WO2009096742A2 - 핀 타입형 파워 엘이디(led) 방열구조 - Google Patents

핀 타입형 파워 엘이디(led) 방열구조 Download PDF

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WO2009096742A2
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Yeon-Su Cho
Chang-Won Lee
Kyung-Min Cho
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Sun-Wave Co., Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a fin type power LED heat dissipation structure used in automobiles, lighting, billboards, etc., and in particular, to effectively dissipate heat generated through the lead frame connected to the LED chip, to extend the service life of the component element, It is a fin type power LED heat dissipation structure that not only minimizes the characteristic change of components but also improves the radiation efficiency by increasing the current application, and can be applied to existing LED manufacturing processes, thereby enabling significant cost reduction.
  • LED Lighting Emitting Diode
  • LED Lighting Emitting Diode
  • LED is a semiconductor pn junction. It is a light emitting semiconductor that converts electrical energy into light energy. By emitting light, various colors (wavelengths) can be realized according to the change of the energy band gap, which is inherent in semiconductors.
  • the indirect transition type includes horizontal transitions by heat and vibration, it is not suitable for achieving an efficient light emission transition, and the direct transition type is widely used as an LED material because all transitions are made of light emission.
  • the technology in the LED field can be largely classified into a manufacturing technology of a chip (CHIP), which is a source of a light source, and a package technology so that it can be used for a demanding purpose.
  • a manufacturing technology of a chip which is a source of a light source
  • a package technology so that it can be used for a demanding purpose.
  • LED package functions include electrical connection to the outside, protection against mechanical, electrical and environmental factors from the outside, heat dissipation, increased luminous efficiency, and optimization of directivity.
  • materials for packaging include metal stems, lead frames, ceramics, printed boards (PC prints), and the like, and may or may not be resin coated.
  • LED chips are mounted on silver-plated lead frames.
  • This process is called die bond, and conductive resin containing silver or gold is used to bond the LED chip or die to the base.
  • the LED chip is fixed and the lower electrode is connected.
  • the upper electrode is usually formed by connecting a thin wire made of gold using thermocompression or ultrasonic wave and then molding using resin. Done.
  • LED PACKAGE products are insert type that has been used in the past (INSERT TYPE or THROUGH HOLE TYPE). Commonly referred to as SMD TYPE and mounted by SMT).
  • Insertion type LED is divided into lamp type and 4-PIN LED (also known as Piranha Type LED), and has been progressing in response to surface-mount type LED with excellent directivity characteristics and low investment cost.
  • the core technologies of the LED packaging process are chip design, structural design, optical design, thermal design, and packaging process technology. Among them, the design of a heat dissipation structure that maximizes heat dissipation is most important.
  • a representative form of the development of heat dissipation technology is the improvement of heat dissipation characteristics that deform the lead frame.
  • the rated driving current is 20mA for LED lamps, but these days, it is designed to improve heat dissipation so that it can flow up to 50mA-6OmA and increase the heat dissipation of 4-PIN LED. Products have been developed that can increase from 30-50mA to 30-100mA.
  • Another method is to make the slug with very low thermal resistance so that heat can be directly released from the heat generating chip to improve heat dissipation or attach heat seal directly to the heat generating area.
  • the development of a package technology to shorten the heat release path generated by the power supply and to apply more power is being completed or in progress.
  • the present invention for solving the above problems, minimizing the reliability problem caused by the problem of LED chip deterioration due to failure to apply a certain current due to the heat generated when the LED is turned on, and to various applications
  • Provide heat sink of PIN TYPE LED which can be easily applied but can use existing package as it is, and secure economic efficiency by securing mass productivity by minimum investment and compatibility.
  • the purpose is to.
  • the LED device (1) A first lead frame 7 electrically connected to the LED element 1 and having a plurality of leads 5, 5 ′ extending toward the substrate 3 to supply power to the LED element 1. and; A second lead frame (6) provided to face the first lead frame (7) and having a plurality of leads (5) (5 ') extending toward the substrate (3); A molding part 8 including the LED element 1 and molding an upper side of the first and second lead frames 7 and 6 with a transparent body; Each lead 5, 5 ′ of the first and second lead frames 7 and 6 penetrates through a space between the molding part 8 and the substrate 3, but the first lead frame 7 is disposed therethrough. And a heat dissipation unit 10 that is in contact with the lead 5 of the heat dissipation unit 10 and receives heat generated from the LED element 1 and discharges the heat to the outside.
  • the heat dissipation unit 10a may extend through one end to protrude through the substrate 3.
  • the heat dissipating part 10a may be provided at one end of the protruding part 14, and a coupling part 19 may be provided to which the rod or plate heat dissipating member 15 provided on the opposite side of the substrate 3 is coupled.
  • the heat dissipation unit 10b includes four heat dissipation pieces 16 that receive heat from each other by contacting the leads 5 and 5 'of the first and second lead frames 7 and 6, respectively, and each heat dissipation piece. It is provided between the (16), each of the heat dissipation pieces 16 can be connected to the non-conductive member (17).
  • the heat dissipation unit 10c may be separated into two so as to contact each of the first lead frame 7 and the second lead frame 6 independently, and may be spaced apart at predetermined intervals between the heat dissipation units 10c.
  • the first lead frame 7 and the second lead frame 6 may be bent to extend and tape the leads 5 and 5 ′ from the bottom surface of the heat dissipating portion 10c to allow surface mounting on the substrate. Can be prepared.
  • the heat dissipation unit 10 may allow the leads 5 and 5 'of the first and second lead frames 7 and 6 to be electrically separated from each other.
  • the insulating member 18 may be installed such that both ends of the heat dissipation unit 10 are connected to each other.
  • the heat dissipation unit 10, 10 a, 10 b, 10 c may be provided by selecting any one of copper, aluminum, and iron.
  • the heat dissipating portions 10, 10 a, 10 b, and 10 c may have uneven portions 13 formed on an outer circumference thereof to increase the heat dissipation area.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a second embodiment according to the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view taken from the heat dissipation unit in FIG.
  • FIG. 7 is a side view of FIG. 6
  • FIG. 8 is a front view of FIG. 6
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a third embodiment according to the present invention.
  • FIG. 10 is a top view of FIG. 9
  • FIG. 11 is a plan view taken from the heat dissipation unit in FIG.
  • FIG. 12 is a side view of FIG.
  • FIG. 13 is a front view of FIG. 11
  • FIG. 14 is a longitudinal sectional view of a fourth embodiment according to the present invention.
  • FIG. 15 is a top view of FIG. 14.
  • FIG. 16 is a perspective view of the heat dissipation unit in FIG.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a fifth embodiment according to the present invention.
  • FIG. 18 is a right longitudinal cross-sectional view of FIG. 17.
  • FIG. 19 is a top view of FIG. 17.
  • FIG. 20 is a perspective view taken from the heat dissipation unit in FIG.
  • 21 is a longitudinal sectional view of the sixth embodiment according to the present invention.
  • FIG. 22 is a top view of FIG. 21
  • FIG. 1 is an exploded perspective view according to the present invention
  • Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view of the present invention
  • Figure 3 is a plan view of FIG.
  • the fin type power LED (LED) heat dissipation structure of the present invention comprises: an LED element (1); A first lead frame (7) electrically connected to the LED element (1) and having a plurality of leads (5) extending toward the substrate (3) to supply power to the LED element (1); A second lead frame (6) provided to face the first lead frame (7) and having a plurality of leads (5 ') extending toward the substrate (3); A molding part 8 including the LED element 1 and molding an upper side of the first and second lead frames 7 and 6 with a transparent body; Each lead 5, 5 ′ of the first and second lead frames 7 and 6 penetrates through a space between the molding part 8 and the substrate 3, but the first lead frame 7 is disposed therethrough. It is configured to include a heat dissipation unit 10 in contact with the lead (5) of the) receives the heat generated from the LED element (1) and discharges it to the outside.
  • a heat dissipation unit 10 in contact with the lead (5) of the) receives the heat generated from the LED element (1) and discharges it to the outside
  • the LED element 1 is mounted on a seating portion extending from the first lead frame 7 and supplies power to the first lead frame 7 from the outside through the lead 5.
  • the stopper 4 is formed at one end of the leads 5 and 5 'of the first and second lead frames 7 and 6, and there is no stopper 4 therein.
  • the stopper 4 formed at one end of the leads 5 and 5 'of the first and second lead frames 7 and 6 is a stopper when the leads 5 and 5' penetrate the substrate 3. As 4 is seated on the substrate, a space is formed between the LED molding part 8 and the substrate 3.
  • heat generated from the LED element 1 is transferred to the lead 5 of the first lead frame 7, and the transferred heat is radiated in contact with the lead 5. It is delivered to the part 10 and released.
  • the stopper 4 is not formed at one end of the leads 5 and 5 'of the first and second lead frames 7 and 6 to artificially form a space between the substrate and the molding part 8 of the LED package. Make and install the heat dissipation unit 10 in the same way as above.
  • the LED package 9 is completed by molding a transparent material including the LED element 1 and emitting light to the outside on the first and second lead frames 7 and 6.
  • the molding treatment generally uses epoxy resin.
  • the first and second lead frames 7 and 6 are made of copper, aluminum, or iron, and form two or more leads 5, 5 ′ to form two electrodes, that is, a positive electrode (+ pole). And negative electrode (-pole).
  • the heat dissipation part 10 corresponds to the leads 5 and 5 ′ so that the leads 5 and 5 ′ of the first and second lead frames 7 and 6 pass through, respectively. Holes are formed at each position, and since the width of the lead is somewhat variable, the holes are drilled into the holes 11 so that the leads are all applied.
  • the notch 12 is formed to a predetermined size.
  • the heat dissipation unit 10 is to increase the heat dissipation speed by placing the concave-convex (13) around the side portion, that is, the edge to increase the heat dissipation speed.
  • the material of the heat dissipation unit 10 was copper (Cu), aluminum (Al), or iron (Fe), which is advantageous in thermal conductivity. However, any material may be used as long as the thermal conductivity is high and the processing is easy.
  • a metal material with good thermal conductivity for example, a metal material with good thermal conductivity, a molded article mixed with carbon, a ceramic material with good thermal conductivity, and the like are used.
  • the shape of the heat dissipation unit 10 may also use a porous shape, perforation, pipe shape, fiber, or the like using a polygonal, star or porous material that can increase the surface area depending on the intended use.
  • the material in the case of copper (Cu) or aluminum (AI), the material is soft and easily manufactured by using a press working method, but cast, sheet metal in consideration of mass productivity, etc. It can be manufactured by other processing methods, such as LED package (9) (assembly method of assembly) by hand by simply tapping or tapping (TAPING) surface mounted with SMT equipment on PCB (3) After that, you can use the method of inserting the LED on it automatically.
  • LED package (9) assembly method of assembly
  • TAPING tapping
  • the heat generated by the LED element 1 is transferred to the heat dissipation unit 10 having a large discharge area through the lead 5 of the lead frame in contact with the heat dissipation unit 10 and quickly discharges it.
  • the heat dissipation part 10a is provided by extending one end to protrude through the substrate 3 and then forming a coupling part 19 at one end of the extended protrusion 14. .
  • the coupling unit 19 formed on the protrusion 14 of the heat dissipating unit 10a is selected by combining one of the heat dissipating member 15 having a rod, plate, or piece shape.
  • the heat dissipation unit 10a of the above embodiment may induce a more reliable heat dissipation or a resin applied to the surface of the substrate (PCB) 3 to prevent heat or corrosion by a method of dissipating heat back to a wider surface.
  • the radiating unit 10a is pulled out to the rear surface of the PCB so as to protrude, and the coupling unit 19 is formed to easily insert the radiating member 15 such as a plate, piece or rod made of conductive material into the protrusion 14. Through the heat dissipation member 15 fitted to the coupling portion 19 was to be quickly released heat.
  • the heat dissipation part 10b includes four heat dissipation pieces 16 so that the terminals of the first and second lead frames 7 and 6 independently discharge heat. Each of the heat dissipation pieces 16 by the non-conductive member 17
  • PLASTIC used is 7 ⁇ 20% of heat inside package without metal alone. The degree can be lowered and the manufacturing is convenient.
  • thermal resistance is too high to use only plastics, so a large effect cannot be expected.
  • packaging and fixing materials with high thermal conductivity and electrically separating the used metal materials allow the current to be dispersed while preventing electric current from conducting. .
  • a two-stage mold plastic injection method is used as the manufacturing method thereof, but the metal may be preliminarily processed by a casting method such as a heat press method or a die casting.
  • the heat dissipation unit 10c is divided into two portions such that the first lead frame 7 and the second lead frame 6 independently contact the leads 5 and 5 ′, respectively. It is separated into but is spaced apart at a predetermined interval between the heat dissipating portion (10c) and the heat dissipating portion (10c).
  • the first lead frame 7 and the second lead frame 6 may be bent and extended from the bottom surface of the heat dissipation portion 10c and may be tapped so that the surface mount is formed on the substrate 3. In this way, it is possible to secure the convenience of the user's work and cope with mass production.
  • the heat dissipating portion 10 is opposed to electrically separate the respective leads 5 and 5 '. It is provided by installing the insulating member 18 capable of heat conduction on the heat dissipation unit 10 installed opposite to each other, and when the LEDs are continuously arranged regularly, on the heat dissipation unit 10 assembled on the PCB. By simply attaching a thermally conductive metal, continuous heat dissipation is achieved.
  • the present invention is not a method of integrally manufacturing the heat generated from the LED element in the lead package, but instead of producing a separate heat sink and attaching the completed LED package to release heat,
  • the OPEN TOOL It can be easily assembled while using the mass-produced product as it is, but in consideration of the heat resistance being inversely proportional to the area, the size of the heat sink can be freely adjusted to maximize heat dissipation. It was.
  • the heat dissipating part of the present invention uses copper (Cu), aluminium (Al), or iron (Fe), which have high thermal and electrical conductivity, and does not conduct electric current due to contact between the leads. ) To maximize heat dissipation.
  • the present invention provides a heat dissipation portion in the space between the substrate and the molding portion of the LED to effectively dissipate heat generated through the first lead frame connected to the LED element, thereby extending the service life of the LED element, Minimize the change in the characteristics of the components, and also improves the radiation efficiency while increasing the application of current compared to the existing pin LED.

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Abstract

본 발명은 자동차,조명,광고판 등에 사용되고 있는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조에 관한 것으로, 그 구성은 엘이디 소자와; 상기 엘이디 소자에 전기적으로 연결되며, 상기 엘이디 소자에 전원을 공급하도록 기판을 향하여연장된 복수의 리드를 갖는 제1리드프레임과; 상기 제1리드프레임과 대향되게 마련되며, 상기 기판을 향하여 연장된 복수의 리드를 갖는 제2리드프레임과; 상기 엘이디 소자를 포함하고, 상기 제1,2리드프레임 상부측을 투명체로 몰딩처리한 몰딩부와; 상기 몰딩부와 기판의 사이 공간에 상기 제1,2리드프레임의 각 리드가 관통되게 마련되되 상기 제1리드프레임의 리드와 접촉되어 상기 엘이디 소자로 부터 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열부;를 포함하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조이며, 이것은 엘이디 칩에 연결된 리드 프레임을 통하여 발생되는 열을 효과적으로 방출되게 하여 부품소자의 사용수명을 연장하고, 열에 의한 부품의 특성변화를 최소화할 뿐만 아니라 전류인가를 높히면서 방사효율을 향상시키며, 기존의 엘이디 제조공정에서도 적용이 가능하여 획기적인 원가절감을 할 수 있는 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 16.02.2009]　핀 타입형 파워 엘이디(LED) 발열구조
본 발명은 자동차,조명,광고판 등에 사용되고 있는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조에 관한 것으로, 특히 엘이디 칩에 연결된 리드 프레임을 통하여 발생되는 열을 효과적으로 방출되게 하여 부품소자의 사용수명을 연장하고, 열에 의한 부품의 특성변화를 최소화할 뿐만 아니라 전류인가를 높이면서 방사효율을 향상시키며, 기존의 엘이디 제조공정에서도 적용이 가능하여 획기적인 원가절감을 할 수 있게 한 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조에 관한 것이다.
LED(lighting emitting diode)는 반도체 p-n 접합소자로 전기에너지를 빛에너지로 바꿔주는 발광반도체로서 일반적인 LED의 동작원리를 살펴보면,단자간에 전압을 가하면 전류가 흘러 p-n접합 부근 혹은 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하여 반도체의 고유특성인 에너지 밴드 갭의 변화에 따라 다양한 색(파장)의 구현이 가능하다.
일반적인 LED의 재료는 직접천이형(direct transition)과 간접천이형 (indirect transition) 반도체로 구별된다.
간접천이형은 열과 진동으로 수평천이가 포함되어 있어,효율 좋은 발광 천이를 이루기에는 부적당하고, 직접천이형은 모두 발광으로 이루어지기 때문에 엘이디(LED) 재료로써 많이 사용하고 있다.
발광시키고자 하는 영역에서 직접천이형 반도체 결정이 존재하지 않았던 LED 발전 초창기에는 간접천이형 반도체에 특별한 불순물을 첨가하여 발광 파장을 어느 정도 변화시켜 발광영역을 맞추어 왔지만 고휘도 LED를 구현하기 위해서는 직접천이형 반도체의 사용이 필수적이다.
엘이디(LED) 분야의 기술은 크게 광원의 원천인 칩(CHIP)의 제조기술과 이를 요구하는 용도로 사용이 가능토록 팩키지(PACKAGE) 기술로 분류할 수 있다.
엘이디(LED) 분야의 짧은 역사와 요구 수준에 미치지 못하는 파워(POWER)로 인해 그동안은 기술 개발의 주요 현안은 인가된 전류를 최대한 광으로 전환하는 효율을 높이기 위한 칩(CHIP) 제조기술 개발이 주요한 과제였으나 최근 급격한 동 산업의 팽창과 더불어 많은 기술적 진보를 통한 노력으로 칩(CHIP)을 통한 성능개선은 일정부분에 도달하게 되었고 이제는 팩키지(PACKAGE)의 개선을 통한 광 인출 효율을 증가시킬 수 있는 방법들이 활발하게 개발되고 있는 실정이다.
엘이디 팩키지의 기능은 외부와의 전기적 접속,외부로부터의 기계적,전기적,환경적 요인에 대한 보호, 열 방출,발광 효율의 증대화,지향성의 적정화 등을 들 수 있다.
또한, 패키징을 위한 재료로는 금속 스템,리드 프레임(Lead Frame),세라믹(Ceramic),프린트 기판(PC 프린트) 등이 있으며,수지 코팅이 된 경우와 그렇지않은 경우가 있다.
보통 LED 칩은 은(Ag) 도금된 리드 프레임에 마운트(Mount)되는 경우가 많다.
이 공정을 다이 본드(Die Bond)라 하는데,LED 칩 또는 다이(Die)를 베이스에 연결(Bonding)하기 위해서는 은이나 금을 혼입시킨 도전성 수지를 사용한다.
이와 같은 방볍으로 LED 칩을 고정시키고 하부 전극의 접속이 이루어지는데,상부 전극은 보통 금으로 된 가는 와이어(Wire)를 열 압착 또는 초음파를 사용하여 접속시킨 후 수지를 이용하여 몰딩(MOLDING)하여 완성하게 된다.
이와 같은 엘이디 패키지(LED PACKAGE) 제품은 기존부터 사용되어온 삽입형(INSERT TYPE 또는 THROUGH HOLE TYPE으로 HOLE에 LEAD를 삽입하여 SOLDERING에 의해 실장된다.) LED와 최근 급속히 사용되는 표면실장형(SURFACE MOUNT DEVICE TYFE으로 흔히 SMD TYPE으로 불리우며, SMT에 의해 실장된다.)의 2종류로 분류할 수 있다.
삽입형 LED는 램프타입과 4-PIN LED(Piranha Type LED라고도 함.)등으로 구분되며,우수한 지향특성과 저렴한 투자비용으로 표면실장형 LED에 대응하여 진행되어 왔다.
LED 램프 및 4-PIN LED의 지향성 개선은 LED 전팡판의 대형화면화와 간접조명,사인물 등의 진전과 함께 진행되었으며,대형 디스플레이를 형성할 때에는 수평방향의 지향성만을 개선하여 하나의 LED 출력을 최대한 이용할 수 있다.
이는 자동차의 전장분야에 이용되는 STOP, TURN LIGHT, 조명,싸인 등의 분야에도 동일하게 응용된다.
이와 같은 LED 패키징 공정의 핵심기술은 칩 레벨에서부터 구조설계,광학설계,열설계,펙키징 공정기술 등이며,그 중에서도 열 방출을 극대화할 수 있는 방열 구조의 설계가 가장 중요하다.
최근 고출력 LED 패키지에서 한가지 뚜렷한 경향은 방열대책 및 이를 통한 외부 양자 효율 향상이 핵심기술 개발이라 할 수 있다.
열 방출 기술개발의 대표적인 형태는 리드 프레임(Lead frame)을 변형하는 열방출 특성 개선이라고 할 수 있다.
대표적으로 엘이디 램프(LED lamp)의 경우 정격 구동전류 20mA가 일반적이나 요즈음은 이를 개선하여 열방출이 좀 더 쉽도록 설계되어 50mA-6OmA까지 흐를 수 있도록 하는 제품과 4-PIN LED의 열 방출을 높여 기존의 인가 구동전류 30-50mA에서 30-100mA로 높일 수 있는 제품들이 개발되어 있다.
또 다른 방법은 발열하는 칩으로부터 바로 열방출이 가능하도록 열 저항이 매우 적은 슬러그를 구성하여 열방출 특성을 높이거나 발열부위에 직접 HEAT SINK를 부착하는 방법으로 주로 300mA 이상의 구동 전류에 사용된다.
하지만 이와 같은 방법은 기존의 도구가 아닌 새로운 도구의 개발이 필요하여 주로 하이파워 패키지(HIGH POWER PKG.)에 이용할 수 있는 제품으로 개발되는 추세이나 제조단가의 급격한 상승으로 인한 경제성 문제로 신규 시장의 창출을 막는 측면도 있다.
또한, 일부에서는 LED 칩에서 발생하는 열을 효과적으로 방열시키기 위해서 알루미늄 기판을 사용한 패키지 구조를 개발하였고, 또한, l개의 알루미늄 기판상에 다수의 LED 램프를 형성하는 어레이형 패키징 기술을 응용하기도 하는 등 칩에서 발생되는 열의 방출경로를 짧게 하여 더 많은 전력을 인가할 수 있도록 하기 위한 패키지(PACKAGE) 기술의 개발완료 또는 진행 중이다.
하지만 대부분 기존의 제품과 호환되는 측면에서 부족함으로 인해 생산설비와 공정 제조의 재투자가 요구되고,사용용도의 전환이 많은 상황이어서 용도마다 다른 형태의 제품이 요구되는 경우가 많으며,HEAT SINK의 제조비용으로 인한 LED제품의 가격이 기존제품에 비하여 지나치게 높아 경제적이지 못하는 등의 문제점으로 인해 실용화가 어렵거나 실용화되었다 할지라도 수요가 제한되는 등의 문제점을 가지고 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, LED의 점등시 발생하는 열로 인해 일정이상의 전류를 인가하지 못하여 엘이디칩(LED CHIP)이 열화하는 문제점으로 인해 발생하는 신뢰성 문제를 극소화하고,다양한 적용분야에 용이하게 적용이 가능하면서도 기존의 패키지제품을 그대로 사용할 수 있도록 하여 최소의 투자 및 호환성에 의한 대량 생산성을 확보하여 경제성을 높이도록 하는 핀타입 엘이디(PIN TYPE LED)의 방열부(HEAT SINK)를 제공하는데 그 목적을 둔 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 엘이디 소자(1)와; 상기 엘이디 소자(1)에 전기적으로 연결되며, 상기 엘이디 소자(1)에 전원을 공급하도록 기판(3)을 향하여 연장된 복수의 리드(5)(5')를 갖는 제1리드프레임(7)과; 상기 제1리드프레임(7)과 대향되게 마련되며, 상기 기판(3)을 향하여 연장된 복수의 리드(5)(5')를 갖는 제2리드프레임(6)과; 상기 엘이디 소자(1)를 포함하고, 상기 제1, 2리드프레임(7)(6) 상부측을 투명체로 몰딩처리한 몰딩부(8)와; 상기 몰딩부(8)와 기판(3)의 사이 공간에 상기 제1, 2리드프레임(7)(6)의 각 리드(5)(5')가 관통되게 마련되되 상기 제1리드프레임(7)의 리드(5)와 접촉되어 상기 엘이디 소자(1)로부터 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열부(10);를 포함한다.
여기서, 방열부(10a)는 일단을 연장하여 기판(3)을 관통하여 돌출될 수 있다.
상기 방열부(10a)는 돌출부(14)의 일단에 마련되어 상기 기판(3)의 반대쪽에 마련된 봉 또는 판 형상의 방열부재(15)가 결합되는 결합부(19)가 마련될 수 있다.
또한, 방열부(10b)는 상기 제1, 2리드프레임(7)(6)의 리드(5)(5')에 각각 접촉하여 열을 전달받는 4개의 방열편(16)과, 각 방열편(16) 사이에 마련되어 각 방열편(16)을 부전도성 부재(17)로 연결할 수 있다.
또한, 방열부(10c)는 제1리드프레임(7)과 제2리드프레임(6)에 각각 독립적으로 접촉되도록 2개로 분리되되 상기 방열부(10c)간에는 소정의 간격으로 이격될 수 있다.
상기 제1리드프레임(7)과 제2리드프레임(6)은 방열부(10c) 저면에서 리드(5)(5')를 각각 절곡 연장하고 테이핑(taping)하여 기판 상부에 표면실장이 가능하도록 마련될 수 있다.
또한, 적어도 2개 이상의 엘이디 패키지(9)가 연속적으로 배열된 경우 상기 방열부(10)는 제1, 2리드프레임(7)(6)의 리드(5)(5')가 전기적으로 분리되도록 대향되게 설치한 다음 상기 방열부(10)의 양단부가 서로 연결되도록 절연성 부재(18)를 설치될 수 있다.
상기 방열부(10)(10a)(10b)(10c)는 구리 또는 알루미늄, 철 중에서 어느 하나를 선택하여 마련될 수 있다.
상기 방열부(10)(10a)(10b)(10c)는 방열면적을 증가시키기 위해 외부 둘레에 요철부(13)가 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분리 사시도
도 2는 본 발명의 종단면도
도 3은 도 2의 평면도
도 4는 본 발명에 따른 제2실시예의 종단면도
도 5는 도 4의 평면도
도 6은 도 5에서 방열부를 발췌한 평면도
도 7은 도 6의 측면도
도 8은 도 6의 정면도
도 9는 본 발명에 따른 제3실시예의 종단면도
도 10은 도 9의 평면도
도 11은 도 10에서 방열부를 발췌한 평면도
도 12는 도 11의 측면도
도 13은 도 11의 정면도
도 14는 본 발명에 따른 제4실시예의 종단면도
도 15는 도 14의 평면도
도 16은 도 15에서 방열부를 발췌한 사시도
도 17은 본 발명에 따른 제5실시예의 종단면도
도 18은 도 17의 우측 종단면도
도 19는 도 17의 평면도
도 20은 도 19에서 방열부를 발췌한 사시도
도 21은 본 발명에 따른 제6실시예의 종단면도
도 22는 도 21의 평면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 종단면도이며, 도 3은 도 2의 평면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본발명의 핀 타입형 파워 엘이디(LED) 방열구조는, 엘이디 소자(1)와; 상기 엘이디 소자(1)에 전기적으로 연결되며, 상기 엘이디 소자(1)에 전원을 공급하도록 기판(3)을 향하여 연장된 복수의 리드(5)를 갖는 제1리드프레임(7)과; 상기 제1리드프레임(7)과 대향되게 마련되며, 상기 기판(3)을 향하여 연장된 복수의 리드(5')를 갖는 제2리드프레임(6)과; 상기 엘이디 소자(1)를 포함하고, 상기 제1, 2리드프레임(7)(6) 상부측을 투명체로 몰딩처리한 몰딩부(8)와; 상기 몰딩부(8)와 기판(3)의 사이 공간에 상기 제1, 2리드프레임(7)(6)의 각 리드(5)(5')가 관통되게 마련되되 상기 제1리드프레임(7)의 리드(5)와 접촉되어 상기 엘이디 소자(1)로부터 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열부(10)를 포함하여 구성된다.
상기 엘이디 소자(1)는 제1리드프레임(7)에 연장되어 형성된 안착부에 안착되며, 제1리드프레임(7)에 리드(5)를 통하여 외부로부터 전원을 공급한다.
상기 제1, 2리드프레임(7)(6)의 리드(5)(5')의 일단에 스토퍼(4)가 형성된 것과 스토퍼(4)가 없는 것이 있다.
상기 제1, 2리드프레임(7)(6)의 리드(5)(5')의 일단에 스토퍼(4)가 형성된 것은 리드(5)(5')가 기판(3)을 관통할 때 스토퍼(4)가 기판위에 안착되면서 엘이디의 몰딩부(8)와 기판(3) 사이에 공간이 형성된다.
이 공간에 본 발명인 방열부(10)를 설치하여 엘이디 소자(1)에서 발생하는 열을 제1리드프레임(7)의 리드(5)로 전달되고 전달된 열은 리드(5)에 접촉된 방열부(10)로 전달되어 방출된다.
상기 제1, 2리드프레임(7)(6)의 리드(5)(5')의 일단에 스토퍼(4)가 형성되지 않은 것은 기판과 엘이디패키지의 몰딩부(8) 사이에 인위적으로 공간을 만들어서 상기와 같은 방법으로 방열부(10)를 설치한다.
상기 엘이디 소자(1)를 포함하고 상기 제1,제2리드프레임(7)(6) 상부에 광량이 외부로 분사되게 투명체로 몰딩처리하여 엘이디 패키지(9)를 완성한다.
상기 몰딩 처리는 일반적으로 에폭시 수지를 주로 이용한다.
상기 제1,2 리드 프레임(7)(6)은 구리 또는 알루미늄, 철 재질로 되어 있으며, 2개 이상 복수의 리드(5)(5')를 형성하여 2개의 전극, 즉 양극(+극)과 음극(-극)을 가지게 된다.
상기 방열부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1,2리드 프레임(7)(6)의 리드(5)(5')가 각각 관통되도록 리드(5)(5')와 대응되는 위치에 각각 구멍이 형성되는데 리드의 폭이 다소 변수가 있으므로 리드가 모두 적용되도록 구멍이 장공(11)으로 천공된다.
상기 방열부(10)의 장공(11)으로 삽입되는 상기 제1,2리드 프레임(7)(6)의 리드(5)(5')는 +극 리드와 -극 리드가 접촉하여 전류가 통전되지 않도록 제1,2리드 프레임(7)(6)중 제1리드프레임(7)의 리드(5)만 접촉되게 하고, 타측의 리드(5')는 상기 방열부(10)에 접촉되지 않게 소정의 크기로 절결부(12)를 형성되게 한다.
또한, 상기 방열부(10)는 측면부 둘레 즉 가장자리에 요철(13)을 두어 방열 면적을 넓혀서 방열 속도를 빠르게 한 것이다.
방열부(10)의 재질은 열전도가 유리한 구리(Cu)와 알루마늄(Al), 철(Fe)을 사용였으나,열전도도가 높으면서 가공이 용이한 재질이면 어느 것이나 상관이 없다.
예를 들면, 열전도가 좋은 금속재, 카본을 혼합한 성형물, 열전도가 잘되는 새라믹 재질 등을 사용한다.
방열부(10)의 형상 역시 사용하는 용도에 따라 표면적을 넓힐 수 있는 다각형, 별모양이나 다공질 재료를 이용하여 다공성 형상,천공, 파이프 형상, 화이바(FIBER) 등의 형태를 사용하여도 좋다.
또한, 이러한 방열부(10)의 제조방법으로 본 발명에서는 동(Cu)이나 알루미늄 (AI)의 경우 재질이 연하여 쉽게 프레스 가공법을 이용하여 제작하였으나 재질의 특성상 대량 생산성 등을 고려하여 주조,판금 등 다른 가공방법으로도 무난히 제조가 가능하며,이를 엘이디 패키지(9)(LED PACKAGE)와의 조립방법은 간단히 수작업으로 끼우거나 태핑(TAPING)하여 기판(PCB)(3)에 SMT 장비로 표면실장한 후 그 위에 LED를 자동 삽입하는 방법을 사용할 수도 있어 조립작업에 있어서도 기존 제품에 비해 작업성이 떨어지지 않는다.
엘이디 소자(1)에서 발생되는 열은 방열부(10)에 접촉된 리드 프레임의 리드(5)를 통하여 방출면적이 넓은 방열부(10)에 전달되어 신속하게 방출시킨다.
이와 같이 엘이디 소자(1)에서 발생하는 열을 신속하게 방출시킴으로써 부품소자의 사용수명을 연장하고, 열에 의한 부품의 특성변화를 최소화하며, 또한, 기존의 핀 엘이디에 비하여 전류인가를 높히면서 방사효율을 향상시키는 효과가 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 제2실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 방열부(10a)는 일단을 연장하여 기판(3)을 관통 돌출되게 한 다음 연장된 돌출부(14)의 일단에 결합부(19)을 형성하여 마련된다.
상기 방열부(10a)의 돌출부(14)에 형성된 결합부(19)으로 봉 또는 판 형상, 또는 편 형상의 방열부재(15)중 어느 하나를 선택하여 결합한 것이다.
상기 실시예의 방열부(10a)는 열을 다시 더 넓은 면으로 방열시키는 방법으로 기판(PCB)(3)면에 방수 또는 부식 방지를 위해 수지로 도포 되는 경우나 좀 더 확실한 열 방출을 유도할 수 있도록 기판(PCB)의 뒷면까지 방열부(10a)를 빼내어 돌출시키고 돌출부(14)에 전도성 재질의 판이나 편,봉 등의 방열부재(15)를 간단히 끼울 수 있도록 결합부(19)을 만들고 상기 결합부(19)에 끼워진 방열부재(15)를 통해 열이 빠르게 방출되도록 하였다.
한편, 본 발명에 따른 제3실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 방열부(10b)는 상기 제1,2 리드 프레임(7)(6)의 단자가 독립적으로 열을 방출할 수 있게 4개의 방열편(16)을 포함하고, 각 방열편(16)을 부전도성 부재(17)에 의해 분리한 것인데
이것은 일반적으로 열과 전기의 전도 특성은 동일하게 나타남을 감안하여 각 리드(LEAD)(5)(5')는 독립적으로 분리되도록 하였으며,이를 위해 부도체이면서도 열전도 계수가 6W/mK이고 열저항이 50도 정도를 가지는 플라스틱(PLASTIC)으로 전류가 도통하지 않도록 하여 일체화한 것이다.
이때 사용된 플라스틱(PLASTIC)은 금속없이 단지 이것만으로도 패키지(PACKAGE)내부의 열을 7~20% 정도를 낮출 수 있고 제조도 편리하다.
그러나 플라스틱(PLASTIC)만을 이용하기에는 열저항이 너무 높아 큰 효과를 기대할 수는 없으나, 열전도가 높은 재료들을 패키징하여 고정시키고 사용한 금속재들을 전기적으로 분리하여 전류가 도통되지 않도록 하면서도 열이 분산될 수 있도록 하였다.
이의 제조방법으로 본 발명에서는 2단 금형 플라스틱 사출 방법을 이용하였으나 금속을 미리 가공하여 가열 프레스법 또는 다어캐스팅 등의 주조방법으로도 무난히 제조가 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 제4실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 방열부(10c)는 제1리드프레임(7)과 제2리드프레임(6)이 각각 독립적으로 리드(5)(5')와 접촉되도록 2등분으로 분리되되 상기 방열부(10c)와 방열부(10c) 사이에는 소정의 간격으로 이격을 두고 있다.
이것은 기존의 엘이디 패키지 제품을 기판(PCB)위에 조립 후 4개의 단자 리드프레임에 전류가 도통되지 않는 크기로 밀어 넣어 조립이 가능할 수 있도록 함으로써 기존 제품에도 용이하게 적용이 가능한 것이다.
한편, 본 발명에 따른 제5실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 17 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 제1리드프레임(7)과 제2리드프레임(6)은 방열부(10c) 저면에서 각각 절곡 연장하며 태핑하여 기판(3) 상부에 표면실장이 가능하도록 한 것으로서 이것은 사용자의 작업의 편리성 확보 및 대량생산에 무난히 대처가 가능하게 한 것이다.
한편, 본 발명에 따른 제6실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 21 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 적어도 2개 이상의 엘이디 패키지(9)가 연속적으로 배열된 경우 상기 방열부(10)는 각각의 리드(5)(5')를 전기적으로 분리하도록 대향되게 설치한 다음 대향되게 설치된 방열부(10) 위에 열전도가 가능한 절연성 부재(18)를 설치하여 마련한 것으로서, 엘이디(LED)가 연속적 규칙적으로 배열되는 경우 기판(PCB)위에 조립된 방열부(10)위에 열전도가 좋은 금속을 단순히 부착하여 연속적인 열 방출이 이루어지도록 한 것이다.
이의 조립 방법 역시 수동으로 간단히 끼워 넣을 수도 있으나 대량생산의 경우에는 먼저 방열부(10)를 기판(PCB)(3) 위에 자동삽입한 후 그 위에 다시 엘이디(LED) 패키지(9)를 자동 삽입하는 방법으로도 조립이 가능하다.
이상에서 살펴본 바와같이 본발명은 엘이디 소자에서 발생한 열을 리드 패키지에 일체로 제작하는 방법이 아닌 별도의 방열부(heat sink)를 제작 후 완성된 엘이디 패키지에 부착하여 열을 방출시키거나, 기존의 방열부(HEAT SINK)를 엘이디 패키지에 일체화하려는 시도의 경우 공간적인 문제,초기 투자비용의 상승에 따른 경제성의 문제,개발품에 따른 설계요구 등의 호환성 문제점들을 극복하기 위해,기존에 툴(OPEN TOOL)로 대량생산되는 제품을 그대로 사용하면서 간단하게 끼워 조립이 가능하면서도,열저항이 면적에 반비례하는 것을 감안하여 방열부(HEAT SINK)의 크기를 자유롭게 조절이 가능하도록 하여 열 방출을 극대화할 수 있도록 하였다.
본 발명의 방열부는 열 방출을 최대화하기 위하여 열 및 전기 전도도가 높은 구리(Cu) 또는 알루며늄(Al), 철(Fe)을 사용하고 리드간의 접촉에 의한 전류의 도통이 되지 않으면서 리드(LEAD)를 통한 최대한의 열 방출이 가능하도록 하였다.
또한 기존 제품에 용이하게 부착이 가능하게 호환성을 가지게 하기 위하여 기존 엘이디의 스토퍼(Stopper)까지만 내려오도록 하고. PCB 회로의 용이한 설계 혹은 기 설계된 PCB를 수정없이 사용이 가능하도록 함은 물론,PCB의 뒷면으로 연속적으로 열 방출을 유도하기 위한 방법으로 PCB에 구멍을 뚫어야 하는 경우에는 회로 상 패턴의 공간제한으로 인한 설계상 애로를 최소화하기 위하여 그 크기를 최소화하였고,연속적으로 엘이디(LED)를 배열하는 경우에는 방열부위에 전도성 금속을 단순 접착시킴으로써 연속적인 열 방출이 가능하도록 하였다.
이와 같은 본 발명은, 기판과 엘이디의 몰딩부 사이의 공간에 방열부를 설치하여 엘이디 소자에 연결된 제1리드프레임을 통하여 발생되는 열을 효과적으로 방출되게 함으로써, 엘이디 소자의 사용수명을 연장하고, 열에 의한 부품의 특성변화를 최소화하며, 또한, 기존의 핀 엘이디에 비하여 전류인가를 높히면서 방사효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 기존제품과의 호환이 가능하므로 획기적인 원가절감을 할 수 있고, 응용범위가 넓어서 고효율, 고신뢰성이 요구되는 자동차의 전장분야 및 조명분야에 적용이 가능하다.
한편, 본 발명과 유사한 4핀형(4-pin type) 뿐만 아니라 복수개의 리드를 가지는 모든 삽입형 엘이디(LED)에도 적용이 가능한 것이다.

Claims (9)

  1. 엘이디 소자와;
    상기 엘이디 소자에 전기적으로 연결되며, 상기 엘이디 소자에 전원을 공급하도록 기판을 향하여연장된 복수의 리드를 갖는 제1리드프레임과;
    상기 제1리드프레임과 대향되게 마련되며, 상기 기판을 향하여 연장된 복수의 리드를 갖는 제2리드프레임과;
    상기 엘이디 소자를 포함하고 , 상기 제1,2리드프레임 상부측을 투명체로 몰딩처리한 몰딩부와;
    상기 몰딩부와 기판의 사이 공간에 상기 제1,2리드프레임의 각 리드가 관통되게 마련되되 상기 제1리드프레임의 리드와 접촉되어 상기 엘이디 소자로 부터 발생되는 열을 전달받아 외부로 방출하는 방열부;를 포함하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열부는 일단을 연장하여 기판을 관통하여 돌출되는 것을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  3. 제2항에 있어서, 상기 방열부는 돌출부의 일단에 마련되어 상기 기판의 반대쪽에 마련된 봉 또는 판 형상의 방열부재가 결합되는 결합부가 마련되는 것을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  4. 제1항에 있어서, 상기 방열부는 상기 제1,2 리드프레임의 리드에 각각 접촉하여 열을 전달받는 4개의 방열편과, 각 방열편 사이에 마련되어 각 방열편을 부전도성 부재로 연결한 것을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  5. 제1항에 있어서, 상기 방열부는 제1리드프레임과 제2리드프레임이 각각 독립적으로 리드와 접촉되도록 2개로 분리되되 상기 방열부간에는 소정의 간격으로 이격을 두고 있는 것임을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1리드프레임과 제2리드프레임은 방열부 저면에서 리드를 각각 절곡 연장하며 테이핑(taping)하여 기판 상부에 표면실장이 가능하도록 함을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  7. 제1항에 있어서, 적어도 2개 이상의 엘이디가 연속적으로 배열된 경우 상기 방열부는 각각의 리드가 전기적으로 분리되도록 대향되게 설치한 다음 상기 방열부의 양단부가 서로 연결되도록 절연성 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  8. 제1항 내지 제7항에 있어서, 상기 방열부는 구리 또는 알루미늄, 철 중에서 어느 하나를 선택하여 마련함을 특징으로 하는 핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
  9. 제1항 내지 제7항에 있어서, 상기 방열부는 방열면적을 증가시키기 위해 외부 둘레에 요철부가 형성됨을 특징으로 하는 4핀 타입형 파워 엘이디 방열구조
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