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KR102292973B1 - 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 uv led 어레이 - Google Patents

전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 uv led 어레이 Download PDF

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KR102292973B1
KR102292973B1 KR1020190159574A KR20190159574A KR102292973B1 KR 102292973 B1 KR102292973 B1 KR 102292973B1 KR 1020190159574 A KR1020190159574 A KR 1020190159574A KR 20190159574 A KR20190159574 A KR 20190159574A KR 102292973 B1 KR102292973 B1 KR 102292973B1
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흥 흐신 흐시에
조 항 웡
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소울나노 리미티드
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Abstract

UV LED 어레이를 위한 히트 싱크 및 전력 상호연결부가 제공된다. 제1 회로는 제1 기판의 표면 상에 배치된다. 그 위에 UV LED 어레이가 위치된다. 제2 기판 및 제2 회로는 제1 기판으로부터 이격되고, 그에 인접하게 제1 히트 싱크가 위치된다. 개구부는 제1 기판, 제2 기판, 및 히트 싱크 각각을 관통한다. 전기 절연체는 전기 및 열 전도성 라이너가 전기 절연체에 인접하게 위치된 상태로 개구부를 라이닝한다. 체결구는 개구부 내에 위치되고, 제1 회로와 제2 회로를 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 전기적으로 상호연결하며, 외부 전력 공급부와 전기적으로 통한다. 체결구는 전력 또는 전기 신호 중 하나 이상을 전달하고, 열을 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 히트 싱크로 방열시킨다.

Description

전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이{UV LED ARRAY WITH POWER INTERCONNECT AND HEAT SINK}
본 출원은 발명의 개시가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 (1) 2018년 12월 18일자로 출원된 미국 가출원 제62/780,946호 (2) 2019년 4월 11일자로 출원된 미국 가출원 제62/832,286호 및 (3) 2019년 9월 19일자로 출원된 미국 출원 제16/576,752호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 디바이스 레이아웃(device layout) 내의 전기 연결부(electrical connection)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UV LED 어레이와 같은 고 전력 디바이스 레이아웃 내의 전기 연결부에 관한 것이다.
많은 전자 디바이스 및 전기 장비는 전력 공급부 또는 다른 전기 디바이스와 통하기 위해(for communicating) 다양한 와이어-기반 커넥터를 사용한다. 그러나, 이들 디바이스의 풋프린트(footprint)가 작아짐에 따라, 전력 밀도(power density)가 더 높아지고, 유선 연결부는 설치 및 유지하기 어려울 수 있다. 또한, 고 전력 밀도는 와이어를 유지하는 솔더 연결부(solder connection)를 손상시킬 수 있는 많은 양의 열을 생성할 수 있다. 예를 들어, 종래의 LED는 전원과 LED 모듈 사이에 다양한 유선 연결부를 사용한다. 그러나, 이러한 와이어 연결부는 특히 솔더 연결부, 와이어를 갖는 단자, 또는 열 피로 또는 기계적 변형으로 인해 약화될 수 있는 와이어 연결부를 갖는 커넥터에 대해 고장의 원인이 되고 있다. 와이어 연결부는 또한 제조 중 불량품의 원인이 된다. 종래의 조명 접근 방식과 대조적으로, LED 조명 기술은 비교적 높은 효율을 가지며, 이는 보다 적은 열을 발생시킨다. 그러나, 400 nm 미만의 일부 매우 짧은 파장을 생성하는 새로 개발된 UV LED는 전형적으로 비교적 낮은 변환 효율을 가지며, 많은 양의 열을 발생시킨다. 효율을 개선하고 조밀한 구조를 유지하기 위해서는, 전력 경로 및 방열 기능을 통합하는 새로운 설계가 중요하다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "UV"는 UV, UV-A, UV-B, UV-C 근 UV 등을 비롯한 모든 형태의 UV 방사선과 관련되는 것으로 광범위하게 해석된다. 일반적으로 용어 "UV"는 대략 10 nm 내지 대략 440 nm의 파장에 적용될 것이다.
UV 응용을 위한 종래의 기술에서는, 유기 물질(예컨대, 전기 케이블 절연 재킷(electric cable insulation jacket), 커넥터, 소켓 또는 단자의 절연 물질)이 통상적으로 연결 물질로서 사용될 것이다. 그러나, UV 광 및 열은 단파장 조명의 장기 노출 하에서 열화를 초래할 것이며, 따라서, 조밀한 설계를 용이하게 하면서 방열을 개선하는 새로운 설계가 필요하다.
현재의 UV 어레이는 열 효과를 감소시키기 위해 세라믹 기판을 이용할 수 있지만, 커넥터가 사용되는 경우 연결을 위한 드릴링된 구멍이 있게 된다. 너무 많은 열은 커넥터의 위치 상에서의 균열의 위험을 초래할 수 있다.
또한, LED가 큰 어레이로 사용될 때, 작은 영역에 집중되는 높은 전력 밀도로 인해 상당한 열이 발생된다. 이러한 열, 특히 디바이스가 가열되고 냉각됨에 따른 극한 열 사이클링(thermal cycling)은 종래의 연결부를 손상시킬 수 있다. 또한, 불량한 솔더링 또는 와이어와 솔더의 오정렬로 인한 것과 같은 불안정한 연결부가 고장을 일으킬 수 있다.
LED 어레이는 또한 상당한 양의 광을 발생시킨다. 일부 경우에, 발생된 광의 양은 한낮의 전체 일광보다 두 자릿수만큼 더 많을 수 있다. 이러한 양의 광은 또한 솔더링된 와이어 연결부를 손상시켜, LED 어레이의 전력 공급 중단(power failure)을 초래할 수 있다.
따라서, 당업계에서 LED와 전원 사이의 전기 연결을 개선할 필요가 있다.
또한, 현재 와이어에 의해 연결된 다른 시스템을 위한 개선된 상호연결 구조가 필요하다. 즉, 개선된 상호연결 구조는 LED 및 LED 어레이를 넘어서 다수의 응용을 갖는다.
또한, 효율을 개선하고 조밀한 디바이스 구조를 유지할 필요가 있으며, 특히 전력 경로를 방열 기능과 통합하는 새로운 설계가 필요하다.
본 발명은 UV LED 어레이를 위한 히트 싱크(heat sink) 및 전력 상호연결부(power interconnect)를 제공한다. 제1 기판은 인쇄 회로 기판, 세라믹, 또는 유리-세라믹 물질로부터 선택된다. 제1 회로는 제1 기판의 표면 상에 배치된다. UV LED 어레이는 제1 회로의 일부분 상에 또는 제1 기판의 표면 상에 위치되며, 이때 UV LED는 제1 회로와 전기적으로 통한다(electrically communicating).
제2 기판은 제2 회로가 제2 기판의 표면 상에 배치된 상태로 제1 기판으로부터 이격된다. UV LED로부터 열을 방열시키도록 구성되는 적어도 제1 히트 싱크는 제1 기판 및 제2 기판 중 적어도 하나 또는 둘 모두에 인접하게 위치된다. 개구부(aperture)는 제1 기판, 제2 기판, 및 히트 싱크 각각을 관통한다. 전기 절연체는 전기 및 열 전도성 라이너(liner)가 전기 절연체에 인접하게 위치된 상태로 개구부를 라이닝(lining)한다.
전기 및 열 전도성 체결구는 개구부 내에 위치되고 전기 및 열 전도성 라이너와 접촉하여, 체결구가 제1 회로와 제2 회로를 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 전기적으로 상호연결하고 외부 전력 공급부와 전기적으로 통하여 전력 또는 전기 신호 중 하나 이상을 전달하며 열을 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 적어도 제1 히트 싱크로 방열시키게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 개략적으로 보여준다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 개략적으로 보여준다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 갖는 UV LED 어레이를 개략적으로 보여준다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 갖는 UV LED 어레이를 개략적으로 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 갖는 열전대 프로브(thermocouple probe)를 개략적으로 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 갖는 능동-냉각식 히트 싱크의 세부 구조를 개략적으로 보여준다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 체결구 상호연결부를 갖는 박막 히터(thin-film heater)의 단면도를 개략적으로 보여준다..
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 히터의 사시도를 개략적으로 보여준다
도면을 상세히 참조하면, 도 1은 종래의 배선의 단점을 극복하는 전도성 체결구 조립체의 개요를 보여준다. 전도성 체결구는 기계적으로 강건하고, 회로판(circuit board) 및 다른 기판 물질과 용이하게 조립된다. 아래에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 체결구는 LED(또는 전력 공급부와 통할 필요가 있는 다른 디바이스)에 연결되는 회로와 회로판 또는 기판의 다른 표면 상에 위치되거나 다른 기판 상에 위치될 수 있는 다른 회로 사이에 상호연결될 수 있다.
도 1의 예에서, 제1 기판(10)은 FR-X (PCB) 또는 CEM-X (PCB)와 같은 인쇄 회로 기판으로부터 선택될 수 있거나, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 또는 알루미나/사파이어와 같은 세라믹일 수 있다. 소정 중합체, 유리-세라믹, 또는 절연 세라믹 또는 중합체 층이 위에 위치된 금속과 같은 다른 비-전기-전도성 기판이 또한 선택될 수 있다. 전도성 물질(20)은 기판(10) 상에 위치되고, 제1 전기 회로로 패턴화될 수 있다. 제2 기판(30)은 제1 기판(10)으로부터 떨어져 위치된다. 기판(10)과 마찬가지로, 기판(30)은 인쇄 회로 기판, 세라믹, 또는 다른 비-전도성 물질로부터 선택될 수 있다. 추가의 전도성 층(40)은 제2 기판(30) 상에 위치되고, 제2 전기 회로로 패턴화될 수 있다. 전도성 층은 구리, 금, 은, 또는 이들의 합금 또는 기판 또는 전도성 층 상에 위치된 디바이스로 전기 신호 또는 전력을 전달하기에 충분한 전도율을 갖는 임의의 다른 물질일 수 있다.
도 1에서, 기판(10, 30)은 열 전도성 물질 코어/히트 싱크(50)의 양측에 위치된다. 전형적으로, 코어는 알루미늄 합금, 알루미늄, 구리, 구리 합금, 또는 스테인리스 강과 같은 금속 코어로부터 선택되지만, 비-금속을 비롯한 다른 전도성 물질이 사용될 수 있다. 기판은 전도성 물질 코어/히트 싱크의 양측에 위치되지만, 하나의 또는 두 기판이 히트 싱크와 직접 접촉하지 않거나 하나 이상의 중간 층을 통해 히트 싱크와 접촉하는 구성을 비롯한 다른 구성 또한 가능하다.
개구부(60)는 제1 및 제2 기판(10, 30), 제1 및 제2 전도성 층(20, 40), 및 히트 싱크(50)를 관통한다. 전기 절연체(65)는 전기 및 열 전도성 라이너(70)가 전기 절연체에 인접하게 위치된 상태로 개구부를 라이닝한다. 전기 절연체(65)는 세라믹 또는 중합체 절연체일 수 있지만, 다른 절연 물질 또한 사용될 수 있다. 전기 및 열 전도성 라이너는 금속, 예를 들어 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 강 또는 전도성 비-금속일 수 있다.
전기 및 열 전도성 체결구(80)는 개구부(60) 내에 위치되며, 여기서 전기 및 열 전도성 체결구(80)는 체결구(80)가 제1 회로(전도체(20))와 제2 회로(전도체(40))를 전기 및 열 전도성 라이너(70)를 통해 전기적으로 상호연결하도록 전기 및 열 전도성 라이너(70)와 접촉한다. 체결구(80)는 예를 들어 스크류 또는 볼트와 같은 나사형성된 체결구일 수 있거나, 또는 나사형성되지 않은 체결구일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 추가의 회로 및 히트 싱크는 또한 더욱 복잡한 다층 구조체를 위해 상호연결될 수 있다. 도 2에서, 전기 및 열 전도성 라이너(70)는 제2 히트 싱크(160)와 제3 및 제4 기판(110, 130)을 각각 관통하는 제2 개구부(160)를 통해 연장된다. 이들 제3 및 제4 기판은 도 2에서 각각 요소(120, 140)인 제3 및 제4 전도성 층(선택적으로 회로로 패턴화됨)을 포함한다. 도 2에 도시되어 있지 않지만, 추가의 기판 및 회로는 추가의 히트 싱크가 있거나 없이 전기 및 열 전도성 라이너와 체결구(80, 180)를 통해 상호연결될 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2의 실시예에서, 회로판은 히트 싱크 및 또한 공기에 의해 분리된다. 그러나, 다른 히트 싱크는 판(30, 110) 사이에 위치될 수 있다. 다른 물체(예컨대, 추가의 기판 물질)은 모든 구조체를 물리적으로 안정된 상태로 유지시키거나 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 각각의 기판은 하나 이상의 회로를 포함할 수 있음에 유의하여야 한다. 체결구의 수량은 기판 상에서 상호연결하는 회로에 기초하여 선택된다. 기존의 고 전력-소비 전자 디바이스에 대해, 신호 또는 전류를 포함하는 다수의 와이어가 있으며, 이들 와이어는 시스템의 복잡성을 증가시키고, 시스템의 유지보수 또는 수리를 어렵게 만들며, 잠재적인 시스템 고장의 원인이 된다. 전도성 체결구 상호연결 시스템은 신뢰성을 향상시킨다. 체결구(80)는 헤드 및 섕크(shank)를 갖는 단일/일체형 구조체일 수 있거나, 또는 헤드 및 섕크는 헤드(84) 및 섕크(82)로 도시된 바와 같이 분리가능할 수 있다. 헤드(84)는 도 2에 2개의 구조체의 상호연결로 도시된 바와 같이 하나 이상의 섕크와 맞물릴 수 있는 너트일 수 있다. 도시되어 있지 않지만, 헤드 부분 없이 섕크만을 사용하는 것은 일부 회로 구성에서 바람직할 수 있음에 유의하여야 한다. 즉, 용어 "체결구"는 부품들을 연결할 수 있고 특정 구조체를 나타내지 않는 임의의 요소의 넓은 의미로 사용된다. 체결구는 기계, 전기, 및 열 커넥터로서의 기능을 한다. 2-부품 체결구를 사용할 때, 체결구의 설치는 1-부품 체결구에 대해 상이할 수 있으며, 즉 섕크 부분(82)이 개구부 내로 삽입된 다음에 헤드가 부착될 수 있다. 단일 헤드는 별도로 조립된 다음에 헤드와 함께 결합될 수 있는 다수의 섕크와 상호연결될 수 있다.
체결구와 전기 및 열 전도성 라이너(70)는 외부 전력 공급부(200)와 전기적으로 통한다. 라이너(70)는 전력 또는 전기 신호 중 하나 이상을 전달하고, 열을 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 제1 히트 싱크(50)로 (그리고 도 2에서, 제2 히트 싱크(150)로) 방열시킨다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 양태에 따른 UV LED 어레이(300)에 이용된 도 1의 시스템을 보여준다. UV LED 어레이(300)는 (다른 배열이 또한 사용될 수 있지만) 기판(330) 상에 열을 이루어 배열되는 복수의 UV LED(310)를 포함한다. 회로(320)는 기판(330) 상에 위치된다. UV LED의 유형에 따라, LED(310)는 기판(330) 상에 또는 회로(320) 상에 또는 부분적으로 회로 상에 그리고 부분적으로 기판(330) 상에 위치된다. 도 3a에서, 유리 커버(340)는 선택적으로 UV LED(310) 위에 위치된다. 선택적인 렌즈 또는 렌즈들 또는 확산기 요소(350)들의 어레이는 유리 커버 위에 위치된다.
도 3a, 도 3d, 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 개구부(370)는 기판(330)을 통해 제공된다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 전도성 회로(320)는 전도성 체결구(380)와 접촉하며, 상기 전도성 체결구(380)는 이어서 전도성 라이너(365)를 통해 전력 또는 신호를 전도한다.
도 4는 "플립 칩(flip chip)" 접합을 사용하여 와이어 본드 연결부(wire bond connection)를 추가로 제거하는 UV LED 어레이(400)의 일 양태를 보여준다. UV LED(410)는 기판(430) 상에 배치된 회로(420)에 연결되는 접합 패드(415)를 포함한다.
전도성 체결구 시스템을 갖는 UV LED 어레이는 발명의 개시가 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제9,128,387호 및 미국 특허 공개 제2010/0283978호에 기술된 바와 같이 다양한 UV 리소그래피 장치(UV lithography apparatus)에 사용될 수 있다. 대안적으로, 도 3 및 도 4의 UV LED 어레이는 UV 경화 시스템 및 UV 의료 장치에 사용될 수 있다. 기본적으로, 본 발명의 전도성 상호연결 시스템을 포함하는 UV LED 어레이는 UV 공급원을 필요로 하는 임의의 디바이스에 사용될 수 있고, 고-강도 UV 공급원을 필요로 하는 디바이스에 특히 유용할 수 있다.
본 발명의 유연성은 (예를 들어, 일부 실시예에서는 30 와트/cm2를 초과하는 그리고 다른 실시예에서는 60 와트/cm2를 초과하는) 고 전력 밀도 응용에 특히 적합한 우수한 신뢰성 성능을 제공한다. 그것은 또한 UV 경화, 오프셋 인쇄(offset printing), 리소그래피용 UV 공급원, 또는 박막 열 발생기와 같은 UV LED 어레이에 대한 작업-영역-의존적 응용에 적합하다. 이러한 연결 구성은 선택적으로 열 전도성 층 내에 매립될 수 있는 가스 또는 물을 위한 냉각 관을 비롯한 고급 열 관리 기술이 이용되도록 한다. 또한, 전도성 체결구 연결 시스템은 불규칙한 형상의 기판 및 회로 패턴과 함께 사용될 수 있다.
LED 상호연결 시스템은 조명과 같은 다양한 LED 응용에 사용된다. 특히, 상기 시스템은 LED-어레이 기반 조명, 예를 들어 종래의 형광 전구를 대체하기 위해 사용되는 관, 및 백열등을 대체하도록 설계되는 다른 조명에 유용하다. 일반적으로, 현재 와이어를 사용하여 LED에 전력을 공급하는 모든 조명 응용은 전도성 체결구 및 전도성 관 구조체를 대체하여 개별 LED 또는 LED 어레이에 전력을 공급할 수 있다.
요약하면, 본 발명의 상호연결 시스템은 (i) 고 전류, 고 전력 소비 응용(예를 들어, 1 암페어 내지 대략 20-30 A)과 함께 그리고 (ii) 고 에너지 밀도 및 전력 밀도(전력-소비 디바이스의 선택된 기판 또는 서브 마운트(sub mount)의 열 한계까지 사용될 수 있음)를 생성하는 작은 작업 영역과 함께 사용될 수 있고; (iii) 전도성 체결구는 연결 인터페이스로서 사용되며, 이때 성능 및 신뢰성은 종래의 솔더링 또는 커넥터 또는 단자 방법보다 우수하다.
도 5는 본 발명의 상호연결 시스템의 다른 응용을 보여준다. 도 5는 (임의의 다른 고-열-에너지 발생 디바이스가 사용될 수 있지만) UV LED(510)들의 어레이와 같은 고-열-에너지 발생 디바이스(500)를 보여준다. 디바이스(500)는 전도성 회로 층(520) 및 기판 층(530)을 포함한다. 선택적인 히트 싱크 층(550)이 또한 포함될 수 있다. 일 양태에서, 체결구(580), 절연체(570) 및 열 및 전기 전도 라이너(560)와 관련된 열전대(590)가 기판(530) 아래의 온도를 감지하는 한편, 다른 열전대는 기판(530)의 표면 상의 온도를 감지할 수 있다.
도 6은 능동-냉각식 히트 싱크(actively-cooled heat sink)를 사용하는 본 발명의 일 실시예를 보여준다. 도 6은 (임의의 다른 고-열-에너지 발생 디바이스가 사용될 수 있지만) UV LED(610)들의 어레이와 같은 고-열-에너지 발생 디바이스(600)를 보여준다. 기판(630)은 능동-냉각식 히트 싱크(650)에 인접하게 위치된다. 체결구(680), 절연 슬리브(670) 및 전기 및 열 전도 라이너(660)의 체결구 상호연결 시스템은 기판(630) 및 히트 싱크(650)를 관통하는 개구부 내에 위치된다. 능동 냉각 도관(655)은 히트 싱크(650) 내에 위치되고, 냉각 기체 또는 냉각 액체와 같은 냉각 유체를 히트 싱크(650)를 통해 운반할 수 있다. 이러한 방식으로, 수동-냉각식 히트 싱크(passively-cooled heat sink)보다 많은 양의 열이 방열될 수 있다. 도 6의 능동-냉각식 히트 싱크는 히트 싱크를 이용한 본 발명의 다른 실시예들 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있음에 유의하여야 한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 상호연결 시스템을 이용한 박막 히터(700)를 보여준다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 저항 가열 박막 전도성 층(740)은 기판(730) 상에 배치되고; 기판은 유리 또는 세라믹 또는 유리-세라믹 물질과 같은 절연 기판일 수 있다. 저항 가열 층은 니켈-크롬 합금(예컨대, 대략 80 퍼센트의 니켈과 20 퍼센트의 크롬의 합금) 또는 임의의 다른 저항-가열 물질(예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 인듐 주석 산화물, 질화 탄탈륨)일 수 있다. 체결구(780)는 기판(730)을 통해 요소(750) 내의 개구부 내로 통과하고; 요소(750)는 열-전도성이고 히트 싱크로서의 역할을 할 수 있다. 개구부는 전기 및 열 전도성 라이너(760)와 절연체(770)의 슬리브를 포함한다.
요약하면, 본 발명은 고 전류 레벨, 예를 들어 대략 1 A 내지 2 A에서 최대 100 A의 전류를 갖는 UV 공급원 또는 어레이를 위한 UV 모듈/전력 모듈을 갖는 특정 응용을 갖는다. 특정 전류 부하 능력은 전압, 작업 영역, 체결구 치수, 기판 물질의 유형, 및 전압/전류 관계와 같은 다양한 기준에 의존한다. 또한, 작은 작업 영역은 종래의 와이어 본드에 비해 공간 축소를 갖는 본 발명의 체결구를 사용할 수 있다. 예를 들어, 대략 4 x 5 cm의 치수, 20 cm2, 3 내지 5 W/cm2(M3 스크류 크기에 대해)의 전력 밀도를 갖는 약 60 내지 100 W를 갖는 LED 모듈이 도 1 및 도 2의 체결구 시스템에 의해 용이하게 수용된다. M5 및 M10 스크류 크기와 같은 보다 큰 체결구가 비례적으로 보다 큰 전력 밀도를 수용할 수 있음을 이해하여야 한다.
전도성 체결구 상호연결 시스템에 대한 다른 응용은 예를 들어 전기 모터 응용에 사용되는 배터리들 사이의 상호연결을 용이하게 하는 것을 포함한다. 다른 응용은 (예컨대, 데이터 센터 내의 랙(rack)을 상호연결하기 위한) 데이터 센터 내의 모듈 내의 상호연결부로서 포함한다. 상호연결 시스템은 또한 레이저 또는 소정의 고-전력 반도체 디바이스와 같은 다른 고-전력 소비와 함께 사용될 수 있다. 본 발명에 대한 광범위한 응용은 현재 전자 조립체 내의 와이어, 단자 또는 커넥터 중 많은 것을 없앨 수 있다.
본 발명의 이점은 높은 신뢰성, 특히 UV에의 고도의 노출 및 반복되는 열 사이클링의 가혹한 조건 하에서의 장기간 신뢰성을 포함한다. 또한 진동 및 노화 조건에 저항성을 갖는다. 다양한 솔더 연결부를 없애기 때문에, 와이어 분류가 없으며, 체결구가 용이하게 제거되고 교체될 수 있으므로 유지보수가 간단해진다. 체결구는 장치 표면으로부터 함입될 수 있기 때문에, 작업 영역 또한 개선된다. 다수의 다른 응용은 전력 전자 장치, 배터리간 연결부, 랙 시스템 내의 와이어의 대체물, 팬 조립체 등을 포함하는 체결구 상호연결 시스템을 통합할 수 있다.
또한, 보다 적은 양의 인터페이스 영역이 회로 기판 상에서 달성될 수 있다. 유리하게는, 커넥터 또는 단자 또는 일부 와이어를 갖는 종래 기술의 설계와 비교하여, 접착제, 디바이스 솔더링 포인트와 같은 인터페이스 물질에서 방열이 제한될 것이다. 본 발명의 체결구 상호연결의 사용은 체결구의 표면적이 종래 기술의 커넥터 또는 다른 종래 기술의 상호-연결 방법보다 크기 때문에 균열의 위험을 감소시킬 수 있다. 따라서, 인터페이스를 감소시키는 본 발명의 체결구 상호연결은 방열 문제를 개선하고 신뢰성을 개선하여 체결구를 사용하는 장치의 사용 수명을 연장시키는 데 중요하다.
본 발명의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 이는 완전하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 많은 수정 및 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 실시예는 본 발명의 원리 및 그의 실제 응용을 가장 잘 설명하여, 그에 의해 당업자가 본 발명을 다양한 실시예에 대해 그리고 특정 사용에 적합한 다양한 수정을 고려하여 이해할 수 있게 하기 위해 선택되었고 설명되었다.

Claims (18)

  1. 전기 절연 물질 또는 하나 이상의 전기-절연 층이 위에 위치된 전기 전도성 물질로부터 선택되는 제1 기판;
    상기 제1 기판의 표면 상에 배치되는 제1 회로;
    상기 제1 기판의 일부분 상에 또는 상기 제1 기판의 상기 표면 상에 위치되는 UV LED 어레이로서, 상기 UV LED 어레이는 상기 제1 회로와 전기적으로 통하는, 상기 UV LED 어레이;
    상기 제1 기판으로부터 이격되는 제2 기판;
    상기 제2 기판의 표면 상에 배치되는 제2 회로;
    상기 UV LED 어레이로부터 열을 방열시키도록 구성되는 적어도 제1 히트 싱크로서, 상기 히트 싱크는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나 또는 둘 모두에 인접하게 위치되는, 상기 적어도 제1 히트 싱크;
    상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 및 상기 적어도 제1 히트 싱크 각각을 관통하는 개구부;
    상기 개구부를 라이닝하는 전기 절연체;
    상기 전기 절연체에 인접하게 위치되는 전기 및 열 전도성 라이너;
    상기 개구부 내에 위치되고 상기 전기 및 열 전도성 라이너와 접촉하는 체결구로서, 상기 체결구는 상기 제1 회로와 상기 제2 회로를 상기 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 전기적으로 상호연결하고 외부 전력 공급부와 전기적으로 통하며, 상기 체결구는 상기 전력 공급부로부터의 전력 또는 전기 신호 중 하나 이상을 전달하고, 열을 상기 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 상기 적어도 제1 히트 싱크로 방열시키는, 상기 체결구를 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 제1 기판이 상기 히트 싱크의 제1 표면 상에 위치되고 상기 제2 기판이 상기 히트 싱크의 제2 표면 상에 위치되도록 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 인접하게 위치되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 히트 싱크로부터 이격되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 기판과 협동하는 제2 체결구를 추가로 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 기판에 인접하게 위치되는 제2 히트 싱크를 추가로 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 히트 싱크는 구리, 알루미늄, 강, 스테인리스 강 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속 중 하나를 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판 각각은 세라믹, 유리-세라믹, 중합체, 또는 전기-절연 층으로 코팅된 금속으로부터 독립적으로 선택되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판 각각은 인쇄 회로 기판, 알루미나, 탄화 규소, 질화 알루미늄 또는 유리로부터 독립적으로 선택되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기 절연체 또는 상기 전기 및 열 전도성 라이너는 상기 개구부 내에 위치되는 관인, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  10. 전기 절연 물질 또는 하나 이상의 전기-절연 층이 위에 위치된 전기 전도성 물질로부터 선택되는 제1 기판;
    상기 제1 기판의 표면 상에 배치되는 제1 회로;
    1 암페어 이상의 전류를 사용하는 디바이스 또는 60 와트/cm2를 초과하는 열을 발생시키는 디바이스로부터 선택되는 고 열-발생 디바이스로서, 상기 고 열-발생 디바이스는 상기 제1 기판의 일부분 상에 또는 상기 제1 기판의 상기 표면 상에 위치되고 상기 제1 회로와 전기적으로 통하는 UV LED, 가시광 LED(visible LED), 레이저, 또는 박막 히터 중 하나 이상으로부터 선택되는, 상기 고 열-발생 디바이스;
    전기 절연 물질 또는 하나 이상의 전기-절연 층이 위에 위치된 전기 전도성 물질로부터 선택되고 상기 제1 기판으로부터 이격되는 제2 기판;
    상기 제2 기판의 표면 상에 배치되는 제2 회로;
    상기 고 열-발생 디바이스로부터 열을 방열시키도록 구성되는 히트 싱크로서, 상기 히트 싱크는 적어도 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 인접하게 위치되는, 상기 히트 싱크;
    상기 제1 기판, 상기 제2 기판, 및 상기 히트 싱크 각각을 관통하는 개구부;
    상기 개구부를 라이닝하는 전기 절연체;
    상기 전기 절연체에 인접하게 위치되는 전기 및 열 전도성 라이너;
    상기 개구부 내에 위치되고 상기 전기 및 열 전도성 라이너와 접촉하는 체결구로서, 상기 체결구는 상기 제1 회로와 상기 제2 회로를 상기 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 전기적으로 상호연결하고, 외부 전력 공급부와 전기적으로 통하여, 전력 또는 전기 신호 중 하나 이상을 전달하며, 열을 상기 전기 및 열 전도성 라이너를 통해 상기 히트 싱크로 방열시키는, 상기 체결구를 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  11. 제10항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 제1 기판이 상기 히트 싱크의 제1 표면 상에 위치되고 상기 제2 기판이 상기 히트 싱크의 제2 표면 상에 위치되도록 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 인접하게 위치되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 히트 싱크로부터 이격되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제2 기판과 협동하는 제2 체결구를 추가로 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2 기판에 인접하게 위치되는 제2 히트 싱크를 추가로 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판 각각은 세라믹, 유리-세라믹, 중합체, 또는 전기-절연 층으로 코팅된 금속으로부터 독립적으로 선택되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  16. 제10항에 있어서, 상기 히트 싱크는 구리, 알루미늄, 강, 스테인리스 강 또는 이들의 합금으로부터 선택되는 금속 중 하나를 포함하는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  17. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 기판 각각은 인쇄 회로 기판, 알루미나, 탄화 규소, 질화 알루미늄 또는 유리로부터 독립적으로 선택되는, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
  18. 제10항에 있어서, 상기 전기 절연체 또는 상기 전기 및 열 전도성 라이너는 상기 개구부 내에 위치되는 관인, 전력 상호연결부 및 히트 싱크를 갖는 UV LED 어레이.
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