KR20080057881A - 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치에 있어서, 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀이 형성된 인쇄회로기판 및 상기 알루미늄층에 밀착되도록 히트 싱크가 형성된 발광 소자 패키지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의한 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법은 발광 소자 패키지에서 발생한 열이 이동하는 층의 수가 줄어듬으로써 열의 이동거리가 짧아지게 되며, 결국 열 저항값이 낮아지게 되어 열 방출에 탁월한 효과를 갖는다. 또한, 발광 소자 패키지의 히트 싱크에 따라 드릴 사이즈만 바꾸면 다양한 발광 소자 패키지에도 적용이 가능하며, 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판에 바로 적용이 가능하다.
인쇄회로기판, LED, 히트 싱크, 방열

Description

인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법{Printed circuit board, light emitting apparatus having the same and method for manufacturing thereof}
도 1은 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치에서 열 방출 경로를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 인쇄회로기판 12 : 알루미늄층
14 : 절연층 16 : 구리층
18 : PSR층 30 : 솔더
50 : 발광 소자 패키지 52 : 히트 싱크
54 : 리드
본 발명은 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 발광다이오드에 적합한 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode;이하 LED라 함)는 화합물반도체 박막을 기판상에 증착하여 전계 효과로 발광을 실현하는 소자로서, 최근 조명용, 통신용 및 각종 전자기기의 표시부로 활발히 사용되고 있는 소자이다.
LED의 다양한 응용분야 중 LCD와 같은 박막형 TV에 사용되는 백라이트 유닛(Back Light Unit;BLU)과 형광등을 대체할 수 있는 조명용 분야에 대한 각 연구자들의 노력이 매우 활발하게 진행되고 있다. 이들의 응용분야에 LED가 적용되기 위하여 LED의 구조, 재료, 패키지(package)에 대한 연구가 매우 활발히 진행중이다. LED의 기능 발현은 전자와 정공이 주입되고 이들이 결합, 해리 시 에너지를 빛의 형태로 발산하는 과정이다. 이 때 다수의 에너지는 열로서 방출되는데 발생되는 열은 패키지 제조시 적절한 히트 싱크(heat sink)에 의해 완화될 수 있다.
그러나, LED 칩 크기가 1㎜×1㎜ 이상의 고출력 LED의 개발이 본격화 되면서 LED의 밝기는 10cd 이상을 구현하게 되었고, LED 모듈도 고출력 칩을 여러 개로 나열하여 다양한 LED 모듈 예를 들어, 전광판, 백라이트 유닛 및 조명용 모듈 등에 사용되게 되었다.
이런, 응용 제품의 경우 사용되는 LED의 개수가 많기 때문에 LED에서 방출되 는 열의 온도가 매우 높아지고, LED의 경우 빛의 밝기는 LED의 열과 반비례하기 때문에 LED가 장착된 인쇄회로기판과 같은 LED 모듈에서의 열의 문제를 해결하지 않고서는 신뢰성 및 요구되는 빛의 밝기를 구현하는데 제약이 따르는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 방열에 효과적인 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 인쇄회로기판은 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 발광 소자 패키지가 장착되도록 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치에 있어서, 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀이 형성된 인쇄회로기판 및 상기 알루미늄층에 밀착되도록 히트 싱크가 형성된 발광 소자 패키지 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법은 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판을 준비하는 단계와, 상기 인쇄회로기판에 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀을 형성하는 단계 및 발광 소자 패키지를 상기 홀이 형성된 인쇄회로기판에 장착하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다. 또한, 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 도면들에서 층들 및 영역들의 치수는 명료성을 위해 과장되어있다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 도 1에 도시된 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치에서 열 방출 경로를 보여주는 개략도를 살펴보기로 한다.
고출력 LED를 이용한 LED 모듈의 경우 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR(Photo Solder Resist)층 순서로 적층된 금속 코어 인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board;MCPCB)을 사용한다.
일반적인 금속 코어 인쇄회로기판의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄층(12)을 기본으로 하여, 구리층(16)으로 회로를 구성하고, 알루미늄층과 구리층을 전기적으로 절연시키기 위하여 에폭시로 이루어진 절연층(14)이 알루미늄층과 구리층 사이에 위치하며, 구리층(16) 위에는 PSR층(18)이 위치하며, 구리층이 필요한 부위에만 PSR층이 제거되어 있고, PSR층 또한 전기적으로 절연의 역할을 한다.
또한, LED 칩이 장착된 발광 소자 패키지(20)는 솔더(solder, 30)에 의해 금 속 코어 인쇄회로기판의 구리층(30)에 부착되며, 발광 소자 패키지(20)에서 발생된 열은 솔더(30), 구리층(16), 절연층(14), 알루미늄층(12)을 통하여 공기 중으로 방출된다. 여기서, 방출되는 열은 방열 면적에 비례하고, 거리에 반비례하기 때문에 열의 이동 경로는 LED 칩을 중심으로 수직하게 이동하게 된다.
여기서, 본 발명에 있어서 열의 이동에 관한 이해를 돕기 위해 수학식 1에서 열 저항값(Rth)의 공식에 대해 살펴보기로 한다.
Figure 112006094925054-PAT00001
수학식 1에서 L은 열흐름과 수직한 면의 두께, k는 열 전도율(thermal conductivity), A는 열흐름과 수직한 면의 면적을 의미한다.
따라서, 열 저항값이 낮을수록 방열 효과가 우수한 것을 의미하는바, 열 저항값을 낮추기 위해서는 L 값은 작아야 하고, A 값은 커야한다. 따라서, 본 발명에 있어서 방열 효과를 증대시키기 위해서는 열이 이동하는 거리, 즉 열이 통과하는 층의 수가 줄어들어야 한다.
도 2는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 의한 인쇄회로기판(10)은 알루미늄층(12), 절연층(14), 구리층(16), PSR층(18) 순서로 적층된 금속 코어 인쇄회로기판에서, 발광 소자 패키지가 장착되도록 알루미늄층(12)의 소정 깊이까지 홀(40)이 형성되어 있다.
또한, 발광 소자 패키지의 히트 싱크와 알루미늄층이 밀착되어, 상기 밀착된 알루미늄층을 통하여 발광 소자 패키지에서 발생한 열이 방출된다.
다시 말해, 본 발명에 의한 인쇄회로기판에 있어서, 발광 소자 패키지에서 발생한 열의 이동 경로는 홀이 형성된 인쇄회로기판의 알루미늄층이 된다. 따라서, 열의 이동 거리 또한 획기적으로 줄어들어 방열에 효과적이다.
도 3은 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는 인쇄회로기판(10)과 발광 소자 패키지(50)로 구성된다.
먼저, 인쇄회로기판(10)은 알루미늄층(12), 절연층(14), 구리층(16), PSR층(18) 순서로 적층된 금속 코어 인쇄회로기판에서 알루미늄층(12)의 소정 깊이 까지 홀이 형성되어 있다. 즉, 발광 소자 패키지(50)는 상기 홀이 형성된 인쇄회로 기판(10)에 장착이 되는 것이다..
또한, 발광 소자 패키지(50)는 알루미늄층(12)에 밀착되도록 히트 싱크(52))가 형성되어 있다.
즉, 본 발명에 의한 발광 소자 패키지(50)는 일반적인 발광 소자 패키지와 달리 홀이 형성된 인쇄회로기판의 알루미늄층에 밀착시켜 열이 잘 전달될 수 있도록 발광 소자 패키지 하부에 히트 싱크(52)가 돌출된 형상으로 형성되어 있는 것이다.
여기서, 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는 히트 싱 크(52)와 밀착된 알루미늄층을 통하여 발광 소자 패키지에서 발생한 열이 외부로 방출된다.
결국, 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치에서는 솔더, 구리층, 절연층, 알루미늄층을 통하여 열이 이동하였으나, 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는 알루미늄층만을 통하여 열을 방출함으로써 열이 이동하는 층의 수가 줄어들고, 열의 이동거리 또한 짧아져 방열 효과가 우수하다. 또한, 물질과 물질 사이의 경계가 많으면 많을수록 열전도율은 떨어지는바, 본 발명에 의한 경우 알루미늄층만을 통과하면 되므로 열전도율 또한 높으므로 방열 효과가 더욱더 좋은 것이다.
다시 말해, 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치와 달리 본 발명에 의할 경우 열 저항값은 구리층과 절연층의 열 저항값이 생략이 되므로 전체적으로 열 저항값은 줄어들게 된다. 따라서, 열의 이동이 훨씬 좋아진 것이다.
또한, 본 발명에 의할 경우 발광 소자 패키지의 리드(54)는 솔더(30)를 이용하여 회로가 구성된 구리층(16)과 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는 히트 싱크(52)의 측면부와 인쇄회로기판(10)이 솔더(30)에 의해 결합되는 것이 바람직하다.
이는, 발광 소자 패키지와 인쇄회로기판을 단단히 고정시키기 위해서 필요한 것이며, 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치와는 달리 측면부만을 솔더에 의해 인쇄회로기판과 부착시킴으로써, 히트 싱크와 알루미늄층이 접하는 면적이 넓어지고, 솔더를 거치지 않고 히트 싱크에서 알루미늄층으로 직접 열이 전달되어 열이 더 잘 방출되는 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
먼저, 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판을 준비한다(S41). 이는 고출력의 LED를 사용하는 LED 모듈의 경우 금속 코어 인쇄회로기판을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.
다음으로, 인쇄회로기판에 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀을 형성한다(S43).
여기서, 본 발명에 의할 경우, 홀은 컴퓨터 수치 제어(Computer Numerical Control;CNC) 방식에 의하며, 드릴에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 홀의 크기는 발광 소자 패키지의 크기에 따라 드릴 사이즈를 바꾸어 다르게 형성할 수 있다.
이는, 인쇄회로기판에 홀을 형성하는 공정을 드릴 가공이라 하며, 인쇄회로기판 설계에 요청된 홀 정보를 기초로 하여, X-Y 좌표를 이용하여, 컴퓨터 수치 제어 방식으로 인쇄회로기판에 홀을 형성하기 때문이다.
또한, 홀의 깊이는 발광 소자 패키지의 히트 싱크(52)의 두께 정보를 기초로 하여 결정된다.
다시 말해, 발광 소자 패키지에서 발생한 열이 알루미늄층(12)으로 바로 전달되기 위해서, 히트 싱크(52)와 알루미늄층(12) 밀착될 수 있도록 홀의 깊이가 결정되는 것이다.
마지막으로, 발광 소자 패키지를 상기 홀이 형성된 인쇄회로기판에 장착한다(S45).
여기서, 본 발명에 의할 경우 발광 소자 패키지의 히트 싱크와 상기 알루미늄층이 밀착되도록 발광 소자 패키지를 장착하는 것이 바람직하다.
이는, 앞에서 설명한 바와 같이 발광 소자 패키지에서 발생한 열이 알루미늄층으로 직접 전달되도록 하기 위함이다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 인쇄회로기판, 이를 포함하는 발광 장치 및 그 제조 방법은 발광 소자 패키지에서 발생한 열이 이동하는 층의 수가 줄어듬으로써 열의 이동거리가 짧아지게 되며, 결국 열 저항값이 낮아지게 되어 열 방출에 탁월한 효과를 갖는다. 또한, 발광 소자 패키지의 히트 싱크에 따라 드릴 사이즈만 바꾸면 다양한 발광 소자 패키지에도 적용이 가능하며, 일반적인 금속 코어 인쇄회로기판에 바로 적용이 가능하다.

Claims (9)

  1. 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 발광 소자 패키지가 장착되도록 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은
    상기 장착된 발광 소자 패키지의 히트 싱크와 상기 알루미늄층이 밀착되도록 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판.
  3. 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치에 있어서,
    상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀이 형성된 인쇄회로기판; 및
    상기 알루미늄층에 밀착되도록 히트 싱크가 형성된 발광 소자 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지의 리드는
    솔더(solder)를 이용하여 상기 구리층과 연결되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치는
    상기 히트 싱크의 측면부와 상기 인쇄회로기판이 솔더에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치.
  6. 알루미늄층, 절연층, 구리층, PSR층 순서로 적층된 인쇄회로기판을 준비하는 단계;
    상기 인쇄회로기판에 상기 알루미늄층의 소정 깊이까지 홀을 형성하는 단계; 및
    발광 소자 패키지를 상기 홀이 형성된 인쇄회로기판에 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 홀을 형성하는 단계는
    컴퓨터 수치 제어(CNC) 방식에 의하며, 드릴을 이용하여 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 홀의 깊이는
    상기 발광 소자 패키지의 히트 싱크의 두께 정보를 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 발광 소자 패키지를 장착하는 단계는
    상기 발광 소자 패키지의 히트 싱크와 상기 알루미늄층이 밀착되도록 장착하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판을 포함하는 발광 장치의 제조 방법.
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