KR20080082295A - Ｌｅｄ 소자를 금속 기판에 실장하는 방법 및 실장한 금속기판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, LED의 실장 밀도를 올려 소형화를 용이하게 하고, 방열 효과를 올려 LED의 수명을 연장하는 LED 실장 방열 금속 기판의 제조 방법 및 LED 실장 금속 방열 기판을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 방열판을 겸하는 열전도가 양호한 금속 기판 상에 직접 LED 소자를 고정함으로써, 방열을 비약적으로 향상시킬 수가 있고, 또한 오목부의 깊이(임의)도 자유도가 있고, 가압 소성 변형시키지 않고 적층 밀착으로 배선 회로를 금속 방열 기판에 형성하므로 단선, 단락의 염려는 없다.

또한, 본 발명에 따르면, 금속 기판에 오목부를 만들고, LED 소자를 넣어 방열 금속 기판에 직접 고정 배선하고, 소자의 상면을 유리 또는 아크릴 또는 실리콘 또는 에폭시 또는 폴리카보네이트 등의 투명 재료로 밀봉하고, 투명판의 형상을 판 또는 볼록 렌즈형으로 한다. 또한, 오목부의 측벽 및 수지 벽 또는 수지 벽에 금속 피막을 성막하여, LED의 소자로부터 오목부의 측벽으로 향하는 발광 광선을 정면 방향으로 향하도록 반사시킨다. 고방열성 금속 기판으로 소성 변형을 하지 않는 오목부 형성의 공법에 의한 배선 회로의 신뢰성 향상, 방열에 의한 휘도의 향상, 스포트, 라인 등의 광원으로서 형상의 선택 자유도의 확대, 광원으로서 얇고 평평한 형상을 가능하게 하고, 방열 핀 등과 조합하면 보다 방열 효과의 금속 배선을 얻을 수 있다.

LED 소자, 금속 기판, 오목부, 절연층, 배선 회로, 프레임, 실장 밀도, 소형화

Description

ＬＥＤ 소자를 금속 기판에 실장하는 방법 및 실장한 금속 기판 {METHOD FOR PACKAGING LED DEVICES ON METAL SUBSTRATE, AND METAL SUBSTRATE COMPRISING LED DEVICES}

도 1은 본 발명에 따라 방열 금속 기판을 제조하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 방열 금속 기판으로의 LED 소자 실장을 나타내는 도면이다. 이하, 순서에 따라 설명한다. 도 2의 1은 평면 방열 금속 기판 LED 소자 실장 단면도로서, 금속판에 직접 LED 소자를 탑재하고 회로는 절연층 위에 형성하고, 수지 밀봉과 기기 보호 유지용으로서의 프레임을 배치한다. 도 2의 2는 평면 방열 금속 기판의 이면 도통 방식의 LED 소자 실장 단면도로서, LED 소자로의 전기 도통을 기판의 이면으로 관통공 도금으로 형성하는 방법을 나타낸다. 도 2의 3은 평면 방열 금속 기판의 측면 이면 도통 방식의 LED 소자 실장 단면도로서, LED 소자로의 전기 도통을 기판의 이면으로 관통공 도금으로 형성하고 이 관통공 도금부를 세로로 반으로 절단하여 금속을 노출하고, 측면 이면 도체로 한다. 도 2의 4는 평면 방열 금속 기판의 측면 이면 도통과 프레임부에 부품 탑재한 LED 소자 실장 단면도이다. 도 2의 5는 프레임이 없는 평면 방열 금속 기판의 측면 이면 도통을 절연층에 도체 회로로 형성한 LED 소자 실장 단면도이다. 도 2의 6은 프레임이 있는 오목부 구조의 방열 금속 기판으로의 LED 소자 실장 단면도로서, 금속 부분을 기계적 또는 화학적으로 오목부를 형성하고 바닥에 LED 소자를 탑재한다. 벽면은 반사판으로서의 효과도 있다. 도 2의 7은 오목부 계단 구조의 방열 금속 기판으로의 LED 소자 실장 단면도로서, 금속 부분을 기계적 또는 화학적으로 오목부를 형성하고 바닥에 LED 소자를 탑재한다. 벽면은 반사판으로서의 효과도 있다. 도 2의 8은 오목부 계단 구조의 측면 도통 방열 금속 기판으로의 LED 소자 실장 단면도로서, 금속 부분을 기계적 또는 화학적으로 오목부를 형성하고 바닥에 LED 소자를 탑재한다. 벽면은 반사판으로서의 효과도 있다. 도 2의 9는 오목부 계단 구조의 측면 이면 도통 방열 금속 기판으로의 LED 소자 실장 단면도로서, 금속 부분을 기계적 또는 화학적으로 오목부를 형성하고 바닥에 LED소자를 탑재한다. 벽면은 반사판으로서의 효과도 있다.

도 3은 LED 소자 실장 전체 배치도와 LED 소자 실장 단면도이다. 도 3의 1, 2, 3은 LED 소자의 탑재 단면을 나타낸다. 도 3의 4, 5, 6은 수지 밀봉하거나, 가스 등을 봉입하고 유리 또는 투명 수지판으로 밀폐하는 구조 단면도이다. 도 3의 7, 8, 9는 수지 밀봉을 한 방열 금속 기판 단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

a: 프레임 재료(유리, 에폭시 등)

b: 동장 적층 기판(배선 회로용)

c: 방열 금속 기판

d: LED 소자

e: 프레임(유리, 에폭시 등)

f: 배선 회로(LED 소자에 전기를 보내는 도선)

g: 절연층(금속 기판과 배선 회로를 밀착시키는 수지층)

h: 동 관통공(이면으로의 도체선)

i: 하프컷 관통공(측면 이면으로의 도체선)

j: 부품(소자용의 전자 부품)

k: 본딩 와이어(소자와 배선 회로의 도선)

l: 유리 또는 투명 수지

본 발명은, LED 소자를 금속 기판에 실장하는 방법과 실장한 금속 기판에 관한 것이다.

프린트 배선판에 LED 등의 발광 소자를 부착하는 경우, 종래에는 프린트 배선판의 표면 또는 이면에 배선을 실시하고, LED 소자의 단자를 접속하는 방법이 이용되어 왔다.

그 외에 방열 효과를 향상시키기 위해 금속 기판을 절연층과 배선 회로마다 배선측으로부터 가압 가공하여 오목부를 형성시키는 방법이, 본 발명자들에 의해 출원된 일본 특허공개공보 제2006-261366호에 기재되어 있다. 이 방법에 따르면, 간단하게 배선을 할 수 있지만, 실장 밀도를 올리고자 하는 경우에는, LED 소자의 크기에 의한 최소 치수의 제한, LED로부터 발생하는 열에 의한 온도 상승의 제약 등이 있다. 따라서, 방열성을 향상시키면서 LED 실장 배선판의 실장 밀도를 올려 소형화를 하기에는 불리하다.

상기의 프린트 배선판으로의 가공 방법은, 가압에 의한 변형에 의해 배선 회로의 단선 및 단락의 위험성이 있다. 또한, 깊이는 얕게 하여야 하고 벽면의 형상도 임의의 형상을 선택할 수 없고, 품질의 신뢰성을 확보하기 어렵다. 또한, 물리적으로 금속과 함께 배선 회로 절연재를 소성 변형시키므로 형상 오목부의 깊이에 제한이 있어 깊게는 할 수 없다.

방열성에 관련하여, LED의 직하는 배선 금속재, 절연재 및 방열 금속 기판으로 이루어지고, 방열에 장해가 되어 방열성은 좋지 않다.

본 발명의 목적은, 금속 표면에 직접 LED 소자를 탑재하고, 상기의 문제점을 해결하여, LED의 실장 밀도를 올려 소형화를 용이하게 하고, 방열 효과를 올려 LED의 휘도와 수명을 향상시키는 LED의 실장 방법 및 LED 실장 기판을 제공하는 것에 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 소자 실장 방법에서는, 금속 기판의 1개소 이상의 표면에 직접 LED 소자를 탑재하여 방열을 도 1에 나타낸 바와 같이 촉진하고 휘도와 수명을 향상시키며, 금속 기판을 평면인 채로 배선과 프레임으로 구성하거나, 1개 및 복수 개의 오목부를 형성시키고, 상기 오목부에 LED 소자를 넣어 고정·배선한다.

상기 배선과 프레임을 구성함에 있어서, LED 탑재 부분이 원형, 타원형, 다각형, 홈형 등의 형상이 되도록 하여 배선 회로를 형성한 절연판을 금속 기판의 표면에 접착하고 그 위에 수지 밀봉용의 프레임을 배치할 수 있다.

또한, 상기 배선 회로를 형성한 절연판과 프레임은, LED 탑재 부분의 측벽이 계단형 또는 경사형으로 구성되도록 하는 것이 바람직하며, 절연판 상에는 배선 회로와 더불어 부품을 탑재하는 것도 가능하다. 또한, 프레임도 다층화하고 회로 형성 및 부품 탑재가 가능하도록 구성할 수도 있다.

금속 기판에 오목부를 형성하는 경우에는, 절삭, 프레스 압입과 같은 기계적 가공이나 에칭과 같은 화학적 가공에 의하여 오목부를 가공할 수 있으며, 상기 오목부의 벽면은 수직형, 경사형, 계단형 등으로 할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하여, 평탄한 판상의 발광체를 형성하는 것이 가능하다.

본 발명의 LED 소자의 실장 방법의 바람직한 형태에 따르면, LED 소자의 상면을 투명 재료로 전충전하거나, 오목부 내측을 가스 충전하고 외측을 투명 재료 또는 유리판으로 밀봉한다.

또한, 금속 기판으로의 LED 소자 실장 방법에 있어서, LED 소자로부터 오목부의 측벽으로 향하는 발광 광선을, 오목부의 측벽에 노출된 금속면 또는 측벽의 수지 또는 도금박 상에 성막한, 금속 피막면에 의해 소자의 정면 방향을 향하도록 반사시키는 것으로 한다.

또한, 투명 재료로서 유리 또는 유기 투명 수지를 이용하는 것으로 한다.

또한, 투명판의 각 LED의 중심 직상부 형상을 볼록 렌즈형, 만곡 오목 렌즈형, 프레넬 렌즈(Fresnel lens)형 중 1종 이상으로 한다.

또한, 유기 투명 수지로서 아크릴, 실리콘, 에폭시, 폴리카보네이트 중 1종 이상을 이용하는 것으로 한다.

또한 본 발명의 보다 구체적인 실시 형태에서는, 금속 기판의 금속 표면에 직접 LED 소자를 탑재하여 방열을 촉진하고 휘도와 수명을 향상시키고, 금속 기판을 평면인 채로 배선과 프레임을 구성하거나, 역사다리꼴 단면의 원추대 형상의 오목부를 1개 또는 복수 개 만들고, 상기 원추대 형상 오목부에 LED의 소자를 넣어 고정·배선하고, 소자의 표면을 투명 재료로 전충전하거나, 오목부 안쪽을 가스 충전하고 외측을 투명 재료 또는 유리판으로 밀봉하는 것으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 금속 기판과, 상기 금속 기판 상에 에 탑재된 LED 소자와, 상기 LED의 탑재 부분을 남기고 금속 기판에 접착되고 상면에 배선 회로를 구비하는 절연판과, 상기 절연판 상에 부착된 프레임과, 상기 LED 소자와 배선 회로를 접속시키는 본딩 와이어를 포함하는 LED 실장 금속 기판을 제공한다.

본 발명의 LED 실장 금속 기판의 변형 실시 형태에 따르면, 상기 금속 기판은 1개 또는 복수 개의 오목부를 구비하고, 오목부 내에 LED 소자가 고정되고 배선된다.

상기 LED 실장 금속 기판에 있어서, LED 소자의 상면은 투명한 재료로 전체 가 충전되거나, 오목부 내측이 가스로 충전되고 외측이 투명 재료 또는 유리판으로 밀봉된 구조를 가지는 것이 바람직하다.

또한, LED 소자로부터 오목부의 측벽으로 향하는 발광 광선을, 오목부의 측벽에 노출된 금속면 또는 측벽의 수지 또는 도금박 상에 성막한, 금속 피막면에 의해 소자의 정면 방향으로 향하도록 반사시키는 반사판으로 하는 구조로 한다.

또한, 투명판의 각 LED의 중심 직상부 형상을 볼록 렌즈형, 만곡 오목 렌즈형, 프레넬 렌즈형 중 1종 이상으로 하는 것으로 한다.

유기 투명 수지로서 아크릴, 실리콘, 에폭시, 폴리카보네이트 중 1종 이상 을 이용하는 것으로 한다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도 1에서의 기본 구성의 방열 금속 기판 도면과 도 2 및 도 3에 기초하여 설명한다.

[실시예 1]

방열 금속 기판 상에 LED 소자를 탑재하는 부분은 금속면을 노출시켜 직접 소자를 고정한다. 배선 부분은 금속 위에 절연층과 배선 회로부를 적층하고, 그 위에 프레임을 고정하는 것을 기본으로 한다. 방열 금속 기판 작성도를 도 1에 나타낸다. 또한, 프레임의 부분을 다층화하고 다양한 배선 구조 구성이 가능하다(도 2).

방열 금속 기판 상에 LED 소자 실장 부분의 계단 오목부를 만들고 저부 금속에 직접 LED 소자를 고정 배치하고, 계단 부분에 배선 회로를 형성하고, 회로의 단 자와 소자를 결선하고 투명 수지를 오목부와 방열 금속 기판에 충전한다. 이 방식으로 작성한 완성품의 LED 실장 단면도를 도 2의 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9에 나타낸다.

도 3의 4, 8, 9에는, 본 발명의 실시예에 따른 투명 수지 충전형 실장 단면도가 예시되어 있다.

[실시예 2]

도 3의 5, 6에는, 본 발명의 실시예에 따른 가스 밀봉형 실장 단면도가 예시되어 있다. 여기서는, 판상의 투명 재료를 기판 표면에 배치하고, LED 소자 공간에 불활성 가스를 충전(또는 부압으로 유지)하고 밀봉재를 사용하여 밀봉하는 것이다. 밀봉 방법으로서는 소자를 오목부마다 개별적으로 밀봉하는 방법과 LED 실장 금속 기판의 주변부만 밀봉하여 전체를 밀봉하는 방법 및 오목부에 복수 개의 소자 군을 밀봉하는 방법이 가능하다.

[실시예 3]

도 3의 8에는, 본 발명의 실시예에 따른 볼록 렌즈형 실장 단면도가 예시되어 있다. 여기에서는, 투명 수지의 형상을 볼록 렌즈로 한 것으로, 그 외에도 만곡 형상의 오목 렌즈 및 프레넬 렌즈형은 빛의 확산에 유효하다. 이 예는 투명 수지를 오목부 전부에 충전하고 있지만, 실시예와 마찬가지로 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 프레넬 렌즈형의 투명 재료를 기판 표면에 배치하고, LED 소자 공간에 불활성 가스(또는 부압)를 충전하고 밀봉재를 사용하여 밀봉하는 것도 가능하다.

LED 실장 프린트 배선판은, LED의 성능 향상과 양산에 의한 코스트 다운이 서로 어울려, 광원으로서의 이용 분야가 확대되고 있다. 일반 조명용, 가로등용, 교통 신호기나 특정 파장을 이용하는 식물 생육용, 백색광, RGB 삼색광으로서의 이용 등 산업상의 이용은·실용기를 맞이하여 점점 확대되는 경향에 있고, 휘도를 얻기 위해서는 발열 처리 방법이 과제가 된다.

LED 소자 실장 금속 기판에서, 방열판을 겸하는 열전도가 양호한 금속 기판상에 직접 1개 또는 복수 개를 금속면의 평평한 부분에 고정 배선하여 배선부와 프레임을 절연재로 적층 구성한다. 이 방법과 오목부 안에 고정·배선한 LED 소자를 배치하고, 이 소자의 상면을 투명 재료로 밀봉하는 구조로 함으로써, 광원의 실장 밀도를 올려 소형화를 할 수 있을 뿐만 아니라, LED로부터의 발열을 금속판에 직접 방열하고 온도 상승을 낮게 할 수 있는 등의 방열 성능의 향상이 도모되고, LED의 수명을 연장시킬 수 있다. 이에 따라, LED의 휘도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 얇고 평평한 발광체를 용이하게 구성할 수 있고, 스포트형, 라인형, 원형, 다각형 등의 자유로운 구성이 가능하다. 또한, 오목부의 형상은 깊거나 얕아도 벽면의 형상은 임의로 가공한 후에 절연층과 회로부를 적층 구성(부착)한다.

상기의 LED 소자 실장 금속 기판에서, LED의 소자로부터 오목부의 측벽으로 향하는 발광 광선을, 오목부의 측벽에 노출된 금속면 또는 측벽의 수지면 또는 도금박 상에 성막한, 금속 피막면에 의해 소자의 정면 방향을 향하도록 반사시키는 구조로 하므로, 빛을 유효하게 활용하고 발광 효율을 향상시킬 수가 있다.

상기의 LED 소자 실장 금속 기판에서, 투명 재료에 유리 또는 유기 투명 수 지를 이용함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수가 있다.

상기의 LED 소자 실장 금속 기판에서, 투명판의 각 LED의 중심 직상부 형상을 볼록 렌즈형으로 함으로써, 여러 방향으로 빛을 확산할 수 있는 광원을 구성할 수 있고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 투명판의 각 LED의 중심 직상부 형상을 만곡 형상의 오목 렌즈형으로 함으로써, 빛의 집광과 균일성이 있는 광원을 구성할 수 있고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 투명판의 형상을 프레넬 렌즈형으로 함으로써 빛의 균일 확산이 가능한 광원으로 할 수가 있다.

상기의 LED 소자 실장 금속 기판에서, 유기 투명 수지로서 아크릴, 실리콘, 에폭시 또는 폴리카보네이트를 이용함으로써, 취성이 작고, 제조 작업성이 양호할 뿐만 아니라, 발광 효율을 향상시킬 수가 있다.

또한, 제조 공정의 관점에서는, 방열 금속판은 그대로, 또는 기계 가공이나 금형 가공으로 오목부를 형성하고, 절연층과 회로 금속박이 일체화된 판에 배선 회로를 가공하고 적층 구성하여 완성하는 간단한 공정으로 제조할 수 있다. 종래 기술에서는 절연층을 사용하였기 때문에, LED의 열을 신속하게 효율 좋게 방열할 수가 없고, 이 절연층에 열을 전달하고 나서 방열 금속판에 방열하기 때문에 효율적이지 않았으나, 본 발명에서는 방열 금속 기판에 직접 LED 소자를 탑재하여 열을 신속히 효율 좋게 방열할 수 있다.

Claims (13)

1. 평탄한 금속 기판 상에 또는 금속 기판에 가공한 오목부에 LED를 탑재하고, LED 탑재 부분을 남겨 절연하는 상면에, 배선 회로를 형성한 절연판을 상기 금속 기판의 표면에 접착하고, 그 위에 수지 밀봉용의 프레임을 배치하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 LED 탑재 부분은 원형, 타원, 다각형, 홈형 중 1종 이상의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   고정한 LED를 투명 재료로 전충전하거나, 내측을 가스 충전하고 외측을 투명 재료로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   LED 소자로부터 발광하는 광선의 반사를 위하여, 오목부 벽면의 수지부 및 금속부를 반사판으로서 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
5. 청구항 3에 있어서,

   투명 재료의 각 LED의 중심 직상부 형상을 볼록 렌즈형, 만곡 오목 렌즈형, 프레넬 렌즈형 중 1종 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
6. 청구항 3에 있어서,

   투명 재료로서 유리 또는 유기 투명 수지를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   유기 투명 수지로서 아크릴, 실리콘, 에폭시, 폴리카보네이트 중 1종 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
8. 금속 기판의 표면에 직접 LED 실장하고, 기계 가공 또는 화학적 가공에 의해 원추대 형상 또는 계단 형상의 오목부를 1개 또는 복수 개 형성하고, 오목부에 LED 소자 넣어 고정·배선하고, LED 소자의 상면을 투명 재료로 전충전 또는 오목부 내측을 가스 충전하고 외측을 투명 재료로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 LED 실장 방법.
9. 청구항 8에 있어서,

   LED 소자로부터 오목부의 측벽으로 향하는 발광 광선을, 오목부의 측벽에 노출된 금속면 또는 측벽의 수지면 또는 금속 피막면에 의해 소자의 정면 방향을 향 하도록 반사시키는 것을 특징으로 하는 LED의 실장 방법.
10. 제8항에 있어서,

    투명 재료로서 유리 또는 유기 투명 수지를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED의 실장 방법
11. 청구항 8 또는 청구항 10에 있어서,

    투명 재료의 각 LED의 중심 직상부 형상을 볼록 렌즈형, 만곡 오목 렌즈형, 프레넬 렌즈형 중 1종 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 LED의 실장 방법.
12. 청구항 10에 있어서,

    유기 투명 수지로서 아크릴, 실리콘, 에폭시, 폴리카보네이트 중 1종 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 LED의 실장 방법.
13. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 8 내지 청구항 10, 또는 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 LED 실장 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 LED 실장 금속 기판.

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