KR101237280B1 - 발광 다이오드용 열 전도 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 LED용 열 전도 장치의 제조 방법은, 냉간 단조에 의해 히트 싱크를 형성하고 그 히트 싱크에 체결 리세스를 형성하는 단계, 열-전도 디스크를 펀칭하여 장착부와 상기 장착부 주위에 형성된 열-전도 벽을 가진 LED 캐리어를 형성하는 단계, LED 캐리어 상에 복수 개의 LED를 납땜하는 단계, 및 상기 히트 싱크를 가열하여 열방식으로 히트 싱크를 팽창시키고, LED 캐리어와 히트 싱크를 조립하여, 상기 열-전도 벽을 체결 리세스와 함께 조립하는 단계, 이어서 상기 히트 싱크를 냉각하여 열방식으로 수축시키고, LED 캐리어를 긴밀하게 고정시키는 단계를 포함한다. 상기 제조 방법은 접촉 면적을 증가시키고, LED 캐리어의 열-전도 효율을 효과적으로 증강시키도록 LED 캐리어와 히트 싱크 사이의 에어 갭을 줄임으로써 , LED는 적합한 작동 온도에서 작동되어 긴 사용 수명이 보장된다.

Description

발광 다이오드용 열 전도 장치의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF A HEAT CONDUCTIVE DEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드(LED)용 열 전도 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 LED에 의해 발생된 열을 전달하기 위한 열 전도 효율을 증강시킬 수 있는 열 전도 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날, LED 램프는 그 내부에 장착된 LED 캐리어, LED 캐리어 상에 장착된 복수 개의 발광 다이오드 및 LED 캐리어에 인접하게 연결된 히트 싱크를 구비한다. LED 캐리어는 그 상면에 형성되어 열 전도성 접착제를 통해 히트 싱크에 접촉되어 있는 열-소산(heat-dissipating) 표면을 가진다. LED 램프를 점등시킴으로써 발생된 열은 열 소산을 위해 LED 캐리어 및 열 전도성 접착제를 통해 히트 싱크의 열-소산 표면에 전달된다.
상기 LED 캐리어는, LED 캐리어의 상면에 형성된 하나의 열-전도 표면을 이용할 뿐이므로, 열-전도 표면이 충분한 크기를 갖지 못하며, 열-전도 표면과 히트 싱크가 볼트에 의해 고정되므로, 열-전도 표면과 히트 싱크 사이에는 많은 에어 갭(air gap)이 존재하고, LED 램프에 의해 발생된 열이 열 소산을 위한 시트 싱크에 효과적으로 전달되지 못함으로써, 열-소산 효율이 만족스럽지 못하다. 따라서, LED 램프의 온도가 상승하고, LED 램프는 부적합한 작동 온도에서 작동된다. 그러한 바람직하지 않은 온도 조건은 결국 사용 수명의 단축과 LED 램프의 성능 저하를 초래한다.
미국 특허 제7965023호(발명의 명칭: "LED 램프")에 개시된 바와 같이, LED 캐리어(25)는 LED 캐리어(25)의 상면에 열-소산 표면을 가지는데, 그 열-소산 표면은 충분히 크지 않다. 따라서, LED 램프(24)에 의해 발생된 열은 열 소산용 히트 싱크(20)에 효과적으로 전달되지 못한다.
본 발명의 목적은, LED에 의해 발생된 열을 전달하기 위한 열 전도 효율을 증강시킬 수 있는 열 전도 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, LED용 열 전도 장치의 제조 방법은,
냉간 단조 성형(cold forge forming)에 의해 히트 싱크를 제조하고, 상기 히트 싱크에 체결 리세스(recess)를 형성하는 단계;
다이에 열-전도 디스크를 설치하고, 상기 열-전도 디스크를 펀칭하여 LED 캐리어의 장착부 및 열-전도 벽을 형성하는데, 여기서 상기 열-전도 벽이 상기 장착부의 테두리를 따라 그 테두리로부터 돌출되도록 형성하는 단계;
상기 열-전도 벽에 의해 둘러싸인 상기 장착부의 일 측면에 복수 개의 발광 다이오드를 위치시키고 납땜하는 단계; 및
상기 히트 싱크를 가열하여 열방식으로 팽창시키고, 상기 LED 캐리어의 열-전도 벽이 상기 히트 싱크의 체결 리세스와 함께 조립되도록 상기 LED 캐리어와 상기 히트 싱크를 조립하고, 상기 히트 싱크를 냉각시켜 열방식으로 수축시키고 상기 LED 캐리어를 긴밀하게 고정시키는 단계를 포함한다.
냉간 단조 성형은 물질의 밀도를 증가시키므로, 가공되는 물질의 열 전도성을 증강시킨다. 상기 제조 방법의 펀칭 단계에서, 원뿔형 열-전도 벽이 LED 캐리어의 장착 부위의 테두리 상에 형성되고 그 테두리로부터 돌출되어 LED 캐리어의 열-전도 면적을 증가시킨다. 긴밀하게 끼워 맞추는 상기 조립 단계에서, LED 캐리어는 히트 싱크에 긴밀하게 장착될 수 있으므로, 원뿔형 열-전도 벽과 히트 싱크는 서로 접하게 된다. LED 캐리어와 히트 싱크를 조립하는 단계에서, 먼저 LED 캐리어를 가열한 다음, 히트 싱크를 냉각시킴으로써 그 사이의 긴밀도(tightness)를 증가시킬 수 있다. LED로부터 발생되어 LED 캐리어로 전도된 열은 보다 효과적으로 히트 싱크에 전달될 수 있고, LED 캐리어의 열 전도 효율이 향상된다. 따라서, LED의 긴 수명이 보장되도록 LED 캐리어 상의 LED는 적합한 작동 온도에서 작동될 수 있고, 상기 방법은 열 전도성 접착제와 볼트의 사용을 배제하므로 공업적 응용 분야에 유용하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 이점 및 새로운 특징은 첨부하는 도면과 함께 이하에 기재되는 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, LED에 의해 발생된 열을 전달하기 위한 열 전도 효율을 증강시킬 수 있는 열 전도 장치의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된, LED의 열 전도 장치의 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 제조 방법에 의해 제조된, LED용 열 전도 장치의 또 다른 부분 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 LED용 열 전도 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 LED용 열 전도 장치의 부분 단면으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 LED용 열 전도 장치의 부분 단면으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 도 1의 열 전도 장치가 내부에 장착되어 있는 LED 램프의 부분 단면으로 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 LED용 열 전도 장치는 히트 싱크(30) 및 LED 캐리어(20, 20A)를 가진다. 히트 싱크(30)는 그 내부에 형성된 원통형 또는 원뿔형 체결 리세스를 가진다. LED 캐리어(20, 20A)는 히트 싱크(30)와 맞물려 시트 싱크(30) 내에 장착되고, 장착부(21, 21A) 및 열-전도 벽(22, 22A)을 가진다. 장착부(21, 21A)의 형상은 원형이다. 열-전도 벽(22, 22A)은 각각 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 장착부(21, 21A)의 테두리를 따라 수직형 및 원뿔형으로 형성되고 장착부(21, 21A)의 테두리로부터 돌출되어 있다. 열-전도 벽(22, 22A)의 외경은 장착부(21, 21A)의 직경보다 크다.
제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
1) 냉간 단조 성형에 의해 히트 싱크(30)를 제조하고, 상기 히트 싱크(30)에 체결 리세스를 형성한다.
2) 다이에 열-전도 디스크(10)를 설치하고, 상기 열-전도 디스크(10)를 펀칭하여 LED 캐리어(20)의 장착부(21, 21A) 및 열-전도 벽(22, 22A)을 형성한다.
3) 상기 열-전도 벽(22, 22A)에 의해 둘러싸인 상기 장착부(21, 21A)의 일 측면에 복수 개의 LED(40)를 위치시키고 납땜한다.
4) LED 캐리어(20, 20A) 및 히트 싱크(30)를 대응하는 어셈블리 다이에 설치한다. 히트 싱크(30)를 가열하여, 히트 싱크(30)를 열방식으로 팽창시킨다. LED 캐리어(20, 20A)와 히트 싱크(30)를 조립하기 위해 어셈블리 다이에 연결된 유압 장치를 사용함으로써, LED 캐리어(20, 20A)의 장착부(21, 21A)의 일부 및 열-전도 벽(22, 22A)은 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 히트 싱크(30)의 체결 리세트와 함께 조립된다. 상기 히트 싱크(30)를 냉각시켜 열방식으로 수축시키고, 상기 LED 캐리어(20, 20A)를 긴밀하게 고정시켜 그 사이의 에어 갭을 줄인다.
도 6을 참조하면, 조립된 LED 캐리어(20)와 히트 싱크(30)는 LED용 열 전도 장치를 형성한다. 상기 LED용 열 전도 장치는 LED 램프에 장착될 수 있다. LED 램프는 램프 시트(seat)(50), 차광 유닛(light cut unit)(53) 및 포지셔닝(positioning element) 엘리먼트(52)를 추가로 가진다. 램프 시트(50)는 히트 싱크(30) 상에 장착되고, 그 안에 장착된 컨트롤 모듈(51)을 가진다. 차광 유닛(53)은 LED 캐리어(20)에 인접해 있고, LED(40)와 협동 상태로 장착되어 있다. 차광 유닛(53)은 포지셔닝 엘리먼트(52)에 의해 히트 싱크(30) 상에 위치한다. LED(40)를 작동시킴으로써 발생된 열은 먼저 LED 캐리어920)의 장착부(21) 및 열-전도 벽(22)에 전도되고, 계속해서 열 소산을 위해 히트 싱크(30)에 전도된다.
종합하면, LED용 열 전도 장치의 제조 방법은, 냉간 단조 공정에 의해 상대적으로 높은 재료 밀도를 가진 히트 싱크를 형성하고, LED 캐리어(20, 20A)와 히트 싱크(30) 사이의 접촉 면적을 증가시키며, LED 캐리어(20, 20A)의 열-전도 벽(22, 22A)과 히트 싱크(30)의 체결 리세스를 체결하기 위해 긴밀하게 끼워맞추고, LED 캐리어(20, 20A)를 가열하고 히트 싱크(30)를 냉각시킴으로써 LED 캐리어(20, 20A)와 히트 싱크(30) 사이의 에어 갭을 줄인다. 따라서, LED(40)로부터 발생되어 LED 캐리어(20)에 전도된 열은 히트 싱크(30)에 보다 효과적으로 전달되어 LED 캐리어(20, 20A)의 열 전도 효율을 향상시킬 수 있으므로, LED 캐리어(20) 상의 LED(40)는 적합한 작동 온도에서 작동되어 LED(40)의 긴 사용 수명이 보장될 수 있고, 상기 제조 방법은 열 전도성 접착제와 볼트의 사용을 배제하므로 공업적 응용 분야에 유용하다.
이상과 같은 설명에서 본 발명의 구조와 기능의 상세한 사항과 함께 본 발명의 여러 가지 특징과 이점이 제시되었지만, 그러한 개시 내용은 예시적일 뿐이다. 첨부된 특허청구범위에 표현되어 있는 용어의 폭넓은 일반적 의미가 나타내는 최대한 범위로, 본 발명의 원리 내에서, 특히 부품들의 형상, 크기 및 배열과 관련하여 구체적으로 여러 가지 변화가 이루어질 수 있다.
10 열 전도 디스크, 20, 20A LED 캐리어, 21, 21A 장착부, 22, 22A 열-전도 벽, 30 히트 싱크, 40 LED, 50 LED 시트, 51 컨트롤 모듈, 52 포지셔닝 엘리먼트, 53 차광 유닛

Claims (4)

  1. 냉간 단조 성형(cold forge forming)에 의해 히트 싱크를 제조하고, 상기 히트 싱크에 체결 리세스(recess)를 형성하는 단계;
    다이에 열-전도 디스크를 설치하고, 상기 열-전도 디스크를 펀칭하여 LED 캐리어의 장착부 및 열-전도 벽을 형성하는데, 여기서 상기 열-전도 벽이 상기 장착부의 테두리를 따라 그 테두리로부터 돌출되도록 형성하는 단계;
    상기 열-전도 벽에 의해 둘러싸인 상기 장착부의 일 측면에 복수 개의 발광 다이오드를 위치시키고 납땜하는 단계; 및
    상기 히트 싱크를 가열하여 열방식으로 팽창시키고, 상기 LED 캐리어의 열-전도 벽이 상기 히트 싱크의 체결 리세스와 함께 조립되도록 상기 LED 캐리어와 상기 히트 싱크를 조립하고, 상기 히트 싱크를 냉각시켜 열방식으로 수축시키고 상기 LED 캐리어를 긴밀하게 고정시키는 단계
    를 포함하는, LED용 열 전도 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크의 체결 리세스는 원뿔형이고; 상기 열-전도 벽은 상기 LED 캐리어의 장착부의 테두리를 따라 원뿔형으로 형성되고, 그 테두리로부터 돌출되어 있고, 상기 히트 싱크에 장착되어 긴밀하게 끼워짐으로써 상기 히트 싱크의 체결 리세스를 체결시키는, LED용 열 전도 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크의 체결 리세스는 원통형이고; 상기 열-전도 벽은 상기 LED 캐리어의 장착부의 테두리를 따라 수직으로 형성되고, 그 테두리로부터 돌출되어 있고, 상기 히트 싱크에 장착되어 긴밀하게 끼워짐으로써 상기 히트 싱크의 체결 리세스를 체결시키는, LED용 열 전도 장치의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열-전도 벽의 외경은 상기 장착부의 직경보다 큰, LED용 열 전도 장치의 제조 방법.
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