KR20130048408A - 방열 인쇄회로기판, 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

방열 인쇄회로기판, 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20130048408A
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박성하
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자화전자(주)
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 방열 인쇄회로기판은, 열전도성 폴리머로 이루어지고, 발열체가 그 상단에 탑재되는 방열 베이스 기판과; 절연층과, 상기 절연층 위에 적층된 회로층과, 상기 절연층 및 회로층을 관통하는 개구를 구비한 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 인쇄회로기판은 상기 방열 베이스 기판 위에 적층된다.

Description

방열 인쇄회로기판, 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치{HEAT RELEASE PRINTED CIRCUIT BOARD, SEMICONDUCTOR ILLUMINATION APPARATUS AND DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로서, 특히 발열체(예를 들어, LED, LD와 같은 반도체 광원)에 의해 발생하는 열을 확산하기 위한 방열 베이스 기판을 포함하는 방열 인쇄회로기판과, 이를 구비하는 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
통상의 디스플레이 장치(예를 들어, TV, 휴대폰과 같은 휴대 장치, 기타 조명 장치 등)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 장치 등을 포함한다.
액정표시장치는 액정층(liquid crystal layer)을 구비하고 영상을 표시하는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(back light unit: BLU)을 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 상기 액정층과, 액정 분자들의 배열 상태를 제어하기 위해 상기 액정층의 상하에 배치된 상부 및 하부 유리 기판(upper and lower glass substrates)을 포함한다. 상기 하부 유리 기판은 박막 트랜지스터들과 화소 전극들(pixel electrodes)을 포함하고, 상기 상부 유리 기판은 공통 전극(common electrode)을 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 상기 액정층의 상하에 배치되며 각각 입력된 광을 선편광(linear polarization)시키는 상부 및 하부 편광판(upper and lower polarization plates)을 더 포함한다. 이때, 상기 상부 및 하부 편광판의 편광 방향들은 서로 직교한다.
백라이트 유닛에 사용되는 광원은 형광램프, LED 램프 등이 있다. 형광램프로는 특히 냉음극 형광램프(CCFL: Cole Cathode Flourscent Lamp)가 백라이트 유닛의 광원으로 대표적이었으며, 최근에는 색 재현성, 광효율, 고수명, 저전력소모, 경량, 박형화 등의 장점을 갖는 LED 램프가 백라이트 유닛의 광원으로 채용되고 있다. 그러나 백라이트 유닛의 LED 램프는 형광램프보다 높은 온도가 발생한다는 큰 단점이 있다. LED 램프 1개당 소모 전력은 약 1W 정도이고, 1W의 소모 전력에서 열로 발생하는 비율이 70% 이상 된다. 통상 30인치 TFT-LCD의 백라이트 유닛에 사용되는 LED 램프의 개수는 약 200개에 달하며, 이로 인해 발생하는 열은 약 140W 정도가 된다. 여기서 발생한 열은 백라이트 유닛 내부의 온도를 상승시켜, 백라이트 유닛을 구성하는 각종 부품들에게 영향을 주게 된다. 이로 인해 제품의 변형을 초래할 수도 있고, 열의 상승기류로 인해 백라이트 유닛의 상하 온도 차가 발생하여 응력을 초래할 수도 있으며, 이러한 문제로 인해 결국 백라이트 기능을 상실한 지경에 이르게 될 수도 있다.
전술한 바와 같은 백라이트 유닛, 일반 조명 기구 등에 활용되는 반도체 조명 장치는 반도체 광원에서 발생한 열을 효과적으로 처리하여 내부의 온도를 낮추고, 내부 온도 편차를 줄일 수 있는 수단을 필요로 한다.
본 발명은 높은 절연전압 특성을 보유하고, 제조비가 낮으면서도, 방열 특성이 향상된 방열 인쇄회로기판과, 이를 구비한 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 개발자에게 설계의 자유도를 높여주고, 내 화학성이 우수하고, 가벼운 방열 인쇄회로기판과, 이를 구비한 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 방열 인쇄회로기판은, 열전도성 폴리머로 이루어지고, 발열체가 그 상단에 탑재되는 방열 베이스 기판과; 절연층과, 상기 절연층 위에 적층된 회로층과, 상기 절연층 및 회로층을 관통하는 개구를 구비한 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 인쇄회로기판은 상기 방열 베이스 기판 위에 적층된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 조명 장치는, 열전도성 폴리머로 이루어지고, 발열체가 그 상단에 탑재되는 방열 베이스 기판과; 절연층과, 상기 절연층 위에 적층된 회로층과, 상기 절연층 및 회로층을 관통하는 개구를 구비한 인쇄회로기판과; 상기 방열 베이스 기판 위에 탑재되며, 상기 회로층과 전기적으로 연결되는 반도체 광원을 포함하고, 상기 인쇄회로기판은 상기 방열 베이스 기판 위에 적층된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 디스플레이 장치는 전술한 반도체 조명 장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 발생한 열을 효과적으로 처리하여 내부의 온도를 낮추고, 내부 온도 편차를 줄일 수 있으며, 높은 절연전압 특성을 보유하고, 제조비가 낮으면서도, 방열 특성이 향상된 방열 인쇄회로기판과, 이를 구비한 반도체 조명 장치 및 디스플레이 장치가 제공된다.
즉, 본 발명에 따른 방열 인쇄회로기판에서, 발열체가 인쇄회로기판을 통하지 않고 방열 베이스 기판 위에 직접 적층되므로, 효율적이면서도 빠른 열 방출이 가능하다. 또한, 본 발명은 방열 베이스 기판을 기저부 및 돌출부로 구성하고, 발열체가 탑재되는 위치에서만 돌출부를 배치함으로써, 방열 베이스 기판의 평균적인 두께를 낮출 수 있고, 이로 인해 방열 베이스 기판의 제조 비용을 낮추면서도 방열 특성은 오히려 향상시키는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명은 열전도성 폴리머로 이루어진 방열 베이스 기판을 사용함으로써, 발열원인 부품의 사용 온도를 낮추고, 발열원 및 방열 인쇄회로기판의 열적 변형을 방지하고, 금속 소재보다 사출, 압출, 프레싱 등의 가공으로 형상 가공이 매우 용이하여 복잡한 형태의 방열용 제품을 제작할 수 있도록 하고(즉, 개발자에게 설계의 자유도를 높여줌), 내 화학성이 우수하여 화학성 물질에 매우 안정하며(즉, PCB 제조시 에칭과 같은 부식 공정에서 발생할 수 있는 부작용을 방지하고, 도금 공정에서 화학 물질과의 반응을 억제하여 불량을 감소시킴), 금속 소재 대비 무게가 가볍다는 이점들을 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 열전도성 플라스틱과 일반 플라스틱의 열전도 특성들을 비교하기 위한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 7은 도 6에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 9는 도 8에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도,
도 10은 도 8에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도,
도 11은 본 발명의 바람직한 제5 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 12는 본 발명의 바람직한 제6 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 13은 본 발명의 바람직한 제7 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 14는 본 발명의 바람직한 제8 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 15는 본 발명의 바람직한 제9 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 16은 본 발명의 바람직한 제10 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면,
도 17은 본 발명의 바람직한 제11 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하의 실시 예들에서는, 발열체의 대표적인 예로서 반도체 광원을 들고 있으나, 본 발명의 방열 인쇄회로기판은 이러한 반도체 광원에만 적용되는 것이 아니라, 마이크로 프로세서, 구동 모듈, 통신 모듈, 반도체 광원 등과 같은 열이 발생하는 임의의 전자 모듈(또는 반도체 칩)에 적용될 수 있음에 주의하여야 한다.
또한, 방열 인쇄회로기판의 대표적인 적용 예로서 반도체 조명 장치를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 당업자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(100)는 방열 베이스 기판(110) 및 인쇄회로기판(120)을 구비한 방열 인쇄회로기판(105)과, 반도체 광원(140)을 포함한다.
상기 방열 베이스 기판(110)은 기저부(112)와, 상기 기저부(112)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(114)를 포함한다. 상기 방열 베이스 기판(110)은 열전도성 폴리머(즉, 열전도성 플라스틱 또는 고무)로 이루어지고, 상기 열전도성 폴리머는 열전도도 및 열적 안정성이 우수한 열전도성 필러와 열적 안정성, 내 화학성, 치수 안정성, 기계적 강도가 우수한 폴리머 바인더(즉, 플라스틱 또는 고무 바인더)를 주 성분들로 한다. 상기 열전도성 필러로는 금속 또는 비금속 물질을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 열전도성 필러로서, 금, 백금, 은, 파라듐, 구리, 알루미늄, 니켈, 인듐(In), 인듐 주석 산화물(ITO), ATO(antimony tin oxide), 코발트, 철(Fe), 주석, 망간, 크롬, 티타늄, 아연, 두랄루민(duralumin), 몰리브덴(molybdenum), 다이아몬드, 그래파이트(Graphite), 탄소 나노튜브(Carbon nanotube: CNT) 및 질화붕소(Boron nitride), 알루미나(Al2O3), 카본 블랙(carbon black), 페라이트(Ferrite) 중의 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
상기 폴리머 바인더로는 폴리올레핀계 플라스틱, 폴리에스테르계 플라스틱, 폴리에테르계 플라스틱, 폴리비닐계 플라스틱 및 폴리아미드계 플라스틱을 포함하는 열가소성 플라스틱과, 열경화성 플라스틱과, 고무 중의 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 폴리머 바인더로서, PMMA(polymethyl methacrylate), PVC(Polyvinyl chloride), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), PP(polypropylene), PE(polyethylene), PA(polyamide), POM(polyacetal), PC(polycarbonate), PPE(polyphenylene ether), PBT(Polybutylene Terephthalate), PSF(Polysulfone), PES(Polyether sulfone), PPS(Polyphenylene sulfide), PAR(Polarylate), PAI(Polyamide-Imide), PEEK(Polyetheretherketone), PI(Polyimide), LCP(Liquid Crystal Polymer), PTEE(polytrafluore ethylene), PF(Phenol-Formaldehyde), UF(Urea Formaldehyde), ALK(alkyd molding compound), UP(unsaturated polyester), EP(Epoxy), DAP(allylics(allyl resin)), PUR(polyurethane), SI(silicon), TPE(Thermoplastic Elastomer), COPE(copolyester), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide: PPO), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), PVDC(Polyvinylidene chloride), PVAc(Polyvinyl acetate), PVAL(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세탈(polyvinyl acetal), 폴리비닐 포르말(polyvinyl formal), PS(polystyrene), AS(acrylonitrile styrene)수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene)수지, 불소수지, 멜라민수지, 스티렌 부타디엔 고무(styrene butadien rubber: SBR), 폴리클로로프렌 고무(polychloroprene rubber: CR), 니트릴 고무(acrylonitrile-butadiene rubber: NBR), 부틸 고무(isoprene-isobutylene rubber: IIR), 부타디엔 고무(butadiene rubber: BR), 이소프렌 고무(isoprene rubber: IR), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber: EPR), 다황화물계(多黃化物系) 고무(polysulfide rubber), 실리콘 고무(silicone rubber), 플루오로 고무(fluororubber), 우레탄 고무(urethane rubber), 아크릴고무(acrylic rubber) 및 천연 고무(Natural rubber) 중의 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 열전도성 폴리머는 열전도성 필러를 폴리머 바인더에 혼합 또는 분산시키고, 미량의 첨가제(안정제, 가소제 등)를 상기 혼합물에 혼합한 후 가열함으로써 생성될 수 있다. 이때, 열전도성 필러와 폴리머 바인더의 혼합 비율은 50%~90% : 10%~50%일 수 있으며, 바람직하게는 80%~90% : 10%~20%일 수 있다.
예시적으로, 본 발명에 따른 열전도성 폴리머의 한 예인 열전도성 플라스틱과 일반 플라스틱의 특성들을 비교하자면 아래와 같다.
도 2는 본 발명에 따른 열전도성 플라스틱과 일반 플라스틱의 열전도 특성들을 비교하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 일반적인 플라스틱의 상면에 발열원을 탑재한 경우에 그 하면에서의 열 분포를 나타내고, 도 2의 (b)는 열전도성 플라스틱의 상면에 발열원을 탑재한 경우에 그 하면에서의 열 분포를 나타낸다. 열전도성 플라스틱은 일반적인 플라스틱 열전도도의 100배 이상의 열전도도를 갖는다. 도 2의 (a)와 같이, 일반적인 플라스틱은 발열원에서 발생한 열을 효과적으로 배출 및 확산시키지 못하므로, 일반적인 플라스틱의 일 부분에 핫 스팟을 발생시키고, 이로 인해 발열원에 치명적인 문제가 발생할 수 있다. 도 2의 (b)와 같이, 열전도성 플라스틱은 발열원에서 발생한 열을 효과적으로 확산 및 배출시키므로, 발열원 및 열전도성 플라스틱의 온도를 전체적으로 낮출 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 상기 방열 베이스 기판(110)의 기저부(112)는 임의의 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 사각 판, 원형 판, 타원 판 등의 형태를 가질 수 있다.
상기 돌출부(114)는 상기 기저부(112)의 상단으로부터 기설정된 높이로 상향 돌출되며, 상기 돌출부(114)는 임의의 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 사각 기둥, 원기둥, 타원 기둥 등의 형태를 가질 수 있다. 도 1에는 하나의 돌출부(114)만이 예시되어 있으나, 상기 방열 베이스 기판(110)은 행렬 구조(예를 들어, 5행 5열)로 배치된 다수의 돌출부들을 구비할 수 있다. 바람직하게는, 상기 돌출부(114)의 두께는 상기 기저부(112)의 두께의 0.3~1배의 범위 내에 있으며, 상기 인쇄회로기판(120)의 두께보다 작거나 같다. 또한, 상기 반도체 광원(140)이 상기 돌출부(114)의 상면 위에 탑재되기 때문에, 상기 돌출부(114)의 표면적은 상기 반도체 광원(140)의 표면적보다 크다.
상기 기저부(112) 및 돌출부(114)는 동일한 열전도성 폴리머로 일체 형성되거나, 서로 다른 열전도성 폴리머로 형성된 후, 부착(접착, 융착 등)될 수도 있다.
상기 인쇄회로기판(120)은 전기적 절연층(122)과, 상기 절연층(122) 위에 적층된 도전성 회로층(124)과, 상기 절연층(122) 및 회로층(124)을 관통하는 적어도 하나의 개구(126)를 구비한다. 상기 회로층(124)은 상기 반도체 광원(140)에 바이어스 전압을 포함하는 구동 신호를 인가하기 위한(즉, 상기 반도체 광원(140)을 구동하기 위한) 기설정된 패턴을 갖는다. 상기 돌출부(114)가 상기 개구(126)에 삽입될 수 있도록, 상기 돌출부(114)의 표면적은 상기 개구(126)의 표면적보다 작거나 같다. 상기 인쇄회로기판(120)은 상기 돌출부(114)가 상기 개구(126)에 삽입되도록 상기 기저부(112) 위에 적층된다. 상기 절연층(122)은 상기 인쇄회로기판(120)의 원판에 해당하며, 바람직하게는 FR4(FR=Frame Retadent), 즉 유리/에폭시 복합재로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 광원(140)은 상기 돌출부(114)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(150) 본딩을 통해 상기 회로층(124)과 전기적으로 연결된다. 상기 반도체 광원(140)은, LED, LD 등과 같이, 복수의 반도체 층들을 적층하여 형성되고, 전류 주입에 따라 광을 방출한다.
도 3은 도 1에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 제조 방법은 원료 물질 혼합 단계(S110)와, 방열 베이스 기판 제공 단계(S120)와, 인쇄회로기판 제공 단계(S130)와, 기판 부착 단계(S140)와, 광원 탑재 단계(S150)를 포함한다.
상기 원료 물질 혼합 단계(S110)에서, 열전도성 필러 및 폴리머 바인더를 50%~90% : 10%~50%의 비율로 혼합한다. 예를 들어, 열전도성 필러인 그래파이트 분말과 열에 강하고 성형성이 우수한 액상 PPS 바인더를 90% : 10%의 비율로 혼합한다.
상기 방열 베이스 기판 제공 단계(S120)에서, 열전도성 폴리머로 이루어지고, 기저부(112)와, 상기 기저부(112)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(114)를 포함하는 방열 베이스 기판(110)을 제공한다. 예를 들어, 상기 그래파이트 분말과 PPS 바인더의 액상 혼합물을 사출 금형에 주입하고, 상기 충진된 사출 금형을 가열하는 사출 공정을 통해 상기 방열 베이스 기판(110)을 성형한다.
상기 인쇄회로기판 제공 단계(S130)에서, 전기적 절연층(122)과, 상기 절연층(122) 위에 적층된 도전성 회로층(124)과, 상기 절연층(122) 및 회로층(124)을 관통하는 적어도 하나의 개구를 구비하는 인쇄회로기판(120)을 제공한다. 예를 들어, 상기 인쇄회로기판(120)은 FR4 원판의 기설정된 위치들에 적어도 하나의 개구(126)를 형성하고, 상기 가공된 FR4 원판의 상면에 기설정된 도전성 회로층을 적층함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 인쇄회로기판(120)은 0.4t(=0.4mm)의 두께를 가질 수 있다.
상기 기판 부착 단계(S140)에서, 상기 인쇄회로기판(120)과 상기 기저부(112)의 사이에 본딩 시트, 프리프레그(prepreg) 등과 같은 접착 부재를 위치시키고, 상기 돌출부(114)가 상기 인쇄회로기판(120)의 개구(126)에 삽입되도록, 상기 기저부(112) 위에 상기 인쇄회로기판(120)을 탑재한다. 이후, 핫 프레스 장치를 이용하여 상기 인쇄회로기판(120) 및 기저부(112)를 열간 압착한다. 예를 들어, 상기 프리프레그는 60㎛의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 인쇄회로기판(120)의 하면은 기저부(112)의 상면에 부착되고, 상기 개구(126)의 벽을 이루는 상기 인쇄회로기판(120)의 내측면은 상기 돌출부(114)의 외측면과 부착 또는 밀착된다.
상기 광원 탑재 단계(S150)에서, 상기 돌출부(114)의 상면에 반도체 광원(140)을 탑재하고, 상기 반도체 광원(140)과 상기 회로층(124)을 와이어(150) 본딩을 통해 전기적으로 연결한다. 상기 반도체 광원(140)의 상면 중앙부에는 광을 외부로 출사하는 발광 영역이 존재하고, 상기 발광 영역의 주위에 와이어 본딩을 위한 본딩 패드들을 배치되고, 상기 본딩 패드들 및 상기 회로층(124)이 와이어(150) 본딩을 통해 서로 연결된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(200)는 방열 베이스 기판(210) 및 인쇄회로기판(220)을 구비한 방열 인쇄회로기판(205)과, 열전달층(230)과, 반도체 광원(240)을 포함한다. 상기 반도체 조명 장치(200)는 도 1에 도시된 반도체 조명 장치(100)와 비교하여, 열전달층 (230)을 더 구비한다는 점에 있어서만 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 용어의 소자에 대해 도 1에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 방열 베이스 기판(210)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 기저부(212)와, 상기 기저부(212)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(214)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(220)은 전기적 절연층(222)과, 상기 절연층(222) 위에 적층된 도전성 회로층(224)과, 상기 절연층(222) 및 회로층(224)을 관통하는 적어도 하나의 개구(226)를 구비한다.
상기 열전달층(230)은 상기 방열 베이스 기판(610)의 열전도성보다 높은 열전도성을 가지며, 상기 반도체 광원(240)에서 발생하는 열을 상기 방열 베이스 기판(610)으로 신속하게 확산시키는 기능을 한다. 상기 열전달층(230)의 상면(반도체 광원(240)이 안착되는 표면)은 반사면으로서 기능하며, 상기 반사면은 상기 반도체 광원(240)으로부터 입사된 광을 되반사함으로써, 상기 반도체 광원(240)의 발광 효율을 향상시킨다. 상기 열전달층(230)은 상기 돌출부(214)의 상면에 열전도도 및 반사율(예를 들어, 90% 이상)이 높은 Ni, Al, Ag, Cr, Cu 등의 금속 물질을 적층(증착(스퍼터링, 전자 빔), 인쇄, 도금 등)함으로써 형성될 수 있다. 본 예와 다르게, 상기 돌출부(214)의 상면을 폴리싱함으로써 반사면을 형성할 수도 있다.
상기 열전달층(230)의 반사면이 평면인 경우에, 상기 반사면으로부터 반사된 광은 발산할 수 있으며, 이러한 경우에 발산된 광이 조명에 기여하는 정도가 작을 수 있다. 따라서, 상기 돌출부(214)의 상면을 오목한 곡면으로 형성함으로써, 상기 반사면으로부터 반사된 광이 수렴하거나 시준화되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 상기 돌출부(214)의 상면은 적어도 그 중심부에서 기설정된 곡률을 가질 수 있으며, 상기 돌출부(214)의 상면의 적어도 중심부는 구면 또는 비구면(타원면 등)일 수 있다.
상기 반도체 광원(240)은 상기 열전달층(230)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(250) 본딩을 통해 상기 회로층(224)과 전기적으로 연결된다. 상기 반도체 광원(240)은, LED, LD 등과 같이, 복수의 반도체 층들을 적층하여 형성되고, 전류 주입에 따라 광을 방출한다.
도 5는 도 4에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 제조 방법은 원료 물질 혼합 단계(S210)와, 방열 베이스 기판 제공 단계(S220)와, 열전달층 형성 단계(S230)와, 인쇄회로기판 제공 단계(S240)와, 기판 부착 단계(S250)와, 광원 탑재 단계(S260)를 포함한다. 상기 제조 방법은 도 3에 도시된 제조 방법과 비교하여, 열전달층 형성 단계(S230)를 더 구비한다는 점에 있어서만 큰 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 단계에 대해 도 3에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 원료 물질 혼합 단계(S210)에서, 예를 들어, 열전도성 필러인 그래파이트 분말과 열에 강하고 성형성이 우수한 액상 PPS 바인더를 90% : 10%의 비율로 혼합한다.
상기 방열 베이스 기판 제공 단계(S220)에서, 예를 들어, 상기 그래파이트 분말과 PPS 바인더의 액상 혼합물을 사출 금형에 주입하고, 상기 충진된 사출 금형을 가열하는 사출 공정을 통해 상기 방열 베이스 기판(210)을 성형한다.
상기 열전달층 형성 단계(S230)에서, 상기 돌출부(214)의 상면에 열전달층(230)을 적층한다.
상기 인쇄회로기판 제공 단계(S240)에서, 예를 들어, FR4 원판의 기설정된 위치들에 적어도 하나의 개구(226)를 형성하고, 상기 가공된 FR4 원판의 상면에 기설정된 도전성 회로층을 적층함으로써 상기 인쇄회로기판(220)을 형성한다.
상기 기판 부착 단계(S250)에서, 상기 인쇄회로기판(220)과 상기 기저부(212)의 사이에 본딩 시트, 프리프레그(prepreg) 등과 같은 접착 부재를 위치시키고, 상기 돌출부(214)가 상기 인쇄회로기판(220)의 개구(226)에 삽입되도록, 상기 기저부(212) 위에 상기 인쇄회로기판(220)을 탑재한다. 이후, 핫 프레스 장치를 이용하여 상기 인쇄회로기판(220) 및 기저부(212)를 열간 압착한다.
상기 광원 탑재 단계(S260)에서, 상기 열전달층(230)의 상면에 반도체 광원(240)을 탑재하고, 상기 반도체 광원(240)과 상기 회로층(224)을 와이어(250) 본딩을 통해 전기적으로 연결한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(300)는 방열 베이스 기판(310) 및 인쇄회로기판(320)을 구비한 방열 인쇄회로기판(305)과, 열전달층(330)과, 반도체 광원(340)을 포함한다. 상기 반도체 조명 장치(300)는 도 4에 도시된 반도체 조명 장치(200)와 비교하여, 열전달층(330)의 형상이 다르다는 점에 있어서만 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 용어의 소자에 대해 도 4에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 방열 베이스 기판(310)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 기저부(312)와, 상기 기저부(312)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(314)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(320)은 전기적 절연층(322)과, 상기 절연층(322) 위에 적층된 도전성 회로층(324)과, 상기 절연층(322) 및 회로층(324)을 관통하는 적어도 하나의 개구(326)를 구비한다.
상기 열전달층(330)은 상기 돌출부(314)의 노출된 표면(즉, 상면 및 측면)을 완전히 감싸는 형태로 상기 돌출부(314)의 노출된 표면 전체 및 기저부(312)의 상면 일부에 적층된다. 상기 열전달층(330)은 상기 반도체 광원(340)에 의해 발생한 열을 상기 방열 베이스 기판(310)으로 전달하는 열전달 매개체로서 기능하며, 이를 위해 상기 열전달층(330)은 상기 방열 베이스 기판(310)의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는다. 또한, 상기 열전달층(330)의 반사면은 상기 반도체 광원(340)으로부터 입사된 광을 되반사함으로써, 상기 반도체 광원(340)의 발광 효율을 향상시킨다. 도 6에서는, 상기 열전달층(330)이 몸체부(332)와 상기 몸체부(332)의 하단에서 외측으로 연장된 플랜지(334)를 포함하는 것으로 예시되어 있다. 상기 플랜지(334)가 상기 인쇄회로기판(320)과 상기 기저부(312)의 사이에 위치함으로써, 상기 플랜지(334)는 상기 반도체 광원(340)에 의해 발생한 열을 상기 기저부(312)로 신속하게 전달하는 기능을 한다.
상기 반도체 광원(340)은 상기 열전달층(330)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(350) 본딩을 통해 상기 회로층(324)과 전기적으로 연결된다.
도 7은 도 6에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 제조 방법은 원료 물질 혼합 단계(S310)와, 열전달층 형성 단계(S320)와, 방열 베이스 기판 제공 단계(S330)와, 인쇄회로기판 제공 단계(S340)와, 기판 부착 단계(S350)와, 광원 탑재 단계(S360)를 포함한다. 상기 제조 방법은 도 5에 도시된 제조 방법과 비교하여, 상기 방열 베이스 기판(310) 및 열전달층(330)을 인서트 사출 공정으로 일체로 형성한다는 점에 있어서만 큰 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 단계에 대해 도 5에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 원료 물질 혼합 단계(S310)에서, 예를 들어, 열전도성 필러인 그래파이트 분말과 열에 강하고 성형성이 우수한 액상 PPS 바인더를 90% : 10%의 비율로 혼합한다.
상기 열전달층 형성 단계(S320)에서, 예를 들어, Ni, Cr, Ag, Cu, 또는 다른 금속 물질로 이루어진 금속판을 준비하고, 상기 금속판을 프레스 가공하여 열전달층(430)을 형성한다.
상기 방열 베이스 기판 제공 단계(S330)에서, 예를 들어, 사출 금형에 상기 열전달층(330)을 장착하고, 상기 그래파이트 분말과 PPS 바인더의 액상 혼합물을 사출 금형에 주입하고, 상기 충진된 사출 금형을 가열하는 인서트(insert) 사출 공정을 통해 상기 열전달층(330)과 일체화된 방열 베이스 기판(310)을 형성한다.
상기 인쇄회로기판 제공 단계(S340)에서, 예를 들어, FR4 원판의 기설정된 위치들에 적어도 하나의 개구(326)를 형성하고, 상기 가공된 FR4 원판의 상면에 기설정된 도전성 회로층을 적층함으로써 상기 인쇄회로기판(320)을 형성한다.
상기 기판 부착 단계(S350)에서, 상기 인쇄회로기판(320)과 상기 기저부(312)의 사이에 본딩 시트, 프리프레그(prepreg) 등과 같은 접착 부재를 위치시키고, 상기 돌출부(314)가 상기 인쇄회로기판(320)의 개구(326)에 삽입되도록, 상기 기저부(312) 위에 상기 인쇄회로기판(320)을 탑재한다. 이후, 핫 프레스 장치를 이용하여 상기 인쇄회로기판(320) 및 기저부(312)를 열간 압착한다.
상기 광원 탑재 단계(S360)에서, 상기 몸체부(332)의 상면에 반도체 광원(340)을 탑재하고, 상기 반도체 광원(340)과 상기 회로층(324)을 와이어(350) 본딩을 통해 전기적으로 연결한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(400)는 방열 베이스 기판(410) 및 인쇄회로기판(420)을 구비한 방열 인쇄회로기판(405)과, 열전달층(430)과, 반도체 광원(440)을 포함한다. 상기 반도체 조명 장치(400)는 도 6에 도시된 반도체 조명 장치(300)와 비교하여, 열전달층(430)의 형상이 다르다는 점에 있어서만 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 용어의 소자에 대해 도 6에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 방열 베이스 기판(410)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 기저부(412)와, 상기 기저부(412)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(414)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(420)은 전기적 절연층(422)과, 상기 절연층(422) 위에 적층된 도전성 회로층(424)과, 상기 절연층(422) 및 회로층(424)을 관통하는 적어도 하나의 개구(426)를 구비한다.
상기 열전달층(430)은 그 하면을 제외한 상기 방열 베이스 기판(410)의 노출된 표면(즉, 돌출부(414)와 기저부(412)의 상면 및 측면)을 완전히 감싸는 형태로 상기 방열 베이스 기판(410)의 상면 및 측면에 적층된다. 상기 열전달층(430)은 상기 반도체 광원(440)에 의해 발생한 열을 상기 방열 베이스 기판(410)으로 전달하는 열전달 매개체로서 기능하며, 이를 위해 상기 열전달층(430)은 상기 방열 베이스 기판(410)의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는다. 또한, 상기 열전달층(430)은 상기 반도체 광원(440)으로부터 입사된 광을 되반사함으로써, 상기 반도체 광원(440)의 발광 효율을 향상시킨다. 또한, 상기 열전달층(430)은 상기 방열 베이스 기판(410)보다 높은 강도를 가지며, 상기 방열 베이스 기판(410)을 외부 충격으로부터 보호하는 보강재로서 기능한다. 도 8에서는, 상기 열전달층(430)이 하단만 개방된 원통 형상의 몸체부(432)와 상기 몸체부(432)의 하단에서 외측으로 연장되고 하단 개방된 원통 형상의 플랜지(434)를 포함하는 것으로 예시되어 있다. 상기 플랜지(434)가 상기 인쇄회로기판(420)과 상기 기저부(412)의 사이에 위치함으로써, 상기 플랜지(434)는 상기 반도체 광원(440)에 의해 발생한 열을 상기 기저부(412)로 신속하게 전달하는 기능을 한다.
상기 반도체 광원(440)은 상기 열전달층(430)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(450) 본딩을 통해 상기 회로층(424)과 전기적으로 연결된다.
도 9는 도 8에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 제조 방법은 원료 물질 혼합 단계(S410)와, 열전달층 형성 단계(S420)와, 방열 베이스 기판 제공 단계(S430)와, 인쇄회로기판 제공 단계(S440)와, 기판 부착 단계(S450)와, 광원 탑재 단계(S460)를 포함한다. 상기 제조 방법은 도 5에 도시된 제조 방법과 비교하여, 상기 방열 베이스 기판(410) 및 열전달층(430)을 인서트 사출 공정으로 일체로 형성한다는 점에 있어서만 큰 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 단계에 대해 도 5에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 원료 물질 혼합 단계(S410)에서, 예를 들어, 열전도성 필러인 그래파이트 분말과 열에 강하고 성형성이 우수한 액상 PPS 바인더를 90% : 10%의 비율로 혼합한다.
상기 열전달층 형성 단계(S420)에서, 예를 들어, Ni, Cr, Ag, Al, Cu, 또는 다른 금속 물질로 이루어진 금속판을 준비하고, 상기 금속판을 프레스 가공하여 반사 부재(430)를 형성한다.
상기 방열 베이스 기판 제공 단계(S430)에서, 예를 들어, 사출 금형에 상기 열전달층(430)을 장착하고, 상기 그래파이트 분말과 PPS 바인더의 액상 혼합물을 사출 금형에 주입하고, 상기 충진된 사출 금형을 가열하는 인서트 사출 공정을 통해 상기 열전달층(430)과 일체화된 방열 베이스 기판(410)을 형성한다.
상기 인쇄회로기판 제공 단계(S440)에서, 예를 들어, FR4 원판의 기설정된 위치들에 적어도 하나의 개구(426)를 형성하고, 상기 가공된 FR4 원판의 상면에 기설정된 도전성 회로층을 적층함으로써 상기 인쇄회로기판(420)을 형성한다.
상기 기판 부착 단계(S450)에서, 상기 인쇄회로기판(420)과 상기 기저부(412)의 사이에 본딩 시트, 프리프레그(prepreg) 등과 같은 접착 부재를 위치시키고, 상기 돌출부(414)가 상기 인쇄회로기판(420)의 개구(426)에 삽입되도록, 상기 기저부(412) 위에 상기 인쇄회로기판(420)을 탑재한다. 이후, 핫 프레스 장치를 이용하여 상기 인쇄회로기판(420) 및 기저부(412)를 열간 압착한다.
상기 광원 탑재 단계(S460)에서, 상기 몸체부(432)의 상면에 반도체 광원(440)을 탑재하고, 상기 반도체 광원(440)과 상기 회로층(424)을 와이어(450) 본딩을 통해 전기적으로 연결한다.
도 10은 도 8에 도시된 반도체 조명 장치의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 상기 제조 방법은 원료 물질 혼합 단계(S510)와, 열전달층 형성 단계(S520)와, 방열 베이스 기판 제공 단계(S530)와, 인쇄회로기판 제공 단계(S540)와, 기판 부착 단계(S550)와, 광원 탑재 단계(S560)를 포함한다. 상기 제조 방법은 도 9에 도시된 제조 방법과 비교하여, 상기 방열 베이스 기판(410), 열전달층(430) 및 인쇄회로기판(420)을 열간 압착한다는 점에 있어서만 큰 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 단계에 대해 도 9에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 원료 물질 혼합 단계(S510)에서, 예를 들어, 열전도성 필러인 그래파이트 분말과 열에 강하고 성형성이 우수한 액상 PPS 바인더를 90% : 10%의 비율로 혼합한다.
상기 열전달층 형성 단계(S520)에서, 예를 들어, Ni, Cr, Al, Ag, Cu, 또는 다른 금속 물질로 이루어진 금속판을 준비하고, 상기 금속판을 프레스 가공하여 열전달층(430)을 형성한다.
상기 방열 베이스 기판 제공 단계(S530)에서, 예를 들어, 상기 그래파이트 분말과 PPS 바인더의 액상 혼합물을 사출 금형에 주입하고, 상기 충진된 사출 금형을 가열하는 사출 공정을 통해 상기 방열 베이스 기판(410)을 성형한다.
상기 인쇄회로기판 제공 단계(S540)에서, 예를 들어, FR4 원판의 기설정된 위치들에 적어도 하나의 개구(526)를 형성하고, 상기 가공된 FR4 원판의 상면에 기설정된 도전성 회로층을 적층함으로써 상기 인쇄회로기판(520)을 형성한다.
상기 기판 부착 단계(S550)에서, 상기 열전달층(430)의 플랜지(434)와 상기 기저부(412)의 사이, 그리고 상기 열전달층(430)의 플랜지(434)와 인쇄회로기판(420)의 사이에 각각 본딩 시트, 프리프레그(prepreg) 등과 같은 접착 부재를 위치시키고, 상기 돌출부(414)가 상기 인쇄회로기판(420)의 개구(426)에 삽입되도록, 상기 기저부(412) 및 플랜지(434) 위에 상기 인쇄회로기판(420)을 탑재한다. 이후, 핫 프레스 장치를 이용하여 상기 플랜지(434) 및 기저부(412)와, 상기 인쇄회로기판(420) 및 플랜지(434)를 각각 열간 압착한다.
상기 광원 탑재 단계(S560)에서, 상기 몸체부(432)의 상면에 반도체 광원(440)을 탑재하고, 상기 반도체 광원(440)과 상기 회로층(424)을 와이어(450) 본딩을 통해 전기적으로 연결한다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제5 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(500)는 방열 베이스 기판(510) 및 인쇄회로기판(520)을 구비한 방열 인쇄회로기판(505)과, 반사 부재(530)와, 반도체 광원(540)을 포함한다. 상기 반도체 조명 장치(500)는 도 4에 도시된 반도체 조명 장치(200)와 비교하여, 돌출부(514)에 있어서만 큰 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 용어의 소자에 대해 도 4에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 방열 베이스 기판(510)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 기저부(512)와, 상기 기저부(512)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(514)를 포함한다. 상기 돌출부(514)는 상기 기저부(512)와는 상이한 재질로 형성되며, 상기 기저부(512)의 열전도성보다 높은 열전도성을 갖는다. 예를 들어, 상기 돌출부(514)는 Ni, Al, Ag, Cr, Cu 등의 금속 물질로 이루어질 수 있다.
상기 돌출부(514)는 상기 기저부(512)의 상단으로부터 기설정된 높이로 상향 돌출된다. 상기 돌출부(514)는 몸체부(516)와 상기 몸체부(516)의 하단에서 외측으로 연장된 플랜지(518)를 포함한다. 상기 몸체부(516)는 임의의 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 사각 기둥, 원기둥, 타원 기둥 등의 형태를 가질 수 있다. 상기 돌출부(514)는 상기 반도체 광원(540)에 의해 발생한 열을 상기 기저부(512)로 전달하는 열전달 매개체로서 기능하며, 또한 상기 반사 부재(530)의 형성을 위한 베이스로서 기능한다. 상기 플랜지(518)가 상기 인쇄회로기판(520)과 상기 기저부(512)의 사이에 위치함으로써, 상기 플랜지(518)는 상기 인쇄회로기판(520) 내의 열을 상기 기저부(512)로 전달하는 기능을 한다.
상기 기저부(512) 및 돌출부(514)는 서로 다른 재질로 형성된 후 서로 부착(접착, 융착 등)되거나, 이중 사출 성형을 통해 형성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판(520)은 전기적 절연층(522)과, 상기 절연층(522) 위에 적층된 도전성 회로층(524)과, 상기 절연층(522) 및 회로층(524)을 관통하는 적어도 하나의 개구(526)를 구비한다. 상기 인쇄회로기판(520)은 상기 돌출부(514)가 상기 개구(526)에 삽입되도록 상기 기저부(512) 위에 적층된다.
상기 반사 부재(530)는 상기 돌출부(514)의 상면에 반사율(예를 들어, 90% 이상)이 높은 Ni, Al, Ag, Cr, Cu 등의 금속 물질을 적층(증착(스퍼터링, 전자 빔), 인쇄, 도금 등)함으로써 형성될 수 있다. 본 예와 다르게, 상기 돌출부(514)의 상면을 폴리싱함으로써 반사면을 형성할 수도 있다. 상기 반사 부재(530)는 상기 돌출부(514)의 재질과는 다른 재질로 형성될 수 있다.
상기 반도체 광원(540)은 상기 반사 부재(530)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(550) 본딩을 통해 상기 회로층(524)과 전기적으로 연결된다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제6 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(600)는 방열 베이스 기판(610) 및 인쇄회로기판(620)을 구비한 방열 인쇄회로기판(605)과, 반사 부재(630)와, 반도체 광원(640)과, 열전달층(660)을 포함한다. 상기 반도체 조명 장치(600)는 도 4에 도시된 반도체 조명 장치(200)와 비교하여, 열전달층(660)을 더 포함한다는 점에 있어서만 큰 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 하나, 동일한 용어의 소자에 대해 도 4에 관한 설명을 준용할 수 있음은 자명하다.
상기 방열 베이스 기판(610)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 기저부(612)와, 상기 기저부(612)로부터 상향으로 돌출된 적어도 하나의 돌출부(614)를 포함한다.
상기 돌출부(614)는 상기 기저부(612)의 상단으로부터 기설정된 높이로 상향 돌출되며, 상기 돌출부(314)는 임의의 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 사각 기둥, 원기둥, 타원 기둥 등의 형태를 가질 수 있다.
상기 인쇄회로기판(620)은 전기적 절연층(622)과, 상기 절연층(622) 위에 적층된 도전성 회로층(624)과, 상기 절연층(622) 및 회로층(624)을 관통하는 적어도 하나의 개구(626)를 구비한다. 상기 인쇄회로기판(620)은 상기 돌출부(614)가 상기 개구(626)에 삽입되도록 상기 기저부(612) 위에 적층된다.
상기 열전달층(660)은 상기 방열 베이스 기판(610)의 상면 전체에 적층되며, 상기 열전달층(660)은 상기 방열 베이스 기판(610)의 열전도성보다 높은 열전도성을 갖는다. 예를 들어, 상기 열전달층(660)은 Ni, Al, Ag, Cr, Cu 등의 금속 물질로 이루어질 수 있다. 본 예에서, 상기 열전달층(660)은 상기 방열 베이스 기판(610)의 상면 전체에 적층되어 있으나, 상기 돌출부(614)의 외측면을 포함한 상기 방열 베이스 기판(610)의 상면 일부에만 형성될 수도 있다. 상기 열전달층(660)은 유연한 금속 시트(또는 포일(foil))로 이루어지거나, 증착 등을 통해 형성될 수 있다. 상기 열전달층(660)은 상기 방열 베이스 기판(610)의 상면의 굴곡에 따라서, 하단만 개방된 원통 형상의 몸체부(662)와 상기 몸체부(662)의 하단에서 외측으로 연장된 플랜지(664)를 포함하며, 상기 몸체부(662)는 상기 돌출부(614) 위에 적층되고, 상기 플랜지(664)는 상기 기저부(612) 위에 적층된다.
상기 반사 부재(630)는 상기 몸체부(662)의 상면에 반사율(예를 들어, 90% 이상)이 높은 Ni, Al, Ag, Cr, Cu 등의 금속 물질을 적층(증착, 인쇄 등)함으로써 형성되거나, 상기 굴곡부(364)의 상면을 폴리싱함으로써 형성될 수 있다. 상기 반사 부재(630)는 상기 열전달층(660)의 재질과는 다른 재질로 형성될 수 있다. 상기 열전달층(660)은 상기 반도체 광원(640)에 의해 발생한 열을 상기 기저부(612)로 전달하는 열전달 매개체로서 기능하며, 또한 상기 반사 부재(630)의 형성을 위한 베이스로서 기능한다.
상기 반도체 광원(640)은 상기 반사 부재(630)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(650) 본딩을 통해 상기 회로층(624)과 전기적으로 연결된다.
전술한 실시 예에서는 방열 베이스 기판이 돌출부도 포함하는 것으로 예시하였으나, 본 발명의 방열 베이스 기판은 기저부로만 구성될 수도 있고, 이러한 구성을 예시하자면 아래와 같다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제7 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(700)는 방열 베이스 기판(710), 반사 부재(720) 및 인쇄회로기판(730)을 구비한 방열 인쇄회로기판(705)과, 반도체 광원(740)을 포함한다.
상기 방열 베이스 기판(710)은 열전도성 폴리머로 이루어진다.
상기 인쇄회로기판(730)은 접착층(725)을 통해 상기 방열 베이스 기판(710) 위에 부착되며, 전기적 절연층(732)과, 상기 절연층(732) 위에 적층된 도전성 회로층(734)과, 상기 절연층(732) 및 회로층(734)을 관통하는 적어도 하나의 개구(736)를 구비한다.
상기 반사 부재(720)는 상기 방열 베이스 기판(710) 위에 적층되며, 상기 반사 부재(720)의 중앙부에는 상기 반도체 광원(740)이 탑재되고, 상기 반사 부재(720)의 주변부에는 상기 인쇄회로기판(730)이 탑재된다.
상기 반도체 광원(740)은 상기 반사 부재(720)의 상면 위에 탑재되며, 와이어(750) 본딩을 통해 상기 회로층(734)과 전기적으로 연결된다.
전술한 실시 예들과 다르게, 본 발명의 방열 베이스 기판은 그 상면으로부터 함몰된 함몰부(또는 홈)를 구비할 수도 있고, 이러한 구성을 예시하자면 아래와 같다. 방열 베이스 기판이 함몰부를 구비하고, 상기 함몰부의 바닥면에 반도체 광원을 탑재한 구성에 의하면, 전체 반도체 조명 장치의 두께를 줄일 수 있으며, 반도체 광원에 도포되는 밀봉 수지의 양을 줄일 수 있다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제8 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(800)는 방열 베이스 기판(810) 및 인쇄회로기판(820)을 구비한 방열 인쇄회로기판(805)과, 반도체 광원(840)을 포함한다.
상기 방열 베이스 기판(810)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 평판 형태의 기저부(812)와, 상기 기저부(812)의 상면으로부터 기설정된 깊이로 함몰된 함몰부(814)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(820)은 상기 방열 베이스 기판(810) 위에 부착되며, 전기적 절연층(822)과, 상기 절연층(822) 위에 적층된 도전성 회로층(824)과, 상기 절연층(822) 및 회로층(824)을 관통하는 적어도 하나의 개구(826)를 구비한다. 상기 함몰부(814)는 상기 개구(826)와 정렬된다.
상기 반도체 광원(840)은 상기 함몰부(814)의 바닥면 위에 탑재되며, 와이어(850) 본딩을 통해 상기 회로층(824)과 전기적으로 연결된다.
도 15는 본 발명의 바람직한 제9 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(900)는 방열 베이스 기판(910) 및 인쇄회로기판(920)을 구비한 방열 인쇄회로기판(905)과, 열전달층(930)과, 반도체 광원(940)을 포함한다.
상기 방열 베이스 기판(910)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 평판 형태의 기저부(912)와, 상기 기저부(912)의 상면으로부터 기설정된 깊이로 함몰된 함몰부(914)를 포함한다.
상기 인쇄회로기판(920)은 상기 방열 베이스 기판(910) 위에 부착되며, 전기적 절연층(922)과, 상기 절연층(922) 위에 적층된 도전성 회로층(924)과, 상기 절연층(922) 및 회로층(924)을 관통하는 적어도 하나의 개구(926)를 구비한다. 상기 함몰부(914)는 상기 개구(926)와 정렬된다.
상기 열전달층(920)은 상기 함몰부(914)의 바닥면 위에 적층된다. 상기 열전달층(920)의 상면은 반사면으로서 기능할 수 있다.
상기 반도체 광원(940)은 상기 열전달층(920) 위에 탑재되며, 와이어(950) 본딩을 통해 상기 회로층(924)과 전기적으로 연결된다.
도 16은 본 발명의 바람직한 제10 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(1000)는 방열 베이스 기판(1010) 및 인쇄회로기판(1020)을 구비한 방열 인쇄회로기판(1005)과, 열전달층(1030)과, 반도체 광원(1040)을 포함한다.
상기 방열 베이스 기판(1010)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 평판 형태의 기저부(1012)와, 상기 기저부(1012)의 상면으로부터 기설정된 깊이로 함몰된 함몰부(1014)를 포함한다.
상기 열전달층(1030)은 상기 방열 베이스 기판(1010)의 상면 전체에 적층된다. 상기 열전달층(1030)에서 상기 함몰부(1114)의 바닥면에 적층된 부분의 상면은 반사면으로서 기능할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(1020)은 상기 함몰부(1014)의 둘레에 위치하도록 상기 열전달층(1030) 위에 부착되며, 전기적 절연층(1022)과, 상기 절연층(1022) 위에 적층된 도전성 회로층(1024)과, 상기 절연층(1022) 및 회로층(1024)을 관통하는 적어도 하나의 개구(1026)를 구비한다. 상기 함몰부(1014)는 상기 개구(1026)와 정렬된다.
상기 반도체 광원(1040)은 상기 함몰부(1014) 내에 위치하도록 상기 열전달층(1030) 위에 탑재되며, 와이어(1050) 본딩을 통해 상기 회로층(1024)과 전기적으로 연결된다.
도 17은 본 발명의 바람직한 제11 실시 예에 따른 반도체 조명 장치를 나타내는 도면이다. 상기 반도체 조명 장치(1100)는 방열 베이스 기판(1110) 및 인쇄회로기판(1120)을 구비한 방열 인쇄회로기판(1105)과, 열전달층(1130)과, 반도체 광원(1140)을 포함한다.
상기 방열 베이스 기판(1110)은 열전도성 폴리머로 이루어지고, 평판 형태의 기저부(1112)와, 상기 기저부(1112)의 상면으로부터 기설정된 깊이로 함몰된 함몰부(1114)를 포함한다.
상기 열전달층(1130)은 상기 방열 베이스 기판(1110)의 외면 전체(상면, 하면 및 측면)에 적층된다. 상기 열전달층(1120)에서 상기 함몰부(1114)의 바닥면에 적층된 부분의 상면은 반사면으로서 기능할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(1120)은 상기 함몰부(1114)의 둘레에 위치하도록 상기 열전달층(1130) 위에 부착되며, 전기적 절연층(1122)과, 상기 절연층(1122) 위에 적층된 도전성 회로층(1124)과, 상기 절연층(1122) 및 회로층(1124)을 관통하는 적어도 하나의 개구(1126)를 구비한다. 상기 함몰부(1114)는 상기 개구(1126)와 정렬된다.
상기 반도체 광원(1140)은 상기 함몰부(1114) 내에 위치하도록 상기 열전달층(1130) 위에 탑재되며, 와이어(1150) 본딩을 통해 상기 회로층(1124)과 전기적으로 연결된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 반도체 조명 장치는 임의의 전자 장치(또는 반도체 장치)에 적용될 수 있고, 바람직하게는 디스플레이 장치(예를 들어, 텔레비전(television: TV), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어 등과 같은 휴대용 디스플레이 장치, 백라이트 유닛, 기타 조명 장치 등)에 포함될 수 있다.
100: 반도체 광원 장치, 110: 방열 베이스 기판, 120: 인쇄회로기판, 140: 반도체 광원, 150: 와이어

Claims (16)

  1. 방열 인쇄회로기판에 있어서,
    열전도성 폴리머로 이루어지고, 발열체가 그 상단에 탑재되는 방열 베이스 기판과;
    절연층과, 상기 절연층 위에 적층된 회로층과, 상기 절연층 및 회로층을 관통하는 개구를 구비한 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 인쇄회로기판은 상기 방열 베이스 기판 위에 적층됨을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열 베이스 기판은 기저부와, 상기 발열체가 그 상단에 탑재되며 상기 기저부로부터 돌출되는 돌출부를 포함하고,
    상기 인쇄회로기판은 상기 돌출부가 상기 개구에 삽입되도록 상기 방열 베이스 기판 위에 적층됨을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열 베이스 기판은 기저부와, 상기 발열체가 그 바닥면에 탑재되며 상기 기저부로부터 함몰되는 함몰부를 포함함을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열전도성 폴리머는 열전도성 필러와 폴리머 바인더를 함유함을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열전도성 필러는 금, 백금, 은, 파라듐, 구리, 알루미늄, 니켈, 인듐, 인듐 주석 산화물, ATO(antimony tin oxide), 코발트, 철, 주석, 망간, 크롬, 티타늄, 아연, 두랄루민, 몰리브덴, 다이아몬드, 그래파이트, 탄소 나노튜브 및 질화붕소, 알루미나, 카본 블랙, 페라이트 중의 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함함을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 플라스틱 바인더는 PMMA(polymethyl methacrylate), PVC(Polyvinyl chloride), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), PP(polypropylene), PE(polyethylene), PA(polyamide), POM(polyacetal), PC(polycarbonate), PPE(polyphenylene ether), PBT(Polybutylene Terephthalate), PSF(Polysulfone), PES(Polyether sulfone), PPS(Polyphenylene sulfide), PAR(Polarylate), PAI(Polyamide-Imide), PEEK(Polyetheretherketone), PI(Polyimide), LCP(Liquid Crystal Polymer), PTEE(polytrafluore ethylene), PF(Phenol-Formaldehyde), UF(Urea Formaldehyde), ALK(alkyd molding compound), UP(unsaturated polyester), EP(Epoxy), DAP(allylics(allyl resin)), PUR(polyurethane), SI(silicon), TPE(Thermoplastic Elastomer), COPE(copolyester), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, PVDC(Polyvinylidene chloride), PVAc(Polyvinyl acetate), PVAL(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세탈, 폴리비닐 포르말, PS(polystyrene), AS(acrylonitrile styrene)수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene)수지, 불소수지, 멜라민수지, 스티렌 부타디엔 고무, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 다황화물계 고무, 실리콘 고무, 플루오로 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무 및 천연 고무 중의 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함함을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  7. 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 기저부보다 열전도성이 높은 다른 재질로 형성됨을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방열 베이스 기판 및 상기 인쇄회로기판의 사이에 적층되고, 상기 방열 베이스 기판보다 높은 열전도성을 갖는 열전달층을 더 포함함을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발열체는 마이크로 프로세서, 구동 모듈, 통신 모듈 및 반도체 광원 중의 하나임을 특징으로 하는 방열 인쇄회로기판.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방열 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 방열 베이스 기판 위에 탑재되며, 상기 회로층과 전기적으로 연결되는 반도체 광원을 더 포함함을 특징으로 하는 반도체 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방열 베이스 기판의 상면에 열전달층이 적층되고, 상기 반도체 광원은 상기 열전달층의 상면에 탑재됨을 특징으로 하는 반도체 조명 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 열전달층은 상기 방열 베이스 기판의 상면, 측면 및 하면 중 적어도 하나 또는 이들의 조합에 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 조명 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 열전달층은 금속으로 이루어지고, 상기 반도체 광원으로부터 입사된 광을 반사하는 반사면을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 조명 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 반도체 광원은 LED(light emitting diode)인 것을 특징으로 하는 반도체 조명 장치.
  15. 제10항의 반도체 조명 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 텔레비전, 휴대폰 및 백라이트 유닛 중의 하나임을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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