KR20100105388A - 발광 다이오드 장치의 제조방법과 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈, 그리고 이를 구비한 조명등기구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부 또는 렌즈부를 진공밀봉 방식을 이용하여 비-돔(dome)형상으로 제작하여 다양한 배광(配光)구조를 갖는 발광 다이오드 장치의 제조방법과 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈에 관한 것으로서, 특히 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 장치 제조방법은 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리를 마련하는 단계와; 상기 칩 어셈블리를 반전시켜 상부금형에 장착하고 제 1 진공 처리기에 투입시키는 단계와; 제 2 진공 처리기에 하부금형을 투입하고, 하부금형에 형성된 적어도 하나의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계와; 상기 하부금형을 제 1 진공 처리기에 투입시켜 상기 상부금형의 하방에 위치시키는 단계와; 상기 몰딩 수지가 상기 칩 어셈블리의 발광 다이오드 칩를 봉지하도록 상기 상부금형과 하부금형을 결합시키는 단계와; 상기 몰딩 수지를 경화시켜 상기 칩 어셈블리에 비-돔형의 몰딩부를 형성시키는 단계와; 상기 상부 금형 및 하부 금형에서 칩 어셈블리를 분리하는 단계를 포함한다. 특히 상기 칩 어셈블리를 분리하는 단계 이후에는 상기 칩 어셈블리를 적어도 하나 이상의 단위 패키지로 절단하는 다이싱단계를 포함한다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 장치의 제조방법과 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈 그리고 이를 구비한 조명등기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩부 또는 렌즈부를 진공밀봉 방식을 이용하여 비-돔(dome)형상으로 제작하여 다양한 배광(配光)구조를 갖는 발광 다이오드 장치의 제조방법과 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈 그리고 이를 구비한 조명등기구에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(LED;Light Emitting Diode)는 p-n접합 다이오드의 일종으로서, 순방향으로 전압이 걸리면, 단파장광(Mono-chromatic light)이 방출되는 현상인 전기발광효과(Electro-luminescence)를 이용한 반도체 소자이다.
즉, 순방향 전압인가시 n층의 전자와 p층의 정공(hole)이 결합하면서 전도대(conduction band)와 가전대(valance band)의 에너지차에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지가 빛의 형태로 발산되는 경우 LED가 되는 것이다.
한편, 발광 다이오드 패키징은 램프형(Lamp type)과 표면실장형(SMD:Surface Mounting Device type) 패키징으로 나뉘어진다.
도 1 및 도 2는 일반적인 발광 다이오드 패키지를 보여주는 도면으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 표면실장형 발광 다이오드 패키지(10)는 베이스판(12)과 상기 베이스판(12) 상에 서로 이격 배치되는 적어도 두 개의 전극(13,14)이 구비된다. 그리고, 발광 다이오드 칩(11)은 전극(13,14)과 와이어(15)로 연결되어 전기적으로 접속된다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(11) 및 와이어(15)를 봉지하는 몰딩부(16)가 형성된다. 이때 상기 몰딩부는 일반적으로 돔(dome) 형상으로 형성된다. 이때 상기 몰딩부를 둘러싸는 케이싱(17)이 더 구비될 수 있다.
그리고, 도 3은 일반적인 발광 다이오드 모듈을 보여주는 사시도로서, 도 3에 도시된 바와 같이 발광 다이오드 패키지(10)는 인쇄회로기판(21)에 형성된 회로와 납땜(Soldering)에 의하여 전기적으로 연결되게 설치된다. 이를 발광 다이오드 모듈(20)이라 한다. 이때 발광 다이오드 모듈(20)에는 발광 다이오드 패키지(10)에서 발광되는 광의 지향각을 특정 방향으로 조절하는 렌즈(22)가 부착될 수 있다.
이 상태에서 스위치가 "ON"상태로 조작되는 경우, 양극으로부터 음극을 통하여 전류가 인가되면서 발광 다이오드 칩(11)이 발광되고, 상기 발광 다이오드 칩(11)으로부터 발광된 광은 렌즈(22)를 통하여 바깥쪽으로 조사되는 방식으로 주변을 밝혀주는 것이다.
이와 같은 발광 다이오드 모듈은 형광등이나 할로겐/백열등 같은 기존의 조명램프에 비하여 상대적으로 오랜 시간 동안 사용할 수 있고, 전력 소모량이 매우 적으며, 밝기가 매우 밝은 것은 물론, 지연시간 없이 순간 점등되고 안전성이 뛰어나며, 다양한 색상으로 연출가능하기 때문에 그 적용범위가 매우 넓어 기존의 전구를 대체할 전구로 자리매김하고 있다.
그러나, 이와 같이 이루어지는 종래의 발광 다이오드 모듈에서는 인쇄회로기판(21) 상의 정해진 위치에 발광 다이오드 패키지(10) 및 기타 부품을 실장한 후에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA:Poly methyl methacrylate)재질의 렌즈(21)를 발광 다이오드 패키지(10)에 끼워 넣은 방식으로 설치하거나 실리콘수지로 고정시켜 제작되기 때문에 렌즈(21)의 설치작업시 발광 다이오드 패키지 및 모듈을 손상시킬 우려가 매우 높다는 문제가 있다.
특히, 종래에 조명등에 주로 사용되던 할로겐등, 형광등, 백열등 등과 같은 광원은 전력소모가 많고, 색상 구현에 한계가 있었으며, 수명이 짧기 때문에 유지보수 비용이 많이 소용된다는 단점이 있었다.
이에 따라 근래에는 종래에 사용되던 광원을 대체하여 발광 다이오드 장치가 조명등에 적용되는 추세로 빠르게 변하고 있다.
특히, 조명등은 다양한 형태의 배광(配光) 구조를 요구하고 있으나, 종래의 발광 다이오드 모듈은 설치방향의 수직면에서만 가장 높은 휘도값을 나타내기 때문에 발광된 빛을 다른 방향으로 조사시키고자 하는 경우 별도의 방사각 조절수단이 요구된다는 문제가 있고, 다양한 형태의 배광(配光)을 구현하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 실시형태는 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부 및 발광 다이오드 패키지를 봉지하는 렌즈부를 전통적인 돔(Dome)형상이 아닌 비-돔형상으로 형성하여 설계에 따라 정해지는 방향으로 빛이 분산되어 조사되는 될 수 있는 다양한 배광(配光) 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈과 이를 이용한 조명등기구를 제공한다.
본 발명의 실시형태는 진공밀봉 방식을 이용하여 다양한 배광을 가진 발광 다이오드 패키지 및 모듈을 간편하면서도 신속하게 제작할 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 장치 제조방법은 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리를 마련하는 단계와; 상기 칩 어셈블리를 반전시켜 상부금형에 장착하고 제 1 진공 처리기에 투입시키는 단계와; 제 2 진공 처리기에 하부금형을 투입하고, 하부금형에 형성된 적어도 하나의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계와; 상기 하부금형을 제 1 진공 처리기에 투입시켜 상기 상부금형의 하방에 위치시키는 단계와; 상기 몰딩 수지가 상기 칩 어셈블리의 발광 다이오드 칩를 봉지하도록 상기 상부금형과 하부금형을 결합시키는 단계와; 상기 몰딩 수지를 경화시켜 상기 칩 어셈블리에 비-돔형의 몰딩부를 형성시키는 단계와; 상기 상부 금형 및 하부 금형에서 칩 어셈블리를 분리하는 단계를 포함한다. 특히 상기 칩 어셈블리를 분리하는 단계 이후에는 상기 칩 어셈블리를 적어도 하나 이상의 단위 패키지로 절단하는 다이싱단계를 포함한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치 제조방법은 적어도 하나의 발광 다이오드 패키지가 실장된 기판 어셈블리를 마련하는 단계와; 상기 기판 어셈블리를 반전시켜 상부금형에 장착하고 제 1 진공 처리기에 투입시키는 단계와; 제 2 진공 처리기에 하부금형을 투입하고, 하부금형에 형성된 적어도 하나의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계와; 상기 하부금형을 제 1 진공 처리기에 투입시켜 상기 상부금형의 하방에 위치시키는 단계와; 상기 몰딩 수지가 상기 기판 어셈블리의 발광 다이오드 패키지를 봉지하도록 상기 상부금형과 하부금형을 결합시키는 단계와; 상기 몰딩 수지를 경화시켜 상기 기판 어셈블리에 비-돔형의 렌즈부를 형성시키는 단계와; 상기 상부 금형 및 하부 금형에서 패키지 어셈블리를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 하부금형의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계에서, 상기 하부금형에 형성되는 수지 충진부는 요홈부가 형성되는 비-돔형의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 하부금형의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계는 몰딩 수지를 인쇄법 또는 디스펜서법으로 충진시키는 것을 특징으로 한다.
상기 몰딩 수지는 광투광성 실리콘 수지 또는 에폭시 수지인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리와; 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고, 표면에는 광을 분산시키도록 직경방향의 중심선을 따라 소정 너비의 요홈부가 형성되며, 상기 요홈부의 좌우측에는 서로 다른 기울기를 갖는 제 1 투과면과 제 2 투과면이 요홈부를 중심으로 하여 서로 대칭되게 형성되고, 상기 요홈부의 전후 양단부에는 소정의 폭과 기울기를 갖는 제 3 투과면이 경사지게 형성되는 몰딩부를 포함한다. 특히 상기 제 1 투과면은 반원 또는 반타원 형상을 갖고, 제 2 투과면은 중심의 폭이 좁고 중심에서 양측으로 멀어질수록 폭이 넓어지는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리와; 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고, 표면에는 광을 분산시키도록 직경방향으로 형성되는 요홈부가 소정 간격으로 다수개 구비되어 물결무늬를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 칩 어셈블리는 베이스판과; 상기 베이스판에 서로 이격 배치되는 적어도 두 개의 전극을 포함하고, 상기 발광 다이오드 칩이 상기 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈은 적어도 하나의 발광 다이오드 패키지가 실장된 기판 어셈블리와; 상기 발광 다이오드 패키지를 봉지하고, 표면에 광을 분산시키도록 적어도 하나 이상의 요홈부가 형성되며, 요홈부의 가장자리 중 적어도 한 지점에는 요홈부의 다른 가장자리보다 높이가 낮은 개구부가 형성되는 렌즈부를 포함한다.
상기 기판 어셈블리는 소정의 전극 패턴에 형성된 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 발광 다이오드 패키지가 상기 전극 패턴에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부 및 발광 다이오드 패키지를 봉지하는 렌즈부를 전통적인 돔(Dome)형상이 아니라 비-돔형태로 제작하여 다양한 배광(配光) 구조를 갖도록 형성되기 때문에 발광 다이오드 칩으로부터 발생된 빛이 설계에 따라 정해지는 방향으로 분산되어 조사(照射)될 수 있다.
이에 따라 소비자가 원하는 배광 구조를 갖는 다양한 형태의 발광 다이오드 모듈 및 조명등기구를 제공할 수 있다.
또한, 정해진 형상을 갖는 금형을 이용한 진공밀봉 방식으로 비-돔형의 몰딩부 또는 렌즈부를 형성하기 때문에 별도로 몰딩부 및 렌즈부를 형성하는 몰딩 수지에 포함된 기포를 제거하는 공정 및 렌즈를 장착하는 공정을 적용하지 않아도 됨에 따라 간편하면서도 신속하게 발광 다이오드 패키지 및 모듈을 제작할 수 있어 그 생산비를 절감하고 생산수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 발광 다이오드 패키지를 보여주는 단면도이고,
도 2는 일반적인 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이며,
도 3은 일반적인 발광 다이오드 모듈을 보여주는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 보여주는 사시도이고,
도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 보여주는 도면이며,
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 제조하는 방법을 보여주는 도면이고,
도 10a는 종래의 발광 다이오드 패키지에 대한 광 지향각을 알아본 실험결과이며,
도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 광 지향각을 알아본 실험결과이다.
도 2는 일반적인 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이며,
도 3은 일반적인 발광 다이오드 모듈을 보여주는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이며,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 보여주는 사시도이고,
도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 보여주는 도면이며,
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 제조하는 방법을 보여주는 도면이고,
도 10a는 종래의 발광 다이오드 패키지에 대한 광 지향각을 알아본 실험결과이며,
도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 광 지향각을 알아본 실험결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 설명에서 발광 다이오드 장치는 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈을 모두 포함하는 의미로 사용하였다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 보여주는 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실예에 따른 발광 다이오드 패키지는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩(111)이 실장된 칩 어셈블리(110)와; 상기 발광 다이오드 칩(111)을 봉지하고, 표면에 광을 분산시키는 적어도 하나 이상의 요홈부(121)가 형성되는 몰딩부(120)를 포함한다.
칩 어셈블리(110)는 베이스판(113)과, 상기 베이스판(113)에서 서로 이격 배치되도록 상기 베이스판(113)의 일 단에 형성된 제 1 전극(115) 및 상기 베이스판(113)의 타 단에 상기 제 1 전극(115)과 소정 간격 이격되어 형성된 제 2 전극(117)을 포함한다.
상기 제 1 전극(115)은 상기 베이스판(113)의 상부 즉, 발광 다이오드 칩(111)이 실장되는 부분에 형성되는 상부면(115a)과, 상기 베이스판(113)의 하부에 형성되는 하부면(115b)을 포함한다. 또한, 상기 제 2 전극(117) 역시 상기 베이스판(113)의 상부 즉, 발광 다이오드 칩(111)이 실장되는 부분에 형성되는 상부면(117a)과, 상기 베이스판(113)의 하부에 형성되는 하부면(117b)을 포함한다. 이때 상기 제 1 전극(115) 및 제 2 전극(117)의 상부면(115a,117a) 및 하부면(115b,117b)은 상기 베이스판(113)를 관통하여 형성되는 비아홀에 형성된 연결부(115c,117c)를 통하여 연결된다. 그리고, 상기 제 1 전극(115)의 상부면(115a) 및 제 2 전극(117)의 상부면(117a)은 상기 발광 다이오드 칩(111)으로부터 조사되는 광의 반사효율을 높이기 위하여, 반사효율이 높은 재료 예를 들면, 은(Ag)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극(115)의 하부면(115b) 및 제 2 전극(117)의 하부면(117b)은 납땜으로 솔더링되는 부분으로서, 납땜성을 좋게 하기 위하여, 금(Au) 또는 주석(Sn)을 포함하여 형성할 수 있다. 상기 제 1 전극(115) 및 제 2 전극(117)은 전술된 구성에 한정되지 않고, 제 1 전극(115) 및 제 2 전극(117)의 상부면(115a,117a) 및 하부면(115b,117b)을 연결할 수 있으면 어떠한 방식으로도 변경되어 구현될 수 있다. 예를 들어 제 1 전극(115) 및 제 2 전극(117)의 상부면(115a,117a) 및 하부면(115b,117b)은 베이스판(113)에 비아홀을 형성하지 않고, 베이스판(113)의 외주면을 따라 연결부를 형성할 수 있을 것이다.
상기 발광 다이오드 칩(111)은 상기 제 1 전극(115)의 상부면(115a) 또는 베이스판(113)의 상면에 구비되며, 상기 와이어(119)를 통하여 상기 제 1 전극(115)의 상부면(115a) 및 제 2 전극(117)의 상부면(117a)에 연결된다. 한편, 상기 발광 다이오드 칩(111)은 상기 제 1 전극(115)의 상부면(115a) 상에 실장되며, 상기 와이어(119)를 통하여 상기 제 2 전극(117)의 상부면(117a)에 연결될 수 있다.
몰딩부(120)는 상기 발광 다이오드 칩(111) 및 와이어(119)를 봉지하여 보호하는 수단으로서, 상기 베이스판(113)의 상면에 형성된다. 이때 상기 몰딩부(120)의 표면에는 발광 다이오드 칩(111)에서 발광되는 광의 지향각을 조절 또는 분산하기 위하여 적어도 하나 이상의 요홈부(121)가 형성된다. 상기 요홈부(121) 및 요홈부(121)를 포함하는 몰딩부(120)의 표면 형상은 광의 지향각을 조절 또는 분산하기 위하여 다양하게 설계하여 구현할 수 있다. 예를 들어 본 실시예에서는 몰딩부(120) 직경방향의 중심선을 따라 소정 너비의 요홈부(121)가 형성되고, 상기 요홈부(121)의 좌우측에는 서로 다른 기울기를 갖는 제 1 투과면(122)과 제 2 투과면(123)이 요홈부(121)를 중심으로 하여 서로 대칭되게 형성되며, 상기 요홈부(121)의 전후 양단부에는 소정의 폭과 기울기를 갖는 제 3 투과면(124)이 경사지게 형성된다. 이때 상기 제 1 투과면(122)은 대략 반원 또는 반타원 형상을 갖고 제 2 투과면(123)은 중심의 폭이 좁고 중심에서 양측으로 멀어질수록 폭이 넓어지는 형상을 갖는다. 특히 제 1 투과면(122)과 제 2 투과면(123)은 서로 반대의 기울기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 몰딩부(130)는 다른 실시예로 직경방향으로 형성되는 요홈부(131)가 소정 간격으로 다수개 구비되어 물결무늬를 형성할 수 있다.
이와 같이 몰딩부(120,130)의 형상을 종래의 돔형이 아닌 비-돔형, 정확하게는 요홈부(121,131)를 갖는 비-돔형으로 형성함에 따라 발광 다이오드 칩(111)에서 발생된 광이 일방향으로 집중되지 않고, 분산되어 소비자가 원하는 다양한 배광(配光) 구조를 형성할 수 있는 것이다.
이때 상기 몰딩부(120,130)를 형성하는 몰딩수지는 비교적 경도가 높고, 투명한 실리콘 수지 또는 에폭시 수지로 형성할 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않고, 발광 다이오드 패키지(100)의 용도에 따라 광이 투과될 수 있을 정도로 투명한 수지이고, 진공밀봉 방식으로 베이스판(113)에 형성될 수 있다면 어떠한 재료가 사용되어도 무방할 것이다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(111)에서 방출된 광의 파장을 전환시켜 다양한 색상을 구현하기 위하여 다양한 종류의 형광체(미도시)가 혼합될 수 있다.
상기 몰딩부(120,130)의 주변에는 상기 몰딩부(120,130)의 형성을 가이드 하는 케이싱(118)이 더 형성될 수 있다.
상기 케이싱(118)은 상기 베이스판(113)의 상면에 형성되어 상기 몰딩부(120,130)가 원활하게 비-돔형상을 유지할 수 있도록 몰딩부(120,130)의 외각을 둘러싸는 형상을 갖는다. 물론 케이싱(118)은 이에 한정되지 않고 상기 몰딩부(120,130)의 형상에 따라 다양하게 변경되어 구현될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈(200)은 적어도 하나의 발광 다이오드 패키지(100)가 실장된 기판 어셈블리(210)와, 상기 발광 다이오드 패키지(100)를 봉지하고, 표면에 광을 분산시키는 적어도 하나 이상의 요홈부(221)가 형성되는 렌즈부(220)를 포함한다.
발광 다이오드 패키지(100)는 전술된 발광 다이오드 패키지(100)를 그대로 사용하여도 무방하다. 이에 따라 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 다만, 발광 다이오드 패키지(100)의 몰딩부(120) 형상은 전술된 실시예에서 제시된 요홈부(221)를 갖는 비-돔형상에 제한되지 않고, 종래의 돔형 형상을 가져도 무방하다.
기판 어셈블리(210)는 상기 발광 다이오드 패키지(100)를 전기적으로 연결하기 위한 소정의 전극 패턴이 형성되는 인쇄회로기판(211)을 포함한다. 그래서 상기 발광 다이오드 패키지(100)가 상기 인쇄회로기판(211)에 실장되어 외부로부터 전원을 인가받을 수 있도록 연결된다.
렌즈부(220)는 상기 발광 다이오드 패키지(100)에서 발생되는 광의 지향각을 조절 또는 분산시키는 수단을 갖고, 본 실시예에서는 발광 다이오드 패키지(100)를 봉지하여 보호하는 수단을 더 갖는다. 이때 상기 렌즈부(220)의 표면에는 발광 다이오드 패키지(100)에서 발광되는 광의 지향각을 조절 또는 분산하기 위하여 적어도 하나 이상의 요홈부(221)가 형성된다. 예를 들어 원형의 요홈부(221)를 갖고 요홈부(221)의 중심에는 돌출부(223)가 형성되며, 요홈부(221)의 가장자리 중 적어도 한 지점에는 요홈부(221)의 다른 가장자리보다 높이가 낮은 개구부(225)가 형성된다. 그래서, 발광 다이오드 패키지(100)에서 발광되는 광의 지향을 효과적으로 분산시킨다. 물론 상기 렌즈부의 형상은 이에 한정되지 않고, 상기 렌즈부(220)는 전술된 실시예의 몰딩부(120)와 같이 상기 요홈부(221) 및 요홈부(221)를 포함하는 렌즈부의 표면 형상을 광의 지향각이 조절 또는 분산되도록 다양하게 설계하여 구현할 수 있다. 그리고, 상기 렌즈부(220)를 형성하는 몰딩수지는 비교적 경도가 높고, 투명 또는 반투명한 실리콘 수지 또는 에폭시 수지로 형성할 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않고, 발광 다이오드 모듈(200)의 용도에 따라 광이 투과될 수 있을 정도로 투명한 수지이고, 진공밀봉 방식으로 인쇄회로기판(211)에 형성될 수 있다면 어떠한 재료가 사용되어도 무방할 것이다. 또한, 상기 발광 다이오드 패키지(100)에서 방출된 광의 파장을 전환시켜 다양한 색상을 구현하기 위하여 다양한 종류의 형광체(미도시)가 혼합될 수 있다.
다음으로 도 8a 내지 도 8h를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 설명한다.
도 8a 내지 도 8i는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 보여주는 도면이고, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 진공밀봉 방식에 의해 제조하기 위한 설비를 설명한다. 본 실시예에서는 진공밀봉 방식 중 몰딩수지를 인쇄법에 의해 공급하는 방식을 예로 하여 설명하도록 한다.
진공밀봉 설비는 적어도 2개의 진공 처리기(300,400)를 포함한다. 그래서, 제 1 진공 처리기(300)에서는 칩 어셈블리(110)가 고정되는 상부금형(500)과 몰딩수지(120a)가 충진된 하부금형(600)을 결합시키고, 제 2 진공 처리기(400)에서는 하부금형(600)에 몰딩수지(120a)를 충진하는 공정이 이루어진다. 이에 따라 하부금형(600)에는 몰딩수지(120a)가 충진되는 요홈부(121)가 형성되는 비-돔형의 형상을 갖는 수지 충진부(610)가 형성된다. 그리고, 제 2 진공 처리기(400)에는 상기 수지 충진부(610)와 대응되는 소정의 패턴이 형성된 마스크(410) 및 몰딩수지(120a)를 상기 마스크(410)의 패턴으로 일정하게 주입시키기 위한 스퀴지(420)가 구비된다. 그리고, 제 1 진공 처리기(300)에는 칩 어셈블리(110)를 고정시키는 상부금형(500)을 취부하여 이송시키는 아암(310)이 구비된다. 상기 제 1 진공 처리기(300) 및 제 2 진공 처리기(400)는 외부와 내부를 격리시키는 함체와 같은 수단으로서, 내부를 진공환경으로 조성할 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.
전술된 진공밀봉 설비를 이용하여 발광 다이오드 패키지를 제조하기 위하여 먼저, 칩 어셈블리(110)를 마련한다. 칩 어셈블리(110)는 적어도 하나의 발광 다이오드 칩을 베이스판에 실장하여 마련한다. 이렇게 마련된 칩 어셈블리는 도 8a에 도시된 바와 같이 상부금형(500)에 고정시킨 다음 제 1 진공 처리기(300)의 아암(310)으로 취부한다.
그리고 도 8b에 도시된 바와 같이 제 2 진공 처리기(400)에 하부금형(600)을 투입한 다음 하부금형(600)의 수지 충진부(610)에 몰딩수지(120a)를 충진한다. 본 실시예에서는 인쇄법을 이용하여 몰딩수지(120a)를 충진하였다. 이에 따라 하부금형(600)의 상부에 마스크(410)를 접근시키고, 마스크(410)의 상면에서 스퀴지(420)를 이용하여 몰딩수지(120a)를 하부금형(600)의 수지 충진부(610)에 충진시킨다. 물론 수지 충진부(610)에 몰딩수지(120a)를 충진하는 방법은 인쇄법에 한정되지 않고, 제 2 진공 처리기(400) 내에서 수지 충진부(610)에 몰딩수지(120a)를 충진할 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어 디스펜서를 이용하여 수지 충진부에 몰딩수지를 충진하는 디스펜서법을 사용할 수도 있다.
그런 다음, 도 8c에 도시된 바와 같이 제 2 진공 처리기(400)가 진공상태로 감압된 상태에서 하부금형(600)을 제 2 진공 처리기(400)에 소정 시간동안 유지시킨다. 그러면, 제 2 진공 처리기(400) 내부와 몰딩수지(120a) 내부의 압력차에 의해 몰딩수지(120a)에 포함된 기포가 몰딩수지(120a) 내부에서 외부로 배출된다. 따라서 몰딩수지(120a)에서 기포를 제거하기 위한 별도의 공정을 생략할 수 있다.
이렇게 하부금형(600)의 수지 충진부(610)에 몰딩수지(120a)가 충진되었다면 도 8d에 도시된 바와 같이 하부금형(600)을 제 1 진공 처리기(300)로 이송시킨다.
그리고, 도 8e에 도시된 바와 같이 상기 하부금형(600)을 제 1 진공 처리기(300)에 투입시켜 상기 상부금형(500)의 하방에 위치시킨다.
그런 다음, 아암(310)을 하강시켜 칩 어셈블리(110)가 고정된 상부금형(500)을 하부금형(600)에 결합시킨다. 그러면, 하부금형(600)의 수지 충진부(610)에 충진된 몰딩수지(120a)에 의해 상기 칩 어셈블리(110)의 발광 다이오드 칩(111)이 봉지된다.
그리고, 하부금형(600)과 상부금형(500)이 결합된 상태에서 소정 시간, 바람직하게는 몰딩수지(120a)가 충분히 경화되는 시간을 경과시켜 상기 칩 어셈블리(110)에 비-돔형의 몰딩부(120)를 형성시킨다. 이때 형성되는 몰딩부(120)의 형상은 하부금형(600)에 형성된 수지 충진부(610)의 형상에 의해 결정된다. 몰딩부(120)의 경화는 상온에서 진행할 수 있지만 이에 한정되지 않고, 도 8f에 도시된 바와 같이 소정의 온도로 가열되는 별도의 건조기(700)에 하부금형(600)과 상부금형(500)이 결합된 상태로 투입하여 몰딩부(120)의 경화가 바람직하게 이루어지도록 할 수 있다.
이렇게 몰딩부(120)의 경화가 충분히 이루어졌다면 도 8g에 도시된 바와 같이 상부금형(500) 및 하부금형(600)에서 몰딩부(120)가 형성된 칩 어셈블리(110)를 분리시킨다.
그리고, 몰딩부(120)가 형성된 칩 어셈블리(110)는 도 8h에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 단위 발광 다이오드 패키지(100)로 절단하는 다이싱단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 진공밀봉 방식 및 몰드프레스 방식에 의해 특정 형상을 갖는 몰딩부(120)를 간편하면서도 신속하게 제작할 수 있다.
다음으로 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 제조하는 방법을 보여주는 도면이다.
발광 다이오드 모듈의 제조방법은 전술된 발광 다이오드 패키지의 제조방법에 사용된 진공밀봉 방식 및 몰드프레스 방식이 유사하게 적용된다. 이에 따라 중복되는 설명은 생략 또는 간소화하여 설명하기로 한다. 다만, 발광 다이오드 패키지(100)의 몰딩부(120) 형상은 전술된 실시예에서 제시된 요홈부(121)를 갖는 비-돔형상에 제한되지 않고, 종래의 돔형 형상을 가져도 무방하다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 모듈의 제조방법은 먼저, 도 9a에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 발광 다이오드 패키지(100)가 실장된 기판 어셈블리(210)를 마련한 다음, 상기 기판 어셈블리(210)를 반전시켜 상부금형(500)에 장착하고 제 1 진공 처리기(300)에 마련된 아암(310)에 취부시킨다. 이때 기판 어셈블리(210)에 실징된 발광 다이오드 패키지(100)는 돔형의 몰딩부(120)가 형성된 것을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 사용자의 의도에 따라 다양으로 형성된 몰딩부(120)가 적용될 수 있다.
그리고, 제 2 진공 처리기(400)에 하부금형(600)을 투입하고, 하부금형(600)에 형성된 적어도 하나의 수지 충진부(610)에 몰딩수지(220a)를 충진시킨다. 이때 몰딩수지(220a)의 충진은 인쇄법 또는 디스펜서법이 사용될 수 있다.
그런 다음, 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 하부금형(600)을 제 1 진공 처리기(300)에 투입시켜 상기 상부금형(500)의 하방에 위치시키고, 상기 몰딩수지(220a)가 상기 기판 어셈블리(210)의 발광 다이오드 패키지(100)를 봉지하도록 상기 상부금형(500)과 하부금형(600)을 결합시킨다. 그러면, 하부금형(600)의 수지 충진부(610)에 충진된 몰딩수지(220a)에 의해 상기 기판 어셈블리(210)의 발광 다이오드 패키지(100)가 봉지된다.
그리고, 하부금형(600)과 상부금형(500)이 결합된 상태에서 소정 시간, 바람직하게는 몰딩수지(220a)가 충분히 경화되는 시간을 경과시켜 상기 기판 어셈블리(210)에 비-돔형의 렌즈부(220)를 형성시킨다. 이때 형성되는 렌즈부(220)의 형상은 하부금형(600)에 형성된 수지 충진부(610)의 형상에 의해 결정된다. 렌즈부(220)의 경화는 상온에서 진행할 수 있지만 이에 한정되지 않고, 도 9c에 도시된 바와 같이 소정의 온도로 가열되는 별도의 건조기(700)에 하부금형(600)과 상부금형(500)을 결합한 상태로 투입하여 렌즈부(220)의 경화가 바람직하게 이루어지도록 할 수 있다.
이렇게 렌즈부(220)의 경화가 충분히 이루어졌다면 도 9d에 도시된 바와 같이 상부금형(500) 및 하부금형(600)에서 렌즈부(220)가 형성된 기판 어셈블리(210)를 분리시켜 발광 다이오드 모듈(200)을 완성시킨다.
다음으로 종래의 발광 다이오드 패키지과 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 광 지향각을 비교하여 본 발명의 일실시에에 따른 발광 다이오드 패키지의 광 지향각 조절 효과를 알아본다.
도 10a는 종래의 발광 다이오드 패키지에 대한 광 지향각을 알아본 실험결과이고, 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에 대한 광 지향각을 알아본 실험결과이다.
도 10a에서 알 수 있듯이 종래의 돔형 몰딩부를 갖는 발광 다이오드 패키지는 일정한 광 지향각으로 균일하게 광이 조사되고 있는 것을 알 수 있고, 도 10b에서 알 수 있듯이 본 발명의 일실시예에 따른 비-돔형 몰딩부를 갖는 발광 다이오드 패키지는 광을 분산하여 사용자가 원하는 광 지향으로 원하는 만큼 광이 조사되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 비-돔형 몰딩부의 표면 형상을 변형하여 사용자가 원하는 광 지향각을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.
전술된 바와 같이 제조되는 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈은 각각 패키지 및 모듈 단위로 제조되어 다양한 분야에 적용되어 사용된다. 예를 들어 본 발명에 따라 제조되는 비-돔형의 몰딩부가 형성된 발광 다이오드 패키지는 적어도 하나 이상이 인쇄회로기판에 실장되어 발광 다이오드 모듈을 구성하고, 이렇게 구성된 발광 다이오드 모듈은 적어도 하나 이상 배열되어 조명등기구의 광원으로 사용된다. 또한, 본 발명에 따라 제조되는 비-돔형의 렌즈부가 형성된 발광 다이오드 모듈은 적어도 하나 이상 배열되어 조명등기구의 광원으로 사용된다.
본 발명에 예시된 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드 모듈은 표면실장형 패키징에 의해 제조되는 것을 예로 하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 비-돔형의 몰딩부 및 렌즈부가 형성된다면 어떠한 타입의 패키징에라도 적용이 가능할 것이다. 예를 들어 램프형 발광 다이오드 패키징에도 적용이 가능할 것이다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 발광 다이오드 패키지 110: 칩 어셈블리
111: 발광 다이오드 칩 113: 베이스판
115,117: 전극 118: 케이싱
119: 와이어 120: 몰딩부
121: 요홈부 200: 발광 다이오드 모듈
210: 기판 어셈블리 211: 인쇄회로기판
220: 렌즈부 221: 요홈부
111: 발광 다이오드 칩 113: 베이스판
115,117: 전극 118: 케이싱
119: 와이어 120: 몰딩부
121: 요홈부 200: 발광 다이오드 모듈
210: 기판 어셈블리 211: 인쇄회로기판
220: 렌즈부 221: 요홈부
Claims (14)
- 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리를 마련하는 단계와;
상기 칩 어셈블리를 반전시켜 상부금형에 장착하고 제 1 진공 처리기에 투입시키는 단계와;
제 2 진공 처리기에 하부금형을 투입하고, 하부금형에 형성된 적어도 하나의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계와;
상기 하부금형을 제 1 진공 처리기에 투입시켜 상기 상부금형의 하방에 위치시키는 단계와;
상기 몰딩 수지가 상기 칩 어셈블리의 발광 다이오드 칩를 봉지하도록 상기 상부금형과 하부금형을 결합시키는 단계와;
상기 몰딩 수지를 경화시켜 상기 칩 어셈블리에 비-돔형의 몰딩부를 형성시키는 단계와;
상기 상부 금형 및 하부 금형에서 칩 어셈블리를 분리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 장치 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 칩 어셈블리를 분리하는 단계 이후에는
상기 칩 어셈블리를 적어도 하나 이상의 단위 패키지로 절단하는 다이싱단계를 포함하는 발광 다이오드 장치 제조방법.
- 적어도 하나의 발광 다이오드 패키지가 실장된 기판 어셈블리를 마련하는 단계와;
상기 기판 어셈블리를 반전시켜 상부금형에 장착하고 제 1 진공 처리기에 투입시키는 단계와;
제 2 진공 처리기에 하부금형을 투입하고, 하부금형에 형성된 적어도 하나의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계와;
상기 하부금형을 제 1 진공 처리기에 투입시켜 상기 상부금형의 하방에 위치시키는 단계와;
상기 몰딩 수지가 상기 기판 어셈블리의 발광 다이오드 패키지를 봉지하도록 상기 상부금형과 하부금형을 결합시키는 단계와;
상기 몰딩 수지를 경화시켜 상기 기판 어셈블리에 비-돔형의 렌즈부를 형성시키는 단계와;
상기 상부 금형 및 하부 금형에서 패키지 어셈블리를 분리하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 장치 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 하부금형의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계에서,
상기 하부금형에 형성되는 수지 충진부는 요홈부가 형성되는 비-돔형의 형상을 갖는 발광 다이오드 장치 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 하부금형의 수지 충진부에 몰딩 수지를 충진시키는 단계는
몰딩 수지를 인쇄법 또는 디스펜서법으로 충진시키는 발광 다이오드 장치 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 몰딩 수지는 광투광성 실리콘 수지 또는 에폭시 수지인 발광 다이오드 장치 제조방법.
- 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리와;
상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고, 표면에는 광을 분산시키도록 직경방향의 중심선을 따라 소정 너비의 요홈부가 형성되며, 상기 요홈부의 좌우측에는 서로 다른 기울기를 갖는 제 1 투과면과 제 2 투과면이 요홈부를 중심으로 하여 서로 대칭되게 형성되고, 상기 요홈부의 전후 양단부에는 소정의 폭과 기울기를 갖는 제 3 투과면이 경사지게 형성되는 몰딩부를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 투과면(122)은 반원 또는 반타원 형상을 갖고,
제 2 투과면은 중심의 폭이 좁고 중심에서 양측으로 멀어질수록 폭이 넓어지는 형상을 갖는 발광 다이오드 패키지.
- 적어도 하나의 발광 다이오드 칩이 실장된 칩 어셈블리와;
상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고, 표면에는 광을 분산시키도록 직경방향으로 형성되는 요홈부가 소정 간격으로 다수개 구비되어 물결무늬를 형성하는 발광 다이오드 패키지.
- 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서, 상기 칩 어셈블리는
베이스판과;
상기 베이스판에 서로 이격 배치되는 적어도 두 개의 전극을 포함하고,
상기 발광 다이오드 칩이 상기 전극에 전기적으로 연결되는 발광 다이오드 패키지.
- 적어도 하나의 발광 다이오드 패키지가 실장된 기판 어셈블리와;
상기 발광 다이오드 패키지를 봉지하고, 표면에 광을 분산시키도록 적어도 하나 이상의 요홈부가 형성되며, 요홈부의 가장자리 중 적어도 한 지점에는 요홈부의 다른 가장자리보다 높이가 낮은 개구부가 형성되는 렌즈부를 포함하는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 11에 있어서, 상기 기판 어셈블리는
소정의 전극 패턴에 형성된 인쇄회로기판을 포함하고,
상기 발광 다이오드 패키지가 상기 전극 패턴에 전기적으로 연결되는 발광 다이오드 모듈.
- 청구항 1에 의해 제조되는 발광 다이오드 장치가 실장되는 발광 다이오드 모듈이 적어도 하나 이상으로 구비되는 조명등기구.
- 청구항 3에 의해 제조되는 발광 다이오드 장치가 적어도 하나 이상으로 구비되는 조명등기구.
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