KR101626459B1

KR101626459B1 - Led 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법

Info

Publication number: KR101626459B1
Application number: KR1020140186460A
Authority: KR
Inventors: 박민철; 남덕희; 김상웅
Original assignee: 델코(주)
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-01

Abstract

LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법이 개시된다. 개시된 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법은, 기판에 실장된 LED칩 주변을 일정 높이로 둘러싸되, 상기 LED칩의 광이 외부로 반사되도록 반사면이 형성되고, 상기 기판에 실장되도록 실장부가 형성된 금속재 리플렉터의 제조방법에 있어서, (a) 알루미늄 스트립을 준비하는 단계와; (b) 상기 반사면의 광택을 위해 상기 알루미늄 스트립의 일면에 광택 연마를 실시하는 단계와; (c) 상기 실장부가 상기 기판에 솔더링이 되도록 상기 알루미늄 스트립의 타면에 솔더링이 가능한 금속재가 부착되도록 하는 단계와; (d) 상기 (b) 및 (c) 단계의 후가공을 실시한 후가공 알루미늄 스트립을 프레스 금형 내로 투입하는 단계와; (e) 상기 프레스 금형으로 상기 후가공 알루미늄 스트립을 성형하여, 상기 반사면과 상기 실장부가 형성된 금속재 리플렉터를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

Description

LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING METALLIC REFLECTOR FOR LED PACKAGE}

본 발명은 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 공정이 단순하고 내구성이 향상되며 제조비용이 저렴한 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED라 함)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, LED는 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 소비전력이 작은 이점 등 기존의 광원에 비해 많은 이점이 있다.

이러한 LED는 통상 패키지 구조로 제조되며, 이 LED 패키지의 일 예가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, LED 패키지(2)는 기판(21)을 포함하되, 이 기판(21)은 한 쌍의 전극패턴(22,23)이 형성되고, 기판(21)의 상면에 LED칩(24)이 실장된다.

또한 상기 LED칩(24)은 본딩와이어(W)를 통해 타측 전극패턴(23)에 접속되고, 한 쌍의 전극패턴(22,23)에 전기적으로 연결된다.

그리고 상기 기판(21) 상에 예컨대, 접착제에 의해 접착되는 리플렉터(28)는 링 형태로 금속재로 이루어진다. 즉, 상기 리플렉터(28)는 금속재 리플렉터(metallic reflector)이다.

이러한 리플렉터(28)의 저면은 한 쌍의 전극패턴(22,23)에 절연성 접착제에 의해 접착되고, 리플렉터(28)의 내벽(281)은 LED칩(24)에서 방출된 광을 외부로 반사시키기 위한 일정한 반사면을 갖는다.

그리고 상기 내벽(281)에는 금속으로 코팅된 반사층(282)이 형성되고, 이 반사층(282)은 도금 또는 알루미늄 증착에 의해 형성된다.

또한 상기 리플렉터(28)의 내부에는 투광성 수지, 예컨대 실리콘 수지, 에폭시 수지로 된 봉지재(26)가 채워져 기판(21)에 실장된 LED칩(24) 상부를 밀폐한다.

상기와 같이 구성된 LED 패키지에 적용된 금속재의 리플렉터(28)는, 수지로 된 리플렉터에 비해 LED칩(24)에서 발생된 광과 열에 의한 변색 및 반사율이 개선되었다.

이와 같이 LED칩(24)을 둘러싸는 금속재 리플렉터(28)를 기판(24)상에 실장함으로써, LED칩(24)에서 발생된 광과 열에 의한 변색 및 반사율을 개선한 LED 패키지(2)는, 대한민국 공개특허 제10-2009-0103292호에 개시되어 있다.

하지만, 상기 반사층(282)은 도금 또는 알루미늄 증착에 의해 형성되는데, 알루미늄 증착의 경우 열 또는 증착 불량에 의해 들뜸 현상이 생겨, 결국 반사층(282)의 반사 성능이 저하되어 제품 성능을 떨어뜨리게 된다.

그리고 상기 반사층(282)이 도금에 의해 형성되는 경우에도, 고품질의 도금이 이루어지지 않으면 고열에 의해 변색될 수 있다.

또한 기존의 리플렉터(28)가 기판(21)상에 절연성 접착제에 의해 접착되는 경우, 리플렉터(28)는 기판(21)에 접착되는 면적이 작기 때문에 접착력이 떨어지고, 고열에 의해서도 접착력이 떨어져, 결국 LED 패키지(2)의 내구성을 떨어뜨렸다.

그리고 상기 리플레터(28)가 나사 결합되는 경우에는, 리플렉터(28)의 크기가 작기 때문에 리플렉터(28)와 기판(21)에 나사 가공과 나사 결합이 용이하지 않는 문제점이 있었다.

또한 금속재의 리플렉터(28)는 다이캐스팅 성형에 의해 제조되다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 우선, 상기 리플렉터(28)의 소재가 되는 예컨대, Zn 재료를 준비하고, 준비된 재료를 용해로에서 녹인다.

그런 후, 용해된 재료를 다이캐스팅 금형(die) 내에 고압으로 밀어 넣은 후, 성형이 완료되면, 다이캐스팅 금형으로부터 리플렉터 성형품을 뽑아낸 후, 트리밍(trimming) 공정을 수행하여 완료된다.

이렇게 다이캐스팅 성형된 리플렉터(28) 성형품 전체 또는 상기 리플렉터(28)의 반사층(282)을 도금으로 형성하는데, 도금 공정은 다음과 같은 순서로 실시한다.

우선, 다이캐스팅 성형된 리플렉터 성형품에 묻은 이물질이나 기름을 제거하고, 바렐 연마 및 화학 연마, 그리고 Ag 도금을 순차적으로 실시하고, 산화방지 처리를 한다.

상기와 같은 기존 금속재의 리플렉터(28)의 다이캐스팅 성형은 복잡한 형상의 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 다이캐스팅 성형은 금속 용융물을 준비해야 하기 때문에 고가의 설비가 필요하고, 다이캐스팅 금형 제작비가 고가이다.

또한 다이캐스팅 성형 때문에, 금속 용융, 다이캐스팅 성형, 트리밍 등 공정이 수행되어야 하고, 다이캐스팅 성형 후에는 바렐 연마 및 화학 연마 공정을 반드시 수행해야 한다. 즉, 종래의 금속재 리플렉터(28)의 제조 공정은 매우 복잡하다.

그리고 종래의 리플렉터(28)는 용융점이 낮은 Zn 재료 등으로만 다이캐스팅 성형에 의해 제조되었기 때문에, 재료비가 고가이며, 대량생산품에만 적용될 수밖에 없으며, 도금 같은 후가공 공정을 수행해야 하는 문제점이 있다.

또한 다이캐스팅 성형된 상태로 제품이 사용되기 때문에 금속 내부 조직이 취약하여, 고열이나 외부 충격에 취약한 문제점이 있다. 즉, 기존의 다이캐스팅 성형에 의해 제조된 리플렉터(28)는 열이나 외부 충격에 매우 취약하여, LED 패키지의 수명 및 신뢰성이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다이캐스팅이 아닌 프레스 성형에 의해 금속재 리플렉터를 제조함으로써 금속재 리플렉터의 반사면에 도금이나 알루미늄 증착 공정을 실시하지 않아도 되고, 금속재 리플렉터를 기판에 자동 솔더링이 이루어지도록 하여, 제조 공정이 매우 단순하고, 제조비용을 낮추며, 내구성이 향상되도록 한 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법은, 기판에 실장된 LED칩 주변을 일정 높이로 둘러싸되, 상기 LED칩의 광이 외부로 반사되도록 반사면이 형성되고, 상기 기판에 실장되도록 실장부가 형성된 금속재 리플렉터의 제조방법에 있어서, (a) 알루미늄 스트립을 준비하는 단계와; (b) 상기 반사면의 광택을 위해 상기 알루미늄 스트립의 일면에 광택 연마를 실시하는 단계와; (c) 상기 실장부가 상기 기판에 솔더링이 되도록 상기 알루미늄 스트립의 타면에 솔더링이 가능한 금속재가 부착되도록 하는 단계와; (d) 상기 (b) 및 (c) 단계의 후가공을 실시한 후가공 알루미늄 스트립을 프레스 금형 내로 투입하는 단계와; (e) 상기 프레스 금형으로 상기 후가공 알루미늄 스트립을 성형하여, 상기 반사면과 상기 실장부가 형성된 금속재 리플렉터를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래와 같이 금속재 리플렉터의 제조를 다이캐스팅이 아닌 프레스 성형에 의해 제조하고, 그리고 금속재 리플렉터의 반사면에 도금이나 알루미늄 증착 공정을 실시하지 않고, 금속재 리플렉터의 소재가 되는 알루미늄 스트립에 미리 광택 연마를 함으로써, 기존과 같이 반사면이 열에 의해 반사층이 변색되거나 증착 불량에 의한 들뜸 현상이 생기지 않는다.

따라서 제조공정이 매우 단순해 지고, 제조비용이 낮추어지며, 금속재 리플렉터 및 LED 패키지의 내구성이 향상된다.

그리고 종래와 같이 접착제에 의해 금속재 리플렉터를 기판에 접착하지 않고, 기판에 SMT 공정으로 자동 솔더링이 가능하므로, 제조공정이 단순하고, 금속재 리플렉터가 기판으로부터 이탈될 염려가 없다.

또한 금속재 리플렉터를 프레스 성형으로 제조하기 때문에, 다이캐스팅 성형시 준비해야 하는 금속 용융물이 필요 없어, 고가의 설비와 다이캐스팅 금형이 필요 없다.

그리고 종래와 같이 금속재 리플렉터를 다이캐스팅으로 제조하지 않고, 프레스 성형에 의해 제조하기 때문에 금속 내부 조직이 프레스 성형 중 개선되며, 고열이나 외부 충격에 강하다.

따라서 LED 패키지의 성능, 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 LED 패키지의 평면도.
도 2는 도 1의 I-I선을 따라 절개하여 나타내 보인 단면도.
도 3은 본 발명이 적용된 일 실시예에 따른 금속재 리플렉터의 정면 사시도.
도 4는 도 3의 배면 사시도.
도 5는 도 3의 금속재 리플렉터가 적용된 LED 패키지의 일 실시예를 나타내 보인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법을 순차적으로 나타내 보인 순서도.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타내 보인 공정도.

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

설명에 앞서, 일반적인 LED 패키지의 구성은 전술한 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것을 참조하기로 하고, 여기서는 본 발명의 특징적인 구성만을 상술하기로 한다.

도 3에는 본 발명이 적용된 금속재 리플렉터의 정면 사시도이고, 도 4에는 도 3의 배면 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3의 금속재 리플렉터가 적용된 LED 패키지의 일 실시예를 나타내 보인 단면도가 도시되어 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명이 적용된 금속재 리플렉터(300)는, 상부바디(301)와, 이 상부바디(301)의 하부로 연장되며 상부바디(301)와 일체로 성형된 하부바디(302)를 포함하여 구성된다.

상기 상부바디(301) 및 하부바디(302)의 중앙에는 소정 각도로 경사진 반사면(303)이 형성되어 있어, 이 반사면(303)을 통해 기판(311) 위에 실장된 LED칩(120)의 광이 금속재 리플렉터(300) 외부로 반사된다.

따라서, 상기 금속재 리플렉터(300)의 저면에는 기판(311)에 실장되기 위한 실장부(301a)가 형성된다.

즉, 상기 금속재 리플렉터(300)는, 기판(311)에 실장된 LED칩(120) 주변을 일정 높이로 둘러싸고, LED칩(120)의 광이 외부로 반사되도록 반사면(303)이 형성되고, 상기 기판(311)에 실장되는 실장부(301a)가 형성된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 적용된 LED 패키지용 금속재 리플렉터의 제조방법을 설명한다.

도 6에는 본 발명에 따른 LED 패키지용 금속재 리플렉터의 제조방법을 순차적으로 나타내 보인 순서도가 도시되어 있다.

우선, 도 7에 도시된 바와 같이, 코일링된 박판의 알루미늄 스트립(201)을 준비한다.(단계 110)

한편, 코일링된 알루미늄 스트립(201)은 통상의 릴(reel) 형태로 공급된다.

이어서, 상기 알루미늄 스트립(201)을 언코일링 하면서 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)에 상기 금속재 리플렉터(300)의 반사면(303)을 형성하기 위해 광택 연마를 실시한다.(단계 120)

즉, 상기 단계 120은, 언코일링 되는 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)에 광택을 내기 위해 예컨대, 화학연마를 실시하는 공정이다.

상기한 화학연마는 외부의 전류를 사용하지 않고 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)에 광택 연마를 실시하는 것으로 예컨대, 산화제 산으로 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)을 부동태 시키는 것으로, 용해를 억제하여 평활화 작용을 양호하게 하는 인산-질산법을 실시할 수 있다.

상기한 인산-질산법은 Nox 가스 발생이 적고, 광택 정도가 높은 이점이 있다.

상기 단계 120에서, 광택 연마가 실시된 알루미늄 스트립(201)의 일면은 광택면(201c)이 형성되며, 도 7에 도시된 바와 같이, 광택면(201c)이 형성된 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)은 다시 코일링된다.

이어서, 금속재 리플렉터(300)의 실장부(301a)가 기판(311)에 자동으로 솔더링(soldering) 공정이 수행되도록 하기 위해, 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 솔더링이 가능한 금속재가 부착되도록 한다.(단계 130)

상기한 솔더링이 가능한 금속재는 Sn(주석)이나 Cu(구리) 소재가 적용될 수 있으며, 이 중 Sn 소재의 경우에는 Sn 도금에 의해 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 도포(또는 코팅)되도록 한다.

그리고 상기한 Cu 소재의 경우에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 박판의 Cu 시트(sheet)(203)를 언코일링 하는 제 1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 부착하여, 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)을 제조한다.

즉, 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)이 상면이 되게 하여 일측에서 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)을 가압롤러(401)에 투입하고, 다른 일측에서 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 위로 Cu 시트(203)를 가압롤러(401)에 투입하여, 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 Cu 시트(203)가 부착되도록 한다.

한편, 도면에는 도시하지는 않았지만, 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)이나 Cu 시트(203)의 접착면에는 이미 접착제가 도포되어 있거나, 상기 가압롤러(401)에 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)과 Cu 시트(203) 투입 전에 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 접착면에 접착제를 공급할 수 있음은 물론이다.

따라서, 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)은 광택 연마가 이루어진 광택면(201c)으로 형성되고, 알루미늄 스트립(201)의 타면(201b)은 Sn 도금층 또는 Cu 시트(203)가 접착되어, 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)이 제조된다.

이렇게 제조된 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)은 다시 코일링이 된다. 즉, 상기 가압롤러(401)로부터 배출된 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)은 다시 코일링이 된다.

한편, 도 8에서 도면번호 402는 상기 Cu 시트(203)가 가압롤러(401)로 투입될 때, Cu 시트(203)를 가이드 하는 가이드 롤러이다.

이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 코일링이 된 상기 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)을 언코일링 하면서 프레스 금형(501) 내로 투입한다.(단계 140)

이렇게 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)을 프레스 금형(501)으로 투입하여, 도 3에 도시된 바와 같은, LED칩(120)의 광을 외부로 반사되도록 반사면(303)이 형성된 금속재 리플렉터(300)를 성형한다.(단계 150)

즉, 상기 단계 150은, 프레스 금형(501)에 의해 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)에 피어싱(piercing), 드로잉(drawing), 노칭(notching), 하프 에칭(half etching), 벤딩(bending) 및 커팅(cutting) 등의 공정을 실시하여, 반사면(303) 및 실장부(301a)가 형성된 금속재 리플렉터(300)를 성형하는 공정이다.

이어서, 상기와 같이 성형된 금속재 리플렉터(300)에 묻은 이물질을 제거하기 위해 세척을 실시하고, 세척된 금속재 리플렉터(300)를 검사 및 포장한다.(단계 160)

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법에 적용된 알루미늄 스트립(201)은, 가벼운 소재에 비해 강도가 크고 취급이 용이하며, 녹슬지 않아 부식저항이 강하며, 소성가공이 용이하고, 표면이 미려하며, 복잡한 형상의 제품도 생산 가능하고, 스크랩의 가치가 높다.

특히, 상기 알루미늄 스트립(201)은, 열 및 전기전도성이 우수하며, 광 반사율이 높다.

상기 금속재 리플렉터(300)의 반사면(303)에 알루미늄 증착이 이루어지지 않아도 되며, 다이캐스팅이 아닌 프레스 성형에 의해 제조가 용이하다.

또한 상기 반사면(303)에 도금이나 증착이 실시되지도 않고, 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)에 광택 연마가 실시되므로, 고열에 의해 상기 반사면(303)이 변색되지 않는다.

그리고 상기 금속재 리플렉터(300)를 기존과 같이 기판(311)에 접착제를 이용하여 접착하지 않고, 자동 솔더링 공정(SMT 공정)을 통해 기판(311)에 부착할 수 있어, 제품 생산성 및 신뢰성이 향상된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

120. LED칩
200. 제2 후가공 알루미늄 스트립
201. 알루미늄 스트립
201c. 광택면
202. 제1 후가공 알루미늄 스트립
203. Cu 시트
300. 금속재 리플렉터
301a. 실장부
303. 반사면
311. 기판
401. 가압롤러
501. 프레스 금형

Claims

기판(311)에 실장된 LED칩(120) 주변을 일정 높이로 둘러싸되, 상기 LED칩(120)의 광이 외부로 반사되도록 반사면(303)이 형성되고, 상기 기판(311)에 실장되도록 실장부(301a)가 형성된 금속재 리플렉터(300)의 제조방법에 있어서,
(a) 코일링된 박판의 알루미늄 스트립(201)을 준비하는 단계와;
(b) 상기 알루미늄 스트립(201)을 언코일링 하면서 상기 반사면(303)의 광택을 위해 상기 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)에 광택 연마를 실시하고, 광택 연마가 실시되어 광택면(201c)이 형성된 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)을 코일링하는 단계와;
(c) 상기 실장부(301a)가 상기 기판(311)에 자동으로 솔더링 공정이 수행되도록 하기 위해, 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 솔더링이 가능한 금속재가 부착되도록 하는 단계와;
또한, 상기 단계 (c)에서, 상기 금속재는 Sn 또는 Cu 소재중 어느 하나를 포함하되,
상기 Sn 소재의 경우에는, Sn 도금에 의해 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 코팅되어 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)이 제조되며 코일링이 되며,
(d) 코일링된 상기 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)을 언코일링 하면서 프레스 금형(501) 내로 투입하는 단계와;
(e) 상기 프레스 금형(501)으로 상기 제2 후가공 알루미늄 스트립(200)을 성형하여, 상기 반사면(303)과 상기 실장부(301a)가 형성된 금속재 리플렉터(300)를 성형하는 단계;를 포함하며,
또한, 상기 단계 (b)에서, 상기 광택 연마는, 화학연마를 포함하되,
상기 화학연마는, 외부의 전류를 사용하지 않고 상기 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)에 광택 연마를 실시하는 것으로, 산화제 산으로 상기 알루미늄 스트립(201)의 일면(201a)을 부동태 시키는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법.
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제1항에 있어서,
상기 Cu 소재의 경우에는, 박판의 Cu 시트(203)를 언코일링하는 상기 제1 후가공 알루미늄 스트립(202)의 타면(201b)에 접착하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 금속재 리플렉터 제조방법.