KR20090063032A - 외장과 방열판 및 인쇄회로를 일체화한 엘이디조명 및 그제조 기술 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED가 포함된 제품을 제조하기 위해 필요한 방열 및 원가문제를 해결하기 위한 제품의 제조방법에 대한 기술로서 LED가 포함된 조명제품을 제조하기 위해 필요한 외장케이스 및 방열판, PCB 등의 부분품들을 일체화하여 하나로 제조함으로써 방열효율을 높이고 대량생산시 제품의 제조원가를 낮추어 경쟁력을 높인 제품 및 그 제조방법에 대한 기술에 대한 것으로, 보다 상세히는 제품의 외관과 방열판을 겸하는 베이스를 제조하고 이에 절연층을 형성한 후 1차 회로 패턴을 형성하고, 다시 절연층을 형성한 후 2차 패턴을 형성하고, 다시 절연층을 만든 후 만들어진 회로 상에 필요한 경우 반사판을 형성하고 LED와 그 제어소자들을 도전성 접착제로 연결하여 회로를 완성한 후 커버 광학모듈을 장착함으로써 완성하는 제품의 구성, 외장 및 방열판의 일체화 제조 기법, PCB 및 유관 수동소자의 일체화 제조 기법에 대하여 기술한다.
LED, 조명, 광원, 방열, 양산, 일체형, 제조기법
Description
본 발명은 LED(Light Emitting Diode-이하 LED라 한다)가 포함된 제품을 제조하기 위해 필요한 방열문제 및 원가문제를 해결하기 위한 제품의 제조방법에 대한 기술이다.
LED는 pn접합에 순방향으로 전류를 흐르게 함으로써 빛을 발생시키는 다이오드이다. p쪽으로부터 양공이, n쪽으로부터 전자가 각각 n쪽·p쪽으로 주입되는데 이들 양 캐리어의 일부는 재결합하여 소멸된다. 이 때 소멸된 캐리어가 가졌던 에너지가 빛으로 발생한다. 이 빛 발생의 상세한 과정·메커니즘은 재료에 따라 차이가 있다. 또 이것에서 발생하는 빛은 보통 적외선 또는 이에 가까운 파장의 빛이지만, 이 중에는 가시광선을 내는 다이오드도 있다. 발광다이오드는 낮은 전압으로도 작동되고 수명이 길며, 또한 고휘도(高輝度)의 빛을 내는 등의 이점이 있기 때문에 디스플레이·통신 등에 활용된다.
종래에는 이러한 LED를 조명에 이용하기 위하여 여러 개의 LED를 하나의 PCB(Printed Circuit Board-인쇄회로기판-이하 PCB라 한다)에 모아 구성하거 나 여러 층으로 적층하여 조명을 구성하였는데, 이는 조명을 조밀하게 배치할 경우 LED와 그 제어소자에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 없기 때문에 그 면적을 크게 할 수 밖에 없었고, PCB 뒷면에 별도의 방열판을 부착하는 등 외관상의 제약이 크다. 특히 LED 전광판의 경우 대량의 LED를 집적하여 구성하는 과정에서 안쪽에 배치되는 LED들이 방열이 제대로 이루어지지 않아 LED의 장점인 긴 수명을 제대로 살리지 못하고 파괴되어버리는 결과를 초래하기도 한다. 또한 가로등이나 조명등의 경우 광량을 높이기 위해 높은 출력의 LED를 사용함에 있어서 발생되는 열을 해소하기 위하여 상대적으로 커다란 방열판을 PCB 다음에 삽입함으로써 디자인을 제대로 살려서 제품화할 수 없게 하는 단점이 되고 있을 뿐만 아니라 제조원가를 상승시키는 요인이 되고 있다.
본 발명은 LED가 포함된 조명제품을 제조하기 위해 필요한 외장케이스 및 방열판, PCB 등의 부분품들을 일체화하여 하나로 제조함으로써 방열 효율을 높이고 대량생산시 제품의 제조원가를 낮추어 경쟁력을 높인 제품 및 그 제조방법에 대한 기술에 대한 것으로, 보다 상세히는 알루미늄, 알루미나, 열전도성세라믹, 열전도성 사출재료 등으로 제품의 외관과 방열판을 겸하는 베이스를 제조하고 이에 절연층을 형성한 후 회로의 전류, 저항, 특성에 따라 금, 은, 동, 흑연 등 도전성 나노(Nano)미립자의 도포에 의한 1차 회로 패턴을 형성하고, 다시 절연층을 형성한 후 2차 패턴을 형성하고, 다시 절연층을 만든 후 만들어진 회로 상에 LED와 그 제어소자들을 접착제를 사용하여 접착하고, 그 전극을 도전성 접착제로 연결하여 회로를 완성한 후 필요한 경우 반사판을 역시 나노 미립자 도포방법으로 형성하고 커 버 광학모듈을 장착함으로써 완성하는 제품의 구성, 외장 및 방열판의 일체화 제조 기법, PCB 및 유관 수동소자의 일체화 제조 기법에 대하여 기술한다.
발광다이오드 소자 및 그 제조방법(공개번호 10-2004-0086871)
LED 조명에서 수명에 있어서 가장 문제가 되는 발열 문제를 해소함과 동시에 양산시의 제조원가를 낮추어 경쟁력을 갖춘 LED 조명 제품을 생산하는 기술을 제공하고자 한다.
[도1] 제품의 제조도의 순서에 따라 [도2] 제품의 구성도의 구성 방법으로 제품을 제조함으로써 케이스, PCB, 부품, 커버 등을 따로 제작하는 복잡한 공정 및 재료비를 낮추고 열의 전달 경로를 짧게 하고 방열효율을 높임으로써 LED의 온도를 낮추어 수명을 길게 한다.
LED ㅁ;c 제품의 수명 증가 및 방열 효율의 극대화와 제품제조공정의 간소화에 따른 제조원가의 절감을 통한 경쟁력 재고
디자인 형상과 방열효율을 고려하여 외관 및 재질을 결정하고, 이에 따라 금형을 진행하여 외관형상을 만든다. 이 때 사용 가능한 재질은 알루미늄, 열전도성 세라믹, 알루미나, 열전도성 사출물, 동 등 방열효율이 좋은 어떠한 재질을 사용하여도 무방하며, 이는 일반적인 기술 사항으로 본 특허의 청구 대상에서 제외한다. 만일 제작한 외관형상의 재질이 도전체라면 절연물질을 1차 도포하고, 절연체라면 도포 과정을 생략한다. 절연층을 형성하기 전에 반드시 코팅하고자하는 부위 에 묻은 유분과 습기를 제거해야 한다. 이때 절연물질은 알루미늄 재질의 경우 아노다이징을 통한 산화피막으로 구현할 수 있고, 기타 재질의 경우 "방열용 이액형 폴리우레탄" 계열의 절연코팅제를 도포하는 방법으로 실현할 수 있다. 방열용 이액형 폴리우레탄 계열의 절연코팅제를 사용하는 경우 접착성 및 내약품성, 절연특성 및 방열 특성이 우수한 제품을 선택하고 그 도포 두께가 30㎛ ~ 120㎛을 넘지 않도록 한다. 형성된 절연층 위에 PCB의 패턴 대신에 도전성 도료(금(Gold), 은(Silver),동(Cu),탄소(C) 등 구현하고자하는 회로의 성질이나 특성에 맞는 원료 사용)를 이용하여 1차 회로패턴을 미세노즐을 구비한 프린팅 헤드를 통한 나노(Nano)입자 프린팅 방법으로 도포하여 그린다. 이때 패턴의 두께는 도료의 종류와 입자의 굵기 및 밀도에 따라 다르지만, 약 30㎛ ~ 100㎛ 정도이다. 이때 저항이나 코일 등의 수동소자는 직접 삽입하는 대신 등가의 패턴 형태로 실장할 수 있다. 이 형성방법을 이용하면 기존의 PCB 제조공정인 금속박막을 절연체에 접착하여 노광으로 패턴을 그리고 에칭하여 패턴을 형성한 후 홀을 연결하고 절연체를 바르는 복잡한 과정의 제조공정 및 고가의 장비를 사용하지 않고도 고속의 인쇄장비만으로 패턴을 인쇄할 수 있으며, 이 프린팅 헤드가 3차원으로 움직이게 로봇을 구성하여 인쇄장비를 구현할 경우, 곡면이나 다양하고 복잡한 형상의 제품 표면에도 패턴을 형성할 수 있다. 회로가 1차 패턴으로 완성되는 경우에는 LED 및 SMD 부품의 전극이 접착될 위치를 제외한 나머지부분에 2차 절연층을 과정 [도1]의 (2)와 동일한 방법으로 형성한다. 2차 패턴이 필요한 경우 2 차패턴과 1차 패턴의 사이에 패턴 연결 부위를 제외한 모든 부위에 절연층을 형성한다. 2차 패턴층은 2차 절연층 위 에 [도1]의 (3)과 동일한 방법으로 형성한다. 이 과정은 1차 패턴층만 필요한 경우에는 생략할 수 있다. 2차 패턴층이 형성된 경우 3차 절연층은 [도1]의 (4)와 같은 방법으로 형성한다. 완성된 패턴의 이상 유무를 검사한 후 패턴 위에 부품이 실장될 부분을 제외하고 절연체를 도포하고 필요한 경우 반사물질도 도포한다. LED, IC 등 필요 소자들이 안착될 부분에 접착제를 도포한 후 부품을 패턴 위에 접착한다. 부품과 패턴을 도전성접착제로 연결한 후 검사한다. 광학커버나 보호커버를 장착하고 동작시험을 실시한 후 제품을 식별할 수 있도록 라벨링한다. 제품을 포장재료를 이용하여 손상되지 않도록 포장한다. 포장 후에는 포장 외관에 다시 제품을 식별할 수 있도록 라벨링을 한다.
본 발명은 제조를 위한 기반 기술로서 LED를 이용한 조명, 간판, Backlight 등 각종 제품의 양산라인에서 제조원가를 낮추고 품질을 개선시키는 효과를 가져와 산업상의 이용 가능성이 있다.
[도1]은 제품의 제조도이며, 각 항을 살펴보면 다음과 같다.
(1) 외관형상제작
디자인 형상과 방열효율을 고려하여 외관 및 재질을 결정하고, 이에 따라 금형을 진행하여 외관형상을 만든다. 이 때 사용 가능한 재질은 알루미늄, 열전도성 세라믹, 알루미나, 열전도성 사출물, 동 등 방열효율이 좋은 어떠한 재질을 사용하여도 무방하며, 이는 일반적인 기술 사항으로 본 특허의 청구 대상에서 제외한다.
(2) 1차 절연층 형성
만일 제작한 외관형상의 재질이 도전체라면 절연물질을 1차 도포하고, 절연체라면 도포 과정을 생략한다. 절연층을 형성하기 전에 반드시 코팅하고자하는 부위에 묻은 유분과 습기를 제거해야 한다. 이때 절연물질은 알루미늄 재질의 경우 아노다이징을 통한 산화피막으로 구현할 수 있고, 기타 재질의 경우 "방열용 이액형 폴리우레탄" 계열의 절연코팅제를 도포하는 방법으로 실현할 수 있다. 방열용 이액형 폴리우레탄 계열의 절연코팅제를 사용하는 경우 접착성 및 내약품성, 절연특성 및 방열 특성이 우수한 제품을 선택하고 그 도포 두께가 30㎛ ~ 120㎛을 넘지 않도록 한다.
(3) 1차 패턴층 형성
형성된 절연층 위에 PCB의 패턴 대신에 도전성 도료(금(Gold), 은(Silver),동(Cu),탄소(C) 등 구현하고자하는 회로의 성질이나 특성에 맞는 원료 사용)를 이 용하여 1차 회로패턴을 미세노즐을 구비한 프린팅 헤드를 통한 나노(Nano)입자 프린팅 방법으로 도포하여 그린다. 이때 패턴의 두께는 도료의 종류와 입자의 굵기 및 밀도에 따라 다르지만, 약 30㎛ ~ 100㎛ 정도이다. 이때 저항이나 코일 등의 수동소자는 직접 삽입하는 대신 등가의 패턴 형태로 실장할 수 있다. 이 형성방법을 이용하면 기존의 PCB 제조공정인 금속박막을 절연체에 접착하여 노광으로 패턴을 그리고 에칭하여 패턴을 형성한 후 홀을 연결하고 절연체를 바르는 복잡한 과정의 제조공정 및 고가의 장비를 사용하지 않고도 고속의 인쇄장비만으로 패턴을 인쇄할 수 있으며, 이 프린팅 헤드가 3차원으로 움직이게 로봇을 구성하여 인쇄장비를 구현할 경우, 곡면이나 다양하고 복잡한 형상의 제품 표면에도 패턴을 형성할 수 있다.
(4) 2차 절연층 형성
회로가 1차 패턴으로 완성되는 경우에는 LED 및 SMD 부품의 전극이 접착될 위치를 제외한 나머지부분에 2차 절연층을 과정 [도1]의 (2)와 동일한 방법으로 형성한다. 2차 패턴이 필요한 경우 2 차패턴과 1차 패턴의 사이에 패턴 연결 부위를 제외한 모든 부위에 절연층을 형성한다.
(5) 2차 패턴층 형성
2차 패턴층은 2차 절연층 위에 [도1]의 (3)과 동일한 방법으로 형성한다. 이 과정은 1차 패턴층만 필요한 경우에는 생략할 수 있다.
(6) 3차 절연층 생성
2차 패턴층이 형성된 경우 3차 절연층은 [도1]의 (4)와 같은 방법으로 형성 한다. 완성된 패턴의 이상 유무를 검사한 후 패턴 위에 부품이 실장될 부분을 제외하고 절연체를 도포하고 필요한 경우 반사물질도 도포한다.
(7) 부품 부착
LED, IC 등 필요 소자들이 안착될 부분에 접착제를 도포한 후 부품을 패턴 위에 접착한다.
(8) 전극연결
부품과 패턴을 도전성접착제로 연결한 후 검사한다.
(9) 광학커버부착
광학커버나 보호커버를 장착하고 동작시험을 실시한다.
(10) 라벨링
제품을 식별할 수 있도록 라벨링한다.
(11) 포장
제품을 포장재료를 이용하여 손상되지 않도록 포장한다. 포장 후에는 포장 외관에 다시 제품을 식별할 수 있도록 라벨링을 한다.
[도2]은 제품의 구성도이며, 각 항을 살펴보면 다음과 같다.
(20) 광학커버 또는 보호커버
제품의 내부 구성품을 보호하고 발산하는 빛의 연색성 및 분포, 집광, 확상성 등 그 필요와 용도에 맞게 설계되어 취부되어지는 부품으로 일반적으로 투명 또는 반투명, 불투명 계열로 분류될 수 있으며, [도1]의 (9)광커버부착 과정 에 의하여 조립 되어지는 부품이다. 사용되는 재질로는 폴리카보네이트(PC), 아크릴(Acric) 등의 플라스틱 계열에서부터, 유리(Glass), 석영(Quartz) 등 다양한 소재가 사용되어질 수 있다.
(21) LED 및 표면실장부품
LED 및 이를 제어하는 표면실장부품들로서, LED는 빛을 발광하는 주요 소자이고, 표면실장부품들은 이 LED를 구동하거나 구동을 돕는 기능을 한다. 이들 부품은 용도 및 회로의 구성 설계에 따라 그 사양 등이 결정된다.
(22) 3차 절연층
부품 실장 전 최종 절연층으로, 필요한 경우 반사물질인 은, 산화은, 니켈 등 반사층을 추가로 도포할 수 있다. 절연물질은 알루미늄 재질의 경우 아노다이징을 통한 산화피막으로 구현할 수 있고, 기타 재질의 경우 "방열용 이액형 폴리우레탄" 계열의 절연코팅제를 도포하는 등의 방법으로 실현할 수 있다. 방열용 이액형 폴리우레탄 계열의 절연코팅제를 사용하는 경우 접착성 및 내약품성, 절연특성 및 방열 특성이 우수한 제품을 선택하고 그 도포 두께가 30㎛ ~ 120㎛을 넘지 않도록 한다.
(23) 2차 패턴층
다층의 회로 패턴이 필요한 경우 생성될 수 있는 층으로, 2차 절연층 위에 PCB의 패턴 대신에 도전성 도료(금(Gold), 은(Silver),동(Cu), 탄소(C) 등 구현하고자하는 회로의 성질이나 특성에 맞는 원료 사용)를 이용하여 1차 회로패턴을 미세노즐을 구비한 프린팅 헤드를 통한 나노(Nano)입자 프린팅 방법으로 도포하여 그린다. 이때 패턴의 두께는 도료의 종류와 입자의 굵기 및 밀도에 따라 다르지만, 약 30㎛ ~ 100㎛ 정도이다.
(24) 2차 절연층
다층의 회로 패턴이 필요한 경우 생성될 수 있는 층으로, 1차 패턴층 위에 2차 패턴층과 연결될 패턴 부위만을 남겨두고 고르게 도포되도록 절연물질을 도포한다. 이 때 사용 가능한 절연코팅제는 방열용 이액형 폴리우레탄 계열의 절연코팅제이며, 그 도포 두께는 30㎛ ~ 120㎛ 이내로 한다.
(25) 1차 패턴층
절연층 위에 PCB의 패턴 대신에 도전성 도료(금(Gold), 은(Silver), 동(Cu), 탄소(C) 등 구현하고자하는 회로의 성질이나 특성에 맞는 원료 사용)를 이용하여 1차 회로패턴을 미세노즐을 구비한 프린팅 헤드를 통한 나노(Nano)입자 프린팅 방법으로 도포하여 그린다. 이때 패턴의 두께는 도료의 종류와 입자의 굵기 및 밀도에 따라 다르지만, 약 30㎛ ~ 100㎛ 정도이다.
(26) 1차 절연층
외관형상위에 최초로 도포되는 절연층으로, 외관형상의 부품이 실장될 베이스 부분이 도체나 반도체인 경우에 한하여 필요하다. 절연층을 형성하기 전에는 반드시 코팅하고자하는 부위에 묻은 유분과 습기를 제거해야 한다. 이때 절연물질은 알루미늄 재질의 경우 아노다이징을 통한 산화피막으로 구현할 수 있고, 기타 재질의 경우 "방열용 이액형 폴리우레탄" 계열의 절연코팅제를 도포하는 방법으로 실현할 수 있다. 방열용 이액형 폴리우레탄 계열의 절연코팅제를 사용하는 경우 접 착성 및 내약품성, 절연특성 및 방열 특성이 우수한 제품을 선택하고 그 도포 두께가 30㎛ ~ 120㎛을 넘지 않도록 한다.
(27) 외관형상
제품의 외관을 구성하는 것으로, 디자인이나 기능, 용도 등에 따라 다양한 재질로 사용되어 질 수 있으나, 기본적으로 방열 기능을 포함할 수 있어야 하므로 방열 성능이 우수한 재료로 제조되어야 한다. 이 때 사용 가능한 재질은 알루미늄, 열전도성세라믹, 알루미나, 열전도성사출물, 동 등 방열 효율이 좋은 어떠한 재질을 사용하여도 무방하며, 이는 일반적인 기술 사항이다.
Claims (4)
- 외관의 형상에 구애됨이 없이 방열 기능을 갖도록 가공된 외관형상에 직접 절연층과 패텅층 및 반사층을 형성하고 그위에 LED 와 그 제어용 표면실장 부품들을 접착하여 제조하는 [도2]와 같은 구조를 가지는 LED 조명.
- [도2]와 같은 구조를 가지는 LED 조명에 대한 방열 기능을 갖도록 가공된 외관형상에 직접 절연층과 패텅층 및 반사층을 형성하고 그위에 LED 와 그 제어용 표면실장부품들을 접착하여 제조하는 [도1]에서 제시한 제조 방법
- 절연층을 형성함에 있어서 방열용 이액형 폴리우레탄 계열의 절연코팅제를 사용하는 경우 접착성 및 내약품성, 절연특성 및 방열 특성이 우수한 제품으로 그 도포 두께를 30㎛ ~ 120㎛ 이내로 하여 도포.
- 절연층 위에 PCB의 패턴 대신에 도전성 도료를 이용하여 1차 회로패턴을 미세노즐을 구비한 프린팅헤드를 통한 나노(Nano)입자 프린팅 방법으로 도포하여 그리는 방법과 이때 패턴 도료의 두께가 30㎛ ~ 100㎛ 이내로 도포.
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