KR20050113736A - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열 성능이 뛰어나고, 회로 설계의 자유를 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은 방열판; 상기 방열판 상에 구비된 발광 다이오드칩; 상기 발광 다이오드칩 둘레를 감싸면서, 상기 방열판 상에 구비된 월; 상기 방열판 상에 구비된 월에 형성된 몰드부; 및 상기 방열판 상에 형성되고, 복수개의 외부 단자를 구비한 인쇄회로기판; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 인쇄회로기판 상에는 상기 월과 대응되는 홀이 형성되어 있고, 상기 몰드부와 대응되면서 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 렌즈부를 더 포함하며, 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 외부 단자들은 상기 발광 다이오드칩의 전극 단자와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 외부 단자들은 적어도 2개 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 방열 성능이 뛰어나고, 회로 설계의 자유를 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 LED(Light Emitting Diode)란 발광 다이오드라고도 부르며, 이는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용되는 소자이다.

보통 LED의 사용 범위는 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 종류는 크게 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 나뉘어 진다.

상기의 LED의 구조는 일반적으로 다음과 같다.

일반적으로 적색 LED와 달리 청색 LED는 사파이어 기판 상에 N형 GaN 층이 형성되고, 상기 N형 GaN 층 표면의 일측 상에 N-메탈이 있고, 상기 N-메탈이 형성된 영역 이외에 활성층을 형성되어 있다.

그리고, 상기 활성층 상에 P형 GaN 층이 형성되고, 상기 P형 GaN 층 상에 P-메탈이 형성되어져 있다.

상기 활성층은 P 메탈을 통하여 전송되어 오는 정공과 N 메탈을 통하여 전송해오는 전자가 결합하여 광을 발생시키는 층이다.

상기와 같은 LED는 출력되는 광의 세기에 따라, 가정용 가전 제품, 전광판 등에 사용되는데, 다음은 백라이트용 리드 프레임 상에 LED를 패키지한 구조를 도시한 것이다.

특히, LED는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 있고, 주변 기기인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등도 더욱 소형화되고 있다.

따라서, PCB(Printed Circuit Board: 이하 PCB라고 함) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device: 이하, SMD라 함)형으로 만들어지고 있다.

이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD 형으로 개발되고 있다.

이러한 SMD는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.

상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전동 등 요구되는 휘도의 량도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 쓰이고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 분해한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 LED 패키지 구조는 외부 PCB로부터 상기 발광 다이오드에 전원을 인가시키기 위한 전극 리드 프레임(102)이 발광 다이오드 패키지 몸체(100)에 각각 형성 배치되어 있다.

상기 발광 다이오드 패키지 몸체(100) 상부에는 발광 다이오드(10)에서 발생되는 광의 광효율을 향상시키기 위해서 몰드 렌즈(111)가 부착된다.

상기 발광 다이오드 패키지 몸체(100) 하측으로는 발광 다이오드(10)를 실장한 어셈블리가 결합하는데, 먼저 전기적 전도체(20) 상에 광반사율이 높은 반사컵(21)을 결합한다.

상기 발광 다이오드(10)는 실리콘으로 형성된 서브 마운트(SMD: 15) 상에 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩으로 실장되는데, 도면에는 도시하지 않았지만, 서브 마운트(15)를 식각하여 서브 마운트 내측에 반사홀을 형성하고, 상기 반사홀 상에 반사층을 형성한 다음 상기 발광 다이오드(10)를 실장한다.

이렇게 상기 서브 마운트(15) 상에 발광 다이오드(10)가 실장되면 상기 서브 마운트(15)를 상기 전도체(20) 상에 형성되어 있는 반사컵(21) 상에 실장한 다음, 전원이 인가될 수 있도록 상기 발광 다이오드 몸체(100)의 전극 리드 프레임(102)과 전기적 연결 공정을 진행한다.

이렇게 조립된 발광 다이오드 패키지는 상기 발광 다이오드(10)에서 발생한 광을 상기 반사컵(21)에서 반사시킨 다음, 상기 몰드 렌즈(111)를 통하여 외부로 발산하게 된다.

그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지는 높은 출력의 광을 얻기 위해서 전류의 크기를 높일 경우에는 패키지내의 방열 성능이 좋지 않아 높은 열이 발생하는 문제가 있다.

이와 같이 패키지 내부에 높은 열이 방열되지 않고, 그대로 존재할 경우 저항이 매우 높아져 광효율이 저하된다.

또한, 종래 발광 다이오드 패키지는 전도체, 반사컵, 패키지 몸체 등이 각각 분리되어 있으므로 열저항체들이 많이 존재하여 상기 발광 다이오드에서 발생하는 열이 쉽게 외부로 전달되지 않는 단점이 있다.

본 발명은, 금속 방열판 상에 직접 LED 칩을 실장하고, LED 칩의 전극 단자와 연결된 외부 단자를 플러스(+)측과 마이너스(-)측으로 구분하여, 각각 두 개 이상씩 형성함으로써, 방열 성능이 뛰어나고, 회로 설계의 자유를 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는,

방열판;

상기 방열판 상에 구비된 발광 다이오드칩;

상기 발광 다이오드칩 둘레를 감싸면서, 상기 방열판 상에 구비된 월;

상기 방열판 상에 구비된 월에 형성된 몰드부; 및

상기 방열판 상에 형성되고, 복수개의 외부 단자를 구비한 인쇄회로기판; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 인쇄회로기판 상에는 상기 월과 대응되는 홀이 형성되어 있고, 상기 몰드부와 대응되면서 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 렌즈부를 더 포함하며, 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 외부 단자들은 상기 발광 다이오드칩의 전극 단자와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 외부 단자들은 적어도 2개 이상인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 발광다이오드 칩은 서브 마운트와 상기 서브 마운트 상에 형성되는 발광 다이오드와 전극단자를 포함하고, 상기 발광 다이오드 칩은 발광 색상을 변화시키기 위한 인광제를 포함하며, 상기 방열판 상에는 상기 발광 다이오드칩과 방열판 상에 형성되는 회로패턴 및 전극 단자와 전기적 절연을 위해서 절연층이 더포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드부는 상측이 렌즈 형상이고, 상기 홀의 크기는 상기 월이 노출가능하도록 상기 월의 외주면 보다 크거나 같으며, 상기 방열판과 인쇄회로기판의 구조는 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 오각형, 육각형 중 어느 하나의 형태이고, 상기 발광 다이오드 칩은 서브 마운트 상에 발광 다이오드가 실장된 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 금속 방열판 상에 직접 LED 칩을 실장하고, LED 칩의 전극 단자와 연결된 외부 단자를 플러스(+)측과 마이너스(-)측으로 구분하여, 각각 두 개 이상씩 형성함으로써, 방열 성능이 뛰어나고, 회로 설계의 자유를 높일 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 패키지(200)는 금속 방열판(201)상에 절연층(203)을 상부면 전면에 형성하고, 상기 절연층(203) 상에 직접 발광 다이오드칩(220)을 실장하였다.

상기 발광 다이오드칩(220)은 서브 마운트(220b) 상에 형성되어 있는 홈 내측에 발광 다이오드(220a)가 실장되어 있는 구조를 하고 있다.

상기 발광 다이오드(LED: 220a)의 발광 면적을 넓히기 위해서 플립칩 본딩 방식으로 상기 발광 다이오드(220a)를 서브 마운트(220b)에 실장하였다.

그리고 상기 방열판(201) 상에는 상기 발광 다이오드칩(220)의 전극과 전기적으로 연결을 위한 회로 패턴과 전극 단자(204a, 204)가 형성되어 있다.

상기 발광 다이오드칩(220)이 실장되어 있는 주위에는 상기 발광 다이오드칩(220) 둘레를 감싸기 위한 월(wall:230)이 형성되어 있다.

상기 월(230) 내측에는 에폭시 몰딩을 하여 몰드 렌즈(222)가 형성되어 있어, 상기 발광 다이오드칩(220)에서 발생되는 광을 외부로 확산시킨다.

도면에서는 도시하였지만, 설명하지 않은 205는 납땜을 나타낸다.

도 3은 상기 도 2의 I-I'를 절단한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 열전도가 우수한 금속 방열판(201) 상에 절연층(203)이 전면에 형성되어 있고, 상기 절연층(203) 상에 회로 패턴과 연결된 전극 단자(204a, 204)가 형성되어 있다.

상기 방열판(201) 중심 영역에는 발광 다이오드칩(220)을 외부에서 감싸고 있는 월(230)이 형성되어 있는데, 상기 월(230)은 상기 전극 단자 또는 절연층(203) 상에 접착제(225)에 의해 부착되어 있다.

따라서, 상기 월(230) 내측에 실장되어 있는 발광 다이오드칩(220)은 상기 월(230)에 의해서 외부와 차단된다.

상기 월(230) 내측에 실장되어 있는 발광 다이오드칩(220)은 상기 방열판(201)의 절연층(203) 상에 실장되는데, 상기 발광 다이오드칩의 서브 마운트(220b)와 상기 절연층(203) 사이에 금속 패이스트(paste: 207)에 의해 부착되어 있다.

상기 패이스트(207)는 열전도가 좋은 Ag를 사용한다.

상기 발광 다이오드칩(220)은 실리콘과 같은 절연 반도체 재질로 되어 있는 상기 서브 마운트(220b)에 발광 다이오드(220a)를 플립칩 방식으로 본딩 되어 있다.

상기 서브 마운트(220b) 상에 실장되어 있는 발광 다이오드(220a)는 광출력 면적을 넓히기 위해서 플립칩 방식으로 본딩 되어 있고, 상기 발광 다이오드(220a)의 P전극과 N전극은 솔더(solder)에 의해서 상기 서브 마운트(220b) 상에 형성된 전극 단자와 연결된다.

그리고 상기 서브 마운트(220b)의 전극 단자는 와이어(211) 본딩에 의해서 상기 방열판(201) 상에 형성되어 있는 도전 배선(209)과 연결된다.

또한, 상기 발광 다이오드(220a)가 실장되어 있는 상기 서브 마운트(220b) 상에는 인광제(221)가 몰딩되어 있어, 상기 발광 다이오드(220a)가 발광하는 광의 색을 변화시킨다.

그리고, 상기 발광 다이오드칩(220)이 실장되어 있는 월(230) 내측에는 몰딩 렌즈(222)가 형성되어 있어 상기 발광 다이오드칩(220)으로부터 발생되는 광효율을 향상시켰다.

도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 도 2에서와 같이 방열판(201) 상에 발광 다이오드칩이 실장되면, 상기 발광 다이오드칩에 구동신호를 인가하기 위한 인쇄회로기판(260)을 부착하여 발광 다이오드 패키지(200)를 형성한다.

따라서, 상기 인쇄회로기판(206)은 상기 방열판(201) 상에 실장되어 있는 상기 월(wall)이 외부로 노출될 수 있도록 홀이 형성되어 있다.

또한, 상기 인쇄회로기판(206) 상에는 플러스(+) 단자와 마이너스(-) 단자로 구별되는 외부 단자(301, 302)들이 각각 적어도 두 개 이상이 형성하여, 상기 발광 다이오드 패키지(200)의 설계 자유도를 높였다.

즉, 발광 다이오드 패키지의 외부 단자가 다수개 형성되어 있으면, 상기 발광 다이오드 패키지가 실장되는 회로에서 공간 배치 및 다른 회로 소자들과의 자유롭게 연결할 수 있게 된다.

그리고 상기 인쇄회로기판(206) 상에 형성되어 있는 외부 단자(301, 302)들 하부에는 상기 인쇄회로기판(206)을 관통한 비아홀(via hole) 상에 전도성 금속과 연결되어 있고, 전도성 금속은 방열판(201) 상에 형성되어 전극 단자와 납땜에 의해서 전기적으로 연결된다.

따라서, 상기 인쇄회로기판(206) 상에 형성되어 있는 외부 단자(3010, 302)는 상기 발광 다이오드칩의 전극 단자들과 전기적으로 연결되어 있어, 상기 발광 다이오드에 구동신호를 인가할 수 있도록 되어 있다.

상기 인쇄회로기판(206)이 방열판(201) 상에 부착되면 상기 인쇄회로기판(206) 상에 형성한 홀 외측으로 렌즈부(300)를 부착한다. 상기 렌즈부(300)는 월(wall) 외측으로 발광되는 광이 외부로 확산될 수 있도록 하는 역할을 한다.

이때, 상기 렌즈부(300)를 상기 인쇄회로기판(206) 상에 체결하기 위해서 상기 인쇄회로기판 상에는 체결홈(310)이 형성되어 있다.

본 발명에서는 방열판(201)과 인쇄회로기판(206)의 형상을 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 오각형, 육각형들과 같이 다양하게 형성하여, 발광 다이오드 패키지의 외형 구조를 다양하게 변형하여 제작할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 발광 다이오드칩을 직접 방열판에 실장하여 방열 성능을 높이면서, 발광 다이오드에 구동신호를 인가하는 인쇄회로기판 상에 다수개의 외부 단자를 형성하여 설계 자유도를 높였다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 금속 방열판 상에 직접 LED 칩을 실장하고, LED 칩의 전극 단자와 연결된 외부 단자를 플러스(+)측과 마이너스(-)측으로 구분하여, 각각 두 개 이상씩 형성함으로써, 방열 성능이 뛰어나고, 회로 설계의 자유를 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 분해한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 사시도.

도 3은 상기 도 2의 I-I'를 절단한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

200: 발광 다이오드 패키지 201: 방열판

203: 절연층 204, 204a: 전극 단자

205: 납땜 211: 와이어(wire)

220a: 발광 다이오드 220b: 서브 마운트

220: 발광 다이오드칩 230: 월(wall)

Claims (12)

1. 방열판;

   상기 방열판 상에 구비된 발광 다이오드칩;

   상기 발광 다이오드칩 둘레를 감싸면서, 상기 방열판 상에 구비된 월;

   상기 방열판 상에 구비된 월에 형성된 몰드부; 및

   상기 방열판 상에 형성되고, 복수개의 외부 단자를 구비한 인쇄회로기판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판 상에는 상기 월과 대응되는 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰드부와 대응되면서 상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 외부 단자들은 상기 발광 다이오드칩의 전극 단자와 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판 상에 형성되어 있는 외부 단자들은 적어도 2개 이상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광다이오드 칩은 서브 마운트와 상기 서브 마운트 상에 형성되는 발광 다이오드와 전극단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광 다이오드칩은 발광 색상을 변화시키기 위한 인광제를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열판 상에는 상기 발광 다이오드칩과 방열판 상에 형성되는 회로패턴 및 전극 단자와 전기적 절연을 위해서 절연층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 몰드부는 상측이 렌즈 형상인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
10. 제 2 항에 있어서,

    상기 홀의 크기는 상기 월이 노출 가능하도록 상기 월의 외주면 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 방열판과 인쇄회로기판의 구조는 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 오각형, 육각형 중 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 발광 다이오드칩은 서브 마운트 상에 발광 다이오드가 실장된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.