KR20060009976A - 히트 씽크 일체형 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 열교환돌기를 구비하는 방열 기판과, 상기 방열 기판상에 형성된 전극 및 상기 방열 기판 또는 상기 전극에 실장된 칩을 포함하는 발광다이오드를 제공한다. 여기에서, 열교환기는 상기 칩이 실장된 면에 상향 돌출되거나, 상기 칩이 실장된 면에 대해 하향 돌출된다. 이와같이, 열전도도가 매우 우수한 금속성의 방열기판을 하부 기판으로 사용하여 발광 다이오드를 제작함으로써, 별도의 회로 기판 또는 슬러그를 사용하지 않고도 발광 칩의 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.
방열 기판, LED, 절연막, 전극, 발광 칩

Description

히트 씽크 일체형 발광 다이오드{Combination heat sink light emitting diode}
도 1은 본 발명에 따른 방열 기판을 설명하기 위한 입체도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 방열 기판 12 : 실장판
14 : 열 교환 돌기 20 : 발광 칩
25 : 반사컵 30 : 절연막
40, 45 : 전극 50, 55 : 와이어
60 : 몰딩부
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 특히 도전성의 방열 기판을 기판으로 하는 방열 기판 일체형의 발광 다이오드에 관한 것이다.
발광 다이오드의 밝기는 발광칩에 인가되는 전류에 비례하고, 또한, 발광칩 이 발산하는 열은 발광칩에 인가되는 전류에 비례한다. 이에 발광 다이오드의 밝기를 밝게 하기 위해서는 고전류을 인가하여야 하지만, 이에 비례하여 발생하는 발광 칩은 그 자체적으로 발산되는 열로 인해 손상을 받게 되어 무한정 높은 전류을 인가할 수 없는 문제가 발생한다.
이에, 기 형성된 발광 다이오드를 방열 기판 상에 장착함에 관해서는 대한민국 공개특허 특 2004-33434호에 설명되어 있다. 이는 이미 형성된 발광 다이오드를 단지 방열 기판 상에 놓음으로써 외부에 방열 구조를 부가하는 방법에 관한 것으로써, 발광 칩으로부터 발산하는 열이 바로 방열 기판에 나가지 못하고 그 하부의 인쇄 회로 기판에 의해 방열 기판으로 나가게 된다. 이는 단지 발광 다이오드의 방열 면적만을 증가시킬 뿐 방열 특성은 크게 향상되지 못한다.
또한, 방열 기판 겸용 반사판을 구비한 발광 소자에 있어서는 대한민국 특허 실용신안 등록공보 제20-0287171호에 개시되어 있다. 이는 발광 다이오드의 광 휘도를 높이기 위해 사용하는 반사판을 열 전도성 금속재로 형성하는 것으로써, 직접적으로 열이 발산되는 발광 칩과 방열 기판 겸용 반사판 사이에는 공기, 수지, 또는 인쇄 회로 기판이 존재하게 되어 열전달 특성이 크게 향상되지 못한다.
이와 같이 종래의 기술을 통해서는 발광 칩이 전기적 신호를 광신호로 변환하면서 발산하는 열을 효과적으로 외부로 방출할 수 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 열전도도가 매우 우수한 금속성의 방열 기판을 하부 기판으로 사용하여 발광 칩의 열을 외부로 효과적으 로 방출할 수 있고, 별도의 회로 기판 및 슬러그를 사용하지 않고, 방열 기판을 이용하여 발광 다이오드를 제작할 수 있어 발광 칩의 열을 효과적으로 방출할 수 있는 발광 다이오드를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 열 교환기를 일체로 구비한 방열 기판과, 상기 방열 기판상에 형성된 전극 및 상기 방열 기판 또는 상기 전극에 실장된 칩;을 포함하는 발광 다이오드를 제공한다.
상기에서, 상기 열교환기는 상기 칩이 실장된 면에서 상향 돌출되거나, 상기 칩 실장면에 대해 하향 돌출된 복수개이다. 또한, 상기 칩은 전극상에 실장되어 통전되거나, 상기 방열 기판상에 실장되어 절연되고, 상기 전극패턴은 상기 방열 기판에 대하여 절연되된다. 그리고, 상기 방열 기판의 상기 칩 실장부분은 기준면에 대하여 함몰되어, 반사컵을 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 발광 다이오드는 방열 기판과, 방열 기판상에 형성된 전극패턴과, 전극에 실장된 발광 칩을 포함하여 이루어진다. 방열 기판은 열전도성이 우수한 금속물질을 사용한다.
도 1은 본 발명에 따른 방열 기판을 설명하기 위한 입체도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 방열 기판(10)은 발광 칩이 실장될 실장판(12)과, 실장판(12) 하부에 외부와 열교환을 위한 열 교환 돌기(14)들을 포함한다.
실장판(12)과 열 교환 돌기(14)는 동일한 재질을 사용하거나, 서로 다른 재질을 사용한다. 즉, 본 발명의 방열 기판(10)은 소정의 금형 공정을 통해 제작한다. 또는 각기 실장판(12)과 열 교환 돌기(14)를 제작한 다음, 이를 결합시켜 제작한다. 도 1에 도시된 실장판(12)은 본 발명의 발광 다이오드의 사용 목적과 용도에 따라 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 마름모형 및 사다리형을 포함하는 다양한 도형 형상으로 제작한다. 도 1에는 열 교환 돌기(14)들이 실장판(12) 하부에 사각형 기둥 형상으로 도시되어 있다. 이러한 열 교환 돌기(14) 각각은 공기를 통한 열 교환을 극대화하기 위한 형태로 배열된다. 즉, 중심부에 제 1 열 교환 돌기(14a)들이 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 체외각에 제 2 열 교환 돌기(14b)들이 제 1 열 교환 돌기(14a)들을 감싸고 있는 형태로 배열된다. 각각의 열교환 돌기(14)간에는 소정 간격 떨어져 있어 공기의 출입이 쉽게 이루어지게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 다이오드를 소정의 장치에 쉽게 장착될 수 있게 하기 위해, 제 2 열 교환 돌기부(14b)에 소정의 홈이 형성될 수도 있다. 또한, 열 교환 돌기(14)들은 실장판(12) 상부에 형성될 수도 있고, 실장판(12)의 측면에도 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명이 발광 다이오드는 열 전도성을 갖는 방열 기판(10)과, 방열 기판(10)에 실장된 발광 칩(20)과, 방열 기판(10) 상부에 형성된 전극(40 및 45)과, 발광칩(20)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함한다. 또한, 발광 칩(20)과 전극(40 및 45)을 전기적으로 연결하는 소정의 와이어(50 및 55)들 더 포한다. 또한, 발광 칩(20) 상부에 발광 칩(20)으로부터 방출된 광을 흡수하여 파장을 변화시키는 소정의 형광체(미도시)를 더 포함한다. 발광 칩(20)이 실장을 위한 소정의 페이스트(미도시)를 더 포함한다.
방열 기판(10)으로 열 전도성 및 전기 전도성이 우수한 금속물질을 사용하되, 도 1에서 설명한 방열 기판을 사용한다. 이때, 방열 기판(10)의 열교환기는 복수개로 구성되고, 상기 칩이 실장된 면에서 상향 돌출되거나, 상기 칩 실장면에 대해 하향 돌출되거나 측면에 돌출된다. 방열 기판(10)은 일반적인 전기적 소자의 방열을 위한 모든 방열 기판을 사용한다. 또한, 방열 기판(10)의 소정 영역에 열 교환효율을 높이기 위한 소정의 팬(미도시)을 장착한다. 또한, 방열 기판(10)과 전극(40 및 45)간의 절연을 위해 소정의 절연막(30)을 형성할 수 있다.
몰딩부(60)는 광학 렌즈 형태, 평판 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성한다.
본 발명의 표면 실장형 발광 다이오드는 다양한 실시예가 가능하다. 이하, 상기 도면을 참조하여 다양한 형태의 실시예에 관해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 도 2에 도시된 바와 같이 발광 다이오드는 열 전도성의 방열 기판(10)과, 방열 기판(10)에 실장된 발광 칩(20)과, 상기 발광 칩(20)이 실장된 영역을 제외한 방열 기판(10) 상에 형성된 절연막(30)과, 절연막(30) 상에 형성된 전극 (40 및 45)과, 발광 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함한다.
전극(40 및 45)은 발광 칩(10)의 양 단자 및 음 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)으로 구성한다. 그리고, 제 1 및 제 2 와이어(50 및 55)를 이용하여 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)과 발광 칩(10)을 전기적으로 연결한다.
도 2의 절연막(30)과 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 인쇄 기법을 통해 형성한다. 즉, 방열 기판(10) 상부에 절연막(30)을 형성 다음, 절연막(30) 상에 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)을 형성한다.
이를 위해 먼저, 발광 칩(20)의 실장 영역을 제외한 방열 기판(10) 상부에 절연막(30)을 인쇄한 이후, 절연막(30) 상에 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)을 인쇄한다. 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속물질로 형성하되, 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
도 2의 발광 칩(20)은 방열 기판(10) 상에 절연성 및 도전성 페이스트를 이용하여 실장한다. 몰딩부(60)는 소정의 에폭시 수지를 이용한 사출 공정을 통해 형성한다.
몰딩부(60) 외부로 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)의 소정영역이 노출되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제 1 및 제 2 전극(40)과 외부 전류 입력 단자(미도시)를 전기적으로 연결하여 발광 칩(20)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
이로써, 별도의 회로 기판 및 슬러그를 사용하지 않고, 방열 기판(10)을 이용하여 발광 다이오드를 제작할 수 있고, 발광 칩(20)의 열을 효과적으로 방출할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드는 도 3에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드는 방열 기판(10) 상부에 광학 렌즈를 갖는 몰딩부(60)를 형성가능하다. 이에따라, 발광 칩(20)에 외부 전원을 인가하기 위한 전극(40 및 45)은 방열 기판(10)의 측면으로 노출되도록 형성한다.
즉, 방열 기판(10)과, 방열 기판(10)에 실장된 발광 칩(20)과, 상기 발광 칩(20)이 실장된 영역을 제외한 방열 기판(10) 상부와 측면에 형성된 절연막(30)과, 절연막(30) 상에 형성된 전극(40 및 45)과, 방열 기판(10) 상부에 발광 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함한다.
도 3에서 전극(40 및 45)은 발광 칩(20)의 양 단자 및 음 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)으로 구성되고, 방열 기판(10)의 상부 및 측면에 형성된다. 이러한 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)과 발광 칩(20)을 제 1 및 제 2 와이어(50 및 55)를 이용하여 연결한다. 도 3의 절연막(30)과 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 인쇄 기법을 통해 형성한다. 방열 기판(10)에 절연막(30)을 형성한 다음, 절연막(30) 상에 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)을 형성한다. 도 3의 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속물질로 형성하되, 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
도 3에서 설명한 몰딩부(60)는 소정의 에폭시 수지를 이용한 사출 공정을 통해 형성한다. 이 뿐만 아니라, 별도의 제작틀을 이용하여 제작한 다음, 이를 강압 또는 열처리하여 발광 칩을 몰딩할 수 있다. 몰딩부(60)는 발광 칩(20) 상부 영역 에 광학 렌즈가 형상으로 제작한다. 도 3에서와 같이 방열 기판(10) 상부에 형성된 전극(40 및 45)과 발광 칩(20)을 와이어(50 및 55)들로 연결하고, 몰딩부(60)로 발광 칩(20)이 실장된 방열 기판(10) 상부를 완전히 봉지한 다음, 방열 기판(10) 측면에 노출된 전극과 외부의 전원단자들이 접속되어 발광 칩에 외부 전원을 인가한다.
본 발명의 발광다이오드는 도 4에서와 같이, 방열 기판(10)의 소정 영역에 반사컵(25)을 형성하고 반사컵(25) 하부에 발광 칩(20)을 실장한다. 즉, 반사컵(25)이 형성된 방열 기판(10)과, 반사컵(25) 내부에 실장된 발광 칩(20)과, 방열 기판(10) 상에 형성된 절연막(30)과, 절연막(30) 상에 형성된 전극(40 및 45)과, 발광 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함한다.
도 4의 전극(40 및 45)은 발광 칩(20)의 음 단자 및 양 단자에 각기 접속하는 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)으로 형성하되, 두 전극은 전기적으로 단전되도록 형성한다. 그리고, 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)과 발광 칩(20)은 제 1 및 제 2 와이어(50 및 55)를 통해 전기적으로 연결된다. 또한, 발광 칩(20) 상에 목표로 하는 색의 빛을 발산하기 위한 소정의 형광체(미도시)를 더 포함한다.
반사컵(25)은 기계적 가공을 통해 방열 기판(10)의 중심영역에 소정의 홈을 형성하되, 홈에 소정의 기울기를 주어 형성된 영역을 지칭한다. 반사컵(25)은 원뿔 형상으로 형성하는 것이 효과적이고, 그 하부 면은 발광 칩(20)이 실장되기 때문에 평평한 것이 바람직하다. 이러한, 본 발명의 반사컵(25)으로 인해 빛의 반사를 최대화 할 수 있고, 방열 기판(10)으로 인해 발광 칩(20)의 열 방출을 효과적으 로 제어할 수 있다.
본 발명의 도 5에 도시된 바와 같은 발광 다이오드는 열 전도성의 방열 기판(10)과, 방열 기판(10) 상에 형성된 절연막(30)과, 절연막(30) 상에 형성된 전극(40 및 45)과, 전극(40 또는 45) 상에 실장된 발광 칩(20)과, 발광 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함한다.
절연막(30)은 열전도성이 우수한 물질을 사용하여 발광 칩(20)의 열을 방열 기판에 효과적으로 전달할 수 있도록 한다. 전극(40 및 45)은 발광 칩(10)의 양 단자 및 음 단자에 접속하기 위한 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)으로 구성한다. 발광 칩(20)은 제 1 전극(40) 상에 실장되고, 와이어(55)를 통하여 제 2 전극(45)과 전기적으로 연결된다.
상기의 절연막(30)과 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 인쇄 기법을 통해 형성한다. 도 5에서는 방열 기판(10)상부 전체 영역에 절연막(30)을 형성한 다음, 그 상부에 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)을 패터닝 하였다. 물론 이에 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)이 형성될 영역 의 방열 기판(10) 상에 절연막(30)을 형성한 다음 그 상부에 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)을 형성할 수도 있다. 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속물질로 형성하되, 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전기적으로 단전되도록 형성한다.
본 발명의 도 6에 도시된 바와 같은 발광 다이오드는 방열 기판(10)과, 방열 기판(10)에 실장된 발광 칩(20)과, 상기 발광 칩(20)이 실장된 영역을 제외한 방열 기판(10) 상부의 소정영역에 형성된 절연막(30)과, 절연막(30) 상에 형성된 전극 (45)과, 방열 기판(10) 상부에 발광 칩(20)을 봉지하는 몰딩부(60)를 포함한다.
본 실시예에서는 방열 기판(10)을 제 1 전극으로 사용하고, 그 상부에 제 2 전극(45)을 형성함으로써, 공정의 단순화를 이룰 수 있다.
절연막(30)은 제 2 전극(45)이 형성될 영역의 방열 기판 상에 형성되고, 그 상부에 제 2 전극(45)을 형성한다. 이후에 와이어(55)을 이용하여 발광 칩과 제 2 전극간을 전기적으로 연결된다. 절연막(30)과 전극(45)은 인쇄 기법을 통해 형성한다. 제 1 및 제 2 전극(40 및 45)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속물질로 형성한다.
상술한 각 실시예는 각 단일 실시예에 한정하지 않고, 각기 서로 조합하여 사용되어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 열전도도가 매우 우수한 금속성의 방열 기판을 하부 기판으로 사용하여 발광 다이오드를 제작함으로써, 별도의 회로 기판 또는 슬러그를 사용하지 않고도 발광 칩의 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.
또한, 반사컵이 형성된 방열 기판을 사용하여 발열을 효과적으로 외부로 방출할 수 있고, 빛의 휘도를 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 열 교환기를 일체로 구비한 방열 기판;
    상기 방열 기판상에 형성된 전극; 및
    상기 방열 기판 또는 상기 전극에 실장된 칩;을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 칩이 실장된 면에서 상향 돌출되거나, 상기 칩 실장면에 대해 하향 돌출된 복수개인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칩은 전극상에 실장되어 통전되거나, 상기 방열 기판상에 실장되어 절연된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극패턴은 상기 방열 기판에 대하여 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열 기판의 상기 칩 실장부분은 기준면에 대하여 함몰되어, 반사컵을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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