KR101725001B1 - Led module having heat sink structure - Google Patents

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KR101725001B1
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김위철
공재영
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(주)성진하이텍
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Abstract

The present invention relates to a light emitting diode (LED) module having a heat dissipating structure, capable of efficiently radiating heat generated from an LED to the outside, and an LED lighting apparatus. According to the present invention, the LED module having a heat dissipating structure comprises: an LED chip including an LED device and receiving power to emit light; a printed circuit board (PCB) installed with the LED chip, and including a substrate having a first PCB through hole, and a circuit pattern formed on the substrate to supply power to the LED chip; and a heat dissipating body discharging the heat generated from the LED device to the outside. The heat dissipating body includes a heat dissipating rod exposed to the upper side of the PCB through the first PCB through hole; a heat conductive powder layer interposed between the heat dissipating rod and the LED chip; and a heat dissipating plate in contact with the lower surface of the heat dissipating rod to discharge the heat transferred from the LED chip to the outside.

Description

방열구조 LED 모듈{LED MODULE HAVING HEAT SINK STRUCTURE} LED MODULE HAVING HEAT SINK STRUCTURE

본 발명은 LED 조명 등의 고출력 LED에서 발생하는 열을 외부로 빠르고 효과적으로 방출할 수 있는 방열구조 LED 모듈에 관한 것으로, 특히 열전도 특성이 우수한 그래핀을 이용한 방열구조 LED 모듈에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat dissipating structure LED module capable of quickly and efficiently discharging heat generated from a high output LED such as LED lighting to the outside, and more particularly, to a heat dissipating structure LED module using graphene having excellent heat conduction characteristics.

LED 조명은 친환경, 장수명, 에너지 절감 차원에서 향후 전통 조명을 상당 부분 대체해 나갈 것으로 전망되고 있으며 과거 전기, 전자, 통신 분야의 단순 표시소자로서의 기능으로부터 광고용, 전광판용을 거쳐 현재는 자동차용 및 TV, 모니터 등의 LED BLU의 광원 대체용으로까지 시장이 확대되어 가고 있다. 또한 점차 실내조명, 옥외 조명 및 산업용 조명 등 일반조명 영역으로까지 그 범위를 확대해 나아가고 있으며, LED 산업은 조명 측면에서의 장점과 더불어 IT, BT, NT, ET 분야를 활용한 전반적인 융합기술로서의 발전이 기대되는 산업분야이다.LED lighting is expected to replace traditional lighting in the future in terms of environment friendliness, longevity and energy saving. It has been used as a simple display element in electric, electronic, and communication fields, , Monitors and other LED BLUs to replace the light source is expanding the market. In addition, it is gradually expanding its scope to general lighting areas such as indoor lighting, outdoor lighting and industrial lighting. LED industry is developing as an overall convergence technology utilizing IT, BT, NT, ET This is the expected industry.

한편, LED는 그 특성상 많은 열이 발생하며 이러한 열이 외부로 적절하게 방출되지 못하면 LED 수명이 크게 단축되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 여러 가지 방열 소재가 사용되는데 아직까지는 획기적인 구조나 소재가 개발되어 있지 않고 일부 효과가 높은 방열 소재의 경우에 있어서도 상용제품에 적용되는 데에는 가격이나 사용조건 등에 제약이 많은 상황이다.On the other hand, LEDs generate a lot of heat due to their characteristics, and if the heat is not properly emitted to the outside, there is a problem that the lifetime of the LED is greatly shortened. In order to solve this problem, various heat-dissipating materials are used. However, no breakthrough structure or materials have been developed yet, and even in the case of heat-dissipating materials having some effects, there are many restrictions on price and use conditions for commercial products.

도 1에 나타낸 바와 같이 LED는 입력된 전기 에너지 중 85% 정도가 열에너지로 소비되며, 이 열의 대부분이 전도열로 방출된다. 이러한 열 방출은 저항의 증가, 전압의 감소 및 빛의 강도 감소를 야기하는 등의 단점이 있어 LED의 대형화, 고출력화가 어려운 실정이다. As shown in FIG. 1, about 85% of the input electric energy is consumed as heat energy, and most of the heat is emitted as conduction heat. Such heat dissipation has drawbacks such as an increase in resistance, a decrease in voltage, and a decrease in light intensity, and it is difficult to increase the size and power of LED.

도 2는 종래기술에 따른 LED 방열구조를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing a conventional LED heat dissipation structure.

도 2를 참조하면, 종래의 LED 방열구조는 LED 칩(10)과, LED 칩(10) 내의 LED 소자(11)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 방열체(20) 및 LED 칩(10)을 방열체(20)에 부착하기 위한 납땜층(30)을 포함한다. 2, a conventional LED heat dissipating structure includes an LED chip 10, a heat emitting body 20 for emitting heat generated in the LED element 11 in the LED chip 10, and an LED chip 10 And a solder layer (30) for attaching to the heat discharging body (20).

그러나 전술한 종래의 LED 방열구조에서는 LED 칩(10)의 리드(12)와 방열판(21) 사이에 방열 시트(22), 메탈 PCB(22), PCB 절연체(23), PCB 동판(25), 납땜층(30)이 개재되어 총 5단계의 복잡한 방열구조를 가진다. 게다가 방열체(20)를 이루는 각 층은 금속, 비금속으로 이루어져 열 저항이 높으며 이로 인해 열전도 성능이 저하될 뿐만 아니라 방열판의 무게가 무거워져 소자의 무게 또한 증가하게 된다. However, in the above-described conventional LED heat dissipation structure, the heat-radiating sheet 22, the metal PCB 22, the PCB insulator 23, the PCB copper plate 25, and the PCB copper plate 25 are interposed between the lid 12 of the LED chip 10 and the heat sink 21, And the solder layer 30 is interposed therebetween to have a complicated heat radiating structure in five steps in total. In addition, each layer constituting the heat discharging body 20 is made of a metal or a non-metal, which has a high thermal resistance, which not only deteriorates the heat conduction performance but also increases the weight of the heat sink.

대한민국 등록특허 10-0990331(2010.10.29.)Korean Patent No. 10-0990331 (October 29, 2010)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생하는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 방열구조 LED 모듈을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is a general object of the present invention to provide a heat dissipation structure LED module capable of substantially solving various problems caused by limitations and disadvantages of the related art .

또한 본 발명의 다른 목적은, LED에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방출할 수 있는 방열구조 LED 모듈을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a heat dissipation structure LED module capable of efficiently emitting heat generated from an LED to the outside.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈은 LED 소자를 포함하고, 전원을 공급받아 광을 발생시키는 LED 칩; 상기 LED 칩이 탑재되며, 제1 인쇄회로기판 관통홀이 형성되어 있는 기판, 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 LED 칩에 전원을 공급하는 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 및 상기 LED 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열체를 포함하며, 상기 방열체는 상기 제1 인쇄회로기판 관통홀을 통해 상기 인쇄회로기판 상부로 노출되는 방열봉; 상기 방열봉과 상기 LED 칩 사이에 개재되는 열전도성분말층; 및 상기 방열봉의 하면과 접촉되어 상기 LED 칩으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 한다. To this end, the heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention includes an LED element, which receives light to generate light, A printed circuit board including a substrate on which the LED chip is mounted and on which a first printed circuit board through hole is formed, and a circuit pattern formed on the substrate and supplying power to the LED chip; And a heat dissipating member for dissipating heat generated from the LED device to the outside, wherein the heat dissipating member is exposed to the upper portion of the printed circuit board through the first printed circuit board through hole, A heat conduction ingredient interlayer interposed between the heat dissipating rod and the LED chip; And a heat dissipating plate contacting the lower surface of the heat dissipating rod to discharge the heat transferred from the LED chip to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈에서, 상기 인쇄회로기판은 상기 제1 인쇄회로기판 관통홀로부터 일정 거리 이격 형성되는 제2 인쇄회로기판 관통홀을 더 포함하고, 상기 방열판은 상기 제1 인쇄회로기판 관통홀과 대응되는 위치에 형성되어 상기 방열봉을 수용하는 제1 방열판 관통홀과; 상기 제2 인쇄회로기판 관통홀과 대응되는 위치에 형성되는 제2 방열판 관통홀을 더 포함할 수 있다. In the heat-radiating structure LED module according to an embodiment of the present invention, the printed circuit board further includes a second printed circuit board through-hole formed at a predetermined distance from the first printed circuit board through-hole, A first heat sink through hole formed at a position corresponding to the printed circuit board through hole and receiving the heat sink; And a second heat sink through hole formed at a position corresponding to the second printed circuit board through hole.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈에서, 상기 방열체는 상기 인쇄회로기판과 상기 방열판을 고정적으로 결합하는 지지부재를 더 포함할 수 있다. In the heat dissipating structure LED module according to an embodiment of the present invention, the heat dissipating member may further include a support member for fixedly coupling the printed circuit board and the heat dissipating plate.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈에서, 상기 인쇄회로기판 후면 및 상기 방열체 전체 표면에 형성된 그라파이트로 코팅층을 더 포함할 수 있다. The LED module may further include a coating layer formed on the rear surface of the printed circuit board and on the entire surface of the heat dissipator.

본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈에서, 상기 열전도성분말층은 적어도 그래핀 분말과 구리 분말이 혼합된 그래핀 혼합물층일 수 있다. In the heat-dissipating structure LED module according to an embodiment of the present invention, the thermally conductive-late layer may be a graphene mixture layer in which at least a graphene powder and a copper powder are mixed.

본 발명에 따른 방열구조 LED 모듈에 의하면, 방열체의 방열봉이 인쇄회로기판을 관통하며, 열전도 특성이 우수한 열전도성분말층을 매개로 LED 칩의 방열 리드와 접촉하고 있어 LED 칩에서 발생하는 열을 방열봉, 방열판을 통해 신속하게 외부로 방출할 수 있다. According to the heat dissipation structure LED module of the present invention, the heat dissipating rod of the heat dissipating member penetrates the printed circuit board and is in contact with the heat dissipating reed of the LED chip through the heat conductive ingredient layer having excellent heat conduction characteristics, It can be quickly released to the outside through rods and heat sinks.

또한, 본 발명에서는 그래핀 분말에 구리 분말이 혼합된 그래핀 혼합분말을 열전도성분말층으로 사용함으로써 그래핀의 수직 열전도 특성을 개선하여 수평, 수직 방향으로의 열전도도를 극대화할 수 있다. Further, in the present invention, graphene mixed powder in which graphene powder is mixed with copper powder is used as a thermally conductive ingredient, so that the vertical thermal conductivity of graphene can be improved and the thermal conductivity in the horizontal and vertical directions can be maximized.

또한, 본 발명에 따른 방열구조 LED 조명장치에 의하면, 다수의 LED 칩 각각이 열전도성분말층을 매개로 각각의 방열봉과 접촉하고 있어 다수의 LED 칩에서 발생하는 열을 각 방열봉을 통해 방열판으로 전달하여 신속하게 외부로 방출할 수 있다. In addition, according to the LED lighting device of the heat-dissipating structure according to the present invention, each of the plurality of LED chips is in contact with the respective heat-dissipating rods via the thermally conductive element layer, and heat generated from the plurality of LED chips is transmitted to the heat- So that it can be quickly released to the outside.

또한, 본 발명에 따른 방열구조 LED 모듈 및 LED 조명장치에 의하면, 인쇄회로기판과 방열판 및 다수의 방열봉을 열전도도가 높은 금속소재의 지지부재로 결속함으로써 방열면적이 증가하고, 방열판의 방열구조와 방열봉, 지지부재의 방열구조가 어우러져 방열효율이 극대화될 수 있다. According to the heat-dissipating structure LED module and the LED lighting apparatus according to the present invention, the heat dissipation area is increased by bonding the printed circuit board, the heat sink, and the plurality of heat sinks to the support member of a metal material having high thermal conductivity. And the heat dissipating structure of the heat dissipating member and the support member are combined, thereby maximizing the heat radiation efficiency.

도 1은 LED 조명의 열손실 정도를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 LED 방열구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 구성을 분해하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 조립과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 5의 각 조립과정에 따른 LED 모듈의 단면도이다.
도 7은 방열구조 LED 모듈이 적용된, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치의 사시도이다. FIG. 1 is a view showing the degree of heat loss of the LED lighting.
2 is a view showing a conventional LED heat dissipation structure.
3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an assembly process of a heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention.
6A to 6F are cross-sectional views of the LED module according to each assembly process of FIG.
7 is a perspective view of an LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention, to which a heat dissipating structure LED module is applied.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, and these may vary depending on the intention of the user, the operator, or the precedent. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 구성을 분해하여 나타낸 단면도이다. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈은 LED 칩(110)과, 상기 LED 칩(110)이 탑재되는 인쇄회로기판(120)과, 상기 LED 칩(110) 내의 LED 소자(111)에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방열체(130)를 포함한다.3 and 4, the heat dissipation structure LED module according to the present embodiment includes an LED chip 110, a printed circuit board 120 on which the LED chip 110 is mounted, And a heat discharger 130 for discharging heat generated from the LED element 111 to the outside.

상기 LED 칩(110)은 LED 몸체(112), 상기 LED 몸체(112)에 창착되는 LED 소자(111), 상기 LED 몸체(112)의 하면에 상호 일정 거리 이격되어 형성되는 한쌍의 전극(113), 및 상기 LED 몸체(112)의 하면 상기 한쌍의 전극(113) 사이에 위치하는 방열 리드(114)를 포함하며, 전원을 공급받아 광을 발생시킨다. The LED chip 110 includes an LED body 112, an LED element 111 installed on the LED body 112, a pair of electrodes 113 formed on the lower surface of the LED body 112, And a heat dissipation lead 114 positioned between the pair of electrodes 113 on the lower surface of the LED body 112. The light emitting diode 114 receives power and generates light.

상기 인쇄회로기판(120)은 기판(122)과, 상기 기판(122) 상에 형성되어 상기 LED 칩(110)에 전원을 공급하는 회로패턴(124)을 포함하고, 상기 회로패턴(124)은 LED 칩(110)의 전극(113)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 회로패턴(124)과 LED 칩(110)의 전극(113)과의 전기적 연결을 위해 회로패턴(124)과 LED 모듈(110)의 전극(113) 사이에 남땜층(126)이 개재될 수 있다. The printed circuit board 120 includes a substrate 122 and a circuit pattern 124 formed on the substrate 122 to supply power to the LED chip 110. The circuit pattern 124 may be formed of, And is electrically connected to the electrode 113 of the LED chip 110. A solder layer 126 is interposed between the circuit pattern 124 and the electrode 113 of the LED module 110 for electrical connection between the circuit pattern 124 and the electrode 113 of the LED chip 110 .

또한, 상기 기판(122)에는 방열봉(134)을 수용하기 위한 제1 인쇄회로기판 관통홀(128) 및 고정볼트(137)를 수용하기 위한 제2 인쇄회로기판 관통홀(미도시)이 구비되어 있다.A first printed circuit board through hole 128 for accommodating the heat dissipating rod 134 and a second printed circuit board through hole (not shown) for receiving the fixed bolt 137 are provided on the substrate 122 .

상기 방열체(130)는 방열판(132)과, 방열봉(134)과, 열전도성분말층(136) 및 지지부재(138)를 포함한다. The heat dissipation member 130 includes a heat dissipation plate 132, a heat dissipation member 134, a heat conduction layer 136, and a support member 138.

상기 방열판(132)은 열전도도가 높고 무게가 가벼운 금속소재로 된 방열판으로 예를 들어, 알루미늄 방열판으로 이루어질 수 있고, 방열판(132)과 인쇄회로기판(120) 사이에 방열봉(134)이 개재되어 있다. The heat sink 132 may be a heat sink made of a metal material having a high thermal conductivity and a light weight and may be made of an aluminum heat sink, for example, and a heat sink 134 may be interposed between the heat sink 132 and the printed circuit board 120 .

상기 방열봉(134)은 방열판(132)으로 열을 전달하기 위한 것으로, 일측 단부가 제1 인쇄회로기판 관통홀(128)을 통해 인쇄회로기판(120)의 상부로 노출된다. 여기서, 방열봉(134)은 열전도도가 좋은 금속소재, 예를 들면 구리봉으로 이루어질 수 있다. The heat radiating rod 134 is for transferring heat to the heat sink 132. One end of the heat radiating rod 134 is exposed to the upper portion of the printed circuit board 120 through the first printed circuit board through hole 128. [ Here, the heat dissipating rod 134 may be made of a metal material having a good thermal conductivity, for example, a copper rod.

상기 인쇄회로기판(120)의 상부로 노출된 방열봉(134)의 상부에는 열전도성분말층(136)이 위치하며, 열전도성분말층(136) 상에는 LED 칩(110)의 방열 리드(114)이 접촉된다. 여기서, 열전도성분말층(136)은 열전도도가 높은 분말층으로 예를 들면, 그래핀 분말과 구리 분말이 혼합된 그래핀 혼합물층이 될 수 있다. 이와 같이 그래핀 분말에 구리 분말을 혼합함으로써 그래핀의 수직 열전도 특성을 개선하여 수평, 수직 방향으로의 열전도도를 극대화할 수 있다. A heat conductive ingredient layer 136 is disposed on an upper portion of the heat dissipating rod 134 exposed to the upper portion of the printed circuit board 120 and a heat dissipating lead 114 of the LED chip 110 is disposed on the heat conductive ingredient layer 136 do. Here, the heat conduction ingredient layer 136 may be a powder layer having a high thermal conductivity, for example, a graphene mixture layer in which graphene powder and copper powder are mixed. By mixing the copper powder with the graphene powder as described above, it is possible to maximize the thermal conductivity in the horizontal and vertical directions by improving the vertical thermal conductivity of the graphene.

한편, 방열봉(134)으로 열전도성분말층(136)을 압착하는데 이와 같이 압착하는 이유는 원재료의 열전도 특성을 최대화하기 위해 수지 계통의 화합물을 전혀 사용하지 않고, 방열봉과의 접촉면(마찰면)을 고르게 하기 위해서이다. On the other hand, the reason why the thermally conductive ingredient layer 136 is pressed by the heat dissipating rod 134 is that the resin-based compound is not used at all to maximize the thermal conductivity of the raw material and the contact surface (friction surface) To make it even.

상기 지지부재(138)는 상기 인쇄회로기판(120)과 방열판(132)을 고정적으로 결합하여 상기 방열봉(134)이 인쇄회로기판(120)과 방열판(132) 사이에 수직 방향으로 안정적으로 위치하도록 하기 위한 것으로, 일단이 상기 인쇄회로기판(120)의 제2 인쇄회로기판 관통홀(129)에 삽입되고 타단이 상기 방열판(132)의 제2 방열판 관통홀(129'')에 삽입되어 상기 인쇄회로기판(120)과 방열판(132) 사이에 결합되는 지지대(135) 및 상기 상기 인쇄회로기판(120)의 제2 인쇄회로기판 관통홀(129) 및 상기 방열판(132)의 제2 방열판 관통홀(129'')에 삽입되어 상기 인쇄회로기판(120) 및 상기 방열판(132)을 상기 지지대(135)의 일단 및 타단에 각각 고정적으로 결합하는 한 쌍의 고정볼트(137)로 구성될 수 있다. The support member 138 fixedly connects the printed circuit board 120 and the heat dissipating plate 132 so that the heat dissipating rod 134 is stably positioned vertically between the printed circuit board 120 and the heat dissipating plate 132. [ One end is inserted into the second printed circuit board through hole 129 of the printed circuit board 120 and the other end is inserted into the second heat sink through hole 129 '' of the heat sink 132, A supporting plate 135 coupled between the printed circuit board 120 and the heat sink 132 and a second printed circuit board through hole 129 of the printed circuit board 120 and a second heat sink through the heat sink 132, And a pair of fixing bolts 137 inserted into the holes 129 '' and fixedly coupling the printed circuit board 120 and the heat sink 132 to one end and the other end of the support 135, respectively have.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 조립과정을 설명하면 다음과 같다. The assembly process of the heat dissipation structure LED module according to one embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described below.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열구조 LED 모듈의 조립과정을 나타낸 흐름도이고, 도 6a 내지 도 6f는 도 5의 각 조립과정에 따른 LED 모듈의 단면도이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating an assembling process of the heat dissipation structure LED module according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6A to 6F are cross-sectional views of the LED module according to each assembly process of FIG.

도 5 및 도 6을 참조하면, 먼저, LED 칩(110)과 인쇄회로기판(PCB)(120)을 준비한(도 6a) 다음 인쇄회로기판(120) 상면에 LED 칩(110)을 부착한다(S510, 도 6b). 여기서, 인쇄회로기판(120)의 회로패턴(124)과 LED 칩(110)의 전극(113) 사이에 남땜층(126)을 형성함으로써 회로패턴(124)과 전극(113)이 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 5 and 6, the LED chip 110 is attached to the upper surface of the next printed circuit board 120 having the LED chip 110 and the printed circuit board 120 (FIG. 6A) S510, Fig. 6b). Here, the solder layer 126 is formed between the circuit pattern 124 of the printed circuit board 120 and the electrode 113 of the LED chip 110 so that the circuit pattern 124 and the electrode 113 are electrically connected can do.

다음으로, 인쇄회로기판(120)을 고정판(200) 위에 배치한다(S520, 도 6b). 여기서, 고정판(200)은 인쇄회로기판(120)을 수용하기 위한 케이스로 제1 및 제2 인쇄회로기판 관통홀(128, 129)과 대응되는 위치에 방열봉(134) 및 고정볼트(137)를 수용하기 위한 제1 및 제2 고정판 관통홀(128', 129')이 구비되어 있다.Next, the printed circuit board 120 is placed on the fixing plate 200 (S520, FIG. 6B). The fixing plate 200 is a case for accommodating the printed circuit board 120 and includes a heat dissipating rod 134 and a fixing bolt 137 at positions corresponding to the first and second printed circuit board through holes 128, And first and second fixing plate through holes 128 'and 129' for accommodating the fixing plate.

다음으로, 제2 인쇄회로기판 관통홀(129) 및 제2 고정판 관통홀(129')에 지지대를 삽입한 후 고정볼트(137)로 고정한다(S530, 도 6c). 여기서, 인쇄회로기판(120)의 상부에서 하부로 지지부재(138)를 체결하여 고정되도록 한다. Next, the support base is inserted into the second printed circuit board through-hole 129 and the second fixing plate through-hole 129 ', and fixed with the fixing bolts 137 (S530, FIG. 6C). Here, the support member 138 is fastened to the lower portion of the printed circuit board 120 from above.

다음으로, 제1 인쇄회로기판 관통홀(128) 및 제1 고정판 관통홀(128')에 열전도성분말을 주입하여 LED 칩(110)의 방열 리드(114)과 접촉되도록 열전도성분말층(136)을 형성한다(S540, 도 6d). 여기서, 열전도성분말은 열전도도가 높은 분말형태의 물질로 예를 들면, 그래핀 분말과 구리 분말이 혼합된 그래핀 혼합분말이 될 수 있다. Next, a thermally conductive component is injected into the first printed circuit board through hole 128 and the first fixing plate through hole 128 'to form the thermally conductive ingredient layer 136 so as to be in contact with the heat dissipating reed 114 of the LED chip 110. [ (S540, Fig. 6D). Here, the term " heat conduction component " means a powdery material having a high thermal conductivity, for example, a graphene mixed powder in which graphene powder and copper powder are mixed.

그래핀은 200,000cm2/V.s의 매우 높은 진성(intrinsic) 전자이동도, ~5000 W/m.K의 높은 열전도도를 갖는다. 즉, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높으며, 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 ‘꿈의 나노물질’이라 불린다. 다만, 그래핀은 판상 구조를 가지므로 그래핀의 면내 방향(in-plane direction)으로의 열전달 특성에 비해서 면내 방향의 수직 방향으로의 열전달 특성이 낮은 편이다. 이에 따라, 그래핀을 이용하더라도 면내 방향 수직한 방향으로 모두 우수한 열전달 특성을 갖는 방열 시트를 제조하는데 한계가 있다. Graphene has a very high intrinsic electron mobility of 200,000 cm 2 / V · s, a high thermal conductivity of ~ 5000 W / mK. In other words, electrons are 100 times more efficient than copper and can move electrons 100 times faster than monocrystalline silicon, which is mainly used as a semiconductor. Strength is more than 200 times stronger than steel, more than twice as high thermal conductivity as diamond with the best thermal conductivity, and is excellent in elasticity and does not lose its electrical properties even when stretched or bent. Because of these properties, graphene is regarded as a material that goes beyond carbon nanotubes, which are regarded as the next generation of new materials, and is called 'dream nanomaterial'. However, since the graphene has a plate-like structure, the heat transfer characteristic in the in-plane direction is lower than that of the graphene in the in-plane direction. Accordingly, even if graphene is used, there is a limitation in manufacturing a heat radiation sheet having excellent heat transfer characteristics in all directions perpendicular to the in-plane direction.

본 발명에서는 그래핀 분말에 구리 분말이 혼합된 그래핀 혼합분말을 사용함으로써 그래핀의 수직 열전도 특성을 개선하여 수평, 수직 방향으로의 열전도도를 극대화할 수 있다. In the present invention, by using graphene mixed powder in which copper powder is mixed with graphene powder, it is possible to maximize the horizontal and vertical thermal conductivity by improving the vertical thermal conductivity of graphene.

다음으로, 제1 인쇄회로기판 관통홀(128) 및 제1 고정판 관통홀(128')에 방열봉(134)을 삽입한다(S550, 도 6e).Next, the heat radiating rod 134 is inserted into the first printed circuit board through hole 128 and the first fixing plate through hole 128 '(S550, FIG. 6E).

다음으로, 방열판(132)을 방열봉(134)과 정렬한 후 방열판(132) 후면에서 고정볼트로 체결하여 고정한다(S560, 도 6f). 여기서, 방열판(132)에는 방열봉(134) 및 고정볼트가 삽입될 수 있도록 제1 및 제2 방열판 관통홀(128", 129")이 구비될 수 있으며, 방열봉(134)을 열전도성분말층(136) 쪽으로 밀착 고정하여 열전도성분말층(136)이 압착되도록 한다.Next, after aligning the heat sink 132 with the heat radiating rod 134, the heat sink 132 is fastened by fixing bolts to the back surface of the heat sink 132 (S560, FIG. 6F). The heat sink 132 may include first and second heat sink through holes 128 "and 129" for inserting the heat sink 134 and the fixing bolt, (136) so that the thermally conductive ingredient layer (136) is pressed.

다음으로, 인쇄회로기판(120) 후면 및 방열체 전체 표면에 열전도성이 높은 소재 예를 들어, 그라파이트를 코팅함으로써 구리의 공기 중 산화를 방지하고 방열효과를 극대화할 수 있다.Next, by coating a material having high thermal conductivity, for example, graphite, on the rear surface of the printed circuit board 120 and the entire surface of the heat discharging body, it is possible to prevent oxidation of copper in the air and maximize the heat radiation effect.

전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면 방열체의 방열봉이 인쇄회로기판을 관통하며, 열전도 특성이 우수한 열전도성분말층을 매개로 LED 칩의 방열 리드와 접촉하고 있어(LED 칩의 방열 리드와 방열판 사이에 열전도성분말층과 방열봉만 개재되어 있어) LED 칩에서 발생하는 열을 방열봉, 방열판을 통해 신속하게 외부로 방출할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the heat radiating rod of the heat radiator passes through the printed circuit board and is in contact with the heat radiating reed of the LED chip via the thermally conductive element layer having excellent heat conduction characteristics The heat conduction component layer and the heat dissipation member are interposed), the heat generated in the LED chip can be rapidly discharged to the outside through the heat dissipating rod and the heat dissipating plate.

도 7은 방열구조 LED 모듈이 적용된, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치의 사시도이다. 7 is a perspective view of an LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention, to which a heat dissipating structure LED module is applied.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치는 하나 또는 복수의 LED 소자(111)가 PCB 고정판 또는 케이스(200)에 수용되어 LED 조명장치를 형성할 수 있다. As shown in FIG. 7, one or more LED devices 111 may be housed in a PCB fixing plate or a case 200 to form an LED lighting device, according to an embodiment of the present invention.

복수의 LED 소자(111A~111I) 각각은 열전도성분말을 매개로 각각의 방열봉(134A~134I)과 연결되어 방열판(132)을 통해 열을 방출하도록 구성되어 있다. 또한, 각각의 방열봉(134A~134I) 사이사이에 지지부재(138)가 구비되어 인쇄회로기판(120)과 방열체(130)를 고정적으로 결속할 뿐만 아니라 인쇄회로기판(120)으로 전달된 열이 지지부재(138)의 지지대(135)를 통해 방열판(132)으로 전달되어 외부로 방출되도록 한다. 또한, 열전도성 소재로 이루어진 방열봉(134A~134I)과 지지대(138) 사이에 방열통로가 형성되어 전도뿐만 아니라 대류 형태로 열이 방출되도록 한다. Each of the plurality of LED elements 111A to 111I is connected to each of the heat dissipating rods 134A to 134I via a heat conduction component so as to emit heat through the heat dissipating plate 132. [ A support member 138 is provided between each of the heat dissipation rods 134A to 134I to fixly bond the printed circuit board 120 and the heat dissipation member 130 to each other, Heat is transferred to the heat dissipating plate 132 through the supporter 135 of the support member 138 to be discharged to the outside. Further, a heat dissipation path is formed between the heat dissipating rods 134A to 134I made of a thermally conductive material and the support rods 138 so that heat is released in a convection form as well as a conduction.

또한, PCB 고정판 또는 케이스(200) 저면에 보조방열판(210)이 구비되어 LED 소자(111A~111I)에서 발생한 열이 인쇄회로기판(120)으로 전달되어 보조방열판(210)을 통해 외부로 빠르게 방출되도록 한다. 여기서, 보조방열판(210)은 열전도도가 높으면서 무게가 가벼운 소재 예를 들어, 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 또한, 보조방열판(210)은 중앙부가 PCB 고정판(200)과 접하고 양쪽 단부가 절곡되어 'ㄷ'자 형상으로 구현될 수 있다. An auxiliary heat sink 210 is provided on the bottom surface of the PCB fixing plate or case 200 so that the heat generated from the LED elements 111A to 111I is transferred to the printed circuit board 120 and quickly discharged to the outside through the auxiliary heat sink 210. [ . Here, the auxiliary heat sink 210 may be made of a material having a high thermal conductivity and a light weight, for example, aluminum. Also, the auxiliary heat sink 210 may be formed in a 'C' shape such that its central portion is in contact with the PCB fixing plate 200 and both ends thereof are bent.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 LED 조명장치는 다수의 LED 칩 각각이 열전도성분말층을 매개로 각각의 방열봉과 접촉하고 있어 다수의 LED 칩에서 발생하는 열을 각 방열봉을 통해 방열판으로 전달하여 신속하게 외부로 방출할 수 있다. 또한, 인쇄회로기판과 방열판 및 다수의 방열봉을 열전도도가 높은 금속소재의 지지부재로 결속함으로써 방열면적이 증가하고, 방열판의 방열구조와 방열봉, 지지부재의 방열구조가 어우러져 방열효율이 극대화될 수 있다. As described above, in the LED lighting device according to the present invention, a plurality of LED chips are in contact with the respective heat dissipation rods via the heat conduction layer, and the heat generated from the plurality of LED chips is transmitted to the heat sink through the heat dissipation rods, To the outside. In addition, by bonding the printed circuit board, the heat radiating plate, and the plurality of heat radiating rods to the supporting member of a metal material having high thermal conductivity, the heat radiating area is increased and the heat radiating structure of the heat radiating plate and the heat radiating structure of the heat radiating rod and the supporting member are combined to maximize the heat radiating efficiency .

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있음은 물론이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. For example, each component described as a single type may be dispersedly implemented, and components described as being distributed in a similar manner may also be implemented in a combined form.

따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다. Accordingly, the scope of the present invention should be construed as being limited to the embodiments described, and it is intended that the scope of the present invention encompasses not only the following claims, but also equivalents thereto.

110 : LED 칩 111: LED 소자
112 : LED 몸체 113 : 전극
114 : 방열 리드 120 : 인쇄회로기판
122 : 기판 124 : 회로패턴
126 : 남땜층 128 : 제1 관통홀
130 : 방열체 132 : 방열판
134 : 방열봉 135 : 지지대
136 : 열전도성분말층 137 : 고정볼트
138 : 지지부재 200 : PCB 고정판
210 : 보조방열판110: LED chip 111: LED element
112: LED body 113: electrode
114: heat dissipation lead 120: printed circuit board
122: substrate 124: circuit pattern
126: Mottling layer 128: First through hole
130: heat sink 132: heat sink
134: heat radiating rod 135: support
136: heat conduction ingredient, bottom layer 137: fixing bolt
138: Support member 200: PCB fixing plate
210: auxiliary heat sink

Claims (5)

LED 소자를 포함하고, 전원을 공급받아 광을 발생시키는 LED 칩;
상기 LED 칩이 탑재되며, 제1 인쇄회로기판 관통홀이 형성되어 있는 기판, 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 LED 칩에 전원을 공급하는 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 및
상기 LED 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열체를 포함하며,
상기 방열체는
상기 제1 인쇄회로기판 관통홀을 통해 상기 인쇄회로기판 상부로 노출되는 방열봉;
상기 방열봉과 상기 LED 칩 사이에 개재되는 열전도성분말층; 및
상기 방열봉의 하면과 접촉되어 상기 LED 칩으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조 LED 모듈.
An LED chip including an LED element and generating light by receiving power;
A printed circuit board including a substrate on which the LED chip is mounted and on which a first printed circuit board through hole is formed, and a circuit pattern formed on the substrate and supplying power to the LED chip; And
And a heat discharging body for discharging heat generated from the LED element to the outside,
The heat-
A heat radiating rod exposed above the printed circuit board through the first printed circuit board through hole;
A heat conduction ingredient interlayer interposed between the heat dissipating rod and the LED chip; And
And a heat sink connected to a lower surface of the heat dissipating rod to discharge heat transferred from the LED chip to the outside.
제 1 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 상기 제1 인쇄회로기판 관통홀로부터 일정 거리 이격 형성되는 제2 인쇄회로기판 관통홀을 더 포함하고,
상기 방열판은
상기 제1 인쇄회로기판 관통홀과 대응되는 위치에 형성되어 상기 방열봉을 수용하는 제1 방열판 관통홀과;
상기 제2 인쇄회로기판 관통홀과 대응되는 위치에 형성되는 제2 방열판 관통홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조 LED 모듈.
The printed circuit board according to claim 1, wherein the printed circuit board further comprises a second printed circuit board through hole spaced a predetermined distance from the first printed circuit board through hole,
The heat sink
A first heat sink through hole formed at a position corresponding to the first printed circuit board through hole and receiving the heat sink;
And a second heat sink through hole formed at a position corresponding to the second printed circuit board through hole.
제 2 항에 있어서, 상기 방열체는
상기 인쇄회로기판과 상기 방열판을 고정적으로 결합하는 지지부재를 더 포함하며, 상기 지지부재는 일단이 상기 인쇄회로기판의 제2 인쇄회로기판 관통홀에 삽입되고 타단이 상기 방열판의 제2 방열판 관통홀에 삽입되어 상기 인쇄회로기판과 상기 방열판 사이에 결합되는 지지대; 및 상기 상기 인쇄회로기판의 제2 인쇄회로기판 관통홀 및 상기 방열판의 제2 방열판 관통홀에 삽입되어 상기 인쇄회로기판 및 상기 방열판을 상기 지지대의 일단 및 타단에 각각 고정적으로 결합하는 한 쌍의 고정볼트를 포함하는 방열구조 LED 모듈.
The heat sink according to claim 2,
And a support member fixedly connecting the printed circuit board and the heat sink, wherein the support member has one end inserted into the second printed circuit board through hole of the printed circuit board and the other end inserted into the second heat sink through hole A support member inserted between the printed circuit board and the heat sink; And a pair of fixing members inserted into the second printed circuit board through hole of the printed circuit board and the second heat sink through hole of the heat sink to fix the printed circuit board and the heat sink to the one end and the other end of the support, Heat dissipation structure LED module including bolt.
제 3 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판 후면 및 상기 방열체 전체 표면에 형성된 그라파이트로 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열구조 LED 모듈.
The heat dissipation structure LED module according to claim 3, further comprising a coating layer formed on the rear surface of the printed circuit board and the entire surface of the heat dissipation member with a graphite.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열전도성분말층은
적어도 그래핀 분말과 구리 분말이 혼합된 그래핀 혼합물층인 것을 특징으로 하는 방열구조 LED 모듈. The heat sink according to any one of claims 1 to 3,
Wherein at least a graphene mixture layer is formed by mixing graphene powder and copper powder.
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