KR100579388B1 - 나선홈을 구비하는 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드패키지 - Google Patents

Abstract

나선홈을 구비하는 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지가 개시된다. 상기 발광 다이오드 패키지는 일 단부에 고리 모양의 제1 연결부를 갖는 제1 리드단자를 구비한다. 제2 리드단자가 상기 제1 리드단자와 이격되어 위치한다. 상기 제2 리드단자는 상기 제1 연결부에 가까이 위치하는 제2 연결부를 갖는다. 한편, 히트싱크가 상기 고리모양의 제1 연결부에 체결되어 위치한다. 상기 히트싱크는 상기 제1 연결부에 체결되도록 상부 측면에 나선홈을 갖는다. 또한, 패키지 본체가 상기 제1 리드단자, 제2 리드단자 및 히트싱크를 지지한다. 상기 패키지 본체는 상기 제2 연결부 및 상기 히트싱크의 상면을 노출시키는 개구부를 갖는다. 이에 따라, 상기 히트싱크와 상기 리드단자가 직접 연결되어 본딩와이어 수를 감소시킬 수 있으며, 발광다이오드 패키지 제조 공정이 쉬워진다.

발광 다이오드, 리드단자, 히트싱크, 패키지 본체, 나선홈

Description

나선홈을 구비하는 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE EMPLOYING A HEAT SINK WITH A SPRIAL GROOVE}

도 1은 종래의 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 사시도 및 평면도이다.

도 4는 본 발명의 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위해 도 2의 발광 다이오드 패키지에 발광 다이오드 다이 및 렌즈를 탑재한 단면도이다.

도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 발광 다이오드 패키지에 사용되는 리드단자들을 설명하기 위한 평면도들이다.

(도면의 주요부호에 대한 간략한 설명)

10: 발광 다이오드 패키지, 11: 패키지 본체,

13: 히트싱크, 15, 16: 리드단자,

17: 발광 다이오드 다이, 19: 본딩와이어,

21: 렌즈

본 발명은 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 나선홈을 구비하는 히트싱크를 채택함으로써 리드단자와 히트싱크를 직접 연결하여, 본딩와이어 연결이 용이하며 본딩와이어의 단선을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.

최근, 광원으로 발광 다이오드(light emitting diode; LED)의 사용이 증가하고 있다. 일반적으로, 조명용 광원과 같은 용도로 사용되기 위해서는, 발광 다이오드가 수십 루멘 이상의 광출력(luminous power)을 가질 것이 요구된다. 발광 다이오드의 광출력은 대체로 입력전력(input power)에 비례한다. 따라서, 발광다이오드에 입력되는 전력을 증가시키어 높은 광출력을 얻을 수 있다. 그러나, 입력되는 전력의 증가는 발광 다이오드의 접합 온도(junction temperature)를 증가시킨다. 상기 발광 다이오드의 접합 온도 증가는, 입력 에너지가 가시광으로 변환되는 정도를 나타내는, 발광 효율(photometric efficiency)의 감소로 이어진다. 따라서, 입력전력의 증가에 따른 발광 다이오드의 접합 온도 증가를 방지하는 것이 요구된다. 이를 위해, 발광 다이오드를 히트싱크 상에 부착하여, 상기 발광 다이오드에서 발생한 열을 상기 히트싱크를 통해 방출시키는 발광 다이오드 패키지가 소개된 바 있다.

상기 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지(이하, LED 패키지)가 미국특허 제6,274,924(B1)호에 "표면 실장 LED 패키지(surface mountable led package)"라는 제목으로 카레이 등(Carey et al.)에 의해 개시된 바 있다.

도 1은 상기 미국특허 제6,274,924(B1)호에 개시된 LED 패키지(100)를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 히트 싱크(heat sink, 103)가 삽입몰드형 본체(insert-molded body, 101) 내부로 배치된다. 상기 본체(101)는 금속 프레임 주변에 몰딩된 플라스틱 재료이다. 상기 히트 싱크(103)는 반사컵(113)을 포함할 수 있다. 한편, 발광 다이오드 다이(LED die, 105)가 직접 또는 간접적으로 열적으로 전도성인 서브마운트(submount, 109)를 통해 상기 히트 싱크(103)에 탑재된다. 한편, 본딩 와이어들(도시하지 않음)이 상기 LED 다이(105) 및 상기 서브마운트(109)로부터 금속 리드 단자들(111)로 연장된다. 상기 리드 단자들(111)은 전기적 및 열적으로 상기 히트 싱크(103)로부터 고립된다. 이에 더하여, 광학 렌즈(107)가 추가될 수 있다.

결과적으로, 상기 LED 다이(105)가 상기 히트 싱크(103) 상에 열적으로 커플링되기 때문에, 상기 LED 다이(105)를 낮은 접합 온도로 유지할 수 있다. 따라서, 상기 LED 다이(105)에 상대적으로 큰 입력전력을 공급할 수 있어 높은 광출력을 얻을 수 있다.

그러나, 상기 히트 싱크(103)는 상기 리드단자들(111)과 전기적으로 절연되므로, 상기 LED 다이(105)와 상기 리드단자들(111)을 전기적으로 연결하기 위한 본딩와이어들이 적어도 두개 이상 필요하다. 연결되는 본딩와이어 수의 증가는 본딩와이어 연결 공정을 어렵게 하며, 발광 다이오드 패키지를 사용하는 동안, 단선 및/또는 단락 등의 문제를 증가시킨다.

한편, 히트싱크가 본체에 삽입될 경우, 상기 히트싱크가 본체로부터 분리될 수 있다. 따라서, 히트싱크가 본체로부터 분리되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지가 요구된다.

또한, 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 다이에서 방출된 광을 일정한 지향각 내로 출사시키는 렌즈를 일반적으로 포함한다. 상기 렌즈는 미리 몰딩된 렌즈이거나, 에폭시를 성형하여 형성된 렌즈일 수 있다. 그러나, 이러한 렌즈는 발광 다이오드 패키지로부터 분리되기 쉽다. 따라서, 렌즈가 발광 다이오드 패키지로부터 분리되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지가 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 본딩와이어의 단선 및/또는 단락 등의 문제를 감소시킬 수 있는 고출력 발광 다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 히트싱크와 리드단자를 직접 연결하는 것이 용이한 발광 다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 히트싱크 또는 렌즈가 본체로부터 분리되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명은 나선홈을 구비하는 히트싱크를 채택하는 발광 다이오드 패키지를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 일 단부에 고리 모양의 제1 연결부를 갖는 제1 리드단자를 구비한다. 제2 리드단자가 상기 제1 리드단자와 이격되어 위치한다. 상기 제2 리드 단자는 상기 제1 연결부에 가까이 위치하는 제2 연결부를 갖는다. 한편, 히트싱크가 상기 고리모양의 제1 연결부에 체결되어 위치한다. 상기 히트싱크는 상기 제1 연결부에 체결되도록 상부 측면에 나선홈을 갖는다. 또한, 패키지 본체가 상기 제1 리드단자, 제2 리드단자 및 히트싱크를 지지한다. 상기 패키지 본체는 상기 제2 연결부 및 상기 히트싱크의 상면을 노출시키는 개구부를 갖는다. 이에 따라, 상기 히트싱크와 상기 리드단자가 직접 연결되어 본딩와이어 수를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 히트싱크를 상기 제1 연결부에 체결하는 것이 용이하여 발광다이오드 패키지 제조 공정이 쉬워진다.

상기 히트싱크는 기저부 및 상기 기저부의 중앙부분에서 상향 돌출된 돌출부를 가질 수 있다. 이때, 상기 나선홈은 상기 돌출부의 측면에 위치한다. 따라서, 발광 다이오드 패키지의 크기를 감소시키면서, 열방출을 촉진시킬 수 있다.

한편, 상기 제1 리드단자의 제1 연결부는 일부가 제거된 고리 모양일 수 있다. 그 결과, 상기 제2 리드단자의 제2 연결부를 상기 히트싱크에 더 가깝게 위치시킬 수 잇다.

한편, 상기 패키지 본체는, 상기 히트싱크를 상기 제1 리드단자의 제1 연결부에 체결하고 상기 제2 리드단자를 위치시킨 후, 열가소성 수지를 삽입몰딩하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 복잡한 구조를 갖는 패키지 본체가 쉽게 형성될 수 있다.

상기 히트싱크는 상기 기저부의 측면에 걸림홈을 가질 수 있다. 상기 걸림홈은 요철모양으로 형성될 수 있다. 상기 걸림홈은 상기 패키지 본체의 일부를 수용 하여, 상기 히트싱크가 상기 패키지 본체로부터 분리되는 것을 방지한다.

상기 발광 다이오드 패키지는 상기 돌출부 상부에 탑재된 발광 다이오드 다이를 더 포함할 수 있다. 본딩와이어가 상기 발광 다이오드 다이와 상기 제2 연결부를 전기적으로 연결한다.

또한, 상기 패키지 본체는 외주변부를 따라 위치하는 렌즈 수용홈을 더 가질 수 있다. 한편, 봉지재가 상기 패키지 본체의 개구부 및 상기 렌즈 수용홈을 채우며, 상기 발광 다이오드 다이의 상부를 덮을 수 있다. 따라서, 상기 봉지재와 상기 패키지 본체와 접합력이 증가하여, 상기 봉지재가 상기 발광 다이오드 패키지로부터 분리되는 것이 방지된다. 상기 봉지재는 렌즈일 수 있으며, 상기 발광 다이오드 다이에서 방출된 광이 일정한 지향각 내로 출사되도록 볼록 렌즈의 형상을 가질 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 히트싱크(13)를 채택하는 발광 다이오드 패키지(10)를 설명하기 위한 사시도 및 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위해 도 2의 발광 다이오드 패키지(10)에 발광 다이오드 다이(17) 및 렌즈(21)를 탑재한 단면도이다. 한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지(10)에 사용되는 리드단자(15, 16)를 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 사용되는 리드단자를 설명하기 위한 평면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(10)는 한 쌍의 리드단자(15, 16), 히트싱크(13) 및 상기 리드단자와 히트싱크를 지지하는 패키지 본체(11)를 포함한다.

제1 리드단자(15)는 일부분이 제거된 고리모양의 제1 연결부(15a)를 가지며, 상기 제1 연결부에서 연장되어 상기 패키지 본체(11)의 외부로 돌출된 외부 리드단자(15b)를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 리드단자는 닫힌 고리 모양의 연결부(25a)를 갖는 리드단자(25)일 수 있다. 또한, 제2 리드단자(16)는 제2 연결부(16a)를 가지며, 상기 제2 연결부(16a)에서 연장되어 외부로 돌출되는 외부 리드단자(16b)를 갖는다. 상기 제2 리드단자(16)는 상기 제1 리드단자(15)와 이격되어 위치하며, 상기 제2 연결부(16a)가 상기 제1 리드단자(15)의 제1 연결부(15a)에 가깝게 위치한다.

상기 제1 연결부(15a)가, 도 5에 도시된 바와 같이, 일부분이 제거된 고리모양일 경우, 도 6에 비해 제2 리드단자(16)를 제1 연결부의 중심에 더 가깝게 위치시킬 수 있다. 상기 제2 리드단자(16)를 제1 연결부(15a)의 중심에 가깝게 위치시킬 수록, 패키지 본체(11)의 크기를 감소시킬 수 있으며, 본딩와이어(19) 연결이 용이하다. 한편, 제1 연결부(15a)에서 제거된 부분은 전체 고리의 1/4 이하인 것이 바람직하다. 즉, 상기 제거된 부분이 작을 수록 상기 제1 연결부(15a)와 히트싱크(13)의 접촉면이 증가되어, 전기적 연결이 강화된다. 따라서, 이하에서는, 도 5의 리드단자들(15,16)을 기본으로 설명한다. 그러나, 도 5의 리드단자들(15, 16)에 한정하는 것은 아니며, 도 6의 리드단자들(25, 26)도 사용될 수 있다.

히트싱크(13)는 상부측면에 나선홈(13a)을 갖는다. 상기 히트싱크는 나선홈(13a)을 이용하여 상기 제1 연결부(15a)에 체결되며, 제2 리드단자(16)와는 이격된다. 따라서, 상기 히트싱크는 상기 제1 리드단자(15)에 직접 전기적으로 연결되며, 상기 히트싱크(13)가 발광 다이오드 패키지(10)로부터 분리되는 것이 방지된다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히트싱크(13)는 기저부 및 상기 기저부의 중앙부분에서 상향 돌출된 돌출부를 가질 수 있다. 이때, 나선홈(13a)은 상기 돌출부의 상부측면에 위치한다. 상기 돌출부는 도시된 바와 같이 원기둥 모양이나, 상기 기저부는 원기둥 모양에 한정되지 않으며, 다양한 모양이 가능하다. 한편, 상기 히트싱크(13)의 기저부 모양에 따라 상기 패키지 본체(11)의 외형이 변형될 수 있다. 예컨대, 상기 기저부의 모양이 원기둥인 경우, 상기 패키지 본체(11)의 외형은 도시된 바와 같이 원기둥일 수 있으며, 상기 기저부의 모양이 사각기둥인 경우, 상기 패키지 본체(11)의 외형은 사각기둥일 수 있다.

또한, 상기 히트싱크(13)는 상기 기저부 측면(13b)에 걸림홈을 가질 수 있다. 상기 걸림홈은 상기 기저부 측면(13b)의 일부에 형성될 수 있으나, 일면을 따라 연속적일 수도 있다. 상기 히트싱크(13)의 바닥면은 넓을 수록 열방출을 촉진시키므로, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기저부의 측면 중 하단부는 외부 에 노출될 수 있다. 그러나, 상기 걸림홈 및 그 위의 기저부 측면은 상기 패키지 본체(11)로 덮혀진다. 따라서, 상기 걸림홈이 상기 패키지 본체(11)의 일부를 수용함으로써, 상기 히트싱크(13)가 상기 패키지 본체(11)로부터 분리되는 것이 더욱 방지된다.

상기 히트싱크(13)는 전도성 물질로 형성되며, 특히 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 히트싱크(13)는 성형기술 또는 프레스 가공기술 등을 사용하여 형성될 수 있다.

패키지 본체(11)는 상기 히트싱크(13) 및 상기 리드단자들(15, 16)을 지지한다. 상기 패키지 본체(11)는 상기 리드단자들(15, 16)을 위치시키고, 상기 히트싱크(13)를 제1 연결부(15a)에 체결한 후, 열가소성 수지를 삽입몰딩하여 형성된다. 따라서, 상기 패키지 본체(11)는 상기 히트싱크(13)의 걸림홈을 채우며, 상기 히트싱크(13)와 리드단자들(15, 16)을 서로 고정시킨다.

상기 패키지 본체(11)는 상기 히트싱크(13)의 상부 및 상기 제2 리드단자(16)의 제2 연결부(16a)를 노출시키는 개구부를 갖는다. 상기 개구부는 상기 제1 리드단자(15)의 제1 연결부(15a)를 노출시킬 수 있다. 이때, 상기 히트싱크(13)의 돌출부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 패키지 본체(11)의 상면 위로 돌출될 수 있다. 또한, 패키지 본체(11)는 외주변부를 따라 위치하는 렌즈 수용홈(11a)을 더 가질 수 있다. 상기 렌즈 수용홈(11a)은 렌즈(21)를 수용하여 패키지 본체(11)로부터 렌즈(21)가 분리되는 것을 방지한다. 이에 더하여, 상기 리드단자(15, 16)의 위치를 표시하기 위해 마커(marker, 11b)가, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 패키지 본체에 형성될 수 있다. 상기 마커(11b)는 히트싱크(13)와 직접 연결된 리드단자(15) 및 이격된 리드단자(16)의 위치를 표시한다.

다시, 도 4를 참조하면, 히트싱크(13) 상에 발광 다이오드 다이(17)가 탑재된다. 발광 다이오드 다이(17)는 (Al,In,Ga)N의 화합물 반도체로 제조될 수 있으며, 요구되는 파장의 광을 방출하도록 선택된다. 예컨대, 상기 발광 다이오드 다이(17)는 청색광을 방출하는 화합물 반도체일 수 있다.

또한, 상기 발광 다이오드 다이(17)는 그 상부면 및 하부면에 각각 상부 전극 및 하부전극을 가질 수 있다. 상기 하부전극은 은(Ag) 에폭시와 같은 전도성 접착제에 의해 상기 히트싱크(13)에 접착된다. 상기 히트싱크(13)는 제1 리드단자(15)와 직접 전기적으로 연결되므로, 상기 발광 다이오드 다이(17)는 상기 히트싱크를 통해 상기 제1 리드단자에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 발광 다이오드 다이(17)와 상기 제1 리드단자(15)를 연결하기 위해 종래기술에서 사용되는 본딩와이어가 생략될 수 있다. 한편, 상기 발광 다이오드 다이(17)의 상부전극은 본딩와이어(19)를 통해 제2 리드단자(16)의 제2 연결부(16a)에 연결된다.

이와 달리, 상기 발광 다이오드 다이(17)는 동일면에 두개의 전극을 가질 수 있다. 이 경우, 두개의 전극은 각각 본딩와이어를 통해 리드단자들(15, 16)에 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 제1 리드단자(15)는 히트싱크(13)에 직접 전기적으로 연결되어 있으므로, 상기 본딩와이어는 상기 발광 다이오드 다이(17)와 상기 히트싱크(13)를 연결하는 것으로 충분하다. 따라서, 상기 발광 다이오드 다이(17)와 상기 히트싱크(13)를 본딩와이어로 연결하는 공정이 종래기술에 비해 용이하다.

한편, 봉지재(21)가 상기 발광 다이오드 다이(17)의 상부를 덮는다. 상기 봉지재(21)는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지일 수 있다. 또한, 상기 봉지재는 발광 다이오드 다이(17)에서 방출된 광의 파장을 변환시키는 형광체를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 발광 다이오드 다이(17)가 청색광을 방출할 경우, 상기 봉지재(21)는 청색광을 황색광으로 변환시키거나, 청색광을 녹색광 및 적색광으로 변환시키는 형광체를 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 발광 다이오드 패키지로부터 백색광이 외부로 출사된다.

상기 봉지재(21)는 패키지 본체(11)의 개구부 및 상기 렌즈 수용홈(11a)을 채울 수 있다. 따라서, 상기 봉지재(21)와 상기 패키지 본체(11)의 접합력이 증가하여, 상기 봉지재가 상기 발광 다이오드 패키지로부터 분리되는 것이 방지된다. 한편, 상기 봉지재(21)는 렌즈일 수 있으며, 상기 발광 다이오드 다이(17)에서 방출된 광이 일정한 지향각 내로 출사되도록, 도 5에 도시한 바와 같이, 볼록 렌즈의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 봉지재(21)로 형성된 렌즈는 패키지 본체(11)에 강하게 결합되므로, 렌즈가 패키지 본체로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 종래기술에 비해 본딩와이어의 수가 감소되어 본딩와이어의 단선 및/또는 단락 등의 문제를 감소시킬 수 있는 고출력 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다. 또한, 나선홈을 갖는 히트싱크를 채택함으로써, 상기 히트싱크를 리드단자에 체결하는 것이 용이하며, 히트싱크가 발광 다이오드 패키지로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 이에 더하여, 렌즈가 본체로부터 분리 되는 것을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 일 단부에 고리 모양의 제1 연결부를 갖는 제1 리드단자;

   상기 제1 연결부에 가까이 위치하는 제2 연결부를 갖되, 상기 제1 리드단자와 이격된 제2 리드단자;

   상부 측면에 나선홈을 가지어 상기 고리 모양의 제1 연결부에 체결된 히트싱크; 및

   상기 제1 리드단자, 제2 리드단자 및 히트싱크를 지지하되, 상기 제2 연결부 및 상기 히트싱크의 상면을 노출시키는 개구부를 갖는 패키지 본체를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 히트싱크는 기저부 및 상기 기저부의 중앙부분에서 상향 돌출된 돌출부를 갖되, 상기 나선홈은 상기 돌출부의 측면에 위치하는 발광 다이오드 패키지.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 리드단자의 제1 연결부는 일부가 제거된 고리 모양인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 히트싱크 상부에 탑재된 발광 다이오드 다이; 및

   상기 발광 다이오드 다이와 상기 제2 연결부를 전기적으로 연결하는 본딩와이어를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 패키지 본체는 외주변부를 따라 위치하는 렌즈 수용홈을 더 갖고,

   상기 개구부 및 상기 렌즈 수용홈을 채우며, 상기 발광 다이오드 다이의 상부를 덮는 볼록렌즈 형상의 봉지재를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.

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