KR101679834B1 - 방열형 엘이디 터널등 - Google Patents

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KR101679834B1
KR101679834B1 KR1020160033853A KR20160033853A KR101679834B1 KR 101679834 B1 KR101679834 B1 KR 101679834B1 KR 1020160033853 A KR1020160033853 A KR 1020160033853A KR 20160033853 A KR20160033853 A KR 20160033853A KR 101679834 B1 KR101679834 B1 KR 101679834B1
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박성현
최명준
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주식회사 서광이에스
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Abstract

방열형 엘이디 터널등에 관하여 개시한다. 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이의 도열점착층;을 포함하고, 히트 싱크는, 인쇄회로기판에 배열되는 LED 발광소자의 조명 각을 결정하는 마스크 표면; 및 열전도성 접착제가 침투하는 지지부;로 이루어지며, 인쇄회로기판을 수납하는 케이스 및 상기 케이스로부터 도피된 위치에 장착된 전원 공급 모듈을 포함함으로써, 고성능 고효율의 방열형 엘이디 터널등을 제공한다.

Description

방열형 엘이디 터널등{HEAT RADIATING TYPE LED TUNNEL LIGHTS}
본 발명은 방열형 엘이디 터널등에 관한 것으로 구체적으로는, 인쇄회로기판 에서 LED 발광소자의 열원을 직접 방열하고 구조적으로 터널 조명에 적합하도록 설계된 방열형 엘이디 터널등에 관한 것이다.
LED 조명등에서 인쇄회로기판(PCB)에 배열되는 LED 칩은 LED 다이가 보통의 경우 플라스틱 계열의 패키지 안에서 와이어 본딩에 의하여 리드 프레임에 연결되고 인쇄회로기판의 전극 패턴에 솔더링 또는 접착제로 연결되고 있다. LED 조명등의 구조로 보면 대략 상부가 렌즈를 포함하는 LED 칩, 그 아래가 인쇄회로기판, 접착부, 방열부로 되어 있다. LED 칩과 인쇄회로기판 접촉부 또는 인쇄회로기판과 방열판의 접촉부 사이에는 열전도가 잘 되는 TIM(Thermal Interface Materials) 시트 및 판, 또는 열전도 페이스트(paste)를 통하여 실제 방열 작용을 하는 방열판에 열이 잘 전도되도록 하고 있다. 인쇄회로기판은 CEM-1(Composite Epoxy Material) 및 CEM-3(Composite Epoxy Material), FR-4(Flame Retardant), Metal-PCB 등의 재료를 사용하여 제조되고 있다.
LED 조명은 실제 운용에서 열관리가 중요하여 기판의 뒷면에 방열판을 달아주는 것으로 해결하고 있다. 방열부재의 방열성능은 재료, 면적 등에 따라 다르게 나타난다. 방열 재료로는 성형성이 좋고 가벼운 알루미늄이 많이 사용되고 있다.
그러나, 기존의 LED 조명등은 분리 공정으로 제조되기 때문에 열전도율이 낮아질 수 있으므로 방열성능을 높이는데 제약이 따를 수 있다. 열 전도성을 증가시키기 위해 열 전달 유체 물질로 선택되는 서멀 그리스(thermal grease), 또는 서멀 컴파운드(thermal compound), HTP(heat transfer paste) 등은 히트 싱크를 통한 부품 방열을 돕는 데 쓰이지만 긴 시간 사용할 경우 실리콘 유실 등으로 인해 열 저항과 온도가 상승할 수 있다.
기존에는 히트 싱크 등의 방열부재를 설치하는데 있어서 부착나사를 사용하여 경량부터 중량급까지 히트 싱크에 동일하게 부착하는 방식이므로 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다.
방열을 위한 방안으로는 알루미늄이나 구리의 압출성형을 통해 표면적을 극대화한 방열판을 제조하거나 방열구조체를 에노다이징 처리하거나 또는 송풍장치를 장착하여 방열판을 냉각시키고 있지만 환경이 열악한 터널에서 사용 시 냉각효율이 낮게 나타난다. 터널 안에 설치되는 엘이디 조명등은 보수 및 점검이 까다롭기 때문에 운용시 방열의 중요성이 높은 실정이다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허 제10-1549856 B1
특허문헌 2. 대한민국 등록특허 제10-1241972 B1
특허문헌 3. 대한민국 등록특허 제10-1486292 B1
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은, 터널에 설치되는 엘이디 터널등의 열을 방열하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 엘이디 터널등의 열을 장애 없이 방열계통으로 전도하여 방열하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 엘이디 터널등의 열원에 대한 안정적인 방열 제어를 수행하도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 엘이디 터널등의 열원에 대한 방열계통 설치와 제조를 유리하게 하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 인쇄회로기판과 히트 싱크를 접착하는 열전도성 접착제; 상기 인쇄회로기판과 상기 히트 싱크 사이에 형성된 도열점착층; 상기 히트 싱크는, 상기 인쇄회로기판상에 배열되는 LED 발광소자의 조명 각을 결정하는 마스크 표면; 및 상기 열전도성 접착제가 침투하는 지지부;로 이루어지고,상기 인쇄회로기판을 수납하는 케이스; 상기 케이스로부터 도피된 위치에 장착된 전원 공급 모듈로 구성된 방열형 엘이디 터널등에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도열점착층은 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 필러는 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자 또는 탄소 화합물이거나 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자 중에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 필러는 분말 입자 단위의 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제의 부피 면적에서 차지하는 필러의 점유율(n%)을 20 내지 30%가 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도열점착층은 탄소 화합물 복합 입자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도열점착층은 열전도성 플레이트를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도성 플레이트의 면은 평탄한 면이거나 파형인 면, 요철형인 면을 포함하여 구성될 수 있고, 개구 홀을 가질 수 있다. 개구 홀들에 의해 형성되는 개구율은 전체 면적에서 50% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 히트 싱크의 마스크 표면은 수직축과 나란한 표면, 또는 수직축을 어긋난 기울기 축을 따르는 표면을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 별도의 나사 체결 작업을 거치지 않으면서도 히트 싱크의 마스크 표면에 인쇄회로기판이 도열점착층에 의해 직접 접착 지지 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 히트 싱크의 마스크 표면을 적어도 1개 이상으로 분할하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 히트 싱크의 지지부는 히트 싱크에 형성된 공극 및 열전도성 접착체가 침투하는 전개 홈을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 인쇄회로기판은 히트 싱크와 마주하는 면의 표면적을 증가시키는 홈을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 인쇄회로기판은 상기 히트 싱크와 마주하는 면의 표면적을 증가시키는 홈 및 열전도성 접착체가 침투하는 홈으로부터 연장된 전개 홈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 케이스는 히트 싱크의 전면을 부분적으로 가려주도록 장착될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 전원 공급 모듈은 히트 싱크의 후면부에 장착된다. 그리고, 히트 싱크의 후면에는 전원 공급 모듈을 장착하는 지지 브라켓이 설치된다.
본 발명은 히트 싱크를 인쇄회로기판을 중심으로 통합함으로써, 방열을 위한 별도의 부착물 설치 작업을 하지 않아도 되는 방열형 엘이디 터널등을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, LED 열원의 열을 방열계통으로 장애 없이 전도하고 효과적으로 식혀주는 고성능 방열형 엘이디 터널등을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이에 견고한 도열점착층을 형성하여 안정적인 방열 제어를 수행하는 방열형 엘이디 터널등을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, LED 열원에 대한 방열계통의 설치와 제조가 용이하면서도 설치 후 보수 및 점검 시 부분 교체 및 관리가 가능한 방열형 엘이디 터널등을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 내오염성 및 내구성이 향상된 고성능 방열형 엘이디 터널등을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 외부를 나타낸 예시이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 배면도 이다.
도 4는 도 2의 A-A'선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 예시이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 예시이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 부분 절취 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 단면 구조의 예시도 이다.
도 9는 도 8의 A부 확대도 이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 다른 도열점착층의 층 구조를 보인 예시도 이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 플레이트 형상의 예로서, (a)(b)는 평면, (c)(d)(e)는 각각 비평면으로서, (c)는 파형 단면, (d)는 윗면 돌출 요철형, (e)는 밑면 돌출 요철형의 예시이다.
도 12의 (a)(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 구조를 보인 예시도 이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 히트 싱크의 예로서, (a)는 표면도, (b)는 (a)의 B-B'선 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 단면도 이다
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등을 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 조립 상태를 나타낸 정면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 조립 상태를 나타낸 정면도이다.
본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 LED 발광소자(110)들이 배열된 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)를 사각면체로 제조하여 방열형 엘이디 터널등(A)을 제조한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)는 도열점착층(400)을 통해 접착된다. 도열점착층(400)은 열전도성 접착제(410)의 경화에 의해 형성된다.
히트 싱크(300)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(200) 상에 배열되는 LED 발광소자(110)의 조명 각을 결정하는 마스크 표면(320)을 구비하고, 도 13에 도시된 바와 같이 열전도성 접착제(410)가 침투하는 지지부로 구성된다.
그리고, 인쇄회로기판(200)은 케이스(500)를 통해 수납형으로 케이싱 처리되며, 케이스(500)로부터 도피된 위치에 전원 공급 모듈(600)을 장착하여 구성된다.
도열점착층(400)은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제(410) 및 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러(420)를 포함하여 구성된다.
필러(420)는 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자 또는 탄소 화합물이거나, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함하여 구성될 수 있으며, 필러(420)는 분말 입자 단위의 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제(410)의 부피 면적에서 차지하는 필러의 점유율(n%)이 20 내지 30%일 수 있다.
또한, 도열점착층(400)은 탄소 화합물 복합 입자(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도열점착층(400)은 열전도성 플레이트(450)를 포함하여 구성될 수 있다. 열전도성 플레이트(450)의 면은 평탄한 면이거나 파형인 면, 요철형인 면을 포함하고, 복수의 개구 홀(451)을 가지며, 그 개구 홀(451)의 개구율은 전체 면적에서 50% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 히트 싱크(300)의 마스크 표면(320)은 도 4에 도시된 바와 같이 수직축(y)과 나란한 표면, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 수직축(y)을 어긋나는 기울기 축(y1)을 따르는 경사 표면(320), 또는 도 6에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상으로 분할된 경사 표면(320a)(320b)(320c)(320d)들로 이루어질 수 있다. 분활된 경사 표면들을 두는 경우 각각의 경사 표면이 동일한 경사각을 갖도록 하거나 또는 기울기 각도를 광 조사 조건에 따라 비대칭적으로 둘 수도 있다.
이를 통해 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 방열형 엘이디 터널등을 제작하는데 있어서 광 조사 각도가 조절된 엘이디 터널등을 용이하게 제작할 수 있다.
인쇄회로기판(200)은 히트 싱크(300)의 마스크 표면(320)과 어느 경우에서나 인쇄회로기판(200)이 도열점착층(400)에 의해 히트 싱크(300)의 마스크 표면(320)들에 직접 접착 지지될 수 있으므로, 인쇄회로기판과 히트 싱크를 결합하기 위한 별도의 나사 체결 작업을 필요로 하지 않는다. 동시에 LED 칩(100)에서 발생되는 열을 도열점착층(400)을 통해 빠르게 히트 싱크(300)로 전도시켜 방열한다.
인쇄회로기판(200)은 도 12에 도시된 바와 같이 히트 싱크(300)와 마주하는 면의 표면적을 증가시키는 홈(220)을 포함하여 제조될 수 있으며, 열전도성 접착제(410)의 접착력과 지지력을 증가시키기 위해 지지부를 포함할 수 있다. 지지부는 히트 싱크(300)와 마주하는 면의 표면적을 증가시키는 홈(220) 및 열전도성 접착체(410)가 침투할 수 있도록 홈(220)으로부터 연장된 전개 홈(221)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
히트 싱크(300)는 인쇄회로기판(200)과 마주하는 면의 표면적을 증가시키기 위해 지지부를 둘 수 있다. 지지부는, 도 13에 도시된 바와 같이 히트 싱크(300)에 형성된 공극(310) 및 열전도성 접착체(410)가 침투하는 전개 홈(311)으로 구성될 수 있다.
케이스(500)는 히트 싱크(300)의 전면을 부분적으로 가려주도록 장착될 수 있다. 열교환 핀(330)의 외부 노출로 공기 접촉 면적을 확대할 수 있으므로 방열성을 높인다.
전원 공급 모듈(600)은 히트 싱크(300)의 후면부에 장착되며, 히트 싱크(300)의 후면에는 전원 공급 모듈(600)을 장착하는 지지 브라켓(610)이 설치된다. 전원 공급 모듈(600)은 케이스(500)의 외부에 위치하므로 방열성이 향상된다.
케이스(500)의 전면에는 투광판(700)이 설치되어 LED 발광소자(110)의 광을 출사시키고 케이스(500) 내부에 실장된 인쇄회로기판(200)을 터널 내 배기가스나 먼지 등의 오염물 접촉으로부터 차단한다.
투광판(700)에는 광촉매 코팅제를 전면 또는 부분적으로 코팅하여 오염에 의한 광 투과율 저하를 방지할 수 있다. 광촉매 코팅제는 이산화티타늄(TiO2) 또는 질산화티타늄(TiON) 중에서 선택된 어느 하나 또는 TiO2와 TiON 분말을 TiO2 분말 60 내지 70 중량%, TiON 분말 30 내지 40중량%로 혼합한 혼합물 중에서 선택하는 것이 바람직하다. TiON에 대하여 TiO2 가 70중량% 를 초과하는 경우 오염 제거 성능이 떨어지고, 60중량% 이하인 경우 마찬가지로 오염 제거 성능이 저하된다. 따라서 TiON에 대하여 TiO2 60~70중량%의 함량으로 혼합된 광촉매 코팅제가 바람직한 광촉매 코팅제로 선택될 수 있다.
투광판(700)이 광촉매 코팅 표면을 포함하는 경우 먼지의 표면 흡착에 따른 광효율 저하를 방지하고, 먼지 분해능으로 표면 오염을 제거하는 고효율의 방열형 엘이디 터널등을 제공한다. 광촉매 코팅제에 의한 먼지 분해, 그리고 오염원의 제거성능 등은 사용하는 광촉매 코팅제의 성분에 따라 달라질 수 있다.
또한, 본 발명은 히트 싱크(300)의 표면에 광촉매 코팅제가 코팅된 구조를 포함하여 구성된다. 히트 싱크(300)에 광촉매 코팅층을 두는 경우 먼지의 표면 흡착에 따른 냉각효율 저하를 방지하고, 먼지 분해능으로 표면 오염을 제거하여 공기정화성능을 갖는 고효율의 터널등을 제공하는데 유리하다. 그리고 히트 싱크의 표면 오염물 흡착에 따른 내구성 저하를 개선하여 긴 수명의 고신뢰성 터널등을 제공한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등(A)의 조립을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 히트 싱크(300)의 마스크 표면(320)의 면에 면대 면으로 인쇄회로기판(200)을 열전도성 접착제(410)를 통해 접착한다. 열전도성 접착제(410)는 겔 상태로 처리하여 사용하는 것이 바람직하다.
열전도성 접착제(410)는 인쇄회로기판(200)에 형성된 홈(220) 및 전개 홈(221), 그리고 히트 싱크(300)의 마스크 표면(320)에 마련된 공극(310) 및 전개 홈(311)을 따라 침투한다. 경화되면 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(200)의 열을 직접 히트 싱크(300)로 전도하는 도열점착층(400)을 형성하는 동시에 침투 효과로 견고한 접착상태를 유지한다.
열전도성 접착제(410)를 통한 인쇄회로기판과 히트 싱크의 접착에서는 도 10 에 도시된 바와 같이 열전도성 플레이트(450)를 설치하여 열 전도성을 개선할 수 있다. 열전도성 플레이트(450)에는 도 11에 도시된 바와 같이 개구 홀(451)을 두어 접착 전 겔 상태의 열전도성 접착제(410)의 유동이 자유롭게 이루어지도록 하고 경화 후 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)의 접착 강도를 개선할 수 있다.
인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)의 접착이 완료되면 그 외부를 케이스(500)로 처리한다. 케이스(500)를 통한 케이싱 처리에서는 인쇄회로기판(200)을 구성하는 회로 및 전장 부품을 보호하기 배기 가스와 수분의 유입을 차단하는 밀폐 구조를 적용하는 것이 바람직하다. 케이스(500)를 통한 밀폐 케이싱 처리에서는 인쇄회로기판과 히트 싱크의 마스크 표면(320)을 중심으로 부분적인 밀폐 구조를 적용하는 케이싱 처리가 가능하므로 밀폐 면적 축소에 따른 밀폐 처리 비용을 줄이면서도 효과적인 밀폐가 가능하다.
인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)의 접착이 완료되면 히트 싱크(300)의 뒷면에 전원 공급 모듈(600)을 설치한다. 이때 히트 싱크(300)의 뒷면과 전원 공급 모듈(600)은 방열성을 증진시키기 위하여 간격으로 떨어진 이격 공간(L1)을 두어 부품 간 양호한 통풍성이 유지되도록 조립한다.
이격 공간(L1)은 지지 브라켓(610)의 형상을 통해 확보할 수 있는데, 예를 들면 지지 브라켓(610)의 가운데 부분 높이를 높게 하고 그 부분에 전원 공급 모듈(600)를 장착하고, 지지 브라켓(610)의 양단 다리를 히트 싱크(300)의 뒷면에 고정나사(611)로 고정하는 방법을 통해 히트 싱크(300)와 전원 공급 모듈(600) 간 양호한 통풍성이 유지되도록 조립함으로써, 방열형 엘이디 터널등(A)의 조립이 완료된다.
이와 같이 조립된 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등(A)의 설치방법은, 먼저 방열형 엘이디 터널등(A) 유닛을 설치하고자 하는 터널 벽면(B)의 설치 지점에 맞추어 설치용 브라켓(620)을 터널 벽면(B)에 밀착시키고 설치용 나사(612)를 이용하여 설치용 브라켓(620)을 터널 벽면(B)에 장착하는 것으로 방열형 엘이디 터널등(A)의 설치작업을 마칠 수 있다. 여기서, 설치용 브라켓(620)은 히트 싱크(300)의 뒷면에 고정나사(611)로 체결하면 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등의 세부 구성은 다음과 같다.
LED 칩(100)은 보통의 경우 도 7에 도시된 바와 같이, LED 발광소자(110)를 안착하는 1-4개의 LED 다이가 플라스틱 계열의 패키지 안에서 와이어 본딩에 의하여 리드 프레임(120)에 연결되고 인쇄회로기판(200)의 전극 패턴(210)에 솔더링 또는 접착제로 연결되고 있다. 이와 형식이 다른 COB(Chip-On-Board)형 LED 칩은 LED 발광소자를 직접 인쇄회로기판에 다이 본딩 하고 금속 와이어를 매개로 와이어 본딩하여 연결되고 있다.
본 발명은 LED 칩(100)이 배열되는 인쇄회로기판(200)과 방열계통인 히트 싱크(300)를 케이스(500)를 통해 통합하여 일체형으로 터널등을 제조한다. 여기서, LED 칩(100)의 형식은 특정된 어느 하나의 LED 칩 형식에 한정되지 않는다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층 구조를 나타낸 예시도 이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, LED 발광소자(110)를 실장한 리드 프레임(120)을 포함하는 LED 칩(100)을 인쇄회로기판(200) 위에 배치하고 인쇄회로기판(200)의 아래에는 히트 싱크(300)를 두어 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)를 도열점착층(400)으로 조립된다.
인쇄회로기판(200)은, LED 칩(100)의 LED 발광소자(110)와 접속된 리드 프레임(120)에 대응하는 전극 패턴(210)을 포함한다. 전극 패턴(210)은 LED 발광소자(110)를 접속하는 회로 통로로서 다양한 패턴을 가질 수 있다.
히트 싱크(300)는, 인쇄회로기판(200)과 대면하여 열을 방열하는 부분이다. 보통 알루미늄 재료를 사용하지만 여기에 한정되지 않는다. 구리, 스테인리스(stainless steel), 은, 니켈, 티탄, 철 등의 금속계 재료, 또는 그래파이트(graphite), 알루미나(alumina), 질화알루미늄(aluminium), 산화지르코늄 등의 무기계 재료(inorganic material), 또는 이들의 복합재료(composite material)를 이용해도 좋다. 히트 싱크의 형상은 가능하다면 표면적을 크게 하는 돌출부, 열교환 핀 등의 형상을 포함하여 성형될 수 있다.
도열점착층(400)은, 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(400)를 면대 면으로 접착 지지한다. 그리고, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 열전도체(420)를 구성 성분으로 가질 수 있다.
도열점착층(400)에 의해 접착되는 인쇄회로기판(200), 또는 히트 싱크(300)는 도열점착층(400)을 기준으로 긴 시간 사용에 의한 점착력의 약화, 열화에 의한 와해, 또는 충격에 의한 박리 등을 감안하여 열전도성 접착제(410)가 침투하여 경화되는 지지부를 포함하도록 되어 있다.
방열형 엘이디 터널등의 층상 구조는, 도 7에 도시된 바와 같이 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 기본 구조일 수 있으나, 부분의 치환 및 변경 등에 의해 달라질 수 있을 것이므로, 여기에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, LED 발광소자(110)를 실장하고 리드 프레임(120)을 포함하는 LED 칩(100), 리드 프레임(120)에 대응하는 전극 패턴(210)을 포함하는 인쇄회로기판(200), 인쇄회로기판(200)과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크(300), 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 구성 성분으로 가지는 도열점착층(400)으로 구성될 수 있다. 도열점착층(400)은, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제(410)와, 열전도체로서 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러(420)를 포함할 수 있다.
도열점착층(400)을 형성하는 에폭시 레진은, 비스페놀 A(bisphenol A)와 에피클로로히드린(epichlorohydrin)의 축합 중합에 의해서 합성될 수 있다. 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 비를 조절하면 다양한 종류의 분자량을 가진 에폭시 수지를 제조할 수 있다.
에폭시 레진은 경화제와 반응하여 경화 후 가교 결합을 한 3차원적 고분자 구조를 만들어 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300) 사이에서 강력한 접착성을 나타낸다. 도열점착층(400)에서 에폭시 레진의 함량이 55중량% 이하이면, 접착력이 낮아지고, 70중량% 이상이면, 파괴에 대한 저항도(인성)가 낮아질 수 있다. 도열점착층(400)에서 에폭시 레진 55 내지 70중량%의 함량은 접착력과 인성을 감안한 범위이다.
도열점착층(400)을 형성하는 아크릴 레진은, 아크릴산, 메타크릴산 및 이것들의 유도체인 아크릴 아미드, 아크릴로니트릴 등의 중합체를 포함하는 고분자 화합물로서, 서로 다른 성질을 가지는 에폭시 레진과 공중합물로 될 때 에폭시 레진의 물성을 보완할 수 있다. 도열점착층(400)에서 아크릴 레진의 함량이 15중량% 이하이면, 에폭시 레진의 물성에 영향을 거의 미치지 못하고, 25중량% 이상이면, 인성이 높아질 수 있으나 에폭시 레진의 물성을 급격히 떨어뜨려 접착력의 약화를 가져올 수 있다. 도열점착층(400)에서 아크릴 레진 15 내지 25중량%의 함량은 접착력과 인성을 감안한 범위이다.
경화제로는, 에피클로로히드린을 반응시켜 얻어지는 프레폴리머에 아민, 산무수물, 삼플루오르화 붕소 등에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 배합하여 얻어진 경화제를 사용할 수 있다. 이 경화제를 액상의 에폭시/아크릴 레진에 반응시켜 경화할 수 있다. 도열점착층(400)에서 경화제가 4중량% 이하이면 경화시간의 지연, 6중량% 이상이면 경화시간의 단축으로, 안정화된 경화상태에 도달할 수 없다. 4 내지 6중량%의 경화제 함량은 액상의 에폭시/아크릴 레진의 경화반응 시간을 조절하여 경화상태를 안정화시킬 수 있는 함량일 수 있다.
본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등은, LED 칩(100)이 배열된 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)를 도열점착층(400)을 통해 접착함으로써, 방열을 위해 별도의 히트 싱크를 나사로 체결하는 부착물 설치 작업을 하지 않고, LED 발광 모듈 제조 과정에서 히트 싱크를 일체화시켜 자체 방열형 엘이디 터널등으로 제품화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등은, LED 열원의 열을 도열점착층(400)을 통해 히트 싱크(300)로 장애 없이 전도한다. 도열점착층(400)은 열 전달 물질로 선택되는 서멀 그리스, 또는 서멀 컴파운드, HTP(heat transfer paste) 등에 비해 박리 강도와 점착력 및 내전압 특성 등을 자유롭게 조절하여 적용할 수 있는 유리한 물성을 가지며, 열전도율을 비교적 편리하게 조정하여 적용할 수 있으므로, 점착력의 저하나 박리 이탈 등의 문제가 없고 견고한 점착력으로 긴 시간 동안 열 저항 상승 없이 안정적인 열전도 상태를 지속시키는데 유리하다.
또한, 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등은, 히트 싱크(300)를 인쇄회로기판(200)과 면대 면으로 설치하는데 있어서 LED 칩(100)과 인쇄회로기판(200) 및 히트 싱크(300) 등의 무게를 고려하여 도열점착층(400)의 점착력을 사전에 조정하여 견고한 방열형 엘이디 터널등으로 제품화될 수 있으므로, 안정적인 방열 제어를 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등은, 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300) 상호 간 면대 면 접촉부의 박리 및 이탈 등의 문제 없이 사용할 수 있는 고 신뢰성 방열형 엘이디 터널등을 제조한다. 이는 경량부터 중량급까지 부착나사를 사용하여 히트 싱크(300)를 인쇄회로기판(200)에 부착하는 기존 복잡한 제조 공정을 간단한 방법과 저렴한 비용으로 대체할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등은, LED 열원의 방열을 위해 설치하는 히트 싱크(300)의 설치와 제조를 터널등 설계와 공정에 체계적으로 적용하여 관리할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 도열점착층의 특성을 평가하기 위하여 실시 예1,2와 같이 시료 1,2를 제조하였고, 대조군으로서 비교 예1,2와 같은 방법으로 시료 3,4를 비교적으로 구분하여 제조하였다.
본 발명의 실시 예1,2 및 비교 예1,2를 구체적으로 설명한다.
도열점착층은 실시 예1의 시료 1, 실시 예2의 시료 2, 비교 예1의 시료 3, 비교 예2의 시료 4일 수 있다.
도열점착층의 성분 구성 및 조성
항 목
 구 분 함량비(중량%),
100중량%
접착제 열전도체

성분

 에폭시 레진 필러-그래파이트
평균 입경 1~3㎛의 결정질 입자		 에폭시 레진 63.0
아크릴 레진 아크릴 레진 20.0
경화제 경화제 4.5
필러 12.5
접착제(경화제 포함): 87.5중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 12.5중량%(±1.5 기준), 점유율: 12.5%(±1.5 기준)
도열점착층의 성분 구성 및 조성
항 목
 구 분 함량비(중량%),
100중량%
접착제 열전도체

성분
 에폭시 레진 필러-그래파이트
평균 입경 1~3㎛의 결정질 입자		 에폭시 레진 63.0
아크릴 레진 아크릴 레진 17.5
경화제 경화제 4.5
필러 15.0
접착제(경화제 포함): 85중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 15중량%(±1.5 기준), 점유율: 12.5%(±1.5 기준)
도열점착층의 성분 구성 및 조성(비교 예 1)
항 목
 구 분 함량비(중량%),
100중량%
접착제 열전도체

성분
 에폭시 레진 필러-그래파이트
평균 입경15~30㎛의 결정질 입자		 에폭시 레진 85.5
경화제 경화제 4.5
필러 10.0
접착제(경화제 포함): 90중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 10중량%(±1.5 기준)
도열점착층의 성분 구성 및 조성(비교 예 2)
항 목
 구 분 함량비(중량%),
100중량%
접착제 열전도체
성분
 에폭시 레진 필러-그래파이트
평균 입경15~30㎛의 결정질 입자		 에폭시 레진 80.5
경화제 경화제 4.5
필러 15.0
접착제(경화제 포함): 86중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 15중량%(±1.5 기준)
실시 예 1
에폭시 레진 63중량%, 아크릴 레진 20중량%를 액상의 용융 상태로 가열 혼합하여 액상화 하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러 12.5중량%를 혼합된 액상의 상기 에폭시/아크릴 레진에 1차 투입하고, 다시 가열 교반을 실시한 후, 프레폴리머에 아민을 배합한 경화제 4.5중량%를 투입하여 골고루 혼합한 후 매끈한 평판 위에 두께가 0.15mm가 되도록 도포 경화시켜 평판 시트 상에 본 발명에서 형성하는 도열점착층에 상응하는 점착층을 형성하여 시료 1을 제조하였다. 제조된 시료 1은 도열점착층에 대응하는 시료이다.
실시 예 2
실시 예 1과 동일한 과정과 방법으로 평판 시트 상에 도열점착층을 형성하는 시료 2를 제조하였다. 실시 예1과 다른 점은 아크릴 레진을 17.5중량%로 조정하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러를 15중량%로 조정하여 도열점착층에 대응하는 시료 2를 제조하였다.
비교 예 1
에폭시 레진 85.5중량%을 가열하여 액상화 하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러 10중량%를 액상의 에폭시 레진에 투입하고, 다시 가열 교반을 실시한 후, 프레폴리머에 아민을 배합한 경화제 4.5중량%를 투입하여 골고루 혼합한 후 매끈한 평판 위에 두께가 0.15mm가 되도록 도포 경화시켜 평판 시트 상에 본 발명에서 형성하는 도열점착층에 상응하는 점착층을 형성하여 시료 3을 제조하였다. 제조된 시료 3은 도열점착층에 대응하는 시료이다.
비교 예 2
상기 비교 예 1과 동일한 과정과 방법으로 평판 시트 상에 도열점착층을 형성하는 시료 4를 제조하였다. 비교 예1과 다른 점은 TORAY사 에폭시 레진을 80.5중량%으로 조정하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러를 15중량%로 조정하여 도열점착층에 대응하는 시료 4를 제조하였다.
상기 실시 예1,2 및 비교 예1,2에 의해 제조된 평판 상에 점착된 도열점착층 시트인 시료 1 내지 시료 4에 대한 물성을 비교적으로 평가하기 위해 두께(thickness), 박리강도(peel strength), 열전도율(thermal conductivity), 내전압(withstand voltage/DC), 점착력(adhesion)으로 구분하여 측정하였다.
측정 방법은 KS 규격을 만족할 수 있도록 하였으며, 열전도율 측정은, 측정 온도 100℃, 루비 레이저(ruby laser) 빛을 조사광으로 하는 레이저 펄스법으로 측정하였으며 재료의 열전달 능력을 정확히 측정하기 위하여 측정 당 열확산 정수, 시료의 비중, 비열을 상수로 측정하여 계산하였다.
실시 예1의 시료 1에 대한 측정 평가결과는 아래의 [표 5]와 같이 측정되었다.
평가결과(실시 예 1의 시료 1의 측정결과)
항목 단위 측정치
thickness(두께) mm 0.15±0.02
peel strength(박리강도) Kgf/cm 2이상
thermal conductivity(열전도율) W/(mk) 3
withstand voltage(내전압)/DC KV 5이상
adhesion(점착력) g/25mm 1800
실시 예1의 시료 1에 대한 측정방법과 동일한 방법으로, 나머지 실시 예2의 시료 2 및 비교 예1,2로부터 제조된 시료 3,4를 측정하였고, 실시 예1의 시료 1 및 시료 2 내지 4에 대한 측정결과 및 평가는 아래와 비교적으로 평가되었다.
실시 예와 대조군의 평가결과 [표 6]의 단위 공통
평가항목 두께 박리강도 열전도율 내전압 점착력
실시 예
 실시 예 1(시료 1) 0.15±0.02 2이상 3 5이상 1800
실시 예 2(시료 2) 0.15±0.02 2이상 3.2 5이상 1780
대조군
 비교 예 1(시료 3) 0.15±0.02 2이하 2 4이하 1720
비교 예 2(시료 4) 0.15±0.02 2이하 2.4 4이하 1700
비교 평가결과 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼합하여 액상화하고, 프레폴리머에 아민을 배합한 적정량의 경화제를 첨가제로 첨가한 실시 예1,2의 경우, 박리강도는 '2 이상', 내전압은 '5 이상', 점착력은 '1800'과 '1780'으로 측정되었고, 에폭시 레진만을 사용한 비교 대조군 분류의 비교 예1,2는 각각 박리강도 '2 이하', 내전압은 '4 이하', 점착력 '1780'과 '1700'으로 측정되었다.
이에 따라 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼용하여 형성되는 상기 실시 예1,2의 도열점착층은 에폭시 수지만을 사용하는 대조군인 비교 예1,2에 비해 박리강도, 내전압에 대한 대응력, 점착력 등이 우수한 것으로 평가되었다.
살펴본 결과, 아래와 같이, 에폭시 레진과 아크릴 레진은 방열형 엘이디 터널등의 인쇄회로기판과 히트 싱크의 열전도성 접착제로서 사용 가능한 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다.
열접착제(ACRYLIC, EPOXY, PHENOLIC) 일반 비교 평가
구분 ACRYLIC TYPE EPOXY TYPE PHENOLIC TYPE




항목

 물성 THERMO PLASTIC THERMO PLASTIC

장점		 접착력 우수.
치수 안정성 뛰어남.
굴곡성 우수.		 흡수율이 낮음. 오랜시간 고온에 노출되어도 제품 이상 없음. POST BAKING이 필요없음. 내화학성이 뛰어남.
내굴곡성이 좋음.흡습율이 낮음.

단점		 높은 온도에 장시간 노출되면 성질이 약해짐CULING TIME 필요. 내굴곡성이 떨어짐.
작업이 완료되면 수정 불가.		 접착력이떨어짐.
THERMAL SHOCK에 약함
MAKER DUPONT ROGERS SHELDAHL TORAY SHELDAHL NIKKAN TORAY SONY ROGERS OAK
비고 접착 두께는 메이커별, 베이스와 커버레이별로 차이가 있음.
상기 [표 7]은 열접착제로 사용되는 ACRYLIC, EPOXY 물성으로서, 아크릴계는 에폭시계의 열접착제에 비해 접착력, 치수 안정성, 굴곡성이 우수한 물성을 가지는 것으로 평가된다. 이처럼 아크릴 레진과 에폭시 레진의 물성이 비교되고, 장단점을 물성적으로 나타내고 있음을 확인할 수 있고, 이들을 적정량으로 혼합하면, 물성이 다른 레진들의 혼합에 의한 접착제에 비해 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 아크릴, 에폭시 레진의 액상 혼합을 통한 열전도성 열접착제는 본 발명이 속하는 방열형 엘이디 터널등 제작시 도열점착층을 형성하는 열전도성 접착제로 유용하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼합하여 액상화 하면 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 LED 칩, 인쇄회로기판 및 히트 싱크 등의 무게를 사전에 감안하여 점착력의 크기를 용이하게 조정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도성 접착제는 열전도체 필러를 포함함으로써, 열전도성 또는 열도전성의 성질을 띄게 된다.
필러는 바람직하기로는, 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자, 또는 탄소 화합물에서 선택될 수 있으며, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함할 수 있다.
도열점착층에서 필러의 점유율(n%)은, 분말 입자의 평균 입경이 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제의 부피 면적에서 12.5%를 점유하는 기준이 바람직한 것으로 평가되었다. 사용하는 필러의 점유율(n%)은 고유 특성을 제외하면 점유율에 따라 접착력 기질과 열전도율에 영향을 미친다.
접착제의 전체 면적에 대한 필러의 점유율이 12.5%일 때 ±1.5의 범위는 허용될 수 있는 점유율이다. 실험 결과 평균 입경이 1 내지 3㎛인 그래파이트 파티클 12.5중량%를, 에폭시 레진 63중량%-아크릴 레진 20중량%-경화제 4.5중량%의 접착제와 혼합하는 경우 점유율은 그래파이트 파티클 평균 입자에 상응하는 정도를 나타내는 것으로 확인되었고, 점유율에 따라 열전도율의 변화가 있었고, 점착력의 세기도 차이를 나타내었다.
점유율은 11(n%) 이상, 14(n%)에서 우수한 열전도율, 만족할 정도의 점착력을 나타내는 것으로 측정되었다.
도열점착층(400)의 열전도체는 탄소 화합물 복합 입자를 포함함으로서, 열전도 성능이 보다 우수한 탄소화합물 복합 입자로 간단히 대체될 수 있다.
도 10 도시된 바와 같이 도열점착층(400)에는 열전도성 플레이트(450)를 둘 수 있다. 열전도성 플레이트(450)는 얇은 박판과 같을 수 있다.
도 11은 열전도성 플레이트 형상의 예로서, (a)(b)는 평면, (c)(d)(e)는 비평면으로서, (c)는 개구 홀이 있는 파형, (d)는 개구 홀이 있는 윗면 돌출 요철형, (e)는 개구홀이 있는 밑면 돌출 요철형의 예이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 열전도성 플레이트(450)는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 개구 홀(451)을 가지며, 개구율은 전체 면적에서 50% 이하로 두는 것이 바람직하다. 개구 홀(451)은 방열형 엘이디 터널등 제조시 겔 상태(액상)의 열전도성 접착제(410)가 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300) 사이에서 유동하도록 해주거나 자유로운 이동을 돕는다. 개구 홀(451)은 50%이하의 개구율 일 때 열전도율이 좋고, 점착력의 보존에 유리할 수 있다.
그리고, 방열형 엘이디 터널등 제조 공정 중 액상의 열전도성 접착제(410)가 개구 홀(451)을 따라 유동함으로써 접착제는 열전도성 플레이트(450) 상하부에 고르고 균일한 분포를 이루어 상하부 기재에 견고한 점착 상태를 이루면서 경화되도록 한다.
도 12에 도시된 바와 같이 히트 싱크(300)와 마주하는 인쇄회로기판(200) 면의 표면적을 증가시키는 홈(220)은 표면적 증가를 통해 박리 강도를 높이고, 긴밀한 점착력을 지속시킨다. 또한 홈(220)으로부터 연장된 확장형 전개 홈(221)은 열전도성 접착제(451)의 침투를 유도하여 견고한 접착력을 형성한다.
또한, 도 13에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판(200)과 마주하는 히트 싱크(300)는 공극(310)과 열전도성 접착체(410)가 침투하는 전개 홈(311)을 둘 수 있는데, 상부 공극(310)에 비해 하부 전개 홈(311)을 더 넓게 함으로써 열전도성 접착제(410)의 침투 경화로 지지력을 증가시킨다. 전개 홈(311)으로 침투되어 경화되는 열전도성 접착제(410)는 히트 싱크(300)의 유동과 박리 이탈을 억제하고, 완제품 상태의 방열형 엘이디 터널등의 내충격성과 내구성을 강화시킨다.
도 14는 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이에 형성되는 도열점착층의 단면 구조이다(이하, '제1 구조').
도 15는 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이에 형성되는 도열점착층의 다른 단면 구조이다. 도 15에서 도열점착층에는 열전도성 플레이트가 함침되어 있는 구조이다(이하, '제2 구조').
도 16은 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이에 형성되는 도열점착층의 또 다른 단면 구조이다. 도 16에서 도열점착층은 히트 싱크에 형성된 지지부의 공극과 전개 홈으로 침투 경화된 구조이다(이하, '제3 구조').
도 17은 본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등을 구성하는 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이에 형성되는 도열점착층의 또 다른 단면 구조이다. 도열점착층은 상부의 인쇄회로기판에 형성된 홈 및 전개홈과 하부의 히트 싱크에 형성된 공극과 전개 홈으로 침투 경화된 구조이다(이하, '제4 구조').
여기서, 첩착 강도 순위는 제1 구조 ≤ 제2 구조 ≤ 제3 구조 ≤ 제4 구조일 수 있다.
도 14 내지 도 17에 도시된 바와 같은 방열형 엘이디 터널등의 제조에서 인쇄회로기판과 히트 싱크의 접착은 아래와 같은 순서로 접착할 수 있다. 그러나 나열되는 방법에 한정되는 것은 아니다(인쇄회로기판에 배열하는 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 칩의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하는 공정 등은 일반 공정이므로 생략 함).
열전도성 접착제를 제조하여 히트 싱크의 마스크 표면에 도포하고, 인쇄회로기판을 도포된 열전도성 접착제 위에 올려놓고 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하여 접착할 수 있다.
또한, 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조하고, 열전도성 플레이트를 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시킨 뒤 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화(가경화) 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압한 후 열전도성 접착제 표면에 인쇄회로기판을 올려놓고 압착하여, 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하여 접착할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판에 홈 및 전개 홈을 형성하고, 히트 싱크에 공극 및 전개 홈을 형성하여, 겔(액)상의 열전도성 접착제를 인쇄회로기판의 홈 및 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 또는 분사 공정을 통해 열전도성 접착제를 침투 시켜가면서 접착시킬 수 있다.
도열점착층을 형성하는 열전도성 접착제는 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 조성하고, 여기에 11 내지 14중량%의 함량으로 필러를 함침하여 사용함으로써, 방열을 위한 안정적인 열전도성 및 긴 시간 동안 견고한 점착력을 유지할 수 있다.
또한, 열전도성 플레이트에 형성된 복수의 개구 홀들을 따라 액상의 열전도성 접착제를 히트 싱크 또는 인쇄회로기판에 주입 침투시킬 수 있으므로 접착제의 침투 효과로 점착력을 개선한다.
도열점착층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 히트 싱크로의 열 저항을 감안하여 정하는 것이 바람직하고 열전도성 접착제의 도포와 가압 분사 등에서는 도열점착층의 증착 두께를 기계적으로 고려하여 조절하면 된다.
본 발명에 따른 방열형 엘이디 터널등의 전원 공급 모듈은 히트 싱크의 후면부에 장착되고 케이스의 외부에 위치하므로 양호한 통풍성으로 방열성이 향상된다.
케이스의 전면에는 광촉매 코팅제가 전면 또는 부분적으로 코팅된 투광판이 설치되어 LED 발광소자의 광을 출사시키고 케이스 내부에 실장된 인쇄회로기판을 터널 내 배기가스나 먼지 등의 오염물 접촉으로부터 차단하고 보호한다.
또한, 투광판이 광촉매 코팅 표면을 포함함으로써, 먼지의 표면 흡착에 따른 광효율 저하를 방지하고, 먼지 분해능으로 표면 오염을 제거하는 고효율의 방열형 엘이디 터널등을 제공한다.
또한, 히트 싱크에 광촉매 코팅층을 둘 수 있으므로 먼지의 표면 흡착에 따른 방열성 저하를 방지하고 먼지 분해능으로 표면 오염을 제거하는 고효율의 터널등을 제공한다.
또한, 히트 싱크의 마스크 표면을 복수의 경사 표면으로 분할하고 분할된 경사 표면에 인쇄회로기판을 간단히 접착할 수 있으므로, 광 조사 각도가 조절된 고성능의 방열형 엘이디 터널등을 용이하게 제조한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: LED 칩 110: LED 발광소자
200: 인쇄회로기판 210: 전극 패턴
220: 홈 221: 전개 홈
300: 히트 싱크 310: 공극
311: 전개 홈(확장 홈) 320: 마스크 표면
320a, 320b. 320c.320d: 경사 표면 400: 도열점착층
410: 열전도성 접착제 420: 필러
440: 탄소 화합물 복합 입자 450: 열전도성 플레이트
451: 개구 홀 500: 케이스
600: 전원 공급 모듈(SMPS) 610: 지지 브라켓
611: 브라켓 고정나사 612: 설치용 나사
620: 설치용 브라켓 700: 투광판

Claims (12)

  1. 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이의 도열점착층;을 포함하고,
    상기 히트 싱크는, 상기 인쇄회로기판에 배열되는 LED 발광소자의 조명 각을 결정하는 마스크 표면; 및 열전도성 접착제가 침투하는 지지부;로 이루어지며,
    상기 인쇄회로기판을 수납하는 케이스; 및 상기 케이스로부터 도피된 위치에 장착된 전원 공급 모듈;을 포함하는 것으로,
    상기 히트 싱크의 지지부는 열전도성 접착제를 주입하여 침투시키기 위해 홈으로 뚫려진 공극; 및 상기 공극을 통해 열전도성 접착제를 주입 침투시켜 히트 싱크를 접착하기 위해 상기 공극으로부터 연장되어 공극에 비해 넓이가 더 넓게 확장된 전개 홈;을 포함하는 방열형 엘이디 터널등.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도열점착층은 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 상기 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러;를 포함하는 방열형 엘이디 터널등.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필러는 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자 또는 탄소 화합물이거나, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함하는 방열형 엘이디 터널등.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도열점착층은 열전도성 플레이트를 포함하는 방열형 엘이디 터널등.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열전도성 플레이트는 복수의 개구 홀을 가지며, 개구 홀의 개구율은 전체 면적에서 50% 이하인 방열형 엘이디 터널등.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 싱크의 마스크 표면은 수직축과 나란한 표면, 또는 수직축을 어긋나는 기울기 축을 따르는 경사 표면, 또는 하나 이상으로 분리된 경사 표면들로 이루어진 방열형 엘이디 터널등.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트 싱크의 마스크 표면이 적어도 1개 이상으로 분할되어 있는 방열형 엘이디 터널등.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상기 히트 싱크와 마주하는 면의 표면적을 증가시키는 홈을 포함하는 방열형 엘이디 터널등.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상기 히트 싱크와 마주하는 면의 표면적을 증가시키는 홈 및 열전도성 접착체가 침투하는 상기 홈으로부터 연장된 전개 홈을 더 포함하는 방열형 엘이디 터널등.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 히트 싱크의 전면을 부분적으로 가려주도록 장착된 방열형 엘이디 터널등.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 공급 모듈은 상기 히트 싱크의 후면부에 장착되며, 상기 히트 싱크의 후면에는 상기 전원 공급 모듈을 장착하는 지지 브라켓이 설치된 방열형 엘이디 터널등.
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