KR101022113B1 - 고효율 파워 엘이디 모듈 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 모듈에 관한 것으로써, 리드프레임과, 상기 리드프레임 상부에 안착되는 반도체칩과, 상기 반도체칩이 실장되게 상기 리드프레임 상부로 몰딩처리된 몰딩부를 갖는 엘이디 패키지와; 상기 리드프레임의 리드가 결합 고정되는 회로기판과; 상기 엘이디 패키지의 몰딩부 하부와 상기 회로기판 사이에 장착되는 히트싱크와; 상기 회로기판 하부에 마련되는 바닥부와 상기 바닥부의 양단으로 부터 상기 엘이디 패키지를 향하여 연장된 측벽을 갖는 외부방열케이스와; 열전도성재질을 포함하며, 상기 회로기판과 상기 바닥부 사이에 끼움결합되어 상기 회로기판을 상부로 가압함으로써 상기 히트싱크를 상기 측벽을 향하여 가압밀착시키는 가압부재;를 포함한다.

이에 의해, 엘이디 발광시 발열되는 열이 신속하고 효과적으로 방출됨으로써엘이디의 신뢰성을 높이고, 인가되는 전류의 양을 증가시켜 광량을 높일 수 있다.

Description

고효율 파워 엘이디 모듈 및 제조 방법 {HIGH EFFICIENCY POWER LED MODULE AND ITS MANUFACTURE METHOD}

본 발명은 고효율 파워 엘이디 모듈에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 회로기판과 바닥부 사이에 열전도성재질의 가압부재를 억지끼움하여 히트싱크가 측벽을 향하여 가압밀착됨으로써 상기 히트싱크의 열 전달면이 증가될 뿐만 아니라 상기 회로기판으로 전달되는 열이 상기 가압부재를 통해서도 바닥부의 외부로 방출될 수 있는 고효율 파워 엘이디 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

엘이디(LED: Lighting Emitting Diode)는 반도체 p-n 접합소자로써 전기에너지를 빛에너지로 바꿔주는 발광반도체이다.

일반적인 엘이디 동작원리를 살펴보면, 단자간에 전압을 가하면 전류가 흘러 p-n접합 부근 혹은 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하여 반도체의 고유특성인 에너지 밴드 갭의 변화에 따라 다양한 색(파장)이 구현된다.

이러한 엘이디는 기존의 조명제품에 비하여 전력소모가 적을 뿐만 아니라 내구성과 견고성, 나아가 친환경적 특성으로 인하여 다양한 용도로 이용되고 있다.

그러나, 엘이디는 발광 시 인가되는 에너지의 85~90%를 열로 방출되기 때문 에 이 열을 외부로 방출하지 못하는 경우 효율이 감소되어 일정량 이상으로 전류를 인가할 수 없게 되어 광량을 높일 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 발생된 열이 외부로 방출되지 못하는 경우 엘이디가 열화되어 엘이디의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

이에, 엘이디 방열기술은 상업화를 위한 가장 중요한 핵심적 문제로서 현재 다양한 방열대책이 개발되고 있는 실정이다.

한편, 엘이디가 사용되는 모든 제품에는 엘이디만을 단품으로 사용하는 경우는 거의 없고, 제품의 용도 및 디자인에 따라서 방열부재 또는 케이스 등을 적절히 조합하여 엘이디 모듈로 사용되었다.

그러나, 엘이디 모듈은 넓은 응용범위로 인하여 응용하고자 하는 제품마다 다른 형태의 디자인, 제조방법을 도용함으로써 대량생산성 및 경제성이 낮은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 우수한 방열특성을 가지는 엘이디 모듈을 통하여 기존 기술에 비해 신뢰성을 높이고, 인가되는 전류의 양을 증가시킴으로써 광량을 높일뿐만 아니라, 동일한 생산 방법으로 다양한 부분에 응용이 가능하여 대량생산성 및 경제성을 가지는 고효율 파워 엘이디 모듈을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이 디 모듈(1)은, 리드프레임(13)과, 리드프레임(13) 상부에 안착되는 반도체칩(11)과, 반도체칩(11)이 실장되게 리드프레임(13) 상부로 몰딩처리된 몰딩부(15)를 갖는 엘이디 패키지(10)와, 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134)가 결합 고정되는 회로기판(30)과, 엘이디 패키지(10)의 몰딩부(15) 하부와 회로기판(30) 사이에 장착되는 히트싱크(20)와, 회로기판(30) 하부에 마련되는 바닥부(41)와 바닥부(41)의 양단으로 부터 엘이디 패키지(10)를 향하여 연장된 측벽(42)으로 마련되는 외부방열케이스(40)와, 열전도성재질을 포함하며, 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 끼움결합되어 회로기판(30)을 상부로 가압함으로써 히트싱크(20)를 측벽(42)을 향하여 가압밀착시키는 가압부재(50)를 포함한다.

여기서, 파워 엘이디 모듈(1)은 외부방열케이스(40)의 내부로 몰딩처리되는 방수부(60)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 방수부(60)는 에폭시 또는 Si 중 어느 하나로 몰딩처리될 수 있다.

여기서, 회로기판(30)은 가압부재(50)가 접촉하는 일측면과 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134) 중 어느 하나는 서로 연결되어 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134)로부터 전달되는 열을 가압부재(50)를 통하여 외부방열케이스(40)의 외부로 방출되게 마련되는 열전도성 박막(31)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 히트싱크(20)는 다수의 엘이디 패키지(10)가 실장가능하게 일체로 연장되어 마련될 수 있다.

여기서, 가압부재(50)는 일체로 연장된 히트싱크(20)에 대응하여 일체로 연장된 봉 또는 탄성력 있는 스프링강(53) 중 하나로 마련될 수 있다.

여기서, 파워 엘이디 모듈(1)은 회로기판(30)의 양 끝단에 하나 이상의 파워 엘이디 모듈(1)을 연결하여 곡면 또는 이형의 휘어짐이 가능하게 마련되는 전기전도성 연결부재(70)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 외부방열케이스(40) 및 히트싱크(20)는 Al, Cu, Fe 및 Ceramic 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다.

여기서, 파워 엘이디 모듈(1)은 단면이 반원 또는 다각의 통이나 접시형상의 조명 프레임(80)의 내측부에 소정 간격을 두고 배열될 수 있다.

여기서, 상기 엘이디는 조명 프레임(80)의 중앙부에서 단부를 향하면서 전방 방사각(90)이 좁아지도록 배치되되, 전방 방사각(90)의 범위는 15˚~ 65˚로 마련될 수 있다.

여기서, 파워 엘이디 모듈(1)은, 회로기판(30)과 히트싱크(20) 사이에 끼움결합되어 히트싱크(20)를 측벽(42)을 향하여 가압밀착시키는 보조가압부재(55)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 회로기판(30)과 보조가압부재(55) 사이에는 엘이디 모듈의 내구성을 증가시키는 진동방지부재(90)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 일실시에에 따라, 제1항에 기재된 구성을 갖는 엘이디 패키지(10)를 히트싱크(20)에 결합하는 단계(S11)와, 엘이디 패키지(10)가 장착된 히트싱크(20)를 회로기판(30)에 장착하는 단계(S13)와, 히트싱크(20)의 일측면이 외부방열케이스(40)의 측벽(42)에 접촉되도록 회로기판(30)을 외부방열케이스(40)에 결합하는 단계(S15)와, 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 열전도성재 질의 가압부재(50)를 억지 끼움 하는 단계(S17)와, 외부방열케이스(40)의 내부에 Si 또는 에폭시 등의 수지로 몰딩처리하여 방수부(60)를 형성하는 단계(S19)에 의해서도 달성될 수 있다.

따라서, 전술한 구조를 갖는 본 발명에 따르면, 회로기판과 바닥부 사이에 가압부재를 억지끼움함으로써 히트씽크를 상부로 가압하여 상기 히트싱크가 외부방열케이스와의 열 전달면이 증가될 뿐만 아니라 각 리드를 통해 회로기판으로 전달된 열도 가압부재를 통하여 외부방열케이스의 외부로 방출됨으로써 방열 성능이 증가하여 엘이디의 신뢰성을 증가시킬 뿐만 아니라 인가되는 전류의 양을 증가시켜 엘이디의 광량을 높일 수 있다.

또한, 일체형 히트싱크를 사용함으로써 엘이디 모듈을 가공하는데 복잡함을 없애 다량생산성 및 경제성을 가지며, 열전달 경로를 최소화 하여 열저항을 낮출 수 있다.

또한, 연결부재를 이용하여 다양한 형상의 조명에 따라 자유롭게 조절 및 배치 할 수 있도록 함으로써 설치공간에 제약이 없고, 암역의 발생으로 사용이 제한되는 문제가 없다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈(1)의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈(1)의 분해사시도 이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈(1)은 엘이디 패키지(10), 히트싱크(20), 회로기판(30), 외부방열케이스(40), 가압부재(50)를 포함한다.

엘이디 패키지(10)는, 리드프레임(13)과 리드프레임(13) 상부에 안착되는 반도체칩(11)과 반도체칩(11)이 실장되게 리드프레임(13) 상부로 몰딩처리된 몰딩부(15)를 갖는다.

리드프레임(13)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1리드(131), 제2리드(132), 제3리드(133) 및 제4리드(134)로 마련될 수 있다.

이 경우, 리드프레임(13)은 제1리드(131) 및 제2리드(132)가 일측단자를 형성하고, 제1리드(131) 및 제2리드에 대향하게 마련되어 제3리드(133)와 제4리드(134)가 타측단자를 형성한다.

여기서, 제4리드(134)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1리드(131)를 향하여 증가된 방열면적을 갖는 제1연장면(134a)과, 제1연장면(134a)에서 절곡 연장되어 반도체칩(11)이 안착되는 상부면을 형성한 제2연장면(134b)과, 제2연장면(134b)에서 제2리드(132) 및 제3리드(133) 사이로 연장 형성된 제3연장면(134c)으로 마련될 수 있다.

여기서, 제1연장면(134a)과 제3연장면(134c)이 히트싱크(20)와 밀착 접촉되게 삽입된다.

상기의 경우, 히트싱크(20)와 접촉되는 부분을 넓게 마련함으로써, 열저항을 낮추는 효과뿐만 아니라 열 방출의 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

이때, 히트싱크(20) 및 히트싱크(20)와 일체로 형성된 제4리드(134)는 어느 극성도 띄지 않는 중성을 가진다.

여기서, 제1리드(131) 내지 제3리드(133) 중 어느 두개의 리드를 선택하여 극성을 가지고 전류가 도통되도록 와이어 본딩한다.

한편, 리드프레임(13)은 제1리드(131) 내지 제3리드(133) 중 어느 두개와 제4리드(134)의 일측면에만 스토퍼(16)가 마련될 수 있다.

즉, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제4리드(134)를 제외한 나머지 리드(131,132,133) 중 어느 하나의 리드(133)에는 스토퍼(16)가 생략된다.

상기와 같이, 스토퍼가 생략되는 경우, 극성을 가지는 리드가 히트싱크(20)와 접촉하여 단락되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 스토퍼(16)는 각 리드(131,132,133,134)를 회로기판(30)에 결합한 후 납땜을 수행할때 회로기판(30)의 후면부로 돌출되는 각 리드(131,132,133,134)의 길이를 일정하게 유지시켜 납땜을 수행하는 데 편의성을 제공한다.

한편, 제4리드(134)의 제1연장면(134a) 및 제3연장면(134c)에는 각각 돌출부(17)가 형성된다.

돌출부(17)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 히트싱크(20)에 제1연장면(134a) 및 제3연장면(134c)이 리드홈(22)에 삽입될때 리드홈(22)의 양측에 협지되어 리드프레임(13)과 히트싱크(20)가 일체가 된다.

상기의 경우, 제1연장면(134a) 및 제3연장면(134c)이 히트싱크(20)에 밀착되 어 열 전달 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

한편, 절결홈(18)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제1연장면(134a)과 제2연장면(134b) 및 제2연장면(134b)과 제3연장면(134c)이 절곡되는 모서리에 형성된다.

절결홈(18)은 리드프레임(13)을 프레스 가공하여 절곡할 때, 절곡이 잘되도록 하여 생산성을 향상시키기 위한 것이다.

반도체칩(11)은 도 5에 도시된 바와 같이 리드프레임(13)의 상부에 안착된다.

반도체칩(11)은 단자간에 전압을 가하면 전류가 흘러 p-n접합 부근 혹은 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하여 반도체의 고유특성인 에너지 밴드 갭의 변화에 따라 다양한 색(파장)의 구현이 가능하다.

몰딩부(15)는 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체칩(11)이 실장되게 리드프레임(13) 상부에 마련된다.

몰딩부(15)는 다양한 재질로 마련될 수 있는 바, 예를들어, 실리콘 또는 에폭시로 마련될 수 있다.

히트싱크(20)는 엘이디 패키지(10)의 몰딩부(15) 하부와 회로기판(30) 사이에 결합된다.

히트싱크(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 몰딩부(15)와 회로기판(30) 사이에 장착되며, 히트싱크(20)의 일측면이 외부방열케이스(40)의 제1접촉부(43)에 직접 접촉되어 리드프레임(13)으로부터 전달되는 열을 외부방열케이스(40)통하여 방출한다.

히트싱크(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 일측면이 제1접촉부(43)와 직접 접촉되어 각 리드(131,132,133,134)로부터 전달되는 열을 외부방열케이스(40)를 통하여 외부로 방출한다.

그러나, 외부방열케이스(40)는 도 1에 도시된 바와 같이, 히트싱크(20)의 양측면이 제1접촉부(43)에 접촉되어 결합될 수 있는 규격으로 주물(CASTING) 또는 사출성형 되기 때문에 미세한 오차의 발생 또는 표면의 거칠기 정도에 따라 접촉면적이 일정하지 않은 경우가 일반적이다.

즉, 히트싱크(20)와 외부방열케이스가 상호 면접촉이 아닌 점접촉 상태가 되므로 연전달면이 감소하여 열전달효율이 감소하는 것이다.

따라서, 히트싱크(20)로 부터 외부방열케이스(40)로 열전달되는 방열 효율이 낮은 문제점이 있었다.

이에, 후술할 가압부재(50)를 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 억지끼움하여 회로기판(30)을 상부로 가압함으로써 히트싱크(20)가 측벽(42)의 제2접촉부(44)에 가압밀착된다.

히트싱크(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 엘이디패키지(10)마다 마련될 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 엘이디패키지(10)가 실장 가능하게 일체로 연장되어 마련될 수 있다.

상기의 경우, 각각의 엘이디에 각각의 히트싱크(20)를 조립하고 이를 회로기판에 실장한 후 외부방열케이스(40)에 결합하는 복잡함을 없애고 열전달 경로를 최소화 하여 열저항을 낮춤으로써 우수한 방열구조를 갖는 장점이 있다.

히트싱크(20)는 다양한 형상으로 마련될 수 있다.

예를들어, 히트싱크(20)는 도 9에 도시된 바와 같이 외부방열케이스(40)의 제1접촉부(43)에 접촉되는 면에 제1요철부(21)가 마련될 수 있다.

상기의 경우, 히트싱크(20)의 방열면적이 증가하여 제1요철부(21)를 통하여 공기중으로 열을 방출할 수 있을 뿐만 아니라 제1접촉부(43)와 접촉된 면을 통하여도 열을 방출할 수 있다.

또는, 히트싱크(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1요철부(21)가 생략되어 제1접촉부(43)와 접촉면적을 증가할 수 있는 형상으로 마련될 수 있다.

상기의 경우, 히트싱크(20)의 양측면이 제1접촉부(43)와 전체적으로 맞닿아 열방출 효과를 증가시킬 수 있다.

히트싱크(20)에는 도 9에 도시된 바와 같이, 엘이디 패키지(10)의 리드(131,132,133,134)가 결합되는 리드홈(22)이 마련된다.

리드홈(22)은 엘이디 패키지(10)의 각 리드(131,132,133,134)에 대응하여 마련된다.

회로기판(30)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 히트싱크(20)가 결합된 엘이디 패키지(10)가 결합 고정된다.

즉, 회로기판(30)의 일측면에는 엘이디 패키지(10)가 장착되고, 타측면에는 엘이디의 극성이 나뉘어 전기적으로 결합한다.

회로기판(30)의 타측면에는 도 4에 도시된 바와 같이, 엘이디패키지(10)의 각 리드(131,132,133,134)가 극성이 나뉘어 전기적으로 결합가능한 납땜부(33)가 마련된다.

한편, 회로기판(30)의 타측면에는 도 4에 도시된 바와 같이, 가압부재(50)가 접촉하는 일측면과 리드프레임(13)의 리드 중 어느 하나의 납땜부(33)가 서로 연결되어 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134)로부터 전달되는 열을 가압부재(50)를 통하여 외부방열케이스(40)의 외부로 방출되게 마련되는 열전도성 박막(31)을 더 포함할 수 있다.

엘이디 발광시 발생되는 열은 주로 히트싱크(20)를 통하여 외부로 방출되었고, 각 리드(131,132,133,134)를 통하여 회로기판(30)으로 전달되는 열은 부도체인 회로기판(30)에 머물어 회로기판(30)을 열화시키거나 일부만이 공기를 통하여 외부로 방출되었다.

따라서, 부도체인 회로기판(30)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 리드프레임(13)을 통하여 회로기판(30)으로 전달되는 열을 효과적으로 방출하기 위하여 열전도성 가압부재(50)를 마련한다.

상기의 경우, 각 리드(131,132,133,134)를 통하여 전달된 열이 회로기판(30)에 머물지 않고, 열전도성 박막(31)을 통하여 가압부재(50)로 전달되며 가압부재(50)와 밀착접촉된 바닥부(41)를 통하여 외부로 방출된다.

즉, 엘이디 발광 시 발생되는 열이 히트싱크(20) 뿐만 아니라 회로기판(30)을 통해서도 방출됨으로써 열방출 효과를 극대화 할 수 있다.

열전도성 박막(31)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회로기판(30)의 길이방향으로 가압부재(50)와 접촉되는 면을 따라 마련된다.

또한, 열전도성 박막(31)은 도 4에 도시된 바와 같이, 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134) 중 어느 하나에서 연장되어, 가압부재(50)가 접촉되는 열전도성 박막(31)에 연결된다.

이는, 극성(+,-)을 가진 각 리드가 상호 연결되어 단락되는 것을 방지한다.

따라서, 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134)를 통하여 회로기판(30)에 전달되는 열이 열전도성 박막(31)을 통하여 가압부재(50)로 전달되어 외부방열케이스(40)의 외부로 원활하게 방출될 수 있다.

열전도성 박막(31)은 다양한 재질로 마련될 수 있는 바, 예를 들어, 구리, 철등으로 마련될 수 있다.

외부방열케이스(40)는 회로기판(30) 하부에 마련되는 바닥부(41)와 바닥부(41)의 양단으로 부터 엘이디 패키지(10)를 향하여 연장된 측벽(42)을 가진다.

외부방열케이스(40) 도 1에 도시된 바와 같이, 회로기판(30) 및 히트싱크(20)의 하부와 좌,우측부를 에워싼다.

바닥부(41)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 가압부재(50)가 억지끼움될 때, 가압부재(50)가 회로기판(30)의 열전도성 박막(31)에서 이탈되지 않도록 가이드홈(49)이 더 마련될 수 있다.

가이드홈(49)은 바닥부(41)에 마련되며 가압부재(50)의 다양한 형상에 대응하여 마련될 수 있다.

측벽(42)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 회로기판(30)이 결합되는 회로기판수용부(45)가 더 마련될 수 있다.

측벽(42)은 도 1에 도시된 바와 같이, 회로기판수용부(45)에 회로기판(30)이 결합되는 경우, 히트싱크(20)의 양측면이 접촉하는 제1접촉부(43)와 가압부재(50)를 억지끼움함으로써 히트싱크(20)의 상단부면이 가압밀착되는 제2접촉부(44)를 갖는다.

외부방열케이스(40)에는 바닥부(41) 및 측벽(42) 외측으로 방열효율을 증가시킬 수 있는 제2요철부(47)가 더 마련될 수 있다.

한편, 외부방열케이스(40) 및 히트싱크(20)는 다양한 열전도성 재질로 마련될 수 있는 바, 예를 들어, Al, Cu, Fe, Ceramic 중 어느 하나의 재질을 포함할 수 있다.

가압부재(50)는 열전도성 재질을 포함하며, 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 끼움결합되어 회로기판(30)을 상부로 가압함으로써 히트싱크(20)를 측벽(42)을 향하여 가압밀착시킨다.

여기서, 히트싱크(20)가 외부방열케이스(40)에 결합되는 경우, 상호 면접촉이 아닌 점접촉 상태가 되어 열전달 효율이 저하되는 문제점이 있는 바, 열전달 면을 증가시켜 열전달 효율을 증가시키는 방법에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

회로기판(30)과 바닥부(41)사이에 열전도성 가압부재(50)를 억지끼움한다.

여기서, 가압부재(50)는 가이드홈(49)과 열전도성 박막(31)에 밀착결합된다.

이에, 억지끼움되는 가압부재(50)에 의하여 회로기판(30)이 상부로 가압되게 된다.

한편, 회로기판(30)이 상부로 가압됨에 따라 회로기판(30)의 상부에 결합된 히트싱크(20)가 함께 상부로 밀려올라가 외부방열케이스(40)의 측벽(42)을 향하여 가압 밀착된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 히트싱크(20)의 상단부 양측이 측벽(42)을 향하여 제2접촉부(44)에 가압밀착된다.

이에, 히트싱크(20)가 측벽(42)의 제1접촉부(43) 뿐만 아니라 가압밀착된 제2접촉부(44)와 넓게 방열면적을 가져 방열효율에 신뢰성을 갖게 된다.

가압부재(50)는 다양한 재질로 마련 가능한 바, 예를들어 전도성이 높은 구리로 마련될 수 있다.

한편, 가압부재(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일체로 연장된 히트싱크(20)에 대응하여 일체로 연장된 봉형상으로 마련될 수 있다.

가압부재(50)는 다양한 형상으로 마련 가능한 바, 원형 또는 사각형 등으로 다양하게 마련될 수 있다.

가압부재(50)가 사각형으로 마련되는 경우, 회로기판(30)의 열전도성 박막(31)과의 접촉면이 증가하므로, 열전도 및 열 방출에 유리한 장점이 있다.

가압부재(50)가 도 3에 도시된 바와 같이, 원형으로 마련되는 경우, 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 억지끼움하는데 수월한 장점이 있다.

한편, 가압부재(50)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 탄성력 있는 스프링강(53)으로 마련될 수 있다.

스프링강(53)은 다양한 형상으로 마련될 수 있는 바, 예를 들어 판스프링으 로 마련될 수 있다.

스프링강(53)은 도 13a에 도시된 바와 같이, 단면이 삼각 톱날 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 스프링강(53)은 반원 형상의 정현파(싸인파) 또는 삼각파 형상으로 마련될 수 있다.

스프링강(53)은 회로기판(30)과 외부방열케이스(40)의 바닥부(41) 사이에 억지끼움된다.

스프링강(53)은 도 13a에 도시된 바와 같이, 회로기판(30)과 외부방열케이스(40)의 바닥부(41) 보다 큰 높이로 마련된다.

스프링강(53)을 억지끼움 하는 경우, 도 13b에 도시된 바와 같이, 스프링강(53)이 가압되어 삽입되는 방향의 전,후로 인장되게 된다.

스프링강(53)이 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 삽입된 경우, 도 13c에 도시된 바와 같이, 화살표 방향(상,하)로 복원력이 발생하게 된다.

따라서, 탄성력 있는 스프링강(53)을 억지끼움하는 경우, 스프링강(53)의 복원력에 의하여 히트싱크(20)를 상부로 지속적으로 가압하여 히트싱크(20)가 제1접촉부(43)뿐만 아니라 상단부 양측이 측벽(42)을 향하여 제2접촉부(44)에 가압밀착되는 장점이 있다.

가압부재(50)는 회로기판(30)의 열전도성 박막(31)과 접촉하여, 엘이디 패키지의 리드(131,132,133,134)로부터 전달되는 열을 외부방열케이스(40)로 전달하는 기능을 한다.

상기와 같이, 가압부재(50)를 억지끼움하여 각 리드(131,132,133,134)로부터 회로기판(30)으로 전달되는 열을 열전도성 박막(31)을 통하여 외부방열케이스(40)의 바닥부(41)로 방출하게 함으로써 방열 특성을 극대화 할 수 있다.

따라서, 고효율 파워 엘이디 모듈(1)은 히트싱크(20) 및 가압부재(50)를 통하여 엘이디 발광시 발생하는 열을 원활히 방출함으로써 인가되는 전류의 양을 증가시켜 광량을 높일수 있는 장점이 있다.

방수부(60)는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부방열케이스(40) 내부를 규소 또는 에폭시 중 어느하나의 수지로 몰딩처리할 수 있다.

방수부(60)는 외부방열케이스(40) 내부에 주입되어 엘이디 패키지(10), 히트싱크(20) 및 회로기판(30)을 고정함과 동시에 외부로부터 빗물 또는 수증기와 같은 수분이 스며드는 것을 방지할 수 있다.

연결부재(70)는 파워 엘이디 모듈 양 끝단에 마련된다.

연결부재(70)는 다양하게 마련될 수 있는 바, 예를 들어, 와이어 또는 전기 전도가 가능한 금속으로 마련될 수 있다.

연결부재(70)는 도 10에 도시된 바와 같이, 파워 엘이디 모듈(1) 양 끝단에 전기전도가 가능하고 충분한 내구성을 가지는 금속으로 하나 이상의 파워 엘이디 모듈(1)을 연결하여 곡면 또는 이형의 휘어짐이 가능하게 마련된다.

연결부재(70)는 회로기판(30)의 양 끝단에 마련되는 "+" "-" 의 전극입력단(35)에 연결되어, 또 다른 파워 엘이디 모듈(1) 회로기판(30)의 전극입력단(35)과 접속 결합된다.

상기의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 엘이디 모듈 과 모듈을 서로 연결하여 곡면 또는 이형의 휘어짐이 가능하여 설치공간에 제약이 없이 자유롭게 조절이 가능하다.

예를들어, 굴곡 또는 휘어짐이 있는 자동차의 후미등에 장착하는 경우, 곡선또는 크기에 따라 파워 엘이디 모듈(1)을 자유롭게 배치할 수 있다.

따라서, 다양한 형상의 조명에 맞춰 자유롭게 조절 및 배치가 가능하고 암역이 발생되는 단점을 보완하는 장점이 있다.

한편, 파워 엘이디 모듈(1)은 도 1b에 도시된 바와 같이, 기계적으로 표면실장(SMT: Surface Mounted Tech) 가능하도록 마련될 수 있다.

상기의 경우, 극성을 가지는 리드프레임(13)의 리드(131,132,133,134)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 회로기판(30)과 나란하게 직각으로 절곡되어 회로기판(30)의 상부에 결합될 수 있다.

여기서, 극성을 가지는 리드프레임(30)의 리드(131,132,133,134)는 히트싱크(20)에 접촉되지 않도록 한다.

한편, 회로기판(30)은 도 1에 도시된 열전도성 박막(31)이 생략되며, 납땜부(33)는 회로기판(30)의 상부에 마련된다.

파워 엘이디 모듈(1)은 회로기판(30)과 히트싱크(20)에 끼움결합되어 히트싱크(20)를 측벽(42)을 향하여 가압밀착시키는 열전도성 보조가압부재(55)를 더 포함할 수 있다.

보조가압부재(55)는 상술한 가압부재(50)에 대응하는 것으로, 히트싱크(20)와 회로기판(30) 사이에 억지끼움 되어 히트싱크(20)를 측벽(42)을 향하여 다시한번 가압밀착 시킨다.

따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 가압부재(50)에 의하여 히트싱크(20)의 상단부 양측이 측벽(42)을 향하여 제2접촉부(44)에 가압밀착되고 보조가압부재(55)에 의하여 밀착성을 증가시키게 된다.

한편, 보조가압부재(55)는 히트싱크(20)를 상부로 가압밀착시키는 것 외에 임의의 외부 방열대(미도시)에 접촉시켜 방열효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 보조가압부재(55)는 열전도성 재질로 마련되어 히트싱크(20)로 전달된 열을 직접 방열할 수 있는 장점이 있다.

회로기판(30)과 보조가압부재(55) 사이에는 도 1b에 도시된 바와 같이, 엘이디 모듈의 내구성을 증가시키는 진동방지부재(90)를 더 포함할 수 있다.

이는, 엘이디 모듈을 외부방열케이스(40)에 삽입하지 않고 사용하는 경우, 진동이 발생하였을 때 엘이디의 리드(131,132,133,134)와 히트싱크(20) 사이의 간격으로 인하여 엘이디의 리드(131,132,133,134)가 마모되어 접촉성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.

진동방지부재(90)는 물리화학적 복원력을 가지는 에폭시, 실리콘, 연성 플라스틱 또는 테이프 재질로 마련될 수 있다.

상기의 경우, 파워 엘이디 모듈(1)에 진동이 가하여 지는 경우, 진동을 흡수하여 파워 엘이디 모듈(1)의 내구성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 파워 엘이디 모듈(1)은 단면이 반원 또는 다각의 통이나 접시형상의 조명 프레임(80)의 내측부에 소정 간격을 두고 배열될 수 있다.

조명 프레임(80)은 가로등, 공원등 또는 보안등에 사용될 수 있다.

조명 프레임(80)은 다양한 형상으로 마련될 수 있는 바, 예를 들어 단면이 반원 또는 다각을 갖는 통 형상과 단면이 반원 또는 다각을 갖는 접시형상으로 마련될 수 있다.

여기서, 파워 엘이디 모듈(1)은 상기 다양한 형상의 조명 프레임(80)의 내측부에 다양한 방법으로 배열될 수 있다.

파워 엘이디 모듈(1)의 엘이디는 조명 프레임(80)의 중앙부에서 양단부를 향하면서 전방 방사각(a,b,c)이 좁아지도록 배치되되, 전방 방사각(a,b,c)의 범위는 15˚~ 65˚로 마련될 수 있다.

전방 방사각(a,b,c)은 도 11에 도시된 바와 같이, a는 15˚~ 25˚, b는 35˚~ 45˚, c는 55˚~ 65˚로 빛을 조사하도록 마련될 수 있다.

엘이디의 전방 방사각(a,b,c)이 모두 일정(예를들어, 약 60˚)한 경우, 조명 프레임(80)의 양단부에 배열된 엘이디에서 조사되는 빛은 절반 가량이 내부를 향하게 되고, 넓은 조사면적을 가지므로 빛이 조사될 수 있는 거리도 짧아지게 된다.

반면에, 도 11에 도시된 바와 같이 조명 프레임(80)의 중앙부에서 양단부를 향할 수록 전방 방사각(a,b,c)이 좁아지는 경우, 양단부에 배치된 엘이디는 좁은 방사각을 가지므로 조명 프레임(80) 좌, 우측의 먼거리까지 빛을 조사할 수 있으 며, 중앙부에 밀집되어 배치된 엘이디는 빛이 서로 중첩되어 전방으로 조사되는 빛의 밝기와 거리를 증가 시킬 수 있는 장점이 있다.

전방 방사각(a,b,c)은 엘이디의 렌즈(미도시)를 조절하여 빛을 조사하는 지향각을 넓히거나 좁힐 수 있다.

한편, 엘이디는 전류의 증가에 비례하여 방사하는 빛의 양이 증가하는 특성을 가진다.

여기서, 도 11에 도시된 바와 같이, 일체로 연장된 히트싱크(20)에 다수개의 파워 엘이디 모듈(1)이 밀집하여 발광하는 경우, 인접한 엘이디에서 발생되는 열에 의해서 발생되는 열의 양은 가중될 것이다.

다시말해서, 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 없는 경우, 인가할 수 있는 전류의 양은 증가시킬 수 없고 이에 따라 방사되는 광량도 감소될 뿐만 아니라 엘이디가 쉽게 열화되어 수명이 단축된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따라 히트싱크(20)에 엘이디 패키지(10)를 실장하고, 히트싱크(20)를 외부방열케이스(40)에 접촉되도록 결합하되, 히트싱크(20)의 양측면이 제1접촉부(43)와 밀착 접촉되지 않고 여러가지 요인에 따라 점접촉되는 문제점을 개선하기 위해 회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 열전도성재질을 포함하는 가압부재(50)를 억지끼움한다.

상기의 경우, 가압부재(50)가 회로기판(30)을 상부로 가압함으로써 히트싱크(20)가 함께 상부로 가압되어 제2접촉부(44)에 가압밀착된다.

이에, 히트싱크(20)를 통하여 전달되는 열이 제1접촉부(43) 및 제2접촉 부(44)를 통하여 외부방열케이스(40)로 원활하게 방출된다.

또한, 열전도성 가압부재(50)가 회로기판(30)의 연전도성 박막(31)과 접촉되어 리드프레임(13)으로부터 회로기판(30)으로 전달된 열이 열전도성 박막(31)을 통하여 가압부재(50)로 전달되고, 가압부재(50)로 전달된 열이 외부방열케이스(40)를 통하여 외부로 방출하게 됨으로써 열방출 효과를 극대화 하는 구조를 가진다.

따라서, 본 발명에 의해 제조된 파워 엘이디 모듈(1)은 우수한 방열 특성으로 인하여 기존에 비해 인가되는 전류의 양을 증가하여 광량을 높임으로써 엘이디 가로등, 형광등, 보안등, 공원등 뿐만 아니라 터널등, 간판 등에 자유로이 이용할 수 있고, 기존 대비 1/3 ~ 2/3 수준의 엘이디를 사용하여 기존보다 월등히 우수한 신뢰성 및 광도를 가질 수 있게 되었다.

또한, 일체로 형성된 히트싱크(20)를 결합한 파워 엘이디 모듈(1)을 동일한 방법으로 생산하여 다양한 부분에 응용이 가능하게 마련되어 대량생산성 및 경제성을 가진다.

상기의 경우, 동일한 생산방법으로 제조된 고효율 파워 엘이디 모듈(1)을 이용하여 가로등, 형광등, 공원등 및 보안등과 같은 다양한 조명기구의 형태에 따라 자유로이 연결하여 사용할 수 있다.

한편, 전술한 고효율 파워 엘이디 모듈(1)의 제조방법을 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전술한 엘이디 패키지(10)를 도 2에 도시된 바와 같이, 히트싱크에 결 합한다(S11).

여기서, 히트싱크(20)는 전술한 바와 같이 각 엘이디 패키지(10)에 대응하여 각각 마련될 수 있고, 일체로 마련될 수 있다.

엘이디 패키지(10)가 장착된 히트싱크(20)를 회로기판(30)에 장착한다(S13).

다음, 도 1에 되시된 바와 같이, 히트싱크(20)의 일측면이 외부방열케이스(40)의 측벽(42)에 접촉되도록 회로기판(30)을 외부방열케이스(40)에 결합한다(S15).

회로기판(30)과 바닥부(41) 사이에 열전도성재질의 가압부재(50)를 억지끼움 한다(S17).

상기의 경우, 가압부재(50)가 회로기판(30)을 상부로 가압함으로써 히트싱크(20)가 측벽(42)을 향하여 가압밀착되어 방열면적이 증가하게 된다.

또한, 회로기판(30)에 마련된 열정도성박막(31)과 접촉하여 리드(131,132,133,134)를 통하여 전달되는 열을 외부방열케이스(40)로 전달하여 방열기능을 수행한다.

마지막으로, 외부방열케이스(40) 내부에 도 1에 도시된 바와 같이, 규소 또는 에폭시 중 어느하나의 수지를 사용하여 몰딩처리하여 방수부(60)를 형성한다(S19).

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈의 단면도,

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈의 스프링강을 도시한 단면도,

도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워엘이디 모듈의 보조가압부재를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈의 분해사시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일체로 연장된 고효율 파워 엘이디 모듈의 분해사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 회로기판의 배도면,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 리드프레임의 평면도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 제4리드의 평면도,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 리드프레임의 정면도,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 리드프레임의 배면도,

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 히트싱크를 도시한 평면도,

도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 연결부재를 도시한 측도면,

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈에서 조명프레임을 도시한 단면도,

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈의 제조방법을 나타낸 블럭도,

도 13a 내지 13c는 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 파워 엘이디 모듈의 스프링강이 억지끼움되는 과정을 도시한 단면도 이다.

**도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명**

1: 고효율 파워 엘이디 모듈, 10: 엘이디 패키지,

11: 반도체칩, 13: 리드프레임

131: 제1리드, 132: 제2리드,

133: 제3리드, 134: 제4리드,

134a: 제1연장면, 134b: 제2연장면,

134c: 제3연장면, 15: 몰딩부,

16: 스토퍼, 17: 돌출부,

18: 절결홈, 20: 히트싱크,

21: 제1요철부, 22: 리드홈,

30: 회로기판, 31: 열전도성 박막,

33: 납땜부, 35: 전극입력단,

40: 외부방열케이스, a, b, c : 전방 방사각

41: 바닥부, 42: 측벽,

43: 제1접촉부, 44: 제2접촉부,

45: 회로기판수용부, 47: 제2요철부,

49: 가이드홈, 50: 가압부재,

53: 스프링강 55: 보조가압부재,

60: 방수부, 70: 전기전도성 연결부재,

80: 조명 프레임, 90: 진동방지부재.

Claims (13)

1. 리드프레임과, 상기 리드프레임 상부에 안착되는 반도체칩과, 상기 반도체칩이 실장되게 상기 리드프레임 상부로 몰딩처리된 몰딩부를 갖는 엘이디 패키지와;

   상기 리드프레임의 리드가 결합 고정되는 회로기판과;

   상기 엘이디 패키지의 몰딩부 하부와 상기 회로기판 사이에 장착되는 히트싱크와;

   상기 회로기판 하부에 마련되는 바닥부와 상기 바닥부의 양단으로 부터 상기 엘이디 패키지를 향하여 연장된 측벽을 갖는 외부방열케이스와;

   열전도성재질을 포함하며, 상기 회로기판과 상기 바닥부 사이에 끼움결합되어 상기 회로기판을 상부로 가압함으로써 상기 히트싱크를 상기 측벽을 향하여 가압밀착시키는 가압부재;로 마련되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 파워 엘이디 모듈은 상기 외부방열케이스의 내부로 몰딩처리되는 방수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 방수부는 에폭시 또는 Si 중 어느 하나로 몰딩처리되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
4. 제1항에 있어서,

   상기 회로기판은 상기 가압부재가 접촉하는 일측면과 상기 리드프레임의 리드 중 어느 하나는 서로 연결되어 상기 리드프레임의 리드로부터 전달되는 열을 상기 가압부재를 통하여 상기 외부방열케이스의 외부로 방출되게 마련되는 열전도성 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
5. 제1항에 있어서,

   상기 히트싱크는 다수의 상기 엘이디 패키지가 실장가능하게 일체로 연장되어 마련되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 가압부재는 상기 일체로 연장된 히트싱크에 대응하여 일체로 연장된 봉 또는 탄성력 있는 스프링강 중 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
7. 제1항에 있어서,

   상기 파워 엘이디 모듈은 상기 회로기판의 양 끝단에 하나 이상의 상기 파워 엘이디 모듈을 연결하여 곡면 또는 이형의 휘어짐이 가능하게 마련되는 전기전도성 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
8. 제1항에 있어서,

   상기 외부방열케이스 및 상기 히트싱크는 Al, Cu, Fe 및 Ceramic 중 어느 하나의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
9. 제1항에 있어서,

   상기 파워 엘이디 모듈은 단면이 반원 또는 다각의 통이나 접시형상의 조명 프레임의 내측부에 소정 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
10. 제9항에 있어서,

    상기 엘이디 패키지는 상기 조명 프레임의 중앙부에서 단부를 향하면서 전방 방사각이 좁아지도록 배치되되, 상기 전방 방사각의 범위는 15˚~ 65˚를 이루는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
11. 제1항에 있어서,

    상기 파워 엘이디 모듈은, 상기 회로기판과 상기 히트싱크 사이에 끼움결합되어 상기 히트싱크를 상기 측벽을 향하여 가압밀착시키는 보조가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
12. 제11항에 있어서,

    상기 회로기판과 상기 보조가압부재 사이에는 엘이디 모듈의 내구성을 증가시키는 진동방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈.
13. 제1항에 기재된 구성을 갖는 엘이디 패키지를 히트싱크에 결합하는 단계;

    상기 엘이디 패키지가 장착된 히트싱크를 회로기판에 장착하는 단계;

    상기 히트싱크의 일측면이 외부방열케이스의 측벽에 접촉되도록 상기 회로기판을 상기 외부방열케이스에 결합하는 단계;

    상기 회로기판과 바닥부 사이에 열전도성재질의 가압부재를 억지 끼움 하는 단계;

    상기 외부방열케이스의 내부에 Si 또는 에폭시 등의 수지로 몰딩처리하여 방수부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 엘이디 모듈 제조방법.

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