KR20110075855A - 히트싱크를 갖는 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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Abstract

단자패드들과 방열패드를 포함하는 PCB에 실장되는 LED 패키지 개시된다. 개시된 LED 패키지는, 패키지 몸체에 지지되며, 솔더 재료에 의해 PCB 상의 단자패드들 상에 연결되는 리드단자들과, 상기 패키지 몸체를 상하로 관통해 있고, 솔더 재료에 의해 PCB상의 방열패드 상에 연결되는 히트싱크를 포함한다. 상기 히트싱크의 상부에는 LED칩이 실장되고 상기 히트싱크의 하부에는 솔더 재료가 유입되는 음각이 형성된다.
LED 패키지, 솔더 재료, PCB, 음감, 단자패드, 방열패드

Description

히트싱크를 갖는 ＬＥＤ 패키지{LED PACKAGE WITH HEAT SINK}
본 발명은, 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하, 'LED'라 함) 패키지에 관한 것으로서, 더 상세하게는, PCB 상에 실장되며, LED칩의 열을 효과적으로 방출할 수 있는 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, LED(또는, LEDs)는, 전기에너지를 광으로 바꾸어 내보내는 반도체 소자로서, p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 개재된 적어도 하나의 반도체 활성층을 포함한다. p형 반도체층과 n형 반도체층을 가로지르는 바이어스(bias)가 인가될 때, 전자들과 정공들이 활성층 내로 주입되어 그곳에서 재결합을 일으키며, 이에 의해, LED는 광을 발생시킨다.
LED는 칩 단위로 이용되기보다는 패키지 단위로 이용되는 것이 일반적이다. 칩 단위의 LED는 흔히 'LED 칩'이라 칭해지며, 패키지 단위의 LED는 'LED 패키지'로 칭해진다. 통상 LED 패키지는 PCB 상에 실장되되, LED 패키지의 리드단자들을 PCB 상의 단자 패드들과 솔더링 공정에 의해 연결된다.
또한, LED칩은 발광 동작시 많은 열을 발생시키며, 원활한 방열을 돕도록, 패키지 몸체를 상하로 관통하는 히트싱크를 채용한 LED 패키지가 종래에 알려져 있 다. 종래의 LED 패키지는 PCB(Printed Circuit board) 상에 실장되며, 히트싱크의 하부는 솔더 재료에 의해 PCB 상의 금속 방열패드에 연결된다. 히트싱크의 상부에는 LED칩이 실장된다. 예컨대, 본딩와이어에 의해 LED칩과 전기적으로 연결되는 리드단자들은 패키지 몸체에 지지된 채 PCB 상의 금속 단자패드들에 연결된다.
일반적으로, PCB에 대한 LED 패키지의 솔더링 공정은, PCB의 방열패드와 단자패드들에 솔더 크림(solder cream)을 바르고, 그 방열패드와 단자패드들에 히트싱크와 리드단자가 접하도록 LED 패키지를 PCB 상에 올리며, 다음, 열에 의해 솔더 크림을 융용하여 LED 패키지를 PCB 상에 고정한다. 그러나, 종래의 기술에 의하면, 솔더 재료에 의해 히트싱크와 방열패드가 연결되는 부위에서 들뜸이나 뒤틀림 현상이 많이 발생된다. 단자패드들과 방열패드 사이의 높이 차이 및/또는 그에 따른 솔더 크림의 양 차이가 위와 같은 들뜸 또는 뒤틀림 현상을 일으키는 주요 원인이 된다. 많은 양의 솔더 크림이 놓이는 히트싱크 하부에서 LED 패키지의 들뜸 및/또는 뒤틀림이 많이 발생된다. 솔더링 또는 SMD 공정에서 초래되는 들뜸 및/또는 뒤틀림은 LED 패키지의 방열 특성을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, LED 패키지의 히트싱크에 솔더 재료 일부를 유입할 수 있는 구조를 마련함으로써, 기재, 특히, PCB에 대한 LED 패키지 실장 정밀성능 높이고, LED 패키지의 방열 특성도 향상시키는 것에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 패키지는 패키지 몸체와 LED칩을 포함한다. 패키지 몸체에는 LED칩에 전력을 공급하기 위한 리드단자들이 지지되며, 이 리드단자들은 상기 LED 패키지가 실장되는 기재 상의 단자패드들 상에 솔더 재료에 의해 연결된다. 히트싱크는 상기 패키지 몸체를 상하로 관통해 있고, 솔더 재료에 의해 상기 기재 상의 방열패드와 연결된다. 상기 히트싱크의 상부에는 LED칩이 실장되고 상기 히트싱크의 하부에는 솔더 재료가 유입되는 음각이 형성된다. 예컨대, 솔더 크림이 용융된 후 음각 내로 유입되어 고정되면, 상기 히트싱크는 솔더 재료에 이해 방열패드에 더욱 신뢰성 있게 연결될 수 있으며, 이에 의해, LED 패키지가 들뜸 및/또는 비틀림 상태로 기재에 실장되는 것을 막아줄 수 있다.
상세한 설명 및 특허청구범위에서, 용어 '히트싱크'는 LED칩의 실장이 이루어지는 패키지 몸체의 상부로부터 패키지 몸체의 하부까지 직접적인 열 경로를 형성하는 요소 또는 부분으로 정의된다. 따라서, 패키지 몸체의 상하를 관통하는 열 경로를 형성하지 못하는 요소 또는 부분, 즉, 리드단자는 히트싱크와 구분되어야 할 것이다. 또한, '방열패드'는 방열을 위해 PCB 등 기재에 형성된 솔더링용 패드로 정의한다. 따라서, LED칩에 전력을 공급하는데 참여하지만, 그 주 목적이 방열을 위해 형성된 것이라면, 방열패드인 것으로 보아야 한다.
바람직하게는, 상기 음각은 상부와 측부는 막혀 있고 하부만이 개방된 홈 형상을 포함한다. 홈 형상의 음각은 그 내부에 유입되어 고정된 솔더 재료를 모든 방향으로 구속할 수 있어서, 더욱 더 정밀한 LED 패키지 실장을 가능하게 해준다.
일 실시예에 따라, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들과 분리된 채 상기 패키지 몸체에 삽입 설치된 금속 슬러그일 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들 중 적어도 하나와 일체로 연결된다. 이때, 상기 히트싱크는 그와 연결된 리드단자와 함께 전류의 통과를 허용할 수 있다. 즉, 히트싱크가 리드단자의 역할 일부를 할 수 있다. 상기 히트싱크는 상기 리드단자들 중 적어도 하나의 리드단자를 형성하는 금속판의 두께를 상기 리드단자보다 두껍게 하여 형성될 수 있으며, 대안적으로, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들 중 적어도 하나의 리드단자를 형성하는 금속판을 아래로 돌출되도록 절곡하여 형성될 수 있다. 이때, 상기 음각은 상기 히트싱크의 부분에서 상기 금속판에 위를 향하여 함몰된 홈을 형성하여 이루어지는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 히트싱크를 갖는 LED 패키지를 예컨대, PCB와 같은 기재 상에 실장할 때, LED 패키지의 히트싱크와 기재의 방열패드 사이의 솔더 재료(예컨대, 솔더 크림)가 히트싱크에 형성된 음각에 유입되므로, 솔더 재료의 융해 과정에서 LED 패키지가 부유되는 현상을 억제할 수 있다. 이러한 부유 현상의 억제를 통해, 수직 방향 및 수평 방향으로 LED 패키지 실장 정확성을 더욱 높일 수 있다. 또한, 솔더 재료가 히트싱크에 유입되어 그 히트싱크와 일체화됨으로써, 방열 특성을 더 형상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지가 PCB 상에 실장된 상태를 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, PCB(200)의 상면에는 복수의 금속 단자패드(210)들과 하나의 금속 방열패드(220)가 형성되어 있다. 금속 방열패드(220)는 금속 단자패드(210)들의 중간에 위치한다. 상기 금속 단자패드(210)들과 금속 방열패드(220)는, PCB(200) 상에 LED 패키지(1)를 실장하는 솔더링을 공정에 이용되는 것들로서, 동일한 금속 재료로 형성되는 것이 바람직하지만, 다른 금속 재료로 형성될 수도 있다.
LED 패키지(1)는 패키지 몸체(10)와 LED칩(20)을 포함한다. 상기 패키지 몸체(10)는 PPA와 같은 플라스틱 재료에 의해 성형된다. 패키지 몸체(10)는 LED칩(20)을 수용하는 캐비티(11)를 상부에 구비한다. LED칩(20)을 보호하도록 캐비티(11) 내에는 봉지재(30)가 형성된다. 봉지재(30)의 형성에는 예를 들면, 실리콘, 에폭시, EMC 등의 수지재료가 이용될 수 있다. 본 실시예에서 패키지 몸체(10)는 PPA 등과 같은 플라스틱 수지를 성형하여 형성된 것이지만, 세라믹 기판 등 다른 재료를 이용해, 패키지 몸체를 제작할 수 있다.
상기 패키지 몸체(10)에는 LED칩(20)에 전력을 공급하기 위한 리드단자들(40, 40)이 지지된다. 예를 들면, 인서트 성형 공정을 통해, 패키지 몸체(10)는 리드프레임들, 즉, 리드단자(40, 40)들을 지지하도록 형성된다. 리드단자(40, 40)들은 패키지 몸체(10)의 캐비티(11) 내부로부터 패키지 몸체(10)의 측면을 통해 나와 절곡에 의해 패키지 몸체(10)의 하부로 연장되어 있다.
또한, 상기 히트싱크(50)는 상기 패키지 몸체(10)를 상하로 관통하도록 설치된다. 본 실시예에서, 상기 히트싱크(50)는, 상기 리드단자(40, 40)들과 분리된 채로 상기 패키지 몸체(10)에 설치되는 금속 슬러그로서, 인서트 성형 공정에 상기 패키지 몸체(10)의 중앙에 삽입되는 형태로 설치된다.
한편, 상기 히트싱크(50)는 패키지 몸체(10)의 상부에서 상기 캐비티(11)를 향해 상부가 노출되며, 상기 히트싱크(50)의 상부에는 LED칩(20)이 실장된다. 상기 LED칩(20)은 상기 캐비티(11) 내에서 상기 히트싱크(50) 주변에 위치한 리드단자(40, 40)들에 전기적으로 연결된다. 도시된 바에 따르면, 상기 히트싱크(50)의 상부에 하나의 LED칩(20)이 실장되었으나, 복수의 LED칩들이 상기 히트싱크(50)의 상부에 실장될 수 있음에 유의한다.
상기 패키지 몸체(10)의 하부에서, 상기 리드단자(40, 40)들은 솔더 재료(S)에 의해 PCB(200) 상의 금속 단자패드(210)들과 연결되고, 상기 히트싱크(50)는 솔더 재료(S)에 의해 PCB(200) 상의 금속 방열패드(220)와 연결된다. 솔더 재료(S)는, 상기 금속 단자패드(210)들과 상기 금속 방열패드(220) 상에 발라진 솔더 크림 이 솔더링 공정에서 용융된 후 굳어지는 것으로서, 상기 리드단자(40, 40)들과 상기 히트싱크(50)를 상기 금속 단자패드(210)들과 상기 금속 방열패드(220)에 고정시킨다.
상기 히트싱크(50)의 하부에는 음각(52)이 형성되며, 상기 음각(52)에는 솔더링 공정에 의해 솔더 재료(S)가 유입된다. 히트싱크(50) 측의 솔더링에는 솔더 크림 또는 솔더 재료(S)가 많이 필요하며, 이 솔더 재료(S)는 용융 상태에서 히트싱크(50) 부분을 부유시켜, LED 패키지(1)의 들뜸 현상 또는 뒤틀림 현상을 초래할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 솔더 재료(S)가 용융 상태에서 상기 음각(52)에 유입된 후 굳어지는 것에 의해 상기 들뜸 현상 또는 뒤틀림 현상을 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 저면도이다. 이를 참조하면, 패키지 몸체(10)의 저부 중앙에 대략 사각형의 히트싱크(50)가 노출되어 있고, 패키지 몸체(10)의 저부 모서리 부근에는 리드단자(40, 40, 40, 40)들이 연장된 후 절곡되어 위치하고 있다. 상기 히트싱크(50)의 하부에 형성된 음각(52)은, 하부가 개방되고 측부 전체 및 상부가 막힌 홈 형상을 포함한다. 상기 히트싱크(50)의 형상과 상기 음각(52)의 형상, 그리고, 리드단자들의 개수 및 배치 형태는 본 발명을 한정하지 않는다. 단, 상기 음각(52)은, 하부를 제외하고 전체가 막힌 홈 형상을 가짐으로써, 용융상태로 유입되어 굳어진 솔더 재료(S)를 전체 방향으로 구속한다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예들이 설명된다. 앞에서 설명된 내용은 중 복을 피하기 위해 생략될 것이며, 앞선 실시예에서와 동일하거나 유사한 요소에 대해서는 앞선 실시예에 쓰인 부재번호가 그대로 쓰일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, LED 패키지(1)는 복수의 리드단자(40a, 40b)들을 포함하되, 그 리드단자(40a, 40b)들 중 하나의 리드단자(40a)는 슬러그 형태의 히트싱크(50)와 일체로 연결되어 있다. 본 실시예에 따르면, 리드단자(40a)를 형성하는 금속판의 두께 일부를 증가시켜, 그 두께가 증가된 부분이 히트싱크(50)로 이용된다.
앞선 실시예와 마찬가지로, 상기 히트싱크(50)는 패키지 몸체(10)를 상하로 관통하는 형상으로 설치되며, 상기 히트싱크(50)의 하부에는 솔더 재료(S)의 유입을 위한 음각(52)이 형성되어 있다.
상기 히트싱크(50)에 실장되는 LED칩(50)의 종류에 따라, 상기 히트싱크(50)는 리드단자로서의 역할도 할 수 있다. 예컨대, 상기 LED칩(50)이 하부에 전극을 갖는 수직형 LED칩인 경우, 상기 LED칩(20)을 히트싱크(50)에 실장하는 것만으로, 상기 LED칩(20)과 상기 히트싱크(50)는 전기적으로 연결된다. 따라서, 금속 방열패드(220)는, 솔더링 재료(S)에 의해 상기 히트싱크(50)와 연결되어, 본연의 방열패드로서의 역할과 더불어, 단자패드로서의 역할도 할 수 있다. 반대로, 하부에 전극이 없는 래터럴형 LED칩이 이용되는 경우, 상기 히트싱크(50)와 상기 금속 방열패드(50)는 방열을 촉진하는 원래의 역할만을 할 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 LED 패키지(1)는, 바로 앞선 실시예와 마찬가지로, 복수의 리드단자(40a, 40b)들 중 하나의 리드단자(40a)가 히트싱크(50)와 일체로 되어 있다. 히트싱크(50)는 리드단자(40a)를 형성하는 금속판의 일부가 아래로 돌출되게 절곡되어 형성된다. 돌출된 부분의 하부, 즉, 히트싱크(50)의 하부는 패키지 몸체(10)의 하부로 노출된다. 상기 히트싱크(50)의 하부에는 음각(52)이 형성되되, 상기 음각(52)은 금속판의 히트싱크(50) 부분에서 위로 향하는 홈을 금속판에 형성하여 이루어진다. 이때, 상기 음각(52)은 엠보싱 가공에 의해 홈의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서의 음각(52)은, 솔더 재료(S)를 유입하여 LED 패키지(1)의 실장 정확성을 높임은 물론이고, LED칩(20)의 실장 높이를 더 올려주는 역할도 한다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED 패키지에 대해 설하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지가 PCB 상에 실장된 상태를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 저면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 도시한 단면도.

Claims (6)

  1. 패키지 몸체에 지지되며, 솔더 재료에 의해 기재 상의 단자패드들 상에 연결되는 리드단자들; 및
    상기 패키지 몸체를 상하로 관통해 있고, 솔더 재료에 의해 기재상의 방열패드 상에 연결되는 히트싱크를 포함하며,
    상기 히트싱크의 상부에는 LED칩이 실장되고 상기 히트싱크의 하부에는 솔더 재료가 유입되는 음각이 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 음각은 상부와 측부는 막혀 있고 하부만이 개방된 홈 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들과 분리된 채 상기 패키지 몸체에 삽입 형태로 설치된 금속 슬러그인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들 중 적어도 하나와 일체로 연결된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들 중 적어도 하나의 리드단자를 형성하는 금속판의 두께를 상기 리드단자보다 두껍게 하여 형성된 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 히트싱크는 상기 리드단자들 중 적어도 하나의 리드단자를 형성하는 금속판을 아래로 돌출되도록 절곡하여 형성되며, 상기 음각은 상기 히트싱크의 부분에서 위를 향하는 홈을 상기 금속판에 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111952260A (zh) * 2019-05-15 2020-11-17 株式会社电装 半导体装置

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