KR100967965B1 - 발광 다이오드 패키지의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

발광 다이오드 패키지의 제조 방법이 개시된다. 미리 제작된 금형에 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러(filler)를 넣고 성형하여, 복수개의 캐비티(cavity)가 일면에 형성되는 패키지 본체를 제작하는 단계; 상기 패키지 본체를 관통하는 전극을 형성하는 단계; 상기 패키지 본체에 형성된 상기 캐비티의 저면(底面)에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계; 본딩 수단을 이용하여, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 전극을 전기적으로 연결하는 단계; 및 몰딩 수지를 이용하여, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 본딩 수단을 밀봉하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에 따르면, 단순한 공정을 통하여, 발광 다이오드 패키지의 방열특성을 향상시킬 수 있다.

발광 다이오드, 열가소성 고분자, 압축 성형, 사출 성형, 필러

Description

발광 다이오드 패키지의 제조 방법{Method for manufacturing light emitting diode package}

본 발명은 발광 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러를 이용하여 제작된 발광 다이오드 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 간판, 디스플레이, 자동차, 신호등, 백라이트, 일반 조명에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있으며, 각각의 분야에서 지속적인 성장을 계속하고 있다. 최근에는 모니터, 노트북, 이동통신단말기 등에 사용되는, 에너지 소비율이 작고 소형인 액정 표시 장치(LCD)가 각광받음과 동시에 발광 다이오드 분야도 함께 발전하고 있다. LCD는 자체적으로 빛을 발생시키지 못하기 때문에 LCD 패널의 뒷면 또는 측면에서 빛을 발생시키는 광원으로 이용되는 백라이트(backlight)를 구비하는 것이 일반적인데 이러한 백라이트로 발광 다이오드가 주로 사용되기 때문이다.

발광 다이오드는 친환경적이며, 응답 속도가 수 나노 초 정도로서 고속 응답이 가능하며, 긴 수명, 높은 내충격성을 갖는다. 아울러, 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 자유로이 변경할 수 있어 그 색재현성이 우수하며, 경박 단소화에도 적합하다. 따라서, 최근 형광등과 백열전구를 대신할 수 있는 조명용 광원으로 주목받고 있다.

조명용 발광 다이오드는 고광량, 고효율, 대면적화의 특성이 요구되며, 그에 따른 발광 다이오드 패키지 역시 고방열, 경박단소, 신뢰성 확보 등의 특성이 요구된다. 또한, 조명용 발광 다이오드의 보급을 위해서는 재료비와 공정비를 절감할 수 있는 저비용 발광 다이오드 패키지 플랫폼의 개발이 필요하다.

도 1은 종래 기술에 따른 리드프레임 구조를 채용한 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 리드프레임(lead frame) 구조를 채용한 발광 다이오드 패키지는, 리드프레임(20)의 상부에 발광 다이오드 칩(40)을 실장한 후 와이어 본딩(50)하고, 리드프레임(20)을 둘러싸고 있는 사출물(30) 내에 몰딩 수지(60)를 주입하는 방법으로 제작된다. 그러나, 도 1과 같이 리드프레임을 채용한 발광 다이오드 패키지는 리드프레임의 무게 때문에 패키지의 경량화, 박형화에 어려움이 있으며, 리드프레임 자체가 고가이기 때문에 전체 재료비가 상승하는 문제점이 있다. 또한, 리드프레임의 배치로 인한 칩 디자인에 제약이 크며, 방열을 위한 히트싱크(10)와 같은 방열 시스템이 추가적으로 요구되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 전술한 리드프레임 구조를 대체한 다른 방식의 발광 다이오드 패키지로, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)을 이용한 발광 다이오드 패키지가 있다. 도 2는 종래 기술에 따른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)을 이용한 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 2를 참조하면, LTCC를 이용한 발광 다이오드 패키지는 하부 세라믹 시트(11), 전극(21), 상부 세라믹 시트(31), 반사판(32), 발광 다이오드 칩(41), 와이어 본딩(51), 몰딩 수지(61)를 포함한다. 이와 같이 LTCC를 이용한 발광 다이오드 패키지는 펀칭(punching)을 통한 캐비티(cavity) 가공이 가능하며, 다수개의 세라믹 시트(ceramic sheet)의 적층 공정으로 발광 다이오드 패키지를 제작할 수 있다는 점에서 종래의 리드프레임 구조를 대체할 수 있는 장점이 있으나, 하기와 같은 문제점이 있다.

먼저, LTCC를 이용한 발광 다이오드 패키지는 세라믹 재질의 기판을 사용하므로 그 재료비가 고가일 뿐만 아니라, 기판 사이즈가 증가됨에 따라 크랙(crack)이 발생할 위험이 커서 다수개의 발광 다이오드 칩을 하나의 기판에 실장시키기는데 어려움이 있다. 또한, 세라믹 기판과 몰딩 수지 간에 열팽창률이 다르기 때문에, 와이어 본딩이 떨어져나가는 등의 불량이 발생될 수 있다.

또한, LTCC를 이용한 발광 다이오드 패키지는 패키지 제작시 기존의 세라믹 기판 공정을 그대로 채용하므로 발광 다이오드 패키지의 제조 공정이 복잡하다. 즉, LTCC를 이용한 발광 다이오드 패키지 제조 방법의 경우 발광 다이오드 칩이 실장될 공간인 캐비티(cavity)의 형성을 위해, 펀칭/절삭 공정 -> 적층 공정 -> 소성 공정 순의 많은 과정을 거쳐야 한다. 또한, 펀칭/절삭 및 적층 공정에 의하여 제작된 캐비티는 그 경계면이 항상 수직면을 형성하므로, 발광 다이오드 패키지에서 지향각(발광각)을 넓게 확보하는 데 어려움이 있다.

따라서, 본 발명은 단순한 공정을 통하여, 방열특성을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 설계에 제한이 없으며, 경량화, 박형화, 소형화의 구현이 가능한 발광 다이오드 패키지 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 발광 세기, 발광 효율을 크게 높일 수 있는 발광 다이오드 패키지 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 미리 제작된 금형에 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러(filler)를 넣고 성형하여, 복수개의 캐비티(cavity)가 일면에 형성되는 패키지 본체를 제작하는 단계; 상기 패키지 본체를 관통하는 전극을 형성하는 단계; 상기 패키지 본체에 형성된 상기 캐비티의 저면(底面)에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계; 본딩 수단을 이용하여, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 전극을 전기 적으로 연결하는 단계; 및 몰딩 수지를 이용하여, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 본딩 수단을 밀봉하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법이 개시된다.

여기서, 상기 패키지 본체는 분말 상태의 상기 열가소성 고분자 물질 및 분말 상태의 상기 열전도성 필러를 상기 금형에 넣어 압축 성형시키는 방법에 의해 제작되거나, 상기 패키지 본체는 용융 상태의 상기 열가소성 고분자 물질 및 용융 상태의 상기 열전도성 필러를 상기 금형에 주입하여 사출 성형시키는 방법에 의해 제작될 수 있다.

또한, 상기 패키지 본체는 이웃한 2개의 상기 캐비티 사이에 위치하는 측벽에 경사면이 형성되도록 성형 제작될 수 있으며, 상기 전극은 상기 패키지 본체를 관통하는 관통홀에 전도성 물질을 삽입하여 형성되고, 상기 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 전극을 형성하고자 하는 위치에 드릴링 공정을 통하여 상기 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전극은 상기 패키지 본체를 관통하는 관통홀에 전도성 물질을 삽입하여 형성되되, 상기 관통홀은 상기 전극을 형성하고자 하는 위치에 상응하여 형성되며, 상기 관통홀 형성하는 과정은 상기 패키지 본체를 제작하는 단계와 동시에 이루어 질 수 있으며, 상기 열가소성 고분자 물질은 액정 고분자(LCP, liquid crystal polymer), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone) 및 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 열전도성 필러는 세라믹 필러일 수 있으며, 이 경우 상기 세라믹 필러는 구형, 플레이크(flake)형, 휘스커(whisker)형 및 이들의 조합으로 이루어진 형태 중 어느 하나일 수 있다.

그리고, 상기 몰딩 수지의 상면에 형광체를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 패키지 본체는 바 타입으로 제작되되, 상기 복수개의 캐비티는 상기 패키지 본체의 상기 일면에 일렬로 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 미리 제작된 금형에 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러(filler)를 넣고 성형하여, 복수개의 관통부가 형성되는 패키지 본체를 제작하는 단계; 상기 관통부가 형성된 위치와 다른 위치에, 상기 패키지 본체를 관통하는 전극을 형성하는 단계; 상기 관통부의 일 방향에 닫힌면이 형성되도록, 상기 패키지 본체의 일면에 접착 테이프를 부착하는 단계; 상기 관통부에 형성된 상기 닫힌면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계; 본딩 수단을 이용하여, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 전극을 전기적으로 연결하는 단계; 및 상기 발광 다이오드 칩과 상기 본딩 수단을 몰딩 수지를 이용하여 밀봉하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법이 개시된다.

이 때, 상기 패키지 본체는 분말 상태의 상기 열가소성 고분자 물질 및 분말 상태의 상기 열전도성 필러를 상기 금형에 넣어 압축 성형시키는 방법에 의해 제작되거나, 용융 상태의 상기 열가소성 고분자 물질 및 용융 상태의 상기 열전도성 필러를 상기 금형에 주입하여 사출 성형시키는 방법에 의해 제작될 수 있다.

또한, 상기 전극은 상기 패키지 본체를 관통하는 관통홀에 전도성 물질을 삽 입하여 형성되고, 상기 전극을 형성하는 단계 이전에, 상기 전극을 형성하고자 하는 위치에 드릴링 공정을 통하여 상기 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 전극은 상기 패키지 본체를 관통하는 관통홀에 전도성 물질을 삽입하여 형성되되, 상기 관통홀은 상기 전극을 형성하고자 하는 위치에 상응하여 형성되며, 상기 관통홀 형성하는 과정은 상기 패키지 본체를 제작하는 단계와 동시에 이루어질 수 있다.

또한, 상기 열가소성 고분자 물질은 액정 고분자(LCP, liquid crystal polymer), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone) 및 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나이거나, 상기 열전도성 필러는 세라믹 필러일 수 있으며, 상기 세라믹 필러는 구형, 플레이크(flake)형, 휘스커(whisker)형 및 이들의 조합으로 이루어진 형태 중 어느 하나일 수 있다.

그리고, 상기 발광 다이오드와 상기 본딩 수단을 밀봉시키는 단계 이후에, 상기 접착 테이프를 제거하는 단계; 및 상기 접착 테이프가 제거된 면에 형광체를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 패키지 본체는 바 타입으로 제작되되, 상기 복수개의 관통부는 상기 패키지 본체에 일렬로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 제조 방법에 의하면, 단순한 공정을 통하여, 발광 다이오드 패키지의 방열특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 설계에 제한이 없이, 발광 다이오드 패키지의 경량화, 박형화, 소형화의 구현이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 발광 다이오드 패키지의 발광 세기, 발광 효율이 크게 향상될 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중 의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도이고, 도 4a는 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지를 상부에서 바라봤을 때를 나타낸 평면도이고, 도 5b는 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지에서 패키지 본체만을 나타낸 측면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 3 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체(110), 전극(120), 발광 다이오드 칩(140), 본딩 수단(150), 몰딩부(160) 및 형광층(170)을 포함한다.

이때, 전극(120)은 외부 전원과 연결될 수 있도록 패키지 본체(110)를 관통하여 형성된다. 또한, 발광 다이오드 칩(140)은 패키지 본체(110)에 형성된 캐비티(130)의 저면(底面)에 실장되며, 본딩 수단(150)을 통해 전극(120)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 발광 다이오드 칩(140)은 본딩 수단(150) 및 전극(120)을 통하여 외부 전원으로부터 전달되는 전기적 신호에 상응하는 발광 동작을 수행한다. 몰딩부(160)는 발광 다이오드 칩(140) 및 본딩 수단(150)을 고정, 밀봉시킨다. 형광층(170)은 발광 다이오드 패키지의 발광면에 도포되어, 발광 다이오드 칩(140)에서 발생하는 빛이 패키지 외부로 출력될 때의 발광 특성 또는 발광 효율을 증가시키는 역할을 수행한다.

본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 패키지 본체(110)에 주요한 특징이 존재하는 바, 이하에서는 패키지 본체(110)가 갖는 재질, 형태 그리고 패키지 본체(110)의 성형 방법 등을 중심으로 설명하도록 한다. 또한, 전술한 구성요소들에 대한 보다 구체적인 설명은 이후 도 8a 내지 도 9d를 참조하여 후술하도록 한다.

본 발명의 제1 실시예에서 패키지 본체(110)는 도 4b를 통해 도시된 바와 같이 복수개의 캐비티(130)가 일면에 열지어 형성되어 있는, 바 형태(bar type)로 제작될 수 있다. 본 명세서를 통해 제시된 모든 도면에서는 도면 도시의 편의상 패키지 본체에 3개의 캐비티가 형성되어 있는 경우만을 예시하고 있으나, 보다 많은 수의 캐비티가 패키지 본체 일면에 열지어 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 패키지 본체는 바 형태 이외의 다양한 형태로 제작될 수 있음은 이하의 설명으로부터 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

이때, 패키지 본체(110)에 형성된 캐비티(130)의 저면에는 발광 다이오드 칩(140)이 각각 실장되므로, 패키지 본체(110)를 바 형태로 제작하게 되면 하기와 같은 이점이 있다. 한번에 복수개의 캐비티에 발광 다이오드 칩을 실장하므로, 발광 다이오드 칩마다 별도 패키징하여 사용해오던 종래와 비교하여, 제작 시간 및 제작 비용의 절감 등의 생산성 향상을 기대할 수 있다. 또한, 하나의 패키지 내에 보다 많은 수의 발광 다이오드 칩이 탑재 가능하므로, 발광 다이오드 패키지가 갖는 발광 세기 및 발광 효율이 보다 향상되는 이점이 있다. 하지만, 종래 기술의 경 우에는 발광 다이오드 패키지를 긴 바 타입으로 제작하는데 어려움이 있었다. 전술한 바와 같이, 세라믹 재질의 기판은 얇고 길게 제작하는 경우, 쪼개지거나 갈라지는 크랙(crack)이 발생할 위험이 높았기 때문이다.

본 발명의 제1 실시예에서는 패키지 본체(110)의 재질에는 열전도성 필러와 함께 열가소성 고분자 물질이 포함된다. 먼저, 열가소성 고분자 물질에 대하여 살펴보면, 열가소성 고분자 물질을 이용하여 패키지 본체(110)를 제작하게 되면, 패키지 본체(110)를 얇고 길게 제작하는 것이 가능하다. 이때, 패키지 본체(110)는 발광 다이오드 패키지의 기저면(基底面)을 이루어 실장된 발광 다이오드 칩이 안정적으로 위치할 수 있도록 지지하는 지지체로서 기능하고, 발광 다이오드 칩이 구동함에 따라 발생하는 발열에도 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 패키지 본체(110)를 제작하는데 사용될 열가소성 고분자 물질은 고온에서의 내열성 및 우수한 기계적 강도를 갖출 필요가 있다.

이와 같은 내열성 및 기계적 강도를 갖춘 열가소성 고분자 물질로는 고기능성 엔지니어링 플라스틱으로서 알려진 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 액정 고분자(LCP, liquid crystal polymer) 등이 있다. 특히, 액정 고분자(LCP)는 내열성과 강성, 치수 안정성, 성형 가공성 등이 우수한 특징을 갖고 있으며, 가격 면에서도 저렴하여 고기능성 엔지니어링 플라스틱 중에서도 각광받고 있다.

또한, 패키지 본체(110)는 발광 다이오드 칩이 구동함에 따라 발생하는 열을 쉽게 방열시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 방열이 순조롭게 이루어지지 않는 경우, 패키지 내부의 온도가 매우 높아져 출사광의 파장이 변화하거나 그 출력이 흔들리는 등 발광 다이오드 칩이 오동작할 수 있기 때문이다. 따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명 제1 실시예에 따른 패키지 본체(110)는 열가소성 고분자 물질에 열전도성 필러(filler)를 첨가시킨 열가소성 고분자-열전도성 필러의 복합체를 재료로 하여 제작될 수 있다. 열전도성 필러는 열전도성이 우수한 필러로, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 세라믹 필러 일 수 있다. 그러나, 세라믹 필러 이외에도 본 발명의 목적에서 벗어나지 않는 범위에서, 본 발명에 제한 없이 사용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 퓨즈드 실리카(fused SiO2), 알루미나(Al2O3), 보론나이트라이드(BN) 등과 같이 열전도성이 우수하고, 열팽창성이 낮은 세라믹 필러를 열가소성 고분자 물질 내에 분산시킨 복합체를 재료로 하여 패키지 본체(110)를 제작하게 되면, 제작된 발광 다이오드 패키지의 방열 기능의 향상에 큰 도움이 된다.

이 때, 열전도성 필러의 형태는 구형, 플레이크(flake)형, 휘스커(whisker)형 및 이들의 조합으로 이루어진 형태 중 어느 하나일 수 있다. 다양한 형태의 열전도성 필러가 패키지 본체(110)의 제작에 사용되는 경우, 여러 필러 구조들의 조합을 통하여, 열전도도 구성 요소의 하나인 종횡비(aspect ratio) 차이에 의한 전자의 평균자유이동 행로의 증가로 열전도도를 향상시키는 결과를 가져온다.

본 실시예에 따른, 발광 다이오드 패키지의 패키지 본체(110)의 열전도성 필러의 함량은 40~95wt% 내에서 다양하게 첨가시킬 수 있다. 그러나, 열전도성 필러 함량이 70 wt.% 이상일 경우, 고가의 열전도성 필러의 첨가로 인한 가격 상승이 야기될 수 있으며, 높은 첨가량으로 인하여 분산 공정에 어려움이 있어 균일한 성형체를 제작하는데 한계가 있다.

전술한 바와 같이 열가소성 고분자 물질을 이용하여 패키지 본체(110)를 긴 바 타입으로 제작하기 위하여, 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러를 미리 제작된 금형에 넣고 압축 성형(compression molding) 혹은 사출 성형(injection molding)시킬 수 있다.

예를 들어, 사출 성형법을 이용하여, 패키지 본체(110)를 제작하는 경우, 먼저 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러를 가열하여 용융 상태로 만든 후, 제작하고자 하는 패키지 본체(110)의 형상과 동일한 형상을 갖도록 미리 제작된 금형에 용융 상태의 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러를 주입시키는 방법으로, 원하는 형상의 패키지 본체(110)를 제작할 수 있다. 다음으로, 압축 성형법을 이용하여, 패키지 본체(110)를 제작하는 경우, 분말 상태의 열가소성 고분자 물질 및 분말 상태의 열전도성 필러를 미리 가열시킨 금형에 넣고 압축기(press)로 압착시킴과 동시에 열을 가하는 방식으로, 원하는 형상을 갖는 패키지 본체(110)를 제작할 수 있다.

특히, 압축 성형 방식은 사출 성형 방식에 비해 공정 비용이 적게 들고, 그 성형 과정이 압축기를 이용한 고온, 고압 하에서 이루어진다는 점에서, 열가소성 고분자 분말 및 열전도성 필러 분말의 분자 각각을 치밀하게 결합(necking)시켜 보 다 우수한 내열성 및 기계적 강도를 갖는 패키지 본체(110)를 제작할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 패키지 본체(110)를 열가소성 고분자 물질과 열전도성 필러의 복합체를 이용하여, 압축 성형 혹은 사출 성형시켜 제작하므로, 미리 제작된 금형의 형상에 따라 다양한 형상, 형태를 갖는 패키지 본체(110)를 제작할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 금형 디자인을 변경하는 방법으로 제작될 패키지 본체(110)의 디자인을 간단히 변경, 변화시킬 수 있으므로, 본 발명의 제1 실시예에 따라 제작되는 패키지 본체(110)는 어떠한 디자인적 제한도 받지 않게 된다.

또한, 펀칭/절삭의 방식으로 캐비티가 형성됨에 따라 지향각의 확대가 어렵던 LTCC를 이용한 종래의 발광 다이오드 패키지의 경우와 달리, 본 발명의 제1 실시예에 따른 제조 방법에 의한 발광 다이오드 패키지는 지향각 확대도 간편히 구현할 수 있다. 이는 금형에 따라 패키지 본체(110)의 형상이 결정되므로, 캐비티 간의 경계에 위치한 측벽에 경사면을 형성시키거나 그 측벽의 높이를 변화시키는 것에 어려움이 없기 때문이다.

도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 경우에는 패키지 본체(110)에서 이웃한 2개의 캐비티 간에 형성된 측벽을 도 3의 경우보다 낮게 형성시켜 지향각의 확대를 구현하고 있음을 쉽게 확인할 수 있다.

또한, 종래에는 캐비티 형성 시, 펀칭(혹은 절삭) -> 적층 -> 소성시키는 복잡한 과정을 거쳐야 했었으나, 본 발명의 제1 실시예에서는 압축 성형 등의 방법으로 캐비티가 이미 형성되어 있는 상태의 패키지 본체를 한번에 제작하는 것이 가능 하므로, 공정 단순화, 생산성 향상을 기대할 수 있게 된다.

이상에서 패키지 본체(110)에 관한 재질, 형태, 성형 방법 등과 관련된 설명은 후술할 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있음은 자명한 바 이하, 패키지 본체(110)에 관한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도이고, 도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 역시, 패키지 본체(110), 전극(120), 발광 다이오드 칩(140), 본딩 수단(150), 몰딩부(160) 및 형광층(170)을 포함한다.

다만, 도 6 및 도 7에 도시된 발광 다이오드 패키지의 경우에는 도 3 및 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지와 다른 구조를 가지고 있다. 이는 발광 다이오드 패키지가 갖는 발광면의 차이에서 비롯한다. 즉, 도 3 및 도 5의 경우 발광면이 발광 다이오드 칩(140)의 상면(上面)이 지향하는 방향에 형성되는 것과 달리, 도 6 및 도 7의 경우 발광면이 발광 다이오드 칩(140)의 저면(底面)이 지향하는 방향에 형성된다. 따라서, 발광면에 도포되는 형광층(170)은, 도 3 및 도 5의 경우 몰딩부(160) 상에 형성되고 있으나, 도 7 및 도 8의 경우에는 발광 다이오드 칩(140)이 실장되는 캐비티의 기저면(基底面)에 형성되게 된다.

도 6 및 도 7의 경우, 발광 다이오드 칩(140)의 저면이 지향하는 방향에 발광면이 형성되어 그 저면으로부터 위쪽 방향으로 발광이 이루어지는 구조를 갖는다는 점에서 이를 바텀업(bottom up) 구조의 발광 다이오드 패키지라 명한다. 이와 같이 바텀업 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지는 캐비티(130) 간의 경계에 위치한 측벽에 의해 지향각(발광각)이 제한되는 경우가 발생하지 않는 장점이 있다. 이하, 발광 다이오드 패키지가 도 6의 형태의 바텀업 구조를 갖는 경우를 예를 들어 그 제조 방법을 설명하기로 한다.

도 8a 내지 도 8d는 도 6에 도시된 발광 다이오드 패키지에 관한 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 9a 내지 도 9d는 도 8a 내지 도 8d에 도시된 순서도의 평면도이다. 여기서, 도 8a 내지 도 8d는 도 9a 내지 도 9d에서 각각 X-X'선을 기준으로 절단한 절단면을 도시한 것이다.

도 8a 및 도 9a를 참조하면, 복수개의 관통부(130)가 열지어 형성되는 형태의 패키지 본체(110)가 제작된다. 이는 전술한 바와 같이 해당 형태에 상응하여 제작된 금형에 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러를 넣고 압축 성형 혹은 사출 성형시키는 방법으로 제작 가능하다.

이때, 도 8a 및 도 9a에 도시된 패키지 본체(110)는, 도 3 내지 도 5의 경우 패키지 본체에 캐비티가 복수개 형성된 것과 달리, 상면(上面)과 하면(下面)이 모두 개방된 상태의 관통부(130)가 복수개 형성된다. 이와 같이, 패키지 본체에 캐비티가 아닌 관통부가 형성되는 이유는 도 6에 도시된 발광 다이오드 패키지의 경우 에는 도 3 또는 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지와 달리 바텀업 구조를 갖기 때문이다. 다만, 본 단계에서 형성되는 관통부 또한 추후 단계(도 8d 및 도 9d 참조)를 거치면서 어느 한 방향의 면이 폐쇄되어, 최종 제작된 패키지에서는 캐비티 형상을 갖게 될 것인바, 도면에서 관통부와 캐비티는 동일 참조번호로 표시했다.

또한 이때, 도 8a 및 도 9a에 도시된 패키지 본체(110)에는 복수개의 관통부(130) 이외에 관통홀(121)이 더 형성되어 있다. 관통홀(121)은 전극(120) 형성을 위해 제작되는 것으로, 패키지 본체(110)의 제작 과정에서 전극(120)이 형성되는 위치에 상응하여 전극(120)과 동시에 형성 될 수 있다. 물론, 패키지 본체(110)의 제작과는 별도로, 기계적 가공 또는 레이저 가공 등의 드릴링 공정을 통하여 관통홀(121)을 형성시킬 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 8b 및 도 9b를 참조하면, 패키지 본체(110)에 형성된 관통홀(121)에 전도성 물질을 삽입하여 전극(120)을 형성하게 된다. 이때, 전극(120)을 형성하는 방법으로는 관통홀(121) 내부에 도전성 페이스트를 충전시키거나 혹은 관통홀(121) 내벽을 얇게 도금시키는 등의 일반적인 방법이 사용될 수 있다. 이때, 전극(120)의 일단에는 전극패드가 형성되어야 함은 물론이다.

도 8c 및 도 9c를 참조하면, 먼저, 패키지 본체(110)의 일면에 접착 테이프(예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 UV 테이프 등)를 부착한다. 이와 같이 접착 테이프를 부착하는 이유는, 관통부(130)의 어느 한쪽 개방면을 폐쇄시켜 닫힌면으로 전환시킴으로써 발광 다이오드 칩(140)을 실장할 수 있는 공간 및 실장면을 마련하기 위함이다. 따라서, 발광 다이오드 칩(140)은 접착 테이프에 의해 생성된 실 장면에 실장된다.

이후, 발광 다이오드 칩(140)과 전극(120) 간은 본딩 수단(150)을 통해 전기적으로 연결된다. 도면에서는 와이어(wire)를 본딩 수단(150)으로서 사용하여 와이어 본딩하는 경우를 중심으로 도시하고 있으나, 이외에도 플립칩 본딩 등을 포함한 다양한 본딩 방법이 이용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 8d 및 도 9d를 참조하면, 먼저, 몰딩 수지(160)를 이용하여 발광 다이오드 칩(140) 및 본딩 수단(150)을 밀봉한다. 이는 발광 다이오드 칩(140)의 보호 및 본딩 수단(150)의 형태 보존, 이탈/분리 방지를 위함이다. 일반적으로 몰딩 수지(160)로는 투명 실리콘 수지, 에폭시 몰딩 화합물(EMC: Epoxy molding compound) 등을 사용하며, 발광 특성 또는 발광 효율의 개선을 위해 형광 물질을 혼합하여 사용할 수도 있다.

전술한 과정을 통해 발광 다이오드 칩(140)과 본딩 수단(150)이 고정 밀봉된 이후에는 부착하였던 접착 테이프를 제거한다. 이때, 발광 다이오드 칩(140) 및 본딩 수단(150)은 몰딩 수지(160)를 통해 고정 밀봉된 상태에 있기 때문에, 접착 테이프를 제거하더라도 원래의 형태를 그대로 유지하게 된다. 이와 같이 접착 테이프를 제거하는 이유는 접착 테이프가 부착되어 있는 면(즉, 발광 다이오드 칩(140)의 저면)이 바텀업 구조의 발광 다이오드 패키지에 있어서 발광면을 구성하기 때문이다. 다만, 접착 테이프 자체가 광투과성 물질로 이루어진 경우에는 굳이 제거하지 않아도 무방할 것이다. 이때, 접착 테이프가 제거된 면에는 형광체(170)가 도포될 수 있고, 형광체(170)는 전술한 바와 같이 발광 다이오드 패키지의 발광 특성, 발 광 효율을 증대시키는데 도움을 준다.

상술한 도 8a 내지 도 9d은 도 6의 형태의 바텀업 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지의 경우를 상정하여 그 제조 방법을 설명한 것이지만, 이는 도 3 및 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지의 제조 시에도 많은 부분이 유사하게 적용될 수 있음은 물론이다. 다만, 도 3 및 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지는 도 6 및 도 7과 달리 바텀업 구조를 갖는 것이 아니므로, 도 8a 내지 도 9d의 설명들 중 도 3 및 도 5와 일치하지 않는 부분(관통부의 형성, 접착 테이프의 부착, 제거, 형광체의 도포 위치와 관련된 설명)은 도 3 및 도 5에 도시된 발광 다이오드 패키지의 구조에 맞게 재해석되어야 할 것이다. 다만, 이는 도 3 및 도 5에 도시된 패키지 구조를 통해 당업자가 쉽게 유추해낼 수 있는 부분인 바, 이에 대한 별도의 추가 설명은 생략하기로 한다.

이하, 도 10a 및 도 10b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명용 모듈의 구조에 대하여 살펴보도록 한다. 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명용 모듈의 구조를 나타낸 구조도 이다.

발광 다이오드 조명용 모듈(200a, 200b)은 발광 다이오드 패키지(110(1), 110(2), 110(3), 110(4), 110(5), 이하 110으로 칭함)를 복수개 배열하여 제작할 수 있다. 전술한 과정을 통하여 제작된 발광 다이오드 패키지(110)를 복수개 배열하여 제작된 발광 다이오드 조명용 모듈(200a, 200b)은 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 정사각형 또는 직사각형의 모양으로 제작될 수 있다. 그러나, 다양한 방법으로 발광 다이오드 패키지(110)를 배열하여, 정사각형 또는 직사각형 이외에도 원형, 마름모형 등 다양한 형태의 발광 다이오드 조명용 모듈(200a, 200b)을 제조 할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

이와 같은 발광 다이오드 조명용 모듈(200a, 200b)은 복수개의 발광 다이오드 패키지(110)로 구성되어 전술한 바와 같이, 디자인의 변경이 매우 자유롭고, 크랙(crack) 등과 같은 신뢰성 문제를 해결하여, 대형화된 발광 다이오드 조명용 모듈(200a, 200b)의 제작이 가능하다. 또한, 열가소성 수지를 사용함에 따라, 경량화, 소형화가 가능하며, 대량생산에 따른 재료비, 공정비 절감 등의 효과가 있으며 열전도성 필러가 사용되어, 방열효과도 우수하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 리드프레임 구조를 채용한 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도.

도 2는 종래 기술에 따른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)을 이용한 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도.

도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도.

도 4a는 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지를 상부에서 바라봤을 때를 나타낸 평면도.

도 4b는 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지에서 패키지 본체만을 나타낸 측면도.

도 5은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 측면도.

도 8a 내지 도 8d는 도 6에 도시된 발광 다이오드 패키지에 관한 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도.

도 9a 내지 도 9d는 도 8a 내지 도 8d에 도시된 순서에 각각 상응하여 제조 과정에 있는 발광 다이오드 패키지를 상부에서 바라봤을 때를 나타낸 평면도.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명용 모듈의 구조를 나타낸 구조도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 패키지 본체 120 : 전극

130 : 캐비티(cavity) 140 : 발광 다이오드 칩

150 : 본딩 수단 160 : 몰딩부

170 : 형광층

Claims (21)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
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5. 삭제
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7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 미리 제작된 금형에 열가소성 고분자 물질 및 열전도성 필러(filler)를 넣고 성형하여, 복수개의 관통부가 형성되는 패키지 본체를 제작하는 단계;

    상기 관통부가 형성된 위치와 다른 위치에, 상기 패키지 본체를 관통하는 전극을 형성하는 단계;

    상기 관통부의 일 방향에 닫힌면이 형성되도록, 상기 패키지 본체의 일면에 접착 테이프를 부착하는 단계;

    상기 관통부에 형성된 상기 닫힌면에 발광 다이오드 칩을 실장하는 단계;

    본딩 수단을 이용하여, 상기 발광 다이오드 칩과 상기 전극을 전기적으로 연결하는 단계; 및

    상기 발광 다이오드 칩과 상기 본딩 수단을 몰딩 수지를 이용하여 밀봉하는 단계를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 패키지 본체는

    분말 상태의 상기 열가소성 고분자 물질 및 분말 상태의 상기 열전도성 필러를 상기 금형에 넣어 압축 성형시키는 방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
14. 제12항에 있어서,

    상기 패키지 본체는 용융 상태의 상기 열가소성 고분자 물질 및 용융 상태의 상기 열전도성 필러를 상기 금형에 주입하여 사출 성형시키는 방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
15. 제12항에 있어서,

    상기 전극은 상기 패키지 본체를 관통하는 관통홀에 전도성 물질을 삽입하여 형성되고, 상기 전극을 형성하는 단계 이전에,

    상기 전극을 형성하고자 하는 위치에 드릴링 공정을 통하여 상기 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.

    .
16. 제12항에 있어서,

    상기 전극은 상기 패키지 본체를 관통하는 관통홀에 전도성 물질을 삽입하여 형성되되,

    상기 관통홀은 상기 전극을 형성하고자 하는 위치에 상응하여 형성되며, 상기 관통홀 형성하는 과정은 상기 패키지 본체를 제작하는 단계와 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.

    .
17. 제12항에 있어서,

    상기 열가소성 고분자 물질은 액정 고분자(LCP, liquid crystal polymer), 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에테르설폰(PES, Polyethersulfone), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, Polyetheretherketone) 및 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
18. 제12항에 있어서,

    상기 열전도성 필러는 세라믹 필러인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 세라믹 필러는 구형, 플레이크(flake)형, 휘스커(whisker)형 및 이들의 조합으로 이루어진 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
20. 제12항에 있어서,

    상기 발광 다이오드와 상기 본딩 수단을 밀봉하는 단계 이후에,

    상기 접착 테이프를 제거하는 단계; 및

    상기 접착 테이프가 제거된 면에 형광체를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.
21. 제12항에 있어서,

    상기 패키지 본체는 바 타입으로 제작되되, 상기 복수개의 관통부는 상기 패키지 본체에 일렬로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조 방법.

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