KR20110052444A - 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드(LED) 패키지를 제조하는 방법은 리드 프레임의 제 1 표면 상에 적어도 하나의 LED 칩을 배치하는 단계를 포함하고, 상기 LED 칩은 리드 프레임에 연결된다. 상기 LED 칩에 대응하는 적어도 하나의 방열 영역이 상기 리드 프레임의 제 2 표면 상에 정의된다. 열 전도성 재료가 상기 방열 영역 내에 배치된다. 상기 열 전도성 재료는 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉한다. 상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 복수의 방열 블록들을 형성하기 위하여 고화 프로세스가 수행된다. 상기 방열 블록은 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉하고, 상기 고화 프로세스는 실질적으로 300℃보다 더 낮은 온도에서 수행된다.
Description
본 명세서는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이며, 특히 방열 블록(heat dissipation block)들을 갖는 LED 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
LED는 반도체 소자이며, LED의 LED 칩의 재료는 주로 인화 갈륨(GaP), 비소화 갈륨(GaAs)와 같은 III-V 족 원소들, 및 다른 화합물 반도체들을 포함한다. LED 칩의 발광 원리는 전기 에너지의 광으로의 변환에 있다. 즉, 전류가 화합물 반도체에 인가되어, 전자들 및 정공(electron hole)들이 결합될 때 에너지가 광 형태로 방출되므로, 발광 효과를 달성한다. LED의 발광 현상이 가열 또는 방전에 기인하지 않기 때문에, LED의 수명은 100,000 시간 이상에 도달하고, 유휴 시간(idling time)이 필요하지 않다. 더구나, LED는 빠른 응답 속도(약 10-9초), 콤팩트한 크기, 낮은 전력 소모, 낮은 오염, 높은 신뢰성, 대량 생산 능력 등의 특성들을 갖는다. 그러므로, LED의 응용례는 상당히 광범위한데, 예를 들어, 메가-크기의 옥외 전광판(outdoor display board)들, 신호등들, 모바일 전화(mobile phone)들, 스캐너들 및 팩시밀리 장치의 광원들, 조명 장치들 등이다.
최근 몇 년에, LED들의 휘도 및 발광 효율이 개선되었고, 백색광 LED들의 대량 생산이 성공적으로 수행되었기 때문에, 백색광 LED들이 실내 조명 장치들, 옥외 가로등 등을 포함하는 조명 장치들에 적용되었다. 일반적으로, LED들 모두는 방열 문제를 겪는다. LED가 지나치게 높은 온도에서 동작될 때, LED 램프의 휘도가 감소되고, LED의 수명이 단축된다. 따라서, 적절한 방열 시스템을 LED 램프에 구비하게 하는 방법이 이 분야에서 연구자들 및 설계자들의 관심을 끌었다.
현재, 고정된 형상의 방열 구성요소들(예를 들어, 방열 구리 블록들)이 LED들의 접합점들에서 온도 상승을 방지하기 위하여 LED 패키지 내에 배치된다. 그러나, 방열 구리 블록들로 인하여, 패키징(packaging) 프로세스가 더 복잡해진다.
본 발명의 목적은 방열 블록을 제조하는 프로세스가 간단하고 LED 패키지의 설계가 유연한 LED 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
간단한 방식으로 LED 패키지의 방열 블록들을 형성하기 위하여 LED 패키지 제조 방법이 본원에 소개된다.
본 명세서의 LED 패키지를 제조하는 방법에서, 적어도 하나의 LED 칩이 리드 프레임(lead frame)의 제 1 표면 상에 배치되고, 상기 LED 칩이 상기 리드 프레임에 연결된다. 적어도 하나의 방열 영역(heat dissipation area)이 상기 리드 프레임의 제 2 표면 상에 정의되고, 상기 제 2 표면이 상기 제 1 표면에 대향된다. 상기 방열 영역은 상기 LED 칩에 대응한다. 열 전도성 재료가 상기 방열 영역 내에 배치된다. 상기 열 전도성 재료는 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉하고, 상기 열 전도성 재료의 열 전도 계수는 실질적으로 10 W/m-K보다 더 크다. 상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 적어도 하나의 방열 블록을 형성하기 위하여 고화 프로세스(solidification process)가 수행된다. 상기 방열 블록은 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하는 방법이 상기 리드 프레임의 상기 제 2 표면 상에 고정물(fixture)을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 고정물은 상기 방열 영역을 노출시키는 복수의 홀(hole)들을 갖는다. 상기 홀들은 상기 열 전도성 재료로 채워진다. 상기 고화 프로세스가 수행된 이후에, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법은 상기 방열 블록을 형성하기 위하여 상기 고정물을 제거하는 단계를 더 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 열 전도성 재료가 상기 방열 영역 내에 배치되기 이전에, 상기 LED 칩 및 상기 리드 프레임이 패키지 하우징(package housing) 내로 패키징될 수 있고, 상기 패키지 하우징이 상기 리드 프레임 상의 상기 방열 영역을 노출시키는 복수의 홀들을 갖는다. 예시적 실시예에 따르면, 상기 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하는 방법이 예를 들어, 상기 패키지 하우징의 홀들 내에 상기 열 전도성 재료를 직접적으로 배치하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하는 방법이 상기 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 스크린 인쇄(screen printing)하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법이 상기 방열 블록이 형성된 이후에, 패키지 하우징 내로 상기 LED 칩 및 상기 리드 프레임을 패키징하는 단계를 더 포함하고, 상기 패키지 하우징이 상기 리드 프레임으로부터 떨어진 상기 방열 블록의 측면을 노출시킨다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법이 상기 LED 칩을 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결하기 위하여 와이어 본딩 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 열 전도성 재료가 솔더 페이스트(solder paste), 솔더 바(solder bar), 은 접착제, 금속 분말(metal powder), 또는 액체 금속을 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법이 상기 리드 프레임이 3-차원 리드 프레임이 되도록, 상기 열 전도성 재료가 상기 방열 영역 내에 배치되기 이전에, 펀칭 프로세스(punching process)를 수행하는 단계를 더 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법이 상기 리드 프레임을 상기 방열 블록을 통해 방열 기판에 연결하는 단계를 더 포함한다. 예시적 실시예에 따르면, 상기 방열 블록 및 상기 방열 기판이 리플로우 프로세스(reflow process)를 수행함으로써 연결된다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 LED 패키지를 제조하는 방법이 상기 LED 칩이 상기 리드 프레임의 상기 제 1 표면 상에 배치될 때, 상기 LED 칩을 적어도 하나의 반사 컵(reflective cup) 내로 패키징하는 단계를 더 포함한다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 열 전도성 재료가 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉하고, 상기 열 전도성 재료의 열 전도 계수가 실질적으로 10 W/m-K보다 더 크다.
예시적 실시예에 따르면, 상기 고화 프로세스가 상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 상기 방열 블록을 형성하기 위하여 냉각 프로세스를 수행하는 단계를 포함한다. 예시적 실시예에 따르면, 상기 고화 프로세스가 상기 열 전도성 재료를 유체화시키기 위하여 상기 냉각 프로세스를 수행하기 이전에 가열 프로세스를 수행하고, 상기 냉각 프로세스에서 상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 상기 방열 블록을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 내용을 기반으로 하여, 본 명세서의 방열 블록은 고화 프로세스가 낮은 온도에서 수행될 때 리드 프레임의 배면 상에서 형성된다. 이로써, LED 패키지는 적절한 방열 설계를 가질 수 있고, 방열 블록을 제조하는 프로세스가 다소 간단하다. 한편, 상이한 형상들의 방열 블록들이 본 명세서에 따라 고화 프로세스 동안 형성될 수 있어서, LED 패키지의 설계가 다소 유연하다.
도면들과 함께 첨부된 여러 예시적 실시예들이 본 발명을 더 설명하기 위하여 상세히 설명된다.
첨부 도면들은 부가적인 이해를 제공하기 위하여 포함되고, 본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 예시적 실시예들을 도시하고, 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1a 내지 1d는 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도들.
도 2는 또 다른 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도.
도 3a 내지 3d는 또 다른 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도들.
첨부 도면들은 부가적인 이해를 제공하기 위하여 포함되고, 본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 예시적 실시예들을 도시하고, 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1a 내지 1d는 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도들.
도 2는 또 다른 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도.
도 3a 내지 3d는 또 다른 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도들.
도 1a 내지 1d는 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도들이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 복수의 LED 칩들(120)이 리드 프레임(110)의 제 1 표면(112) 상에 배치되고, 복수의 LED 칩들(120)이 복수의 반사 컵들(130) 내에 배치된다. LED 칩들(120)은 리드 프레임(110)에 전기적으로 연결되어, 반제품 LED 패키지(semi-finished LED package)(100')를 형성한다. 복수의 방열 영역들(116)이 상기 리드 프레임(110)의 제 2 표면(114) 상에 정의된다는 점이 언급되어야 하고, 상기 제 2 표면(114)은 상기 제 1 표면(112)에 대향된다. 상기 방열 영역들(116)은 LED 칩들(120)에 대응한다. 게다가, 방열 영역들(116) 내의 리드 프레임(110)은 노출되고, 어떤 구성요소에 의해서도 커버되지 않는다.
예시적 실시예에서, 반사 컵들(130)은 주입 프로세스(injection process)를 수행함으로써 형성된다. 반사 컵들(130)이 형성된 이후에, LED 칩들(120)이 은 접착제 또는 솔더에 의해 리드 프레임(100)에 접착될 수 있다. LED 칩들(120)은 또한 공융 본딩(eutectic bonding)에 의해 리드 프레임(110)에 부착될 수 있다. 한편, LED 칩들(120)은 상기 LED 칩들(120) 및 리드 프레임(100)이 전도성 와이어들(140)을 통해 연결되도록, 와이어 본딩 프로세스를 수행함으로써 리드 프레임(110)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1b 및 1c에서, 열 전도성 재료(150')가 방열 영역들(116) 내에 배치되고, 고화 프로세스가 상기 열 전도성 재료(150')를 고화시켜서 복수의 방열 블록들(150)을 형성하기 위하여 수행된다. 고정물(M)의 사용을 설명하기 위하여, 도 1a의 구성요소들은 도 1b에서 수평적으로 뒤집어진다. 도 1a, 도 1b 및 도 1c에서의 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 상기 고화 프로세스는 실질적으로 300℃보다 더 낮은 온도에서 수행된다. 다른 실시예들에서, 상기 온도는 180℃보다 더 낮을 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 열 전도성 재료(150')는 리드 프레임(110)과 직접적으로 접촉하고, 상기 열 전도성 재료(150')의 열 전도 계수는 열을 효율적으로 방산하기 위하여 실질적으로 10 W/m-K보다 더 크다.
구체적으로, 도 1b에서, 방열 영역들(116) 내에 열 전도성 재료(150')를 배치하는 방법 및 고화 프로세스가 예를 들어, 다음 단계들을 갖는다. 고정물(M)이 리드 프레임(110)의 제 2 표면(114) 상에 배치되고, 상기 고정물(M)이 방열 영역들(116)을 노출시키는 복수의 홀들(M1)을 갖는다. 상기 홀들(M1)이 열 전도성 재료(150')로 채워지고, 다음의 가열 프로세스가 수행된다. 게다가, 열 전도성 재료(150')를 고화시키기 위하여, 상기 가열 프로세스를 수행한 이후에, 냉각 프로세스가 더 수행되고, 고정물(M)이 제거되어 도 1c에 도시된 방열 블록들(150)을 형성한다. 더 구체적으로, 열 전도성 재료(150')를 유체화시키기 위하여 가열 프로세스가 수행되어, 홀들(M1)이 열 전도성 재료(150')로 채워질 수 있게 된다. 대조적으로, 유체 열 전도성 재료(150')를 고화시키기 위하여 냉각 프로세스가 수행되어, 홀들(M1)의 형상에 맞는 방열 블록들(150)을 형성한다. 확실히, 다른 예시적 실시예들에서, 열 전도성 재료(150')는 액체 금속, 즉, 가열되어 액화되는 금속일 수 있다. 그러므로, 방열 블록들(150)은 예를 들어, 고정물(M)의 홀들(M1)을 가열되어 액화된 금속으로 직접적으로 채움으로써 형성될 수 있고, 액체 금속을 고화시켜서 방열 블록들(150)을 형성하기 위하여 냉각 프로세스가 구현된다. 즉, 고화 프로세스는 가열 및 냉각 프로세스들을 포함하거나, 또는 단지 냉각 프로세스를 포함할 수 있다.
일반적으로, 제조 프로세스에서의 지나치게 높은 온도는 LED 칩들(120)의 품질저하(deterioration) 또는 열화(degradation)를 초래한다. 이로써, LED 칩들은 패키징 프로세스 내에서 온도에 대한 어떤 허용범위(tolerance)를 갖는다. 예를 들어, 일부 LED 칩들(120)을 패키징하는 프로세스가 도달할 수 있는 온도가 5초 동안 350℃인 반면, 다른 LED 칩들(120)을 패키징하는 프로세스가 도달할 수 있는 온도는 10초 동안 250℃이다. 따라서, LED 칩들(120)이 리드 프레임(110) 내에 배치된 이후에, 제조 프로세스의 임의의 단계가 과도하게 높은 온도에서 수행되지 않는 것이 필요하다. 고화 프로세스가 수행되는 온도는 LED 칩들(120)이 높은 온도에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 예를 들어, 300℃ 미만 또는 예시적 실시예에 따라 심지어 180℃ 미만이다. 상기 제조 프로세스에서 적용된 열 전도성 재료(150')는 기본적으로 낮은, 예를 들어, 300℃보다 더 낮은 용융점을 갖는다.
특히, 상기 요건에 따르는 열 전도성 재료는 예를 들어, 솔더 페이스트, 솔더 바, 은 접착제, 금속 분말, 또는 액체 금속이다. 여기서, 금속 분말 또는 액체 금속의 재료는 각각 주석, 인듐, 또는 이의 합금을 포함한다. 기껏해야 대략적으로 140℃의 용융점을 갖는 Sn-58Bi 솔더 페이스트가 예시적 실시예의 고화 프로세스에서 적용될 수 있다. 실제로, Sn-58Bi 솔더 페이스트가 이 예시적 실시예의 열 전도성 재료(150')로서 역할을 할 때, 고화 프로세스는 예를 들어, 상기 솔더 페이스트를 용융하기 위하여 대략적으로 60초 동안 실질적으로 150℃ 내지 160℃에서 가열 프로세스를 수행하는 단계를 포함한다. 그 후, 용융된 솔더 페이스트가 냉각 및 고화되어, 방열 블록들(150)을 형성한다.
예시적 실시예에서, 열 전도성 재료(150')는 예를 들어, 유체 재료 또는 분말 재료이므로, 상기 열 전도성 재료(105')가 각각의 방열 영역들(116) 안으로 주입될 수 있거나, 또는 각각의 방열 영역들(116)이 열 전도성 재료(150')에 의해 코팅될 수 있다. 종래에는, 고정된 형상의 방열 블록들 각각이 방열 영역들 중 하나 안에 배치되어야 했다. 대조적으로, 예시적 실시예에 따른 상기 방열 블록들(150)의 제조 프로세스는 상대적으로 용이하다. 결과적으로, 전체 프로세스는 예시적 실시예에서 설명된 LED 패키지를 제조하는 방법이 적용될 때, 개선된 효율을 가질 수 있다. 더구나, 형상화된 방열 블록들(150)이 리드 프레임(110)과 직접적으로 접촉하는데, 이는 양호한 열 전도성을 발생시킨다.
리드 프레임(110)과 직접적으로 접촉하는 형상화된 방열 블록들(150)에 기인하는 열 전도성을 설명하기 위하여, LED 칩들(120)의 배면들에 직접적으로 배치된 주석 와이어들을 갖는/갖지 않는 패키지 구조가 검사된다. 주석 와이어를 갖지 않는 LED 칩들(120)이 일정 시간 기간 동안 광을 방출할 때, 패키지 구조의 열은 단지 리드 프레임(110)에 의해서만 방산될 수 있다. 그러므로, LED 칩들(120)이 0.85W의 전원으로 대략적으로 25℃의 실온에서 일정 시간 기간 동안 광을 방출한 이후에, 방열 영역들(116)의 온도는 대략적으로 78℃에 도달한다. 대조적으로, 배면들 상에 배치되고 리드 프레임(110)과 직접적으로 접촉하는 주석 와이어들을 갖는 LED 칩들(120)에서, LED 칩들(120)이 동일한 조건에서 일정 시간 기간 동안 광을 방출한 이후에, 방열 영역들(116)의 온도는 대략적으로 65.3℃에 도달한다. 따라서, 예시적 실시예에 따른 리드 프레임(110)과 직접적으로 접촉하는 방열 블록들(150)은 실제로 방열 효율을 개선시킨다.
도 1d를 참조하면, LED 칩들(120) 및 리드 프레임(110)이 패키지 하우징(160) 내로 패키징되어, LED 패키지(100)를 형성한다. 이 예시적 실시예에서, 패키지 하우징(160)은 방열 효율을 개선시키기 위하여, 리드 프레임(100)으로부터 떨어진 방열 블록들(150)의 측면들을 노출시킨다. 상기 LED 패키지(100)에서, 방열 성능을 개선시키기 위하여, 리플로우 프로세스가 방열 블록들(150)을 방열 기판(도시되지 않음) 상에 직접적으로 배치하기 위해 수행될 수 있다.
방열 블록들(150)이 상대적으로 낮은 온도에서 형성되므로, LED 칩들(120)을 손상시키지 않을 것이라는 점에 주의한다. 이로써, LED 패키지(100)는 양호한 제조 수율을 가지며, 다소 간단한 패키징 프로세스를 수행함으로써 형성될 수 있다.
도 2는 또 다른 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1a에 도시된 반제품 LED 패키지(100')가 제공된다. 즉, 복수의 LED 칩들(120)이 리드 프레임(110)의 제 1 표면(112) 상에 배치되고, LED 칩들(120)이 복수의 반사 컵들(130) 내에 배치된다. LED 칩들(120)은 리드 프레임(110)에 전기적으로 연결된다. 게다가, 반제품 LED 패키지(100')를 패키지 하우징(260) 내로 패키징하기 위하여 패키징 프로세스가 구현되고, 패키지 하우징(260)은 리드 프레임(110)의 제 2 표면(114) 상의 방열 영역들(116)을 각각 노출시키는 복수의 홀들(262)을 갖는다. 예시적 실시예의 제조 단계들을 명확하게 설명하기 위하여 도 1a의 구성요소들이 도 2에서 수평적으로 뒤집어진다는 점이 언급되어야 한다. 도 1a 및 도 2에서의 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 예시적 실시예에 따르면, 열 전도성 재료(250')는 패키징 프로세스가 수행된 이후에 패키지 하우징(260)의 개구들(262) 내에 직접적으로 배치된다. 고화 프로세스가 수행되어, 고화된 열 전도성 재료(250')로 홀들(262)을 채운다. 이 예시적 실시예에서, 열 전도성 재료(250')는 이전의 예시적 실시예에서 설명된 임의의 재료일 수 있다. 고화 프로세스는 상기 예시적 실시예에서 설명된 바와 같이, 가열 및 냉각 프로세스들을 포함하거나, 또는 단지 냉각 프로세스를 포함할 수 있다. 이 예시적 실시예에서 가열 프로세스가 수행되는 제조 조건이 또한 이전의 예시적 실시예에서 설명된 것과 동일할 수 있다는 점이 언급되어야 한다. 즉, 이 예시적 실시예에서, 고화 프로세스가 수행되는 온도는, LED 칩들(120)이 높은 온도에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여, 기껏해야 180℃일 수 있다. 따라서, 양호한 제조 수율이 또한 이 예시적 실시예에서 성취될 수 있다.
구체적으로, 이 예시적 실시예에서, 열 전도성 재료(250')는 패키징 프로세스가 수행된 이후에 방열 블록들(도시되지 않음)을 형성하기 위하여 리드 프레임(110)의 방열 영역들(116) 내에 배치되는데, 이는 방열 블록들이 패키징 프로세스 이전에 형성되는 것을 나타내는 이전 실시예의 내용들과 상이하다. 열 전도성 재료(250')는 솔더 페이스트, 은 접착제, 금속 분말, 또는 액체 금속일 수 있다. 그러므로, 열 전도성 재료(250')가 각각의 방열 영역들(116) 안으로 직접적으로 주입되거나, 각각의 방열 영역들(116)이 열 전도성 재료(250')에 의해 직접적으로 코팅될 수 있다. 즉, 예시적 실시예에 따른 제조 프로세스가 상대적으로 용이하다. 게다가, 이 예시적 실시예에서 방열 블록들을 형성하기 위해 추가적인 고정물이 필요하지 않으므로, 제조 프로세스에서 필요한 장비의 수를 감소시킨다. 그러나, 예시적 실시예에 따르면, 열 전도성 재료(250')는 또한 각각의 방열 영역들(116) 내에 열 전도성 재료(250')를 스크린 인쇄함으로써 방열 영역들(116) 내에 배치될 수 있다.
상술된 바와 같이, 열 전도성 재료(250')는 구체적인 형상을 갖는 것이 아니라, 상이한 고정물들 또는 패키지 하우징들에 따라 형상을 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 LED 패키지를 제조하는 방법은 상이한 설계들을 갖는 다양한 LED 패키지들에 방열 블록들을 적용하게 한다. 예를 들어, 도 3a 내지 3d를 참조한다. 도 3a 내지 3d는 또 다른 예시적 실시예에 따른 LED 패키지를 제조하는 방법을 도시한 개략도들이다. 도 3a에서, 반제품 LED 패키지(300')가 제공된다. 반제품 LED 패키지(300')의 구성요소들 및 상기 구성요소들 사이의 관계는 예를 들어, 도 1a에 도시된 이전의 예시적 실시예에서 설명된 것들과 동일하다. 즉, 복수의 LED 칩들(120)이 리드 프레임(110)의 제 1 표면(112) 상에 배치되고, LED 칩들(120)이 복수의 반사 컵들(130) 내에 배치된다. LED 칩들(120)은 리드 프레임(110)에 전기적으로 연결된다. 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 펀칭 프로세스가 수행되어, 리드 프레임(110)이 3-차원 리드 프레임(310)이 된다.
도 3c를 참조하면, LED 칩들(120) 및 반사 컵들(130)을 패키지 하우징(360) 내로 패키징하기 위하여 패키징 프로세스가 구현되고, 패키지 하우징(360)은 리드 프레임(310) 상의 방열 영역들(116)을 각각 노출시키는 복수의 홀들(362)을 갖는다. 3-차원 리드 프레임(310)이 평면이 아니므로, 홀들(362)의 형상들이 일관적이지 않다는 점에 주의한다.
종래에는, 고정된 형상의 방열 블록들 또는 열 전도성 블록들이 상이한 형상들을 갖는 홀들 내에 배치될 때, 맞지 않는 형상들이 불량한 방열 또는 불만족스러운 열 전도성을 초래할 수 있었다. 그러므로, 상이한 형상들의 방열 블록들 또는 열 전도성 블록들이 관련 기술에 따른 리드 프레임의 설계를 기반으로 하여 커스터마이징(customizing)되는데, 이는 제조 비용들을 증가시킨다. 더구나, 상이한 홀들 내에 방열 블록들 또는 열 전도성 블록들을 배치하는 단계가 또한 전체 프로세스를 복잡하게 한다. 따라서, 종래의 제조 프로세스에서는 높은 효율이 성취될 수 없다.
대조적으로, 이 예시적 실시예에서, 열 전도성 재료(350')가 홀들(362) 내에 직접적으로 배치될 수 있다. 열 전도성 재료(350')가 특정 형상을 가지지 않기 때문에, 상이한 형상들을 갖는 홀들(362)이 모두 열 전도성 재료(350')로 채워질 수 있다. 그 후, 도 3d에서, 고화 프로세스가 수행되어, 상이한 형상들을 갖는 홀들(362) 내에 방열 블록들(350)을 형성함으로써, LED 패키지(300)가 형성된다. 방열 블록들(350)의 형상들은 홀들(362)의 형상과 거의 동일하다. 요컨대, 이 예시적 실시예의 방열 블록들(350)은 홀들(362)의 형상들을 기반으로 하여 개별적으로 형상화될 수 있다. 관련 기술의 제조 방법과 비교하여, 이 예시적 실시예의 제조 방법은 홀들(362)의 형상 변화와 일치하여 다양한 방열 블록들(350)을 커스터마이징하는 것이 필요하지 않기 때문에, 상대적으로 간단하다. 그러므로, 이 예시적 실시예에서, 제조 프로세스가 간소화되고, 비용이 낮아진다.
구체적으로, 이 예시적 실시예에서, 열 전도성 재료(350')는 이전의 예시적 실시예에서 언급된 솔더 페이스트, 솔더 바, 은 접착제, 금속 분말, 또는 액체 금속일 수 있다. 확실히, 이 예시적 실시예에서 고화 프로세스가 수행되는 제조 조건이 또한 이전의 예시적 실시예에서 설명된 것과 동일할 수 있다. 즉, 이 예시적 실시예에서, 고화 프로세스가 수행되는 온도는 LED 칩들(120)이 높은 온도에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 기껏해야 180℃일 수 있다. 구체적으로, 방열 효율을 증가시키기 위하여, 방열 블록들(350)이 예시적 실시예에 따라 형성된 이후에 리플로우 프로세스가 수행될 수 있고, 3-차원 리드 프레임(310)이 방열 블록들(350)을 통하여 방열 기판(370)에 연결된다. 이전 예시적 실시예들에서 복수의 LED 칩들이 리드 프레임 상에 동시에 배치된다는 점에 주의한다. 그러나, 다른 예시적 실시예들에서, 리드 프레임 상에 하나의 LED 프레임을 배치하는 것이 가능하고, 양호한 방열 효율을 특징으로 하는 LED 패키지가 여전히 상술된 바와 같은 간단한 제조 프로세스를 수행함으로써 형성될 수 있다.
상기 내용에 비추어서, 본 명세서의 방열 블록들은 고화 프로세스를 수행함으로써 리드 프레임 상에 직접적으로 형성된다. 방열 블록들의 형상들은 상이한 구조적 설계와 함께 변화될 수 있다. 더구나, 본 명세서에서 제공된 바와 같은 LED 패키지들을 제조하는 방법에서, 방열 블록들은 방열 영역들 내에 유체 열 전도성 재료를 주입함으로써, 또는 분말 열 전도성 재료로 방열 영역들을 코팅함으로써 형성된다. 결과적으로, 본 명세서의 열 전도성 재료가 방열 영역들 내에 용이하게 배치될 수 있어서, 제조 효율을 개선시킨다. 한편, 방열 블록들을 형성하기 위하여 고화 프로세스가 수행되는 온도가 특정 범위, 예를 들어, 기껏해야 180℃ 이내여서, LED 칩들의 동작 성능이 고화 프로세스가 수행되는 온도에 의해 부정적인 영향을 받지 않게 된다. 결과적으로, 본 명세서에서 제공되는 LED 패키지는 품질이 양호한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 명세서가 상기 실시예들을 참조하여 설명되었을지라도, 설명된 예시적 실시예들에 대한 변경들이 본 명세서의 정신으로부터 벗어남이 없이 행해질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서의 범위는 상기의 상세한 설명들에 의해서가 아니라, 첨부된 청구항들에 의해서 정의될 것이다.
Claims (16)
- 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법에 있어서:
리드 프레임의 제 1 표면 상에 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 배치하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 상기 리드 프레임에 연결되고, 적어도 하나의 방열 영역이 상기 리드 프레임의 제 2 표면 상에 정의되고, 상기 제 2 표면이 상기 제 1 표면에 대향되고, 상기 적어도 하나의 방열 영역이 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩에 대응하는, 발광 다이오드 칩 배치 단계;
상기 적어도 하나의 방열 영역 내에 열 전도성 재료를 배치하는 단계; 및
상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉하는 적어도 하나의 방열 블록을 형성하기 위하여 고화 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하는 단계는:
상기 적어도 하나의 방열 영역을 노출시키는 적어도 하나의 홀을 갖는 고정물을 상기 리드 프레임의 상기 제 2 표면 상에 배치하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 홀을 상기 열 전도성 재료로 채우는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법. - 청구항 2에 있어서, 상기 방열 블록을 형성하기 위하여 상기 고화 프로세스가 수행된 이후에, 상기 고정물을 제거하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하기 이전에, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩 및 상기 리드 프레임을 패키지 하우징 내로 패키징하는 단계를 더 포함하고, 상기 패키지 하우징이 상기 리드 프레임 상의 상기 적어도 하나의 방열 영역을 노출시키는 적어도 하나의 홀을 갖는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 4에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하는 단계는 상기 패키지 하우징의 상기 적어도 하나의 홀 내에 상기 열 전도성 재료를 직접적으로 배치하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하는 단계는 상기 적어도 하나의 방열 영역 내에 상기 열 전도성 재료를 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 블록을 형성한 이후에, 패키지 하우징 내로 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩 및 상기 리드 프레임을 패키징하는 단계를 더 포함하고, 상기 패키지 하우징이 상기 리드 프레임으로부터 떨어진 상기 적어도 하나의 방열 블록의 측면을 노출시키는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결하기 위하여 와이어 본딩 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 열 전도성 재료가 솔더 페이스트, 솔더 바, 은 접착제, 금속 분말, 또는 액체 금속을 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 블록 내에 상기 열 전도성 재료를 배치하기 이전에 펀칭 프로세스를 수행하여, 상기 리드 프레임이 3-차원 리드 프레임이 되도록 하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 리드 프레임을 상기 적어도 하나의 방열 블록을 통해 방열 기판에 연결하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 11에 있어서, 상기 적어도 하나의 방열 블록 및 상기 방열 기판이 리플로우 프로세스를 수행함으로써 연결되는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 상기 리드 프레임의 상기 제 1 표면 상에 배치될 때, 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 적어도 하나의 반사 컵 내로 패키징하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 열 전도성 재료가 상기 리드 프레임과 직접적으로 접촉하고, 상기 열 전도성 재료의 열 전도 계수가 실질적으로 10 W/m-K보다 더 큰 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고화 프로세스가 상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 상기 적어도 하나의 방열 블록을 형성하기 위하여 냉각 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
- 청구항 15에 있어서, 상기 고화 프로세스가 상기 열 전도성 재료를 유체화시키기 위하여 상기 냉각 프로세스를 수행하기 이전에 가열 프로세스를 수행하고, 상기 냉각 프로세스에서 상기 열 전도성 재료를 고화시켜서 상기 적어도 하나의 방열 블록을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지 제조 방법.
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