KR101476422B1 - 인쇄회로기판 및 그를 이용한 ｌｅｄ 모듈 - Google Patents

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Abstract

내전압 특성을 높이고 감전사고를 예방할 수 있는 인쇄회로기판 및 그를 이용하는 LED 모듈이 개시된다. 그러한 인쇄회로기판은 소정 패턴의 비아홀이 형성된 비전도성 물질층과, 비전도성 물질층의 상부에 형성된 패드 패턴들과, 비전도성 물질층의 하부에 형성된 히트싱크 부착용 금속층을 포함하며, 여기서 패드 패턴들은 소정의 소자가 부착될 제1형 금속패드와 그러한 소자의 전극과 전기적으로 연결되는 제2형 금속패드를 포함하고, 제1형 금속패드와 히트싱크 부착용 금속층은 비아홀 내의 비아를 통해 연결될 수 있고, 이러한 인쇄회로기판 상에 LED 소자를 부착함으로써 LED 모듈을 구현할 수 있다.
인쇄회로기판, LED, 모듈, 히트싱크, 패드

Description

인쇄회로기판 및 그를 이용한 ＬＥＤ 모듈{PRINTED CIRCUIT BOARD AND LIGHT EMITTING DIODE MODULE USING THE SAME}
본 발명은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 및 LED(Light Emitting Diode) 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전도성 및 전기 절연 특성이 우수하여 고전압 환경에서 사용될 수 있는 인쇄회로기판 및 LED 모듈에 관한 것이다.
LED의 광효율이 점점 높아짐에 따라, 종래 신호용으로나 간접 조명용에 국한되던 LED의 적용 분야가 일반 조명의 영역으로까지 확대되어가고 있다. 따라서, 조명용으로 사용하기 위해 교류 전원에서 구동되는 LED가 개발됨에 따라 LED의 조명 영역으로의 확대는 점점 더 가속화되어가고 있다.
고출력 LED의 경우 밝은 빛을 내기 위해 고전력을 소비하며, 그와 함께 많은 열을 발산하게 된다. 따라서 그러한 열을 어떻게 처리하고 대응하느냐가 매우 중요한 이슈이다.
이러한 이유로 인해 고출력 LED에 대하여는 열 전달 특성이 좋은 메탈 PCB가 많이 사용되고 있고, 교류 구동 LED 모듈 또한 고전력을 사용하기 때문에 일반적으 로 메탈 PCB를 기판으로 사용하고 있다.
도 1은 그러한 종래의 메탈 PCB를 사용하는 LED 모듈의 일 예를 나타낸 도면으로서, LED 패키지(10)가 메탈 PCB(20) 상에 부착된 종래의 LED 모듈이 개략적으로 도시되어 있다.
일반적으로, LED 모듈에 사용되는 메탈 PCB(20)는 확대 도시된 바와 같이 구리층(L1), 절연층(L2) 및 알루미늄층(L3)으로 적층되며, 구리층(L1)에는 LED 패키지(10)가 탑재된다. 그리고, 외부로부터 와이어(W)를 통해 전원이 인가되면, 구리층(L1)에 전기적으로 연결된 LED 패키지(10)의 전극(12)으로 인가되어, LED 패키지(10)가 구동된다.
이 경우, 상부의 구리층(L1)과 하부의 알루미늄층(L3) 간은 중간층인 절연층(L2)에 의해 절연 상태를 유지하게 되는 데, 이러한 절연층(L2)의 파괴로 인한 문제들이 빈번하게 발생한다.
특히, 교류의 고전압이 메탈 PCB로 직접 인가되는 경우에는 절연층의 파괴는 더욱 빈번하게 발생한다.
아울러, 차츰 메탈 PCB의 두께가 얇아져 감에 따라 절연층의 파괴는 더더욱 빈번히 발생하고, 그에 따라 인가되는 고전압이 하부의 알루미늄층(L3) 또는 히트싱크 측으로 가해져 감전사고가 발생할 우려가 있다. 또한, 메탈 PCB의 경우 일반적인 FR4나 CEM1 등과 비교할 시 제품의 가격이 높아지는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 제 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고전압에서 구동하여도 내전압 특성을 개선함으로써 감전사고 발생의 위험을 줄일 수 있고, 방열특성을 개선함과 아울러 제품의 제조비용 측면에서 이점이 있는 인쇄회로기판 및 그를 이용한 LED 모듈을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 LED 모듈은, LED 소자를 부착하기 위해 비전도성 물질층의 제1면에 형성된 제1형 금속패드와, 상기 비전도성 물질층의 제1면에 형성되어 상기 LED 소자의 전극과 전기적으로 연결되는 제2형 금속패드와, 상기 비전도성 물질층의 제2면에 형성되고, 상기 제1형 금속패드 및 상기 제2형 금속패드와는 절연되어, 상기 제1형 금속패드로부터의 열을 방출하기 위한 제3형 금속패드와, 상기 비전도성 물질층을 관통하여 상기 제1형 금속패드와 상기 제3형 금속패드 간을 연결하는 비아를 포함한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 인쇄회로기판은, 소정 패턴의 비아홀이 형성된 비전도성 물질층과, 상기 비전도성 물질층의 상부에 형성된 패드 패턴들과, 상기 비전도성 물질층의 하부에 형성된 히트싱크 부착용 금속층을 포함하되, 상기 패드 패턴들은 소정의 소자가 부착될 제1형 금속패드와 상기 소자의 전극과 전기적으로 연결되는 제2형 금속패드를 포함하고, 상기 제1형 금속패드와 상기 히트싱크 부착용 금속층은 상기 비아홀 내의 비아를 통해 연결된다.
여기서, 상기 비아는 비전도성 및 열전도성 물질로 형성되고, 바람직하게는 세라믹 또는 다이아몬드일 수 있다.
바람직하게는, 상기 비전도성 물질층은 XPC, XXPC, XXXPC, FR1, FR2, FR3, FR4, G10, CEM1, CEM2, CEM3 등으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 LED 소자 또는 소자는 LED 패키지일 수 있고, 더욱 바람직하게는 교류용 LED 패키지일 수 있다.
본 발명은 개선된 인쇄회로기판 및 그를 이용한 LED 모듈을 제공함으로써, 고전압에 대해서도 내전압 특성을 개선하여 감전사고 발생의 위험을 감소시킬 수 있으며, 방열특성이 우수하고 제품의 제조비용도 절감할 수 있는 효과를 갖는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하도록 한다. 이하의 설명 및 첨부되는 도면들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이해를 돕기 위한 의도로 한정되고 예시된 것에 불과하므로, 그러한 것들이 본 발명의 범위를 제한하는 용도로 사용되어서는 아니될 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 LED 모듈을 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예들에 따른 LED 모듈의 특징이 잘 나타나도록 하기 위해 단면도로 나타내었다.
먼저, 도 2a를 참조하면, LED 모듈(100)은 제1형 금속패드(110), 제2형 금속 패드(120), 제3형 금속패드(130) 및 비아(VIA)(150)를 포함한다.
제1형 금속패드(110)는 LED 소자(미도시)를 부착하기 위해 비전도성 물질층(140)의 제1면에 형성된다. 도 2a 상에서 상기 제1면은 비전도성 물질층(140)의 상부면이다.
제2형 금속패드(120)는, 제1형 금속패드(110)가 형성된 면인 비전도성 물질층(140)의 제1면에 형성되어 LED 소자(미도시)의 전극과 전기적으로 연결된다. 제2형 금속패드(120)는 제1형 금속패드(110)와 이격되어 있다.
제3형 금속패드(130)는 비전도성 물질층(140)의 제2면에 형성되고, 제1형 금속패드(110) 및 제2형 금속패드(120)와는 전기적으로 절연된다. 전기적 절연은 도시된 바와 같이 비전도성 물질층(140)에 의해 이뤄진다. 제3형 금속패드(130)는 제1형 금속패드(110)로부터의 열을 방출한다. 제3형 금속패드(130)의 하면은 히트싱크(미도시)에 연결될 수 있다.
비전도성 물질층은 XPC, XXPC, XXXPC, FR1, FR2, FR3, FR4, G10, CEM1, CEM2, CEM3 등으로 구성될 수 있으나, 이러한 예들로 한정되는 것은 아니다.
비아(150)는 비전도성 물질층(140)을 관통하여 제1형 금속패드(110)와 제3형 금속패드(130) 간을 연결한다. 비아(150)는 비전도성이면서 열전도성 물질로 형성될 수 있으며, 열출입 통로 내지는 열전달 통로로서의 기능을 수행한다.
바람직하게는, 비아(150)는 세라믹 또는 다이아몬드와 같은 열전도성이 우수한 물질일 수 있다. 비아(150)는 복수 개로 형성될 수 있고, 비아(150) 각각의 폭이나 단면 형상은 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 제1형 금속패드(110)와 제3형 금속패드(130) 간의 복수 개의 비아(150)는 이하의 설명들에서는 하나의 비아그룹으로도 표현되어져 있음을 주목하기 바란다.
그리하여, LED 칩(미도시)에서 발생된 열은 제1형 금속패드(110)로 전달되고, 이후 비아(150)를 경유하여 제3형 금속패드(130)로 전달되어 히트싱크로 방출될 수 있다.
위의 설명에서, 도시되지 아니한 LED 소자는, 바람직하게는 LED 패키지일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 교류용 LED 패키지일 수 있다. 그리고, 제2형 금속패드(120)와의 전기적 연결은 그러한 LED 패키지의 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로 도 2b를 참조하면, 제1형 금속패드가 복수 개로 형성된 경우를 나타내었다. 예를 들어, 제1형 금속패드(210, 212)는 도 2b에서는 두 개로 도시되어 있다.
제1형 금속패드(210, 212)는 비전도성 물질층(240)에 의해 제3형 금속패드(230)와 전기적으로 절연되어 있으며, 제3형 금속패드(230)로 열을 방출한다. 제1형 금속패드(210, 212)와 제3형 금속패드(230) 간은 비아(250, 252)로 연결되어 있다. 즉, 제1형 금속패드(210)와 제3형 금속패드(230) 간은 비아(250)로 연결되어 있고, 제1형 금속패드(212)와 제3형 금속패드(230) 간은 비아(252)로 연결되어 있다. 비아(250) 및 비아(252)는 복수 개로 형성될 수 있다. 따라서, 제1형 금속패드(210)와 제3형 금속패드(230) 간은 하나의 패드 그룹으로 볼 수 있고, 제1형 금속패드(212)와 제3형 금속패드(232) 간은 다른 하나의 패드 그룹으로 볼 수 있다.
제2형 금속패드(220)는 제1형 금속패드(210, 212)와 이격되어 있고, 제3형 금속패드(230)와는 비전도성 물질층(240)을 통해 전기적으로 절연되어 있다. 제2형 금속패드(220)는 상부에 탑재되는 LED 소자(미도시)의 전극과 전기적으로 연결되는 부분으로서, LED 소자의 구동을 위해 외부로부터 전원을 인가하기 위한 부분이다.
도 2a에서와 마찬가지로 미도시된 LED 소자는 LED 패키지일 수 있다. 또한, 제1형 금속패드(210, 212)의 개수는 복수 개일 수 있고, 그 형상도 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1형 금속패드(210, 212)는 탑재되는 LED 소자의 모양이나 탑재되는 패턴 등을 고려하여 열이 많이 발생하는 부분의 면적을 넓게 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈에서 LED 소자가 탑재되지 않은 상태의 평면도이고, 도 4는 도 3에서 제1형 금속패드 하부의 비아가 나타나도록 하기 위해 도 3에서 제1형 금속패드를 제거한 상태를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 5는 도 3의 LED 모듈의 하부인 제3형 금속패드를 설명하기 위한 도 3의 평면도에 상응하는 저면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 LED 모듈은 복수 개의 제1형 금속패드들(310, 311, 312, 313, 314, 315, 316, 317;이하에서는 310~317로 표기함), 복수 개의 제2형 금속패드들(320a, 320b, 321a, 321b, 322a, 322b, 323a, 323b, 324a, 324b, 325a, 325b, 326a, 326b, 327a, 327b;이하에서는 320a~327b로 표기함), 및 비전도성 물질층(340)을 포함하며, 도 4를 참조하면, 복수 개의 제1형 금속패드들(310~317) 각각에 상응하는 복수 개의 비아 그룹들(340, 341, 342, 343, 344, 345, 346, 347;이하 에서는 340~347로 표기함)이 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 복수 개의 제1형 금속패드들(310~317)은 LED 소자(미도시)를 부착하기 위한 부분으로서, LED 소자로부터 방출되는 열을 전달하기 위한 부분이다. 복수 개의 비아 그룹들(340~347)은 각각에 상응하는 제1형 금속패드들(310~317)로부터의 열을 제3형 금속패드(도 5의 330)로 전달하기 위한 부분이다.
예를 들면, 제1형 금속패드(310)는 비아 그룹(340)을 통해 제3형 금속패드로 전달하고, 제1형 금속패드(311)는 비아 그룹(341)을 통해 제3형 금속패드로 전달하며, 나머지 제1형 금속패드들(312, 313, 314, 315, 316, 317) 및 비아 그룹들(342, 343, 344, 345, 346, 347)의 경우에도 동일하다.
제2형 금속패드들(320a~327b)은 탑재될 LED 소자(미도시)의 전극과 전기적으로 결합되기 위한 전극 형성용 금속패드들이다. 제2형 금속패드들(320a~327b)의 하부에는 비아가 형성되어 있지 않다. 따라서, 제2형 금속패드들(320a~327b) 부분의 적층 구조는, 제2형 금속패드, 비전도성 물질층 및 제3형 금속패드로 나타날 수 있다.
그리하여, 본 발명에 따른 LED 모듈은 방열특성을 높이면서도 절연층의 파괴를 줄일 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판을 도 2a 내지 도 5를 재차 참조하여 설명한다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판은, 비전도성 물질층(140), 패드 패턴들(110, 120) 및 히트싱크 부착용 금속층(130)을 포함 한다.
비전도성 물질층(140)은 소정 패턴의 비아홀(참조부호로 나타내지는 않았으나, 비아(150)가 제거된 상태임)이 형성되어져 있다. 비아홀은 앞서 설명에서와 같이 복수 개로 형성될 수 있다. 비전도성 물질층(140)은, 예를 들면, XPC, XXPC, XXXPC, FR1, FR2, FR3, FR4, G10, CEM1, CEM2, CEM3 등일 수 있으나, 이러한 예들로 한정되는 것은 아니다. 그리고, 비아홀에는 열전달 통로 내지는 열출입 통로로서의 역할을 수행하기 위한 비전도성이면서 열전도성이 우수한 물질을 채워 넣음으로써 비아(150)가 형성된다.
패드 패턴들(110, 120)은 비전도성 물질층(140)의 상부에 형성되며, 이러한 패드 패턴들(110, 120)은 소정의 소자(미도시)가 부착될 제1형 금속패드(110)와, 상기 소자의 전극과 전기적으로 연결될 제2형 금속패드(120)를 포함한다.
상기 소자는 다양한 형태의 전기소자, 전자소자, 집적회로소자 등일 수 있으나, 바람직하게는 LED 패키지일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 교류용 LED 패키지일 수 있다.
히트싱크 부착용 금속층(130)은 비전도성 물질층(140)의 하부에 형성되어 비아홀 내의 비아(150)를 통해 전달된 열을 히트싱크(미도시)로 방출한다. 즉, 제1형 금속패드(110)와 히트싱크 부착용 금속층(130)은 비아홀 내의 비아(150)를 통해 연결되어 제1형 금속패드(110)에 탑재되는 소자로부터 발생되는 열을 히트싱크 측으로 방출하게 된다. 반면에 비전도성 물질층(140)의 상부에 형성된 제2형 금속패드(120)의 하부에는 비아(150)가 형성되어 있지 않다.
제1형 금속패드(110), 제2형 금속패드(120), 비아(150), 히트싱크 부착용 금속층(130)(제3형 금속패드로 설명됨)에 관하여는 앞서 LED 모듈의 실시예를 설명하는 과정에서 충분히 설명되었고, 여기서도 동일하게 적용될 수 있으므로 중복 설명은 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 인쇄회로기판 및 그를 이용하는 LED 모듈은, 내전압 특성을 높임으로써 교류의 고전압 환경하에서 빈번하게 발생하는 절연층의 파괴로 인해 고전압이 기판 하부의 금속층 또는 히트싱크 측으로 인가되어 발생되는 안전사고를 줄일 수 있고, 방열 효율을 높일 수 있으며, 기존의 메탈 PCB에 비해 제품의 가격을 낮출 수 있는 이점을 갖는다.
이러한 본 발명에 따른 인쇄회로 기판 및 그를 이용하는 LED 모듈은, 상기 예들로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형되고 개조될 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 1은 그러한 종래의 메탈 PCB를 사용하는 LED 모듈의 일 예를 나타낸 도면;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 LED 모듈을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈에서 LED 소자가 탑재되지 않은 상태의 평면도;
도 4는 도 3에서 제1형 금속패드 하부의 비아가 나타나도록 하기 위해 도 3에서 제1형 금속패드를 제거한 상태를 나타낸 도면; 및
도 5는 도 3의 LED 모듈의 하부인 제3형 금속패드를 설명하기 위한 도 3의 평면도에 상응하는 저면도이다.

Claims (3)

  1. LED 소자를 부착하기 위해 비전도성 물질층의 제1면에 형성된 제1형 금속패드;
    상기 비전도성 물질층의 제1면에 형성되어 상기 LED 소자의 전극과 전기적으로 연결되는 제2형 금속패드;
    상기 비전도성 물질층의 제2면에 형성되고, 상기 제1형 금속패드 및 상기 제2형 금속패드와는 절연되어, 상기 제1형 금속패드로부터의 열을 방출하기 위한 제3형 금속패드; 및
    상기 비전도성 물질층을 관통하여 상기 제1형 금속패드와 상기 제3형 금속패드 간을 연결하고, 전기적 비전도성 및 열전도성을 갖는 물질로 형성된 비아; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 소자는 상기 제1형 금속패드와 전기적으로 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 LED 모듈.
  3. 소정 패턴의 비아홀이 형성된 비전도성 물질층;
    상기 비전도성 물질층의 상부에 형성된 패드 패턴들; 및
    상기 비전도성 물질층의 하부에 형성된 히트싱크 부착용 금속층을 포함하되,
    상기 패드 패턴들은,
    소정의 소자가 부착될 제1형 금속패드; 및
    상기 소자의 전극과 전기적으로 연결되며 상기 제1형 금속패드와 절연된 제2형 금속패드를 포함하고,
    상기 제1형 금속패드와 상기 히트싱크 부착용 금속층은 상기 비아홀 내의 비아를 통해 연결되고, 상기 비아는 전기적 비전도성 및 열전도성을 갖는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
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