KR20150117508A - 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 발광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 성능이 향상된 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판은 제1 전극층; 상기 제1 전극층의 일면 상에 배치되고, 일부가 관통되어 형성된 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 제1 절연층; 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부는 상기 캐비티를 통해 외부로 노출될 수 있다.

Description

인쇄회로기판 및 이를 포함하는 발광장치{PRINTED CIRCUIT BOARD AND LUMINOUS DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 발광장치에 관한 것이다.
발광소자(luminous element)는 전기를 빛으로 변환하는 소자이다. 대표적인 발광소자로는 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED), 반도체 레이저(Laser Diode : LD) 등이 있다.
발광 다이오드는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, 통상 발광 다이오드가 탑재된 모듈의 구조로 제작된다. 발광 다이오드 모듈은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB) 상에 장착되어 그 인쇄회로기판에 형성된 전극으로부터 전류를 인가받아 발광 동작하도록 구성된다.
이러한 발광 다이오드 모듈에서, 발광 다이오드로부터 발생한 열은 발광 다이오드 모듈의 발광 성능 및 수명에 직접적인 영향을 미친다. 발광 다이오드에서 발생한 열이 발광 다이오드에 오래 머무르면, 발광 다이오드를 이루는 결정 구조에 전위(dislocation) 및 부정합(mismatch) 등을 발생시켜 발광 다이오드 모듈의 수명을 단축시키는 요인이 된다.
이에 따라, 발광 다이오드로부터 발생한 열의 방출을 촉진시키기 위한 기술들이 제안되고 있다. 일 예로, 발광 다이오드 칩에 세라믹 기판이 결합된 발광 다이오드 패키지를 회로기판에 실장하거나, 알루미늄 기판을 양극산화(anodizing) 처리하여 산화알루미늄(Al2O3) 절연층을 형성한 후 발광 다이오드 칩을 칩온보드(Chip On Board : COB) 방식으로 실장할 수 있다.
발광 다이오드 패키지에 적용되는 세라믹 기판을 위하여 고가의 질화물계인 질화알루미늄(AlN)이 사용될 수 있다. 또한, 내구성을 확보하기 위해서는 세라믹 기판의 두께가 400㎛ 이상이어야 한다. 이에 따라, 발광 다이오드 패키지에 세라믹 기판을 적용하는 경우 단가가 상승하고, 수직 방향의 열저항을 낮추는 데 한계가 있는 문제점이 있다.
산화알루미늄 절연층을 이용한 COB 방식의 경우, 고가의 세라믹 기판이 생략되어 단가를 낮추는 것이 가능하다. 그러나, 세라믹 기판을 적용하는 경우에 비해 높은 열저항과 낮은 내전압 특성을 보이므로 높은 방열 성능 구현이 어렵고, 헤드 램프와 같이 많은 열이 발생하는 고전력(High Power) 제품에 적용하는 것이 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방열 성능이 향상된 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 발광장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판은 제1 전극층; 상기 제1 전극층의 일면 상에 배치되고, 일부가 관통되어 형성된 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 제1 절연층; 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부는 상기 캐비티를 통해 외부로 노출될 수 있다.
상기 캐비티를 통해 노출된 상기 제1 전극층의 일면 상에는 반도체소자가 배치되고, 상기 제1 전극층은 상기 반도체소자에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 상기 제1 절연층 및 상기 제2 전극층이 배치된 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제1 보호층을 포함할 수 있다.
상기 제1 보호층은 상기 캐비티를 제외한 영역에 배치될 수 있다.
상기 제1 보호층은 상기 제1 전극층의 일면에 연결된 상기 제1 전극층의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 배치될 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 상기 제1 전극층의 일면과 반대측에 배치된 타면의 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 상기 제2 절연층의 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제2 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 절연층은 열전도성 절연 소재를 포함할 수 있다.
상기 제2 보호층은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판은 상기 제1 전극층의 일측에 형성되고, 상기 제1 및 제2 전극층의 일부 영역이 외부로 노출되도록 형성되는 커넥터부를 포함할 수 있다.
상기 커넥터부에서 상기 제1 절연층은 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부를 외부로 노출하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치는 제1 전극층, 상기 제1 전극층의 일면 상의 제1 절연층, 및 상기 제1 절연층 상의 제2 전극층을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 제1 전극층의 일면 상에 배치되는 적어도 하나의 발광소자; 및 상기 제1 전극층의 일면과 상기 발광소자 사이에 개재되는 전도성 접착층을 포함하고, 상기 전도성 접착층의 일면은 상기 제1 전극층의 일면과 직접 접촉하고, 상기 전도성 접착층의 일면과 반대측에 배치된 타면은 상기 발광소자와 직접 접촉할 수 있다.
상기 발광장치는 상기 제1 절연층 및 상기 제2 전극층이 배치된 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제1 보호층을 포함하고, 상기 제1 보호층은 상기 제1 전극층의 일면에 연결된 상기 제1 전극층의 측면 중 적어도 일부를 덮을 수 있다.
상기 발광장치는 상기 인쇄회로기판의 일측에 형성되고, 상기 제1 및 제2 전극층의 일부 영역이 외부로 노출되도록 형성되는 커넥터부를 포함할 수 있다.
상기 커넥터부는 제1 및 제2 전극 단자를 포함하는 커넥터에 착탈 가능하고, 상기 커넥터의 제1 전극 단자는 상기 제1 전극층의 노출 영역에 접촉되며, 상기 커텍터의 제2 전극 단자는 상기 제2 전극층의 노출 영역에 접촉될 수 있다.
상기 발광소자의 애노드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되고, 상기 발광소자의 캐소드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광소자의 캐소드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되고, 상기 발광소자의 애노드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광소자는 상기 제1 전극층의 일면 상에 복수개가 배치되고, 복수의 상기 발광소자들은 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
상기 발광소자는 상기 제1 전극층의 일면 상에 복수개가 배치되고, 상기 발광소자 각각의 애노드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 병렬 연결되며, 상기 발광소자 각각의 캐소드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
상기 발광소자는 상기 제1 전극층의 일면 상에 복수개가 배치되고, 상기 발광소자 각각의 캐소드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 병렬 연결되며, 상기 발광소자 각각의 캐소드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 인쇄회로기판의 제1 전극층에 발광소자를 직접 접합하여, 제1 전극층이 방열 기능을 수행함과 동시에 전극으로서의 기능을 수행할 수 있도록 함으로써, 발광소자의 열 방출 경로가 단축되어 방열 성능이 향상될 수 있다.
또한, 발광소자의 두 전극 단자 중 하나는 와이어 본딩 등을 통해 인쇄회로기판에 연결되고, 다른 하나는 직접 접합을 통해 인쇄회로기판에 연결되기 때문에, 전극 단자와 인쇄회로기판의 연결 구조가 단순화될 수 있다.
뿐만 아니라, 인쇄회로기판에 커넥터부를 형성하여, 외부의 커넥터 단자와 결합 연결됨으로써, 솔더링 연결 방식에 비해 연결 방식이 간단하고 솔더링을 위한 전극 공간이 불필요하여 비용면에서도 효율적이다.
아울러, 발광소자 패키지의 세라믹 기판을 생략할 수 있어, 제조 원가 절감의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 제1 전극층에 제1 절연층 및 제2 전극층이 적층된 평면도이다.
도 4는 도 3에 제1 보호층이 적층된 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 커넥터 착탈 방식을 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광장치를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치가 적용되는 차량용 헤드램프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
마찬가지로 층, 막, 영역, 판, 부 등의 구성요소가 다른 구성요소의 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소의 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 구성요소가 없는 것을 뜻한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정 일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판을 포함하는 발광장치를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판(100)은 제1 전극층(110), 제1 절연층(120), 제2 전극층(130), 및 제1 보호층(140)을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2의 인쇄회로기판(100) 및 발광장치에 대하여 설명함에 있어, 도 3 내지 도 5를 함께 참조하도록 한다. 도 3은 제1 전극층(110)에 제1 절연층(120) 및 제2 전극층(130)이 적층된 도면이고, 도 4는 제1 보호층(140)이 적층된 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치를 나타내는 도면으로서, 도 2의 평면도이다.
제1 전극층(110)은 인쇄회로기판(100)의 기본 기재로 배치되며, 인쇄회로기판(100)의 제1 전극으로서의 기능을 수행함과 동시에 발광소자(200)에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 방열 기능을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 제1 전극층(110)은 열저항이 낮아 열전도도가 높으면서도 전기 전도성을 가지는 구리(Cu) 또는 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 하지만, 제1 전극층(110)은 이에 한정되지 않고, 열전도성과 전기 전도성을 모두 가지고 있는 소재라면 어떠한 소재로든 이루어질 수 있다.
제1 전극층(110)의 일면 상에는 제1 절연층(120)이 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 절연층(120)은 제1 전극층(110)의 일면 중 적어도 일부 영역 상에 형성될 수 있다.
제1 절연층(120)은 다양한 방법으로 제1 전극층(110) 상에 결합될 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 절연층(120)은 진공 증착(sputtering) 방식, 가경화 상태에서 적층된 후 압축을 통해 완전 경화되는 방식, 액상 도포된 후 경화되는 방식 등으로 형성될 수 있다.
본 명세서에서는 제1 전극층(110)의 여러 면들을 구분하여 지칭하기 위하여, "일면", "타면", 및 "측면"이라는 용어를 사용하도록 한다. 일면은 제1 전극층(110)의 어느 한 면을 의미하고, 타면은 일면과 반대측에 배치된 면을 의미하며, 측면은 일면과 타면을 연결하는 제1 전극층(110)의 측면을 의미할 수 있다. 하지만, 이는 각 면들에 대한 의미를 표현하고자 하는 것일 뿐, 용어 자체가 이에 한정되지는 않는다.
제1 절연층(120)은 제1 전극층(110)과 제2 전극층(130)이 전기적으로 연결되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 절연층(120)은 제2 전극층(130)의 형상에 대응하여 절연패턴을 형성하게 되며, 절연패턴은 제2 전극층(130)에 따라 그 형성 면적이 다르게 설계될 수 있다.
절연 기능을 위하여, 제1 절연층(120)은 전도성이 없는 소재로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 제1 절연층(120)은 레진(resin), 에폭시(epoxy), 폴리에스테르(polyester) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지 등으로 형성될 수 있다.
제1 절연층(120)은 발광소자(200)를 수용하기 위한 적어도 하나의 캐비티(C1)를 포함할 수 있다. 캐비티(C1)는 발광소자(200)가 배치되는 공간에 대응하도록 제1 절연층(120)을 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 캐비티(C1)는 개구부 형상을 가지며, 이러한 캐비티(C1)를 통해 제1 전극층(110)의 일면 일부가 외부로 노출될 수 있다.
캐비티(C1)가 형성됨에 따라, 제1 전극층(110)과 발광소자(200) 사이의 제1 절연층(120)이 제거되어, 제1 절연층(110)에 의한 열저항 요소가 제거될 수 있다. 즉, 캐비티(C1)를 형성함으로써 발광소자(200)에서 발생하는 열이 제1 전극층(110)으로 직접 전달되어 인쇄회로기판(100)의 방열 성능이 향상되는 효과가 있다.
일 실시 예에서, 캐비티(C1)는 레이저 장비를 이용한 절단 공정, 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control, CNC) 밀링(milling) 공정, 타발 공정 등에 의해 제1 절연층(110)의 적층 시 또는 적층 후에 형성될 수 있다.
제1 절연층(120)의 상에는 제2 전극층(130)이 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 전극층(130)은 제1 절연층(120)의 적어도 일부 영역 상에 형성될 수 있다.
제2 전극층(130)은 전도성을 가지는 금속을 이용하여 형성될 수 있으며, 일 실시 예에서 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 구리 합금 등으로 형성될 수 있다.
제2 전극층(130)에는 발광소자(200)의 와이어(400)가 직접 본딩될 수도 있고, 발광소자(200)의 와이어(400)를 본딩하기 위한 별도의 본딩 패드(131)가 마련될 수도 있다. 본딩 패드(131)는 제2 전극층(130)에서 연장 형성되거나, 제2 전극층(130)과 연결될 수 있다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제1 절연층(120)과 제2 전극층(130) 사이에는 씨드층(seed layer)이 형성될 수 있다. 씨드층은 제1 절연층(120)과 제2 전극층(130) 간의 밀착력을 향상시키기 위한 층으로서, 니켈-크롬(Ni-Cr) 등으로 형성될 수 있다.
이와 같이 형성된 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130)은 인쇄회로기판(100)의 양 전극을 이루게 된다. 즉, 제1 전극층(110)이 애노드(anode) 전극으로 설정되는 경우, 제2 전극층(130)은 캐소드(cathode) 전극으로 설정될 수 있으며, 반대로 제1 전극층(110)이 캐소드 전극이면, 제2 전극층(130)은 애노드 전극일 수 있다.
이러한 제1 및 제2 전극층(110, 130)은 발광소자(200)의 양 전극 단자, 즉 애노드 단자 및 캐소드 단자와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 절연층(120) 및 제2 전극층(130)이 형성된 제1 전극층(110)의 일면 중 적어도 일부 영역 상에는 제1 보호층(140)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 보호층(140)은 발광소자(200)의 수용 공간을 마련하고, 발광소자(200)의 광이 외부로 방출될 수 있도록, 캐비티(C1)를 제외한 영역에 배치될 수 있다.
제1 보호층(140)은 제1 및 제2 전극층(110, 130)에 대한 전기적 절연 및 전기적/물리적 충격 완화 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 보호층(140)은 제1 전극층(110) 측면 중 적어도 일부 영역까지 덮도록 형성될 수 있다.
제1 보호층(140)은 솔더 마스크(solder mask)로 형성될 수 있으며, 솔더 레지스트(solder resist), 커버레이(coverlay) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 전극층(110) 타면의 적어도 일부 영역 상에는 제2 절연층(150)이 형성될 수 있다.
제2 절연층(150)은 제1 전극층(110)이 전기적으로 절연될 수 있도록 함과 아울러, 발광소자(200)에서 발생하여 제1 전극층(110)으로 전달된 열이 효과적으로 방출될 수 있도록 열전도성 절연 소재를 포함하여 구성될 수 있다.
제2 절연층(150)의 적어도 일부 영역 상에는 제2 보호층(160)이 형성될 수 있다.
제2 보호층(160)은 선택적으로 채용되어, 제1 전극층(110)의 타면 및 제2 절연층(150)을 보호하는 기능을 수행하고, 제2 절연층(150)의 열이 외부로 방출될 수 있도록 한다.
일 실시 예에서, 제2 절연층(150)이 외부 장치에 탈부착 가능하도록 점착성 소재로 형성되는 경우에는 제2 보호층(160)이 불필요할 수 있다. 이는 제2 절연층(150)이 부착되는 외부 장치 자체가 제2 보호층(160)의 기능을 수행할 수 있으며, 인쇄회로기판(100)이 탈부착 용도로 형성되는 경우 제2 보호층(160)이 해당 용도를 방해할 수 있기 때문이다.
다른 실시 예에서, 제2 절연층(150)이 접착성 소재로 형성되는 경우에는 제2 보호층(160)을 배치할 수 있다.
제2 보호층(160)은 알루미늄을 포함하여 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 보호층(160)은 알루미늄(Al) 박막, 즉 알루미늄 포일(foil) 등으로 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄회로기판(100)의 일측에는 커넥터부(C2)가 형성될 수 있다. 커넥터부(C2)는 외부의 커넥터(500)와 연결되는 영역이다.
종래에는 인쇄회로기판(100)의 회로패턴과 외부의 전력을 연결하기 위하여, 외부 전력과 연결된 와이어를 회로패턴 상에 솔더링(soldering)하는 방식을 적용하였다. 이에 따라, 외부 전력과 인쇄회로기판(100)의 연결이 번거로울 뿐만 아니라, 솔더링 영역을 위하여 회로패턴에 여유 공간이 확보되어야만 하고, 솔더링 방식의 특성상 접촉 불량 발생률이 매우 높을 수밖에 없다.
본 발명의 일 실시 예에서는 이러한 솔더링 방식 대신, 커넥터 착탈 방식을 적용하였다.
이를 위하여 인쇄회로기판(100)의 일측에 커넥터부(C2)를 마련할 수 있다.
커넥터부(C2)에서는 제1 절연층(120)이 제1 전극층(110)의 일부 영역을 외부로 노출하도록 형성되고, 제2 전극층(130) 또한 일부 영역이 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 즉, 커넥터부(C2)에는 커넥터(500) 내 전극 단자들(510, 520)과 제1 및 제2 전극층(110, 130) 간의 전기적 접촉을 위한 접촉 영역이 마련될 수 있다.
이를 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 커넥터부(C2)가 커넥터(500) 내부에 삽입되면, 제1 전극층(110)의 노출 영역은 커넥터(500)의 제1 전극 단자(510)와 전기적으로 연결되고, 제2 전극층(130)의 노출 영역은 커넥터(500)의 제2 전극 단자(520)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 제1 절연층(120)을 사이에 두고 제1 및 제2 전극층(110, 130)이 서로 단차를 가지도록 배치되기 때문에, 커넥터(500)를 이용한 연결 방식의 적용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 커넥터 착탈 방식을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 커넥터(500)의 제1 전극 단자(510)는 제1 전극층(110)의 타면에 접촉되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 커텍터부(C1)에서 제1 절연층(120)은 필요에 따라 제1 전극층(110)의 일면을 모두 덮어도 무방하다.
본 발명에서는 제1 전극층(110)이 인쇄회로기판(100)의 기재는 물론, 전극으로서의 역할을 수행하기 때문에, 일면, 타면, 측면에 관계없이 전기적 연결이 가능하여, 도 6과 같은 실시 예가 구현될 수 있는 것이다.
이러한 커넥터부(C2)는 커넥터(500)와의 정교한 접속을 위하여, 커넥터(500)와 규격이 일치하도록 설계될 수 있다.
한편, 상술한 제1 보호층(140)은 커넥터부(C2)를 제외한 영역에 있어서는 제1 및 제2 전극층(110, 130)의 노출 영역을 모두 차단하도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 및 제2 전극층(110, 130)이 모두 회로패턴으로서의 기능을 수행하기 때문에, 외부와 전기적으로 절연되도록 함과 아울러, 전기적/물리적 충격으로부터 보호할 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 제2 절연층(150) 및 제2 보호층(160)은 커넥터부(C2)를 제외한 영역에만 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예에 불과하며, 제2 절연층(150) 및 제2 보호층(160)은 커넥터부(C2)까지 형성될 수 있다. 단, 도 6의 실시 예와 같이 커넥터(500)의 제1 전극 단자(510)가 제1 전극층(110)의 타면에 접촉되도록 형성되는 경우, 제2 절연층(150) 및 제2 보호층(160)은 제1 전극 단자(510)와의 접촉 영역을 제외하고 형성될 수 있다.
발광소자(200)는 세라믹 기판이 생략된 COB 방식으로 제1 전극층(110) 상에 탑재될 수 있다. 구체적으로, 발광소자(200)는 제1 절연층(120)의 캐비티(C1)를 통해 노출된 제1 전극층(110)의 일면 상에 탑재되어, 캐비티(C1)에 수용될 수 있다.
이때, 발광소자(200)는 전도성 접착층(300)을 통해 제1 전극층(110) 상에 부착될 수 있다. 전도성 접착층(300)은 전기 전도성을 가지는 접착제로서, 금속 페이스트 등이 전도성 접착층(300)으로 사용될 수 있다. 전도성 접착층(300)의 일면은 제1 전극층(110)의 일면과 직접 접촉하고, 타면은 발광소자(200)와 직접 접촉할 수 있다. 즉, 발광소자(200)와 제1 전극층(110)은 그 사이에 개재되는 전도성 접착층(300)을 매개로 직접 접합될 수 있다.
발광소자(200)의 양 전극 단자 중 어느 하나는 전도성 접착층(300)을 통해 제1 전극층(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 발광소자(200)의 애노드 단자 및 캐소드 단자 중 어느 하나는 와이어(400) 본딩 등의 방법을 통해 제2 전극층(130)과 연결되고, 다른 하나는 전도성 접착층(300)을 통해 제1 전극층(110)과 연결되는 것이다.
종래에는 인쇄회로기판(100)의 절연층 상에 양 전극의 회로패턴이 모두 형성되기 때문에, 회로패턴의 형성 자체가 번거로울 뿐만 아니라, 발광소자(200)의 애노드 단자 및 캐소드 단자를 각각 회로패턴과 와이어 본딩해야 했기 때문에, 제조가 복잡한 문제가 있다. 따라서, 발광소자(200)가 복수개 배치되는 경우에는 와이어 본딩이 더욱 복잡해질 수밖에 없다.
하지만, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 발광소자(200)의 양 단자 중 하나는 와이어 본딩을 통해 제2 전극층(130)과 연결되고, 다른 하나는 제1 전극층(110)에 직접 연결되기 때문에, 종래에 비해 구성이 훨씬 간소화되며, 발광소자(200)를 복수개 배치하는 경우 더욱 효율적이다.
도 7 및 도 8은 인쇄회로기판(100) 상에 발광소자(200)가 복수개 배치되는 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 5에서는 인쇄회로기판(100) 내에 하나의 발광소자(200)가 실장되고, 하나의 캐비티(C1) 내에 하나의 발광소자(200)가 수용되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시 예에서는 도 7에 도시된 바와 같이 제1 절연층(120)에 복수개의 캐비티(C1)가 형성되어 각 캐비티(C1)마다 적어도 하나의 발광소자(200)가 수용될 수도 있다. 그리고, 또 다른 실시 예에서는 도 8에 도시된 바와 같이 하나의 캐비티(C1) 내부에 복수의 발광소자(200)가 수용될 수도 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 인쇄회로기판(100) 상에 복수개의 발광소자(200)가 탑재되는 경우, 발광소자(200)들의 양 전극 단자는 제1 및 제2 전극층(110, 130)에 전기적으로 병렬 연결될 수 있다.
즉, 발광소자(200)들의 양 전극 중 어느 하나는 전도성 접착층(300)을 매개로 하여 제1 전극층(110)에 직접 연결되고, 다른 하나는 와이어(400)를 이용하여 제2 전극층(130)에 연결될 수 있다.
도 7 및 도 8의 실시 예에서는 제2 전극층(130)과의 연결 방식에 있어서, 제2 전극층(130)과 연결된 본딩 패드(131)에 각 발광소자(200)들의 전극이 와이어 본딩되는 것으로 도시되어 있으나, 제2 전극층(130)과 각 전극들의 연결 방식은 이에 한정되지 않으며, 일반적인 전극 연결 방식을 모두 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 발광장치는 차량용 헤드램프, 표시장치의 백라이트 유닛, 가정용 조명장치 등에 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치가 적용되는 차량용 헤드램프를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 헤드램프(600)는 광원부(610), 반사부(620), 하우징(630), 및 렌즈부(640) 등을 포함할 수 있다.
광원부(610)는 하우징(630)의 내측에 배치되며, 상기에서 설명한 발광장치에 대응하므로, 광원부(610)에 대해서는 간략하게 설명하도록 한다.
광원부(610)는 인쇄회로기판(100), 인쇄회로기판(100) 상에 배치되는 적어도 하나의 발광소자(200), 및 인쇄회로기판(100)에 외부 전력을 공급하기 위한 커넥터(500)를 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(100)은 제1 금속층(110), 제1 금속층(110)의 일면 일부 영역 상에 배치되는 제1 절연층(120), 제1 절연층(120)의 일부 영역 상에 배치되는 제2 전극층(130), 및 제1 절연층(120)과 제2 전극층(130)이 형성된 제1 금속층(110)의 일면 일부 영역 상에 배치되는 제1 보호층(140)을 포함할 수 있다. 제1 보호층(140)은 제1 금속층(110)의 측면으로 연장될 수 있다.
인쇄회로기판(100)에서 제1 절연층(120)은 캐비티(C1)를 포함하여 제1 금속층(110)의 일부를 노출시킬 수 있다. 발광소자(200)는 캐비티(C1)에 의해 노출된 제1 금속층(110) 상에 직접 접합될 수 있다.
제1 금속층(110)의 타면 일부 영역 상에는 제2 절연층(150) 및 제2 보호층(160)이 형성될 수 있다.
반사부(620)는 광원부(610)에서 조사되는 광을 반사하는 기능을 수행한다.
한편, 도 6에서는 저면에 광원부(610)가 배치되는 컵 형상으로 반사부(620)를 도시하였으나, 반사부(620)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 반사부(620)는 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
하우징(630)은 차체(미도시)에 결합하며, 내측에 광원부(610)와 반사부(620)를 수용할 수 있다.
하우징(630)은 광원부(610)에서 출사되는 광을 하우징(630) 외측으로 조사할 수 있도록 일측이 개방된 형상이며, 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
렌즈부(640)는 하우징(630)의 개방된 일측에 배치되며, 광원부(610)에서 출사된 광을 헤드램프(600) 외부로 방출하는 기능을 수행한다.
광원부(610)에서 출사된 광은 직접 또는 반사부(620)에 의해 반사되어 렌즈부(640)로 조사되며, 렌즈부(640)는 이를 투과시켜 헤드램프(600) 외부로 방출하는 기능을 수행한다.
이를 위해, 렌즈부(640)는 광을 투과시키는 투명한 유리 또는 플라스틱 재질로 마련될 수 있다.
한편, 렌즈부(640)는 하우징(630)의 개방된 일측을 막도록 하우징(630)과 결합하여 하우징(630) 내부의 광원부(610)와 반사부(620)를 보호할 수 있다. 또한, 하우징(610)의 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 구조의 헤드램프(600)는 차량(미도시)에 장착되어, 차량의 전방 또는 후방으로 광을 조사하는 기능을 수행한다.
본 발명의 일 실시 예에서는, 발광소자(200)가 직접 접합되는 인쇄회로기판(100)의 제1 전극층(110)이 전극으로서의 기능을 수행함과 동시에 방열판으로서의 기능을 수행하기 때문에, 발광소자(200)에서 발생한 열이 효과적으로 방출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광장치를 상술한 헤드램프(600)와 같이 열이 많이 발생하는 고전력 제품에 적용하더라도, 방열 성능으로 인한 문제가 없다.
또한, 발광소자(200) 또는 인쇄회로기판(100)에 문제가 발생하는 경우에도, 착탈 방식의 커넥터(500)를 이용하여 헤드램프(600)로부터의 탈거가 용이하기 때문에, 문제가 발생한 발광소자(200) 또는 인쇄회로기판(100)의 교체나 수리가 간단하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광장치는 발광소자 패키지에 적용되는 세라믹 기판을 생략하고, 인쇄회로기판의 기재로서의 기능, 방열 기능, 전극으로서의 기능을 동시에 수행하는 전극층을 적용할 수 있다.
따라서, 발광소자 패키지에 세라믹 기판을 적용하는 방식에 비해, 열 방출 경로가 짧아져 열 방출 성능이 향상될 뿐만 아니라, 고가의 세라믹 기판을 생략하여 제조 단가가 절감되는 효과가 있다. 또한, 인쇄회로기판에 절연층을 형성하고, 세라믹 기판 없이 절연층 COB 방식으로 발광소자를 실장하는 방식에 비해, 발광소자와 방열부 사이의 절연층이 생략되어 방열 성능이 뛰어나다.
한편, 상기에서는 본 발명에 따른 인쇄회로기판이 발광장치에 적용되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명에 따른 인쇄회로기판은 발광소자 외에도 다양한 반도체소자를 실장하는 데에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 인쇄회로기판 120, 150 : 절연층
140, 160 : 보호층 200 : 발광소자
300 : 전도성 접착층 110, 130 : 전극층
131 : 본딩 패드 400 : 와이어
500 : 커넥터 510, 520 : 전극 단자
600 : 헤드램프 610 : 광원부
620 : 반사부 630 : 하우징
640 : 렌즈부

Claims (20)

  1. 제1 전극층;
    상기 제1 전극층의 일면 상에 배치되고, 일부가 관통되어 형성된 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 제1 절연층; 및
    상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 전극층
    을 포함하고,
    상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부는 상기 캐비티를 통해 외부로 노출되는 인쇄회로기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티를 통해 노출된 상기 제1 전극층의 일면 상에는 반도체소자가 배치되고,
    상기 제1 전극층은 상기 반도체소자에서 발생한 열을 외부로 방출하는 인쇄회로기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절연층 및 상기 제2 전극층이 배치된 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제1 보호층
    을 포함하는 인쇄회로기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 상기 캐비티를 제외한 영역에 배치되는 인쇄회로기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호층은 상기 제1 전극층의 일면에 연결된 상기 제1 전극층의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 배치되는 인쇄회로기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 일면과 반대측에 배치된 타면의 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제2 절연층
    을 더 포함하는 인쇄회로기판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 절연층의 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제2 보호층
    을 더 포함하는 인쇄회로기판.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 절연층은 열전도성 절연 소재를 포함하는 인쇄회로기판.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 보호층은 알루미늄을 포함하는 인쇄회로기판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 일측에 형성되고, 상기 제1 및 제2 전극층의 일부 영역이 외부로 노출되도록 형성되는 커넥터부
    를 포함하는 인쇄회로기판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커넥터부에서 상기 제1 절연층은 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부를 외부로 노출하도록 형성되는 인쇄회로기판.
  12. 제1 전극층, 상기 제1 전극층의 일면 상의 제1 절연층, 및 상기 제1 절연층 상의 제2 전극층을 포함하는 인쇄회로기판;
    상기 제1 전극층의 일면 상에 배치되는 적어도 하나의 발광소자; 및
    상기 제1 전극층의 일면과 상기 발광소자 사이에 개재되는 전도성 접착층을 포함하고,
    상기 전도성 접착층의 일면은 상기 제1 전극층의 일면과 직접 접촉하고, 상기 전도성 접착층의 일면과 반대측에 배치된 타면은 상기 발광소자와 직접 접촉하는 발광장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 절연층 및 상기 제2 전극층이 배치된 상기 제1 전극층의 일면 중 적어도 일부 영역 상에 배치되는 제1 보호층
    을 포함하고,
    상기 제1 보호층은 상기 제1 전극층의 일면에 연결된 상기 제1 전극층의 측면 중 적어도 일부를 덮는 발광장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 일측에 형성되고, 상기 제1 및 제2 전극층의 일부 영역이 외부로 노출되도록 형성되는 커넥터부
    를 포함하는 발광장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 커넥터부는 제1 및 제2 전극 단자를 포함하는 커넥터에 착탈 가능하고,
    상기 커넥터의 제1 전극 단자는 상기 제1 전극층의 노출 영역에 접촉되며,
    상기 커텍터의 제2 전극 단자는 상기 제2 전극층의 노출 영역에 접촉되는 발광장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 발광소자의 애노드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되고,
    상기 발광소자의 캐소드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 발광장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 발광소자의 캐소드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 연결되고,
    상기 발광소자의 애노드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 연결되는 발광장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 제1 전극층의 일면 상에 복수개가 배치되고,
    복수의 상기 발광소자들은 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층에 전기적으로 병렬 연결되는 발광장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 제1 전극층의 일면 상에 복수개가 배치되고,
    상기 발광소자 각각의 애노드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 병렬 연결되며,
    상기 발광소자 각각의 캐소드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 병렬 연결되는 발광 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 발광소자는 상기 제1 전극층의 일면 상에 복수개가 배치되고,
    상기 발광소자 각각의 캐소드 단자는 상기 제1 전극층과 전기적으로 병렬 연결되며,
    상기 발광소자 각각의 캐소드 단자는 상기 제2 전극층과 전기적으로 병렬 연결되는 발광 장치.
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