KR101038213B1 - 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고휘도 엘이디(ＬＥＤ)용 쾌속 방열장치에 관한 것으로, 그 목적은 발광소자를 이용한 조명시에 통전전류를 증가시켜, 발광소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 발광소자와, 상기 발광소자가 안착되는 요홈을 구비하는 히트싱크 파워방열부와, 발광소자가 안착된 요홈내로 삽입되는 밀봉렌즈와, 히트싱크 파워방열부에 솔더접합되고 발광소자로 전원을 공급하는 회로기판부와, 발광소자가 내부에 위치하도록 설치되고, 하단이 히트싱크 파워방열부에 실리콘 몰딩처리되는 렌즈부와, 회로기판부 하단에 위치하도록 설치되는 방열핀부를 포함하여 구성되어, 발광소자에서 발생하는 열이 히트싱크 파워방열부를 통해 회로기판부와 방열핀부로 확산되어 방열되고, 밀봉렌즈 및 렌즈부를 통해 방열되도록 되어 있다.

엘이디, 방열, 히트싱크파워방열부, 발광소자, 방열구조

Description

고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치{Speedy heat radiation apparatus for high luminant LED}

본 발명은 고휘도 엘이디(ＬＥＤ)용 쾌속 방열장치에 관한 것으로, 발광소자에서 발생되는 열을 히트싱크 파워방열부, 회로기판부 및 방열핀부 전체로 신속하게 전도 확산시킬 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치에 관한 것이다.

광원소자인 엘이디램프는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 다이오드의 한가지로, 초기에 낮은 휘도와 색깔 구현의 한계가 있었으나 현재는 새로운 발광 다이오드 원재료와 진보된 생산기술로 백색을 포함한 가시광선 영역의 모든 색깔을 발광 다이오드에서 구현할 수가 있으며 이러한 고휘도, 고효율, 다양한 색깔의 발광다이오드는 이미 선진국 및 국내에서 대형 전광판, 비상등, 교통신호등, 승용차등의 각종표시등 및 사인, 인테리어, 전시 등에 널리 응용되고 있다. 발광 다이오드는 작고, 가볍고, 내구성이 크고, 긴 수명 때문에 향후 한층 더 광범위한 영역에서 응용되어 질 것이며 우리가 일상생활에서 접하는 일반 광원들을 대부분 대체할 것으로 전망하고 있다.

종래에 사용되고 있는 엘이디 방열구조는 엘이디램프에서 발생하는 열의 대부분은 엘이디하우징 내에 삽입되어 있는 히트싱크슬러그를 통하여 회로기판 상의 접속부로 전달되고, 다시 회로기판 하부의 철판 등 열전도성이 우수한 금속판으로 전도되어 금속판 배면의 넓은 면적을 통하여 외부로 열을 방출하게 되도록 되어 있었다.

이러한 구조는 열전도도가 우수한 금속을 이용함으로 엘이디램프가 밀집된 영역에서 발생된 열을 빠른 시간내에 금속판 전면으로 전도,확산시켜 단위면적당 발열량을 저감시킬 수 있지만, 기존 열전도성이 우수한 금속의 열전도계수 향상에 한계성이 있고 발광다이오드를 둘러싼 발광다이오드 상부의 렌즈 층 및 하부의 히트싱크 슬러그와 밀봉패키지 포장재 그리고 전원회로기판표면의 코팅제의 방열성능 한계 때문에, 단위면적당 발열량을 저감시키는 데에는 한계가 있는 등 여러 가지 문제점이 있었으며, 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 공개특허 10-2008-0079745, 특허등록 제 0797507 호, 특허등록 제 0867568 호, 등록 특허 0626845 호 등과 같이 방열구조에 대한 다양한 연구개발이 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 발광소자를 이용한 조명시에 통전전류를 증가시켜, 발광소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발광소자에서 발생되는 열을 히트싱크 파워방열부를 거쳐 회로기판부 및 방열핀부 전체로 신속하게 확산 전도할 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 히트싱크 파워방열부의 조성을 한정하여, 열전도율 20Ｗ/ｍ-Ｋ 이상의 물적 특성을 구비할 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 히트싱크 파워방열부를 회로기판의 고방열부도체에 형성된 홈내에 솔더접합하여, 히트싱크 파워방열부를 견고하게 위치시키고, 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 금속판의 상하부면에 알루미늄 함유 방열층을 형성하여, 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 회로기판부의 고방열부도체내에 전원회로를 일체화하여, 동박막선과의 접합 및 조립성을 향상시킬 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 렌즈부 및 히트싱크 파워방열부에 색상을 추가하여, 다양한 색상을 연출할 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 히트싱크 파워방열부를 2중구조로 형성하여, 방열효과를 극대화시킬 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 방열효율을 향상시켜 발광소자의 휘도증가는 물론 수명을 연장시키고, 엘이디의 동작신뢰성을 향상시킬 수 있는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 렌즈부, 밀봉렌즈, 히트싱크 파워방열부, 알루미늄 함유 방열층을 모두 방열재로 형성하여, 발광소자의 열이 상하로 신속하게 방열되는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 발광소자와, 상기 발광소자가 안착되는 요홈을 구비하는 히트싱크 파워방열부와, 발광소자가 안착된 요홈내로 삽입되는 밀봉렌즈와, 히트싱크 파워방열부에 솔더접합되고 발광소자로 전원을 공급하는 회로기판부와, 발광소자가 내부에 위치하도록 설치되고, 하단이 히트싱크 파워방열부에 실리콘 몰딩처리되는 렌즈부와, 회로기판부 하단에 위치하도록 설치되는 방열핀부를 포함하여 구성되어, 발광소자에서 발생하는 열이 히트싱크 파워방열부를 통해 회로기판부와 방열핀부로 확산되어 방열되도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 히트싱크 방열부가 열전도율 20Ｗ/ｍ-Ｋ 이상의 물적특성을 구비하도록 되어 있어, 발광소자에서 발생되는 열이 회로기판부 및 방열핀부로 신속하게 전도 확산되어 발광소자의 휘도증가, 수명연장 및, 동작신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 히트싱크 파워방열부를 상부층 방열재와 하부층 방열재로 분리형성하되, 상부층 방열재와 하부층 방열재의 구성성분을 서로 다르게 하여, 열전도율 및 인장강도 특성을 향상시키는 효과를 구비한다.

또한, 본 발명은 발광소자와 접합되는 전원회로를 회로기판부의 고방열부도체내에 일체로 형성함으로써, 조립성 및 접속성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 회로기판부와 방열핀부를 일체로 형성하고, 이에 히트싱크 파워방열부를 접합하도록 되어 있어, 그 구조가 간단하고, 우수한 조립성을 구비한다.

또한, 본 발명은 렌즈부, 밀봉렌즈, 히트싱크 파워방열부, 알루미늄 함유 방열층을 모두 방열재로 형성하여, 발광소자의 열이 상하로 신속하게 방열되도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 렌즈부와 밀봉렌즈를 일체화하여, 조립성 및 방열성을 향상시키도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 렌즈부 및 히트싱크 파워방열부에 색상을 추가하는 것에 의해, 다양한 색상의 연출이 가능하고, 이를 통해 수려한 심미감을 구현할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따라 2중구조 히트싱크 파워방열부 설치상태를 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따라 방열단자가 설치된 구성을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 방열단자의 변형설치 구성을 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 변형된 구성을 보인 예시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 하나의 발광소자 설치상태를 보인 평면예시도를, 도 7 은 본 발명에 따른 4개의 발광소자 설치상태를 보인 평면예시도를 도시한 것으로,

본 발명은 발광소자(10)와, 상기 발광소자(10)가 안착되는 요홈을 구비하는 히트싱크 파워방열부(20)와, 히트싱크 파워방열부(20)에 솔더접합되고 발광소자(10)로 전원을 공급하는 회로기판부(30)와, 발광소자가 내부에 위치하도록 설치되고, 하단이 히트싱크 파워방열부에 실리콘 몰딩처리되는 렌즈부(40)와, 회로기판부 하단에 위치하도록 설치되는 방열핀부(50)를 포함하여 구성되어,

발광소자(10)에서 발생하는 열이 히트싱크 파워방열부(20)를 통해 회로기판부(30)와 방열핀부(50)로 확산되어 방열되도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 발광소자(10)가 안착된 히트싱크 파워방열부(20)와, 회로기판부(30)와, 방열핀부(50)가 순차적으로 적층되어 형성되며, 상기 발광소자(10)는 히트싱크 파워방열부(20)의 요홈(21)내에 안착되어 밀봉렌즈(60)에 의해 밀봉되고, 발광소자가 내부에 위치하도록 설치되는 렌즈부(40)의 하단은 히트싱크 파워방열부(20)에 실리콘 몰딩처리된다.

상기 히트싱크 파워방열부(20)는 발광소자(10)에서 발생된 열을 회로기판부(30)로 전달하며, 상단에 발광소자(10)가 안착되는 요홈(21)을 구비하고, 두께 0.5㎜ 이하를 구비한다.

상기 히트싱크 파워방열부(20)는 질화알루미늄분말, 탄산칼슘분말, 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말, 기상성장카본파이버필러, 카본나노튜브분말, 그라핀분말, 인조다이아몬드분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에, 유기질 불순물(이트리아, OC레진 등등)이 소량 첨가되어 형성되고, 이와 같이 이루어지는 히트싱크 파워방열부는 열전도율 20Ｗ/ｍ-Ｋ 이상의 물적특성을 구비하게 된다.

즉, 본 발명에 따른 히트싱크 파워방열부(20)는 질화알루미늄분말 50∼65wt%, 탄산칼슘분말 5∼7wt%를 첨가소결하여 소결체를 형성하고, 상기 소결체에 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼20wt%, 기상성장카본파이버필러 5∼10wt%에 카본나노튜브분말, 그라핀분말, 인조다이아몬드분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼15wt% 첨가하여 이를 첨가하고, 이에 유기질 불순물(이트리아, OC레진 등등) 0.5∼3.0wt% 를 첨가함으로써 형성된다.

이와 같이 형성된 히트싱크 파워방열부는 열전도율 750∼850 Ｗ/ｍ-Ｋ을 구 비하고, 인장강도가 알루미늄의 75% 에 해당되는 물성특성을 구비하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 히트싱크 파워방열부(20)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 상부층 방열재(22)와 하부층 방열재(23)로 분리하여 형성하여 열전도율을 향상시킬 수 있다.

상기 상부층 방열재(22)는 질화알루미늄분말 30∼40wt%, 탄산칼슘분말 3∼5wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 상기 소결체에 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼20wt%, 기상성장카본파이버필러 5∼15wt%에 인조다이아몬드 미세분말 40∼55wt%를 첨가하고, 유기질불순물(이트리아, OC레진 등등) 0.5∼3.0wt% 첨가하여 형성한다.

상기 하부층 방열재(23)는 질화알루미늄분말 50∼65wt%, 탄산칼슘분말 5∼7wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 이에 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼20wt%, 기상성장카본파이버필러 5∼10wt%에 카본나노튜브분말 또는 그라핀분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼15wt% 첨가하여 이를 첨가하고, 이에 유기질 불순물(이트리아, OC레진 등등) 0.5∼3.0wt% 첨가하여 형성된다.

이와 같이 형성된 히트싱크 파워방열부는 열전도율 850∼1,000 Ｗ/ｍ-Ｋ을 구비하고, 인장강도가 알루미늄의 90% 에 해당되는 물성특성을 구비하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 히트싱크 파워방열부(20)는 질화알루미늄분말 71∼ 90wt%에 탄산칼슘분말 6∼8.5wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 소결체에 실리콘(SiO)수지분말, 불소수지분말, 탄화규소(SiC)수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 12∼18wt% 첨가한 후, 유기질 불순물(이트리아, OC레진 등등) 0.5∼2.5wt%를 첨가하여 형성된다.

이와 같이 형성된 히트싱크 파워방열부는 열전도율 110∼170 Ｗ/ｍ-Ｋ 의 물성특성을 구비하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 히트싱크 파워방열부(20)는 탄산규소(SiC)분말 81∼93wt%에 실리콘(SiO)수지분말 또는 불소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 11∼17wt% 첨가하고, 유기물 불순물(이트리아, OC레진 등등) 0.5∼2.0wt% 첨가하여 형성된다.

이와 같이 형성된 히트싱크 파워방열부는 열전도율 40∼50 Ｗ/ｍ-Ｋ 의 물성특성을 구비하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 히트싱크 파워방열부(20)는 탄화규소(SiC)수지분말 90∼95wt%에 유기질불순물(이트리아, OC레진 등등) 5∼10wt%를 첨가하여 형성되며, 이와 같이 형성된 히트싱크 파워방열부는 열전도율 54∼57 Ｗ/ｍ-Ｋ 의 물성특성을 구비하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 히트싱크 파워방열부(20)는 질화알루미늄분말 80∼ 85wt%에 탄산칼슘분말 10∼15wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 유기질불순물(이트리아, OC레진 등등) 0.5∼5.0wt% 첨가하여 형성되며, 이와 같이 형성된 히트싱크 파워방열부는 열전도율 145∼150 Ｗ/ｍ-Ｋ 의 물성특성을 구비하게 된다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 히트싱크 파워방열부(20)는 각 구성성분들이 초음파진동법에 의해 혼합되고, 고온고압 압착소결장치 또는 방전 플라즈마 소결장치 또는 레이저광조사법 중 적어도 하나 이상을 사용하여 소결되며, 열간압축프레스로 고온압축함으로써 형성된다.

또한, 본 발명은 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 열전도율을 더욱 향상시키기 위하여, 히트싱크 파워방열부와 회로기판부 사이에 동 또는 은 또는 동합금으로 구성된 방열단자(70)가 더 설치되어 있다. 이때, 상기 방열단자(70)는 히트싱크 파워방열부(20) 하단 전체 또는 히트싱크 파워방열부 하단의 일측에 부분적으로 적층된다.

상기 밀봉렌즈(60)는 발광소자(10)가 안착된 히트싱크 파워방열부의 요홈(21)내로 삽입되어 밀봉된다.

상기 렌즈부(40)는 발광소자(10)가 안착된 히트싱크 파워방열부의 요홈(21)이 내부에 위치하도록 설치되며, 하단이 히트싱크 파워방열부(20)에 실리콘 몰딩처리되어 기밀을 유지하게 된다. 이때, 발광소자(10)로 전원을 공급하는 동박막 선(80)은 히트싱크 파워방열부(20)와 렌즈부(40) 사이에 위치하게 되며, 하단이 실리콘 몰딩처리된다.

또한, 상기 렌즈부(40)와 밀봉렌즈(60) 및 히트싱크 파워방열부(20)는 전기절연물질로 이루어지고, 열전도율 1,800 Ｗ/ｍ-Ｋ 이상이고, 빛 투과율이 우수한 인조다이아몬드로 이루어진다. 또한, 상기 렌즈부(40)와 밀봉렌즈(60)는 일체형으로 형성된다.

또한, 상기 인조다이아몬드로 이루어진 렌즈부, 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열부는 야그(YAG)레이저 등 각종 레이저를 이용한 레이저 조사법에 의해 색상을 구비하도록 하여 다양한 빛의 고휘도 ＬＥＤ 방열장치를 형성할 수 있다.

상기 레이저 조사법은 종래의 각종 레이저를 이용하여 색상을 만드는 방법으로 이와 같은 레이저 조사법은 널리 공지된 기술수단이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 렌즈부(40)와 밀봉렌즈(60) 및 히트싱크 파워방열부(20)는 인조다이아몬드분말 20∼80wt%, 순수 실리콘분말 또는 실리콘수지분말 20∼80wt%를 혼합하여 350℃ 이상의 소결온도에서 압축소결하여 형성하며, 이와 같이 형성된 렌즈부는 열전도율 1,000∼1,400 Ｗ/ｍ-Ｋ 의 물성특성을 구비한다. 또한, 상기 렌즈부(40)와 밀봉렌즈(60)는 일체로 형성된다.

또한, 상기 렌즈부, 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열재는 다양한 색상을 발현 하는 발광물질을 0.1∼5wt% 더 첨가하여 압축소결함으로써, 다양한 색상을 발현할 수 있다.

또한, 상기 렌즈부, 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열재는 압축소결단계 이전에 인조다이아몬드분말 20∼80wt%에 종래의 야그(YAG)레이저 등 각종 레이저를 이용한 레이저 조사법에 의해 색상을 구비하도록 하여 다양한 빛의 고휘도 ＬＥＤ 방열장치를 형성할 수 있다.

또한, 상기 밀봉렌즈(60)는 순수 실리콘 20∼80wt%, 인조다이아몬드분말 20∼80wt%로 이루어져 있다.

상기 회로기판부(30)는 히트싱크 파워방열부가 삽입설치되고 발광소자(10)에 연결된 동박막선(80)에 접합되어 전원을 공급하는 고방열부도체(31)와, 상기 고방열부도체(31) 하부에 설치되는 알루미늄 함유 방열층(32)과, 상기 알루미늄 함유 방열층(32) 하측에 위치하도록 설치되는 금속판(33)을 포함한다.

이때, 상기 고방열부도체(31)는 동박막선(80)과 접합되어 전원을 공급하는 전원회로(34)가 내부에 일체로 형성되어 있으며, 히트싱크 파워방열부(20)가 설치되는 홈(35)을 구비한다.

즉, 상기와 같이 이루어진 본 발명의 회로기판부(30)는 금속판(33) 상측면에 알루미늄 함유 방열층(32)이 형성되고, 그 위에 고방열부도체(31)가 적층되어 있으 며, 고방열부도체에 형성된 홈(35)내로 히트싱크 파워방열부(20)가 삽입되어 히트싱크 파워방열부(20)의 하단면이 알루미늄 함유 방열층(32)에 솔더(Solder) 접합된다. 이때, 상기 알루미늄 함유 방열층(32)과 히트싱크 파워방열부(20)는 열전도 효율을 높이기 위하여 주석에 은 또는 동 또는 알루미늄을 합금한 합금솔더(Solder)에 의해 접합된다.

또한, 고방열부도체(31)는 알루미늄함유 방열층(32) 상측에 박막으로 형성된 후, 이에 전원회로(34)가 설치되고, 그 위에 다시 박막이 형성됨으로써, 내부에 전원회로(34)를 구비한 하나의 고방열부도체(31)으로 형성된다.

또한, 상기 회로기판부(30)는 도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이, 금속판(33) 하측에 알루미늄 함유 방열층(36)이 더 형성되어 있으며, 또한, 도 5 에 도시된 바와 같이, 알루미늄 함유 방열층(36) 밑에 또다른 고방열부도체(37)가 더 적층되도록 형성될 수 있으며, 이와 같이 더 설치되는 알루미늄 함유 방열층(36) 및 고방열부도체(37)는 등기구의 사용용도에 따라 제거하거나 추가로 설치되어 사용된다.

상기 고방열부도체(31,37)는 질화알루미늄 분말에 탄산칼슘을 첨가하여 소결시킨 질화알루미늄 소결체, 탄화규소(SiC)수지제, 실리콘(SiO)수지제, 불소수지제로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 두께 0.5㎜ 이하를 구비하고, 상기 회로기 판부의 알루미늄 함유 방열층(32,36)은 알루미늄 또는 알루미늄에 동을 첨가한 합금에 의해 0.2㎜이하 두께로 형성된다.

상기 금속판(33)은 열전도를 고려하면서 강성을 유지하기 위한 것으로, 철판(Fe) 또는 알루미늄판 또는 알루미늄합금판으로 이루어져 있다.

상기 방열핀부(50)는 회로기판부(30) 하측에 위치하도록 설치되는 것으로, 다수개의 방열핀(51)과 상기 방열핀(51)에 코팅처리되는 방열핀 방열재(52)를 포함한다.

상기 방열핀(51)은 알루미늄판 또는 알루미늄합금판 또는 알루미늄에 동을 첨가한 합금판으로 이루어져 있으며, 상기 방열핀 방열재(52)는 실리콘코팅제, 세라믹코팅제, 불소수지 코팅제로 이루어진 군에서 선택된 하나에 의해 의해 0.2㎜ 이하의 두께로 형성된다.

또한, 본 발명은 발광소자, 히트싱크 파워방열부 및 렌즈부는 일체화되어 하나의 패키지(90)를 형성하고, 이와 같은 패키지(90)는 하나의 히트싱크 파워방열부에 하나 또는 다수개가 서로 연결되어 설치된다.

즉, 본 발명은 도 6 에 도시된 바와 같이, 하나의 히트싱크 파워방열부에 하나의 발광소자를 배열설치하거나, 도 7 에 도시된 바와 같이, 하나의 히트싱크 파워방열부 위에 다수개의 발광소자를 배열설치할 수 있다. 즉, 하나의 히트싱크 파 워방열부에 다수개의 요홈을 형성하고, 상기 각각의 요홈내에 발광소자를 안착시킨 후 이를 밀봉렌즈로 밀봉하며, 발광소자가 내부에 위치하도록 렌즈부를 설치한 다음, 플라스틱 렌지 하단을 히트싱크 파워방열부에 실리콘 몰딩처리하고, 요홈에 설치된 발광소자의 동박막선을 이웃하는 또다른 요홈내에 설치된 발광소자의 동박막선에 서로 연결하여 다수개의 발광소자가 배열설치된 패키지를 형성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 회로기판부내의 전원회로가 히트싱크 파워방열부 외측에 위치하는 동박막선에 접합되어 발광소자로 전원이 공급되고, 발광소자에서 발생되는 열은 밀봉렌즈, 렌즈부, 히트싱크 파워방열부, 회로기판부의 고방열부도체, 회로기판부의 알루미늄 함유 방열층, 회로기판부의 금속판, 방열핀부의 방열핀 및, 방열핀 방열재로 전체 확산되어 방열이 이루어지게 된다.

또한, 본 발명의 렌즈부, 동막박선, 히트싱크 파워방열부 및, 회로기판은 수지등으로 몰딩처리되며, 이러한 몰딩처리는 공지된 기술수단이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 아울러, 본 발명 구성 이외의 공지기술에 대해서는 종래기술의 공지기술에 기재되어 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그 와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도

도 2 는 본 발명에 따라 2중구조 히트싱크 파워방열부 설치상태를 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따라 방열단자가 설치된 구성을 보인 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 방열단자의 변형설치 구성을 보인 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 변형된 구성을 보인 예시도

도 6 은 본 발명에 따른 하나의 발광소자 설치상태를 보인 평면예시도

도 7 은 본 발명에 따른 4개의 발광소자 설치상태를 보인 평면예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 발광소자 (20) : 히트싱크 파워방열부

(21) : 요홈 (22) : 상부층 방열재

(23) : 하부층 방열재 (30) : 회로기판부

(31) : 고방열부도체 (32) : 알루미늄 함유 방열층

(33) : 금속판 (34) : 전원회로

(35) : 홈 (36) : 알루미늄 함유 방열층

(37) : 고방열부도체 (40) : 렌즈부

(50) : 방열핀부 (60) : 밀봉렌즈

(70) : 방열단자 (80) : 동박막선

Claims (25)

1. 발광소자;

   발광소자가 안착되는 요홈을 구비하는 히트싱크 파워방열부;

   발광소자가 안착된 요홈내로 삽입되는 밀봉렌즈와,

   히트싱크 파워방열부에 솔더접합되고 발광소자로 전원을 공급하는 회로기판부;

   발광소자가 내부에 위치하도록 설치되고, 하단이 히트싱크 파워방열부에 실리콘 몰딩처리되며, 인조다이아몬드분말 20∼80wt%를 유효성분으로 함유하는 렌즈부;

   회로기판부 하단에 위치하도록 설치되는 방열핀부;를 포함하여 구성되어,

   발광소자에서 발생하는 열이 히트싱크 파워방열부를 통해 회로기판부와 방열핀부로 확산되어 방열되는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
2. 청구항 1 에 있어서;

   상기 히트싱크 파워방열부는 열전도율 20Ｗ/ｍ-Ｋ 이상의 물적특성을 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서;

   상기 히트싱크 파워방열부는 질화알루미늄분말, 탄산칼슘분말, 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말, 기상성장카본파이버필러, 카본나노튜브분말, 그라핀분말, 인조다이아몬드분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상에, 유기질 불순물이 첨가되어 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
4. 청구항 1 에 있어서;

   히트싱크 파워방열부는 질화알루미늄분말 50∼65wt%에 탄산칼슘분말 5∼7wt%를 첨가소결하여 소결체를 형성하고, 상기 소결체에 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼20wt%, 기상성장카본파이버필러 5∼10wt%에 카본나노튜브분말, 그라핀분말, 인조다이아몬드분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼15wt% 를 첨가하고, 이에 유기질 불순물 0.5∼3.0wt% 이 첨가 형성되어, 열전도율 750∼850 Ｗ/ｍ-Ｋ을 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
5. 청구항 1 에 있어서;

   히트싱크 파워방열부는 상부층 방열재와 하부층 방열재로 분리 형성되되,

   상부층 방열재는 질화알루미늄분말 30∼40wt%에 탄산칼슘분말 3∼5wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 상기 소결체에 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규 소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼20wt%, 기상성장카본파이버필러 5∼15wt%에, 인조다이아몬드 미세분말 40∼55wt%, 유기질불순물 0.5∼3.0wt%가 첨가 형성되고,

   하부층 방열재는 질화알루미늄분말 50∼65wt%에 탄산칼슘분말 5∼7wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 상기 소결체에 실리콘수지분말, 불소수지분말, 탄화규소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼20wt%, 기상성장카본파이버필러 5∼10wt%에 카본나노튜브분말 또는 그라핀분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 5∼15wt%, 유기질 불순물 0.5∼3.0wt% 가 첨가 형성되어, 열전도율 850∼1,000 Ｗ/ｍ-Ｋ을 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
6. 청구항 1 에 있어서;

   히트싱크 파워방열부는 질화알루미늄분말 71∼90wt%에 탄산칼슘분말 6∼8.5wt%를 첨가하여 소결체를 형성하고, 소결체에 실리콘(SiO)수지분말, 불소수지분말, 탄화규소(SiC)수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 12∼18wt%, 유기질 불순물 0.5∼2.5wt% 가 첨가 형성되어, 열전도율 110∼170 Ｗ/ｍ-Ｋ 을 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
7. 청구항 1 에 있어서;

   히트싱크 파워방열부는 탄화규소(SiC)분말 81∼93wt%에 실리콘(SiO)수지분말 또는 불소수지분말로 이루어진 군에서 선택된 하나를 11∼17wt%, 유기물 불순물 0.5∼2.0wt%가 첨가 형성되어, 열전도율 40∼50 Ｗ/ｍ-Ｋ 를 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
8. 청구항 1 에 있어서;

   히트싱크 파워방열부는 탄화규소(SiC)수지분말 90∼95wt%와 유기질불순물 5∼10wt%로 이루어지고, 열전도율 54∼57 Ｗ/ｍ-Ｋ 를 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
9. 청구항 1 에 있어서;

   히트싱크 파워방열부는 질화알루미늄분말 80∼85wt%, 탄산칼슘분말 10∼15wt%, 유기질불순물 0.5∼5.0wt%를 혼합하여 소결형성하고, 열전도율 145∼150 Ｗ/ｍ-Ｋ 를 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
10. 청구항 1 에 있어서;

    히트싱크 파워방열부와 회로기판부 사이에는 동 또는 은 또는 동합금으로 구 성된 방열단자가 더 설치된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
11. 청구항 1 에 있어서;

    상기 회로기판부는 금속판 상측면에 알루미늄 함유 방열층이 형성되고, 그 위에 고방열부도체가 적층되어 있으며, 고방열부도체에 형성된 홈내로 히트싱크 파워방열부가 삽입되어 히트싱크 파워방열부의 하단이 알루미늄 함유 방열층에 솔더(Solder) 접합되는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
12. 청구항 11 에 있어서;

    상기 고방열부도체는 동박막선과 접합되어 전원을 공급하는 전원회로가 내부에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
13. 청구항 11 또는 청구항 12 에 있어서;

    상기 고방열부도체는 질화알루미늄 분말에 탄산칼슘을 첨가하여 소결시킨 질화알루미늄 소결체, 탄화규소(SiC)수지제, 실리콘(SiO)수지제, 불소수지제 중 선택된 하나에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
14. 청구항 11 에 있어서;

    상기 알루미늄 함유 방열층은 알루미늄 또는 알루미늄에 동을 첨가한 합금에 의해 0.2㎜이하 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
15. 청구항 1 에 있어서;

    상기 렌즈부와 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열부는 전기절연물질로 이루어지고, 열전도율 1,800 Ｗ/ｍ-Ｋ 이상의 인조다이아몬드로 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
16. 청구항 1 에 있어서;

    상기 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열부는 인조다이아몬드분말 20∼80wt%, 순수 실리콘분말 또는 실리콘수지분말 20∼80wt%를 혼합하여 350℃ 이상의 소결온도에서 압축소결되고, 열전도율 1,000∼1,400 Ｗ/ｍ-Ｋ를 구비하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
17. 청구항 16 에 있어서;

    상기 렌즈부, 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열부에는 발광물질 0.1∼5wt% 가 더 첨가되어 압축소결되는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
18. 청구항 15 또는 청구항 16 에 있어서;

    상기 렌즈부, 밀봉렌즈 및 히트싱크 파워방열부는 인조다이아몬드 또는 인조다이아몬드분말에 각종 레이저 조사법을 사용하여 색상을 구비하도록 한 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
19. 삭제
20. 청구항 1 에 있어서;

    상기 밀봉렌즈는 순수 실리콘 20∼80wt%, 인조다이아몬드분말 20∼80wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
21. 청구항 1, 15, 16, 17 중 어느 한 항에 있어서;

    렌즈부와 밀봉렌즈는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
22. 청구항 1 에 있어서;

    상기 방열핀부는 방열핀과 상기 방열핀에 코팅처리되는 방열핀 방열재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
23. 청구항 22 에 있어서;

    상기 방열핀은 알루미늄판 또는 알루미늄합금판 또는 알루미늄에 동을 첨가한 합금판으로 이루어지고,

    상기 방열핀 방열재는 실리콘코팅제 또는 세라믹코팅제 또는 불소수지 코팅제에 의해 0.2㎜ 이하의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
24. 청구항 1 에 있어서;

    발광소자, 히트싱크 파워방열부 및 렌즈부는 일체화되어 하나의 패키지로 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.
25. 청구항 1 에 있어서;

    하나의 히트싱크 파워방열부에 발광소자, 히트싱크 파워방열부 및 렌즈부가 일체화된 패키지 다수개가 서로 연결되어 설치된 것을 특징으로 하는 고휘도 엘이디용 쾌속 방열장치.

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