WO2010047528A2

WO2010047528A2 - 멀티칩 엘이디 패키지

Info

Publication number: WO2010047528A2
Application number: PCT/KR2009/006090
Authority: WO
Inventors: 김덕용
Original assignee: 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2010-04-29
Also published as: WO2010047528A3

Abstract

본 발명은 멀티칩 엘이디 패키지에 관한 것으로, 본 발명 멀티칩 엘이디 패 키지는, 깔대기 모양의 비아홀을 포함하며, 일면에 회로배선이 형성된 PCB를 두어, 상기 비아홀의 경사면을 엘이디칩에서 방출되는 광의 반사판으로 사용하도록 구성 된다. 또한 상기 엘이디칩과 비아홀은 다수로 형성될 수 있으며, 상기 엘이디 칩은 방열판인 메탈베이스에 직접 본딩되어 구성된다. 이와 같은 구성의 본 발명은 열방출이 용이한 메탈베이스 상에 직접 엘이디 칩을 접합하고, PCB(Printed Circuit Board)의 경사진 비아홀면을 반사판으로 사용 하여 별도의 방열구조 및 반사판이 요구되지 않아 구조 및 제조공정을 단순화하여 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티칩 엘이디 패키지

본 발명은 멀티칩 엘이디 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 반사판 및 방열구조가 요구되지 않는 멀티칩 엘이디 패키지에 관한 것이다.

일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라고 함)는 전류의 인가에 의해 빛을 발생시키는 소자로서, 기존의 광원에 비하여 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 소비전력이 작은 이점이 있다. 이와 같은 이점을 이용하여 최근 LED를 이용한 조명장치 및 평판디스플레이 장치의 백라이트로 그 적용분야가 확대되고 있다.

LED는 각각 적색, 녹색, 청색의 광을 발생시키는 개별 소자들의 광을 혼합하여, 상기 조명장치 및 백라이트에서 백색광을 발생시키는 형태로 기판에 패키징하는 방법과, 단일한 칩 내에 상기 적색, 녹색, 청색의 LED가 포함된 LED칩을 기판에 접합하고, 와이어 본딩을 통해 패키징하는 방법으로 크게 분류할 수 있으며, 이와 같은 종래 엘이디 패키지를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 엘이디 패키지의 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면 종래 엘이디 패키지는, 메탈베이스(1)와, 상기 메탈베이스(1)의 상면 전체에 증착된 절연층(2)과, 상기 절연층(2)의 상부 일부에 부착된 LED칩들(3)과, 상기 절연층(2)의 상부에 위치하여 상기 LED칩들(3) 각각에 전원을 공급하기 위한 배선층(4)과, 상기 배선층(4)과 LED칩들(3) 각각을 연결하는 와이어(5)와, 상기 LED칩들(3) 각각과는 소정거리 이격되는 위치의 상기 배선층(4) 및 절연층(2)의 상부에 위치하는 반사판(6)과, 상기 반사판(6)이 이루는 공간에서 상기 LED칩들(3)의 상부일부까지 위치하는 봉지제(EMC: Epoxy Molding Compound)(7)와, 상기 봉지제(7)의 상부에서 상기 반사판(6)의 높이까지 위치하는 확산제(8)와, 상기 구조의 상부전면에 위치하는 렌즈(9)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 엘이디 패키지의 구성과 제조방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 메탈베이스(1)의 상부에 절연층(2)을 증착하고, 그 절연층(3)의 상부 전면에 금속배선물질을 증착한 후, 이를 사진식각공정(photo lithograpy)으로 식각하여 배선층(4)을 형성한다.

이때 배선층(4)은 서로간에 이격되도록 하여 LED칩(3)을 실장할 수 있는 공간을 확보한다.

그 다음, 그 배선층(4) 사이의 절연층(2) 상에 LED칩들(3)을 부착한다. 이때의 부착은 접착제를 이용할 수 있다. 그 다음, 와이어(5)를 배선층(4)과 LED칩들(3)에 각각 본딩하여 LED칩들(3) 각각에 전원을 공급할 수 있게 한다.

그 다음, 광을 확산시킬 수 있는 무기재료 또는 유기재료인 반사판(6)을 준비하고, 그 반사판(6)에 상기 LED칩(3)과 와이어(5)에 해당하는 부분이 노출될 수 있도록 비아홀을 형성하고, 그 반사판(6)을 LED칩(3)과 와이어(5)가 노출되도록 상기 절연층(2) 및 배선층(4) 상에 접합한다.

이때의 반사판(6)에 형성하는 비아홀은 그 측면부가 수직인 상태로 형성한다. 그 다음, 상기 반사판(6)의 비아홀부에 에폭시 수지 또는 실리콘 수지인 봉지제(7)를 충진한다. 이때 봉지제(7)의 충진높이는 상기 LED칩(3)의 높이 이상이며, 그 반 사판(6)의 높이에는 이르지 않는 정도로 한다. 그 다음, 상기 봉지제(7)의 상부에 무기재료 또는 유기재료로서 광을 확산시킬 수 있는 확산제(8)를 충진한다. 상기 확산제(8)의 높이는 반사판(6)과 동일하게 될 수 있도록 한다. 그 다음, 상기 반사판(6)과 확산제(8)의 상부전면에 렌즈(9)를 접합한다.

이와 같은 구성의 종래 멀티칩 엘이디 패키지는, 별도의 반사판(6)을 구비해야 발생된 광을 확산시킬 수 있는 구조이기 때문에 상대적으로 구조와 제조방법이 복잡 하여 제조비용이 증가하며, 수율이 저하되는 문제점이 있었다. 또한 열을 방출하기 위한 메탈베이스(1)를 사용하고 있으나, 그 메탈베이스(1)와 LED칩(3)이 절연층(2)을 사이에 두고 있어 열의 방출효율이 저하되어 조명기구로 사용하는 경우 별도의 방열구조가 요구되는 문제점이 있었다.

또한 반사판(6)의 사용으로 인하여 LED칩(3)간의 거리를 좁히는데 한계가 있어 소형의 고출력 조명장치를 제공할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 별도의 반 사판을 사용하지 않고도 광을 충분히 반사시켜 발산할 수 있는 멀티칩 엘이디 패키지를 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 엘이디칩을 메탈베이스 상에 직접 접합함으로써 엘이디칩에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 멀티칩 엘이디 패키지를 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 엘이디칩 간의 거리를 최소화하여 엘이디칩의 집적도를 높일 수 있는 멀티칩 엘이디 패키지를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지는, 엘이디 패키지에 있어서, 깔대기 모양의 비아홀을 포함하며, 일면에 회로배선이 형성된 PCB를 두어,상기 비아홀의 경사면을 엘이디칩에서 방출되는 광의 반사판으로 사용 하도록 구성된다.

또한 상기 엘이디칩과 비아홀은 다수로 형성될 수 있으며, 상기 엘이디 칩은 방열판인 메탈베이스에 직접 본딩된다.

본 발명은 열방출이 용이한 메탈베이스 상에 직접 엘이디칩을 접합하고, PCB(Printed Circuit Board)의 경사진 비아홀면을 금속도금하여 반사판으로 사용하여 별도의 반사판이 요구되지 않아 구조 및 제조공정을 단순화하여 제조비용을 절 감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기와 같이 엘이디칩 사이에 반사판을 사용하지 않음으로써, 그 엘이디칩 간의 거리를 최소화할 수 있어 집적도를 높일 수 있으며, 그 집적도의 향상에 의해 고출력의 조명장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 엘이디칩을 메탈베이스상에 직접 접합함으로써 엘이디칩에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 엘이디 패키지의 단면 구성도이다.

도 2는 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지 단일화소부의 단면도이다.

도 3은 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지의 복수 화소부의 단면도이다.

도 4는 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지의 분해사시도이다.

도 5는 본 발명에서 PCB의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCB의 평면도이다.

도 8은 다층의 PCB를 사용한 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:메탈베이스 20:엘이디칩들 30:PCB 31:비아홀

32:회로배선 33:금속층

34:전극패드 35:제1반사판

36:제2반사판 41:제1와이어

42:제2와이어 50:렌즈판

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참 조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지 단일화소부의 단면도이고, 도 3은 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지의 복수 화소부의 단면도이며, 도 4는 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지의 분해사시도이다.

도 2 내지 도 4를 각각 참조하면 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지의 바람직한 실시예는,

방열을 위한 메탈베이스(10)의 상부에 다수로 부착된 엘이디칩들(20)과,

상기 엘이디칩들(20)의 해당 위치에 깔때기형(taper)의 비아홀(via hole)(31)을 구비하며, 그 상면에는 엘이디칩들(20)의 연결을 위한 회로배선(32)이 형성되어 있는 PCB(Printed Circuit Board, 30)와,

상기 엘이디칩들(20) 각각과 상기 회로배선(32)을 연결하는 제1 및 제2와이 어(41,42)와,

상기 PCB(30)의 전면에 접착된 광학판(50)를 포함하여 구성된다.

미설명 부호 60은 상기 깔때기형 비아홀(31)에 충진되는 봉지제이고, 33은 그 비아홀(31)의 내에 마련되어 반사판으로 사용되는 금속층이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지의 바람직한 실시 예를 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 메탈베이스(10)는 히트싱크(HEAT SINK) 또는 방열 금속판이며, 그 메탈베이스(10) 상에 엘이디칩들(20)을 부착한다.

즉, 종래의 방열 배선기판을 사용하지 않는다.

도면에서는 원형의 메탈베이스(10)를 사용하였으나, 상면이 삼각형, 정사각형, 직사각형 등의 다각형 메탈베이스를 사용할 수 있다. 이는 조명기기의 형상에 따라 임의로 변경할 수 있다.

그리고 PCB(30)는 메탈베이스(10)에 접합되었을 때 상기 엘이디칩들(20)이 모두 노출될 수 있도록 그 엘이디칩들(20)의 대응되는 위치에 비아홀(31)을 형성한다.

이때, 상기 비아홀(31)은 종래의 원통형상이 아닌, 깔때기 모양으로 형성한다. 즉, 비아홀(31)은 상부가 하부에 비해 더 넓은 형상이 된다.

상기 PCB(30)의 크기 및 형상은 상기 메탈베이스(10)와 동일한 것이 바람직 하다.

그 다음, 상기 PCB(30)의 상면에는 상기 엘이디칩들(20)을 연결할 수 있도록 회로배선(32)을 형성한다. 이때 회로배선(32)은 상기 비아홀(31)의 내부측으로는 연결이 되어 있지 않다.

한편, 상기 비아홀(31)은 상기 엘이디칩(20)에서 발광되는 빛의 반사판으로 사용하기 위한 것으로, 반사효율을 높이기 위하여 별도의 도금공정을 통하여 그 내 부에 금속층(33)을 형성할 수 있다.

상기 금속층(33)의 재질로는 백금, 은, 니켈, 알루미늄 등의 반사율이 우수 한 금속을 사용할 수 있다.

그리고 상기 PCB(30)를 상기 메탈베이스(10)에 적층한 후, 엘이디칩(20)과 회로배선(32) 사이에 제1 및 제2와이어(41,42)를 이용하여 본딩을 한다.

그 다음 봉지제(60)를 상기 비아홀(31)에 충진하고, 상기 PCB(30) 상에 다수 의 렌즈를 포함하는 광학판(50)을 접착하여 패키징을 완료한다.

또한 참조부호 34는 상기 회로배선(32)에 전원을 공급하기 위한 전극패드이며, 상기 전극패드(34)는 PCB(30)의 일부를 관통하여 형성되어 있으며, 메탈베이스(10)에 마련된 홀(11)을 통해 저면측으로 노출된다. 이와 같이 노출된 전극패드(34)에 전원을 공급하여 엘이디칩들(20)을 구동할 수 있게 된다.

이와 같은 회로배선(32) 및 전극패드(34)의 구조는 일실시예이며, 당업자 수준에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있으며, 이는 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

도 5는 상기 PCB(30)의 일부를 나타낸 평면도로서, 이를 참조하여 상기 회로 배선(32) 및 비아홀(31)에 대해 좀 더 자세하게 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이 상기 비아홀 내부에 형성되는 금속층(33)은 PCB(30) 상면의 비아홀(31) 외주면으로부터 소정길이까지 연결되게 형성한다.

이는 상기 엘이디칩(20)으로부터 발광된 빛이 상기 광학판(50)에 의해 꺽여 PCB(30) 상면에 부딪히게 되는 경우 반사효율을 높이기 위한 것이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 단면 구성도이다.

도 6을 참조하면, 엘이디칩들(20)로부터 발광되는 빛의 반사효율을 높이기 위해 비아홀(31)을 단일한 경사면이 아닌 다수의 경사면을 가지는 것으로 형성한 예이다.

이때, 상기 비아홀(31)의 측면 경사면 내에 평탄한 부분을 두어 와이어 본딩이 보다 용이하도록 할 수 있다.

그러나 이때는 상기 PCB(30)의 상면에 형성된 회로배선(32)과 비아홀(31) 내 부의 금속층이 서로 연결되어야 하기 때문에 도 7에 도시한 평면도와 같이 그 금속 층을 나누어 제1 및 제2반사판(35,36)을 나누어 형성하여, 제1 및 제2반사판(35,36)을 전기적으로 분리한다.

또한 상기 제1 및 제2반사판(35,36)은 그 하부가 비아홀(31)의 하단부에는 미치지 못하도록 형성하여, 상기 메탈베이스(10)와 전기적으로 연결되지 않도록 한 다.

상기 실시예들에서는 PCB(30)를 단일층의 PCB를 예로 들어 설명하였으나, 다 층의 PCB(Multi-layer PCB)를 사용함이 가능하다.

도 8은 상기 다층의 PCB(70)를 사용한 본 발명의 다른 실시예의 단면 구성도 이다.

도 8을 참조하면, 상기 다층의 PCB(70)는 중간층에 구동회로부(71)를 형성할 수 있으며, 따라서 외부에서 별도의 엘이디 구동회로를 사용하지 않음으로써 보다 박형의 광원을 제공할 수 있다.

상기 구동회로부(71)는 배선이거나 기타 전압을 조정할 수 있는 회로패턴이 마련된 것일 수 있다.

종래의 엘이디 조명은 엘이디칩들에 전원을 공급할 수 있는 배선이 형성된 엘이디모듈과 그 엘이디모듈의 엘이디칩들을 개별 구동하는 구동회로부를 별도의 PCB에 형성하고, 이를 서로 연결하는 공정을 거쳐야 했다.

그러나 본 발명 멀티칩 엘이디 패키지는 엘이디를 구동하는 구동회로부를 동일한 PCB의 중간층에 형성하여 제조공정을 단순화하고, 보다 박형의 조명을 제공할 수 있게 된다.

열방출이 용이한 메탈베이스 상에 직접 엘이디칩을 접합하고, PCB(Printed Circuit Board)의 경사진 비아홀면을 금속도금하여 반사판으로 사용하여 별도의 반사판이 요구되지 않아 구조 및 제조공정을 단순화하여 제조비용을 절 감할 수 있는 것으로 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims

엘이디 패키지에 있어서,

깔대기 모양의 비아홀이 형성된 PCB(Printed Circuit Board)를 포함하며, 상기 비아홀의 경사면을 엘이디칩에서 방출되는 광의 반사용도로 사용하는 멀티칩 엘이디 패키지.
제1항에 있어서,

상기 비아홀과 상기 엘이디칩을 다수로 포함하는 멀티칩 엘이디 패키지.
제2항에 있어서,

상기 엘이디칩은 방열판인 메탈베이스에 본딩되는 멀티칩 엘이디 패키지.
제3항에 있어서,

상기 PCB는 상기 메탈베이스 상에 적층되는 멀티칩 엘이디 패키지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비아홀에 충진되는 봉지제를 더 포함하는 멀티칩 엘이디 패키지.
제5항에 있어서,

상기 PCB의 상부에 적층되는 광학판과, 상기 광학판은 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈는 상기 엘이디칩에 대응하는 위치에 존재하는 멀티칩 엘이디 패키지.
제5항에 있어서,

상기 비아홀의 경사면에 반사판을 구비하는 멀티칩 엘이디 패키지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비아홀의 경사면에 반사판을 구비하는 멀티칩 엘이디 패키지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 PCB는 다층의 PCB이며 중간층에 상기 엘이디칩들을 구동하는 구동회로부가 마련된 멀티칩 엘이디 패키지.