KR20050083485A - 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 관한 것으로, 발광소자 패키지 구조체는 중앙부분에 일정높이로 돌출되게 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판과, 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀이 형성되어 상기 방열용 메인기판의 칩안착부 주변에 장착되고, 저면 일부가 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성되며, 노출된 저면에는 적어도 하나의 도전패드가 형성되어 있고, 상면에는 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조 회로기판과, 칩안착부에 안착될 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 보조회로기판 위에 형성된 반사경 및 도전패드와 접합된 리드 프레임을 구비한다. 이러한 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 의하면, 플립형 발광다이오드칩 및 탑에미니트형 발광다이오드칩 모두에 대해 실장이 가능하고, 발광다이오드칩이 대면적의 금속성 방열용 메인기판에 장착될 수 있으면서 광을 집속시킬 수 있도록 구조되어 있어 발광효율과 방열능력을 높일수 있는 장점을 제공한다.

Description

발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법{Light emitting device and package structure and method of manufacturing thereof}
본 발명은 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 고출력용에 적합한 방열 및 광집속 구조를 갖는 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 관한 것이다.
최근 발광다이오드(LED;Light Emitting Diode)는 형광체를 적용하여 백색광을 생성하여 출사할 수 있는 구조가 알려지면서 단순 발광표시 기능 이외에 기존의 조명등을 대체할 수 있는 조명분야까지 그 응용범위가 확장되고 있다. 또한, 조명에 적합한 고출력용 발광다이오드에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
반도체 소자의 하나인 발광다이오드는 정격 동작온도 보다 온도가 올라가면 수명이 감소되고 발광효율이 저하되기 때문에 발광다이오드의 출력을 높이기 위해서는 발광다이오드에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜 가능한 낮은 동작 온도내에서 동작될 수 있는 방열 구조가 요구된다.
그런데, 종래의 발광다이오드는 발광다이오드 칩이 안착된 리드프레임을 플라스틱소재로 몰딩한 구조로 형성하였다. 이러한 구조의 발광다이오드는 리드프레임을 통해 방열이 이루지기 때문에 방열능력이 낮아 고출력용 발광다이오드에 적용하기 어렵다. 또한, 자외선 발광다이오드칩이 적용되는 경우 몰딩소재로 적용된 플라스틱 소재는 자외선 발광다이오드칩으로부터 출사되는 자외선에 의해 쉽게 열화되어 내구성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 출원인은 이러한 문제점을 개선할 수 있도록 대면적 방열판을 갖는 발광소자패키지 구조체를 국내특허출원 제2003-0030478를 통해 출원한 바 있다.
한편, 최근에는 발광효율과 방열효과를 높이기 위한 플립형 발광다이오드칩이 개발되고 있고, 대면적의 방열판 구조를 갖으면서도 플립형 발광다이오드칩의 실장이 가능한 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서 방열능력과 발광효율을 높이면서도 발광다이오드칩의 실장이 용이한 고출력용 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 방열능력을 높이면서도 플립형 발광다이오드칩의 실장이 용이한 고출력용 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광소자 패키지 구조체는 중앙부분에 일정높이로 돌출되게 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판과; 상기 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀이 형성되어 상기 방열용 메인기판의 상기 칩안착부 주변에 장착되고, 저면 일부가 상기 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성되며, 노출된 저면에는 적어도 하나의 도전패드가 형성되어 있고, 상면에는 상기 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조 회로기판과; 상기 칩안착부에 안착될 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 상기 보조회로기판 위에 형성된 반사경; 및 상기 도전패드와 접합된 리드 프레임;을 구비한다.
바람직하게는 상기 보조회로기판의 상면은 상기 칩안착부의 상면과 수평상으로 나란하게 되게 형성된다.
또한, 상기 반사경은 적어도 내측 표면이 반사율이 높은 은, 니켈, 알루미늄소재로 형성된다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광소자는 중앙부분에 일정높이로 돌출되게 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판과; 상기 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀이 형성되어 상기 방열용 메인기판의 상기 칩안착부 주변에 장착되고, 저면 일부가 상기 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성되며, 노출된 저면에는 적어도 하나의 도전패드가 형성되어 있고, 상면에는 상기 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조 회로기판과; 상기 칩안착부에 장착된 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 상기 보조회로기판 위에 형성된 반사경과; 상기 도전패드와 접합된 리드 프레임; 및 상기 반사경과 상기 발광다이오드칩 사이의 내부공간을 차폐시키도록 결합된 캡;을 구비한다.
바람직하게는 상기 캡은 상기 반사경에 접합된 렌즈가 적용된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 방열용 메인기판의 칩안착부에는 자외선을 방출하는 자외선 발광소자칩이 실장되어 있고, 상기 캡의 표면은 무반사 코팅소재로 된 무반사코팅층이 형성된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발광소자 패키지 구조체의 제조방법은 가. 중앙부분에 일정높이로 돌출된 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판을 형성하는 단계와; 나. 상기 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀과, 저면 일부에 상기 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성된 형성된 도전패드와, 상면에 상기 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조회로기판을 형성하는 단계와; 다. 상기 삽입홀을 통해 상기 보조회로기판을 상기 방열용 메인기판의 칩안착부 주변에 접합하는 단계와; 라. 상기 보조 회로기판의 저면에 형성된 도전패드에 리드프레임을 접합하는 단계와; 마. 상기 칩안착부에 안착될 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 형성된 반사경을 상기 보조회로기판 위에 접합하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광소자와 그 패키지 구조체 및 그 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체가 적용된 발광다이오드를 나타내 보인 사시도이다.
도면을 참조하면, 발광다이오드(100)는 발광다이오드 칩(110), 렌즈(120) 및 패키지 구조체(200)를 구비한다.
패키지 구조체(200)는 방열용 메인 기판(210), 보조 회로기판(230), 리드프레임(250) 및 반사경(270)을 구비한다.
방열용 메인기판(210)은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙부분에 일정높이로 돌출되게 형성된 발광다이오드 칩 안착용 칩안착부(211)와, 칩안착부(211) 하부에 칩안착부(211) 보다 연장되게 형성된 베이스부(212)로 되어 있다.
도시된 예에서는 칩안착부(211)가 사각형으로 적용되었고, 원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.
방열용 메인기판(210)의 베이스부(212)는 도 4에 도시된 바와 같이 위에 탑재될 보조회로기판(230)의 모서리 부분이 노출될 수 있게 열십자형으로 형성되어 있다.
방열용 메인기판(210)은 열전도성이 좋은 금속소재로 형성한다.
방열용 메인기판(210)의 소재로서는 구리 또는 구리합금 예를들면 황동, 텅스텐/구리, 몰리브덴/구리 합금이 적용될 수 있다.
바람직하게는 방열용 메인기판(210)은 앞서 설명된 금속소재로 도시된 구조로 형성한 다음 전체를 니켈소재로 도금처리한다. 더욱 바람직하게는 방열용 메인기판(210)은 니켈 도금층 위에 은 또는 금으로 2차 도금처리한다.
방열용 메인기판(210)의 칩안착부(211)에는 적어도 하나의 발광다이오드 칩(110)이 실장된다. 도시된 예와 다르게 발광다이오드칩(110)이 서브마운트(미도시)를 통해 칩안착부(211)에 실장될 수 있음은 물론이다.
보조회로기판(230)은 방열용 메인기판(210)의 베이스부(212)의 노출된 상면에 결합되어 있다.
보조회로기판(230)은 발광다이오드 칩(110)과 외부와의 전기적 결선용인 리드프레임(250)과 전기적으로 결선될 수 있게 구조되어 있다.
보조회로기판(230)의 상면에는 칩 본딩패드(238)가 설치되어 있다. 칩 본딩패드(238)는 금으로 된 와이어(140)에 의해 발광다이오드칩(110)과 전기적으로 결합되어 있다.
도시된 예와 다르게 발광다이오드칩(110))이 플립형 발광다이오드칩인 경우 도 3에 도시된 바와 같이 칩 본딩패드(238)는 솔더에 의해 플립형 발광다이오드칩(110)의 전극과 전기적으로 결합될 수 있다. 참조부호 115는 플립형 발광다이오드칩(110)을 방열용 메인기판(210)에 결합하기 위한 솔더이다.
보조회로기판(230)은 방열용 메인기판(210)의 칩안착부(211)가 관통될 수 있는 삽입홀(도 4참조;239)이 형성되어 있고, 방열용 메인기판(210)에 접합된 상태에서 그 상면이 칩안착부(211)의 상면과 나란하게 되도록 두께가 결정되는 것이 바람직하다.
이 경우 플립형 발광다이오드칩(110) 또는 탑에미트형 발광다이오드칩 모두에 대해 실장이 가능하다.
칩 본딩패드(238)는 리드프레임(250)이 결합되는 보조회로기판(230)의 저면 부분에 노출되게 형성된 도전패드와 내부적으로 전기적으로 결선되어 있다.
보조 회로기판(230)은 공지된 다양한 회로기판 예를 들면 PCB기판에 칩 본딩패드(238)와 도전패드가 내부적으로 상호 결선되게 형성한다. 바람직하게는 보조 회로기판(230)은 알루미나(Al2O3)를 주소재로 한 적어도 하나의 세라믹시트를 이용하여 칩 본딩패드(238)와 도전패드가 내부적으로 상호 결선되게 형성한다.
이러한 보조 회로기판(230)의 바람직한 실시예가 도시된 도 4 내지 도 6을 함께 참조하여 설명한다.
보조 회로기판(230)은 제1세라믹층(231) 및 제2세라믹층(233)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.
제1세라믹층(231)의 저면 모서리부분에는 리드프레임(250)과 결합하기 위한 도전패드(237)가 형성되어 있다. 도전패드(237)는 제1세라믹층(231)의 저면에 텅스텐(W) 또는 몰리브덴/망간(Mo/Mn)합금으로 1차 형성하고, 그 위에 2차로 니켈로 도금처리하여 형성하는 것이 바람직하다.
제2세라믹층(233)의 상면에는 칩 본딩 패드(238)가 형성되어 있다. 칩 본딩패드(238)는 텅스텐(W) 또는 몰리브덴/망간(Mo/Mn)합금으로 된 소재로 1차 형성한 다음 그 위에 2차로 니켈로 도금처리하고, 마지막으로 3차로 금 또는 은으로 도금 처리하여 형성하는 것이 바람직하다.
제1세라믹층(231) 및 제2세라믹층(233)에는 도전패드(237)와 칩 본딩 패드(238)를 전기적으로 결선되게 하는 도전패턴(241)이 형성되어 있다.
도전패턴(241)은 칩 본딩패드(238)와 결선될 수 있는 위치에서 제2세라믹층(233)을 관통하여 형성된 제1도전패턴(241a)과, 제1세라믹층(231)의 상면에 제1도전패턴(241a)과 접속될 수 있게 형성된 제2도전패턴(241b) 및 제2도전패턴(241b)과 도전패드(238)를 연결할 수 있게 제1세라믹층(231)을 관통하여 형성된 제3도전패턴(241c)으로 되어 있다.
제1 및 제3 도전패턴(241a)(241c)은 제2세라믹층(233) 및 제1세라믹층(231)에 각각 홀을 형성시킨 다음 이 홀에 도전소재를 충진시켜 형성하면 된다.
도전패턴(241)은 텅스텐(W) 또는 몰리브덴/망간(Mo/Mn)합금으로 형성되는 것이 바람직하다.
제1세라믹층(231) 및 제2세라믹층(233)의 중앙에 형성된 홀(239)은 칩안착(211)부가 삽입될 수 있는 크기로 형성되어 있다.
한편, 제1세라믹층(231)의 저면이 도시된 도 5에서 해칭처리된 부분중 참조부호 244로 표기된 부분은 방열용 메인기판(210)과의 접합의 용이성을 제공할 수 있도록 도전패드(237)와 이격되게 형성된 접합용 보조패드이다.
바람직하게는 제2세라믹층(233)의 상면에도 반사경(270)이 접합될 부분에 대응되는 영역에 칩본딩패드(238)와 이격되게 접합용 보조패드(245)가 형성된다.
보조패드(244)(245)는 텅스텐(W) 또는 몰리브덴/망간(Mo/Mn)합금으로 1차 형성한 다음 그 위에 2차로 니켈로 도금처리하여 형성한 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제2도전패턴(241b)을 제1세라믹층(231)의 측면 모서리부분까지 연장시켜 형성하고, 측면 모서리 부분에 제2도전패턴과 도전패드를 연결할 수 있는 측면 도전패턴(미도시)을 형성시켜 칩 본딩패드(238)와 도전패드(237)를 전기적으로 상호 연결시킬 수 있음은 물론이다.
또한, 적, 녹, 청색 발광다이오드칩이 칩안착부(211)에 함께 실장되는 경우 각 발광다이오드칩을 구동할 수 있도록 적어도 4개의 칩 본딩패드(238)가 독립적으로 대응되는 도전패드(237)와 접속되도록 형성하면 된다.
보조회로기판(230)의 각 모서리에 안쪽으로 함몰되게 라운딩 처리된 모서리 부분(249)은 보조 회로기판(230) 또는 패키지 구조체(200)를 다수 어레이시켜 일괄적으로 제조하는 경우 각 보조회로기판(230)의 절단의 용이성을 제공하고, 앞서 설명된 바와 같이 측면 도전패턴 형성하는데 이용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
반사경(270)은 발광다이오드 칩(110)으로부터 출사된 광을 집속할 수 있게 형성되어 있다.
즉, 반사경(270)은 중앙에 홀이 형성되어 있고, 내측면은 발광다이오드 칩(110)으로부터 출사된 광을 집속할 수 있도록 상면으로부터 하방으로 진행할 수록 내경이 작아지는 곡률을 갖게 형성되어 있다.
반사경(270)은 적어도 내측표면을 반사율이 높은 소재로 형성한다. 예를 들면 반사경(270)의 내측표면은 은, 니켈, 알루미늄 중 적어도 하나의 소재로 형성한다.
즉, 반사경(270)은 일 예로서 은, 니켈 또는 알루미늄 중 어느 하나로 성형하여 형성한다. 또 다르게는 반사경(270)은 합성수지소재 또는 금속소재로 1차 성형한 다음 적어도 내측면의 표면을 고반사율을 갖는 소재로 코팅하여 형성한다. 여기서 고반사율을 갖는 코팅소재로는 은, 알루미늄, 광택 니켈를 포함하는 반사소재 그룹 중 적어도 하나가 적용되는 것이 바람직하다.
여기서 광택 니켈소재는 니켈에 광택용 소재를 첨가한 것을 말한다. 광택용 소재의 예로서는 사카린, 포르말린 또는 이들 소재에 황산니켈, 염화니켈, 붕산을 첨가한 것 등을 들수 있다.
렌즈(120)는 발광다이오드칩(110)을 밀폐시켜 보호하기 위한 캡의 일 예로서 적용된 것으로 반사경(270)에 접합된다. 렌즈(120)와 반사경(270)과의 접합부분은 내부 공간이 밀봉되도록 실링소재에 의해 실링처리 된다.
또 다르게는 렌즈(120) 대신 실리콘 또는 에폭시와 같은 투명소재로 반사경 내부공간을 몰딩하여 캡을 형성할 수 있음은 물론이다.
이러한 구조의 발광다이오드(100)는 방열용 메인기판(210)에 장착된 발광다이오드칩(110)으로부터 방출된 광이 반사경(270) 및 렌즈(120)에 의해 집속되어 원하는 발산각으로 출사되는 광빔을 제공할 수 있다.
렌즈(120)의 곡률 및 형태는 도시된 구조 이외에도 적용하고자 하는 광의 발산각 등에 따라 적절하게 설계한 것을 적용하면 된다.
렌즈(120)의 소재는 투명 합성수지소재 또는 유리소재 등이 적용될 수 있다.
또한 렌즈(120)와 패키지 구조체(200)와의 사이에 형성된 공간에는 적용대상 렌즈(120)의 굴절율과 유사한 소재로 충진될 수 있다. 일 예로서, 렌즈(120)와 패키지 구조체(200)와의 사이에 형성된 공간이 실리콘 소재로 충진될 수 있다. 이 경우 발광다이오드 칩(110)으로부터 출사된 광이 렌즈(120)의 내측면에서 반사되는 율을 억제시켜 광이용 효율을 높일 수 있다.
리드프레임(250)은 보조 회로기판(230)의 도전패드(237)에 결합된다.
리드프레임(250)은 도시된 바와 같은 핀 타입 이외에도 표면실장용 타입이 적용될 수 있음은 물론이다.
표면실장용 리드프레임이 적용된 또 다른 실시예의 패키지 구조체가 적용된 발광다이오드를 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 발광다이오드(300)는 보조회로기판(330)의 양측으로 각각 더 연장된 구조로 결합된 방열용 메인기판(310)과 리드프레임(350)을 구비한다.
보조회로기판(330)의 저면에는 도 8에 도시된 바와 같이 표면실장용 리드프레임(350)을 장착하기 위한 도전패드(337)가 변부분의 가장자리에 형성되어 있고, 도전패드(337)와 이격되어 방열용 메인기판(310) 접합용 보조패드(344)가 형성되어 있다. 칩 본딩패드(238)와 도전패드(337)는 앞서 설명된 방식에 의해 형성된 도전패턴에 의해 내부적으로 결선되어 있다.
방열용 메인기판(310)은 칩안착부(211)의 하부의 베이스부(312)가 리드프레임(350)의 연장방향에 대해 직교하는 방향을 따라 보조회로기판(330)의 도전패드(337)가 노출될 수 있는 폭으로 보조 회로기판(330) 보다 일정길이 연장되게 형성되어 있다. 방열용 메인기판(310)의 베이스부(312)의 길이 및 폭은 도시된 구조로 한정하는 것은 아니고, 요구되는 방열용량에 따라 적절하게 적용하면 된다.
방열용 메인 기판(310)의 양쪽 가장자리 부근에 형성된 홀(316)은 스크류 결합용이고, 결합방식에 따라 생략될 수 있음은 물론이다.
한편, 자외선 발광다이오드 칩(410)이 적용된 경우의 발광다이오드(400)가 도 10에 도시되어 있다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도면을 참조하면, 발광다이오드(400)는 반사경(270)과 접합된 평면형 렌즈(320)를 구비한다.
평면형 렌즈(320)는 투명소재로 된 베이스판(321)과, 베이스 판(321)의 상면 및 하면에 형성된 무반사 코딩층(322)(323)을 갖는다. 무반사 코팅층(322)(323)의 형성방법 및 적용 소재는 다양하게 공지되어 있다. 일 예로서 한국 공개특허 제 2001-0104377호(WO2000/65639)에 개시된 것으로 자외선용 무반사 코팅물질인 SixOyNz를 이용하여 형성할 수 있고, 상세한 설명은 생략한다.
앞서 도 1에 도시된 곡면형 렌즈(120)의 표면에도 무반사 코팅층이 적용될 수 있음은 물론이다.
반사경(270)은 자외선 영역에서 높은 반사율을 갖는 알루니늄소재로 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서는 이러한 구조의 발광다이오드의 제조과정을 설명한다.
먼저, 보조 회로기판(230)(330), 방열용 메인회로기판(210)(310), 반사경(270) 및 리드프레임(250)(350)을 각각 형성한다.
보조 회로기판(230)(330)은 앞서 설명된 구조를 갖도록 형성한다. 즉, 도 4의 보조 회로기판(230)을 예로 하여 설명하면, 먼저 제1세라믹층(231) 및 제2세라믹층(233) 형성용 세라믹시트 각각에 삽입홀(239)과, 제1 및 제3도전패턴(241a)(241c)에 대응되는 도전용 홀을 형성한다. 다음은 세라믹 시트에 형성된 도전용 홀에 금속페이스트를 충진시켜 제1 및 제3도전패턴(241a)(241c)을 형성하고, 동일소재의 금속페이스트로 제2도전패턴(241b), 칩 본딩패드(238), 도전패드(237) 및 보조패드(244)(245)를 인쇄한다. 여기서 금속페이스트는 텅스텐(W) 또는 몰리브덴/망간(Mo/Mn)합금이 적용될 수 있다.
이후 제1세라믹층(231) 위에 제2세라믹층(233)을 적층한 후 알려진 소성온도에서 소결한다. 소결공정 이후에는 보조회로기판(230)의 노출면에 형성된 도전패드(237) 및 보조 패드(244)(245)에 2차로 니켈도금 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 방열용 메인기판(210)(310)은 적용대상 금속소재를 성형 또는 프레스 가공하여 앞서 설명된 구조로 제작하면 된다. 바람직하게는 방열용 메인기판(210)(310)은 열전도성이 좋은 구리, 텅스텐/구리 합금 또는 황동 소재의 금속판을 도시된 구조로 형성한 후에 표면 전체를 1차로 니켈 도금 처리하여 형성한다.
리드프레임(250)(350)은 실장타입에 따라 앞서 설명된 바와 같이 리드핀 타입, 표면실장용 타입 등 공지된 다양한 것이 적용될 수 있다. 리드프레임(250)(350)은 니켈도금처리된 것이 적용되는 것이 바람직하다.
반사경(270)은 앞서 설명된 바와 같이 고반사율을 갖는 소재 예를 들면 알루미늄으로 형성하거나, 그외의 금속 또는 합성수지로 성형체를 형성한 다음 표면을 고반사율을 갖는 소재로 코팅하여 형성하면 된다.
반사경(270)을 금속 또는 합성수지로 성형체를 형성한 다음 표면을 고반사율을 갖는 소재로 코팅하여 형성하고자 하는 경우 성형체에 먼저 니켈로 도금처리한 후 후술하는 접합과정을 수행한다.
이러한 방열용 메인기판(210)(310)과, 보조회로기판(230)(330), 리드 프레임(250)(350) 및 반사경(270)이 준비되면 상호 접합한다.
방열용 메인기판(210)(310)과 보조회로기판(230)(330), 리드 프레임(250)(350) 및 반사경(270) 상호간의 접합은 동시에 또는 임의의 순서로 상호 접합하여도 관계없다.
일 예로서, 반사경(270)을 니켈 및 은으로 순차적으로 도금 처리하여 형성하고자 하는 경우 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 보조 회로기판(230)과 방열용 메인기판(210) 사이, 보조 회로기판(230)의 도전패드(237)와 리드프레임(250)(350) 사이 및 보조회로기판(230)과 반사경(270) 사이에 각각 브레이징용 시트(280)(281)(283)를 삽입한 상태로 상호 조립한 후 브레이징용 시트(280)(281)(283)의 융점 이상의 온도에서 융합하여 상호 접합한다. 여기서 브레이징용 시트(280)(281)(283)는 은/구리 합금 또는 금/주석 합금 소재로 형성된 것이 적용될 수 있다. 또 다르게는 페이스트 상태로 형성된 은/구리 합금 또는 금/주석 합금으로 솔더링에 의해 접합해도 된다.
이렇게 조립체가 완성되면, 도전정 금속 전체 즉, 보조 회로기판(230)상에 형성된 칩 본딩 패드(238), 리드프레임(250), 방열용 메인 기판(210) 및 반사경(270)을 니켈로 다시 도금처리 한다.
다음으로 칩 본딩패드(238)와 리드프레임(250), 방열용 메인기판(210) 및 반사경(270)을 은으로 도금 처리한다.
또 다르게는 반사경(270)의 내측면은 알루니늄, 광택 니켈을 포함하는 반사소재 그룹 중 적어도 하나의 소재로 코팅처리할 수 있음은 물론이다.
한편, 반사경(270)을 알루미늄 소재로 형성한 경우, 방열용 메인기판(210)(310)과, 보조회로기판(230)(330) 및 리드 프레임(250)(350) 을 솔더링용 본딩제로 상호 접합하고, 접합된 조립체의 도전성 금속에 대해 순차적으로 니켈 및 은 도금처리한 다음, 반사경(270)을 에폭시와 같은 결합제로 보조회로기판(230)에 접합할 수 있음은 물론이다.
이렇게 패키지 구조체(200)가 완성되면, 방열용 메인기판(210)(310)의 칩안착부(211)에 적용대상 발광다이오드 칩(110)을 직접 또는 서브마운트(미도시)를 통해 실장한다. 그리고 나서, 발광다이오드 칩(110)과 대응되는 칩 본딩 패드(238)를 와이어(140)로 본딩한다. 또 다르게는 플립형 발광다이오드칩의 경우 칩안착부(211)에는 열전도 및 고정용 솔더를 도포하고, 칩 본딩패드(238)에는 전기적 결선용 솔더를 도포한 다음 발광다이오드칩(110)을 실장한다.
이후 렌즈(120)를 반사경(270)에 끼우고, 실링소재 예를 들면 에폭시 소재로 렌즈(120)와 반사경(270) 사이의 결합부분을 실링처리하면 발광다이오드(100)(300)(400)의 제작이 완료된다.
한편, 백색광을 생성하기 위해 적, 녹, 청색 광을 각각 출사하는 3개의 발광다이오드 칩(미도시)이 칩안착부(211)에 장착될 수 있다.
이와 같이 상호 다른 색의 광을 출사하는 복수개의 발광다이오드 칩이 함께 실장되는 경우 발광다이오드는 공통전극용 칩 본딩패드와 각 발광다이오드 칩 구동 전극용 칩 본딩 패드 및 이에 대응되는 리드프레임을 갖는 구조로 형성하면 된다. 이러한 경우에 대해 도 4를 참고하여 설명하면, 4개의 리드프레임(250) 중 제1리드프레임(250a)는 공통전극용으로, 제2 내지 제4리드프레임(250b, 250c, 250d)은 적, 녹, 청색 발광다이오드칩의 구동용 전극으로 각각 적용하면 된다. 또한, 칩 본딩패드는 4개가 형성되며, 각 리드프레임(250a 내지 250d)이 해당 칩 본딩패드와 독립적으로 결선되도록 형성하면 된다. 이와는 다르게 리드프레임(250)의 수 및 칩 본딩패드(238)의 수를 4개 이상 적용할 수 있음은 물론이다.
이상의 설명에서는 발광다이오드칩이 적용된 경우에 대해 설명하였고, 레이저 다이오드 칩 등 공지된 다양한 발광반도체 칩에 대해서도 적용할 수 있음은 물론이다.
지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 발광소자와 그 패키지 구조체 및 제조방법에 의하면, 플립형 발광다이오드칩 및 탑에미니트형 발광다이오드칩 모두에 대해 실장이 가능하고, 발광다이오드칩이 대면적의 금속성 방열용 메인기판에 장착될 수 있으면서 광을 집속시킬 수 있도록 구조되어 있어 발광효율과 방열능력을 높일수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패키지 구조체가 적용된 발광다이오드를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 단면도이고,
도 3은 도 1의 패키지 구조체에 플립형 발광다이오드칩이 장착된 상태를 나타내 보인 단면도이고,
도 4는 도 1의 패키지 구조체를 제조하는 과정을 설명하기 위하여 일부 부품을 분리 도시한 분리 사시도이고,
도 5는 도 4의 보조회로 기판의 배면도이고,
도 6은 도 4의 보조회로기판과 방열용 메인기판 및 반사경과의 접합과정을 설명하기 위한 분리 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 패키지 구조체가 적용된 발광다이오드를 나타내 보인 사시도이고,
도 8은 도 7의 보조 회로기판의 배면도이고,
도 9는 도 7의 발광다이오드의 배면도이고,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광다이오드를 나타내 보인 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100, 300, 400: 발광다이오드 210: 방열용 메인기판
230: 보조회로기판 250: 리드프레임
270: 반사경

Claims (10)

  1. 중앙부분에 일정높이로 돌출되게 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판과;
    상기 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀이 형성되어 상기 방열용 메인기판의 상기 칩안착부 주변에 장착되고, 저면 일부가 상기 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성되며, 노출된 저면에는 적어도 하나의 도전패드가 형성되어 있고, 상면에는 상기 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조 회로기판과;
    상기 칩안착부에 안착될 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 상기 보조회로기판 위에 형성된 반사경; 및
    상기 도전패드와 접합된 리드 프레임;을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조회로기판의 상면은 상기 칩안착부의 상면과 수평상으로 나란하게 되게 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반사경은 적어도 내측 표면이 은, 니켈, 알루미늄 중 적어도 하나의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지 구조체.
  4. 중앙부분에 일정높이로 돌출되게 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판과;
    상기 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀이 형성되어 상기 방열용 메인기판의 상기 칩안착부 주변에 장착되고, 저면 일부가 상기 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성되며, 노출된 저면에는 적어도 하나의 도전패드가 형성되어 있고, 상면에는 상기 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조 회로기판과;
    상기 칩안착부에 장착된 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 상기 보조회로기판 위에 형성된 반사경과;
    상기 도전패드와 접합된 리드 프레임; 및
    상기 반사경과 상기 발광다이오드칩 사이의 내부공간을 차폐시키도록 결합된 캡;을 구비하는 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 캡은 상기 반사경에 접합된 렌즈인 것을 특징으로 하는 발광소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 보조회로기판의 상면은 상기 칩안착부의 상면과 수평상으로 나란하게 되게 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  7. 제4항에 있어서, 상기 발광소자칩은 광출사면 맞은편의 저면에 전극이 형성된 플립형 발광소자칩이고, 상기 플립형 발광소자칩의 전극은 상기 칩본딩패드와 솔더에 의해 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  8. 제4항에 있어서, 상기 방열용 메인기판의 칩안착부에는 자외선을 방출하는 자외선 발광소자칩이 실장되어 있고, 상기 캡의 표면은 무반사 코팅소재로 된 무반사코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  9. 제4항 또는 제8항에 있어서, 상기 반사경은 적어도 내측 표면이 은, 니켈, 알루미늄 중 어느 하나의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
  10. 가. 중앙부분에 일정높이로 돌출된 칩안착부가 형성되어 있고 금속소재로 된 방열용 메인기판을 형성하는 단계와;
    나. 상기 칩안착부가 관통될 수 있는 삽입홀과, 저면 일부에 상기 방열용 메인기판에 대해 노출되게 형성된 형성된 도전패드와, 상면에 상기 도전패드와 전기적으로 결선된 칩본딩패드가 형성된 보조회로기판을 형성하는 단계와;
    다. 상기 삽입홀을 통해 상기 보조회로기판을 상기 방열용 메인기판의 칩안착부 주변에 접합하는 단계와;
    라. 상기 보조 회로기판의 저면에 형성된 도전패드에 리드프레임을 접합하는 단계와;
    마. 상기 칩안착부에 안착될 발광소자칩으로부터 주변으로 확산되는 빔을 집속할 수 있게 형성된 반사경을 상기 보조회로기판 위에 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지의 제조방법.
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