KR102739550B1 - 윈도우 기판에 범프를 포함한 led 패키지 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 광원이 발산하는 일측의 반대편인 타측에 전기적으로 접속되는 접속패드부가 구비된 발광소자; 상호 소정 간격을 두고 천공된 수개의 윈도우와, 상기 윈도우를 제외한 부분의 타면에 구비되어 외부와 전기적으로 연결시키는 연결패드와, 상기 윈도우와 근접한 상기 연결패드상에 구비된 제 1접촉면과, 상기 연결패드상에 상기 제 1접촉면보다 상기 윈도우로부터 외측에 구비된 제 2접촉면과, 상기 제 2접촉면에 구비된 솔더 볼을 포함하고, 상기 발광소자의 일단부가 상기 윈도우의 일측으로 돌출되도록, 상기 발광소자가 상기 윈도우에 관통배치되며, 상기 제 1접촉면과 상기 접속패드부가 도전성 와이어로 본딩되는 기판; 요홈이 형성되어 상기 발광소자의 상기 윈도우의 일측으로 돌출된 부분을 덮도록 상기 기판에 구비되되, 상기 요홈에 상기 발광소자의 상기 윈도우의 일측으로 돌출된 부분의 적어도 일부가 삽입되고, 상기 발광소자의 일측에서 발산하는 광원의 조사각을 확장시키는 경사면이 상기 요홈을 중심으로 양측에 구비된 형광성형부재; 및 상기 도전성 와이어 및 상기 솔더 볼의 일부가 잠기도록 상기 기판의 타면에 구비되되 상기 솔더 볼의 단부 일부가 돌출되게 상기 기판의 타면에 형성되는 방열층;을 포함하여, LED패키지에서 발산하는 광효율을 높일 수 있도록 광각의 극대화 및 반사 효율을 개선하여 LED칩의 광효율을 최대치로 구현 가능한 LED패키지를 제공할 수 있고, 와이어와 전도성 연결부의 발열부위에 직접적인 방열효과가 가능하며, 반사층에 의한 광손실이 보상되어 광특성을 최대치로 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법{LED Package Including Bump on the Window PCB and Manufacturing Method}

본 발명은 광원을 확산시킬 수 있는 윈도우 범프를 포함하는 LED 패키지와 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 전자부품이다.

또한, LED는 친환경성과 긴 수명 그리고 높은 효율 등의 장점으로 차세대 조명으로 각광받고 있으며, 이러한 LED는 그 응용범위가 실내 조명으로부터 옥외 가로등, 자동차 및 해양, 심해(undersea) 조명, 적외선 조명, 자외선 조명 등으로 더욱 확장되고 있다.

이러한 LED 특성을 결정하는 요소로는 색, 휘도 및 광변환 효율 등이 있는데, 이러한 제품의 특성은 LED 칩에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료와 그 구조에 의해 결정되지만, LED 칩을 실장하기 위한 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다.

따라서, 사용자 요구에 따른 발광 효과를 얻기 위해서는 LED 칩의 재료 또는 구조 이외에도, LED 패키지의 구조 및 그에 사용되는 재료 등도 개선할 필요가 있다.

특히, 최근에 LED 패키지의 사용 범위가 모바일 단말기와 같은 소형 조명에서 실내외의 일반조명, 자동차 조명, 대형 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(Backlight)로 그 적용범위가 점차 확대됨에 따라, 고효율 및 휘도를 향상시키고자 하는 노력이 진행되고 있다.

그러나, LED패키지는 기판에 실장된 LED칩에서 발산하는 광원이 조사되는데, LED칩의 조사각은 LED 칩의 측면에서 방사되는 광원을 활용하지 못하여 광원의 광효율이 낮아지는 문제가 있으며, 방사되는 광원에 의해 기판의 내구성에 문제가 있었다.

1. 대한민국등록특허 제10-0632003호 2. 대한민국등록특허 제10-0927120호

본 발명은 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, LED패키지에서 발산하는 광효율을 높일 수 있도록 광원의 발산 및 반사 효율을 개선하고 기판의 내구성을 향상시킬 수 있는 LED 패키지를 제공하려는데 있다.

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본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지는 광원이 발산하는 일측과, 광원이 발산하는 일측의 반대편인 타측에 전기적으로 접속되는 접속패드부가 구비된 발광소자; 상호 소정 간격을 두고 천공된 수개의 윈도우와, 상기 윈도우를 제외한 부분의 타면에 구비되어 외부와 전기적으로 연결시키는 연결패드와, 상기 윈도우와 근접한 상기 연결패드상에 구비된 제 1접촉면과, 상기 연결패드상에 상기 제 1접촉면보다 상기 윈도우로부터 외측에 구비된 제 2접촉면과, 상기 제 2접촉면에 구비된 솔더 볼을 포함하고, 상기 발광소자의 일단부가 상기 윈도우의 일측으로 돌출되도록, 상기 발광소자가 상기 윈도우에 관통 배치되며, 상기 제 1접촉면과 상기 접속패드부가 도전성 와이어로 본딩되는 기판; 요홈이 형성되어 상기 발광소자의 상기 윈도우의 일측으로 돌출된 부분을 덮도록 상기 기판에 구비되되, 상기 요홈에 상기 발광소자의 상기 윈도우의 일측으로 돌출된 부분의 적어도 일부가 삽입되고, 상기 발광소자의 일측에서 발산하는 광원의 조사각을 확장시키는 경사면이 상기 요홈을 중심으로 양측에 구비된 형광성형부재; 및 상기 도전성 와이어 및 상기 솔더 볼의 일부가 잠기도록 상기 기판의 타면에 구비되되 상기 솔더 볼의 단부 일부가 돌출되게 상기 기판의 타면에 형성되는 방열층;을 포함한다.
한편 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지의 제조방법은, 서로 소정간격 이격되어 천공된 윈도우, 윈도우를 제외하고 일면에 외부와 전기적으로 연결되는 연결패드, 윈도우와 근접하여 연결패드상에 구비된 제 1접촉면, 윈도우를 기준으로 제 1접촉면보다 멀리 구비된 제 2접촉면이 구비된 기판을 준비하는 S10단계; S10단계에서 제 2접촉면에 전기적으로 연결되는 솔더 볼을 생성시키는 S20단계; S20단계에서 기판의 타면에 윈도우와 근접하여 발광소자에서 발산되는 광원 중 일부를 반사시키는 광반사물질을 도포 또는 부착시켜 광반사층을 형성시키는 S30단계; S30단계에서 투명수지와 형광체를 혼합시킨 형광성형부재에 형성된 요홈을 기판의 윈도우에 대응시켜 기판의 타면에 부착하는 S40단계; S40단계에서 발광소자 일측에서 발산되는 광원이 기판의 타면측 방향을 향하여 발산하도록 발광소자의 일측이 윈도우를 통해서 기판의 타면측으로 돌출되게 삽입되고, 발광소자의 양 전극을 도전성 와이어로 발광소자에 구비된 접속패드부와 제 1접촉면을 전기적으로 접속시키는 S50단계; 및 S50단계에서 기판의 도전성 와이어와 솔더 볼의 일부가 잠기도록 하되, 솔더 볼의 나머지 일부가 돌출되게 방열층을 형성시키는 S60단계;를 포함한다.

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본 발명은 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

첫째로, 본 발명의 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법에 따르면, LED패키지에서 발산하는 광효율을 높일 수 있도록 광각의 극대화 및 반사 효율을 개선하여 발광소자의 광효율을 최대치로 구현 가능한 LED패키지를 제공할 수 있는 효과가 있다.

둘째로, 본 발명의 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법에 따르면, 와이어와 전도성 연결부의 발열부위에 직접적인 방열효과가 가능하며, 반사층에 의한 광손실이 보상되어 광특성을 최대치로 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지를 나타내는 도이다.
도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지를 제조방법을 나타내는 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지의 제조방법에 대한 순서를 나타내는 도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

본 발명에 있어서 "~상에"라 함은 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간적접으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지를 나타내는 도이고, 도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지를 제조방법을 나타내는 도이며, 도 10은 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지의 제조방법에 대한 순서를 나타내는 도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지에 대한 일실시예를 설명하기로 한다.

도 1을 참고하여 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지에 대하여 설명하면, 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지는 광원이 발산하는 일측(11)과, 광원이 발산하는 일측(11)의 반대편인 타측에 전기적으로 접속되는 접속패드부(12)가 구비된 발광소자(10)와, 상호 소정 간격을 두고 천공된 수개의 윈도우(21)와, 윈도우(21)를 제외한 부분의 타면에 구비되어 외부와 전기적으로 연결시키는 연결패드(22)와, 윈도우(21)와 근접한 연결패드(22)상에 구비된 제 1접촉면(221)과, 연결패드(22)상에 제 1접촉면(221)보다 윈도우(21)로부터 외측에 구비된 제 2접촉면(222)과, 제 2접촉면(222)에 구비된 솔더 볼(23)을 포함하고, 발광소자(10)의 일단부가 윈도우(21)의 일측으로 돌출되도록, 발광소자(10)가 윈도우(21)에 관통배치되며, 제 1접촉면(221)과 접속패드부(12)가 도전성 와이어(25)로 본딩되는 기판(20)과, 요홈(41)이 형성되어 발광소자(10)의 윈도우(21)의 일측으로 돌출된 일측(11)이 일부 삽입되고, 발광소자(10)의 일측(11)에서 발산하는 광원의 조사각을 확장시키는 경사면(42)이 요홈(41)을 중심으로 양측에 구비된 형광성형부재(40) 및 도전성 와이어(25) 및 솔더 볼(23)의 일부가 잠기되 솔더 볼(23)의 단부 일부가 돌출되어 노출되게 기판(20)의 타면에 형성되는 방열층(30)을 포함한다.

발광소자(10)는 광원을 발산하는 일측(11)과, 일측의 반대편인 타측에 외부와 전기적으로 접속되는 접속패드부(12)가 구비될 수 있다. 발광소자(10)는 상기에서 이미 설명한 바 있으며, 발광소자(10)는 일반적으로 기판(PCB; Printed Circuit Board) 상에 장착되어 기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

윈도우(21)는 기판(20)에 상호 소정 간격을 두고 천공되어 수개가 구비될 수 있다. 윈도우(21)는 발광소자(10)의 일측(11)이 통과할 수 있는 크기로 천공(관통)되어 기판(20)의 일면에서 타면으로 일측(11)이 타면을 향하여 돌출되게 구비될 수 있다.

윈도우(21)는 발광소자(10)가 삽입(실장)된 기판(20)과의 사이에 실리콘, 폴리머 수지 계열로 이루어질 수 있고, 경우에 따라서는 HPL(High Pressure Laminate) 또는 세라믹 계열, 세라믹 HPL 등의 재질로 이루어질 수도 있다.

연결패드(22)는 윈도우(21)를 제외한 일면(201)에 외부와 전기적으로 연결되어 구비되어, 윈도우(21)와 근접한 연결패드(22)상에 구비된 제 1접촉면(221)과, 연결패드(22)상에 제 1접촉면(221)보다 윈도우(21)로부터 외측에 구비된 제 2접촉면(222)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

제 1접촉면(221)은 윈도우(21)와 근접한 연결패드(22)상에 구비되어 연결패드(22)와 발광소자(10) 간 전기적으로 접속(또는 연결 등)되도록 전기전도도가 높은 재질로 구비될 수 있다.

제 2접촉면(222)은 연결패드(22)상에 제 1접촉면(221)보다 윈도우(21)로부터 외측에 구비되어, 연결패드(22)와 솔더 볼(23) 간 전기적으로 접속될 수 있도록 전기전도도가 높은 재질로 구비될 수 있다. 제 2접촉면(222)에는 전기적으로 접속되는 솔더 볼(23)이 구비될 수 있다.

기판(20)은 윈도우(21)를 통해서 발광소자(10)의 일측(11)이 기판(20)의 타면(202)으로 일부 돌출된다. 또, 기판(20)의 제 1접촉면(221)은 발광소자(10)의 접속패드부(12)가 와이어 본딩되어 전기적으로 접속되며, 도전성 와이어(25)와 솔더볼(23)이 기판(20)의 타면(202)에 같이 형성될 수 있다.

한편, 솔더 볼의 크기로 인하여 기판의 크기가 커지게 되어 부피가 커짐에 따라 슬림한 디자인을 하는데 어려움이 따른다. 때문에 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 연결패드와 솔더 볼 사이에 필라범프를 포함할 수 있다.

이러한 필라범프(24)는 도 9를 참고하여 설명하면, 제 2접촉면(222)상에는 돌출되어 제 2접촉면(222)과 솔더 볼(23)을 전기적으로 접속시키도록 포함할 수 있다.

필라범프(24)는 제 2접촉면(222)상에 돌출되어 제 2접촉면(222)과 솔더 볼(23)을 전기적으로 접속시킬 수 있다.

필라범프(24)는 기둥형으로 돌출되어져 금속 재질의 충진재로 구비될 수 있다. 여기서 충진재는 전도성이 좋은 재질로서, 예컨대, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu), 백금(Pt), 크롬(Cr), 주석(Sn) 중의 어느 하나로 구성될 수 있고, 바람직하게는 구리(Cu)로 구비하여 비용절감의 효과를 나타낼 수 있다.

필라범프(24)는 일측이 제 2접촉면(222)에 연결되고, 타측이 솔더 볼(23)에 연결되어, 제 2접촉면(222) 즉, 연결패드(22)와 솔더 볼(23)간 전기적 접속이 되도록 연결시킨다.

예컨대, 필라범프(24)는 소정의 높이를 가질 수 있으며, 바람직하게는 기판(20)과 다른 기판 사이를 격리하도록 형성되는 언더필(underfill)과 같은 방열층(30)에 의해 필라범프(24)들 상호 간에는 절연 격리가 이루어질 수 있다.

이에 따르면, 필라범프(24)는 후술하는 방열층(30)에 의해 전도성 와이어(25)와 같이 잠기도록 구비되고, 솔더 볼(23)의 일부도 잠기되, 솔더 볼(23)의 다른 일부는 방열층(30) 외부로 돌출되어 다른 기판 등과 전기적으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 초슬림 패키지를 구현할 수 있게 되어 제품 디자인의 다양성을 확보할 수 있어 경쟁력 있는 효과가 있다. 초슬림한 디자인의 제품 양산이 가능한 효과가 있다.

다시 도 1을 참고하면, 기판(20)의 일면(201)에는 전기적으로 발광소자(10)와 접속되어 발광소자(10)의 작동에 따라 높은 발열이 발생하는 문제가 있다. 때문에 기판(20)의 일면(201)에 발열을 냉각시켜주는 방열층(30)을 포함할 수 있다.

방열층(30)은 도전성 와이어(25) 및 솔더 볼(23)의 일부가 잠기도록 기판(20)의 일면(201)에 구비되되, 솔더 볼(23)의 단부 일부가 돌출될 수 있다. 방열층(30)은 열 전도성이 우수한 에폭시 수지로 구비되어, 발광소자(10)와 기판(20)사이에서 발생하는 열을 분산시킬 수 있다.

예컨대, 방열층(30)은 에폭시 수지, 방열제, 에폭시 경화제, 활성제, 경화촉진제를 포함할 수 있다. 에폭시 수지는 비스페놀 A 타입, 비스페놀 F 타입, 페놀 노볼락, 및 크레졸 노볼락 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 에폭시 수지는 5 중량부 미만일 경우 방열성이 낮아지고, 80 중량부를 초과할 경우 솔더링 효율이 낮아지기 때문에, 100 중량부에 5 내지 80중량부로 구비되는 것이 바람직할 것이다.

또, 방열제는 BN, Al2O3, SiO2, 카본나노튜브(CNT), 및 그라파이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 방열제의 입자는 10㎛를 초과하면 솔더 볼의 솔더링의 효율이 떨어질 수 있기 때문에 10㎛ 이하가 바람직할 것이다.

에폭시 경화제는 무수물, 아민, 아민 변성 잠재성 경화제, 이미다졸계 경화제, 및 폐놀계 경화제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 에폭시 경화제는 에폭시 수지와 1:1 당량비로 포함되는 것이 바람직할 것이다.

에폭시 경화제 함량이 당량비 미만일 경우는 수지 경화상태가 좋지 않아 부서지기 쉽거나 강도가 약해질 수 있고, 초과할 경우에는 미경화 잔존물이 남아 열이 가해지면 재반응이 일어나 신뢰성에 문제가 된다.

또한, 활성제는 말레산 무수물, 테트라 하이드로 프탈산 무수물(THPA), 메틸-테트라 하이드로 프탈산 무수물 (Me-THPA), 헥사 하이드로 프탈산 무수물(HHPA), 및 산(acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으며 활성제들은 솔더볼의 산화막 제거를 용이하게 하여 솔더링을 원활하게 하고, 수지가 경화되는 것을 도와주는 역할을 할 수 있고, 경화촉진제는 잠재성 경화제 및 이미다졸계 경화촉진제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 혼합되어질 수 있다.

이에 따르면, 기판(20)의 일면에는 전기적으로 발광소자(10)와 전기적으로 접속되고, 발광소자(10)의 작동에 따라 발생하는 발열을 방열층(30)과 열교환시켜 LED 패키지의 내구성을 향상시킬 수 있다.

방열층(30)은 필라범프(24)의 길이만큼의 두께를 갖기 때문에 발광소자(10)에서 발생하는 발열과 열교환되어 냉각 효율이 향상될 수 있다.

한편, 발광소자(10)는 일측(11)을 통하여 광원을 발산하게 되는데 일반적으로 일측(11)의 조사각은 한정되어 있기 때문에 일측(11)에서 발산하는 광원의 조사각 외에는 광원이 조사되지 못하는 문제가 있었다.

때문에 발광소자(10)에서 발산하는 광원의 조사각을 더 넓혀 조사영역을 확장시킬 수 있도록 일측(11) 및 발광소자(10)에 근접한 기판(20)의 일부를 형광성형부재(40)로 덮도록 구비하여 광원의 조사각을 넓게 확장시킬 수 있다.

형광성형부재(40)는 기판(20)의 타면(202)을 덮으며 발광소자(10)의 일측(11) 일부가 삽입되는 요홈(41)과, 일측(11)에서 발산하는 광원의 조사각을 확장시키는 경사면(42)이 구비될 수 있다.

형광성형부재(40)는 발광소자(10)의 일측(11) 일부가 삽입되게 소정간격 이격되어 수개의 요홈(41)이 성형되며, 일실시예에 의하면 기판에 구비되는 발광소자의 간격에 맞춰 구비될 수 있다.

형광성형부재(40)는 요홈과 다른 요홈 사이를 절개하여 LED칩 패키지를 이루게 되는데 이때 절개되는 면에 경사진 경사면(42)이 형성될 수 있다.

경사면(42)은 일측(11)이 안착되는 요홈(41)을 향하여 내각이 작은 경사를 이룰 수 있다. 때문에, 형광성형부재(40)는 일측(11)을 통해서 발산하는 광원이 경사면(42)을 투과하여 외부로 조사되기 때문에 측면을 활용할 수 있게 되어 넓은 각도(광각)로 광원이 발산되어 조사각이 확장될 수 있는 효과가 있다.

형광성형부재(40)는 발광소자(10)를 보호하는 본래의 기능 외에 출광면의 형상에 의해 렌즈의 기능을 하여 광원을 투과 또는 굴절시킬 수 있다.

형광성형부재(40)는 발광소자(10)에서 발생하는 자외선을 흡수하는 자외선 흡수제 또는 단색광을 백색광으로 변환시키는 형광 물질 등을 함유하여, 광에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 발하는 형광체가 개재될 수 있다.

형광성형부재(40)는 발광소자(10)가 실장된 결과물상에 기판(20)의 상부면의 높이와 동일하도록 도포되어 몰딩된다.

형광성형부재(40)는 롤링, 스프레이 및 스퀴징 방식 등 중 어느 하나의 방식으로 도포될 수 있으며, 이에 한정되지는 아니하고 다양한 방식에 의해 형성될 수 있다.

여기서, 형광성형부재(40)는 발광소자(10)의 일측(11)을 전체를 덮으며, 일측(11)의 일부가 요홈(41)에 삽입되어, 일측(11)에서 발광된 광원이 투과될 수 있도록 투명수지 즉, 실리콘과 형광체가 혼합된 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 형광성형부재(40)는 발광소자(10)에서 발생한 빛을 최소한의 손실로 통과시킬 수 있다. 형광성형부재(40)는 일반적으로 불투명 또는 반사율이 큰 수지로 성형되고, 사출공정이 용이한 폴리머 수지를 이용하여 패키지 본체를 구성하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 수지재로 성형할 수 있다.

형광성형부재(40)는 높은 투명도의 수지로 선택된다. 바람직하게는 탄성 수지를 사용할 수 있다. 탄성 수지는 실리콘 등의 젤 형태의 수지를 말하며, 황변(yellowing)과 같은 단파장의 빛에 의한 변화가 매우 적고 굴절률 또한 높기 때문에 우수한 광학적 특성을 갖는다.

또한, 에폭시와는 달리 경화 작업 이후에도 젤이나 탄성체(elastomer) 상태를 유지하기 때문에, 열에 의한 스트레스, 진동 및 외부 충격 등으로부터 발광소자(10)를 보다 안정적으로 보호할 수 있다.

예컨대, 형광성형부재(40)는 발광소자(10)에서 발생하는 자외선을 흡수하는 자외선 흡수제 또는 단색광을 백색광으로 변환시키는 형광 물질 등이 함유될 수도 있다.

여기서는 형광성형부재(40)는 자외선 습수제, 단색광을 백색광으로 변환시키는 형광 물질이 포함되는 것으로 설명하였으나, 이는 일 예에 의한 것으로 사용자의 선택에 의해 다른 형광 물질이 포함되어질 수 있다.

한편, 발광소자(10)에서 발산하는 광원 중 일부가 측면으로 발산하게 되며, 이러한 광원이 방사되어 기판 등에 흡수되기 때문에 사용자가 목적으로 하는 광효율을 얻지 못하여 발광소자(10)의 효율이 낮아지고, 광원에 의한 열로 인하여 기판(20)이 점점 검은색으로 변색되거나 휨이 발생하여 내구성에 문제가 있었다.

이에 따라, 기판(20)은 발광소자(10)에 근접한 기판(20)의 타면(202)에 방사되는 광원을 반사시키는 광반사층(50)을 포함할 수 있다.

광반사층(50)은 기판(20)의 타면(202)과 형광성형부재(40) 사이에 일측(11)에서 발산하는 광원 중 일부가 기판(20)을 향하여 반사된 광원을 형광성형부재(40)를 향하여 반사시키는 광반사물질이 도포 또는 부착될 수 있다.

광반사층(50)은 발광소자(10)의 측면에서 발산되는 광원을 기판(20)의 타면(202)을 향하는 전면으로 즉, 형광성형부재(40)측으로 반사시켜 광효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 광반사층(50)의 이용은 발광소자(10)으로부터의 광추출 효율을 증가시킬 수 있다.

광반사층(50)은 소자의 사용시간이 경과함에 따라 폴리머 수지로 된 기판(20)의 빛이나 열에 의하여 점점 검은색으로 변색되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 광반사층(50)에 의해 변색이 방지되고 휘도 신뢰성을 향상시키며, 휘도의 증가는 같은 휘도를 얻기 위해 적은 전력을 이용할 수 있음을 의미하며, 이에 따라 방열 설계가 용이하게 이루어질 수 있다.

한편 광반사층(50)은 기판(20)과 외부 전극을 분리하는 역할을 수행하며, 세라믹 재질을 포함하고 있어 절연층으로서의 기능을 수행할 수 있다.

광반사층(50)은 반사율을 높이기 위하여 세라믹 분말과 함께 TiO2, ZrO2, ZnS, ZnO 중 하나 이상의 물질을 혼합한 재질이거나, 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 분말에서 유리 성분을 개질한 재질을 포함할 수 있다.

또한, 세라믹 분말에 상기 언급한 반사성 물질을 혼합하여 사용하기 때문에, 절연층의 역할을 수행하는 동시에 반사효율이 높은 반사면으로서도 작용하여, 반사율을 높이는 기능을 수행한다.

특히, 세라믹 재질을 포함하고 있어 내열성이 높기 때문에, 높은 열로 소결하더라도 변형되지 않고 반사층으로 서의 기능을 충분히 수행할 수 있는 장점이 있다.

이를 통해, 반사율이 좋은 한편, 광반사층(50)으로 인해 강도가 증가하며, 외부 전극의 열확산층에 의해 열저항면에서 성능이 개성된 정전기 방지 기능을 갖춘 LED 패키지를 제조할 수 있다.

이러한 광반사층(50)의 반사 물질로는 도료, 잉크 등이 사용될 수 있다. 잉크의 예로는 TiO2-티탄화이트가 주성분인 UV 경화형 백색 잉크 등일 수 있다.

도료가 기판(20)의 타면(202)에 도포되어 막(광반사층(50))이 형성되거나, 잉크가 실크 스크린 인쇄, 스탬핑 인쇄 등의 방법으로 기판(20)에 인쇄됨으로써 막(광반사층(50))이 형성된다.

또한, 광반사층(50)의 재료로는 합성수지에 백색안료를 타서 사용하거나 합성수지에 미세한 구멍을 다수 생성시킨 백색 플라스틱 필름이 사용될 수 있다.

그러므로 평면 광원의 휘도(輝度)를 상승시키는 수단으로 형광등의 광원자체의 휘도를 상승시키거나 확산재의 투과율을 상승시키는 것 이외에 상기 광반사 재료의 광 반사율을 상승시키는 방법이 일반적으로 이루어지고 있다.

아울러, 광반사층(50)은 광반사 재료의 광반사율을 상승시키는 방법으로는 백색 플라스틱 필름을 여러장 중합하거나 필름자체의 두께를 두껍게 하여 광반사율을 상승시킬 수 있다.

즉, 광반사층(50)은 반사물질을 도포 또는 인쇄하거나 진공증착에 의하여 광반사층(50)을 형성하기 때문에 제조 공정이 단순하고 생산 비용이 저렴한 효과가 있으며, 진공증착에 의한 은막으로 형성시킬 수 있다.

이와 같은 광반사층(50)에 의하면, 발광소자(10)에서 방사되는 광원을 반사시킬 수 있게되어 효율성이 높아지고, 내구성 문제도 해소할 수 있다. 또한, 광반사층(50)은 기판(20)의 중량을 가볍게 하고 두께를 얇게할 수 있게 되어 중량도 가벼워져 원가절감의 효과가 있다.

도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지를 제조방법을 나타내는 도이고, 도 10은 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지의 제조방법에 대한 순서를 나타내는 도이다.

도 2 내지 도 9를 참고하여 본 발명에 따른 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지의 제조방법에 대한 순서를 설명하면, 먼저, 도 2 및 도 10을 참고하면, S10단계는 서로 소정간격 이격되어 천공된 윈도우(21), 윈도우(21)를 제외하고 일면에 외부와 전기적으로 연결되는 연결패드(22), 윈도우(21)와 근접하여 연결패드(22)상에 구비된 제 1접촉면(221), 윈도우(21)를 기준으로 제 1접촉면(221)보다 멀리 구비된 제 2접촉면(222)이 구비된 기판(20)을 준비한다.

도 3 및 도 10을 참고하면, S20단계는 제 2접촉면(222)에 전기적으로 연결되는 솔더 볼(23)을 생성시킨다.

도 4 및 도 10을 참고하면, S30단계는, 기판(20)의 타면(202)에 윈도우(21)와 근접하여 일측(11)의 측면에서 발산하는 광원을 반사시키는 광반사물질을 도포 또는 부착시켜 광반사층(50)을 형성시킨다.

도 5 및 도 10을 참고하면, S40단계는 투명수지와 형광체를 혼합시킨 형광성형부재(40)에 형성된 요홈(41)을 기판(20)의 윈도우(21)에 대응시켜 기판(20)의 타면에 부착한다.

도 6 내지 도 7, 도 10을 참고하면, S50단계는 발광소자(10) 일측(11)에서 발산되는 광원이 기판(20)의 타면측 방향을 향하여 발산하도록 발광소자(10)의 일측(11)이 윈도우(21)를 통해서 기판(20)의 타면측으로 돌출되게 삽입되고, 발광소자(10)의 양 전극을 도전성 와이어(25)로 발광소자(10)에 구비된 접속패드부(12)와 제 1접촉면(221)을 전기적으로 접속시킨다.

도 8 및 도 10을 참고하면, S60단계는, 기판(20)의 도전성 와이어(25)와 솔더 볼(23)의 일부가 잠기도록 하되, 솔더 볼(23)의 나머지 일부를 돌출되게 노출시켜 방열층(30)에 의해 발광소자(10)와 기판(20)사이에서 발생하는 열을 분산하여 냉각시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명의 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지 및 이의 제조방법에 따르면, LED패키지에서 발산하는 광효율을 높일 수 있도록 광각의 극대화 및 반사 효율을 개선하여 발광소자의 광효율을 최대치로 구현 가능한 LED패키지를 제공할 수 있고, 와이어와 전도성 연결부의 발열부위에 직접적인 방열효과가 가능하며, 반사층에 의한 광손실이 보상되어 광특성을 최대치로 확보할 수 있는 효과가 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 발광소자
20: 기판
30: 방열층
40: 형광성형부재
50: 광반사층

Claims (4)

1. 광원이 발산하는 일측의 반대편인 타측에 전기적으로 접속되는 접속패드부가 구비된 발광소자;
   상호 소정 간격을 두고 천공된 수개의 윈도우와, 상기 윈도우를 제외한 부분의 타면에 구비되어 외부와 전기적으로 연결시키는 연결패드와, 상기 윈도우와 근접한 상기 연결패드상에 구비된 제 1접촉면과, 상기 연결패드상에 상기 제 1접촉면보다 상기 윈도우로부터 외측에 구비된 제 2접촉면과, 상기 제 2접촉면에 구비된 솔더 볼을 포함하고, 상기 발광소자의 일단부가 상기 윈도우의 일측으로 돌출되도록, 상기 발광소자가 상기 윈도우에 관통배치되며, 상기 제 1접촉면과 상기 접속패드부가 도전성 와이어로 본딩되는 기판;
   요홈이 형성되어 상기 발광소자의 상기 윈도우의 일측으로 돌출된 부분을 덮도록 상기 기판에 구비되되, 상기 요홈에 상기 발광소자의 상기 윈도우의 일측으로 돌출된 부분의 적어도 일부가 삽입되고, 상기 발광소자의 일측에서 발산하는 광원의 조사각을 확장시키는 경사면이 상기 요홈을 중심으로 양측에 구비된 형광성형부재; 및
   상기 도전성 와이어 및 상기 솔더 볼의 일부가 잠기도록 상기 기판의 일면에 구비되되 상기 솔더 볼의 단부 일부가 돌출되게 상기 기판의 타면에 형성되는 방열층;을 포함하는 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 서로 소정간격 이격되어 천공된 윈도우, 윈도우를 제외하고 일면에 외부와 전기적으로 연결되는 연결패드, 윈도우와 근접하여 연결패드상에 구비된 제 1접촉면, 윈도우를 기준으로 제 1접촉면보다 멀리 구비된 제 2접촉면이 구비된 기판을 준비하는 S10단계;
   S10단계에서 제 2접촉면에 전기적으로 연결되는 솔더 볼을 생성시키는 S20단계;
   S20단계에서 기판의 타면에 윈도우와 근접하여 발광소자에서 발산되는 광원 중 일부를 반사시키는 광반사물질을 도포 또는 부착시켜 광반사층을 형성시키는 S30단계;
   S30단계에서 투명수지와 형광체를 혼합시킨 형광성형부재에 형성된 요홈을 기판의 윈도우에 대응시켜 기판의 타면에 부착하는 S40단계;
   S40단계에서 발광소자 일측에서 발산되는 광원이 기판의 타면측 방향을 향하여 발산하도록 발광소자의 일측이 윈도우를 통해서 기판의 타면측으로 돌출되게 삽입되고, 발광소자의 양 전극을 도전성 와이어로 발광소자에 구비된 접속패드부와 제 1접촉면을 전기적으로 접속시키는 S50단계; 및
   S50단계에서 기판의 도전성 와이어와 솔더 볼의 일부가 잠기도록 하되, 솔더 볼의 나머지 일부가 돌출되게 방열층을 형성시키는 S60단계;를 포함하는 윈도우 기판에 범프를 포함한 LED 패키지의 제조방법.
   

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