KR20130104026A - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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KR20130104026A
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박재현
표병기
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서울반도체 주식회사
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Abstract

발광다이오드 패키지가 개시된다. 이 발광다이오드 패키지는, 상단 및 그 상단으로부터 오목하게 형성된 캐비티를 갖는 패키지 몸체와, 상기 캐비티 내에 수용되는 발광다이오드 칩과, 액상 또는 겔상의 수지가 상기 캐비티에 채워져 형성된 봉지재를 포함한다. 상기 봉지재는 상기 상단에서의 표면 장력에 의해 볼록하게 형성되고, 상기 캐비티의 내벽면은, 상기 액상 또는 겔상 수지의 하중을 분산시키도록, 상기 상단으로부터 하측을 향해 곡선으로 이어진 상부 내벽면과, 상기 캐비티 바닥으로부터 상측으로 이어진 하부 내벽면을 포함한다..

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 렌즈형의 투광성 봉지재를 포함하는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩과, 그 발광다이오드 칩이 실장되는 패키지 몸체와, 발광다이오드 칩을 보호하기 위해 패키지 몸체에 형성된 투광성 봉지재를 포함한다. 발광다이오드 패키지의 한 타입으로서, 패키지 몸체에 발광다이오드 칩을 수용하는 캐비티가 형성된 것이 있다. 여기에서, 투광성 봉지재는 액상 또는 겔상의 수지가 캐비티에 도팅 방식으로 채워진 후 경화됨으로써 형성된다. 그리고, 투광성 봉지재는 형광체를 포함하는데, 이 형광체는 캐비티에 채워지는 액상 또는 겔상 수지에 혼합되어 이용됨으로써, 투광성 봉지재 전체에 걸쳐 분산된다.
위와 같이 캐비티에 수지를 채워 투광성 봉지재를 형성하는 기술은, 트랜스퍼 몰딩, 인젝션 몰딩 또는 콤프레션 몰딩과 같이 별도의 금형 장비를 이용하여 투광성 봉지재를 형성하는 기술에 비해, 생산성과 경제성이 우수하다는 장점을 갖는다. 그러나, 전자(前者)의 기술은, 광 효율을 증대시킬 수 있도록 봉지재를 렌즈의 형상으로 만들거나 또는 캐비티보다 큰 크기로 만드는 것이 어렵다는 단점이 있다.
이러한 이유로 봉지재 상부에 별도의 렌즈를 부착하는 것이 요구되며, 이는 별도의 부품인 렌즈의 추가와 렌즈를 부착하기 위한 설비의 필요, 그리고, 공정 수의 증가를 야기한다.
이에 대해, 표면장력을 이용하여, 투광성 봉지재를 패키지 상단 위로 볼록하게 형성하는 기술이 제안된 바 있다. 이 기술은 패키지 몸체 상단에 단턱을 수직으로 형성하여, 캐비티를 넘은 액상 수지가 단턱 상면에서의 표면장력에 의해, 그 아래로 넘치지 않고 볼록하게 유지되도록 하는 것을 포함한다. 이 기술은 본 발명의 출원인인 (주) 서울반도체 의해 한국 공개특허공보 제10-2008-0051964호에 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따르면, 수지 재료의 정확한 특성, 그에 맞추어 이루어지는 액상 수지 주입의 정밀함과 같은 조건들을 정밀하게 맞추지 않고는, 액상 수지의 넘침을 막아 볼록한 봉지재를 형성하는 것이 실질적으로 불가능하다. 더 나아가, 그 조건들이 정밀하게 만족된다 하더라도, 렌즈 형상 봉지재를 연속적으로 그리고 신뢰성 있게 형성하는 것은 어려웠다. 이는 수직 방향으로 하중을 받으면서 캐비티에 채워지는 액상의 수지가 수직 단턱의 상단에서 급격하게 횡으로 퍼지고, 그 횡으로 퍼지는 액상 수지의 힘을 표면장력이 견디지 못하는 것에 기인한다. 이러한 현상은 렌즈 형상 봉지재의 면적이 커질수록 수직 단턱에서의 수지가 외부로 퍼지려는 힘이 더 크게 발생하게 되어, 결국 렌즈 형상 봉지재를 형성할 수 없는 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 캐비티에 채워지는 렌즈 형성 수지의 하중을 측방향 또는 반지름 방향으로 분산시키는 구조 및 방식을 채택하여, 렌즈 형상의 투광성 봉지재를 신뢰성 있게 형성하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 패키지는, 상단 및 그 상단으로부터 오목하게 형성된 캐비티를 갖는 패키지 몸체와, 상기 캐비티 내에 수용되는 발광다이오드 칩과, 상기 발광 다이오드 칩 및 상기 캐비티 상에 형성된 투광성 봉지재를 포함하고, 상기 투광성 봉지재는 렌즈 형상의 상부 면과, 적어도 일부가 곡면을 포함하는 하부 면을 갖는다.
일 실시예에 따라, 상기 캐비티의 내벽면은, 상기 상단으로부터 하측을 향해 곡선으로 이어진 상부 내벽면과, 상기 캐비티 바닥으로부터 상측으로 이어진 하부 내벽면을 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 내벽면은 상기 하부 내벽면보다 기울기가 작은 곡면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 투광성 봉지재는, 상기 하부 내벽면에 의해 한정되는 캐비티 하부를 채우도록 형성된 제1 수지부와, 상기 상부 내벽면에 의해 한정되는 캐비티 상부를 채우도록 형성되고 상기 단턱의 상면과 접하여 형성된 제2 수지부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 수지부는 형광체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 수지부의 최대 면적은 상기 제1 수지부의 최대 면적 대비 200~400%일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 패키지 몸체는 상기 상단의 외측 둘레를 따라 수직한 경사를 갖는 단턱을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 발광다이오드 패키지는 상기 상부 내벽면과 상기 하부 내벽면 사이에서 상측으로 돌출 형성된 댐부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 댐부의 상단면은 상기 상단보다 낮은 높이를 가질 수 있다. 다른 실시예에 따라, 상기 댐부의 상단면은 상기 상단 이상의 높이를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 캐비티에 채워지는 액상 또는 겔상 수지의 하중을 측방향 또는 반지름 방향으로 분산시키는 구조에 의해, 발광다이오드 패키지의 투광성 봉지재를 캐비티 상단보다 넓은 면적 그리고 볼록한 형상으로 형성할 수 있으며, 이에 의해, 발광다이오드 패키지의 발광효율을 향상시키는 것이 가능하다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 평면도이고,
도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 발광다이오드 패키지의 단면도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 변형된 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I를 따라 취해진 발광다이오드 패키지의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(1)는, 캐비티(11)가 형성된 패키지 몸체(10)와, 상기 패키지 몸체(10)에 설치되는 리드들(22, 24)과, 상기 캐비티(11)에 수용되고 상기 리드들(22, 24)과 전기적으로 연결된 발광다이오드 칩(30)과, 상기 발광다이오드 칩(30)을 보호하고, 렌즈 형상을 가지며, 상기 캐비티(11)에 형성되는 투광성 봉지재(40)를 포함한다.
또한, 상기 발광다이오드 패키지(1)는 제너다이오드(50)를 더 포함하며, 상기 제너다이오드(50)는, 도 1에 잘 도시된 바와 같이, 캐비티(11) 내에서 리드들(22, 24) 중 하나의 리드(22)에 실장된다.
상기 패키지 몸체(10)는, 발광다이오드 칩(30)을 자신의 캐비티(11) 내에 수용하고, 그 캐비티(11) 내에서 발광다이오드 칩(30)과 전기적으로 연결되는 리드들(22, 24)들을 지지하도록 형성된다. 상기 패키지 몸체(10)는 예를 들면, 폴리프탈아미드(Poly Phthal Amid; PPA) 또는 액정 고분자 수지(Liquid Crystal Polymer; LCP), PCT 등과 같은 전기 절연성 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 또한, 상기 패키지 몸체(10)는 인서트 사출, 트랜스퍼 몰딩, 컴프레션 몰딩 성형에 의해 상기 리드들(22, 24)을 지지하도록 형성될 수 있다. 대안적으로, 상기 패키지 몸체(10)는 절연성 세라믹 기판을 적층하여 제작될 수도 있다.
상기 리드들(22, 24)은 서로 이격된 제1 리드(22)와 제2 리드(24)를 포함한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 리드(22, 24)는 일부가 상기 캐비티(11) 내에 위치한다. 본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 리드(22, 24)의 상면은 상기 캐비티(11) 내에서 상부를 향해 있고, 상기 제1 및 제2 리드(22, 24)의 저면은 패키지 몸체(10)의 하부면을 통해 외부로 노출되어 있다. 상기 발광다이오드 패키지(1)를 인쇄회로기판(미도시됨)에 실장할 때, 상기 제1 및 제2 리드(22, 24)의 저면은 상기 인쇄회로기판 상의 본딩 패드들에 면하여 본딩된다.
상기 발광다이오드 칩(30)은 상기 캐비티(11) 바닥에서 상기 제1 리드(22) 상에 직접 실장된다. 또한, 상기 발광다이오드 칩(30)은 본딩와이어(w, w)들에 의해 제1 및 제2 리드(22, 24) 각각에 전기적으로 연결된다. 하부에 전극을 갖는 수직형 발광다이오드 칩을 이용하는 경우, 발광다이오드 칩을 제1 리드에 실장하는 것만으로, 제1 리드와 발광다이오드 칩 사이의 전기적 연결이 이루어지므로, 발광다이오드 칩과 제1 리드 사이를 연결하는 본딩와이어가 생략될 수 있다.
상기 패키지 몸체(10)는 캐비티(11)의 상단 외측 둘레를 따라 형성된 단턱(14)을 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 단턱(14)은 상면(142)을 기준으로 수직하게 형성된다. 이 경우, 상기 단턱(14)과 상면(142) 간의 계면은 액상 또는 겔상 수지로 봉지재를 형성할 때 그 수지와의 사이에 표면 장력을 발생시킨다. 이 단턱(14)의 상면은 편평한 면 혹은 경사진 면으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 패키지 몸체(10)는 상기 캐비티(11)를 둘러싸는 내벽면을 포함하되, 상기 내벽면은, 상기 단턱(14)의 상면으로부터 하측을 향해 완만한 기울기의 유선형 곡선으로 이어진 상부 내벽면(112)과, 상기 캐비티(11)의 바닥 또는 그 부근에서 상측으로 연장되되, 상기 상부 내벽면(112)과 다른 기울기를 가져, 상기 상부 내벽면(112) 또는 그것의 연장면과 임의의 각도로 교차하는 하부 내벽면(114)을 포함한다. 그리고, 상기 패키지 몸체(10)는 상기 상부 베이스면(12)을 기준으로 일정한 경사를 갖는 외벽면을 갖는다. 이는 패키지 몸체(12)를 금형(미도시) 등을 이용하여 성형 할 때 금형이 패키지 몸체(12)로부터 쉽게 분리될 수 있도록 한다.
본 실시예에서, 상기 하부 내벽면(114)은 상기 상부 내벽면(112)의 기울기보다 큰 급경사의 면으로 이루어지며, 발광다이오드 칩(30)으로부터 나온 광을 반사시키는 반사면으로서의 역할을 주로 할 수 있다. 이때, 상기 캐비티(11)는 상기 상부 내벽면(112)과 상기 하부 내벽면(114)에 의해 한정된 채, 하단으로부터 상단을 향해, 캐비티 내경 및 캐비티 면적이 증가되는 형태를 갖는다. 특히, 상부 내벽면(112)에 의해 한정된 캐비티(11) 상부는 상기 단턱(14)의 상면에 이르기 전에 캐비티(11)의 면적을 점진적이면서도 크게 확장시켜 준다. 한편, 본 발명의 상부 내벽면(112)의 형태는 이에 한정되지 않으며, 패키지 몸체(10)의 상면으로부터 바닥면 방향으로 기울어져 투광성 봉지재(40)의 하중이 분산될 수 있는 형태면 모두 가능하다.
투광성 봉지재(40)를 형성할 때, 액상 또는 겔상의 수지는, 상기 하부 내벽면(114)에 의해 한정된 캐비티(11) 하부에 먼저 채워지고, 다음, 상기 상부 내벽면(112)에 의해 한정된 캐비티(11) 상부에 채워진다. 상기 수지는 실리콘 또는 에폭시 등이 이용될 수 있다. 또한, 상기 수지는 Al2O3, TiO2 등의 필러를 포함할 수 있다. 상기 수지에 필러가 포함된 경우 수지의 강도 회복(thixotropy) 특성이 증가될 수 있다. 그러면, 투광성 봉지재(40)를 렌즈 형상으로 형성하기에 용이하다.
액상 또는 겔상의 수지가 캐비티(11) 상부를 채우는 동안에는, 수지가 넓게 그리고 천천히 반지름 방향(또는, 측방향)으로 퍼지므로 수직 방향으로 가해지던 하중이 반지름 방향(또는, 측방향)으로 넓게 분산될 수 있다.
즉, 상기 상부 내벽면(112)은 캐비티(11) 상부를 채우는 액상 또는 겔상 수지를 넓은 면적으로 받쳐주면서 그 액상 또는 겔상 수지의 점진적인 상승을 허용한다. 캐비티(11) 상부를 다 채운 액상 또는 겔상의 수지는 전술한 단턱(14)의 상면(142)을 덮는다. 이때, 그 위로 액상 또는 겔상의 수지가 더 가해지지만, 상기 단턱(14)의 상면(142)에서의 표면장력에 의해, 상기 액상 또는 겔상 수지는 상기 단턱(14)의 상면(142)을 넘지 못하고 그 위에서 볼록하게 커진다. 이에 의해, 투광성 봉지재(40)는 상기 단턱(14)의 상면(142)에 지지된 채로 볼록한 렌즈 형상으로 형성될 수 있다.또한,상기 투광성 봉지재(40)는 제1 수지부(42)와 제2 수지부(44)를 포함한다. 상기 제1 수지부(42)는 캐비티(11) 하부를 채우도록 형성된 채 전술한 하부 내벽면(114)과 접해 있다. 또한, 상기 제2 수지부(44)는 상기 제1 수지부(42) 및 상부 내벽면(112) 상에 형성된다. 즉, 상부 내벽면(112)의 기울기에 대응하여 제2 수지부(44)의 하부 면은 적어도 일부에 곡면을 포함한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 수지부(42)의 상부 면이 오목한 곡면을 가지는 경우 제2 수지부(44)의 하부 면은 전체적으로 곡면을 포함하여 하중이 더 넓게 분산될 수 있다. 또한, 제2 수지부(44)의 상부 면은 표면 장력에 의해 상기 단턱(14)을 벗어남 없이 볼록한 렌즈 형상을 가진다. 여기서, 상기 제1 및 제2 수지부(42, 44)의 점도는 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
그리고, 상기 제1 수지부(42)는 형광체(1422)를 포함하는 것이 바람직하다. 형광체(1422)가 혼합된 액상의 수지를 캐비티(11) 하부에 채우는 것에 의해, 상기 제1 수지부(42)는, 상기 형광체(1422)를 포함한 채로, 상기 발광다이오드 칩(30)을 직접 덮고 있다. 이때, 상기 제1 수지부(42)는 상기 하부 내벽면(114) 전체와 접하도록 형성될 수 있지만, 상기 캐비티(11) 하부를 부분적으로 채워 상기 하부 내벽면(114) 일부와 접하도록 형성될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에서는 발광 다이오드 칩(30)의 면적 및 형광체(1422)가 분산된 영역을 포함하여 유효 발광 면적이라 하여 설명한다. 즉, 도 2에서는 제1 수지부(42)의 면적이 유효 발광 면적에 대응한다. 이 경우 렌즈, 즉 제2 수지부(44)의 면적은 유효 발광 영역 보다 클수록 광 효율을 상승시킬 수 있다. 여기서, 제2 수지부(44)의 최대 면적은 제1 수지부(42)의 최대 면적 대비 200~400%인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 발광 다이오드 칩(30) 상에 형광체 시트를 부착하거나, 발광 다이오드 칩(30)의 상면 및/또는 측면에만 형광체층을 일정 두께로 형성할 수 있다. 여기서, 투광성 봉지재(40)는 단일의 수지를 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우에도 투광성 봉지재(40)의 하부 면은 상부 내벽면(112)의 기울기에 대응하는 곡면을 포함하므로 하중이 분산될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(1)는 완경사의 유선형 곡면으로 이루어져 하중 분산면의 역할을 하는 캐비티(11)의 상부 내벽면(112)과, 급경사의 직선면으로 이루어진 하부 내벽면(114) 사이에 상측으로 돌출된 댐부(113)를 포함한다. 상기 댐부(113)의 상단면 높이는 표면장력 발생면으로서의 역할을 하는 상기 패키지 몸체(10)의 상단 단턱(14)의 상면(142) 높이보다 낮게 정해진다.
이때, 상기 댐부(113)의 내측면과 상기 하부 내벽면(114)은 서로에 대해 연속하는 하나의 면으로 형성된다. 상기 댐부(113)에 의해 제1 수지부(42)가 형성되는 높이를 더 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 댐부(113)의 외측면과 상기 상부 내벽면(112) 사이에는 상기 댐부(113)의 상단보다 낮게 골이 형성된다.
상기 골 또한, 상기 제2 수지부(44)를 볼록 렌즈 형상으로 형성하기 위한 수지 채움시, 하중을 분산시키는 역할에 기여할 수 있다. 더 나아가, 상기 댐부(113)를 제공함으로써, 상기 캐비티(11)의 내벽면 중 하부 일부만을 반사면으로 이용하고자 하는 경우, 발광다이오드 칩(30)으로부터의 광이 상부 내벽면(112)에 도달하지 않도록 해줄 수 있으며, 이는 광 손실을 줄이는데 기여할 수 있다.
나머지 구성은 앞서 실시예와 실질적으로 같으므로 중복을 피하기 위해 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 발광다이오드 패키지(1)는, 앞선 실시예에서 설명된 발광다이오드 패키지와 거의 유사한 구조로 이루어지되, 다만, 댐부(113)의 상단면 높이가 상기 패키지 몸체(10)의 상단 단턱(14)의 상면(142) 높이와 같은 것이 앞선 실시예와 다르다. 본 실시예는 제1 수지부(42)를 충분하게 높이 형성할 필요가 있을 때 특히 유리하다. 댐부(113)의 상단면 높이를 상기 단턱(14)의 상면(142) 높이보다 크게 하는 것도 고려될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 단면도이다.
본 실시예의 발광다이오드 패키지(1)는 앞선 실시예들에 따른 발광다이오드 패키지들이 오목한 형상의 상부 내벽면을 포함한 것과 달리 볼록한 형상의 상부 내벽면(112)을 포함한다. 또한, 본 실시예에 따른 발광다이오드 패키지(1)는, 앞선 실시예들과 달리, 단턱(14)의 상면(142)은 평평한 면을 가지며, 상기 단턱(14)의 내측면은 상기 상부 내벽면(112)과 연속적으로 이어진다.

Claims (10)

  1. 상단 및 그 상단으로부터 오목하게 형성된 캐비티를 갖는 패키지 몸체;
    상기 캐비티 내에 수용되는 발광다이오드 칩; 및
    상기 발광 다이오드 칩 및 상기 캐비티 상에 형성된 투광성 봉지재를 포함하고,
    상기 투광성 봉지재는 렌즈 형상의 상부 면과, 적어도 일부가 곡면을 포함하는 하부 면을 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐비티의 내벽면은,
    상기 상단으로부터 하측을 향해 곡선으로 이어진 상부 내벽면과,
    상기 캐비티 바닥으로부터 상측으로 이어진 하부 내벽면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 상부 내벽면은 상기 하부 내벽면보다 기울기가 작은 곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 투광성 봉지재는,
    상기 하부 내벽면에 의해 한정되는 캐비티 하부를 채우도록 형성된 제1 수지부와,
    상기 상부 내벽면에 의해 한정되는 캐비티 상부를 채우도록 형성되고 상기 단턱의 상면과 접하여 형성된 제2 수지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 수지부는 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 수지부의 최대 면적은 상기 제1 수지부의 최대 면적 대비 200~400%인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 패키지 몸체는 상기 상단의 외측 둘레를 따라 수직한 경사를 갖는 단턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 상부 내벽면과 상기 하부 내벽면 사이에서 상측으로 돌출 형성된 댐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 댐부의 상단면은 상기 상단보다 낮은 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 댐부의 상단면은 상기 상단 이상의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
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