KR200376315Y1 - 표면 실장용 발광 다이오드 모듈 - Google Patents

Abstract

본 고안은 표면 실장이 용이하게 수행되고, 발열 기능을 가진 발광 다이오드 모듈이 개시된다. 용이한 표면 실장을 위해 상기 발광 다이오드 모듈은 인쇄 회로 기판의 표면과 평형인 종단부를 가지는 리드 핀을 구비한다. 또한, 발광 다이오드에 의해 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해 상기 발광 다이오드 모듈은 방열판을 구비한다. 방열판은 납땜이나 접착재를 통해 인쇄 회로 기판에 실장된다.

Description

표면 실장용 발광 다이오드 모듈{Light Emitting Diode Module for used in Surface Mount Technology}

본 고안은 발광 다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄 회로 기판에 탑재가 용이한 구조를 가지는 발광 다이오드에 관한 것이다.

발광 다이오드는 반도체의 P-N 접합 구조를 이용하여 주입된 소수캐리어를 만들어내고 이들의 재결합에 의해 발광하는 반도체 장치이다. 이를 더욱 상세히 기술하면 다음과 같다.

즉, 발광 다이오드는 화합물 반도체(GaP, GaAs 등)의 P-N 접합 다이오드에 순방향 전류가 흐를 때 빛를 발하는 현상을 이용한 소자이다. 따라서, P측에 +극, N측에 -극을 접속하면 P측의 정공은 N측에, N측의 전자는 P측으로 이동하여 P-N접합점에서 전자와 정공이 결합하면서 빛을 발광하는 원리이다. 즉, 반도체의 P-N 접합 구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 것이다.

반도체에 전압을 인가할 때 생기는 발광현상은 전기 루미네센스(Electro-luminescence)라 칭해지며, 최근에는 평판 디스플레이 장치들의 개발과 함께 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 별도의 백 라이트를 요구하지 않는 자발광 소자인 유기 EL의 경우는 연구 개발의 단계를 넘어 상용화의 단계에 진입하고 있음은 당업자에게 공지의 사실이다. 유기 EL 이외에도, 발광 다이오드는 그 적용 영역을 넓혀가고 있다. 즉, 새로운 조명 장치로서의 기능을 수행하고 있으며, 저전력과 고휘도를 실현할 수 있는 조명장치로서 연구가 활발히 진행되고 있다.

높은 발광 효율을 달성하기 위해 발광 다이오드에 적합한 재료는 다음의 몇가지 조건을 만족하여야 한다.

첫째는 발광파장이 가시 또는 근적외선영역에 존재하여야 한다.

둘째는 발광 효울이 높아야 한다.

셋째는 P-N 접합의 제작이 가능한 재료여야 한다는 것이다.

발광 다이오드의 제작에 주로 사용되는 재료는 비소화갈륨 GaAs, 인화갈륨 GaP, 갈륨-비소-인 GaAs1-xPx 등 3B 및 5B 원소 화합물 반도체가 사용되고 있으며, 2B, 6B족이나, 4A, 4B 족에 대한 연구도 진행되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 모듈의 모양을 도시한 사시도이다.

종래 기술에 따른 발광 다이오드 모듈은 내부에 발광 다이오드 칩을 포함하고 있는 몸체(101), 상기 몸체의 표면으로부터 반구형으로 형성된 렌즈(102) 및 상기 몸체(101)로 부터 하부로 신장되게 형성된 리드 핀(103)을 가진다.

몸체(101)는 리드 프레임 상에 실장된 발광 다이오드를 가진다. 발광 다이오드는 리드 프레임에 구비된 리드 핀과 와어어 본딩을 통해 전기적으로 연결된다.

또한, 렌즈(102)는 투명 또는 반투명의 몰딩용 에폭시 수지로 형성되며, 발광 다이오드의 발광 동작시, 발광되는 빛을 외부로 전달하고, 외부의 습기나 기계적 충격으로부터 발광 다이오드를 보호한다.

리드 핀(103)은 2개 이상으로 구성된다. 특히, 고휘도 발광 다이오드인 경우, 전력 소모가 통상의 발광 다이오드보다 많으며, 하나의 와이어가 사용되지 않고 다수 사용되기도 한다. 따라서, 음극핀 2개 및 양극핀 2개를 구비하는 것으로 도시한 것이다.

상술한 바대로 고휘도 발광 다이오드나 전력 소모가 많은 발광 다이오드의 경우, 열의 발생으로 인한 발광 다이오드의 수명 단축이나, 특성 저하를 야기할 수도 있다.

또한, 리드 핀(103)은 인쇄 회로 기판의 홀에 삽입되고, 상기 인쇄 회로 기판과 리드 핀(103)의 고정 및 전기적 연결을 위해 납땜을 이용하는 것이 통상적이다. 따라서, 리드 핀(103)의 모양은 대체로 하방을 향해 끝이 뾰쪽한 형상을 하고 있다. 최근 표면 실장 기술이 발전되고 있고, 인쇄 회로 기판 또한 다수의 층으로 구성되기도 한다. 이러한 인쇄 회로 기판에 종래와 같이 홀을 형성하고 납땜을 수행하는 것은 발광 다이오드 모듈의 실장을 번거롭게 하는 한가지 요소가 된다.

또한, 발광 다이오드 모듈에 열의 방출을 위한 별도의 요소가 구비되지 않아 지속적인 발광 다이오드의 턴-온에 의해 수명 단축이나 특성 저하의 문제가 발생할 수 있다.

상술한 문제점을 극복하기 위해 본 고안의 목적은 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 외부로 용이하게 방출하고 용이한 표면 실장을 달성하는 발광 다이오드 모듈을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 내부에 발광 다이오드를 가지는 몸체; 상기 몸체의 상부 표면으로부터 반구형의 돌출된 형상을 가지는 렌즈; 상기 몸체의 하부 표면으로부터 수직으로 신장되고, 인쇄 회로 기판의 바닥면과 수평한 종단부를 가지는 적어도 하나의 리드 핀; 및 상기 몸체의 하부 표면으로부터 상기 인쇄 회로 기판의 바닥면으로 신장되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 방열판을 가지는 발광 다이오드 모듈을 제공한다.

본 고안에 따를 경우, 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 용이하게 외부로 방출할 수 있으며, 용이한 표면 실장을 달성할 수 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

실시예

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 발광 다이오드 모듈은 몸체(201), 렌즈(202), 리드 핀(203) 및 방열판(204)을 가진다.

몸체(201)는 내부에 발광 다이오드를 포함하고 있다. 발광 다이오드는 상기 리드 핀(203)과 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 몸체(201)는 발광 다이오드로부터 방출되는 빛을 집속하기 위해 내부에 반사판 등을 구비할 수 있다. 또한, 역전압의 과도한 인가에 따라 발광 다이오드가 손상되거나 파괴되는 것을 방지하기 위해 상기 발광 다이오드와 병렬로 제너 다이오드가 구비될 수도 있다.

렌즈(202)는 발광 다이오드의 턴-온 동작에 의해 발생되는 빛을 외부로 전달하고, 외부의 습기나 기계적 충격으로부터 상기 발광 다이오드를 보호하는 역할을 수행한다. 상기 렌즈(202)는 발광 다이오드로부터 발생되는 빛의 파장을 그대로 이용하고자 할 경우, 투명 또는 반투명 몰딩용 에폭시 수지로 이루어지며, 발광 다이오드로부터 발생되는 빛의 색을 변환하고자 하는 경우, 내부에 형광제를 포함할 수도 있다. 또한, 제작사 및 기술의 적용에 따라, 발광 다이오드 칩 표면에 색변환을 위한 별도의 에폭시를 도포할 수도 있음은 당업자에게 자명한 사실이다.

또한, 렌즈(202)는 몸체(201)의 표면으로부터 반구형을 형상을 가지는 것이 아니라, 표면과 대체로 수평한 형상을 가질 수 있으며, 표면 전체에 걸쳐 완만한 굴곡을 가지고 반원형의 형상을 가질 수 있다.

리드 핀(203)은 상기 도 2에서는 4개로 이루어진 것으로 도시된다. 그러나, 본 고안은 리드 핀(203)의 수가 2개 이상인 경우에 적용될 수 있다. 4개의 리드 핀(203)을 가지는 경우, 상기 4개의 리드 핀(203)중 2개는 양극이면, 적어도 하나의 리드 핀(203)은 음극을 이룬다. 또한, 상기 리드 핀(203)의 개수 및 양극 핀의 수와 음극 핀의 개수는 실시의 형태에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 리드 핀(203)은 외부를 향해 절곡된다. 즉, 리드 핀의 끝부분이 날카로운 형상을 하는 것이 아니다. 리드 핀(203)은 외부를 향해 절곡되고, 절곡된 리드 핀(203)의 종단부는 바닥면에 수평한 형상을 가진다. 따라서, 인쇄 회로 기판 상에 상기 발광 다이오드 모듈을 실장하고자 하는 경우, 인쇄 회로 기판 상에 별도의 홀을 형성할 필요없이, 금속 배선 표면에 직접 발광 다이오드 모듈을 실장할 수 있다. 상기 도 2에서는 리드 핀(203)이 직각으로 절곡된 것으로 도시되어 있으나 이는 이해를 돕기위한 일 실시예에 불과한 것으로, 리드 핀(203)을 절곡시키는 공정에 따라 곡선의 형상으로 절곡이 되면서, 인쇄 회로 기판에 리드 핀(203)의 종단부가 수평한 형상을 가질 수도 있다.

방열판(204)은 상기 몸체(201)의 하부로부터 바닥면으로 신장되게 형성된다. 방열판(204)은 바닥면에 접촉되도록 형성될 수도 있으며, 바닥면으로부터 소정의 이격 거리를 가지고 형성될 수도 있다. 바람직하게는 상기 방열판(204)은 열전도율이 우수한 금속물로 형성된다. 또한, 공기중으로의 원활한 발열을 위해 상기 방열판 표면은 요철의 형상을 가지고 형성된다. 요철의 형상을 가지고 형성된 방열판(204)은 대체로 원통형의 모양을 가진다.

인쇄 회로 기판 상에 상기 발광 다이오드 모듈이 실장되는 경우, 상기 방열판(204)은 바닥면에 접촉될 수도 있으며, 소정의 이격 거리를 가질 수도 있다. 원활한 발열 동작을 수행하기 위해, 방열판(204)은 접착제 또는 납땜 등으로 인쇄 회로 기판 상에 고정시킴이 바람직하다.

상기 접착재로의 종류는 접착성 실란트, 코팅제, 몰딩용 제품 등이 있다.

접착성 실란트는 거친 환경에 대한 보호재로 신뢰도가 높다. 양호한 전기적 특성을 지니며, 부식이 되지 않으므로 제품의 밀폐, 접착 등의 용도에 효과적이다. 경화 유형에 따라서 다음의 세가지로 분류된다.

1)1액형 상온경화형(RTV;Room Temperature Vulcanizing)은 공기중의 수분과 반응하여 상온에서 경화하는데 경화시, 부산물에 따라서 초산,옥심 및 알콜형으로 분류된다. 초산형은 경화가 빠르고 양호한 접착성을 나타내지만 금속이나 석재의 부식과 자극적 냄새가 있다. 따라서, 전기/전자용으로는 제한적으로 사용된다.

옥심형은 초산형의 문제를 어느 정도 해결한 제품으로 시중에 광범위하게 유통되고 있는 제품이다. 동에 의한 부식의 우려가 있으므로 부식에 민감한 소자의 사용은 주의가 요망된다.

알콜형은 부식에 가장 안전한 제품으로 상기 초산형 및 옥심형에 비해 표면 경화속도가 늦다. 제품의 안전성은 다소 떨어지나 최근에는 개선된 추세이다. 전기/전자 접착 씰링용으로 적합하다.

2)2액형 축합반응형은 주제와 경화제를 혼합하여 상온 또는 가열에 의해 경화되며 1액형에 비해서 심부 경화성이 좋다. 1액형 상온경화형은 도포 두께가 6mm이상인 경우는 사용하지 않는 것이 좋으며, 이때는 2액형 축합형이 바람직하다.

3)열경화 부가형은 1액형과 2액형으로 구분된다. 수분의 존재가 필요하지 않으며 백금 촉매하에서 불포화기에 Si-H를 함유하는 실록산의 부가반응에 의해 경화된다. 경화시 수축이 없고 부산물이 생성되지 않으며 심부 경화성이 좋아서 두께의 제한을 받지 않으며 대량생산에 적합하다. 하지만 경화저해 물질로 인해서 경화 방해를 받을 수 있다.

1액형 열경화 부가형은 상온반응 지연제를 넣어 1액형으로 만든 제품으로 1액형 상온경화형에 비해 작업가능 시간이 길며, 주로 접착, 코팅용으로 사용된다.

2액형 열경화 부가형은 널리 사용되는 제품으로 부산물이 발생하지 않으며 경화시간이 빠르고 수축이 거의 발생하지 않기에 폿팅용으로 사용된다.

코팅용 보호부재는 대부분 자기 접착형이다. 코팅용 보호부재의 종류는 유동성에서부터 반유동성의 특징을 가진 것으로, 습기와 열적 충격,기계적 충격 그리고 거친 환경에 민감한 부품의 보호에 적합하다. 또한, 넓은 온도 범위와 습도에서 영구적인 전기 절연성, 환경 오염 물질로부터의 차단 그리고 충격과 진동에 의한 스트레스 완화 등의 기능을 한다. 이외에도 오존과 자외선에 대한 저항성, 훌륭한 내화학성을 가지기 때문에 다양한 적용 분야에 쓰일 수가 있다. 본 실시예에 사용되는 코팅제은 다음의 3가지 종류로 구분된다.

1)탄성중합체(Elastomer)계 코팅제는 상온에서의 경화가 매우 빠르며, 경화된 탄성체는 부드럽고 완충 작용이 뛰어나고 다양한 점도를 지닌 반투명의 액상타입이다.

2)레진(Resin)계 코팅제는 전통적으로 쓰이던 코팅제나 용제가 함유된 코팅제이고, 우수한 내마모성을 지녔기에 광범위한 적용이 가능하다. 반투명의 액상타입으로 탄성체 레진으로 경화된다. 그리고, 무용제 열경화 코팅은 열경화로 경화 속도가 매우 빠른 1액형 코팅체이다. 경화된 탄성체는 부드러우며 완충 작용이 뛰어나다.

3)반도체계 코팅제는 고순도의 물질로서 개별 및 집적회로 반도체 기기의 이동,주입식 몰딩에 적합하며 탁월한 열적 안전성과 성형성, 충격 완화성을 가진다.

몰딩용 제품은 주제(base)와 촉매제(catalyst)로 구성되는 2액형이다. 이 제품은 사용하기가 쉽고 최상의 완충력과 표면 재생력을 지니며, 영구적으로 효과가 지속된다. 그리고 특별한 사용 설비가 필요치 않고, 그 사용 범위는 아주 다양하다. 2액형의 제품을 1:1 또는 10:1로 완전히 혼합하면 유연한 탄성체로 경화되고, 경화된 물질은 전기/전자의 응용에서 보호용으로 사용된다. 또한, 몰딩용 제품은 적용 부위의 두께와 밀폐 정도에 상관없이, 지속적인 가열이 없어도 경화됨이 바람직하다. 일반적인 실리콘 몰딩용 제품은 접착성을 높이기 위해서 프라이머 처리는 물론 적용 부위의 표면 처리를 깨끗이 해두어야 하며, 프라이머 처리가 필요치 않는 제품은 적용 부위의 표면을 깨끗이 하는 것으로 충분하다.

상술한, 접착재는 외부 환경에 대해 발광 다이오드 모듈을 보호하기 위해 내열성, 내한성 등이 우수하여야 한다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 도시한 다른 사시도이다.

도 3을 참조하면, 발광 다이오드 모듈은 몸체(301), 렌즈(302), 리드 핀(303) 및 방열판(304)을 가진다.

몸체(301)는 내부에 발광 다이오드를 포함하고 있다. 발광 다이오드는 상기 리드 핀(303)과 와이어 본딩을 통해 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 몸체(301)는 발광 다이오드로부터 방출되는 빛을 집속하기 위해 내부에 반사판 등을 구비할 수 있다. 또한, 역전압의 과도한 인가에 따라 발광 다이오드가 손상되거나 파괴되는 것을 방지하기 위해 상기 발광 다이오드와 병렬로 제너 다이오드가 구비될 수도 있다.

렌즈(302)는 발광 다이오드의 턴-온 동작에 의해 발생되는 빛을 외부로 전달하고, 외부의 습기나 기계적 충격으로부터 상기 발광 다이오드를 보호하는 역할을 수행한다. 상기 렌즈(302)는 발광 다이오드로부터 발생되는 빛의 파장을 그대로 이용하고자 할 경우, 투명 또는 반투명 몰딩용 에폭시 수지로 이루어지며, 발광 다이오드로부터 발생되는 빛의 색을 변환하고자 하는 경우, 내부에 형광제를 포함할 수도 있다. 또한, 제작사 및 기술의 적용에 따라, 발광 다이오드 칩 표면에 색변환을 위한 별도의 에폭시를 도포할 수도 있음은 당업자에게 자명한 사실이다.

또한, 렌즈(302)는 몸체(301)의 표면으로부터 반구형을 형상을 가지는 것이 아니라, 표면과 대체로 수평한 형상을 가질 수 있으며, 표면 전체에 걸쳐 완만한 굴곡을 가지고 반원형의 형상을 가질 수 있다.

리드 핀(303)은 상기 도 3에서는 4개로 이루어진 것으로 도시된다. 그러나, 본 고안은 리드 핀(303)의 수가 2개 이상인 경우에 적용될 수 있다. 4개의 리드 핀(303)을 가지는 경우, 상기 4개의 리드 핀(303)중 2개는 양극이면, 적어도 하나의 리드 핀(303)은 음극을 이룬다. 또한, 상기 리드 핀(303)의 개수 및 양극 핀의 수와 음극 핀의 개수는 실시의 형태에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 리드 핀(303)은 내부를 향해 절곡된다. 즉, 리드 핀(303)의 끝부분이 날카로운 형상을 하는 것이 아니다. 리드 핀(303)은 내부를 향해 절곡되고, 절곡된 리드 핀(303)의 종단부는 바닥면에 수평한 형상을 가진다. 따라서, 인쇄 회로 기판 상에 상기 발광 다이오드 모듈을 실장하고자 하는 경우, 인쇄 회로 기판 상에 별도의 홀을 형성할 필요없이, 금속 배선 표면에 직접 발광 다이오드 모듈을 실장할 수 있다.

상기 도 3에서는 리드 핀(303)이 직각으로 절곡된 것으로 도시되어 있으나 이는 이해를 돕기위한 일 실시예에 불과한 것으로, 리드 핀(303)을 절곡시키는 공정에 따라 곡선의 형상으로 절곡이 되면서, 인쇄 회로 기판에 리드 핀(303)의 종단부가 수평한 형상을 가질 수도 있다.

방열판(304)은 상기 몸체의 하부로부터 바닥면으로 신장되게 형성된다. 방열판(304)은 바닥면에 접촉되도록 형성될 수도 있으며, 바닥면으로부터 소정의 이격 거리를 가지고 형성될 수도 있다. 바람직하게는 상기 방열판(304)은 열전도율이 우수한 금속물로 형성된다. 또한, 공기중으로의 원활한 발열을 위해 상기 방열판 표면은 요철의 형상을 가지고 형성된다. 요철의 형상을 가지고 형성된 방열판(304)은 대체로 원통형의 모양을 가진다.

인쇄 회로 기판 상에 상기 발광 다이오드 모듈이 실장되는 경우, 상기 방열판(304)은 바닥면에 접촉될 수도 있으며, 소정의 이격 거리를 가질 수도 있다. 원활한 발열 동작을 수행하기 위해, 방열판(304)은 접착제 또는 납땜 등으로 인쇄 회로 기판 상에 고정시킴이 바람직하다.

상술한 바대로 상기 도 3에 도시된 발광 다이오드 모듈은 상기 도 2에 도시된 바와는 리드 핀(203,303)의 형상에 차이가 있는 점외에 나머지 부분은 동일하다. 따라서 접착제의 종류 및 특성은 상기 도 2에서 설명된 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략키로 한다.

본 고안에 따르면, 발광 다이오드 모듈은 종단부가 바닥면과 수평하게 절곡되어 인쇄 회로 기판에 용이한 실장이 가능하며, 방열판을 구비하여 발광 다이오드에 의해 발생되는 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있다.

상기와 같은 본 고안에 따르면, 발광 다이오드 모듈은 종단부가 바닥면과 수평한 리드 핀을 가지며, 몸체로부터 발생되는 열을 용이하게 외부로 방출할 수 있는 방열판을 구비한다. 따라서, 인쇄 회로 기판 상에 용이한 표면 실장을 실현할 수 있으며, 과도한 열에 따른 발광 다이오드의 수명 단축이나 특성 저하를 방지할 수 있다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 모듈의 모양을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 도시한 사시도이다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 발광 다이오드 모듈을 도시한 다른 사시도이다.

<주요 도면부호의 설명>

201,301:몸체 202,302:렌즈

203,303:리드핀 204,304:방열판

Claims (5)

1. 내부에 발광 다이오드를 가지는 몸체;

   상기 몸체의 상부 표면으로부터 반구형의 돌출된 형상을 가지는 렌즈;

   상기 몸체의 하부 표면으로부터 수직으로 신장되고, 인쇄 회로 기판의 바닥면과 수평한 종단부를 가지는 적어도 하나의 리드 핀; 및

   상기 몸체의 하부 표면으로부터 상기 인쇄 회로 기판의 바닥면으로 신장되고, 상기 발광 다이오드로부터 발생되는 열을 방출하기 위한 방열판을 가지는 표면 실장용 발광 다이오드 모듈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방열판은 납 또는 접착재를 통해 인쇄 회로 기판에 실장되는 것을 특징으로 하는 표면 실장용 발광 다이오드 모듈.
3. 제 2항에 있어서, 상기 몸체는 역바이어스에 따른 발광 다이오드의 손상을 방지하기 위한 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 실장용 발광 다이오드 모듈.
4. 제 3항에 있어서, 상기 리드 핀은 바깥 방향을 향하여 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 실장용 발광 다이오드 모듈.
5. 제 3항에 있어서, 상기 리드 핀은 내부 방향을 향하여 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 실장용 발광 다이오드 모듈.