KR20120040973A - 세리믹 발광소자 패키지 - Google Patents

세리믹 발광소자 패키지 Download PDF

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이근정
이재희
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Abstract

세라믹 발광소자 패키지가 개시된다. 개시된 세라믹 발광소자 패키지는, 적어도 두개의 제1홀이 형성된 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 상면에서 서로 이격되게 형성되며 상기 제1홀과 대응되는 제2홀이 형성된 제1전극 및 제2전극과, 상기 세라믹 기판 상에 배치되며 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결된 발광소자칩과, 상기 세라믹 기판 상에서 상기 발광소자칩과 상기 제1전극 및 제2전극을 덮으며, 상기 제1홀 및 제2홀에 대응되는 제3홀이 형성된 렌즈와, 상기 제1전극 및 제2전극과 각각 연결되어서 상기 발광소자칩에 전기를 공급하며, 상기 제1홀 내지 상기 제3홀을 관통하는 도전성 핀을 구비한다.

Description

세리믹 발광소자 패키지{Ceramic package having light emitting device}
본 개시는 세리믹 기판을 채용한 발광소자 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 화합물 반도체(compound semiconductor)의 PN접합을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 광을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 이러한 LED는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 광의 지향성이 강하여 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 이러한 LED는 충격 및 진동에 강하고, 예열시간과 복잡한 구동이 불필요하며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어, 여러가지 용도로 적용이 가능하다.
세라믹 발광소자 패키지는 세라믹 기판에 발광소자 장착부를 형성하고 발광소자에 전력을 공급하는 전극패드를 배치한다. 일반적으로 전극패드를 형성하기 위해서, 세라믹 기판의 일면 상에 발광소자를 배치하고, 세라믹 기판의 다른 면에 전극 패드를 형성하며, 세라믹 기판에 비아홀을 형성하고, 비아홀을 도전성 금속으로 채우거나 또는 도전성 금속을 전기도금하여 전극패드와 발광소자를 통전한다.
그러나, 비아홀에 도전성 금속을 채우거나 도전성 금속을 전기도금하여 통전부를 형성하는 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요될 수 있다.
발광소자칩 및 전극패드 사이의 통전과 동시에, 발광소자 칩 상에 배치되는 투명렌즈를 체결하는 데 사용하는 도전성 핀을 구비한 세라믹 발광소자 패키지를 제공한다.
일 실시예에 따른 세라믹 발광소자 패키지는, 적어도 두개의 제1홀이 형성된 세라믹 기판;
상기 세라믹 기판의 상면에서 서로 이격되게 형성되며, 상기 제1홀과 대응되게 형성된 제2홀이 형성된 제1전극 및 제2전극;
상기 세라믹 기판 상에 배치되며 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결된 발광소자칩; 및
상기 제1전극 및 제2전극과 각각 연결되어서 상기 발광소자칩에 전기를 공급하며, 상기 제1홀과 상기 제2홀을 관통하는 도전성 핀;을 구비한다.
상기 세라믹 기판 상에서 상기 발광소자칩과 상기 제1전극 및 제2전극을 덮는 렌즈;를 더 구비할 수 있으며, 상기 렌즈에는 상기 제1홀 및 제2홀에 대응되는 제3홀이 형성되며, 상기 도전성 핀은 상기 제3홀도 관통한다.
상기 도전성 핀은 상기 세라믹 기판의 하면에 형성된 전극패드부와, 상기 제1홀 내지 제3홀을 지나서 상기 렌즈의 상면에서 상기 제3홀 보다 더 넓게 퍼져서 상기 세라믹 기판과 상기 렌즈를 고정하는 몸체부를 포함할 수 있다.
상기 도전성 핀은 구리로 제조될 수 있다.
상기 제1 내지 제3홀은 적어도 3개 형성되며, 상기 도전성 핀도 상기 제1 내지 제3홀과 같은 수로 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3홀의 직경은 100 ~ 500 ㎛ 을 가질 수 있다.
상기 세라믹 기판, 상기 제1전극 및 제2전극 및 상기 렌즈에는 각각 열을 방출하기 위한 열방출홀과, 상기 열방출홀을 채우며 상기 세라믹 기판의 저면과 상기 렌즈의 상면에 각각 넓게 형성된 부분을 가진 열전도성 핀을 더 구비할 수 있다.
상기 열방출홀은 상기 제1홀~제3홀의 직경 보다 크게 형성될 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 세라믹 패키지 상의 발광소자칩에 전원을 공급하는 역할과 세라믹 기판과 그 위의 렌즈를 결합하는 역할을 하는 도전성 핀을 이용하므로, 도전부의 제조가 용이하면서도 렌즈 부착용 부재를 사용하지 않으므로 부품수가 줄 수 있다. 또한, 도전성 핀을 열방출 수단으로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 발광소자 패키지의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 렌즈의 평면도이다.
도 3은 도 1에서 렌즈를 제거한 상태에서의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 발광소자 패키지를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 발광소자 패키지(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 세라믹 발광소자 패키지(100)는 복수의 제1홀(h1)이 형성된 세라믹 기판(110)을 구비한다. 세라믹 기판(110)은 알루미나로 이루어질 수 있다. 세라믹 기판(110)의 상면에는 제1전극(121) 및 제2전극(122)이 서로 이격되게 형성된다. 제1전극(121) 및 제2전극(122)에도 제1홀(h1)과 대응되는 제2홀(h2)이 형성된다. 제1전극(121) 및 제2전극(122)은 서로 다른 전압을 후술하는 발광소자칩에 공급한다.
제1전극(121) 및 제2전극(122) 상에는 발광소자칩(130)이 배치된다. 발광소자칩(130)은 일반적인 발광다이오드일 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
발광소자칩(130)은 제1전극(121) 및 제2전극(122)과 범프(132)를 통해서 플립칩 본딩으로 연결되어 있다. 도 1에는 발광소자칩(130)이 플립칩 본딩으로 제1전극(121) 및 제2전극(122)에 연결되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 와이어본딩으로 제1전극(121) 및 제2전극(122)에 연결될 수도 있다.
발광소자칩(130) 상에는 형광층(134)이 도포되어서 발광소자칩(130)으로부터 특정한 색의 광이 방출될 수 있다. 발광소자칩(130)이 청색 발광 다이오드칩이나 자외선(UV) 발광 다이오드칩인 경우, 형광층(134)은 황색, 적색 및 녹색 형광층을 포함되도록 하여, 백색광이 방출되도록 할 수 있다. 형광물질은 후술하는 렌즈에 포함될 수도 있다.
세라믹 기판(110) 상에는 미리 성형된 렌즈(140)가 발광소자칩(130)과 제1전극(121) 및 제2전극(122)을 덮도록 배치된다. 렌즈(140)의 가장자리부(144)에는 제1홀(h1) 및 제2홀(h2)에 대응되는 제3홀(h3)이 형성되어 있다. 렌즈(140)는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지 등과 같은 열경화성 수지로 제조될 수 있다. 렌즈(140)는 발광소자칩(130)으로부터 발광되는 광을 집속하거나 또는 발산시켜서 배광분포를 적절하게 설계할 수 있도록 한다.
제1홀(h1) 내지 제3홀(h3)에는 도전성 핀(150)이 체결된다. 도전성 핀(150)은 세라믹 기판(110)의 저면에 형성되는 전극패드부(151)와, 제1홀(h1) 내지 제3홀(h3)을 관통하여 렌즈(140)의 상면에서 넓게 퍼진 헤드부(152)를 포함하는 몸체부(153)를 구비한다. 도전성 핀(150)은 전극패드부(151)를 통해서 공급되는 전류를 해당 전극(121, 122)에 공급하며, 동시에 세라믹 기판(110)과 렌즈(140)를 고정한다.
도전성 핀(150)은 제1홀(h1) 내지 제3홀(h3)에 끼워진 상태에서 윗부분을 눌러서 헤드부(152)를 형성하면서 제1전극(121) 또는 제2전극(122)과 통전이 되도록 억지끼움을 한다. 이때 몸체부(152)의 상부가 눌리면서 헤드부(152)를 형성한다. 따라서, 도전성 핀(150)은 연성이 좋은 도전체인 구리로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 렌즈의 평면도이며, 도 3은 도 1에서 렌즈를 제거한 상태에서의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 렌즈(140)는 볼록부(142)와 볼록부(142)를 둘러싸는 가장자리부(144)를 구비한다. 가장자리부(144)에는 4개의 제3홀(h3)이 형성되어 있으며, 제1전극(121) 및 제2전극(122)에는 각각 2개의 제2홀(h2)이 형성되어 있으며, 세라믹 기판(110)에도 제3홀(h3)과 제2홀(h2)에 대응되는 미도시된 제1홀(h1)이 4개 형성된다. 각 홀 중 2개는 위에서 설명하였듯이 도전성 핀(150)을 통해서 전류를 공급하기 위한 홀이며, 나머지 홀들은 발광소자칩(130)으로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해서 각각 도전성 핀(150)에 의해 체결되어서 외부로 열을 방출하기 위한 열방출홀(h5)이다. 열방출홀(h5)도 도전성 핀(150)이 통과되는 홀(h1, h2, h3)과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
열방출홀(h5)에도 도전성 핀(150)과 실질적으로 동일한 열방출용 핀이 배치되므로, 상세한 설명은 생략한다.
제1홀(h1)~제3홀(h3)은 대략 100~500㎛의 직경을 가진다. 열방출홀(h5)은 열을 효과적으로 방출되게 하기 위해서 제1홀(h1)~제3홀(h3)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 실시예에서는 4개의 관통홀이 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 3개의 관통홀이 형성되거나 또는 5개 이상의 관통홀이 형성되고 각 관통홀에는 대응되는 도전성 핀이 체결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 세라믹 발광소자 패키지(100)는 세라믹 기판(110) 상의 발광소자칩(130)에 전원을 공급하는 도전부가 세라믹 기판(110)에 형성된 홀을 관통하는 도전성 핀(150)을 이용하면서 동시에 세라믹 기판(110) 상에 배치되는 미리 제조된 렌즈(140)를 함께 결합하는 데 도전성 핀(150)을 이용하므로, 도전부의 제조가 용이하면서도 렌즈 부착용 부재를 사용하지 않으므로 부품수가 줄 수 있다. 또한, 도전성 핀(150)을 열방출 도구로 사용하는 동시에 렌즈(140)와 세라믹 기판(110)의 결합에도 함께 이용할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 적어도 두개의 제1홀이 형성된 세라믹 기판;
    상기 세라믹 기판의 상면에서 서로 이격되게 형성되며 상기 제1홀과 대응되는 제2홀이 형성된 제1전극 및 제2전극;
    상기 세라믹 기판 상에 배치되며 상기 제1전극 및 제2전극과 전기적으로 연결된 발광소자칩; 및
    상기 제1전극 및 제2전극과 각각 연결되어서 상기 발광소자칩에 전기를 공급하며, 상기 제1홀과 상기 제2홀을 관통하는 도전성 핀;을 구비한 세리믹 발광소자 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 기판 상에서 상기 발광소자칩과 상기 제1전극 및 제2전극을 덮는 렌즈;를 더 구비하며,
    상기 렌즈에는 상기 제1홀 및 제2홀에 대응되는 제3홀이 형성되며, 상기 도전성 핀은 상기 제3홀도 관통하는 세라믹 발광소자 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 핀은 상기 세라믹 기판의 하면에 형성된 전극패드부와, 상기 제1홀 내지 제3홀을 지나서 상기 렌즈의 상면에서 상기 제3홀 보다 더 넓게 퍼져서 상기 세라믹 기판과 상기 렌즈를 고정하는 몸체부를 포함하는 세라믹 발광소자 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전성 핀은 구리로 이루어진 세라믹 발광소자 패키지.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3홀은 적어도 3개 형성되며, 상기 도전성 핀도 상기 제1 내지 제3홀과 같은 수로 배치된 세라믹 발광소자 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3홀의 직경은 100 ~ 500 ㎛ 을 가지는 세라믹 발광소자 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세라믹 기판, 상기 제1전극 및 제2전극 및 상기 렌즈에는 각각 열을 방출하기 위한 열방출홀과, 상기 열방출홀을 채우며 상기 세라믹 기판의 저면과 렌즈의 상면에 각각 넓게 형성된 부분을 가진 열전도성 핀을 더 구비한 세라믹 발광소자 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열방출홀은 상기 제1홀~제3홀의 직경 보다 크게 형성된 세라믹 발광소자 패키지.
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