KR100348377B1 - 백색 발광 다이오드의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색 발광 다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 몰딩 컴파운드 수지 분말에 형광제를 고체 상태에서 미리 혼합하여 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광의 일부를 파장변환시켜 백색광을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 프린트 기판에 다양한 재질로 여러 층 도금되어 있는 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 청색을 발광하는 다이오드 칩을 접착제로 접착 고정하여 탑재하고 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 도금된 회로 패턴 또는 그 자체에 연결하고 형광제와 몰딩 컴파운드 수지를 이용하여 백색광을 발광하도록 하는 백색 발광 LED의 제조 방법으로서, 몰딩 컴파운드 수지 분말에 (Y, Gd, Ce)-Al-O계 형광제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계와; 상기 혼합물에 소정의 압력을 가하여 태블릿 형상으로 제조하는 단계와; 상기 태블릿 형상의 혼합물로 발광 다이오드 칩이 탑재된 인쇄회로기판을 트랜스퍼 몰딩하는 단계와; 절단장치를 이용하여 몰딩된 기판을 절단하여 개별 백색 발광 다이오드를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

백색 발광 다이오드의 제조 방법{Method for Manufacturing White Light-emitting Diode}

본 발명은 몰딩 컴파운드 수지 분말에 형광제를 미리 혼합하여 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색광을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 백색광을 발광하는 다이오드를 제조하기 위하여 청색 발광 다이오드 위에 형광제가 혼합된 액상 수지를 봉입하여 백색광 LED를 제조하여 왔다. 백색광이란 일반적으로 그 파장이 400 nm에서 600 nm까지 균일하게 분포된 광을 말한다. 적색, 녹색 그리고 청색 빛이 조화를 이루어서 나오는 백색은 일부의 청색광이 적색과 녹색을 내는 형광제와 반응하여 적색과 녹색의 파장으로 변환되고, 이 색들은 미쳐 형광제와 반응하지 못하고 그대로 칩을 통과하여 나오는 청색광과 조화를 이루어 최종적으로 인간의 눈에는 백색광으로 보이게 되는 것이다.

종래에 백색을 발광하는 LED는 회로가 구성되어 있는 인쇄회로기판 또는 알루미늄 재질의 리드 프레임 위에 청색 발광 다이오드칩을 장착하고 칩상부에 액상 수지를 도포한 후, 형광제를 상기 액상 수지내에 포팅하여 경화시켜 다시 몰딩부를 형성하도록 트랜스퍼 몰드한 후, 각각의 제품을 잘라내는 방식과, 일정한 형상을 갖는 플라스틱 재질의 사출물에 형광제를 디스펜서를 이용하여 포팅한 후 에폭시로 마감을 하는 방식과, 리드 프레임에 형광제를 포팅하여 램프의 형상을 한 몰드컵을 이용하여 LED 램프로 제조하는 방식 등 다양한 종류의 제조 방법이 있었다.

그런데, 근래에 들어 백색 LED 제품은 일반적인 용도의 액정표시부 후면 발광용과, 가전제품 및 산업 기기 등의 디스플레이용 등에 한정되는 것이 아니라 기술 발전과 소비자의 다양한 요구에 의해 경박단소한 휴대용 무선 통신 기기와 같은 전자 제품과 자동차 등에 쓰이는 액정 표시 후면 발광 용도로 사용되어 점차로 소형화가 요구되고 있다. 그러나, 액상 수지로 몰드 한 후, 형광제를 포팅하는 방법으로 제조된 백색 LED에 있어서, 그 제품의 크기를 줄이는 데에는 한계가 있으며, 일정 수준의 제품 제조에 수율 문제가 있으며, 액상 수지에 혼입되는 형광제가 균일하게 혼합되지 않으므로 형광제의 양이 균일하지 않아 제조품 자체의 색편차가 심하고 제품 제조에 소요되는 공정 시간과 그에 따르는 비용이 크다고 하는 커다란 문제점들이 있었다.

본 발명은 몰딩 컴파운드 수지 분말에 형광제를 혼합한 혼합물로 발광 다이오드 칩과 인쇄회로기판을 트랜스퍼 몰드한 백색 발광 다이오드 제조 방법을 제공함으로서, 경박단소한 전자 제품에 사용되는 액정 표시부 후면 발광과 디스플레이 용도에 적합하도록 발광 다이오드를 박형으로 제조하고 공정을 단순화시킴으로서 소요되는 비용과 시간을 단축하며, 제품 수준을 현저히 향상시키는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프린트 기판에 다양한 재질로 여러 층 도금되어 있는 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 청색을 발광하는 다이오드 칩을 접착제로 접착 고정하여 탑재하고 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 도금된 회로 패턴 또는 그 자체에 연결하고 형광제와 몰딩 컴파운드 수지를 이용하여 백색광을 발광하도록 하는 백색 발광 LED의 제조 방법에 있어서, 몰딩 컴파운드 수지 분말에 (Y, Gd, Ce)-Al-O계 형광제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계와; 상기 혼합물에 소정의 압력을 가하여 태블릿 형상으로 제조하는 단계와; 상기 태블릿 형상의 혼합물로 발광 다이오드 칩이 탑재된 인쇄회로기판을 트랜스퍼 몰딩하는 단계와; 절단장치를 이용하여 몰딩된 기판을 절단하여 개별 백색 발광 다이오드를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이에 의해 청색 LED 칩에서 발광되는 청색 파장의 광을 백색 파장으로 변환시켜 백색광을 발광하게 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법으로 제조한 칩 LED는 액상 몰딩 컴파운드 수지에 형광제를 혼합하여 제조한 칩 LED에 비해 손쉽고 저렴하게 고품질의 순수 백색의 빛을 발광하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 하나의 와이어가 접속된 백색 발광 칩 LED의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 두개의 와이어가 접속된 백색 발광 칩 LED의 단면도.

도 3은 종래의 백색을 발광하는 LED의 한예를 도시한 단면도.

도 4는 종래의 백색을 발광하는 LED의 다른예를 도시한 단면도.

도 5는 종래의 백색을 발광하는 LED의 또 다른예를 도시한 단면도.

도 6은 종래의 백색을 발광하는 LED의 또 다른 한예를 도시한 단면도.

도 7은 종래의 백색을 발광하는 LED의 또 다른 한예를 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 몰드 성형부분 2 : 형광제

3 : 발광 다이오드 칩 4 : 접착제

5 : 와이어 6 : 인쇄회로기판

7 : 리드 프레임

이하에서 전도면에 걸쳐 같은 부분에 대해서는 동일한 도면 부호가 첨부되어 있다. 도면들에서 도면 부호 1은 몰드가 성형된 부분이며, 도면 부호 2는 형광제이며, 도면 부호 3은 발광 다이오드 칩이며, 도면 부호 4는 Ag 페이스트와 같은 접착제이고, 도면 부호 5는 Au 또는 Al 와이어이고, 도면 부호 6은 인쇄회로기판이고, 도면 부호 7은 리드 프레임이며, 도면 부호 8은 반사판이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 칩 LED를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 칩 LED를 도시한 것으로서, 필요에 따라 각각의 재질로 여러층 도금이 되어 일정한 패턴을 이루고 있는 인쇄회로기판(6) 또는 이와 비슷한 역할을 하는 리드 프레임(7)에 청색을 발광하는 다이오드 칩(3)을 Ag 페이스트와 같은 접착제(4) 등을 이용하여 접착 고정한다. 접착제(4)가 경화되도록 특성에 맞도록 일정한 온도 조건, 예를 들면 100 ℃에서 150 ℃ 사이의 온도로, 30 분 내지 1 시간 정도 방치한 후 청색을 발광하는 다이오드에 위치한 전극과 인쇄회로기판(6) 또는 리드 프레임(7)에 있는 패턴 부분을 전기적으로 도전 상태로 만들어 주기 위해 도전성 재료인 와이어(5)로 연결하여 준다. 이 때 청색을 발광하는 다이오드의 종류와 제조 방법에 따라 도전 상태로 만들어 주는 방법과 그 형상은 다양하게 바뀔 수 있다.

이와 같은 공정은 인쇄회로기판(6) 또는 리드 프레임(7)에 형성되어 있는 패턴에 따라 1회에 제조 할 수 있는 갯수가 변경될 수 있도록 회로가 구성되게 된다.

한편, 몰딩 컴파운드 수지 분말은 고체 분말 형태에서 특수하게 처리된 (Y, Ce)₃Al₅O₁₂또는 (Y, Gd, Ce)₃Al₅O₁₂와 같은 (Y,Gd,Ce)-Al-O 계 형광제 분말을 원하고자 하는 품질의 백색광 수준에 따라 일정한 비율, 바람직하게는 몰딩 컴파운드 수지 분말의 5 wt%에서 50 wt% 사이의 비율로 잘 혼합한 것으로서 이를 대량 제조작업에 편리하고 최종제품에 기포가 생기는 등의 문제점을 제거하기 위해 일정한 형태의 금형에 넣어 50 Kg/cm²에서 300 Kg/cm²사이의 압력으로 가압하여 태블릿 형태로 성형한다. (Y, Ce)₃Al₅O₁₂또는 (Y, Gd, Ce)₃Al₅O₁₂와 같은 형광제에 있어서, Gd(가돌리늄)는 중성자를 잘 흡수하고 청색의 발광 파장을 흡수하여 적색으로 여기 발광되며, Ce(세륨)는 녹색으로 여기 발광된다. 따라서, 발광 다이오드 칩의 발광 파장에 따라 Gd, Ce의 양을 조절하게 되면, Gd 및 Ce의 양에 따라 발광 다이오드칩으로부터 방출되는 일부 빛의 파장 변환값이 달라진다. 이에 따라, 상기 발광 다이오드 칩의 발광 파장에 따라 Gd와 Ce의 양을 조절하면 백색 발광 다이오드의 휘도와 발광색이 조절된다.

상기 과정 이전에 이미 제조된 여러개의 인쇄회로 기판 또는 리드 프레임(트랜스퍼 몰드 금형의 형태에 따라 그 수가 달라지는)을 알맞는 금형이 설치된 트랜스퍼 몰딩 프레스 위에 배열한 후 형광제가 첨가된 몰딩 컴파운드 태블릿을 넣고 0.5 톤/cm²에서 2 톤/cm²의 압력으로, 130 ℃에서 180 ℃의 온도로, 200 초에서 600 초의 조건하에서 성형한다.

트랜스퍼 몰드 성형 후 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 자체를 도금된 패턴에 따라 개개의 칩 LED 제품으로 절단하기 위해 다이싱 공정을 진행한다. 이후 다이싱 공정 중에 생기는 수분을 제거해 주고 성형된 몰드의 상태를 안정화 시켜주기 위해 100 ℃에서 250 ℃의 온도로, 1시간 전후의 조건으로 방치해 주기도 한다.

이렇게 완성된 백색광을 발광하는 칩 LED는 이후 각각 알맞는 수준의 백색의 종류와 그 발광하는 광도값에 따라 일정하게 분류 및 테스트하여 표면 실장에 편리하도록 자동화 설비를 통해 릴에 감아서 출하하게 된다.이상의 공정은, 프린트 기판에 다양한 재질로 여러 층 도금되어 있는 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 청색을 발광하는 다이오드 칩을 도전성이나 비도전성의 접착제로 접착 고정하여 탑재하고 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 도금된 회로 패턴 또는 그 자체에 연결한다. 몰딩 컴파운드 수지 분말에 형광제를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물에 소정의 압력을 가하여 소정 형상으로 제조한다. 상기 태블릿 형상의 혼합물로 발광 다이오드 칩이 탑재된 인쇄회로기판을 트랜스퍼 몰딩한 후, 다이서와 같은 절단장치를 이용하여 개별 백색 발광 다이오드로 분리한다.

따라서, 형광제를 따로 액상 상태의 몰딩 컴파운드 수지에 혼합하여 일일이 청색을 발광하는 다이오드 칩(일반적으로 400 nm 내지 500 nm 정도의 파장을 갖는) 위에 포팅하는 등의 작업을 하지 않고서도 일반적인 파장(430, 450, 470, 570, 590, 600, 620, 635, 660 nm 등)의 빛을 발광하는 칩 LED를 제조하는 기존 공정에서 크게 벗어나지 않고 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 손쉽게 백색광을 발광하는 칩 LED를 제조하여, 기존에 사용되던 제품을 대신하여 더욱 콤팩트한 전자제품에 사용가능하게 되었을 뿐만아니라 한번의 트랜스퍼 몰드 성형 작업으로 동일한 조성의 형광제를 가지는 칩 LED제품을 대량으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 백색 칩 LED에서 방출되는 백색광은 CIE(Commission International de l'Eclarage, 국제조명위원회)에 의한 색좌표상의 백색이 갖는 색좌표값과 색도편차가 극히 적고, 엄격한 품질 수준에 맞는 우수한 휘도를 갖고 있으므로 그 수율이 향상된다. 그리고, 따로 형광제를 일일이 포팅해주는 공정이 없으므로 시간과 비용이 낭비되는 불편함을 해소할 수 있다.

이러한 백색광을 발광하는 칩 LED는 전술한 바와 같이 휴대전화 등의 휴대용 무선통신 기기와 같은 전자제품과 자동차 및 가전제품 등에서 사용되는 백색광을 발광하는 디스플레이 용도와 액정표시부 후면 발광용도에만 한정되는 것은 아니며, 현재 백색을 이용한 형광등과 같은 전기기기 뿐만아니라 현재 발광 다이오드가 사용되고 있는 모든 종류의 전자기기 등에 적용할 수 있다.

이상에서 설명한바와 같이 구성된 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드는, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광을 여기흡수하여 파장 변환하는 형광제를 분말 에폭시 수지에 혼합하여 형성한 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰드 됨으로서, 기존에 일일이 형광제를 에폭시마다 포팅함으로서 발생되는 고품질 백색광 구현의 어려움을 극복하였고 1회 제품 제조품에서도 균일한 조성을 이루도록 하여 백색광을 내는 수율을 극대화할 수 있다. 그리고 청색광을 발광하는 다이오드 칩 위에 일일이 포팅하고 다시 그 위에 몰딩 컴파운드 수지를 이용하여 몰드 성형함으로서 발생되는 두께를 줄이는 어려움을 개선하여 백색 발광 칩 LED가 사용 가능한 전자기기 등을 더욱 콤팩트하고 경박단소하게 제조할 수 있으며 불필요한 공정을 없애 비용과 시간을 줄일 수 있는 우수한 백색 발광 칩 LED를 제공할 수 있다.또한, 기존의 트랜스퍼 몰드 방법을 이용하기 때문에 제품의 박형화가 가능하고, 추가 공정으로 인한 제조비용이 상승되지 않으며, 1회 공정에서 생산될 수 있는 제품의 수가 많으므로 수율이 향상된다. 그리고, 분말 수지에 형광제를 혼합하여 사용하기 때문에 형광제가 균일하게 수지내에 혼합되므로 개별 발광 다이오드의 색도도와 휘도가 향상되어 색도 편차가 거의 나타나지 않으며, 또한 1회 공정에서 생산되는 발광 다이오드 들의 색과 휘도가 균일하므로 생산 수율이 향상된다.

Claims (6)

1. 프린트 기판에 다양한 재질로 여러 층 도금되어 있는 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 청색을 발광하는 다이오드 칩을 접착제로 접착 고정하여 탑재하고 청색 발광 다이오드 칩상의 전극들과 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 위에 도금된 회로 패턴 또는 그 자체에 연결한 후, 형광제와 몰딩 컴파운드 수지로 몰딩하여 백색광을 발광하도록 하는 백색 발광 LED의 제조 방법에 있어서,

   몰딩 컴파운드 수지 분말에 (Y, Gd, Ce)-Al-O계 형광제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계와;

   상기 혼합물에 소정의 압력을 가하여 태블릿 형상으로 제조하는 단계와;

   상기 태블릿 형상의 혼합물로 발광 다이오드 칩이 탑재된 인쇄회로기판을 트랜스퍼 몰딩하는 단계와;

   절단장치를 이용하여 몰딩된 기판을 절단하여 개별 백색 발광 다이오드를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합물을 만드는 단계에서 상기 형광제는 몰딩 컴파운드 수지 분말에 대하여 5 wt% 내지 50 wt% 사이의 범위내에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 태블릿 형상으로 제조하는 단계에서 상기 혼합물을 50 Kg/cm²내지 300 Kg/cm²사이의 압력으로 압축하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   광도와 발광 파장 및 발광 색상은 상기 조성 중 Ce와 Gd의 양을 제어하여 가변되는 것을 특징으로 하는 백색 발광 다이오드의 제조 방법.
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