KR101545115B1 - 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판에 관한 것으로;
그 기술구현의 목적은, 인쇄회로기판(PCB)에 장공 구조를 취하는 확산 방열공을 형성하고, 이와 같이, 형성된 확산 방열공 내경에 방열유도튜브를 삽입 설치하여, 확산 방열공에 의한 열 방출 확산작용과, 방열유도튜브에 의한 열 유도작용에 의해 엘이디(LED) 소자의 구동발생 열을 보다 안정적이고, 신속한 형태로 방출 냉각되게 함으로서, 인쇄회로기판(PCB)의 성능 및 작동효율성을 향상되도록 함은 물론, 구동 열 발생에 따른 엘이디(LED) 소자의 불필요한 고장 및 손상의 원인을 해소되도록 하여, 사용수명을 극히 연장시킬 수 있도록 한 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판을 제공함에 있다.
이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적 수단으로는;
금속베이스 상부면에 절연접착층과, 회로동박이 적층결합되고, 회로동박 상부면에 엘이디 소자와, 전기회로부품이 실장 된 메탈 인쇄회로기판을 기초로 하여;
상기 메탈 인쇄회로기판에 있어, 엘이디 소자의 실장 부위 하부면에 장공 구조로 수직관통된 확산 방열공을 형성시키고;
상기 확산 방열공 내경면에 금속재 방열유도튜브를 삽입 결합시켜 달성한다.

Description

방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판{LED lighting was improved printed circuit board heat dissipation capability}

본 발명은 엘이디 조명용 인쇄회로기판(PCB)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인쇄회로기판(PCB)에 실장 된 엘이디(LED) 소자의 구동발생 열을, 장공 구조를 취하는 확산 방열공에 의해 안정적이고, 용이한 형태로 유도 방출되게 하여, 작동효율성을 증대되도록 한 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판에 관한 것이다.

일반적으로, 엘이디(LED)라 함은 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode) 의 약자로서, 화합물반도체의 특성을 이용해 전기에너지를 광 에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자를 의미한다.

이러한, 엘이디(LED)는 칩 사이즈가 작고, 지향성 광원이기 때문에 부품 및 모듈의 슬림화가 가능하여, 디자인의 유연성이 높은 장점이 있고, 이러한 장점은 자동차, 건축, 인테리어 분야는 물론 도로 조명시설 등 디자인을 중요시하는 산업에서 매우 빠른 속도로 기존 전구형 광원을 대체해 가고 있는 실정이다.

또한, 엘이디(LED)의 가장 큰 장점은 고효율에 의한 저전력 소자라는 점이며, 이로 인해 발휘되는 전기에너지 절감 및 사용수명 연장 등의 특징은 기존 일반조명등과 매우 차별화된 기술적 부분이라 할 수 있다.

이에, 최근에는 엘이디(LED)를 조명분야에 활용하는 것에 대한 관심이 늘고 있는 추세이며, 이는, 다수의 엘이디(LED)를 직렬 또는 병렬형태로 적절하게 연결한 구조로 이뤄진다.

예컨대, 전극패턴이 형성된 인쇄회로기판(PCB) 상부 면에 다수개의 엘이디(LED) 소자를 배열시키고, 그 배열된 엘이디(LED) 소자를 상기 전극패턴과 직렬 또는 병렬로 연결되도록 하여 각 LED칩에서 발광이 이뤄지도록 한다.

그러나, 이와 같은, 엘이디(LED) 조명의 단점은 열적 스트레스로 인한 특성 열화 및 고장의 원인이라 할 수 있다. 즉, 엘이디(LED)를 동작시키기 위해 입력되는 전원이 높을수록 발생하는 열이 많아지기 때문에 고장 및 특성 열화가 발생하게 된다.

따라서, 기존의 엘이디(LED) 조명용 인쇄회로기판은 열전도성이 우수한 금속 물질을 이용한 히트 싱크(heat sink) 또는 슬러그와 같은 방열판을 장착하여 엘이디(LED) 발광에 의한 열적 스트레스를 해소하고자 하였으나, 이는 방열판을 구성하는 금속 물질의 한계성으로 인해 요구되는 방열 효율을 만족시키기 위해서는 방열판의 두께가 두꺼워지게 되므로, 엘이드(LED) 조명의 크기 역시 증가하는 문제점이 발생한다.

한편, 근래에는 전술한 바와 같은, 종래 인쇄회로기판의 방열효율 저하의 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 대한민국 특허청에 선출원 공개된(특허공개 제2007-0002305호) "방열층 구조를 가진 회로기판"이 창안된바 있다.

이러한, 선출원 공개기술로서의 방열층 구조를 가진 회로기판은, 엘이디 소자와, 상기 엘이디 소자에 전류를 공급하기 위한 리드선을 부착한 회로 기판과, 상기 엘이디 소자로부터 발생한 열을 전달받아 이를 대기중으로 방출하는 제1 금속재 방열층과, 엘이디 소자의 발광되는 빛을 상부로 반사시키는 반사층과, 회로기판의 제1면의 반대되는 위치에 형성되는 제2 금속재 방열층과, 상기 제1 금속재 방열층과 리드선을 전기적으로 절연하기 위한 절연층으로 이루어진 구성특징을 갖는 것임을 알 수 있다.

하지만, 이와 같은, 선출원 공개기술은, 회로기판, 반사층, 제1 금속재 방열층, 제2 금속재 방열층, 그리고, 절연층과 같이, 다수개의 부품구성으로 이루어짐에 따라 인쇄회로기판의 두께가 필연적으로 두꺼워질 수밖에 없는 것이며, 아울러, 이와 같은, 복잡 다양한 구성요소의 적용에 따라 제조과정이 매우 복잡하고, 그에 따라 생산성 및 경제성이 극히 저하될 수밖에 없는 문제점을 그대로 상존되게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 엘이디 조명에 적용되는 종래 인쇄회로기판 방열구조의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;

본 발명의 목적은, 인쇄회로기판(PCB)에 장공 구조를 취하는 확산 방열공을 형성하고, 이와 같이, 형성된 확산 방열공 내경에 방열유도튜브를 삽입 설치하여, 확산 방열공에 의한 열 방출 확산작용과, 방열유도튜브에 의한 열 유도작용에 의해 엘이디(LED) 소자의 구동발생 열을 보다 안정적이고, 신속한 형태로 방출 냉각되게 함으로서, 인쇄회로기판(PCB)의 성능 및 작동효율성을 향상되도록 함은 물론, 구동 열 발생에 따른 엘이디(LED) 소자의 불필요한 고장 및 손상의 원인을 해소되도록 하여, 사용수명을 극히 연장시킬 수 있도록 한 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판을 제공함에 있다.

따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 구체적 수단으로는;

금속베이스 상부면에 절연접착층과, 회로동박이 적층결합되고, 회로동박 상부면에 엘이디 소자와, 전기회로부품이 실장 된 메탈 인쇄회로기판을 기초로 하여;

상기 메탈 인쇄회로기판에 있어, 엘이디 소자의 실장 부위 하부면에 장공 구조로 수직관통된 확산 방열공을 형성시키고;

상기 확산 방열공 내경면에 금속재 방열유도튜브를 삽입 결합시켜 달성한다.

이상, 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판은,

장공 구조를 취하는 확산 방열공을 형성하고, 이와 같이, 형성된 확산 방열공 내경에 방열유도튜브를 삽입 설치하여, 상기 확산 방열공에 의한 열 방출 확산작용과, 방열유도튜브에 의한 열 유도작용에 의해 엘이디 소자의 구동발생 열을 안정적이고, 신속한 형태로 방출 냉각되게 한 것으로서, 이는, 인쇄회로기판의 성능 및 작동효율성을 향상되게 한 것임은 물론, 구동 열 발생에 따른 엘이디 소자의 불필요한 고장 및 손상의 원인을 해소되도록 하여, 사용수명을 연장되게 한 것으로, 매우 유용한 기대효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 부분 분해사시도
도 2는 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 결합사시도
도 3은 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 작용상태단면도

이하, 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 바람직한 실시예 구성을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

이에, 첨부도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 개략적인 구성을 살펴보면;

이는, 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)과, 확산 방열공(2), 그리고, 방열유도튜브(3)로 구성된다.

여기서, 먼저, 상기 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)은, 파워 엘이디(LED) 제품의 단점인 고열 발생으로 인한 제품수명저하 방지를 위해 마련된 통상의 구성으로서, 이러한, 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)은, 도 1로 도시된 바와 같이, 금속베이스(11)를 기초로 하여, 그 상부면에 절연접착층(12)과, 회로동박(13)을 순차적인 구조로 적층결합시키고, 상기 회로동박(13) 상부면에 엘이디(LED) 소자(14)와, 전기회로 부품(도시생략)을 실장 시킨 구조로 형성된다.

이때, 전술한 메탈 인쇄회로기판(PCB)에 있어, 금속베이스(11)는, 규소강판, 아연도강판, 알루미늄 원판, 동판 등과 같이, 열을 빠르게 전달방출하는 히트싱크 역할의 금속소재를 이용하여 형성되는 것이며, 여기서, 특히, 알루미늄 원판은, 고전압 상태에서도 각종 신호를 안정적으로 처리할 수 있는 소재 특성을 갖음에 따라, 엘이디(LED) 조명용 인쇄뢰로기판의 소재로 가장 널리 사용된다.

또한, 전술한 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)에 있어, 절연접착층(12)은, 전기가 흐르지 않는 열전도 성질을 소재, 예컨대, 방열 T-PLUG 소재로 형성되는 것이며, 이는, 금속소재의 특성을 갖는 것으로, 열전도가 빠르고 방열이 용이하여, 엘이디(LED) 소자에서 발생하는 고온의 작동 열을 상기 금속베이스(11)로 전달하여 방출되게 하는 통상의 방열기능 구성으로 형성된다.

또한, 상기 회로동박(13)은, 엘이디(LED) 소자(14)의 작동제어를 위해 배선용 회로를 형성하기 위한 구성으로서, 이와 같은, 회로동박(13)은, 35㎛ ~70㎛ 두께로 형성된다.

한편, 상기 확산 방열공(2)은, 본 발명의 핵심적인 요지구성으로서, 이는, 전술한 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)에 있어, 엘이디(LED) 소자(14)가 실장된 부위 하부면으로 형성되는 것인바, 이에, 이와 같은, 확산 방열공(2)은, 도 1로 도시된 바와 같이, 소정의 길이를 갖는 장공 구조로서, 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)의 상부면으로부터 하부면을 향해 수직으로 관통하는 구조로 형성함이 바람직하다.

이때, 전술한 확산 방열공(2)은, 메탈 인쇄회로기판(PCB)에 실장 된 엘이디(LED) 소자(14)의 수량에 비례하여 다수개의 구성을 형성된다.

또한, 상기 방열유도튜브(3)는, 전술한 확산 방열공(2)의 내경면에 삽입되는 소정길이의 원통형 파이프 구조를 취하는 것인바, 이에, 이와 같은, 방열유도튜브(3)는 금속소재로 이루어지며, 그 방열유도튜브의 상,하부면에 도 1 또는 도 3으로 도시된 바와 같이, 소정길이로 연장되는 가변 압착편(31)(31')을 더 마련시킨 구조로 형성함이 바람직하다.

이때, 전술한 방열유도튜브(3)는, 열전도율이 우수한 금속소재, 예컨대, 알루미늄, 구리, 은 중 어느 하나의 금속소재를 필요에 따라 선택 이용할 수 있는 것으로, 이는 단순한 소재변경에 불과할 뿐, 이들 모두 본 발명의 범주에서 벗어나는 것은 아니다.

따라서, 전술한 바와 같은, 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판의 상호 결합관계를 살펴보면;

이는, 도 1로 도시된 바와 같이, 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)을 기초구성으로 하여, 상기 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)의 상부면으로부터 하부면을 향해 수직으로 관통하는 확산 방열공(2)을 형성하고, 상기 확산 방열공(2) 내경면에 방열유도튜브(3)를 삽입 결합시킨다.

이어, 상기 삽입 결합된 방열유도튜브(3)의 가변 압착편(31)(31')을 프레스 등에 의해 압착가공하여 변형 결합력을 부여하고, 그 변형 결합력에 의해 상기 확산 방열공(2)의 내측면 테두리에 방열유도튜브(3)를 피복구조로 밀착결합되게 한다.

이후, 마무리 과정으로, 상기 방열유도튜브(3)가 피복결합된 확산 방열공(2) 상부면에 엘이디(LED) 소자(14)를 실장 함으로서, 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판을 구현한다.

이에, 전술한 바와 같은, 결합구성으로 이루어진 본 발명에 따른 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판은, 엘이디(LED) 소자(14)의 작동 열이 발생하게 되면, 도 3으로 도시된 바와 같이, 확산 방열공(2)에 의한 열 방출 확산작용과 더불어, 방열유도튜브(3)에 의한 열 유도작용에 의해 엘이디 소자(14)의 구동발생 열을 보다 넓은 면적을 통해 확산 방출되게 안정적인 형태로 냉각시키게 되는 작용 기능을 행하게된다.

한편, 본 발명에 있어, 전술한, 상기 확산 방열공(2)과, 그 확산 방열공(2) 내경면으로 삽입 결합되는 방열유도튜브(3)의 구성은, 전술한 메탈 인쇄회로기판(PCB)(1)에 한정 적용되는 것은 아니며, 일반적인 인쇄회로기판, 예컨대, 수지 인쇄회로기판(PCB)(도시생략)에 선택적으로 적용 구성시킬 수 있는 것으로, 이 또한 본 발명의 범주에서 벗어나는 것은 아니다.

1 : 메탈 인쇄회로기판 2 : 확산 방열공 3 : 방열유도튜브
11: 금속베이스 12 : 절연접착층 13: 회로동박
14 : 엘이디 소자 31,31' : 가변압착편

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2. 금속베이스(11) 상부면에 절연접착층(12)과, 회로동박(13)이 순차적 구조로 적층결합되고, 회로동박(13) 상부면에 엘이디 소자(14)와, 전기회로 부품이 실장 되며, 엘이디 소자(14)의 실장 부위 하부면에 장공 구조로 수직관통된 확산 방열공(2)이 형성된 메탈 인쇄회로기판(1)에 있어서;
   상기 확산 방열공(2)은, 내경면에 원통형 파이프 구조의 금속재 방열유도튜브(3)를 더 삽입 결합하되, 상기 방열유도튜브(3)는, 상,하부면에 가변 압착편(31)(31')을 형성하고;
   상기 가변 압착편(31)(31')의 변형 결합력에 의해 확산 방열공(2)의 내측면 테두리에 방열유도튜브(3)를 피복구조로 밀착결합되게 함을 특징으로 하는 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판.
   
3. 제 2항에 있어서;
   상기 방열유도튜브(3)는, 알루미늄, 구리, 은 중 어느 하나의 금속소재로 구성됨을 특징으로 하는 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판.
   
4. 제 2항에 있어서;
   상기 방열유도튜브(3)는, 메탈 인쇄회로기판(1)과, 수지인쇄회로기판 중 어느 하나의 인쇄회로기판에 적용 구성됨을 특징으로 하는 방열기능을 개선 시킨 엘이디 조명용 인쇄회로기판.

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