KR100755619B1 - Ｌｅｄ 패키지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 패키지의 제조방법에 관한 것으로서, LED 패키지 구조물에 탑재된 LED 칩을 액상 투명수지로 봉지하는 단계; 상기 액상 투명수지가 경화되기 전에, 요철 패턴을 가지며 고분자 물질로 이루어진 연성 스탬프를 적용하여 상기 액상 투명수지의 표면에 원하는 요철패턴을 임프린팅하는 단계; 상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지를 경화시킴으로써 LED 패키지 구조물의 수지 포장부를 형성하는 단계; 및 상기 LED 패키지 구조물로부터 상기 연성 스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

발광 다이오드, LED 패키지, 스탬프, 고분자, 탄성, 임프린팅, 요철, 패턴

Description

ＬＥＤ 패키지의 제조방법 {METHOD OF FABRICATING LED PACKAGE}

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연성 스탬프의 사시도이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 연성 스탬프의 제조 공정도이다.

도 4는 종래의 LED 패키지의 일예를 나타내는 측단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연성 스탬프 200 : LED 패키지 세트

207 : 액상 투명수지 209 : 수지 포장부

P : 쐐기형 요철 패턴 L : 쇄기형 요철 패턴 라인

209 : 수지 포장부

본 발명은 LED 패키지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 패키지 제조시 연성 스탬프의 임프린팅 방식에 의해 수지 포장부의 패턴 형성을 수행 함으로써 제조공정이 단순하고 균일한 패턴 형성이 가능한 LED 패키지의 제조방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라고 함)는 전기에너지를 광에너지로 변환하는 반도체 소자로서, 에너지 밴드 갭에 따른 특정한 파장의 빛을 내는 화합물 반도체로 구성되며, 광통신 및 디스플레이 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

LED는 사용 목적 및 요구되는 형태에 따라 패키지 형태로 제공된다. 일반적으로, LED 패키지는, LED 칩을 전극패턴이 형성된 기판 또는 리드프레임 상에 실장한 후에 상기 칩의 단자와 전극 패턴(또는 리드)를 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시, 실리콘 또는 그 조합 등을 사용하여 수지 포장부를 형성하는 방식으로 제조된다.

도 1에는 종래의 LED 패키지의 일례가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 상기 LED 패키지(10)는 2개의 전극 패턴(12a, 12b)이 형성된 하부 패키지 기판(11a)과 소정의 홈부가 마련된 상부 패키지 기판(11b)을 포함한다. 상기 홈부의 저면에는 접착층 등을 이용하여 LED 칩(13)이 실장되며, LED 칩(13)의 두 전극(미도시)은 각각 전극 패턴(12a,12b)의 상단에 와이어로 연결될 수 있다.

상기 LED 칩(13)은 수지 포장부(15)에 의해 둘러싸인다. 상기 수지 포장부(15)는 LED 패키지(10)의 발광효율을 영향을 주는 매우 중요한 요소가 된다. 즉, 상기 LED 칩(13)으로부터 발광된 광은 수지 포장부(15) 구성물질의 광학적 특성(특 히, 굴절률) 및 그 형상에 따라 실질적으로 외부로 추출되는 양이 크게 달라질 수 있다.

특히, 수지 포장부(15)를 구성하는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지와 같은 투명수지는 외부 대기보다 다소 높은 굴절률(예, 에폭시수지: 1.5)을 가지므로, 이로 인한 광추출 임계각에 의해 실질적으로 추출되는 광량이 제한된다. 따라서, 수지 포장부(15) 내부에서 임계각 범위를 벗어난 많은 광은 내부로 전반사되어 외부로 추출되지 못하거나 복잡한 광경로를 갖게 된다. 이로 인해, 광추출 효율이 낮아지는 문제가 있다.

또한, 도 1에 도시된 예와 같이, 홈부에 형성된 수지 포장부(15)는 디스펜싱공정 등을 통해 액상 투명수지가 투입되었을 때, 액상수지의 습윤(wetting)성 때문에 그 표면이 곡면으로 형성되므로 광추출 효율이 저하되는 원인이 된다.

한편, 상기한 광추출 효율을 증진시키기 위해서, LED 패키지 수지의 표면 상에 요철 패턴을 형성하는 방안이 제시되고 있다. 여기서, 상기 요철 패턴의 종횡비(높이 대 해상도의 비율)가 크고 패턴의 균일성이 확보될수록 얻어지는 발광 및 광추출 효율이 높아지는 것으로 알려져 있다. 그러나, 식각 등의 별도의 공정이 요구되므로 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라 대상물인 LED 패키지에 존재할 수 있는 높이 편차 등으로 인하여 균일한 패턴 형성이 어려웠다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 LED 패키지 제조시 연성 스탬프의 임프린팅 방식에 의해 수지 포장부의 패턴 형성 을 수행함으로써 제조공정이 단순하고 균일한 패턴 형성이 가능한 LED 패키지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연성 스탬프의 채용에 의해 높이 편차가 존재할 수 있는 LED 패키지 세트에서도 종횡비가 큰 패턴을 LED 패키지 세트의 전 영역에 걸쳐서 균일하게 형성함으로써 광추출효율 등을 확보할 수 있는 LED 패키지의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 LED 패키지의 제조방법은, LED 패키지 구조물에 탑재된 LED 칩을 액상 투명수지로 봉지하는 단계; 상기 액상 투명수지가 경화되기 전에, 요철 패턴을 가지며 고분자 물질로 이루어진 연성 스탬프를 적용하여 상기 액상 투명수지의 표면에 원하는 요철패턴을 임프린팅하는 단계; 상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지를 경화시킴으로써 LED 패키지 구조물의 수지 포장부를 형성하는 단계; 및 상기 LED 패키지 구조물로부터 상기 연성 스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 LED 패키지 구조물은 상기 LED 칩이 탑재된 홈부를 가지며, 상기 액상 투명수지를 봉지하는 단계는, 상기 홈부에 액상 투명수지를 충전시키는 단계가 된다.

상기 연성 스탬프는 일면에 일 방향을 따라 배열된 복수의 쇄기형 요철 패턴 라인을 구비하며, 상기 요철 패턴 라인은 상기 LED 패키지 구조물의 단축 방향으로 연장된다.

상기 수지 포장부를 형성하는 단계는, 상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지로부터 기포가 제거되도록 탈포공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LED 패키지의 제조방법은, 각각 LED 칩이 탑재된 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열된 세트를 마련하는 단계; 상기 복수의 LED 패키지 구조물에 탑재된 각 LED 칩을 액상 투명수지로 봉지하는 단계; 상기 액상 투명수지가 경화되기 전에, 상기 각 LED 칩의 액상 투명수지에 대응되는 위치에 요철 패턴을 갖는, 고분자 물질로 이루어진 연성 스탬프를 적용하여 상기 각 액상 투명수지의 표면에 원하는 요철패턴을 임프린팅하는 단계; 상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지를 경화시킴으로써 상기 복수의 LED 패키지 구조물의 수지 포장부를 형성하는 단계; 및 상기 복수의 LED 패키지 구조물로부터 상기 연성 스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 세트는, 리드프레임을 갖는 복수의 LED 패키지 구조물을 포함하며, 상기 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열되도록 서로 인접한 LED 패키지 구조물의 리드프레임이 일체로 연결된 구조를 갖는다.

바람직하게, 상기 LED 패키지 구조물이 각각 분리되도록 상기 리드프레임을 절단하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 LED 패키지의 제조방법은, LED 패키지 제조시 수지 포장부에 광추출 효율의 증진을 목적으로 하는 패턴을 형성함에 있어서 기존에 비하여 제조공정이 단순하고 균일한 패턴 형성이 가능케 하는 것으로, LED 패키지 단위 또는 LED 패키지 세트 단위로 수행될 수 있다. 여기서, LED 패키지는 LED 칩이 탑재된 홈부를 갖는 단일의 LED 패키지 구조물이다. 또한, LED 패키지 세트는 각각 LED 칩이 탑재된 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열된 세트로서, 리드프레임을 갖는 복수의 LED 패키지 구조물을 포함하며, 상기 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열되도록 서로 인접한 LED 패키지 구조물의 리드프레임이 일체로 연결된 구조를 갖는다.

하기의 본 발명에 따른 LED 패키지의 제조방법을 설명함에 있어서는, 탄성의 연성 스탬프가 대상물인 LED 패키지 세트의 높이 편차 등을 수용할 수 있음을 명확히 보여주기 위하여 복수의 LED 패키지 구조물로 이루어지는 LED 패키지 세트에 적용하는 경우를 예로 들어 설명하고자 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

먼저, 도 1a와 같이, 각각 LED 칩(205)이 탑재된 복수의 LED 패키지 구조 물(210, 220, 230, 240, ...)이 동일한 평면 상에 배열된 LED 패키지 세트(200)가 마련된다.

상기 LED 패키지 세트(200)는 리드프레임을 갖는 복수의 LED 패키지 구조물(210, 220, 230, 240, ...)을 포함하며, 상기 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열되도록 서로 인접한 LED 패키지 구조물의 리드프레임이 일체로 연결된 구조를 갖는다.

복수의 LED 패키지 구조물(210, 220, 230, 240, ...), 예를들어 LED 패키지 구조물(210)은 전극패턴(203a,203b)을 갖는 하부기판(201a)과 홈부(C)를 갖는 상부 기판(201b)으로 이루어지고, 상부 기판(201b)의 홈부(C)에는 LED 칩(205)을 실장하고 있다. 상기 전극패턴(203a,203b)은 도전성 비아홀을 통해 배면 전극에 연결된 전극구조로 이해될 수 있다. 여기서, 이러한 전극구조는 복수의 LED 패키지 구조물(210, 220, 230, 240, ...)을 서로 연결해 주는 리드프레임의 기능을 수행하고 있다.

상기한 LED 패키지 세트(200)는 서로 인접한 LED 패키지 구조물의 리드프레임이 일체로 연결된 구조를 가지므로 높이 편차 등이 존재할 수 있는데, 예를들어 도 1a에 도시된 바와 같이 LED 패키지 구조물(210)과 LED 패키지 구조물(220) 사이에는 LED 패키지 구조물의 본체 높이가 달라서 높이 편차(h1)가 존재하고, LED 패키지 구조물(230)과 LED 패키지 구조물(240) 사이에는 높이 편차(h2)가 존재함을 알 수 있다.

다음에, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 LED 패키지 구조물(210, 220, 230, 240, ...)에 탑재된 각 LED 칩(205)이 봉지되도록 각각의 홈부(C)에 액상 투명수지(207)를 투입한다.

액상 투명수지(207)는 실리콘수지, 에폭시수지 또는 그 혼합수지와 같은 투명수지가 될 수 있으며, 디스펜싱(dispensing) 공정과 같은 공지의 공정이 이용될 수 있다.

본 공정에서 액상 투명수지(207)의 투입량은 홈부(C)의 높이보다 다소 높게 형성하는 것이 연성 스탬프의 크기에 관계없이 원하는 요철 패턴을 형성하는데 바람직하다. 보다 바람직하게는 액상 투명수지(207)가 원하지 않는 영역으로 흐르지 않고, 표면장력으로 볼록한 상태로 유지되는 정도의 양으로 투입한다.

다음에, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 액상 투명수지(207)가 경화되기 전에, 상기 각 LED 칩(205)의 액상 투명수지(207)에 대응되는 위치에 요철 패턴을 갖는, 연성 스탬프(100)를 적용하여 상기 각 액상 투명수지(207)의 표면에 원하는 요철 패턴의 임프린팅을 수행한다. 이때, 연성 스탬프(100)는 자체적으로 갖는 연성의 탄성 특성으로 인하여 LED 패키지 세트(200)의 높이 편차(h1, h2)를 따라 압착되게 된다.

상기 연성 스탬프(100)가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지(207)를 경화시킴으로써 상기 복수의 LED 패키지 구조물의 수지 포장부(209)가 형성된다.

특히, 상기 연성 스탬프(100)는 각 LED 패키지 구조물 간에 존재하는 높이 편차 등을 수용가능하도록 실리콘 고분자 물질 또는 이를 포함하는 탄성 고분자 물질로 이루어진다.

이러한 임프린팅(스탬핑) 과정에서는 일정한 압력과 온도(120~150℃)가 필요하게 되며, 수지의 종류 또는 연성 스탬프(100)의 요철 패턴에 따라 후속 스탬프 분리공정이 용이하도록 일정시간 경화가 진행된 반경화상태에서 실시될 수 있다.

다음에, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 연성 스탬프(100)가 LED 패키지 세트(200)로부터 제거되며, 각각의 LED 패키지 구조물 상에는 균일한 요철 패턴(P)이 형성됨을 알 수 있다.

바람직하게, 수지 포장부(209)의 상면에 전사된 요철 패턴(P)이 손상되지 않도록 연성 스탬프(100)을 제거한다.

추가적으로, 연성 스탬프(100)가 부착된 상태에서 경화되는 액상 투명수지(207)에서 기포가 제거되도록 탈포공정을 실시할 수 있을 것이다.

최종적으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, LED 패키지 세트(200)로부터 LED 패키지 구조물(210, 220, 230, 240, ...)이 각각 분리되도록 리드프레임의 절단공정을 수행한다.

이상 살펴본 바와 같이, 연성 스탬프(100)는 LED 패키지 구조물 간에 높이 편차(h3, h4)가 존재하더라도 자체적으로 갖는 연성의 탄성특성으로 인하여 높이 편차(h3, h4)를 따라 압착될 수 있으므로 각각의 LED 패키지 구조물 상에 균일한 패턴이 형성될 수 있도록 한다.

결과적으로, LED 패키지 세트의 전 영역에 걸친 모든 LED 패키지 제품에 대해 균일한 패턴이 형성될 수 있도록 함으로써 광추출 효율이 더욱 향상된 LED 패키 지를 제공할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 연성 스탬프는 수지 포장부 표면의 요철패턴에 따라 다양한 패턴으로 제조될 수 있는데, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 연성 스탬프의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 연성 스탬프(100)는 일면에 일 방향을 따라 배열된 복수의 쇄기형 요철 패턴 라인(L)을 구비하고 있는데, 쇄기형 요철 패턴 라인(L)은 직방체 홈부의 장축(L1)이 아닌 단축(L2)에 따라 일방향으로만 형성된다.

또한, 상기 요철 패턴 라인(L)은 도 1c에 도시된 바와 같이 복수의 LED 패키지 구조물의 단축 방향(L2)으로 연장되는 것이 바람직하다. 이는 동일 면적에 대해 요철 패턴 라인의 수가 많아지기 때문에 LED 패키지의 광추출 효율의 향상에 기여하게 된다.

각 요철 패턴의 크기로서 광추출 효율의 개선정도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 예시된 단면이 삼각형인 구조에서, 그 삼각형인 단면의 밑변(d)길이 또는 삼각형의 높이(h)를 적절히 선택하여 설계할 수 있다.

또한, 연성 스탬프(100)는 평판 구조인 것이 바람직하다. 평판 구조의 연성 스탬프(100)는 액상 수지(207)의 습윤성에 의해 발생되는 곡면을 평탄하게 형성하여 불이익한 광학적 영향을 해결할 수 있다. 이때, 액상 투명수지(207)의 투입량은 홈부(C)의 높이보다 다소 높게 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 연성 스탬프의 제조 공정도로서, 양각 패턴이 새겨진 마스터(300)를 준비하고, 고분자 전구체를 준비된 마스터(300) 위에 붓고, 탄성 고체로 경화시키면, 연성 스탬프(100)가 제조된다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 LED 패키지 제조시 탄성 특성을 갖는 연성 스탬프를 이용하여 임프린팅 방식에 의해 수지 포장부의 패턴 형성을 수행하기 때문에 제조공정이 단순하고 균일한 패턴 형성이 가능하다는 장점을 제공한다.

또한, 복수의 LED 패키지로 이루어지는 LED 패키지 세트에 적용하는 경우에, 탄성의 연성 스탬프가 대상물인 LED 패키지 세트의 높이 편차 등을 수용할 수 있게 되므로 종횡비가 큰 패턴이 LED 패키지 세트의 전 영역에 걸쳐서 균일하게 형성할 수 있다. 따라서, 발광 및 광추출 효율이 더욱 향상된 LED 패키지를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서의 탄성의 연성 스탬프는 임프린팅 중에서 발생할 수 있는 오염이나 파손 우려가 적고 저가의 고분자 물질을 이용하여 제조가능하므로 LED 패 키지의 제조단가가 저렴해지는 부수적인 효과도 제공한다.

Claims (8)

1. LED 패키지 구조물에 탑재된 LED 칩을 액상 투명수지로 봉지하는 단계;

   상기 액상 투명수지가 경화되기 전에, 요철 패턴을 가지며 고분자 물질로 이루어진 연성 스탬프를 적용하여 상기 액상 투명수지의 표면에 원하는 요철패턴을 임프린팅하는 단계;

   상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지를 경화시킴으로써 LED 패키지 구조물의 수지 포장부를 형성하는 단계; 및

   상기 LED 패키지 구조물로부터 상기 연성 스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 LED 패키지 구조물은 상기 LED 칩이 탑재된 홈부를 가지며,

   상기 액상 투명수지를 봉지하는 단계는, 상기 홈부에 액상 투명수지를 충전시키는 단계인 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 연성 스탬프는 일면에 일 방향을 따라 배열된 복수의 쇄기형 요철 패턴 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 요철 패턴 라인은 상기 LED 패키지 구조물의 단축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 수지 포장부를 형성하는 단계는, 상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지로부터 기포가 제거되도록 탈포공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
6. 각각 LED 칩이 탑재된 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열된 세트를 마련하는 단계;

   상기 복수의 LED 패키지 구조물에 탑재된 각 LED 칩을 액상 투명수지로 봉지하는 단계;

   상기 액상 투명수지가 경화되기 전에, 상기 각 LED 칩의 액상 투명수지에 대응되는 위치에 요철 패턴을 갖는, 고분자 물질로 이루어진 연성 스탬프를 적용하여 상기 각 액상 투명수지의 표면에 원하는 요철패턴을 임프린팅하는 단계;

   상기 연성 스탬프가 적용된 상태에서 상기 액상 투명수지를 경화시킴으로써 상기 복수의 LED 패키지 구조물의 수지 포장부를 형성하는 단계; 및

   상기 복수의 LED 패키지 구조물로부터 상기 연성 스탬프를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 세트는, 리드프레임을 갖는 복수의 LED 패키지 구조물을 포함하며, 상기 복수의 LED 패키지 구조물이 동일한 평면 상에 배열되도록 서로 인접한 LED 패키지 구조물의 리드프레임이 일체로 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 LED 패키지 구조물이 각각 분리되도록 상기 리드프레임을 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지의 제조방법.

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