KR102033763B1 - 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈 - Google Patents

방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈 Download PDF

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Abstract

실시 예는 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈에 관한 것이다.
실시 예에 따른 방열 기판은, 적어도 하나 이상의 발광 소자가 장착되는 방열 기판으로서, 보강판; 상기 보강판의 일면 상에 배치된 패턴층; 상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 솔더링(soldering)되는 솔더 패드(solder pad); 및 상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 솔더 패드에 인접하여 배치된 방열부를 포함하고, 상기 방열부는 상기 솔더 패드의 적어도 두 측부를 둘러싼다.

Description

방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈{HEAT RADIATING SUBSTRATE AND LIGHTING MODULE THEREOF}
실시 예는 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 이에 기존의 재래식 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원 모듈로서 사용이 증가되고 있는 추세이다.
실시 예는 발광 소자로부터 방출되는 열을 용이하게 방열할 수 있는 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈을 제공한다.
또한, 국소 방열이 가능한 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈을 제공한다.
또한, 저렴한 비용으로 방열 특성을 향상시킬 수 있는 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈을 제공한다.
또한, 두께를 슬림화할 수 있는 방열 기판 및 이를 포함하는 광원 모듈을 제공한다.
실시 예에 따른 방열 기판은, 적어도 하나 이상의 발광 소자가 장착되는 방열 기판으로서, 원형의 보강판; 상기 보강판의 일면 상에 배치된 두께가 35um 이하인 패턴층; 상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 솔더링(soldering)되는 솔더 패드(solder pad); 상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 솔더 패드에 인접하여 배치된 방열부; 및 상기 보강판의 중심에서 등거리 위치에 배치되는 복수의 상기 발광 소자를 포함하는 적어도 둘 이상의 발광 소자 유닛;을 포함하고, 상기 방열부는 상기 발광 소자 유닛 중 상기 보강판의 외측과 인접하게 배치된 외측 발광 소자 유닛과 상기 보강판의 외측 사이에 배치되어, 상기 보강판의 외측과 인접한 상기 발광 소자의 리드단자가 배치된 상기 솔더 패드를 둘러쌀 수 있다.
상기 방열부의 재질은 열 전도성을 갖는 솔더 페이스트(solder paste)일 수 있다.
상기 방열부는 금속판일 수 있다.
상기 방열부는 상기 솔더 패드의 적어도 두 측부를 둘러쌀 수 있다.
상기 솔더 패드와 상기 방열부 사이의 간격은 적어도 1mm 이상일 수 있다.
실시 예에 따른 광원 모듈은, 원형의 보강판; 상기 보강판의 일면 상에 배치된 두께가 35um 이하인 패턴층; 상기 패턴층 상에 배치된 솔더 패드(solder pad); 상기 솔더 패드 상에 배치된 발광 소자; 상기 솔더 패드와 상기 발광 소자 사이에 배치된 솔더 페이스트(solder paste); 상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 솔더 패드에 인접하여 배치된 열확산 패드(pad); 및 상기 보강판의 중심에서 등거리 위치에 배치되는 복수의 상기 발광 소자를 포함하는 적어도 둘 이상의 발광 소자 유닛;을 포함하고, 상기 열확산 패드는 상기 발광 소자 유닛 중 상기 보강판의 외측과 인접하게 배치된 외측 발광 소자 유닛과 상기 보강판의 외측 사이에 배치되어, 상기 보강판의 외측과 인접한 상기 발광 소자의 리드단자가 배치된 상기 솔더 패드를 둘러쌀 수 있다.
상기 열확산 패드의 재질은 열 전도성을 갖는 솔더 페이스트(solder paste)이고, 상기 열확산 패드의 두께는 상기 발광 소자의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 열확산 패드는 금속판이고, 상기 금속판의 두께는 상기 발광 소자의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 열확산 패드는 상기 솔더 패드의 적어도 두 측부를 둘러쌀 수 있다.
상기 솔더 패드와 상기 열확산 패드 사이의 간격은 적어도 1mm 이상일 수 있다.
실시 예에 따른 방열 기판 및 광원 모듈을 사용하면, 발광 소자로부터 방출되는 열을 용이하게 방열할 수 있다.
또한, 국소 방열을 통해, 저렴한 비용으로 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 두께를 슬림화할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 방열 기판의 평면도.
도 2는 발광 소자가 도 1에 도시된 방열 기판에 장착된 경우의 단면도.
도 3 내지 도 4는 도 1에 도시된 솔더 패드 상에 발광 소자가 배치된 것을 설명하기 위한 도면.
도 5의 (a) 내지 (d)는, 도 1 내지 도 2에 도시된 방열부(170)의 다양한 형상들을 도시한 도면.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 방열 기판과 이를 포함하는 광원 모듈을 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 방열 기판의 평면도이고, 도 2는 발광 소자가 도 1에 도시된 방열 기판에 장착된 경우의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 방열 기판(100)은 보강판(110), 패턴층(130), 솔더 패드(solder pad, 150) 및 방열부(170)를 포함할 수 있다.
보강판(110)은 실시 예에 따른 방열 기판(100)의 베이스 재료로서, 그 위에는 패턴층(130), 솔더 패드(150) 및 방열부(170)가 배치된다.
보강판(110)은 에폭시 레진(epoxy resin), 글라스 에폭시(Glass Epoxy, GE), 페이퍼 페놀(Paper Phenol, PP), 폴리이미드(Polyimide, PI) 및 폴리에스테르(Polyster, PET) 중 어느 하나일 수 있고, 이들과 유사한 기능을 갖는 물질일 수도 있다.
보강판(110)의 형상은, 도면에 도시된 바와 같이, 원형일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니면, 다각형 형상이나 타원 형상 등 다양한 형상일 수 있다.
패턴층(130)은 보강판(110)의 상면과 하면 중 어느 일면 상에 배치될 수 있다.
패턴층(130)은 도전성의 물질로서, 예를 들면 구리와 같은 금속성의 물질로 구성될 수 있다. 패턴층(130)을 통해, 방열 기판(100)에 장착되는 발광 소자(200)들이 전기적으로 연결되거나 외부로부터 전원이 공급된다.
패턴층(130)은 보강판(110)의 일면 위에 복수로 배치될 수 있는데, 이러한 패턴층(130)의 형상은 설계자의 의도에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
솔더 패드(150)는 패턴층(130) 상에 배치된다. 솔더 패드(150)의 형상은, 도면에 도시된 바와 같이, 사각 형상일 수도 있고, 원형이나 타원, 또는 다각 형상일 수도 있다.
솔더 패드(150)는 발광 소자(200)와 솔더링 공정을 통해 연결될 수 있다. 이를 구체적으로 설명하기 위해, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 3 내지 도 4는 도 1에 도시된 솔더 패드 상에 발광 소자가 배치된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 발광 소자(200a, 200b)는 방열 기판(100)의 솔더 패드(150) 상에 배치된다. 구체적으로, 발광 소자(200a, 200b)의 리드단자(L’, L’’)가 솔더 패드(150)에 배치될 수 있다. 발광 소자(200a, 200b)의 리드단자(L’, L’’)는 솔더 패드(150)과 솔더링(soldering) 공정을 통해 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
여기서, 솔더링 공정은 솔더 패드(150) 상에 솔더 페이스트(S)를 바르고, 그 위에 발광 소자(200a, 200b)의 리드단자(L’, L’’)를 배치시킨 후, 솔더 페이스트(S)를 굳히는 일련의 과정일 수 있다. 굳어진 솔더 페이스트(S)를 통해, 발광 소자(200a, 200b)는 방열 기판(100) 상에 고정될 수 있다.
한편, 발광 소자(200a, 200b)는 LED 패키지(200a, 200b)일 수 있다.
LED 패키지(200a, 200b)는 LED 칩(230a, 230b)과 리드단자(L’, L’’) 및 이들을 수납하는 패키지 몸체(210a, 210b)를 포함할 수 있다. LED 칩(230a, 230b)은 리드단자(L’, L’’)와 와이어를 통해 전기적으로 연결되며, LED 칩(230a, 230b)은 패키지 몸체(210a, 210b)의 캐비티(cavity) 내부에 배치되고, 수지로 밀봉될 수 있다. LED 칩(230a, 230b)은 적색, 녹색, 청색의 광을 방출할 수도 있고, 자외선 광(Ultraviolet light)를 방출할 수 있다. 또한, LED 칩(230a, 230b)은 수평형(Lateral Type), 수직형(Vertical Type) 및 플립형의 LED 칩일 수도 있다.
다시 도 1 내지 도 2를 참조하면, 방열부(170)는 패턴층(130) 상에 배치되고, 솔더 패드(150)에 인접하여 배치될 수 있다.
방열부(170)는 방열 기판(100)에 장착되는 발광 소자(200)로부터 방출되는 광을 외부로 방열하는 방열판일 수도 있고, 방열 기판(100)에서 상대적으로 온도가 낮은 외곽부로 열을 확산시키는 열확산 패드일 수도 있다.
방열부(170)가 솔더 패드(150)에 인접하여 배치되면, 솔더 패드(150) 위에 배치되는 발광 소자(200)로부터 전달되는 빠르게 열을 방열 또는 확산시킬 수 있다. 따라서, 방열 기판(100)에 장착되는 다른 소자들(예를 들면, 수동 소자나 능동 소자)이 발광 소자(200)의 열에 의한 기능 저하나 손상을 막을 수 있다. 이는 방열 기판(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 비용 절감의 장점이 있다.
특히, 패턴층(130)의 두께가 35um 이하의 두께인 경우, 방열부(170) 없이는 방열 기판(100)의 효과적인 방열 성능을 기대할 수 없다. 따라서, 방열부(170)가 두께가 35um 이하인 패턴층(130)에 배치될 경우, 패턴층(130)의 두께가 70um인 경우의 방열 성능과 유사한 방열 성능을 가질 수 있다. 따라서, 방열부(170)에 의해, 패턴층(130)의 두께를 더욱 얇게 가져갈 수 있어 비용 절감의 이점과 방열 기판(100)의 슬림화를 기대할 수 있다.
방열부(170)는 금속판일 수 있다. 방열부(170)가 금속판인 경우, 방열부(170)는 패턴층(130)의 재질과 같은 금속일 수도 있고, 다른 금속일 수도 있다. 또한, 방열부(170)는 패턴층(130)과 일체로서 패턴층(130)에서 바깥으로 돌출된 것일 수 있다. 또는 방열부(170)는 패턴층(130)과 독립적인 구성으로서, 접착제를 이용하여 패턴층(130) 상에 배치될 수도 있다.
방열부(170)는 솔더 페이스트일 수 있다. 방열부(170)에 적용되는 솔더 페이스트는 열 전도성을 갖는 솔더 페이스트일 수 있다. 열 전도성을 갖는 솔더 페이스트로는 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu) 및 플럭스(Flux) 등이 있다. 방열부(170)가 솔더 페이스트이면, 방열부(170)는 스크린 페인팅 공정으로 형성될 수 있다.
방열부(170)의 두께는 발광 소자(200)의 두께보다 얇을 수 있다. 방열부(170)의 두께가 발광 소자(200)의 두께보다 얇으면, 발광 소자(200)에서 방출되는 광이 방열부(170)에 의해 반사된다거나 흡수되는 것을 줄일 수 있다.
방열부(170)는 솔더 패드(150)로부터 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 상기 간격은 적어도 1mm 이상인 것이 좋다. 이는 특히, 방열부(170)가 솔더 페이스트인 경우에 유리한 효과가 있다. 방열부(170)가 솔더 페이스트인 경우, 방열부(170)는 스크린 프린팅 방식으로 형성된 후 경화과정을 거쳐 형성된다. 만약, 방열부(170)와 솔더 패드(150)의 간격이 1mm 이하가 되면, 경화과정에서 방열부(170)가 솔더 패드(150)에 접촉될 수 있다. 방열부(170)가 솔더 패드(150)에 접촉되면, 설계 상에서 의도하지 않은 전기적인 쇼트 현상이 발생되어, 방열 기판(100)이 본래의 기능을 수행할 수 없을 수 있다.
방열부(170)의 형상은, 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형상일 수 있다. 그러나 이에 한정하지 않으며, 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 5를 참조하여 방열부(170)의 형상을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5의 (a) 내지 (d)는, 도 1 내지 도 2에 도시된 방열부(170)의 다양한 형상들을 도시한 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 방열부(170a)는 발광 소자(200)의 4개의 측부들 중 어느 일 측부에 인접하여 배치될 수 있다. 발광 소자(200)의 일 측부와 인접한 방열부(170a)의 일 측부의 폭은 발광 소자(200)의 일 측부의 폭보다 크게 설계될 수 있다. 이러한 방열부(170a)는 발광 소자(200)와 기판의 엣지(edge) 사이의 간격이 좁거나, 복수의 발광 소자(200)가 간격이 좁을 때 특히 유용할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 방열부(170b)는 발광 소자(200)의 4개의 측부들 중 어느 일 측부에 인접하여 배치될 수 있다. 발광 소자(200)의 일 측부와 인접한 방열부(170b)의 일 측부의 폭은 발광 소자(200)의 일 측부의 폭보다 작게 설계될 수 있다. 이러한 방열부(170b)는 발광 소자(200)와 기판의 엣지(edge) 사이의 간격이 넓거나, 복수의 발광 소자(200)가 간격이 넓을 때 특히 유용할 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 방열부(170c)는 발광 소자(200)의 4개의 측부들 중 적어도 2 이상의 측부들을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 방열부(170c)는 ‘ㄷ’자 형상을 가질 수 있다. 이러한 방열부(170c)는 발광 소자(200)의 측부를 도 5의 (a)나 (b)에 도시된 방열부(170a, 170b)보다 더 많이 둘러싸기 때문에, 발광 소자(200)로부터 방출되는 열을 도 5의 (a)나 (b)에 도시된 방열부(170a, 170b)보다 더욱 빠르게 방열 또는 확산시킬 수 있다.
도 5의 (d)를 참조하면, 방열부(170d1, 170d2)는 적어도 둘 이상일 수 있고, 둘 이상의 방열부들(170d1, 170d2) 각각은 발광 소자(200)의 4개의 측부들 중 어느 하나의 측부들에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 방열부(170d1)는 발광 소자(200)의 일 측부에 인접하여 배치되고, 제2 방열부(170d2)는 발광 소자(200)의 일 측부와 마주보는 타 측부에 인접하여 배치될 수 있다. 이러한 방열부(170d1, 170d2)는 발광 소자(200)에서도 특히 열이 많이 모이거나 방출되는 여러 부분들에 배치되어 열을 방열 또는 확산시킬 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 방열 기판
110: 보강판
130: 패턴층
150: 솔더 패드(solder pad)
170: 방열부

Claims (10)

  1. 적어도 하나 이상의 발광 소자가 장착되는 방열 기판에 있어서,
    원형의 보강판;
    상기 보강판의 일면 상에 배치된 두께가 35um 이하인 패턴층;
    상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 발광 소자와 솔더링(soldering)되는 솔더 패드(solder pad);
    상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 솔더 패드에 인접하여 배치된 방열부; 및
    상기 보강판의 중심에서 등거리 위치에 배치되는 복수의 상기 발광 소자를 포함하는 적어도 둘 이상의 발광 소자 유닛;을 포함하고,
    상기 방열부는
    상기 발광 소자 유닛 중 상기 보강판의 외측과 인접하게 배치된 외측 발광 소자 유닛과 상기 보강판의 외측 사이에 배치되어, 상기 보강판의 외측과 인접한 상기 발광 소자의 리드단자가 배치된 상기 솔더 패드를 둘러싸는, 방열 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부의 재질은 열 전도성을 갖는 솔더 페이스트(solder paste)인, 방열 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열부는 금속판인, 방열 기판.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔더 패드와 상기 방열부 사이의 간격은 적어도 1mm 이상인, 방열 기판.
  6. 원형의 보강판;
    상기 보강판의 일면 상에 배치된 두께가 35um 이하인 패턴층;
    상기 패턴층 상에 배치된 솔더 패드(solder pad);
    상기 솔더 패드 상에 배치된 발광 소자;
    상기 솔더 패드와 상기 발광 소자 사이에 배치된 솔더 페이스트(solder paste);
    상기 패턴층 상에 배치되고, 상기 솔더 패드에 인접하여 배치된 열확산 패드(pad); 및
    상기 보강판의 중심에서 등거리 위치에 배치되는 복수의 상기 발광 소자를 포함하는 적어도 둘 이상의 발광 소자 유닛;을 포함하고,
    상기 열확산 패드는
    상기 발광 소자 유닛 중 상기 보강판의 외측과 인접하게 배치된 외측 발광 소자 유닛과 상기 보강판의 외측 사이에 배치되어, 상기 보강판의 외측과 인접한 상기 발광 소자의 리드단자가 배치된 상기 솔더 패드를 둘러싸는, 광원 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열확산 패드의 재질은 열 전도성을 갖는 솔더 페이스트(solder paste)이고,
    상기 열확산 패드의 두께는 상기 발광 소자의 두께보다 얇은, 광원 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 열확산 패드는 금속판이고,
    상기 금속판의 두께는 상기 발광 소자의 두께보다 얇은, 광원 모듈.
  9. 삭제
  10. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔더 패드와 상기 열확산 패드 사이의 간격은 적어도 1mm 이상인, 광원 모듈.
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