KR102519270B1 - 차량용 엘이디 모듈 - Google Patents
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Abstract
엘이디 패키지가 실장된 세라믹 인쇄회로기판을 엔지니어링 플라스틱으로 인서트 사출하여 방열 효율을 유지하면서 제조 비용 및 제조 공정을 최소화하도록 한 차량용 엘이디 모듈을 제시한다. 제시된 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지가 실장된 세라믹 인쇄회로기판과, 엘이디 패키지 및 세라믹 인쇄회로기판의 외부에 배치된 하우징을 포함하고, 하우징은 세라믹 인쇄회로기판을 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출하여 형성된다.
Description
본 발명은 차량용 엘이디 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 전조등(Head Light)에 적용되는 차량용 엘이디 모듈에 관한 것이다.
차량은 차량 실내 및 차량 실외의 도면을 위해 다수의 광원이 설치된다. 차량에 설치된 광원은 설치 위치에 따라 서로 다른 역할이 부여되기 때문에, 차량은 역할에 따른 다양한 종류의 광원이 설치된다.
최근에는 LED 모듈을 광원으로 적용한 제품이 확대 적용되고 있다. 일례로, 차량의 실내, 트렁크 내부를 조명하는 광원, 방향 지시등 등과 같이 차량의 운행에 관련된 관원에 LED 모듈이 적용되고 있다. 전조등(Head Light)은 높은 전력(Power)이 요구되는 HID 램프가 적용되어 왔으나, 서서히 LED 모듈로 교체되고 있다.
자동차 업계에서는 저가격, 품질개선 및 조립 편의성을 고려하여 다양한 광원을 개발하고 있기 때문에, LED 모듈을 광원으로 하는 다양한 제품이 연구개발되고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 엘이디 패키지가 실장된 세라믹 인쇄회로기판을 엔지니어링 플라스틱으로 인서트 사출하여 방열 효율을 유지하면서 제조 비용 및 제조 공정을 최소화하도록 한 차량용 엘이디 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지가 실장된 세라믹 인쇄회로기판과, 엘이디 패키지 및 세라믹 인쇄회로기판의 외부에 배치된 하우징을 포함하고, 하우징은 세라믹 인쇄회로기판을 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출하여 형성된다.
이때, 세라믹 인쇄회로기판은 질화알루미늄 재질이고, 하우징은 폴리브티렌 테레프타레이트(PBT) 재질일 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 하우징에 인입되어 세라믹 인쇄회로기판에 연결된 커넥터, 엘이디 패키지의 상부에 배치된 커버층을 더 포함할 수도 있다. 이때, 커버층은 이산화 타이타늄 및 실리콘인 혼합된 재질일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지 및 세라믹 인쇄회로기판과 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출되어 하우징의 내부에 배치된 세라믹 댐을 더 포함할 수 있다. 이때, 세라믹 댐은 세라믹 인쇄회로기판의 상면에 배치되고, 엘이디 패키지의 상부에 배치되는 커버층의 측면 둘레를 따라 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 세라믹 기판의 하부에 배치되고, 세라믹 인쇄회로기판과 함께 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출되어 하우징의 내부에 배치된 금속 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이때, 금속 플레이트는 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함한 합금 재질일 수 있다. 하우징은 엘이디 패키지의 상부에 배치되는 커버층 및 세라믹 인쇄회로기판에 연결되는 커넥터가 인입되는 복수의 인입 홀이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량용 엘이디 모듈은 구리 재질의 페데스탈 인쇄회로기판을 사용하는 종래의 차량용 엘이디 모듈과 달리, 세라믹 인쇄회로기판을 사용하기 때문에, 엘이디 패키지의 방열 성능을 종래의 차량용 엘이디 모듈과 동등 이상으로 유지하면서 전조등의 가격 상승을 최소화할 수 있다.
또한, 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 모듈의 방열 성능을 확보하기 위해 세라믹 인쇄회로기판의 하면에 금속 플레이트를 배치함으로써, 엘이디 패키지의 방열 성능을 향상과 함께 전조등의 가격 상승을 최소화할 수 있다.
또한, 차량용 엘이디 모듈은 열팽창계수가 적은 합금소재의 금속 플레이트를 세라믹 인쇄회로기판의 하면에 배치함으로써, 신뢰성을 보장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지가 실장된 세라믹 인쇄회로기판을 엔지니어링 플라스틱으로 인서트 사출하기 때문에, 금속 인쇄회로기판이 그대로 노출된 종래의 차량용 엘이디 모듈에 비해 생산 및 조립공정시 취급이 용이하여 생산 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 차량용 엘이디 모듈은 세라믹 인쇄회로기판 및 엘이디 패키지에 엔지니어링 플라스틱으로 인서트 사출한 후 커버층을 형성하기 때문에, 커버층(즉, 실리콘 봉지제)을 형성하기 위한 별도의 세라믹 댐을 형성하지 않아 제조 종정을 단순화하고, 제조 원가를 최소화할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈을 설명하기 위한 도면.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘 이디 모듈과 종래의 차량용 엘이디 모듈을 비교 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈의 다른 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 7 내지 도 10는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈의 변형 예를 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘 이디 모듈과 종래의 차량용 엘이디 모듈을 비교 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈의 다른 변형 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 차량의 전조등(10; Head Light)에 적용된다. 물론, 차량용 엘이디 모듈은 전조등(10) 이외에도 후미등, 방향 지시등과 같은 차량용 광원으로 적용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)은 구리(Cu) 재질의 금속 인쇄회로기판(22)에 엘이디 패키지(24)를 실장하고, 금속 인쇄회로기판(22)을 알루미늄(Al) 재질의 히트 싱크(30; Heat Sink)에 나사로 조립하여 제조된다. 이때, 금속 인쇄회로기판(22)과 히트 싱크(30) 사이에는 열전도성 접착체(40)가 개재된다.
그에 따라, 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)은 엘이디 패키지(24)의 방열을 위해 차량용 엘이디 모듈(20)과 히트 싱크(30) 사이에 금속 인쇄회로기판(22)이 배치된 구조로 형성된다.
하지만, 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)은 엘이디 패키지(24)의 방열을 위해 가격이 높은 페데스탈 인쇄회로기판을 금속 인쇄회로기판(22)으로 사용하기 때문에 전조등(10)의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)은 전조등(10)의 구동 전력을 공급하는 구동 전력원과 차량용 엘이디 모듈(20)을 와이어로 연결하고, 이를 납땜해야 하기 때문에 조립 공정이 복잡해지고, 불량율이 증가하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 상술한 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)의 문제점을 해결해기 위한 차량용 엘이디 모듈을 제안한다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지(110), 세라믹 인쇄회로기판(120), 하우징(130), 커넥터(140) 및 커버층(150)을 포함하여 구성된다.
엘이디 패키지(110)는 세라믹 인쇄회로기판(120)의 상면에 배치된다. 엘이디 패키지(110)는 복수의 엘이디 소자로 구성된다.
세라믹 인쇄회로기판(120)은 질화알루미늄(AlN) 재질로 형성된 기판이다. 세라믹 인쇄회로기판(120)의 상면에는 엘이디 패키지(110)가 실장된다.
하우징(130)은 엘이디 패키지(110)가 실장된 세라믹 인쇄회로기판(120)을 엔지니어링 플라스틱(EP; Engineering Plastic) 소재로 인서트 사출하여 형성된다. 하우징(130)은 인서트 사출을 통해 세라믹 인쇄회로기판(120)의 외부에 하우징(130)이 형성된다. 이때, 엔지니어링 플라스틱은 치수 안정성 및 내마모성이 우수한 폴리브티렌 테레프타레이트(PBT)인 것을 일례로 한다.
하우징(130)의 일측에는 엘이디 모듈의 구동 전력을 인가하는 전력 케이블(미도시)에 연결되는 커넥터(140)가 배치된다.
커버층(150)은 세라믹 인쇄회로기판(120)의 상면에 형성된다. 커버층(150)은 세라믹 인쇄회로기판(120)의 상면 중 엘이디 패키지(110)가 배치된 영역에만 형성된다. 커버층(150)은 엘이디 패키지(110)가 배치되지 않은 영역에도 추가로 형성될 수도 있다. 이때, 커버층(150)은 이산화 타이타늄(TiO2)과 실리콘(silicon)이 혼합된 재질로 형성된 것을 일례로 한다.
차량용 엘이디 모듈은 전조등 제조사에 공급되어 히트 싱크(30)에 고정된다. 차량용 엘이디 모듈은 커넥터(140)를 통해 구동 전력원과 연결되기 때문에, 전조등 제조사는 별도의 와이어 납땜 공정 없이 구동 전력원과 차량용 엘이디 모듈을 연결할 수 있어 조립 공정을 단순화하면서 불량율을 최소화할 수 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 커버층(150) 형성을 위한 세라믹 댐(160; Ceramic Dam)을 더 포함할 수 있다.
세라믹 댐(160)은 엘이디 패키지(110)가 실장된 세라믹 인쇄회로기판(120)의 상면에는 배치된다. 세라믹 댐(160)은 엘이디 패키지(110)의 상부에 배치되는 커버층(150)의 측면 둘레를 따라 배치된다. 세라믹 댐(160)은 세라믹 인쇄회로기판(120)과 함께 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트(Insert) 사출된다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지(24)와 히트 싱크(30) 사이에 구리 재질의 금속 인쇄회로기판(22; 즉, 페데스탈 인쇄회로기판)이 배치되는 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)과 달리, 엘이디 패키지(110)와 히트 싱크(30) 사이에 세라믹 인쇄회로기판(120)이 배치된다.
그에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 엘이디 패키지(110)의 방열 성능을 종래의 차량용 엘이디 모듈(20)과 동등 이상으로 유지하면서 전조등(10)의 가격 상승을 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 금속 인쇄회로기판(22)에 비해 상대적으로 저렴한 세라믹 인쇄회로기판(120)을 사용하기 때문에 방열 성능을 유지하면서 전조등(10)의 가격 상승을 최소화할 수 있다.
한편, 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 엘이디 모듈은 세라믹 인쇄회로기판(210), 금속 플레이트(220), 방열 접착제(230), 하우징(240), 엘이디 패키지(250), 커버층(260) 및 커넥터(270)를 포함하여 구성된다.
세라믹 인쇄회로기판(210)은 질화알루미늄(AlN) 재질로 형성된 기판이다. 세라믹 인쇄회로기판(210)의 상면에는 엘이디 패키지(250) 및 커넥터(270)와의 연결을 위해 금속 패턴(212)이 형성될 수 있다.
금속 플레이트(220)는 세라믹 인쇄회로기판(210)의 하면에 배치된다. 금속 플레이트(220)는 방열 접착제(230)를 이용해 세라믹 인쇄회로기판(210)의 하면에 접착된다.
하우징(240)은 세라믹 인쇄회로기판(210) 및 금속 플레이트(220)가 적층된 적층체를 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출하여 형성된다. 하우징(240)은 적층체를 수용하는 형상으로 형성된 후, 적층체가 삽입될 수도 있다.
하우징(240)은 엘이디 패키지(250), 커버층(260) 및 커넥터(270)가 인입되는 복수의 인입 홀(242, 244)이 형성될 수 있다. 하우징(240)은 엘이디 패키지(250) 및 커버층(260)이 인입되는 제1 인입 홀(242) 및 커넥터(270)가 인입되는 제2 인입 홀(244)이 형성될 수 있다.
엘이디 패키지(250) 및 커넥터(270)는 세라믹 인쇄회로기판(210) 및 금속 플레이트(220)를 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출하여 형성된 하우징(240)의 인입 홀(242, 244)에 인입된다. 이때, 세라믹 인쇄회로기판(210)에는 엘이디 패키지(250) 및 커넥터(270)의 연결을 위한 금속 패턴(212)이 SMT 공정을 통해 형성된다. 커버층(260)은 엘이디 패키지(250)가 하우징(240)의 제1 인입 홀(242)에 인입된 후에 별도의 공정을 통해 엘이디 패키지(250)가 인입된 제1 인입 홀(242)에 형성될 수 있다. 이를 통해, 차량용 엘이디 모듈은 세라믹 인쇄회로기판(210)의 하부에 금속 플레이트(220)를 배치함으로써, 엘이디 패키지(250)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
110: 엘이디 패키지 120: 세라믹 인쇄회로기판
130: 하우징 140: 커넥터
150: 커버층 160: 세라믹 댐
210: 세라믹 인쇄회로기판 212: 금속 패턴
220: 금속 플레이트 230: 방열 접착제
240: 하우징 242: 제1 인입 홀
244: 제2 인입 홀 250: 엘이디 패키지
260: 커버층 270: 커넥터
130: 하우징 140: 커넥터
150: 커버층 160: 세라믹 댐
210: 세라믹 인쇄회로기판 212: 금속 패턴
220: 금속 플레이트 230: 방열 접착제
240: 하우징 242: 제1 인입 홀
244: 제2 인입 홀 250: 엘이디 패키지
260: 커버층 270: 커넥터
Claims (9)
- 엘이디 패키지가 실장된 세라믹 인쇄회로기판; 및
상기 엘이디 패키지 및 상기 세라믹 인쇄회로기판의 외부에 배치된 하우징을 포함하고,
상기 하우징은 상기 세라믹 인쇄회로기판을 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출하여 형성되되,
상기 엘이디 패키지 및 상기 세라믹 인쇄회로기판과 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출되어 상기 하우징의 내부에 배치된 세라믹 댐을 더 포함하는, 차량용 엘이디 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 하우징에 인입되어 상기 세라믹 인쇄회로기판에 연결된 커넥터를 더 포함하는 차량용 엘이디 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 세라믹 인쇄회로기판은 질화알루미늄 재질이고, 상기 하우징은 폴리브티렌 테레프타레이트(PBT) 재질인 차량용 엘이디 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 엘이디 패키지의 상부에 배치된 커버층을 더 포함하고,
상기 커버층은 이산화 타이타늄 및 실리콘인 혼합된 재질인 차량용 엘이디 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 세라믹 댐은 상기 세라믹 인쇄회로기판의 상면에 배치되고, 상기 엘이디 패키지의 상부에 배치되는 커버층의 측면 둘레를 따라 배치된 차량용 엘이디 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 세라믹 인쇄회로기판의 하부에 배치되는 금속 플레이트를 더 포함하되,
상기 하우징은 상기 세라믹 인쇄회로기판 및 상기 금속 플레이트를 엔지니어링 플라스틱 소재로 인서트 사출하여 형성된 차량용 엘이디 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 금속 플레이트는 알루미늄(Al) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함한 합금 재질인 차량용 엘이디 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 하우징은 상기 엘이디 패키지의 상부에 배치되는 커버층 및 상기 세라믹 인쇄회로기판에 연결되는 커넥터가 인입되는 복수의 인입 홀이 형성된 차량용 엘이디 모듈.
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