KR101412617B1 - 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 ｌｅｄ용 ｐｃｂ 및 그 제조방법 - Google Patents

전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 ｌｅｄ용 ｐｃｂ 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED와 같은 소자를 탑재하기 위한 인쇄회로기판(Printed circuit board, 이하, 'PCB'라 함)에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 기판 전체에 열이 골고루 분산되지 못하고 LED 밑면에 열이 집중됨으로 인해 방열 효과에 분명한 한계가 존재하며, 또한, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자기파에 의한 악영향을 방지하기 위해 기판 자체적으로 전자파를 감쇄 또는 흡수하는 기능에 대하여는 고려된 바 없었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결하여, 탑재된 소자로부터 발생되는 열을 기판 전체에 골고루 분포시킴으로써 우수한 방열성능을 가지는 동시에, 탑재된 소자로부터 발생되는 저주파수 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 전자파 흡수 특성을 함께 가지도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 ＬＥＤ용 ＰＣＢ 및 그 제조방법{Printed circuit board for LED capable of absorbing electromagnetic wave and dissipating heat and method for manufacturing thereof}
본 발명은 인쇄회로기판(Printed circuit board, 이하, 'PCB'라 함)에 관한 것으로, 더 상세하게는, LED와 같은 소자를 탑재하기 위한 기판에 있어서, 탑재된 소자로부터 발생되는 저주파수 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 전자파 흡수 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 탑재된 소자로부터 발생되는 저주파수 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 동시에, 탑재된 소자로부터 발생되는 열을 기판 전체에 골고루 분포시킴으로써 우수한 방열성능을 함께 가지는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, LED 소자를 탑재하기 위한 LED 조명용 PCB 기판에 있어서는, LED의 발열 문제로 인해 일반적인 플라스틱 PCB 기판을 사용할 수 없는 문제가 있었고, 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해, 기존의 플라스틱 PCB 대신에, 알루미늄과 구리의 복층 구조로 이루어지는 구조의 메탈 PCB가 많이 사용되고 있다.
또한, 상기한 바와 같은 메탈 PCB에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-1088410호(2011.11.24.)에 제시된 바와 같은 "메탈 PCB 기판의 열 방출 향상을 위한 표면처리방법"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-1088410호의 메탈 PCB 기판의 열 방출 향상을 위한 표면처리방법은, 메탈 PCB에 형성되는 절연층을 금속 산화물로 대체시킴으로써 열 방출 특성 개선할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 메탈 PCB 기판의 열 방출 향상을 위한 표면처리방법에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 등록특허 제10-1088410호에 따르면, 메탈 PCB 기판 표면을 탈지하는 단계, 탈지된 기판 표면을 에칭하는 단계, 표면이 식각된 상기 기판에 절연층 형성을 위한 아노다이징 단계, 산화막이 형성된 기판 표면으로 씨드층 형성하는 단계, 씨드층이 형성된 표면으로 금속 스트라이크층을 형성하는 단계, 상기 금속 스트라이크층 표면으로 전도층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 메탈 PCB 기판의 열 방출 향상을 위한 표면처리방법이 제공된다.
또한, 상기한 바와 같은 메탈 PCB에 대한 종래기술의 다른 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-1059576호(2011.08.19.)에 제시된 바와 같은 "조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛"이 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-1059576호의 조명용 엘이디 기판 및 조명 유닛은, LED에 의해 발생되는 열을 효율적으로 확산시켜 방열하고자 하는 기술에 관한 것이다.
이를 위해, 상기한 등록특허 제10-1059576호에 따르면, 케이싱과, 케이싱 상에 놓이는 적어도 하나의 메탈 PCB와, 메탈 PCB 상에 나란히 배열되어 전기적인 구동신호를 공급받아 발광하는 다수의 LED들과, 메탈 PCB에 접하되, 다수 LED들의 배열 위치를 제외하여 접하는 그라파이트 시트를 포함하여 구성됨으로써, 열전도도가 높으며 가격이 저렴하고 유연성을 가져 밀착도가 높은 그라파이트 시트를 채용하는 것에 의해 LED에 의해 발생되는 열을 보다 능률적으로 확산시켜 방열시킬 수 있고, 발열체인 LED에 붙어있는 구조를 가지므로 방열효율을 더욱 높일 수 있는 조명유닛이 제공된다.
아울러, 상기한 바와 같은 메탈 PCB에 대한 종래기술의 또 다른 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허 제10-1205866호(2012.11.22.)에 제시된 바와 같은 "메탈 PCB의 제조방법 및 이에 의한 메탈 PCB"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-1205866호의 메탈 PCB의 제조방법 및 이에 의한 메탈 PCB는, 메탈 PCB의 절연층에 있어서 필러의 충전밀도가 증가하여 균일하고 충전율이 높으며 필러 입자들 간에 접촉점이 최대화됨으로써, 방열성이 개선되어 열전도도가 향상되는 메탈 PCB의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 상기한 등록특허 제10-1205866호에 따르면, 기판과 상기 기판상에 순차적으로 상방 배치된 절연층 및 동박을 포함하는 메탈 PCB의 제조방법에 있어서, 상기 기판 또는 동박 상에 필러와 분산제 및 에폭시 수지를 포함하는 조성의 코팅막을 형성하는 단계와; 상기 코팅막의 상부에 에폭시 수지를 코팅하여 함침하는 단계와; 상기 함침된 코팅막을 열처리하여 경화함으로써 상기 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 PCB의 제조방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 종래, LED 조명용 메탈 PCB에 대한 여러 가지 기술들이 제시된 바 있으나, 종래의 메탈 PCB들은 다음과 같은 단점이 있는 것이었다.
더 상세하게는, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 메탈 PCB(10)의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 메탈 PCB 구조는, 일반적으로, 알루미늄층(11), 유전층(12), 에폭시/세라믹층(13) 및 구리층(14)이 차례로 적층된 형태로 이루어져 있으며, 최상층의 구리층에 LED(15)와 같은 소자가 각각 탑재된다.
따라서 상기한 바와 같은 구조를 통하여, 종래의 메탈 PCB는, 열전도 및 전기전도도가 비교적 좋은 금속인 구리 및 알루미늄을 이용함으로써, LED에서 발생하는 열을 효과적으로 전달할 수 있도록 구성되어 있다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 메탈 PCB 구조는, 도 1에 나타낸 바와 같이, LED가 직병렬로 연결되어 있고, LED에서 발생하는 열이 구리층에서 알루미늄층까지 전달되는 과정에서 수직적인 열전달로 인해 필연적으로 열이 LED의 밑면에 집중되는 구조가 된다.
따라서 종래의 메탈 PCB 구조는, 상기한 바와 같이 금속을 이용하여 방열 효과를 높이는 효과가 있으나, 그 과정에서 열이 기판 전체에 골고루 분산되지 못하고 LED 밑면에 열이 집중됨으로 인해 그러한 방열 효과에 분명한 한계가 존재하는 것이었다.
또한, 상기한 바와 같은 종래의 메탈 PCB 구조는, 상기한 바와 같이 방열 효과에 한계가 존재함으로 인해 결과적으로 탑재된 소자에 악영향을 주고, 그로 인해 기판에 탑재된 소자 및 부품의 수명 단축 및 파손의 원인이 되는 문제도 있는 것이었다.
아울러, 상기한 바와 같은 종래의 메탈 PCB 구조는, 상기한 종래기술의 예들과 같이 대부분 방열 효과를 향상시키는 데에만 관심을 두고 있을 뿐, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자기파에 의한 악영향을 방지하기 위해 기판 자체적으로 전자파를 감쇄 또는 흡수하는 기능에 대하여 까지는 고려된 바 없었다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결하기 위하여는, 기판 전체에 고르게 열을 전달하여 보다 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하여 전자파로 인한 악영향을 억제할 수 있는 새로운 구조의 메탈 PCB를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 메탈 PCB의 구조나 제조방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허 제10-1088410호(2011.11.24.)
2. 한국 등록특허 제10-1059576호(2011.08.19.)
3. 한국 등록특허 제10-1205866호(2012.11.22.)
4. 한국 등록특허 제10-1233754호(2013.02.08.)
5. 한국 등록특허 제10-0679486호(2007.01.13.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 기판 전체에 열이 골고루 분산되지 못하고 LED 밑면에 열이 집중됨으로 인해 방열 효과에 분명한 한계가 존재하며, 그로 인해 기판에 탑재된 소자 및 부품의 수명 단축 및 파손의 원인이 되는 문제도 있었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결하기 위해, 기판 전체에 고르게 열이 전달되도록 구성됨으로써 우수한 방열 특성을 가지는 새로운 구조의 메탈 PCB 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 방열 효과를 향상시키는 데에만 관심을 두고 있을 뿐 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자기파에 의한 악영향을 방지하기 위해 기판 자체적으로 전자파를 감쇄 또는 흡수하는 기능에 대하여 까지는 고려된 바 없었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결하기 위해, 상기한 바와 같이 기판 전체에 고르게 열을 전달하여 보다 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하도록 구성됨으로써 전자파로 인한 악영향을 억제할 수 있는 새로운 구조의 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법을을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, LED에서 발생하는 전자파의 흡수가 불가능한 데 더하여 상기 LED에서 발생하는 열이 수직방향으로 전달되어 상기 LED의 밑면에 열이 집중됨으로써 방열효과에 한계가 있었던 종래의 메탈 PCB의 문제점을 해결하기 위해, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 열을 상기 기판 전체에 고르게 전달 가능한 동시에, 상기 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파를 흡수 가능하도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB에 있어서, 알루미늄으로 이루어지는 알루미늄층; 유전체로 이루어지고 상기 알루미늄층 위에 적층되는 유전층; 상기 유전층 위에 적층되고 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 열을 상기 기판 전체에 고르게 전달 가능한 동시에, 상기 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파를 흡수 가능하도록 구성되는 전자파 흡수 방열시트; 구리로 이루어지고 상기 전자파 흡수 방열시트 위에 적층되는 구리층; 및 상기 구리층에 탑재되는 LED 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB가 제공된다.
여기서, 상기 전자파 흡수 방열시트는, 열전도 및 전기 전도 특성을 가지는 도전성 카본 블랙(carbon black)과, 상기 LED에서 발생되는 저주파 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 소프트 페라이트(Ferrite) 분말을 포함하여 방열특성 및 전자파 흡수특성을 동시에 가지도록 이루어지는 조성물을 이용하여 형성됨으로써, 상기 도전성 카본블랙의 수평방향 열전도 특성에 의해 수직방향이 아닌 수평방향으로 열전도가 이루어짐으로 인하여 상기 LED로부터의 열이 상기 PCB 전체에 골고루 분포하도록 구성되어 방열특성을 향상시킬 수 있는 동시에, 상기 LED로부터 발생되는 전자기파를 밀접한 거리에서 흡수할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은, Ni-Zn계 페라이트 분말 및 도전성 카본블랙을 어트리션 밀(Attrition Mill)을 이용하여 12시간 동안 지르코늄 볼로 분쇄하고, 상기 분쇄를 통해 얻어진 분말을 혼합하고 미리 정해진 기준에 부합하는 재료만을 선별한 후, 실리콘 계열 폴리머(polymer)와 Ni-Zn 페라이트 분말 및 도전성 카본 블랙 분말을 미리 정해진 비율로 혼합하고 압연한 후 추출하여 얻어지는 조성물인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 조성물은, 상기 분쇄를 통해 얻어진 분말을 혼합한 후, 120 메쉬(125㎛) 이하인 재료만을 선별하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 조성물은, 상기 실리콘 계열 폴리머(polymer)와 상기 Ni-Zn 페라이트 분말 및 상기 도전성 카본 블랙 분말을 각각 60 : 20 : 10의 중량비로 혼합하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법에 있어서, 알루미늄을 이용하여 알루미늄층을 형성하는 단계; 상기 알루미늄층을 형성하는 단계에서 형성된 상기 알루미늄층 위에 유전층을 적층하는 단계; 상기 유전층을 적층하는 단계에서 형성된 상기 유전층 위에 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계; 상기 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계에서 형성된 상기 전자파 흡수 방열시트 위에 구리층을 적층하는 단계; 및 상기 구리층을 적층하는 단계에서 형성된 상기 구리층에 LED를 탑재하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계는, 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 이용하여 상기 전자파 흡수 방열시트를 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 제조하는 단계는, Ni-Zn계 페라이트 분말 및 도전성 카본블랙을 어트리션 밀(Attrition Mill)을 이용하여 12시간 동안 지르코늄 볼로 분쇄하는 단계; 상기 분쇄하는 단계에서 얻어진 분말을 혼합한 후 120 메쉬(125㎛) 이하인 재료만을 선별하는 단계; 및 실리콘 계열 폴리머(polymer)와 Ni-Zn 페라이트 분말 및 도전성 카본 블랙 분말을 각각 60 : 20 : 10의 중량비로 혼합하고 압연하여 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 얻는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판 전체에 고르게 열을 전달하여 보다 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하여 전자파로 인한 악영향도 억제할 수 있도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 기판 전체에 열이 골고루 분산되지 못하고 LED 밑면에 열이 집중됨으로 인해 방열 효과에 분명한 한계가 존재하며, 그로 인해 기판에 탑재된 소자 및 부품의 수명 단축 및 파손의 원인이 되는 문제도 있었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판 전체에 고르게 열을 전달하여 보다 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하여 전자파로 인한 악영향도 억제할 수 있도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 방열 효과를 향상시키는 데에만 관심을 두고 있을 뿐 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자기파에 의한 악영향을 방지하기 위해 기판 자체적으로 전자파를 감쇄 또는 흡수하는 기능에 대하여 까지는 고려된 바 없었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 종래의 메탈 PCB의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 메탈 PCB의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 전자파 흡수 특성에 대한 실제 측정값과 계산값을 각각 비교하여 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 기판 전체에 열이 골고루 분산되지 못하고 LED 밑면에 열이 집중됨으로 인해 방열 효과에 분명한 한계가 존재하며, 그로 인해 기판에 탑재된 소자 및 부품의 수명 단축 및 파손의 원인이 되는 문제도 있었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결하여, 기판 전체에 고르게 열이 전달되도록 구성됨으로써 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 방열 효과를 향상시키는 데에만 관심을 두고 있을 뿐 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자기파에 의한 악영향을 방지하기 위해 기판 자체적으로 전자파를 감쇄 또는 흡수하는 기능에 대하여 까지는 고려된 바 없었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결하여, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하도록 구성됨으로써 전자파로 인한 악영향을 억제할 수 있는 새로운 구조의 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법에 관한 것이다.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB(20)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB(20)는, 알루미늄층(21), 유전층(22) 및 구리층(24)이 차례로 적층된 형태로 이루어지고, 최상층의 구리층에 LED(25)와 같은 소자가 각각 탑재되는 구성인 점은 상기한 도 1에 나타낸 종래의 메탈 PCB(10) 구조와 동일하다.
그러나 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 메탈 PCB(20) 구조는, 유전층(22)과 구리층(24) 사이에, 종래의 에폭시/세라믹층(13) 대신에, 전자기파를 흡수하는 동시에 우수한 방열특성을 가지는 전자파 흡수 방열시트(23)를 포함하여 구성되는 점이 다르다.
여기서, 상기한 전자파 흡수 방열시트(23)는, 열전도도 및 전기 전도도가 뛰어난 도전성 카본 블랙(carbon black)과, LED에서 발생되는 저주파 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 소프트 페라이트(Ferrite) 분말을 이용하여, 전자기파를 억제하는 동시에 우수한 방열 특성을 가지도록 구성되는 새로운 소재의 조성물로 이루어진 것이다.
더 상세하게는, 상기한 조성물은, 먼저, 기존의 Ni-Zn계 페라이트 분말 및 도전성 카본블랙이 60 메쉬(250㎛) 이상으로 조성되어 있어 쉽게 혼합되지 않는 점을 고려하여, 어트리션 밀(Attrition Mill)을 이용하여 12시간 동안 지르코늄 볼로 분쇄하는 것을 전제로 한다.
이어서, 이와 같이 하여 얻어진 분말을 잘 혼합하여 120 메쉬(125㎛) 이하인 재료만을 선별하고, 실리콘 계열인 폴리머(polymer)와 Ni-Zn 페라이트 분말과 도전성 카본 블랙 분말의 비율을 60 : 20 : 10의 중량비로 혼합하여 압연한 후 추출하여 상기한 바와 같이 전자기파를 억제하는 동시에 우수한 방열 특성을 가지는 조성물을 얻는다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 얻어진 조성물을 이용하여 구성되는 전자파 흡수 방열시트(23)는, 도전성 카본블랙의 열전도성의 특징 중 가장 큰 장점인 수평계열 전도에 의해, 수직방향이 아닌 수평방향으로 열전도가 이루어짐으로써 LED로부터의 열이 PCB 전체에 골고루 분포하도록 할 수 있다.
즉, 종래의 메탈 PCB는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 LED에서 발생하는 열이 수직방향으로 전달되어 LED 밑면에 열이 집중됨으로써 방열효과에 한계가 있는 단점이 있으나, 본 발명에 따르면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 전자파 흡수 방열시트(23)를 금속층 사이에 삽입함으로써, 도전성 카본블랙의 특성에 의해 수평방향으로 열전도가 이루어져 LED로부터 발생된 열이 PCB의 전체 면적에 골고루 분포하게 되므로 종래에 비해 방열특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전자파 흡수 방열시트(23)는, 상기한 바와 같이 도전성 카본 블랙의 수평 열전도특성에 의해 방열 특성을 향상시킬 수 있는 것에 더하여, 저주파 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 소프트 페라이트(Ferrite) 분말을 함유하는 조성물로 이루어짐으로써, LED로부터 발생되는 전기자기 에너지를 최대한 밀접한 거리에서 흡수할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 전자파 흡수 방열시트(23) 및 이를 포함하여 전자파 흡수 및 방열 특성을 동시에 가지는 LED용 PCB를 구현할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
즉, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
더 상세하게는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법은, 먼저, 알루미늄층을 형성하는 단계(단계 S31)와, 상기 단계에서 형성된 알루미늄층 위에 유전층을 적층하는 단계(단계 S32)와, 상기 단계에서 형성된 유전층 위에 상기한 바와 같이 하여 형성되는 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계와(단계 S33), 상기 단계에서 형성된 전자파 흡수 및 방열시트 위에 구리층을 적층하는 단계(단계 S34) 및 상기 단계에서 형성된 구리층에 LED를 탑재하는 단계(단계 S35)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기한 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계에서, 상기 전자파 흡수 방열시트는, 상기한 바와 같이, 먼저, Ni-Zn계 페라이트 분말 및 도전성 카본블랙을 어트리션 밀(Attrition Mill)을 이용하여 12시간 동안 지르코늄 볼로 분쇄하고, 이와 같이 하여 얻어진 분말을 잘 혼합한 후 120 메쉬(125㎛ 이하)인 재료만을 취하여, 실리콘 계열인 폴리머(polymer)와 Ni-Zn 페라이트 분말과 도전성 카본 블랙 분말의 비율을 60 : 20 : 10의 중량비로 혼합하고 압연하여 얻어지는 조성물을 이용하여 형성된다.
따라서 상기한 바와 같은 일련의 단계들을 통하여 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법을 구현할 수 있다.
계속해서, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법을 시뮬레이션을 통하여 검증한 실험결과에 대하여 설명한다.
일반적으로, 전자파에 의한 전자파 감쇄는 공기층과 재료간의 임피던스 부정합에 의한 반사손실과, 재료의 막을 전자파가 통과하면서 저항성 손실에 의해 열로 발산하는 투과손실(또는 흡수 손실), 재료의 경계층에서 재반사에 의한 다중반사 손실(또는 재반사손실 보정계수)로 나타낼 수 있으며, 이를 식으로 표현하면 이하의 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112013060638696-pat00001

여기서, γ는 전파상수(Propagation Constant)이고, t는 두께(Metal Thickness)이며, α는 감쇄상수(Attenuation Constant)로서,
Figure 112013060638696-pat00002

이다(여기서, f는 주파수(Frequency), μ는 투자율(Permeability of the Material)이며, σ는 도전율(Conductivity of Material) 이다.).
또한, K는 반사손실(Reflection Loss)로서, 다음과 같다.
Figure 112013060638696-pat00003

여기서, ZW는 파동 임피던스(Wave Impedance)이고, Zm은 메탈 임피던스 (Metal Impedance)이며, k는 상수 (Constant)로서,
Figure 112013060638696-pat00004
(For high-impedance E-fields),
Figure 112013060638696-pat00005
(For low-impedance H-fields),
Figure 112013060638696-pat00006
(For far fields)
이다(여기서, ε0는 절대 유전율(Absolute Permittivity of free space)이고, μ0는 절대 투자율(Absolute Permeability of free space) 이다.).
아울러, [수학식 1]에 있어서,
Figure 112013060638696-pat00007
는 흡수항이고,
Figure 112013060638696-pat00008
은 반사항이며,
Figure 112013060638696-pat00009
은 재반사 보정항이다.
상기한 내용에 근거하여, 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB에 대하여 상기한 바와 같은 수학식에 근거한 이론상의 계산 데이터와 실제 측정한 측정 데이터를 각각 비교하여 도 4에 나타내었다.
즉, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 전자파 흡수 특성에 대한 실제 측정값과 계산값을 각각 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB는 10MHz에서 1GHz까지의 주파수 범위에 걸쳐 약 10dB의 흡수 효과가 있음을 알 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 기판 전체에 고르게 열을 전달하여 보다 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하여 전자파로 인한 악영향도 억제할 수 있도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 기판 전체에 열이 골고루 분산되지 못하고 LED 밑면에 열이 집중됨으로 인해 방열 효과에 분명한 한계가 존재하며, 그로 인해 기판에 탑재된 소자 및 부품의 수명 단축 및 파손의 원인이 되는 문제도 있었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 기판 전체에 고르게 열을 전달하여 보다 우수한 방열 특성을 가지는 동시에, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파의 흡수가 가능하여 전자파로 인한 악영향도 억제할 수 있도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 방열 효과를 향상시키는 데에만 관심을 두고 있을 뿐 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자기파에 의한 악영향을 방지하기 위해 기판 자체적으로 전자파를 감쇄 또는 흡수하는 기능에 대하여 까지는 고려된 바 없었던 종래의 메탈 PCB 구조의 문제점을 해결할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 메탈 PCB 11. 알루미늄층
12. 유전층 13. 에폭시/세라믹층
14. 구리층 15. LED
20. 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 메탈 PCB
21. 알루미늄층 22. 유전층
23. 전자파 흡수 방열시트 24. 구리층
25. LED

Claims (8)

  1. LED에서 발생하는 전자파의 흡수가 불가능한 데 더하여 상기 LED에서 발생하는 열이 수직방향으로 전달되어 상기 LED의 밑면에 열이 집중됨으로써 방열효과에 한계가 있었던 종래의 메탈 PCB의 문제점을 해결하기 위해, 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 열을 상기 기판 전체에 고르게 전달 가능한 동시에, 상기 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파를 흡수 가능하도록 구성되는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB에 있어서,
    알루미늄으로 이루어지는 알루미늄층;
    유전체로 이루어지고 상기 알루미늄층 위에 적층되는 유전층;
    상기 유전층 위에 적층되고 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 열을 상기 기판 전체에 고르게 전달 가능한 동시에, 상기 기판에 탑재된 소자로부터 발생하는 전자파를 흡수 가능하도록 구성되는 전자파 흡수 방열시트;
    구리로 이루어지고 상기 전자파 흡수 방열시트 위에 적층되는 구리층; 및
    상기 구리층에 탑재되는 LED 소자를 포함하여 구성되고,
    상기 전자파 흡수 방열시트는,
    열전도 및 전기 전도 특성을 가지는 도전성 카본 블랙(carbon black)과, 상기 LED에서 발생되는 저주파 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 소프트 페라이트(Ferrite) 분말을 포함하여 방열특성 및 전자파 흡수특성을 동시에 가지도록 이루어지는 조성물을 이용하여 형성됨으로써,
    상기 도전성 카본블랙의 수평방향 열전도 특성에 의해 수직방향이 아닌 수평방향으로 열전도가 이루어짐으로 인하여 상기 LED로부터의 열이 상기 PCB 전체에 골고루 분포하도록 구성되어 방열특성을 향상시킬 수 있는 동시에, 상기 LED로부터 발생되는 전자기파를 밀접한 거리에서 흡수할 수 있도록 구성되며,
    상기 조성물은,
    Ni-Zn계 페라이트 분말 및 도전성 카본블랙을 어트리션 밀(Attrition Mill)을 이용하여 12시간 동안 지르코늄 볼로 분쇄하고,
    상기 분쇄를 통해 얻어진 분말을 혼합하고 120 메쉬(125㎛) 이하인 재료만을 선별한 후,
    실리콘 계열 폴리머(polymer)와 Ni-Zn 페라이트 분말 및 도전성 카본 블랙 분말을 미리 정해진 비율로 혼합하고 압연한 후 추출하여 얻어지는 조성물인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조성물은,
    상기 분쇄를 통해 얻어진 분말을 혼합한 후, 120 메쉬(125㎛) 이하인 재료만을 선별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 조성물은,
    상기 실리콘 계열 폴리머(polymer)와 상기 Ni-Zn 페라이트 분말 및 상기 도전성 카본 블랙 분말을 각각 60 : 20 : 10의 중량비로 혼합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB.
  6. 청구항 1항, 4항 및 5항 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법에 있어서,
    알루미늄을 이용하여 알루미늄층을 형성하는 단계;
    상기 알루미늄층을 형성하는 단계에서 형성된 상기 알루미늄층 위에 유전층을 적층하는 단계;
    상기 유전층을 적층하는 단계에서 형성된 상기 유전층 위에 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계;
    상기 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계에서 형성된 상기 전자파 흡수 방열시트 위에 구리층을 적층하는 단계; 및
    상기 구리층을 적층하는 단계에서 형성된 상기 구리층에 LED를 탑재하는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 전자파 흡수 방열시트를 적층하는 단계는,
    전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 이용하여 상기 전자파 흡수 방열시트를 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되며,
    상기 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 제조하는 단계는,
    Ni-Zn계 페라이트 분말 및 도전성 카본블랙을 어트리션 밀(Attrition Mill)을 이용하여 12시간 동안 지르코늄 볼로 분쇄하는 단계;
    상기 분쇄하는 단계에서 얻어진 분말을 혼합한 후 120 메쉬(125㎛) 이하인 재료만을 선별하는 단계; 및
    실리콘 계열 폴리머(polymer)와 Ni-Zn 페라이트 분말 및 도전성 카본 블랙 분말을 각각 60 : 20 : 10의 중량비로 혼합하고 압연하여 전자파 흡수 및 방열특성을 가지는 조성물을 얻는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 및 방열 특성을 가지는 LED용 PCB의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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