KR101866835B1 - Led 등기구 및 led 등기구의 인쇄회로기판 제조방법 - Google Patents

Led 등기구 및 led 등기구의 인쇄회로기판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전면에 복수개의 LED 모듈들이 설치되며, 일단부에 하나의 LED 모듈의 +극 리드프레임이 설치되고 타단부에 인접되는 LED 모듈의 리드프레임이 설치되는 금속 박막패턴으로 이루어진 패턴영역에 적어도 하나 이상의 방열공들이 형성된 인쇄회로기판과, 전면 내측에 상기 인쇄회로기판이 설치되는 하우징으로 이루어진 LED 등기구에 관한 것으로, 상기 하우징의 상기 방열공들과 대향하는 영역에는 상기 방열공들로부터 열을 외부로 방출하도록 하는 적어도 하나 이상의 관통공들이 형성되도록 하는 것이다.

Description

LED 등기구 및 LED 등기구의 인쇄회로기판 제조방법{LED light and PCB making method therefor}
본 발명은 회로기판의 발열부위에 등기구의 하우징으로부터 외부공기가 유입되거나, 발열부위로부터 외부로 열이 방출됨으로써 발열부위가 빨리 냉각됨으로써 등기구의 수명이 연장되고, 전력소모가 감소되도록 한 LED 등기구 및 이러한 등기구에 적합한 인쇄회로기판을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
LED 등기구는 낮은 전력소모와 긴 수명을 갖는 등기구로서 현대사회에 각광받는 조명장치이기는 하나, 방열이 잘 이루어져야 이러한 특성이 보장되게 된다. 따라서 방열구조에 대한 다양한 발명들이 이루어져왔으며, 특허출원 10-2009-0036222호(발명의 명칭: 방열홀을 가지는 인쇄회로기판 및 이를 이용한 LED 조명)(이하, ‘종래기술’이라 함)도 이러한 발명 중의 하나이며, 종래기술은 인쇄회로기판에 실장된 LED 모듈의 주변에 방열홀을 형성하도록 하여 방열이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
도 1은 종래기술의 인쇄회로기판을 설명하기 위한 평면도이다.
종래기술의 등기구의 인쇄회로기판은 각각의 직렬로 배치되는 LED들을 그룹화하기 위한 경계영역(230)들이 형성되어 있으며, 이웃하는 경계영역(230)들에 구획되는 패드영역(210)으로 이루어지며, LED 모듈(220)들은 패드영역에 설치된다. 또한 패드영역의 LED 모듈들의 주변에는 방열홀(218)들이 형성됨으로써 LED 모듈들에서 발생된 열이 방열홀(218)을 통하여 외부로 방열이 이루어지도록 하고 있다.
그러나 이러한 인쇄회로기판 구조를 갖는 등기구는 하우징이 설치되고, 하우징 내부에 설치되는 것으로 외부 공기가 인쇄회로기판에 주입되지 않는 구조를 이루기 때문에 인쇄회로기판의 배면에 열이 외부로 방출되기 어렵기 때문에 결국 방열의 효율성이 떨어지게 된다. 즉 인쇄회로기판의 전면에 설치된 LED 모듈로부터 발생된 열이 방열홀(218)을 통하여 배면으로 전달되게 되나, 인쇄회로기판의 배면과 등기구의 하우징의 바닥면이 밀착되어 설치되기 때문에 인쇄회로기판의 배면이 냉각되기가 어려운 구조를 이루고 있어 냉각 효율이 떨어지게 된다.
본 발명의 해결과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인쇄회로기판의 방열공과 대향되는 하우징부위에 관통공들을 형성함으로써 관통공을 통하여 방열공 주변의 가열공기가 하우징 외부로 빠르게 유출되도록 함으로써 방열효율이 높아지도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 해결과제는 인쇄회로기판의 방열공과 대향되는 하우징 부위에 관통공 또는 개구부를 형성하고, 인쇄회로기판의 방열공들이 형성된 영역에 방열도료층을 도포시킴으로써 방열도료층의 열이 하우징의 대향부위의 관통공 또는 개구부를 통하여 외부로 유출되도록 함으로써 방열효율이 높아지도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 해결과제는 상기의 해결과제를 갖는 LED 등기구의 인쇄회로기판을 제조하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 전면에 복수개의 LED 모듈들이 설치되며, 일단부에 하나의 LED 모듈의 +극 리드프레임이 설치되고 타단부에 인접되는 LED 모듈의 리드프레임이 설치되는 금속 박막패턴으로 이루어진 패턴영역에 적어도 하나 이상의 방열공들이 형성된 인쇄회로기판과, 전면 내측에 상기 인쇄회로기판이 설치되는 하우징으로 이루어진 LED 등기구에 있어서: 상기 하우징의 상기 방열공들과 대향하는 영역에는 상기 방열공들로부터 열을 외부로 방출하도록 하는 적어도 하나 이상의 관통공들이 형성되는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 관통공들의 직경은 상기 방열공들의 직경보다 큰 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 방열공들의 전면 주변부와 상기 방열공의 내부에는 솔더크림이 접착되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 인쇄회로기판의 배면에는 절연재이면서 열전도체인 방열도료부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 방열도료부는 인쇄기법에 의하여 상기 방열공들이 형성된 영역에 프린팅되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 방열공들의 전면 주변부와 상기 방열공의 내부에는 솔더크림이 접착되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 방열공들에는 상기 방열도료부를 형성하는 재료가 상기 충진되며, 상기 방열공들에 충진된 상기 방열도료부의 단부는 상기 방열공들에 충진된 솔더크림의 단부와 접촉되어 열전달이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 또 다른 해결수단은 일단부에 하나의 LED 모듈의 +극 리드프레임이 설치되고 타단부에 인접되는 LED 모듈의 리드프레임이 설치되는 금속 박막패턴으로 이루어진 패턴영역들에 적어도 하나 이상의 방열공들이 형성된 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판이 전면에 설치되되 상기 방열공들에 대향하는 부위에 적어도 하나 이상의 관통공들이 형성된 하우징으로 이루어진 LED 등기구의 제조방법에 있어서: 상기 방열공들이 형성된 영역을 포함하는 인쇄회로기판의 배면 영역들에 절연재료이면서 열적 양도체인 방열재료로 이루어진 방열도료부를 인쇄기법에 의하여 프린팅하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 전면의 방열공 주변과 방열공 내부에 솔더크림을 솔더링하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 전면에 상기 LED 모듈을 설치하는 단계; 상기 방열공들이 형성된 영역과 상기 관통공들이 형성된 영역이 일치하도록 상기 인쇄회로기판과 상기 하우징을 조립하는 단계;를 포함하는 것이다.
상기 해결과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 인쇄회로기판의 패턴영역에 축적된 열이 방열공과 하우징의 관통공을 통하여 외부로 방출되고, 외부의 찬공기가 관통공을 통하여 유입됨으로써 기판을 냉각시킴으로써 냉각 효과를 높이게 된다. 또한 인쇄회로기판의 방열공의 배면과 하우징의 관통공의 전면 사이에 방열도료부를 인쇄기법에 의하여 형성함으로써 방열효과와 인쇄회로기판이 수분에 의하여 합선되는 것을 방지한다.
또한 방열도료부를 인쇄기법에 의하여 자동화라인으로 제작할 수 있어 생산원가를 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래기술의 인쇄회로기판을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 인쇄회로기판의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A’선 단면도이다.
도 4는 본 발명에서 인쇄회로기판이 설치된 등기구의 사시도이다.
도 5는 도 4의 B-B’선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 등기구의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 실시예의 인쇄회로기판을 제조하기 위한 제조방법의 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명에서 인쇄회로기판의 실물사진이다.
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예의 인쇄회로기판의 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A’선 단면도이다.
도 2, 3에 도시된 실시예의 인쇄회로기판(100)은 절연층인 코아(110)와, 코아(110)의 상부에 적층되는 금속재료로 이루어진 양도체이면서 특정 패턴형상을 갖는 얇은 박막으로 이루어진 박막패턴(120)과, 박막패턴(120)의 상부면에 도포되거나 박막패턴(120)이 형성되지 않은 코아(110)의 상부면에 직접 도포되는 절연 보호증(130)으로 이루어진다. 도 2, 3에 도시된 인쇄회로기판(100)은 예시적인 것으로, 코아(100)의 전면(인쇄회로기판의 양면 중 LED 모듈이 설치되는 면을 전면, 반대쪽 면을 배면으로 정의한다. 이하 다른 부품도 인쇄회로기판과 동일한 방향으로 전면과 배면이 정의된다)에 구리 금속박막이 형성되는 것으로 도시하고 있으나, 코아(100)의 전면과 배면 모두에 금속박막이 형성되는 형태에도 본 발명은 적용된다.
또한 박막패턴(120)의 전면에 LED 모듈(140)들이 복수개 설치된다.
또한 박막패턴(120)은 우측의 + 전원 패턴부(121)와, 좌측의 - 전원 패턴부(122)와, + 전원 패턴부(121)와 전원 패턴부(122)들 사이에 설치된 복수개의 LED 모듈 설치 패턴부(123), (124), (125), (126), (127)들로 이루어진다.
또한 LED 모듈 설치 패턴부(123), (124), (125), (126), (127)들에는 절연부(1210)들이 복수개 형성되며, 절연부(1210)를 중앙에 두고 LED 모듈에 연결되어 LED 모듈에 전원을 공급하는 리드 프레임이 절연부(1210)의 양쪽에 형성되는 금속박막에 접합되게 된다. LED 모듈 설치 패턴부(123), (124), (125), (126), (127)이 절연부(1210)들에 의하여 분리되는 각각의 영역을 패턴영역으로 정의한다.
예시적으로 LED 모듈(140)의 + 극 리드프레임은 LED 모듈 설치 패턴부(123)의 하나의 패턴 영역(141)에 연결되고, -극 리드프레임은 절연부(1210)에 의하여 패턴영역(141)과 분리된 패턴영역(142)에 연결된다. 즉 하나의 패턴영역의 일단부에 LED 모듈의 + 리드프레임이 설치되면 패턴 영역의 타단부에는 인접되는 LED 모듈의 리드프레임이 설치된다.
이와 같이 절연부(1210)들에 분리되는 패턴영역들에 LED 모듈들의 리드프레임이 설치됨으로써 전류가 + 전원 패턴부(121)로부터 - 전원 패턴부(122)로 흐르게 되어 LED 모듈들이 점등된다.
LED 모듈 설치 패턴부(123), (124), (125), (126), (127)들의 절연부(1210)들에 의하여 분리되는 패턴영역들에는 리드 프레임으로부터 발생된 열이 축적되게 되고, 본 발명에서는 패턴영역들에 축적된 열을 외부로 발산시키기 위한 방열공(150)들이 패턴영역들에 복수개 형성되어 있다. 방열공(150)들은 도시된 바와 같이 패턴영역들의 중심에 5개가 방사상으로 밀집되게 형성되는 것이 바람직하지만 그 수와 형상에 제한을 받지 않고 패턴영역에 자유스럽게 형성될 수 있다.
또한 방열공(150)들에는 패턴영역들에 축적된 열이 방열공(150)을 통하여 잘 방출될 수 있도록 솔더크림(1511)이 충진되게 된다. 이때 솔더크림(1511)은 방열공(150)의 전면 주변부와 방열공 내부에 충진되되 방열공(150)의 하부면까지 완충되지 않도록 하고, 충진되는 솔더크림의 전면부는 중심이 배면을 향하는 곡면이 형성되도록 한다. 방열공 주변에 접착되는 솔더크림과 방열공 내부에 충진되는 솔더크림이 곡선면이 아니라 급격한 단차부분이 형성되게 되면 방열공 충진 솔더크림과 방열공 전면 주변에 접착된 솔더크림이 단차부에서 분리되어 상호 열전달이 이루어지지 않게 됨으로써 방열효과가 반감되게 된다.
도 4는 본 발명에서 인쇄회로기판이 설치된 등기구의 사시도이고, 도 5는 도 4의 B-B’선 단면도이다.
등기구의 하우징(300)의 전면 내측에는 인쇄회로기판(100)이 설치되고, 인쇄회로기판(100)의 전면에 LED 모듈(140)이 설치되고, LED 모듈(140)로부터 발생된 빛은 LED 모듈(140)의 전면에 이격되게 설치되는 확산판(400)을 통하여 외부로 발산된다.
또한 인쇄회로기판(100)의 방열공(150)과 대향되는 하우징(300) 부위에는 관통공(310)들이 형성된다. 이때 관통공(310)의 직경은 방열공(150)의 직경보다 크게 형성하여 방열공(150)으로부터 열기가 관통공(310)으로 용이하게 배출되도록 한다. 도시된 바와 같이 방열공(150)과 관통공(310)이 일대일로 대응하여 동일한 수가 형성될 수 있으며, 밀집된 복수개의 방열공(150)이 보다 크게 형성된 하나의 관통공(310)을 통하여 외부로 배출될 수 있도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 등기구의 단면도이다.
도 6에 도시된 실시예는 도 4, 5에 도시된 실시예와 비교할 때, 인쇄회로기판(100)의 배면 중 방열공(150)이 형성된 부위에 절연재료로 이루어지며 열전달 성능이 우수한 방열도료부(320)를 인쇄기법에 의하여 형성한 것이다. 방열도료부(320)는 인쇄회로기판(100)에 형성된 방열공(150)들을 전부 덮을 수 있도록 넓은 영역에 걸쳐 인쇄기법에 의하여 형성되며, 방열도료부(320) 형성시에 방열공(150)에 방열도료가 일부 또는 전부가 충진되게 된다. 도 6에 도시된 확대된 사각부에 도시된 방열도료는 방열공(150)의 중간부분까지 충진되고, 방열공(150) 내에 충진된 방열도료부(320)의 단부는 방열공(150) 내에 충진되는 솔더크림(1511)과 접촉되는 것을 도시하고 있다.
이와 같이 형성된 방열도료부(320)는 방열공(150) 내에 충진되는 솔더크림(1511)의 배면 단부와 맞닿아 접촉됨으로써 솔더크림(1511)의 열을 방열도료부(320) 전체에 빠르게 분산시키도록 한다.
또한 방열도료부(320)의 전면은 인쇄회로기판(100)의 배면에 접촉되고, 배면은 하우징(300)의 전면에 밀착되게 됨으로써 하우징(300)의 관통공(310)을 통하여 하우징(300)의 내부로 수분이 유입되는 것을 방지되도록 함으로써 등기구의 절연을 보호하게 된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하기 위한 단면도이다.
도 7에 도시된 실시예는 도 6에 도시된 실시예와 관통공(310‘의 형상과 크기가 다른 점을 제외하고는 동일하다.
도 6에 도시된 실시예에서 관통공(310)은 인쇄회로기판(100)의 방열공(150)과 대향되는 위치에 방열공(150)과 동일한 개수가 형성되지만, 도 7에 도시된 실시예에서 관통공(310‘은 방열공(150)과 대향되는 위치에 형성되지만 방열공(150)과 동일한 개수가 아니고, 작은 수, 바람직하게는 하나가 형성되고, 관통공(310’의 직하부로 투영되는 면적 내에 방열공(150)들이 포함되도록 형성하는 것이다.
이때 관통공(310‘의 형상은 원형 또는 다각형 등 그 형상이 제한되지 않으며, 관통공(310’이 도 6의 실시예에 비하여 넓은 면적에 형성되기 때문에 방열도료부(320)의 냉각이 원활하게 일어난다.
도 8은 도 6에 도시된 실시예의 인쇄회로기판을 제조하기 위한 제조방법의 설명하기 위한 순서도이고, 도 9는 본 발명에서 인쇄회로기판의 실물사진이다.
본 발명의 인쇄회로기판은 LED 모듈에 전원을 공급하기 위한 적절한 형태의 박막패턴을 절연층의 코아(110)의 전면에 형성한다(S1). 박막패턴을 형성한 후에 방열공(150)을 비롯한 SMT 작업시에 기준위치를 설정하기 위한 기준공 등 다양한 관통공들을 형성한다(S2). 이와 같이 관통공들이 박막패턴과 코아에 형성된 후에 절연재료로 이루어진 전면 보호층(130)을 형성한다. 도 9는 전면 보호층이 형성된 상태의 기판의 평면도이고, 도 9에서 알 수 있는 바와 같이 LED 모듈의 +, - 리드 프레임이 설치되는 영역, 방열공(150)의 주변의 솔더크림이 접착되는 영역은 전면 보호층이 도포되지 않도록 인쇄기법에 의하여 프린팅되는 것이 바람직하다.
전면 보호층(130)이 형성된 후 인쇄회로기판의 배면이 방열도료부 인쇄장치에 상방을 향하도록 설치하고, 인쇄회로기판의 상면에 방열도료부의 특정 형상이 프린팅가능한 마스크를 설치하여 인쇄회로기판의 배면에 방열도료를 프린팅시켜 방열도료부를 형성한다(S4). 이때 방열도료가 방열공(150) 내에 기설정된 위치까지 충진될 수 있도록 기판의 이송송도, 방열도료의 분산량 등은 실험적으로 정하여 진다.
기판의 배면에 방열도료부가 형성되면 건조로로 기판을 이송하여 건조시킨 후, 기판의 전면에 방열공의 주변에 노출된 박막패턴에 접착되는 솔더크림과 방열공 내부에 솔더크림이 연결되도록 솔더링한다(S6). 방열공 주변과 방열공 내부에 솔더크링을 충진할 때 방열공 주변에 접착되는 솔더크림과 방열공 내부에 솔더크림이 곡선면을 이루도록 솔더크림의 양을 제어하여야 한다.
이와 같은 박막패턴, 전면보호층, 방열도료부들이 형성된 후에 LED 모듈을 인쇄회로기판의 전면에 설치하고 리드프레임의 솔더링 작업을 수행함으로써 인쇄회로기판(100)을 완성한다.
이와 같이 인쇄회로기판(100)이 완성되면, 인쇄회로기판(100)의 방열도료부들에 하우징의 관통공(310)들의 전면이 접촉되도록 위치를 설정한 후 조립함으로써 LED 모듈에서 발생된 열이 방열공의 솔더크림과 방열도료부에 전달되고, 방열도료부의 열이 하우징의 관통공들을 통하여 외부로 방열되도록 한다.
100: 인쇄회로기판
110: 코아
120: 박막패턴
121: + 전원 패턴부
122: - 전원 패턴부
123 ~ 127: LED 모듈 설치 패턴부
130: 절연보호층
140: LED 모듈
141, 142: 패턴영역
150: 방열공
300: 하우징
310: 관통공
320: 방열도료부
400: 확산판
1210: 절연부
1511: 솔더크림

Claims (8)

  1. 전면에 복수개의 LED 모듈들이 설치되며, 일단부에 하나의 LED 모듈의 리드프레임이 설치되고 타단부에 상기 하나의 LED 모듈에 인접되는 LED 모듈의 리드프레임이 설치되는 금속 박막패턴으로 이루어진 패턴영역에 적어도 하나 이상의 방열공들이 형성된 인쇄회로기판과, 전면 내측에 상기 인쇄회로기판이 설치되는 하우징으로 이루어진 LED 등기구에 있어서:
    상기 하우징의 상기 방열공들과 대향하는 영역에는 상기 방열공들로부터 열을 외부로 방출하도록 하는 적어도 하나 이상의 관통공들이 형성되며, 상기 방열공들의 전면 주변부와 상기 방열공의 내부에는 솔더크림이 접착되며, 상기 인쇄회로기판의 배면에는 절연재이면서 열전도체인 방열도료부가 도포되며, 상기 방열공들에는 상기 방열도료부를 형성하는 재료가 충진되며, 상기 방열공들에 충진된 상기 방열도료부의 단부는 상기 방열공들에 충진된 솔더크림의 단부와 접촉되어 열전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 등기구.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 관통공들의 직경은 상기 방열공들의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 LED 등기구.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 방열도료부는 인쇄기법에 의하여 상기 방열공들이 형성된 영역에 프린팅되는 것을 특징으로 하는 LED 등기구.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 일단부에 하나의 LED 모듈의 리드프레임이 설치되고 타단부에 상기 하나의 LED 모듈에 인접되는 LED 모듈의 리드프레임이 설치되는 금속 박막패턴으로 이루어진 패턴영역들에 적어도 하나 이상의 방열공들이 형성된 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판이 전면에 설치되되 상기 방열공들에 대향하는 부위에 적어도 하나 이상의 관통공들이 형성된 하우징으로 이루어진 LED 등기구의 제조방법에 있어서:
    상기 방열공들이 형성된 영역을 포함하는 인쇄회로기판의 배면 영역들에 절연재료이면서 열적 양도체인 방열재료로 이루어진 방열도료부를 인쇄기법에 의하여 프린팅하는 단계;
    상기 인쇄회로기판의 전면의 방열공 주변과 방열공 내부에 솔더크림을 솔더링하는 단계;
    상기 인쇄회로기판의 전면에 상기 LED 모듈을 설치하는 단계;
    상기 방열공들이 형성된 영역과 상기 관통공들이 형성된 영역이 일치하도록 상기 인쇄회로기판과 상기 하우징을 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 등기구의 제조방법.
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