KR20140124094A - 발광소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

발광소자 패키지 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

광 반사에 의한 광 손실을 줄이고, 광이 방출되는 지향각을 넓히며, 방열을 용이하게 할 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제시한다. 그 패키지와 방법은 기판 상에 미리 정해진 간격으로 배치된 리드 프레임에 안착된 LED 칩과, 기판의 둘레를 따라 형성되며 LED 칩이 안착되도록 컵 구조의 캐비티를 제공하는 측벽 및 캐비티에 채워진 봉지체를 포함하며, 이때 측벽은 일영역이 타영역에 비해 높은 높이를 가지며, 측벽이 고정하는 힘과 수지 자체의 표면장력에 의한 힘의 분포에 의해 봉지체의 모양이 조절되도록 한다.

Description

발광소자 패키지 및 그 제조방법{Light emitting device package and method of manufacturing the same}
본 발명은 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 몰드의 높이와 두께를 줄여 지향각을 향상시킬 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발광소자(LED)는 전기 에너지를 광으로 변환시키는 소자이며, 일반적으로 반대로 도핑된 층 사이에 있는 적어도 하나의 활성층에서 광이 생성된다. 즉, 도핑된 활성층의 양측에 바이어스가 인가되면, 활성층 내로 정공 및 전자가 주입되어 재결합함으로써 광이 생성된다. 이러한 광은 활성층 및 LED 전체 표면으로부터 외부로 방출된다. 발광소자의 칩은 패키지로 밀봉되어 외부의 환경 또는 기계적인 손상으로부터 보호하고, 컬러를 선택하며, 광을 포커싱(focusing)하는 등 다양한 기능을 제공한다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이 종래의 패키지는 길이가 L1인 기판(1), 기판(1) 상에 미리 정해진 간격으로 배치된 리드 프레임(2), 리드 프레임(2)에 안착된 LED 칩(3), LED 칩(3)을 리드 프레임(2)과 연결시키는 와이어(4)를 포함한다. 이때, LED 칩(3)은 측벽(5)에 의해 형성된 컵 구조의 캐비티(cavity) 내에 배치되며, 패키지는 상기 캐비티 내에 칩(3)을 장착한 후 실리콘 수지와 같은 봉지체(6)를 이용하여 캐비티가 충진되는 구조를 가지는 것이 일반적이다.
그런데, 측벽(5)는 광을 상방향으로 지향시키지만, 광이 반사될 때에는 광손실이 발생할 수 있다. 즉, 일부 광은 실질적으로 측벽(5) 표면의 100% 미만의 반사율(일부 측벽은 불투명한 재료로 사용하기도 함)로 인해 측벽(5)에 흡수될 수 있다. 또한, 측벽(5)의 높이가 LED 칩(3)의 표면에 비해 상대적으로 높으면, 광이 방출되는 지향각을 줄이게 된다. 나아가, LED 칩(3)에서 방사된 열이 리드 프레임(2)을 통하여 추출된다고 하더라도, 측벽(5)에 의한 캐비티에 갇혀서 야기되는 열 보유(heat retention)가 문제될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 반사에 의한 광 손실을 줄이고, 광이 방출되는 지향각을 넓히며, 방열을 용이하게 할 수 있는 발광소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 발광소자 패키지는 기판과, 상기 기판 상에 미리 정해진 간격으로 배치된 리드 프레임과, 상기 리드 프레임에 안착된 LED 칩을 포함한다. 또한 상기 기판의 둘레를 따라 형성되며, 상기 LED 칩이 안착되도록 컵 구조의 캐비티를 제공하는 측벽 및 상기 캐비티에 채워진 봉지체를 포함한다. 이때, 상기 측벽은 일영역이 타영역에 비해 높은 높이를 가진다.
본 발명의 패키지에 있어서, 측벽의 높이(H1) 및 상기 LED 칩의 높이(H2)의 비는 0.4 내지 0.7이 바람직하다. 또한, 상기 측벽의 상부는 둘레를 따라 균일한 폭으로 패인 그루브가 형성되어 있을 수 있고, 상기 그루브의 저면에는 상기 기판 방향으로 패인 복수개의 고정홈이 위치할 수 있으며, 상기 그루브는 깊이 방향에 따라 폭이 확장되는 것이 바람직하고, 상기 그루브의 측면 및 저면은 스크래치 또는 요철이 형성되어 있을 수 있다. 또한 앞에서 제시한 상기 측벽의 표면은 메탈비닐 하이드로겐 폴리실록산, 하이드록실 폴리실록산, 메틸비닐 폴리실록산 또는 메틸페닐 폴리실록산 중에 선택된 적어도 어느 하나의 물질에 의해 도포된 적어도 하나의 층인 프라이머층이 위치할 수 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 발광소자 패키지의 제조방법은 기판의 둘레를 따라 형성되며 LED 칩이 안착되도록 컵 구조의 캐비티를 제공하는 측벽을 상기 측벽을 일영역이 타영역에 비해 높은 높이를 가지도록 상기 기판의 상부에 둘레를 따라 형성한다. 그후, 상기 측벽이 고정하는 힘과 상기 캐비티를 채우는 수지 자체의 표면장력에 의한 힘의 분포에 의해 봉지체의 모양을 조절한다.
본 발명의 방법에 있어서, 측벽의 높이(H1) 및 상기 LED 칩의 높이(H2)의 비는 0.4 내지 0.7이 바람직하다. 상기 측벽의 상부에 둘레를 따라 균일한 폭으로 패인 그루브를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 그루브의 저면에 상기 기판 방향으로 패인 복수개의 고정홈을 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 발광소자 패키지 및 그 제조방법에 따르면, LED 칩이 장착되는 캐비티를 제공하는 측벽의 높이와 두께를 줄임으로써, 광 반사에 의한 광 손실을 줄이고, 광이 방출되는 지향각을 넓히며, 방열을 용이하게 할 수 있다. 또한, 그루브의 폭을 균일하게 함으로써, 봉지체에 의한 광 방출을 원활하게 하며, 지향각을 향상시킬 수 있다. 또한, 봉지체를 고정시키기 위하여 측벽에 그루브와 고정홈을 부여하여 봉지체를 측벽에 단단하게 고정할 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 의한 제1 발광 소자 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 제2 발광 소자 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 A부분을 확대하여 표현한 사시도이다.
도 3c는 도 3b의 3C-3C선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 측벽에 봉지체와 접착력을 향상시키기 위한 프라이머층이 형성된 구조를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예는, LED 칩이 장착되는 캐비티를 형성하는 측벽의 높이와 두께를 줄이면서 봉지체를 고정시킴으로써, 광 반사에 의한 광 손실을 줄이고, 광이 방출되는 지향각을 넓히며, 방열을 용이하게 할 수 있는 발광 소자 패키지 및 그 제조방법을 제시한다. 이를 위해, 본 발명에 의해 구현되는 측벽의 구조를 살펴보고, 그에 따른 봉지체를 원하는 모양으로 단단하게 고정시키는 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 이를 통하여, 본 발명이 구현하고자 하는 광 손실, 지향각 및 방열에 대한 개선된 특징으로 구체적으로 알아보기로 한다.
도 2a는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 제1 발광 소자 패키지(100)를 나타내는 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다. 여기서는 발광 소자 패키지의 하나의 예를 제시한 것에 불과하므로, 본 발명의 범주 내에서 다른 형태의 패키지에도 적용할 수 있을 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 제1 패키지(100)는 길이가 L2인 기판(10), 기판(10) 상에 미리 정해진 간격으로 배치된 리드 프레임(14), 리드 프레임(14)에 안착된 LED 칩(20), LED 칩(20)을 리드 프레임(14)와 연결시키는 와이어(22)를 포함한다. 이때, LED 칩(20)은 기판(10)의 둘레를 따라 형성된 측벽(12)에 의해 제공된 컵 구조의 캐비티 내에 배치되며, 상기 캐비티 내에 칩(20)을 장착한 후에는 실리콘 수지와 같은 봉지체(16)를 이용하여 상기 캐비티를 충진한다. 측벽(12)은 바람직하게는 불투명한 재료로 이루어지며, 더욱 바람직하게는 반사율이 높은 재료로 만들어진다. 물론, 측벽(12)은 내벽에 불투명하거나 반사율이 높은 재료를 도포 또는 증착을 하여 피막을 만들 수 있다. 이때, 기판(10)과 측벽(12)은 도면과 같이 일체형이거나 기판(10)과 측벽(12)을 접착제로 접합하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 봉지체(16)는 실리콘 수지 등에 경화제 등이 혼합된 액상 실리콘으로, 충진되는 초기에는 액상으로 존재하다가 시간이 흐르면서 서서히 경화된다. 봉지체(16)는 측벽(12)의 고정부(30)에 의해 끝 부분이 고정되며, 수지 자체의 표면장력에 의해 그 모양이 발현된다. 다시 말해, 봉지체(16)의 모양은 측벽(12)이 봉지체(16)를 고정하는 힘과 수지 자체의 표면장력에 의한 힘의 분포에 의해 조절된다. 또한, 고정부(30)는 봉지체(16)가 형성되는 과정에서 봉지체(16)가 측벽(12)으로부터 분리되지 않고 그 모양을 유지하도록 하는 역할을 한다.
본 발명에 의한 측벽(12)은 종래의 측벽(도 1의 5)에 비해 그 높이(H1)와 두께(D)가 상대적으로 크게 감소된 구조이다. 측벽(12)의 두께(D)가 줄어듦에 따라, 기판(10)의 길이 또한 종래의 기판(도 1의 1)보다 작은 L2를 가지므로, 본 발명의 실시예에 의한 패키지의 크기를 종래에 비해 줄일 수 있다. 또한, 측벽(12)의 높이(H1)가 줄어들어, 측벽(12)에 의한 캐비티의 크기가 작아져 캐비티가 보유하고 있는 열의 방출이 용이하다.
한편, 본 발명의 실시예에서 측벽(12)의 높이(H1)는 LED 칩(20)의 높이(H2)의 비는 0.4 내지 0.7인 것이 바람직하다. H1/H2가 0.4보다 작으면, 측벽(12)에 의한 봉지체(15)의 고정이 원활하게 이루어지지 않아 봉지체(16)가 측벽(12)으로부터 분리되는 현상이 일어날 수 있다. 봉지체(16)가 측벽(12)으로부터 떨어지면, 그 사이에 습기 등이 침투하여 LED 칩(20)의 기능을 현저하게 떨어뜨릴 수 있다. 또한 H1/H2가 0.7보다 크면, 측벽(12)의 높이를 낮추어 본 발명에서 구현하고자 하는 목적을 이루기 어렵다. 이에 따라, 본 발명의 패키지는 측벽(12)의 높이(H1)이 LED 칩(20)의 높이(H2)보다 작아서, LED 칩(20)에서 방출하는 광 경로가 종래에 비해 크게 확대되어 지향각이 커진다.
도 3a는 본 발명에 의한 제2 발광 소자 패키지(200)를 나타내는 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 A부분을 확대하여 표현한 사시도이며, 도 3c는 도 3b의 3C-3C선을 따라 절단한 단면도이다. 이때, 제2 패키지(200)는 측벽의 형태를 제외하고 제1 패키지(100)와 동일하므로, 동일한 참조부호는 동일한 기능 및 역할을 한다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명은 봉지체(16)를 이루는 예를 들어, 실리콘 수지는 형광체가 분산된 조성을 가질 수가 있으며, 그 특성상 측벽(12a)와 접착력이 약하고 기계적 물성이 떨어져 고온 및 고습의 환경에서 측벽(12a)과의 결합력이 저하되는 문제가 있다. 상기 문제를 해결하기 위하여, 측벽(12a)은 봉지체(16)를 고정하고 그 형태를 유지하기 위하여 요철이 형성되어 있다. 즉, 측벽(12)의 상부는 측벽(12)의 둘레 방향에 따라 그루브(32, groove)가 형성되고 그루브(32)의 저면에는 기판(10) 방향으로 패인 복수개의 고정홈(34)이 형성되어 있다. 그루브(32)의 폭과 깊이, 고정홈(34)의 개수, 홈의 깊이, 홈의 직경은 봉지체(16)의 종류 및 크기 등을 고려하여 결정할 수 있다.
한편, 그루브(32) 폭(W)은 둘레를 따라 균일한 것이 바람직하다. 왜냐하면, 봉지체(16)를 통하여 출사되는 광이 균일하고 원활하게 외부로 방출되고, 지향각 향상을 위해서는 봉지체(16)의 모양이 광이 출사되는 방향으로 볼록한 돔 형태가 바람직하다. 만일, 그루브(32)의 폭(W)이 균일하지 않으면, 상기 돔 형태의 곡률이 불연속적으로 변화되는 부분이 많아져 원하는 광 방출이 일어나지 않는다. 다시 말해, 그루브(32) 폭(W)의 균일성은 봉지체(16)의 형태를 결정하고, 그루브(32)의 깊이 및 고정홈(34)의 형상은 봉지체(16)를 고정하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 그루브(32)의 깊이에 따라 패인 형상은 다양하게 결정할 수 있다. 그런데, 본 발명에서 추구하는 봉지체(16)의 고정력을 증대시키기 위해서는 그루브(32)는 깊이 방향에 따라 그 폭이 확장되는 형태가 바람직하다. 또한, 고정홈(34) 또한 그루브(32)와 동일한 이유로 깊이 방향에 따라 직경이 커지는 것이 유리하다. 또한, 그루브(32) 또는 고정홈(34)의 측면과 저면은 도시되지는 않았지만 별도의 스크래치나 요철을 두어 고정효과를 더욱 크게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 측벽에 봉지체와 접착력을 향상시키기 위한 프라이머층이 형성된 구조를 나타내는 단면도이다. 이때, 측벽(12a)의 형태는 도 3a을 참조하기로 한다.
도 4에 따르면, 측벽(12)의 표면, 적어도 봉지체(도 1의 16)이 접하는 부분에 실리콘 수지와 측벽(12)의 접착력을 향상시키기 위한 프라이머층(40)을 도포한다. 프라이머층(40)은 메탈비닐 하이드로겐 폴리실록산, 하이드록실 폴리실록산, 메틸비닐 폴리실록산 또는 메틸페닐 폴리실록산 중에 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 층 또는 복수개의 층이다. 도면에서는 제2 패키지(200)의 측벽(12a)를 예를 들었으나, 프라이머층(40)은 제1 패키지(100)의 측벽(12)에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10; 기판 12, 12a; 측벽
14; 리드 프레임 20; LED 칩
22; 와이어 30; 고정부
32; 그루브 34; 고정홈
40; 프라이머층

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 미리 정해진 간격으로 배치된 리드 프레임;
    상기 리드 프레임에 안착된 LED 칩;
    상기 기판의 둘레를 따라 형성되며, 상기 LED 칩이 안착되도록 컵 구조의 캐비티를 제공하는 측벽; 및
    상기 캐비티에 채워진 봉지체를 포함하고,
    상기 측벽은 일영역이 타영역에 비해 높은 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측벽의 높이(H1) 및 상기 LED 칩의 높이(H2) 비는 0.4 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측벽의 상부는 둘레를 따라 균일한 폭으로 패인 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 그루브의 저면에는 상기 기판 방향으로 패인 복수개의 고정홈이 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 그루브는 깊이 방향에 따라 폭이 확장되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 제3항에 있어서, 상기 그루브의 측면 및 저면은 스크래치 또는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서, 상기 측벽의 표면은 메탈비닐 하이드로겐 폴리실록산, 하이드록실 폴리실록산, 메틸비닐 폴리실록산 또는 메틸페닐 폴리실록산 중에 선택된 적어도 어느 하나의 물질에 의해 도포된 적어도 하나의 층인 프라이머층이 위치하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 기판의 둘레를 따라 형성되며 LED 칩이 안착되도록 컵 구조의 캐비티를 제공하는 측벽을 일영역이 타영역에 비해 높은 높이를 가지도록 상기 기판의 상부의 둘레를 따라 형성하는 단계; 및
    상기 측벽이 고정하는 힘과 상기 캐비티를 채우는 수지 자체의 표면장력에 의한 힘의 분포에 의해 봉지체의 모양을 조절하는 단계를 포함하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 측벽의 높이(H1) 및 상기 LED 칩의 높이(H2) 비는 0.4 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 측벽의 상부에 둘레를 따라 균일한 폭으로 패인 그루브를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 그루브의 저면에 상기 기판 방향으로 패인 복수개의 고정홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
  12. 제8항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 상기 측벽의 표면에 메탈비닐 하이드로겐 폴리실록산, 하이드록실 폴리실록산, 메틸비닐 폴리실록산 또는 메틸페닐 폴리실록산 중에 선택된 적어도 어느 하나의 물질에 의해 도포된 적어도 하나의 층인 프라이머층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
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CN106067456A (zh) * 2015-04-24 2016-11-02 意法半导体股份有限公司 用于制作电子部件的方法、相应的部件和计算机程序产品

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CN106067456A (zh) * 2015-04-24 2016-11-02 意法半导体股份有限公司 用于制作电子部件的方法、相应的部件和计算机程序产品

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