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KR20080029187A - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

발광 다이오드 패키지 Download PDF

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KR20080029187A
KR20080029187A KR1020060094917A KR20060094917A KR20080029187A KR 20080029187 A KR20080029187 A KR 20080029187A KR 1020060094917 A KR1020060094917 A KR 1020060094917A KR 20060094917 A KR20060094917 A KR 20060094917A KR 20080029187 A KR20080029187 A KR 20080029187A
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KR
South Korea
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heat sink
led chip
emitting diode
light emitting
support ring
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김재조
김도형
갈대성
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서울옵토디바이스주식회사
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Abstract

본 발명은 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩이 실장된 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
상기 발광 다이오드 패키지는, 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩; 상기 LED 칩으로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 방열부재; 및 상기 LED 칩을 실링하는 실리콘 수지로 이루어진 실링재;를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면 우수한 방열특성을 가져 높은 광출력을 얻을 수 있는 단파장 UV 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있으며, 또한 단파장의 UV 광원에 의한 황변현상을 방지할 수 있는 UV 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.
자외선, 방열부재, 실리콘 수지, 발광 다이오드, 히트 파이프

Description

발광 다이오드 패키지{A package of light emitting diode}
도 1은 UV의 종류를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 이용될 수 있는 예시적인 리드프레임의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 발광 다이오드 패키지를 제조하기 위한 예시적인 공정 순서도이다.
도 4 내지 도 10은 도 3의 공정 순서도에 따라 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 이용될 수 있는 예시적인 발광 다이오드 패키지를 설명하기 위한 도면들이다.
*도면의 주요부호에 대한 간략한 설명*
10: 리드프레임 11: 외부프레임
13: 히트싱크 지지링 15a, 15b: 연결단자
17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c, 51, 52, 61, 62: 리드단자
20: 히트싱크 21: 기저부
23: 돌출부 23a: 지지링 수용홈
30, 30a: 패키지 본체 40, 41, 43, 45, 53, 63: UV LED 칩
본 발명은 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩이 실장된 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩으로부터 발생하는 열을 효과적으로 배출하고 단파장의 광원에 의한 황변현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 발광효율 또한 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 조명용, 살균용, 정화용 및 의료용 광원을 비롯한 다양한 적용에 이용되고 있다. 이에 발광 다이오드가 조명용 광원 등과 같은 용도로 사용되기 위해서는, 수십 루멘 이상의 광출력(luminous power)을 가질 것이 요구된다. 상기 발광 다이오드의 광출력은 대체로 입력전력(input power)에 비례하게 되며, 이에 발광다이오드에 입력되는 전력을 증가시키면 높은 광출력을 얻을 수 있다. 그러나, 입력 전력의 증가는 발광 다이오드의 접합 온도(junction temperature)를 증가시키게 되며, 이와 같은 발광 다이오드의 접합 온도 증가는 입력 에너지가 가시광으로 변환되는 정도를 나타내는 발광 효율(photometric efficiency)의 감소로 이어진다. 이에, 입력전력의 증가에 따른 발광 다이오드의 접합 온도 증가를 방지하기 위한 구조가 요구되는 실정이다.
이러한 구조의 발광 다이오드 패키지가 미국 등록특허 제6,274,924(B1)호(명칭: 표면 실장 LED 패키지)에 개시되어 있다. 이에 따르면, LED 다이가 히트 싱크 상에 열적으로 커플링되어 있기 때문에, 상기 LED 다이를 낮은 접합 온도로 유지할 수 있다. 따라서, LED 다이에 상대적으로 큰 입력전력을 공급할 수 있어서 높은 광출력을 얻을 수 있다.
하지만, 이러한 구조, 즉 큰 입력전력으로 높은 광출력을 얻을 수 있는 발광 다이오드 패키지(이하, 'LED 패키지'라 함)는, 최근까지 다양한 구조 및 형상으로 제안되지 못하고 있는 실정이다. 이는 LED 패키지가 그 간단한 구성에도 불구하고 제품화를 위한 기술적 곤란성을 가지고 있으며, 특히 패키지 자체에서 발생하는 열해석이 쉽지 않고 그 전문가도 거의 없어서, 실질적으로 그 개발이 제한적으로 진행되고 있기 때문이다. 하지만, 이러한 LED 패키지는, 조명용 뿐만 아니라 대형 TV나 디스플레이 등에 적용될 예정이고, 향후 그 응용분야도 매우 넓기 때문에, 종래의 제품과는 다른 구조 및 형태의 우수한 방열특성을 갖는 다양한 LED 패키지들이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 종래의 이러한 LED 패키지는, 리드단자들과 히트싱크가 분리되고, 이들이 절연재질의 하우징을 매개하여 상호 결합된 구조를 가지고 있어서, 그 제조가 상대적으로 곤란한 문제가 있다.
또한, UV LED 칩을 이용한 패키지들의 경우 UV 광원에 의하여 패키지상의 실링에 황변현상을 유발하는 추가적인 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 우수한 방열특성을 가지어 큰 입력전력을 입력하더라도 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩의 접합온도 증가를 방지할 수 있어서 높은 광출력을 얻을 수 있고, 단파장 광원에 의한 황변현상을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광 다이오드 패키지는, 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩; 상기 LED 칩으로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 방열부재; 및 상기 LED 칩을 실링하는 실리콘 수지로 이루어진 실링재;를 포함하여 이루어진다.
상기 LED 칩은 320nm 이하 또는 280nm 이하의 피크파장으로 발광할 수도 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에서 상기 방열부재는, 적어도 두개의 연결단자를 포함하는 히트싱크 지지링; 및 상기 히트싱크 지지링에 삽입된 히트싱크;를 포함하며, 상기 LED 칩이 상기 히트싱크의 상부에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 히트싱크 지지링 및 히트싱크와 이격되어 상기 히트싱크 지지링의 양측에 배치된 적어도 두개의 리드단자; 및 상기 히트싱크가 삽입된 히트싱크 지지링 및 상기 리드단자를 몰딩하여 지지하는 패키지 본체;를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 패키지 본체는 열경화성 수지로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 방열부재는 리드단자이며, 상기 LED 칩이 상기 리드단자상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 방열부재는 상부에 홈부가 형성된 리드단자이며, 상기 LED 칩이 홈부의 내부에 배치될 수도 있다.
상기 홈부의 측벽면에 소정의 기울기가 형성될 수 있으며, 상기 홈부 상에 반사막이 형성될 수도 있고, 상기 반사막은 바람직하게는 Al을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 방열부재가 히트 파이프일 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하나, 이러한 실시예들은 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 발광 다이오드 패키지는 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩과, 상기 LED 칩으로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열부재 및 상기 LED 칩을 실링하는 실리콘 수지로 이루어진 실링재를 포함하여 구성된다.
상기 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 빛은 단파장의 자외선 영역에 해당한다. 상기 자외선은 인체와 환경에 미치는 영향에 따라서 상대적으로 장파장인 UVA(400-320nm), 중간 파장인 UVB(320-280nm), 그리고 단파장 또는 살균파장이라고도 불리우는 UVC(280nm 이하)로 구분된다(도 1). 통상적으로, UV LED 칩을 이용한 패키지에서는 350nm 초과하는 장파장 UV를 이용하는 것이 일반적이며, 이는 350nm 이하의 UV를 이용하는 경우 발생되는 열로 인하여 신뢰성에 문제가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 LED 칩을 실링하는 수지에 황변현상이 발생하는 등의 문제점이 유발될 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩을 사용할 때 발생되는 열로 인한 신뢰성 문제를 해소하기 위하여 적절하게 방열부재를 이용하고, 단파장 LED 칩을 실링하는 수지에 발생될 수 있는 황변현상을 억제하기 위하여 실리콘 수지를 이용하게 된다.
본 발명에 적용될 수 있는 빛은 350nm 이하의 단파장이며, 이는 UVA중 단파장 영역과, UVB 및 UVC 영역을 포함한다. 또한, 본 발명에 적용될 수 있는 방열부재는 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩으로부터 발생되는 열을 효과적으로 배출할 수 있는 방열부재를 사용하는 것이 가능하며, 이후의 실시예들에서 이러한 방열부재의 대표적인 형상을 설명하게 된다. 또한, 본 발명에 적용되는 수지는 실리콘 수지로 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 통상의 에폭시 수지의 경우 본 발명에서 이용하게 되는 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 빛에 쉽게 황변현상을 보여주게 되며, 이러한 문제점은 본 발명의 실리콘 수지를 적용함에 의하여 해결할 수 있다.
이하, 본 발명에 적용될 수 있는 다양한 패키지 형상을 예시하나, 본 발명은 이와 같은 패키지 형상에만 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 이용될 수 있는 예시적인 리드프레임(10)의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 리드프레임(10)은 내부에 히트싱크를 삽입할 수 있는 히트 싱크 지지링(13)을 갖는다. 상기 히트싱크 지지링(13)은, 도시된 바와 같이, 원형 고리모양 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다각형 고리 모양일 수 있다.
한편, 외부프레임(11)이 상기 히트싱크 지지링(13)을 둘러싼다. 상기 외부프레임(11)은 상기 히트싱크 지지링(13)과 이격되어 위치한다. 외부프레임(11)은, 도시된 바와 같이, 정사각형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 원형 또는 다른 다각형일 수 있다.
상기 외부프레임(11)과 상기 히트싱크 지지링(13)은 적어도 두개의 연결단자(15a, 15b)에 의해 연결된다. 상기 연결단자(15a, 15b)는 상기 히트싱크 지지링(13)의 대향하는 양측면에 위치할 수 있으며, 상기 히트싱크 지지링(13)을 외부프레임(11)에 고정시킨다. 상기 연결단자(15a, 15b) 이외에 추가적인 연결단자가 상기 히트싱크 지지링(13)과 상기 외부프레임(11)을 연결할 수 있다.
또한, 적어도 두개의 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c)가 상기 외부프레임(11)에서 상기 히트싱크 지지링(13)을 향해 연장된다. 다만, 상기 리드단자는 상기 히트싱크 지지링(13)과 이격된다. 도시된 바와 같이, 상기 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c)는 상기 히트싱크 지지링(13) 근처에서 면적이 더 넓은 종단부를 가질 수 있다. 한편, 상기 리드단자는 상기 히트싱크 지지링(13)의 대향하는 양측에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 리드단자는 탑재될 UV 발광 다이오드 칩의 종류 및 개수와 본딩와이어 연결방식에 의해 필요한 개수가 정해지나, 다양한 경우에 사용될 수 있도록 상기 리드프레임(10)은 많은 수의 리드단자들을 갖는 것이 바람직하다. 상기 리드단자 는, 도시된 바와 같이, 상기 연결단자(15a, 15b)와 직교하는 방향으로 배치되어, 동일방향으로 많은 수의 리드단자들이 배치될 수 있다.
한편, 도 2에 6개의 리드단자가 도시되어 있으나, 더 적은 수의 리드단자들이 배치될 수 있으며, 추가적인 리드단자들이 더 배치될 수도 있다. 추가적인 리드단자들은 상기 연결단자들(15a, 15b)과 동일한 방향으로 배치될 수도 있다.
본 발명에 이용될 수 있는 상기 리드프레임(10)은 구리합금인 인청동판을 금형기술을 사용하여 프레스 가공함으로써 제조할 수 있다. 한편, 도 2에는 한개의 리드프레임(10)이 도시되어 있으나, 복수개의 리드프레임(10)이 하나의 인청동판에서 제조되어 정렬될 수 있다. 특히, 발광 다이오드 패키지를 대량생산하기 위해 하나의 인청동판에 제조된 복수개의 리드프레임(10)들이 사용된다.
도 3은 본 발명의 발광 다이오드 패키지를 제조하기 위한 예시적인 공정 순서도이며, 도 4 내지 도 10은 도 3의 공정 순서도에 따라 발광 다이오드 패키지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 도 2를 참조하여 상술한 리드프레임(10)과, 히트싱크(20)를 마련한다(S1).
상기 리드프레임(10)은, 앞에서 설명한 바와 같이, 인청동판을 프레스 가공함으로써 제조될 수 있으며, 다수의 리드프레임(10)들이 동일한 인청동판에서 제조되어 정렬될 수 있다.
상기 히트싱크(20)는 UV 발광 다이오드 칩을 탑재할 수 있는 상부면을 갖는다. 상기 히트싱크(20)의 상부면은 상기 히트싱크 지지링(13)에 쉽게 삽입될 수 있 도록 히트싱크 지지링(13)의 내경보다 작은 것이 바람직하며, 상기 히트싱크(20)의 측면의 외경은 상기 지지링(13)의 내경보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트싱크(20)는 상기 히트싱크 지지링(13)에 체결되기 위한 지지링 수용홈(23a)을 가질 수 있다. 더욱이, 상기 지지링 수용홈(23a)은 상기 히트싱크 지지링(13)에 쉽게 체결되기 위해 나선홈으로 마련될 수 있다.
한편, 상기 히트싱크(20)는 기저부(21) 및 상기 기저부의 중앙부분에서 상향 돌출된 돌출부(23)를 가질 수 있다. 이때, 상기 지지링 수용홈(23a)은 상기 돌출부(23)의 측면에 위치한다. 상기 기저부(21) 및 상기 돌출부(23)는, 도시된 바와 같이, 원통형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다각통형일 수 있다. 상기 돌출부(23)는 상기 히트싱크 지지링(13)의 내부 모양과 유사한 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 히트싱크 지지링(13)은 원형 고리모양이고, 상기 돌출부(23)는 사각통형일 수 있다.
상기 히트싱크(20)는 열전도율이 높은 금속 또는 열전도 수지로 프레스 가공 기술 또는 몰딩기술을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 상기 히트싱크(20)는 상기 리드프레임(10)과 별개의 공정을 사용하여 제조된다. 따라서, 상기 리드프레임(10)을 마련하는 단계와 상기 히트싱크(20)를 마련하는 단계는 둘중 하나의 단계가 우선할 수 도 있으며, 동시에 진행될 수도 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 리드프레임(10)의 히트싱크 지지링(13)에 상기 히트싱크(20)를 삽입하여 고정시킨다(S3). 상기 히트싱크(20) 측면의 외경이 상기 히트싱크 지지링(13)의 내경보다 크므로, 상기 히트싱크(20)를 강제 삽입하여 히트싱 크 지지링(13)에 고정시킬 수 있다.
한편, 지지링 수용홈(13a)이 형성되는 경우, 상기 히트싱크 지지링(13)은 지지링 수용홈(13a)에 수용되어 상기 히트싱크(20)를 지지하게 된다. 이때, 상기 히트싱크 지지링(13)의 일부가 지지링 수용홈(13a)에 수용되고, 나머지는, 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(23)의 외부로 돌출되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지링 수용홈(13a)이 나선홈일 경우, 상기 히트싱크(20)를 회전시켜 상기 히트싱크 지지링(13)에 체결할 수 있다.
도 3 및 도 6a를 참조하면, 상기 리드프레임(10)에 히트싱크(20)를 고정시킨 후, 상기 히트싱크와, 리드단자의 일부 및 연결단자의 일부를 포함하는 영역을 몰딩하여 패키지 본체(30)를 형성한다(S5). 이때 상기 패키지 본체(30)는 예를들면, 삽입몰딩 기술을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 패키지 본체(30)는 열경화성 수지를 사출성형하여 형성할 수도 있다.
상기와 같이 형성된 상기 패키지 본체(30)는 히트싱크(20) 주변의 히트싱크 지지링(13), 연결단자(15a, 15b), 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c) 및 히트싱크(20)를 지지한다. 이때 상기 연결단자 및 리드단자의 일부는 상기 패키지 본체(30)의 외부로 돌출된다. 또한, 상기 패키지 본체(30)는 상기 히트싱크(10)의 상단부 및 상기 리드단자를 노출시키는 개구부를 가질 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 개구부에 의해 상기 히트싱크 지지링(13) 및 연결단자(15a, 15b)의 일부가 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 패키지 본체(30)의 상부에 홈이 형성된다. 이와 달리, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 패키 지 본체(30a)는 상기 히트싱크(20)의 상단부를 제외한 대부분을 덮고, 상기 리드단자의 일부만을 노출시킬 수도 있다. 따라서, 상기 개구부는 복수개로 형성될 수 있다.
이 경우에도 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 패키지 본체(30a)의 상부에 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트싱크(20)의 하부면은 외부에 노출될 수 있다. 이에 더하여, 상기 기저부(21)의 측면도 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 히트싱크(20)를 통한 열방출을 보다 촉진시킬 수 있다.
한편, 상기 패키지 본체(30)는, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 원통형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 사각통형 등의 다각통형일 수 있다.
도 3 및 도 7a를 참조하면, 상기 패키지 본체(30) 외부로 돌출된 연결단자(15a, 15b)를 절단하여 제거한다(S7). 그 결과, 절단된 연결단자(16a, 16b)는 상기 패키지 본체(30)에 남게 되며, 이 연결단자들과 히트싱크 지지링(13)은 상기 히트싱크(20)가 상기 패키지 본체(30)로부터 분리되는 것을 더욱 방지한다.
한편, 상기 연결단자들을 절단하는 동안, 상기 패키지 본체(30) 외부로 돌출된 리드단자들 중 전류를 공급하기 위해 사용될 리드단자를 제외하고 나머지 리드단자를 함께 절단하여 제거할 수 있다. 예컨대, 도 7b에 도시된 바와 같이, 두개의 리드단자(17c, 19c)만이 필요한 경우, 나머지 리드단자(17a, 17b, 19a, 19b)를 절단하여 제거한다. 또한, 도 7c에 도시된 바와 같이, 네개의 리드단자(17a, 17c, 19a, 19c)가 필요한 경우, 나머지 리드단자(17b, 19b)를 절단하여 제거한다.
상기 리드단자들을 절단하여 제거하는 공정은, 발광 다이오드 패키지에서 요구되는 리드단자 보다 더 많은 수의 리드단자가 리드프레임(10)에 마련된 경우에 수행되는 공정이다. 따라서, 발광 다이오드 패키지에서 요구되는 리드단자와 리드프레임(10)에 마련된 리드단자의 수가 일치하는 경우, 리드단자를 절단하여 제거하는 공정은 수행되지 않을 수 있다. 또한, 여분의 리드단자가 남아있더라도, 발광 다이오드 패키지의 동작에 영향을 주는 것은 아니므로 상기 여분의 리드단자를 절단하여 제거하는 공정이 반드시 요구되는 공정은 아니다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 히트싱크(20)의 상부면에 UV LED 칩(40)을 탑재한다(S9). 상기 UV LED 칩(40)는 상면 및 하면에 각각 전극을 갖는 1본드 칩 또는 상면에 두개의 전극을 갖는 2본드 칩일 수 있다.
상기 UV LED 칩(40)이 1본드 칩인 경우, 상기 히트싱크(20)는 전기 전도성의 금속재질인 것이 바람직하며, 이때 상기 칩(40)는 은 에폭시와 같은 전기 전도성 접착제를 통해 상기 히트싱크(20) 상에 탑재될 수 있다. 이와 달리, 상기 히트싱크(20) 상에 탑재되는 UV LED 칩(40)이 모두 2 본드 칩인 경우, 상기 히트싱크(20)는 전기 전도성일 필요가 없으며, 상기 칩(40)는 은 에폭시 이외에도 다양한 열전도성 접착제를 통해 상기 히트싱크(20) 상에 탑재될 수 있다.
한편, 상기 히트싱크(20) 상에 탑재되는 UV LED 칩(40)은 복수개일 수 있다. 또한, 상기 복수개의 UV LED 칩(40)은 서로 다른 파장의 광을 방출하는 UV LED 칩일 수도 있다.
도 3 및 도 9a을 참조하면, UV LED 칩(41, 43, 45)과 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c)를 본딩와이어를 이용하여 전기적으로 연결한다(S11). 상기 UV LED 칩(41, 43, 45)이 모두 2본드 칩인 경우, 각 UV LED 칩은 두개의 본딩와이어를 통해 두개의 리드단자에 연결된다. 한편, 도시된 바와 같이, UV LED 칩(41, 43, 45)은 각각 서로 다른 한쌍의 리드단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 하나의 공통 리드단자(예컨대, 17b)와 UV LED 칩을 각각 본딩와이어로 연결하고, 상기 공통 리드단자에 대향하여 위치하는 서로 다른 리드단자(예컨대, 19a, 19b, 19c)와 상기 UV LED 칩을 다른 본딩와이어로 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 UV LED 칩은 각각 다른 전류에 의해 구동될 수 있다.
한편, 도 9b에 도시된 바와 같이, 1본드 칩(41a)과 2본드 칩(43, 45)이 함께 탑재될 수도 있다. 이때, 리드단자들 중 하나(17b)는 본딩와이어를 통해 히트싱크(20)에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 리드단자(17b)는 본딩와이어 및 히트싱크(20)를 통해 상기 1본드 칩(41a)의 하면에 전기적으로 연결된다. 1본드 칩 및 2본드 칩의 조합은 다양하며, 각 조합에 대해 본딩와이어를 연결하는 방식도 다양하게 채택될 수 있다.
또한, 리드단자와 UV LED 칩을 연결하는 방식도 다양하게 선택될 수 있으며, 복수개의 UV LED 칩을 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결할 수도 있다.
한편, 본딩와이어로 UV LED 칩(41, 43, 45)과 상기 리드단자를 연결한 후, 실리콘으로 이루어진 실링재를 이용하여 상기 UV LED 칩(41, 43, 45)을 밀봉한다(S13). 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 상기 패키지 본체(30)의 개구부를 채워 상기 UV LED 칩 및 본딩와이어를 밀봉할 수 있다. 상기 실리콘으로 이루어진 실 링재는 UV 발광 다이오드 패키지에 주로 이용되는 에폭시 실링이 갖는 황변현상 등과 같은 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 형광체를 함유하지 않을 수 있다. 본 발명에서 실리콘으로 이루어진 실링재에 형광체를 함유하지 않는 경우 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 살균용, 정화용 및 의료용 등의 분야에 이용하는 것이 가능하다. 이에 더하여, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 확산제를 더 함유할 수 있다. 상기 확산제는 UV LED 칩에서 방출된 광을 분산시키어 광이 균일하게 외부로 방출되도록 한다.
상기 실리콘으로 이루어진 실링재로 상기 UV LED 칩을 밀봉한 후, 상기 패키지 본체(30) 상부에 렌즈(도시하지 않음)를 부착할 수도 있다. 상기 렌즈는 광을 일정한 지향각 내로 방출하기 위해 사용되는 것으로, 렌즈를 사용할 필요가 없는 경우 생략될 수 있다. 특히, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재가 렌즈 형상으로 경화되어 렌즈역할을 할 수 있으며, 이때 렌즈를 부착하는 공정은 생략될 수 있다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c)를 외부프레임(11)으로부터 절단한다(S15). 또한, 본 발명에서는 절단된 리드단자의 단부를 절곡하여 표면실장에 바람직한 형상으로 형성할 수도 있다. 한편, 상기 연결단자를 절단하여 제거하는 단계(S7)는 본 단계(S15)에서 함께 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 태양에 따른 UV 발광 다이오드 패키지를 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
다시, 도 10을 참조하면, 상기 UV 발광 다이오드 패키지는 히트싱크 지지링(13)을 포함한다. 상기 히트싱크 지지링(13)은 인청동과 같은 구리합금으로 제조된다. 상기 히트싱크 지지링(13)은 원형 고리모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다각형 고리모양일 수도 있다. 상기 히트싱크 지지링(13)의 외측에 절단된 연결단자(16a, 16b)가 연장되어 위치한다. 상기 절단된 연결단자(16a, 16b)는 상기 히트싱크 지지링(13)에 대하여 서로 대향하는 양측에 위치할 수 있다.
상기 히트싱크 지지링(13)에 도 4를 참조하여 설명한 바와 같은 히트싱크(20)가 삽입되어 위치한다.
한편, 적어도 두개의 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c)가 상기 히트싱크 지지링(13) 및 히트싱크(20)와 이격되어 상기 히트싱크 지지링의 양측에 배치된다. 상기 리드단자는 상기 히트싱크 지지링에 대하여 서로 대향하는 양측에 위치할 수 있다. 상기 리드단자(17a, 17b, 17c, 19a, 19b, 19c)는 상기 절단된 연결단자(16a, 16b)와 서로 직교하는 방향으로 배치되어 동일방향으로 많은 수의 리드단자들이 배치될 수 있다. 또한, 상기 리드단자들은 표면실장이 가능하도록 절곡될 수 있다.
이에 더하여, 패키지 본체(30)가 상기 히트싱크(20) 및 상기 리드단자들을 몰딩하여 지지한다. 상기 패키지 본체(30)는 상부에 히트싱크(20)의 상단부 및 상기 리드단자의 적어도 일부를 노출시키는 개구부를 가질 수 있다. 한편, 상기 리드단자의 적어도 일부는 상기 패키지 본체(30)의 측벽을 관통하여 외부로 돌출된다.
도 6a를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 개구부에 의해 상기 히트싱크 지 지링(13) 및 연결단자(15a, 15b)의 일부도 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 패키지 본체(30)의 상부에 홈이 형성된다. 또한, 도 6b를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 패키지 본체(도 5b의 30a)는 상기 히트싱크(20)의 상단부를 제외한 대부분을 덮고, 상기 리드단자의 일부만을 노출시킬 수 있다. 따라서, 상기 개구부는 복수개로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 패키지 본체(30a)의 상부에는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 다수개의 홈을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
상기 패키지 본체(30)는 상기 히트싱크(20)를 상기 히트싱크 지지링(13)에 삽입하여 고정시킨 후, 열경화성 수지를 사출성형하여 형성된 플라스틱 수지일 수 있다.
한편, 상기 히트싱크(20)의 상부면에 UV LED 칩(41, 43, 45)이 탑재되어 위치한다. 도 10에 도시된 발광 다이오드 다이들은 2본드 칩을 나타내지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발광 다이오드 다이들은 1본드 칩일 수 있으며, 1본드 칩과 2본드 칩의 조합일 수도 있다.
상기 UV LED 칩은 본딩와이어를 이용하여 상기 리드단자에 전기적으로 연결된다. 상기 UV LED 칩이 2본드 칩인 경우, 각 UV LED 칩은 두개의 본딩와이어를 통해 두개의 리드단자에 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 UV LED 칩들 중 적어도 하나가 1본드 칩인 경우, 상기 히트싱크는 본딩와이어를 통해 적어도 하나의 리드단자와 전기적으로 연결된다.
상기 UV LED 칩과 리드단자를 연결하는 방식은 다양하며, 요구되는 UV 발광 다이오드 패키지의 특성에 맞추어 선택될 수 있다.
한편, 실리콘으로 이루어진 실링재(도시하지 않음)가 상기 UV LED 칩을 덮어 밀봉한다. 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 상기 패키지 본체(30)의 상부에 형성된 홈들을 채운다. 또한, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 형광체를 포함하지 않을 수 있으며, 확산제를 함유할 수 있다. 한편, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 렌즈형상을 가질 수도 있다.
또한, 상기 패키지 본체(30)에 렌즈(도시하지 않음)가 부착될 수도 있다.
도 11은 본 발명에 이용될 수 있는 칩 LED 패키지를 예시하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 베이스판(66)과, 상기 베이스판(66)의 일단에 형성된 제 1 리드단자(61) 및 상기 베이스판(66)의 타단에 상기 제 1 리드단자(61)와 소정 간격 이격되어 형성된 제 2 리드단자(62)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 리드단자(61)는 상기 베이스판(66)의 상부, 즉 LED 칩(63)이 실장되는 부분에 형성되는 상부면(611)과, 상기 베이스판(66)의 측부에 형성되는 측면(612) 및 상기 베이스판(66)의 하부에 형성되는 하부면(613)으로 구성되어, 전체적으로 ㄷ자 형태로 형성될 수 있다. 이때 상기 제 1 리드단자(51)는 열을 방출하기 용이한 히트파이프 형상을 내부에 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제 2 리드단자(62) 역시 상기 베이스판(66)의 상부에 형성되는 상부면(621)과, 상기 베이스판(66)의 측부에 형성되는 측면(622) 및 상기 베이스판(66)의 하부에 형성되는 하부면(623)으로 형성되어, 전체적으로 ㄷ자 형태로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 리드단자(61)의 상부면(611) 및 제 2 리드단자(62)의 상부면(621)은 상기 LED 칩(63)으로부터 조사되는 광의 반사효율을 높이기 위하여 반사효율이 높은 재료로 형성될 수 있으며, 또는 반사막이 형성될 수도 있다.
상기 제 1 리드단자(61)는 방열부재로 작용하게 되며, 상기 LED 칩(63)은 상기 제 1 리드단자(61)의 상부면(611)에 실장될 수 있고, 와이어(65)를 통하여 제 2 리드단자(62)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 LED 칩(63), 와이어(65) 및 반사막의 적어도 일부를 실링하는 실리콘으로 이루어진 실링재(64)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 형광체를 포함하지 않을 수 있으며, 확산제를 함유할 수 있다. 한편, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 렌즈형상을 가질 수도 있다.
도 12는 본 발명에 이용될 수 있는 램프형 LED 패키지를 예시하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 제 1 리드단자(51)와, 상기 제 1 리드단자(51)와 소정 간격 이격된 제 2 리드단자(52)로 구성되고, 상기 제 1 리드단자(51)는 방열부재로 작용하게 된다. 이때 상기 제 1 리드단자(51)는 열을 방출하기 용이한 히트파이프 형상을 내부에 포함할 수도 있다. 상기 제 1 리드단자(51)는 상부의 소정 영역에 홈부가 형성되고 상기 홈부의 측벽면에 소정의 기울기를 갖는 반사막(54)이 형성될 수 있다. 반사막(54)은 반사성이 우수한 여러가지 금속이 이용될 수 있다. 특히, UV LED의 경우 Al을 이용하는 것이 UV가 흡수되는 등의 문제점을 억제할 수 있어 보다 바람직하다.
LED 칩(53)은 상기 제 1 리드단자(51)의 홈부의 내부에 배치될 수 있으며, 와이어(56)를 통하여 제 2 리드단자(52)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 LED 칩(53), 와이어(56) 및 반사막(54)을 실링하는 실리콘으로 이루어진 실링재(55)와, 상기 리드단자(51, 52)의 선단부에 형성된 외주 몰딩부(57)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 형광체를 포함하지 않을 수 있으며, 확산제를 함유할 수 있다. 한편, 상기 실리콘으로 이루어진 실링재는 렌즈형상을 가질 수도 있다.
본 발명은 바람직한 실시예 및 많은 구체적인 변형 실시예를 참조하여 설명되었다. 그렇지만, 구체적으로 설명된 것과는 다른 많은 기타 실시예들이 또한 본 발명의 사상 및 범위 내에 들어간다는 것을 관련 분야의 당업자들은 이해할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 우수한 방열특성을 가져 높은 광출력을 얻을 수 있는 단파장 UV 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다. 또한, 단파장의 UV 광원에 의한 황변현상을 방지할 수 있는 UV 발광 다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 350nm 이하의 피크파장으로 발광하는 LED 칩;
    상기 LED 칩으로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 방열부재; 및
    상기 LED 칩을 실링하는 실리콘 수지로 이루어진 실링재;를 포함하여 이루어지는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 칩은 320nm 이하의 피크파장으로 발광함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 LED 칩은 280nm 이하의 피크파장으로 발광함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방열부재가,
    적어도 두개의 연결단자를 포함하는 히트싱크 지지링; 및
    상기 히트싱크 지지링에 삽입된 히트싱크;를 포함하며, 상기 LED 칩이 상기 히트싱크의 상부에 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 히트싱크 지지링 및 히트싱크와 이격되어 상기 히트싱크 지지링의 양측에 배치된 적어도 두개의 리드단자; 및
    상기 히트싱크가 삽입된 히트싱크 지지링 및 상기 리드단자를 몰딩하여 지지하는 패키지 본체;를 더 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 열경화성 수지임을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방열부재는 리드단자이며, 상기 LED 칩이 상기 리드단자상에 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 방열부재는 상부에 홈부가 형성된 리드단자이며, 상기 LED 칩이 홈부의 내부에 배치됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 홈부의 측벽면에 소정의 기울기가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 홈부 상에 반사막이 형성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반사막은 Al을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 방열부재는 히트 파이프임을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 수지로 이루어진 실링재는 형광체를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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