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KR101116951B1 - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

발광다이오드 패키지 Download PDF

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KR101116951B1
KR101116951B1 KR1020110024729A KR20110024729A KR101116951B1 KR 101116951 B1 KR101116951 B1 KR 101116951B1 KR 1020110024729 A KR1020110024729 A KR 1020110024729A KR 20110024729 A KR20110024729 A KR 20110024729A KR 101116951 B1 KR101116951 B1 KR 101116951B1
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Abstract

본 발명은 방열 특성과 휘도 특성을 개선하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구조의 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 한 쌍의 리드 전극이 구비되고, 어느 일 측의 상기 리드 전극에는 컵 형상으로 함몰된 제1수용부 및 제2수용부가 형성되는 리드 프레임; 일 측이 개방되고, 상기 리드 프레임을 수용하는 몰드 프레임; 상기 리드 프레임의 제1수용부에 실장되는 LED 칩; 상기 리드 프레임의 제2수용부에 실장되는 보호 소자; 상기 LED 칩 및 보호 소자를 밀봉하도록 상기 몰드 프레임 내부에 충진되는 몰딩부;를 포함한다.

Description

발광다이오드 패키지{LED package}
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열 특성과 휘도 특성을 개선하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구조의 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 한다)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체를 이용하여 발광원을 구성함으로써, 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
일반적으로 LED의 광 특성을 결정하는 기준으로 색(color), 휘도 및 지향각 등이 있다. 이러한 LED의 광 특성은 1차적으로 LED 칩에 사용되는 화합물 반도체의 재료에 의하여 결정되고, 2차적으로 LED 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다. 이에 따라, 최근 사용자 요구에 따른 고 휘도의 LED 패키지를 얻기 위하여, 화합물 반도체의 재료 개발 등에 의한 1차적인 요소만으로 한계가 있어, 패키지 구조 등에 큰 관심을 갖게 되었다. 특히, LED 패키지 구조에 의한 2차적인 요소는 휘도 및 광 지향각의 특성에 큰 영향을 미친다.
종래의 기술에 따른 LED 패키지는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 리드 프레임(10), 일 측으로 개구부가 형성된 격벽 형상으로 리드 프레임(10)을 수용하는 몰드 프레임(20), 몰드 프레임(20) 내부에서 리드 프레임(10) 상에 실장되는 LED 칩(30), 형광체가 혼합되어 몰드 프레임(20) 내부에서 리드 프레임(10)과 LED 칩(30)을 밀봉하는 몰딩부(40)를 포함한다. 특히, LED 칩(30)이 실장되는 리드 프레임(10) 상에는 수용부(11)가 형성된다. 수용부(11)는 하측으로 함몰된 컵 형상을 이루며, 수용부(11)의 측면(12)은 경사를 이룬다. 상기와 같은 구조에서는 LED 칩에서 수평 방향으로 방출되는 빛은 수용부(11)의 경사 측면(12)에 반사되어 상측으로 유도됨으로써, 몰딩부(40)에서의 광 손실을 최소화하여 휘도를 증가시킬 수 있다. 즉, 종래의 기술에 따른 LED 패키지에서는 컵 형상의 수용부 구조를 통하여 휘도의 증가를 도모한다.
한편, LED 칩(30)은 정전기 또는 역 전압에 취약하다. 이러한 LED 칩(30)의 취약성을 보완하기 위하여, LED 패키지에는 역방향으로 전류가 흐를 수 있는 정전압 다이오드가 더 실장된다. 즉, 도시된 바와 같이, LED 칩(30)이 실장되지 않은 리드 프레임(10) 상에는 제너 다이오드(zener diode, 50)가 추가로 실장될 수 있다. 제너 다이오드(50)를 LED 칩(30)과 병렬로 연결함으로써, 정전기 등에 의하여 역방향 전류가 인가되는 경우 전류가 제너 다이오드(50)를 통하여 바이-패스(by-pass)되어 정전기에 의한 LED 칩(30)의 손상을 방지할 수 있다.
그러나, 종래의 기술에 따른 LED 패키지에서와 같이, 평판형(Flat type)의 리드 프레임(10) 상에 제너 다이오드가 실장되는 구조에서는, LED 칩(30)에서 출사되는 빛이 제너 다이오드(50)에 흡수되어 광 손실이 발생할 수 있다. 또한, LED 칩(30)에서 출사되는 빛은 제너 다이오드(50)에 의해 산란 및 굴절되어 빛의 지향각에 제약을 받게 된다. 즉, 제너 다이오드(50)는 정전기 등으로부터 LED 칩(30)을 보호하지만, 이로 인하여 휘도나 지향각과 같은 광 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 LED 패키지에서는 리드 프레임(10)이 몰드 프레임(20)에 의하여 밀봉되는 구조로써, LED 칩(30)에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방출하지 못하게 된다. LED 칩(30)에서 발생하는 열은 몰딩부(40)의 열화와 변색을 초래하고, 이는 결국 LED 패키지의 휘도와 수명과 같은 신뢰성을 저하시키는 문제점을 가져온다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, LED 칩에서 출사되는 빛의 손실을 최소화하여 휘도를 향상시킬 수 있는 구조의 LED 패키지를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 LED 칩에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방출하여, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구조의 LED 패키지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 한 쌍의 LED 칩을 병렬 또는 직렬 구조로 선택적으로 연결할 수 있는 구조의 LED패키지를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 패키지는, 한 쌍의 리드 전극을 구비하고, 어느 일 측의 상기 리드 전극에는 컵 형상으로 함몰된 제1수용부 및 제2수용부가 형성되는 리드 프레임; 일 측이 개방되고, 상기 리드 프레임을 수용하는 몰드 프레임; 상기 리드 프레임의 제1수용부에 실장되는 LED 칩; 상기 리드 프레임의 제2수용부에 실장되는 보호 소자; 상기 LED 칩 및 보호 소자를 밀봉하도록 상기 몰드 프레임 내부에 충진되는 몰딩부;를 포함한다.
여기서, 상기 제1수용부는, 한 쌍의 상기 리드 전극에 각각 형성되고, 각 리드 전극의 제1수용부에 LED 칩이 실장된다.
또한, 상기 리드 프레임은, 보조 전극을 더 포함하여, 한 쌍의 상기 LED를 직렬 또는 병력로 연결 가능하도록 한다.
또한, 상기 리드 프레임에는, 저면이 상기 몰드 프레임의 저면 외부로 노출되는 방열부가 형성되어, LED 칩에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있도록 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, LED 칩에서 출사되는 빛이 보호 소자에 의하여 손실되거나 광 특성이 저하되는 것을 방지하여, LED 패키지의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, LED 칩에서 발생되는 열을 리드 프레임을 통하여 외부로 방출함으로써, 열화와 변색에 의한 LED 패키지의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 리드 프레임에는 보조 전극이 더 구비되어, 한 쌍의 LED 칩을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 LED 패키지를 나타낸 평면도,
도 2는 도 1의 LED 패키지를 나타낸 종단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 평면도,
도 4는 도 3의 LED 패키지를 나타낸 종단면도,
도 5는 도 3의 LED 패키지를 나타낸 저면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 평면도,
도 7은 도 6의 LED 패키지에서의 LED 칩의 연결 상태를 나타낸 회로도,
도 8은 도 6의 LED 패키지의 다른 예를 나타낸 평면도,
도 9은 도 8의 LED 패키지에서의 LED 칩의 연결 상태를 나타낸 회로도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 평면도, 종단면도 및 저면도이다. 이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 LED 패키지는, 한 쌍의 리드 프레임(100), 리드 프레임(100)을 수용하는 몰드 프레임(200), 리드 프레임(100) 상에 안착되는 LED 칩(300)과 제너 다이오드(500), LED 칩(300)과 제너 다이오드(500)를 밀봉하는 몰딩부(400)를 포함한다.
구체적으로 살펴보면, 리드 프레임(100)은 LED 칩(300)에 전원을 인가하기 위한 전극으로, 양극과 음극의 도전성 리드 전극(100a,100b)으로 구성된다. 몰드 프레임(200)은 LED 패키지의 몸체를 구성하며, 리드 프레임(100)을 수용하여 외부로부터 절연시키는 플라스틱 재질의 사출물로 이루어진다. 몰드 프레임(200)은 각 리드 전극(100a,100b)을 전기적으로 분리시키며, 각 리드 전극(100a,100b)의 단부는 전원 연결을 위하여 몰드 프레임(200)의 외부로 돌출된다. 몰드 프레임(200)의 내부에는 LED 칩(300)을 수용할 수 있도록 사각의 격벽 형상을 이루며, 일 측에는 빛이 출사되기 위한 개구부가 형성된다. LED 칩(300)은 LED 패키지의 광원으로, 몰드 프레임(200) 내부에서 리드 프레임(100) 상에 실장된다. 제너 다이오드(500)는 정전기 또는 역 전압으로부터 LED 칩(300)을 보호하기 위하여, LED 칩(300)과 병렬 연결되면서 리드 프레임(100) 상에 실장된다. 정전기 또는 역 전압으로부터 LED 칩(300)을 보호하기 위하여 다양한 종류의 보호 소자가 이용될 수 있으며, 제너 다이오드 외에 바리스터 등이 이용될 수도 있다. 몰딩부(400)는 LED 칩(300)과 제너 다이오드(500)를 보호하기 위한 구성으로, 형광체가 혼합된 몰딩재가 몰드 프레임(200) 내부를 밀봉하여 형성된다.
본 발명은 특히, 한 쌍의 리드 프레임(100) 상에 LED 칩(300)이 각각 실장되어 두 개의 LED 칩(300)에서 출사되는 빛에 의하여 높은 휘도를 발하는 LED 패키지를 구현한다. 또한, 리드 프레임(100)에는 컵 형상으로 함몰되어 반사 벽면을 형성하는 제1수용부(110)가 형성되고, 제1수용부(110) 내부에 LED 칩(300)이 각각 실장된다. LED 칩(300)에서 수평 방향으로 출사되는 빛은 제1수용부(110)의 벽면(111)에 반사되어 상측으로 진행 방향이 전환됨으로써, 빛의 누설을 최소화하여 휘도 향상을 도모한다.
또한, 일 측의 리드 프레임(100)에는 제너 다이오드(500)가 실장되는데, 리드 프레임(100)에는 제너 다이오드(500)가 실장되기 위하여 하측으로 함몰되는 제2수용부(120)가 형성된다. 제2수용부(120)는 제1수용부(110)와는 달리 제너 다이오드(500)를 LED 칩(300)에서 출사되는 빛으로부터 회피시키기 위한 것으로, 벽면(121)이 수직 형상을 이룬다. 또한, 제2수용부(120)의 깊이는 제너 다이오드(500)가 리드 프레임(100) 표면으로 돌출되지 않도록, 적어도 제너 다이오드(500)의 두께 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 광원인 LED 칩(300)은 벽면이 경사를 이루는 제1수용부(110)에 실장됨으로써, 측면으로 출사되는 광 손실을 최소화한다. 또한, 제너 다이오드(500)는 제2수용부(120) 내부에 인입되어 실장됨으로써, LED 칩(300)에서 출사되는 빛에 영향을 미치지 않게 된다. 즉, 본 발명의 LED 패키지는, 리드 프레임(100)에 형성되는 제1수용부(110) 및 제2수용부(120)의 구조에 의하여, 휘도와 지향각과 같은 광 특성에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 두 개의 LED 칩이 실장되는 LED 패키지의 구성을 예로 들었으나, 하나의 LED 칩만이 실장될 수도 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 몰드 프레임(200)에 수용되는 리드 프레임(100)의 일부는 몰드 프레임(200)의 저면으로 노출된다. 즉, 리드 프레임(100)에는 제1수용부(110)의 저면이 몰드 프레임(200)의 저면 외부로 노출되는 방열부(130)가 마련된다. LED 칩(300)은 구동시 많은 열이 발생하게 되므로, 발생된 열은 방열부(130)를 통하여 외부의 공기 중으로 방출될 수 있다. 즉, 본 발명의 LED 패키지는, 리드 프레임(100)에 형성되는 방열부(Heat slug, 130) 구조에 의하여, LED 칩(300)에서 발생하는 열에 의한 열화와 휘도 저하 현상을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지를 나타낸 평면도이고, 도 7은 도 6의 LED 패키지에서의 LED 칩의 연결 상태를 나타낸 회로도이며, 도 8은 도 6의 LED 패키지의 다른 예를 나타낸 평면도이고, 도 9은 도 8의 LED 패키지에서의 LED 칩의 연결 상태를 나타낸 회로도이다. 도 6 및 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지에는, 리드 프레임(100)에 보조 전극(100c)이 더 구비된다.
보조 전극(100c)은 양극과 음극의 리드 전극(100a,100b)과 전기적으로 절연되며, 단부가 몰드 프레임(200)의 외부로 돌출되도록 수용된다. 보조 전극(100c)에 의하여 한 쌍의 LED 칩(300)은 직렬 연결이 가능하다. LED 칩(300)은 와이어 본딩에 의하여 리드 프레임(100)과 전기적으로 연결되는데, 이때 연결되는 전극을 달리함으로써, LED 칩(300)은 직렬 또는 병렬로 구성될 수 있다. 도면을 살펴보면, 도 6과 같이 한 쌍의 리드 전극(100a,100b)만을 사용하여 와이어 본딩하는 경우 LED 칩(300)은 병렬로 연결된다. 이 경우, 도 7과 같이, 두 개의 LED 칩(300)과 하나의 제너 다이오드(500)가 병렬 연결되는 구성으로 나타낼 수 있다. 한편, 도 8과 같이, 보조 전극(100c)을 이용하여 와이어 본딩하는 경우, 두 개의 LED 칩(300)은 보조 전극(100c)을 중간 매개로 직렬로 연결된다. 이 경우, 도 9와 같이, 두 개의 LED 칩(300)은 직렬 연결되고, 제너 다이오드(500)는 직렬 연결된 두 개의 LED 칩(300)에 대하여 병렬로 연결되는 구성으로 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명에서는 보조 전극(100c)에 의하여 LED 칩(300)의 실장시 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결할 수 있다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : 리드 프레임 100a,100b : 리드 전극
100c : 보조 전극 110 : 제1수용부
120 : 제2수용부 130 : 방열부
200 : 몰드 프레임 300 : LED 칩
400 : 몰딩부 500 : 제너 다이오드

Claims (4)

  1. 한 쌍의 리드 전극을 구비하고, 어느 일 측의 상기 리드 전극에는 컵 형상으로 함몰된 제1수용부 및 제2수용부가 형성되는 리드 프레임;
    일 측이 개방되고, 상기 리드 프레임을 수용하는 몰드 프레임;
    상기 리드 프레임의 제1수용부에 실장되는 LED 칩;
    상기 리드 프레임의 제2수용부에 실장되는 보호 소자;
    상기 LED 칩 및 보호 소자를 밀봉하도록 상기 몰드 프레임 내부에 충진되는 몰딩부;를 포함하는 LED 패키지
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1수용부는,
    한 쌍의 상기 리드 전극에 각각 형성되고, 각 리드 전극의 제1수용부에 상기 LED 칩이 실장되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리드 프레임은,
    보조 전극을 더 포함하여, 한 쌍의 상기 LED를 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리드 프레임은,
    상기 리드 전극 저면이 상기 몰드 프레임의 저면 외부로 노출되어 방열부를 형성하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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