KR20160140084A - 페이스 업 마운팅 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED가 실장된 광소자용 기판의 상부에 솔더 범프를 형성한 후, 이를 글래스 저면에 형성되어 있는 메탈패턴에 직접 부착시킴으로써 적어도 하나 이상의 광소자를 패키지화하기 위해 요구되던 인쇄회로기판 없이 패키지화가 가능하게 하고 광소자를 방열판(Heat Sink)에 직접 연결시켜 방열효율을 향상시킴과 아울러, 광소자를 글래스 저면에 직접 부착시킴으로 인하여 LED 패키지에서 글래스 내부의 공간을 최소화함으로써 방수는 물론 온도 변화로 인한 공기의 팽창과 수축시의 공기의 출입을 최소화할 수 있게 한 페이스 업 마운팅 LED 패키지에 관한 것이다.

Description

페이스 업 마운팅 ＬＥＤ 패키지{FACE UP MOUNTING BONDED LED PACKAGE}

본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED가 실장된 광소자용 기판의 상부에 솔더 범프를 형성한 후, 이를 글래스 저면에 형성되어 있는 메탈패턴에 직접 부착시킴으로써 적어도 하나 이상의 광소자를 패키지화하기 위해 요구되던 인쇄회로기판 없이 패키지화가 가능하게 하고 광소자를 방열판(Heat Sink)에 직접 연결시켜 방열효율을 향상시킴과 아울러, 광소자를 글래스 저면에 직접 부착시킴으로 인하여 LED 패키지에서 글래스 내부의 공간을 최소화함으로써 방수는 물론 온도 변화로 인한 공기의 팽창과 수축시의 공기의 출입을 최소화할 수 있게 한 페이스 업 마운팅 LED 패키지에 관한 것이다.

최근 조명기구로의 역할을 넘어 다양한 분야에서 활용이 증가하고 있는 광 디바이스인 반도체 발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 공해를 유발하지 않는 친환경성 광원으로도 주목받고 있다. 이와 같이 반도체 발광 다이오드(LED)의 사용범위가 다양한 분야로 확대됨에 따라 LED의 고효율 및 우수한 열 방출 특성이 필요하게 되었다.

이처럼 다양한 분야에서 활용되는 LED는 도 1의 (A)에 도시된 SMD(Surface Mount Device)와 같이, 알루미늄(Al)으로 이루어진 광소자용 기판(10)의 일면에 형성된 캐비티(Cavity)에 LED(20)가 실장되도록 구성되며, 이와 같이 구성되는 LED를 패키지화하기 위해서는 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(PCB)(30) 상에 LED가 실장된 다수의 광소자용 기판(10)을 설치한 후, 이러한 인쇄회로기판(30)의 하부에 방열판(Heat Sink)(50)을 부착시켜 LED에서 생성된 열이 방열판을 통하여 배출되게 함과 아울러, LED가 물이나 이물질에 노출되지 않도록 그 상부에 글래스(Glass)(40)를 결합하여 패키지화함이 일반적이었다.

이를 위하여 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 패키지화하고자 하는 다수의 광소자용 기판(10)을 인쇄회로기판(PCB)(30)에 먼저 설치한 후 이러한 인쇄회로기판(30)의 하부에 방열판(50)을 설치하고, 인쇄회로기판(30)의 상부에는 글래스(40)를 설치하였다. 그리고. 다수의 광소자용 기판(10)을 인쇄회로기판(PCB)(30)에 설치하기 위하여 인쇄회로기판에 금속패턴(Copper Pattern)(32)을 형성하고, LED가 실장되어 있는 광소자용 기판(10)의 저면에는 상기 인쇄회로기판의 금속패턴에 접합될 수 있는 솔더링 패드(Soldering Pad)를 형성한 후, 상기 솔더링 패드와 금속패턴을 상호 접합시켜 패키지를 형성하여야 하였다.

그러나, 이와 같이 구성되는 종래의 LED 패키지는 LED에서 발생된 열이 인쇄회로기판을 경유하여 방열판으로 전달되어야 하기 때문에 방열효율이 감소되는 문제점이 있었다.

또한, 인쇄회로기판에 실장된 LED 내부로 수분이나 이물질이 유입되지 않게 고무 패킹 등을 이용하여 기계적인 체결을 견고하게 함이 일반적이었는데, 이 경우 외부에서 물이나 이물질이 유입되는 것은 차단이 가능하게 되지만, LED 패키지가 설치되어 있는 주변의 온도 변화 또는 LED 자체에서 발생된 열에 의한 LED 패키지 내부 공간의 온도 변화에 의한 공기의 팽창과 수축으로 인한 공기의 출입시 공기 중에 포함되어 있는 염분 등이 함께 유입되는 것을 차단할 수 없었으며, 그로 인하여 일정기간 사용한 후에는 LED 패키지의 글래스 내부에서 다량의 염분이 존재하게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1353392호 대한민국 등록특허공보 제10-1086014호

본 발명은 LED가 실장된 광소자용 기판의 상부에 솔더 범프를 형성한 후, 이를 글래스 저면에 형성되어 있는 메탈패턴에 직접 부착시킴으로써 적어도 하나 이상의 광소자를 패키지화하기 위해 요구되던 인쇄회로기판 없이 패키지화가 가능하게 하여 광소자를 방열판(Heat Sink)에 직접 연결시켜 방열효율을 향상시킴과 아울러, 광소자를 글래스 저면에 직접 부착시킴으로 인하여 LED 패키지에서 글래스 내부의 공간을 최소화함으로써 방수는 물론 온도 변화로 인한 공기의 팽창과 수축시의 공기의 출입을 최소화할 수 있게 한 페이스 업 마운팅 LED 패키지를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 페이스 업 마운팅 LED 패키지는,

수직 절연층에 의해 전기적으로 분리된 전극을 형성하고, 중앙에 LED가 탑재될 수 있는 캐비티가 오목하게 형성되어 있는 금속재질의 광소자용 기판; 상기 광소자용 기판 상의 캐비티에 안착된 상태로 전극에 연결되어 있는 LED; 상기 광소자용 기판의 상면에 형성되어 있는 적어도 하나 이상의 솔더 범프; 및 상기 솔더 범프가 부착될 수 있는 메탈패턴이 저면에 형성되어 상기 LED가 탑재된 광소자용 기판의 상면이 직접 부착되는 투명한 글래스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 솔더 범프는, 상기 글래스에의 직접 부착을 위해 상기 광소자용 기판의 상면에 형성되는 적어도 하나 이상의 솔더 볼로 구성되어, 광소자용 기판의 위쪽에서 실장이 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 글래스의 저면에는, LED 패키지를 형성하는 다수 개 LED 들의 구동을 위한 전기적인 신호를 인가하고, 상기 솔더 범프의 부착을 용이하게 하는 전도성 있는 금속으로 이루어진 메탈패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 글래스에 직접 부착되어 있는 광소자용 기판의 저면에 직접 연결되어, LED 구동시 발생된 열이 직접 전도되는 방열판;을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상면에 글래스가 직접 접합되고, 저면에 방열판이 직접 결합되어 있는 광소자용 기판의 둘레를 완전밀봉 처리하는 밀봉부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 광소자용 기판이 글래스의 저면에 직접 부착되어 글래스와 광소자용 기판 사이의 공간이 거의 없게 되므로, LED 패키지의 부피를 현저의 감소시킬 수 있으며, 온도의 증감에 의해 야기되는 공기의 팽창과 수축으로 인한 공기의 출입을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LED에서 발생된 열이 방열판으로 직접 전달되므로, 인쇄회로기판(PCB)을 경유하여 방열판으로 전달되던 것에 비해 보다 빠르고 획기적인 방열효과를 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 LED 패키지의 일 예를 나타내는 사시도와 단면도.
도 2는 종래의 LED 패키지에서 LED를 인쇄회로기판에 실장시키는 것을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 페이스 업 마운팅 LED 패키지를 위하여 솔더 범프가 형성된 것을 나타내는 광소자용 기판의 사시도.
도 4는 본 발명에 따라 솔더 범프가 형성된 광소자용 기판을 글래스에 직접 형성된 메탈패턴에 접합시키는 것을 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명에 따라 메탈패턴이 형성된 글래스에 다수의 광소자용 기판이 부착된 것을 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따라 다수의 광소자용 기판에 방열판(Heat Sink)이 직접 결합되는 것을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명에 따라 글래스와 광소자용 기판 사이의 공간을 최소화한 상태로 완전밀봉이 이루어진 것을 나타내는 LED 패키지의 단면도.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 페이스 업 마운팅 LED 패키지를 위하여 솔더 범프가 형성된 것을 나타내는 광소자용 기판의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따라 솔더 범프가 형성된 광소자용 기판을 글래스에 직접 형성된 메탈패턴에 접합시키는 것을 나타내는 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 페이스 업 마운팅 LED 패키지는, 수직 절연층에 의해 전기적으로 분리된 전극을 형성하고 중앙에 LED가 탑재될 수 있는 캐비티가 오목하게 형성되어 있는 금속재질의 광소자용 기판(100)과, 상기 광소자용 기판 상의 캐비티에 안착된 상태로 전극에 연결되어 있는 LED(200)와, 상기 광소자용 기판의 상면에 형성되어 있는 적어도 하나 이상의 솔더 범프(300)와, 상기 솔더 범프가 부착될 수 있는 메탈패턴이 저면에 형성되어 상기 LED가 탑재된 광소자용 기판의 상면이 직접 부착되는 투명한 글래스(400)와, 상기 글래스에 직접 부착된 적어도 하나 이상의 광소자용 기판 저면에 직접 연결되어 있는 방열판(500)을 포함하여 구성된다.

상기 광소자용 기판(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이 중앙에 오목하게 파인 캐비티(Cavity)(110)가 형성되어 있으며, 알루미늄과 같은 금속재질이 수직 절연층(120)에 의해 전기적으로 분리되어 LED에 전압을 인가하기 위한 전극을 형성하도록 구성된다.

그리고, 이러한 광소자용 기판의 캐비티(110)에 LED(200)가 안착된 후 수직 절연층에 의해 분리되어 있는 각 전극에 와이어 등에 의해 전기적으로 연결되어 광소자를 형성하게 된다.

상기 솔더 범프(Solder Bump)(300)는, 상기 글래스(400)에의 직접 부착을 위해 상기 광소자용 기판(100)의 상면에 형성되는 적어도 하나 이상의 솔더 볼(Solder Ball)로 구성되어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 LED에 영향을 주지 않으면서 광소자용 기판의 위쪽에서 실장이 이루어질 수 있게 캐비티(110) 주변의 광소자용 기판(100)에 형성된다.

즉, 상기 솔더 범프(300)는 캐비티 주변에 있는 광소자용 기판의 금속부분에 형성되므로, 광소자용 기판의 상면이 글래스에 직접 접하게 되더라도 LED가 글래스나 메탈패턴에 접하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 3에서는 상기 솔더 범프(300)가 사각형의 광소자용 기판 상면 네 모서리 부분에 하나씩 모두 4개가 형성되는 것을 도시하였으나, 상기 솔더 범프가 형성되는 위치나 개수가 이에 제한되지 않고, 상기 광소자용 기판의 상면 전체에 걸쳐 자유롭게 형성될 수 있음은 물론이다.

이와 같이 상기 솔더 범프(300)가 광소자용 기판의 상면에 형성됨으로써 본 발명에서는 광소자용 기판(100)의 위쪽에서 LED 패키지를 구현하기 위한 실장이 이루어지게 된다. 그에 따라, 종래 광소자용 기판의 저면에 솔더링 패드(Soldering Pad)를 형성하고 이를 인쇄회로기판(PCB)에 접합시켜 광소자용 기판의 아랫면에서 실장이 이루어지게 되는 페이스 다운(Face Down)에 대응되는 의미로, 본 발명에서는 광소자용 기판의 윗면에서 글래스에 접합이 이루어지는 것을 표현하고자 페이스 업 마운팅(Face Up Mounting)으로 표현하였다.

상기 글래스(400)는, 통상적인 LED 패키지에 사용되는 것처럼 LED에서 발생된 빛이 외부로 표출될 수 있도록 투과성이 우수한 투명한 글래스로 구성된다. 다만 본 발명에서는 인쇄회로기판(PCB)을 배제하고 광소자용 기판(100)이 글래스(400)에 직접 부착되므로, 광소자용 기판을 고정시킬 뿐만 아니라, LED 패키지를 형성하는 다수의 LED에 신호를 인가할 수 있도록 전기적인 연결이 이루어져야 한다.

그에 따라, 상기 글래스(400)의 저면에는 도 4에 도시된 바와 같이 메탈패턴(Metal Pattern)(410)이 형성되어 글래스(400)에 접착된 상태로 LED 패키지를 형성하는 다수 개 LED 들의 구동을 위한 전기적인 신호가 전달될 수 있게 한다.

이와 같이 글래스의 저면에 전도성이 있는 금속으로 메탈패턴(410)을 형성함으로써, 다수의 LED들을 구동하기 위한 전기적인 신호를 인가할 수 있게 됨은 물론, 전도성이 있는 재질로 이루어진 솔더 범프(300)를 상기 글래스에 보다 잘 부착시킬 수 있게 된다.

이와 같이 메탈패턴이 형성된 글래스(Patterning Glass)(400)의 저면에 상기 광소자용 기판에 형성된 솔더 범프(300)를 부착시킴으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 광소자용 기판의 상면이 글래스에 직접 접합된 상태로 LED 패키지를 구현하게 된다.

따라서 종래 인쇄회로기판에 광소자용 기판을 실장한 후 그 상부에 글래스를 기계적으로 결합하던 것에 비하여 현저히 부피를 줄일 수 있게 된다. 특히 글래스와 광소자용 기판 사이의 공간이 거의 없게 되므로 온도의 증감에 의해 야기되는 공기의 팽창과 수축으로 인한 공기의 출입을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 상기 방열판(Heat Sink)(500)은 도 6에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판 없이 글래스에 형성된 메탈패턴에 직접 접합되어 있는 광소자용 기판(100) 저면에 직접 연결되어 LED 구동시 발생된 열이 방열판으로 직접 전달될 수 있도록 구성된다.

이와 같이, LED(200)에서 발생된 열이 방열판(500)으로 직접 전달되므로, 종래에 LED에서 발생된 열이 인쇄회로기판(PCB)을 경유하여 방열판으로 전달되던 것에 비해, 보다 빠르고 획기적인 방열효과를 구현할 수 있게 된다.

또한, 상기 광소자용 기판(100)의 상면에 글래스(400)가 직접 접합되고, 저면에 방열판(500)이 직접 결합되어 있는 광소자용 기판의 둘레를 도 7에 도시된 바와 같이 완전밀봉(Hermetic Seal) 처리하는 밀봉부(600)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

즉 본 발명에서는 LED가 실장되어 있는 광소자용 기판에 글래스와 방열판이 직접 결합되어 있으므로, 그 둘레를 에폭시 등의 실링재를 이용하여 실링하는 것만으로도 방수는 물론 공기의 출입까지 최소화할 수 있는 견고한 밀봉상태를 구현할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 - 광소자용 기판 110 - 캐비티
120 - 수직 절연층
200 - LED 300 - 솔더 범프
400 - 글래스 410 - 메탈패턴
500 - 방열판 600 - 밀봉부

Claims (5)

1. 수직 절연층에 의해 전기적으로 분리된 전극을 형성하고, 중앙에 LED가 탑재될 수 있는 캐비티가 오목하게 형성되어 있는 금속재질의 광소자용 기판;
   상기 광소자용 기판 상의 캐비티에 안착된 상태로 전극에 연결되어 있는 LED;
   상기 광소자용 기판의 상면에 형성되어 있는 적어도 하나 이상의 솔더 범프; 및
   상기 솔더 범프가 부착될 수 있는 메탈패턴이 저면에 형성되어 상기 LED가 탑재된 광소자용 기판의 상면이 직접 부착되는 투명한 글래스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스 업 마운팅 LED 패키지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 솔더 범프는, 상기 글래스에의 직접 부착을 위해 상기 광소자용 기판의 상면에 형성되는 적어도 하나 이상의 솔더 볼로 구성되어, 광소자용 기판의 위쪽에서 실장이 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 페이스 업 마운팅 LED 패키지.
3. 제2항에 있어서,
   상기 글래스의 저면에는, LED 패키지를 형성하는 다수 개 LED 들의 구동을 위한 전기적인 신호를 인가하고, 상기 솔더 범프의 부착을 용이하게 하는 전도성 있는 금속으로 이루어진 메탈패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 페이스 업 마운팅 LED 패키지.
4. 제3항에 있어서,
   상기 글래스에 직접 부착되어 있는 광소자용 기판의 저면에 직접 연결되어, LED 구동시 발생된 열이 직접 전도되는 방열판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스 업 마운팅 LED 패키지.
5. 제4항에 있어서,
   상면에 글래스가 직접 접합되고, 저면에 방열판이 직접 결합되어 있는 광소자용 기판의 둘레를 완전밀봉 처리하는 밀봉부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페이스 업 마운팅 LED 패키지.

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