KR101877322B1 - LED package module using graphene pin inserted heat sink and graphene radiant heat plate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, LED 칩에서 발생되는 열을 방열판으로 전달하는 히트싱크(Heat Sink)의 비아홀(Via hole)에 관형태의 그래핀 핀을 삽입하고, 상기 히트싱크(Heat Sink) 하부에 방열핀이 형성된 그래핀 방열 플레이트를 접합하여 방열효율을 향상시킨 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an LED package module using a graphen pin-inserted heat dissipation heat sink and a graphen heat dissipation plate, and more particularly to an LED package module using a via hole of a heat sink, a graphen pin-inserted heat-dissipating heat sink and a graphen heat-dissipating plate, which are formed by inserting a graphene pin in the shape of a heat sink and joining a graphen heat-radiating plate formed with a radiating fin below the heat sink, And an LED package module using the same.
최근 글로벌 에너지, 환경 문제가 크게 대두되면서 절전형 청정 광원으로 평가 받는 LED 조명에 대한 관심이 더욱 급증하고 있다. LED 조명은 100lm/W 달성 시에는 백열전구 대비 80%, 형광등 대비 20%의 전기 에너지 절약이 가능하고, 비용적 측면에서 기존 조명제품을 LED 조명으로 20% 교체 시에는 연간 1조원을 절약할 수 있다.Recently, global energy and environmental problems have been increasing, and there is a growing interest in LED lighting, which is regarded as a power saving type clean light source. LED lighting can save 80% of electric energy compared to incandescent bulbs and 20% of fluorescent lamps when achieving 100 lm / W, and saving 1 trillion won annually when 20% replacement of existing lighting products with LED lighting is cost- have.
LED 조명은 LED 패키지, LED 패키지가 장착되는 보드, LED 패키지 및 보드를 둘러싸는 기구물로 이루어진다. LED 패키지는 전류의 흐름에 따른 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 생성하는 부분이며, 보드(PCB)는 LED 패키지를 지지하면서 외부의 전원을 LED 패키지에 전달하는 부분이며, 기구물은 LED 패키지 및 보드를 보호하면서 LED 조명의 광학적 특성 및 전기적 특성을 안정적으로 유지해 주는 부분이다.LED lighting consists of LED package, board with LED package, LED package and the surrounding equipment. The LED package is a part that generates light by the recombination of electrons and holes according to the current flow. The board (PCB) is a part for transmitting the external power to the LED package while supporting the LED package. While maintaining the optical and electrical characteristics of LED lighting stably.
이와 같이 LED 조명은 반도체 소자인 칩에 전류를 흘려서 빛이 생성되는 구조로 되어 있는데, LED 조명의 에너지 변환 비율은 통상적으로 빛과 복사 에너지를 제외한 열이 50% 내지 80%이며, 그 결과 에너지 중 열로 방출되는 비율이 상대적으로 높다. 그러므로 LED 조명의 내부에서 발생된 열을 외부로 얼마나 잘 방출시키는가가 LED 조명의 수명과 효율 향상의 중요한 변수가 된다. As such, the LED lighting has a structure in which light is generated by flowing a current to a chip, which is a semiconductor element. The energy conversion ratio of the LED lighting is usually 50% to 80% of heat excluding light and radiant energy, The rate of heat release is relatively high. Therefore, how well the heat generated inside the LED lighting is emitted to the outside becomes an important variable in the lifetime and efficiency improvement of the LED lighting.
[도 1]에 도시된 바와 같이, 방열이 충분하지 못하여 사용온도가 높은 경우 LED 조명의 수명 및 광효율이 감소한다. 즉, 방열온도 차이가 10℃인 경우 LED 조명효율은 15% 이상, 수명은 약 2배의 차이가 나는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 1, if the use temperature is high due to insufficient heat radiation, the lifetime and the light efficiency of the LED illumination are reduced. That is, when the difference in the heat radiation temperature is 10 ° C, the LED illumination efficiency is more than 15% and the life time is about twice the difference.
따라서 LED 조명에서 방열기술은 LED 조명의 성능 및 신뢰성을 확보하는 매우 중요한 요소로서, 칩으로부터 발생된 열을 신속하게 외부로 내보내어 접합부의 온도를 낮은 수준으로 유지하는 것이 필수적이다.Therefore, heat dissipation technology in LED lighting is a very important factor for securing the performance and reliability of LED lighting. It is essential that the heat generated from the chip is quickly transmitted to the outside to keep the temperature of the junction low.
LED 광원에서 열을 제어하지 못하는 경우에는 수명의 단축, 특성 변화(광속, 색온도 등), 주변부품의 신뢰성 감소, 온도 변화에 따른 소비 전력 변화 등의 심각한 문제가 발생된다.If the LED can not control the heat in the light source, serious problems such as a shortened life span, a change in characteristics (luminous flux, color temperature, etc.), a reduction in reliability of peripheral parts, and a change in power consumption due to a temperature change occur.
특히 LED 패키지 및 조명 기구는 다양한 부품 및 재료로 구성되어 있기 때문에 방열이 제대로 이루어지지 않으면, 각 부품 및 재질의 열팽창 정도가 달라서 반복 열팽창에 의한 피로 파열이 발생하게 된다. Particularly, LED packages and lighting devices are made up of various parts and materials. Therefore, if the heat radiation is not properly performed, the thermal expansion of each part and material is different, and fatigue rupture due to repeated thermal expansion occurs.
따라서 LED 패키지 및 엔진에 열이 축적되지 않도록 방열을 용이하게 해주어야 하며, LED 패키지의 방열구조 및 조명기구의 접촉저항을 최소화하기 위해서 전도성을 높이고 조명기구의 구조적 방열을 위해서는 대류와 복사를 높이는 것이 매우 중요하다.Therefore, heat dissipation should be facilitated so that heat is not accumulated in the LED package and the engine. In order to minimize the contact resistance between the heat dissipating structure of the LED package and the lighting device, it is necessary to increase the conductivity and increase the convection and radiation It is important.
그러나 열의 전도, 대류, 복사를 높이기 위해서 히트싱크 등의 방열 소재 및 부품의 사이즈와 무게가 증가하여 제품의 설치가 어렵고 설치비가 상승하며, 제품의 안정성 및 신뢰성 저하 등의 단점이 발생되어 이에 대한 대책 필요하다. However, in order to increase the conduction, convection and radiation of heat, heat dissipation materials such as heat sink and parts increase in size and weight, so that installation of the product becomes difficult, installation cost rises, and the stability and reliability of the product are reduced. need.
현재 대두되고 있는 방열기술로는 고열전도성 필막 코팅 및 표면코팅 기술, 이종접합 결합 및 적층 기술, 능동형 피에조 쿨러, 고방열 Filler 배합 기술, 방열설계 및 해석 기술 등이 있다.Today's emerging heat dissipation technologies include high thermal conductive film coating and surface coating technologies, heterogeneous bonding and lamination techniques, active piezo coolers, high heat dissipation filler technology, and heat dissipation design and analysis techniques.
종래 대표적인 방열기술로는 한국등록특허 10-1508202(2015년03월27일)에 전자 부품 또는 전자 기기의 열 방사율을 높이기 위해, 그래핀 용액과 바인더 용액을 각각 준비하는 단계; 및 전자 부품 또는 전자 기기의 표면에 상기 그래핀 용액 및 바인더 용액을 전기 분무하여 방열 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 방열 코팅층은 전자 부품 또는 전자 기기의 표면에 대해 수직 방향으로 배열된 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅층의 형성방법이 공지되어 있다.As a representative typical heat dissipation technique, Korean Patent Registration No. 10-1508202 (Mar. 27, 2015) proposes a method of preparing a graphene solution and a binder solution, respectively, in order to increase the thermal emissivity of an electronic component or an electronic device; And a step of spraying the graphene solution and the binder solution onto the surface of the electronic component or the electronic device to form a heat dissipation coating layer, wherein the heat dissipation coating layer is formed by vertically arranging A method of forming a heat-dissipating coating layer is known.
또한, 한국등록특허 10-1608978(2016년03월29일)에 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 상기 리드 프레임에 대응하는 전극 패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크; 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키고 상기 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하여 상기 인쇄회로기판과 히트 싱크를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 도열점착층; 및 상기 히트 싱크를 상기 도열점착층에 접착시키기 위하여 상기 히트 싱크에 형성된 지지부;를 포함하여 이루어지며, 상기 지지부는, 상기 히트 싱크의 상부에 형성된 공극 및 겔화 상태의 열전도성 접착체가 침투하는 하부의 전개 홈;으로 구성되고, 상기 전개 홈의 넓이는 상기 공극에 비해 더 넓은 크기로 형성된 방열형 LED 발광소자모듈이 공지되어 있다.Also, an LED package including a lead frame in which an LED light emitting device is mounted in Korean Patent No. 10-1608978 (Mar. 29, 2016); A printed circuit board including an electrode pattern corresponding to the lead frame; A heat sink facing the printed circuit board to dissipate heat; A heat conductive plate having a plurality of opening holes is accommodated in the heat conductive adhesive so as to be embedded in the heat conductive adhesive and a thermally conductive adhesive containing the thermally conductive plate is placed on the top surface of the heat sink in a gelled state, A heat-sensitive adhesive layer having a heat conductor as a matrix component; And a support portion formed on the heat sink to adhere the heat sink to the heat conductive adhesive layer, wherein the support portion includes a cavity formed on an upper portion of the heat sink and a lower portion A heat dissipation type LED light emitting device module is formed which is composed of a development groove and a width of the development groove is wider than the gap.
또한, 한국등록특허 10-1690905(2016년12월22일)에는 LED 조명기구용 방열판으로서, 금속 소재로 이루어지고, 하부면에 LED 기판이 안착될 수 있는 베이스 플레이트 및 상기 베이스 플레이트 상부면에 하나 이상의 인서트 방열핀이 배치된 인서트 부재; 및 방열성 고분자 복합소재로 이루어지고, 하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 상부면에 하나 이상의 방열핀이 배치된 방열 부재를 포함하고, 상기 금속 소재는 열전도도가 100 W/m·K 이상이며, 상기 인서트 부재와 상기 방열 부재는, 상기 인서트 방열핀 중 일부 또는 전체가 각각 상기 방열핀 내부로 삽입되고 상기 베이스 플레이트 상부면이 상기 하부 플레이트 하부면과 접촉함으로써 결합되며, 상기 방열핀 중 상기 하부 플레이트 상부면의 가장자리에 배치된 방열핀의 높이가 상기 하부 플레이트 상부면의 중심 영역에 배치된 방열핀의 높이에 비해 크고, 상기 방열핀은 단면의 형상이 원인 원형 방열핀 및 상기 원형 방열핀의 하나 이상의 측부로부터 연장되고 단면의 형상이 직육면체인 직선 방열핀을 포함하며, 상기 방열핀은, 상대적으로 높이가 높은 하나 이상의 원형 방열장핀, 상대적으로 높이가 낮은 하나 이상의 원형방열단핀, 상대적으로 높이가 높고 상기 원형 방열장핀의 하나 이상의 측부로부터 연장된 하나 이상의 직선 방열장핀 및 상대적으로 높이가 낮고 상기 원형 방열단핀의 하나 이상의 측부로부터 연장된 직선 방열단핀을 포함하는 제1 방열핀 열 및 상대적으로 높이가 높은 하나 이상의 원형 방열장핀, 상대적으로 높이가 높고 상기 원형방열장핀의 하나 이상의 측부로부터 연장된 2개 이상의 직선 방열장핀 및 인접한 2개의 직선 방열장핀 사이에 연결되고 상대적으로 높이가 낮은 하나 이상의 직선 방열단핀을 포함하는 제2 방열핀 열을 형성하고, 상기 제1방열핀 열과 상기 제2 방열핀 열은 번갈아 배치되며, 상기 제2 방열핀 열에 포함된 하나 이상의 원형 방열장핀은 상기 제2 방열핀 열과 인접하게 배치된 제1 방열핀 열에 포함된 원형 방열장핀과 원형 방열단핀 사이에 배치되고, 상기 원형 방열핀 내부에는 내부홀이 구비되고, 상기 인서트 방열핀이 상기 내부홀에 삽입되는, 방열판이 공지되어 있다.Korean Patent No. 10-1690905 (Dec. 22, 2016) discloses a heat sink for an LED lighting fixture, comprising: a base plate made of a metal material and capable of placing an LED substrate on a lower surface thereof; An insert member having an insert radiating fin disposed therein; And a heat dissipating member made of a heat-dissipating polymer composite material and having at least one radiating fin disposed on a lower plate and an upper surface of the lower plate, wherein the metallic material has a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, The heat dissipating member is inserted into the heat radiating fin at a part or all of the insert radiating fins, and the upper surface of the base plate is brought into contact with the lower surface of the lower plate. The height of the radiating fins is larger than the height of the radiating fins disposed in the central region of the upper surface of the lower plate and the shape of the radiating fins is a straight line extending from at least one side of the circular radiating fins and the circular radiating fins, Wherein the heat dissipation fin includes a heat dissipation fin having a relatively high height At least one circular heat dissipation pin having a relatively high height and at least one linear heat dissipating pin having a relatively high height and extending from at least one side of the circular heat dissipating long pin and at least one straight heat dissipating pin having a relatively low height, A first radiating fin row including a straight radiating short pin extending from one or more sides and one or more circular radiating long finger having a relatively high height, two or more straight radiating long pins having a relatively high height and extending from at least one side of the circular heat dissipating long pins And a second radiating fin column connected between the two adjacent radiating long pins and including at least one linear heat radiating fin having a relatively low height, wherein the first radiating fin row and the second radiating fin row are alternately arranged, The one or more circular heat dissipation pins included in the heat radiating fin heat transfer pipe A heat radiating plate is disposed between the circular heat dissipation long pin included in the first heat radiating fin row disposed adjacent to the heat pin array and the circular heat dissipating pin and has an inner hole in the circular heat dissipating fin and the insert radiating fin is inserted into the inner hole have.
또한, 한국등록특허 10-1695129(2017년01월04일)에는 LED 몸체에 창착되는 LED 소자, 상기 LED 몸체의 하면에 상호 일정 거리 이격되어 형성되는 한쌍의 전극, 및 상기 LED 몸체의 하면 상기 한쌍의 전극 사이에 위치하는 방열 리드를 포함하고, 전원을 공급받아 광을 발생시키는 LED 칩과; 상기 LED 칩이 탑재되는 기판으로서, 상기 LED 칩에 전원을 공급하는 회로패턴과, 상기 방열 리드 실장위치에 형성되는 제1 인쇄회로기판 관통홀 및 상기 제1 인쇄회로기판 관통홀로부터 일정 간격 이격 형성되는 제2 인쇄회로기판 관통홀을 포함하는 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판이 탑재되며, 상기 제1 및 제2 인쇄회로기판 관통홀과 대응되는 위치에 형성되는 제1 및 제2 고정판 관통홀을 포함하는 PCB 고정판과; 상기 LED 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열체를 포함하며, 상기 방열체는 상기 제1 인쇄회로기판 관통홀 및 상기 제1 고정판 관통홀을 통해 상기 인쇄회로기판 상부로 노출되는 방열봉과; 상기 방열봉과 상기 방열 리드 사이에 개재되는 열전도성분말층과; 상기 방열봉의 하면과 접촉되어 상기 LED 칩으로부터 전달된 열을 외부로 방출하는 방열판을 포함하는 방열구조 LED 조명장치가 공지되어 있다.Korean Patent No. 10-1695129 (Jan. 04, 2017) discloses an LED device that is mounted on an LED body, a pair of electrodes spaced apart from each other by a predetermined distance on the lower surface of the LED body, An LED chip including a heat dissipating lead positioned between the electrodes of the light emitting diode and generating light by receiving power; Wherein the LED chip is mounted on the circuit board and includes a circuit pattern for supplying power to the LED chip, a first printed circuit board through hole formed in the heat dissipating lead mounting position, A printed circuit board including a second printed circuit board through-hole; A PCB fixing plate on which the printed circuit board is mounted, the PCB fixing plate including first and second fixing plate through holes formed at positions corresponding to the first and second printed circuit board through holes; 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 and the first fixing plate through hole; A thermally conductive terminal layer interposed between the heat radiating rod and the heat radiating reed; And a heat sink connected to the lower surface of the heat dissipating rod to discharge the heat transferred from the LED chip to the outside.
그러나, 상기 특허들은 열전도가 우수한 소재인 그래핀을 방열소재로 사용하고 있기는 하나, 방열도료로서 그래핀 도료를 사용하거나, 그래핀 방열 페이스트 상으로 사용하고 있어 방열효율이 크게 향상되지는 못한 문제점이 있었다. However, although the above-mentioned patents use graphene, which is a material having excellent thermal conductivity, as a heat-dissipating material, there is a problem that the heat radiation efficiency is not greatly improved because graphene paint is used as a heat- .
이에 본 발명자들은 그래핀 소재를 방열도료로 사용하지 않고 LED패키지모듈의 방열구조로 직접 구성하여, 기존 방열구조 또는 상기 특허들에 공지된 방열구조보다 현저히 우수한 방열효과를 나타내는 엘이디 패키지모듈을 개발하고 본 발명을 완정하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention have developed an LED package module which has a heat dissipation structure of an LED package module without using a graphene material as a heat dissipation paint and exhibits a heat dissipation effect remarkably superior to that of a conventional heat dissipation structure or a heat dissipation structure known in the above patents The present invention has been completed.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, LED 칩에서 발생되는 열을 방열판으로 전달하는 히트싱크(Heat Sink)의 비아홀(Via hole)에 관형태의 그래핀 핀을 삽입하고, 상기 히트싱크(Heat Sink) 하부에 방열핀이 형성된 그래핀 방열 플레이트를 접합하여 방열효율을 향상시킨 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a heat sink having a tube-shaped graphen pin inserted into a via hole of a heat sink for transmitting heat generated from the LED chip to a heat sink, And an LED package module using the graphen pin-inserted heat dissipation heat sink and the graphene heat dissipation plate in which a heat dissipation plate is joined to a graphen heat dissipation plate having a heat dissipation fin formed at a lower portion thereof.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, LED 발광소자를 실장한 LED 패키지와, 상기 LED 패키지가 탑재되는 PCB기판과, 상기 PCB기판 하부에 접합 형성되어 상기 LED 발광소자에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 히트 싱크와, 상기 히트 싱크 하부에 접합 형성되고 방열핀이 형성되는 방열플레이트를 포함하여 구성되는 LED 패키지 모듈에 있어서, 상기 PCB기판 및 히트 싱크에는 수직 비아홀(Via hole)이 형성되되, 상기 수직 비아홀(Via hole)에는 관형태의 그래핀 핀이 삽입되고, 상기 방열플레이트는 하부에 방열핀이 형성된 그래핀 방열 플레이트로 구성되는 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈을 과제의 해결수단으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an LED package including: an LED package mounted with an LED light emitting device; a PCB substrate on which the LED package is mounted; And a heat dissipating plate formed on the lower portion of the heat sink and having heat dissipation fins, wherein a vertical via hole is formed in the PCB substrate and the heat sink, and the vertical via hole A graphen pin-inserted heat dissipation heat sink having a tube-shaped graphen pin inserted into a via hole and a graphen heat dissipation plate having a heat dissipation fin formed at a lower portion thereof, and an LED package module using the graphen heat dissipation plate .
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상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 단면 형상은 사각요철형상, 나사산형상, 물결형상, 허니컴형상, 원기둥형상, 나사원기둥형상에서 선택된 것을 과제의 해결수단으로 한다.The cross sectional shape of the lower radiating fin formed on the graphen heat dissipation plate is selected from a rectangular uneven shape, a thread shape, a wavy shape, a honeycomb shape, a cylindrical shape, and a threaded cylindrical shape.
상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 표면에는 방열도료를 도포하여 방열코팅층을 형성한 것을 과제의 해결수단으로 한다.And a heat dissipation coating is applied to the surface of the lower heat dissipation fin formed on the graphen heat dissipation plate to form a heat dissipation coating layer.
상기 방열도료는 세라믹 및 은나노 입자를 포함하여 방열성능과 함께 원적외선 방사, 음이온방출, 항균, 탈취 기능을 가지도록 한 것을 과제의 해결수단으로 한다.The heat radiating paint includes ceramics and silver nanoparticles, and has a heat radiating performance, a far-infrared radiation, an anion emission, an antibacterial, and a deodorizing function.
상기 방열도료는 TiO2 및 SiO2 나노 콜로이드 투명용액을 제조하고 분산제를 투입한 후, 소광제로서 흄드실리카 나노 파우더를 투입하고, Ag2O 파우더 및 은나노졸을 혼합하여 균일 분산한 다음, 안료 및 세라믹 방사파우더를 혼합하여 균일 분산 후, 불소계 계면활성제를 투입하고 숙성시켜 제조된 것을 과제의 해결수단으로 한다.The heat dissipation coating material may include TiO 2 And SiO 2 After the nanocolloidal transparent solution was prepared and a dispersant was added thereto, fumed silica nanoflow powder was added as a quencher, Ag 2 O powder and silver nanoparticle were mixed and uniformly dispersed, and then pigment and ceramic spinning powder were mixed to obtain uniform dispersion And then adding a fluorochemical surfactant and aging the solution.
본 발명의 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈은, LED 칩에서 발생되는 열을 방열판으로 전달하는 히트싱크(Heat Sink)의 비아홀(Via hole)에 관형태의 그래핀 핀을 삽입하고, 상기 히트싱크(Heat Sink) 하부에 방열핀이 형성된 그래핀 방열 플레이트를 접합하여 구성함으로써, 기존의 비아홀(Via hole)에 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 도금한 히트싱크 및 알루미늄 방열 플레이트에 비해 현저히 우수한 방열효과를 나타내므로 엘이디 패키지모듈의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.The LED package module using the graphen pin-inserted heat dissipation heat sink and the graphene heat dissipation plate of the present invention is characterized in that a via hole of a heat sink for transmitting heat generated from the LED chip to a heat sink, And a graphen heat dissipating plate having a heat dissipating fin formed at the bottom of the heat sink by inserting a pin pin into the heat dissipating plate and bonding a silver And the aluminum heat dissipation plate, it has an excellent effect of drastically improving the lifetime of the LED package module.
도 1은 사용온도에 따른 LED의 수명 및 광효율을 나타낸 그래프
도 2는 일반적인 LED 패키지 구조를 나타내는 도면
도 3은 일반적인 LED 패키지 구조 및 방열구조를 나타내는 도면
도 4는 LED 패키지 Heat Sink Via hole의 기존기술 및 본 발명 비교
도 5는 본 발명의 LED 패키지 발생 열의 방열 흐름도
도 6은 본 발명의 LED 패키지 그래핀 방열 Plate 모형
도 7은 본 발명의 LED 패키지 그래핀 방열 Plate 방열핀 모형
도 8은 본 발명의 방열도료 제조 공정도FIG. 1 is a graph showing lifetime and optical efficiency of an LED according to a used temperature
2 is a view showing a general LED package structure
3 is a view showing a general LED package structure and heat dissipation structure
Fig. 4 shows a comparison of the existing technology of the LED package Heat Sink Via hole and the present invention
FIG. 5 is a diagram illustrating a heat dissipation flow chart of the LED package-
FIG. 6 is a cross-sectional view of the LED package graphene heat-
7 is a cross-sectional view of the LED package graphene heat dissipating plate heat dissipating fin model of the present invention
Fig. 8 is a view showing a process of manufacturing the heat radiation paint of the present invention
본 발명은, LED 발광소자를 실장한 LED 패키지와, 상기 LED 패키지가 탑재되는 PCB기판과, 상기 PCB기판 하부에 접합 형성되어 상기 LED 발광소자에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 히트 싱크와, 상기 히트 싱크 하부에 접합 형성되고 방열핀이 형성되는 방열플레이트를 포함하여 구성되는 LED 패키지 모듈에 있어서, 상기 PCB기판 및 히트 싱크에는 수직 비아홀(Via hole)이 형성되되, 상기 수직 비아홀(Via hole)에는 관형태의 그래핀 핀이 삽입되고, 상기 방열플레이트는 하부에 방열핀이 형성된 그래핀 방열 플레이트로 구성되는 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈을 기술구성의 특징으로 한다.The present invention provides a light emitting device comprising: an LED package mounted with an LED light emitting device; a PCB substrate on which the LED package is mounted; a heat sink formed on the lower surface of the PCB substrate to radiate heat generated from the LED light emitting device to the outside; And a heat dissipating plate formed on the bottom of the heat sink and having a heat dissipating fin, wherein a vertical via hole is formed in the PCB substrate and the heat sink, and a vertical via hole is formed in the vertical via hole, Type heat dissipating heat sink and a graphen heat dissipating plate, wherein the heat dissipating plate is formed of a graphen heat dissipating plate having a radiating fin formed at a lower portion thereof.
상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 단면 형상은 사각요철형상, 나사산형상, 물결형상, 허니컴형상, 원기둥형상, 나사원기둥형상에서 선택된 것을 기술구성의 특징으로 한다.The cross-sectional shape of the lower radiating fin formed on the graphen heat-dissipating plate is selected from a rectangular uneven shape, a thread shape, a wavy shape, a honeycomb shape, a cylindrical shape, and a threaded cylindrical shape.
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상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 표면에는 방열도료를 도포하여 방열코팅층을 형성한 것을 기술구성의 특징으로 한다.And a radiating coating material is applied to the surface of the lower radiating fin formed on the graphen heat-radiating plate to form a heat-radiating coating layer.
상기 방열도료는 세라믹 및 은나노 입자를 포함하여 방열성능과 함께 원적외선 방사, 음이온방출, 항균, 탈취 기능을 가지도록 한 것을 기술구성의 특징으로 한다.The heat radiating paint includes ceramics and silver nanoparticles, and is characterized by having far-infrared radiation, anion emission, antibacterial and deodorizing functions in addition to heat radiation performance.
상기 방열도료는 TiO2 및 SiO2 나노 콜로이드 투명용액을 제조하고 분산제를 투입한 후, 소광제로서 흄드실리카 나노 파우더를 투입하고, Ag2O 파우더 및 은나노졸을 혼합하여 균일 분산한 다음, 안료 및 세라믹 방사파우더를 혼합하여 균일 분산 후, 불소계 계면활성제를 투입하고 숙성시켜 제조된 것을 기술구성의 특징으로 한다.The heat dissipation coating material may include TiO 2 And SiO 2 After the nanocolloidal transparent solution was prepared and a dispersant was added thereto, fumed silica nanoflow powder was added as a quencher, Ag 2 O powder and silver nanoparticle were mixed and uniformly dispersed, and then pigment and ceramic spinning powder were mixed to obtain uniform dispersion And then adding the fluorochemical surfactant thereto and aging it.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
우선, 본 발명의 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈은, LED 발광소자를 실장한 LED 패키지와, 상기 LED 패키지가 탑재되는 PCB기판과, 상기 PCB기판 하부에 접합 형성되어 상기 LED 발광소자에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 히트 싱크와, 상기 히트 싱크 하부에 접합 형성되고 방열핀이 형성되는 방열플레이트를 포함하여 구성되는 LED 패키지 모듈에 있어서, 상기 PCB기판 및 히트 싱크에는 수직 비아홀(Via hole)이 형성되되, 상기 수직 비아홀(Via hole)에는 관형태의 그래핀 핀이 삽입되고, 상기 방열플레이트는 하부에 방열핀이 형성된 그래핀 방열 플레이트로 구성된다.First, an LED package module using the graphen pin-inserted heat dissipation heat sink and the graphene heat dissipation plate of the present invention comprises an LED package mounted with an LED light emitting element, a PCB substrate on which the LED package is mounted, And a heat dissipating plate joined to a lower portion of the heat sink and having a heat radiating fin, the LED package module comprising: a PCB substrate and a heat sink, A vertical via hole is formed in the vertical via hole and a graphen pin is inserted into the vertical via hole and the heat dissipation plate is formed of a graphen heat dissipation plate having radiating fins at a lower portion thereof.
기존의 엘이디 패키지모듈은 [도 2] 및 [도 3]에 도시한 바와 같이, LED 발광소자를 실장한 LED 패키지와, 상기 LED 패키지가 탑재되는 PCB기판과, 상기 PCB기판 하부에 접합 형성되어 상기 LED 발광소자에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 히트 싱크와, 상기 히트 싱크 하부에 접합 형성되고 방열핀이 형성되는 방열플레이트를 포함하여 구성되는데, LED 발광소자에서 발생되는 열을 방열판으로 전달하는 Heat Sink는 기존 방식의 경우 Via홀을 구성하고 여기에 열전도율이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu)를 도금하여 열전도율을 향상시켰으나 본 발명에서는 은이나 구리를 도금하는 대신 열전도율이 우수한 Graphene 물질을 관형태로 제작하여 Heat Sink에 삽입하여 기존 방식보다 우수하게 방열플레이트에 열전달을 시키는 것이 핵심적인 기술적 특징이다.As shown in FIGS. 2 and 3, a conventional LED package module includes an LED package in which an LED light emitting device is mounted, a PCB substrate on which the LED package is mounted, A heat sink for dissipating heat generated from the LED light emitting device to the outside and a heat dissipating plate formed to be connected to a lower portion of the heat sink and having a heat dissipating fin, (Ag) or copper (Cu) having a high thermal conductivity was plated to improve the thermal conductivity. However, in the present invention, instead of plating silver or copper, a Graphene material having a high thermal conductivity was formed into a tube shape It is a key technical feature that it is manufactured and inserted into the heat sink to make heat transfer to the heat dissipating plate better than the existing method.
즉, 그래핀은 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높은 물질로써 강도의 경우 강철보다 200배 이상 강하고 신축성이 매우 높아 원하는 형태의 가공성능이 우수하여 LED 모듈 방열 Plate로 최적의 물질이다.In other words, graphene is two times higher thermal conductivity than diamond, which has the best thermal conductivity. It is 200 times stronger than steel in strength and very high in elasticity. Material.
[도 4]에 도시한 바와 같이, 본 발명은 Via홀을 제작하는 방식은 기존 방식과 유사하지만 구리나 은을 도금하는 대신 관형태의 그래핀 Pin을 제작하여 바이홀에 삽입하는 방식을 이용하여 전도율을 극대화시키는 것이 특징이다.As shown in FIG. 4, in the present invention, a method of manufacturing a via hole is similar to that of the conventional method, but instead of plating copper or silver, a method of forming a tube-shaped graphen pin and inserting it into a via hole It is characterized by maximizing the conductivity.
본 발명에서, 열저항도를 감소시키는 요인은 k(Via 홀에 삽입된 그래핀 재료의 열전율) 변수로써 다이아몬드의 열전도율 2,000 보다 2배 이상 높으며, 본 발명에 적용되는 열저항은 다음 식으로 나타낼 수 있다.In the present invention, the factor of decreasing the thermal resistance is a parameter k (a thermal conductivity of the graphen material inserted in the via hole), which is at least two times higher than the thermal conductivity 2,000 of the diamond, and the thermal resistance applied to the present invention is represented by the following equation .
(상기식에서 Rv : 열저항, h : 비아홀(Via hole) 두께, D : 비아홀(Via hole) 외경, t : 관형태의 그래핀 핀 두께, n : 비아홀(Via hole) 갯수, k : 그래핀의 열전도율이다.)Where h is the thickness of the via hole, D is the outer diameter of the via hole, t is the thickness of the graphene pin in the shape of a tube, n is the number of via holes, Thermal conductivity.)
아울러, 본 발명에 적용되는 그래핀 핀에 사용되는 그래핀 재료의 열전도율은 다음 [표 1]에 나타난 바와 같이, 구리, 알루미늄 등에 비해 훨씬 우수하므로 이에 따라 방열효과가 우수한 것을 알 수 있으며, 방열흐름도를 [도 5]에 도시한 바와 같다.In addition, the thermal conductivity of the graphene material used in the graphene pin of the present invention is much superior to that of copper, aluminum and the like as shown in the following Table 1, As shown in Fig.
[도 5]를 참조하면, 상기 Heat Sink에서 전달된 열은 방열 Plate로 전도되는데 기존방식의 경우 열전도가 우수한 알루미늄을 이용한 방열 Plate를 사용한 반면, 본 발명에서는 Via홀에 중공의 그래핀 핀을 삽입할 뿐만 아니라, 그래핀 방열 플레이트를 적용하여 기존보다 약 10배 이상 열도성을 향상시킬 수 있다.5, the heat transferred from the heat sink is conducted to the heat dissipating plate. In the conventional method, the heat dissipating plate using aluminum excellent in thermal conductivity is used. In the present invention, a hollow graphen pin is inserted In addition, by applying a graphen heat dissipation plate, it is possible to improve the heat conductivity by about 10 times as compared with the conventional one.
한편, [도 7]을 참조하면, 본 발명의 상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 단면 형상은 사각요철형상, 나사산형상, 물결형상, 허니컴형상, 원기둥형상, 나사원기둥형상에서 선택되는 것이 바람직하며, 상기와 같이, 요철 형태의 표면적을 극대화 시킨 구조로 그래핀 방열 플레이트를 구성하면, 방사되는 열량이 최대화될 수 있음은 물론이다.7, the cross-sectional shape of the lower radiating fin formed on the graphen heat-radiating plate of the present invention is preferably selected from a quadrangular concavo-convex shape, a thread shape, a wavy shape, a honeycomb shape, a cylindrical shape, As described above, if the graphene heat dissipation plate is constructed by maximizing the surface area of the concavo-convex shape, the amount of heat radiated can be maximized.
뿐만 아니라, [도 6]에 도시한 바와 같이, 상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 표면에는 방열도료를 도포하여 방열코팅층을 형성하여 발열효과를 배가시킬 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 6, a radiating coating may be applied to the surface of the lower radiating fin formed on the graphen heat-radiating plate to double the heating effect.
상기 방열도료는 세라믹 및 은나노 입자를 포함하여 방열성능과 함께 원적외선 방사, 음이온방출, 항균, 탈취 기능을 가지도록 한 것으로서, [도 8]에 나타난 바와 같이, 상기 방열도료는 TiO2 및 SiO2 나노 콜로이드 투명용액을 제조하고 분산제를 투입한 후, 소광제로서 흄드실리카 나노 파우더를 투입하고, Ag2O 파우더 및 은나노졸을 혼합하여 균일 분산한 다음, 안료 및 세라믹 방사파우더를 혼합하여 균일 분산 후, 불소계 계면활성제를 투입하고 숙성시켜 제조된다.The heat dissipation coating material as one so as to have a far-infrared radiation and anion emission, antibacterial, deodorizing function with the heat radiation performance, including ceramic and silver nanoparticles, as shown in [8], wherein the heat dissipation coating is TiO 2 And SiO 2 After the nanocolloidal transparent solution was prepared and a dispersant was added thereto, fumed silica nanoflow powder was added as a quencher, Ag 2 O powder and silver nanoparticle were mixed and uniformly dispersed, and then pigment and ceramic spinning powder were mixed to obtain uniform dispersion Followed by addition of a fluorochemical surfactant and aging.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the drawings disclosed in the present invention are intended to illustrate and not limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these drawings. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 표면에는 방열도료를 도포하여 방열코팅층을 형성하되,
상기 방열도료는 세라믹 및 은나노 입자를 포함하여 방열성능과 함께 원적외선 방사, 음이온방출, 항균, 탈취 기능을 가지도록 하기 위하여, TiO2 및 SiO2 나노 콜로이드 투명용액을 제조하고 분산제를 투입한 후, 소광제로서 흄드실리카 나노 파우더를 투입하고, Ag2O 파우더 및 은나노졸을 혼합하여 균일 분산한 다음, 안료 및 세라믹 방사파우더를 혼합하여 균일 분산 후, 불소계 계면활성제를 투입하고 숙성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈
A heat sink mounted on a lower portion of the PCB substrate to radiate heat generated from the LED light emitting device to the outside, and a heat sink mounted on a lower portion of the heat sink, And a heat dissipating plate formed on the heat dissipation plate, the heat dissipation plate being formed on the PCB substrate and the heat sink, wherein a vertical via hole is formed in the PCB substrate and the heat sink, and the vertical via hole is formed with a tube- And the heat dissipation plate is composed of a graphen heat dissipation plate having radiating fins at a lower portion thereof,
A heat dissipation coating layer is formed on the surface of the lower heat dissipation fin formed on the graphen heat dissipation plate to form a heat dissipation coating layer,
The heat dissipation coating material in order to to have a far-infrared radiation and anion emission, antibacterial, deodorizing function with the heat radiation performance, including ceramic and silver nanoparticles, TiO 2, and SiO 2 nanocolloid transparent solution was prepared and a dispersant was added thereto. Then, fumed silica nanoflow powder as a quencher was added, Ag 2 O powder and silver nanoparticle were mixed and uniformly dispersed, and then pigment and ceramic spinning powder were mixed A graphen pin-inserted heat-dissipating heat sink and a LED package module using the graphene heat-dissipating plate.
상기 그래핀 방열 플레이트에 형성된 하부 방열핀의 단면 형상은 사각요철형상, 나사산형상, 물결형상, 허니컴형상, 원기둥형상, 나사원기둥형상에서 선택된 것을 특징으로 하는 그래핀 핀 삽입 방열히트싱크 및 그래핀 방열 플레이트를 이용한 엘이디 패키지모듈
The method according to claim 1,
Wherein the lower heat dissipating fin formed on the graphen heat dissipating plate has a cross-sectional shape selected from a quadrangular concavo-convex shape, a thread shape, a wavy shape, a honeycomb shape, a columnar shape, LED package module
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