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KR100817274B1 - 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100817274B1
KR100817274B1 KR1020060078620A KR20060078620A KR100817274B1 KR 100817274 B1 KR100817274 B1 KR 100817274B1 KR 1020060078620 A KR1020060078620 A KR 1020060078620A KR 20060078620 A KR20060078620 A KR 20060078620A KR 100817274 B1 KR100817274 B1 KR 100817274B1
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lead frame
package
led chip
hole
led
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안호식
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 제1리드 프레임, 및 일부분에 홀이 형성된 제2리드 프레임으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임; 상기 제1리드 프레임의 표면과, 상기 제2리드 프레임의 표면 및 홀 내에 형성된 열전도성 반사부재; 상기 리드 프레임의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하도록 형성된 패키지 몰드; 상기 패키지 몰드 내부의 상기 제2리드 프레임의 상기 열전도성 반사부재가 형성된 홀 상부에 실장된 LED 칩; 상기 LED 칩과 상기 리드 프레임의 전기적 연결을 위한 와이어; 및 상기 패키지 몰드 내부에 충진되어 상기 LED 칩과 상기 와이어를 보호하는 몰딩재;를 포함하는 발광 다이오드 패키지를 제공하고, 또한, 본 발명은 상기 발광 다이오드 패키지의 제조방법을 제공한다.
LED, 패키지, 리드 프레임, 열방출

Description

발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법{Light emitting diode package and method of manufacturing the same}
도 1은 종래기술에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 LED 칩으로부터의 열방출 경로를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110a: 제1리드 프레임 110b: 제2리드 프레임
110: 리드 프레임 120: 패키지 몰드
130: LED 칩 140: 와이어
150: 몰딩재 200: Ag
300: 홀(hole)
본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열방출 능력을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 GaAs, GaN, AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 사용하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 소자가 개발되어 다양한 색의 발광원을 구현할 수 있게 되었다. LED 제품의 특성을 결정하는 요소로는 색, 휘도 및 광변환 효율 등이 있다. 이러한 LED 제품의 특성은 1차적으로는 LED 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료와 그 구조에 의해 결정되지만, 2차적인 요소로 LED 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.
사용자 요구에 따른 발광 효과를 얻기 위해서는 LED 칩의 재료 또는 구조 등의 1차적인 요소 이외에도, LED 패키지의 구조 및 그에 사용되는 재료 등도 개선할 필요가 있다. 특히, LED 패키지의 사용 범위가 실내외 조명 장치, 자동차 헤드 라이트, LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트 유닛(back light unit) 등 다양한 분야로 확대됨에 따라, 고효율 및 높은 열방출 특성이 필요하게 되었다.
LED 칩에서 발생되는 열이 LED 패키지에서 효과적으로 방출되지 못하면, LED 칩의 온도가 높아져서 LED 칩의 특성이 열화되고, 수명이 줄어들게 된다. 따라서, 고출력 LED 패키지에 있어서, LED 칩으로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출시키고자 하는 노력이 진행되고 있다.
LED 패키지의 열방출 효율을 높이기 위해서, 종래에는 Cu 재질의 리드 프레임을 사용하고 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 Cu 재질의 리드 프레임을 사용한 LED 패키지에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 LED 칩으로부터의 열방출 경로를 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 LED 패키지는, 제1리드 프레임(110a) 및 제2리드 프레임(110b)으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임(110)과, 상기 리드 프레임(110)의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하도록 형성된 패키지 몰드(120)와, 상기 패키지 몰드(120) 내부의 리드 프레임(110) 중 어느 하나의 리드 프레임인 제2리드 프레임(110b) 상에 실장된 LED 칩(130)과, 상기 리드 프레임(110)과 상기 LED 칩(130)의 전기적 연결을 위한 와이어(140)와, 상기 패키지 몰드(120) 내부에 충진되어 상기 LED 칩(130) 및 와이어(140)를 보호하는 몰딩재(150)를 포함한다.
상기 리드 프레임(110)은, LED 칩(130)에서 발생된 열을 효과적으로 방출시키기 위해, 열전도 특성이 우수한 Cu로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 리드 프레임(110)의 표면에는, 상기 LED 칩(130)으로부터 발생된 빛을 반사시키는 Ag(200)가 코팅되어 있다.
상기 LED 칩(130)에 전원이 인가되면, 도 2의 화살표로 도시한 바와 같이, 상기 LED 칩(130)의 동작으로 인해 발생되는 열이 상기 Cu 재질의 리드 프레 임(110)을 통해 패키지 외부로 방출되고, 또한 상기 열은 상기 리드 프레임(110)의 표면에 코팅되어 있는 Ag(200)를 통해서도 패키지 외부로 방출된다.
그러나, 최근 고출력을 요하는 LCD 백라이트 유닛용 LED에는 더욱 우수한 열방출 능력을 갖는 패키지 구조가 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 당 기술분야에서는 LED 패키지의 열방출 능력의 향상효과를 극대화할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 열방출 능력을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지는, 제1리드 프레임, 및 일부분에 홀이 형성된 제2리드 프레임으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임; 상기 제1리드 프레임의 표면과, 상기 제2리드 프레임의 표면 및 홀 내에 형성된 열전도성 반사부재; 상기 리드 프레임의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하도록 형성된 패키지 몰드; 상기 패키지 몰드 내부의 상기 제2리드 프레임의 상기 열전도성 반사부재가 형성된 홀 상부에 실장된 LED 칩; 상기 LED 칩과 상기 리드 프레임의 전기적 연결을 위한 와이어; 및 상기 패키지 몰드 내부에 충진되어 상기 LED 칩과 상기 와이어를 보호하는 몰딩재;를 포함한다.
여기서, 상기 열전도성 반사부재는, 상기 리드 프레임보다 열전도도가 큰 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 리드 프레임은 Cu로 이루어지고, 상기 열전도성 반사부재는 Ag로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2리드 프레임의 일부분에 형성된 홀은, 원형, 다각형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 발광 다이오드 패키지의 제조방법은, 제1리드 프레임 및 제2리드 프레임으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임을 제공하는 단계; 상기 제2리드 프레임의 일부분에 홀을 형성하는 단계; 상기 제1리드 프레임의 표면과, 상기 제2리드 프레임의 표면 및 홀 내에 열전도성 반사부재를 형성하는 단계; 상기 리드 프레임의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하는 패키지 몰드를 형성하는 단계; 상기 패키지 몰드 내부의 상기 제2리드 프레임의 상기 열전도성 반사부재가 형성된 홀 상부에 LED 칩을 실장하는 단계; 상기 LED 칩과 상기 리드 프레임을 와이어로 접속시키는 단계; 및 상기 패키지 몰드 내부에 몰딩재를 충진시키는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 열전도성 반사부재는, 상기 리드 프레임보다 열전도도가 큰 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 리드 프레임은 Cu로 이루어지고, 상기 열전도성 반사부재는 Ag로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2리드 프레임의 일부분에 형성된 홀은, 원형, 다각형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지 및 그 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
LED 패키지의 구조에 관한 실시예
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1리드 프레임(110a) 및 제2리드 프레임(110b)으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임(110)과, 상기 리드 프레임(110)의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하도록 형성된 패키지 몰드(120)와, 상기 패키지 몰드(120) 내부에 위치하는 한 쌍의 리드 프레임(110) 중 어느 하나의 리드 프레임인 상기 제2리드 프레임(110b) 상부에 실장된 LED 칩(130)과, 상기 LED 칩(130)과 상기 리드 프레임(110)의 전기적 연결을 위한 와이어(140)와, 상기 패키지 몰드(120) 내부에 충진되어 상기 LED 칩(130)과 상기 와이어(140)를 보호하는 몰딩재(150)를 포함한다.
상기 패키지 몰드(120)는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있고, 이는 일반적인 프리 몰딩(pre-molding) 공정 등에 의해 형성이 가능하다.
상기 LED 칩(130)으로는 통상적인 GaN 계열의 LED 칩을 사용할 수 있으며, 상기 와이어(140)는 Au로 이루어지는 것이 일반적이다.
또한 상기 몰딩재(150)는, 구현하려는 LED 칩(130)의 색상에 따라 투명 재료나 형광체가 포함되어 있는 투광성 수지 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 리드 프레임(110)은, 상술한 바와 같이 LED 칩(130)에서 발생된 열을 효과적으로 방출시키기 위해, 열전도 특성이 우수한 Cu로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 본 실시예에서는 상기 한 쌍의 리드 프레임(110) 중 LED 칩(130)이 실장된 상기 제2리드 프레임(110b)의 일부분에 홀(300)이 추가적으로 형성되어 있다. 상기 홀(300)은 상기 LED 칩(130)의 하부에 형성되는 것이 바람직하고, 이는 펀칭 등의 가공을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 홀(300)은 원형의 형상을 가질 수도 있고, 사각형의 형상을 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 상기 홀(300)의 형상은 상기한 바와 같은 형상에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서, 예를 들어 오각형 및 육각형 등의 다각형과, 상기 원형 및 다각형의 조합 등을 포함하여 다양하게 변형될 수 있다.
그리고, 상기 제1리드 프레임(110a) 및 제2리드 프레임(110b)의 표면과, 상기 제2리드 프레임(110b)의 홀(300) 내에는, 상기 리드 프레임(110)을 이루고 있는 Cu보다 열전도도가 큰 물질, 예컨대 Ag(200)로 이루어진 열전도성 반사부재가 형성되어 있다.
상기 리드 프레임(110)을 이루고 있는 Cu와, 상기 열전도성 반사부재를 이루고 있는 Ag의 열전도도를 비교하여 보면, 25℃의 온도에서 Cu는 398 W/mK이고, Ag는 418 W/mK으로서, 상기 Ag가 Cu보다 더 큰 열전도도를 갖는다는 것을 알 수 있다.
이 때, 상기 LED 칩(130)에 전원이 인가되면, 도 3의 화살표로 도시한 바와 같이, 상기 LED 칩(130)에서 발생된 열이 상기 Cu 재질의 리드 프레임(110)을 통해 패키지 외부로 방출되고, 또한 상기 열은 상기 제1리드 프레임(110)의 표면과, 상기 제2리드 프레임의 표면 및 홀(300) 내에 형성되어 있는 Ag(200)를 통해서도 패키지 외부로 방출된다.
이와 같이 Cu보다 큰 열전도도를 갖는 상기 Ag(200)는, 상기 리드 프레임(110)의 표면에 형성되어 상기 LED 칩(130)으로부터 발생된 빛을 반사시킬 뿐만 아니라, 상기 LED 칩(130)에서 발생된 열을 패키지 외부로 방출시킨다.
특히, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 LED 칩(130) 하부의 제2리드 프레임(110b)에 형성되어 있는 상기 홀(300) 내에, Cu보다 큰 열전도도를 갖는 Ag(200)가 추가적으로 형성되어 있으므로, 상기 LED 칩(130)에서 발생된 열이 상기 홀(300) 내의 Ag(200)를 통해 더욱 효율적으로 외부로 방출될 수 있다.
LED 패키지의 제조방법에 관한 실시예
이하, 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법에 대하여 도 4a 내지 도 4f를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패키지의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 제1리드 프레임(110a) 및 제2리드 프레임(110b)으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임(110)을 제공한다. 상기 리드 프레임(110)은 Cu로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 한 쌍의 리드 프레임(110) 중 어느 하나의 리드 프레임인 제2리드 프레임(110b)의 일부분에 홀(300)을 형성한다.
상기 홀(300)은, 후술하는 LED 칩(130)이 실장될 리드 프레임 부분에 형성하는 것이 바람직하며, 이는 펀칭 등의 가공을 통해 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 홀(300)은 원형의 형상을 가질 수도 있고, 사각형의 형상을 가질 수도 있다. 뿐만 아니라, 상기 홀(300)의 형상은 상기한 바와 같은 형상에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서, 예를 들어 오각형 및 육각형 등의 다각형과, 상 기 원형 및 다각형의 조합 등을 포함하여 다양하게 변형될 수 있다.
그런 다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 제1리드 프레임(110a)의 표면과, 상기 제2리드 프레임(110b)의 표면 및 홀(300) 내에, 상기 리드 프레임(110)을 이루고 있는 Cu 보다 열전도도가 큰 물질, 예컨대 Ag(200)로 이루어진 열전도성 반사부재를 형성한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 리드 프레임(110)의 표면 뿐만 아니라, 상기 리드 프레임(110)의 홀(300) 내에, Cu보다 큰 열전도도를 갖는 Ag(200)가 추가적으로 형성되어 있으므로, 후술하는 LED 칩(130)에서 발생된 열이 상기 홀(300) 내의 Ag(200)를 통해 더욱 효율적으로 외부로 방출될 수 있다.
그 다음에, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 리드 프레임(110)의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하는 패키지 몰드(120)를 형성한다. 상기 패키지 몰드(120)는, 일반적으로 프리 몰딩(pre-molding) 공정 등에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 패키지 몰드(120) 내부에 위치하는 한 쌍의 리드 프레임(110) 중 어느 하나의 리드 프레임인 제2리드 프레임(110b) 상에 LED 칩(130)을 실장한다. 이 때, 상기 LED 칩(130)은, 전원 인가시 발생되는 열이 상기 홀(300) 내부의 Ag(200)를 통해 패키지 외부로 잘 방출될 수 있도록, 상기 홀(300)의 상부에 실장되는 것이 바람직하다.
그 다음에, 상기 LED 칩(130)과 상기 리드 프레임(110)을 와이어(140)로 접속시킨다. 여기서, 상기 와이어(140)는 Au로 이루어질 수 있다.
그런 다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 패키지 몰드(120) 내부에 몰딩재(150)를 충진시킨다. 상기 몰딩재(150)는, 구현하려는 LED 칩(130)의 색상에 따라 투명 재료나 형광체가 포함되어 있는 투광성 수지 등으로 이루어질 수 있으며, 이는 상기 패키지 몰드(120) 내부의 LED 칩(130) 및 와이어(140)를 보호해준다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, LED 칩(130) 하부의 리드 프레임(110) 부분에 홀(300)을 추가적으로 형성한 다음, 상기 리드 프레임(110)의 표면에 Ag(200)를 형성함과 동시에 상기 홀(300) 내에도 Ag(200)를 형성함으로써, LED 칩(130)에서 발생된 열이 상기 홀(300) 내에 형성된 Ag(200)를 통해서 외부로 효율적으로 방출될 수 있도록 하여, LED 패키지의 열방출 능력을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 열에 의한 LED 칩(130)의 특성 열화 및 수명 단축을 방지할 수 있으며, LCD 백라이트 유닛 등 고출력을 요하는 다양한 분야에 적용 가능한 LED 패키지를 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 및 그 제조방법에 의하면, LED 칩 하부의 리드 프레임에 홀을 추가적으로 형성한 다음, 상기 리드 프레임의 표면 및 홀 내에 Ag를 형성함으로써, LED 칩에서 발생된 열이 상기 홀 내에 형성된 Ag를 통해서 외부로 방출될 수 있도록 하여, LED 패키지의 열방출 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 열에 의한 LED 칩의 특성 열화 및 수명 단축을 방지할 수 있으며, LCD 백라이트 유닛 등 고출력을 요하는 다양한 분야에 적용 가능한 LED 패키지를 구현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 제1리드 프레임, 및 일부분에 홀이 형성된 제2리드 프레임으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임;
    상기 제1리드 프레임의 표면과, 상기 제2리드 프레임의 표면 및 홀 내에 형성된 열전도성 반사부재;
    상기 리드 프레임의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하도록 형성된 패키지 몰드;
    상기 패키지 몰드 내부의 상기 제2리드 프레임의 상기 열전도성 반사부재가 형성된 홀 상부에 실장된 LED 칩;
    상기 LED 칩과 상기 리드 프레임의 전기적 연결을 위한 와이어; 및
    상기 패키지 몰드 내부에 충진되어 상기 LED 칩과 상기 와이어를 보호하는 몰딩재;
    를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 반사부재는, 상기 리드 프레임보다 열전도도가 큰 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드 프레임은 Cu로 이루어지고, 상기 열전도성 반사부재는 Ag로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2리드 프레임의 일부분에 형성된 홀은, 원형, 다각형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제1리드 프레임 및 제2리드 프레임으로 이루어진 한 쌍의 리드 프레임을 제공하는 단계;
    상기 제2리드 프레임의 일부분에 홀을 형성하는 단계;
    상기 제1리드 프레임의 표면과, 상기 제2리드 프레임의 표면 및 홀 내에 열전도성 반사부재를 형성하는 단계;
    상기 리드 프레임의 일부를 내측에 수용하면서, 몰딩재 충진 공간을 정의하는 패키지 몰드를 형성하는 단계;
    상기 패키지 몰드 내부의 상기 제2리드 프레임의 상기 열전도성 반사부재가 형성된 홀 상부에 LED 칩을 실장하는 단계;
    상기 LED 칩과 상기 리드 프레임을 와이어로 접속시키는 단계; 및
    상기 패키지 몰드 내부에 몰딩재를 충진시키는 단계;
    를 포함하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열전도성 반사부재는, 상기 리드 프레임보다 열전도도가 큰 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리드 프레임은 Cu로 이루어지고, 상기 열전도성 반사부재는 Ag로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2리드 프레임의 일부분에 형성된 홀은, 원형, 다각형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지의 제조방법.
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