KR20110070520A - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

발광소자 패키지 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

발광소자 패키지 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지는 발광소자; 단차 구조를 가지는 관통홀을 구비하는 본체; 상기 발광소자를 실장하며, 상기 발광소자가 상기 관통홀 내에 배치되도록 상기 본체의 하부면에 구비되는 실장부재; 및 상기 실장부재를 사이에 두고 서로 대향하도록 상기 본체의 하부면에 구비되는 리드 단자;를 포함하고, 상기 리드 단자는 상기 본체부의 측면으로부터 돌출되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

발광소자 패키지 및 그 제조방법{Light Emitting Device Package and Method of Manufacturign The Same}
본 발명은 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열 방출 효율을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(LED, Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명, 자동차 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있는 실정이다.
특히, 일반 조명장치 또는 자동차용 헤드라이트에 사용되는 고출력(High Power) 발광소자의 경우 고신뢰성과 고효율 발광을 중요한 팩터로 하며, 이러한 팩터를 실현하기 위해서는 발광소자에서 발생하는 열을 얼마나 효과적으로 방출하느 냐가 관건이다.
이는 발광소자는 인가되는 전류 크기의 증가에 따라 많은 열을 발생시키는데 이러한 열은 발광효율의 저하와 수명을 단축시키는 문제를 발생시키기 때문이다.
특히, 고출력 발광소자의 경우 패키지 자체적으로 많은 열이 발생되므로 패키지 디자인 단계에서부터 열방출을 극대화 할 수 있는 구조에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 열 방출 효율을 향상시켜 발광소자의 광출력 및 신뢰성을 향상시키고 사용수명을 연장시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지는 발광소자; 단차 구조를 가지는 관통홀을 구비하는 본체; 상기 발광소자를 실장하며, 상기 발광소자가 상기 관통홀 내에 배치되도록 상기 본체의 하부면에 구비되는 실장부재; 및 상기 실장부재를 사이에 두고 서로 대향하도록 상기 본체의 하부면에 구비되는 리드 단자;를 포함하고, 상기 리드 단자는 상기 본체부의 측면으로부터 돌출되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 본체는, 내부 관통홀을 구비하며, 표면에 전극 패턴을 구비하는 기판부; 및 상기 기판부 위에 구비되며, 상기 내부 관통홀보다 큰 크기의 지름을 가지는 외부 관통홀을 구비하는 반사부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실장부재는 상기 리드 단자와 마주하는 양 측면 사이의 거리가 상기 내부 관통홀의 지름보다 크고, 상기 외부 관통홀의 지름보다 작을 수 있다.
또한, 상기 리드 단자는 상기 실장부재와 일정 간격으로 이격되어 서로 전기적으로 분리될 수 있다.
또한, 상기 발광소자를 봉지하도록 상기 관통홀 내에 충진되는 몰딩부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법은 기판 기재의 상면에 동박을 형성하여 기판부를 마련하는 단계;
상기 기판부에 복수개의 슬릿 및 복수개의 내부 관통홀을 형성하는 단계; 금속 판 상에 상기 기판부를 적층하여 부착하는 단계;
상기 금속 판이 하부면에 부착된 상기 기판부의 전면에 대해 무전해 동도금을 실시하여 상기 기판부 및 상기 금속 판의 표면에 동 피막을 형성하는 단계;
상기 동 피막이 형성된 상기 기판부의 상면에 전극 패턴을 형성하는 단계;
상기 동 피막이 형성된 상기 금속 판을 에칭 처리하여 실장부재와 리드 단자를 형성하는 단계;
상기 전극 패턴이 형성된 상기 기판부의 상면에 복수개의 슬릿 및 복수개의 외부 관통홀이 형성된 반사부를 적층하여 부착하는 단계; 및
발광소자가 각 내부 관통홀 내에 배치되도록 실장하고, 상기 전극 패턴과 전기적으로 연결한 후 몰딩부를 충진한 다음 다이싱 하는 단계;
를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판부를 마련하는 단계에서, 상기 기판 기재의 하면에 열경화성 접착 시트를 구비하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 슬릿과 내부 관통홀을 형성하는 단계에서, 상기 내부 관통홀은 일정한 간격으로 배열되어 복수개의 열을 이루도록 형성되고, 상기 슬릿은 상기 복수개의 열 사이에서 상기 내부 관통홀의 배열 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 실장부재와 리드 단자를 형성하는 단계에서, 상기 금속 판은 상기 기판부가 일부 노출되도록 에칭 처리되어 상기 실장부재와 상기 리드 단자가 전기적으로 분리되도록 할 수 있다.
또한, 상기 실장부재와 리드 단자를 형성하는 단계에서, 상기 실장부재는 상기 내부 관통홀의 배열방향을 따라서 상기 내부 관통홀의 하부에 배치되고, 상기 리드 단자는 상기 실장부재 사이에서 상기 슬릿의 하부에 배치되도록 에칭 처리할 수 있다.
또한, 상기 반사부를 적층하여 부착하는 단계에서, 상기 반사부에 구비되는 복수개의 슬릿과 외부 관통홀은 상기 기판부에 형성된 슬릿 및 내부 관통홀과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 외부 관통홀은 상기 내부 관통홀의 지름보다 큰 크기의 지름을 가지도록 형성되어, 상기 기판부에 형성되는 전극 패턴이 상기 외부 관통홀을 통해 노출될 수 있다.
또한, 상기 반사부를 적층하여 부착하는 단계 이후에 상기 슬릿을 통해 노출되는 동 피막의 상부에 금속 도금을 실시하여 금속 피막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 발광소자에서 발생되는 열이 발광소자가 실장되는 실장부재를 통해 빠르게 방출됨으로써 발광소자 패키지의 열 방출 효율을 향상시킬 수 있 는 장점이 있다.
이를 통해 휘도저하, 신뢰성 문제등을 해결할 수 있으며, 사용수명이 연장되는 장점이 있다.
또한, 발광소자 패키지의 하부에 구비되는 리드 단자가 측면으로 돌출됨으로써 실장면적이 증가하여 납땜성 및 실장구조의 안정성을 향상시키는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 나타내는 단면도, 평면도 및 저면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 발광소자(10), 본체(20), 실장부재(30), 리드 단자(40)를 포함하여 구성된다.
상기 발광소자(10)는 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 출사하는 반도체소자의 일종이며, 본 발명에 따른 실시예에서는 단일의 발광소자(10)가 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 복수개의 발광소자를 구비하는 것도 가능하다.
상기 본체(20)는 내부에 배치되는 상기 발광소자(10)를 보호하는 하우징 부재의 일종이며, 중심부에 광축방향을 따라서 단차 구조를 가지는 관통홀을 구비한다.
구체적으로 살펴보면, 상기 본체(20)는 내부 관통홀(h1)을 구비하며 표면에 전극 패턴(70)을 구비하는 기판부(20a)와, 상기 기판부(20a) 위에 구비되며 상기 내부 관통홀(h1)보다 큰 크기의 지름을 가지는 외부 관통홀(h2)을 구비하는 반사부(20b)의 결합구조로 이루어진다.
상기 기판부(20a)와 반사부(20b)는 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재로 형성될 수 있으며 기타 다른 소재로도 형성되는 것이 가능하다.
상기 기판부(20a)는 발광소자(10)가 배치될 수 있도록 중심부에 내부 관통홀(h1)을 구비하며, 상기 기판부(20a)의 표면에는 상기 내부 관통홀(h1)과 인접하여 전극 패턴(70)을 구비할 수 있다.
상기 기판부(20a)의 상부에 구비되는 상기 반사부(20b)는 상기 기판부(20a) 의 형상과 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 내부 관통홀(h1)에 대응하여 상기 내부 관통홀(h1)의 지름 보다 크기가 더 큰 지름을 가지는 외부 관통홀(h2)을 중심부에 구비한다.
따라서, 상기 내부 관통홀(h1)과 외부 관통홀(h2)은 전체적으로 단차 구조를 형성하며, 상기 내부 관통홀(h1)과 상기 전극 패턴(70)은 상기 외부 관통홀(h2)을 통해 외부 즉, 반사부(20b)의 상부로 노출된다.
이때, 상기 내부 관통홀(h1)과 외부 관통홀(h2)의 광축은 서로 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 내부 관통홀(h1)과 외부 관통홀(h2)의 내주면에는 각각 고반사율의 반사층(미도시)을 더 구비할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 내부 관통홀(h1)과 외부 관통홀(h2)이 소정 크기의 지름을 가지는 원형 구조로 형성되는 것으로 각각 도시하여 설명하지만, 이에 한정하지 않고 사각형 등의 다른 형상을 가지는 구조로 형성되는 것도 가능하다.
상기 실장부재(30)는 상면에 접착제(미도시) 등을 사용하여 상기 발광소자(10)를 실장하며, 상기 발광소자(10)가 상기 관통홀(h1,h2) 내에 배치되도록 상기 본체(20)의 하부면에 구비된다.
상기 실장부재(30)는 상기 본체(20)의 관통홀(h1,h2)) 내에 구비되어 상기 발광소자(10)가 상기 관통홀(h1,h2) 내에서 고정될 수 있도록 지지하며, 상기 발광소자(10)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 히트 싱크의 기능을 수행한다.
따라서, 상기 실장부재(30)는 열전도성이 높은 동, 구리, 알루미늄, 은, 몰리브덴 등의 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
도면에서와 같이, 상기 실장부재(30)는 한 쌍의 리드 단자(40a,40b) 사이에 배치되도록 구비되는데, 이 경우 상기 리드 단자(40a,40b)와 마주하는 상기 실장부재(30)의 양 측면 사이의 거리는 상기 내부 관통홀(h1)의 지름보다 길고, 상기 외부 관통홀(h2)의 지름보다 짧은 길이를 가지도록 형성한다.
따라서, 상기 리드 단자(40a,40b)가 상기 본체(20)의 하부면에 구비될 수 있도록 충분한 공간을 확보하는 것이 가능하다.
상기 리드 단자(40a,40b)는 상기 실장부재(30)를 사이에 두고 서로 대향하도록 상기 본체(20)의 하부면에 구비된다.
이때, 상기 리드 단자(40a,40b)는 상기 실장부재(30)와 일정 간격으로 이격되어 서로 전기적으로 분리되도록 한다.
특히, 상기 리드 단자(40a,40b)는 상기 본체(20)의 양 측면으로부터 돌출되도록 구비됨으로써 향후 발광소자 패키지(1)를 조명장치나 헤드라이트 등에 납땜하여 실장하는 경우 납땜성을 향상시킴은 물론, 실장면적이 증가함으로써 보다 안정적인 실장구조를 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 몰드부(50)는 상기 관통홀(h1,h2) 내에 충진되어 상기 발광소자(10)를 보호하도록 봉지한다.
상기 몰드부(50)는 투명한 재질의 실리콘 수지나 에폭시 수지 또는 두 물질이 혼합된 수지로 형성될 수 있으며, 고내열성을 가지는 유리로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 몰드부(50)는 상기 발광소자(10)에서 방사되는 빛의 파장을 변화하는 형광물질(미도시)을 함유할 수 있으며, 빛의 확산을 위해 광분산재(미도시) 를 더 함유할 수도 있다.
한편, 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지의 제조방법에 관한 구체적인 사항을 설명한다.
도 3 내지 도 10은 도 1 및 도 2에 도시한 발광소자 패키지의 제조공정을 순차적으로 나타내는 개략도이다.
우선, 도 3에서와 같이 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재로 형성되는 기판 기재(21)의 상면에 동박(22)을 형성하여 기판부(20a)를 마련한다.
이때, 상기 기판 기재(21)의 하면에는 열경화성 접착 시트(23)를 구비할 수 있다.
다음으로, 도 4에서와 같이 상기 기판부(20a)에 복수개의 슬릿(S) 및 복수개의 내부 관통홀(h1)을 형성한다.
상기 슬릿(S)과 내부 관통홀(h1)은 펀칭공정이나 레이저 가공을 통해 형성하거나, 식각 또는 에칭 처리를 통해 형성할 수 있다.
특히, 상기 내부 관통홀(h1)은 일정한 간격으로 배열되어 복수개의 열을 이루도록 형성되고, 상기 슬릿(S)은 상기 복수개의 열 사이에서 상기 내부 관통홀(h1)의 배열 방향으로 형성되도록 한다.
다음으로, 도 5에서와 같이 금속 판(40') 상에 상기 슬릿(S)과 내부 관통홀(h1)들을 구비한 기판부(20a)를 적층하여 부착한다.
이때, 상기 기판부(20a)와 금속 판(40')은 그 사이에 구비되는 상기 열경화성 접착 시트(23)를 통해 부착될 수 있다.
상기 금속 판(40')은 열전도성이 높은 동, 구리, 알루미늄, 은, 몰리브덴 등의 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 6에서와 같이 상기 금속 판(40')이 하부면에 부착된 상기 기판부(20a)의 전면에 대해 무전해 동도금을 실시하여 상기 기판부(20a) 및 상기 금속 판(40')의 표면에 동 피막(60)을 형성한다.
다음으로, 도 7에서와 같이 상기 동 피막(60)이 형성된 상기 기판부(20a)의 상면에 발광소자(10)와 전기적으로 연결되는 전극 패턴(70)을 형성하고, 상기 동 피막(60)이 형성된 상기 금속 판(40')을 에칭 처리하여 실장부재(30)와 리드 단자(40)를 형성한다.
이때, 상기 금속 판(40')은 상기 기판부(20a)가 일부 노출되도록 에칭 처리되어 상기 실장부재(30)와 상기 리드 단자(40)가 전기적으로 분리되도록 한다.
특히, 상기 실장부재(30)는 상기 내부 관통홀(h1)의 배열방향을 따라서 상기 내부 관통홀(h1)의 하부에 배치되고, 상기 리드 단자(40)는 상기 실장부재(30) 사이에서 상기 슬릿(S)의 하부에 배치되도록 에칭 처리한다.
다음으로, 도 8에서와 같이 상기 전극 패턴(70)이 형성된 상기 기판부(20a)의 상면에 복수개의 슬릿(S) 및 복수개의 외부 관통홀(h2)이 형성된 반사부(20b)를 적층하여 부착한다.
여기서, 상기 반사부(20b)에 구비되는 복수개의 슬릿(S)과 외부 관통홀(h2)은 상기 기판부(20a)에 형성된 슬릿(S) 및 내부 관통홀(h1)과 대응되는 위치에 형성되도록 한다.
특히, 상기 외부 관통홀(h2)은 상기 내부 관통홀(h1)의 지름보다 큰 크기의 지름을 가지도록 형성되어, 상기 기판부(20a)에 형성되는 전극 패턴(70)이 상기 외부 관통홀(h2)을 통해 노출되도록 한다.
한편, 도 9에서와 같이 상기 반사부(20b)를 적층하여 부착하는 단계 이후에 상기 슬릿(S)을 통해 노출되는 동 피막(60)의 상부에 금속 도금을 실시하여 금속 피막(80)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 10에서와 같이 발광소자(10)가 각 내부 관통홀(h1) 내에 배치되도록 실장하고, 상기 전극 패턴(70)과 전기적으로 연결한 후 몰딩부(50)를 충진한 다음 커팅 라인(C)을 따라서 다이싱 함으로써 발광소자 패키지(1) 단품으로 분리할 수 있다.
이때, 상기 슬릿(S)의 길이방향을 따라서 다이싱 하여 형성되는 리드 단자(40)는 상기 본체의 하부면으로부터 양 측면으로 돌출되는 구조로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 나타내는 단면도, 평면도 및 저면도이다.
도 3 내지 도 10은 도 1 및 도 2에 도시한 발광소자 패키지의 제조공정을 순차적으로 나타내는 개략도이다.

Claims (13)

  1. 발광소자;
    단차 구조를 가지는 관통홀을 구비하는 본체;
    상기 발광소자를 실장하며, 상기 발광소자가 상기 관통홀 내에 배치되도록 상기 본체의 하부면에 구비되는 실장부재; 및
    상기 실장부재를 사이에 두고 서로 대향하도록 상기 본체의 하부면에 구비되는 리드 단자;
    를 포함하고,
    상기 리드 단자는 상기 본체부의 측면으로부터 돌출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체는,
    내부 관통홀을 구비하며, 표면에 전극 패턴을 구비하는 기판부; 및
    상기 기판부 위에 구비되며, 상기 내부 관통홀보다 큰 크기의 지름을 가지는 외부 관통홀을 구비하는 반사부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 실장부재는 상기 리드 단자와 마주하는 양 측면 사이의 거리가 상기 내부 관통홀의 지름보다 크고, 상기 외부 관통홀의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리드 단자는 상기 실장부재와 일정 간격으로 이격되어 서로 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자를 봉지하도록 상기 관통홀 내에 충진되는 몰딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 기판 기재의 상면에 동박을 형성하여 기판부를 마련하는 단계;
    상기 기판부에 복수개의 슬릿 및 복수개의 내부 관통홀을 형성하는 단계;
    금속 판 상에 상기 기판부를 적층하여 부착하는 단계;
    상기 금속 판이 하부면에 부착된 상기 기판부의 전면에 대해 무전해 동도금을 실시하여 상기 기판부 및 상기 금속 판의 표면에 동 피막을 형성하는 단계;
    상기 동 피막이 형성된 상기 기판부의 상면에 전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 동 피막이 형성된 상기 금속 판을 에칭 처리하여 실장부재와 리드 단자를 형성하는 단계;
    상기 전극 패턴이 형성된 상기 기판부의 상면에 복수개의 슬릿 및 복수개의 외부 관통홀이 형성된 반사부를 적층하여 부착하는 단계; 및
    발광소자가 각 내부 관통홀 내에 배치되도록 실장하고, 상기 전극 패턴과 전기적으로 연결한 후 몰딩부를 충진한 다음 다이싱 하는 단계;
    를 포함 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판부를 마련하는 단계에서,
    상기 기판 기재의 하면에 열경화성 접착 시트를 구비하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿과 내부 관통홀을 형성하는 단계에서,
    상기 내부 관통홀은 일정한 간격으로 배열되어 복수개의 열을 이루도록 형성되고, 상기 슬릿은 상기 복수개의 열 사이에서 상기 내부 관통홀의 배열 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 실장부재와 리드 단자를 형성하는 단계에서,
    상기 금속 판은 상기 기판부가 일부 노출되도록 에칭 처리되어 상기 실장부재와 상기 리드 단자가 전기적으로 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실장부재와 리드 단자를 형성하는 단계에서,
    상기 실장부재는 상기 내부 관통홀의 배열방향을 따라서 상기 내부 관통홀의 하부에 배치되고, 상기 리드 단자는 상기 실장부재 사이에서 상기 슬릿의 하부에 배치되도록 에칭 처리하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 반사부를 적층하여 부착하는 단계에서,
    상기 반사부에 구비되는 복수개의 슬릿과 외부 관통홀은 상기 기판부에 형성된 슬릿 및 내부 관통홀과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 관통홀은 상기 내부 관통홀의 지름보다 큰 크기의 지름을 가지도록 형성되어, 상기 기판부에 형성되는 전극 패턴이 상기 외부 관통홀을 통해 노출되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 반사부를 적층하여 부착하는 단계 이후에 상기 슬릿을 통해 노출되는 동 피막의 상부에 금속 도금을 실시하여 금속 피막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
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