KR20120030885A - 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 패키지를 개시한다. 개시된 발광소자 패키지는, 신호패드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 실장되어 있는 제 1 발광칩과 제 2 발광칩; 상기 기판의 둘레를 따라 형성된 월; 및 상기 신호패드와 전기적으로 연결되면서 상기 기판 상에 형성된 비아홀을 통해 기판의 하측으로 노출된 제 1 리드프레임과 제 2 리드프레임을 포함하고, 상기 기판의 평면 중심에서 서로 교차하는 제 1 축과 제 2 축에 의해 4 분할영역이 구획되고, 상기 제 1 발광칩과 제 2 발광칩은 서로 대각선 방향으로 구획된 분할 영역에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 실장되는 발광칩들 간의 기하학적 배치를 다양하게 조절하여 방출하는 광이 인접한 발광칩에 의해 가려지는 손실을 방지하였다.

Description

발광소자 패키지{Light emitting device package}
본원 발명은 하나의 패키지에 두 개 이상의 발광칩을 실장한 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있도록 한 반도체 소자를 말한다.
화합물 반도체로써는 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체(Group Ⅲ-Ⅴ nitride semiconductor)를 사용하는데, Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체는 통상 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질로 이루어져 있다.
이러한 질화물 반도체 재료를 이용한 발광다이오드(LED) 혹은 레이저다이오드(LD)는 광을 얻기 위한 발광 소자에 많이 사용되고 있으며, 핸드폰의 키패드 발광부, 전광판, 조명 장치 등 각종 제품의 광원으로 응용되고 있다.
발광다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색(color) 및 휘도, 휘도 세기의 범위 등이 있다. 이러한 발광다이오드 소자의 특성은 1차적으로는 발광다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 발광칩을 실장하기 위한 발광소자 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.
고휘도와 사용자 요구에 따른 휘도 각 분포를 얻기 위해서는 재료개발 등에 의한 1차적인 요소만으로는 한계가 있어 발광소자 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다. 이러한 발광소자 패키지는 열적, 전기적 신뢰성뿐만 아니라 광학적 특성을 발휘해야 하기 때문에 통상적인 반도체 패키지와는 다른 구조를 가지게 된다.
특히, 고휘도 특성을 구현하기 위해 하나의 발광소자 패키지에 두 개 이상의 발광칩을 실장하고 있는데, 이와 같이 두 개 이상의 발광칩을 하나의 발광소자 패키지에 실장 할 경우에 어느 하나의 발광칩에서 발생되는 광이 인접한 발광칩에 가려 광효율이 저하되는 문제가 발생한다.
즉, 일정한 광량을 갖는 두 개의 발광칩을 하나의 발광소자 패키지에 실장 할 경우, 두 발광칩의 광량의 합에 가까운 광량이 출사되어야 하는데 이보다 훨씬 적은 광량이 출사된다.
본 발명은 일정한 공간에 실장되는 발광칩들의 광간섭이 최소가 되도록 배치하여 광효율을 향상시킨 발광소자 패키지를 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광소자 패키지는, 신호패드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 실장되어 있는 제 1 발광칩과 제 2 발광칩; 상기 기판의 둘레를 따라 형성된 월; 및 상기 신호패드와 전기적으로 연결되면서 상기 기판 상에 형성된 비아홀을 통해 기판의 하측으로 노출된 제 1 리드프레임과 제 2 리드프레임을 포함하고, 상기 기판의 평면 중심에서 서로 교차하는 제 1 축과 제 2 축에 의해 4 분할영역이 구획되고, 상기 제 1 발광칩과 제 2 발광칩은 서로 대각선 방향으로 구획된 분할 영역에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광소자 패키지는 실장되는 발광칩들 간의 기하학적 배치를 조절하여 발광칩에서 발생하는 광이 인접한 발광칩에 가려지는 문제를 방지한 효과가 있다.
본 발명의 발광소자 패키지는 실장되는 발광칩들이 평면 상 최대의 거리가 되도록 하거나, 3차원적으로 두 발광칩들 간의 거리가 최대가 되도록 하여 광간섭을 최소화하고 광효율을 개선한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 2는 발광칩들 간의 이격거리에 따라 방출되는 광량 효율을 도시한 그래프이다.
도 3 및 도 4는 상기 도 1의 A-A'선을 절단한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 발광소자 패키지(100)는 기판과 월(wall)로 구성된 본체(120)와, 상기 본체(120)의 개구영역에 배치되는 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)을 포함한다. 상기 본체(120) 양측에는 제 1 전원단자(130a)와 제 2 전원단자(130b)가 배치된다.
본 발명에서는 광손실을 최소화하기 위해 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)을 최대한 이격된 상태로 발광소자 패키지(100)의 특정 영역에 배치한다.
상기 발광소자 패키지(100)는 중심 영역에서 수직으로 교차하는 X축과 Y축에 의해 4 등분으로 분할되고, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)은 칩의 장축과 단축이 서로 일치하지 않는 위치에 배치한다. 또한, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)의 거리가 최대가 되도록 실장한다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 발광칩(50)이 Y축을 기준으로 좌측의 X축 상단 분할 영역에 배치되면, 상기 제 2 발광칩(60)은 Y축을 기준으로 우측의 X축 하단 분할 영역에 배치된다.
도면에서는 도시되지 않았지만, 상기 제 1 발광칩(50)이 Y축을 기준으로 좌측의 X축 하단 분할 영역에 배치되면, 상기 제 2 발광칩(60)은 Y축을 기준으로 우측의 X축 상단 분할 영역에 배치된다.
즉, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)은 X축과 Y축에 의해 분할된 영역에 대해 서로 대각선 방향으로 위치하도록 배치한다. 이로 인하여 한정된 발광소자 패키지(100) 내에서 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)의 이격거리는 최대가 된다.
또한, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)은 각각 적(R), 녹(G), 청(B)색 발광다이오드들 중 어느 하나이거나 이들을 적층한 발광다이오드일 수 있다. 또한, 제 1 발광칩(50) 및 제 2 발광칩(60)은 각각 백(W)색 발광다이오드 일 수 있다.
도 2는 발광칩들 간의 이격거리에 따라 방출되는 광량 효율을 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 수직축은 두 개 이상의 발광칩이 실장된 발광소자 패키지로부터 방출되는 광량의 효율 퍼센트(%)이고 수평축은 발광칩들 간의 거리(distance)를 나타낸다. 두 개의 발광칩의 이격거리가 1mm(1000㎛)를 기준으로 방출되는 광량에 변화가 발생됨을 볼 수 있다.
두 개의 발광칩이 0.5mm 이하의 거리에서는 방출되는 광량이 급격하게 감소되어, 두 개의 발광칩을 배치하더라도 한 개의 발광칩을 배치한 것과 거의 차이가 없게 되는 것을 볼 수 있다.
또한, 광손실이 발생되는 이격거리는 발광칩의 크기에 따라 각각 달라지기 때문에 최소한 발광칩들이 실장되는 발광소자 패키지 내에서 이격거리가 최대가 되도록 해야 한다. 예를 들어, 장축 길이가 1.2mm이고 단축 길이가 0.6mm인 사각형 발광칩의 경우에는 이들 간의 거리는 3mm 이상 6mm 정도까지 이격거리를 유지할 필요가 있다.
본 발명에서는 한정된 공간 내에서 발광칩들 간의 거리가 최대가 되도록 하여 광손실을 최소화하고 광효율을 향상시킨 기술이다.
도 3 및 도 4는 상기 도 1의 A-A'선을 절단한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 기판(140) 상에 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)이 실장되어 있고, 이들은 상기 기판(140) 상에 형성되어 있는 신호패드(160)들에 전기적으로 연결되어 있다. 실장 방법은 와이어를 이용하여 발광칩의 양극과 음극을 신호패드(160)와 연결하는 와이어 본딩방법과, 발광칩을 직접 솔더 볼을 사이에 두고 신호패드(160)에 실장하는 플립칩 본딩 방법이 있다.
상기 기판(140)의 가장자리 둘레에는 월(Wall, 110)이 형성되어 있고, 기판(140)과 월(110)은 발광소자 패키지(100)의 본체(도 1의 120)를 이룬다.
또한, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)이 실장되어 있는 공간에는 몰딩부재(137)가 형성되는데, 상기 몰딩부재(137)는 실리콘 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있고, 추가적으로 광효율과 색 특성 향상을 위하여 형광체가 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 몰딩부재(137)와 월(110) 상에는 렌즈(147)가 배치된다.
또한, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)에서 발생되는 광효율을 향상시키기 위해 상기 월(110)의 표면과 기판(140)에 형성되는 신호패드(160) 상에 반사막(170)을 코팅할 수 있다. 반사막(170)은 광반사율이 높은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다.
상기 기판(140)에는 비아홀(h)을 통하여 상기 기판(140) 상에 형성되어 있는 신호패드(160)와 전기적으로 연결되는 제 1 리드프레임(150a)과 제 2 리드프레임(150b)이 형성되어 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)에서 발생되는 열을 용이하게 방출시키기 위해 상기 제 1 리드프레임(150a) 또는 제 2 리드프레임(150b) 중 어느 하나를 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)의 하측 영역까지 확장 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 리드프레임(150a)을 상기 제 1 발광칩(50) 하측 영역까지 확장하고, 제 2 리드프레임(150b)을 상기 제 2 발광칩(60)의 하측 영역까지 확장할 수 있다.
따라서, 도 3은 도 1과 같이, 발광소자 패키지(100) 내에서 적어도 두 개 이상의 발광칩들을 배치하고, 이들의 이격거리가 최대가 되도록 하여 광효율을 향상시켰다.
도 4는 도 1과 같이, 서로 대각선 방향으로 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)을 배치하면서, 두 개의 발광칩들 간에 소정의 단차를 갖도록 하였다. 이것은 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)이 기판(240)의 평면 상뿐만 아니라 상하방향(수직방향)으로도 서로 이격시키기 위함이다. 즉, 도 4에서는 도 1과 같이, 평면 상 서로 최대의 이격거리로 배치되면서 두 개의 발광칩들이 단차에 의해 상하방향으로 이격되어 있어, 도 3에서보다 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)의 이격거리를 더욱 크게 할 수 있다.
이로 인하여, 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)의 광간섭을 최소화한 효과가 있다.
도 4를 참조하면, 도 3과 달리 제 1 발광칩(50)이 실장되는 영역에 추가적으로 홈(G)을 형성하여 상기 제 2 발광칩(60)과 상하방향으로도 이격되도록 하였다.
따라서, 기판(240)은 상기 제 1 발광칩(50)이 실장되는 제 1 영역(L1)과 상기 제 2 발광칩(60)이 실장 되거나 제 1 발광칩(50)이 실장 되지 않은 제 2 영역(L2)으로 구분된다. 상기 제 1 발광칩(50)이 형성되는 영역(L1)이 제 2 발광칩(60)이 형성되는 영역(L2)보다 기판(240)의 두께가 더 얇다. 이로 인하여 상기 제 1 발광칩(50)이 형성되는 영역(L1)과 제 2 발광칩(60)이 형성되는 영역(L2)은 소정의 단차가 형성되고, 이들 영역 사이에는 소정의 경사면(S)이 존재한다.
상기 경사면(S)과 기판(240)의 표면 상에는 신호패드(160)가 형성되어 있고, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)은 도 3에서 설명한 방식과 동일한 방법으로 실장된다.
상기 제 1 리드프레임(150a)과 제 2 리드프레임(150b)은 각각 기판(240) 상에 형성되는 비아홀(h)을 통하여 신호패드(160)와 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 리드프레임(150a)과 제 2 리드프레임(150b)은 도 3에서 설명한 것과 동일한 형태로 열방출을 위해 구조변경을 할 수 있다.
상기 제 1 발광칩(50)을 실장하기 위해 기판(240) 상에 소정의 홈(G)을 형성하였지만, 기판(240)의 가장자리 영역(제 1 발광칩이 형성되지 않은 영역)의 두께는 기판(240)의 두께와 동일하기 때문에 기판(240)의 가장자리를 따라 형성되는 월(110)의 높이는 동일하다.
상기 월(110)의 표면과 신호패드(160) 상에는 도 3에서와 같이, 반사막(170)이 형성되고, 상기 제 1 발광칩(50)과 제 2 발광칩(60)이 형성된 개구 영역에는 몰드부재(137)와 렌즈(147)가 형성된다.
도 4에서는 발광칩들을 수평방향으로뿐만 아니라 기판에 대해 수직방향으로도 이격시켜 발광칩들 간의 이격거리를 더욱 크게 하였고, 이로 인하여 광효율을 향상시켰다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 5a와 도 5b는 발광소자 패키지에 실장되는 발광칩의 평면 배치 구조를 개시하는 도 1과 다른 실시예를 개시하고 있지만, 도 4에서 설명한 수직방향의 이격 배치 구조는 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 도 3과 같이 기판의 평면 상을 중심으로 발광칩들을 배치하는 실시예 뿐만 아니라 도 4와 같이 수직방향으로도 발광칩들을 이격시키는 실시예는 도 5a와 도 5b의 실시예에 동일하게 적용될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 발광소자 패키지의 중심을 교차하는 X축과 Y축을 기준으로 4개의 분할영역을 구획하고, 도 1에서 설명한 바와 같이, 실장되는 발광칩들을 대각선 방향으로 배치한다. 그런 다음, 어느 하나의 발광칩을 발광칩의 장축이 X축과 소정의 각도(θ)로 틸트(Tilt) 되도록 한다. θ 범위는 0°＜θ≤90°인 것이 바람직하다.
이는 실장되는 두 개의 발광칩으로부터 발생되는 광들이 서로 상쇄되거나 가려질 수 있는 면적을 최소화하기 위함이다.
도 5b를 참조하면, 도 1에서 설명한 바와 같이, 실장되는 발광칩들을 평면상 최대 이격거리를 유지하도록 하되, 어느 하나의 발광칩의 장축이 X축을 기준으로 소정의 각도(θ1)로 틸트되고 다른 하나의 발광칩 역시 장축이 X축을 기준으로 소정의 각도(θ2)로 틸트되도록 한다. θ1과 θ2의 범위는 각각 0°＜θ≤90°인 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 발광소자 패키지는 실장되는 발광칩들 간의 기하학적 배치를 다양하게 조절하여 방출하는 광이 인접한 발광칩에 의해 가려지는 손실을 방지하였다.
특히, 본 발명에서는 평면뿐만 아니라 상하방향으로도 실장되는 발광칩들을 이격시켜 광간섭을 최소화한 효과가 있다.
100: 발광소자 패키지 110: 월
140,240: 기판 50: 제 1 발광칩
60: 제 2 발광칩 160: 신호패드
150a: 제 1 리드프레임 150b: 제 2 리드프레임

Claims (6)

  1. 신호패드가 형성된 기판;
    상기 기판 상에 실장되어 있는 제 1 발광칩과 제 2 발광칩;
    상기 기판의 둘레를 따라 형성된 월; 및
    상기 신호패드와 전기적으로 연결되면서 상기 기판 상에 형성된 비아홀을 통해 기판의 하측으로 노출된 제 1 리드프레임과 제 2 리드프레임을 포함하고,
    상기 기판의 평면 중심에서 서로 교차하는 제 1 축과 제 2 축에 의해 4 분할영역이 구획되고, 상기 제 1 발광칩과 제 2 발광칩은 서로 대각선 방향으로 구획된 분할 영역에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 월 표면과 상기 신호패드 상에 형성된 반사막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 1 발광칩 또는 제 2 발광칩 중 어느 하나는 발광칩의 장축이 상기 제 1 축과 소정 각도(θ)로 틸트되도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제 1 발광칩과 제 2 발광칩은 각각 발광칩의 장축이 상기 제 1 축과 소정 각도(θ)로 틸트되도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 제3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 소정의 각도(θ)의 범위는 0°＜θ≤90°인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 1 발광칩 또는 제 2 발광칩 중 어느 하나가 형성된 영역의 기판 상에는 홈이 형성되어 실장된 제 1 발광칩과 제 2 발광칩은 상하 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

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