KR102662113B1 - 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 led방열기판 - Google Patents

언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 led방열기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판으로서, 기판본체의 상면에 합지되는 절연시트에 천공과, 상기 천공 근방의 영역에는 동박층이 형성되지 않는 영역을 둠으로써, 2중 단차구조의 단차공간을 형성하고, 솔더페이스트를 통해 LED모듈의 하면에 구비되는 방열패드를 기판본체에 접착함으로써, LED모듈에서 발생할 열을 기판본체로 직접 전달하고, 상기 LED모듈의 측면을 따라 절연 및 방열성능이 우수한 언더필소재를 도포하여 상기 단차공간에 언더필소재가 유입되게 함으로써 방열성능을 향샹할 수 있는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판에 관한 것이다.

Description

언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판{LED Heat-Radiating Substarte with Contains an Area with Filled by Underfill Material}
본 발명은 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판으로서, 기판본체의 상면에 합지되는 절연시트에 천공과, 상기 천공 근방의 영역에는 동박층이 형성되지 않는 영역을 둠으로써, 2중 단차구조의 단차공간을 형성하고, 솔더페이스트를 통해 LED모듈의 하면에 구비되는 방열패드를 기판본체에 접착함으로써, LED모듈에서 발생할 열을 기판본체로 직접 전달하고, 상기 LED모듈의 측면을 따라 절연 및 방열성능이 우수한 언더필소재를 도포하여 상기 단차공간에 언더필소재가 유입되게 함으로써 방열성능을 향샹할 수 있는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판에 관한 것이다.
LED는 빛과 열을 동시에 방출하는 발광현상을 이용한 소자로서, 백열등, 형광등에 비해 에너지효율과 수명이 우수하여, 실내등, 가로등, 휴대폰, 전광판 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 그러나 LED가 소비하는 에너지 중 약 20%만이 빛을 발산하는 데 이용되고, 나머지 에너지의 대부분은 열로 방출되고 있다. 이와 같이 LED에서 발생하는 열은 소자의 수명과 조도를 감소시키고, 전력손실을 유발하는 요인이 되어, 고성능의 LED조명을 구현하기 위해서는 LED에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 대책이 필수적으로 마련될 필요가 있다.
한편, 국내등록특허 제10-1294943호는 “방열구조를 가지는 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 ＬＥＤ 조명장치”로서 지그재그로 다수번 절곡된 요철형상구간을 포함하는 방열핀부를 포함하여 별도의 방열수단 없이 자체적으로 방열기능을 수행하는 인쇄회로기판을 개시하고 있다.
그러나 상기의 기술은 인쇄회로기판의 절연을 위해 기판 상면에 합지되는 절연시트에 천공을 형성하고, 천공에 의한 단차공간에서 LED모듈과 기판본체를 직접접촉시켜, LED모듈에서 발생한 열을 기판본체로 배출하고, 또한 단차공간 내에 언더필소재가 도포함으로써 방열성능을 향상하는 구성에 대해서는 개시하는 바가 없다.
국내등록특허 KR 10-1294943 B1 “방열구조를 가지는 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 ＬＥＤ 조명장치”
본 발명은 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판으로서, 기판본체의 상면에 합지되는 절연시트에 천공과, 상기 천공 근방의 영역에는 동박층이 형성되지 않는 영역을 둠으로써, 2중 단차구조의 단차공간을 형성하고, 솔더페이스트를 통해 LED모듈의 하면에 구비되는 방열패드를 기판본체에 접착함으로써, LED모듈에서 발생할 열을 기판본체로 직접 전달하고, 상기 LED모듈의 측면을 따라 절연 및 방열성능이 우수한 언더필소재를 도포하여 상기 단차공간에 언더필소재가 유입되게 함으로써 방열성능을 향샹할 수 있는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판으로서, 알루미늄 또는 구리 재질의 방열 소재를 포함하는 기판본체; 상기 기판본체의 상면에 열접착방식으로 합지되고, 복수의 LED모듈 각각이 실장된 위치에 대응하여 천공되어 단차공간의 일부를 형성하는 절연시트; 전기 통전을 위해, 상기 절연시트의 상면 일부에 박막으로 형성되는 동박층; 상기 동박층의 상면일부와 상기 LED모듈의 하면 일부와 접촉하는 복수의 전극층; 상기 전극층과 접촉하면서, 단차공간의 상부에 실장되는 LED모듈; 상기 단차공간에서 상기 LED모듈의 하면과 접촉하여, 상기 LED모듈에서 발생하는 열을 배출하는 방열패드; 및 상기 단차공간에서 상기 방열패드와 상기 기판본체를 접착하여, 상기 LED모듈을 고정하는 솔더페이스트;를 포함하고, 상기 단차공간은 상기 LED모듈의 하측에서, 상기 절연시트가 천공된 영역과 상기 동박층이 형성되어 있지 않은 절연시트의 상측영역을 포함하고, 상기 방열패드는 상기 절연시트가 형성되지 않는 단차공간을 통해 상기 LED모듈에서 발산한 열을 상기 기판본체로 직접 배출하는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 단차공간은, 상기 LED모듈의 하측에서, 상기 기판본체, 상기 절연시트, 동박층, 전극부, 및 LED모듈이 형성하는 공간이고, 상기 LED모듈의 측면을 따라 도포되는 언더필소재의 일부가, 상기 방열패드와 상기 방열패드의 양측에 배치되는 전극층 사이에 이격된 공간을 통해 상기 단차공간 내부로 유입되어 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 절연시트는, 상기 천공된 영역으로부터 소정의 길이 이내에 해당하는 영역에는 상기 동박층이 형성되어 있지 않고, 상기 동박층이 형성되어 있지 않는 상기 절연시트의 상면에 언더필소재가 도포될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 언더필소재는, 38 내지 75 m의 분말크기, 60 내지 70 HRC의 경도를 가지는 순도 99.5% 이상의 Al2O3분말과, UV경화제를 0.5:9.5 내지 2:8의 비율로 혼합 교반할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 비스(치환된 사이클로알킬(C=1-5)) 알케인(C=2-6) 폴리머 30 내지 40 중량부; 2-하이드록시에틸 메트아크릴산 20 내지 30 중량부; 아이소보닐 메타크릴레이트 5 내지 10 중량부; 아이소-보르닐 아크릴레이트 5 내지 10 중량부; 하이드록시프로필 메타크릴레이트 5 내지 10 중량부; 아크릴산 1 내지 2.5 중량부; 에탄톤, 2, 2-디메톡시-2-페닐아세토페논 1 내지 2.5 중량부; [3-(글리시딜옥시)프로필]트라이메톡시실란 1 내지 2.5 중량부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 LED모듈의 접착되는 복수의 전극충 중 최소 1쌍은, 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판본체의 상면을 절연시트로 보호하되, LED모듈이 실장되는 위치에 천공을 형성하고, LED모듈의 하면에 접촉하는 방열패드를 기판본체와 접촉하여 LED모듈에서 발생한 열을 기판본체로 방열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연시트의 천공, 동박층에 의해 형성된 2중 단차구조의 단차공간에 언더필소재를 충진하여 LED방열기판의 방열성능을 향상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LED모듈의 측면을 따라 언더필소재를 도포함으로써, 방열패드와 전극층 사이의 이격된 공간을 통해 단차공간 내부에 언더필소재를 도포(충진)할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Al2O3분말과 UV경화제를 혼합교반하여 언더필소재를 조성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LED방열기판의 저면에 이물질의 점착을 방지하는 오염방지층을 코팅형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판본체, 절연시트, 및 동박층을 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판본체, 절연시트, 및 동박층의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극층 및 방열패드가 부착된 LED방열기판의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극층 및 방열패드가 부착된 LED방열기판의 평면도를 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 언더필소재가 충진되는 단차공간(S)을 포함하는 LED방열기판(1)의 단면도를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 언더필소재가 충진되는 단차공간(S)을 포함하는 LED방열기판(1)은 알루미늄 또는 구리 재질의 방열 소재를 포함하는 기판본체(10); 상기 기판본체(10)의 상면에 열접착방식으로 합지되고, 복수의 LED모듈(14) 각각이 실장된 위치에 대응하여 천공되어 단차공간(S)의 일부를 형성하는 절연시트(11); 전기 통전을 위해, 상기 절연시트(11)의 상면 일부에 박막으로 형성되는 동박층(12); 상기 동박층(12)의 상면일부와 상기 LED모듈(14)의 하면 일부와 접촉하는 복수의 전극층(13); 상기 전극층(13)과 접촉하면서, 단차공간(S)의 상부에 실장되는 LED모듈(14); 상기 단차공간(S)에서 상기 LED모듈(14)의 하면과 접촉하여, 상기 LED모듈(14)에서 발생하는 열을 배출하는 방열패드(15); 및 상기 단차공간(S)에서 상기 방열패드(15)와 상기 기판본체(10)를 접착하여, 상기 LED모듈(14)을 고정하는 솔더페이스트(16);를 포함하고, 상기 단차공간(S)은 상기 LED모듈(14)의 하측에서, 상기 절연시트(11)가 천공된 영역과 상기 동박층(12)이 형성되어 있지 않은 절연시트(11)의 상측영역을 포함하고,상기 방열패드(15)는 상기 절연시트(11)가 형성되지 않는 단차공간(S)을 통해 상기 LED모듈(14)에서 발산한 열을 상기 기판본체(10)로 직접 배출하는 LED방열기판(1).
또한 상기 단차공간(S)은, 상기 LED모듈(14)의 하측에서, 상기 기판본체(10), 상기 절연시트(11), 동박층(12), 전극부, 및 LED모듈(14)이 형성하는 공간이고, 상기 LED모듈(14)의 측면을 따라 도포되는 언더필소재(17)의 일부가, 상기 방열패드(15)와 상기 방열패드(15)의 양측에 배치되는 전극층(13) 사이에 이격된 공간을 통해 상기 단차공간(S) 내부로 유입되어 도포될 수 있다.
또한 상기 절연시트(11)는, 상기 천공된 영역으로부터 소정의 길이 이내에 해당하는 영역에는 상기 동박층(12)이 형성되어 있지 않고, 상기 동박층(12)이 형성되어 있지 않는 상기 절연시트(11)의 상면에 언더필소재(17)가 도포될 수 있다.
구체적으로 기판본체(10)는 LED를 실장할 수 있는 알루미늄 또는 구리 재질로 이루어진 방열 소재의 기판일 수 있다. 바람직하게는 기판본체(10)에는 복수의 LED가 실장될 수 있고, 실장된 복수의 LED모듈(14) 각각에서 배출되는 열이 기판본체(10)로 직접 전달되어, LED방열기판(1)의 방열성능이 향상될 수 있다.
한편, 기판본체(10)의 상면에는 기판본체(10)의 절연과 보호를 위한 절연시트(11)가 합지될 수 있다. 구체적으로 절연시트(11)는 기판본체(10)의 상면에 열접착방식으로 합지되어 기판본체(10)가 직접적으로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게는 절연시트(11)는 전기적 특성, 내열, 내약품성 등이 우수하여 습기, 유해가스 등에 의해 LED방열기판(1)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 절연시트(11)에는 천공이 형성되어 있을 수 있다. 구체적으로 기판본체(10)에는 복수의 LED모듈(14)이 실장될 수 있고, 복수의 LED모듈(14)이 실장되는 위치에 대응하는 영역마다 절연시트(11)가 천공되어 있을 수 있다.
즉, 절연시트(11)가 합지된 기판본체(10)는 상면부가 절연시트(11)에 의해 보호되되, LED모듈(14)이 실장되는 위치에 해당하는 영역에는 절연시트(11)가 천공되어 노출될 수 있다.
한편, 절연시트(11)의 상면에는 전기 통전을 위한 동박층(12)이 형성될 수 있다. 구체적으로 동박층(12)은 전기전도성이 우수한 박막으로서, 절연시트(11)의 일부의 영역에만 형성될 수 있다. 바람직하게는 절연시트(11)가 천공된 영역으로부터 소정의 거리 이내에 해당하는 영역에는 동박층(12)이 형성되지 않고, 이에 해당하지 않는 영역 즉 절연시트(11)가 천공된 영역 근방에 해당하지 않는 영역에 동박층(12)이 형성될 수 있다.
한편, 절연시트(11)의 상면에 형성된 동박층(12)의 상면에 다시 전극층(13)이 배치될 수 있다. 구체적으로 전극층(13)은 LED모듈(14)의 전원을 공급하는 전극으로서, 전기를 전도하는 동박층(12) 위에 형성될 수 있다. 바람직하게는 LED모듈(14)의 하면과 동박층(12)의 상면 사이에 전극층(13)이 배치됨으로써 동박층(12)을 통해 공급된 전력이 LED모듈(14)로 전달될 수 있다.
더 바람직하게는 절연시트(11)의 천공된 영역을 기준으로 양측에 위치하는 동박층 각각에 복수의 전극층(13)이 배치될 수 있고, LED모듈(14)의 하면에 형성된 전극이 복수의 전극층(13) 각각에 접촉하도록 LED모듈(14)이 실장될 수 있다. 즉, 방열패드(15)가 접촉하는 LED모듈(14)의 중앙을 기준으로 LED모듈(14)의 양측 각각에 전극층(13)이 접촉할 수 있다.
한편 전술한 바와 같이 LED모듈(14)의 하측에는 방열패드(15)가 구비될 수 있다. 구체적으로 LED모듈(14)의 하측 중앙에 방열패드(15)가 구비되어 LED모듈(14)에서 발생하는 열을 방출할 수 있다.
방열패드(15)는 솔더페이스트(16)에 의하여 기판본체(10)에 접착될 수 있다. 구체적으로 솔더페이스트(16)는 방열패드(15)를 기판본체(10)에 접착하고, 접촉면의 산화방지를 위한 소재일 수 있다.
바람직하게는 솔더페이스트(16)는 절연시트(11)가 천공되어 노출된 기판본체(10)에 도포되고, 방열패드(15)를 기판본체(10)의 해당 영역(절연시트(11)가 천공된 부분)에 접합할 수 있다.
결과적으로 LED모듈(14)은 하면의 양측부에 전극층(13)이 접촉하고, 하면의 중앙부는 절연시트(11)가 천공되어 노출된 기판본체(10)에 접합되어 물리적으로 견고하게 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 방열패드(15) 및 기판본체(10)(알루미늄 또는 동)은 무기물(도체)일 수 있고, 절연시트(11)는 유기물(유기 절연체)일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 유기물인 절연시트(11)의 일부를 제거(천공을 형성)하여 무기물인 방열패드(15)와 기판본체(10)를 상호 연결함으로서, LED모듈(14)의 열을 하측의 기판본체(10)로 확산하여 LED방열기판(1)의 내부온도를 내릴 수 있다.
이와 같은 구조로 LED모듈(14)이 배치되었을 때, 절연시트(11)의 천공에 의해 노출된 기판본체(10)와 LED모듈(14) 사이에 이격된 공간이 발생하게 되고, 또한 동박층(12)이 형성되지 않은 절연시트(11)와 LED모듈(14) 사이에 이격된 공간이 발생할 수 있다. 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 절연시트(11)의 천공에 의해 노출된 기판본체(10)의 상면, 동박층(12)이 형성되지 않은 절연시트(11)의 상면과 측면, 상기 절연시트(11)의 적층된 동박층(12)과 전극층(13)의 측면, 상기 전극층(13) 위에 배치된 LED모듈(14)의 하면으로 둘러쌓여 공간이 형성될 수 있고, 본 발명에서 해당 공간을 단차공간(S)으로 정의한다.
또한 전술한 바와 같이, 상기 방열패드(15) 및 솔더페이스트(16)는 단차공간(S)에 위치할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 단차공간(S)에 언더필소재(17)가 충진(도포)될 수 있다. 구체적으로 상기 단차공간(S)에 언더필소재(17)가 충진되어 LED방열기판(1)의 방열성능이 향상될 수 있다. 바람직하게는 언더필소재(17)는 LED모듈(14)을 물리적으로 견고하게 고정함과 동시에 방열성능이 우수한 조성으로 이루어져 LED모듈(14)에서 발생한 열이 기판본체(10)로 원활히 전달되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 언더필소재(17)는 실장된 LED모듈(14)의 측면부를 따라 도포될 수 있고, 도포된 언더필소재(17)의 일부가 상기 단차공간(S) 내부로 유입될 수 있다. 구체적으로 전술한 바와 같이 단차공간(S)은 LED모듈(14)의 하면과, 기판본체(10) 혹은 절연시트(11)의 상면 사이의 공간에 해당하고, 해당 공간에 언더필소재(17)가 도포됨으로써 LED방열기판(1)의 방열성능이 향상될 수 있다. 바람직하게는 LED모듈(14)의 측면부를 따라 언더필소재(17)를 도포하는 비교적 간단한 방법으로 LED방열기판(1)의 방열성능을 개선할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판본체(10), 절연시트(11), 및 동박층(12)을 단면도를 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판본체(10), 상기 기판본체(10)에 합지된 절연시트(11), 및 절연시트(11) 상면에 형성된 동박층(12)은 단차구조를 형성할 수 있다. 구체적으로 절연시트(11)의 천공된 영역에서 기판본체(10)와 절연시트(11)가 단차구조를 형성할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 동박층(12)은 절연시트(11)가 천공된 영역으로부터 소정의 거리 이내에 해당하는 영역에는 형성되지 않고, 이에 해당하지 않는 영역에 형성될 수 있다. 이를 도 2에서 거리(l)로 표현하였다. 도시된 바와 같이 절연시트(11)의 상면 중 거리(l)에 해당하는 영역은 천공된 영역의 근방에 해당하는 영역이고, 해당 영역에는 동박층(12)이 형성되지 않을 수 있다. 결과적으로 동박층(12)의 형성여부에 따라 절연시트(11)의 상면에서 단차구조가 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 LED방열기판(1)은 2중 단차구조를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판본체(10), 절연시트(11), 및 동박층(12)의 평면도를 도시한다.
도 3에서 A영역은 기판본체(10) 중 절연시트(11)가 합지되지 않아 노출되는 영역에 해당하고, B 및 C영역은 절연시트(11)가 합지된 영역에 해당한다. 다시 B영역은 절연시트(11) 중 동박층(12)이 형성되어 있지 않은 영역에 해당하고, C영역은 동박층(12)이 형성되어 있는 영역에 해당한다. 전술한 바와 같이, B영역은 절연시트(11)의 천공된 영역으로부터 소정의 거리(l) 이내에 해당하는 영역이고, C영역은 이에 해당하지 않는 나머지 영역에 해당할 수 있다.
또한, A영역에는 솔더페이스트(16)가 도포되어 LED모듈(14)의 하면에 구비된 방열패드(15)와 접착될 수 있다. 즉, LED모듈(14)에서 발생한 열은 LED모듈(14) 하면에 구비된 방열패드(15)와 기판본체(10)에 도포된 솔더페이스트(16)를 통해, 절연시트(11) 및 동박층(12)이 형성되어 있지 않고 노출되어 있는 A영역의 기판본체(10)로 전달될 수 있다.
또한 LED모듈(14)은 C영역에 배치된 복수의 전극층(13) 상측에 배치되어, A영역에서 기판본체(10)와, B영역에서 절연시트(11)와 단차공간(S)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극층(13) 및 방열패드(15)가 부착된 LED방열기판(1)의 평면도를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 LED모듈(14)의 접착되는 복수의 전극충 중 최소 1쌍은, 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
구체적으로 전극층(13)은 방열패드(15)의 양측면에 배치될 수 있다. 구체적으로 전극층(13)은 절연시트(11)가 천공되어 있는 영역(도 3의 A영역)을 기준으로 양측 각각에서 동박층(12)의 상면(도 3의 C영역)에 배치될 수 있다. 바람직하게는 방열패드(15)를 기준으로 양측에 각각 배치된 전극층(13)은 서로 다른 극성을 가질 수 있다.
한편, 방열패드(15)는 절연시트(11)가 천공되어 있는 영역(도 3의 A영역)에 배치될 수 있다. 바람직하게는 방열패드(15)는 LED모듈(14)의 하면에 접합되고, 절연시트(11)가 천공되어 있는 영역(도 3의 A영역)에 도포된 솔더페이스트(16)와 접합될 수 있다.
이와 같은 형태로 복수의 전극층(13) 및 방열패드(15)가 배치될 수 있고, 전극층(13) 및 방열패드(15)의 상측에 LED모듈(14)이 구비될 수 있다. 또한 LED모듈(14)의 측면(도 4에서 점선 외측에 해당하는 공간)을 따라 언더필소재(17)를 도포할 수 있고, 도포된 언더필소재(17)의 일부는 LED모듈(14)과 기판본체(10) 혹은 LED모듈(14)과 절연시트(11) 사이에 이격된 공간 즉, 단차공간(S) 내부(도 4에서 점선 내측에 해당하는 공간)로 유입될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극층(13) 및 방열패드(15)가 부착된 LED방열기판(1)의 평면도를 도시한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 LED방열기판(1)은 전극층(13)은 복수 개로 구성될 수 있다. 구체적으로 방열패드(15)를 기준으로 양측에 각각 복수 개의 전극층(13)이 구비될 수 있다. 바람직하게는 복수 개의 전극층(13) 중 최소 1 쌍은 서로 다른 극성을 가질 수 있다. 또한 복수의 전극층(13) 상측에 LED모듈(14)이 구비될 수 있다.
이와 같은 형태에서 LED모듈(14)의 측면(도 5에서 점선 외측에 해당하는 공간)을 따라 언더필소재(17)를 도포할 수 있고, 도포된 언더필소재(17)의 일부는 전극층(13)(도 5에서 점선 내측 중 전극층(13) 사이에 해당하는 공간) 사이에 유입되고, 다른 일부는 LED모듈(14)과 기판본체(10) 혹은 LED모듈(14)과 절연시트(11) 사이에 이격된 공간 즉, 단차공간(S) 내부(도 5에서 점선 내측 중 방열패드(15)와 전극층(13) 사이에 해당하는 공간)로 유입될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 언더필 공정으로 기판본체(10), 솔더페이스트(16), LED모듈(14), 방열패드(15) 사이의 빈 공간에 절연 및 방열성능이 우수한 언더필소재(17)를 도포(충진)함으로써, LED방열기판(1)의 방열성능을 개선할 수 있다.
한편, 이하에서는 단차공간(S)에 도포되는 언더필소재(17)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
구체적으로 상기 언더필소재(17)는, 38 내지 75 m의 분말크기, 60 내지 70 HRC의 경도를 가지는 순도 99.5% 이상의 Al2O3분말과, UV경화제를 0.5:9.5 내지 2:8의 비율로 혼합 교반할 수 있다.
또한, 비스(치환된 사이클로알킬(C=1-5)) 알케인(C=2-6) 폴리머 30 내지 40 중량부; 2-하이드록시에틸 메트아크릴산 20 내지 30 중량부; 아이소보닐 메타크릴레이트 5 내지 10 중량부; 아이소-보르닐 아크릴레이트 5 내지 10 중량부; 하이드록시프로필 메타크릴레이트 5 내지 10 중량부; 아크릴산 1 내지 2.5 중량부; 에탄톤, 2, 2-디메톡시-2-페닐아세토페논 1 내지 2.5 중량부; [3-(글리시딜옥시)프로필]트라이메톡시실란 1 내지 2.5 중량부;를 포함할 수 있다.
언더필소재(17)는 열안정성, 내화학성, 내열성, 경화속도, 점도, 유연성, 칙소성이 우수한 소재일 수 있고, Al2O3분말과 UV경화제를 혼합 교반하여 구성할 수 있다.
구체적으로 Al2O3분말은 알루미나(Alumina)로서 불활성, 무취, 백색의 무정형 물질일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 38 내지 75 m의 분말크기, 60 내지 70 HRC의 경도를 가지는 순도 99.5% 이상의 Al2O3분말로 언더필소재(17)를 조성할 수 있다.
한편, UV경화제의 조성비는 다음과 같다.
물질명 국문명 CAS번호 함유량
Bis(substituted cycloalkyl(C=1-5))alkane(C=2-6) polymer with toluene diisocyanate, toluene diisocyanate, substituted alkyl(C=3-7) alkyl(C=1-5)-alkenoate and heteromonocyclic 비스(치환된 사이클로알킬(C=1-5)) 알케인(C=2-6) 폴리머 >= 30, < 40 %
2-Hydroxyethyl methacrylate 2-하이드록시에틸 메트아크릴산 868-77-9 >= 20, < 30 %
Isobornyl methacrylate(exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]hept-2-yl methacrylate) 아이소보닐 메타크릴레이트
(exo-1,7,7-트라이메틸바이사이클로[2.2.1]헵트-2-일 메타크릴레이트)		 7534-94-3 >= 5, < 10 %
Isobornyl acrylate 아이소-보르닐 아크릴레이트 5888-33-5 >= 5, < 10 %
Hydroxypropyl methacrylate(Methacrylic acid, monoester with propane-1,2-diol) 하이드록시프로필 메타크릴레이트
(메타크릴산과 프로페인-1,2-다이올의 모노에스터)		 27813-02-1 >= 1, < 5 %
Acrylic acid 아크릴산 79-10-7 >= 1, < 2.5 %
2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone(Ethanone, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenyl-) 2, 2-디메톡시-2-페닐아세토페논
(에탄톤, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐-)		 24650-42-8 >= 1, < 2.5 %
3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilane([3-(2,3-Epoxypropoxy)propyl]trimethoxysilane) [3-(글리시딜옥시)프로필]트라이메톡시실란,
([3-(2,3-에폭시프로폭시)프로필]트라이메톡시실란)		 2530-83-8 >= 1, < 2.5 %
Methacrylic acid 메타크릴산 79-41-4 < 1 %
DIETHYLENE GLYCOL MONO-METHACRYLATE(2-Propenoic acid, 2-methyl-, 2-(2-hydroxyethoxy)ethyl ester) 디에틸렌 글리콜 모노-메타크릴레이트
(2-프로페노산, 2-메틸-, 2-(2-히드록시에톡시)에틸 에스테르)		 2351-43-1 < 1 %
Diphenyl-2,4,6-trimethylbenzoyl phosphine oxide 디페닐-2,4,6-트리메틸벤조일 포스핀 옥사이드 75980-60-8 0.025, < 0.25 %
Silica, fumed(Silica, amorphous, fumed, crystal-free) 실리카, 무정형
(실리카, 아몰퍼스, 퓸드, 크리스탈-프리)		 112945-52-5 < 1 %
본 발명의 일 실시예에서, 언더필소재(17)는 Al2O3분말과 UV경화제를 0.5:9.5 내지 2:8의 비율로 혼합교반하여 조성할 수 있다.
이와 같은 구성 및 혼합비율에서 언더필소재(17)는 열안정성, 내화학성, 내열성, 경화속도, 점도, 유연성, 칙소성 등의 특성이 우수하여, 단차공간(S)에 용이하게 유입될 수 있고, 단차공간(S)에서 LED모듈(14)에서 배출하는 열을 본체기판으로 전도하여 LED방열기판(1)의 방열성능을 개선할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 언더필소재(17)는 UV경화제에, 고온내성, 내식성, 및 저렴한 가격을 가지는 알루미늄 세라믹 소재(Al2O3분말)을 혼합 교반함으로써, 상술한 특성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판본체의 상면을 절연시트로 보호하되, LED모듈이 실장되는 위치에 천공을 형성하고, LED모듈의 하면에 접촉하는 방열패드를 기판본체와 접촉하여 LED모듈에서 발생한 열을 기판본체로 방열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연시트의 천공, 동박층에 의해 형성된 2중 단차구조의 단차공간에 언더필소재를 충진하여 LED방열기판의 방열성능을 향상할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LED모듈의 측면을 따라 언더필소재를 도포함으로써, 방열패드와 전극층 사이의 이격된 공간을 통해 단차공간 내부에 언더필소재를 도포(충진)할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Al2O3분말과 UV경화제를 혼합교반하여 언더필소재를 조성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LED방열기판의 저면에 이물질의 점착을 방지하는 오염방지층을 코팅형성할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1: LED방열기판
10: 기판본체 11: 절연시트
12: 동박층 13: 전극층
14: LED모듈 15: 방열패드
16: 솔더페이스트 17: 언더필소재
S: 단차공간

Claims (6)

  1. 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판으로서,
    알루미늄 또는 구리 재질의 방열 소재를 포함하는 기판본체;
    상기 기판본체의 상면에 열접착방식으로 합지되고, 복수의 LED모듈 각각이 실장된 위치에 대응하여 천공되어 단차공간의 일부를 형성하는 절연시트;
    전기 통전을 위해, 상기 절연시트의 상면 일부에 박막으로 형성되는 동박층;
    상기 동박층의 상면일부와 상기 LED모듈의 하면 일부와 접촉하는 복수의 전극층;
    상기 전극층과 접촉하면서, 단차공간의 상부에 실장되는 LED모듈;
    상기 단차공간에서 상기 LED모듈의 하면과 접촉하여, 상기 LED모듈에서 발생하는 열을 배출하는 방열패드; 및
    상기 단차공간에서 상기 방열패드와 상기 기판본체를 접착하여, 상기 LED모듈을 고정하는 솔더페이스트;를 포함하고,
    상기 단차공간은 상기 LED모듈의 하측에서, 상기 절연시트가 천공된 영역과 상기 동박층이 형성되어 있지 않은 절연시트의 상측영역을 포함하고,
    상기 방열패드는 상기 절연시트가 형성되지 않는 단차공간을 통해 상기 LED모듈에서 발산한 열을 상기 기판본체로 직접 배출하는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차공간은, 상기 LED모듈의 하측에서, 상기 기판본체, 상기 절연시트, 동박층, 전극부, 및 LED모듈이 형성하는 공간이고,
    상기 LED모듈의 측면을 따라 도포되는 언더필소재의 일부가, 상기 방열패드와 상기 방열패드의 양측에 배치되는 전극층 사이에 이격된 공간을 통해 상기 단차공간 내부로 유입되어 도포되는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 절연시트는,
    상기 천공된 영역으로부터 소정의 길이 이내에 해당하는 영역에는 상기 동박층이 형성되어 있지 않고,
    상기 동박층이 형성되어 있지 않는 상기 절연시트의 상면에 언더필소재가 도포되는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 언더필소재는,
    38 내지 75 m의 분말크기, 60 내지 70 HRC의 경도를 가지는 순도 99.5% 이상의 Al2O3분말과, UV경화제를 0.5:9.5 내지 2:8의 비율로 혼합 교반하는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 UV경화제는,
    비스(치환된 사이클로알킬(C=1-5)) 알케인(C=2-6) 폴리머 30 내지 40 중량부; 2-하이드록시에틸 메트아크릴산 20 내지 30 중량부; 아이소보닐 메타크릴레이트 5 내지 10 중량부; 아이소-보르닐 아크릴레이트 5 내지 10 중량부; 하이드록시프로필 메타크릴레이트 5 내지 10 중량부; 아크릴산 1 내지 2.5 중량부; 에탄톤, 2, 2-디메톡시-2-페닐아세토페논 1 내지 2.5 중량부; [3-(글리시딜옥시)프로필]트라이메톡시실란 1 내지 2.5 중량부;를 포함하는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED모듈의 접착되는 복수의 전극충 중 최소 1쌍은, 서로 다른 극성을 가지는, 언더필소재가 충진되는 단차공간을 포함하는 LED방열기판.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015046495A (ja) * 2013-08-28 2015-03-12 京セラ株式会社 発光素子搭載用基板および発光装置
JP7325655B2 (ja) * 2020-03-10 2023-08-14 ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー 拡張型ｌｅｄアレイアセンブリの製造方法

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