KR20130004547U - Ｌｅｄ 방열모듈 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 LED 방열모듈에 관한 것으로, 열을 효율적으로 이동시키기 위해, 열전달 핀을 사용하여 열전달 경로를 개선하였다. 종래의 기술보다 기판에 미치는 열적 영향이 적고, 고가의 메탈기판을 사용하지 않고도 방열판으로의 직접 열전달을 가능하게 하여 효율적인 방열이 가능하다.
Description
본 고안은 LED 방열모듈에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 전자소자가 소형화, 집적화되면서 적은 면적을 차지하는 전자소자에서 발생 되는 고온의 열을 빠르고 효율적으로 분산하여 방열시킬 수 있는 열 통로 구조를 갖는 LED 방열모듈에 관한 것이다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0087117호(2006.08.02)에는 LED칩이 부착된 열전도성을 갖는 금속 PCB 기판 배면에 방열판을 달아 냉각시키는 장치 및 방법이 개시되었다(도 31 참조).
그러나 금속회로기판 위에 형성된 다른 전자소자에도 열적 영향을 미치게 된다. 또한, 금속 PCB 기판을 사용함으로써 제작비용이 과다하게 소요된다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은 효율적인 열방출이 가능한 LED 방열모듈을 제공하는 것이다.
목적을 달성하기 위하여 본 고안은, LED소자, 열전달핀, 방열판을 포함하는 LED방열모듈을 제공하는 것이다.
LED소자는 전극을 포함할 수 있다. LED소자의 전극은 인쇄회로기판에 연결될 수 있다.
방열판은 체결용 연속홈이 형성된 삽입구를 포함할 수 있다.
인쇄회로기판은 열전달핀이 관통할 수 있도록 체결공을 포함할 수 있으며, 체결공의 내부에는 결합용 연속홈(나사골)이 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 실시 예의 열 해석과 종래 기술에 의한 방열방법의 열 해석을 비교하면 발생한 열이 열전달핀을 통해 방열판으로 원활하게 전달되는 것을 알 수 있다.
도 1은 본 고안에 의한 실시예1의 사시도,
도 2는 본 고안에 의한 실시예1의 리드선을 이용한 외부연결의 사시도,
도 3은 본 고안에 의한 실시예1의 컨넥터를 이용한 외부연결의 사시도.
도 4는 본 고안에 의한 실시예2의 사시도,
도 5는 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 열해석 모형의 개요도,
도 6은 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 열해석 모형의 단면도,
도 7은 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 온도분포도,
도 8은 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 단위면적당 열이동량도,
도 9는 메탈기판상에 LED를 설치한 종래기술의 열해석 모형의 개요도,
도 10은 메탈기판상에 LED를 설치한 종래기술의 열해석 온도분포도,
도 11은 메탈기판상에 LED를 설치한 종래기술의 LED의 단위면적당 열 이동량도,
도 12는 메탈기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 LED의 열해석을 위한 모형의 단면도,
도 13은 메탈기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 LED의 열해석 온도분포도,
도 14는 메탈기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 LED의 단위면적당 열이동량도,
도 15는 열해석에 의한 열전달핀의 길이변화에 따른 LED온도변화 결과,
도 16은 핀 길이가 10.38인 경우의 열해석 온도분포도,
도 17은 핀 길이가 10.38인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 18은 핀 길이가 12.12인 경우의 열해석 온도분포도,
도 19는 핀 길이가 12.12인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 20은 핀 길이가 13.86인 경우의 열해석 온도분포도,
도 21은 핀 길이가 13.86인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 22는 핀 길이가 15.59인 경우의 열해석 온도분포도,
도 23은 핀 길이가 15.59인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 24는 핀 길이가 17.32인 경우의 열해석 온도분포도,
도 25는 핀 길이가 17.32인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 26은 핀 길이가 19.05인 경우의 열해석 온도분포도,
도 27은 핀 길이가 19.05인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 28은 핀 길이가 20.78인 경우의 열해석 온도분포도,
도 29는 핀 길이가 20.78인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 30은 LED방열모듈 제조방법의 개요도,
도 31은 배경기술의 개요도.
도 2는 본 고안에 의한 실시예1의 리드선을 이용한 외부연결의 사시도,
도 3은 본 고안에 의한 실시예1의 컨넥터를 이용한 외부연결의 사시도.
도 4는 본 고안에 의한 실시예2의 사시도,
도 5는 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 열해석 모형의 개요도,
도 6은 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 열해석 모형의 단면도,
도 7은 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 온도분포도,
도 8은 에폭시기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 실시예의 단위면적당 열이동량도,
도 9는 메탈기판상에 LED를 설치한 종래기술의 열해석 모형의 개요도,
도 10은 메탈기판상에 LED를 설치한 종래기술의 열해석 온도분포도,
도 11은 메탈기판상에 LED를 설치한 종래기술의 LED의 단위면적당 열 이동량도,
도 12는 메탈기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 LED의 열해석을 위한 모형의 단면도,
도 13은 메탈기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 LED의 열해석 온도분포도,
도 14는 메탈기판을 관통하는 열전달핀을 갖는 LED의 단위면적당 열이동량도,
도 15는 열해석에 의한 열전달핀의 길이변화에 따른 LED온도변화 결과,
도 16은 핀 길이가 10.38인 경우의 열해석 온도분포도,
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도 23은 핀 길이가 15.59인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 24는 핀 길이가 17.32인 경우의 열해석 온도분포도,
도 25는 핀 길이가 17.32인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 26은 핀 길이가 19.05인 경우의 열해석 온도분포도,
도 27은 핀 길이가 19.05인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 28은 핀 길이가 20.78인 경우의 열해석 온도분포도,
도 29는 핀 길이가 20.78인 경우의 열해석 단위면적당 열이동량도,
도 30은 LED방열모듈 제조방법의 개요도,
도 31은 배경기술의 개요도.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 고안을 바람직한 실시 예에 의해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 청구항1의 기술적 사상을 표현하는 본 고안의 실시예1의 사시도이고, 도 2는 본 고안에 의한 실시예1의 리드선(120)을 이용한 외부연결의 사시도이고, 도 3은 본 고안에 의한 실시예1의 컨넥터(130)를 이용한 외부연결의 사시도이다.
본 고안의 실시예1은 LED소자(100), 열전달핀(220), 방열판(300)으로 구성된다. 열전달핀(220)은 나사 형태를 가질 수 있다. 방열판(300)은 열전달핀(220)을 삽입할 수 있는 삽입구(310)를 갖는다.
LED소자(100)에서 발생된 열이 열전달핀(220)으로 전달된다. 열전달핀(220)이 삽입된 방열판(300)은 열을 전달받아 공기 중으로 방출한다. 이러한 열전달핀(220)은 열전도도가 우수한 동(Cu)과 같은 재질로 형성될 수 있다. LED소자(100)의 전극은 방열판(300)에 접촉하지 않고 외부로 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리드선(120)을 이용하여 전원을 포함하는 외부 회로기판(140)과 연결될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 복잡한 리드선(120)을 정리한 컨넥터(130)를 사용하여 전원을 포함하는 외부 회로기판(140)과 연결될 수 있다.
도 4는 청구항2의 기술적 사상을 표현하는 본 고안의 실시예2의 사시도로서, LED모듈을 회로기판(200)에 장착한 모습을 도시하고 있다. 열전달핀(220)을 회로기판(200)을 관통하여 방열판(300)에 고정시키기 위하여 회로기판(200)에 체결공(210)을 뚫는다. 따라서 LED소자(100)에서 발생한 열이 열전달핀(220)으로 전달된다. 열은 회로기판(200)에 전달되지 않고 삽입구(310)에서 방열판(300)으로 직접 전달되어 공기 중으로 방출된다. 이때, 메탈기판(201)을 사용하지 않고, 에폭시 기판(202)을 사용하는 경우 회로기판(200)에 뚫린 체결공(210)의 내부에는 열전달핀(220)에 형성된 나사산과 맞물리는 나사골이 형성될 수 있다.
도 5는 에폭시 기판(202)을 관통하는 열전달핀(220)을 갖는 실시예의 열해석을 위한 모형의 개요도이며, 열전달핀(220)이 LED소자(100) 아래 에폭시 기판(202)을 관통하여 방열판(300)에 박혀있는 모습이다.
도 6은 에폭시 기판(202)을 관통하는 열전달핀(220)을 갖는 실시 예의 열해석을 위한 모형의 단면도로서, LED소자(100) 아래 열점(110)이 있는 것을 가정하여 전체적인 열전달핀(220)과 방열판(300)의 위치를 도시하고 있다.
도 7은 에폭시 기판(202)을 관통하는 열전달핀(220)을 갖는 실시 예의 열해석 온도분포도이며, LED소자(100)의 온도상승은 47.9℃, 방열판(300)의 최저 온도는 4.9℃다. 우측의 단면도는 방열판(300)의 중심으로의 상대적인 고온부가 형성됨을 보여주고 있다.
도 8은 에폭시 기판(202)을 관통하는 열전달핀(220)을 갖는 실시예의 열해석 단위면적당 열 이동량도이며, 열전달핀(220) 주변에서 열 이동량이 많다. 열점(110)에서 방열판(300)으로의 열전달면적이 열전달핀(220)의 면적만큼 늘어난 효과이다.
도 9는 메탈기판(201)상에 LED소자(100)를 설치한 종래 방열기술의 열해석을 위한 모형의 개요도로서, LED소자(100)가 설치된 메탈기판(201) 배면에 방열판(300)이 설치되어 있다.
도 10은 메탈기판(201)상에 LED소자(100)를 설치한 종래기술의 열해석 온도분포도이며, LED소자(100)의 온도상승은 47℃, 방열판(300)의 최저 온도는 2.8℃로서, LED소자(100)의 온도상승은 에폭시 기판(202)에 열전달핀(220)을 통한 방열기술과 큰 차이가 없음을 보여주고 있다. 열점(110) 아래 열이 모여 있고 방열판(300)의 넓은 면적에 걸쳐 열적 평형을 이루고 있다. 메탈기판(201)의 중심 부위로부터 퍼져나가는 형태로 방열이 이루어진다. LED소자(100)를 중심으로 넓게 퍼진 반구형의 열전달이 단면도에서 관찰된다.
도 11은 메탈기판(201)상에 LED소자(100)를 설치한 종래기술의 열해석 단위면적당 열 이동량도이며, 열점(110)의 좌우면으로 넓게 열 이동이 있다.
도 12는 메탈기판(201)을 관통하는 열전달핀(220)을 갖는 실시 예의 열해석을 위한 모형의 단면도이며, 도 5와 소재는 다르나 동일한 모습을 하고 있다.
도 13은 메탈기판(201)을 관통하는 열전달핀(220)을 갖는 실시 예의 열해석 온도분포도이며, LED소자(100)의 온도상승은 46℃, 방열판(300)의 최저 온도는 2.1℃로서, 에폭시기판(202)에 열전달핀(220)을 통한 방열기술과 메탈기판(201)에 의한 방열기술의 두 장점을 합한 결과를 보여주고 있다. 도 10의 방열판(300)에서의 온도 분포 범위보다 넓은 분포 범위를 보인다. 열점(110)에서 방열판(300)으로의 열 이동이 활발하기 때문이다. 열전달핀(220) 만큼 열전달 면적이 늘어나 도 10에서의 방열판(300)으로의 반구형 열유입 보다 넓은 면적의 열유입이 방열판(300)에 작용하는 것으로 해석된다.
도 14는 메탈기판(201)상에 열전달핀(220)을 갖는 실시 예의 열해석 단위면적당 열 이동량도이며, 열점(110)에서 발생한 열이 열전달핀(220)을 거쳐 방열판(300)으로 열 이동하는 모습이 현저하다. 이는 도8의 에폭시기판(202)을 관통하여 열전달핀(220)을 적용한 결과와 동일한 경향을 보이는 것이다. 따라서, 메탈기판(201)을 사용하는지 유무와 관계없이 열전달핀(220)을 사용하는 것이 열전달에 효과적임을 알 수 있다. 또한, 고가의 메탈기판(201)을 사용하지 않고 일반적인 에폭시기판(202)을 사용하는 경우에 열전달핀(220)을 사용하는 것이 효율적임을 알 수 있다.
도 15는 열해석에 의한 열전달핀(220)의 길이 변화에 따른 LED 온도변화 결과로서, 방열판(300) 내부에 위치하는 열전달핀(220)의 길이가 길어지면서 LED의 온도상승이 반비례적인 변화를 보인다. 즉, 열전달핀(220)이 길어질수록 핀과 방열판(300)과의 접촉면이 넓어지면서 방열판(300)으로의 열 전달량이 늘어나므로 열전달핀(220) 길이 대비 방열 효과가 커졌다. 특히 핀의 길이가 12.12mm 내지 17.32mm인 구간에서 온도가 0.05~0.072도 감소하여, 이 구간에서 방열효과가 큼을 알 수 있다. 그러나 핀의 길이가 증가할수록 방열효과가 선형적으로 상승하지 않고 어느 정도의 핀 길이에서는 방열효과가 포화됨을 도 15로부터 볼 수 있다. 따라서 LED소자(100)의 열을 방열판(300)으로 전달하기 위한 열전달핀(220)의 길이는 제작되는 LED소자(100)의 발열량, 방열판(300) 두께 등을 고려하여 적절한 열전달핀(220)의 길이를 선택하여야 한다.
도 16, 도 18, 도 20, 도 22, 도 24, 도 26, 도 28은 핀 길이가 10.38mm부터 20.78mm로 길어지는 경우, 각각의 방열판(300)의 온도분포와 열 이동량, 그리고 방열에 따른 LED소자(100)의 최고 온도상승에 대한 해석결과이다.
도 17, 도 19, 도 21, 도 23, 도 25, 도 27, 도 29는 핀 길이가 10.38부터 20.78mm로 길어지는 경우의 열해석 단위면적당 열 이동량도이며, 열 이동량이 열전달핀(220)과 방열판(300) 사이에서 많다.
도 30은 본 고안의 실시예인 LED방열모듈의 제조방법의 개요도로서, 청구항 4의 기술적 사상을 순서도로 표현하고 있다.
연속홈 형성단계는 열전달핀(220)이 회로기판(200)에 고정되고 방열판(300)을 고정할 수 있도록 하는 체결용 연속홈을 파는 단계이다.
삽입구(310) 형성단계는 방열판(300)이 체결용 연속홈이 형성된 열전달핀(220)에 의해 고정될 수 있도록 연속홈이 파인 삽입구(310)를 형성하는 단계이다.
체결공(210) 형성단계는 회로기판(200)을 관통하는 체결공(210)을 뚫는 단계이다.
제1 결합단계는 열전달핀(220)과 회로기판(200)을 체결공(210)을 이용하여 결합하는 단계이다.
제2 결합단계는 아래로 튀어나온 열전달핀(220)과 삽입구(310)가 형성된 방열판(300)을 삽입 결합하는 단계이다.
제3 결합 단계는 열전달핀(220) 위로 LED소자(100)를 밀착 및 고정시켜 회로기판(200)에 설치하여 전극 등을 연결하는 단계이다.
본 명세서에 기재된 본 고안의 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 고안의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
따라서, 본 고안은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
100: LED소자 110: 열점(4.8W)
120: 리드선 130: 컨넥터
140: 외부 회로기판 200: 회로기판
201: 메탈기판 202: 에폭시 기판
210: 체결공 220: 열전달핀
230: 서멀그리스 (t=0.5mm) 300: 방열판
310: 삽입구
120: 리드선 130: 컨넥터
140: 외부 회로기판 200: 회로기판
201: 메탈기판 202: 에폭시 기판
210: 체결공 220: 열전달핀
230: 서멀그리스 (t=0.5mm) 300: 방열판
310: 삽입구
Claims (3)
- 전극을 가지는 LED소자;
상기 LED소자와 접합되는 상부와, 체결용 하부를 갖는 열전달 핀;
상기 열전달 핀이 관통되는 체결공이 형성되며 상기 LED소자의 전극이 연결되는 회로기판;과
상기 열전달 핀의 하부와 체결되는 삽입구를 갖는 방열판을 포함하는 LED 방열모듈. - 제1항에 있어서,
상기 회로기판이 메탈기판인 것을 특징으로 하는 LED 방열모듈. - 제1항에 있어서,
상기 열전달핀의 하부와 상기 방열판의 삽입구에 나사산을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 방열모듈.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2020130004865U KR20130004547U (ko) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | Ｌｅｄ 방열모듈 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2020130004865U KR20130004547U (ko) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | Ｌｅｄ 방열모듈 |
Related Parent Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020110075014A Division KR20130013390A (ko) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Ｌｅｄ 방열모듈 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130004547U true KR20130004547U (ko) | 2013-07-23 |
Family
ID=51357459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR2020130004865U KR20130004547U (ko) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | Ｌｅｄ 방열모듈 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130004547U (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101579610B1 (ko) * | 2015-06-19 | 2015-12-22 | 주식회사 비츠로 | 열전도 파이프를 이용한 방열 엘이디 기판 |
| KR102263962B1 (ko) | 2020-04-16 | 2021-06-11 | 에코라이팅주식회사 | Led 조명기구용 방열판 기구 |
| KR20220164358A (ko) | 2021-06-04 | 2022-12-13 | 에코라이팅주식회사 | Led 조명용 방열 장치 |
-
2013
- 2013-06-17 KR KR2020130004865U patent/KR20130004547U/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101579610B1 (ko) * | 2015-06-19 | 2015-12-22 | 주식회사 비츠로 | 열전도 파이프를 이용한 방열 엘이디 기판 |
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