KR20140065493A - 램프용 pcb 기판 및 이를 포함하는 램프 - Google Patents

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Abstract

램프용 PCB 기판이 개시된다. 일실시예에 따른 램프용 PCB 기판은, 회로패턴이 형성되며 발광소자가 장착되는 금속층, 상기 금속층 하부에 제공되는 절연층, 그리고 상기 금속층 및 절연층을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 공기유동홀을 포함할 수 있다.

Description

램프용 PCB 기판 및 이를 포함하는 램프{PCB FOR LAMP AND LAMP INCLUDING THE SAME}
이하의 설명은 램프용 PCB 기판 및 이를 포함하는 램프에 관한 것이다.
발광소자(LED, Light Emitting Diode)는 전류가 흐를 때 빛을 발산하는 반도체 소자이며, 갈륨비소(GaAs), 갈륨 나이트라이드(GaN) 광 반도체로 이루어진 PN 접합 다이오드로서 전기에너지를 빛에너지로 바꾸어주는 전자부품이다.
최근에, 물리적, 화학적 특성이 우수한 질화물을 이용하여 구현된 청색 LED 및 자외선 LED가 등장하였고, 또한 청색 또는 자외선 LED와 형광 물질을 이용하여 백색광 또는 다른 단색광을 만들 수 있어 발광소자의 응용 범위가 확대되고 있다.
발광소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 빛의 지향성이 강하여 저전압 구동이 가능하다는 장점이 있으며, 또한 충격 및 진동에 강하고, 예열 시간과 복잡한 구동이 불필요하기 때문에 여러 가지 용도로 적용이 가능하다. 예를 들면, 최근 LED의 적용 범위는 모바일 단말기의 소형 조명에서 실내 및 실외의 일반 조명, 자동차 조명, 대형 LCD용 백라이트 등에 이르기까지 그 적용 범위가 확대되고 있다.
그러나, LED는 전력을 빛으로 변환시키는 효율은 좋은 반면, 발광부위가 반도체 소자로 이루어져 있으므로 비교적 열에 취약하다는 단점이 있다. 다시 말해, LED는 장기간 사용 시 그 발광소자로부터 발생되는 자체열에 의한 열적 스트레스로 인해 반도체 소자가 쉽게 열화되어 그 성능이 떨어질 수 있다. 따라서, LED를 이용한 각종 조명장치(LED 램프 등)에서는 발광소자로부터 발생되는 열을 방출하는 방열 특성이 매우 중요한 요소가 된다.
종래에는 방열을 위해 메탈(metal) PCB(인쇄회로기판)가 사용되었다. 즉, 절연층을 사이에 두고 적층된 제1층과 제2층이 있을 때, 제1층은 동박(Cu)으로 형성되고, 여기에 발광소자가 장착된다. 제2층은 방열을 위해 열전도성이 높은 알루미늄(Al)으로 제작된다.
위와 같은 메탈 PCB의 경우, 발광소자에서 발생되는 열이 PCB 하부의 방열층(제2층)까지 전달되는 과정에서 여러 열저항을 거치기 때문에 방열 효율이 감소하는 문제가 있었고, 알루미늄을 사용함으로써 제작 단가가 상승하는 문제 또한 지적되었다.
이에, 방열 효율을 높이면서도, 원가를 절감할 수 있는 램프용 PCB 기판에 대한 연구가 필요하다고 하겠다.
일실시예에 따른 램프용 PCB 기판은, 회로패턴이 형성되며 발광소자가 장착되는 금속층, 상기 금속층 하부에 제공되는 절연층, 그리고 상기 금속층 및 절연층을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 공기유동홀을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 금속층은 동박(Cu)일 수 있다.
다른 실시예에 따른 램프용 PCB 기판은, 회로패턴이 형성되며 발광소자가 장착되는 제1금속층, 상기 제1금속층 하부에 제공되는 절연층, 상기 절연층 하부에 제공되며 상기 발광소자로부터 발생된 열을 방출하는 제2금속층, 그리고 상기 제1금속층, 절연층 및 제2금속층을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 공기유동홀을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1금속층 및 제2금속층은 동박(Cu)일 수 있다.
또한, 상기 제1금속층, 절연층 및 제2금속층이 적층된 두께는 0.6 mm 이상 1.6 mm 이하일 수 있다.
일실시예에 따른 램프는, 상술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 램프용 PCB 기판, 상기 램프용 PCB 기판에 장착되는 발광소자, 상기 발광소자에서 방출되는 빛을 집광하는 집광렌즈, 상기 램프용 PCB 기판을 수용하여 지지하고 상기 발광소자로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트싱크 및 상기 발광소자에 전원을 공급하는 파워소자를 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 램프용 PCB 기판의 단면도.
도 2는 다른 실시예에 따른 램프용 PCB 기판의 단면도.
도 3은 일실시예에 따른 램프의 분해사시도.
이하, 램프용 PCB 기판과 이를 포함하는 램프에 대한 여러 실시예들을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 일실시예에 따른 램프용 PCB 기판(100)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 램프용 PCB 기판(100)은 금속층(110), 절연층(120) 및 공기유동홀(115)을 포함할 수 있다.
금속층(110)은 절연층(120) 상부에 제공되고, 회로패턴이 형성되어 있어 금속층(110) 상에 장착되는 발광소자(1)에 전류를 공급할 수 있다.
절연층(120)은 금속층(110) 하부에 제공되고, 에폭시 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 세라믹, 복합재료 등이 사용될 수도 있다. 절연층(120)은 다른 램프 부품과의 전기적 절연 및 방열을 위한 열전도의 역할을 수행하게 된다.
공기유동홀(115)은 상기 절연층(120) 및 금속층(110)을 관통하도록 형성될 수 있다. 이러한 공기유동홀(115)을 통해 공기가 유동하여 자연스럽게 발광소자(1)로부터 발생되는 열이 방출될 수 있어, 방열 특성이 극대화될 수 있다. 공기유동홀(115)은 도시된 바와 같이 복수 개로 형성될 수 있고, 장착되는 발광소자(1)의 수에 따라 그 증감이 가능함은 물론이다.
이 때, 상기 금속층은 동박(Cu)일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 램프용 PCB 기판(100)은 CEM(composite epoxy material) 재질로 형성되어 종래기술 대비 약 50 % 이상의 원가절감 효과를 거두는 동시에 상술한 공기유동홀(115)을 통해 방열 특성 또한 확보할 수 있게 된다.
도 2는 다른 실시예에 따른 램프용 PCB 기판(200)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 램프용 PCB 기판(200)은 제1금속층(210), 절연층(220), 제2금속층(230) 및 공기유동홀(215)을 포함할 수 있다.
제1금속층(210)은 절연층(220) 상부에 제공되고, 회로패턴이 형성되어 있어 제1금속층(210) 상에 장착되는 발광소자(2)에 전류를 공급할 수 있다.
절연층(220)은 제1금속층(210) 하부에 제공되고, 에폭시 수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 세라믹, 복합재료 등이 사용될 수도 있다. 절연층(220)은 제1금속층(210)과 제2금속층(230) 간의 전기적 절연 및 방열을 위한 열전도의 역할을 수행하게 된다.
공기유동홀(215)은 상기 절연층(220) 및 제1, 2금속층(210, 230)을 관통하도록 형성될 수 있다. 이러한 공기유동홀(215)을 통해 공기가 유동하여 자연스럽게 발광소자(2)로부터 발생되는 열이 방출될 수 있어, 방열 특성이 극대화될 수 있다. 공기유동홀(215)은 도시된 바와 같이 복수 개로 형성될 수 있고, 장착되는 발광소자(2)의 수에 따라 그 증감이 가능함은 물론이다.
이 때, 상기 제1금속층(210)과 제2금속층(230)은 동박(Cu)일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 램프용 PCB 기판(200)은 FR(flame retardant) 재질로 형성되어 종래기술 대비 약 50 % 이상의 원가절감 효과를 거두는 동시에 상술한 공기유동홀(215)을 통해 방열 특성 또한 확보할 수 있게 된다.
또한, 제1금속층(210), 절연층(220) 및 제2금속층(220)이 적층된 두께는 1.0 mm 이하로 설계될 수 있다. PCB의 두께는 얇을수록 열전도성이 높아 방열 특성이 뛰어나고, 가격도 저렴한 이점이 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 램프용 PCB 기판(200)의 두께를 상술한 수치범위 내로 설계하여, 방열 효과를 높이고, 원가절감의 효과 마저 달성할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 램프(300)의 분해사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예의 램프(300)는 집광렌즈(310), PCB 기판(320), 발광소자(330), 히트싱크(340) 및 파워소자(350)를 포함할 수 있다.
우선, 발광소자(330)는 칩 또는 패키지일 수 있다. 이러한 발광소자(330)는 램프용 PCB 기판(320) 상에 장착되며, 이 때의 램프용 PCB 기판(320)은 도 1 및 2에서 설명한 실시예들 중 어느 하나일 수 있다. 즉, 램프용 PCB 기판(320)은, 금속층, 절연층 및 이들을 관통하는 공기유동홀을 포함하거나, 제1금속층, 절연층, 제2금속층 및 이들을 관통하는 공기유동홀을 포함할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용에 대하여는 도 1 및 2에서 전술하였으므로, 여기에서는 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 발광소자(330)가 장착된 램프용 PCB 기판(320)의 하부(도 1의 실시예에서는 절연층(120)의 하부, 도 2의 실시예에서는 제2금속층(230)의 하부)와 후술할 히트싱크(340) 사이에는 열저항을 최소화하기 위해 방열패드, 상변화 물질 또는 방열테이프 등의 열계면 물질(thermal interface material)이 사용될 수 있다.
히트싱크(340)는 발광소자(330)가 장착된 램프용 PCB 기판(320)을 수용하여 지지하는 역할을 수행함과 동시에 발광소자(330)로부터 발생되는 열을 외부로 방출하게 된다. 또한, 상기 램프용 PCB 기판에는 공기유동홀이 형성됨은 전술한 바와 같다. 이로써, 공기유동홀과 히트싱크에 의해 램프(300)의 방열 특성이 극대화되어 발광소자(330)의 성능 열화를 방지하고, 그 수명을 연장할 수 있다.
히트싱크(340)는 그 둘레를 따라 방사상으로 구비되는 복수의 방열핀 또는 방열판을 포함할 수 있다. 방열핀 또는 방열판은 구리, 은, 알루미늄, 철, 니켈, 텅스텐 및 세라믹을 포함하는 열전도성 소재로 이루어진 군에서 선택된 재질로 형성될 수 있다. 즉, 히트싱크(340)는 열전도성이 우수한 소재를 포함하여 방열 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
파워소자(350)는 발광소자(330)에 전원을 공급하고, 그 위치 및 구조는 램프(300)의 종류 및 설계목적에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 파워소자(350)는 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate, PBA) 재질로 형성될 수 있다.
또한, 램프(300)는 하우징(360)을 더 포함할 수 있다. 하우징(360)은 파워소자(350)를 둘러싸도록 형성되어 파워소자(350)를 보호할 수 있고, 파워소자(350)에 포함되는 제어회로 내의 전자 소자들로부터 절연될 수 있도록 내외면이 절연코팅될 수 있다. 뿐만 아니라, 하우징(360)은 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybuthyleneterephthalate, PBT) 재질로 형성될 수 있다.
또한, 발광소자(330)의 발광 각도는 보통 120도 전후로 매우 크고, 광축 중심부에서 방출되는 빛에 비해 광축 외측으로 방출되는 빛의 세기가 약하기 때문에, 조명으로 사용하기 위해서는 빛의 세기를 조절하면서 이를 국부적인 영역으로 방출시킬 필요가 있다. 이를 위해, 본 실시예의 램프(300)는 발광소자(330)에서 방출되는 빛을 일정 각도로 집광하여 높은 배광특성을 보이도록 하는 집광렌즈(310)를 포함할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (6)

  1. 회로패턴이 형성되며, 발광소자가 장착되는 금속층;
    상기 금속층 하부에 제공되는 절연층; 및
    상기 금속층 및 절연층을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 공기유동홀;
    을 포함하는 램프용 PCB 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 동박(Cu)인 램프용 PCB 기판.
  3. 회로패턴이 형성되며, 발광소자가 장착되는 제1금속층;
    상기 제1금속층 하부에 제공되는 절연층;
    상기 절연층 하부에 제공되며, 상기 발광소자로부터 발생된 열을 방출하는 제2금속층; 및
    상기 제1금속층, 절연층 및 제2금속층을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 공기유동홀;
    을 포함하는 램프용 PCB 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1금속층 및 제2금속층은 동박(Cu)인 램프용 PCB 기판.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1금속층, 절연층 및 제2금속층이 적층된 두께는 1.0 mm 이하인 램프용 PCB 기판.
  6. 제1항에 따른 램프용 PCB 기판;
    상기 램프용 PCB 기판에 장착되는 발광소자;
    상기 발광소자에서 방출되는 빛을 집광하는 집광렌즈;
    상기 램프용 PCB 기판을 수용하여 지지하고, 상기 발광소자로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 히트싱크; 및
    상기 발광소자에 전원을 공급하는 파워소자;
    를 포함하는 램프.
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