KR101276326B1 - 비아홀을 갖는 인쇄회로기판, 이를 구비한 엘이디 모듈 및 led 조명장치 - Google Patents

비아홀을 갖는 인쇄회로기판, 이를 구비한 엘이디 모듈 및 led 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조명장치의 엘이디 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 엘이디에서 발생되는 열을 신속히 외부로 방출시킬 수 있는 엘이디 모듈의 구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 엘이디 모듈은, 동작시 열을 발생시키는 엘이디 칩; 복수의 엘이디 칩이 일정간격으로 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 배면에 구비되고, 엘이디 칩에서 발생되는 열을 전달받는 탄성 방열시트; 및 상기 탄성 방열시트의 배면에 구비되고, 전달받은 열을 외부로 방출하기 위한 방열판;을 포함하여 구성되고, 상기 인쇄회로기판에는 엘이디 칩에 대응하는 부분에는 비아홀이 구비되어 있다.
본 발명에 따른 엘이디 모듈의 탄성 방열시트는 인쇄회로기판의 비아홀과 대응하는 부분에는 제1 돌출부가 구비되고, 관통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제2 돌출부가 형성되고, 또한, 상기 탄성 방열시트는 방열판의 연통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제3 돌출부가 구비된다.

Description

비아홀을 갖는 인쇄회로기판, 이를 구비한 엘이디 모듈 및 LED 조명장치{PCB WITH VIA HOLE, LED MODULE AND LED LIGHT}
본 발명은 엘이디 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 엘이디에서 발생되는 열을 신속히 외부로 방출시킬 수 있는 엘이디 모듈의 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 실내에 설치되는 조명장치는 벽체, 천장 등에 설치되는 브라켓과 이 브라켓에 고정되는 광원을 포함하여 구성된다. 광원으로서는 종래의 백열전구, 형광등이 주로 사용되었으나 최근 뛰어난 수명, 광전환 효율 등을 이유로 점차 발광 다이오드로 대체되고 있다.
발광 다이오드(LED : light emitting diode)는 P-N 접합 반도체에 주입된 전자나 정공의 소수 캐리어를 형성하고 이들의 소수 캐리어의 재결합에 의해 발광을 일으키는 반도체 소자이다.
광원으로서 발광 다이오드를 사용하는 조명장치는 인쇄회로기판상에 하나 이상의 발광 다이오드를 일정 간격으로 이격되게 배치되어 있는 엘이디 모듈을 조명장치의 프레임에 장착하고 있다.
발광 다이오드에 전원을 인가하면, 발광 다이오드에서는 광이 발생되고 광으로 변환되지 않는 전기 에너지는 열로 변환된다. 이때 발생되는 열은 발광 다이오드의 수명에 영향을 미치게 된다. 따라서 신속한 열을 외부로 방출하기 위한 별도의 방열수단이 필요로 한다.
방열수단을 구비한 엘이디 모듈에 관한 선행기술문헌으로서, 대한민국 등록특허공보 제10-0951411호의 ‘LED 조명등’은 인쇄회로기판의 하측에 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 방열판을 구비하고 있다.
종래기술에 따른 방열수단은 발광 다이오드가 실장된 인쇄회로기판에 금속 패턴과 대응되면서 일정한 간격을 갖고 인쇄회로기판을 관통하는 다수의 비아홀을 구비하고 있다. 그리고 비아홀의 내부에는 다수의 도전성 플러그가 개재되어 있어, 발광 다이오드에서 발생되는 열을 전달받는 방열판을 통해 외부로 열을 방출한다.
발광 다이오드가 고출력인 경우, 더욱 신속한 열의 방출을 필요로 하는데, 방열수단의 재료, 형태 및 구조적 개선이 요구된다.
공개특허공보 제10-2008-0057881호 공개특허공보 제10-2008-0018035호
본 발명은 상기한 요구사항을 도모하기 위해 안출한 것으로, 엘이디에서 발생되는 열을 인쇄회로기판으로부터 외부로 신속하게 방출할 수 있는 엘이디 모듈을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 엘이디 모듈은, 동작시 열을 발생시키는 엘이디 칩; 복수의 엘이디 칩이 일정간격으로 배치되는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 배면에 구비되고, 엘이디 칩에서 발생되는 열을 전달받는 탄성 방열시트; 및 상기 탄성 방열시트의 배면에 구비되고, 전달받은 열을 외부로 방출하기 위한 방열판;을 포함하여 구성되고, 상기 인쇄회로기판에는 엘이디 칩에 대응하는 부분에는 비아홀이 구비되어 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판에는 엘이디 칩 사이에 관통홀이 구비된다.
또한, 상기 방열판에는 인쇄회로기판의 관통홀에 대응하는 부분에 연통홀이 구비된다.
본 발명에 따른 엘이디 모듈의 탄성 방열시트는 인쇄회로기판의 비아홀과 대응하는 부분에는 제1 돌출부가 구비되고, 관통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제2 돌출부가 형성되고, 또한, 상기 탄성 방열시트는 방열판의 연통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제3 돌출부가 구비된다.
또한, 상기 탄성 방열시트의 제1 돌출부와 제2 돌출부에는 각각 인쇄회로기판의 비아홀과 관통홀이 끼움결합되며, 상기 탄성 방열시트의 제3 돌출부에는 방열판의 연통홀이 끼움결합되어 형성된다.
본 발명에 따른 엘이디 모듈은 인쇄회로기판 상에 엘이디 칩에 대응하는 부분에 비아홀을 구비하고 있어, 엘이디 칩으로부터 발생되는 열을 신속하게 방열판으로 방출할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판에는 엘이디 칩 사이에 관통홀을 구비하고 있어, 인쇄회로기판의 단면으로부터 전달되는 열을 신속히 방열판으로 방출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 탄성 방열시트의 제2 돌출부와 제3 돌출부의 중앙에는 냉각홀을 구비하고 있어, 인쇄회로기판의 단면으로부터 전달되는 열을 주변 공기의 순환에 따라 신속히 방출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈을 상측에서 바라다 본 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판, 탄성 방열시트 및 방열판의 분해와 결합을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈에서 엘이디 칩을 분리한 것을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 명세서에 기재된 “포함한다”라는 표현은 추가적인 구성요소를 배제하는 것으로 이해되지 않는다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈을 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈을 상측에서 바라다 본 것을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판, 탄성 방열시트 및 방열판의 분해와 결합을 나타낸 도면이다.
여기서, 도 3(A)는 인쇄회로기판, 탄성 방열시트 및 방열판을 분리한 것을 나타낸 도면이고, 도 3(B)는 인쇄회로기판, 탄성 방열시트 및 방열판을 결합한 것을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈은, 도 1 및 도 2를 참조하면, 엘이디 칩(100), 인쇄회로기판(200), 탄성 방열시트(300) 및 방열판(400)을 포함하여 구성된다.
상기 엘이디 칩(100)는, 조명장치의 광원으로서, 동작시 광을 발생시키는 엘이디(110)와, 엘이디에 구동전원을 공급하는 엘이디 단자(120)를 포함한다. 상기 엘이디는 실질적으로 광을 방출하는 구성요소로서, 형광체가 포함된 반구형의 수지를 포함하고, 광은 반구형의 수지를 통과하여 방사상으로 출사된다.
광원으로서는 엘이디(LED: Light Emitting Diode), 유기발광 다이오드(OLED: Organic Light Emitting Diodes) 등 복수개의 광발생 소자를 인쇄회로기판에 배치하고 평판 광을 발생시킬 수 있는 소자를 이용하여 형성할 수 있다. 본 발명에서는 광원으로 엘이디를 사용하는 것을 실시예로 한다.
상기 인쇄회로기판(200)은, 그 전면에 복수개의 엘이디 칩이 실장되며 상기 엘이디 칩에 전원을 공급하기 위한 라인을 포함한다. 상기 라인은 엘이디 칩의 엘이디 단자에 전기적으로 접속된다. 광을 발생시키는 엘이디는 공급되는 전기 에너지의 일부가 열로 변환되며, 이때 발생된 열은 인쇄회로기판에 전달된다. 따라서 인쇄회로기판은 열전도율이 상대적으로 좋은 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대, 인쇄회로기판은 플렉시블 기판, 금속 기판, 에폭시 수지 기판 등 중에서 선택된 하나 일 수 있다.
본 발명에 따른 인쇄회로기판은 복수개의 엘이디 칩이 일정 간격으로 이격되도록 배치되어 있다. 엘이디 칩이 배치되어 있는 부분 즉, 엘이디 칩에 대응하는 부분에는 비아홀(210)이 형성되어 있으며, 엘이디 칩들 사이에는 관통홀(220)이 구비된다. 도 2를 참조하면, 상기 관통홀의 내부 가장자리에는 이후에 설명할 탄성 방열시트가 도시되어 있다.
상기 탄성 방열시트(300)는, 인쇄회로기판의 배면에 구비되며, 엘이디 칩과 인쇄회로기판에서 발생되는 열을 전달받아 방열판으로 전달한다. 본 발명의 실시예에 따른 탄성 방열시트는 탄성을 갖는 그라파이트 시트로 형성하는 것을 실시예로 하나, 열 전달 특성이 우수한 다른 재질을 사용하는 것을 배제하지는 않는다.
도 3(B)를 참조하면, 탄성 방열시트의 상면에는 제1 돌출부 및 제2 돌출부가 형성되어 있고, 하면에는 제3 돌출부가 형성되어 있다.
다시 말하면, 인쇄회로기판의 비아홀과 대응하는 부분에는 제1 돌출부(310)가 구비되고, 관통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제2 돌출부(320)가 형성되며, 방열판의 연통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀(CH: Cooling Hole)이 구비된 제3 돌출부(330)가 형성되어 있다.
인쇄회로기판, 탄성 방열시트 및 방열판을 결합시에는, 상기 탄성 방열시트의 제1 돌출부에는 인쇄회로기판의 비아홀이 끼움 결합되며, 상기 탄성 방열시트의 제2 돌출부에는 인쇄회로기판의 관통홀이 끼움 결합된다. 또한, 상기 탄성 방열시트의 제3 돌출부에는 방열판의 연통홀이 끼움 결합된다.
제2 돌출부와 제3 돌출부는 탄성 방열시트의 동일한 위치의 전면과 배면에 각각 돌출되어 형성되는데, 그 중앙에 냉각홀에 의해 상기 제2 돌출부와 제3 돌출부는 연통된다.
상기 방열판(400)은, 탄성 방열시트의 배면에 구비되며, 탄성 방열시트로부터 전달된 열을 외부로 방출한다. 신속한 방열은 엘이디 모듈의 열특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 방열판은 열 전도율이 상대적으로 우수한 구리, 알루미늄 등 금속 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 방열판에는 인쇄회로기판의 관통홀에 대응하는 부분에 연통홀(410)이 구비되어 있다.
이하, 엘이디 모듈를 결합하는 공정과 방열이 이루어지는 과정을 설명한다.
1. 인쇄회로기판에 엘이디 칩을 본딩하는 단계:
인쇄회로기판에 엘이디 칩을 본딩한다. 엘이디 칩의 위치는 비아홀의 중심을 기준으로 하여 엘이디 칩의 중심을 대응하여 본딩하면 완전한 배치가 이루어질 수 있다. 이때, 인쇄회로기판의 배면에서 바라다보면, 비아홀에는 엘이디 칩의 엘이디의 배변이 나타난다.
2. 엘이디 칩이 본딩된 인쇄회로기판에 탄성 방열시트를 결합하는 단계:
엘이디 칩이 본딩된 인쇄회로기판의 배변에 탄성 방열시트를 결합한다. 이때 인쇄회로기판의 비아홀에는 탄성 방열시트의 제1 돌출부가 끼워지며, 탄성 방열시트의 관통홀에는 탄성 방열시트의 제2 돌출부가 끼워 결합된다. 열 전달율을 높이기 위하여, 상기 인쇄회로기판과 탄성 방열시트가 면접촉하는 부분에는 써멀 구리스를 도포한다.
엘이디에서 발생되는 열의 전달과정을 살펴보면, 엘이디에서 발생되는 열은 탄성 방열시트의 제1 돌출부로 전달되며, 인쇄회로기판의 배면으로 전달된 열은 탄성 방열시트와 접하는 인쇄회로기판의 배면으로 전달되며, 인쇄회로기판에 형성된 관통홀의 측면으로 전달되는 열은 제2 돌출부의 외측면으로 전달된다.
본 발명에 따른 관통홀은 인쇄회로기판의 중앙부분에 복수개 배치되어 있어, 인쇄회로기판의 중앙부분에 열이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
3. 탄성 방열시트의 배면에 방열판을 결합하는 단계:
탄성 방열시트의 배면에는 제3 돌출부가 구비되어 있다. 방열판에 형성된 연통홀에 제3 돌출부에 대응하여 배치하고 상호 결합한다.
이와 같이, 엘이디 칩이 실장된 인쇄회로기판, 탄성 방열시트 및 방열판을 상호 결합하면, 상기 탄성 방열시트의 제2 돌출부와 제3 돌출부의 중앙에 형성된 냉각홀에 의해 연통되어 외부의 공기가 유동할 수 있다. 인쇄회로기판의 단면으로부터 전달되는 열을 주변 공기의 순환에 따라 신속히 방출할 수 있다.
탄성 방열시트의 제2 돌출부로 전달받은 열의 일부는 외부의 공기에 의해 냉각되고, 나머지 열은 제3 돌출부로 전달되어 방열판으로 신속하게 방출할 수 있다. 또한, 상기 탄성 방열시트와 방열판의 열 전달율을 높이기 위하여, 상기 탄성 방열시트와 방열판이 면접촉하는 부분에는 써멀 구리스를 도포할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈에서 엘이디 칩을 분리한 것을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 인쇄회로기판으로부터 돌출되는 제1 돌출부의 높이(d2)는, 상기 엘이디 칩의 엘이디 단자의 높이(d1)보다 높다. 상기 탄성 방열시트는 탄성을 갖는 재질로 이루어져 있으므로, 탄성에 의해 엘이디와 제1 돌출부의 단부면이 상호 밀착성을 높일 수 있어, 열 전달율을 높일 수 있다. 이에 더하여, 상기 엘이디와 제1 돌출부 사이에는 써멀 구리스를 도포하여 열 전달율을 더욱 높일 수 있다. 엘이디에서 발생되는 열의 완전한 전달이 가능하다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 엘이디 칩 110 : 엘이디 120 : 엘이디 단자
200 : 인쇄회로기판 210 : 비아홀 220 : 관통홀
300 : 탄성 방열시트
310 : 제1 돌출부 320 : 제2 돌출부 330 : 제3 돌출부
400 : 방열판 410 : 연통홀
CH : 냉각홀

Claims (5)

  1. 동작시 열을 발생시키는 엘이디 칩;
    복수의 엘이디 칩이 일정간격으로 배치되는 인쇄회로기판;
    상기 인쇄회로기판의 배면에 구비되고, 엘이디 칩에서 발생되는 열을 전달받는 탄성 방열시트; 및
    상기 탄성 방열시트의 배면에 구비되고, 전달받은 열을 외부로 방출하기 위한 방열판;을 포함하여 구성되고,
    상기 인쇄회로기판에는 엘이디 칩에 대응하는 부분에는 비아홀이 구비되며, 엘이디 칩 사이에는 관통홀이 구비되며, 상기 방열판에는 인쇄회로기판의 관통홀에 대응하는 부분에 연통홀이 구비되고,
    상기 탄성 방열시트는 인쇄회로기판의 비아홀과 대응하는 부분에는 제1 돌출부가 구비되고, 관통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제2 돌출부가 형성되고, 또한, 상기 탄성 방열시트는 방열판의 연통홀과 대응하는 부분에는 냉각홀이 구비된 제3 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 엘이디 모듈을 구비한 엘이디조명장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성 방열시트의 제1 돌출부와 제2 돌출부에는 각각 인쇄회로기판의 비아홀과 관통홀이 끼움결합되며, 상기 탄성 방열시트의 제3 돌출부에는 방열판의 연통홀이 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 엘이디 모듈을 구비한 엘이디조명장치.
KR1020130004767A 2013-01-16 2013-01-16 비아홀을 갖는 인쇄회로기판, 이를 구비한 엘이디 모듈 및 led 조명장치 KR101276326B1 (ko)

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