KR20170022754A - 광원모듈 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광원모듈 패키지는 광과 열이 발생하고 하부에 제1전극과 상부에 제2전극이 배치되는 복수 개의 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드들의 제1전극을 지지하고 전기 전도성을 가지는 칩 마운터 및 상기 칩 마운터가 지지되고, 상기 칩 마운터가 위치될 공간을 정의하며, 일면에 상기 레이저 다이오드들에서 생성된 빛이 방출되는 개구를 가지는 하우징을 포함하고, 상기 칩 마운터는 상기 개구가 형성되는 상기 하우징의 일면과 교차되게 배치되어 상기 레이저 다이오드들의 제1전극이 접촉되는 접촉면을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광원모듈 패키지는 광과 열이 발생하는 복수 개의 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드들과 열적으로 연결되고, 상기 레이저 다이오드들을 지지하는 칩 마운터 및 상기 칩 마운터가 지지되고, 상기 칩 마운터가 위치될 공간을 정의하는 하우징을 포함하고, 상기 칩 마운터는 CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광원모듈 패키지{LIGHTING SOURCE MODULE PACKAGE}
본 발명은 방열효과가 우수한 고출력의 광원모듈 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 실내 또는 실외의 조명등으로 전구나 형광등이 많이 사용된다. 이러한 전구 또는 형광등의 경우 수명이 짧아 자주 교환되어야 하는 문제가 있다. 또한, 종래의 형광등은 그 사용시간이 지남에 따라 열화가 발생하여 조도가 점차 떨어지는 현상이 과도하게 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 고수명, 설계 편의성, 직진성, scalability 등의 장점이 있는 레이저 다이오드(LD)를 채용하는 여러 가지 형태의 조명 모듈이 개발되고 있다.
레이저 다이오드는 프로젝터, 자동차 헤드라이트 등의 광원으로 응용 분야가 널리 확대되고 있다. 레이저 다이오드의 고출력화를 위해서는 크게 두 가지 성능에 영향을 받으며, 레이저 다이오드의 내부 손실(internal loss)과 패키지의 열저항 (thermal resistance) 특성을 개선시켜야 한다.
특히 다수개의 레이저 다이오드 칩으로 구성되는 고출력 모듈 패키지에서는 방열 성능의 개선이 레이저 다이오드 성능에 큰 역할을 하게 되는데, 일반적으로 열전도도가 높은 금속 몸체 (frame) 상에 다수개의 레이저 다이오드 칩 혹은 TO-can을 집적시키는 형태로 구성된다.
종래의 기술에서는 레이저 다이오드 칩을 금속 몸체 상에 접착시키기 위하여 AlN 등의 유전체 서브마운트를 사용하는데, 이 영역에서의 열저항 비중이 높아 방열 성능이 떨어지는 문제점이 존재한다.
본 발명의 실시예는 제작이 용이하고, 방열 특성이 우수한 다수개의 레이저 다이오드로 구성된 고출력의 광원모듈 패키지를 제공한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광원모듈 패키지는 광과 열이 발생하고 하부에 제1전극과 상부에 제2전극이 배치되는 복수 개의 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드들의 제1전극을 지지하고 전기 전도성을 가지는 칩 마운터 및 상기 칩 마운터가 지지되고, 상기 칩 마운터가 위치될 공간을 정의하며, 일면에 상기 레이저 다이오드들에서 생성된 빛이 방출되는 개구를 가지는 하우징을 포함하고, 상기 칩 마운터는 상기 개구가 형성되는 상기 하우징의 일면과 교차되게 배치되어 상기 레이저 다이오드들의 제1전극이 접촉되는 접촉면을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광원모듈 패키지는 광과 열이 발생하는 복수 개의 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드들과 열적으로 연결되고, 상기 레이저 다이오드들을 지지하는 칩 마운터 및 상기 칩 마운터가 지지되고, 상기 칩 마운터가 위치될 공간을 정의하는 하우징을 포함하고, 상기 칩 마운터는 CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예는 버퍼층과, 칩 마운터를 열전달 계수가 우수한 물질을 사용하여서, 레이저 다이오드의 열을 효과적을 방출하고, 레이저 다이오드는 효율 저하를 방지하는 이점이 존재한다.
실시예는 다수의 레이저 다이오드를 칩 마운터를 사용하여 용이하게 제조되는 이점이 존재한다.
실시예는 다수의 레이저 다이오드에서 발생되는 열을 칩 마운터와 레이저 다이오드의 병렬 연결에 의해서 분산시키는 이점이 존재한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광원모듈 패키지의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 광원모듈 패키지의 일부 사시도,
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 칩 마운터의 사시도,
도 3b는 도 3a에 도시된 칩 마운터의 A-A 선을 취한 단면도,
도 4a는 본 발명의 제1실시예의 변형예에 따른 칩 마운터의 사시도,
도 4b는 도 4a에 도시된 칩 마운터의 B-B 선을 취한 단면도,
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 칩 마운터와 히트파이프의 위치관계를 도시한 단면도,
도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 칩 마운터와 히트파이프의 위치관계를 도시한 평면도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 칩 마운터와 히트파이프를 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광원모듈 패키지의 사시도,
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 광원모듈 패키지의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예에서 표시장치의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 표시장치를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광원모듈 패키지의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 광원모듈 패키지의 일부 사시도, 도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 칩 마운터의 사시도, 도 3b는 도 3a에 도시된 칩 마운터의 A-A 선을 취한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 광원모듈 패키지(1)는 레이저 다이오드(30), 칩 마운터(20), 하우징(10)을 포함한다. 또한, 제1실시예의 광원모듈 패키지(1)는 히트파이프(41)와 방열판(42)을 더 포함할 수 있다.
레이저 다이오드(30)는 레이저광을 출사하는 반도체이다. 레이저 다이오드(30)는 예를 들어, 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
특히, 도 3를 참조하면, 구체적으로, 레이저 다이오드(30)는 GaAs, AlxGa1-xAs계 더블 헤테로 접합 구조일 수 있다. 레이저 다이오드(30)는 제1도전형 반도체층(34), 제1도전형 반도체층(34)과 Pn 접합을 형성하는 제2도전형 반도체층(32), 제1도전형 반도체층(34)과 제2도전형 반도체층(32) 사이에 활성층(33)을 포함할 수 있다.
제1도전형 반도체층(34)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며 제1 도전성 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제1도전형 반도체층(34)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 활성층(33)에 전자를 제공할 수 있다. 제1도전형 반도체층(34)은 예를 들어, AlxGa1-xAs의 조성식을 갖는 반도체 재료에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn, Se, Te 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
제1도전형 반도체층(34) 상에는 활성층(33)이 형성될 수 있다. 활성층(33)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다. 활성층(33)은 예를 들어, GaAs의 조성식을 갖는 반도체 재료에서 선택될 수 있다.
활성층(33)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(33)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
제2도전형 반도체층(32)은 활성층(33)에 정공을 주입하도록 반도체 화합물로 형성될 수 있으며 제2 도전성 도펀트가 도핑될 수 있다. 예를 들어, 제2도전형 반도체층(32)은 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2도전형 반도체층(32)은 예를 들어, AlxGa1-xAs의 조성식을 갖는 반도체 재료에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
또한, 제1도전형 반도체층(34)이 p형 반도체층으로 구현되고, 제2도전형 반도체층(32)이 n형 반도체층으로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(32) 상에는 제2도전형 반도체층(32)의 극성과 반대되는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 반도체층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 레이저 다이오드(30)는 np, pn, npn, pnp 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다.
레이저 다이오드(30)는 패키징 고정에서 전기적 연결을 위해 전극을 구비한다. 예를 들면, 레이저 다이오드(30)는 제1전극(35)과 제2전극(31)을 포함한다. 실시예의 레이저 다이오드(30)는 하부와 상부에 각각 전극이 형성된다.
제1전극(35)은 제1도전형 반도체층(34)과 전기적으로 연결되게 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1도전형 반도체층(34)의 하부에는 제1전극(35)이 형성될 수 있다.
또한, 제2전극(31)은 제2도전형 반도체층(32)과 전기적으로 연결되게 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2전극(31)은 제2도전형 반도체층(32)의 상부에 위치된다.
제1전극(35) 및 제2전극(31)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1전극(35) 및 제2전극(31)은 전도성 물질, 예를 들어 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있고, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며 이에 한정하지 아니한다. 바람직하게는, 제1전극(35)은 Au, Pt 및 Ag 중 어느 하나의 원소 또는 이들의 합금으로 이루어진다.
하우징(10)은 칩 마운터(20)와 레이저 다이오드(30)가 위치될 공간을 정의한다. 하우징(10)은 칩 마운터(20)에서 열을 전달 받아 외부로 발산한다. 하우징(10)은 열 전달 계수가 우수하고, 강성이 좋은 금속 또는 수지재질로 이루어진다.
하우징(10)의 일면에는 레이저 다이오드(30)들에서 생성된 빛이 방출되는 개구가 형성된다. 구체적으로, 하우징(10)은 베이스(11)와 측벽(12)을 포함한다.
베이스(11)는 칩 마운터(20)를 지지한다. 베이스(11)는 하우징(10)의 바닥면을 형성한다. 또한, 후술하는 히트파이프(41)가 설치되는 장소를 제공한다.
측벽(12)은 베이스(11)와 마주보는 방향에 개구를 정의한다. 구체적으로, 측벽(12)은 베이스(11) 상에 베이스(11)와 수직되게 배치되고, 베이스(11) 상에 평면 상 폐 공간을 정의한다. 측벽(12)이 형성하는 공간의 내부에는 복수 개의 칩 마운터(20)가 위치될 수 있다. 측벽(12)은 베이스(11)와 일체로 형성될 수 있다. 전체적으로, 하우징(10)은 하부면이 베이스(11)이고, 상부면이 개구되며, 측면이 측벽(12)을 이루는 육면체 형상이다.
하우징(10)에는 칩 마운터(20)에 전원을 공급하는 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)이 설치된다. 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)은 측벽(12)에 설치된다. 구체적으로, 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)은 측벽(12)을 관통하여 배치되고, 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)의 일단은 측벽(12)이 형성하는 공간의 내부에 위치되고, 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)의 타단은 측벽(12)이 형성하는 공간의 외부에 위치된다. 따라서, 측벽(12) 외부에 노출되는 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)의 타단에는 외부전원이 연결되게 된다. 물론, 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)과 측벽(12)은 실링링 등에 의해 실링될 수 있다.
제1컨택 핀(51)과, 제2컨택 핀(52)은 서로 다른 극성의 전원을 공급할 수 있다. 예를 들면, 제1컨택 핀(51)은 레이저 다이오드(30)의 제1전극(35)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 제1컨택 핀(51)은 후술하는 제1컨택 블럭(61)에 와이어(53)에 의해 연결된다. 제2컨택 핀(52)은 레이저 다이오드(30)의 제2전극(31)과 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 제2컨택 핀(52)은 후술하는 제2컨택 블럭(62)에 와이어(53)에 의해 연결된다. 제1컨택 핀(51)과 제2컨택 핀(52)은 광원모듈 패키지(1)의 전기 작업을 용이하게 한다.
칩 마운터(20)는 레이저 다이오드(30)들을 지지하고, 레이저 다이오드(30)들과 열적으로 연결된다. 칩 마운터(20)는 고출력을 위해, 다수 개의 레이저 다이오드(30)들에 전원을 공급하면서, 방열특성이 우수해야 한다.
칩 마운터(20)는 다수의 레이더 다이오드 들에서 발생되는 열을 효과적으로 전달하도록 열전달 계수가 우수한 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 칩 마운터(20)는 Cu, CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 칩 마운터(20)는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나(단일 금속) 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금(일례로, 스테인레스)으로 구성될 수 있다. 칩 마운터(20)는 전기 전도성을 가진다.
또한, 레이저 다이오드(30)는 칩 마운터(20)와 직접적으로 결합될 수도 있지만, 레이저 다이오드(30)와 칩 마운터(20) 사이에는 버퍼층(50)이 위치될 수도 있다.
버퍼층(50)은 칩 마운터(20)와 레이저 다이오드(30) 사이에 열팽창 계수 차이를 완화하여서 칩 마운터(20)에서 레이저 다이오드(30)가 박리되는 것을 방지한다.
버퍼층(50)은 칩 마운터(20)와 레이저 다이오드(30) 사이에 배치되고, 칩 마운터(20)의 열팽창 계수와 레이저 다이오드(30)의 열팽창 계수 사이의 열팽창 계수를 가진다.
버퍼층(50)은 CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 버퍼층(50)은 전기 전도성을 가진다.
일 예로, 레이저 다이오드(30)가 칩 마운터(20)에 직접적으로 결합되는 경우, 칩 마운터(20)는 전기 전도성을 가지는 Cu, CuMo, CuW, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나로 구현된다.
다른 예로, 레이저 다이오드(30)와 칩 마운터(20)의 사이에 버퍼층(50)이 위치되는 경우, 칩 마운터(20)는 Cu(구리)로 구성되고, 버퍼층(50)은 CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나로 구현된다. 이 때, 버퍼층(50)은 전기 전도성을 가진다. 이하에서는 레이저 다이오드(30)와 칩 마운터(20) 사이에 버퍼층(50)의 위치되는 것을 기준으로 설명한다. 더욱 바람직하게는, 그래핀의 열전도성과 전기 전도성이 우수하지만, 강성이 약하므로, 칩 마운터(20)는 Cu(구리)로 구성되고 버퍼층(50)은 그래핀으로 구성된다.
칩 마운터(20)는 칩 마운터(20)가 레이저 다이오드(30)를 지지하며, 레이저 다이오드(30)에 전원을 공급하는 다양한 구조를 가질 수 있다.
고출력을 위해 칩 마운터(20)에 다수 개의 레이저 다이오드(30)가 위치되고, 다수 개의 레이저 다이오드(30)가 와이어 등으로 직렬 연결되는 경우, 각각의 레이저 다이오드(30)에서 발생되는 열이 칩 마운터(20)로 효과적으로 전달되지 못하고, 와이어를 통해 연결된 주변의 레이저 다이오드(30)로 전달되어서, 레이저 다이오드(30)의 효율이 저하되게 된다.
따라서, 실시예는 칩 마운터(20)에 지지되는 다수의 레이저 다이오드(30)를 병렬 연결하여서, 각각의 레이저 다이오드(30)에서 발생되는 열이 복수의 경로로 발산되는 구조를 가진다.
예를 들면, 도 3에 도시하는 바와 같이, 칩 마운터(20)는 개구가 형성되는 하우징(10)의 일면과 교차되게 배치되는 접촉면(21)을 가진다. 접촉면(21)에는 레이저 다이오드(30)가 접촉된다. 레이저 다이오드(30)는 개구를 향해 빛을 출사하는 측면발광 구조를 가진다. 구체적으로, 접촉면(21)은 베이스(11)와 수직되게 배치된다. 칩 마운터(20)에서 접촉면(21)과 수직인 면(22)은 베이스(11)와 면 접촉되어서, 칩 마운터(20)의 열을 베이스(11)에 효과적으로 전달한다. 칩 마운터(20)는 단면이 4각 형을 가지고, 일측면에 접촉면(21)이 형성될 수 있다.
칩 마운터(20)의 접촉면(21)에는 레이저 다이오드(30)의 제1도전형 반도체층(34) 또는 제1전극(35)이 접촉된다. 바람직하게는, 칩 마운터(20)의 접촉면(21)에는 레이저 다이오드(30)의 제1전극(35)이 접촉된다. 이때, 칩 마운터(20)는 전기적 도전성을 가져서, 칩 마운터(20)에 배치된 다수의 레이저 다이오드(30)에 전원을 공급한다. 따라서, 레이저 다이오드(30)에서 발생된 열이 제1전극(35)을 통해 칩 마운터(20)로 전달된다. 물론, 칩 마운터(20)의 접촉면(21)과 레이저 다이오드(30) 사이에는 버퍼층(50)이 위치될 수도 있다.
칩 마운터(20)는 일 방향으로 길게 형성된다. 레이저 다이오드(30)들은 칩 마운터(20)의 길이 방향을 따라 소정의 피치를 가지고 배열된다.
칩 마운터(20)에는 외부전원이 연결되는 컨택 블럭이 배치된다. 컨택 블럭은 레이저 다이오드(30)와 전기적으로 연결된다.
컨택 블럭은 레이저 다이오드(30)들의 제1전극(35)과 전기적으로 연결된 제1컨택 블럭(61)과, 레이저 다이오드(30)들의 제2전극(31)과 전기적으로 연결된 제2컨택 블럭(62)을 포함한다. 컨택 블럭은 전도성 물질, 예를 들어 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
제1컨택 블럭(61)은 칩 마운터(20)와 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 제1컨택 블럭(61)은 칩 마운터(20)에 위치된다. 더욱 구체적으로, 제1컨택 블럭(61)은 칩 마운터(20)의 접촉면(21)에 위치된다. 또한, 실시예의 광원모듈 패키지(1)가 버퍼층(50)을 가지는 경우, 제1컨택 블럭(61)은 버퍼층(50)과 전기적으로 연결된다.
제1컨택 블럭(61)은 제1극성의 외부전원과 연결된다. 구체적으로, 제1컨택 블럭(61)은 제1컨택 핀(51)과 와이어(53)에 의해 연결된다. 제1컨택 블럭(61)은 외부전원이 용이하게 연결되게 한다.
제2컨택 블럭(62)은 칩 마운터(20)와 전기적으로 절연된다. 구체적으로, 제2컨택 블럭(62)은 칩 마운터(20)에 위치되고, 제2컨택 블럭(62)과 칩 마운터(20) 사이에는 절연층이 배치된다. 더욱 구체적으로, 제2컨택 블럭(62)은 칩 마운터(20)의 접촉면(21)에 위치된다.
제2컨택 블럭(62)은 제1극성과 반대극성인 제2극성의 외부전원과 연결된다. 구체적으로, 제2컨택 블럭(62)은 제2컨택 핀(52)과 와이어에 의해 연결된다.
또한, 제2컨택 블럭(62)은 레이저 다이오드(30)들의 제2전극(31)과 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 실시예는 제2컨택 블럭(62)과 레이저 다이오드(30)들의 제2전극(31)을 전기적으로 연결하는 다수의 전도성 와이어(85)를 더 포함한다. 전도성 와이어(85)는 도전성 물질을 포함한다.
구체적으로, 제2컨택 블럭(62)의 일측에는 제2컨택 핀(52)과 연결된 외이어(53)가 본딩되고, 제2컨택 블럭(62)의 타측에는 다수 개의 레이저 다이오드(30)들의 제2전극(31)과 연결된 전도성 와이어(85)가 본딩된다. 따라서, 제2컨택 블럭(62)은 칩 마운터(20)의 길이 방향을 따라 길게 배치된다. 제2컨택 블럭(62)은 외기와 열교환되며 외기로 열을 발산한다.
따라서, 칩 마운터(20)에 위치된 다수 개의 레이저 다이오드(30)의 제1전극(35)은 칩 마운터(20)와 전기적으로 연결되고, 레이저 다이오드(30)의 제2전극(31)은 다수의 와이어에 의해 제2컨택 블럭(62)과 연결된다. 따라서, 다수개의 레이저 다이오드(30)에서 발생된 열은 주변의 레이저 다이오드(30)로 전달되지 않고, 칩 마운터(20)와, 제2컨택 블럭(62)으로 전달되게 된다. 칩 마운터(20)로 전달된 열은 하우징(10)과, 히트파이프(41)를 통해 발산되고, 제2컨택 블럭(62)으로 전달된 열은 외기로 발산된다.
결국, 다수의 레이저 다이오드(30)에 집중되는 열을 완화하여서, 열에 의해 레이저 다이오드(30)의 성능이 저하되는 것을 방지한다.
도 4a는 본 발명의 제1실시예의 변형예에 따른 칩 마운터의 사시도, 도 4b는 도 4a에 도시된 칩 마운터의 B-B 선을 취한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 변형예는 제2컨택 블럭(62)과 다수의 레이저 다이오드(30)의 제2전극(31) 사이가 전도판(82)에 의해 전기적으로 연결된다.
전도판(82)은 제2컨택 블럭(62)과 레이저 다이오드(30)들의 제2전극(31)을 전기적으로 연결한다. 전도판(82)은 레이저 다이오드(30)들과 제2컨택 블럭(62)의 적어도 일부를 커버한다. 전도판(82)은 레이저 다이오드(30)들 및 제2컨택 블럭(62)의 일부와 전후 방향에서 중첩되게 위치된다. 전도판(82)은 외기와의 접촉면적을 확장하여서, 전도판(82)으로 전달된 열을 외기로 신속하게 배출한다. 또한, 전도판(82)은 전도판(82)으로 전달된 열을 제2컨택 블럭(62)으로 신속하게 전달한다.
전도판(82)은 전도성 물질, 예를 들어 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있으며, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
이러한 전도판(82)은 레이저 다이오드(30)의 제2전극(31)과 솔더에 의해 본딩된다. 전도판(82)은 제2컨택 블럭(62)과 패스너(미도시)에 의해 연결되거나, 솔더 등에 의해 본딩된다.
전도판(82)과 칩 마운터(20) 사이에는 전기적 쇼트를 방지하기 위해 절연막(72)이 더 포함된다. 절연막(72)은 전도판(82)과 칩 마운터(20)의 접촉면(21) 또는 버퍼층(50)사이를 절연한다. 절연막(72)은 전도판(82)과 칩 마운터(20) 사이에 배치된다.
상술한 절연층과 절연막(72)은 전기적 절연재질 예를 들면, 폴리이미드(polyimide), 액정 폴리머(liquid crystal polymer) 및 폴리에스테르(polyester) PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), LCP(리퀴드 크리스탈 폴리머) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정하지 아니한다.
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 칩 마운터와 히트파이프의 위치관계를 도시한 단면도, 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 칩 마운터와 히트파이프의 위치관계를 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 히트파이프(41)는 열 전도성이 우수한 재질인 금속 또는 수지재질일 수 있다. 구체적으로, 히트파이프(41)는 내부에 빈 공간을 가지는 관 형상일 수 있다. 히트파이프(41)의 내부의 공간에는 열을 전달하는 작동액이 수용될 수 있다. 히트파이프(41)는 방열판(42)과 열적으로 연결되어 전달받은 열을 방열판(42)에 전달한다.
작동액은 열을 전달하는 냉매로써 작용한다. 예를 들면, 작동액은 물 또는 오일을 포함한다.
히트파이프(41)은 하우징(10)에 설치된다. 특히, 히트파이프(41)의 단면은 원형 인 것이 보통이므로, 히트파이프(41)와 칩 마운터(20)가 면 접촉되기 어렵기 때문에, 칩 마운터(20)는 베이스(11)에 면 접촉되고, 히트 파이프는 베이스(11) 내부에 수용될 수 있다.
히트파이프(41)는 칩 마운터(20)에 인접하여 배치된다. 히트파이프(41)는 칩 마운터(20)에 수직적으로 중첩되게 배치된다. 히트파이프(41)는 칩 마운터(20)의 길이 방향과 평행한 방향으로 길게 배치된다.
히트파이프(41)는 적어도 1개가 배치될 수 있지만, 칩 마운터(20)에 개수에 대응되게 배치되는 것이 바람직하다.
방열판(42)은 히트파이프(41)에서 전달받은 열을 외기와 접촉하여 발산한다. 방열판(42)은 히트파이프(41)와 열적으로 연결되어 복수 개가 배치될 수 있다. 방열판(42)은 히트파이프(41)에 관통되어 연결된다.
구체적으로, 방열판(42)들은 하방에서 상방으로 이격되어 적층된다. 즉, 방열판(42)들은 히트파이프(41)의 길이방향을 따라 이격되어 적층된다. 방열판(42)들은 히트파이프(41)의 길이 방향과 수직된 방향으로 길게 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 서로 인접한 방열판(42)들은 얇은 판 형상으로 주위의 공기가 조명기기의 수평방향으로 흐를 수 있는 공간을 정의하게 된다.
또한, 방열판(42)은 하우징(10)과 접촉하여 하우징(10)에서 열을 전달받을 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 방열판(42)은 하우징(10)의 베이스(11)와 면 접촉된다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 칩 마운터와 히트파이프를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제2실시예에 따른 광원모듈 패키지(1A)는 제1실시예와 비교하면, 히트파이프(41)의 형상 및 배치에 차이점이 존재한다.
제2실시예에서 히트파이프(41)의 단면 형상은 다각형이고, 히트파이프(41)의 일면이 베이스(11) 상에 노출된다. 그리고, 노출된 히트파이프(41)의 일면에 칩 마운터(20)가 접촉된다. 히트파이프(41)와 칩 마운터(20)는 면 접촉된다. 따라서, 칩 마운터(20)의 열이 신속하게 히트파이프(41)로 전달될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광원모듈 패키지의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제3실시예에 따른 광원모듈 패키지(1B)는 제1실시예와 비교하면, 윈도우(90)를 더 포함한다.
윈도우(90)는 하우징(10)의 개구를 커버하여서, 외부의 충격 및 이물질로부터 레이저 다이오드(30)를 보호한다. 윈도우(90)는 광이 투과되는 재질로 이루어진다.
또한, 윈도우(90)와 하우징(10)에 의해 정의되는 공간에는 질소 등이 충진될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 광원모듈 패키지의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제4실시예에 다른 광원모듈 패키지(1C)는 도 4에 도시된 실시예와 비교하면 버퍼층(50)이 생략된 구성이다.
이 때, 칩 마운터(20)는 전기 전도성을 가지고, 제1컨택 블럭(61)과 전기적으로 연결된다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다
10: 하우징
20: 칩 마운터

Claims (17)

  1. 광과 열이 발생하고 하부에 제1전극과 상부에 제2전극이 배치되는 복수 개의 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드들의 제1전극을 지지하고 전기 전도성을 가지는 칩 마운터; 및
    상기 칩 마운터가 지지되고, 상기 칩 마운터가 위치될 공간을 정의하며, 일면에 상기 레이저 다이오드들에서 생성된 빛이 방출되는 개구를 가지는 하우징을 포함하고,
    상기 칩 마운터는 상기 개구가 형성되는 상기 하우징의 일면과 교차되게 배치되어 상기 레이저 다이오드들의 제1전극이 접촉되는 접촉면을 가지는 광원모듈 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는,
    상기 제1전극 상에 배치되는 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 위치하는 활성층; 및
    상기 활성층 상에 위치되고, 상기 제2전극의 하부에 위치된 제2도전형 반도체층을 포함하는 광원모듈 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 칩 마운터는,
    CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함하는 광원모듈 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 칩 마운터와 상기 레이저 다이오드 사이에 배치되고, 상기 칩 마운터의 열팽창 계수와 상기 레이저 다이오드의 열팽창 계수 사이의 열팽창 계수를 가지며, 전기 전도성을 가지는 버퍼층을 더 포함하는 광원모듈 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 칩 마운터에 위치되어 제1극성의 전원이 연결되는 제1컨택 블럭과,
    상기 칩 마운터에 위치되어 제1극성의 전원과 반대 극성의 제2극성의 전원의 연결되는 제2컨택 블럭과,
    상기 칩 마운터와 상기 제2컨택 블럭 사이에 위치되는 절연층을 더 포함하는 광원모듈 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2컨택 블럭과 상기 레이저 다이오드들의 제2전극을 전기적으로 연결하는 다수의 전도성 와이어를 더 포함하는 광원모듈 패키지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2컨택 블럭과 상기 레이저 다이오드들의 제2전극을 전기적으로 연결하고, 상기 레이저 다이오드들과 상기 제2컨택 블럭의 적어도 일부를 커버하는 전도판을 더 포함하는 광원모듈 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도판과 상기 칩 마운터의 접촉면 사이를 절연하는 절연막을 더 포함하는 광원모듈 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에 설치되어 상기 칩 마운터 및 하우징에서 전달받은 열을 전달하는 히트파이프와,
    상기 히트파이프와 열적으로 연결된 방열판을 더 포함하는 광원모듈 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 히트파이프는 상기 칩 마운터의 길이 방향과 평행하게 배치되는 광원모듈 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 히트파이프는 상기 칩 마운터와 접촉되는 광원모듈 패키지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드들은 상기 칩 마운터의 길이 방향을 따라 소정의 피치를 가지고 배열되는 광원모듈 패키지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 칩 마운터가 지지되는 베이스와,
    상기 베이스와 마주보는 방향에 개구를 정의하는 측벽과,
    상기 측벽에 배치되는 제1컨택 핀과 제2컨택 핀을 포함하는 광원모듈 패키지.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 칩 마운터는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 텡스텐(W) 및 철(Fe) 등으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금을 포함하는 광원모듈 패키지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 버퍼층은 CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함하는 광원모듈 패키지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 버퍼층은 전기 전도성을 가지는 광원모듈 패키지.
  17. 광과 열이 발생하는 복수 개의 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드들과 열적으로 연결되고, 상기 레이저 다이오드들을 지지하는 칩 마운터; 및
    상기 칩 마운터가 지지되고, 상기 칩 마운터가 위치될 공간을 정의하는 하우징을 포함하고,
    상기 칩 마운터는,
    CuMo, CuW, 다이아몬드, 그래핀 및 도핑된 다이아몬드 중 어느 하나를 포함하는 광원모듈 패키지.




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