KR20100095670A - 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드(LED) 램프에 사용하는 회로기판(PCB)에 관한 것으로서, 알루미늄 박판이나 유연성을 가지는 합성수지 필름으로 회로를 구성하여 PCB가 유연성을 가지도록 함으로써 곡면형태의 램프나 다각형 형태의 램프에 LED램프의 적용이 가능하도록 하기 위한 목적을 가지는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제 해결 수단으로서는 금속박판이나 합성수지 필름으로 이루어진 베이스 판에 은용액으로 회로구성을 인쇄하고, 상기 인쇄면 위에 회로 구성을 따라 동 도금을 한 후 산화방지용 절연물질로 LED소자가 연결되는 부위를 제외한 부분에 도포를 한 후 LED소자를 연결함으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이다.

상기와 같은 목적 및 해결수단을 가지는 본 발명은 베이스 판에 인쇄방식으로 회로구성을 형성함으로 회로구성을 하기 위한 도금공정을 배제함으로써 공정의 단순화와 원가절감을 이루고 베이스 판이 유연성을 가짐으로 광원부분이 원형인 상태이거나 다각형의 형상을 가지는 램프에 LED소자를 가지는 PCB를 쉽게 적용시킴으로 원형 또는 다각형 형태의 LED램프의 제작이 가능한 장점을 가지는 발명이다.

PCB, LED, 회로기판

Description

필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판{An electric circuit board for LED lamp}

본 발명은 발광다이오드(LED) 램프에 사용하는 회로기판(PCB)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 회로기판을 합성수지 필름이나 알루미늄 호일과 같은 필름에 인쇄함으로써 회로기판을 제조할 때 발생하는 환경오염을 방지하도록 하며 유연성을 향상시켜 광원인 LED소자가 원형이나 절곡된 상태의 램프에 적용이 가능하도록 하기 위한 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드(light emitting diode ; 이하, “LED”라고 함)는, 그 제조 기술의 발달로 인해 단순한 표시기를 넘어 휴대폰 백라이트나 가전제품의 광원으로 사용되고 있고, 나아가 적절한 조도를 가진 일반 조명용 램프까지 그 응용이 확대되고 있다.

이러한 LED를 조명용 램프로 사용하기 위해서는 단위 면적당 수천 칸델라의 휘도가 되어야 하므로 다수 개의 LED 어레이를 구성하여 필요한 휘도를 얻도록 하고 있다.

그런데 상기와 같은 LED 어레이를 형성할 때 문제로 되는 것은, 각각의 LED 에서 발생한 빛을 될 수 있는 한 열로 전환하지 않고 빛으로서 효율적으로 취출하여 발광 가용성을 극대화하면서 발생하는 열을 빠른 시간 내에 외부로 방출하는가이다.

여기서 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : 이하 “PCB 기판”이라함)상에 인쇄되어 있는 구리선 등 리드선 패턴 위에 고휘도 LED 어레이를 부착시켜 작동하면, LED 자체에서 발생되는 열중 일부는 LED 자체의 체적을 통해서 방열되고 나머지는 리드선 자체 또는 리드선을 통해 하부의 PCB 기판 쪽으로 방열되는데, PCB 기판이 수지계이어서 그 자체로는 방열특성이 좋지 않으므로 이를 통해 방열되는 양이 적을 수밖에 없다.

따라서 열이 많이 발생하는 소자에서는 열이 잘 배출되지 않으면 소자의 오작동, 수명 단축 등을 불러 올 수 있으며, 특히 발열이 심한 고휘도 LED 어레이의 경우에는 충분하지 못한 방열 특성으로 인해 그 집적도를 높이거나 작동 전류를 증가시키는데 제한이 있어 왔다.

이로부터 종래 LED 소자를 표시 용도로 사용해 왔기 때문에 고방열을 필요로 하지 않아 출력이 작은 LED를 탑재하는 기판으로 에폭시 기판(FR-4 기판) 등과 같은 수지계 기판이 사용되어 오던 것을 방열 효과가 우수한 메탈 PCB 기판으로 대체하여 방열성능을 높이고 있다.

즉, 2000년 이후 LED의 고휘도화, 고효율화 특히 청색 LED 소자가 현저히 개량되면서 조명 분야로의 요구도 커져, 조명 분야에 사용되는 LED의 경우에 발광효율이 20∼30%로 낮고 또한 칩 사이즈가 작기 때문에 전체적인 소비 전력이 낮음에 도 불구하고 단위 면적당 발열량은 매우 커 LED를 실장한 제품에 대한 방열대책이 부각되고 있으며, 이러한 열로 인한 LED 수명 및 성능의 저하가 커다란 과제로 되어 LED를 탑재하는 LED용 기판으로는 종래의 수지계 PCB 기판의 특성에 더하여 높은 열전도성(방열성), 내열 충격성 등 금속의 특성을 살린 PCB 기판으로 알루미늄과 같은 메탈의 한 쪽 면에 동박을 에폭시계 수지제로 접착한 적층판 형태의 메탈 PCB 기판이 사용되어 LED 소자의 온도를 크게 낮출 수 있고 이로 인하여 수명과 성능을 대폭 늘릴 수 있게 된다.

그러나 상기 메탈 PCB에 장착된 LED 소자로부터 하부 메탈까지 열전달은, 그 중간에 위치한 접착제가 에폭시 소재이기 때문에 방열 전달에 방해를 받아 여전히 원활하지 못해 LED 어레이를 고밀도 집적 상태에서 작동시킬 때 발생하는 대량의 열을 모두 방열시키는 데에는 한계가 있다.

또한 상기 메탈 PCB는, 열전도도가 높은 금속 예를 들면 알루미늄 소재 위에 에폭시 처리하고 얇은 단면의 PCB를 그 위에 밀착 접착한 후, 종래의 단면 PCB 제조 공정을 거쳐 생산된다.

여기에 적용되는 종래의 단면 PCB 제조는, 원판 -> NC 드릴(홀 가공) -> 1차 화학도금(스루홀 도금) -> 필름을 얹어 노광기로 패턴 회로를 형성 -> 현상 -> 건조 -> 2차 전기도금(현상된 회로를 선명하게 하면서 기판에 밀착) -> 회로검사 -> 세척(녹 방지) -> 솔더잉크 -> 건조 -> 노광(솔더랜드 형성) -> 현상 -> 건조 -> 마킹(실크인쇄) -> 160℃ 열 건조 -> 핫 솔더(납 입힘) -> 라우터의 일반적 공정으로 수행된다.

그러나 종래 절연 에폭시 위에 얇은 동박을 붙여 박판 전체가 동판인 상태에서 회로 부분만 남기고 이외의 부분을 없애야 하기 때문에 노광 및 현상 과정을 거치게 되어 친환경적이지 못했다. 또한 이러한 작업 공정을 모두 거쳐야 하기 때문에 작업 공정의 단순화에 따른 비용 절감이 어려운 문제점도 있게 된다.

이에 본 출원인이 선출원한 특허출원 제2009-3964호에 의하여 상기의 문제점을 해결한바, 상기 선출원특허는 상면에 절연층을 형성시키고 그 위에 동 증착하여 회로 패턴이 형성되는 부분에 LED 소자를 장착시키는 알루미늄 소재 회로기판의 두께를 최소화하고, 상기 알루미늄 소재 회로기판의 하면에 상기 LED 소자에서 발생하는 열을 방출시키도록 간격을 두고 다수의 홈을 양면에 형성시킨 알루미늄 소재 방열체의 어느 한 면을 부착시켜 일체로 구성함으로써, 알루미늄과 동 증착막 사이에 종래 에폭시와 같은 열전달 차단 소재가 없어 LED 소자에서 발생된 열이 즉시 그대로 알루미늄 소재 회로기판과 동일 소재의 방열판 홈을 통해 더욱 빠르게 전달 방출되므로 조명용으로 요구되는 고휘도의 광을 발생시키기 위해 고밀도로 집적 배열된 조명용 LED 소자의 방열 성능을 향상시키는 효과가 있게 된다.

그러나, 상기 선출원특허에 적용되는 알루미늄소재 회로기판이 절곡되거나 유연성을 갖지 못함으로 곡선형태의 램프에는 LED램프가 적용할 수 없는 단점을 가지고 다각형 형태의 램프에는 각 면에 별도의 메탈 PCB를 적용하여야 함으로 복수의 메탈 PCB를 사용하여야 하는 결점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같이 곡면형태의 램프에 LED램프를 적용할 수 없는 문제점과 다각형 램프에 적용할 때 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 0.5mm이하의 알루미늄 박판이나 유연성을 가지는 합성수지 필름으로 회로를 구성하여 PCB가 유연성을 가지도록 함으로써 곡면형태의 램프나 다각형 형태의 램프에 LED램프의 적용이 가능하도록 하기 위한 목적을 가지는 것이다.

그리고, 본 발명은 메탈 PCB에 도금을 할 때 발생하는 환경문제를 해결하고 제조공정을 단순화시켜 원감절감을 가지도록 하는 부가적인 목적을 가지는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제 해결 수단으로서는 금속박판이나 합성수지 필름으로 이루어진 베이스 판에 은용액으로 회로구성을 인쇄하고, 상기 인쇄면 위에 회로 구성을 따라 동 도금을 한 후 산화방지용 절연물질로 LED소자가 연결되는 부위를 제외한 부분에 도포를 한 후 LED소자를 연결함으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이다.

이때, 상기 베이스 판의 재질이 전도성을 가지는 금속박판의 경우에는 회로구성에 흐르는 전기를 베이스 판에 전도되는 것을 차단하는 절연층을 형성하는 것이 바람직하고, 전도성이 없는 합성수지 필름의 경우에는 절연층을 하지 않는 것이 바람직하며, 상기 절연층은 인쇄기법으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적 및 해결수단을 가지는 본 발명은 베이스 판에 인쇄방식으로 회로구성을 형성함으로 회로구성을 하기 위한 도금공정을 배제함으로써 공정의 단순화와 원가절감을 이루고 베이스 판이 유연성을 가짐으로 광원부분이 원형인 상태이거나 다각형의 형상을 가지는 램프에 LED소자를 가지는 PCB를 쉽게 적용시킴으로 원형 또는 다각형 형태의 LED램프의 제작이 가능한 장점을 가지는 발명이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 구성 및 작용을 첨부된 도면과 같은 실시 예를 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명에 의한 제 1 실시 예의 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합상태를 나타낸 일부 확대 단면도이며, 도 3은 제 1 실시 예의 다른 실시형태를 나타낸 부분 확대 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 제 2 실시 예의 구성을 나타낸 분해 사시도이며, 도 5는 도 4의 결합상태를 나타낸 부분 확대 단면도이다.

따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 제 1 실시예인 LED램프용 PCB(1)의 구성을 상세하게 설명하면,

알루미늄과 같은 금속박판으로 이루어지는 베이스판(10)과;

상기 베이스판(10)의 표면에 전기의 전도를 차단하는 절연물질로 층을 형성한 절연층(20)과;

상기 절연층(20)의 상면에 은용액으로 인쇄되는 회로구성(30)과;

상기 회로구성(30)의 상면으로 전기의 전도성을 높이기 위한 동도금층(40) 과;

상기 동도금층(40)에서 LED소자(2)가 고정되는 부위를 제외한 전체적인 부위에 산화를 방지하기 위한 절연표면층(50)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베이스판(10)을 금속박판로 형성하는 것은 발광소자인 LED소자(2)가 전원을 공급받아 발광할 때 발생하는 열을 외부로 신속히 방출하기 위해서는 열전도성이 우수한 재질을 사용하는 것으로, 열전도성이 가장 우수한 동(銅)을 사용하는 것이 바람직하나 제조원가의 상승으로 알루미늄을 사용하는 것이다.

그리고, 베이스판(10)은 유연성과 탄성을 가지도록 두께를 약 0.5mm이하의 것으로 사용하는 것이 바람직하고, 베이스판(10)으로 사용되는 금속박판의 두께가 얇을 경우에 금속박판이 찢어지는 것을 방지하기 위하여 도 3에 도시한 바와 같이 합성수지필름이나 종이와 같은 보조판(60)을 베이스판(10)의 이면에 접착제로서 접착시킨 것으로, 이때에 상기 보조판(60)은 스티커의 이면지와 동일하게 사용하면 베이스판(10)에 회로구성(30)을 형성한 후 스티커와 같이 부착시키면서 LED 램프에 PCB(1)를 사용할 수 있는 것이다.

상기 절연층(20)은 절연잉크를 인쇄기법(실크스크린)으로 베이스판(10)이 상부에 형성하는 것이고, 다른 방법으로서는 액 분사기를 통해서 베이스판(10)에 도포할 수 있으나 전자의 경우 절연층(20)이 일정한 두께로 형성되나 작업공정 및 시간이 상당히 소요되는 단점을 가지고, 후자의 경우에는 두께가 일정하지 않는 단점을 가지나 작업시간의 단축과 공정의 단순화를 가지는 장점을 가짐으로 작업환경에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 것이다.

상기 회로구성(30)과 동도금층(40)은 인쇄기법으로 형성하는 것으로서, 상기 회로구성(30)을 절연층(20)에 인쇄한 후 회로구성(30)과 동일한 폭이나 좁은 폭으로 동도금층(40)을 회로구성(30)의 상면에 인쇄한다.

이후, 상기 회로구성(30)에서 LED소자(2)가 결합되는 부위를 제외한 베이스판(10) 전체에 은용액으로 인쇄된 회로구성(30) 및 동도금층(40)의 산화를 방지하기 위하여 절연잉크로서 절연표면층(50)을 형성하며, 이때에 절연표면층(50)은 인쇄기법에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 절연표면층(50)에서 제외되어 외부로 노출된 동도금층(40)에 LED소자(2)를 납땜이나 기타 접합수단으로 고정시키면 PCB(1)가 완성되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 PCB(1)는 베이스판(10)이 유연성과 탄성을 가짐으로 LED램프의 발광부위가 곡면을 형성하거나 다각형의 형상을 가질 때 쉽게 LED램프에 결합하여 사용할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 제 2 실시 예로서는 도 4와 도 5에 도시한 바와 같이 PCB(1)를 구성함에 있어 베이스판(100)을 금속재질이 아닌 합성수지 필름으로 형성할 수 있는 것으로서, 합성수지 필름으로 PCB(1a)를 형성하였을 때에는 금속박판으로 이루어진 베이스판(10)의 상면에 구성되는 절연층(20)을 형성하지 않고 합성수지 필름으로된 베이스판(100)의 상면에 회로구성(300) 및 동도금층(400)을 형성한 후 절연표면층(500)을 제 1실시 예와 같이 동일한 방법에 의하여 형성한 것이다.

이는 합성수지 필름으로 된 베이스판(100)이 전도성 물질이 아니기 때문에 회로구성(300) 및 동도금층(400)에 흐르는 전기가 베이스판(100)에 전도되지 않음으로 절연층(20)이 불필요한 것이다.

또한, 상기 제 1실시 예에 의한 PCB(1)나 제 2 실시 예에 의한 PCB(1a)의 베이스판(10)(100)이면에 제 1 실시예의 다른 실시형태와 같이 접착제를 도포한 후 이면지를 형성하면 PCB(1)를 원하는 부위에 간편하게 접착시킬 수 있어 LED램프 뿐만 아니라 인테리어용으로 실내 벽면에 손쉽게 부착시켜 사용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 제 1 실시 예의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도 2는 도 1의 결합상태를 나타낸 일부 확대 단면도.

도 3은 제 1 실시 예의 다른 실시형태를 나타낸 부분 확대 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 제 2 실시 예의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도 5는 도 4의 결합상태를 나타낸 부분 확대 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : PCB 2 ; LED 소자

10 : 베이스 판 20 ; 절연층

30 ; 회로구성 40 ; 동도금층

50 ; 절연표면층

Claims (6)

1. 알루미늄과 같은 금속박판으로 이루어지는 베이스판(10)과;

   상기 베이스판(10)의 표면에 전기의 전도를 차단하는 절연물질로 층을 형성한 절연층(20)과;

   상기 절연층(20)의 상면에 은용액으로 인쇄되는 회로구성(30)과;

   상기 회로구성(30)의 상면으로 전기의 전도성을 높이기 위한 동도금층(40)과;

   상기 동도금층(40)에서 LED소자(2)가 고정되는 부위를 제외한 전체적인 부위에 산화를 방지하기 위한 절연표면층(50)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 절연층(20)과 회로구성(30)과 동도금층(30) 및 절연표면층(50)이 인쇄방식으로 베이스판(10)의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 회로구성(30)을 절연층(20)에 인쇄한 후 회로구성(30)과 동일한 폭이나 좁은 폭으로 동도금층(40)을 회로구성(30)의 상면에 인쇄한것을 특징으로 하는 필 름화된 발광다이오드 램프용 회로기판.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 회로구성(30)에서 LED소자(2)가 결합되는 부위를 제외한 베이스판(10) 전체에 은용액으로 인쇄된 회로구성(30) 및 동도금층(40)의 산화를 방지하기 위하여 절연잉크로서 절연표면층(50)을 형성한 것을 특징으로 하는 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 베이스판(100)을 합성수지 필름으로 형성하고 그 상면에 회로구성(300)과 동도금층(400) 및 절연표면층(500)을 인쇄방식에 의하여 형성한 것을 특징으로 하는 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판.
6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,

   베이스판(10)(100)의 이면에 접착제를 도포한 후 이면지를 구비하여 PCB(1)(1a)를 스티커와 동일한 방법으로 사용하는 것을 특징으로 하는 필름화된 발광다이오드 램프용 회로기판.

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