KR101090991B1 - 엘이디 패키지 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

지향각의 편차를 줄일 수 있도록 한 엘이디 패키지 및 이의 제조방법을 제시한다. 제시된 엘이디 패키지는 발광소자 실장영역을 갖춘 캐비티가 형성되되, 캐비티는 반사판 안착면 및 반사판 안착면에 접한 접착면을 포함한 기판, 및 기판과는 분리 형성되고 반사판 안착면에 안착되어 결합되되 접착면에 대향되는 면이 접착면과는 이격되게 형성된 반사판을 포함한다. 반사판 안착면과 단차진 접착면에 의해 반사판의 정위치 배치가 매우 수월하게 이루어진다. 이는 반사판 배치에 대한 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공차를 줄인다. 기존에는 지향각의 편차가 대략 ±15도 정도이었으나 상술한 본 발명의 실시예에 따르면 대략 ±5도 정도로 줄일 수 있게 된다. 또한, 접착면중 상부의 접착면은 접착제가 새어 나가는 것을 방지하는 역할을 하여 기판과 반사판간의 결합을 도와주게 된다. 렌즈를 사용하지 않고서도 좁은 지향각 구현이 가능할 뿐만 아니라 지향각의 편차를 줄일 수 있게 된다.

Description

엘이디 패키지 및 이의 제조방법{LED package and method of manufacturing the LED package}

본 발명은 엘이디 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조명용으로 사용되는 엘이디 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

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

일반적으로, 조명기구 등에 채용되어 백색 LED를 구현하는 방법으로는, 가시광 영역중 파장이 대략 430nm∼470nm인 청색 LED칩과 YAG계의 형광체(예컨대, yellow phosphor)를 조합하는 방법, 및 UV LED칩과 적색/녹색/청색 형광체를 조합하는 방법, 적색/녹색/청색 LED칩을 조합하는 방법 등이 있다. 백색 LED를 저렴하게 구현할 수 있고 광효율이 높다라는 등의 이유로 인해 첫 번째 방법이 주로 많이 사용된다.

청색 LED칩과 YAG계의 형광체(예컨대, yellow phosphor)를 조합하여 백색 LED를 구현하게 되면 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 구조가 된다.

도 1 및 도 2에 예시된 LED패키지는, LED칩(14); LED칩(14)이 실장되는 제 1기판(10); 제 1기판(10)상에 배치되며 LED칩(14)이 실장되는 영역에 상응하는 영역에 캐비티가 형성된 제 2기판(20); 제 1기판(10)에 소정 형태로 형성되고 와이어(16)를 매개로 하여 LED칩(14)에 접속된 패턴 전극(12a, 12b); LED칩(14)을 둘러싸도록 제 2기판(20)의 캐비티 내측면을 따라 형성된 반사판(22); 및 형광체(예컨대, yellow phosphor) 및 실리콘(또는 에폭시)이 소정의 배합비율에 따라 배합된 후 LED칩(14)을 덮도록 충전된 형광체층(18)을 구비한다. 제 1기판(10)을 하부 기판이라 하고, 제 2기판(20)을 상부 기판이라 하여도 된다.

도 2에서, 반사판(22)의 경사각이 되는 캐비티의 경사각(θ)은 기준선(즉, 제 1기판(10)의 상면에 수직인 선)을 기준으로 대략 30도 정도이다. 도 1에서는 반사판(22)의 경사각(θ)은 0도이다. 도 1 및 도 2에서, 외부와 접하는 형광체층(18)의 최상면이 발광면적이 된다. 형광체층(18)은 통상적으로 형광체와 실리콘의 혼합으로 구성된다. 형광체는 빛을 산란시키기 때문에 반사판(22)의 경사각(θ)은 지향각에 영향을 미치지 못한다.

도 1 및 도 2는 반사판(22)의 경사각(θ)에서 차이가 나지만 발광면적이 거의 동일하므로 반사판(22)의 경사각(θ)과는 무관하게 지향각이 동일하다. 즉, 도 1 및 도 2의 LED패키지에 의한 지향각은 대략 120도 내지 130도 정도로 고정된다.

그래서, 고정된 지향각을 탈피하기 위해 통상적으로 실리콘 또는 에폭시로 이루어지는 반구 형상의 렌즈를 채용한다. 도 3 및 도 4에는 렌즈가 채용된 일반적인 LED패키지가 도시되어 있다. 도 3은 도 1의 구성에 렌즈(25)가 추가로 설치되었다. 도 4는 도 2의 구성에 렌즈(25)가 추가로 설치되었다. 렌즈(25)를 사용하게 되면 지향각을 대략 60도 내지 90도 정도로 조절할 수 있게 된다.

렌즈(25)를 LED패키지의 전면(즉, 형광체층(18)의 상면)에 설치하기 위해서는 UV 접착제(자외선 경화 접착제), 순간 접착제 등과 같은 접착제를 사용한다. 렌즈(25)의 저면중에서 형광체층(18)의 최상면과 맞닿는 부위에는 접착제를 바르지 않는다. 맞닿는 부위에 접착제를 바른 후에 렌즈(25)를 LED패키지의 전면에 접착시키게 되면 추후에 광손실이 발생하기 때문이다. 따라서, 렌즈(25)의 저면중에서 형광체층(18)의 최상면과 맞닿지 않는 부위에만 접착제를 바른 후에 LED패키지의 전면에 접착시킨다.

이러한 접착 방식에서는 접촉면적이 좁기 때문에 접착이 제대로 되지 않는 경우가 많이 발생되고, 그로 인해 접착후에 렌즈(25)가 패키지 본체로부터 쉽게 이탈되어 버린다. 렌즈(25)의 접착이 제대로 되었다고 하더라도 렌즈(25)와 기판의 열팽창계수의 차이가 커서 LED칩(14)이 동작하게 되면 열응력이 발생된다. 열응력에 의해 접합부위에서 변형력이 발생하여 계면 분리가 발생된다.

특히, 하이파워 LED칩을 사용하는 경우에는 열응력으로 인한 계면 분리 현상이 큰 문제거리로 대두된다. 또한, 도 3 및 도 4의 구조에서 렌즈(25)를 제작하는데 소요되는 비용 역시 고가이다.

그에 따라, 렌즈를 사용하지 않고 지향각을 좁힌 도 5에서와 같은 엘이디 패키지가 제시되었다.

도 5의 엘이디 패키지는 예를 들어 세라믹 재질로 이루어진 일체형의 기판(30)을 갖춘다. 기판(30)의 중앙부에는 캐비티(32)가 형성된다. 캐비티(32)의 내측면은 반사판(리플렉터)(34)의 역할을 할 수 있도록 도금처리된다.

도 5의 경우, 기판(30)을 세라믹으로 일체형으로 제작하였기 때문에 세라믹을 가공하는 시간이 많이 소요된다. 세라믹 가공 과정에서, 세라믹 가공면의 거침, 은 쓰루(Ag thru)면의 거침, 도금의 불균일성 등에 의해 지향각의 편차가 넓게 된다.

또한, 반사판(리플렉터)의 모양은 원형이 가장 쉽고 사각형은 난이도가 높다는 등의 이유로 인해, 반사판의 모양이 제한되어 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 지향각의 편차를 줄일 수 있도록 한 엘이디 패키지 및 이의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 엘이디 패키지는, 발광소자 실장영역을 갖춘 캐비티가 형성되되, 캐비티는 반사판 안착면 및 반사판 안착면에 접한 접착면을 포함한 기판; 및 기판과는 분리 형성되고, 반사판 안착면에 안착되어 결합되되 접착면에 대향되는 면이 접착면과는 이격되게 형성된 반사판;을 포함한다.

기판과 반사판은 반사판과 접착면 사이의 이격 공간에 충전되는 접착제에 의해 상호 결합된다.

접착면은 반사판 안착면에 대해 수직 방향으로 단차지게 형성된다.

접착면은 반사판 안착면에 대해 비스듬하게 형성된다.

반사판 안착면은 발광소자 실장영역에 비해 상부에 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 엘이디 패키지의 제조방법은, 발광소자 실장영역을 갖추고 반사판 안착면 및 반사판 안착면에 접한 접착면을 포함한 캐비티가 형성된 기판을 준비하는 단계; 반사판을 준비하는 단계; 반사판을 반사판 안착면에 안착시키되, 접착면에 대향되는 면이 접착면과는 이격되게 안착시키는 단계; 및 반사판과 접착면 사이의 이격 공간에 접착제를 충전하여 기판과 반사판을 상호 결합시키는 단계;를 포함한다.

접착면은 반사판 안착면에 대해 수직 방향으로 단차지게 형성된다.

접착면은 반사판 안착면에 대해 비스듬하게 형성된다.

반사판 안착면은 발광소자 실장영역에 비해 상부에 형성된다.

이러한 구성의 본 발명에 따르면, 반사판 안착면과 단차진 접착면에 의해 반사판의 정위치 배치가 매우 수월하게 이루어진다. 이는 반사판 배치에 대한 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공차를 줄인다. 기존에는 지향각의 편차가 대략 ±15도 정도이었으나 상술한 본 발명의 실시예에 따르면 대략 ±5도 정도로 줄일 수 있게 된다.

또한, 접착면중 상부의 접착면은 접착제가 새어 나가는 것을 방지하는 역할을 하여 기판과 반사판간의 결합을 도와주게 된다.

렌즈를 사용하지 않고서도 좁은 지향각 구현이 가능할 뿐만 아니라 지향각의 편차를 줄일 수 있게 된다.

반사판의 모양 변경이 쉬워서 다양한 배광 패턴을 구현할 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 일반적인 엘이디 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 렌즈를 채용한 일반적인 엘이디 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 지향각을 좁힌 일반적인 엘이디 패키지의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 구성 및 이의 제조방법을 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 7은 도 6의 결합상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예의 변형예의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지 및 이의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서 설명할 본 발명의 엘이디 패키지는 세라믹 패키지, 플라스틱 패키지, 리드 프레임 타입 패키지, 플라스틱 + 리드 프레임 타입 패키지 등 모든 SMD 타입 패키지에 적용가능한 것으로 보면 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 구성 및 이의 제조방법을 설명하기 위한 분해사시도이다. 도 7은 도 6의 결합상태도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지는 기판(40), 발광소자(44), 및 반사판(46)을 포함한다.

기판(40)은 발광소자(44)를 고밀도로 실장할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하다. 기판(40)의 재질로는 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, 금속, 바리스터 등을 들 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 기판(40)을 LTCC 기판인 것으로 가정한다. 기판(40)에는 캐비티(42)가 형성된다. 캐비티(42)는 원통 형상이어도 되고 사각통 형상이어도 된다. 필요에 따라서, 캐비티(42)의 형상은 앞서 서술한 형상과 다른 형상이어도 무방하다. 캐비티(42)의 저면이 발광소자 실장영역이 된다. 발광소자 실장영역 보다 높은 위치에 반사판 안착면(40a), 및 반사판 안착면(40a)에 접한 접착면(40b)이 형성된다. 도 6에서, 접착면(40b)은 계단 형태로 단차지게 형성된다. 반사판(46)이 반사판 안착면(40a)에 안착되었을 경우 반사판(46)과 접착면(40b)간에는 약간의 이격 공간을 갖는다. 도 6에서는 접착면(40b)이 계단식으로 단차짐으로 해서 반사판(46)과의 대향면이 두 개가 된다. 그 두 개의 대향면 중에서 하부의 대향면은 반사판(46)의 대향부위와 밀착되어도 무방하다. 접착면(40b)중 상부의 접착면은 접착제(48)가 새어 나가는 것을 방지하는 역할을 한다. 이격 공간을 통해 접착제(48)가 충전(도포)된다. 접착제(48)에 의해 기판(40)과 반사판(46)은 상호 결합된다. 여기서, 접착제(48)는 내열성을 갖고 빛에 대한 투과율이 높다. 특히, 접착제(48)는 봉지재로 사용되고 있는 실리콘 또는 에폭시로 구성되어도 좋다. 한편, 접착제(48)는 완성된 패키지를 납땜할 때 온도에 견디고 기타 열충격에 견디는 재질이면 된다. 접착제(48)를 봉지재라고도 할 수 있다.

발광소자(44)는 캐비티(42)의 발광소자 실장영역에 실장된다. 발광소자(44)는 와이어(50)를 통해 본딩처리된다.

반사판(46)은 기판(40)과는 분리 형성된다. 반사판(46)은 세라믹 또는 금속 등으로 형성된다. 반사판(46)은 반사판 안착면(40a)에 안착된다. 반사판(46)은 접착면(40b)에 대향되는 면이 접착면(40b)과는 소정 거리 이격된다. 여기서, 반사판(46)은 원형, 사각, 타원 등 다양하게 형성시킬 수 있다. 반사판(46)의 형상은 캐비티(42)의 형상과 동일하게 함이 바람직하다.

도 6 내지 도 8에는 도시하지 않았으나, 형광체층(예컨대, 형광체 + 실리콘 또는 에폭시)이 발광소자(44) 주변 및 상부에 채워지게 된다. 다시 말해서, 도 7을 참조하여 보면 캐비티(42)의 저면에서부터 반사판 안착면(40a)까지의 높이까지 형광체층이 충전되는 것으로 이해하면 된다.

이어, 본 발명의 실시예에 따른 엘이디 패키지의 제조과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 실시예에서 필요로 하는 기판(40) 및 반사판(46)을 각각 준비한다. 기판(40)은 캐비티(42)를 갖춘다. 캐비티(42)는 발광소자 실장영역을 갖추고, 반사판 안착면(40a) 및 반사판 안착면(40a)에 접한 접착면(40b)을 포함한다. 반사판(46)은 가급적 기판(40)과 동일한 재질로 구성됨이 바람직하다. 반사판(46)은 내측으로 반사를 위한 경사면이 형성된다. 경사면에는 반사율을 높이기 위해 은 도금처리됨이 바람직하다.

이와 같이 기판(40)과 반사판(46)이 준비되면, 기판(40)의 캐비티(42)의 저면에 발광소자(44)를 실장하고 와이어(50) 본딩한다.

그리고, 기판(40)의 캐비티에 형광체층(도시 생략)을 형성한다. 다시 말해서, 캐비티(42)의 저면에서부터 반사판 안착면(40a)까지의 높이까지 형광체층을 충전시킨다. 물론, 형광체층은 기판(40)과 반사판(46)은 상호 결합시킨 이후에 형성시켜도 무방하다. 한편, 발광소자(44)가 실장되고 형광체층이 형성된 기판(40), 및 반사판(46) 등에 대한 열처리 공정에 대해서는 별도의 설명이 없더라도 동종업계에 종사하는 자라면 주지의 기술로 충분히 이해할 수 있다.

이후, 반사판(46)을 캐비티(42)의 반사판 안착면(40a)에 안착시킨다. 여기서, 반사판(46)의 외곽 너비는 반사판 안착면(40a)의 외곽 너비와 동일 내지는 약간 적다. 반사판(46)의 외곽 너비가 반사판 안착면(40a)의 외곽 너비에 비해 약간 적은 것이 바람직하다. 이는 반사판(46)을 반사판 안착면(40a)에 보다 쉽게 안착시키고 정위치 정렬이 쉽게 이루어지도록 하기 위해서이다.

이와 같이 하면, 반사판(46)과 캐비티(42)의 접착면(40b) 간에는 약간의 이격 공간이 형성된다.

이격 공간에 접착제(48)를 충전(도포)시킨다. 여기서, 접착제(48)는 상부의 접착면(40b) 및 반사판(46)간의 대향면 사이의 이격 공간 뿐만 아니라 하부의 접착면(40b) 및 반사판(46)간의 대향면 사이의 이격 공간에도 충전될 것이다. 물론, 상황에 따라서 접착제(48)는 반사판 안착면(40a)과 반사판(46)의 저면 사이에도 어느 정도 스며들 것이다. 그에 따라, 충전후에 건조시키게 되면 기판(40)과 반사판(46)이 완전히 결합하게 된다.

상술한 제조과정은 하나의 엘이디 패키지를 제조하는 과정에 대해 설명하였다. 통상적으로는 다수의 엘이디 패키지 세트를 하나의 생산라인에서 제조하게 되므로, 추후에 절단하여 단품화하면 된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 반사판 안착면과 단차진 접착면에 의해 반사판의 정위치 배치가 매우 수월하게 이루어진다. 이는 반사판 배치에 대한 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 제조 공차를 줄인다.

또한, 접착면중 상부의 접착면은 접착제가 새어 나가는 것을 방지하는 역할을 하여 기판과 반사판간의 결합을 도와주게 된다.

렌즈를 사용하지 않고서도 좁은 지향각 구현이 가능할 뿐만 아니라 지향각의 편차를 줄일 수 있게 된다. 기존에는 지향각의 편차가 대략 ±15도 정도이었으나 상술한 본 발명의 실시예에 따르면 대략 ±5도 정도로 줄일 수 있게 된다.

반사판의 모양 변경이 쉬워서 다양한 배광 패턴을 구현할 수 있게 된다.

물론, 상술한 실시예에서와 같은 단차진 접착면(40b)을 형성시키지 않고 반사판 안착면(40a)만 있는 것을 고려해 볼 수 있다. 그러나, 이 경우에는 반사판(46)의 저면만이 반사판 안착면(40a)에 접착되므로, 접착제가 새어 나가는 문제 및 반사판(46)을 정위치에 쉽게 배치시키지 못하는 문제가 발생된다. 따라서, 상술한 본 발명의 실시예는 이러한 문제들까지 해결할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

도 9는 본 발명의 실시예의 변형예를 나타낸 단면도이다. 도 10은 본 발명의 실시예의 변형예의 사시도이다.

변형예는 상술한 본 발명의 실시예와 비교하여 접착면의 형상에서 차이난다. 상술한 본 발명의 실시예에서는 접착면을 계단식으로 단차지게 형성시켰으나, 변형예에서는 접착면(60b)을 반사판 안착면(60a)에 대해 비스듬하게 형성시켰다는 점이 차이난다.

도 9 및 도 10에서, 미설명 부호 60은 기판이고, 62는 캐비티를 의미한다.

변형예에 의해서도 상술한 본 발명의 실시예에서와 같은 효과를 충분히 얻을 수 있게 된다.

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.

40, 60 : 기판 42, 62 : 캐비티
44 : 발광소자 46 : 반사판
48 : 접착제 50 : 와이어

Claims (9)

1. 발광소자 실장영역을 갖춘 캐비티가 형성되되, 상기 캐비티는 반사판 안착면 및 상기 반사판 안착면에 접한 접착면을 포함한 기판; 및
   상기 기판과는 분리 형성되고, 상기 반사판 안착면에 안착되어 결합되되 상기 접착면에 대향되는 면이 상기 접착면과는 이격되게 형성된 반사판;을 포함하며,
   상기 기판과 상기 반사판은 상기 반사판과 상기 접착면 사이의 이격 공간에 충전되는 접착제에 의해 상호 결합되고,
   상기 접착면은 계단식으로 단차지게 형성되며, 상기 반사판에 대향하는 상부 대향면 및 하부 대향면을 구비하며,
   상기 상부 대향면에서 상기 반사판까지의 거리는 상기 하부 대향면에서 상기 반사판까지의 거리보다 멀게 형성되고, 상기 반사판은 상기 상부 대향면보다 높게 상부로 연장되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 반사판 안착면은 상기 발광소자 실장영역에 비해 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지.
6. 발광소자 실장영역을 갖추고 반사판 안착면 및 상기 반사판 안착면에 접한 접착면을 포함한 캐비티가 형성된 기판을 준비하는 단계;
   반사판을 준비하는 단계;
   상기 반사판을 상기 반사판 안착면에 안착시키되, 상기 접착면에 대향되는 면이 상기 접착면과는 이격되게 안착시키는 단계; 및
   상기 반사판과 상기 접착면 사이의 이격 공간에 접착제를 충전하여 상기 기판과 상기 반사판을 상호 결합시키는 단계;를 포함하며,
   상기 접착면은 계단식으로 단차지게 형성되며, 상기 반사판에 대향하는 상부 대향면 및 하부 대향면을 구비하며,
   상기 상부 대향면에서 상기 반사판까지의 거리는 상기 하부 대향면에서 상기 반사판까지의 거리보다 멀게 형성되고, 상기 반사판은 상기 상부 대향면보다 높게 상부로 연장되는 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 반사판 안착면은 상기 발광소자 실장영역에 비해 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 엘이디 패키지의 제조방법.
   

Images