KR100969145B1 - 발광 다이오드조명 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드조명 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 길이방향의 일측과 타측에 다수의 돌출부가 상면에 형성된 방열 부재와 상기 방열 부재를 덮으며 상기 돌출부 테두리 일부가 노출되도록 측면 일부가 개구된 끼움홈을 갖는 인쇄회로 기판과 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되며, 상기 돌출부를 통해 노출된 방열 부재에 실장 되는 발광다이오드 패키지를 포함하도록 한다.

Description

발광 다이오드조명 모듈 및 그 제조방법{LIGHTING MODULE USING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 발광 다이오드조명 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열 부재의 형상에 맞게 제작된 인쇄회로 기판을 갖는 발광 다이오드조명 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode)는 반도체의 P-N 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 광을 발생시킨다. 이러한 발광 다이오드는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점을 가지므로, 다양한 디스플레이 장치 및 광원으로서 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 발광 다이오드의 광효율은 대략 20~30% 정도이며, 1W의 소모전력을 가지는 발광 다이오드의 광효율을 20%로 보았을 때, 열로 발생되는 소모전력 비율은 80% 정도이다. 이렇게 발광 다이오드 칩에서 발생되는 많은 열은 발광 다 이오드의 수명과 밝기에 영향을 준다. 또한, 발광 다이오드가 실장되는 인쇄회로 기판(Printed Circuit Board: PCB)의 노화 및 기타 주변 부품에 손상을 입히게 되어 발광 다이오드를 사용한 장치의 신뢰성을 떨어뜨리는 요인이 된다.

이러한 이유로 발광다이오드 칩의 방열을 위해 많은 방법이 사용되고 있는 실정이다. 특히 최근 사용량이 늘어나고 있는 고출력의 발광다이오드의 경우 열에 의한 열화를 방지하기 위해, 가장 효율적인 방법인 발광다이오드 칩의 저면을 통해 열의 발산이 이루어지고 있다. 종래의 발광다이오드 패키지의 방열구조는 상대적으로 복잡하고 공기와의 열전달에 의해 방열이 이루어지고 있으므로 충분한 냉각 효과를 기대하기 어렵다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 과제는 방열 특성을 향상시켜 발광다이오드 칩의 수명 연장 및 광효율을 향상시킬 수 있는 개선된 발광다이오드 조명 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 길이방향의 일측과 타측에 다수의 돌출부가 상면에 형성된 방열 부재와 상기 방열 부재를 덮으며 상기 돌출부 테두리 일부가 노출되도록 측면 일부가 개구된 끼움홈을 갖는 인쇄회로 기판과 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되며, 상기 돌출부를 통해 노출된 방열 부재에 실장 되는 발광다이오드 패키지를 포함하도록 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 방열 부재의 길이방향 일측 단부와 타측 단부에 다수의 돌출부를 형성하는 단계와 상기 방열 부재의 돌출부에 대응되는 홈을 갖는 인쇄회로 기판을 마련하는 단계와 상기 인쇄회로 기판을 상기 방열 부재와 결합하는 단계와 발광 다이오드를 인쇄회로 기판과 노출된 방열 부재 상에 실장하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 발광다이오드 조명 모듈 및 그 제조 방법은 공정이 단순하고 쉽게 모듈화할 수 있어 생산성을 향상시키며, 발광다이오드 칩의 수명단축 원인 중 하나인 열 발생을 줄여 발광다이오드 칩의 수명과 광효율을 향상시키는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 조명 모듈을 나타낸 사시도이며, 도 2a는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ’의 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ’의 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2b를 참조하면, 발광다이오드조명 모듈(1)은 방열 부재(100), 인쇄회로 기판(200) 및 발광다이오드 패키지(300)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 방열 부재(100)는 플레이트 형상으로 상부에 일정한 높이로 돌출된 돌출부(170)가 형성될 수 있다.

상기 돌출부(170)는 방열 부재(100)의 상면에 적어도 하나가 형성되고, 길이방향의 양측에 마주보며 형성될 수 있다.

또한, 후술 될 발광다이오드 패키지(300)의 형상에 따라 돌출부(170)의 형상은 다양한 형상의 변형실시가 가능하다. 이때, 방열 부재(100)는 발광다이오드 칩(310)의 열을 외부로 효과적으로 방출하기 위하여, 열전도도가 매우 우수한 금속 성의 물질을 사용하게 된다. 그리고 방열 부재(100)의 상면을 제외한 나머지 면에 공기와의 접촉면적을 높이기 위해 표면이 요철형상으로 형성될 수도 있다.

상기 인쇄회로 기판(200)은 상기 방열 부재(100)의 돌출부(170)와 대응하는 위치에 돌출부(170) 테두리의 일부가 노출되도록 개구된 형태의 끼움홈(380)이 형성될 수 있다. 이러한 끼움홈(380)을 통해 인쇄회로 기판(200)은 간단히 돌출부(170)와 결합할 수 있으며, 외부와 접촉하는 방열 부재(100)의 면적이 넓어져 발광다이오드 칩의 발열을 극대화할 수 있다. 또한, 돌출부와 인쇄회로 기판 각각에 대응하도록 상기 돌출부의 위치 및 치수를 정확히 일치시키지 않아도 단순한 얼라인 공정을 통해 결합할 수 있다. 따라서 돌출부(170)를 제외한 방열 부재(100) 상면에 인쇄회로 기판(200)이 형성된다.

인쇄회로 기판(200)은 여러 종류의 회로 패턴이 형성되어 전자부품을 전기적으로 연결해주는 기능 이외에 각종 전자부품을 실장 하며, 부품들을 기계적으로 고정시켜 주는 역할도 한다. 여기서 방열 부재(100)와 결합된 인쇄회로 기판(200)의 상면은 돌출부(170)의 상면과 평탄면을 이룰 수 있다.

한편, 인쇄회로 기판(200)과 방열 부재(100) 사이에 절연층(미도시)이 더 형성될 수도 있다. 이때 절연층은 방열 부재(100)와 인쇄회로 기판(200)의 전기적 접촉 및 충격을 방지하는 역할을 하게 된다. 또한, 인쇄회로 기판(200)과 방열 부재(100)의 결합을 위해 접착제 및 테이프가 사용될 수 있다.

상기 발광다이오드 패키지(300)는 방열 부재(100)의 노출된 돌출부(170)의 상면에 실장 되며, 인쇄회로 기판(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.

발광다이오드 패키지(300)는 발광다이오드 칩(310), 패드 프레임(320), 히트 싱크 프레임(330), 접착 시트(340), 와이어(350), 하우징(360) 및 몰딩재(370)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 패드 프레임(320)에는 전극으로 사용될 수 있는 다수의 도전성 리드(미도시) 들이 형성될 수 있다.

상기 히트 싱크 프레임(330)에는 발광다이오드 칩(310)이 실장되며, 실장된 발광다이오드 칩(310)의 구동시 발생된 열이 히트 싱크 프레임(330)을 통해 외부로 방출된다. 따라서 히트 싱크 프레임(330)이 방열 부재(100)의 돌출부(170)상에 놓임으로써, 방열 구조를 부가하는 방법으로 방열 면적을 증가시켜 방열 특성이 크게 향상된다.

상기 패드 프레임(320) 및 상기 히트 싱크 프레임(330) 중 적어도 패드 프레임(320)은 상기 하우징(360)의 측벽을 관통하여 외부로 노출될 수 있다. 외부로 노출된 패드 프레임(320)은 발광다이오드 패키지(300)의 전극 역할을 하며, 다양한 형상의 변형실시가 가능하다.

상기 접착 시트(340)는 절연물로서, 상기 히트 싱크 프레임(330)과 패드 프레임(320) 사이의 쇼트(Short)는 접착 시트(340)를 이용하여 막을 수 있다. 또한, 접착 시트(340)를 통하여 패드 프레임(320)과 히트 싱크 프레임(330)이 결합 될 수 있다.

상기 와이어(350)는 패드 프레임(320)과 발광다이오드 칩(310)을 전기적으로 연결하게 된다.

상기 하우징(360)은 도전성 리드를 둘러싸고 있으며, 발광다이오드 칩(310)과 패드 프레임(320)의 일부분이 외부로 노출된 홈(375)을 가질 수 있다. 상기 홈(375)을 형성하는 하우징(360) 내면은 노출된 패드 프레임(320)에 대해 소정각도를 이루도록 비스듬히 형성되어 반사판으로의 기능을 하게 된다. 상기 반사판은 발광다이오드 칩(310)으로부터 발광 되는 빛을 반사하여 분산되는 것을 방지하기 위한 역할을 하게 된다. 또한, 패드 프레임(320)을 보호하고 지지하는 지지체의 역할을 할 수 있다.

상기 홈(375)은 히트 싱크 프레임(330)에 실장된 발광다이오드 칩(310)을 외부로부터 보호하기 위한 몰딩재(370)로 채워질 수 있다.

도 3a 내지 도 3f 및 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드조명 모듈의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

상기 방열 부재(100)는 알루미늄 또는 구리 등의 금속 플레이트가 사용될 수 있다. 따라서 방열 부재(100)의 돌출부의 형성은 에칭(Etching)의 방법이 사용될 수 있다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 먼저 돌출부가 형성될 금속 플레이트 상부면에 네거티브(Negative)의 감광 성질을 가지고 있는 포토레지스트(Photoresist)(110)가 도포된다.

그리고 모터에 의한 회전력에 의해 금속 플레이트가 회전되어 도포된 포토레지스트(110)가 상부면에 코팅된다. 코팅된 포토레지스트(110) 상부에 패턴이 새겨 진 마스크(Mask)(150)를 얼라인(Align) 시킨다. 얼라인된 마스크(150)에 광이 조사된다. 네거티브 포토레지스트는 노광 및 현상 공정시 노광된 부분의 포토레지스트(110a)는 존재하고, 노광 되지 않은 부분의 포토레지스트(110b)는 제거되는 특성이 있다.

한편 포토레지스트(110)는 포지티브 포토레지스트일 수도 있다. 이 경우 마스크는 상기 마스크(150)과 역상일 수 있다. 포지티브 포토레지스트는 상기 네거티브 포토레지스트와 반대로 노광 및 현상 공정시 노광된 부분의 포토레지스트가 제거되고 노광 되지 않은 부분의 포토레지스트는 존재하게 된다.

도 3c 및 도 3d를 참조하면, 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 포토레지스트가 노광(Exposure) 및 현상 됨으로써 포토레지스트 패턴(110a)이 형성된다. 구체적으로, 포토레지스트(110)는 빛을 받은 부분이 감응하게 되는 것을 이용하게 되는데, 마스크(150)의 광차단층은 돌출부가 형성될 영역을 제외한 영역에 위치하여 빛을 차단함으로써 현상 후 포토레지스트(110a) 패턴이 남게 된다.

도 3e 및 도 3f를 참조하면, 포토레지스트(110a) 패턴이 남은 금속 플레이트를 식각하면 돌출부(170)가 형성된다.

식각 공정 후 형성된 돌출부(170) 상부에 남아 있는 포토레지스트(110a)를 제거하면 돌출부(170)만 남게 된다.

또한, 스탬프를 사용한 스템핑(Stamping)등의 방법으로도 돌출부를 형성할 수 있다. 스템핑은 금속 플레이트에 돌출부를 형성하기 위해 돌출부 형상의 요철이 있는 형틀에 금속 플레이트를 끼우고, 충격으로 압력을 가하면 금속 플레이트의 상부면에 돌출부가 형성된다.

도 4를 참조하면, 상기 방열 부재에 대응되는 인쇄회로 기판을 마련하는 단계를 나타낸다.

인쇄회로 기판(200)은 상기 방열 부재(100)의 돌출부(170)에 맞물려 끼워지도록 제작된다. 이때, 인쇄회로 기판(200)은 각각의 돌출부(170)에 대응되는 위치에 돌출부(170)의 일부분을 감싸도록 끼움홈(380)이 형성된다.

도 5를 참조하면, 상기 인쇄회로 기판을 상기 방열 부재와 결합하는 단계를 나타낸다.

인쇄회로 기판(200)과 방열 부재(100)는 상기 끼움홈(380)을 통해 끼움 결합 되지만, 견고한 결합을 위하여 접착제를 이용하여 접착될 수도 있다. 여기서, 접착제는 절연 접착제 또는 열전도성 접착제를 사용할 수 있고, 써멀(Thermal) 접착제 또는 양면테이프 등의 접착제를 이용하여 접착될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 발광다이오드 패키지를 인쇄회로 기판과 노출된 돌출부 상에 실장하는 단계를 나타낸다.

발광다이오드 패키지(300)를 노출된 돌출부(170) 상부에 위치시키고, 발광다이오드 패키지(300)의 패드 프레임(320)을 표면 실장 기술(Surface Mount Technologe: SMT)을 이용하여 인쇄회로 기판(200)에 실장 시킨다.

따라서 발광다이오드 패키지(300)의 히트 싱크 프레임이 방열 부재(100)의 돌출부(170) 상에 놓임으로써, 발광다이오드 칩에서 발생한 열이 히트 싱크 프레임을 통해 방열 부재(100)에 전도되는 방열 구조를 부가하는 방법이 사용된다. 이러 한 구조는 방열 면적을 증가시켜 방열 특성을 크게 향상시킬 수 있다.

이렇게 마련된 발광다이오드 모듈을 여러개 확장하여 백라이트 유닛으로 사용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 조명 모듈을 나타낸 사시도,

도 2a는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ’의 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면,

도 2b는 도 1에 도시된 Ⅱ-Ⅱ’의 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면,

도 3a 내지 도 3f 및 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광다이오드조명 모듈의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 방열 부재 200: 인쇄회로기판

300: 발광다이오드 패키지 310: 발광다이오드 칩

320: 패드 프레임 330: 히트 싱크 프레임

340: 접착 시트 350: 와이어

360: 하우징 370: 몰딩재

375: 홈 380: 끼움홈

Claims (7)

1. 길이방향의 일측 단부와 타측 단부에 다수의 돌출부가 상면에 형성된 방열 부재;

   상기 돌출부의 상면이 노출되도록 상기 방열 부재를 덮는 인쇄회로 기판; 및

   상기 노출된 돌출부의 상면에 실장 되는 발광다이오드 패키지를 포함하되,

   상기 인쇄회로 기판은 상기 각 돌출부의 테두리의 일부가 측면으로 노출되도록 측면에 다수의 끼움홈을 갖고,

   상기 발광다이오드 패키지는 상기 인쇄회로기판과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 모듈.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 노출된 방열 부재와 인쇄회로 기판의 상면은 평탄면을 이루는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 모듈.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 방열 부재는 금속인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 모듈.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 방열 부재와 인쇄회로 기판은 접착제를 사용하여 접합 되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 모듈.
5. 방열 부재의 길이방향 일측 단부와 타측 단부에 다수의 돌출부를 형성하는 단계;

   상기 방열 부재의 돌출부에 대응되고 측면이 개구된 다수의 홈을 갖는 인쇄회로 기판을 마련하는 단계;

   상기 인쇄회로 기판을 상기 방열 부재와 결합하는 단계; 및

   발광 다이오드를 인쇄회로 기판과 노출된 방열 부재 상에 실장하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드조명 모듈 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 방열 부재의 돌출부를 형성하는 단계는,

   포토레지스트를 코팅하는 단계;

   상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 방열 부재의 일부를 노출하는 단계;

   상기 노출된 방열 부재를 식각하는 단계;

   상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드조명 모듈 제조 방법.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 인쇄회로 기판과 상기 방열 부재를 결합하는 단계는,

   접착제를 사용하여 결합하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드조명 모듈 제조 방법.

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