KR20130077058A - 단차를 갖는 세라믹 ｌｅｄ 패키지 및 그 형성방법 - Google Patents

단차를 갖는 세라믹 ｌｅｄ 패키지 및 그 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지는, 단차부가 형성되어 상기 단차부에 전극용 비어홀 및 방열 비어홀가 형성된 세라믹 기판과; 상기 세라믹 기판의 방열 비어홀상에 실장되며, 상기 전극용 비어홀와 전기적으로 연결된 LED 칩과; 상기 LED 칩이 실장된 세라믹 기판의 단차에 도포된 실리콘 형광체를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 세라믹 기판에 단차를 형성하여 LED 칩을 실장하고 실리콘 형광체를 도포하여 경화시킴으로써 렌즈부를 형성할 때 비어홀에 생기는 크랙을 통해 실리콘이 새는 것을 방지할 수 있다.

Description

단차를 갖는 세라믹 ＬＥＤ 패키지 및 그 형성방법{LED Package and method for manufacturing the same}
본 발명은 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 및 그 형성방법에 관한 것으로, 특히 세라믹 기판에 단차를 형성하여 LED 칩을 실장하고 실리콘 형광체를 도포하여 경화시킴으로써 렌즈부를 형성할 때 비어홀에 생기는 크랙을 통해 실리콘이 새는 것을 방지할 수 있는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 및 그 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 소자이며, GaAs, GaN 광반도체로 이루어진 PN 접합 다이오드(junction diode)로 전기에너지를 빛에너지로 바꾸어 주는 것이다.
이러한 LED 특성을 결정하는 요소로는 색, 휘도 및 광변환 효율 등이 있는데, 이러한 제품의 특성은 LED 칩에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료와 그 구조에 의해 결정되지만, LED 칩을 실장하기 위한 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.
따라서, 사용자 요구에 따른 발광 효과를 얻기 위해서는 LED 칩의 재료 또는 구조 이외에도, LED 패키지의 구조 및 그에 사용되는 재료 등도 개선할 필요가 있다. 특히, 최근에 LED 패키지의 사용 범위가 모바일 단말기와 같은 소형 조명에서 실내외의 일반조명, 자동차 조명, 대형 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(Backlight)로 그 적용범위가 점차 확대됨에 따라, 고효율 및 휘도를 향상시키고자 하는 노력이 진행되고 있다.
도 1은 종래에 따른 세라믹 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 세라믹 LED 패키지는 기판(101)의 중앙부에 형성된 방열 비어홀(102)상에 LED 칩(104)이 실장되고, 도전성 와이어(105)를 통하여 기판(101)과 LED 칩(104)이 전기적으로 연결된다.
다음으로, LED 칩(104)이 형성된 기판상에 형광체를 포함하는 투명수지의 렌즈부(108)에 의해 몰딩층(107)을 형성함으로써, LED 패키지가 완성된다.
그러나, 이와 같은 종래의 LED 패키지(100)는 LED 칩(104)을 형광체가 포함되는 투명수지를 봉지하는 렌즈부(108)를 형성하여 압착할 때 방열 비어홀이 형성된 부분에 크랙이 발생되어 그 사이에 실리콘이 새어 나오는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 세라믹 기판에 단차를 형성하여 LED 칩을 실장하고 실리콘 형광체를 도포하여 경화시킴으로써 렌즈부를 형성할 때 비어홀에 생기는 크랙을 통해 실리콘이 새는 것을 방지할 수 있는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 및 그 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지는, 단차부가 형성되어 상기 단차부에 전극용 비어홀 및 방열 비어홀가 형성된 세라믹 기판과; 상기 세라믹 기판의 방열 비어홀상에 실장되며, 상기 전극용 비어홀와 전기적으로 연결된 LED 칩과; 상기 LED 칩이 실장된 세라믹 기판의 단차에 도포된 실리콘 형광체를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 전극용 비어홀는 상기 LED 칩의 양 전극이 연결되도록 상기 단차부에 한 개의 전극용 비어홀 또는 두 개의 전극용 비어홀가 형성되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 한 개의 전극용 비어홀가 형성되면 상기 LED 칩의 전극은 한 전극은 상기 한 개의 전극용 비어홀에 연결되고, 다른 한 전극은 상기 방열 비어홀와 연결되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 전극용 비어홀 및 상기 방열 비어홀는 Ag로 형성하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 전극용 비어홀의 상부 및 하부에 전극 패드가 더 형성되는 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 형성방법은, 세라믹 기판에 소정의 형상으로 단차부를 형성하는 단계와; 상기 단차부에 관통홀을 형성하여 도전성 금속 물질을 충진하여 방열 비어홀 및 전극 비어홀을 형성하는 단계와; 상기 방열 비어홀상에 LED 칩을 실장하고, 상기 전극 비어홀에 양 전극을 와이어 본딩하는 단계와; 상기 세라믹 기판의 단차부에 상기 세라믹 기판의 상부면의 높이와 동일하도록 실리콘 형광체를 도포하여 경화시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 방열 비어홀 및 상기 전극 비어홀 형성 후, 전극 비어홀의 상부 및 하부에 전극 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 실리콘 형광체를 도포하여 경화시킨 후, 렌즈부를 더 형성하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 세라믹 기판에 단차를 형성하여 LED 칩을 실장하고 실리콘 형광체를 도포하여 경화시킴으로써 렌즈부를 형성할 때 비어홀에 생기는 크랙을 통해 실리콘이 새는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 세라믹 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시 예의 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 일 실시 예의 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 형성방법을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시 예의 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지는, 단차부가 형성되어 상기 단차부의 중앙 영역에 방열 비어홀이 형성되어 있고, 상기 방열 비어홀이 형성된 양쪽에 전극용 비어홀이 각각 형성된 세라믹 기판(200)과, 상기 전극용 비어홀(202a,202b)의 상부 및 하부에 형성된 전극 패드(205,206)와, 상기 세라믹 기판(200)의 방열 비어홀(201)상에 실장되며, 상기 양쪽에 형성된 전극용 비어홀(202a,202b)과 각각 와이어 본딩되어 전기적으로 연결된 LED 칩(204)과, 상기 LED 칩(204)이 실장된 세라믹 기판(200)의 단차에 도포되어 몰딩된 실리콘 형광체(208)를 포함한다.
상기 세라믹 기판(200)은 주로 글라스 세라믹(Glass-Ceramic), Al2O3, AlN 등 모든 세라믹 재료를 기반으로 이루어진 다수의 그린시트(green sheet) 층이 하나의 기판을 형성한다. 그리고, 외부와 접속할 수 있는 외부 단자들이 기판의 외부에 형성되며 이러한 외부단자가 내부의 회로패턴과 전기적으로 연결된다.
이러한 세라믹 기판(200)은 두께방향으로 홈부를 형성하여 이에 도체를 부여하고(충진하고) 그 도체를 외부전극으로 형성한다. 즉, 적층체에 방열 비아홀(201) 및 전극 비어홀(202)을 형성하고, 비아홀에는 도전성 금속 물질이 충전(충진)되고, 이러한 도체와 내부 회로가 접속된다.
이때, 상기 방열 비아홀(201) 및 전극 비어홀(202)은 여러장 적층된 기판에 펀칭 등에 의한 방법으로 수직으로 형성된다. 여기서, 상기 세라믹 기판(200)을 이루는 상기 다수의 그린시트층에서 상부에 있는 그린시트층을 소정 패턴으로 펀칭하여 단차가 생기도록 한다.
상기 방열 비아홀(201)은 상기 세라믹 기판(200)의 중앙부를 관통하도록 형성하고, 상기 전극용 비어홀(202a,202b)는 상기 방열 비아홀(201)의 양쪽에 각각 형성되어 도전성 금속 물질로 충진되어 있다. 이때, 상기 방열 비아홀(201) 및 상기 전극용 비어홀(202a.202b)은 모든 도전성 금속 물질이 적용가능하고, 그중에 Ag를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 방열 비아홀(201)상에 상기 LED 칩(204)이 실장되면 양 전극이 각각 상기 전극용 비어홀에 전기적으로 연결되도록 와이어(207a.207b)를 본딩한다.
상기 전극 패드(205,206)는 상기 전극용 비어홀(202)의 상부 및 하부에 각각 형성되어 상부에 형성된 전극 패드(205a,205b)는 LED 칩(204)의 전극과 각각 연결하고, 하부의 전극 패드(206a,206b)는 기판(101)과 전기적으로 연결되어 있다.
즉, 상기 LED 칩(204)은 접착제(203)에 의해 상기 기판(101)의 방열 비어홀(102)상에 실장되며, 도전성 와이어(207a,207b)에 의해 기판(101)과 전기적으로 연결된다. 이러한 LED 칩(120)은 GaAs 계열 또는 GaN 계열의 LED 칩으로 구성될 수 있다.
상기 실리콘 형광체(208)는 상기 LED 칩(204)이 실장된 결과물상에 상기 세라믹 기판(200)의 상부면의 높이와 동일하도록 도포되어 몰딩된다. 여기서, 상기 실리콘 형광체(208)는 LED 칩(204)을 덮도록 형성되며, LED 칩(120)에서 발광된 빛이 투과될 수 있도록 투명수지에 형광체가 혼합된 것으로 이루어지는 것이 바람직하며, 실리콘 형광체는 실리콘과 형광체가 혼합된 것이 바람직하다. 이러한 상기 실리콘 형광체(208)은 경화되도록 하여 1차 몰딩이 된다.
그리고, 상기 실리콘 형광체(208)에 의해 1차 몰딩 후 형광체가 포함되는 투명수지의 렌즈부(미도시)와 봉지하도록 압착하게 된다.
따라서, 1차 몰딩 후에 렌즈부를 형성하는 2차 몰딩을 수행함으로써 상기 방열 비어홀 및 상기 전극용 비어홀에 생기는 크랙의 발생을 방지하여 실리콘이 크랙에 새는 것을 막을 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 일 실시 예의 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 형성방법을 도시한 도면이다. 먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 세라믹 기판(200)에 단차부, 방열 관통홀 및 전극용 관통홀을 형성하는 단계가 수행된다.
보다 구체적으로, 상기 방열 관통홀 및 상기 전극용 관통홀은 여러장 적층된 기판에 펀칭 등에 의한 방법으로 수직으로 형성된다. 여기서, 상기 세라믹 기판(200)을 이루는 상기 다수의 그린시트층에서 상부에 있는 그린시트층을 소정 패턴으로 펀칭하여 단차가 생기도록 한다.
상기 방열 관통홀은 상기 세라믹 기판의 중앙부를 관통하도록 형성하고, 상기 전극용 관통홀는 상기 방열 비아홀의 양쪽에 각각 형성되도록 펀칭하게 된다.
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 방열 관통홀 및 상기 전극 관통홀에 도전성 금속 물질을 충진하여 방열 비어홀(201) 및 전극 비어홀(202a,202b)를 형성하는 단계가 수행된다. 이때, 상기 방열 비아홀(201) 및 상기 전극용 비어홀(202a,202b)은 여러 도전성 금속 물질을 적용하는 것이 가능하고, 그 중에 Ag를 이용하는 것이 바람직하다.
그 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 방열 비어홀(201)상에 LED 칩을 실장하는 단계가 수행된다. 상기 LED 칩(204)은 접착제(203)에 의해 상기 기판(101)의 방열 비어홀(102)상에 실장되며, 도전성 와이어(207a,207b)에 의해 기판(101)과 전기적으로 연결된다. 이러한 LED 칩(120)은 GaAs 계열 또는 GaN 계열의 LED 칩으로 구성될 수 있다.
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 전극용 비어홀(202a,202b)의 상부 및 하부에 전극 패드(205,206)를 각각 형성하고, 상기 전극용 비어홀(202a,202b)에 상기 LED 칩의 양 전극을 와이어(207a,207b)를 본딩하는 단계가 수행된다. 즉, 상기 전극 패드(205,206)는 상기 전극용 비어홀(202)의 상부 및 하부에 각각 형성되어 상부에 형성된 전극 패드(205a,205b)는 LED 칩(204)의 전극과 각각 연결하고, 하부의 전극 패드(206a,206b)는 기판(101)과 전기적으로 연결되어 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 세라믹 기판(200)의 단차부에 상기 세라믹 기판의 상부면의 높이와 동일하도록 실리콘 형광체(208)를 도포하여 경화시키는 단계가 수행된다. 상기 실리콘 형광체(208)는 상기 LED 칩(204)이 실장된 결과물상에 상기 세라믹 기판(200)의 상부면의 높이와 동일하도록 도포되어 몰딩된다. 여기서, 상기 실리콘 형광체는 LED 칩(204)을 덮도록 형성되며, LED 칩(120)에서 발광된 빛이 투과될 수 있도록 투명수지에 형광체가 혼합된 것으로 이루어지는 것이 바람직하며, 실리콘 형광체는 실리콘과 형광체가 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 상기 실리콘 형광체(208)은 경화되도록 하여 1차 몰딩이 된다.
상기 실리콘 형광체(208)을 도포하는 방법은 롤링, 스프레이 및 스퀴징 방식 등으로 어느 하나 방식으로 이루어질 수 있으며, 다양한 방식에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 실리콘 형광체(208)에 의해 1차 몰딩 후 형광체가 포함되는 투명수지의 렌즈부(미도시)와 봉지하도록 압착하게 된다.
따라서, 1차 몰딩 후에 렌즈부를 형성하는 2차 몰딩을 수행함으로써 상기 방열 비어홀 및 상기 전극용 비어홀에 생기는 크랙의 발생을 방지하여 실리콘이 크랙에 새는 것을 막을 수 있게 된다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지는, 단차부가 형성되어 상기 단차부의 중앙 영역에 방열 비어홀이 형성되어 있고, 상기 방열 비어홀이 형성된 일측에 전극용 비어홀이 형성된 세라믹 기판(400)과, 상기 전극용 비어홀(402)의 상부 및 하부, 상기 방열 비어홀(401)의 하부에 형성된 전극 패드(405a,406b,406b)와, 상기 세라믹 기판(400)의 방열 비어홀상에 실장되며, 상기 전극용 비어홀(402)과 상기 방열 비어홀(401)에 각각 와이어 본딩되어 전기적으로 연결된 LED 칩(404)과, 상기 LED 칩(404)이 실장된 세라믹 기판의 단차에 도포되어 몰딩된 실리콘 형광체(408)를 포함한다.
여기서, 상기 한 개의 전극용 비어홀이 형성되어 상기 LED 칩(404)의 전극은 상기 한 개의 전극용 비어홀에 연결되고, 다른 한 전극은 상기 방열 비어홀(401)와 연결되는 것이다.
본 실시예는 세라믹 기판(400)에 전극용 비어홀(402)을 하나만 형성하는 것을 제외한 구성이 도 2의 실시예와 동일하므로 여기서는 그 설명을 생략한다.
또한, 본 실시예에 따른 제조방법도 상기 도 3a 내지 도 3e의 전극용 비어홀을 하나만 형성하는 것을 제외한 방법이 동일하므로 상기 실시 예를 참조하기로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200, 400 --- 세라믹 기판 201, 401 --- 방열 비어홀
202a, 202b, 402 --- 전극용 비어홀
204, 404 --- LED 칩 208, 408 --- 실리콘 형광체

Claims (8)

  1. 단차부가 형성되어 상기 단차부에 전극용 비어홀 및 방열 비어홀이 형성된 세라믹 기판과;
    상기 세라믹 기판의 방열 비어홀상에 실장되며, 상기 전극용 비어홀와 전기적으로 연결된 LED 칩과;
    상기 LED 칩이 실장된 세라믹 기판의 단차에 도포된 실리콘 형광체를 포함하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극용 비어홀은 상기 LED 칩의 양 전극이 연결되도록 상기 단차부에 한 개의 전극용 비어홀 또는 두 개의 전극용 비어홀이 형성되는 것을 특징으로 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 한 개의 전극용 비어홀이 형성되면 상기 LED 칩의 전극은 한 전극은 상기 한 개의 전극용 비어홀에 연결되고, 다른 한 전극은 상기 방열 비어홀와 연결되는 것을 특징으로 하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극용 비어홀 및 상기 방열 비어홀은 도전성 금속 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전극용 비어홀의 상부 및 하부에 전극 패드가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지.
  6. 세라믹 기판에 소정의 형상으로 단차부를 형성하는 단계와;
    상기 단차부에 관통홀을 형성하여 도전성 금속 물질을 충진하여 방열 비어홀 및 전극 비어홀을 형성하는 단계와;
    상기 방열 비어홀상에 LED 칩을 실장하고, 상기 전극 비어홀에 양 전극을 와이어 본딩하는 단계와;
    상기 세라믹 기판의 단차부에 상기 세라믹 기판의 상부면의 높이와 동일하도록 실리콘 형광체를 도포하여 몰딩하는 단계를 포함하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 형성방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 방열 비어홀 및 상기 전극 비어홀 형성 후, 전극 비어홀의 상부 및 하부에 전극 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 형성방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 실리콘 형광체를 도포하여 몰딩시킨 후 렌즈부를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 단차를 갖는 세라믹 LED 패키지 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150145546A (ko) * 2014-06-20 2015-12-30 엘지이노텍 주식회사 발광소자 패키지 및 조명시스템
CN108231698A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 陶瓷焊盘阵列外壳
US12068427B2 (en) * 2020-09-14 2024-08-20 Nichia Corporation Light emitting device

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