KR20120005827A - Led 램프 모듈의 방열구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 램프 모듈의 방열구조체에 관한 것으로서, 표면 실장용 LED칩이 다수 설치되는 인쇄회로기판과, 인쇄회로기판의 저면에 설치되는 방열판과, LED칩에서 발생하는 열을 방열판에 전달하는 열전달수단을 구비하고, 열전달수단은 인쇄회로기판의 상면과 저면을 관통하여 형성된 관통홀에 LED칩의 저면과 방열판의 상면에 각각 접촉되도록 삽입되는 방열핀을 구비한다.
본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체에 의하면, 인쇄회로기판에 형성된 관통홀의 상부에 LED칩이 실장되고 관통홀에 삽입된 방열핀이 LED칩과 방열판에 직접접촉된 구조로 형성되어 있어서, LED칩에서 발생하는 열을 신속하게 방열판으로 전달하여 LED칩의 손상을 방지하고 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 방열핀과 열전도부재를 인쇄회로기판에 용이하게 설치할 수 있어서 복잡한 과정의 단계를 거치지 않더라도 높을 방열효율을 갖는 저가형 LED 램프 모듈의 방열구조체를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

LED 램프 모듈의 방열구조체{LED lamp module with the cooling structure}
본 발명은 LED 램프 모듈의 방열구조체에 관한 것으로, 인쇄회로기판에 실장되는 LED칩에서 발생하는 열을 신속하게 방출하여 LED 램프의 수명 및 발광효율을 높일 수 있는 LED 램프 모듈의 방열구조체에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 반도체소자로 출력되는 광의 세기에 따라, 가정용 가전 제품, 전광판 등에 사용된다.
특히, LED는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화 추세에 있고 주변 기기인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등도 더욱 소형화되고 있다. 따라서, PCB(Printed Circuit Board)에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있으며, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자형으로 개발되고 있다.
이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등 요구되는 휘도도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 LED가 널리 쓰이고 있다. 이러한, 고출력의 LED는 많은 열이 발생하므로 열을 효과적으로 방출시키기 위한 별도의 장치가 요구된다. 이에 대하여, 알루미늄 베이스 상에 절연층 및 금속 패턴층이 차례로 형성된 메탈PCB를 이용하여 방열성을 향상시킨 LED패키지가 개발된 바 있다.
이러한 종래의 LED패키지는 예를 들면, 절삭 가공 등의 홈 가공을 통해 알루미늄 베이스의 일부를 상부로 노출시킨 홀컵을 형성하고, 그 홀컵에 LED칩을 부착한 후, LED칩과 금속 패턴층을 도전성 와이어로 연결하여 제조된다.
그러나, 상기와 같은 종래기술에 의한 LED패키지는 외부 전극과 LED칩을 전기적으로 연결시키는 리드 구조를 포함하고 있지 못하여, 통상적으로 이용되는 인쇄회로기판상에 실장시키기 어려운 문제점이 있으며, 절삭 가공 등과 같은 홈 가공에 의해 홀컵이 형성되므로 홈 가공에 의해 LED칩이 실장되는 표면이 불규칙하게 되어 LED칩을 안정적으로 실장시키기 어려운 문제점이 있다.
또 다른 예로, 대한민국 등록특허 10-0943520호에는 고방열 방사 세라믹 무기물이 코팅된 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 구비한 PCB가 개시되어 있다.
상기의 고방열 방사 세라믹 무기물이 코팅된 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 구비한 PCB는 열원상에 구비되어 열원의 온도를 감소시키는 금속부재를 포함하는 히트싱크에 있어서, 용도에 따라 소정의 두께로 가공된 도금강판과, 알루미늄 또는 구리로 이루어진 금속부재의 한쪽 면과, 양면의 일부 또는 그 전체에 질화붕소, 질화알루미늄 또는 은나노 파우더들 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 코팅제가 소정의 두께로 도포된다.
상기의 고방열 방사 세라믹 무기물이 코팅된 히트싱크와 이의 제조방법 및 이를 구비한 PCB에 따르면 기존의 히트싱크 보다 열원의 온도를 약 4℃까지 감소시키는 효과가 있다.
그러나, 상기의 고방열 방사 세라믹 무기물이 코팅된 히트싱크는 도금강판이나 알루미늄 또는 구리 중 하나의 금속 부재를 용도에 따라 0.5 ~ 50mm의 두께로 가공하는 단계 및 샌드블라스팅 표면처리 단계 등을 거쳐야하므로 그 제조방법이 까다롭고 제조단가가 높아지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인쇄회로기판상에 LED칩의 실장을 용이하게 하고, LED칩에서 발생하는 열을 신속하게 방출하며, 높은 방열효율을 가지면서 낮은 단가로 제조할 수 있는 LED 램프 모듈의 방열구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체는 표면 실장용 LED칩이 다수 설치되는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판의 저면에 설치되는 방열판과, 상기 LED칩에서 발생하는 열을 상기 방열판에 전달하는 열전달수단을 구비하고, 상기 열전달수단은 상기 인쇄회로기판의 상면과 저면을 관통하여 형성된 관통홀에 상기 LED칩의 저면과 상기 방열판의 상면에 각각 접촉되도록 삽입되는 방열핀을 구비한다.
상기 열전달수단은 상기 관통홀의 내측면으로부터 상기 인쇄회로기판의 상면과 저면 일부분을 각각 점유하도록 상기 관통홀로부터 멀어지는 방향으로 연장형성된 열전도부재를 더 구비하고, 상기 방열핀은 상기 열전도부재와 접촉되도록 삽입설치된다.
상기 열전도부재는 상기 인쇄회로기판의 저면에 형성된 관통홀을 제외한 상기 저면 전반에 걸쳐 연장형성된다.
상기 열전달수단은 상기 방열핀의 상면와 상기 LED칩의 저면에 각각 접촉되게 설치되고, 상기 방열핀의 저면과 상기 방열판의 상면에 각각 접촉되게 설치되는 열전도부재를 더 구비한다.
본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체에 의하면, 인쇄회로기판에 형성된 관통홀의 상부에 LED칩이 실장되고 관통홀에 삽입된 방열핀이 LED칩과 방열판에 직접접촉된 구조로 형성되어 있어서, LED칩에서 발생하는 열을 신속하게 방열판으로 전달하여 LED칩의 손상을 방지하고 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 방열핀과 열전도부재를 인쇄회로기판에 용이하게 설치할 수 있어서 복잡한 과정의 단계를 거치지 않더라도 높을 방열효율을 갖는 저가형 LED 램프 모듈을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 제1실시 예를 나타내보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 LED 램프 모듈의 측단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 제2실시 예를 나타내보인 측단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 제3실시 예를 나타내보인 측단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 제4실시 예를 나타내보인 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, LED 램프 모듈의 방열구조체(1)는 인쇄회로기판(10)과, 방열판(20)과, 열전달수단을 구비한다.
인쇄회로기판은 상면에 표면 실장용 LED칩(40)에 형성된 다수의 접속단자(41)들의 패턴과 대응하는 다수의 전극패드(11)가 형성된 전극층이 마련되어 있으며, 각각의 전극패드(11)에 연결되어 인쇄회로기판(10)에 실장 된 LED칩(40)에 전원을 인가할 수 있는 회로패턴(12)이 형성되어 있다.
LED칩(40)의 접속단자(41)들은 인쇄회로기판(10)에 형성된 전극패드(11)들과 솔더에 의해 접합되어 전기적으로 연결된다.
방열판(20)은 인쇄회로기판(10)상에 실장된 LED칩(40)에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해 인쇄회로기판(10)의 저면에 설치된다.
방열판(20)과 인쇄회로기판(10)은 도 2에 도시한 바와 같이 방열판(20)과 인쇄회로기판(10)이 접착될 수 있도록 강한 접착력을 가지며, 인쇄회로기판(10)으로부터 전달되는 열을 방열판(20)으로 전달할 수 있도록 열전도도가 높은 접착부재(30a)를 이용하여 접착될 수 있다.
접착부재(30a)의 일 예로서, 액상의 써멀구리스(thermal grease), 써멀컴파운드(thermal compound) 또는 써멀테이프(thermal tape) 등이 사용될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지 않았지만, 이와는 다르게 방열판(20)과 인쇄회로기판(10)을 나사를 통해 상호 나사결합시킬 수도 있다.
방열판(20)은 열전도도가 높은 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하며 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금 등으로 이루어질 수 있다.
방열판(20)은 LED칩(40)으로부터 발생된 열을 공기중으로 신속하게 방출할 수 있도록 길이방향을 따라서 다수의 방열날개들이 상호 소정간격으로 이격된 구조로 형성되어 있다.
한편, 도 1 내지, 도 2에 도시한 바와는 다르게, 방열판은 다수의 방열날개(21)들을 관통하는 공기 통과공이 방열판의 길이방향에 대해 수직방향으로 형성될 수 있으며, 이 통과공은 방열판과 접촉되는 공기의 순환을 용이하게 하여 방열판의 방열효율을 높일 수 있다.
또한, 방열판(20)에는 LED칩(40)이 실장된 소정의 크기를 갖는 다수의 인쇄회로기판(10)들이 상호 소정거리로 이격되어 각각 설치될 수도 있다.
이 경우, LED칩(40)의 오작동으로 인한 인쇄회로기판(10) 전체를 방열판(20)과 분리해야 하는 번거러움을 방지할 수 있다.
열전달수단은 인쇄회로기판(10)에 실장된 LED칩(40)에서 발생하는 열을 방열판에 전달하는 것으로서, LED칩(40)이 실장되는 인쇄회로기판(10)의 영역에는 상하로 관통하여 형성된 관통홀(10a)에 삽입설치되는 방열핀(31)을 구비한다.
여기서, 인쇄회로기판(10)에 형성된 관통홀(10a)의 형상과 크기는 인쇄회로기판(10)에 실장되는 LED칩(40)의 형상과 대응되는 형태로 형성되고 LED칩(40)의 크기보다는 작게 형성되는 것이 바람직하다.
방열핀(31)은 관통홀(10a)에 삽입되고 LED칩(40)의 저면과 방열판(20)의 상면에 각각 접촉되어 LED칩(40)으로부터 발생하는 열을 방열판(20)으로 전달한다.
방열핀(31)은 열전도도가 높은 금속물질로 이루어지고, 원통형으로 형성된다.
이와는 다르게 방열핀(31)은 원통형 이외에도 관통홀(10a)의 형상과 대응되도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체에 대한 제2실시 예가 도시되어 있다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 구성요소는 동일한 참조부호로 표기한다.
도 3을 참조하면, LED 램프 모듈의 방열구조체(2)는 인쇄회로기판(10)과, 방열판(20)과, 열전달수단을 구비한다.
여기서 인쇄회로기판(10)과, 방열판(20)은 앞서 설명한 LED 램프 모듈의 방열구조체(1)의 제1실시 예에 대한 상세한 설명에서 구체적으로 기재하고 있는 바와 동일하므로 중복설명은 생략한다.
열전달수단은 인쇄회로기판(10)의 상하를 관통하여 형성된 관통홀(10a)의 내측 표면에 형성된 열전도부재(35)와, 방열핀(31)을 구비한다.
열전도부재(35)는 두께가 매우 얇은 박판의 형태로 전도율이 높은 예컨데, 동, 구리 또는 알루미늄 등의 금속으로 형성된다.
열전도부재(35)는 관통홀(10a)의 내측면에 형성된 바디(35b)와, 바디(35b)로부터 상방으로 연장되고, 관통홀(10a)로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 LED칩(40)이 실장되는 영역을 점유하도록 형성된 제1연장부(35a)와, 바디(35b)로부터 하방으로 연장되고, 관통홀(10a)로부터 멀어지는 방향으로 연장되어 방열판(20)이 설치되는 영역을 일부분 점유하도록 형성된 제2연장부(35c)를 구비한다.
제1연장부(35a)는 LED칩(40)의 저면 일부 또는 전체와 접촉되고, 제2연장부(35c)는 방열판(20)의 상면 일부분과 접촉된다.
제1연장부(35a) 및 제2연장부(35c)는 열전도도가 높은 금속물질로 형성되는 것이 바람직하다.
방열핀(31)은 열전도부재(35)와 LED칩(40)의 저면 및 방열판(20)의 상면에 각각 접촉되게 설치되며, 방열핀(31)의 외주면이 열전도부재(35)의 바디부(35b)와 접촉되게 삽입설치된다.
한편, 도 4에는 도 3의 제2연장부(35c)가 변형된 형태의 열전도부재(135)를 구비하는 LED 램프 모듈의 방열구조체(3)에 대한 제3실시 예가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 열전도부재(135)의 바디(135b)와 제1연장부(135a)는 도 3과 동일한 형태로 형성되었지만 제2연장부(135c)는 관통홀(10a)이 형성된 부분을 제외한 인쇄회로기판(10)과 방열판(20) 사이의 전반에 걸쳐서 연장형성된 구조로 형성되어 있다.
제2연장부(135c)는 방열판(20)과 접촉되는 부분의 접촉면적을 증가시켜 제1연장부(135a)와 바디(135b)를 통하여 전달되는 열을 효과적으로 전달될 수 있게 함과 동시에 방열판(20)과 접촉되는 부분의 결합력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 5에는 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체에 대한 제4실시 예가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, LED 램프 모듈의 방열구조체(4)는 인쇄회로기판(10)과, 방열판(20)과, 방열핀(31)의 상하부에 각각 제1열전도부재(235a)와 제2열전도부재(235b)가 마련된 열전도부재(235)를 더 구비한다.
제1열전도부재(235a)는 방열핀(31)의 상부와 접촉되고 LED칩(40)의 저면과 접촉되게 설치되고 , 제2열전도부재(235b)는 방열핀(31)의 하부와 접촉되고 방열판(20)의 상면과 접촉되게 설치된다.
제1열전도부재(235a) 및 제2열전도부재(235b)는 방열핀(31)이 관통홀(10a)에 삽입 설치된 상태에서 방열핀(31)의 상하부에 각각 접촉되게 설치되는 것으로 용이하게 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제1열전도부재(235a)와 제2열전도부재(235b)를 절연성이 높고 열전도율이 높은 물질로 형성시킬 경우에는 LED칩(40)과 방열판(20) 사이를 절연시킬 수 있는 장점이 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 LED 램프 모듈의 방열구조체 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: LED 램프 모듈 10 : 인쇄회로기판
10a : 접착부재 11 : 전극패드
20 : 방열판 30a : 접착부재
31 : 방열핀 35 : 열전도부재
40 : LED칩 41 : 전극단자

Claims (4)

  1. 표면 실장용 LED칩이 다수 설치되는 인쇄회로기판과;
    상기 인쇄회로기판의 저면에 설치되는 방열판과;
    상기 LED칩에서 발생하는 열을 상기 방열판에 전달하는 열전달수단;을 구비하고, 상기 열전달수단은 상기 인쇄회로기판의 상면과 저면을 관통하여 형성된 관통홀에 상기 LED칩의 저면과 상기 방열판의 상면에 각각 접촉되도록 삽입되는 방열핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 램프 모듈의 방열구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전달수단은 상기 관통홀의 내측면으로부터 상기 인쇄회로기판의 상면과 저면 일부분을 각각 점유하도록 상기 관통홀로부터 멀어지는 방향으로 연장형성된 열전도부재를 더 구비하고, 상기 방열핀은 상기 열전도부재와 접촉되도록 삽입설치된 것을 특징으로 하는 LED 램프 모듈의 방열구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전도부재는 상기 인쇄회로기판의 저면에 형성된 관통홀을 제외한 상기 인쇄회로기판의 저면 전반에 걸쳐 연장형성된 것을 특징으로 하는 LED 램프 모듈의 방열구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전달수단은 상기 방열핀의 상면와 상기 LED칩의 저면에 각각 접촉되게 설치되고, 상기 방열핀의 저면과 상기 방열판의 상면에 각각 접촉되게 설치되는 열전도부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 램프 모듈의 방열구조체.
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