KR100954858B1 - 고휘도 엘이디 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 360˚ 전체 방향으로 빛 방출이 이루어져 광량 증가 및 저전류 구동이 가능한 고휘도 엘이디 패키지에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 고휘도 엘이디 패키지는 투명 필름과, 상기 투명 필름 상의 양측에 일정 거리 이격되어 형성된 절연기판과, 상기 각각의 절연기판 상에 형성된 금속 배선과, 상기 각각의 절연기판 사이에 갭이 형성되도록 상기 절연기판의 상부에 장착되는 엘이디 칩과, 상기 엘이디칩을 상기 금속배선과 전기적으로 연결하는 와이어와, 상기 투명 필름의 외측과 상기 엘이디 칩의 외측 전체를 감싸며 구형상을 갖는 투명 몰딩 수지와, 상기 각각의 절연기판의 외측과 연결되며 상기 투명 몰딩 수지 외부로 돌출된 플렉서블 단자를 포함한다.
투명 필름, 엘이디 칩, 구형상, 투명 몰딩 수지
Description
본 발명은 엘이디 패키지 및 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 360˚ 전체 방향으로 빛 방출이 이루어져 광량 증가 및 저전류 구동이 가능한 고휘도 엘이디 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
엘이디(LED; Light Emitting Diode) 즉, 발광다이오드는 주입된 전자와 정공이 재결합할 때 과잉의 에너지를 빛으로 방출하는 다이오드로서, GaAsP등을 이용한 적색 발광다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광다이오드, InGaN/AlGaN 더블헤테로 구조를 이용한 청색 발광다이오드 등이 있다.
한편, RGB 엘이디 소자의 조합 또는 형광체를 이용하여 청색 혹은 UV 엘이디로부터 백색광을 생성하는 기술이 개발되면서 단순 발광표시기능 외에 기존의 전구나 형광등 등을 대체할 있는 조명분야와 LCD 디스플레이 장치의 백라이트 등으로 응용범위가 확장되고 있고, 이를 위한 고휘도 엘이디 개발이 활발히 진행되고 있 다.
도 1은 일반적인 엘이디 칩 단면도로서, 사파이어 기판(10) 상에 버퍼층(11), n형 반도체N층(12), 광활성층(13), p형 반도체층(14), 전면의 투명전극(15), n형 금속전극(16) 및 p형 금속전극(17)으로 구성된다.
한편, 엘이디 칩의 패키지 형태는 램프형과 표면실장형이 있다.
램프형 엘이디패키지는 도 2에 도시된 바와 같이 일정한 형태의 리드프레임(20)상에 엘이디칩(21)이 안착되고, 구리, 금, 알루미늄 등의 전도성 와이어(22)에 의해 볼본딩(ball bonding) 또는 와이어본딩(wire bonding)을 통하여 리드프레임(20)과 연결되며, 상부면이 투명성 실리콘몰딩(23)으로 고형화된 구조를 갖는다.
이러한 램프형 엘이디는 엘이디 소자와 패키지 케이스 간의 열 저항이 크고 패키지의 하부에 방열판을 부착하기 어려운 구조로 되어 있기 때문에 고출력용 발광 다이오드에 적용하는데 한계가 있다.
한편, 표면실장형 엘이디는 도 3에 도시된 바와 같이 Al2O3와 같은 반투명의 하부 기판(30) 상에 엘이디 칩(31)이 부착되고, 엘이디 칩(31)이 외부 전극(32)과 와이어(33) 본딩되며, 엘이디 칩(31) 외부에 반사면을 갖는 컵 형상의 상부 기판(34)이 형성되어 있으며, 엘이디 칩(31)의 상부가 에폭시 수지(35)로 몰딩된 구조를 갖는다.
아울러, 엘이디 칩(31)의 바닥에는 하부 기판(30)이나 방열판으로 열을 방출하기 위해서 금속면(36)이 형성된다.
표면실장형 엘이디 패키지는 열방출이 용이하기 때문에 고출력 엘이디 패키지로서 널리 사용된다.
그런데, 종래의 엘이디 패키지는 엘이디 칩이 반투명의 Al2O3 기판 상에 패키징되기 때문에 엘이디 칩에서 방출되는 빛이 엘이디 칩의 상부 방향으로만 방출되므로, 빛 방출 각도가 180˚ 이내로 제한된다.
즉, 반투명 기판에 의해 엘이디 칩에서 방출된 광이 손실되는 단점이 있다.
이러한 광 손실에 보상하여 광량을 증가시키기 위해서는 전격 전압 이상을 인가해야 하므로 고전류에 의해 발열량이 많아져 방열판을 필수로 부착해야 할 뿐만 아니라 엘이디 패키지의 수명이 단축되는 단점이 있다.
아울러, 상술한 바와 같이 빛이 상부 방향으로만 방출되므로 광량이 낮은 단점이 있다.
상기 배경 기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 엘이디 칩에서 방출되는 빛을 360˚ 전 방향으로 방출시켜 광량을 증가시키기 위한 고휘도 엘이디 패키지 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 저전류에서 높은 광량을 갖도록 함으로써 별도의 방열판을 필요로 하지 않는 고휘도 엘이디 패키지 및 그 제조 방법을 제공 함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 고휘도 엘이디 패키지는 투명 필름과, 상기 투명 필름 상의 양측에 일정 거리 이격되어 형성된 절연기판과, 상기 각각의 절연기판 상에 형성된 금속 배선과, 상기 각각의 절연기판 사이에 갭이 형성되도록 상기 절연기판의 상부에 장착되는 엘이디 칩과, 상기 엘이디칩을 상기 금속배선과 전기적으로 연결하는 와이어와, 상기 투명 필름의 외측과 상기 엘이디 칩의 외측 전체를 감싸며 구형상을 갖는 투명 몰딩 수지와, 상기 각각의 절연기판의 외측과 연결되며 상기 투명 몰딩 수지 외부로 돌출된 플렉서블 단자를 포함한다.
상기 투명 필름 상에 정전기 방전회로가 더 포함될 수 있다.
상기 투명 필름은 투명 실리콘 또는 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어질 수 있다.
상기 엘이디 칩에는 형광체가 더 도포될 수 있다.
상기 투명 몰딩 수지는 에폭시 수지나 투명 실리콘 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 기판에 엘이디 패키지를 실장시키는 엘이디 패키지 제조하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법으로서, 투명 필름 상의 양측에 일정 거리 이격되는 절연 기판을 형성하는 단계와, 상기 각각의 절연 기판 상에 금속 배선을 형성하는 단계와, 상기 각각의 절연기판 사이에 갭이 형성되도록 상기 절연기판의 상부에 엘이디 칩을 장착하는 다이 본딩하는 단계와, 상기 엘이디 칩을 금속 배선과 도전선 와이어를 이용하여 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정을 수행하는 단계와, 상기 엘이디 칩에 형광체를 도포하고, 상기 투명 필름의 외측과 상기 엘이디 칩의 외측 전체를 감싸며 구형상을 갖도록 투명 몰딩 수지로 몰딩하는 코팅 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 다이 본딩 공정은 상기 엘이디 칩을 상기 절연 기판에 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 통해 부착할 수 있다.
또, 상기 와이어 본딩 공정은 오토 와이어 본더(bonder) 또는 매뉴얼 와이어 본더(bonder)를 이용하여 실시할 수 있으며, 금(Au) 또는 알루미늄(Al)을 이용할 수 있다.
또, 상기 형광체 도포 공정은 엘이디 칩의 컬러에 따라 형광체와 실리콘을 믹싱하여 엘이디 칩의 컬러가 결정되도록 하거나, 에폭시와 형광체를 믹싱하여 엘이디 칩의 컬러가 결정되도록 할 수 있다.
또는 상기 엘이디 칩은 레드 칩, 블루 칩, 그린 칩을 조합하여 다이 본딩하여 원하는 컬러를 구현하도록 할 수 있다.
또, 상기 코팅 공정은 엘이디 칩과 투명 필름 전체 구조물에 형광체와 실리콘을 믹싱하여 도포하거나 형광체와 에폭시를 믹싱하여 도포할 수 있다.
본 발명은 엘이디 칩에서 방출되는 빛을 360˚ 전 방향으로 방출시켜 광량을 증가시킴으로써 엘이디칩의 휘도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 저전류에서 높은 광량을 갖도록 함으로써 별도의 방열판을 필요로 하지 않아 종래의 방열판을 갖는 구조에 비하여 사이즈를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 저전류에서 높은 광량을 얻음으로써 발열량을 감소시켜 수명을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 고휘도 엘이디 패키지 단면 구조도로서, 본 발명은 표면 실장형 패키지 구조를 갖는다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 고휘도 엘이디 패키지는 투명 필름(40)과, 절연기판(41)과, 금속배선(42)과, 엘이디 칩(43)과, 와이어(44)와, 투명 몰딩 수지(45), 및 플렉서블 단자(46)를 포함한다.
여기서, 투명 필름(40)은 엘이디 칩(43)이 장착되지 위한 기판 역할을 한다.
이때, 투명 필름(40)은 투명 실리콘 또는 폴리카보네이트(polycarbonate), 유리, 아크릴, 세라믹 등 재료의 투명성을 이용해서 빛을 관통시키는 모든 재질이 이용될 수 있다.
여기서, 투명 실리콘은 광투과율과 열전도율이 높고, 폴리카보네이트(polycarbonate)는 빛에 대한 반사 성능이 우수하고 내열성과 내충격성이 뛰어나므로, 투명 필름(40)으로 폴리카보네이트(polycarbonate)를 사용함으로써, 엘이디 칩(43)에서 발생하는 광을 효과적으로 반사시켜 주는 것이 바람직하다.
또한, 절연기판(41)은 투명 필름(40) 상의 양측에 일정 거리 이격되어 구비된다.
이때, 절연기판(41)은 전기적으로 절연성을 갖되, 엘이디 칩(43)으로부터 발생한 열의 원활한 방출을 위해, 열전도성이 좋은 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 금속배선(42)은 각각의 절연기판(41) 상에 형성되어, 후술하는 와이어 본딩을 통해 엘이디 칩(43)과 전기적으로 연결된다.
즉, 절연기판(41)과 그 상부에 형성된 금속배선(42)은 엘이디 칩(43)과의 전기적 연결을 위한 인쇄회로기판(PCB)에 해당한다.
또한, 엘이디 칩(43)은 각각의 절연기판(41) 상에 장착되되, 도전성 또는 비도전성을 가지는 투명접착제에 의해 부착된다.
여기서, 본 발명의 실시예에서는 절연기판(41) 상에 엘이디 칩(43)이 하나 구비된 구조로 설명하였으나, 다수의 엘이디 칩(43)을 일정 거리 이격시켜 배치하는 구조를 채택할 수 있다.
아울러, 도면에는 단일 엘이디 칩으로 도시하였으나 다른 변형된 실시예를 통해 적색, 청색, 녹색 엘이디 칩을 혼합하여 다양한 색을 구현하거나 휘도 세기를 높일 수 있으며, 다수개의 청색 발광다이오드에 형광체를 도포하여 백색을 구현할 수도 있다.
또한, 엘이디 칩(43)에는 발광 효율을 높이기 위해 형광체가 더 도포될 수 있다.
그리고, 엘이디칩(43)이 정전기방전(ESD)으로 인해 파손되는 것을 방지하는 정전기 방전회로가 투명 필름(40) 상에 더 구비될 수 있는데, 정전기 방전회로의 구체적인 내용은 이미 공지된 기술임으로 그 상세한 설명은 생략한다.
이때, 엘이디 칩(43)이 절연기판(41) 사이에 장착됨으로써, 엘이디 칩의 하부에는 갭(49)이 형성된다.
아울러, 엘이디 칩(43)은 금속배선(42)과 와이어(44)를 통해 본딩됨으로써 전기적으로 연결되는 것으로서, n형 금속전극(47) 및 p형 금속전극(48)을 갖는다.
이때, 각 금속 전극을 제외한 엘이디 칩의 구조는 당업자에게는 이미 널리 알려진 기술로서 이에 대한 구체적인 구조 및 그에 대한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 특징적인 양상에 따라 투명 몰딩 수지(45)는 투명 필름(40)의 외측 즉, 투명 필름(40)의 하부와 양측 및 엘이디 칩(43)의 외측 즉, 엘이디 칩(43)의 상부와 양측 전체를 감싼다.
이때, 투명 몰딩 수지(45)는 구형상을 갖는 것으로서, 전체 구조물의 형태를 유지시키기 위한 것이다.
그리고, 투명 몰딩 수지(45)는 투명한 소재인 에폭시 수지나 투명 실리콘(clear silicon)으로 이루어져 엘이디 칩(43)에서 방출되는 광을 전체 방향 즉, 360˚ 모든 방향에 대하여 균일하게 방출시키는 역할을 한다.
이와 같이 본 발명은 엘이디 칩이 실장된 투명 필름을 포함하는 구조물의 전체를 투명 몰딩 수지로 감싸는 구조를 갖기 때문에, 엘이디 칩에서 방출되는 빛이 어느 한 방향만이 아닌 360˚ 전체 방향으로 방출된다.
이에 따라, 엘이디 패키지의 광량이 기존에 비하여 현격하게 증가된다.
뿐만 아니라, 광량이 커지기 때문에 저전류에서 엘이디 칩을 발광시킬 수 있음으로써 저발열 효과를 얻어 별도의 방열판을 부착하지 않아도 된다.
아울러, 저발열에 의해 엘이디 패키지의 수명을 증가시킬 수 있게 됨으로써 엘이디 교체를 위한 작업이나 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 기존에는 어느 한쪽 방향으로만 빛이 방출되기 때문에 벽 등에만 부착이 가능하였으나, 본 발명은 360˚ 전체 방향으로 빛이 방출됨으로써 부착에 제한이 없어 다양한 분야에 응용이 가능해진다.
한편, 플렉서블 단자(46)는 각각의 절연기판(41)의 외측과 연결되며, 투명 몰딩 수지(45) 외부로 돌출된다.
이하, 본 발명의 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법을 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
우선, 투명 필름 상의 양측에 일정 거리 이격되는 절연 기판을 형성한다(S10).
이때, 투명 필름은 투명 실리콘 또는 폴리카보네이트(polycarbonate), 유리, 아크릴, 세라믹 등 재료의 투명성을 이용해서 빛을 관통시키는 모든 재질이 이용될 수 있다.
또한, 절연기판은 전기적으로 절연성을 갖되, 엘이디 칩으로부터 발생한 열의 원활한 방출을 위해, 열전도성이 좋은 소재로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고 나서, 각각의 절연 기판 상에 금속 배선을 형성한다(S20).
여기서, 본 발명은 절연 기판에 금속 배선을 형성하는 것으로 설명하였으나, 다른 변형된 실시예를 통해 금속 배선이 이미 형성된 절연 기판을 이용할 수 있다.
이어서, 각각의 절연기판 사이에 엘이디 칩을 장착하는 다이 본딩 공정을 수행한다(S30).
여기서, 다이 본딩 공정은 도전성 또는 비도전성을 가지는 투명접착제을 이용하여 절연 기판 상에 엘이디 칩을 장착하는 방법으로 수행된다.
또한, 엘이디 칩을 레드 칩, 블루 칩, 그린 칩을 조합하여 다이 본딩함으로써, 원하는 컬러를 구현할 수 있다.
이때, 일정 거리 이격된 절연 기판 사이에 엘이디 칩이 장착되므로, 엘이디 칩의 하부에는 갭이 형성된다.
그리고, 엘이디 칩을 금속 배선과 도전선 와이어를 이용하여 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정을 수행한다(S40).
여기서, 와이어 본딩 공정은 오토 와이어 본더(Auto Die Bonder) 또는 매뉴얼 와이어 본더(Manual Wire Bonder)를 이용하여 실시할 수 있다.
또한, 와이어 본딩 공정은 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 또는 기타 도전성 wire)를 이용하여 실시할 수 있다.
이후, 엘이디 칩에 형광체를 도포하고, 투명 필름의 외측과 엘이디 칩의 외측 전체를 감싸며 구형상을 갖도록 투명 몰딩 수지로 몰딩하는 코팅 공정을 수행한다(S50).
여기서, 형광체 도포 공정은 엘이디 칩의 컬러에 따라 형광체와 실리콘을 믹싱하여 엘이디 칩의 컬러가 결정되도록 할 수 있다.
또는, 상기 형광체 도포 공정은 에폭시와 형광체를 믹싱하여 엘이디 칩의 컬러가 결정되도록 할 수 있다.
한편, 코팅 공정은 엘이디 칩과 투명 필름 전체 구조물에 형광체와 실리콘을 믹싱하여 도포하는 방법을 이용하거나, 형광체와 에폭시를 믹싱하여 도포하는 방법을 이용할 수 있다.
도 1은 일반적인 엘이디 칩 단면도.
도 2는 종래의 램프형 엘이디패키지 단면도.
도 3은 종패의 표면 실장형 엘이디패키지 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 고휘도 엘이디 패키지 단면 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법을 순차로 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
40 : 투명 필름
41 : 절연기판
42 : 금속배선
43 : 엘이디 칩
44 : 와이어
45 : 투명 몰딩 수지
46 : 플렉서블 단자
47 : n형 금속전극
48 : p형 금속전극
49 : 갭
Claims (14)
- 투명 필름;상기 투명 필름 상의 양측에 일정 거리 이격되어 형성된 절연기판;상기 각각의 절연기판 상에 형성된 금속 배선;상기 각각의 절연기판 사이에 갭이 형성되도록 상기 절연기판의 상부에 장착되는 엘이디 칩;상기 엘이디칩을 상기 금속배선과 전기적으로 연결하는 와이어;상기 투명 필름의 외측과 상기 엘이디 칩의 외측 전체를 감싸며 구형상을 갖는 투명 몰딩 수지;상기 각각의 절연기판의 외측과 연결되며 상기 투명 몰딩 수지 외부로 돌출된 플렉서블 단자를 포함함을 특징으로 고휘도 엘이디 패키지.
- 제 1항에 있어서,상기 투명 필름 상에 정전기 방전회로가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지.
- 제 1항에 있어서,상기 투명 필름은 투명 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지.
- 제 1항에 있어서,상기 투명 필름은 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지.
- 제 1항에 있어서,상기 엘이디 칩에는 형광체가 더 도포된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지.
- 제 1항에 있어서,상기 투명 몰딩 수지는 에폭시 수지나 투명 실리콘 중 선택된 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지.
- 기판에 엘이디 패키지를 실장시키는 엘이디 패키지 제조 방법에 있어서,투명 필름 상의 양측에 일정 거리 이격되는 절연 기판을 형성하는 단계(S10);상기 각각의 절연 기판 상에 금속 배선을 형성하는 단계(S20);상기 각각의 절연기판 사이에 갭이 형성되도록 상기 절연기판의 상부에 엘이디 칩을 장착하는 다이 본딩하는 단계(S30);상기 엘이디 칩을 금속 배선과 도전선 와이어를 이용하여 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정을 수행하는 단계(S40);상기 엘이디 칩에 형광체를 도포하고, 상기 투명 필름의 외측과 상기 엘이디 칩의 외측 전체를 감싸며 구형상을 갖도록 투명 몰딩 수지로 몰딩하는 코팅 공정을 수행하는 단계(S50)를 포함함을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 다이 본딩 공정은 상기 엘이디 칩을 상기 절연 기판에 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 통해 부착하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 와이어 본딩 공정은 오토 와이어 본더(bonder) 또는 매뉴얼 와이어 본 더(bonder)를 이용하여 실시함을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 와이어 본딩 공정은 금(Au) 또는 알루미늄(Al)을 이용하여 실시함을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 엘이디 칩은 레드 칩, 블루 칩, 그린 칩을 조합하여 다이 본딩하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 코팅 공정은 엘이디 칩과 투명 필름 전체 구조물에 형광체와 실리콘을 믹싱하여 도포하거나 형광체와 에폭시를 믹싱하여 도포하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디 패키지 제조 방법.
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