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KR100462394B1 - 백색 발광다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

백색 발광다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100462394B1
KR100462394B1 KR10-2002-0052521A KR20020052521A KR100462394B1 KR 100462394 B1 KR100462394 B1 KR 100462394B1 KR 20020052521 A KR20020052521 A KR 20020052521A KR 100462394 B1 KR100462394 B1 KR 100462394B1
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emitting diode
white light
epoxy resin
pcb
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이현우
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주식회사 티씨오
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Abstract

본 발명은 백색 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, PCB기판에 430∼470㎚계의 발광다이오드 칩을 다이 본딩, 와이어 본딩을 하고 YAG계 형광체를 일정비율로 혼합한 에폭시수지로 트랜스퍼 몰드를 한 후, 쏘우잉 공정을 통하여 개별화 한 패키지를 다른 패키지의 PCB기판에 크림 솔더로 접착하고, 투광용 에폭시수지로 2차 트랜스퍼 몰드를 하고, 2차 쏘우잉 공정을 통하여 개별화함으로써 얻어지는 백색 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 관한 것이다.

Description

백색 발광다이오드 및 그 제조방법 {White Light Emitting Diode and its method of making}
본 발명은 백색 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 파장 변환 효율이 향상된 백색 발광다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
백색 발광다이오드 제조방법에 관한 종래기술은 도 1과 같이 InGaN, GaN계의 발광다이오드 칩(1)을 반사컵(17)부에 실장한 후, 이 반사컵(17)부에 광의 일부를 흡수하여 광의 파장과는 다른 파장을 가지는 포토루미네선스 형광체(3)를 포팅(Potting)하여 백색광을 얻는 방법이 최근에 가장 많이 개발되고 있는 백색 발광다이오드 제작 방법이다. 하지만, 포토루미네선스 형광체(3)를 포팅(Potting)하여 백색광을 얻는 방법은 그 공정이 매우 복잡하고, 형광체의 혼합비율이 일정하지 않으면 파장 불일치로 인하여 얼룩이 생기고 시인성도 그만큼 저하된다. 또, 포토루미네선스 형광체(3)를 포팅하여 백색광을 얻는 방법은 형광체의 두께와 혼합 비율에 따라 제조할 때마다 다른 파장의 제품이 생산됨으로 인하여 제조공정이 매우 어렵고, 또한 형광체의 손실 비용이 높아 백색 발광다이오드가 매우 고가이고, 휘도가 매우 낮아 백색광을 상용화하는 데는 어려움이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 백색 발광다이오드 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다층 패키지 구조로 백색 발광다이오드를 제작함으로서 동일 파장 분포와 동일 색좌표를 갖도록 하여 기존의 양산성 문제를 개선한 발광효율이 뛰어난 백색 발광다이오드 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 YAG계 형광체를 일정한 두께와 일정한 혼합비를 갖는 트랜스퍼 몰드용인 YAG 에폭시재를 적용함으로써 광휘도 및 색좌표, 색온도가 동일할 뿐 아니라, YAG계 형광체중 파장변환 형광체의 사용을 최소화하여 제조비용을 대폭 절감하는 백색 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 백색 발광다이오드 및 발광다이오드의 제조 시 패키지 사이즈별로 다른 제품을 생산할 때에 전 공정의 신규투자가 이루어져야 하는데 본 발명의 실시로 반도체 제조 공정의 과다한 투자비를 최소화 할 수 있는 백색발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백색 발광다이오드의 제조방법은 한 쌍의 PCB 패턴부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열구성되며, 단일 PCB 패턴마다 접착제로 도팅(Dotting)하는 제1공정과, 접착제에 발광다이오드 칩(430㎚∼470㎚)을 PCB 패드 컵 부분에 다이 본딩하는 제2공정과, 상기 발광다이오드 칩을 골드 와이어로 전극에 접합하는 제3공정과, 다수열로 배열되어 있는 PCB 패턴부를 몰드 금형에 안착시키고 YAG계 형광체와 에폭시수지를 혼합한 열경화성수지로 몰드하는 제4공정과, 몰드가 끝난 일련의 PCB 패턴부를 쏘우잉으로 단일화하는 제5공정에 있어서, 상기 단일화된 패키지를 인쇄된 다수열의 FR4 PCB 재질에 크림솔더로 다시 실장하고, 상기 다수열로 배열되어 있는 FR4 PCB를 몰드 금형에 안착시킨 후 투광형 에폭시수지로 렌즈형으로 몰드하여, 상기 몰드가 끝난 일련의 FR4 PCB 패턴부를 2차 쏘우잉으로 단일화하는 공정을 포함하여 이루어지는 특징이 있다.본 발명에 따른 백색 발광다이오드 제조방법의 다른 실시예는 한 쌍의 PCB 패턴부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열구성되며, 단일 PCB 패턴마다 접착제로 도팅하는 제1공정과, 접착제에 발광다이오드 칩(430㎚∼470㎚)을 PCB 패드 컵 부분에 다이 본딩하는 제2공정과, 상기 발광다이오드 칩을 골드 와이어로 전극에 접합하는 제3공정과, 다수열로 배열되어 있는 PCB 패턴부를 몰드 금형에 안착시키고 YAG계 형광체와 에폭시수지를 혼합한 에폭시수지로 몰드하는 제4공정과, 몰드가 끝난 일련의 PCB 패턴부를 쏘우잉으로 단일화하는 제5공정에 있어서, 상기 단일화된 패키지를 인쇄된 다수열의 사출 리드프레임에 크림솔더로 다시 실장하고, 상기 다수열로 배열되어 있는 사출 리드프레임을 투광형 에폭시수지로 포팅하여 고착하고, 상기 고착이 끝난 일련의 사출 리드프레임을 트리밍(Trimming)과 동시에 포밍(Formming)하여 단일화하는 공정으로 이루어지는 특징이 있다.
도 1는 종래의 백색 발광 다이오드 패키지를 나타낸 종단면도,
도 2a,2b와 2c,2d는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 각기 다른 구조를 도시한 평단면도 및 종단면도,
도 3a는 본 발명에 따른 백색 발광 다이오드의 1차 공정도,
도 3b,3c는 도3a의 공정을 거쳐 단일화된 패키지의 평단면도 및 종단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광 다이오드의 2차 공정도,
도 5는 본 발명의 의해 제조된 백색 발광 다이오드의 스펙트럼분포도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : InGaN, GaN계 LED 칩(430nm~470nm)
2 : 골드 와이어 3 : YAG계 형광체(파장변환 형광체와 에폭시수지 혼합물)
4 : 에폭시 렌즈(구형, 타원) 5 : 금 도금층
6 : PbSn 도금층 7 : FR4 PCB 패턴
8 : PCB 패턴(BT-Resin) 9 : 크림 솔더
10 : 다이 접착제 10A : 광투과형 다이 접착제
11 : 투과형 에폭시수지 12 : 사출 리드프레임
13 : 리드 프레임 14 : 관통홀15 : 음극리드 16 : 양극리드16A : 양극리드 17 : 반사컵부
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 백색 발광다이오드 및 그 제조방법의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.도 2a, 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광 반도체 소자의 평단면도 및 종단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 백색 광 반도체 소자의 구성은 접착제(10)에 다이 본딩된 발광다이오드 칩(1)(430nm~470nm)과, 이 칩(1)의 통전을 위한 통전 와이어(2)와 YAG계 형광체와 에폭시수지를 혼합한 에폭시수지(Epoxy)(3)로 몰드한 개별 패키지(P)와, 이 개별 패키지(P)를 FR4 PCB 패턴(7)에 실장하기 위한 크림 솔더(9)와, 이 개별 패키지(P) 위에 투광형 에폭시수지(11)로 몰드한 에폭시 렌즈(4)로 이루어진다.
도 2c, 2d는 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 백색 광 반도체 소자의 평면도 및 단면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 백색 광 반도체 소자의 구성은 접착제(10)에 다이 본딩된 발광다이오드 칩(1)(430nm~470nm)과, 이 발광다이오드 칩(1)의 통전을 위한 통전 와이어(2)와, YAG계 형광체와 에폭시수지를 혼합한 에폭시수지(3)로 몰드한 개별 패키지(P)와, 이 개별 패키지(P)를 다른 사출 리드프레임(12)에 실장하기 위한 크림 솔더(9)와, 크림 솔더(9)로 실장한 사출 리드프레임 패드 컵 위에 포팅한 투광형 에폭시수지(11)로 이루어진다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광 반도체 소자의 제1공정을 도시한 것이고, 도 3b 및 도 3c는 상기 공정에서 만들어진 개별패키지(P)의 평단면도 및 종단면도로써, 한 쌍의 PCB 패턴부(8)가 다수개의 1조로서 다수열로 배열구성되며, 단일 PCB 패턴마다 도팅(Dotting)하는 접착제(10)와, PCB 패드 컵(17)부분에 도팅된 접착제(10)위에 접착되는 발광다이오드 칩(1)(430nm~470nm)과, 상기 발광다이오드 칩(1)을 전극 접합하는 골드 와이어(2)와, 다수열로 배열되어 있는 PCB 패턴부를 몰드 금형에 안착시키고 YAG계 형광체와 에폭시수지 혼합 에폭시수지(3)로 몰드(Mold)하고 일련의 PCB 패턴부(8)를 쏘우잉하여 단일화 한 패키지(P)로 이루어진다.도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 광 반도체 소자의 제2공정에 관한 것으로서, 제1공정에서 개별화된 패키지(P)를 크림 솔더(9)를 사용하여 FR4 PCB 패턴(7)에 실장하고, FR4 PCB 패턴(7)위에 실장된 개별 패키지(P)위에 투광형 에폭시수지(11)를 몰드한다.(도 2a, 2b참조) 이로써 제1공정에서 일정 색 좌표를 갖는 개별화된 백색 발광다이오드 소자를 투광형 에폭시수지(11)로 구성된 렌즈를 갖춘 에폭시수지로 몰드함으로서 1차 공정을 통해 얻어진 균일한 색좌표와 휘도를 가진 개별화된 백색 발광다이오드를 분류 사용할 수 있는 장점과, 이후에 거쳐야 할 테스트 및 쏘우잉공정을 생략가능한 상태의 다양한 규격의 저가 패키지를 만들 수 있으므로 형광체의 사용을 최소화하면서 고휘도(렌즈를 갖추었기에 고휘도가 됨)의 백색 발광다이오드를 얻을 수 있다. 또한, 소형 저가로 제작된 개별화된 발광다이오드 소자를 대형 고가의 백색 발광다이오드 패키지(Package)소자에 실장함으로써 공정수율을 향상시킬 뿐 아니라 균일한 색 좌표와 휘도를 갖는 각종 규격의 제품을 별도의 고가 장비의 투자없이도 제품의 양산이 가능하게 된다.또한 제1차공정에서 개별화된 패키지(P)중 균일한 색좌표 및 휘도를 갖는 백색다이오드 만을 별도로 분류하고 크림솔더를 사용하여 다른 사출리드프레임에 실장하며 사출리드프레임의 패드컵 위에 실장된 개별 패키지(P)위에 투광형 에폭시수지를 포팅하고 트리밍 및 포밍함으로서 색의 불균형 현상을 방지할 수 있으며, 1차 쏘우잉시까지의 장비를 갖춘 후 각각 크기(예 1608, 3528, 2012, 5050 등)에 실장하는 장비는 제일 큰 장비 기준으로 하나만 갖추면 작업이 가능하므로 장비투자비용도 절감할 수 있다.도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 발광다이오드의 파장스펙트럼분포도이다. 이 파장 분포도는 기본의 제조방법에 따른 백색발광다이오드보다 우수한 것을 보여준다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 백색 발광다이오드에서 구현한 백색광은 종래의 백색 발광다이오드 제작방법보다 저가로 생산할 수 있고, 고휘도의 제품을 얻을 수 있다. 또, 경년 변화가 없는 백색광을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 고가의 형광체를 일정 비율로 혼합한 에폭시수지의 사용을 최소화 할 수 있고 항상 동일한 두께로 형광 에폭시를 형성할 수 있으므로 제조비용이 저렴하고 일정 색 좌표 및 고휘도의 백색광을 얻을 수 있다. 또한, 사출 반사컵의 리드프레임과, 투광형 렌즈의 에폭시수지를 형광 에폭시 위에 형성시킴으로써 광의 집속도를 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. (정정) 한 쌍의 PCB 패턴부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열되며 단일 PCB 패턴마다 접착제(10)로 도팅하는 제1공정과, 이 접착제(10)에 발광다이오드 칩(1) (430nm~470nm)을 PCB 패드 컵(17)부분에 다이 본딩하는 제2공정과, 상기 발광다이오드 칩(1)을 골드 와이어(2)에 의해 전극 접합하는 제3공정과, 상기 제3공정에 의해 완성한 후, 다수열로 배열되어 있는 PCB 패턴부를 몰드 금형에 안착시키고 YAG계 형광체와 에폭시수지를 혼합한 에폭시수지(3)로 몰드하는 제4공정과, 상기 몰드가 끝난 일련의 PCB 패턴부를 쏘우잉으로 단일화하는 제5공정으로 이루어진 제조방법에 있어서,
    상기 단일화된 패키지를 인쇄된 다수열의 FR4 PCB 패턴(7)에 크림솔더(9)로 다시 실장하고,
    상기 다수열로 배열되어 있는 FR4 PCB 패턴(7)을 몰드 금형에 안착시킨 후 투광형 에폭시수지(11)로 렌즈형으로 몰드하여 상기 몰드가 끝난 일련의 FR4 PCB 패턴부를 2차 쏘우잉으로 단일화하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드의 제조방법.
  2. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조된 백색 발광다이오드.
  3. (정정) 한 쌍의 PCB 패턴부가 다수개의 1조로서 다수열로 배열되며 단일 PCB 패턴 마다 접착제(10)로 도팅하는 제1공정과, 이 접착제(10)에 발광다이오드 칩(1:430nm~470nm)을 PCB 패드 컵(17) 부분에 다이 본딩하는 제2공정과, 상기 발광다이오드 칩(1)을 골드 와이어(2)에 의해 전극 접합하는 제3공정과, 상기 다수열로 배열되어 있는 PCB 패턴부를 몰드 금형에 안착시키고 YAG계 형광체와 에폭시수지를 혼합한 에폭시수지(3)로 몰드하는 제4공정과, 상기 몰드가 끝난 일련의 PCB 패턴부를 쏘우잉으로 단일화하는 제5공정으로 이루어지는 제조방법에 있어서,
    상기 단일화된 패키지를 인쇄된 다수열의 사출 리드프레임(12)에 크림 솔더(9)로 실장하고,
    상기 다수열로 배열되어 있는 사출 리드프레임(12)을 투광형 에폭시수지(11)로 포팅하여 고착하고,
    상기 고착이 끝난 일련의 사출 리드프레임(12)을 트리밍(Trimming)과 동시에 포밍(Forming)하여 단일화하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 백색 발광다이오드의 제조방법.
  4. 청구항 3의 제조방법으로 제조된 백색 발광다이오드.
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