KR20050101737A - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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박준석
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Abstract

본 발명은 LED 패키지에서 방열 수단과 다수개의 전극 리드를 구성하여, 방열 및 회로 구성이 용이하도록 한 발광 다이오드 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은 발광 다이오드가 실장되어 있는 서브 마운트; 상기 발광 다이오드의 전극들과 전기적으로 연결되어 있는 복수개의 리드; 상기 서브 마운트에 형성되어 있는 방열 수단; 및 상기 서브 마운트 상에 배치되어 있는 몰딩부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실장된 발광 다이오드 상부의 몰딩부 상에 형성되어 있는 렌즈를 더 포함하고, 상기 복수개의 리드는 두쌍 이상의 리드로 구성되며, 상기 복수개의 리드중 적어도 한쌍은 전기적으로 연결된 일체형 구조이고, 상기 방열 수단은 상기 서브 마운트와 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광 다이오드 패키지(Light Emitting Diode Package)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실장된 발광 다이오드의 열전도 및 방열 성능을 향상시키고, 회로 구성을 개선시킨 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)란 발광 다이오드라고도 부르며, 이는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용되는 소자이다.
보통 LED의 사용 범위는 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 종류는 크게 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 나뉘어 진다.
상기의 LED의 구조는 일반적으로 다음과 같다.
일반적으로 적색 LED와 달리 청색 LED는 사파이어 기판 상에 N형 GaN 층이 형성되고, 상기 N형 GaN 층 표면의 일측 상에 N-메탈이 있고, 상기 N-메탈이 형성된 영역 이외에 활성층을 형성되어 있다.
그리고, 상기 활성층 상에 P형 GaN 층이 형성되고, 상기 P형 GaN 층 상에 P-메탈이 형성되어져 있다.
상기 활성층은 P 메탈을 통하여 전송되어 오는 정공과 N 메탈을 통하여 전송해오는 전자가 결합하여 광을 발생시키는 층이다.
상기와 같은 LED는 출력되는 광의 세기에 따라, 가정용 가전 제품, 전광판 등에 사용되는데, 다음은 백라이트용 리드 프레임 상에 LED를 패키지한 구조를 도시한 것이다.
특히, LED는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 있고, 주변 기기인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등도 더욱 소형화되고 있다.
따라서, PCB(Printed Circuit Board: 이하 PCB라고 함) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device: 이하, SMD라 함)형으로 만들어지고 있다.
이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD 형으로 개발되고 있다.
이러한 SMD는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전동 등 요구되는 휘도의 량도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 쓰이고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 분해한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 LED 패키지 구조는 외부 PCB로부터 상기 발광 다이오드에 전원을 인가시키기 위한 전극 리드 프레임(102)이 발광 다이오드 패키지 몸체(100)에 각각 형성 배치되어 있다.
상기 발광 다이오드 패키지 몸체(100) 상부에는 발광 다이오드(10)에서 발생되는 광의 광효율을 향상시키기 위해서 몰드 렌즈(111)가 부착된다.
상기 발광 다이오드 패키지 몸체(100) 하측으로는 발광 다이오드(10)를 실장한 어셈블리가 결합하는데, 먼저 전기적 전도체(20) 상에 광반사율이 높은 반사컵(21)을 결합한다.
상기 발광 다이오드(10)는 실리콘으로 형성된 서브 마운트(SMD: 15) 상에 플립칩 본딩 또는 와이어 본딩으로 실장되는데, 도면에는 도시하지 않았지만, 서브 마운트(15)를 식각하여 서브 마운트 내측에 반사홀을 형성하고, 상기 반사홀 상에 반사층을 형성한 다음 상기 발광 다이오드(10)를 실장한다.
이렇게 상기 서브 마운트(15) 상에 발광 다이오드(10)가 실장되면 상기 서브 마운트(15)를 상기 전도체(20) 상에 형성되어 있는 반사컵(21) 상에 실장한 다음, 전원이 인가될 수 있도록 상기 발광 다이오드 몸체(100)의 전극 리드 프레임(102)과 전기적 연결 공정을 진행한다.
이렇게 조립된 발광 다이오드 패키지는 상기 발광 다이오드(10)에서 발생한 광을 상기 반사컵(21)에서 반사시킨 다음, 상기 몰드 렌즈(111)를 통하여 외부로 발산하게 된다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지는 높은 출력의 광을 얻기 위해서 전류의 크기를 높일 경우에는 패키지내의 방열 성능이 좋지 않아 높은 열이 발생하는 문제가 있다.
이와 같이 패키지 내부에 높은 열이 방열되지 않고, 그대로 존재할 경우 저항이 매우 높아져 광효율이 저하된다.
또한, 종래 발광 다이오드 패키지는 전도체, 반사컵, 패키지 몸체 등이 각각 분리되어 있으므로 열저항체들이 많이 존재하여 상기 발광 다이오드에서 발생하는 열이 쉽게 외부로 전달되지 않는 단점이 있다.
본 발명은, 발광 다이오드 패키지 내에 실장되는 LED의 전극과 연결되는 전극 리드들을 다양하게 배치하고, LED가 실장되는 영역에 방열판 역할을 하는 방열 필름을 배치함으로써, 패키지의 회로 설계 성능을 향상시키면서 열전도율을 향상시킨 발광 다이오드 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는,
발광 다이오드가 실장되어 있는 서브 마운트;
상기 발광 다이오드의 전극들과 전기적으로 연결되어 있는 복수개의 리드;
상기 서브 마운트에 형성되어 있는 방열 수단; 및
상기 서브 마운트 상에 배치되어 있는 몰딩부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실장된 발광 다이오드 상부의 몰딩부 상에 형성되어 있는 렌즈를 더 포함하고, 상기 복수개의 리드는 두쌍 이상의 리드로 구성되며, 상기 복수개의 리드중 적어도 한쌍은 전기적으로 연결된 일체형 구조이고, 상기 방열 수단은 상기 서브 마운트와 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 방열 수단은 상기 LED로부터 발생하는 열을 외부로 방열시키기 위해 일측이 패키지 외측으로 인출되고, 상기 방열 수단은 Cu, Al 합금 또는 세라믹 재질 중 어느 하나이며, 상기 서브 마운트의 구조는 사각형, 다각형, 원형 또는 타원형 중 어느 하나의 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 방열 수단은 방열판과 방열 필름을 포함하고, 상기 방열판과 방열 필름은 일체로 형성된 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 발광 다이오드 패키지 내에 실장되는 LED의 전극과 연결되는 전극 리드들을 다양하게 배치하고, LED가 실장되는 영역에 방열판 역할을 하는 방열 필름을 배치함으로써, 패키지의 회로 설계 성능을 향상시키면서 열전도율을 향상시킨다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘으로 형성된 서브 마운트(Sub Mount:201)의 중심 영역은 식각에 의해 반사홀이 형성되어 있고, 상기 반사홀 영역에 LED(250)가 실장되어 있다.
도면에서는 명확하게 도시되지 않았지만, 상기 서브 마운트(201) 상에는 실장된 LED(250)에서 발생하는 열을 방출시키기 위해 히트 싱크(Heat Sink) 역할을 하는 방열 수단을 일체로 형성하거나, 상기 서브 마운트(201)에 히트 싱크 역할을 수행할 수 있는 방열 수단을 부착하여 구성한다.
상기 일체로 형성되는 것은 상기 서브 마운트(201)가 방열 수단(210) 역할을 동시에 수행하는 것을 포함한다.
상기 방열 수단(210)은 열전도율이 우수한 금속을 사용하거나, Cu, Al 합금 또는 세라믹 재질을 사용한다.
그리고 상기 방열 수단(210)이 상기 서브 마운트(201)와 일체로 형성될 경우에는 상기 서브 마운트(201) 일측에 필름 형태로 패키지 외측으로 인출될 수 있도록 하여, 실장된 상기 LED(250)로부터 발생하는 열을 외부로 방열하도록 한다.
하지만, 상기 방열 수단(210)이 상기 서브 마운트(201)에 부착될 경우에는 방열판과 방열 필름 형태로 구성하고, 상기 방열판 상에는 상기 LED(250)이 접촉되도록 하고, 상기 방열판과 상기 패키지 외부로 인출된 방열 필름을 연결하여 열을 외부로 방열한다.
여기서, 상기 방열판과 상기 방열 필름은 일체로 형성되어 있다.
상기 서브 마운트(201)에 형성된 반사홀 상에는 LED(250)가 실장되어 있고, 와이어(215) 본딩에 의해서 상기 서브 마운트(2O1) 상에 배치되어 있는 복수개의 전극 리드들에 연결되어 있다.
상기 전극 리드는 하부의 서브 마운트(201)와 몰딩부(203)에 의해서 이격되어 있는데, 이것은 상기 서브 마운트(201)가 금속 재질이므로, 전기적으로 쇼트가 발생하는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 전극 리드를 상기 서브 마운트(201) 상에 형성하는 방식은 전극 리드를 지지하는 지지부를 배치한 다음, 에폭시(epoxy) 또는 세라믹으로 몰딩할 때 상기 전극 리드와 상기 서브 마운트(201) 사이에 에폭시 또는 세라믹이 채워지도록 몰딩부(203)를 형성한다.
상기 몰딩부(203)는 상기 서브 마운트(201) 둘레를 따라 몰딩되는데, 상기 LED(250)가 실장되어 있는 영역에는 몰딩물이 채워지 않도록 몰딩 작업시 몰딩 케이스(case)를 씌운다.
상기 전극 리드는 종래 기술에서와 달리 회로 설계에 용이하도록, 애노드(anode) 전극을 제 1 애노드 리드(205)와 제 2 애노드 리드(205a)로 형성 배치하였고, 이와 대응되도록 캐소드(cathode) 전극을 제 1 캐소드 리드(206)와 제 2 캐소드 리드(206a)로 형성 배치하였다.
상기 제 1 애노드 리드(205)와 제 2 애노드 리드(205a)는 일체형으로 이루어져 있고, LED 패키지(200) 외측으로 인출되는 면을 다르게 하여 회로 설계에 용이하도록 하였다. 도면에서는 서로 직각 방향으로 인출되어 있지만, 다양한 방항으로 전극 리드를 인출시킬 수 있다.
마찬가지로, 상기 제 2 캐소드 리드(206)와 제 2 캐소드 리드(206a)는 일체형으로 이루어져 있고, LED 패키지(200) 외측으로 인출되는 면을 다르게 하여 회로 설계에 용이하도록 하였다. 도면에서는 서로 직각 방향으로 인출되어 있지만, 다양한 방향으로 전극 리드를 인출시킬 수 있다.
그리고 상기 서브 마운트(201)에 실장되어 있는 LED(250)의 전극은 와이어(215)에 의해서 상기 제 1, 제 2 애노드 전극(205, 205a)과 제 1, 제 2 캐소드 전극(206, 206a)에 연결되어 있다.
또한, 상기 LED(250)가 실장되는 서브 마운트(201) 표면에는 히트 싱크 역할을 하는 방열 수단(210)이 배치되어 있고, 상기 방열 수단(210) 상에는 LED(250)가 실장되어 열전도 효율을 향상시켰다.
여기서, 방열 수단(210)은 서브 마운트(201)와 일체로 형성하고, 방열 성능을 높이기 위해서 상기 서브 마운트(201) 일측에 방열 필름 형태로 외부로 길게 인출 하였다.
따라서, 상기 방열 수단(210)의 일측은 LED 패키지(200) 외측으로 인출되어 상기 LED(250)에서 발생된 열이 상기 방열 수단(210)을 따라 전도되어 외부로 신속히 방열된다.
그리고 상기 LED(250)가 실장되어 있는 서브 마운트(201) 상부에 에폭시 수지로 형성된 렌즈(211)를 형성하여 상기 LED(250)로부터 발생하는 광효율을 향상시켰다.
하지만, 상기 서브 마운트(201)와 방열 수단(210)을 분리된 형태인 경우에는 상기 LED(250)가 실장되는 서브 마운트(201) 상에는 방열판을 배치하고, 상기 방열판과 연결되어 있는 방열 필름이 패키지 외부로 인출되도록 형성한다.
그 효과는 상기 방열 수단(250)과 서브 마운트(201) 일체로된 것과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 서브 마운트(201) 중심 영역에 LED(250)가 와이어 본딩에 의해서 양측에 배치되어 있는 제 1, 2 애노드 리드(205, 205a)와 제 1, 2 캐소드 리드(206, 206a)에 각각 연결되어 있다.
상기 제 1 애노드 리드(205)는 LED 패키지의 상측으로 인출되어 있고, 상기 제 2 애노드 리드(205a)는 LED 패키지(200)에서 우측면으로 인출되어 있다.
상기 제 1 캐소드 전극(206)과 제 2 캐소드 전극(206a)도 마찬가지 형태로 서로 수직한 방향으로 인출되어 있다.
상기 제 2 애노드 리드(205a)와 제 2 캐소드 리드(206a) 사이에는 방열 수단(210)이 인출되어 있는 구조를 한다.
상기 방열 수단(210)은 상기 서브 마운트(201)와 일체로 형성되기 때문에, 상기 LED는 상기 서브 마운트(201) 상에 실장되고, 상기 LED(250)와 접촉되어 있는 부분으로부터 상기 서브 마운트(201)와 일체로 금속을 늘려 외부로 인출하였다.
또한, 상기 LED 패키지(200) 외측으로 인출되는 부분은 필름 형태로 되어 있어, 열을 외부로 방열시키는 역할을 한다.
따라서, 상기 LED(250)에서 발생하는 열은 집적 접촉하고 있는 상기 방열 수단(210)으로 전달되고, 상기 방열 수단(210)으로 전도된 열은 패키지 외부로 인출된 방열 필름을 따라 방열된다.
따라서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 전극 리드들을 다양한 각도로 인출시킴으로써, 상기 LED 패키지(250)를 다른 소자와 함께 회로 설계할 때 회로 설계가 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 LED(250)와 직접 접촉하고 있는 방열 수단(210)을 통해서 외부로 열을 계속적으로 방열시킬 수 있어, 고출력 LED의 사용에도 불구하고 광효율 저하가 발생하지 않는다.
그리고 본 도면에서는 서브 마운트(201)의 구조가 사각형 구조를 중심으로 설명하였지만, 원형, 타원형, 다각형 형상으로 구현하여 다양한 형상의 발광 다이오드의 패키즈를 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 측면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, LED(250)가 실장되어 있는 서브 마운트(201) 일측으로 제 1 캐소드 리드(206)가 상기 서브 마운트(201) 측면 둘레를 따라 배면 방향으로 배치되어 있고, 상기 제 1 캐소드 리드(206)와 일체로 연결된 제 2 캐소드 리드(206a)는 이와 수직한 방향으로 서브 마운트(201) 외측으로 인출되어 있다.
도면에서는 도시되지 않았지만, 제 1, 2 캐소드 리드(206, 206a)와 대응되는 제 1, 2 애노드 리드(205, 205a)의 구조도 이와 대응되는 구조를 하고 있다.
상기 서브 마운트(201) 상에는 LED(250)가 실장되어 있고, 상기 LED(250)가 실장되어 있는 영역 상에는 에폭시 수지 또는 세라믹에 의한 몰딩부(203)가 형성되어 있다.
상기 몰딩부(203)는 상기 서브 마운트(201) 전체를 둘러싼 형태로 몰딩되어 외부로부터 이물질이 실장된 LED(250)로 침투하지 못한다.
상기 LED(250)가 실장되어 있는 몰딩부(203) 상에는 에폭시 수지로된 렌즈(211)가 형성되어 상기 LED(250)로부터 발생하는 광의 효율을 향상시킨다.
상기 몰딩부(203)와 서브 마운트(201) 사이에는 상기 LED(250)로부터 발생되는 열을 외부로 방열시키기 위한 방열 수단(210)이 상기 서브 마운트(201)와 일체로 형성되어 있고, 상기 일측이 상기 제 2 캐소드 리드(205a) 인출 방향으로 인출되어 있다.
하지만, 상기 방열 수단(210)을 상기 서브 마운트(201)와 다른 금속으로 형성할 경우에는 열 전도가 우수한 금속 필름을 상기 LED(250)가 실장되어 있는 상기 서브 마운트(201) 영역에 부착하여 외부로 인출할 수 있다.
따라서, 상기 LED(250)로부터 다양한 방향으로 전극 리드를 인출하여 외부 회로와의 설계를 용이하게 하면서, 상기 방열 수단(210)에 의해서 LED(250)로부터 발생되는 열을 지속적으로 방열시키도록 하였다.
상기 방열 수단(210)은 서브 마운트(201)와 일체로 형성되거나, 상기 서브 마운트(201) 상에 부착되므로, 실장된 상기 LED(250)와 직접 접촉하는 구조가 되어 방열 성능이 뛰어나다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드 패키지로부터 인출되는 전극 리드를 다수개 배치하여 회로 설계를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실장되어 있는 LED로부터 열전도 및 방열 성능을 개선시킨 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 분해한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 측면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
200: LED 패키지 201: 서브 마운트
203: 몰딩부 205: 제 1 애노드 리드
205a: 제 2 애노드 리드 206: 제 1 캐소드 리드
206a: 제 2 캐소드 리드 210: 방열 수단
215: 와이어 250: LED

Claims (10)

  1. 발광 다이오드가 실장되어 있는 서브 마운트;
    상기 발광 다이오드의 전극들과 전기적으로 연결되어 있는 복수개의 리드;
    상기 서브 마운트에 형성되어 있는 방열 수단; 및
    상기 서브 마운트 상에 배치되어 있는 몰딩부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실장된 발광 다이오드 상부의 몰딩부 상에 형성되어 있는 렌즈를 더
    포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 리드는 두쌍 이상의 리드로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수개의 리드중 적어도 한쌍은 전기적으로 연결된 일체형 구조인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 수단은 상기 서브 마운트와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 수단은 상기 LED로부터 발생하는 열을 외부로 방열시키기 위해 일측이 패키지 외측으로 인출되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 수단은 Cu, Al 합금 또는 세라믹 재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 마운트의 구조는 사각형, 다각형, 원형 또는 타원형 중 어느 하나의 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 수단은 방열판과 방열 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 방열판과 방열 필름은 일체로 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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