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KR101611517B1 - Led light module with improved reliability - Google Patents

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KR101611517B1
KR101611517B1 KR1020140030109A KR20140030109A KR101611517B1 KR 101611517 B1 KR101611517 B1 KR 101611517B1 KR 1020140030109 A KR1020140030109 A KR 1020140030109A KR 20140030109 A KR20140030109 A KR 20140030109A KR 101611517 B1 KR101611517 B1 KR 101611517B1
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배정운
심종영
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Abstract

본 발명은 LED 조명모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세라믹기판 사용시 기판을 지지할 뿐만 아니라 광균일도, 열전도성 및 방열특성이 향상된 구조를 갖는 LED 조명모듈에 대한 것이다.The present invention relates to an LED lighting module, and more particularly, to an LED lighting module having a structure that not only supports a substrate when using a ceramic substrate, but also has improved light uniformity, thermal conductivity, and heat radiation characteristics.

Description

신뢰성이 향상된 LED 조명모듈{LED LIGHT MODULE WITH IMPROVED RELIABILITY}[0001] LED LIGHT MODULE WITH IMPROVED RELIABILITY [0002]

본 발명은 LED 조명모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세라믹 기판 사용시 기판을 지지할 뿐만 아니라 광균일도, 열전도성 및 방열특성이 향상된 구조를 통해 신뢰성이 향상된 LED 조명모듈에 대한 것이다.
The present invention relates to an LED lighting module, and more particularly, to an LED lighting module having improved reliability through a structure that not only supports a substrate when using a ceramic substrate, but also has improved light uniformity, thermal conductivity, and heat dissipation characteristics.

일반적으로 LED(Light Emitting Diode)는 전류가 흐르면 빛을 내는 반도체소자로써, GaAs, GaN 광반도체로 이루어진 PN접합 다이오드로 전기에너지를 빛에너지로 변환시킨다. 이러한 LED는 저전압으로 고효율의 광을 조사할 수 있어 가전제품, 전광팜, 디스플레이 등 다양한 전자기기에 이용될 수 있다.In general, LED (Light Emitting Diode) is a semiconductor device that emits light when current flows, and converts electrical energy into light energy with a PN junction diode made of GaAs or GaN optical semiconductor. Such an LED can irradiate light of high efficiency with low voltage and can be used in various electronic devices such as home appliances, all-optical palm, and display.

LED 조명모듈은 일반적으로 전도층 및 절연층을 포함하는 기판 또는 인쇄회로기판을 포함한다. 상기 절연층은 일반적으로 열경화성 수지 등과 같이 절연재료면서 어느 정도의 열전도 특성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 그러나 LED 조명 모듈의 경우 수직 방향으로의 열전도율이 탁월하여야 하나, 상기 절연층이 열전도성을 갖는 재료로 이루어져 있다고 하더라도 수직방향으로의 열전도율이 탁월하게 좋지는 못하기 때문에 발광 중 온도상승에 의한 LED 칩의 발광효율 감소와 열 스트레스로 인한 LED 조명모듈의 불량률을 높이는 문제점이 존재한다.The LED lighting module generally includes a substrate or printed circuit board including a conductive layer and an insulating layer. The insulating layer may be an insulating material such as a thermosetting resin or the like and may have a certain degree of thermal conductivity. However, in the case of the LED lighting module, the thermal conductivity in the vertical direction should be excellent. However, even if the insulating layer is made of a material having thermal conductivity, since the thermal conductivity in the vertical direction is not excellent, There is a problem of increasing the defective rate of the LED lighting module due to the thermal stress.

LED 조명모듈에 사용되는 수지의 경우 상대적으로 고온의 환경에서 열적 안정성이 떨어지기 때문에 조명 모듈에 수지 사용을 배제한 LED 조명모듈 개발에 대한 요구가 커지고 있다. LED 조명모듈에서 수지의 역할은 전극과 기판 사이의 절연성을 유지하면서 발광 및 소등의 반복된 극한의 온도 변화 환경에서 접착력을 강화하는 것이므로 기판과 전극 사이의 접착력을 높게 유지하는 것이 가장 중요하다. 따라서, 두 물질 사이의 접착력은 조명의 장기 신뢰성을 결정짓는 아주 중요한 특성이 된다. 특히 현재 고출력 조명에서 요구되는 고품의 고전력 모듈의 개발에서는 매우 중요하다고 할 수 있다. 고출력 조명 모듈의 경우 LED 광원에서 만들어지는 열이 매우 많으며 온도가 높다. 이로 인해 등기구의 점등/소등시 기판이 받는 열적스트레스가 매우 클 수밖에 없다. 이러한 온도의 급격한 변화는 사용된 수지가 열적스트레스를 견딜 수 없어 모듈이 정상적으로 제 역할을 할 수 없게 만드는 경우가 매우 빈번하게 일어난다. In the case of resin used for LED lighting module, the thermal stability is lowered in a relatively high temperature environment. Therefore, there is a growing demand for the development of an LED lighting module which does not use the resin in the lighting module. The role of the resin in the LED lighting module is to maintain the insulation between the electrode and the substrate, and to strengthen the adhesion in the repeated extreme temperature change environment of light emission and extinction. Therefore, it is most important to maintain the adhesion force between the substrate and the electrode. Thus, the adhesion between the two materials is a very important property that determines the long-term reliability of the illumination. Especially, it is very important in the development of high power high power module required in high power lighting. For high power lighting modules, the heat generated by the LED light source is very high and the temperature is high. As a result, the thermal stress received by the substrate when the luminaire is turned on / off is inevitably very large. This rapid change in temperature occurs very frequently when the resin used can not withstand thermal stresses, rendering the module unable to function normally.

이러한 수지 사용이 배제된 조명모듈의 제작은 열적 안정성 및 산화 안정성이 뛰어난 금속이 많이 사용되고, 그에 따라 이들 금속이 모듈의 표면에 노출되는 면적이 넓어진다. 백색 발광의 경우 형광체를 사용하고 있기 때문에 형광체에 의해서 반사되는 빛이 많아, 이를 다시 반사시켜 모듈 밖으로 추출해야 높은 효율의 조명모듈 제작이 가능하다. 따라서 반사율이 낮은 금속 사용에 의한 재반사율 감소 문제점을 해결하여야 한다.
The manufacturing of the lighting module excluding the use of such a resin often uses metals having excellent thermal stability and oxidation stability, thereby exposing the surface of these modules to the surface of the module. In the case of white light emission, since the phosphor is used, the light reflected by the phosphor is large, and the light is reflected back to the outside of the module. Therefore, the problem of reducing the reflectance due to the use of a metal having a low reflectance should be solved.

따라서, 본 발명의 목적은 세라믹소재의 기판을 사용하여 절연층을 포함하지 않으면서도 광균일도, 열전도성 및 방열특성이 향상된 구조를 통해 신뢰성이 향상된 LED 조명모듈을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an LED lighting module using a substrate made of a ceramic material and having improved reliability through a structure having improved light uniformity, thermal conductivity, and heat dissipation characteristics without including an insulating layer.

본 발명의 다른 목적은 COB (Chip On Board)전체 내에서 열분포를 균일하게 하여 광균일도를 향상시킬 수 있는 구조의 조명모듈을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide an illumination module having a structure capable of uniformizing thermal distribution throughout a COB (Chip On Board) to improve light uniformity.

본 발명의 다른 목적은 납땜시 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있는 구조의 조명모듈을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a lighting module having a structure capable of preventing the substrate from being damaged during soldering.

본 발명의 다른 목적은 세라믹소재의 기판을 지지하여 기판의 두께를 얇게 형성할 수 있는 구조의 조명모듈을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a lighting module having a structure in which a substrate of a ceramic material is supported to form a thin substrate.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.
The object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and although not explicitly mentioned, the object of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the detailed description of the invention .

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 세라믹 소재의 기판; 상기 기판 상에 형성되는 전극층과 상기 전극층을 덮는 반사층을 포함하고 상기 기판 상에 서로 일정간격 이격되어 배치되도록 2개 이상 형성되는 (+)슬러그층 및 (-)슬러그층; P형 및 n형 전극을 구비하여 상기 (+)슬러그층 또는 (-)슬러그층의 반사층 상에 형성되는 2개 이상의 LED칩; 및 상기 기판의 하부에 형성되는 금속보호막;을 포함하는 조명 모듈을 제공한다.In order to accomplish the objects of the present invention described above, first, the present invention provides a ceramic substrate, A positive slug layer and a negative slug layer formed on the substrate and including at least two electrode layers formed on the substrate and a reflective layer covering the electrode layer, the spacers being spaced apart from each other by a predetermined distance; Two or more LED chips formed on the reflective layer of the (+) slug layer or the (-) slug layer with P-type and n-type electrodes; And a metal protective layer formed on the lower surface of the substrate.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속보호막은 10nm 내지 50㎛의 두께를 갖는다. In a preferred embodiment, the metal protective film has a thickness of 10 nm to 50 탆.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속보호막은 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상으로 이루어진다. In a preferred embodiment, the metal protective film is made of at least one of copper (Cu) and aluminum (Al).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속보호막은 본딩, 도금 또는 스퍼터링 중 어느 하나의 방법으로 형성된다. In a preferred embodiment, the metal protective layer is formed by any one of bonding, plating, and sputtering.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판과 상기 금속보호막의 두께는 서로 반비례 관계이다. In a preferred embodiment, the thickness of the substrate and the metal protective film are inversely proportional to each other.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 소재는 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(AlOx), 및 질화규소(SiN) 중 하나 이상으로 이루어진다. In a preferred embodiment, the ceramic material comprises at least one of aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (AlOx), and silicon nitride (SiN).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전극층은 구리(Cu)로 이루어진다.In a preferred embodiment, the electrode layer is made of copper (Cu).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사층은 은(Ag), 니켈(Ni) 및 금(Au) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진다.In a preferred embodiment, the reflective layer comprises at least one of silver (Ag), nickel (Ni), and gold (Au).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사층은 니켈(Ni)/은(Ag)층 또는 니켈(Ni)/금(Au)/ 은(Ag)층이다. In a preferred embodiment, the reflective layer is a Ni / Ag layer or a Ni / Au / Ag layer.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 LED 칩은 수직형 LED 칩 또는 수평형 LED 칩을 포함한다.In a preferred embodiment, the LED chip comprises a vertical LED chip or a horizontal LED chip.

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.The present invention has the following effects.

먼저, 본 발명의 LED 조명모듈은 세라믹소재의 기판을 사용하여 절연층을 포함하지 않으면서도 광균일도, 열전도성 및 방열특성이 향상된 구조를 통해 신뢰성이 향상된다. First, the LED lighting module of the present invention improves the reliability of the LED lighting module by using the substrate of the ceramic material and improving the light uniformity, thermal conductivity, and heat dissipation characteristics without including the insulation layer.

또한, 본 발명의 LED 조명모듈은 COB전체 내에서 열분포를 균일하게 하여 광균일도를 향상시킬 수 있는 구조를 갖는다. Further, the LED lighting module of the present invention has a structure capable of improving the uniformity of light by uniformizing thermal distribution in the entire COB.

또한, 본 발명의 LED 조명모듈은 납땜시 기판이 손상되는 것을 방지할 수 있다. Further, the LED lighting module of the present invention can prevent the substrate from being damaged during soldering.

또한, 본 발명의 LED 조명모듈은 세라믹소재의 기판을 지지하여 기판의 두께를 얇게 형성할 수 있다. In addition, the LED lighting module of the present invention can support a substrate of ceramic material to form a thin substrate.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.
These technical advantages of the present invention are not limited to the above-mentioned technical scope, and even if not explicitly mentioned, the effect of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the concrete contents for carrying out the invention Of course.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수직형LED칩을 사용하는 조명모듈의 개략도이다.
도 2는 도 1의 LED 조명모듈에 포함되는 수직형 LED 칩의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 수평형 LED 칩을 사용하는 조명모듈의 개략도이다.
도 4는 도 3의 LED조명모듈에 포함되는 수평형 LED칩의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 수평형 LED 칩을 사용하는 조명모듈의 개략도이다.
1 is a schematic view of a lighting module using a vertical LED chip according to a first embodiment of the present invention.
2 is a detailed view of a vertical LED chip included in the LED lighting module of FIG.
3 is a schematic view of a lighting module using a horizontal LED chip according to a second embodiment of the present invention.
4 is a detailed view of a horizontal LED chip included in the LED lighting module of FIG.
5 is a schematic view of a lighting module using a horizontal LED chip according to a third embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Accordingly, the terms used in the present invention should not be construed to be mere terms, but should be interpreted based on the ordinary meanings of the terms and contents described throughout the specification of the present invention.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수직형LED칩을 사용하는 조명모듈의 개략도이고, 도 1의 LED 조명모듈에 포함되는 수직형 LED 칩의 상세도이다.1 is a schematic view of a lighting module using a vertical LED chip according to a first embodiment of the present invention, and is a detailed view of a vertical LED chip included in the LED lighting module of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명모듈(100)은 기판(110), (+)슬러그층(121), (-)슬러그층(123), LED칩(130), 본딩 와이어(140) 및 금속보호막(150)을 포함한다.1 and 2, the LED lighting module 100 according to the present invention includes a substrate 110, a positive slug layer 121, a negative slug layer 123, an LED chip 130, A wire 140 and a metal protective film 150.

먼저, 본 발명에 따른 LED 조명모듈은 세라믹소재의 기판을 사용함으로써 열경화성 수지 등으로 이루어진 절연층을 포함하지 않아도 되므로, 이로 인하여 LED 조명모듈의 제조공정이 단순화되어 제조비용이 감소하는 경제적인 효과 또한 누릴 수 있다.First, since the LED lighting module according to the present invention does not need to include an insulating layer made of a thermosetting resin or the like by using a ceramic substrate, the manufacturing process of the LED lighting module is simplified, Can enjoy.

따라서, 기판(110)은 세라믹소재로 이루어지기만 하면 제한되지 않지만, 고열전도율특성을 갖는 세라믹소재인 것이 바람직하다. 즉 반도체소자의 고출력화에 의해 전류밀도와 발열밀도가 증대하는 것에 대응하기 위해 세라믹기판의 열저항을 저감할 필요가 있기 때문이다. Accordingly, the substrate 110 is not limited as long as it is made of a ceramic material, but is preferably a ceramic material having a high thermal conductivity. That is, it is necessary to reduce the thermal resistance of the ceramic substrate in order to cope with the increase in the current density and the heat generation density due to the high output of the semiconductor device.

이러한 고열전도율 특성을 갖는 세라믹소재로 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(AlOx) 및 질화규소(SiN) 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 기판이 사용될 수 있다. 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(AlOx) 또는 질화규소(SiN)로 이루어진 기판은 매우 높은 절연 특성을 가짐과 동시에 내열성, 내식성, 높은 열전도성을 가질 수 있다. A substrate made of a ceramic material having such high thermal conductivity characteristics and containing at least one of aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (AlOx) and silicon nitride (SiN) may be used. A substrate made of aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (AlOx), or silicon nitride (SiN) can have a very high insulating property, and can have heat resistance, corrosion resistance, and high thermal conductivity.

이와 같은 세라믹 소재의 기판으로 인해 LED 조명모듈의 전기적 안정성은 향상시키면서 높은 열전도 특성으로 인하여 열 스트레스에 의한 LED 조명모듈의 불량률을 감소시킬 수 있으며, LED 조명모듈 자체의 방열특성을 향상시킬 수 있다.
Due to the ceramic substrate, it is possible to improve the electrical stability of the LED lighting module and to reduce the defective rate of the LED lighting module due to thermal stress due to the high heat conduction characteristic and improve the heat radiation characteristic of the LED lighting module itself.

특히, 본 발명에 따른 LED 조명모듈(100)은 세라믹 소재 기판(110)의 하부에 금속보호막(150)을 더 형성함으로써 세라믹 소재 기판(110)을 보호할 수 있다. 즉 세라믹소재 기판 하부에 금속보호막을 형성하게 되면 기판을 지지할 뿐만 아니라 납땜시 기판이 깨지는 현상을 방지할 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로 살펴보면, 납땜은 (+)와 (-) 슬러그층 위에 형성된다. 이 경우 납땜을 위해 가해진 고열이 금속인 슬러그층에서는 매우 빠르게 전달된다. 하지만 하부의 세라믹 소재 기판 특히 산화알루미늄 기판은 이러한 열을 빠르게 전달하기에는 열전도 특성이 충분히 높지 않아서, 산화알루미늄 기판과 슬러그층 사이에는 매우 심한 열적스트레스가 가해진다. 이러한 횡적 열 스트레스는 금속 보다는 스트레스에 약한 산화알루미늄 기판에 균열을 만들거나 깨지는 현상을 유발한다. 이러한 제조 공정상의 어려움을 본 발명의 금속보호막을 도입하게 되면 충분히 해결될 수 있다. 또한 본 발명의 금속보호막은 산화알루미늄 기판이 받은 열 및 열적 스트레스를 빠르게 전달 받아 외부로 내보냄으로서 모듈의 전체적인 방열 특성을 최적화시킬 뿐만 아니라 LED 모듈 내에서 열분포를 균일하게 하여 광균일도를 향상시키고 광효율을 증가시킬 수 있다. In particular, the LED lighting module 100 according to the present invention can protect the ceramic material substrate 110 by further forming a metal protective film 150 below the ceramic material substrate 110. That is, if a metal protective film is formed on the lower part of the ceramic substrate, it is possible not only to support the substrate but also to prevent the substrate from being broken during soldering. More specifically, soldering is formed on the (+) and (-) slug layers. In this case, the high heat applied for soldering is transmitted very quickly in the slag layer, which is a metal. However, the underlying ceramic substrate, especially the aluminum oxide substrate, does not have a sufficiently high thermal conductivity to rapidly transfer such heat, so that very high thermal stress is applied between the aluminum oxide substrate and the slug layer. These transverse thermal stresses cause cracking or cracking of stressed aluminum oxide substrates rather than metals. This difficulty in the manufacturing process can be sufficiently solved by introducing the metal protective film of the present invention. In addition, the metal protective film of the present invention not only optimizes the overall heat dissipation characteristics of the module by rapidly transferring heat and thermal stress received from the aluminum oxide substrate to the outside, thereby improving the uniformity of heat distribution in the LED module, .

금속보호막(150)은 열전도특성이 우수한 금속이기만 하면 제한되지 않지만 Cu, Al 또는 이들의 합금일 수 있다. 금속보호막(150)의 두께는 10nm 내지 50㎛ 범위일 수 있는데, 세라믹 소재 기판의 두께가 얇으면 두껍게 형성하고 세라믹 소재 기판의 두께가 충분히 두꺼우면 얇게 형성하는 것이 바람직하다. The metal protective film 150 is not limited as long as it is a metal having excellent heat conduction characteristics, but may be Cu, Al, or an alloy thereof. The thickness of the metal protective layer 150 may be in the range of 10 nm to 50 占 퐉. If the thickness of the ceramic substrate is thin, the thickness of the ceramic substrate is preferably thick and thin if the thickness of the ceramic substrate is sufficiently thick.

예를 들어 질화알루미늄(AlN)과 같이 우수한 열전도특성 등 필요특성을 갖지만 비싼 소재를 사용하는 경우에는 기판을 얇게 형성하고 금속보호막을 두껍게 형성하게 되면 금속보호막이 우수한 지지체로 작용함은 물론 열방출을 용이하게 하여 기판의 열적스트레스를 감소시킴으로써 더욱 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 이와 같은 구조를 갖게 되면 제조단가가 현저히 감소되어 더욱 저비용으로 LED 조명모듈을 생산할 수 있는 장점을 갖는다.For example, when aluminum nitride (AlN) is used, it is required to have excellent heat conduction characteristics. However, when expensive materials are used, if the substrate is formed thin and the metal protective film is thickly formed, Thereby reducing the thermal stress of the substrate, thereby further improving reliability. In addition, if such a structure is provided, the manufacturing cost is remarkably reduced, and the LED lighting module can be produced at a lower cost.

한편, 종래와 같은 LED구조에서는 세라믹 소재로 산화알루미늄(AlOx)을 사용하는 경우 질화알루미늄에 비해 거의 20배 이상 저렴하지만 열전도특성 등의 필요특성이 현저하게 떨어지게 되어 우수한 성능의 LED조명모듈을 얻을 수 없는 문제점이 있었다. 하지만, 본 발명과 같이 금속보호막(150)을 세라믹 소재 기판(110)의 하부에 형성한 구조를 갖는 LED조명모듈에서는 세라믹소재로 산화알루미늄을 사용하더라도 이러한 특성적 단점을 보완하여 질화알루미늄 소재 기판으로 구성된 LED조명모듈에서 얻을 수 있는 정도 이상의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, when using aluminum oxide (AlOx) as a ceramic material in the conventional LED structure, the required characteristics such as thermal conductivity characteristics are remarkably lowered, which is almost 20 times cheaper than aluminum nitride, There was no problem. However, in the LED lighting module having the structure in which the metal protective film 150 is formed on the bottom of the ceramic substrate 110 as in the present invention, even if aluminum oxide is used as the ceramic material, There is an advantage in that reliability higher than that obtained by the configured LED lighting module can be secured.

본 발명에서 금속보호막(150)은 세라믹 소재의 기판(110) 하부에 공지된 모든 방법으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 본딩, 도금 또는 스퍼터링방법이 이용될 수 있을 것이다. 특히 스퍼터링 방법으로 금속을 세라믹소재 기판(110)상에 증착시켜 금속보호막(150)을 형성하게 되면 기판(110)과 금속보호막(150)이 강한 접착력을 갖게 될 뿐만 아니라 열방출 및 열적스트레스를 고려하여 최적의 두께를 갖도록 두께를 정밀하게 제어하여 형성할 수 있다. 따라서 금속보호막(150)은 스퍼터링 방법으로 증착되어 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the metal protective layer 150 may be formed by any known method under the substrate 110 of the ceramic material. For example, a bonding, plating or sputtering method may be used. Particularly, when metal is deposited on the ceramic material substrate 110 by the sputtering method to form the metal protective film 150, not only the substrate 110 and the metal protective film 150 have strong adhesive force but also consider heat release and thermal stress So that the thickness can be precisely controlled so as to have an optimum thickness. Therefore, it is preferable that the metal protective layer 150 is formed by a sputtering method.

이와 같이 본 발명에 따르면, 기판(110)이 가져야 할 높은 열전도율, 전기적 절연성을 사용자가 원하는 데로 조정할 수 있는 이점을 갖는다.
As described above, according to the present invention, there is an advantage that the high thermal conductivity and the electrical insulating property that the substrate 110 should have can be adjusted as desired by the user.

(+)슬러그층(121) 및 (-)슬러그층(123)은 기판(110) 상에 형성되고 서로 일정간격 이격되어 교대로 또는 인접하여 배치되도록 형성될 수 있다. (+)슬러그층(121) 및 (-)슬러그층(123)은 2개 이상 형성되는데 각각 쌍으로 포함될 수도 있으며, 어느 하나가 더 많이 형성될 수도 있고, 그 수는 한정되지 않는다.The (+) slug layer 121 and the (-) slug layer 123 may be formed on the substrate 110 and spaced apart from each other and arranged alternately or adjacent to each other. (+) Slug layer 121 and a (-) slug layer 123 are formed, and each of the slug layer 121 and the slug layer 123 may be formed as a pair, and any one of them may be formed.

(+)슬러그층(121) 및 (-)슬러그층(123) 각각은 기판(110) 상에 형성되는 전극층(125a, 125b)과 상기 전극층(125a, 125b)을 덮는 반사층(127a, 127b)을 포함한다.Each of the positive slug layer 121 and the negative slug layer 123 includes electrode layers 125a and 125b formed on the substrate 110 and reflection layers 127a and 127b covering the electrode layers 125a and 125b. .

전극층(125a, 125b)은 전도성금속층이면 제한되지 않지만 바람직하게는 구리(Cu)층으로 이루어질 수 있다.The electrode layers 125a and 125b may be formed of a copper (Cu) layer, although not limited thereto.

반사층(127a, 127b)은 은(Ag), 니켈(Ni) 및 금(Au) 중 적어도 어느 하나로 이루어진 층을 포함한다. 예를 들어, 반사층(127a, 127b)은 은(Ag)층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(127a, 127b)은 니켈(Ni)층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(127a, 127b)은 금(Au)층으로 이루어질 수 있다. The reflective layers 127a and 127b include a layer made of at least one of silver (Ag), nickel (Ni), and gold (Au). For example, the reflective layers 127a and 127b may be formed of a silver (Ag) layer. For example, the reflective layers 127a and 127b may be formed of a nickel (Ni) layer. For example, the reflective layers 127a and 127b may be formed of a gold (Au) layer.

또는 반사층(127a, 127b)은 은(Ag)층, 니켈(Ni)층, 금(Au)층 중 적어도 2이상의 복합층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(127a, 127b)은 니켈(Ni)/은(Ag)층 또는 니켈(Ni)/금(Au)/ 은(Ag)층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 은(Ag)층이 반사층(127a, 127b)의 맨 위층이 되도록 한다.Or the reflective layers 127a and 127b may be composed of a composite layer of at least two or more of a silver (Ag) layer, a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer. For example, the reflective layers 127a and 127b may be formed of a Ni / Ag layer or a Ni / Au / Ag layer. In this case, the silver (Ag) layer is made to be the top layer of the reflective layers 127a and 127b.

반사층(127a, 127b)은 일반적인 도금 또는 증착방식에 의하여 형성될 수 있다. The reflective layers 127a and 127b may be formed by a general plating or vapor deposition method.

반사층(127a, 127b)은 전극층(125a, 125b)을 부식이나 외부의 오염으로부터 보호하는 역할을 수행한다. 또한, 반사층(127a, 127b)은 후술할 LED칩(130)에서 발광되는 빛이 반사되도록 하여 LED 조명모듈의 광량의 증가에 기여할 수 있다.
The reflective layers 127a and 127b serve to protect the electrode layers 125a and 125b from corrosion and external contamination. In addition, the reflective layers 127a and 127b may reflect light emitted from the LED chip 130 to be described later, thereby contributing to an increase in the amount of light of the LED lighting module.

LED 칩(130)은 수직형 LED칩 또는 수평형 LED 칩을 포함할 수 있다. The LED chip 130 may include a vertical LED chip or a horizontal LED chip.

예를 들어, LED 칩(130)이 수직형 LED칩으로 구현될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 LED 칩(130)은 발광구조물을 포함하고, 발광구조물의 양면에 p형 전극(131)과 n형 전극(139)이 형성된다. 발광 구조물은 에피(epi) 층이라고도 불리우며, p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층, 133), 활성층(135) 및 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층, 137)이 순차적으로 적층된 반도체층이다. 이때, p-GaN층(133), 활성층(135) 및 n-GaN층(137)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤x≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 질화갈륨계 반도체 물질일 수 있으며, 유기금속화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 공정과 같은 공지의 질화물 증착공정을 통해 형성될 수 있다. 그리고 활성층 양자우물층과 장벽층이 반복적으로 형성된 다중양자우물(Multi Quantum Well)층 일 수 있다. 이와 같은 발광 구조물의 p-GaN층(133) 상에는 p형 전극(131)이 형성되고, n-GaN층(137) 상에는 n형 전극(139)이 형성된다. 그리고 p-GaN층(133) 상에는 p형 전극(131)을 덮도록 지지층(132)이 형성될 수 있다. 지지층(132)은 수직형 LED 칩을 기판(110) 상에 형성할 때 p형 전극(131)을 보호하고 수직형 LED 칩(130)을 지지하는 역할을 수행하게 된다.
For example, when the LED chip 130 is implemented as a vertical LED chip, the LED chip 130 includes a light emitting structure as shown in FIG. 2, and a p-type electrode 131 and a p- an n-type electrode 139 is formed. The light emitting structure is also called an epi layer, and a p-type GaN-based semiconductor layer (p-GaN layer 133), an active layer 135 and an n-type GaN based semiconductor layer (n-GaN layer 137) Layered semiconductor layer. In this case, the p-GaN layer 133, the active layer 135 and the n-GaN layer 137 are formed of Al x In y Ga (1-xy) N composition formula (0? X? 1, 0? X? 1, y < = 1), and may be formed through a known nitride deposition process such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) process. And a multi quantum well layer in which an active layer quantum well layer and a barrier layer are repeatedly formed. A p-type electrode 131 is formed on the p-GaN layer 133 of the light emitting structure and an n-type electrode 139 is formed on the n-GaN layer 137. A supporting layer 132 may be formed on the p-GaN layer 133 to cover the p-type electrode 131. The support layer 132 protects the p-type electrode 131 and supports the vertical LED chip 130 when the vertical LED chip is formed on the substrate 110.

(+) 슬러그층(121)을 이루는 전극층(125a), 반사층(127b) 및 반사층(127b) 상에 적층되는 수직형 LED 칩(130)의 지지층은 모두 전도성 물질로 이루어진다. 또한, n형 전극은 본딩 와이어(140)로 역시 전도성 물질인 (-) 슬러그층(123)과 연결된다. 따라서, (+) 슬러그층(121)과 (-) 슬러그층(123)에 외부 전원을 연결하면 공급하면 발광 구조물에 전류가 흘러 활성층에서 빛이 발광하게 된다.The support layer of the vertical LED chip 130 stacked on the electrode layer 125a, the reflection layer 127b and the reflection layer 127b constituting the (+) slug layer 121 are all made of a conductive material. Also, the n-type electrode is connected to the (-) slug layer 123, which is also a conductive material, by the bonding wire 140. Accordingly, when an external power source is connected to the (+) slug layer 121 and the (-) slug layer 123, current flows through the light emitting structure to emit light in the active layer.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명모듈은, 도면에 도시하지는 않았으나 상기 LED 칩의 상부 표면에 도포되는 형광체(미도시)를 더 포함할 수 있다. 형광체는, 상기 LED 칩이 모두 도포되도록 하거나 상기 LED 칩의 빛이 방출되는 표면에만 도포될 수도 있다. 상기 형광체 도포에 의하여 발광하는 빛의 색을 조정할 수 있다. 예를 들어, 청색 LED 칩 상에 노란색 형광체를 도포하면 백색광이 방출되는 LED 조명모듈을 획득할 수 있다. In addition, the LED lighting module according to the first embodiment of the present invention may further include a phosphor (not shown) applied to the upper surface of the LED chip, though not shown in the figure. The phosphor may be applied only to the surface of the LED chip where all of the LED chip is coated or the light is emitted from the LED chip. The color of the light emitted by applying the phosphor can be adjusted. For example, when a yellow phosphor is coated on a blue LED chip, an LED lighting module in which white light is emitted can be obtained.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 조명모듈은 일반적인 절연층을 포함하지 않는 기판(110)을 포함하고 있는 것으로서, 기판(110) 자체가 세라믹소재로 된 높은 열전도성을 가지고 있고, 기판(110)의 하부에 금속보호막(150)을 더 형성함으로써 LED 조명모듈의 열전도율 및 방열특성을 향상시켜 열스트레스로 인한 LED 조명모듈 제작의 불량율을 현저히 감소시킬 수 있다. Accordingly, the LED lighting module according to the first embodiment of the present invention includes a substrate 110 that does not include a general insulating layer, and the substrate 110 itself has a high thermal conductivity made of a ceramic material, The metal protective layer 150 is further formed on the lower portion of the LED lighting module 110, thereby improving the thermal conductivity and heat dissipation characteristics of the LED lighting module, thereby remarkably reducing the defective rate of manufacturing the LED lighting module due to thermal stress.

또한, 슬러그층(121, 123)은 반사층(127)을 포함하고 있어서 백색광 구현 시 LED칩(130) 상에 도포된 형광체로부터 반사되어 되돌아오는 빛이 모듈 외부로 재반사가 잘 될 수 있도록 하여 LED 조명모듈(100) 자체의 광량이 증가되도록 하여 LED 조명모듈의 효율을 향상시킬 수 있다.
In addition, since the slug layers 121 and 123 include the reflection layer 127, light reflected from the phosphors coated on the LED chip 130 during white light emission can be reflected to the outside of the module, The light quantity of the lighting module 100 itself is increased, and the efficiency of the LED lighting module can be improved.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 수평형 LED 칩을 사용하는 조명모듈의 개략도이고, 도 4는 도 3의 LED조명모듈에 포함되는 수평형 LED칩의 상세도이다.FIG. 3 is a schematic view of a lighting module using a horizontal LED chip according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a detailed view of a horizontal LED chip included in the LED lighting module of FIG.

도 3은 도 1의 실시예 중에서 LED칩이 수직형 LED칩이 아닌 수평형 LED칩을 포함하는 경우를 도시하고 있으며, 도 4는 도 3에 사용된 수평형 LED칩의 상세도이다.FIG. 3 shows a case where the LED chip includes the horizontal LED chip, not the vertical LED chip, in the embodiment of FIG. 1, and FIG. 4 is a detailed view of the horizontal LED chip used in FIG.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명모듈(100)은 기판(110), (+)슬러그층(121a, 121b), (-)슬러그층(123a, 123b), 수평형 LED칩(130a, 130b), 본딩와이어(140) 및 금속보호막(150)을 포함한다.3 and 4, the LED lighting module 100 according to the second embodiment of the present invention includes a substrate 110, (+) slug layers 121a and 121b, (-) slug layers 123a and 123b , Horizontal LED chips 130a and 130b, a bonding wire 140, and a metal protective film 150. [

각 구성요소의 상세 설명은 상기 도 1에서와 동일 또는 유사하므로 상세설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 실시예에서는 수평형 LED칩 및 수평형 LED칩의 사용으로 인한 본딩와이어(140)의 연결이 도 1과 상이할 뿐이다. The detailed description of each component is the same as or similar to that shown in FIG. 1, and therefore, detailed description thereof will be omitted. However, in this embodiment, the connection of the bonding wires 140 due to the use of the horizontal type LED chips and the horizontal type LED chips is different from that of FIG.

또한, 도 4에 도시된 수평형 LED칩(130)의 구조 또한 공지된 수평형 LED칩의 구조와 동일하지만 간단히 살펴보면 다음과 같다. The structure of the horizontal flat LED chip 130 shown in FIG. 4 is also the same as that of a known horizontal flat type LED chip, but will be briefly described below.

제1(+)슬러그층(121a) 상에 제1수평형 LED칩(130a)이 형성되는데, 먼저 제1수평형 LED칩(130a)의 기판(132)이 형성되고, 그 위에 n형 질화갈륨계 반도체층(n-GaN층, 137), n-GaN층의 일부분 상에 n형전극(139)과 다른 일부분 상에 활성층(335), 활성층(335) 상에 p형 질화갈륨계 반도체층(p-GaN층, 133), p형 전극(131)이 차례로 적층되어 있다.A first horizontal LED chip 130a is formed on the first (+) slug layer 121a. First, a substrate 132 of the first horizontal LED chip 130a is formed. An n-type gallium nitride Type semiconductor layer (n-GaN layer) 137 is formed on part of the n-type GaN layer, an active layer 335 on the other part of the n-type electrode 139 and the active layer 335, a p-GaN layer 133, and a p-type electrode 131 are sequentially stacked.

이와 동일한 구성을 갖는 제2수평형 LED칩(130b)이 제2(-)슬러그층(123b)에 형성된다.And the second horizontal LED chip 130b having the same configuration is formed in the second (-) slug layer 123b.

따라서, 제1수평형 LED칩(130a)의 p형 전극(131)은 제1(-)슬러그층(123a)과 본딩와이어(141)로 연결되고, 제1수평형 LED칩(130a)의 n형 전극(139)은 제2수평형 LED칩(130b)의 p형 전극과 본딩 와이어(142)로 연결되며, 제2수평형 LED칩(130b)의 n형 전극은 제2(-)슬러그층(123b)과 본딩 와이어(143)로 연결된다.
Therefore, the p-type electrode 131 of the first horizontal LED chip 130a is connected to the first (-) slug layer 123a by the bonding wire 141, and the n-type electrode 131 of the first horizontal LED chip 130a is connected to the n- Type electrode 139 is connected to the p-type electrode of the second horizontal LED chip 130b by the bonding wire 142 and the n-type electrode of the second horizontal LED chip 130b is connected to the second (- (123b) and the bonding wire (143).

도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 수평형 LED 칩을 사용하는 조명모듈의 개략도이다. 도 5의 LED조명모듈(100)은 하나의 (+)슬러그층(121a)을 길게 형성한 후 다수개의 수평형 LED칩(130a 내지 130e)을 형성한 것을 제외하면 도 3의 대응 구성요소와 동일하므로, 동일한 설명은 여기에서 생략하기로 한다.5 is a schematic view of a lighting module using a horizontal LED chip according to a third embodiment of the present invention. The LED lighting module 100 of FIG. 5 is the same as the corresponding component of FIG. 3 except that a plurality of horizontal LED chips 130a to 130e are formed after a single slag layer 121a is formed long. Therefore, the same description will be omitted here.

따라서, 하나의 (+)슬러그층(121a)에 제1 내지 제5 수평형 LED칩(130a 내지 130e)이 형성된 경우, 본딩와이어(140)의 연결을 살펴보면 먼저 제1수평형 LED칩(130a)의 p형 전극은 제1(-)슬러그층(123a)과 본딩와이어(141)로 연결되고 제1수평형 LED칩(130a)의 n형 전극은 제2수평형 LED칩(130b)의 p형 전극과 본딩 와이어(142)로 연결된다. Accordingly, when the first through fifth horizontal LED chips 130a through 130e are formed on the (+) slug layer 121a, the first horizontal LED chip 130a is connected to the bonding wire 140, The p-type electrode of the second horizontal LED chip 130b is connected to the first slug layer 123a by the bonding wire 141 and the n-type electrode of the first horizontal LED chip 130a is connected to the p- And the bonding wire 142 is connected to the electrode.

제2수평형 LED칩(130b)의 n형 전극은 제3수평형 LED칩(130c)의 p형 전극과 본딩와이어(143)로 연결되고, 제3수평형 LED칩(130c)의 n형 전극은 제4수평형 LED칩(130d)의 p형 전극과 본딩 와이어(144)로 연결된다. The n-type electrode of the second horizontal type LED chip 130b is connected to the p-type electrode of the third horizontal type LED chip 130c by the bonding wire 143. The n-type electrode of the third horizontal type LED chip 130c is connected to the n- Is connected to the p-type electrode of the fourth horizontal LED chip 130d by the bonding wire 144.

제4수평형 LED칩(130d)의 n형 전극은 제5수평형 LED칩(130e)의 p형 전극과 본딩와이어(145)로 연결되고, 제5수평형 LED칩(130e)의 n형 전극은 제2(-)슬러그층(123b)과 본딩 와이어(146)로 연결된다.The n-type electrode of the fourth horizontal type LED chip 130d is connected to the p-type electrode of the fifth horizontal type LED chip 130e by the bonding wire 145, and the n-type electrode of the fifth horizontal type LED chip 130d Is connected to the second (-) slug layer 123b by a bonding wire 146.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
Although several embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the present invention . The scope of the invention will be determined by the appended claims and their equivalents.

100: LED 조명모듈 110: 기판
121, 121a, 121b: (+)슬러그층 123, 123a, 123b: (-)슬러그층
130, 130a, 130b, 130c, 130d, 130e : LED 칩
140: 본딩 와이어 150: 금속보호막
100: LED lighting module 110: substrate
(+) Slug layer 123, 123a, 123b: (-) slug layer
130, 130a, 130b, 130c, 130d, 130e: LED chip
140: bonding wire 150: metal shield

Claims (10)

세라믹 소재의 기판;
상기 기판 상에 형성되는 전극층과 상기 전극층을 덮는 반사층을 포함하고 상기 기판 상에 서로 일정간격 이격되어 교대로 또는 인접하여 배치되도록 2개 이상 형성되는 (+)슬러그층 및 (-)슬러그층;
P형 및 n형 전극을 구비하여 상기 (+)슬러그층 또는 (-)슬러그층의 반사층 상에 형성되는 2개 이상의 LED칩; 및
상기 기판의 하부에 형성되는 금속보호막;을 포함하는데,
상기 반사층은 니켈(Ni)/은(Ag)층 또는 니켈(Ni)/금(Au)/ 은(Ag)층인 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
A ceramic substrate;
A (+) slug layer and a (-) slug layer which are formed on the substrate and include at least two electrode layers formed on the substrate and a reflective layer covering the electrode layer, the spacers being spaced apart from each other by a predetermined distance;
Two or more LED chips formed on the reflective layer of the (+) slug layer or the (-) slug layer with P-type and n-type electrodes; And
And a metal protective layer formed under the substrate,
Wherein the reflective layer is a nickel (Ni) / silver (Ag) layer or a nickel (Ni) / gold (Au) / silver (Ag) layer.
제 1 항에 있어서,
상기 금속보호막은 10nm 내지 50㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the metal protective film has a thickness of 10 nm to 50 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 금속보호막은 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the metal protective film is made of at least one of copper (Cu) and aluminum (Al).
제 1 항에 있어서,
상기 금속보호막은 본딩, 도금 또는 스퍼터링 중 어느 하나의 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 LED 조명모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the metal protective layer is formed by any one of bonding, plating, and sputtering.
제 1 항에 있어서,
상기 기판과 상기 금속보호막의 두께는 서로 반비례 관계인 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the substrate and the metal protective film are inversely proportional to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 세라믹 소재는 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(AlOx) 및 질화규소(SiN) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the ceramic material is at least one of aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (AlOx), and silicon nitride (SiN).
제 1 항에 있어서,
상기 전극층은 구리(Cu)로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode layer is made of copper (Cu).
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 LED 칩은 수직형 LED 칩 또는 수평형 LED 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the LED chip comprises a vertical LED chip or a horizontal LED chip.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101179579B1 (en) * 2010-07-30 2012-09-05 배정운 LED light module and manufacturing methode of thesame

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