KR101522459B1 - 발광소자패키지와 인쇄회로기판의 접합부 방열특성 개선 방법 - Google Patents

발광소자패키지와 인쇄회로기판의 접합부 방열특성 개선 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode) 패키지와 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)의 접합에 관한 것으로, 보다 상세하게 LED 패키지 하부 또는 PCB의 접합부에 표면 거칠기를 형성하여, 고분자 접합제 내부의 첨가제(Filler)들이 정렬되어 효율적인 열 전달이 가능해 지는 것을 통해 접합부의 방열특성을 개선하는 것이다.

Description

발광소자패키지와 인쇄회로기판의 접합부 방열특성 개선 방법{Improvement method of thermal radiation for LED and PCB junction area}
본 발명은 발광다이오드(LED) 패키지 및 PCB의 접합에 관한 것으로, 보다 상세하게 LED 패키지 또는 PCB의 접합부에 표면 거칠기 효과를 준다. 고분자 접착 재료에 교반되어 있는 열전도성이 높은 첨가제들은 거칠기 효과에 의해 보다 안정적으로 배열된다. 이러한 물질들의 배열은 효율적인 열 전달 경로를 생성하여 방열 특성을 증가 시킨다. 따라서 본 발명은 LED모듈의 방열특성을 개선하는 방법이다.
LED 패키지를 PCB에 부착하는 방법은 주로 두 종류로, 고분자계 접착제를 이용하여 LED 패키지를 부착하는 방법과 금속 솔더(Solder)를 이용하는 방법이 있다.
고분자계 접착제는 낮은 가격과 탁월한 공정성의 장점으로 LED 접합분야에 주로 이용되고 있지만, 재료 자체의 낮은 열전도율로 인하여 열 방출이 어려우며 LED 패키지 내에 갇혀있는 열은 LED의 수명과 효율에 큰 영향을 미친다.
따라서 종래 모듈의 성능을 개선하기 위하여, 저비용으로도 접합 신뢰성을 보장하는 접합 방법의 개발과 접합 재료의 열전도율 향상이 필요하지만, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 재료나 방법에 한계가 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고분자 접착제를 사용하여 낮은 가격과 탁월한 공정성을 유지시키면서, 열전도율을 개선시켜 접착 신뢰성 및 방열 특성이 향상된 발광소자 패키지와 PCB의 접합방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광소자 모듈은 LED 패키지; 및 상기 LED 패키지와 접합된 PCB 모듈을 포함하고, 상기 PCB 모듈과 상기 LED 패키지의 접합부에는 표면 거칠기 효과가 적용된다.
상기 LED 패키지와 PCB 모듈은 접착제를 이용하여 접합되고, 상기 접착제는 고분자 화합물에 첨가제를 교반시켜 만들어진다.
상기 열 전달 특성을 향상시키기 위하여 교반되는 첨가제의 크기는 0.5~15마이크론(㎛) 범위에 속하며, 상기 첨가제의 물질은 Diamond, Au, Ag, Cu, Al, Ni 또는 유사 계열의 화합물 및 합금을 포함한다.
상기 표면 거칠기의 크기는 첨가제의 입자 크기에 비례하며, 0.5~15마이크론(㎛) 이내의 크기만큼을 높이와 폭으로 갖고, 무작위적이거나 규칙적인 구조를 갖는다.
상기 표면 거칠기 효과를 적용함으로써,접합제에 포함된 첨가제(Filler)들은 정렬되고, 상기 정렬을 통하여 쌓인 입자는 상기 LED 패키지의 Heatslug에서부터 PCB 모듈의 금속층(200)까지의 열 전달 경로를 형성한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전도도가 높은 첨가제 입자를 고분자 접착제와 교반하여 LED 패키지와 PCB의 접합시 사용하게 되는데, 한쪽 또는 양쪽의 접합면을 표면처리 함으로써 첨가제의 안정적인 배열이 이루어지고, 이러한 배열은 LED 패키지에서 발생되는 열을 PCB의 하부 또는 히트싱크까지 용이하게 전달하여 방열 특성이 향상된 LED의 모듈을제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 접합의 전체 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 표면 거칠기 구조가 적용된 접합 부분의 확대 단면도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열효과가 증가된 PCB기판의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, LED 패키지와 PCB의 접합에 있어서, 접합 부분에 표면처리효과를 적용함으로써 방열특성이 향상된 것을 특징으로 하는 LED 패키지 및 PCB와 이를 이용한 모듈에 관한 것이다.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 설명하자면 다음과 같다.
먼저, 도 1은 실시예에 따른 발광 소자와 PCB의 접합 단면도이다.
실시예에 따른 LED 패키지는 LED칩(110)과 반사컵(130), 봉지재(120), 리드프레임(150) 등을 포함한다. 이 때, LED 패키지 내부에 열전달을 위한 Heatslug(100)가 존재한다. PCB는 최하부 방열을 위한 금속층(200)과 그 상단에 절연층(210), 그리고 전극 배치를 위한 전극층(220)이 존재하는 MCPCB(Metal Core PCB)이다.
실시예에 의하면, PCB의 접합부에 표면 거칠기 효과를 주었으며, 표면 거칠기 효과는 LED 패키지의 Heatslug에도 적용될 수 있다. 따라서, 고분자 접착 재료에 교반되어 있는 열전도성이 높은 첨가제들은 거칠기 효과에 의해 보다 안정적으로 배열된다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 LED 패키지와 PCB의 접합에 대한 실시예에서 PCB의 접합층에 표면거칠기 효과가 적용된 확대 단면도를 나타낸다.
PCB 접합층의 표면 거칠기 효과(300)로 인해 첨가제 입자(320)가 거칠기 효과의 패턴에 따라 정렬이 되며, 정렬되어 쌓인 입자는 LED 패키지의 Heatslug(100)에서부터 PCB의 금속층(200)까지의 열 전달 경로를 만들어 열 전도율을 높이게 된다. 이때 고분자 접착제(310) 내에 교반되어 사용되는 첨가제는 0.5~15마이크론(㎛) 이내의 크기이며, 물질은 열 전도도가 높은 Diamond, Au, Al, Ag, Cu, Ni 또는 유사 계열의 화합물 및 합금으로 이루어진 입자이다.
표면 거칠기 효과는 첨가제의 입자 크기에 따라 달라질 수 있으며, 폭과 높이가 첨가제의 크기 이상인 0.5~15마이크론(㎛)내의 크기를 갖는다. 또한 그 구조는 무작위 적이거나 규칙적인 구조로 이루어 진 것을 특징으로 한다.
100 : Heatslug 110 : LED 칩
120 : 봉지재 130 : 반사컵
150 : 리드 프레임
200 : 금속층 210 : 절연층
220 : 전극층
300 : 표면 거칠기 효과 310 : 고분자 접착제
320 : 첨가제 입자

Claims (5)

  1. 발광소자 모듈에 있어서,
    LED 패키지;
    상기 LED 패키지의 하단에 배치되고, 상기 LED 패키지와 접합된 PCB 모듈; 및
    상기 LED 패키지와 PCB 모듈의 접합을 위해 사용되는 접착제
    를 포함하고,
    상기 LED 패키지는
    LED칩, 상기 LED칩 하단에 배치되는 반사컵 및 상기 LED 패키지 내부의 열 전달을 위하여 상기 반사컵 하단에 배치되는 Heatslug를 포함하며,
    상기 PCB 모듈은
    최하부에 배치되고, 방열을 위한 금속층, 상기 금속층의 상단에 배치되는 절연층 및 상기 절연층의 상단에 배치되는 전극층을 포함하고,
    상기 LED 패키지에 포함되는 상기 Heatslug의 하부와 상기 PCB 모듈에 포함된 금속층은 서로 접합하여 접합부를 형성하며,
    상기 LED 패키지에 포함되는 상기 Heatslug의 하부와 상기 PCB 모듈에 포함된 금속층에 의하여 형성되는 접합부에는 표면 거칠기 효과가 적용되고,
    상기 LED 패키지에 포함되는 상기 Heatslug의 하부와 상기 PCB 모듈에 포함된 금속층에 의하여 형성되는 접합부의 폭은 상기 Heatslug의 상부면의 폭보다 좁으며,
    상기 접착제는
    고분자 화합물과 첨가제를 교반하여 만들어지고,
    상기 첨가제의 물질은
    Diamond, Au, Cu, Al 및 Ni 중 어느 하나를 포함하고,
    상기 첨가제(Filler)의 입자들은 상기 표면 거칠기 효과에 대응하는 패턴에 따라 정렬되고, 상기 정렬을 통하여 쌓인 입자들은 상기 LED 패키지의 Heatslug에서부터 상기 PCB 모듈의 금속층까지의 열 전달 경로를 형성하는 특징으로 하는 발광소자 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    열 전달 특성을 향상시키기 위하여 상기 첨가제의 크기는 0.5~15 마이크론 미터 범위에 속하는 발광소자 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면 거칠기의 크기는 첨가제의 입자 크기에 비례하며, 0.5~15 마이크론 미터 이내의 크기를 높이와 폭으로 갖고, 무작위적이거나 규칙적인 구조를 갖는 발광소자 모듈.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004335944A (ja) * 2003-05-12 2004-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体素子の接続方法および半導体装置
KR101195569B1 (ko) * 2010-11-08 2012-10-29 유버 주식회사 발광소자 탑재용 기판 및 이의 제조방법
KR20130027611A (ko) * 2011-05-18 2013-03-18 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ 모듈 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, ｌｅｄ 모듈의 제조방법

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