KR20140032845A - 방열부재, 방열회로기판 및 발열소자 패키지 - Google Patents

방열부재, 방열회로기판 및 발열소자 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열 영역이 정의되어 있는 인쇄회로기판, 그리고 상기 방열 영역에 삽입되며, 상기 방열 영역에 부착되는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 절곡되어 상기 인쇄회로기판을 관통하는 측면을 포함하는 방열 부재를 포함하는 방열회로기판을 제공한다. 따라서, 발열 소자와 이웃한 영역에 기판에 방열 부재를 삽입하여 형성하여 방열 효과가 향상된다. 또한, 공간적 구조의 방열 부재를 형성하여 열방사 효과를 얻을 수 있으며, 방열 부재의 구조를 단순화하여 자동 조립 가능하게 형성하여 불량을 줄일 수 있다.

Description

방열부재, 방열회로기판 및 발열소자 패키지{The radiant heat member, the radiant heat circuit board and the heat generating device package}
본 발명은 방열부재, 방열회로기판 및 발열소자 패키지에 관한 것이다.
파워 제품 등의 고 발열 소자가 실장되는 발열소자 패키지에 있어서 방열은 중요한 이슈가 되고 있다.
이러한 발열 소자, 예를 들어 발광 다이오드(LED:light emitting diode), 파워 유닛 등일 수 있는데 상기 발열 소자는 심각한 열을 방출한다. 발열 소자로부터의 방출 열은 회로 기판의 온도를 상승시켜 발열 소자의 오동작 및 신뢰성에 문제를 야기한다.
방출 열로 인한 문제를 해결하기 위하여 히트 싱크가 제안되었다.
종래의 방열 파워 보드는 기판 위에 분산되어 파워를 생산하는 파워 유닛이 실장되어 있으며, 상기 파워 유닛의 주변으로 복수의 히트 싱크가 배치되어 있다.
상기 히트 싱트는 파워 유닛의 주변부에 분산되어 배치되며, 열전도성이 높은 알루미늄을 포함하는 합금재로 형성되어 있다.
이때, 상기 히트 싱크는 수동으로 삽입 및 솔더링하여 부착한다.
그러나, 이러한 히트 싱크의 적용은 수동 삽입의 가공비가 많이 발생하고, 히트 싱크의 면적이 증가하면 기판의 사이즈가 증가하여 재료비가 상승한다.
또한, 각 기판 당 4 내지 5개의 히트 싱크를 사용하는 경우, 단가 및 금형비와 조립 비용이 증가한다.
그리고, 솔더링 진행 시에 히트 싱크의 대면적에 의해 들뜸 불량이 발생하고, 삽입 불량 시에 회로 패턴인 동박이 손상되며, 히트 싱크의 고정 리드 중 일부가 삽입되지 않는 불량이 발생한다.
실시예는 새로운 구조를 가지는 방열부재, 방열회로기판 및 발열소자 패키지를 제공한다.
실시예는 열 효율이 향상된 방열부재, 방열회로기판 및 발열소자 패키지를 제공한다.
실시예는 회로 기판의 상면에 배치되는 바닥면, 그리고 상기 바닥면으로부터 절곡되는 측면을 포함하는 방열 부재를 제공한다.
또한, 실시예는 방열 영역이 정의되어 있는 인쇄회로기판, 그리고 상기 방열 영역에 삽입되며, 상기 방열 영역에 부착되는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 절곡되어 상기 인쇄회로기판을 관통하는 측면을 포함하는 방열 부재를 포함하는 방열회로기판을 제공한다.
한편, 실시예는 발열 소자, 상기 발열 소자가 실장되며, 상기 발열 소자의 주변부에 방열 영역이 정의되어 있는 인쇄회로기판, 그리고 상기 방열 영역에 삽입되며, 상기 방열 영역에 부착되는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 절곡되어 상기 인쇄회로기판을 관통하는 측면을 포함하는 방열 부재를 포함하는 발열소자 패키지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 발열 소자와 이웃한 영역에 기판에 방열 부재를 삽입하여 형성하여 방열 효과가 향상된다.
또한, 공간적 구조의 방열 부재를 형성하여 열방사 효과를 얻을 수 있으며, 방열 부재의 구조를 단순화하여 자동 조립 가능하게 형성하여 불량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열소자 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 발열소자 패키지를 Ι-Ι'으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 방열 부재의 확대 사시도이다.
도 4는 도 1의 방열 회로 기판의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발열소자 패키지의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 방열 부재의 다양한 적용예이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열소자 패키지의 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발열소자 패키지의 사시도이다.
도 9a 내지 도 9g는 도 1의 방열 부재가 적용된 발열소자 패키지의 방열효과를 나타내는 실험데이터이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명은 방열을 목적으로 발열소자 패키지에 방열 부재를 적용한다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열소자 패키지를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열소자 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 발열소자 패키지를 Ι-Ι'으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 방열 부재의 확대 사시도이며, 도 4는 도 1의 방열 회로 기판의 상면도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 발열 소자 패키지(100)는 방열회로기판(200), 상기 방열회로기판(200) 위에 발열 소자(300) 및 상기 방열 부재(400)를 포함한다.
발열 소자(300)는 구동 시에 열을 방출하는 소자를 포함하며, 발광 다이오드 등의 발광소자 또는 전력을 생성하는 전력소자일 수 있다.
상기 방열회로기판(200)에 복수의 발열 소자(300)가 배치될 수 있으며, 각각의 상기 발열 소자(300)와 이웃하여 방열 부재(400)가 배치된다.
상기 방열 부재(400)는 절곡면을 가지는 금속재로 형성된다.
상기 방열 부재(400)는 열전도성이 높으며 가격이 저렴한 SPCC 또는 EGI 등의 steel류 또는 구리를 포함하는 합금재로 형성될 수 있으며, 도금 또는 솔더링이 가능한 금속으로 형성될 수 있다.
상기 방열 부재(400)의 표면은 도금층이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 도금층으로는 구리/주석 또는 구리/니켈 등의 솔더링이 가능한 금속재가 적용가능하다.
상기 방열 부재(400)는 도 3과 같은 형상을 가질 수 있다.
도 3을 참고하면, 방열 부재(400)는 기판에 수직인 축을 따라 형성되며, 바닥면(410) 및 상기 바닥면(410)의 양 측면으로부터 절곡하여 서로 마주보는 두 날개면(420)을 포함한다.
상기 방열 부재(400)는 0.4 내지 0.6mm의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.5mm의 두께를 가진다.
바닥면(410)은 사각형, 바람직하게는 직사각형의 형상을 가질 수 있으며, 한 변의 길이(h2)가 8mm, 다른 변의 길이(h3)가 6mm인 직사각형일 수 있다.
이때, 상기 긴 변인 한 변으로부터 절곡한 두 개의 날개면(420)은 7 내지 8mm의 길이(h1)를 가지며, 바람직하게는 7.8mm일 수 있다.
상기 바닥면(410)과 날개면(420)의 절곡변은 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 방열 부재(400)는 도 1과 같이 날개면(420)이 상기 방열 회로 기판(200)에 삽입고정된다.
따라서, 별도의 히트 싱크 없이 복수의 방열 부재(400)를 발열 소자(300) 주변부에 배치 삽입하여 발열 소자(300)로부터의 열을 외부로 방출할 수 있다.
상기 방열 회로 기판(200)은 인쇄회로기판으로서, 절연 플레이트(210), 상기 절연 플레이트(210) 위에 형성되는 회로 패턴과 연결되어 있는 기저패드(220) 및 상기 회로 패턴을 덮는 솔더 레지스트(230)를 포함한다.
상기 절연 플레이트(210)는 단일 회로 패턴이 형성되는 인쇄회로기판(200)의 지지기판일 수 있으나, 복수의 적층 구조를 가지는 인쇄회로기판 중 한 회로 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있는 절연층 영역을 의미할 수도 있다.
상기 절연 플레이트(210)는 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 글라스 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
상기 절연 플레이트(210) 위에 복수의 회로 패턴과 연결되어 있는 복수의 기저패드(220)가 형성되어 있다. 상기 기저패드(220)는 인쇄회로기판(200) 위에 실장되는 소자를 장착하는 범프로서 솔더(도시하지 않음)가 부착될 수 있다.
상기 회로 패턴 및 기저패드(220)는 전도성 물질로 형성되며, 절연 플레이트(210) 상에 형성되는 동박층을 동시에 패터닝하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 회로 패턴 및 기저패드(220)는 구리를 포함하는 합금으로 형성된다.
상기 기저패드(220)의 상면 및 측면에는 표면처리가 되어 있을 수 있다.
상기 절연 플레이트(210) 위에 회로 패턴을 덮으며 솔더 레지스트(230)가 형성되어 있다.
솔더 레지스트(230)는 절연 플레이트(210)의 표면을 보호하기 위한 것으로 절연 플레이트(210)의 전면에 형성되며, 노출되어야 하는 기저패드(220) 적층 구조의 상면을 개방하는 개구부를 가진다.
상기 방열회로기판(200)의 상면에 도 5와 같이 기저패드(220)와 이웃하여 방열 영역(250)이 정의되어 있다.
상기 방열 영역(250)은 방열 부재(400)가 실장되는 영역이다.
상기 방열 영역(250)은 방열 부재(400)의 바닥면(410)에 대응하는 형상, 바람직하게는 직사각형의 형상을 가지며, 방열 부재(400)의 바닥면(410)의 면적보다 넓은 면적, 방열 부재(400)의 바닥면(410)이 8·6mm일 때, 9·9mm의 면적을 가질 수 있다.
상기 방열 영역(250)은 솔더 레지스트(230)가 제거되어 하부에 회로 패턴을 형성하는 동박층이 개방되어 있다.
상기 방열 영역(250)에 개방되는 동박층은 상기 기저패드(220)와 연결되어 상기 발열 소자(200)로부터의 열을 직접 전달할 수 있다.
상기 방열 영역(250)의 중심부에는 솔더 레지스트(230)가 잔재하는 중심섬(235)이 형성되어 바닥면(410)이 솔더링에 의해 뭉치는 것을 방지한다.
상기 중심섬(235)은 방열 부재(400)와의 접착을 위한 접착제가 도포되는 영역으로서, 그 아래에는 동박층이 제거되어 상기 중심섬(235)에 열이 집중되어 접착제가 흐르는 것을 방지한다.
상기 중심섬(235)은 3.2(d3)·4.8mm의 면적을 가진다.
상기 중심섬(235)을 기준으로 양 측면에 상기 방열 부재(400)의 날개면(420)이 삽입되는 날개홀(211)이 형성되어 있다.
상기 날개홀(211)은 방열 부재(400)의 날개면(420)의 단면과 대응하는 형상을 가지며, 상기 방열 부재(400)의 두께가 0.5mm 일 때, 1.0 내지 1.5mm 바람직하게는 1.3mm의 폭(d1) 및 6.8mm의 길이(d2)를 갖는 장방형을 갖도록 형성된다.
상기 날개홀(211)은 방열 영역(250)의 경계로부터 소정 거리만큼 이격되어 형성되어 있으며 소정 거리(w)는 1 내지 1.3mm, 바람직하게는 1.1mm를 충족한다.
상기 기저 패드(220)와 상기 방열 영역(250) 사이의 거리(w)는 디자인에 따라 결정될 수 있으며, 거리(W)가 0으로서, 접촉하며 형성될 수 있다.
이와 같이 방열 영역(250)이 정의되어 있는 방열회로기판(200)의 날개홀(211)에 상기 날개면(420)이 삽입되어 있다.
이때, 삽입된 방열 부재(400)의 바닥면(410)의 경계를 솔더링함으로써 기판(200)에 방열 부재(400)를 공고히 부착할 수 있다. 그러나 이와 달리 날개홀(211)에 방열 부재(400)를 삽입한 뒤 도금을 진행하여 부착할 수도 있다.
이때, 발열 소자(300)가 실장되는 면을 방열회로기판(200)의 상면으로 정의할 때, 발열 소자(300)가 실장되는 기저패드(220)와 같이 상면에 방열 영역(250)이 정의되어 있는 경우, 방열 부재(400)의 바닥면(410)이 상면에 배치되며, 상기 날개면(420)이 기판(200)의 배면으로 돌출되도록 삽입된다.
따라서, 발열 소자(300)로부터 발생하는 열을 날개면(420)을 통하여 기판(200)의 배면 쪽으로 방출할 수 있다.
이러한 발열소자 패키지(100)는 기판의 기저패드(210) 위에 상기 발열 소자(300)을 실장하고, 방열 부재(400)를 실장한 뒤 상기 발열 소자(300)와 방열 부재(400)를 솔더링하여 고정할 수 있다.
상기 방열 부재(400)의 실장은 중심섬(235) 위에 에폭시계 접착제를 도포하고, 상기 방열 부재(400)를 실장한다.
다음으로, 상기 접착제에 열을 가하여 경화한 뒤, 솔더링을 진행하여 고정할 수 있다.
이때, 상기 솔더링은 wave soldering을 진행할 수 있으며, 상기 방열 부재(400)의 실장 공정은 자동 삽입으로 진행될 수 있다.
이를 위하여 복수의 방열 부재(400)는 릴포켓패킹(reel pocket packing)되어 있을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 발열 소자 패키지(100A)는 방열회로기판(200), 상기 방열회로기판(200) 위에 발열 소자(300) 및 상기 방열 부재(400)를 포함한다.
발열 소자(300)는 구동 시에 열을 방출하는 소자를 포함하며, 발광 다이오드 등의 발광소자 또는 전력을 생성하는 전력소자일 수 있다.
상기 방열회로기판(200)에 복수의 발열 소자(300)가 배치될 수 있으며, 각각의 상기 발열 소자(300)와 이웃하여 방열 부재(400)가 배치된다.
상기 방열 부재(400)는 도 3과 동일한 형상을 가진다.
상기 방열 회로 기판(200)은 인쇄회로기판으로서, 절연 플레이트(210), 상기 절연 플레이트(210) 위에 형성되는 회로 패턴과 연결되어 있는 기저패드(220) 및 상기 회로 패턴을 덮는 솔더 레지스트(230)를 포함한다.
이때, 상기 방열회로기판(200)의 배면에 도 5의 방열 영역(250)이 정의되어 있다.
상기 방열 영역(250)의 구성은 도 4와 동일하나, 상기 방열 영역이 기저패드와 서로 다른 면에 형성되어 상기 방열 부재가 도 2와 반대로 결합될 수 있다.
즉, 발열 소자(300)가 실장되는 면을 방열회로기판(200)의 상면으로 정의할 때, 발열 소자(300)가 실장되는 기저패드(220)와 반대인 배면에 방열 영역(250)이 정의되어 방열 부재(400)의 바닥면(410)이 배면에 배치된다.
따라서, 날개면(420)이 기판(200)의 상면으로 돌출되도록 삽입되어 발열 소자(300)로부터 발생하는 열을 날개면(420)을 통하여 기판(200)의 상면 쪽으로 방출할 수 있다.
이와 같이 방열회로기판(200)이 양면에 회로가 형성되어 있는 양면 회로기판의 경우에는 발열 소자(300)와 동일한 방향으로 날개면(420)이 돌출됨으로 발열소자(300)로부터 발생하는 열이 날개면(420)을 통해 발열소자(300)의 상부로 방출된다. 따라서, 상기 날개면(420)의 길이가 발열소자(300)의 높이보다 높게 형성되어 대류 효과를 극대화하는 것이 바람직하다.
상기 방열 부재(400)의 실장은 솔더 페이스트를 방열 영역에 도포하고, 상기 방열 부재(400)를 실장한다.
다음으로, 솔더링을 진행하여 고정할 수 있다.
이때, 상기 솔더링은 리플로우 솔더링(reflow soldering)을 진행할 수 있으며, 상기 방열 부재(400)의 실장 공정은 자동 삽입으로 진행될 수 있다.
이를 위하여 복수의 방열 부재(400)는 릴포켓패킹(reel pocket packing)되어 있을 수 있다.
이하에서는 도 6을 참고하여 도 3의 방열 부재의 다양한 적용예를 설명한다.
도 6a를 참고하면, 상기 제1 적용예의 방열 부재(400A)는 바닥면(410)의 한 측면에서 절곡되는 두 개의 날개면(430) 및 상기 날개면(430)의 한 측면과 이웃하는 다른 측면에서 절곡되는 두 개의 부날개면(440)을 포함한다.
상기 부날개면(440)은 상기 날개면(430)과 이격되도록 바닥면(410)의 다른 측면의 폭보다 작은 폭을 갖도록 형성된다.
즉, 상기 부날개면(440)은 상기 바닥면(410)의 다른 측면보다 좁은 폭을 가지며 절곡되어 형성된다.
상기 부날개면(440)의 길이는 상기 날개면(430)의 길이와 동일할 수 있으나 상기 날개면(430)보다 길게 연장되어 형성될 수 있다.
도 6b를 참고하면, 상기 제2 적용예의 방열 부재(400B)는 바닥면(410)의 한 측면에서 절곡되는 두 개의 날개면(450)을 포함하며, 상기 날개면(450)은 상기 바닥면(410)에서 수직하게 진행하다가 다시 절곡되는 날개편(455)을 가진다.
상기 날개편(455)은 상기 바닥면(410)과 마주하지 않도록 외부를 향하여 꺾어져 있으며, 상기 바닥면(410)과 평행하게 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 날개면(450)과 상기 바닥면(410)이 수직을 이루며, 상기 날개면(450)과 상기 날개편(455)이 수직을 이룰 수 있다.
한편, 도 6c를 참고하면, 상기 제3 적용예의 방열 부재(400C)는 바닥면(410)의 한 측면에서 절곡되는 두 개의 날개면(450) 및 상기 날개면(450)의 한 측면과 이웃하는 다른 측면에서 절곡되는 두 개의 부날개면(430)을 포함한다.
상기 부날개면(430)은 상기 날개면(450)과 이격되도록 바닥면(410)의 다른 측면의 폭보다 작은 폭을 갖도록 형성된다.
즉, 상기 부날개면(430)은 상기 바닥면(410)의 다른 측면보다 좁은 폭을 가지며 절곡되어 형성된다.
한편, 상기 날개면(450)은 상기 바닥면(410)에서 수직하게 진행하다가 다시 절곡되는 날개편(455)을 가진다.
상기 날개편(455)은 상기 바닥면(410)과 마주하지 않도록 외부를 향하여 꺾어져 있으며, 상기 바닥면(410)과 평행하게 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 날개면(430)과 상기 바닥면(410)이 수직을 이루며, 상기 날개면(450)과 상기 날개편(455)이 수직을 이룰 수 있다.
상기 부날개면(430)의 길이는 상기 바닥면(410)으로부터 수직인 날개면(450)의 수직부분의 길이와 동일할 수 있다.
이상에서는 방열 부재(400)의 다양한 형상에 대하여 설명하였으나 이에 한정되지 않는다.
도 6a 내지 도 6c의 방열 부재의 형상에 따라 방열회로기판(200)의 방열 영역(250)의 날개홀(211)의 형상 및 수효가 가변한다.
이하에서는 도 7a 및 도 7b를 참고하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열소자 패키지를 설명한다.
도 7a는 제3 실시예에 따른 발열소자 패키지를 위에서 내려다본 사시도이고, 도 7b는 제3 실시예에 따른 발열소자 패키지를 아래서 올려다본 사시도이다.
도 7a 및 도 7b를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 발열 소자 패키지(100)는 방열회로기판(200), 상기 방열회로기판(200) 위에 발열 소자(300) 및 상기 방열 부재(400D)를 포함한다.
발열 소자(300)는 구동 시에 열을 방출하는 소자를 포함하며, 발광 다이오드 등의 발광소자 또는 전력을 생성하는 전력소자일 수 있다.
상기 방열회로기판(200)에 복수의 발열 소자(300)가 배치될 수 있으며, 각각의 상기 발열 소자(300)에 대응하여 방열 부재(400D)가 배치된다.
상기 방열 부재(400D)는 절곡면을 가지는 금속재로 형성된다.
상기 방열 부재(400D)는 열전도성이 높으며 가격이 저렴한 SPCC 또는 EGI 등의 steel류 또는 구리를 포함하는 합금재로 형성될 수 있으며, 도금 또는 솔더링이 가능한 금속으로 형성될 수 있다.
상기 방열 부재(400D)의 표면은 도금층이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 도금층으로는 구리/주석 또는 구리/니켈 등의 솔더링이 가능한 금속재가 적용가능하다.
상기 방열 부재(400D)는 바닥면(410) 및 상기 바닥면(410)의 양 측면으로부터 절곡하여 서로 마주보는 두 날개면(460)을 포함한다.
상기 방열 부재(400D)는 0.4 내지 0.6mm의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.5mm의 두께를 가진다.
바닥면(410)은 사각형, 바람직하게는 직사각형의 형상을 가질 수 있으며, 한 변의 길이가 8mm, 다른 변의 길이가 6mm인 직사각형일 수 있다.
상기 바닥면(410)은 방열회로기판(200)의 배면, 즉 발열 소자(300)가 배치되어 있는 상면의 반대면에 배치되며, 상기 발열 소자(300)와 일직선 상에 위치하도록 배치되어 상기 발열 소자(300)로부터 방출되는 열을 직접 전달한다.
이때, 상기 바닥면(410)의 긴 변인 한 변으로부터 절곡한 두 개의 날개면(460)은 7 내지 8mm의 길이를 가지며, 바람직하게는 7.8mm일 수 있다.
상기 바닥면(410)과 날개면(460)의 절곡변은 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 방열 부재(400D)는 상기 날개면(460)과 반대 방향으로 절곡되는 방열핀(466)을 포함한다.
상기 방열핀(466)은 상기 날개면(460)이 절곡되는 바닥면(410)의 한 변과 이웃한 다른 변으로부터 절곡되어 형성된다.
상기 방열핀(466)은 날개면(460)의 다른 변의 중앙부에 소정 폭을 갖도록 형성되며, 상기 폭은 방열 부재(400D)의 두께와 유사 범위를 가진다.
상기 방열핀(466)은 상기 방열회로기판(200)의 날개홀(211)을 통해 방열회로기판(200)의 상면으로 돌출되어 있으며, 상기 방열핀(466)의 길이는 상기 날개면(460)의 길이와 동일할 수 있다.
한편, 상기 날개면(460)은 상기 방열회로기판(200)의 상면을 향하여 절곡되어 있다.
상기 날개면(460)은 바닥면(410)과의 절곡변 주변으로 소정 크기의 절곡편(465)을 가진다.
상기 절곡편(465)은 상기 절곡변으로부터 소정 폭을 갖도록 형성되며, 상기 날개면(410)과 반대 방향으로 절곡되어 있으며, 상기 날개면(460)으로부터 잘라져 절곡됨으로써 상기 날개면(460)에 상기 절곡편(465)과 동일한 형상의 홀(467)이 형성될 수 있다.
상기 절곡편(465)은 상기 방열회로기판(200)의 방열 영역(250)에 형성되는 날개홀(211)을 통해 배면으로 돌출되어 있으며, 상기 절곡편(465)의 길이는 방열핀(466)보다 짧고, 상기 절곡편(465)의 폭은 방열핀(466)의 폭보다 크다.
이와 같이, 상기 방열 부재(400D)에 있어서, 날개면(460)을 방열회로기판(200)의 배면으로 절곡하면서, 날개면(460)의 일부를 상면으로 절곡하여 방열회로기판(200)과의 결합력을 증가하는 한편, 발열 소자(300)의 수직한 축을 따라 위 및 아래 방향으로 방열이 이루어진다.
상기 방열 회로 기판(200)은 인쇄회로기판으로서, 도 2와 같이 절연 플레이트(210), 상기 절연 플레이트(210) 위에 형성되는 회로 패턴과 연결되어 있는 기저패드(220) 및 상기 회로 패턴을 덮는 솔더 레지스트(230)를 포함한다.
상기 방열회로기판(200)은 발열 소자가 배치되는 상면과 반대되는 배면에 방열 영역(250)이 정의되어 있다.
상기 방열 영역(250)은 방열 부재(400)의 바닥면(410)에 대응하는 형상, 바람직하게는 직사각형의 형상을 가지며, 도 4와 유사한 형상을 가진다.
이때, 상기 방열 영역(250)의 날개홀(211)의 수효 및 형상은 방열 부재(400D)의 방열핀(466) 및 절곡편(465)의 형상 및 수효에 따라 결정된다.
상기 방열 부재(400D)의 실장은 상기 방열 부재(400D)를 자동 삽입하고, 방열핀(466)을 구부려서 상기 방열 부재(400D)를 기판(200)에 고정한다.
다음으로, 솔더링을 진행하며, 상기 솔더링은 wave soldering을 진행할 수 있으며, 고정을 더욱 확고히 하기 위하여 절곡편 방열핀(466)의 보강을 위해 양면에 고정용 살을 보강할 수 있다.
이를 위하여 복수의 방열 부재(400)는 릴포켓패킹(reel pocket packing)되어 있을 수 있으며, 절곡편(465)의 양단에 테이핑처리되어 포장될 수 있다.
이하에서는 이하에서는 도 8a 및 도 8b를 참고하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 발열소자 패키지를 설명한다.
도 8a는 제4 실시예에 따른 발열소자 패키지를 위에서 내려다본 사시도이고, 도 8b는 제4 실시예에 따른 발열소자 패키지를 아래서 올려다본 사시도이다.
도 8a 및 도 8b를 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 발열 소자 패키지(100)는 방열회로기판(200), 상기 방열회로기판(200) 위에 발열 소자(300) 및 상기 방열 부재(400D)를 포함한다.
발열 소자(300)는 구동 시에 열을 방출하는 소자를 포함하며, 발광 다이오드 등의 발광소자 또는 전력을 생성하는 전력소자일 수 있다.
상기 방열회로기판(200)에 복수의 발열 소자(300)가 배치될 수 있으며, 각각의 상기 발열 소자(300)와 반대 면에 방열 부재(400E)가 배치된다.
상기 방열 부재(400E)는 절곡면을 가지는 금속재로 형성된다.
상기 방열 부재(400E)는 열전도성이 높으며 가격이 저렴한 SPCC 또는 EGI 등의 steel류 또는 구리를 포함하는 합금재로 형성될 수 있으며, 도금 또는 솔더링이 가능한 금속으로 형성될 수 있다.
상기 방열 부재(400E)의 표면은 도금층이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 도금층으로는 구리/주석 또는 구리/니켈 등의 솔더링이 가능한 금속재가 적용가능하다.
상기 방열 부재(400E)는 바닥면(410) 및 상기 바닥면(410)의 한 변으로부터 절곡하는 측면(470)을 포함한다.
상기 방열 부재(400E)는 0.4 내지 0.6mm의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.5mm의 두께를 가진다.
바닥면(410)은 사각형, 바람직하게는 직사각형의 형상을 가질 수 있으며, 한 변의 길이가 8mm, 다른 변의 길이가 6mm인 직사각형일 수 있다.
상기 바닥면(410)은 방열회로기판(200)의 배면, 즉 발열 소자(300)가 배치되어 있는 상면의 반대면에 배치되며, 상기 발열 소자(300)와 일직선 상에 위치하도록 배치되어 상기 발열소자(300)로부터 방출되는 열을 직접 전달한다.
상기 측면(470)은 상기 바닥면(410)과 수직하게 절곡되어 있으며, 상기 발열 소자(300)와 중첩되어 형성될 수 있다.
상기 측면(470)의 길이는 상기 바닥면(410)의 길이보다 길게 형성되어 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 측면(470)은 상기 바닥면(410)과 마주보도록 단변으로부터 절곡되는 상면(473)을 포함하며, 상기 상면(473)의 면적은 바닥면(410)과 동일할 수 있다.
상기 측면(470)은 단변과 이웃하는 두 개의 장변으로부터 절곡되어 서로 평행하게 형성되는 두 개의 날개면(471)을 포함한다.
상기 날개면(471)은 상기 상면(473)과 동일한 길이를 가질 수 있으며, 상기 바닥면(410) 및 상면(473)과 이격되도록 상기 측면(470)의 장변의 길이보다 작은 폭을 갖도록 설계된다.
이때, 상기 바닥면(410)은 상기 방열회로기판(200)의 날개홀(211)을 관통하여 상기 방열회로기판(200)의 상면으로 돌출되는 방열핀(476)을 더 포함한다.
상기 방열핀(476)은 바닥면(410)의 절곡변의 양 모서리로부터 절곡되며 방열 부재(400E)의 두께와 유사 범위의 폭을 가진다.
상기 방열핀(476)의 길이는 상기 측면(470)의 길이와 동일할 수 있다.
이와 같이, 상기 방열 부재(400E)에 있어서, 측면(470)을 방열회로기판(200)의 배면으로 절곡하면서, 측면(470)의 모든 변으로부터 절곡하여 연장되는 복수의 날개면(471)을 가짐으로써 열 방사 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 방열 회로 기판(200)은 도 2와 같이 절연 플레이트(210), 상기 절연 플레이트(210) 위에 형성되는 회로 패턴과 연결되어 있는 기저패드(220) 및 상기 회로 패턴을 덮는 솔더 레지스트(230)를 포함한다.
상기 방열회로기판(200)은 발열 소자가 배치되는 상면과 반대되는 배면에 방열 영역(250)이 정의되어 있다.
상기 방열 영역(250)은 방열 부재(400E)의 바닥면(410)에 대응하는 형상, 바람직하게는 직사각형의 형상을 가지며, 도 4와 유사한 형상을 가진다.
이때, 상기 방열 영역(250)의 날개홀(211)의 수효 및 형상은 방열부재(400E)의 방열핀(476)의 형상 및 수효에 따라 결정된다.
상기 방열 부재(400E)의 실장은 상기 방열 부재(400E)를 자동 삽입하고, 방열핀(476)을 구부려서 상기 방열 부재(400E)를 기판(200)에 고정한다.
다음으로, 솔더링을 진행하며, 상기 솔더링은 wave soldering을 진행할 수 있다.
이를 위하여 복수의 방열 부재(400)는 릴포켓패킹(reel pocket packing)되어 있을 수 있으며, 절곡편(465)의 양단에 테이핑 및 펀치처리되어 포장될 수 있다.
이하에서는 도 9을 참고하여, 본 발명의 효과를 설명한다.
도 9a 내지 도 9g는 도 1의 방열 부재가 적용된 발열소자 패키지의 방열효과를 나타내는 실험데이터이다.
도 9a는 발열 소자의 발열 정도를 측정한 적외선 촬영 사진이고, 도 9b는 종래의 히트 싱크를 부착했을 경우의 적외선 촬영 사진이며, 도 9c는 방열회로기판에 히트 싱크 없이 도 9a의 발열 소자를 부착했을 경우의 적외선 사진이다.
도 9a 내지 도 9c를 검토하면, 도 9a의 발열 소자를 히트 싱크에 부착하였을 때, -3.5도 정도의 방열 효과가 나타나며, 히트 싱크 없이 패키징 하였을 때 -1.5도의 방열 효과가 나타난다.
이때, 도 9d와 같이 패키징에서 회로 패턴을 최적화하여 방열 효율을 향상시킨 경우 -2도의 방열 효과가 나타나며, 도 9e와 같이 패키징 시에 솔더의 면적을 확대하였을 때 -3.5도의 방열 효과가 나타난다.
또한, 도 9f와 같이 금속 플레이트를 상기 발열 소자와 이웃하게 부착하는 경우 -1.5도의 방열효과가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 본 발명의 실시예인 도 9g와 같이 방열 부재를 삽입하여 형성하는 경우, -10도의 방열 효과가 관찰되었다. 따라서 공간적 구조의 방열 부재를 형성하여 발열 소자와 이웃하게 배치함으로써 방열 효율을 높일 수 있음을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
방열회로기판 200
발열 소자 300
발열 소자 패키지 100
방열 부재 400, 400A, 400B, 400C, 400D

Claims (41)

  1. 회로 기판의 상면에 배치되는 바닥면, 그리고
    상기 바닥면으로부터 절곡되는 측면
    을 포함하는 방열 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는 0.3 내지 0.6mm의 두께를 가지는 방열 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는 SPCC 또는 EGI 등의 steel류 또는 구리 합금으로 형성되어 있는 방열 부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재의 바닥면은 직사각형의 형상을 가지는 방열 부재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 일변으로부터 절곡되어 서로 마주보는 두 개의 상기 측면을 가지는 방열 부재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바닥면은 6·8mm2의 면적을 가지며, 상기 측면의 길이는 7 내지 8mm를 충족하는 방열 부재.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 측면으로부터 외부로 절곡되는 절곡편을 더 포함하는 방열 부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절곡편은 상기 바닥면과 평행하게 형성되어 있는 방열 부재.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 방열 부재는
    상기 바닥면의 타변으로부터 절곡되어 서로 마주보는 두 개의 부측면을 더 포함하는 방열 부재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부측면은 상기 측면과 이격되어 형성되는 방열 부재.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 부측면은 상기 측면과 반대 방향으로 절곡되어 있는 방열 부재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 부측면은 폭이 상기 방열 부재의 두께와 동일한 방열 부재.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 측면은 상기 바닥면과의 경계에서 상기 측면과 반대 방향으로 절곡되는 절곡편을 더 포함하는 방열 부재.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 일변으로부터 절곡되는 장측면을 가지며, 상기 장측면의 각 변으로부터 수직하게 절곡되는 복수의 날개편을 포함하는 방열 부재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 타변으로부터 상기 장측면과 반대 방향으로 절곡되는 부측면을 더 포함하는 방열 부재.
  16. 방열 영역이 정의되어 있는 인쇄회로기판, 그리고
    상기 방열 영역에 삽입되며, 상기 방열 영역에 부착되는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 절곡되어 상기 인쇄회로기판을 관통하는 측면을 포함하는 방열 부재
    를 포함하는
    방열회로기판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방열 부재는 0.3 내지 0.6mm의 두께를 가지는 방열회로기판.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 방열 부재는 SPCC 또는 EGI 등의 steel류 또는 구리 합금으로 형성되어 있는 방열회로기판.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 방열 부재의 바닥면은 직사각형의 형상을 가지는 방열회로기판.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 일변으로부터 절곡되어 서로 마주보는 두 개의 상기 측면을 가지는 방열회로기판.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 측면으로부터 외부로 절곡되어 상기 바닥면과 평행하게 형성되는 절곡편을 더 포함하는 방열회로기판.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 방열 부재는
    상기 바닥면의 타변으로부터 절곡되어 서로 마주보는 두 개의 부측면을 더 포함하는 방열회로기판.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 부측면은 상기 측면과 반대 방향으로 절곡되어 있는 방열회로기판.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 일변으로부터 절곡되는 장측면을 가지며, 상기 장측면의 각 변으로부터 수직하게 절곡되는 복수의 날개편을 포함하는 방열 회로기판.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 장측면은 상기 측면과 반대 방향으로 절곡되는 방열회로기판.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 상기 방열 영역은
    상기 솔더 레지스트가 개방되어 있는 방열회로기판.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 방열 영역은
    상기 방열 부재의 상기 측면이 관통하는 복수의 방열홀을 포함하는 방열회로기판.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 방열 영역의 면적은 상기 방열 부재의 바닥면의 면적보다 큰 방열회로기판.
  29. 발열 소자,
    상기 발열 소자가 실장되며, 상기 발열 소자의 주변부에 방열 영역이 정의되어 있는 인쇄회로기판, 그리고
    상기 방열 영역에 삽입되며, 상기 방열 영역에 부착되는 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 절곡되어 상기 인쇄회로기판을 관통하는 측면을 포함하는 방열 부재
    를 포함하는
    발열소자 패키지.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 방열 부재는 0.3 내지 0.6mm의 두께를 가지는 발열소자 패키지.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 방열 부재는 SPCC 또는 EGI 등의 steel류 또는 구리 합금으로 형성되어 있는 발열소자 패키지.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 일변으로부터 절곡되어 서로 마주보는 두 개의 상기 측면을 가지는 발열소자 패키지.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 방열 부재는
    상기 바닥면의 타변으로부터 절곡되어 서로 마주보는 두 개의 부측면을 더 포함하는 발열소자 패키지.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 방열 부재의 상기 바닥면이 상기 발열 소자와 상기 인쇄회로기판의 일면에 함께 배치되는 발열소자 패키지.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 방열 부재의 상기 바닥면이 상기 발열 소자가 배치되는 상기 인쇄회로기판의 일면의 배면에 배치되는 발열소자 패키지.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 부측면은 상기 측면과 반대 방향으로 절곡되며,
    상기 발열 소자와 상기 방열 부재의 바닥면이 상기 인쇄회로기판을 중심으로 일직선상에 배치되는 발열소자 패키지.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 방열 부재는 상기 바닥면의 일변으로부터 절곡되는 장측면을 가지며, 상기 장측면의 각 변으로부터 수직하게 절곡되는 복수의 날개편을 포함하고,
    상기 발열 소자와 상기 방열 부재의 바닥면이 상기 인쇄회로기판의 서로 반대 면에 배치되는 방열소자 패키지.
  38. 제29항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 상기 발열 소자와 연결되는 회로 패턴을 포함하고,
    상기 회로 패턴은 상기 방열부재와 접촉하는 방열소자 패키지.
  39. 방열 영역이 정의되어 있는 인쇄회로기판 및 바닥면 및 상기 바닥면으로부터 절곡되는 측면을 가지는 방열 부재를 형성하는 단계,
    상기 인쇄회로기판의 방열 영역에 상기 바닥면이 접촉하도록 방열 부재를 자동 삽입하는 단계, 그리고
    상기 방열 부재를 솔더링하여 상기 인쇄회로기판에 고정하는 단계
    를 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 방열 부재 삽입 전에 상기 방열 영역에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 방열 부재가 복수의 편을 포함하며,
    상기 편이 상기 인쇄회로기판을 관통하며 삽입되고,
    상기 솔더링 전에 상기 편을 절곡하는 단계를 더 포함하는 방열회로기판의 제조 방법.
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