KR200452491Y1 - 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판 - Google Patents

방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판 Download PDF

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KR200452491Y1
KR200452491Y1 KR2020100005546U KR20100005546U KR200452491Y1 KR 200452491 Y1 KR200452491 Y1 KR 200452491Y1 KR 2020100005546 U KR2020100005546 U KR 2020100005546U KR 20100005546 U KR20100005546 U KR 20100005546U KR 200452491 Y1 KR200452491 Y1 KR 200452491Y1
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김진구
장근식
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주식회사 비에이치디스플레이
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Abstract

본 고안은 빛을 발산하는 엘이디가 실장되며 실장된 엘이디의 방열성을 향상시킬 수 있는 엘이디용 인쇄회로기판에 관한 것이다. 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판은 빛을 발산하는 복수의 엘이디가 전기적으로 연결되는 도전층, 상기 복수의 엘이디와 대응되는 위치에 관통된 안착홈이 형성되고 상기 도전층의 하부에 위치되는 기판층, 상기 기판층과 상기 도전층의 사이를 삽입되어 상기 도전층과 상기 기판층을 접착하는 접착층, 그리고 상기 안착홈과 대응되는 형상으로 상기 안착홈에 삽입되어 상기 엘이디의 열을 방열하는 그라파이트로 형성된 방열부재를 포함할 수 있다. 따라서, 그라파이트의 변형 및 분진의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 그라파이트를 견고히 지지할 수 있으며, 방열성을 향상시킬 수 있다.

Description

방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판{a printed circuit board for LED with improved heat proof function}
본 고안은 빛을 발산하는 엘이디가 실장되며 실장된 엘이디에서 발생되는 열을 방열할 수 있는 방열부재가 설치되는 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판에 관한 것이다.
일반적으로 엘이디(Light Emitting Diode:LED)는 발광다이오드라고도 일컬어지며, 전류를 공급받아 특정한 파장의 빛을 발산하는 것으로서, 저전력으로 밝은 빛을 제공하기 때문에 전구나 형광등을 대신하여 조명의 광원으로 많이 사용되고 있다.
이러한 엘이디는 0.4~0.7㎛의 파장을 가진 스펙트럼의 가시영역과 0.7~2.0㎛ 파장 사이에 있는 근적외선 영역의 빛을 발산하게 되는데, 저전력으로 밝은 빛을 제공하는 대신 많은 열이 방출하게 된다.
한편, 엘이디는 발광하여 일정온도 이상의 열이 발생하면 엘이디에 구비된 전선이 단락되거나 엘이디의 발광효율이 낮아지기 때문에 엘이디를 사용하기 위해서는 엘이디에서 발생되는 열을 방열하는 것이 가장 중요하다.
근래에는 엘이디를 방열하기 위해 엘이디가 실장되는 기판의 하부에 방열부재 예컨대, 히트싱크를 결합하여 사용하였지만 엘이디의 높은 열로 인해 기판이 타거나 눌어붙는 등의 문제점이 발생하여 종래에는 한국특허등록 '10-2005-0092115' 호와 같이 기판에서 방열을 할 수 있는 조명용 엘이디 기판이 개시되었다.
종래의 조명용 엘이디 기판은 열을 확산시키는 그라파이트 시트와, 상기 그라파이트 시트 상에 적층되는 부도체층과, 상기 부도체층 상에 형성되어 엘이디(LED)에 전기적인 구동신호를 공급하는 회로를 구성하는 도전성 박막을 포함하여 구성된다.
이러한 구성의 조명용 엘이디 기판은 엘이디에서 발생하는 열을 엘이디 및 도전성 박막을 지지하는 그라파이트 시트에서 직접 열을 방출하도록 구성하여 기판이 타거나 눌어붙는 것을 방지할 수 있었다.
하지만 종래의 조명용 엘이디 기판은 그라파이트 시트의 경도가 낮기 때문에 쉽게 부러지거나 그라파이트 시트에서 발생하는 분진이 도전성 박막에 안착되어 전기적으로 오작동이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 도전성 박막에 다른 전기소자를 결합하기 위해 고온처리를 할 경우 열팽창 계수의 차이에 의해 그라파이트 시트가 변형되어 파손되는 문제점이 있었다.
본 고안은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안이 해결하고자 하는 과제는 그라파이트에서 발생되는 분진 및 열에 의한 그라파이트의 변형을 최소화할 수 있으며, 방열성을 향상시키기 위한 최적의 조건으로 그라파이트가 설치되는 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판은 빛을 발산하는 복수의 엘이디가 전기적으로 연결되는 도전층;
상기 복수의 엘이디와 대응되는 위치에 하부로 갈수록 좁아지도록 관통된 안착홈이 형성되고 상기 안착홈에는 상기 안착홈의 상부에 위치되는 상기 엘이디를 지지하는 리브가 형성되는 상기 도전층의 하부에 위치되는 기판층;
상기 기판층과 상기 도전층의 사이에 삽입되어 상기 도전층과 상기 기판층을 접착하는 그라파이트가 포함된 접착층; 및
상기 안착홈과 대응되는 형상으로 상기 안착홈에 삽입되어 상기 엘이디의 열을 방열하는 그라파이트로 형성된 방열부재를 포함하는 것을 특징한다.
상기 방열부재는 상기 그라파이트가 결을 가지도록 압축 형성되고, 상기 결은 상기 엘이디에 대해 수직인 상태로 상기 안착홈에 삽입될 수 있다.
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본 고안에 따르면, 엘이디가 위치되는 기판층의 부분에 안착홈을 형성하고 이 안착홈에 그라파이트로 형성되는 방열부재를 설치함으로써, 상대적으로 경도가 낮은 그라파이트의 지지를 견고히 할 수 있는 동시에 그라파이트의 열에 의한 변형을 방지할 수 있으며, 그라파이트에서 발생되는 분진을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 방열부재를 구성하는 그라파이트의 결이 열전도도가 높아지도록 엘이디에 대해 수직인 상태로 설치되어 엘이디의 방열을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 방열부재가 삽입되는 안착홈의 리브 또는 하단이 좁아지도록 형성하여 방열부재의 지지를 견고히 하며 방열부재가 기판층에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판에서 방열부재가 분리된 상태를 저면에서 바라본 사시도이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판을 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판의 안착홈을 도시한 저면도이다
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판의 안착홈의 변형예를 도시한 저면도이다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판의 안착홈의 다른 변형예를 도시한 측단면도이다.
이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판(100)에는 엘이디(200, Light Emitting Diode:LED)가 실장될 수 있다. 이 엘이디(200)는 전류를 흐르게 할 때 적외선이나 가시광선을 방출하는 반도체 장치로서, 일반적으로 0.4~0.7㎛의 파장을 가진 스펙트럼의 가시영역과 0.7~2.0㎛ 파장 사이에 있는 근적외선 영역에서 발광하여 빛을 발산한다. 이렇게 엘이디(200)는 일반 전구보다 밝은 빛을 내는 대신 많은 량의 열을 방출하기 때문에 엘이디(200)의 열을 빠르게 방출하여 온도를 낮추면 엘이디(200)의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엘이디(200)가 빛을 내는 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 엘이디(200)의 외부에는 전기접속되는 복수의 리드(210)가 저면에 구비될 수 있으며, 저면에 위치되는 리드(210)의 사이에는 열을 방출하는 방열패드(230)가 구비될 수 있다. 한편, 엘이디(200)는 공지된 반도체 장치이므로 그 상세한 설명은 생략하고, 본 실시예의 엘이디(200)는 다양한 종류의 공지된 엘이디(200)가 사용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판에서 방열부재가 분리된 상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판을 도시한 측단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판(100)은 도전층(110)을 포함한다. 이 도전층(110)은 복수의 엘이디(200)를 서로 전기적으로 연결(141)하는 회로 배선이 형성되는 층으로서, 외부의 전원장치에서 공급되는 전원를 엘이디(200)로 공급할 수 있다.
한편, 도전층(110)은 동박(copper foil)을 포토레지스트로 덮고 회로 배선이 새겨진 네거티브 필름을 통해 포토레지스트 위로 빛을 비춰 경화시킨 에칭(동판의 부식)을 통해 경화된 부분을 제외한 부분을 제거하는 형태로 형성될 수 있다.
그리고 도전층(110)의 상부에는 엘이디(200) 외의 전기소자 예컨대, 콘덴서, 저항, 반도체 등이 함께 서로 전기적으로 연결(141)되도록 납땜되는 형태로 결합될 수 있으며, 도전층(110)은 하기에 설명될 기판층(130)의 상면 및 저면에 각각 결합될 수도 있다.
방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판(100)은 기판층(130)을 포함한다. 이 기판층(130)은 도전층(110)의 하부에 위치되어 도전층(110)을 지지할 수 있다.
한편, 기판층(130)은 판 형상으로 형성되고, 에폭시계 수지 더 구체적으로는 복합에폭시수지(Composite Epoxy Material:CEM)로 형성될 수 있다. 그리고 기판층(130)에는 전기소자 예컨대, 저항, 콘덴서, 인덕터 등에 구비되는 전극이 결합되는 스루홀(thru hole)이나 서로 다른 도전층(110)을 연결(141)하는 비아홀(via hole) 등이 형성될 수 있다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판의 안착홈을 도시한 저면도이다
도 3에 도시된 바와 같이, 기판층(130)에는 안착홈(131)이 형성될 수 있다. 이 안착홈(131)은 하기에 설명될 방열부재(140)가 삽입되는 곳으로서, 도전층(110)에 설치되는 엘이디(200)와 대응되는 위치에 기판층(130)을 관통하는 형태로 형성될 수 있다.
즉, 엘이디(200)와 대응되는 위치에 안착홈(131)이 형성되고, 이 안착홈(131)에 방열부재(140)가 설치됨으로써, 엘이디(200)의 하부에 바로 방열부재(140)가 위치되어 엘이디(200)에서 발생하는 열을 용이하게 방열시킬 수 있다.
한편, 안착홈(131)은 엘이디(200)와 유사한 크기로 형성될 수 있으며, 복수의 엘이디(200)가 설치될 경우 설치되는 엘이디(200)의 개수와 동일한 개수로 형성될 수 있다.
안착홈(131)은 다음과 같이 다양하게 변형될 수 있다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판의 안착홈(131)의 변형예를 도시한 저면도이고, 도 5는 본 고안의 실시예에 따른 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판의 안착홈의 다른 변형예를 도시한 측단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 변형예에서의 안착홈(133)에는 리브(135)가 형성될 수 있다. 이 리브(35)는 안착홈(133)의 상부에 위치되는 엘이디(200)가 안착홈(133)으로 이탈되는 것을 방지하는 동시에 방열부재(140)를 지지하여 방열부재(140)가 안착홈(133)에서 쉽게 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 리브(135)는 안착홈(133)의 내주에서 복수 개가 안착홈(133)의 내측을 향해 돌출되는 형태로 형성될 수 있으며, 안착홈(133)을 가로지르는 형태로도 형성될 수 있고, 복수의 리브(135)가 교차되는 형태 즉, "+"형상으로도 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다른 변형예에서의 안착홈(137)은 하단으로 갈수록 좁아지는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 안착홈(137)의 하부로 갈수록 좁아지는 형태로 형성하여 방열부재(140)가 안착홈(137)의 하부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 방열부재(140)는 엘이디(200)가 도전층(110)에 결합되기 전 안착홈(137)에 삽입되고, 그 상부에 엘이디(200)가 도전층(110)에 결합되어 엘이디(200)에 의해 기판층(130)의 상부로 방열부재(140)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 다른 변형예의 안착홈(137)에 변형예의 리브(135)가 함께 형성될 수 있음은 물론이다.
방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판(100)은 접착층(120)을 포함한다. 이 접착층(120)은 도전층(110)과 기판층(130)의 사이에 삽입되어 도전층(110)과 기판층(130)을 서로 접착시킬 수 있다. 한편, 접착층(120)은 박막의 필름 형태로 형성되거나 기판층(130)의 상부에 도포되는 형태로 도전층(110)과 기판층(130)의 사이에 삽입될 수 있으며, 접착층(120)은 열전도도가 높으며 절연성이 우수한 열경화성 합성수지계의 접착제로 구성될 수 있다.
한편, 접착층(120)은 그라파이트(graphite)를 포함할 수 있다. 이 그라파이트는 열전도도가 높아 엘이디(200)에서 발생되는 열을 방열부재(140)로 용이하게 전달하여 방열성을 향상시킬 수 있다. 이때, 그라파이트는 가루 형태로 접착층(120)을 구성하는 접착제에 혼합될 수 있다.
방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판(100)은 방열부재(140)를 포함한다. 이 방열부재(140)는 기판층(130)에 형성되는 안착홈(131)에 삽입되어 엘이디(200)에서 발생되는 열을 전달받아 외부의 공기와 열교환하는 형태로 방열할 수 있다.
한편, 방열부재(140)는 방열성이 우수한 그라파이트로 안착홈(131)과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 그라파이트로 형성된 방열부재(140)이 안착홈(131)에 안착되는 형태로 결합됨으로써, 그라파이트가 열에 의한 변형을 방지할 수 있으며, 그라파이트에서 발생되는 분진을 최소화할 수 있다.
그리고 방열부재(140)가 그라파이트로 형성될 때에는 그라파이트가 결(141)을 가지도록 형성될 수 있으며, 그라파이트에 형성되는 결(141)이 엘이디(200)에 대해 수직인 상태로 안착홈(131)에 삽입될 수 있다.
여기서, 방열부재(140)는 그라파이트로 압축 형성된 그라파이트 시트(sheet)를 복수 개 적층하여 압축하는 형태로 결(141)을 가지도록 형성되거나, 그라파이트를 압축하고 압축된 상면에 다시 그라파이트를 넣어 압축하는 형태로 결(141)을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 결(141)은 그라파이트를 적층하지 않고 판 형상으로 압축할 때에도 압축력이 작용하는 방향 예컨대, 그라파이트에 대해 수직으로 압축을 할 경우, 그라파이트의 수직방향의 경도보다 그라파이트의 수평방향으로의 경도가 약하기 때문에 그라파이트의 조직 내에 수평방향으로 결(141)이 발생되는 형태로도 형성될 수 있다.
이렇게 결(141)이 형성되는 부분은 그라파이트의 밀도가 높기 때문에 상대적으로 그라파이트의 밀도가 낮은 부분보다 열전도가 빠르게 이루어질 수 있다.
즉, 엘이디(200)에 대해 수평상태로 결이 위치된 경우 엘이디(200)의 하부로 열이 전도가 빨리 이루어져야 하지만 결(141)과 인접한 결(141)의 사이에 밀도가 낮은 부분이 위치되기 때문에 하부로의 열전도가 빨리 이뤄지지 않아 열전도도가 낮아지게 되고, 엘이디(200)에 대해 수직상태로 결이 위치된 경우 엘이디(200)의 하부로 결(141)이 형성되어 결(141)이 수평상태로 위치된 경우보다 상대적으로 열전도도가 높아지게 된다.
본 고안자는 결(141)이 엘이디(200)에 대해 수평상태일 때와 수직상태일 때의 열전도도를 하기와 같이 측정하였다.
실험을 수행한 결과, 결(141)이 엘이디(200)에 대하여 수직인 상태일 때의 열전도도는 180~300(w/mK)이고, 엘이디(200)에 대하여 수평상태일 때의 열전도도는 30~35(w/mK)로 측정되었다. 참고로 알루미늄의 열전도도는 20~30(w/mK)이었다.
상기한 결과에서 알 수 있듯이 방열부재(140)의 결(141)이 수평상태보다 수직상태로 안착홈(131)에 삽입되는 것이 열전도도가 더 높아 방열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, 실험에 사용된 방열부재(140)는 복수의 그라파이트 시트를 적층하여 압축하고, 이로 인해 발생된 결(141)이 엘이디(200)에 대해 수직인 상태로 안착홈(131)에 삽입되도록 안착홈(131)과 대응되는 형상으로 형성하였다.
아울러, 방열부재(140)는 엘이디(200)의 하부에 위치되는 접착층(120)에 결합되어 엘이디(200)의 열을 방열할 수 있다.
또한, 방열부재(140)는 기판층(130)의 안착홈(131)에 방열부재(140)가 삽입된 상태로 직접 엘이디(200)에 접촉되는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 안착홈(131)은 방열부재(140)가 안착홈(131)에서 이탈되지 않도록 하부로 갈수록 좁은 형상으로 형성되고, 접착층(120)은 기판층(130)에 안착홈(131)을 제외한 부분에만 도전층(110)과 기판층(130)을 접착하도록 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
엘이디(200)는 도전층(110)에 납땜으로 결합되며, 도전층(110)의 하부에는 기판층(130)이 위치하게 된다. 그리고, 기판층(130)과 도전층(110)의 사이에는 접착층(120)이 삽입되어 도전층(110)과 기판층(130)을 접착하게 된다. 이때, 기판층(130)에 형성된 안착홈(131)에는 방열부재(140)의 결(141)이 엘이디(200)에 수직인 상태로 삽입되도록 형성되어 안착홈(131)에 안착된다.
이렇게 구성된 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판은 엘이디(200)가 점등되어 빛을 발산하면 엘이디(200)에서 발생되는 열을 방열부재(140)가 흡수하고, 방열부재(140)는 외부와 열교환 함으로써, 엘이디(200)의 온도를 낮춰 엘이디(200)의 내구성 및 엘이디(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 방열부재(140)는 그라파이트로 형성되고, 결(141)이 엘이디(200)에 대해 수직인 상태로 엘이디(200)의 하부에 배치되어 공기와 접촉되는 방열부재(140)의 하부로 열을 빠르게 전도함으로써, 공기와 방열부재(140)의 열교환이 신속하게 이루어져 엘이디(200)의 방열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판층(130)이 에폭시계 수지로 형성되어 상대적으로 경도가 약한 그라파이트로 형성된 방열부재(140)를 견고하게 지지할 수 있는 동시에 열이 발생되는 엘이디(200)의 하부에만 방열부재(140)를 설치하여 그라파이트로 인한 분진의 발생을 최소화할 수 있으며, 접착층(120) 또한 그라파이트를 포함하고 있어 방열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러, 기판층(130)에 형성되는 안착홈(131,133,137)은 리브(135)가 형성되거나 하부로 갈수록 좁아지는 형태로 형성되어 방열부재(140)의 지지를 견고하게 할 수 있는 동시에 방열부재(140)의 이탈을 방지할 수 있다.
이상에서 본 고안의 실시예를 설명하였으나, 본 고안의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 고안의 실시예로부터 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판 110: 도전층
120: 접착층 130: 기판층
131,133,137: 안착홈 135: 리브
140: 방열부재 141: 결
200: 엘이디 210: 리드
230: 방열패드

Claims (5)

  1. 빛을 발산하는 복수의 엘이디가 전기적으로 연결되는 도전층;
    상기 복수의 엘이디와 대응되는 위치에 하부로 갈수록 좁아지도록 관통된 안착홈이 형성되고 상기 안착홈에는 상기 안착홈의 상부에 위치되는 상기 엘이디를 지지하는 리브가 형성되는 상기 도전층의 하부에 위치되는 기판층;
    상기 기판층과 상기 도전층의 사이에 삽입되어 상기 도전층과 상기 기판층을 접착하는 그라파이트가 포함된 접착층; 및
    상기 안착홈과 대응되는 형상으로 상기 그라파이트가 결을 가지도록 압축 형성되고, 상기 결은 상기 엘이디에 대해 수직인 상태로 상기 안착홈에 삽입되어 상기 엘이디의 열을 방열하는 그라파이트로 형성된 방열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판.
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