KR100974604B1 - 전자부품 패키지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 반사판을 사용하지 않고서도 제조가 용이하고 광효율을 향상시킨 전자부품 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 전자부품 패키지는 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티내의 발광소자 실장영역에 실장된 발광소자; 및 캐비티에 충전되되, 발광소자의 주위에서 캐비티의 바닥면 및 내측벽을 덮는 백색의 충전체를 포함한다.

Description

전자부품 패키지 및 그의 제조방법{Electron parts package and manufacturing method thereof}

본 발명은 전자부품 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED와 같은 발광소자를 채용한 전자부품 패키지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

발광다이오드(light emission diode, 이하, LED라 함)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 현재, 이와 같은 반도체 소자가 전자부품에 패키지형태로 많이 채택되고 있다.

통상적으로, 반도체 패키지란 웨이퍼(Wafer)부터 소잉(Sawing)된 칩단위의 반도체 소자(예컨대, LED)을 서브스트레이트(Substrate)에 전기적으로 연결함과 동시에 수지 봉지재로 감싸서 마더보드(Mother Board)에 전기적으로 실장할 수 있는 형태의 것을 말한다.

도 1을 참조하여 전형적인 램프형 LED와 표면실장형 LED의 각 패키지구조를 비교해 보면, 도 1의 (a)에 도시된 램프형 LED 패키지(10)인 경우에는 두 개의 리 드프레임(3a,3b) 중 하나의 리드프레임(3b)의 상부에는 컵형상으로 일정한 각을 갖는 금속 전극면이 구비되어 그 상부에 LED소자(5)가 실장되며, 또한, 투명 몰딩 수지류로 이루어진 반구형 케이스(7)에 의해 패키징되는 구조를 갖는다. 반면에 도 1의 (b)에 도시된 표면실장형 LED 패키지(20)는 몰딩 에폭시수지로 이루어진 패키지(11)를 가지며, 외형각이 적은 실장영역에 LED소자(15)가 배치되고 와이어(13)로 패턴 전극(미도시)과 연결되는 구조로 이루어진다.

이와 같은 패키지 구조에 의해서, 램프형 LED 패키지(10)는 반구형의 케이스(7)가 렌즈역할을 한다. 특히, 휘도 분포를 좁게 조절하여 일정각에서 휘도를 높게 할 수 있고, 동시에 발광원으로부터 빛이 컵형인 금속 전극면에 의해 반사되어 휘도의 세기를 증대시킬 수 있다.

이에 비해, 표면실장형 LED 패키지(20)에서는 패키지에 의해 넓은 휘도의 분포를 가지며, 그 휘도도 낮다. 이와 같이, 휘도는 패키지 구조에 의해 큰 영향을 받는다. 그에 따라, 세라믹기판을 이용한 내부실장 공간을 마련할 때에 발생되는 LED소자 주위의 수직 절개면 또는 경사진 캐비티에 각종 도금기술을 적용하거나 박편의 금속 반사판을 부착시킴으로서 휘도의 효율을 조금이라도 향상시키기 위한 발광다이오드 패키지(도 2참조)가 제안되었다.

즉, 도 2에 예시된 발광다이오드 패키지는, LED소자(105)의 실장영역(103)이 형성된 상면을 가지며, 실장영역(103)을 중심으로 소정의 도전성 패턴 전극이 형성된 제 1세라믹기판(101); 제 1세라믹기판(101) 상면의 실장영역(103)에 배치되어 와이어(107)에 의해 소정의 도전성 패턴 전극과 연결된 적어도 하나의 LED소 자(105); 제 1세라믹기판(101) 상에 배치되며 LED소자(105)의 실장영역(103)에 상응하는 영역에 캐비티가 형성된 제 2세라믹기판(102); 및 적어도 하나의 LED(105)소자를 둘러싸도록 제 2세라믹기판(102)의 캐비티내에 형성되고 그 상단에 제 2세라믹기판(102) 상단에 걸칠 수 있는 걸림턱(120a)이 형성된 금속 반사판(120)을 포함하여 구성된다.

도 2의 발광다이오드 패키지는 금속 반사판(120)을 별도로 제작하여 부착시켜야 된다. 금속 반사판(120)을 사용함으로 인해 반사율을 높일 수 있지만, 금속 반사판(120)을 별도로 제작하는 별도 공정이 추가로 필요하다.

그리고, 제작한 금속 반사판(120)을 일일이 수작업으로 제 2세라믹기판(102)의 캐비티내에 설치시켜야 되므로 시간이 많이 소요된다.

또한, 금속 반사판(120)이 캐비티내에서 제위치를 제대로 유지하기 위해서는 걸림턱(120a) 이외로 접착부재(도시 생략)의 사용이 필요하다. 접착부재의 사용이 잘못된 경우에는 세라믹기판과 금속 반사판(120)간의 부분적인 분리 등이 발생되기도 한다. 그로 인해 원하는 광 지향각을 제대로 얻지 못하게 된다.

이와 같이 금속 반사판(120)을 사용하게 되면 반사율은 향상되지만, 반대로 패키지 제조공정이 복잡하고 제품 에러율이 높게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 금속 반사판을 사용하지 않고서도 제조가 용이하고 광효율을 향상시킨 전자부품 패키지 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자부품 패키지는, 캐비티를 갖춘 기판; 캐비티내의 발광소자 실장영역에 실장된 발광소자; 및 캐비티에 충전되되, 발광소자의 주위에서 캐비티의 바닥면 및 내측벽을 덮는 백색의 충전체를 포함한다.

충전체는 내향되게 라운드진다.

충전체는 백색의 실리콘 에폭시 수지를 포함한다.

충전체는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 포함한다.

충전체는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 포함하되, 주재료를 5 ~ 25중량%으로 첨가한다.

충전체는 실리콘 수지를 30 ~ 50중량%로 하고 에폭시 수지를 25 ~ 65중량%으로 한 부재료를 주재료와 함께 사용한다.

충전체의 상부에, 투명 실리콘 및 형광체중 하나가 추가로 충전되어도 된다.

발광소자의 열을 방출시키기 위해 발광소자 실장영역의 아래에 열경유체를 추가로 설치하여도 된다.

본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 제조방법은, 캐비티를 갖춘 기판을 준비하는 기판 준비 단계; 캐비티내의 발광소자 실장영역에 발광소자를 실장하는 발광소자 실장 단계; 및 발광소자의 주위에 캐비티의 바닥면 및 내측벽을 덮도록 백색의 충전체를 충전시키는 충전체 형성 단계를 포함한다.

충전체 형성 단계는, 충전체를 내향되게 라운드진 형상으로 한다.

충전체 형성 단계는, 충전체를 백색의 실리콘 에폭시 수지로 한다.

충전체 형성 단계는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 사용한다.

충전체 형성 단계는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 사용하되, 주재료를 5 ~ 25중량%으로 첨가한다.

충전체 형성 단계는 30 ~ 50중량%의 실리콘 수지와 25 ~ 65중량%의 에폭시 수지를 주재료와 혼합하여 사용한다.

충전체의 상부에 투명 실리콘 및 형광체중 하나를 적층시키는 단계를 추가로 포함한다.

발광소자의 열을 방출시키기 위한 열경유체를 발광소자 실장영역의 아래에 설치하는 단계를 추가로 포함한다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 백색 수지 성분의 액상 물질을 발광소자의 주변에 디스펜싱하여 발광소자의 측면과 캐비티의 내측벽에 연접되는 소정 형상의 충전체를 형성시킴으로써, 기존의 금속 반사판을 채용할 필요가 없게 된다.

즉, 금속 반사판을 사용하지 않고서도 내향되게 라운드진 충전체에 의해 광 반사가 이루어지므로, 패키지의 제조공정이 매우 간단하게 된다. 특히, 캐비티의 바닥면까지 백색 수지 성분의 충전체가 채워지므로 광의 손실이 없어 종래에 비해 광효율이 향상된다.

그에 따라, 기존의 패키지 구조에 비해 광효율이 향상되는 이점이 있다. 이러한 효과로 인해 광원에서 거리별 LUX값을 측정할 때 균일성(uniformity)이 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다(중심대비 50%이상의 효과).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서는 전자부품 패키지를 발광다이오드가 적용된 반도체 패키지 즉, 발광다이오드 패키지를 최적의 실시예로 하여 설명한다. 그리고, 발광다이오드 패키지는 세라믹 패키지, 플라스틱 패키지, 리드 프레임 타입 패키지, 플라스틱 + 리드 프레임 타입 패키지 등 모든 SMD 타입 패키지에 적용가능한 것으로 보면 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.

도 3의 발광다이오드 패키지는, 캐비티를 갖춘 기판(30); 기판(30)의 캐비티 내의 발광소자 실장영역에 실장되는 칩 형태의 LED소자(34; 이하, "엘이디 칩"이라고 함); 엘이디 칩(34)과 패턴 전극(도시 생략)을 전기적으로 연결시키는 와이어(36); 및 캐비티에 충전되되, 엘이디 칩(34)의 하부의 다이(32)의 측면 및 캐비티의 내측벽에 연접되게 충전된 백색 수지의 충전체(38)를 포함한다.

기판(30)은 엘이디 칩(34)을 고밀도로 실장할 수 있는 기판이면 어느 것이나 가능하다. 예를 들어, 알루미나(alumina), 수정(quartz), 칼슘지르코네이트(calcium zirconate), 감람석(forsterite), SiC, 흑연, 용융실리카(fusedsilica), 뮬라이트(mullite), 근청석(cordierite), 지르코니아(zirconia), 베릴리아(beryllia), 및 질화알루미늄(aluminum nitride), LTCC(low temperature co-fired ceramic), HTCC(High temperature co-fired ceramic), 플라스틱, 바리스터 등을 들 수 있다. 특히, ZnO계열의 바리스터는 열전도도가 높다. ZnO를 주성분으로 하는 바리스터 재료로 제조하게 되면 바리스터로서의 기능을 수행할 뿐만 아니라 바리스터 자체의 높은 열전도성으로 인해 엘이디 패키지의 온도를 신속하게 낮출 수 있게 된다.

다이(32)는 엘이디 칩(34)을 발광소자 실장영역에 고착시키기 위한 받침대 역할을 한다. 다이(32)는 AlN, ZnO, CuW, SiC, Mo, Cu, 다이아몬드 재질 등과 같이 열전도율이 우수한 재료로 구성된다. 만약, 다이(32)를 사용하지 않고 엘이디 칩(34)을 직접 기판(30)에 접촉하는 경우에는 Ag 에폭시 또는 화이트 에폭시를 접착제로 사용한다. Ag 에폭시는 열전도도가 높기 때문에 접착제로 사용하더라도 매우 효율적이라는 이점이 있다. 화이트 에폭시를 접착제로 사용하는 경우에는 열전 도도는 다소 떨어지지만 충전체(38)와 동일한 재료이어서 제조공정이 더욱 간단해지는 효과가 발생된다.

엘이디 칩(34)은 대략 200 ~ 900nm 파장대를 갖는다. 엘이디 칩(34)은 요구되는 사양에 따라 싱글 칩 또는 멀티 칩까지 파워별로 채용가능하다. 엘이디 칩(34)은 상방향으로의 광방출을 행하는 칩 또는 상방향과 측방으로의 광방출을 행하는 칩을 사용할 수 있다.

충전체(38)는 내향되게 라운드진다. 예를 들어, 90% 이상의 반사율을 갖는 백색의 실리콘 에폭시 수지(하기의 표 1 참조)를 충전체(38)의 재료로 사용한다.

(표 1)

재료	함량
Titanium dioxide, Zinc Oxide, Lithopone(BaSO2 + ZnS) 등	5 ~ 25중량%
실리콘 수지(Resin)	30 ~ 50중량%
솔벤트 등과 같은 첨가제, 에폭시 수지 등	25 ~ 65중량%

표 1에서는, 백색을 구현하기 위해 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 사용하였다. 점도 및 점착성을 위해 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등을 사용하였다. 충전체(38)는 반사판의 역할을 수행한다. 표 1에서, TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등이 백색을 내기 위한 주재료가 되고, 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등이 부재료가 된다. 표 1에서, TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 5중량% 미만으로 사용하게 되면 백색 구현이 어렵다. TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 25중량%를 초과하여 사용하게 되면 실리콘 수지 및 에폭시 수지 등의 첨가량이 적게 되어 원하는 점도 및 점착성을 얻기 어렵다. 실리콘 수지를 30중량% 미만으로 사용하게 되면 점도가 너무 낮게 되어 도 3에서와 같이 내향되게 라운드진 형태를 만들어 내기 어렵다. 실리콘 수지를 50중량%를 초과하여 사용하게 되면 점도가 너무 높게 되어 도 3에서와 같이 내향되게 라운드진 형태를 만들어 내기 어렵다. 에폭시 수지 등을 25중량% 미만으로 사용하게 되면 약한 점착력을 얻기 때문에 도 3에서와 같은 라운드진 형태를 유지하기 어렵다. 에폭시 수지 등을 65중량%를 초과하여 사용하게 되면 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등이나 실리콘 수지의 함량이 미달되어 백색 구현이 어렵거나 원하는 점도를 얻지 못하게 된다.

도 3의 발광다이오드 패키지는 상방향과 측방으로의 광 방출을 행하는 엘이디 칩(34)을 사용하는 경우에 주로 채택된다.

도 4는 도 3의 변형예이다. 도 4의 발광다이오드 패키지는 도 3의 발광다이오드 패키지의 구조와 거의 동일하다. 다만 차이나는 점은 도 3에서는 충전체(38)가 엘이디 칩(34)의 하부의 다이(32)의 측면 및 캐비티의 내측벽에 연접되게 충전되었으나, 도 4에서는 충전체(38)가 엘이디 칩(34)의 측면 및 캐비티의 내측벽에 연접되게 충전된다는 것이 차이난다.

다이(32)의 측면을 엘이디 칩(34)의 측면의 연장으로 봄이 바람직하다. 본 발명의 청구항에 기재된 발광소자의 측면은 다이(32)의 측면을 포함한 개념으로 해석함이 바람직하다.

도 4의 발광다이오드 패키지는 상방향으로의 광 방출을 행하는 엘이디 칩(34)을 사용하는 경우에 주로 채택된다.

도 3 및 도 4에는 도시하지 않았지만, 필요에 따라서는 캐비티에서 충전체(38)가 차지하고 있는 영역을 제외한 나머지 영역에 투명 실리콘 또는 형광체를 충전시켜도 무방하다. 예를 들어, 엘이디 칩(34)을 블루 칩으로 하였을 경우 충전체(38)의 상부에 충전시킨 형광체에 의해 백색광을 구현할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 제조방법을 설명하는 플로우차트이다. 도 6 및 도 7은 도 5의 플로우차트 설명에 채용되는 사진이다. 이하의 설명에서는 단일의 제품을 제조하는 경우를 상정하여 설명한다.

먼저, 캐비티가 형성된 기판(30)을 준비한다. 도면에 도시하지 않았지만, 기판(30)의 발광소자 실장영역의 아래에 기판(30)을 수직으로 관통하는 홀을 형성하고서 그 홀내에 Cu 슬러그 또는 다이아몬드 슬러그 등과 같은 열경유체를 삽입시켜도 된다. 이는 엘이디 칩(34)에서의 열을 가장 먼저 및 가장 많이 받는 위치가 발광소자 실장영역 아래부분이기 때문에 엘이디 칩(34)에서 발생되는 열을 보다 신속하게 방출할 수 있도록 하기 위함이다.

기판(30)의 발광소자 실장영역에 엘이디 칩(34)을 실장한다. 이때, 다이(32)의 상면에 엘이디 칩(34)을 부착하는 것으로 한다(S10).

엘이디 칩(34)과 캐비티의 바닥면에 형성된 패턴 전극(캐소드 전극, 애노드 전극)(도시 생략)을 와이어(36)를 통해 전기적으로 연결한다(도 6 참조)(S12).

이어, 점도를 고려한 백색 수지 성분의 액상 물질(예컨대, 표 1의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 첨가한 백색의 에폭시 또는 실리콘 계열의 액상 물질)을 엘이디 칩(34)의 주변에 디스펜싱한다. 그에 따라, 액상 물질은 서서히 옆으로 퍼지면서 도 3 또는 도 4에서와 같이 다이(32) 또는 엘이디 칩(34)의 측면과 캐비티의 내측벽에 연접된다. 그에 따라, 액상 물질은 도 3 또는 도 4에서와 같이 내향되게 라운드진 형태로 되고, 어느 정도의 시간이 경과함에 따라 겔(gel)상태의 충전체(38)로 된다(도 7 참조)(S14). 이 경우, 충전체(38)는 캐비티의 바닥면까지 완전히 덮게 된다. 충전체(38)의 점도와 투입량을 조절하면 표면 장력에 의해 도 3 또는 도 4에서와 같이 내향되게 라운드진 형태로 충분히 된다. 제품 사이즈의 변화에 따라 충전체(38)를 구성하는 재료의 점도 및 투입량 등은 변해야 된다.

이후, 충전체(38)를 기판(30)과 잘 결합되도록 대략 170도의 온도에서 대략 2시간 정도 1차 큐어링을 실시한다(S16). 1차 큐어링에 의해 충전체(38)와 기판(30)은 단단히 결합된다. 1차 큐어링을 한 이후에도 사이즈에서 약간의 차이가 있을 수 있지만 도 7과 같은 상태가 된다.

그리고 나서, 투명 실리콘 또는 형광체(도시 생략)를 엘이디 칩(34) 및 충전 체(38)의 상부에 디스펜싱한다(S18). 이 경우, 엘이디 칩(34)이 백색광을 출력한다면 투명 실리콘이 디스펜싱된다. 한편, 예를 들어 엘이디 칩(34)이 청색광을 출력한다면 백색광 구현을 위해 형광체가 디스펜싱된다.

요구사양에 따라 형광체와 투명 실리콘을 혼합하여 사용하여도 되고 투명 실리콘만을 사용하여도 무방하다. 광효율(efficacy) 및 광특성(High CRI/GAMNUT, CCT, Cx/Cy)를 고려하여 형광체의 색상은 R/G/B 등이 단독 또는 서로 혼합된 것을 사용하여도 된다.

마지막으로, 2차 큐어링을 실시하여 투명 실리콘 또는 형광체를 하부의 구조물과 단단히 결합시킨다(S20).

이와 같이 하면 단일의 발광다이오드 패키지가 제조된다. 완성된 발광다이오드 패키지의 사이즈(A*B*C)는 멀티 칩이 사용되는 경우를 감안하여 볼 때, A는 대략 0.4mm 이상, B는 대략 0.4mm이상, C는 대략 0.5mm이상으로 한다. 한꺼번에 여러 개의 발광다이오드 패키지를 제조할 수도 있는데, 이는 당업자라면 누구라도 쉽게 상술한 설명으로 충분히 이해할 수 있다.

이하의 표 2는 본 발명의 발광다이오드 패키지를 기존의 발광다이오드 패키지와 비교한 내용으로서, 다수 회의 실험을 통해 얻어낸 결과이다.

(표 2)

패키지명		IF(mA)	Cd	TLF(lm)	지향각
9070 LTCC	기존	350	3.628	1.351	115도~125도
	본 발명	350	4.31 (18.8%상승)	1.550 (14.7%상승)	115도~125도
	기존	700	6.041	2.271	115도~125도
	본 발명	700	7.31 (21%상승)	2.626 (15.6%상승)	115도~125도
9070 바리스터	본 발명	350	4.17 (14.9%상승)	1.43 (1.52%상승)	115도~125도
		700	7.19 (19%상승)	2.57 (13.1%상승)	115도~125도

표 2에서 보듯이, 본 발명의 발광다이오드 패키지는 광효율(Cd, TLF)면에서 기존의 발광다이오드 패키지에 비해 월등히 뛰어남을 알 수 있다. 또한, 반사율(reflectivity) 효과가 매우 우수하기 때문에 LUX값 측정시 중심점 대비 50%이상값의 효과를 볼 수 있다.

본 발명은 90% 이상의 반사율을 갖는 백색의 실리콘 에폭시 수지(예컨대, 표 1의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 첨가한 백색의 에폭시 또는 실리콘 계열의 물질)를 충전체(38)의 재료로 사용하여 로우 파워 패키지(0.5W미만) 뿐만 아니라 하이 파워 패키지(0.5W이상)에서 반사체의 역할을 하도록 엘이디 칩의 주변에 형성시켰다. 표 2의 결과는 상방향으로의 광 방출을 행하는 엘이디 칩을 사용한 발광다이오드 패키지를 실험한 경우인데, 예를 들어 상방향 및 측방으로의 광 방출을 행하는 엘이디 칩을 사용하게 되면 캐비티의 바닥면까지 충전체가 덮여 있으므로 그 효과는 더욱 크게 될 것이다.

도 8a는 TiO₂를 충전체의 재료로 사용한 경우의 흡수도 그래프이고, 도 8b는 ZnO를 충전체의 재료로 사용한 경우의 흡수도 그래프이다.

흡수도 그래프에서 보듯이, 가시광선 영역에서의 광 흡수가 거의 없음을 알 수 있다. 광학적인 측면에서 반사율보다 중요한 것이 흡수율이다. 통상, 검은색의 경우 거의 모든 빛을 흡수해 버리기 때문에 반사할 빛이 없게 된다. 그러나, 본 발명의 경우, 흡수도가 적고 반사율이 좋은 백색의 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone) 등을 선택해서 충전체(38)를 만듬으로서 충전체(38)의 라운드진 상면에서의 반사율이 우수함을 알 수 있다.

그리고, 하기와 같은 다양한 형태의 테스트를 실시하여 보았다.

도 9a 내지 도 9d는 열충격 테스트 결과도이고, 도 10a 내지 도 10d는 상온온도 테스트 결과도이다. 도 9a는 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(적층체(38))이 채용된 구조에 대해 대략 20mA의 정격전류(I_F)을 -30℃ ~ 100℃ 의 온도범위에서 50회 정도 제공하여 본 열충격 테스트 리포트이고, 도 9b는 도 9a의 로오 데이터(raw data)이다. 도 9c는 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(적층체(38))이 채용된 구조에 대해 대략 150mA의 정격전류(I_F)을 -30℃ ~ 100℃ 의 온도범위에서 50사이클 정도 제공하여 본 열충격 테스트 리포트이고, 도 9d는 도 9c의 로오 데이터(raw data)이다. 도 10a는 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(적층체(38))이 채 용된 구조의 엘이디 칩에 대략 20mA의 정격전류(I_F)을 제공하되 25℃ 정도의 온도에서 장시간동안 점등시켰을 경우의 상온온도 테스트 리포트이다. 도 10b는 도 10a의 로오 데이터(raw data)이다. 도 10c는 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(적층체(38))이 채용된 구조의 엘이디 칩에 대략 150mA의 정격전류(I_F)을 제공하되 25℃ 정도의 온도에서 장시간동안 점등시켰을 경우의 상온온도 테스트 리포트이다. 도 10d는 도 10c의 로오 데이터(raw data)이다. 열충격 데이터를 보더라도 처음 1 사이클때와 50 사이클때의 정격전압(V_F), 광도, XY색좌표, 색온도, 연색지수 등을 비교하여 보면 그리 차이가 없음을 알 수 있다. 상온온도 데이터를 보더라도 1시간때와 1500시간이 경과하였을 때의 정격전압(V_F), 광도, XY색좌표, 색온도, 연색지수 등을 비교하여 보면 그리 차이가 없음을 알 수 있다.

다시 말해서, 본 발명의 구조는 일반 플라스틱 패키지 및 일반 세라믹 패키지에 비해 열충격 데이터가 우수함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 구조에 의하면 열로 인한 표면 열화 현상(황변 현상)이 적어 직접적으로 광 열화(light degradation)가 적을 뿐만 아니라 광특성 변화가 우수함을 알 수 있다.

도 11은 PCT(Pressure Cooker Test)후 제품의 패키지 내습여부를 확인한 도면이다. 온도 100℃, 기압 2atm, 습도 120%RH에서 60시간 동안 PCT(Pressure Cooker Test)를 실시한 후에 제품의 패키지 내습여부를 확인하여 보았다. 내습여부를 확인하기 위해 사용된 잉크는 매표화학이라는 회사의 빨간색의 스탬프 잉 크(STAMP INK)이다.

실험 진행 사항은 하기의 표 3과 같다.

(표 3)

NO	모델	기판	주형액	조건	시료수	잉크투입시간
1	WH3030 10AZ-c (기존 모델)	LTCC 기판	OE-6630 A/B + Yellow Phospor	PCT 60시간	3개	46시간
2	WH5050 10AZ-f (기존 모델)	LTCC 기판	OE-6630 A/B + Yellow Phospor	PCT 60시간	3개	46시간
3	WH3030 10AZ-c{ER} (본원 모델)	LTCC 기판	OE-6630 A/B + Yellow Phospor	PCT 60시간	10개	46시간

상기와 같은 조건으로 PCT(Pressure Cooker Test)후에 제품의 패키지 내습여부를 확인하여 본 결과, 도 11에서와 같이 본원 모델에서는 빨간색의 잉크가 침투되지 않음을 확인하였다. 이는 일반 플라스틱 패키지 및 세라믹 패키지와 비교하여 실리콘과 기판 사이의 들뜸으로 인한 제품 영향을 테스트한 것으로, 이상없음을 확인할 수 있었다.

도 12는 엘이디 칩을 20mA 블루칩으로 한 경우의 특성을 비교한 도면이다. 도 12는 고정 패키지에 칩 메이커별로 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(도 3, 도 4의 38)을 적용하기 전과 후를 비교한 결과도이다. 도 12에서는 정격전압(I_F) 및 색온도(CCT)를 동일하게(또는 거의 유사하게) 맞춰놓고 ER전(즉, 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용하기 전)과 ER후(즉, 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용한 후)의 광도(CD)의 변화를 보면 ER후의 광도가 ER전의 광도에 비해 향상되었음 을 알 수 있다.

도 13은 엘이디 칩을 350mA 이상의 파워 칩으로 한 경우의 광효율을 비교한 도면이다. 도 13은 고정 패키지에 칩 메이커별로 하이파워 칩을 채용하고서 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(도 3, 도 4의 38)을 적용하기 전과 후를 비교한 결과도이다. 도 13에서는 ER전(즉, 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용하기 전)과 ER후(즉, 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용한 후)의 광도(CD), 지향각, 총광량(TLF)의 변화를 보면 ER후의 패키지의 광도, 지향각, 총광량이 ER전에 비해 향상되었음을 확연히 알 수 있다. 특히, 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(도 3, 도 4의 38)을 적용한 경우에는 지향각이 커짐에도 불구하고 총광량이 커짐을 알 수 있다.

도 14는 세라믹 패키지별 광효율을 비교한 도면이다. 서로 다른 각종의 패키지에 칩 메이커별로 기존 구조와 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(ER)을 적용한 구조를 비교하여 본 결과, 광도, 지향각, 색온도(CCT) 등에서 확연하게 향상되었음을 알 수 있다. 예를 들어, "2812"의 패키지 사이즈를 갖는 기존의 경우는 화이트 에폭시를 접착제로 사용하여 엘이디 칩(34)을 직접 기판(30)에 접촉하고 캐비티내에 옐로우 형광체를 충전시킨 것이다. "2812"의 패키지 사이즈를 갖는 본 발명의 경우(본원)는 화이트 에폭시를 접착제로 사용하여 엘이디 칩(34)을 직접 기판(30)에 접촉하고 충전체(38)를 형성하고 충전체(38)의 상부 공간에 옐로우 형광체를 충 전시킨 것이다. 도 14에서, 다른 경우도 이와 유사하게 해석하면 된다. 예를 들어, Ag 에폭시는 접착제로 사용되고, 투명 실리콘(clear silicon)은 캐비티내에 충전되는 것이다. 도 13에서, 기존 구조의 경우에는 모두 통상적인 금속의 반사판을 갖는 것으로 이해하면 된다. 예를 들어, 도 14에서 5050패키지에 대한 본 발명의 에폭시 계열의 반사판을 처리하기 전(기존)과 후(본원)을 비교하여 보면, 색온도를 5116K 및 5012K로 거의 동일하게 맞추고 정격전류 및 지향각을 각각 동일하게 맞춘 후에 실험해 본 결과 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(도 3, 도 4의 38)을 채용한 구조가 기존 구조에 비해 효율(예컨대, 광도)이 향상되었음을 알 수 있다. 색온도는 동일하게 맞추는 것이 제일 정확한 데이터가 되겠으나, 동일하게 맞추기가 어려워서 비슷하게 맞추고서 실험한 데이터이다.

도 15는 세라믹 소재의 패키지와 플라스틱 패키지에서의 광효율 향상을 시험한 도면이다. 도 15에서 세라믹 소재의 패키지는 LTCC기판을 사용한 패키지를 의미하고, 플라스틱 패키지는 리드 프레임 기판을 사용한 패키지를 의미한다. 플라스틱 패키지에 칩 메이커별로 기존 구조와 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판(ER)을 적용한 구조를 비교하여 본 결과, 광도, 총광량에서 확연하게 향상되었음을 알 수 있다. 도 15에서 패키지(PKG)의 단위는 mm이고 도시된 사이즈는 패키지의 기판의 사이즈이다. 칩은 TG사의 경우 14mil, 24mil을 사용하였고, Cree사의 경우 40mil을 사용하였다. 기존 몰드 방식과 본 발명의 몰드 방식(백색 실리콘 에폭시 수지를 사용)을 비교하여 보면 광도 및 총광량에서 개선되었음을 알 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 효과를 설명하기 위한 실험 결과표이다. 도 16은 전자부품 패키지가 백색광을 구현하는 경우의 두 가지의 패키지 사이즈별로 기존 구조와 본원 구조의 차이에 의한 효과를 설명하는 도면이다. 도 16에서 알 수 있듯이, 3030(1.0t) 패키지 사이즈의 경우 기존 구조에 비해 본원 구조와 같은 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용하게 되면 광도(Luminous Intensity) 및 총광량(Total luminance flux)에서 상당히 상승하였음을 알 수 있다. 5050(1.0t) 패키지 사이즈의 경우 기존 구조에 비해 본원 구조가 광도(Luminous Intensity) 및 총광량(Total luminance flux)에서 상당히 상승하였음을 알 수 있다

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 효과를 설명하기 위한 실험 결과표이다. 도 17은 전자부품 패키지가 백색광을 구현하는 경우의 다양한 패키지 사이즈별로 기존 구조와 본원 구조의 차이에 의한 효과를 설명하는 도면이다. 도 17에서 알 수 있듯이, 패키지 사이즈를 다양하게 가변시켜 광도 및 총광량을 실험해본 결과, 본원 구조가 광도 및 총광량에서 향상되었음을 알 수 있다. 특히, 기존의 7090(4.2t)와 7090(1.2t)의 총광량(TLF)과 본 발명의 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용한 7090(4.2t)와 7090(1.3t)의 총광량(TLF)을 비교하여 보면, 본 발명의 백색 실리콘 에폭시 수지의 반사판을 적용한 7090(4.2t)와 7090(1.3t)의 총광량(TLF)이 상당히 상승하였음을 알 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 효과를 설명하기 위한 실험 결과표이다. 도 18의 상부의 내용은 5050(3.2t)의 전자부품 패키지의 발광원을 녹색 및 적색으로 각각 구현하는 경우의 기존 구조와 본원 구조의 차이에 의한 효과를 설명하기 위한 데이터이다. 도 18의 하부의 내용은 4508(1.3t)의 전자부품 패키지가 백색광을 구현하는 경우의 기존 구조와 본원 구조의 차이에 의한 효과를 설명하기 위한 데이터이다. 각각의 경우를 보면, 본원 구조가 광도에서 향상되었음을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

도 1은 종래의 LED패키지 구조의 개략도이다.

도 2는 종래의 금속 반사판을 갖춘 LED 패키지의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.

도 4는 도 3의 변형예이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 패키지의 제조방법을 설명하는 플로우차트이다.

도 6 및 도 7은 도 5의 플로우차트 설명에 채용되는 사진이다.

도 8a는 TiO₂를 충전체의 재료로 사용한 경우의 흡수도 그래프이고, 도 8b는 ZnO를 충전체의 재료로 사용한 경우의 흡수도 그래프이다.

도 9a 내지 도 9d은 열충격 테스트 결과도이다.

도 10a 내지 도 10d는 상온온도 테스트 결과도이다.

도 11은 PCT(Pressure Cooker Test)후 제품의 패키지 내습여부를 확인한 도면이다.

도 12는 20mA 블루칩의 특성을 비교한 도면이다.

도 13은 350mA 이상의 파워 칩의 광효율을 비교한 도면이다.

도 14는 세라믹 패키지별 광효율을 비교한 도면이다.

도 15는 세라믹 소재의 패키지와 플라스틱 패키지에서의 광효율 향상을 시험한 도면이다.

도 16 내지 도 18은 패키지 사이즈, 파워, 컬러별로 구체적인 실험을 통해 광효율을 검증한 실험 결과표이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

30 : 기판 32 : 다이

34 : 엘이디 칩 36 : 와이어

38 : 충전체

Claims (16)

1. 캐비티를 갖춘 기판;

   상기 캐비티내의 발광소자 실장영역에 실장된 발광소자; 및

   상기 캐비티에 충전되되, 상기 발광소자의 상면부를 노출시키면서 상기 캐비티의 바닥면 및 내측벽을 덮고 상기 발광소자의 광을 반사시키는 백색의 충전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 충전체는 내향되게 라운드진 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 충전체는 백색의 실리콘 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 충전체는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 충전체는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 포함하되, 상기 주재료를 5 ~ 25중량%으로 첨가한 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 충전체는 실리콘 수지를 30 ~ 50중량%로 하고 에폭시 수지를 25 ~ 65중량%으로 한 부재료를 상기 주재료와 함께 사용한 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
7. 청구항 1 내지 청구항 6중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 충전체의 상부에, 투명 실리콘 및 형광체중 하나가 추가로 충전된 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
8. 청구항 1 내지 청구항 6중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 발광소자의 열을 방출시키기 위해 상기 발광소자 실장영역의 아래에 열경유체를 추가로 설치한 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지.
9. 캐비티를 갖춘 기판을 준비하는 기판 준비 단계;

   상기 캐비티내의 발광소자 실장영역에 발광소자를 실장하는 발광소자 실장 단계; 및

   상기 발광소자의 상면부를 노출시키면서 상기 캐비티의 바닥면 및 내측벽을 덮고 상기 발광소자의 광을 반사시키는 백색의 충전체를 상기 캐비티에 충전시키는 충전체 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 충전체 형성 단계는, 상기 충전체를 내향되게 라운드진 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.
11. 청구항 9에 있어서,

    상기 충전체 형성 단계는, 상기 충전체를 백색의 실리콘 에폭시 수지로 하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.
12. 청구항 9에 있어서,

    상기 충전체 형성 단계는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.
13. 청구항 9에 있어서,

    상기 충전체 형성 단계는 TiO₂, ZnO, 리소폰(Lithopone)중에서 하나를 주재료로 사용하되, 상기 주재료를 5 ~ 25중량%으로 첨가한 것을 특징으로 하는 전자부 품 패키지의 제조방법.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 충전체 형성 단계는 30 ~ 50중량%의 실리콘 수지와 25 ~ 65중량%의 에폭시 수지를 상기 주재료와 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.
15. 청구항 9 내지 청구항 14중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 충전체의 상부에 투명 실리콘 및 형광체중 하나를 적층시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.
16. 청구항 9 내지 청구항 14중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 발광소자의 열을 방출시키기 위한 열경유체를 상기 발광소자 실장영역의 아래에 설치하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 패키지의 제조방법.

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