WO2014011016A1 - 광 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2014011016A1
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주식회사 대원이노스트
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    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an optical module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an optical module in the form of a chip on board (COB) and a method of manufacturing the same.
  • COB chip on board
  • a light emitting device is assembled into a lead frame-type package, a phosphor is coated, a separate package is manufactured, and the assembled device is surface mounted on a PCB substrate to manufacture a lighting module.
  • this method has a disadvantage in that the heat dissipation characteristics of the optical device are lowered, so that the luminous efficiency is low, and the brightness of the conventional lighting bulb is limited and the price cannot be lowered due to the size constraint.
  • COB Chip on Board
  • MC-PCB Metal Core-Printed Circuit Board
  • MC-PCB has excellent thermal conductivity, but the price of the material itself is high, and facility investment, such as installing a mass production facility specially designed for mass production, must be followed.
  • a micro process of 50um or less is required. There is a difficult problem. Therefore, there is an evaluation that such a technology is inefficient in manufacturing an optical module for lighting, and it is pointed out that the lighting module is not suitable for the lighting module.
  • Korean Patent No. 10-1121151 of the present applicant discloses a method of manufacturing an optical module having a COB type using a Si substrate instead of an MC-PCB substrate.
  • Si substrate has superior heat dissipation ability than MC-PCB substrate and has superior heat dissipation characteristics as it has a transmission characteristic against infrared rays emitted from a light emitting device.
  • the above method still requires soldering on the Si substrate, and the soldering operation on the Si substrate has a high difficulty in processing, thereby lowering the process efficiency.
  • the price of the Si substrate is expensive and the production cost increases, and it is difficult to manufacture various types of COB modules such as a circle in the processing of the Si substrate.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior arts, and in manufacturing a COB type optical module using a Si substrate having high heat dissipation efficiency, it is excellent in workability by eliminating the soldering process on the Si substrate. It is an object of the present invention to provide an optical module and a method of manufacturing the same, which can reduce the area, reduce the production cost, and form a light source in a desired shape.
  • an object of the present invention is to provide an optical module and a method of manufacturing the same, which can integrate circuits necessary for driving a light emitting device on a substrate, thereby enabling single packaging.
  • Another object of the present invention is to provide an optical module capable of attaching various circuits necessary for driving a light emitting device on a substrate, and a method of manufacturing the optical module.
  • Another object of the present invention is to provide an optical module capable of easily processing a substrate shape and forming a light source having various shapes such as a circular shape and a manufacturing method thereof.
  • the present invention provides an optical module comprising: a first PCB substrate of a non-metallic base having a through hole and a plurality of electrodes formed on a surface thereof; And a Si substrate accommodated in a through hole of the first PCB substrate, and an insulating layer is formed on the surface thereof, and a light emitting device mounted on the surface thereof, wherein the light emitting device on the Si substrate is electrically connected to an electrode of the first PCB substrate. It is characterized by.
  • a dam for phosphor application is formed on the first PCB substrate, and the phosphor is applied inside the dam.
  • the light emitting device on the Si substrate is characterized in that it is electrically connected to the electrode of the first PCB substrate through a gold wire.
  • the first PCB substrate is circular and the through-hole is characterized in that the square to correspond to the Si substrate.
  • the first PCB substrate is rectangular and the through-hole is characterized in that the square to correspond to the Si substrate.
  • a driving circuit capable of driving a light emitting device mounted on a Si substrate on at least one of the first PCB substrate and the second PCB substrate of the non-metal base is formed on the first PCB substrate.
  • the furnace is formed.
  • the insulating material of the first PCB substrate and the second PCB substrate is FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, FR-5, FR-6, CEM-1, CEM- 2, CEM-3, CEM-4, CEM-5, Teflon, G-10, G-11 is characterized in that any one.
  • the first PCB substrate is characterized in that formed on the lower substrate of the metal material with an insulating layer formed on the surface.
  • the lower substrate is characterized in that the Al substrate with an insulating layer formed on the surface.
  • the Si substrate may be attached via a fluid material that transfers heat to the lower substrate so as to be accommodated in the through hole.
  • the present invention provides a method for manufacturing an optical module, on a lower substrate of a metal material having an insulating layer formed on the surface, an insulating layer is formed on the surface, a non-metallic base on which a light emitting device is mounted, an electrode and a through hole are formed. Attaching the PCB substrate, wherein the Si substrate is accommodated in the through hole of the PCB substrate; And electrically connecting the light emitting device of the Si substrate and the electrode of the PCB substrate.
  • an insulating layer is formed on a lower substrate of a metal material having an insulating layer formed thereon, and a Si substrate having a light emitting element mounted thereon and a PCB substrate of a non-metallic base having electrodes and through holes formed thereon are attached thereto.
  • the step of accommodating the Si substrate in the through-hole of the PCB substrate is characterized in that to attach the lower substrate and the Si substrate via a fluid material that transfers heat.
  • an insulating layer is formed on a lower substrate of a metal material having an insulating layer formed thereon, and a Si substrate having a light emitting element mounted thereon and a PCB substrate of a non-metallic base having electrodes and through holes formed thereon are attached thereto.
  • the step of accommodating the Si substrate in the through-hole of the PCB substrate is characterized in that it comprises a step of coating the surface of the PCB substrate with a polymer to form a mask for plating and then plating.
  • the area other than the light emitting area of the module manufactured as described above is manufactured in the form of a PCB, so that various types of optical circuits for driving the optical module can be embedded together, which can solve the problem of space limitation due to the mounting of the electric circuit in the luminaire manufacturing.
  • it is possible to produce a lamp that can effectively dissipate the heat generated during the operation of the electrical circuit can extend the life of the electrical circuit.
  • FIG. 1 is a plan view showing the structure of a first PCB substrate, according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of an optical module according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a plan view of an optical module according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view of an optical module coated with phosphors according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view of an optical module to which a second PCB substrate is attached, according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a structure of a first PCB substrate formed in a circular shape according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention includes a first PCB substrate of a non-metallic base having a through hole and having a plurality of electrodes formed on a surface thereof; And a Si substrate accommodated in a through hole of the first PCB substrate, and an insulating layer is formed on the surface thereof, and a light emitting device mounted on the surface thereof, wherein the light emitting device on the Si substrate is electrically connected to an electrode of the first PCB substrate.
  • a first PCB substrate of a non-metallic base having a through hole and having a plurality of electrodes formed on a surface thereof
  • a Si substrate accommodated in a through hole of the first PCB substrate, and an insulating layer is formed on the surface thereof, and a light emitting device mounted on the surface thereof, wherein the light emitting device on the Si substrate is electrically connected to an electrode of the first PCB substrate.
  • the first PCB substrate 100 may be a metal based substrate such as a metal core-printed circuit board (MC-PCB). That is, the first PCB substrate 100 is a PCB substrate of a non-metallic base, and as an insulating material FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, FR-5, FR-6, CEM-1, CEM-2 , CEM-3, CEM-4, CEM-5, Teflon, G-10, G-11 is preferably used. In particular, as a reinforcing material, a general-purpose PCB board such as FR-4 or FR-5 based on glass may be used.
  • MC-PCB metal core-printed circuit board
  • a through hole 110 is formed at the center of the first PCB substrate 100, and a plurality of electrodes 120 are formed around the first PCB substrate 100 to be electrically connected to the light emitting device.
  • a plating layer 130 is formed near the through hole 110.
  • the plating layer is for wire bonding with a light emitting device, and is preferably formed of gold.
  • the plating layer 130 is electrically connected to the electrode 120 through the electrode wiring 140.
  • the lower substrate 200 is later attached to the lower end of the first PCB substrate.
  • the lower substrate is preferably a metal material for heat dissipation efficiency, and particularly preferably an Al substrate having an insulating layer formed thereon.
  • the drive circuit for the optical module to be connected later by mounting various optical module driving elements on the first PCB substrate Can make a furnace.
  • the first PCB substrate 100 is attached to the lower substrate 200 of a metal material, and the Si substrate 300 having an insulating layer formed on a surface of the lower substrate 200 where a through hole of the first PCB substrate is formed is formed. Attached. Light emitting devices are formed on the Si substrate, and one or more light emitting devices are formed, for example, in an array of 4 X 4. It is electrically connected by a plating layer formed on the substrate. In this drawing and the following drawings, only the conceptual image is shown to include the configuration of the light emitting device on the Si substrate and the electrical connection between the devices.
  • All of the light emitting devices 400 are electrically connected to the plurality of electrodes 120 of the first PCB substrate.
  • the light emitting devices 400 are connected to the electrode 120 through the wire bonding 150 and the electrode wiring 140 with the plating layer 130. ) Is electrically connected.
  • a plating layer is additionally formed on the Si substrate 300, and the light emitting device 400 is wire-bonded to the plating layer of the Si substrate, and then again to the plating layer 130 of the first PCB substrate from the plating layer of the Si substrate. It may also be wire bonded.
  • the light emitting element on the Si substrate is electrically connected to the electrode of the first PCB substrate in the case of being directly connected by wire bonding from the light emitting element to the plating layer of the PCB substrate, and through the plating layer on the Si substrate from the light emitting element.
  • the insulating layer is formed on the upper surface of the Si substrate 300, and the wire bonding 150 is preferably a gold wire.
  • the electrode 120 is connected to a driving power source capable of driving the light emitting device 400 later to emit light, and heat generated at this time is discharged through the lower substrate through the Si substrate. Therefore, the Si substrate and the lower substrate may be attached via a fluid material that transfers heat, for example, thermal grease.
  • the COB type optical module it is a structure that can utilize both the advantages of the PCB substrate which is advantageous for circuit mounting and the advantages of the Si substrate which is advantageous for heat dissipation and mirror polishing.
  • a circuit necessary for driving the light emitting device 400 such as a DC-DC converter may be easily embedded in the PCB substrate.
  • an integrated optical module having all the driving circuits may be provided.
  • FIG 3 is a plan view illustrating a structure of an optical module according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the Si substrate 300 on which the light emitting device 400 is mounted is attached to the lower substrate 200 made of a metal material so as to be accommodated in the through hole 110 of the first PCB substrate 100.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view cut from the side of the optical module coated with a phosphor, according to an embodiment of the present invention.
  • the dam 160 and the phosphor 170 are added to the structure of the optical module shown in FIG.
  • the dam 160 is formed around the Si substrate 300 on the first PCB substrate 100 and the phosphor 170 is coated thereon to form an optical module.
  • the phosphor 170 may serve as an encapsulant that protects the light emitting device 400, the plating layer 130, and the wire bonding 150 from external materials such as moisture or dust, and also emits light through the fluorescent material. Improves the light emission characteristics.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical module according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • a second PCB substrate 500 is added to the structure of the optical module of FIG. 4.
  • a second hole is formed so as not to limit light emission in an upper direction of the light emitting device 400.
  • the PCB substrate 500 is configured to be mounted on the dam 160.
  • the second PCB substrate 500 is preferably a PCB substrate of a non-metallic base, as described above with respect to the first PCB substrate 100.
  • the second PCB substrate 500 may be configured in other forms as long as the second PCB substrate 500 is stacked in a relationship with the first PCB substrate without limiting light emission of the light emitting device 400.
  • a circuit for driving the light emitting device 400 may be embedded in the second PCB substrate 500, similar to the first PCB substrate 100.
  • the size of a single module can be greatly reduced while providing an optical module in which a driving circuit is integrated.
  • the first PCB substrate 100 of the present invention is configured in a circle.
  • the PCB substrate can be formed in a circular shape, which is relatively easy to process, while maintaining the shape of the optical module in a circular shape and at the same time reducing the difficulty of the process.
  • the surface of the Si substrate on which the LED is to be mounted is insulated to make a substrate for LED mounting.
  • the insulating substrate Si may be manufactured using the Korean Patent No. 10-1121151, "LED Module and Manufacturing Method" of the applicant.
  • the upper surface of the Al plate is oxidized to produce an Al substrate having an upper surface insulated.
  • a shape is formed to hold the rectangular through-hole 110 in the center of the PCB substrate, and then, the electrode wiring 140 is formed on the PCB substrate, and the electrode 120 is divided into an anode and a cathode.
  • the PCB substrate is coated with a polymer except for the region to which the Si substrate is attached and the region in which the electrode 120 and the plating layer 130 are to be formed, which is a mask for performing selective plating. It acts as a film to prevent oxidation and increase the reflectance of light generated after fabrication of the optical module.
  • the dam process for phosphor application is performed to fabricate the dam 160 to complete the first PCB substrate 100.
  • the insulated Al substrate is attached to the first PCB substrate 100 manufactured as described above to serve as the lower substrate 200. In this case, the adhesive may be used for the attachment.
  • a routing process for forming the outline and a V-cut process for individual separation are performed to complete a package for raising the Si substrate 300.
  • the phosphor 170 is coated on the area surrounded by the dam 160 to complete the optical module manufacturing.
  • the present invention in manufacturing a COB type optical module using a Si substrate having high heat dissipation efficiency, it is excellent in workability by eliminating the soldering process on the Si substrate, and can reduce the area of the Si substrate to reduce the production cost And it is possible to provide an optical module and a method of manufacturing the same that can form a light source in a desired shape.
  • circuits necessary for driving the light emitting device can be embedded in the substrate, it is possible to provide an optical module and a method of manufacturing the same, which can be packaged in a single package.
  • the substrate can be easily processed to provide an optical module and a method of manufacturing the same that can form various types of light sources, such as circular.

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Abstract

본 발명은 COB 형태의 광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 하부 기판, 상기 하부 기판 상에 형성되며, 관통홀을 구비하고 표면에 다수의 전극이 형성된 제1 PCB 기판, 상기 제1 PCB 기판의 관통홀 내부에 수용되고 발광소자가 표면에 실장된 Si 기판을 포함하고 상기 Si 기판 상의 발광소자는 상기 제1 PCB 기판의 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성으로 Si 기판을 이용한 모듈의 장점인 방열 특성 개선 및 이를 통한 광 효율 향상의 효과를 얻으면서도 조립 공정을 단순화 하고 재료비를 절감할 수 있어 저가격, 고성능의 COB 기반의 광 모듈 제작이 가능하며 구동 회로를 내장시켜 일체화가 가능한 광 모듈을 제작할 수 있다.

Description

광 모듈 및 그 제조 방법
본 발명은 광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 COB (Chip On Board) 형태의 광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 일반적인 광 모듈 제조 방법은, 리드 프레임 형태의 패키지 안에 발광소자를 조립하고 형광체를 도포시켜 개별 패키지를 제작하여 이 조립된 소자를 PCB 기판위에 표면 실장하여 조명용 모듈을 제작하고 있다.
그러나, 이 방법은 광 소자의 방열 특성이 저하되어 발광효율이 낮고, 크기의 제약에 의해 기존 조명용 전구의 밝기를 만들기에는 한계가 있고 가격 또한 낮출 수 없는 단점이 있다.
또한, 이러한 단점을 극복하고자 COB(Chip on Board)형태의 기술이 개발되었다. 일반적인 COB 형태의 광 모듈은 MC-PCB (Metal Core-Printed Circuit Board) 을 이용하여 발광소자를 부착할 영역과 소자의 연결을 위한 패턴을 진행한 후 그 위에 발광소자를 조립하고 형광체를 도포하여 COB 형태의 광 모듈을 제작한다.
그러나, 이러한 MC-PCB는 열 전도도가 우수하나 소재 자체의 가격이 높고, 대량 생산을 위해 특별히 고안된 양산 시설을 설치하는 등의 시설투자가 뒤따라야 하며, MC-PCB의 제작시 50um 이하의 미세 공정이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 이러한 기술은 조명용 광 모듈을 제작하는데 있어서 효율성이 떨어진다는 평가가 있으며, 가격 또한 높아 조명용 모듈로는 적절치 못하다는 지적이 나오고 있다.
이와 같은 문제를 해결하고자 본 출원인의 대한민국 등록특허 제10-1121151호에서는 MC-PCB 기판 대신 Si 기판을 이용하여 COB 형태의 광 모듈을 제작하는 방법에 대해 개시하고 있다. Si 기판의 경우 MC-PCB 기판에 비하여 열방출 능력이 탁월하고 발광소자에서 방출되는 적외선에 대한 투과 특성을 가지고 있어 방열 특성이 우월하다. 또한 경면 연마가 가능하므로 발광소자에서 방출되는 빛에 대한 전반사도가 높아져 발광효율이 개선된다.
그러나 상기의 방법으로는 여전히 Si 기판 위에 솔더링 작업을 해야 하는데, 이러한 Si 기판 위의 솔더링 작업은 공정상 그 난이도가 높아 공정효율을 떨어뜨린다. 이에 더하여, Si 기판의 가격이 비싸 생산단가가 높아지는 문제가 있으며, 또한 Si 기판의 가공에 있어 원형 등의 다양한 형태의 COB 모듈을 제작하기 어렵다.
본 발명은 상기 종래기술들이 가지고 있던 문제점에 착안하여 이루어진 것으로 열방출 효율이 높은 Si 기판을 이용하는 COB 타입의 광 모듈을 제작하는 데에 있어 Si 기판 상의 솔더링 공정을 없애 작업성이 뛰어나며, Si 기판의 면적을 줄일 수 있어 생산단가를 낮출 수 있고 원하는 모양으로 광원을 형성할 수 있는 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 기판에 발광소자의 구동에 필요한 회로들을 내장할 수 있어 단일 패키지화가 가능한 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 기판 상에 발광소자의 구동에 필요한 다양한 회로를 부착할 수 있어 단일 패키지화가 가능한 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 기판 형상을 손쉽게 가공할 수 있어 원형 등 다양한 형태의 광원을 형성할 수 있는 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광 모듈로서, 관통홀을 구비하고 표면에 다수의 전극이 형성된 비금속기지의 제1 PCB 기판; 및 제1 PCB 기판의 관통홀 내부에 수용되고 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 표면에 실장된 Si 기판;을 포함하고 Si 기판 상의 발광소자는 제1 PCB 기판의 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 제1 PCB 기판에는 형광체 도포를 위한 댐이 형성되며 댐 내부에는 형광체가 도포되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, Si 기판 상의 발광소자는 제1 PCB 기판의 전극에 금 세선을 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 제1 PCB 기판은 원형이며 관통홀은 Si 기판에 대응되도록 사각형인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 제1 PCB 기판은 사각형이며 관통홀은 Si 기판에 대응되도록 사각형인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 제1 PCB 기판 상단에는 비금속기지의 제2 PCB 기판이 형성되며, 제1 PCB 기판 및 제2 PCB 기판 중 하나 이상에는 Si 기판에 실장된 발광소자를 구동할 수 있는 구동회로가 형성된 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 제1 PCB 기판 및 제2 PCB 기판의 절연 물질은 FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, FR-5, FR-6, CEM-1, CEM-2, CEM-3, CEM-4, CEM-5, Teflon, G-10, G-11 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 제1 PCB 기판은 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 하부 기판은 표면에 절연층이 형성된 Al 기판인 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, Si 기판은 관통홀에 수용되도록 하부 기판에 열을 전달하는 유체물질을 매개로 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 광 모듈의 제조 방법으로서, 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에, 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 실장된 Si 기판과 전극과 관통홀이 형성된 비금속기지의 PCB 기판을 부착하되, Si 기판은 PCB 기판의 관통홀에 수용시키는 단계; 및 Si 기판의 발광소자와 PCB 기판의 전극을 전기적으로 연결시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에, 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 실장된 Si 기판과 전극과 관통홀이 형성된 비금속기지의 PCB 기판을 부착하되, Si 기판은 PCB 기판의 관통홀에 수용시키는 단계는 열을 전달하는 유체물질을 매개로 하여 하부 기판과 Si 기판을 부착하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 예에 따라, 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에, 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 실장된 Si 기판과 전극과 관통홀이 형성된 비금속기지의 PCB 기판을 부착하되, Si 기판은 PCB 기판의 관통홀에 수용시키는 단계는 폴리머로 상기 PCB 기판의 표면을 도포하여 도금을 위한 마스크를 형성한 뒤 도금을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Si 기판을 이용한 모듈의 장점인 방열 특성 개선 및 이를 통한 광 효율 향상의 효과를 얻으면서도 조립 공정을 단순화 하고 재료비를 절감할 수 있어 저가격, 고성능의 COB 기반의 광 모듈 제작이 가능하다.
또한 이렇게 제작된 모듈의 광 방출 면적 이외의 영역은 PCB 형태로 제작되어 다양한 형태의 광 모듈 구동용 전기회로를 함께 내장할 수 있어 등기구 제조에 있어 전기회로 장착에 따른 공간 제약의 문제를 해결할 수 있으며, 전기회로가 동작하면서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있어 전기회로의 수명을 연장시킬 수 있는 조명등을 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 제1 PCB 기판의 구조를 나타낸 평면도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 광 모듈의 측면 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 광 모듈의 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 형광체가 도포된 광 모듈의 측면 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 제2 PCB 기판이 부착된 광 모듈의 측면 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 원형으로 성형된 제1 PCB 기판의 구조를 나타낸 평면도이다.
본 발명은, 관통홀을 구비하고 표면에 다수의 전극이 형성된 비금속기지의 제1 PCB 기판; 및 제1 PCB 기판의 관통홀 내부에 수용되고 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 표면에 실장된 Si 기판;을 포함하고 Si 기판 상의 발광소자는 제1 PCB 기판의 전극에 전기적으로 연결되는 광 모듈을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 PCB 기판의 구조를 나타낸 평면도이다. 상기 제1 PCB 기판(100)은 특히 MC-PCB(Metal Core-Printed Circuit Board) 등의 금속 기반의 기판이 아닌 것을 사용해도 무방하다는 점을 특징으로 한다. 즉 제1 PCB 기판(100)은 비금속기지의 PCB 기판으로서, 절연 물질로서 FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, FR-5, FR-6, CEM-1, CEM-2, CEM-3, CEM-4, CEM-5, Teflon, G-10, G-11 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 보강기재로서 글래스(glass)를 기반으로하는 FR-4, FR-5 등의 범용 PCB 기판을 사용할 수 있다. 제1 PCB 기판(100) 중앙에는 관통홀(110)이 형성되어 있으며 그 주변으로 발광소자와 전기적으로 연결되기 위한 다수의 전극(120)이 형성되어 있다. 또한 상기 관통홀(110) 가까이에는 도금층(130)이 형성되어 있는데 이 도금층은 발광소자와의 와이어 본딩을 위한 것으로서 금으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 도금층(130)은 전극 배선(140)을 통하여 전극(120)과 전기적으로 연결된다. 본 도면에서는 도시되지 않았으나 상기 제1 PCB 기판의 하단에는 추후에 하부 기판(200)이 부착된다. 하부 기판은 열방출 효율을 위해 금속 재질인 것이 바람직하며, 특히 절연층이 형성된 Al 기판인 것이 바람직하다. 또한 제1 PCB 기판(100) 상에 전극(120) 및 전극 배선(140)의 회로를 제작한 후 각종 광 모듈 구동용 소자를 제1 PCB 기판 상에 표면 실장하여 추후 연결되는 광 모듈을 위한 구동회로를 제작할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광 모듈을 측면에서 자른 단면도이다. 금속 재질의 하부 기판(200) 위에 제1 PCB 기판(100)이 부착되며, 하부 기판(200)에서 상기 제1 PCB 기판의 관통홀이 형성된 곳에 표면에 절연층이 형성되는 Si 기판(300)이 부착된다. 상기 Si 기판 상단에는 발광소자가 형성되는데 하나 혹은 다수가 예를 들어 4 X 4의 배열 등으로 형성되고, 다수의 발광소자가 형성된 경우 각 발광소자들은 병렬 내지 직렬 혹은 양 방식의 혼합한 형태로 Si 기판에 형성된 도금층에 의해 전기적으로 연결된다. 이러한 Si 기판 위에서의 발광소자의 배치 및 소자 간 전기적 연결에 대한 구성을 포함하도록 본 도면 및 이하 도면에서는 개념화된 이미지로만 도시하였다. 이 발광소자(400)는 모두 제1 PCB 기판의 다수의 전극(120)과 전기적으로 연결되는데 본 실시예에서는 도금층(130)과의 와이어 본딩(150)과 전극 배선(140)을 통해 전극(120)과 전기적으로 연결된다. 또 다른 실시 예에 따라 상기 Si 기판(300)에 도금층을 추가적으로 구성하고 상기 발광소자(400)는 Si 기판의 도금층으로 와이어 본딩되고 다시 Si 기판의 도금층에서 상기 제1 PCB 기판의 도금층(130)으로 와이어 본딩될 수도 있다. 따라서, 본 발명에서 Si 기판 상의 발광소자가 제1 PCB 기판의 전극에 전기적으로 연결된다는 것은 발광소자로부터 PCB 기판의 도금층으로 와이어 본딩에 의해 직접 연결되는 경우와, 발광소자로부터 Si 기판 상의 도금층을 통해 PCB 기판의 도금층으로 와이어 본딩에 의해 연결되는 경우 모두를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 여기서 Si 기판(300)은 상면에 절연층이 형성되는 것이 바람직하며 와이어 본딩(150)은 금 세선인 것이 바람직하다. 전극(120)은 추후에 발광소자(400)를 구동할 수 있는 구동전원과 연결되어 발광소자를 발광시키게 되며 이 때 발생하는 열은 Si 기판을 거쳐 하부 기판을 통해 방출된다. 따라서 상기 Si 기판과 상기 하부 기판은 열을 전달하는 유체물질, 예를 들어 써멀 그리스(Thermal Grease) 등을 매개로 부착되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 구조를 통해 알 수 있듯이 Si 기판의 주위로 PCB 기판을 구비하여 전극부를 구성함으로써 Si 기판에 대한 납땜 작업이 없어져 공정이 쉬워지며 Si 기판 상에는 발광소자가 실장될 공간만이 요구되므로 모듈 당 요구되는 Si 기판의 크기를 줄일 수 있어 재료비를 절감할 수 있다. 결국, COB형 광 모듈에 있어서 회로 실장에 유리한 PCB 기판의 장점과 열방출과 경면 연마에 유리한 Si 기판의 장점을 모두 활용할 수 있는 구조인 것이다. 또한 실시 예에 따라 상기 PCB 기판에 DC-DC 컨버터 등 발광소자(400)의 구동에 필요한 회로를 손쉽게 내장할 수 있는데 이 경우 구동회로까지 모두 구비한 일체형 광 모듈을 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광 모듈의 구조를 나타낸 평면도이다. 전술한 대로 발광소자(400)가 실장된 Si 기판(300)은 제1 PCB 기판(100)의 관통홀(110)에 수용되도록 금속 재질의 하부 기판(200)에 부착된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, 형광체를 도포한 광 모듈을 측면에서 자른 단면도이다. 도 2에서 보았던 광 모듈의 구조에 댐(160)과 형광체(170)를 추가한 구성이다. 여기서 볼 수 있듯이 제1 PCB 기판(100) 상에 댐(160)을 Si 기판(300) 주위로 형성하고 여기에 형광체(170)를 도포하여 광 모듈을 구성한다. 여기서 형광체(170)는 발광소자(400) 및 도금층(130), 와이어 본딩(150)을 습기나 먼지 등의 외부물질로부터 보호하는 봉지재의 역할을 할 수 있으며 또한 형광 물질을 통하여 발광소자(400)의 발광특성을 향상시킨다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광 모듈을 측면에서 자른 단면도이다. 도 4의 광모듈의 구조에 제2 PCB 기판(500)이 추가되어 있는 구조로서, 본 실시 예에서는 도면에서와 같이 발광소자(400)의 상단 방향으로의 발광을 제한하지 않도록 홀이 형성된 제2 PCB 기판(500)이 댐(160) 상부에 얹어지는 형태로 구성되었다. 여기서 제2 PCB 기판(500)은 제1 PCB 기판(100)과 관련하여 앞서 설명한 대로, 비금속기지의 PCB 기판인 것이 바람직하다. 또한 제2 PCB 기판(500)은 발광소자(400)의 발광을 제한하지 않는 한도에서 제1 PCB 기판과의 관계에서 적층식으로 구성된다면 다른 형태로도 구성될 수 있다. 또한 실시 예에 따라 제1 PCB 기판(100)과 마찬가지로 상기 제2 PCB 기판(500)에도 발광소자(400)의 구동을 위한 회로가 내장될 수 있는데, 이렇게 구동회로들이 내장된 PCB 기판을 적층식으로 구성함으로써 구동회로가 일체화된 광 모듈을 제공하면서도 단일 모듈의 크기를 크게 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 PCB 기판(100)을 원형으로 구성한 실시 예를 나타낸다. Si 기판만으로 COB 형태의 광 모듈을 제작할 경우 Si 기판을 원형으로 가공해야 하므로 공정상 어려움이 발생한다. 따라서 본 도면에서와 같이 상대적으로 원형 가공이 쉬운 PCB 기판을 원형으로 구성하는 방법으로 광 모듈의 외형을 원형으로 유지함과 동시에 공정상의 난이도를 낮출 수 있다.
다음으로 도 4에 도시한 일 실시 예의 광 모듈을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 여기서 발광소자(400)로는 LED를 이용하고 하부 기판(200)으로는 산화 처리된 Al 기판을 이용하는 광 모듈의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저 LED가 실장될 Si 기판의 표면을 절연 처리하여 LED 실장을 위한 기판을 만든다. 이 경우 본 출원인의 대한민국 등록특허 제10-1121151호, "LED 모듈 및 그 제조방법"을 이용하여 절연 처리된 Si 기판(300)을 제작할 수 있다. 그리고 Al 판의 상면을 산화 처리하여 상면이 절연 처리된 Al 기판을 제작한다. 그 후 PCB 기판의 중앙부에 사각형 형상의 관통홀(110)을 보유하도록 성형하고 다음으로 상기 PCB 기판 상에 전극 배선(140)을 형성하고 전극(120)을 양극과 음극으로 나누어 형성한다. 그리고 Si 기판이 부착될 영역과 상기 전극(120) 영역 및 도금층(130)이 형성될 영역만을 제외하고 폴리머로 상기 PCB 기판을 도포하는데, 이는 선택적 도금을 진행하기 위한 마스크의 역할과 함께 PCB 기판의 산화 방지 및 광 모듈 제작 후 발생되는 빛의 반사율을 높이기 위한 막의 역할을 한다. 이러한 선택적 도금 작업을 진행하여 도금층(130)을 형성한 후 형광체 도포를 위한 댐 공정을 진행하여 댐(160)을 제작하여 제1 PCB 기판(100)을 완성한다. 이렇게 제작된 제1 PCB 기판(100)에 상기 절연 처리된 Al 기판을 부착하여 하부 기판(200)의 역할을 하도록 하는데 이 때 부착은 접착제를 이용할 수 있다. 이 후 외곽 형성을 위한 라우팅(Routing) 처리와 개별 분리를 위한 V-컷 공정을 진행하여 Si 기판(300)을 올리기 위한 패키지를 완성한다. 이 패키지의 관통홀(110) 영역에 열을 전달하는 유체물질, 예를 들어 써멀 구리스(Thermal Grease)를 도포하고 상기 제조된 Si 기판(300)을 부착한 뒤 LED 소자를 다이 본딩(Die Bonding)한 후 다시 도금층(130)과 와이어 본딩하여 전극(120)과 LED 소자 간의 전기적 연결을 완성한다. 그리고 마지막으로 댐(160)으로 둘러쌓인 영역에 형광체(170)를 도포하여 광 모듈 제조를 완료한다.
이상 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 상기에서 설명된 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.
본 발명에 따르면, 열방출 효율이 높은 Si 기판을 이용하는 COB 타입의 광 모듈을 제작하는 데에 있어 Si 기판 상의 솔더링 공정을 없애 작업성이 뛰어나며, Si 기판의 면적을 줄일 수 있어 생산단가를 낮출 수 있고 원하는 모양으로 광원을 형성할 수 있는 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.
또한, 기판에 발광소자의 구동에 필요한 회로들을 내장할 수 있어 단일 패키지화가 가능한 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.
또한, 기판 상에 발광소자의 구동에 필요한 다양한 회로를 부착할 수 있어 단일 패키지화가 가능한 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.
또한, 기판 형상을 손쉽게 가공할 수 있어 원형 등 다양한 형태의 광원을 형성할 수 있는 광 모듈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.
없음.

Claims (13)

  1. 관통홀을 구비하고 표면에 다수의 전극이 형성된 비금속기지의 제1 PCB 기판; 및
    제1 PCB 기판의 관통홀 내부에 수용되고 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 표면에 실장된 Si 기판;을 포함하고 Si 기판 상의 발광소자는 제1 PCB 기판의 전극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 제1 PCB 기판에는 형광체 도포를 위한 댐이 형성되며 댐 내부에는 형광체가 도포되는 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  3. 제1항에 있어서, Si 기판 상의 발광소자는 제1 PCB 기판의 전극에 금 세선을 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 제1 PCB 기판은 원형이며 관통홀은 Si 기판에 대응되도록 사각형인 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 제1 PCB 기판은 사각형이며 관통홀은 Si 기판에 대응되도록 사각형인 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 PCB 기판 상단에는 비금속기지의 제2 PCB 기판이 형성되며, 제1 PCB 기판 및 제2 PCB 기판 중 하나 이상에는 Si 기판에 실장된 발광소자를 구동할 수 있는 구동회로가 형성된 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 PCB 기판 및 제2 PCB 기판의 절연 물질은 FR-1, FR-2, FR-3, FR-4, FR-5, FR-6, CEM-1, CEM-2, CEM-3, CEM-4, CEM-5, Teflon, G-10, G-11 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 PCB 기판은 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 하부 기판은 표면에 절연층이 형성된 Al 기판인 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  10. 제8항에 있어서, Si 기판은 관통홀에 수용되도록 하부 기판에 열을 전달하는 유체물질을 매개로 부착되는 것을 특징으로 하는 광 모듈.
  11. 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에, 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 실장된 Si 기판과 전극과 관통홀이 형성된 비금속기지의 PCB 기판을 부착하되, Si 기판은 PCB 기판의 관통홀에 수용시키는 단계; 및
    Si 기판의 발광소자와 PCB 기판의 전극을 전기적으로 연결시키는 단계;를 포함하는 광 모듈 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에, 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 실장된 Si 기판과 전극과 관통홀이 형성된 비금속기지의 PCB 기판을 부착하되, Si 기판은 PCB 기판의 관통홀에 수용시키는 단계는 열을 전달하는 유체물질을 매개로 하여 하부 기판과 Si 기판을 부착하는 것을 특징으로 하는 광 모듈 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 표면에 절연층이 형성된 금속재질의 하부 기판 상에, 표면에는 절연층이 형성되며, 발광소자가 실장된 Si 기판과 전극과 관통홀이 형성된 비금속기지의 PCB 기판을 부착하되, Si 기판은 PCB 기판의 관통홀에 수용시키는 단계는 폴리머로 상기 PCB 기판의 표면을 도포하여 도금을 위한 마스크를 형성한 뒤 도금을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 모듈 제조 방법.
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