수도 있다.

대안적으로서, 상기 홈부가 상기 히트싱크와 이격된 상태로 형성될 수도 있다. 그러나, 이 경우에도, 접착물질 일부가 상기 홈부로 들어갈 수 있도록 하여야 하며, 히트싱크와 홈부가 접해 있는 경우와 비교할 때, 접착물질이 흘러 들어가는 것을 방해하는 장벽이 존재하므로 덜 선호적일 수 있다.

상기 접착물질은 솔더 페이스트인 것이 바람직하지만, 도전성을 갖는 다른 접착물질이 이용될 수도 있다. 비도전성 접착물질을 이용하면, 방열 LED 패키지의 접착력을 높여주는 데에는 기여할 수 있지만, LED 패키지의 방열 성능은 상대적으로 나쁠 것이다.

상기 패키지 몸체의 바닥면은 상기 히트싱크의 바닥과 동일 평면을 이루는 것이 바람직하다. 히트싱크가 패키지 몸체의 바닥면으로 돌출된 경우에는, 방열 LED 패키지의 두께 증가를 초래할 수 있다.

본 발명에 따르면, 방열 LED 패키지를 기판 상에 실장할 때, 페이스트 상의 접착물질이 패키지 몸체의 바닥에 형성된 홈부에 들어간 후 굳어지므로, 기판과 히트싱크 사이의 접착 강도를 크게 증가시키고, 방열 LED 패키지가 기판 상에 뒤틀어져 실장되는 현상 또는 접착물질이 한쪽으로 쏠리는 현상을 막아줄 수 있다. 또한, 솔더 페이스트와 같은 도전성 접착물질을 이용하는 경우, 히트싱크의 바닥이 접착 물질을 매개로 기판에 대해 넓은 면적으로 강하게 부착되어지므로, 방열 LED 패키 지의 열 방출 효율을 더 높여줄 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 LED 패키지 기판에 실장된 상태를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 방열 LED 패키지의 저면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방열 LED 패키지(1)는 기판(2) 상에 상태로 실장되며, 이때, LED 패키지(1)와 기판(2) 사이의 접착을 위해, 솔더 페이스트와 같은 접착물질(4)이 이용된다. 상기 방열 LED 패키지(1)는 LED(12)와, 상기 LED(12)가 내장되는 패키지 몸체(14)를 포함한다. 상기 LED(12)는, 제1 및 제2 금속 리드 단자(15, 16)를 통해 기판(2)의 전기회로에 연결되며, 이에 의해, 전압을 인가 받는다. 상기 LED(12)는 반도체 에피 성장 공정에 의해 형성된 LED칩 또는 다이일 수 있으며, 그와 같은 LED칩 또는 다이가 서브마운트(submount)에 장착되어 이루어진 구조일 수도 있다.

상기 패키지 몸체(14)는 비투광성의 리플렉터(142)와, 투광성의 봉지재(144)를 포함한다. 상기 리플렉터(142)는, PPA와 같은 플라스틱 수지를 원료로 하여, 사 출성형에 의해 형성될 수 있다. 사출 성형 전, 수지 원료에 반사 성질을 만들어주는 반사성 안료 또는 염료를 넣거나, 또는, 사출성형된 리플렉터의 캐비티에 반사시트, 반사 필름, 반사 구조물을 설치할 수도 있다.

금속 리드단자들(15, 16)에 대하여, 리플렉터(142)를 사출성형함으로써, 금속 리드단자(15, 16)들은 리플렉터(142)에 지지될 수 있다. 상기 리플렉터(142)의 상부에는 캐비티가 형성되고, 그 캐비티의 바닥에 제1 및 제2 금속 리드단자(15, 16)의 일부가 위치한다. LED(12)는 캐비티의 바닥에서 상기 제1 및 제2 금속 리드단자(15, 16)와 전기적으로 연결되며, 상기 캐비티에는, 예를 들면, 에폭시 또는 실리콘과 같은 투광성 수지 재질의 봉지재(144)가 채워진다. 본 실시예에서, 패키지 몸체(14)는, 따로 성형되는 비투광성 리플렉터(142)와, 투광성 봉지재(144)로 구성되지만, 전체적으로 투광성을 갖는 패키지 몸체를, 예를 들면, 트랜스퍼 몰딩 또는 다른 성형 공정에 의해 형성하는 것 또한 고려될 수도 있다.

본 실시예의 방열 LED 패키지(1)는 상기 LED(12)로부터의 열을 상기 패키지 몸체(14)의 바닥면에서 외부로 방출하는 히트싱크를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 히트싱크는 LED(12)가 실장되는 제1 금속 리드단자(15)의 일부분으로 되어 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 금속 리드단자(15)는 상기 LED(12)가 실장된 위치에서 오목하게 함몰되어 형성된 하나의 컵부(152)를 포함하며, 상기 컵부(152)의 바닥은 패키지 몸체(14)의 바닥면에서 외부로 노출된다. 이때, 히트싱크의 역할을 하는 상기 컵부(152)는 그것의 바닥이 몸체(14)의 바닥면과 동일 평면을 이루며, 따라서, 상기 방열 LED 패키지(1)는 히트싱크를 마련하는 것에 의한 두께의 증가가 없다. 상기 컵부(152)는, LED(12)와 가장 가깝게 접촉하여, LED(12)에서 생성된 열을 패키지 몸체(14)의 외부로 내보낸다.

상기 방열 LED 패키지(1)는, 기판(2) 상에 실장될 때, 기판(2)에 대한 히트싱크, 즉, 컵부(152)의 부착 강도를 높일 수 있는 구조를 포함하고 있다. 이 구조는 상기 방열 LED 패키지(1)의 기판(2)에 대한 실장시, 페이스트 상의 도전성 접착물질(4)이 흘러 들어오는 것을 허용하는 홈부(14a)가 형성된다. 이 홈부(14a)에 도전성 접착물질(4)이 페이스트 상태로 흘러 들어가 굳어짐으로써, 히트싱크 및 그것을 포함하는 방열 LED 패키지(1)와 기판(2) 사이의 부착 강도는 강화될 수 있다. 또한, 상기 홈부(14a)에 의해, 도전성 접착물질의 쏠림 현상이나 방열 LED 패키지(1)가 기판(2) 상에 틀어져 실장되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 홈부(14a)는, 패키지 몸체(14)의 바닥면에서, 히트싱크의 역할을 하는 컵부(152)와 접해 있다. 더 바람직하게는, 상기 홈부(14a)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 컵부(152)의 바닥, 즉, 히트싱크의 바닥을 전체적으로 둘러싸는 구조, 즉, 링형 구조일 수 있다. 이 경우, 링형 구조의 형상은, 컵부(152)의 형상에 따라, 원형은 물론이고, 삼각형, 사각형, 또는 다른 기하학적 형상을 가질 수 있다. 상기 홈부(152)는, 패키지 몸체(14)의 리플렉터(142) 사출성형할 때, 미리 정해진 형상의 금형(미도시됨)에 의해 의도적으로 형성되어 그 형상이 결정되어질 수 있다.

한편, 상기 방열 LED 패키지(1)는, 패키지 몸체(14)의 외부에서, 상기 제1 및 제2 금속 리드단자(15, 16)가, 솔더 페이스트와 같은 접착물질(4)에, 의해 기판(2) 상에 접착된다. 상기 기판(2) 상의 접착 영역에는 상기 제1 및 제2 금속 리 드단자(15, 16)와 전기적으로 연결되는 전기 접점들(미도시됨)이 형성된다. 솔더 페이스트 등의 접착 물질에 의해 금속 리드단자들이 기판에 접착된 구조는 이미 공지된 것이다. 본 명세서에서, 용어 '홈부'는 그 위치에 상관없이 패키지 몸체(14)의 바닥면에 오목하게 형성되는 것을 의미하며, 따라서, 히트싱크와 패키지 몸체 사이의 접경에 있는 오목한 공간도 홈부를 의미하는 것이다. 도 1에 도시된 바에 따르면, 히트싱크 역할을 하는 컵부(152)가 홈부(14a)의 크기를 더 확장시키는 경사진 형상을 가짐을 알 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예들을 설명하며, 이하 실시예들의 설명에서, 앞에서 설명된 내용은 중복을 피하기 위해 생략하고, 앞선 실시예와 같거나 유사한 요소에 대해서는 앞선 실시예에 쓰인 부재번호를 그대로 쓴다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 방열형 LED 패키지들을 도시한 저면도들이다.

도 3a에 도시된 방열 LED 패키지(1)는 패키지 몸체(14)의 바닥면에 접착물질이 들어오는 것을 허용하는 홈부(14a)를 구비하되, 그 홈부(14a)는, 앞선 실시예와 달리, 히트싱크 역할을 컵부(152)와의 접경 부분으로부터 외곽으로 연장된 도랑과 같은 형태를 포함한다. 그와 같은 도랑의 형태는 도시된 것과 같이 직선이거나, 또는, 곡선, 또는, 직선과 곡선의 조합으로 이루어질 수도 있다.

도 3b에 도시된 방열 LED 패키지(1)는 홈부(14a)가 히트싱크 역할을 하는 컵부(152)와의 접경 부분으로부터 외곽으로 연장된 직선 도랑 형태의 제1 홈부(14aa)및 그 제1 홈부(14aa)에 수직으로 교차하는 제2 홈부(14ab)를 포함한다.

도 3c에 도시된 방열 LED 패키지(1)는 홈부(14a)가 히트싱크의 역할을 하는 컵부(152)와 이격된 상태로 패키지 몸체(14)의 바닥면에 형성되어 있다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시된 본 발명의 다른 실시예들에 따른 방열 LED 패키지에 있어서도, 앞선 실시예와 같이, 홈부(14a)에 솔더 페이스트와 같은 접착물질이 들어가며, 홈부(14a)에 들어간 접착물질이 굳어 LED 패키지(1)를 기판(2) 상에 틀어짐 없이 유지시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 LED 패키지를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 방열 LED 패키지(1)는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 리플렉터(142)와 투광성 봉지재(144)로 구성된 패키지 몸체(14)를 포함하되, 패키지 몸체(140)의 리플렉터(142)에는, 금속 리드단자들(15, 16)과 별개로, 히트싱크의 역할을 하는 방열 슬러그(17)가 삽입 설치되어 있다. 상기 방열 슬러그(17)는, 리플렉터(142)의 사출 성형시, 금속 리드단자들(15, 16)과 함께 리플렉터(142)에 고정되는 것이 바람직하다.

상기 방열 슬러그(17)의 상부는 리플렉터(142)의 캐비티 바닥에 위치하고, 상기 리플렉터(142)의 바닥은 패키지 몸체(14), 특히, 리플렉터(142)의 바닥면에서 그 바닥면과 동일평면을 이루며 외부에 노출된다. 상기 리플렉터(142)의 캐비티 바닥에는 LED(12)가 실장되며, 그 LED(12)로부터 발생된 열은 상기 방열 슬러그(17)를 통해 외부로 빠르게 방출될 수 있다.

상기 방열 슬러그(17)의 바닥은 솔더 페이스트와 같은 접착물질(4)에 의해 기판(2)에 접착된다. 또한, 패키지 몸체(14), 특히, 리플렉터(142)의 바닥에는 상기 접착물질(4) 일부가 들어오는 것을 허용하는 홈부(14a)가 형성되어 있다. 본 실시예에서, 상기 홈부(14a)는, 링형을 가지며, 상기 방열 슬러그(17)와 접하도록 형성되어 있지만, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 실시예와 같이 다양한 형태로 형성될 수 있고, 또한, 덜 선호적이지만, 상기 방열 슬러그(17)와 이격되어 형성될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LEE 패키지를 기판 상에 실장한 상태로 도시한 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 방열 LED 패키지의 저면도.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 방열 LED 패키지를 도시한 저면도들.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방열 LED 패키지 기판 상에 실장한 상태로 도시한 단면도.

Claims (9)

1. 기판에 실장되는 방열 LED 패키지에 있어서,

   부분적으로 투광성을 갖는 패키지 몸체;

   상기 패키지 몸체에 내장되는 LED;

   상기 LED로부터의 열을 상기 패키지 몸체의 바닥면에서 외부로 방출하며, 접착물질에 의해 기판에 부착되는 히트싱크; 및

   상기 접착물질 일부가 들어가도록 상기 패키지 몸체의 바닥면에 의도적으로 형성한 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 LED가 실장되는 금속 리드단자의 일부분인 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 LED가 실장되는 방열 슬러그인 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 홈부는 상기 히트싱크와 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 홈부는 상기 히트싱크를 둘러싸는 링형을 갖는 것 을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 홈부는 상기 히트싱크와의 접경 부분으로부터 외곽으로 연장된 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 홈부는 상기 히트싱크와 이격된 상태로 형성된 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 접착물질은 솔더 페이스트인 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 패키지 몸체의 바닥면과 상기 히트싱크의 바닥은 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 방열 LED 패키지.

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