KR101608978B1 - 방열형 led 발광소자 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
방열을 포함하는 LED 발광소자 모듈에 관하여 개시한다. 본 발명은, LED 패키지; 인쇄회로기판; 인쇄회로기판과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크; 인쇄회로기판과 히트 싱크를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 도열점착층; 및 도열점착층에 접착되는 인쇄회로기판, 또는 히트 싱크의 지지부를 포함함으로써, LED 발광소자 모듈에서, 인쇄회로기판 자체로 방열 제어를 수행하고, LED 발광소자 방열에 대한 부착물의 설치를 고려를 하지 않게 한다.
Description
본 발명은 방열을 포함하는 LED 발광소자 모듈에 관한 것으로, 구체적으로는, 인쇄회로기판 자체에서 LED 열원을 방열하는 LED 발광소자 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board)에 배열되는 LED(light emitting diode) 패키지(Package)는 LED칩을 안착하는 1-4개의 LED 다이(die)가 보통의 경우 플라스틱 계열의 패키지 안에서 와이어 본딩에 의하여 리드 프레임에 연결되고 인쇄회로기판(PCB)의 전극 패턴에 솔더링 또는 접착제로 연결되고 있다.
LED 발광소자 모듈은 적층 상 구조로 보면 대략 4가지의 구조이다. 차례대로 상부가 렌즈를 포함하는 LED 패키지부, 그 아래가 인쇄회로기판부, 접착부, 방열부로 되어 있다. LED 패키지와 인쇄회로기판 접촉부 또는 인쇄회로기판과 방열판의 접촉부 사이에는 열전도가 잘 일어나는 TIM(Thermal Interface Materials) 시트, 또는 열전도 페이스트(paste)를 통하여 실제 방열 작용을 하는 방열판에 열이 잘 전도되도록 하고 있다. 여러 개의 LED 패키지들을 인쇄회로기판에 부착하여 LED 조명기구 제품의 광원으로 응용된다.
인쇄회로기판은 CEM-1(Composite Epoxy Material) 및 CEM-3(Composite Epoxy Material), FR-4(Flame Retardant), Metal-PCB 등의 재료(질)을 사용하여 제조되고 있다.
CEM-1은 에폭시 레진과 종이 코어의 합성체이다. CEM-3는 표면에 제조된 유리섬유와 에폭시 레진의 합성체이다. 대체로 저효율(low power) LED Chip에서 0.2W 급에 제한적으로 사용되고 가격이 싼 편이다.
FR-4는 에폭시 레진이 함침된 유리 섬유가 여러 겹으로 쌓여 있는 적층물이다. 치수변화나 흡수성이 적으며 열과 강도 등이 다른 재질과 비교할 때, 평균치에 가까운 재질로서 가격 대비 성능이 우수한 편이어서 사용하는 재질이지만 CEM-1,3에 비해 가격이 비싸고, 대체로 중 효율(middle power) LED Chip에서 0.3W/0.5W급에 적용되고 있다. 임계온도가 120~130℃로서 낮은 편이이어서 두께에 의해 온도 영향을 많이 받는 편이다.
Metal-PCB는 규소, 아연, 알루미늄 재질의 원판이 주로 사용되며, FR-4 재질보다 가격이 높다는 것과 대체로 고 효율(high power) LED Chip인 1W/2W/3W/5W, 10W 급이 적용된다.
LED PCB 기판의 제조에서는 LED SMT(Surface Mount Technology), 도전층(동박, 동/은 잉크) 패턴의 효과적인 설계, 알루미늄 및 세라믹 베이스 재질을 응용한 절연층 및 절연 도열 층의 구현, 기판으로서 알루미늄 또는 세라믹 등을 적용하여 PCB를 제조한 뒤 방열부재(heat sink)에 접합하여 사용할 수 있도록 하고 있다.
LED 패키지 모듈 또는 LED 조명 모듈 등은 실제 운용에서 열관리가 중요하여 기판의 뒷면에 방열판을 달아주는 것으로 해결하고 있다. 방열부재의 방열성능은 재료, 면적 등에 따라 다르게 나타난다. 방열 재료로는 성형성이 좋고 가벼운 알루미늄이 많이 사용되고 있다.
그러나, 기존의 LED PCB 제조 방법으로 제조된 LED 발광소자 모듈은 분리 공정으로 제조되기 때문에 열전도율이 낮아질 수 있으므로 방열성능을 높이는데 제약이 따를 수 있다.
열 전도성을 증가시키기 위해 열 전달 유체 물질로 선택되는 서멀 그리스(thermal grease), 또는 서멀 컴파운드(thermal compound), HTP(heat transfer paste) 등은 히트 싱크를 통한 부품 방열을 돕는 데 쓰이지만 긴 시간 사용할 경우 실리콘 유실 등으로 인해 열 저항과 온도가 상승할 수 있다.
또한, 방열부재를 설치하는데 있어서 LED 패키지와 인쇄회로기판의 무게를 고려하지 않고 부착나사를 사용하여 경량부터 중량급까지 히트 싱크에 동일하게 부착하는 방식이므로 제조 공정이 복잡 다양하고 비용이 많이 드는 단점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은, LED 패키지와 히트 싱크를 인쇄회로기판을 중심으로 통합하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, LED 열원의 열을 방열계통으로 장애 없이 전도하여 방열하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LED 열원에 대한 안정적인 방열 제어를 수행하도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LED 열원에 대한 방열계통 설치와 제조를 유리하게 하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 상기 리드 프레임에 대응하는 전극 패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크; 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키고 상기 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하여 상기 인쇄회로기판과 히트 싱크를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 도열점착층; 및 상기 히트 싱크를 상기 도열점착층에 접착시키기 위하여 상기 히트 싱크에 형성된 지지부;를 포함하여 이루어지며, 상기 지지부는, 상기 히트 싱크의 상부에 형성된 공극 및 겔화 상태의 열전도성 접착체가 침투하는 하부의 전개 홈;으로 구성되고, 상기 전개 홈의 넓이는 상기 공극에 비해 더 넓은 크기로 형성된 방열형 LED 발광소자 모듈로부터 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도열점착층은, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 상기 열전도성 접착제에 함침된 필러 11 내지 14중량%의 열전도체;를 포함하는 도열점착층이다. 에폭시와 아크릴의 합성은 기존 접착제의 문제를 보완한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 필러는, 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자 또는 탄소 화합물이거나, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함하며, 여기에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 필러의 점유율은, 분말 입자의 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제의 부피 면적에서 20 내지 30%를 점유하는 기준으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도열점착층의 열전도체의 매트릭스(matrix)가 탄소 화합물 복합 입자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도성 플레이트는, 개구 홀들을 가지며, 개구율은 전체 면적에서 50%이하일 때, 바람직한 접착 지지 강도와 충분한 열전도가 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도성 플레이트의 면은, 평탄한 면이거나 파형인 면, 요철형인 면을 포함할 수 있다. 비평탄면은 접촉 표면적을 증가시키므로, 부분적으로 열전도율에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이의 도열점착층은 지지부를 포함할 수 있다. 지지부는, 히트 싱크와 마주하는 인쇄회로기판 면의 표면에 표면적을 증가시키는 홈을 형성하여 지지력을 강화할 수 있다. 여기에 한정되지 않는다.
또한, 지지부는, 히트 싱크에 형성된 공극을 포함한다. 공극은 열전도성 접착체가 침투하는 전개 홈을 포함함으로써, 열도성 접착제 성분이 액상으로 침투 후 경화에 의해 지지력을 유지한다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 상기 리드 프레임에 대응하는 전극패턴을 포함하는 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크; 상기 인쇄회로기판과 히트 싱크를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 도열점착층;을 포함하며, 상기 도열점착층은 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 상기 열전도성 접착제에 함침된 필러 11 내지 14중량%의 열전도체;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 열전도성 접착제를 제조하여 히트 싱크 표면에 도포하는 단계; 상기 단계로부터 도포된 열전도성 접착제 위에 인쇄회로기판을 올려놓고 경화된 도열점착층을 형성하는 단계; 및 상기 인쇄회로기판의 상면에 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하는 단계;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 열전도성 접착제를 제조하여 히트 싱크 표면에 도포하는 단계; 및 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하여 인쇄회로기판을 상기 단계로부터 도포된 열전도성 접착제 위에 올려놓고 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하는 단계;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조하는 단계; 상기 열전도성 플레이트를 겔화 상태의 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키는 단계; 상기 열전도성 플레이트가 수용된 겔화 상태의 열전도성접착제를 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하는 단계; 상기 열전도성 접착제 표면에 인쇄회로기판을 올려놓고 압착하여, 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하는 단계; 및 상기 인쇄회로기판의 상면에 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하는 단계;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조하는 단계; 상기 열전도성 플레이트를 겔화 상태의 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키는 단계; 상기 열전도성 플레이트가 겔화 상태의 열전도성 접착제를 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하는 단계; LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하여 인쇄회로기판을 상기 단계로부터 도포된 열전도성 접착제 위에 올려놓고 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하는 단계;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 히트 싱크에 공극을 형성하고, 열전도성 접착제를 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 공정 또는 분사 공정을 더 포함함으로써, 열전도성 접착제의 지지력을 구조적으로 강화시킨다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 도열점착층은, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 상기 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러;를 포함하는 열전도성 접착제의 경화에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도성 플레이트에 형성된 복수의 개구 홀들을 따라 열전도성 접착제를 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 LED 패키지와 히트 싱크를 인쇄회로기판을 중심으로 통합함으로써, 방열을 위한 별도의 부착물 설치 작업을 하지 않아도 되는 자체 방열형 LED 발광소자 모듈로 제품화된다.
또한, 본 발명은, LED 열원의 열을 방열계통으로 장애 없이 전도하고 효과적으로 식혀준다.
또한, 본 발명은, 인쇄회로기판과 히트 싱크 사이에 견고한 도열점착층을 형성하여 안정적인 방열 제어를 수행한다.
또한, 본 발명은, LED 열원에 대한 방열계통의 설치와 제조를 LED 발광소자 모듈 설계와 공정에 유리하게 적용한다.
또한, 본 발명은, 대면적 고밀도 집속형 고출력 COB LED 패키지에 방열 효과를 기대할 수 있으며, 조명 제품 분야 및 다양한 LED 열원 제품 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조명 기구 제품에 적용되는 방열형 LED 발광소자 모듈의 예시도 이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 부분 절취 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 단면 구조의 예시도 이다.
도 4는 도 3의 A부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층상 단면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 플레이트 형상의 예로서, (a)는 평면, (b)~(e)는 비평면으로서, (b)는 파형 단면, (c)는 어긋난 요철형, (d)는 윗면 돌출 요철형, (e)는 밑면 돌출 요철형의 예이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층상 단면의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트 싱크의 예로서, (a)는 표면도, (b)는 (a)의 B-B'선 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 부분 절취 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 단면 구조의 예시도 이다.
도 4는 도 3의 A부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층상 단면 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 플레이트 형상의 예로서, (a)는 평면, (b)~(e)는 비평면으로서, (b)는 파형 단면, (c)는 어긋난 요철형, (d)는 윗면 돌출 요철형, (e)는 밑면 돌출 요철형의 예이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층상 단면의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트 싱크의 예로서, (a)는 표면도, (b)는 (a)의 B-B'선 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈로서 조명 기구 제품 등에 적용될 수 있음을 나타낸 예시도 이다. 복수의 LED 패키지들이 둥근 모양으로 배열되어 있으며 기판의 전체 형상도 둥근 모양으로 가공하여 제조된 예이다.
LED 패키지(100)를 보면, 보통의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, LED칩(110)을 안착하는 1-4개의 LED 다이가 플라스틱 계열의 패키지 안에서 와이어 본딩에 의하여 리드 프레임에 연결되고 인쇄회로기판의 전극패턴에 솔더링 또는 접착제로 연결되고 있다. 이와 형식이 다른 COB(Chip-On-Board)형 LED 패키지는 LED 칩을 직접 인쇄회로기판에 다이 본딩 하고 금속 와이어를 매개로 와이어 본딩하여 연결되고 있다.
본 발명은 LED 패키지와 방열계통을 통합하여 일체형으로 모듈화한다. LED 패키지는 특정된 어느 하나의 LED 패키지 형식에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 부분 절취 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 단면 구조의 예시도 이다.
본 발명의 실시 예에 따른 LED 발광소자 모듈은, 도 2를 참조하면, LED 발광소자(110)를 실장한 리드 프레임(120)을 포함하는 LED 패키지(100)를 인쇄회로기판(200) 위에 배치하고 인쇄회로기판(200)의 아래에는 히트 싱크(300)를 두어 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)를 도열점착층(400)으로 통합하도록 구성되어 있다. 여기서, 리드 프레임(120)은 LED 발광소자(110)가 가지는 와이어 전극을 포함하는 의미로서 패키지면에서 리드 프레임(120)으로 총칭한다.
인쇄회로기판(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, LED 패키지(100)의 LED 발광소자(110)와 접속된 리드 프레임(120)에 대응하는 전극 패턴(210)을 포함한다. 전극 패턴(210)은 LED 발광소자(110)를 접속하는 회로 통로로서 다양한 패턴을 가질 수 있다.
히트 싱크(300)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(200)과 대면하여 열을 방열하는 부분이다. 보통 알루미늄 재료를 사용하지만 여기에 한정되지 않는다. 구리, 스테인리스(stainless steel), 은, 니켈, 티탄, 철 등의 금속계 재료, 또는 그래파이트(graphite), 알루미나(alumina), 질화알루미늄(aluminium), 산화지르코늄 등의 무기계 재료(inorganic material), 또는 이들의 복합재료(composite material)를 이용해도 좋다. 히트 싱크의 형상은 가능하다면 표면적을 크게 하는 돌출부, 핀 등의 형상을 포함하여 성형하여도 좋다.
도열점착층(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(400)를 면대 면으로 접착 지지한다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 열전도체(420)를 매트릭스(430) 성분으로 가질 수 있다.
그리고, 도열점착층(400)에 의해 상호 접착되는 인쇄회로기판(200), 또는 히트 싱크(300)는 도열점착층(400)을 기준으로 긴 시간 사용에 의한 점착력의 약화, 열화에 의한 와해, 또는 충격에 의한 박리 등을 감안하여 지지부를 포함하도록 되어 있다.
방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 상 구조는, 도 2에 도시된 바와 같이 방열형 LED 발광소자 모듈을 구성하는 기본 구조일 수 있으나, 부분의 치환 및 변경 등에 의해 달라질 수 있을 것이므로, 여기에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, LED 발광소자(110)를 실장하고 리드 프레임(120)을 포함하는 LED 패키지(100)와, 리드 프레임(120)에 대응하는 전극 패턴(210)을 포함하는 인쇄회로기판(200), 인쇄회로기판(200)과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크(300), 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300)를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 도열점착층(400)으로 구성될 수 있다. 도열점착층(400)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제(410)와, 열전도체로서 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러(420)를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈로 구성될 수 있다.
도열점착층(400)을 형성하는 에폭시 레진은, 비스페놀 A(bisphenol A)와 에피클로로히드린(epichlorohydrin)의 축합 중합에 의해서 합성될 수 있다. 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 비를 조절하면 다양한 종류의 분자량을 가진 에폭시 수지를 제조할 수 있다. 에폭시 레진은 경화제와 반응하여 경화 후 가교 결합을 한 3차원적 고분자 구조를 만들어 인쇄회로기판(200)과 히트 싱크(300) 사이에서 강력한 접착성을 나타낸다. 도열점착층(400)에서 에폭시 레진의 함량이 55중량% 이하이면, 접착력이 낮아지고, 70중량% 이상이면, 파괴에 대한 저항도(인성)가 낮아질 수 있다. 도열점착층(400)에서 에폭시 레진 55 내지 70중량%의 함량은 접착력과 인성을 감안한 범위이다.
도열점착층(400)을 형성하는 아크릴 레진은, 아크릴산, 메타크릴산 및 이것들의 유도체인 아크릴 아미드, 아크릴로니트릴 등의 중합체를 포함하는 고분자 화합물로서, 서로 다른 성질을 가지는 에폭시 레진과 공중합물로 될 때 에폭시 레진의 물성을 보완할 수 있다. 도열점착층(400)에서 아크릴 레진의 함량이 15중량% 이하이면, 에폭시 레진의 물성에 영향을 거의 미치지 못하고, 25중량% 이상이면, 인성이 높아질 수 있으나 에폭시 레진의 물성을 급격히 떨어뜨려 접착력의 약화를 가져올 수 있다. 도열점착층(400)에서 아크릴 레진 15 내지 25중량%의 함량은 접착력과 인성을 감안한 범위이다.
경화제로는, 에피클로로히드린을 반응시켜 얻어지는 프레폴리머에 아민, 산무수물, 삼플루오르화 붕소 등에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 배합하여 얻어진 경화제를 사용할 수 있다. 이 경화제를 액상의 에폭시/아크릴 레진에 반응시켜 경화할 수 있다. 도열점착층(400)에서 경화제의 4중량% 이하이면 경화시간의 지연, 6중량%이상이면 경화시간의 단축으로, 안정화된 경화상태에 도달할 수 없다. 4 내지 6중량% 의 경화제 함량은 액상의 에폭시/아크릴 레진의 경화반응 시간을 조절하여 경화상태를 안정화시킬 수 있는 함량일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈은, LED 패키지(100)와 히트 싱크(300)를 도열점착층(400)을 통해 인쇄회로기판(200)을 중심으로 통합함으로써, 방열을 위한 별도의 히트 싱크 등을 부착나사로 체결하는 부착물 설치 작업을 하지 않고, LED 발광소자 모듈 제조 과정에서 히트 싱크를 모듈에 일체화시켜 자체 방열형 LED 발광소자 모듈로 제품화된다. 따라서, LED 발광소자 모듈에 히트 싱크 등과 같은 별도의 방열을 위한 복잡한 부품 설치 작업 없이 바로 사용할 수 있는 방열형 LED 발광소자 모듈 제품을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈은, LED 열원의 열을 도열점착층(400)을 통해 방열계통으로 장애 없이 전도한다. 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층(400)은 열 전달 물질로 선택되는 서멀 그리스, 또는 서멀 컴파운드, HTP(heat transfer paste) 등에 비해 박리 강도와 점착력 및 내전압 특성 등을 자유롭게 조절하여 적용할 수 있는 유리한 물성을 가지며, 열전도율을 자유롭게 조정하여 적용할 수 있으므로, 점착력의 저하나 박리 이탈 등의 문제 없이 견고한 점착력으로 긴 시간 동안 열 저항 상승 없이 안정적인 열전도 상태를 지속시키는데 유리하다.
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈은, 히트 싱크(400)를 인쇄회로기판(200)과 면대 면으로 설치하는데 있어서 LED 패키지(100)와 인쇄회로기판(200) 및 히트 싱크(400) 등의 무게를 고려하여 도열점착층(400)의 점착력을 사전에 조정하여 견고한 방열형 LED 발광소자 모듈로 제품화될 수 있으므로, 안정적인 방열 제어를 수행한다
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈은, 인쇄회로기판과 히트 싱크 상호 간 면대 면 접촉부의 박리 및 이탈 등의 문제 없이 사용할 수 있는 고 신뢰성 방열형 LED 발광소자 모듈로 제품화된다. 이는 경량부터 중량급까지 부착나사를 사용하여 히트 싱크를 인쇄회로기판에 동일한 방법으로 부착하는 기존 복잡한 제조 공정을 간단한 방법과 저렴한 비용으로 대체할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈은, LED 열원의 방열을 위해 설치하는 히트 싱크의 설치와 제조를 LED 발광소자 모듈 설계와 공정에 체계적으로 적용하여 관리할 수 있으며, 대면적 고밀도 집속형 고출력 COB LED 패키지에 적용될 수 있으며, 조명 제품 분야 및 다양한 LED 열원 제품 분야에 적용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈을 구성하는 도열점착층의 특성을 평가하기 위하여 실시 예1,2와 같이 시료 1,2를 제조하였고, 대조군으로서 비교 예1,2와 같은 방법으로 시료 3,4를 비교적으로 구분하여 제조하였다.
이하, 본 발명의 실시 예1,2 및 비교 예1,2를 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 단면 구조의 예시도 이다. 도 4는 도 3의 A부 확대도로서, 도열점착층에 포함된 열전도체 파티클의 예시이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 도열점착층의 단면은 실시 예1의 시료 1, 실시 예2의 시료 2, 비교 예1의 시료 3, 비교 예2의 시료 4일 수 있다.
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경 1~3㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 63.0 |
| 아크릴 레진 | 아크릴 레진 20.0 | ||
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 12.5 | |||
접착제(경화제 포함): 87.5중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 12.5중량%(±1.5 기준), 점유율: 12.5%(±1.5 기준)
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경 1~3㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 63.0 |
| 아크릴 레진 | 아크릴 레진 17.5 | ||
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 15.0 | |||
접착제(경화제 포함): 85중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 15중량%(±1.5 기준), 점유율: 12.5%(±1.5 기준)
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경15~30㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 85.5 |
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 10.0 | |||
접착제(경화제 포함): 90중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 10중량%(±1.5 기준)
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경15~30㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 80.5 |
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 15.0 | |||
접착제(경화제 포함): 86중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 15중량%(±1.5 기준)
실시 예 1
TORAY사 에폭시 레진 63중량%, DUPONT사 아크릴 레진 20중량%를 액상의 용융 상태로 가열 혼합하여 액상화 하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러 12.5중량%를 혼합된 액상의 상기 에폭시/아크릴 레진에 1차 투입하고, 다시 가열 교반을 실시한 후, 프레폴리머에 아민을 배합한 경화제 4.5중량%를 투입하여 골고루 혼합한 후 매끈한 평판 위에 두께가 0.15mm가 되도록 도포 경화시켜 평판 시트 상에 본 발명에서 형성하는 도열점착층에 상응하는 점착층을 형성하여 시료 1을 제조하였다. 제조된 시료 1은 도 3에 도시된 바와 같은 도열점착층에 대응하는 시료이다.
실시 예 2
실시 예 1과 동일한 과정과 방법으로 평판 시트 상에 도열점착층을 형성하는 시료 2를 제조하였다. 실시 예1과 다른 점은 DUPONT사 아크릴 레진을 17.5중량%로 조정하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러를 15중량%로 조정하여 도 3에 도시된 바와 같은 도열점착층에 대응하는 시료 2를 제조하였다.
비교 예 1
TORAY사 에폭시 레진 85.5중량%을 가열하여 액상화 하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러 10중량%를 액상의 에폭시 레진에 투입하고, 다시 가열 교반을 실시한 후, 프레폴리머에 아민을 배합한 경화제 4.5중량%를 투입하여 골고루 혼합한 후 매끈한 평판 위에 두께가 0.15mm가 되도록 도포 경화시켜 평판 시트 상에 본 발명에서 형성하는 도열점착층에 상응하는 점착층을 형성하여 시료 3을 제조하였다. 제조된 시료 3은 도 3에 도시된 바와 같은 도열점착층에 대응하는 시료이다.
비교 예 2
상기 비교 예 1과 동일한 과정과 방법으로 평판 시트 상에 도열점착층을 형성하는 시료 4를 제조하였다. 비교 예1과 다른 점은 TORAY사 에폭시 레진을 80.5중량%으로 조정하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러를 15중량%로 조정하여 도 3에 도시된 바와 같은 도열점착층에 대응하는 시료 4를 제조하였다.
상기 실시 예1,2 및 비교 예1,2에 의해 제조된 평판 상에 점착된 도열점착층 시트인 시료 1 내지 시료 4에 대한 물성을 비교적으로 평가하기 위해 두께(thickness), 박리강도(peel strength), 열전도율(thermal conductivity), 내전압(withstand voltage/DC), 점착력(adhesion)으로 구분하여 측정하였다.
측정 방법은 KS 규격을 만족할 수 있도록 하였으며, 열전도율 측정은, 측정 온도 100℃, 루비 레이저(ruby laser) 빛을 조사광으로 하는 레이저 펄스법으로 측정하였으며 재료의 열전달 능력을 정확히 측정하기 측정 당 열확산 정수, 시료의 비중, 비열을 상수로 측정하여 계산하였다.
실시 예1의 시료 1에 대한 측정 평가결과는 아래의 [표 5]와 같이 측정되었다.
| 항목 | 단위 | 측정치 |
| thickness(두께) | mm | 0.15±0.02 |
| peel strength(박리강도) | Kgf/cm | 2이상 |
| thermal conductivity(열전도율) | W/(mk) | 3 |
| withstand voltage(내전압)/DC | KV | 5이상 |
| adhesion(점착력) | g/25mm | 1800 |
실시 예1의 시료 1에 대한 측정방법과 동일한 방법으로, 나머지 실시 예2의 시료 2 및 비교 예1,2로부터 제조된 시료 3,4를 측정하였고, 실시 예1의 시료 1 및 시료 2 내지 4에 대한 측정결과 및 평가는 아래의 [표 4]와 같이 비교적으로 평가되었다.
| 평가항목 | 두께 | 박리강도 | 열전도율 | 내전압 | 점착력 | |
| 실시 예 |
실시 예 1(시료 1) | 0.15±0.02 | 2이상 | 3 | 5이상 | 1800 |
| 실시 예 2(시료 2) | 0.15±0.02 | 2이상 | 3.2 | 5이상 | 1780 | |
| 대조군 |
비교 예 1(시료 3) | 0.15±0.02 | 2이하 | 2 | 4이하 | 1720 |
| 비교 예 2(시료 4) | 0.15±0.02 | 2이하 | 2.4 | 4이하 | 1700 | |
비교 평가결과 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼합하여 액상화하고, 프레폴리머에 아민을 배합한 적정량의 경화제를 첨가제로 첨가한 실시 예1,2의 경우, 박리강도는 '2 이상', 내전압은 '5 이상', 점착력은 '1800'과 '1780'으로 측정되었고, 에폭시 레진만을 사용한 비교 대조군 분류의 비교 예1,2는 각각 박리강도 '2 이하', 내전압은 '4 이하', 점착력 '1780'과 '1700'으로 측정되었다.
이에 따라 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼용하여 형성되는 본 발명의 실시 예에 따른 실시 예1,2의 도열점착층은 에폭시 수지만을 사용하는 대조군인 비교 예1,2에 비해 박리강도, 내전압에 대한 대응력, 점착력 등이 우수한 것으로 측정 평가되었다.
이를 살펴본 결과, 아래의 [표 7]과 같이, 에폭시 레진과 아크릴 레진은 LED 발광소자 모듈에서 열전도성 접착제로서 적합하다는 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다.
| 구분 | ACRYLIC TYPE | EPOXY TYPE | PHENOLIC TYPE | |
| 항목 |
물성 | THERMO PLASTIC | THERMO PLASTIC | |
| 장점 |
접착력 우수. 치수 안정성 뛰어남. 굴곡성 우수. |
흡수율이 낮음. 오랜시간 고온에 노출되어도 제품 이상 없음. POST BAKING이 필요없음. | 내화학성이 뛰어남. 내굴곡성이 좋음.흡습율이 낮음. |
|
| 단점 |
높은 온도에 장시간 노출되면 성질이 약해짐CULING TIME 필요. | 내굴곡성이 떨어짐. 작업이 완료되면 수정 불가. |
접착력이떨어짐. THERMAL SHOCK에 약함 |
|
| MAKER | DUPONT ROGERS SHELDAHL TORAY | SHELDAHL NIKKAN TORAY SONY | ROGERS OAK |
|
| 비고 | 접착 두께는 메이커별, 베이스와 커버레이별로 차이가 있음. | |||
상기 [표 7]은 열접착제로 사용되는 ACRYLIC, EPOXY 물성으로서, 아크릴계는 에폭시계의 열접착제에 비해 접착력, 치수 안정성, 굴곡성이 우수한 물성을 가지는 것으로 평가된다. 이처럼 아크릴 레진과 에폭시 레진의 물성이 비교되고, 장단점을 물성적으로 나타내고 있음을 확인할 수 있고, 이들을 적정량으로 혼합하면, 물성이 다른 레진들의 혼합에 의한 접착제에 비해 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 아크릴, 에폭시 레진의 액상 혼합을 통한 열전도성 열접착제는 본 발명이 속하는 방열형 LED 발광소자 모듈에서 도열점착층을 형성하는 열전도성 접착제로 유용하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있었고, 따라서, 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼합하여 액상화 하면 LED 발광소자 모듈을 구성하는 LED 패키지, 인쇄회로기판 및 히트 싱크 등의 무게를 사전에 감안하여 점착력의 크기를 용이하게 조정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도성 접착제는 열전도체 필러(420)를 포함함으로써, 열전도성 또는 열도전성의 성질을 띄게 된다.
필러는 바람직하기로는, 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자, 또는 탄소 화합물에서 선택될 수 있으며, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함할 수 있다.
도열점착층에서 필러의 점유율(n%)은, 분말 입자의 평균 입경이 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제의 부피 면적에서 12.5%를 점유하는 기준이 바람직한 것으로 평가되었다. 사용하는 필러의 점유율(n%)은 고유 특성을 제외하면 점유율에 따라 접착력 기질과 열전도율에 영향을 미친다.
접착제의 전체 면적에 대한 필러의 점유율이 12.5%일 때 ±1.5의 범위는 허용될 수 있는 점유율이다. 실험 결과 평균 입경이 1 내지 3㎛인 그래파이트 파티클 12.5중량%를, 에폭시 레진 63중량%-아크릴 레진 20중량%-경화제 4.5중량%의 접착제와 혼합하는 경우 점유율은 그래파이트 파티클 평균 입자에 상응하는 정도를 나타내는 것으로 확인되었고, 점유율 밴드에 따라 열전도율의 변화가 있었고, 점착력의 세기도 차이를 나타내었다.
점유율은 11(n%) 이상, 14(n%)에서 우수한 열전도율, 만족할 정도의 점착력을 나타내는 것으로 측정되었다.
도열점착층(400)의 열전도체 매트릭스(430)는 도 4에 도시된 바와 같이 탄소 화합물 복합 입자(440)를 포함함으로서, 보다 열전도 성능이 우수한 탄소화합물 복합 입자로 대체될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층상 구조의 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 열전도성 매트릭스(430)를 열전도성 플레이트(450)로 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도성 플레이트 형상의 예로서, (a)는 평면, (b)~(e)는 비평면으로서, (b)는 파형 단면, (c)는 어긋난 요철형, (d)는 윗면 돌출 요철형, (e)는 밑면 돌출 요철형의 예이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 열전도성 플레이트(450)는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 개구 홀(451)을 가지며, 개구율은 전체 면적에서 50%이하로 두는 것이 바람직하다. 개구 홀(451)은 액상 상태의 열전도성 접착제를 히트 싱크(300) 방향으로 유동하도록 해주거나 자유로운 이동을 돕는다. 개구 홀은 50%이하의 개구율 일 때 열전도율이 좋고, 점착력의 보존에 유리할 수 있다. 그리고, 제조 공정 중 액상의 접착제가 개구 홀(451)을 유동함으로써 접착제는 열전도성 플레이트(450) 상하부에 고르고 균일한 분포를 이루어 상하부 기재에 견고한 점착 상태를 이루면서 경화된다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 도열점착층의 층상 단면 구조의 예시도 이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(300)와 마주하는 인쇄회로기판(200) 면의 표면적을 증가시키는 홈(220)은 표면적 증가를 통해 박리 강도를 높이고, 긴밀한 점착력을 지속시킨다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 히트 싱크의 예로서, (a)는 표면도, (b)는 (a)의 B-B'선 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(300)는 공극(310)을 포함하고, 공극(310)은 열전도성 접착체(400)가 침투하는 전개 홈(311)을 포함하는데, 상부의 공극에 비해 하부 전개 홈(311)을 더 넓게 함으로써 도열점착층의 열전도성 접착제의 침투 효과로 지지력을 증가시킨다. 전개 홈(311)으로 침투되어 경화되는 열전도성 접착제(400)는 히트 싱크(300)의 유동과 박리 이탈을 억제하고, LED 발광소자 모듈의 내충격성을 강화시킨다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다. 도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조 단면도이다.
도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같은 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조는, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 방법 내지 4 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈은 이하에서 설명되는 제1 방법 내지 제4 방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된 방열형 LED 발광소자 모듈의 적층 구조일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조 방법은 제시된 이 방법들에 의해 한정되는 것은 아니다.
제1 방법
제1 방법은, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 열전도성 접착제를 제조하여 히트 싱크 표면에 도포하고, 도포된 열전도성 접착제 위에 인쇄회로기판을 올려놓고 경화된 도열점착층을 형성한 후, 인쇄회로기판의 상면에 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하는 순서로 방열형 LED 발광소자 모듈을 제조하는 방법이다.
제2 방법
제2 방법은, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 열전도성 접착제를 제조하여 히트 싱크 표면에 도포하고, LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하여 인쇄회로기판을 도포된 열전도성 접착제 위에 올려놓고 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하여 방열형 LED 발광소자 모듈을 제조하는 방법이다.
제3 방법
제3 방법은, 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조하고, 열전도성 플레이트를 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시킨다. 그리고, 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화(가경화) 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압한다. 그 후 열전도성 접착제 표면에 인쇄회로기판을 올려놓고 압착하여, 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성한 후, 인쇄회로기판의 상면에 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하여 방열형 LED 발광소자 모듈을 제조하는 방법이다.
제4 방법
열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조한다.
그리고, 열전도성 플레이트를 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시킨다.
열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압 공정을 수행한다. 그 후 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하여 인쇄회로기판을 도포된 열전도성 접착제 위에 올려놓고 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하여 방열형 LED 발광소자 모듈을 제조하는 방법이다.
방열형 LED 발광소자 모듈을 제조하는 상기 제1 내지 제4 제조방법은, 히트 싱크에 공극을 형성하고, 액상의 열전도성 접착제를 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 또는 분사 공정을 수행함으로써 기재에 대한 열전도성 접착제의 침투 효과를 높이는 공정을 포함한다.
방열형 LED 발광소자 모듈을 제조하는 상기 제1 내지 제4 제조방법은, 도열점착층으로 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제와 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 열전도체로 조성된 레진 혼합물 및 열전도체를 사용함으로써, 방열을 위한 안정적인 열전도성 및 긴 시간 동안 견고한 점착력을 유지할 수 있으므로 내충격성을 확보하는데 유리할 수 있다.
또한, 열전도성 플레이트에 형성된 복수의 개구 홀들을 따라 액상의 열전도성 접착제를 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 공정을 포함함으로 접착제의 침투 효과로 점착력을 개선한다.
도열점착층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 도열점착층의 두께는 얇을수록 히트 싱크로의 열 저항을 줄일 수 있으므로, 도포와 가압 분사 공정에서는 도열점착층의 증착 두께를 기계적으로 고려하여 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: LED 패키지 110: LED 칩
200: 인쇄회로기판 210: 전극 패턴
220: 홈 300: 히트 싱크
310: 공극 311: 전개 홈(확장 홈)
400: 도열점착층 410: 열전도성 접착제
420:열전도체 또는 필러 430: 매트릭스
440: 탄소 화합물 복합 입자 450: 열전도성 플레이트
451: 개구 홀
200: 인쇄회로기판 210: 전극 패턴
220: 홈 300: 히트 싱크
310: 공극 311: 전개 홈(확장 홈)
400: 도열점착층 410: 열전도성 접착제
420:열전도체 또는 필러 430: 매트릭스
440: 탄소 화합물 복합 입자 450: 열전도성 플레이트
451: 개구 홀
Claims (19)
- LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지; 상기 리드 프레임에 대응하는 전극 패턴을 포함하는 인쇄회로기판;
상기 인쇄회로기판과 대면하여 열을 방열하는 히트 싱크; 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키고 상기 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하여 상기 인쇄회로기판과 히트 싱크를 면대 면으로 접착 지지하고, 열전도체를 매트릭스 성분으로 가지는 도열점착층; 및
상기 히트 싱크를 상기 도열점착층에 접착시키기 위하여 상기 히트 싱크에 형성된 지지부;를 포함하여 이루어지며, 상기 지지부는, 상기 히트 싱크의 상부에 형성된 공극 및 겔화 상태의 열전도성 접착체가 침투하는 하부의 전개 홈;으로 구성되고, 상기 전개 홈의 넓이는 상기 공극에 비해 더 넓은 크기로 형성된 방열형 LED 발광소자 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 도열점착층은, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 상기 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 필러는, 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자 또는 탄소 화합물이거나, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 필러는, 분말 입자 단위의 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제의 부피 면적에서 차지하는 필러의 점유율(n%)이 20 내지 30%인 방열형 LED 발광소자 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 도열점착층의 열전도성 매트릭스가 탄소 화합물 복합 입자를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 열전도성 플레이트의 면은, 평탄한 면이거나 파형인 면, 요철형인 면을 포함하고, 개구 홀을 가지며, 개구율은 전체 면적에서 50%이하인 방열형 LED 발광소자 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 열전도체로서 복수의 개구홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조하여 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키는 단계; 상기 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하는 단계; 상기 열전도성 접착제 표면에 인쇄회로기판을 올려놓고 압착하여, 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에서 경화된 도열점착층을 형성하는 단계; 및 상기 인쇄회로기판의 상면에 LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것으로,
상기 히트 싱크에 공극을 형성하고, 상기 겔화 상태의 열전도성 접착제를 상기 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 또는 분사 단계;를 더 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법. - 열전도체로서 복수의 개구홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트를 제조하여 열전도성 접착제에 함몰되도록 수용시키는 단계; 상기 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화 상태로 히트 싱크 상면에 올려놓고 가압하는 단계; LED 발광소자를 실장한 리드 프레임을 포함하는 LED 패키지의 리드 프레임을 인쇄회로기판의 전극 패턴에 와이어 본딩하여 인쇄회로기판을 상기 단계로부터 도포된 열전도성 접착제 위에 올려놓고 히트 싱크와 인쇄회로기판 사이에 경화된 도열점착층을 형성하는 단계;로 이루어지는 것으로,
상기 히트 싱크에 공극을 형성하고, 상기 겔화 상태의 열전도성 접착제를 상기 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 또는 분사 단계;를 더 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법. - 삭제
- 제 15 항 또는 제 16항에 있어서,
상기 단계로부터 형성되는 도열점착층은, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제; 및 상기 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러;를 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법. - 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 열전도성 플레이트에 형성된 복수의 개구 홀들을 따라 열전도성 접착제를 히트 싱크의 공극에 주입 침투시키는 가압 주입 단계;를 더 포함하는 방열형 LED 발광소자 모듈의 제조방법.
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| JP2011014593A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Hitachi High-Technologies Corp | Ｌｅｄ光源およびその製造方法ならびにｌｅｄ光源を用いた露光装置及び露光方法 |
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