KR20120069290A - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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KR20120069290A
KR20120069290A KR1020100130782A KR20100130782A KR20120069290A KR 20120069290 A KR20120069290 A KR 20120069290A KR 1020100130782 A KR1020100130782 A KR 1020100130782A KR 20100130782 A KR20100130782 A KR 20100130782A KR 20120069290 A KR20120069290 A KR 20120069290A
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light emitting
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bonding pad
package
lead frame
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KR1020100130782A
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장규호
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명은 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체; 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하도록, 상기 패키지 본체에 설치된 제1 및 제2 리드프레임; 상기 제1 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 서로 이격되어 설치된 복수의 본딩패드부; 각각 서로 반대 면에 위치한 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 본딩패드부에 접하도록 상기 복수의 본딩패드부 상에 각각 탑재된 복수의 발광다이오드 칩; 및 상기 제2 리드프레임과 상기 복수의 발광다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 복수개의 배선부; 를 포함하는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.

Description

발광다이오드 패키지{LED package}
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 고휘도를 갖는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
반도체 발광소자의 일종인 발광다이오드(LED)는 전류가 가해지면 p, n형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다.
이러한 발광다이오드는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
특히, 최근에는 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 3족 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
한편, LCD 백라이트 유닛에 사용되는 광원부로서, 종래에는 발광소자로 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)가 사용되었으나, CCFL은 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색 재현성이 낮을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박 단소화에 적절하지 못한 단점을 가졌다.
이에 비해 발광다이오드는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능한 이점을 가진다.
또한, 색 재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광량을 조정하여 휘도, 색 온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박 단소화에 적합한 장점들을 가지므로 최근 백라이트 유닛용으로서 적극적으로 채용되고 있는 실정이지만 단일 제품의 단가가 비싼 단점이 있었다.
본 발명의 일 목적은, 고휘도를 구현하며, 제품의 신뢰성을 높이고 제품 단가를 낮춘 발광다이오드 패키지 및 그 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제너다이오드에 불량이 발생하는 경우 제너다이오드만 별도로 수리할 수 있는 발광다이오드 패키지 및 그 어셈블리를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은, 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체; 서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하도록, 상기 패키지 본체에 설치된 제1 및 제2 리드프레임; 상기 제1 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 서로 이격되어 설치된 복수의 본딩패드부; 각각 서로 반대 면에 위치한 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 본딩패드부에 접하도록 상기 복수의 본딩패드부 상에 각각 탑재된 복수의 발광다이오드 칩; 및 상기 제2 리드프레임과 상기 복수의 발광다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 복수개의 배선부; 를 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제2 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 상기 복수의 본딩패드부와 이격되게 제너다이오드 패드부가 설치되고, 상기 제너다이오드 패드부 위에 상기 본딩패드부 중 하나와 전기적으로 연결되게 제너다이오드가 설치될 수 있다.
이때, 상기 제너다이오드는 와이어를 통해 상기 본딩패드부 중 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 리드프레임은 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 본딩패드부의 설치위치를 표시하는 홈부가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 회로패턴을 갖는 기판; 및 상기 기판에 실장된 발광다이오드 패키지를 포함하며, 상기 발광다이오드 패키지는, 패키지 본체의 칩 실장영역에 서로 이격되면서 적어도 일부가 위치하도록 설치된 제1 및 제2 리드프레임과; 각각 서로 반대 면에 위치한 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 본딩패드부에 접하도록 상기 복수의 본딩패드부 상에 각각 탑재된 복수의 발광다이오드 칩; 을 포함하며, 상기 발광다이오드 칩의 제2 전극이 상기 제2 리드프레임과 배선부를 통해 전기적으로 연결된 발광다이오드 패키지 어셈블리를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드 패키지는, 발광다이오드 칩을 플립칩 본딩 방식으로 패키지에 설치함으로써 전체 와이어 본딩의 수를 최소화시켜 제품의 신뢰성을 높이고 제품 단가를 줄일 수 있다.
또한, 하나의 패키지에 복수의 발광다이오드 칩을 설치할 수 있어 최소의 가격으로 고휘도의 제품을 구현할 수 있다.
특히, 이러한 단일 제품을 발광다이오드 패키지 어셈블리로 제작하여 BLU 등에 사용하면 발광다이오드 패키지의 전체 사용 개수가 줄어들므로 제품의 단가를 낮출 수 있다.
또한, 제너다이오드를 발광다이오드 칩과 분리하여 설치함으로써 제너다이오드에 불량이 발생하는 경우 제너다이오드만 별도로 수리할 수 있고, 제너다이오드의 불량에 의해 발광다이오드 패키지 전체가 작동 불능되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광다이오드 패키지의 평면도이다.
도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 3은 종래의 발광다이오드 패키지와 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광다이오드 패키지의 휘도를 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 일 실시 형태에 따른 발광다이오드 패키지는, 패키지 본체(10)와, 패키지 본체(10)의 칩 실장영역(15)에 이격되면서 칩 실장영역(15)에 적어도 일부가 위치하도록 설치된 제1 및 제2 리드프레임(12)(11)과, 제1 리드프레임(12) 중 칩 실장영역(15)에 위치한 영역 상에 서로 이격되어 설치된 두 개의 본딩패드부(20)(30)와, 각각 서로 반대 면에 위치한 제1 및 제2 전극을 가지며, 아래쪽의 제1 전극이 본딩패드부의 상면에 접하도록 두 개의 본딩패드부(20)(30) 상에 각각 탑재된 발광다이오드 칩(31)(32)과, 제2 리드프레임(11)과 복수의 발광다이오드 칩(31)(32)를 전기적으로 연결하는 배선부로서의 복수의 와이어(51)(53)를 포함한다.
본 실시 형태에서는 패키지 본체(10)의 내측에 두 개의 발광다이오드 칩(31)(32)이 구성되고 있으나, 발광다이오드 칩(31)(32)의 설치 개수는 세 개 이상이 될 수도 있으며, 이 경우 본딩패드부(20)(30)를 발광다이오드 칩(31)(32)의 개수에 대응하여 늘리면 된다.
위와 같이 본딩패드부(20)(30)를 발광다이오드 칩의 개수에 대응되게 구비하고 서로 이격되어 설치하는 것은, 본딩패드부(20)(30)를 이격되어 설치하지 않고 단일체로 구성한 경우, 각 발광다이오드 칩(31)(32)에 전압의 차이가 발생하게 되므로 이 중 한두개의 발광다이오드 칩에 집중적으로 전류가 흐르게 되면서 발광다이오드 패키지가 손상되고 수명이 단축되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
패키지 본체(10)는, 제1 및 제2 리드프레임(12)(11)을 고정시키며, 내측에 오목하게 칩 실장영역(15)이 구비되고, 이러한 칩 실장영역(15)을 구비하도록 둘레에는 측벽(13)이 형성된다.
이때, 측벽(13)에는 소정 각도로 경사지게 반사부(미도시)가 구비될 수 있으며, 따라서 칩 실장영역(15)이 반사부의 경사에 의해 발광다이오드 칩(31)(32)이 탑재된 저면에 가까워질수록 패키지 본체(10)의 내부 폭이 좁아지는 형태로 구성될 수 있다.
반사부는 발광다이오드 칩(31)(32)으로부터 발광된 빛을 반사하여 외부광 추출효율을 향상시킬 수 있으며, 이를 위해 고반사성의 금속, 예컨대 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 측벽(13) 내면에 금속 도금하거나 이러한 물질을 이용하여 별도의 반사시트를 제작한 후 측벽(13) 내면에 부착시켜 구성할 수 있다.
이러한 패키지 본체(10)를 이루는 물질은 특별히 제한되는 것은 아니며, 다만 전기 절연성을 가지면서도 열 방출 성능과 광 반사율이 우수한 물질을 이용하는 것이 바람직하고, 이러한 측면에서 투명 수지 및 투명 수지에 광 반사 입자(예컨대 TiO2)가 분산된 물질이 이용될 수 있다.
패키지 본체(10)의 칩 실장영역(15)에는 발광다이오드 칩(31)(32)으로부터 방출된 빛의 발광 경로 상에 패키지 본체(10)의 칩 실장영역(15) 내에서 발광다이오드 칩(31)(32)를 밀봉하는 형태로 봉지부(60)가 형성될 수 있다.
봉지부(60)는 실리콘, 에폭시 계열의 투명 수지로 이루어질 수 있으며, 발광 다이오드 칩(31)(32)과 도전성 와이어(51)(53)를 보호하고, 발광다이오드 칩(31)(32)를 이루는 물질과 외부와의 굴절률 매칭을 구현하여 외부광 추출효율을 향상시킨다.
발광다이오드 칩(31)(32)은, 본 실시 형태에서는 도전성 와이어 없이 본딩패드부(20(30) 상에 소위 플립칩(flip-chip) 본딩 방식으로 탑재된다. 즉, 칩 실장영역(15)으로 제공된 제1 리드프레임(12)과는 와이어를 이용하지 않고 저면의 제1 전극이 직접 전기적으로 연결되어 양극신호를 인가받고, 반대쪽의 제2 리드프레임(11)과는 상면의 제2 전극이 와이어(51)(53)로 연결되어 음극신호를 인가받도록 구성된다.
그러나, 이러한 연결 방식은 실시 형태에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들어, 발광다이오드 패키지가 수평 구조인 경우 발광다이오드 칩(31)(32)과 연결된 한 쌍의 전극이 상부에 위치하고, 발광다이오드 칩(31)(32)은 한 쌍의 도전성 와이어를 통해 한 쌍의 전극이 제1 및 제2 리드프레임(12)(11)과 연결될 수 있다.
나아가, 배선구조의 일 예로서 본 실시 형태에서는 도전성 와이어를 나타내고 있으나, 전기신호 전달기능을 수행할 수 있다면 다른 형태의 배선 구조 예컨대, 금속 라인 등으로 적절히 대체할 수 있다.
제1 및 제2 리드프레임(12)(11)은 바람직하게는 그 일부가 패키지 본체(10)의 외부로 노출되어 발광다이오드 패키지가 기판에 실장될 때 외부전기신호를 인가하기 위한 전극단자로서, 전기 전도성과 열 전도성이 우수한 금속 물질, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등으로 이루어진다.
이 제1 리드프레임(12) 상에 본딩패드부(20)(30)의 설치위치를 확인하기 위해 위치표시부가 형성될 수 있는데, 이 위치표시부는 바람직하게 각 본딩패드부(20)(30)의 이격된 틈새에 해당하는 부분에 홈부(12a)를 형성하거나, 선 또는 화살표와 같은 식별마크를 프린팅 하면 될 것이다.
제2 리드프레임(11) 상에 본딩패드부(20)(30)와 이격되어 제너다이오드 패드부(40)가 설치되고, 이 제너다이오드 패드(40) 위에 전기적으로 연결되게 제너다이오드(50)가 탑재되어 제2 리드프레임(11)으로부터 음극신호를 인가받는다.
제너다이오드(50)는, 정전기의 내압 특성을 향상시키기 위한 것으로서, 본딩패드부(20)(30) 상에 발광다이오드 칩(20)(30)과 함께 설치하더라도 동작이 되지 않는 것은 아니지만, 발광다이오드 칩(31)(32)과 구분하여 별도의 제너다이오드 패드부(40) 위에 탑재함으로써 개별적인 본딩 및 수리가 가능한 것이다.
즉, 제너다이오드(50)에 불량이 발생하였을 때 선택적으로 제너다이오드 패드부(40) 상에 탑재된 제너다이오드(50)만 교체하면 발광다이오드 패키지의 동작에 영향을 끼치지 않는 것이다.
도 3은 패키지 본체 하나에 발광다이오드 칩이 하나 탑재된 발광다이오드 패키지(비교 예)와 패키지 본체 하나에 발광다이오드 칩이 두 개 탑재된 발광다이오드 패키지(실시 예)에 전류를 인가하여 각각 광량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이를 참조하면, 비교 예의 경우 발광다이오드 패키지에 전류 500mA 인가시 휘도가 100 lm에 근접하고. 실시 예의 경우 하나의 패키지에 두 개의 발광다이오드 칩을 사용함으로써 전류 200~250mA 인가시 휘도가 100 lm 이상 나타남을 알 수 있다.
따라서, 하나의 패키지로 고휘도를 제공할 수 있어서 패키지 본체(10)를 제작할 때 들어가는 비용을 절감할 수 있게 된다.
한편, 본 실시 형태의 발광다이오드 패키지를 기판(미도시)에 실장하여 발광다이오드 패키지 어셈블리로 제작할 수 있다.
이러한 발광다이오드 패키지 어셈블리는, 패키지 본체(10) 내부에 제너다이오드(50)를 내장하고 있고, 각각의 발광다이오드 칩(31)(32)은 본딩패드부(20)(30)를 통해 별도의 와이어 없이 리드프레임(12) 중 하나와 그 저면의 제1 전극이 전기적으로 연결되므로 발광다이오드 칩(31)(32) 하나 당 한 개의 와이어가 요구되므로 전체 와이어 본딩의 수를 절반 이상 줄일 수 있다.
이때, 기판은 PCB(인쇄회로기판)일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지소재 및 기타 유기 수지소재로 형성되거나, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 메탈 PCB의 일종인 MCPCB일 수도 있다.
즉, 발광다이오드 패키지가 실장된 면과 그 대향하는 면 모두에 발광다이오드 칩(31)(32)을 구동하기 위한 배선 구조가 형성된 기판이면 어느 것이나 가능하다.
구체적으로, 기판의 표면 및 이면에는 각각의 리드프레임(12)(11)과 전기적으로 연결되기 위한 회로패턴과 배선이 형성될 수 있으며, 기판의 발광다이오드 패키지가 실장되는 면에 형성된 배선은 스루홀이나 범프(미도시)를 통하여 그 이면에 형성되는 배선에 접속될 수 있다.
위와 같이 구성된 본 발광다이오드 패키지 어셈블리는 텔레비전의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 조명 장치, 전장용 조명, 및 휴대폰 조명장치 등에 다양하게 적용될 수 있으며, 하나의 패키지에 복수의 발광다이오드를 설치하여 제품의 가격을 낮추면서도 고휘도의 성능을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10 ; 패키지 본체 11 ; 제2 리드프레임
12 ; 제1 리드프레임 12a ; 홈부
13 ; 측벽 15 ; 칩 실장영역
20, 30 ; 본딩패드부 31, 32 ; 발광다이오드
40 ; 제너다이오드 패드부 50 ; 제너다이오드
51, 52, 53 ; 와이어 60 ; 봉지부

Claims (7)

  1. 칩 실장영역을 갖는 패키지 본체;
    서로 이격되면서 상기 칩 실장영역에 적어도 일부가 위치하도록, 상기 패키지 본체에 설치된 제1 및 제2 리드프레임;
    상기 제1 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 서로 이격되어 설치된 복수의 본딩패드부;
    각각 서로 반대 면에 위치한 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 본딩패드부에 접하도록 상기 복수의 본딩패드부 상에 각각 탑재된 복수의 발광다이오드 칩; 및
    상기 제2 리드프레임과 상기 복수의 발광다이오드 칩을 전기적으로 연결하는 복수개의 배선부; 를 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 상기 복수의 본딩패드부와 이격되게 제너다이오드 패드부가 설치되고, 상기 제너다이오드 패드부 위에 상기 본딩패드부 중 하나와 전기적으로 연결되게 제너다이오드가 설치된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제너다이오드는 와이어를 통해 상기 본딩패드부 중 하나와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 리드프레임은 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 본딩패드부의 설치위치를 표시하는 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 회로패턴을 갖는 기판; 및
    상기 기판에 실장된 발광다이오드 패키지를 포함하며,
    상기 발광다이오드 패키지는,
    패키지 본체의 칩 실장영역에 서로 이격되면서 적어도 일부가 위치하도록 설치된 제1 및 제2 리드프레임과;
    각각 서로 반대 면에 위치한 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 전극이 상기 본딩패드부에 접하도록 상기 복수의 본딩패드부 상에 각각 탑재된 복수의 발광다이오드 칩; 을 포함하며,
    상기 발광다이오드 칩의 제2 전극이 상기 제2 리드프레임과 배선부를 통해 전기적으로 연결된 발광다이오드 패키지 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 리드프레임 중 상기 칩 실장영역에 위치한 영역 상에 상기 복수의 본딩패드부와 이격되게 하나의 본딩패드부가 더 설치되고, 상기 추가 설치된 본딩패드부 상에 다른 본딩패드부 중 하나와 전기적으로 연결되게 제너다이오드가 탑재된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 어셈블리.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제너다이오드는 와이어를 통해 상기 본딩패드부 중 하나와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 어셈블리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103840061A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管
US10103303B2 (en) 2015-11-27 2018-10-16 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting package
WO2021017562A1 (zh) * 2020-02-18 2021-02-04 旭宇光电（深圳）股份有限公司 Led封装结构及led固晶方法

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