KR20120071944A - 방열 성능이 향상된 ｌｅｄ패키지 - Google Patents

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Abstract

방열 성능이 향상된 LED 패키지가 제공된다. LED 패키지는, 메탈기판 상에 형성된 제1 리드 단자, 상기 제1 리드 단자 상에 실장된 LED 칩, 상기 LED 칩 상부에 형성된 봉지재, 상기 제1 리드 단자와 단차를 갖도록 끝단의 일부가 상기 봉지재와 오버랩되며, 상기 LED 칩과 전기적으로 연결된 제2 리드 단자 및 상기 제2 리드 단자와 전기적으로 연결된 배선기판을 포함한다.

Description

방열 성능이 향상된 ＬＥＤ패키지{Light emitting diode package with improved heat protection performance}
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 칩에서 발생하는 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있는 방열 성능이 향상된 LED 패키지 에 관한 것이다.
디스플레이장치는 시각정보 전달매체로서, 브라운관 면에 문자나 도형의 형식으로 데이터를 시각적으로 표시하는 것을 말한다.
일반적으로 평판디스플레이(Flat Panel Display: FPD)장치는 TV 또는 컴퓨터 모니터 브라운관을 이용하여 보다 두께가 얇고 가벼운 영상표시장치로서, 그 종류에는 액정을 이용한 LCD(Liquid Crystal Display), 가스 방전을 이용한 PDP(Plasma Display Panel : PDP), 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 발광현상을 이용하여 만든 유기물질인 OLED(Organic Light Emitting) 및 전기장내 하전된 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상을 이용하는 EPD (Electric Paper Display) 등이 있다.
평판디스플레이장치 중 가장 대표적인 LCD는 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시한다.
이러한 LCD는 자체적으로 발광하지 못하므로 화상 정보를 디스플레이하기 위해서는 액정 패널을 조명할 수 있는 발광장치가 필요하다.
LCD의 발광장치는 액정 패널의 배면에 결합되므로 백라이트 유니트(backlight unit)로 불리는데, 이 백라이트 유니트는 균일한 면광원을 형성하여 액정 패널에 광원을 제공한다.
여기서, 광원은 형광 램프 또는 LED(Light Emitting Diode)를 사용할 수 있으며, 현재는 광원으로 LED를 많이 사용하고 있다. 이러한 LED는 저전류 요건에서의 고출력 특성, 빠른 응답성, 긴 수명, 단단한 패키지 구조 등의 장점을 가지고 있다.
도 1은 종래 LED 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 LED 패키지는 메탈코어 인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board: MCPCB, 10) 상에 소정 간격을 갖도록 실장된 다수의 LED(20)를 포함한다. 이때, 메탈코어 인쇄회로기판(10)은 금속층(10a), 절연층(10b) 및 금속배선층(10c)을 포함한다.
여기서, LED 패키지는 제1 리드 단자(13a) 위에 실장되어 있는 LED 칩(14), 제1 및 제2 리드 단자(13b, 13c)를 전기적으로 연결하는 와이어(15), LED 칩(14)을 외부로부터 보호하도록 LED 칩(14) 상부에 형성된 투광성의 봉지재(16)를 포함한다.
또한, 메탈코어 인쇄회로기판(10)은 일측에 구비된 커넥터(미도시)를 통해 별도의 LED 구동회로(미도시)와 연결되어 있으며, LED 구동회로(미도시)로부터 인가되는 신호를 메탈코어 인쇄회로기판(10)에 형성된 입력 및 출력배선을 통해 다수의 LED(20)에 인가하게 된다.
따라서, 메탈코어 인쇄회로기판(10) 상에 배치된 다수의 LED(20)가 구동되고, LED(20)로부터 출광되는 빛은 직접 또는 반사시트(미도시)에 의해 반사되어 복수개의 광학시트(미도시)를 통과하게 된다. 또한, 복수개의 광학시트를 통과한 빛은 액정패널(미도시)로 입사되고, 이로써 액정패널은 외부로 화상을 표시하게 된다.
상기와 같이, 다수의 LED(20)를 구동시키게 되면, LED 칩(14)에서 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생한 열은 LED 칩(14) 하부의 제1 리드 단자(13a), 금속배선층(10c), 절연층(10b) 및 금속층(10a)로 이루어지는 메탈코어 인쇄회로기판(10)을 통해 외부로 방출된다.
여기서, 절연층(10b)의 열 전도도가 예를 들면, 2W/mK이고, 고출력 LED를 사용할 경우, LED 칩(14)의 접합(junction) 온도가 증가하여 LED 패키지가 보증하는 온도 범위를 벗어날 수 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, LED 칩에서 발생하는 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있는 방열 성능이 향상된 LED 패키지를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지는, 메탈기판 상에 형성된 제1 리드 단자, 상기 제1 리드 단자 상에 실장된 LED 칩, 상기 LED 칩 상부에 형성된 봉지재, 상기 제1 리드 단자와 단차를 갖도록 끝단의 일부가 상기 봉지재와 오버랩되며, 상기 LED 칩과 전기적으로 연결된 제2 리드 단자 및 상기 제2 리드 단자와 전기적으로 연결된 배선기판을 포함한다.
상기 배선기판의 하면에 형성된 배선층을 포함한다.
상기 배선층은 도전 물질에 의해 상기 제2 리드 단자와 전기적으로 연결된다.
상기 도전 물질은 솔더 크림 또는 실버 페이스트이다.
상기 배선 기판은 폴리프탈아미드(PPA) 또는 FR4(Flame Retardant 4)이다.
상기 메탈기판은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)이다.
상기 메탈기판이 알루미늄인 경우, 상기 알루미늄 상에 니켈(Ni)과 구리(Cu)가 혼합된 금속 물질을 도금 처리한다.
상기 LED 칩과 상기 제2 리드 단자는 와이어에 의해 전기적으로 연결된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방열 성능이 향상된 LED 패키지는 LED 칩에서 발생하는 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 LED 패키지를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도.
도 4는 종래 LED 패키지 구조와 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지 구조에 대한 LED 칩의 온도차를 시뮬레이션 한 표.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 나타내는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열 성능이 향상된 LED 패키지의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지는 메탈기판(100) 상에 LED 칩(104)을 수용하는 캐비티가 형성된 패키지 몸체(101)가 형성되어 있으며, LED 칩(104)이 실장되는 제1 리드 단자(105a) 및 제2 리드 단자(105b, 105c)가 형성되어 있다.
여기서, 제1 리드 단자(105a) 상에 LED 칩(104)이 실장되어 있으며, 메탈기판(100)은 예를 들면 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
제1 리드 단자(105a) 상에 LED 칩(104)은 와이어(106)에 의해 제2 리드 단자(105b, 105c)와 연결되어 있으며, LED 칩(104) 상부에는 LED 칩(104)을 외부로부터 보호하기 위해 봉지재(108)가 형성되어 있다. 이때, 봉지재(108)에는 형광체(109)가 분산되어 있으며, 형광체의 양에 따라 LED의 색좌표가 달라질 수 있다.
또한, 제2 리드 단자(105b, 105c)는 배선기판(160)의 하부에 형성된 배선층(180)과 전기적으로 연결되어 있다. 이때, 배선기판(160)은 예를 들면, 폴리프탈아미드(PPA) 또는 FR4(Flame Retardant 4)로 형성될 수 있다. 여기서, 제2 리드 단자(105b, 105c)와 배선층(180)은 도전 물질(190)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 1에서와 같이 금속배선층(10c)과 절연층(10b) 및 금속층(10a)으로 이루어지는 다층 구조의 기판(10)을 사용하지 않고, 하나의 금속층으로 이루어지는 메탈 기판(100)을 사용한다. 이에 따라 LED 칩(104)에서 열이 발생하게 되면, LED 칩(104)에서 발생하는 열이 제1 리드 단자(105a)와 메탈 기판(100)을 통해 외부로 용이하게 방출될 수 있다.
따라서, LED 칩(14)에서 발생한 열이 LED 칩(14) 하부의 제1 리드 단자(13a), 금속배선층(10c), 절연층(10b) 및 금속층(10a)을 통해 외부로 방출되는 종래 LED 패키지와 달리 본 발명의 일 실시예에서는 제1 리드 단자(105a)와 메탈 기판(100)을 통해 열이 외부로 방출되므로, 열 방출 경로가 짧아져 용이하게 열을 외부로 방출할 수 있다.
도 4는 종래 LED 패키지 구조와 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지 구조에 대한 LED 칩의 온도차를 시뮬레이션 한 표이다.
도 4를 참조하면, 종래 LED 패키지 구조는 LED 칩 하부에 위치한 기판이 절연층을 포함하는 다층 구조이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지 구조는 LED 칩(104) 하부에 위치한 기판에 절연층이 형성되지 않은 구조이다.
이때, 시뮬레이션 조건은 기판 상에 실장된 LED는 30개, 온도는 25℃, LED 칩당 소스는 0.176W, 자연 대류(natural convection) 및 20인치 모니터를 사용하였다.
시뮬레이션 결과, 종래 LED 패키지 구조 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지 구조는 평균 0.7℃ 정도 온도 차이가 있음을 알 수 있다. 또한, 고출력 LED 패키지를 사용한 경우에는 평균 0.7℃ 이상의 온도 차이가 날 것으로 예상할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 LED 칩(104)에서 발생한 열이 제1 리드 단자(105a)와 메탈 기판(100)을 통해 용이하게 방출되므로, LED 칩(104)의 접합(junction) 온도를 효과적으로 낮출 수 있다. 여기서, 접합 온도는 LED 칩(104)의 반도체 재료와 봉지재의 열 방출율에 따라 달라질 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 먼저 금형(300)을 제작한다. 이때, 금형(300)은 사출물 주입구(303), 제1 리드 단자 형성부(305a), 제2 리드 단자 형성부(305b, 305c), 사출물 형성부(307), 제1 내지 제3 절단부(309a 내지 309c)를 포함한다.
여기서, 사출물 형성부(307)의 제1 리드 단자 형성부(305a), 제2 리드 단자 형성부(305b, 305c)를 제외한 나머지 영역에 사출물이 주입된다. 이때, 제1 리드 단자 형성부(305a)는 LED 칩(104)이 실장되는 리드 단자로서 도 6에서와 같이 단차를 갖도록 형성된다. 또한, 제1 내지 제3 절단부(309a 내지 309c)는 후속의 공정에서 절단될 부분이다.
도 7을 참조하면, 금형(300)에 사출물이 주입된 이후, 압력을 가하여 사출한다. 상기와 같은 금형(300)을 통해 제작된 사출품은 LED 칩(104)을 수용하는 캐비티가 형성된 패키지 몸체(401), LED 칩(104)이 실장되는 제1 리드 단자(405a) 및 제2 리드 단자(405b, 405c)를 포함한다.
여기서, 제2 리드 단자(405b, 405c)는 제1 리드 단자(405a)와 동일층에 형성되지 않으며, 단차를 갖도록 캐비티에 형성된다. 이때, 패키지 몸체는 폴리프탈아미드(PPA)로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 리드 단자(405a) 상에 LED 칩(404)을 실장한다.
도 9를 참조하면, 와이어(406)를 통해 LED 칩(404)과 제2 리드 단자(405b, 405c)를 각각 전기적으로 연결한다.
이후, LED 칩(404)을 외부로부터 보호하기 위해 LED 칩(404) 상부에 봉지재(408)를 형성한다. 그 다음, 열처리 진행하여 LED 칩(404) 상부에 형성된 봉지재(408)를 경화시킨다.
여기서, 도면에 도시하지 않았으나, 봉지재(408)는 디스펜서(dispenser)를 사용하는 기존의 디스펜싱(dispensing) 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 이때, 봉지재(408)는 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘계 수지, 우레탄계 수지 또는 그 혼합수지로 형성될 수 있다. 또한, 봉지재(408)는 일정 량의 형광체(409)를 포함할 수 있는데, 봉지재(408)에 분산되는 형광체는 도팅(dotting) 방식으로 도포될 수 있으며, 형광체의 양에 따라 LED의 색 좌표가 달라질 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 다수의 LED 패키지에 절단 공정을 진행하여 단위 LED 패키지(420)로 분리한다.
도 10을 참조하면, 분리된 단위 LED 패키지(420)를 메탈기판(500) 상에 일정 간격을 갖도록 실장한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 메탈기판(500) 상에 실장된 단위 LED 패키지(420)는 외부로부터 소정의 전압을 인가받아 동작하기 위해 제2 리드 단자(405b, 405c)와 배선기판(460)을 전기적으로 연결하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 제조한다.
여기서, 메탈기판(500)은 예를 들면, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다. 또한, 메탈기판(500)이 알루미늄(Al)인 경우, 니켈(Ni)과 구리가 혼합된 금속 물질을 도금 처리하여 사용할 수 있다.
이때, 배선기판(460)에는 배선층(480)이 형성되어 있으며, 배선층(480)은 도전 물질(490)에 의해 제2 리드 단자(405b, 405c)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 도전 물질(490)은 예를 들면, 솔더 크림(solder cream) 또는 실버 페이스트(silver paste) 등일 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
100: 메탈기판 101: 패키지 몸체
104: LED 칩 105a: 제1 리드 단자
105b, 105c: 제2 리드 단자 106: 와이어
108: 봉지재 109: 형광체
160: 배선기판 180: 배선층

Claims (8)

  1. 메탈기판 상에 형성된 제1 리드 단자;
    상기 제1 리드 단자 상에 실장된 LED 칩;
    상기 LED 칩 상부에 형성된 봉지재;
    상기 제1 리드 단자와 단차를 갖도록 끝단의 일부가 상기 봉지재와 오버랩되며, 상기 LED 칩과 전기적으로 연결된 제2 리드 단자; 및
    상기 제2 리드 단자와 전기적으로 연결된 배선기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배선기판의 하면에 형성된 배선층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배선층은 도전 물질에 의해 상기 제2 리드 단자와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도전 물질은 솔더 크림 또는 실버 페이스트인 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배선 기판은 폴리프탈아미드(PPA) 또는 FR4(Flame Retardant 4)인 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메탈기판은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메탈기판이 알루미늄인 경우, 니켈(Ni)과 구리(Cu)가 혼합된 금속 물질을 도금 처리하는 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 LED 칩과 상기 제2 리드 단자는 와이어에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 방열 성능이 향상된 LED 패키지.
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