KR20160002710U - Led 플립 칩 패키지를 위한 led 패키지 조립체와 구리 시트를 구비하는 부유식 히트 싱크 서포트 - Google Patents

Led 플립 칩 패키지를 위한 led 패키지 조립체와 구리 시트를 구비하는 부유식 히트 싱크 서포트 Download PDF

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Abstract

LED 플립 칩 패키지를 위한 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트가 제공되며, 이는 적어도 두 개의 구리 시트와 구리 시트를 고정하기 위한 플렉시블 폴리머를 포함하고, 구리 시트는 서로 분리되어 있고, 구리 시트 각각은 LED 플립 칩의 양극 또는 음극과 전기적으로 연결된다. LED 패키지 조립체가 또한 제공되며, 이는 상술한 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트와 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트 상에 플립 칩 방식으로 용접된 하나 이상의 LED 칩을 포함한다. 부유식 히트 싱크 서포트는 LED 패키지 구조의 신뢰성을 향상시키고 LED 광원의 사용 수명을 연장시킨다.

Description

LED 플립 칩 패키지를 위한 LED 패키지 조립체와 구리 시트를 구비하는 부유식 히트 싱크 서포트 {Floating Heat Sink Support with Copper Sheets and LED Package Assembly for LED Flip Chip Package}
본 고안은 LED 패키지를 위한 히트 싱크 서포트에 관한 것으로, 특히, LED 플립 칩 패키지를 위한 대응하는 LED 패키지 조립체와 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 광 에너지로 변환하는 반도체 장치이다. LED는 종래의 광원에 비해 높은 휘도 효율, 낮은 전력 소비, 낮은 방사선 등에 대한 그 장점에 기인하여 조명 분야에서 점점 더 중요한 위치를 차지하고 있다. 그러나, LED 광원은 광을 생성하는 동안 많은 양의 열을 생성하고, 열의 축적은 LED 광원의 사용 수명에 현저한 영향을 줄 수 있다. 예로서, LED 칩에 급전되고 LED이 빛날 때, 단지 약 30%의 전기 에너지만이 방사되는 광으로 변환되고, 대부분의 전기 에너지는 열 에너지로 변환되어, LED 칩이 고온 환경에서 동작하게 한다. LED의 최적의 동작 온도는 섭씨 약 80도이다. 고온, 예를 들어, 섭씨 100도 이상의 온도에서 동작시 LED 칩의 동작 수명 및 전기를 광으로 변환하는 효율은 크게 감소된다. 이 때문에, 대부분의 전기 에너지는 잔류 열 에너지로 변환됨으로써 전기 대 광 변환 효율의 끊임없는 감소의 열화된 사이클을 초래한다.
LED에 의해 생성되는 열을 LED 칩으로부터 외부로 전도하는 현재의 관행은 칩을 전도성 또는 비전도성 접착제 재료를 사용하여 기판 상에 고정하고, 그후, LED 단자를 기판 상의 전기 회로 배선에 결합되는 금 와이어에 의해 연결하는 것이다. 칩에 의해 생성된 열은 열 전도 기판을 통해 소산되고, 이는 열 전달 매체로서 작용된다. 구리가 양호한 열 전도체이기 때문이다. 구리는 고 출력 LED 칩을 위한 리드 프레임을 형성하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 열 전달 재료이다. 중국 실용신안 출원 CN201985093U는 그 상부 부분에 장착된 다수의 LED 칩을 갖는 LED 구리 서포트를 개시하고 있으며, 중국 실용신안 출원 CN202839739는 LED 칩을 고정하고, 열을 전도하고 광을 반사하기 위한 구리 기판을 포함하는 고출력 LED 패키징 구조를 개시하고 있으며, 중국 실용신안 출원 CN203150615U는 주상 LED 시트 싱크 구리 컬럼을 포함하는 높은 냉각효율을 갖는 LED 광원 모듈을 개시하고 있다.
상술한 종래 기술 모두는 구리 재료를 사용하여 LED 칩의 열 방사를 달성하는 것에 관한 것이다. 그러나, 구리의 열팽창 계수(CTE)는 약 19이고, LED 칩에 의해 빈번히 사용되는 사파이어 기판의 CTE는 약 5이며, 그 사이의 편차가 크다. LED 칩에 높은 전류가 인가되고 온도 상승이 발생할 때, LED 칩에 의해 생성되는 열은 구리 리드 프레임 상으로 전달되어 구리의 급속한 팽창을 초래하고, 칩 상의 사파이어 기판은 LED 칩과 구리 기판의 서로 다른 팽창에 기인하여 쉽게 파괴될 수 있다.
따라서, 칩 기판의 파괴 현상을 피하기 위해 LED 칩을 냉각시키도록 설계된 신규한 구조가 바람직하다.
상술한 문제의 견지에서, 본 고안의 목적은 가열시 구리의 팽창으로부터 초래되는 칩 기판의 파괴를 피하여, LED 패키지 구조의 신뢰성을 향상시키고 LED 광원의 사용 수명을 연장시키도록 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트를 설계하는 것이다.
본 고안은 LED 플립 칩 패키지를 위한 구리 시트를 갖는 부유식 열 방사 서포트를 제공하는 것이며, 이는 적어도 두 개의 구리 시트와 구리 시트를 고정하기 위한 가요성 폴리머를 포함하고, 구리 시트는 서로 분리되고 구리 시트 각각은 하나의 LED 플립 칩의 양극 또는 음극에 전기적으로 연결된다.
다른 예에서, 구리 시트는 전력 공급망을 형성하도록 폴리머에 의해 고정, 연결 및 분리된다.
다른 예에서, 폴리머는 구리 시트의 측면 상의 홈 내에 매설된다.
다른 예에서, 구리 시트는 폴리머의 오목부 내에 배치된다.
다른 예에서, 적어도 두 개의 구리 시트는 2 내지 11개 구리 시트 단편이다.
다른 예에서, 구리 시트의 두께는 0.1mm와 50mm 사이에 있다.
다른 예에서, 폴리머는 플라스틱 재료이다.
또한, 본 발명은 LED 패키지 조립체를 제공하고, 이 LED 패키지 조립체는 상술한 실시예에 설명된 바와 같은 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트와 부유식 열 방사 구리 서포트 상에 플립 칩 방식으로 용접된 하나 이상의 LED 칩을 포함한다.
다른 예에서, LED 칩의 양극 및 음극은 서로 다른 구리 시트 상에 용접된다.
0.5W 내지 3W의 LED 칩의 냉각 수요에 대해, 본 발명은 플립 칩 패키지 기술을 사용하고, 방사기에 열 에너지를 전도하기 위해 열 전달 매체로서 폴리머에 의해 함께 연결된 다수의 구리 시트를 사용하며, 각 구리 시트는 하나의 칩의 양극 또는 음극에만 용접된다. 칩에 급전되고 열을 생성할 때, 각 구리 시트는 별개로 가열되고 별개로 팽창하며, 이런 열 팽창은 칩 기판의 파괴의 문제를 피하고, LED 패키지의 구조의 신뢰성을 향상시키며, LED 소스의 사용 수명을 연장시키도록 폴리머 커넥터에 의해 완화된다.
도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 히트 싱크 서포트의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 히트 싱크 서포트의 단면도이다.
도 3은 본 고안의 제2 실시예에 따른 히트 싱크 서포트의 개략 분해도이다.
도 4는 도 3에 도시된 히트 싱크 서포트를 사용하는 LED 패키지의 개략 분해도이다.
본 고안의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 더 명확하게 예시하기 위해 본 고안의 실시형태가 도면에 의해 상세히 설명된다.
도 1을 먼저 참조하면, 본 고안의 제1 실시예에 따른 히트 싱크 서포트의 개략 사시도가 도시되어 있다. 히트 싱크 서포트는 두 개의 구리 시트와 두 개의 구리 시트를 함께 고정하기 위한 플라스틱 재료에 의해 형성되는 플라스틱 구성요소 같은 가요성 폴리머를 포함하는 0.3W 내지 5W의 출력을 갖는 LED 칩의 서포트로서 기능할 수 있으며, 두 개의 구리 시트는 폴리머 또는 다른 절연 가요성 재료에 의해 분리되어 있다. LED 칩은 구리 시트 각각이 각각 칩의 양극 또는 음극에 연결되도록 플립 칩 용접 방식으로 구리 시트 상에 고정된다. 칩에 급전될 때, 결과적 열이 구리 시트에 전달된다. 구리 시트 각각은 별개로 가열되고, 별개로 팽창하며, 이런 열 팽창은 폴리머 커넥터에 의해 완화되어 LED 칩 기판의 파괴를 초래하지 않으며, 따라서, LED 칩 패키지의 구조의 신뢰성이 현저히 개선된다.
도 2는 도 1의 히트 싱크 서포트의 단면도를 도시한다. 구리 시트의 안정적 연결을 달성하기 위해 폴리머가 구리 시트를 긴밀히 둘러싸도록 폴리머의 두 개의 측부 에지를 수용하도록 각각 두 개의 구리 시트의 좌측 및 우측 측부 상에 홈이 형성된 것을 볼 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 폴리머가 전체적으로 구리 시트 내로 매립되도록 구리 시트의 전방면 및 후방면 상에도 유사한 홈이 형성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 단지 두 개의 두꺼운 구리 시트가 명료성을 위해 예시되어 있지만, 히트 싱크 서포트는 두 개보다 많은 구리 시트를 포함할 수 있으며, 구리 시트가 더 두껍거나 더 얇을 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 바람직하게는, 구리 시트의 수는 2 내지 11개일 수 있으며, 구리 시트의 두께는 0.1mm 내지 50mm일 수 있다. 또한, 복수의 구리 시트는 칩의 다양한 상호접속부를 구현하기 위해 복수의 칩의 상호접속 회로로서도 기능할 수 있다.
다음에, 도 3을 참조하면, 본 고안의 제2 실시예에 따른 히트 싱크 서포트의 분해 개략도가 도시되어 있다. 히트 싱크 서포트는 플라스틱 재료 같은 폴리머에 의해 형성된 두 개의 플라스틱 구성요소를 포함하고, 복수의 원형 홈(4개 홈이 도시됨)은 제1 플라스틱 구성요소의 상부 표면 상에 형성되고, 이 복수의 원형 홈을 따라서 복수의 LED 칩이 배치되어 있다. 제2 플라스틱 구성요소는 특정 형상(도 4에 도시된 구리 시트 같은)을 갖는 구리 시트를 수용하도록 구성된 오목부를 가지며, 오목부 내의 구리 시트의 내부 간극에 대응하는 위치는 플랜지를 형성하도록 돌출한다. 구리 시트가 오목부 내에 배치될 때, 플랜지는 구리 시트를 안정적으로 형성하기 위해 구리 시트 내의 간극과 결합된다. 또한, 플랜지는 구리 시트의 다양한 부분을 전기적으로 절연하도록 추가로 기능하며, 따라서, 도면에 도시된 5개 개별적 작은 블록으로 구리 시트를 분할한다.
도 4는 도 3에 도시된 히트 싱크 서포트를 사용하는 LED 패키지의 분해 개략도를 도시한다. 특정 형상을 갖는 대형 구리 시트와 복수의 칩이 구체적으로 도시되어 있다(구리 시트를 배치하기 위한 플라스틱 구성요소를 도 3에서 볼 수 있다). 큰 구리 시트는 5개 작은 구리 시트로 분할되고, 그들 각각은 서로 전기적으로 격리되어 있다. LED 패키지를 형성하기 위해 LED 칩, 플라스틱 구성요소 및 구리 시트를 조립한 이후, 각 칩은 구리 시트 각각이 전원 네트워크를 형성하기 위해 칩의 양극 또는 음극에 연결될 수 있도록 각 칩은 두 개의 인접한 작은 구리 시트의 경계 위에 위치된다. 칩에 급전될 때, 결과적 열은 구리 시트로 전달되고, 작은 구리 시트 각각은 별개로 가열되고 별개로 팽창한다. 이런 열 팽창은 칩 기판의 파괴를 초래하지 않도록 폴리머 커넥터에 의해 완화되며, LED 패키지의 구조의 신뢰성이 현저히 개선된다.
비록 상술한 실시예의 설명이 예로서 4개 칩 및 5개 작은 구리 시트를 설명하지만, 이들은 제한을 나타내지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 사실, 더 많거나 더 적은 칩이 배치될 수 있고, 구리 시트는 실시 요건에 따라 더 많거나 더 적은 하위 영역으로 분할될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시된 제1 플라스틱 구성요소의 상부 표면 상의 홈이 원형이지만, 다른 형상을 갖는 홈도 고려된다. 예로서, 원추형 홈은 광의 확산을 감소시키도록 광을 더 양호하게 수렴시킬 수 있다. 또한, 각각의 층은 광 활용을 추가로 향상시키기 위해 홈의 내부 홈 상에 코팅될 수 있다.
상술한 바는 임의의 다른 형태의 고안에 대한 제한이 아닌 특허의 양호한 실시예에 대한 설명일 뿐이다. 본 고안의 실질적 기술에 기초하여 이루어지는 임의의 변형 및 등가 변동이 본 고안의 청구된 범주 내에 여전히 포함된다.

Claims (8)

  1. LED 플립 칩 패키지를 위한 구리 시트를 갖는 부유식 히트 싱크 서포트에 있어서,
    적어도 두 개의 구리 시트들; 및
    상기 구리 시트들을 고정하기 위한 플렉시블 폴리머;를 포함하며,
    상기 구리 시트들은 서로 분리되며, 상기 구리 시트들 각각은 LED 플립 칩의 양극 또는 음극에 전기적으로 연결되는,
    부유식 히트 싱크 서포트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 시트들은 상기 폴리머에 의해 고정적으로 연결되며, 전력 공급 네트워크를 형성하도록 분할되는 것을 특징으로 하는,
    부유식 히트 싱크 서포트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 구리 시트들의 측면들 상의 홈들 내에 매설되는 것을 특징으로 하는,
    부유식 히트 싱크 서포트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구리 시트들은 상기 폴리머의 오목부들 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    부유식 히트 싱크 서포트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 구리 시트들은 2개 내지 11개의 구리 시트 조각들인 것을 특징으로 하는,
    부유식 히트 싱크 서포트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구리 시트들의 두께는 0.1mm 내지 50mm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는,
    부유식 히트 싱크 서포트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 구리 시트들을 가진 부유식 히트 싱크 서포트; 및
    구리 시트들을 가진 상기 부유식 히트 싱크 서포트 상에 플립 칩 방식으로 용접된 하나 이상의 LED 칩들;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    LED 패키지 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 칩들의 양극 및 음극들은 다른 구리 시트들에 각각 용접되는 것을 특징으로 하는,
    LED 패키지 조립체.
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