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KR101303777B1 - 파워 ｌｅｄ 용 방열기판 및 이를 이용하여 제조된 파워 ｌｅｄ 디바이스 - Google Patents

파워 ｌｅｄ 용 방열기판 및 이를 이용하여 제조된 파워 ｌｅｄ 디바이스 Download PDF

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KR101303777B1
KR101303777B1 KR1020097017332A KR20097017332A KR101303777B1 KR 101303777 B1 KR101303777 B1 KR 101303777B1 KR 1020097017332 A KR1020097017332 A KR 1020097017332A KR 20097017332 A KR20097017332 A KR 20097017332A KR 101303777 B1 KR101303777 B1 KR 101303777B1
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KR
South Korea
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counterbore
heat sink
circuit board
terrace
heat dissipation
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빈하이 유
준젱 리
순리 시아
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포산 내션스타 옵토일렉트로닉스 코., 엘티디
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Abstract

본 발명은 파워 LED용 방열기판구조 및 이를 이용하여 제조된 디바이스에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 복잡한 구조, 제조공정상의 어려움, 저생산율, 고비용 및 파워 LED 제품의 특성 불량 등의 단점을 극복할 수 있다. 본 발명의 구조는, 카운터보어 및 금속배선이 집적된 회로기판을 포함하는 것으로, 카운터보어는 사이즈가 다른 2개의 홀이 연결 접속된 구조이다. 더 작은 홀은 스루홀이고, 더 큰 홀은 블라인드홀이며, 두 홀의 축방향은 동일하다. 히트싱크의 구조는 상단 및 하단으로 구성된 부등변 사각 기둥(trapezoidal column)형상이다. 히트싱크와 카운터보어는 짝을 이루며, 상호 꼭 맞게 결속된다. 복수의 카운터보어가 회로기판상에 마련되며, 회로기판은 또한 복수의 위치 및 절개선과 그루브 및/또는 홀을 구비한다. 이러한 방열기판구조를 이용하여 제조된 LED 디바이스는 히트싱크, 카운터보어를 구비하는 회로기판, LED 칩 리드 및 캡슐화 글루를 포함한다. 캡슐화 글루는 회로기판의 칩 및 리드가 실장된 면을 덮고, 외부전극은 노출시키며, 캡슐화 글루는 칩 및 리드를 위한 캡슐화층 및 디바이스를 위한 집적된 광학렌즈 기능을 동시에 수행한다.
방열기판, 고출력 발광다이오드, 카운터보어, 회로기판

Description

파워 ＬＥＤ 용 방열기판 및 이를 이용하여 제조된 파워 ＬＥＤ 디바이스{A HEAT DISSIPATION SUBSTRATE FOR POWER LED AND A POWER LED DEVICE MANUFACTURED BY IT}
본 발명은 파워 LED(power LED)용 방열기판 및 이 방열기판으로 제조된 디바이스(device)에 관한 것으로, 특히, 카운터보어(counterbore)와 히트싱크를 구비하는 구조의 방열기판 및 이러한 방열기판으로 제조된 디바이스에 관한 것이다.
LED라고 일컬어지는 발광다이오드(light emitting diode)는 작은 사이즈, 긴 수명, 낮은 구동전압, 낮은 전력소모, 빠른 응답속도, 내충격구조(shock resistance)등의 장점에 의해 일상적인 도구에 적용되는 일반적인 요소이다. 동작에 있어서, LED 광원은 열을 발생하며, 열 발생 정도는 출력값(power value)에 비례한다. 초기의 LED 디바이스는 제조기술의 한계로 인해 출력(power)이 수 밀리와트(milliwatts)로 제한되었다. 최근, LED 소자의 출력을 강화하는 새로운 기술이 개발되었으며, 예를 들면 100 밀리와트 이상의 더 강한 출력을 갖는 제품이 개발되 었고 이를 파워 LED라 일컫는다. 파워 LED가 조명분야에 적용됨에 따라 1와트(W) 이상의 고출력 LED가 개발되었으며 점차 다양한 조명분야에 적용되고 있다. 파워 LED는 구동되는 동안 열을 발생한다. LED 광원이 오랜 시간 동안 구동된 후에, 축적된 열은 수명을 단축하며 제품의 성능을 불안정하게 하는 결과를 초래한다. LED 칩의 구동시 방열문제를 해결하기 위해 종래에는 복합캡슐화구조(complex encapsulation structures)의 파워 LED가 적용되었다.
종래의 파워 LED에 사용된 일반적인 지지기판은 프레임워크(framework), 세라믹 기판 등으로 나눌 수 있다. 도 1은 프레임워크 타입 파워 LED의 캡슐화구조를 나타낸 것으로, 통상적인 LED의 PCLL에 방열판(102)을 추가로 구비하고 있다. 프레임워크 구조에 있어서, 흰색 또는 검은색의 콜로이드(104)는 금속프레임(103) 상에서 플라스틱 밀봉되어 공동(cavicy)을 형성하고, 전기적 리드(electric lead)(103) 및 방열판(102)이 고정되며, 칩(105) 및 히트싱크(106)는 방열판(102)의 반사컵 근처에 실장되고, 광학렌즈(108)는 프레임워크의 상단(top)에 실장됨을 특징으로 한다.
도 2는 세라믹기판 타입 파워 LED의 캡슐화구조를 나타낸 것이다. 파워 LED에 있어서, 칩(201)은 회로가 인쇄된 세라믹 기판(202) 상에 실장되고, 세라믹 기판(202)과 회로는 방열구조 및 LED와 전기접속구조를 형성하며; 세라믹 기판(202)의 상단에는 금속반사중공(203)이 실장되어 렌즈(204)를 지지하며 광학구조를 형성한다. 세라믹 기판은 복잡한 제조공정(complex manufacture process), 낮은 생산효율, 높은 비용, 방열용량제한 등의 문제점을 가지며 이에 따라 세라믹 기판으로 제 조된 LED 디바이스의 출력강화 여지를 제한하게 된다.
파워 LED의 생산규모 및 적용분야가 확대됨에 따라, 복잡한 제조공정, 낮은 생산효율 등의 전술한 바와 같은 생산구조상의 단점이 부각되었다.
제조비용을 절감하기 위해, 회로기판에 히트싱크를 조립함으로써 파워 LED를 지지하도록(즉, 기판) 하는 것이 개발되었다. 그러나, 이러한 유형의 기판은 복잡한 구조, 엄격한 제조공정, 낮은 재현성, 방열불량과 같은 문제점을 가지므로 파워 LED 제품이 여전히 높은 제조비용, 낮은 재현성, 짧은 제품수명을 갖는 문제점을 야기하게 된다.
예를 들면, 국제공개특허 제2006104325호에는, 히트싱크를 조립하는 방법이 개시되어 있으며, 여기에는, 도 3에 도시된 바와 같이 카운터보어 구조의 다층(multiple layers)의 회로기판(301, 302, 303, 304, 총 4개의 층)이 적층되어 히트싱크(305) 조립을 위한 공동을 형성한다. 그러나, 이들 회로기판 층들은 적층, 조립 및 접합 되어야 하며 제조과정에서 정확한 위치설정이 엄격하게 요구된다. 또한, 적층된 회로기판의 접합시 부정확한 솔더링, 평평하지 않은 이음매 등과 같은 결함은 높은 제조비용, 높은 공정난이도 및 낮은 생산효율을 초래한다.
LED 소자를 위한 방열문제를 극복하기 위한 해결책으로 방열판에 홀을 형성하고 이 홀에 히트싱크를 조립하는 기술이 있다. 예를 들면, 중국공개특허 제1997399A호에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 카운터보어(401) 구조의 회로기판(403)에 히트싱크(404)를 결합함으로써 히트싱크(404)를 회로기판(403)에 조립한 형태를 이루며 회로기판(403) 또는 히트싱크(404)가 원뿔형상의 표면(402)을 갖는 LED 구 조를 개시하고 있다. 이러한 해결책은 히트싱크로 인해 방열용량이 작고, 제조시 히트싱크와 카운터보어 사이의 결합이 약하여 히트싱크가 쉽게 파손되고 위치를 정확히 설정하기 어려우며 재현성이 낮고 방열특성이 불량하기 때문에 고출력 LED 디바이스에는 적합하지 않다. 또한, 회로기판상의 원뿔형 표면을 연마하는 공정과정에 의한 견고성 불량으로 인해 제품의 품질을 보증하기 어렵다.
게다가, 파워 LED의 복잡한 방열구조로 인해 LED 제품을 연속적으로 생산하기에는 낮은 생산효율 및 높은 비용이 소요되는 문제점이 있다. 따라서, 높은 생산효율, 단순한 구조 및 낮은 제조비용으로 급증하는 시장의 수요에 부합하는 새로운 제품을 개발할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점 즉, 파워 LED 방열구조가 갖는 복잡한 구조, 엄격한 공정조건, 낮은 재현성, 방열불량 및 파워 LED 디바이스의 낮은 제조효율, 제품의 견고성 불량, 재현성 불량, 높은 생산비용 등을 해결하고자 한다.
또한, 본 발명은 회로기판 내에 조립된 히트싱크를 구비하는 방열기판구조 및 상기 방열기판으로 제조한 LED 디바이스를 제공하고자 한다. 본 발명에 따른 방열기판은 구조가 단순하고, 제조가 용이하며, 공정조건이 완화되고, 파워 LED 디바이스 특히, 고출력 LED 디바이스의 방열문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 본 발명에 따른 방열기판으로 제조된 디바이스는 양호한 견고성, 높은 재현성 및 우수한 방열성을 갖는다. 본 발명은 또한 높은 생산효율, 단순한 구조, 낮은 생산비용을 달성하며, 파워 LED의 출력을 크게 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따른 파워 LED는 급증하는 시장의 수요를 만족시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 파워 LED 제조에 사용되는 방열기판구조를 제공한다. 본 발명의 방열기판구조는 카운터보어 및 금속배선이 배치되는 일체형(one-piece) 회로기판을 포함하며, 상기 카운터보어는 상호 연통하는 스루홀 및 블라인드홀로 이루어지며, 상기 스루홀은 상기 블라인드홀보다 더 작으며, 상기 스루홀과 블라인드홀의 축방향은 동일하며; 상부 테라스 및 하부 테라스로 이루어진 일체형의 테라스 구조를 갖는 히트싱크로서, 상기 상부 테라스의 직경은 상기 스루홀의 개구와 유사하며, 상기 하부 테라스의 직경은 상기 블라인드홀의 개구와 유사하며, 상기 히트싱크의 상기 하부 테라스의 높이는 상기 블라인드홀의 깊이보다 더 크거나 같으며, 상기 상부 테라스와 상기 하부 테라스는 동일방향의 축을 공유하며; 상기 히트싱크는 상기 카운터보어와 짝을 이루고, 상기 히트싱키는 상기 카운터보어에 꼭 맞도록 박아 넣어질 수 있다. 일체형 구조로 인해, 본 발명의 방열기판구조는 종래의 회로기판에 나타나는 복잡한 다층구조를 단순화하고, 효과적으로 방열기판의 공정특성을 안정화시킨다. 본 발명의 히트싱크 및 회로기판은 방열기판의 카운터보어에 히트싱크를 조립하는 공정을 현저히 단순화시켜 히트싱크가 꼭 맞게 결속되도록 하며, 정확한 위치에 실장되어 쉽게 이탈되지 않으며 따라서 조립특성을 보장할 수 있다. 더욱이, 일체형 히트싱크의 하부 테라스의 용적이 상부 테라스의 용적보다 크기 때문에 열용량 및 방열면적이 더 큰 히트싱크를 제공한다; 카운터보어에 조립시, 히트싱크의 바닥은 회로기판과 높이가 같거나 노출되어 히트싱크가 다른 열전달매체와 접촉하여 열을 방출하도록 하며, 이에 따라 매우 우수한 방열 및 파워 LED 개발을 크게 활성화한다. 본 발명에 따른 파워 LED는 높은 출력을 전달하도록 설계된다. 본 발명에 따른 방열기판은 구조가 단순하고 제조가 용이하며, 파워 LED용 방열구조의 제조비용을 크게 절감한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전술한 방열기판을 기본요소로 구비하는 복수의 카운터보어 및 히트싱크를 구비하는 제2 실시예의 방열기판구조를 제공한다. 제2 실시예의 방열기판은 그 단부에 절개용 위치선이 배치되며 슬롯 및/또는 홀이 배치되는 일체형의 회로기판을 구비한다. 상기 회로기판에는, M열 x N행의 카운터보어 어레이가 배치되며, 상기 M, N은 각각 1보다 크거나 같은 정수로서 M과 N이 동시에 1이 될 수는 없다. 각각의 히트싱크는 카운터보어 어레이 중 대응하는 카운터보어 내에 틈이 없이 꼭 끼워 맞춰진다(interference fit). 제2 실시예에 따른 방열기판은 공정복잡성, 하나씩 제조되는 파워 LED, 제품의 견고성 불량 등과 같은 파워 LED 제조공정상의 문제점을 극복할 수 있다. 본 발명에 따른 방열기판은 구조가 단순하므로 복수의 파워 LED를 동일 방열기판상에 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 방열기판으로부터 LED 디바이스 조립시, 기판은 우선 콜로이드로 캡슐화된 다음 절개선을 따라 절개되어 캡슐화된 LED 제품이 개별 LED 디바이스로 분리될 수 있다. 본 발명은 파워 LED 디바이스의 제조공정을 단순화하며, 생산효율을 증대시키고, 제조비용을 절감하며, 견고성이 양호한 제품특성을 달성할 수 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전술한 파워 LED 방열기판을 이용하여 제조된 파워 LED 디바이스를 제공한다. 상기 파워 LED 디바이스는 히트싱크, 카운터보어를 구비하는 회로기판, LED 칩, 본딩 와이어, 캡슐화 콜로이드를 포함하며, 상기 히트싱크는 상기 회로기판의 상기 카운터보어와 꼭 맞게 결속되며; 상기 LED칩은 상기 히트싱크 위에 실장되며; 상기 LED 칩의 전극을 상기 내부도선 연결부에 연결하는 본딩 와이어를 포함하여 디바이스 전극을 형성하는, 내부도선 연결부 및 외부전극을 구비하는 회로기판의 배선들을 포함한다. 상기 캡슐화 콜로이드는 상기 회로기판의 상기 칩이 실장된 면을 덮고 상기 외부전극을 노출시키는데 이용된다. 상기 캡슐화 콜로이드는 칩 및 본딩 와이어를 외부 수분 및 공기로부터 칩을 밀봉하기 위한 밀봉층 뿐만 아니라 디바이스에 집적된 광학렌즈 기능을 한다. 상기 방열기판을 이용하여 제조된 파워 LED 디바이스는 바람직한 방열특성을 가지며, 파워 LED 디바이스의 출력증대를 촉진한다; 파워 LED 디바이스용의 양호한 견고성 및 높은 생산효율을 제공하는 방열기판구조 및 단순한 캡슐화 구조로 인해 일괄(batch)생산 가능하다. 더 중요하게는, 캡슐화 콜로이드는 1단계로 형성된 광학렌즈로 작용하기 때문에 파워 LED의 광방출 특성이 캡슐화 콜로이드상에 조립된 렌즈를 구비하는 종래기술에 비해 개선된다. 본 발명에 따른 파워 LED 디바이스는 단순하고 컴팩트한 구조, 높은 생산 재현성 및 낮은 제조비용을 갖는다. 본 발명에 따른 방열기판은 방열 특성이 우수하므로 이러한 방열기판을 이용하여 제조된 파워 LED 디바이스는 출력증대 가능성이 더 높고 따라서 본 발명에 의하면 고출력 LED 소자를 제조할 수 있다. 카운터보어 및 히트싱크를 적용한 단순하고 실용적인 방열구조를 이용함으로써 복잡한 LED 제조기술을 단순화하고, 파워 LED 디바이스의 생산효율을 증대시키며, 파워 LED 디바이스의 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 종래의 파워 LED용 리드 프레임워크 타입 캡슐화 구조를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 파워 LED용 세라믹 기판 타입 캡슐화 구조를 나타낸 도면,
도 3은 히트싱크와 회로기판을 조립하여 제조한 종래의 파워 LED 지지기판의 구조를 나타낸 도면,
도 4는 히트싱크와 회로기판을 조립하여 제조한 종래 방열기판구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방열기판의 개략도,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 카운트보어와 히트싱크의 조립을 나타내는 개략도 및 단면도,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바람직한 예의 개략도,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다른 바람직한 예의 개략도,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바람직한 예의 방열기판의 개략도,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 바람직한 예의 방열기판의 개략도,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 칩 캡슐화 후 방열기판의 개략도,
도 12는 본 발명에 따른 파워 LED 디바이스의 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 파워 LED 디바이스의 입방체도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 회로기판 2: 카운터보어
2a: 스루홀 2b: 블라인드홀
3: 금속배선, 디바이스 전극 3a: 내부 도선 열결부
3b: 외부전극 4: 히트싱크
4a: 상부 테라스 4b: 하부 테라스
5: 절개용 위치선 6: 슬롯
7: 홀 8: LED 칩
9: 본딩 와이어 10: 캡슐화 콜로이드
제1 실시예
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 파워 LED 제조에 사용되는 방열기판의 바람직한 제1 실시예를 설명한다.
본 실시예에서, 도 5 및 도 6은 방열기판을 형성하는 회로기판(1) 및 히트싱크(4)의 기본적인 개략도이다. 도 5A는 방열기판의 상부면을 나타내고, 도 5B는 방열기판의 하부면을 나타내AU, 도 5C는 카운터보어(2)에 박아 넣은(embedded) 히트싱크(4)를 구비하는 방열기판의 단면도이고, 도 5D 및 도 5E는 히트싱크의 입방체도(cubic chart) 및 단면도를 각각 나타낸다. 본 실시예에서, 회로기판(1)은 하나 의 몸체로 된 일체형 구조(one-piece structure)로서 그 위에 카운터보어(2) 및 금속배선(metal lines)(3)을 구비하며, 상기 금속배선(3)은 디바이스의 전극 기능을 하고, 내부도선 연결부(3a)(internal wire connection parts) 및 외부전극(3b)으로 구성되어 있다. 상기 카운터보어는 스루홀(2a) 및 블라인드홀(2b)로 된 상호 연통하는 2개의 홀(개구)들로 구성된다. 상기 스루홀(2a)은 블라인드홀(2b)에 비해 작으며, 스루홀(2a)과 블라인드홀(2b)은 동일 방향의 축을 공유하고 회로기판(1)의 상면 및 하면에 수직이다. 상기 히트싱크(4)는 상부 테라스(4a) 및 하부 테라스(4b)로 구성된 일체형 테라스 구조를 이루며, 상부 테라스(4a)의 직경은 스루홀(2a)의 개구(aperture)와 유사하고, 하부 테라스(4b)의 직경은 블라인드홀(2b)과 유사하며, 상부 테라스(4a)는 하부 테라스(4b)와 축을 공유한다. 히트싱크는 카운터보어(2)와 짝을 이루기 때문에, 히트싱크(4)는 카운터보어(2) 내에 꼭 맞게 결속되도록 박아 넣어지게 된다(embedded). 바람직하게는, 상기 히트싱크(4)는 꼭 맞게 끼워지거나(interference fit) 또는 접착제를 이용한 본딩(bonding)에 의해 카운터보어(2) 내에 박아 넣어지게 된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 카운터보어(2)와 히트싱크(4)가 조립되어 있는 회로기판(1)의 개략도이다. 조립 후에 히트싱크(4)의 바닥이 회로기판(1)과 높이가 같거나 외부로 노출되도록 히트싱크(4)의 하부 테라스(4b)의 높이는 블라인드홀(2b)의 깊이와 같거나 더 크며, 이와 같은 방법으로 히트싱크(4)는 열전달매체와 용이하게 접촉하여 열을 방출할 수 있다. 다른 방법으로, 조립 후에 히트싱크(4)의 상부가 회로기판(1)과 높이가 같거나 외부로 노출되도록 히트싱트의 상부 테라스(4a)의 높이는 스루홀(2a)의 깊이와 같거나 더 크다. 이와 같은 방법으로 LED 칩은 히트싱크의 상부에 조립되었을 때 우수한 발광효과를 얻을 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워 LED 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 블라인드홀(2b) 및 스루홀(2a)의 단면은 각각 임의의 구형 또는 다각형이다. 본 발명에서, 임의의 구형은 구형(round), 타원형(oval) 또는 불규칙한(비정형의) 구형(irregular rotundity)을 의미하며, 임의의 다각형은 호, 직선 또는 호와 직선의 조합으로 형성된 다각형을 의미한다. 바람직하게는, 블라인드홀(2b)의 단면은 구형이며, 스루홀(2b)의 단면은 구형 또는 정사각형이다. 히트싱크(4)의 하부 테라스(4b)의 단면은 블라인드홀(2b)의 단면에 상응하는 임의의 구형 또는 임의의 다각형이며, 상부 테라스(4a)의 단면은 스루홀(2a)의 단면에 상응하는 임의의 구형 또는 임의의 다각형이다. 상부 테라스(4a)의 직경은 스루홀(2a)의 개구와 유사하며, 하부 테라스(4b)의 직경은 블라인드홀(2b)의 개구와 유사하므로 히트싱크(4)는 카운터보어(2)에 꼭 맞도록 박아 넣어질 수 있다. 도 7A의 바람직한 예를 참조하면, 히트싱크의 상부 테라스(4a)의 상단은 평평한 평면 또는 오목한 반사컵 형상을 이룬다. 도 8A는 스루홀(2a)과 블라인드홀(2b)이 동일 방향의 축을 공유하는 것을 나타내며, 이들은 동축이어도 동축이 아니어도 된다. 바람직하게는, 스루홀(2a)과 블라인드홀(2b)은 동축이 아니다. 이에 상응하여, 상부 테라스(4a)와 하부 테라스(4b)도 동일 방향의 축을 공유하며, 동축이어도 동축이 아니어도 된다. 히트싱크(4)가 카운터보어(2)에 꼭 맞도록 용이 하게 실장되기 위해서는 상부 테라스(4a)와 하부 테라스(4b)는 동축이 아닌 것이 바람직하다. 도 8B는 히트싱크의 상부 테라스(4a) 상단의 단면이 상부 테라스(4a) 하단의 단면보다 조금 더 작게 형성되어 상부 테라스(4a)가 원뿔 형상을 이루며, 하부 테라스(4b) 상단의 단면이 하부 테라스(4b) 하단의 단면보다 조금 더 작게 형성되어 하부 테라스(4b)가 원뿔 형상을 이루는 것을 도시하고 있다. 히트싱크가 꼭 맞게 끼워 맞춰지거나(interference fit) 또는 접착제를 이용한 본딩에 의해 용이하게 조립될 수 있도록 히트싱크의 하부 테라스(4b)의 높이는 블라인드홀(2b)의 깊이와 같거나 더 큰 것이 바람직하다.
제2 실시예
도 9, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른, 파워 LED 제조에 이용되는 방열기판을 설명하면 다음과 같다.
도 9는 복수의 카운터보어를 구비하는 방열기판을 나타낸 것으로, 전술한 제1 실시예의 방열기판을 기본구성으로 구비하고 있다. 상기 방열기판은 일체형(하나의 몸체로 된)(one-piece)의 회로기판을 구비하며, 상기 회로기판에는 절개용 위치선(5), 슬롯(6) 및/또는 홀(7)(미도시)이 마련되어 있다. M열 x N행 어레이의 카운터보어가 회로기판에 마련되어 있으며, 여기서 M, N은 1보다 크거나 같은 정수이고, M과 N이 동시에 1과 같을 수는 없다. 각 카운터보어의 열 및/또는 행의 양쪽 단부에는 복수의 절개용 위치선(5)이 마련되어 있다. 각 카운터보어의 열 및/또는 행의 측면에는 복수의 슬롯(6) 및/또는 홀(7)들이 마련되어 있다(도 10에 도시된 바와 같이, 각 카운터보어의 양측에 복수의 홀(7)이 있다). 히트싱크는 꼭 맞게 끼 워 맞춰지거나 접착제를 이용하여 해당 카운터보어에 꼭 맞도록 박아 넣어지게 된다. 꼭 맞게 끼워 맞춰지는 것이 바람직하다.
도 9에 도시된 바와 같이, M+1 개의 절개용 위치선(5)이 회로기판상의 각 카운터보어 열의 양쪽 단부에 마련되어 있고, 이 위치는 인접하는 2개의 카운터보어 열의 중앙(middle)에 해당한다. N+1개의 슬롯(6) 각각은 인접하는 2개의 카운터보어 행의 중앙에 위치하며 카운터보어 행을 따라 신장된다. 도 9에는 5열 4행의 카운터보어 어레이가 개시되어 있으며, 6개의 절개용 위치선(5) 및 5개의 슬롯(6)을 구비하고 있다. 본 실시예에서, 디바이스 전극(3)은 회로기판상의 슬롯의 양쪽 상면, 하면 및 내부면에 위치한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 바람직한 예의 구성을 도시한 것이다. 회로기판상의 카운터보어 행의 양쪽에는 N+1개의 절개용 위치선(5a)이 배치되어 있고, 이 위치는 인접하는 2개의 카운터보어 행의 중앙에 해당한다(예를 들면, 도 10의 5열 x 4행의 카운터보어 어레이에는 5개의 절개용 위치선(5a)이 도시되어 있다). 회로기판상의 카운터보어 열의 양쪽에는 M+1개의 절개용 위치선(5b)이 배치되어 있고, 이 위치는 인접하는 2개의 카운터보어 열의 중앙에 해당한다(예를 들면, 도 10에는 6개의 절개용 위치선(5b)이 도시되어 있다). 복수의 슬롯(6)(미도시) 및/또는 홀(7)은 카운터보어의 열 또는 행의 양쪽 단부에서 절개용 위치선들과 동일 선상에 배치되어 있다. 회로기판(1)상의 전체 카운터보어의 행 또는 열의 각 카운터보어(2)의 양쪽에 슬롯(6) 또는 홀(7)이 배치되는 것이 바람직하다. 회로기판(1) 상의 복수의 슬롯 및/또는 홀의 양쪽을 따라 각 카운터보어의 상응하는 위치 에 디바이스 전극(3)이 배치되며, 각 카운터보어에 해당 내부도선 연결부(3a)가 정렬된다. 슬롯(6) 또는 홀(7) 양쪽의 상면, 하면 및 내부면에 디바이스 전극(3)이 정렬된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각 카운터보어의 행을 따라 측면에 복수의 홀(7)이 정렬되고, 각각의 홀은 각각의 카운터보어에 대응된다. 홀(7) 대신 슬롯(6)이 배치될 수 있음은 물론이다.
도 11은 전술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방열기판 캡슐화에 의해 제조된 파워 LED 디바이스의 입방체도이다. 도 11의 입방체도를 절개용 위치선을 따라 절개하면 도 13에 도시된 바와 같은 개별 파워 LED를 쉽게 얻을 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 방열기판으로 제조된 파워 LED 디바이스의 개략도이다. 상기 디바이스는 히트싱크(4), 카운터보어 구조의 회로기판(1), LED 칩(8), 본딩 와이어(9), 캡슐화 콜로이드(10) 및 디바이스 전극(3)을 포함한다. 여기서, 히트싱크(4)는 회로기판(1)의 카운터보어(2)에 꼭 맞게 결속된다. LED 칩(8)은 히트싱크(4) 위에 실장된다. 내부도선 연결부(3a) 및 외부전극(3b)을 구비하는 금속배선(3)은 전극(3)을 형성한다. 본딩 와이어(9)는 회로기판상에서 LED칩의 전극을 내부도선 연결부에 연결한다. 캡슐화 콜로이드(10)는 회로기판(1)의 칩이 실장되어 있는 면을 덮고 있고, 외부전극(3b)은 바깥 쪽에 유지되도록 한다. 캡슐화 콜로이드(10)는 칩과 본딩 와이어의 밀봉을 위한 밀봉층 기능뿐만 아니라 디바이스에 집적된 광학렌즈 기능을 한다. 바람직하게는, 디바이스에 집적된 광학렌즈는 볼록렌즈, 오목렌즈 또는 결합된 환상의 렌즈(combined toroidal lens)이다. 또한, 히트싱크상에 배열된 칩의 수는 1 또는 1 이상이다.
종래의 파워 LED와 비교하면, 본 발명의 파워 LED 디바이스는 구조가 단순하며(simple) 컴팩트(compact)하다. 본 발명의 방열구조를 이용하여 제조한 파워 LED 디바이스는 출력증가 여지가 더 높으며, 특히 고출력 LED 디바이스 구현에 적당하므로 고성능, 고품질의 파워 LED 디바이스를 저비용 및 고효율로 제조하고자 하는 목적을 달성할 수 있다.

Claims (22)

  1. 파워 LED 제조를 위한 방열기판에 있어서,
    카운터보어 및 금속배선이 배치되는 일체형(one-piece) 회로기판으로서, 상기 카운터보어는 상기 회로기판에 수직이고 상호 연통하는 스루홀 및 블라인드홀로 이루어지며, 상기 스루홀은 상기 블라인드홀보다 더 작고, 상기 스루홀과 상기 블라인드홀은 동일방향의 축을 공유하는 회로기판; 및
    상부 테라스 및 하부 테라스로 구성된 일체형의 테라스 구조를 갖는 히트싱크로서, 상기 상부 테라스의 직경은 상기 스루홀의 개구와 유사하고, 상기 하부 테라스의 직경은 상기 블라인드홀의 개구와 유사하며, 상기 상부 테라스와 상기 하부 테라스는 동일방향의 축을 공유하고, 상기 상부 테라스와 상기 하부 테라스는 상기 회로기판에 수직이며, 상기 하부 테라스의 높이는 상기 블라인드홀의 깊이보다 더 높거나 같은 히트싱크를 포함하며,
    상기 히트싱크는 상기 카운터보어와 짝을 이루고, 상기 히트싱크는 상기 카운터보어에 꼭 맞게 결속되는 형태로 박아 넣어지는 것을 특징으로 하는 방열기판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 블라인드홀의 단면은 임의의 구형 또는 다각형이고, 상기 스루홀의 단면은 임의의 구형 또는 다각형이며, 상기 히트싱크의 상기 하부 테라스의 단면은 상기 블라인드홀의 단면에 상응하는 임의의 구형 또는 다각형이고, 상기 히트싱크의 상기 상부 테라스의 단면은 상기 스루홀의 단면에 상응하는 임의의 구형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 방열기판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 히트싱크의 상기 상부 테라스의 높이는 상기 스루홀의 깊이보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 방열기판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 히트싱크의 상기 상부 테라스의 상단에 평평하거나 또는 오목한 형태의 반사컵이 형성됨을 특징으로 하는 방열기판.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스루홀 및 상기 블라인드홀은 동축이 아니며, 상기 상부 테라스 및 하부 테라스 또한 동축이 아님을 특징으로 하는 방열기판.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스루홀 및 상기 블라인드홀은 동축이고, 상기 상부 테라스 및 상기 하부테라스 또한 동축임을 특징으로 하는 방열기판.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 블라인드홀 및 상기 하부 테라스의 단면은 구형이며, 상기 스루홀 및 상기 상부 테라스의 단면은 구형 또는 정사각형임을 특징으로 하는 방열기판.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 히트싱크의 상기 상부 테라스는 상단의 단면이 하단의 단면보다 작은 원추(cone) 형상이고, 상기 히트싱크의 상기 하부 테라스는 상단의 단면이 하단의 단면보다 작은 원추형상임을 특징으로 하는 방열기판.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 히트싱크와 상기 카운터보어는 꼭 맞게 끼워지거나(interface fit) 접착제를 사용한 결합에 의해 상호 꼭 맞게 결속됨을 특징으로 하는 방열기판.
  10. 제 1 항에 있어서, 절개용 위치선을 그 단부에 구비하며, 슬롯 또는 홀이 배열된 일체형 회로기판을 포함함을 특징으로 하는 방열기판.
  11. 제 10 항에 있어서, M열 N행의 카운터보어 어레이가 상기 회로기판 위에 배치되며, 상기 M, N은 각각 1보다 크거나 같은 정수이고, M과 N이 동시에 1이 될 수는 없으며;
    상기 절개용 위치선의 수는 적어도 1이며, 상기 절개용 위치선 각각은 카운터보어의 각각의 열 또는 카운터보어의 각각의 행에 대응되며;
    상기 슬롯의 수 또는 홀의 수는 적어도 1이며, 상기 슬롯 또는 상기 홀 각각은 카운터보어의 각각의 열 또는 카운터보어의 각각의 행 측면에 배치되며;
    상기 히트싱크는 각각의 카운터보어 내에 박아 넣어지며(embedded), 히트싱크와 카운터보어의 각 쌍은 꼭 맞게 끼워져 결속되거나 접착제에 의해 단단하게 접착됨을 특징으로 하는 방열기판.
  12. 제 11 항에 있어서, M+1개의 절개용 위치선 각각은 회로기판상의 카운터보어 열의 양쪽 단부에, 인접하는 2 개의 카운터보어의 열 사이의 중앙에 해당하는 위치에 배치되며; 상기 슬롯의 수는 N+1개이며, 상기 슬롯은 각각의 카운터보어의 행 양쪽을 따라 신장되는 스루 슬롯(through slot)으로 인접하는 2개의 카운터보어의 행 사이의 중앙에 위치함을 특징으로 하는 방열기판.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 회로기판상의 상기 슬롯 양쪽을 따라 디바이스 전극이 배치됨을 특징으로 하는 방열기판.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 디바이스 전극 각각은 각각의 카운터보어 및 내부도선 연결부에 대응됨을 특징으로 하는 방열기판.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스 전극 각각은 상기 회로기판상에서 각각의 슬롯 양쪽에서 상면, 하면 및 내부면에 형성됨을 특징으로 하는 방열기판.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 회로기판상의 카운터보어 열의 양쪽 단부에, 인접하는 2 개의 카운터보어의 열 사이의 중앙에 해당하는 위치에 M+1개의 절개용 위치선이 배치되며;
    상기 회로기판상의 카운터보어 행의 양쪽 단부에, 인접하는 2 개의 카운터보어의 행들 사이의 중앙에 해당하는 위치에 N+1개의 절개용 위치선이 배치되며;
    복수의 슬롯 또는 홀이 카운터보어의 각각의 행 또는 각각의 열에 배치됨을 특징으로 하는 방열기판.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 슬롯 또는 홀은 카운터보어의 열 또는 행의 양쪽 단부에 정렬된 절개용 위치선과 일렬로 배치됨을 특징으로 하는 방열기판.
  18. 제 17 항에 있어서, 전체 카운터보어의 열 또는 행의 각 카운터보어의 측면에 배치된 적어도 하나의 슬롯 또는 홀을 포함함을 특징으로 하는 방열기판.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 방열기판은 디바이스 전극을 포함하며, 상기 디바이스 전극은 회로기판상에서 상기 복수의 슬롯 또는 홀의 양쪽에, 각각의 카운터보어 및 내부도선 연결부에 대응하는 위치에 배치됨을 특징으로 하는 방열기판.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스 전극은 상기 회로기판상에서 상기 슬롯 또는 상기 홀의 상면, 하면 및 내부면에 배치됨을 특징으로 하는 방열기판.
  21. 제 1 항 또는 제 10 항에 따른 방열기판을 이용하여 제조된 파워 LED 디바이스에 있어서,
    히트싱크, 카운터보어를 구비하는 회로기판, LED 칩, 본딩 와이어, 캡슐화 콜로이드를 포함하며,
    상기 히트싱크는 상기 회로기판의 상기 카운터보어와 꼭 맞게 결속되며; 상기 LED칩은 상기 히트싱크 위에 실장되며, 디바이스 전극을 형성하는 내부도선 연결부 및 외부전극을 구비하는 금속배선 및 상기 LED 칩의 전극을 상기 내부도선 연결부에 연결하는 본딩 와이어를 포함하며; 상기 캡슐화 콜로이드는 상기 회로기판의 상기 칩이 실장된 면을 덮고 상기 외부전극을 노출시키며, 상기 캡슐화 콜로이드는 상기 칩 및 상기 본딩 와이어 밀봉용 밀봉층 뿐만 아니라 상기 디바이스에 집적된 광학렌즈 기능을 수행함을 특징으로 하는 파워 LED 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스에 집적된 상기 광학렌즈는 볼록 렌즈, 오목 렌즈 또는 결합된 환상의 렌즈이며, 상기 외부전극은 상기 디바이스의 양의 전극 및 음의 전극 기능을 하며, 상기 히트싱트 상에 배열되는 상기 칩의 수는 적어도 1인 것을 특징으로 하는 파워 LED 디바이스.
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