KR20170124732A - 엘이디 라이트용 방열핀 설치방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 방열핀 설치방법은 엘이디 칩이 실장된 회로기판에서 엘이디 칩의 열을 방열판으로 전도시키기 위한 방열핀을 설치하는 방법으로서, 금속 와이어를 프레스 가공 및 절단하여 한쪽 끝에 방열핀 제1돌기가 형성된 삽입핀을 제조하는 단계와, 회로기판의 엘이디 칩이 실장될 위치에 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 관통홀에 상기 삽입핀을 삽입하는 단계와, 상기 삽입핀의 다른 쪽 끝을 프레스 가공하여 방열핀 제2돌기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기는 상기 관통홀의 지름 바깥쪽으로 돌출된 것을 특징으로 한다.

Description

엘이디 라이트용 방열핀 설치방법{Fixing method of radiation fin for LED lamp}
본 발명은 방열핀 설치방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엘이디 칩이 실장된 회로기판에서 엘이디 칩의 열을 방열판으로 전도시키기 위하여 방열핀을 설치하는 방법에 관한 것이다.
엘이디는 기존의 조명소자인 방전등, 백열등에 비하여 발광효율이 높고 수명이 길어 차세대 조명기구에 널리 적용되고 있다. 엘이디를 이용한 조명기구에서 단점으로 지적되는 것은 작은 크기의 엘이디 칩에서 높은 휘도의 광이 발생하므로 열이 많이 발생한다는 것이다. 특히 가로등, 전조등 등에 이용되는 고휘도 조명기구에서는 열 발생에 의한 소자 열화 등의 문제가 심각하고, 이를 해결하기 위한 기술개발이 활발히 이루어지고 있다.
엘이디 조명기구는 회로기판에 하나 또는 복수개의 엘이디 칩이 실장되는데, 엘이디 칩에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위하여 별도의 방열판이 엘이디 칩에 결합되기도 한다. 엘이디 실장을 위한 회로기판으로는 FR4와 같은 에폭시 수지기판이 널리 이용되는데, 최근에는 열 방출 특성이 우수한 세라믹 또는 금속재질 기판도 개발되고 있다. 그러나, 세라믹 또는 금속재질 기판은 기존의 수지기판에 비하여 생산원가가 높은 단점을 가지고 있고, 메탈인쇄회로기판의 경우에는 금속부와 동도금층 사이의 절연부에서 열전달이 방해되어 열 방출 효과가 제한적인 단점을 가지고 있다.
인쇄회로기판에서 엘이디 칩의 열을 방출하기 위한 수단 중 하나는 회로기판에 관통홀을 형성하고, 관통홀 내부에 금속을 충진하여 방열판으로 열을 전달하는 것이다. 방열판 연결을 위한 관통홀 충진에 관한 선행문헌인 한국공개특허 제2010-0081059호는 비아홀 내부를 도금으로 충진하는 기술을 개시하고 있고, 한국공개특허 제2009-0036222호는 관통홀 내부에 솔더 리지스터를 충진하는 기술을 개시하고 있는데, 상기 선행문헌에 개시된 기술들은 관통홀 내부에 금속재질을 충진시키기 위하여 별도의 도금공정을 이용하거나, 솔더 리지스터를 충진하기 위한 별도의 장치를 구비하여야 한다는 단점을 가진다.
또 다른 선행문헌인 한국등록특허 제1013606호는 관통홀 내부에 방열핀을 삽입하는 방식의 인쇄회로기판에 대하여 개시하고 있다. 그러나 상기 선행문헌에 개시된 기술은 관통홀 내부 직경과 동일한 막대 형상의 방열핀을 이용하고 있어서, 방열핀의 고정이 견고하지 않고 방열핀과 방열판의 접촉 면적이 제한되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 회로기판의 관통홀에 견고하게 고정되면서도 방열 효과가 향상되는 새로운 기술에 대한 개발 필요성이 크다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 엘이디 칩이 실장되는 영역의 관통홀 내부에 견고하게 고정되어 물리적 충격에 강하고, 방열판과의 접촉면적이 증가되어서 열전달 효율이 향상된 방열핀 설치방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 회로기판의 관통홀에 견고하게 고정되고, 방열판과의 접촉면적을 증가시켜서 열전달 효율이 향상된 엘이디 칩 고정용 방열핀을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 엘이디 칩이 실장된 회로기판에서 엘이디 칩의 열을 방열판으로 전도시키기 위한 방열핀을 설치하는 방법으로서, 금속 와이어를 프레스 가공 및 절단하여 한쪽 끝에 방열핀 제1돌기가 형성된 삽입핀을 제조하는 단계와, 회로기판의 엘이디 칩이 실장될 위치에 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 관통홀에 상기 삽입핀을 삽입하는 단계와, 상기 삽입핀의 다른 쪽 끝을 프레스 가공하여 방열핀 제2돌기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기는 상기 관통홀의 지름 바깥쪽으로 돌출된 것을 특징으로 하는 방열핀 설치방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 삽입핀의 다른 쪽 끝을 프레스 가공하여 방열핀 제2돌기를 형성하는 단계에서, 상기 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기가 회로기판의 표면에 접촉하도록 가공되어 상기 방열핀이 관통홀에 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 방열핀은 회로기판에 고정된 후에 관통홀에 삽입된 영역인 삽입부와, 회로기판의 한쪽 면으로 돌출된 방열핀 제1돌기와, 회로기판의 다른쪽 면으로 돌출된 방열핀 제2돌기로 이루어지고, 상기 삽입부의 길이는 관통홀의 깊이와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 회로기판의 관통홀에 삽입되어 엘이디 칩으로부터 방열판 쪽으로 열을 전도시키기 위한 방열핀으로서, 상기 회로기판의 관통홀에 삽입되는 삽입부와, 상기 삽입부의 한 쪽 끝에서 상기 관통홀보다 직경이 크게 연장되어 돌출되고 상기 엘이디 칩이 결합되는 면을 제공하는 방열핀 제1돌기와, 상기 삽입부의 다른 쪽 끝에서 상기 관통홀보다 직경이 크게 연장되어 돌출되고 상기 방열판과 접촉하는 면을 제공하는 방열핀 제2돌기를 포함하는 엘이디 칩 고정용 방열핀을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기는 상기 회로기판의 표면에 접촉하여 방열핀의 위치를 고정할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 방열핀 제2돌기는 0.01mm 내지 0.5mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 방열핀 설치방법과 방열핀은 아래의 효과를 가진다.
1. 한쪽 끝에 돌기가 형성된 리벳 형상의 삽입핀을 회로기판의 관통홀에 1차 결합한 상태에서 프레스 가공에 의하여 삽입핀의 다른 쪽 끝에 돌기를 형성하면서 방열핀을 고정하므로, 돌기가 없는 막대 형상의 방열핀을 관통홀에 결합하는데 필요한 임시고정 장치가 필요없다.
2. 삽입핀의 다른 쪽 끝에 돌기를 형성하는 과정이 프레스 가공에 의하여 이루어지고, 상기 프레스 가공 시에 삽입핀의 상하가 눌려 양쪽의 돌기가 회로기판에 접촉하도록 성형되므로 방열핀과 회로기판의 결합이 견고하다.
3. 방열핀의 방열판 연결부위 면적이 증가하므로 방열핀을 통과한 열이 보다 효과적으로 방열판에 전달될 수 있다.
4. 방열핀과 방열판 연결부위에 요철이 형성되어 있으므로 실버페이스트와 같은 접착제에 의한 결합부위의 결합력이 향상될 수 있고, 상기 요철부위에 접착제가 침투하면서 서로 다른 방열핀에서의 접착제 두께가 균일하게 유지될 수 있다.
5. 엘이디 칩 고정용 방열핀의 삽입부가 회로기판의 관통홀에 삽입되고, 삽입부의 양쪽 끝에 형성된 돌기들이 관통홀보다 큰 직경으로 측면으로 연장되어 있으며, 돌기들이 회로기판의 표면과 접촉하도록 설치되므로 회로기판의 관통홀에 방열핀의 결합을 견고하게 유지할 수 있다.
6. 방열판과 연결되는 방향에 형성된 방열핀의 돌기가 삽입부보다 넓은 면적을 가지므로 방열판과의 접촉면적이 증가되어서 방열효율이 향상될 수 있다.
7. 방열판과 접촉하는 방향의 방열핀 제2돌기를 형성하는 과정이 방열핀의 전 단계 성형물인 삽입핀을 회로기판의 관통홀에 삽입하기 전에 이루어지는 구현예에서, 방열핀 제2돌기 형성을 위한 프레스 공정에서 회로기판의 물리적 파손을 고려하지 않고 충분한 압력을 가할 수 있다.
8. 방열판을 회로기판의 하부면에 볼트 체결식으로 고정하는 실시예에서는 방열판과 방열핀의 접촉이 접착층과 같은 매개물질 없이 이루어지므로 매개층에 의한 열전달 효율 감소가 없어서 열 전달 효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 1은 엘이디 라이트의 구조를 도시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 엘이디 라이트에 적용되는 엘이디 칩, 회로기판 및 방열판의 연결구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 방열핀의 구조와 방열핀이 회로기판에 결합된 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 방열핀을 회로기판에 고정하는 과정을 순차적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따라 방열핀을 회로기판에 고정하는 과정을 순차적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 방열핀을 제조하기 위한 전 단계에서 제조되는 삽입핀의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따라 삽입핀의 제조과정에서 방열핀 제2돌기를 형성하는 장점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따라 방열핀 하부에 요철부를 형성하고 방열판을 부착하는 과정을 순차적으로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 구현예에 따라 방열핀 하부에 방열판을 부착하는 과정을 순차적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 방열핀 설치방법은 엘이디 칩이 실장된 회로기판에서 엘이디 칩의 열을 방열판으로 전도시키기 위한 방열핀을 설치하는 방법으로서, 금속 와이어를 프레스 가공 및 절단하여 한쪽 끝에 방열핀 제1돌기가 형성된 삽입핀을 제조하는 단계와, 회로기판의 엘이디 칩이 실장될 위치에 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 관통홀에 상기 삽입핀을 삽입하는 단계와, 상기 삽입핀의 다른 쪽 끝을 프레스 가공하여 방열핀 제2돌기를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기는 상기 관통홀의 지름 바깥쪽으로 돌출된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방열핀 설치방법은 엘이디 칩이 실장되는 회로기판의 관통홀에 방열핀을 삽입하고, 상기 삽입된 방열핀의 하부에 방열판을 결합하여 엘이디 칩에서 발생된 열을 효과적으로 외부로 배출하기 위한 것이다.
본 발명의 방열핀 설치방법 및 방열핀은 몇 가지 특징적인 구성을 포함한다. 첫 번째 특징적 구성은 방열핀을 삽입하기 전에 한쪽 끝에 돌기가 형성된 리벳 형상의 삽입핀을 제조하여 관통홀에 임시 고정하는 것이다. 삽입핀의 한쪽 끝에 형성된 돌기는 삽입핀이 관통홀의 아래쪽으로 빠지는 것을 방지하고, 따라서 관통홀에 삽입되는 부위의 직경이 관통홀의 직경보다 작아도 임시고정이 가능하게 한다. 또한 관통홀에 삽입되는 부위의 직경이 관통홀보다 작기 때문에 억지 끼움방식이 아니어도 관통홀 내부에 삽입핀이 용이하게 삽입될 수 있다. 두 번째 특징적 구성은 관통홀 내부에 삽입핀이 들어간 상태에서 삽입핀의 하부가 회로기판의 아래쪽 면에서 소정의 길이로 돌출되는 것이다. 상기 돌출된 부위는 이어지는 프레스 가공에 의하여 방열핀의 아래쪽 돌기를 형성하게 되고, 이러한 금속의 성형과정에서 방열핀의 양쪽 돌기에 의하여 방열핀이 관통홀 내부에 견고하게 고정될 수 있다. 방열핀의 상부에는 엘이디 칩이 결합되고 하부에는 방열판이 결합되는데, 이와 같이 방열핀이 견고하게 고정되면 진동, 충격 등에 의하여 엘이디 칩, 단자, 방열판 간의 연결부위가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 세 번째 특징적 구성은 방열핀의 하부 돌기 면적이 관통홀의 단면적보다 큰 것이다. 방열핀과 방열판의 연결부위 면적이 커지면 방열핀에서 방열판으로 열 전달이 효율적으로 이루어질 수 있는데, 본 발명의 방열핀은 하부의 돌기에서 면적이 증가하여 방열판과의 접촉면적이 증가되는 효과를 가진다.
아래에서 도면을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 엘이디 라이트의 구조를 도시적으로 나타낸 것이다. 도 1의 (가)는 엘이디 라이트의 내부 구조를 도시한 것인데, 엘이디 라이트(100)는 엘이디 칩(120)이 실장된 회로기판(110)이 하우징(140) 내부에 고정되고, 회로기판의 하부에 방열판(130)이 결합되며, 회로기판의 상부에 투과커버(150)가 고정된 구조를 가진다. 추가적인 구성으로 하우징에는 광을 특정 방향으로 유도하는 집광부(160)가 연결될 수 있고, 도면에는 나타내지 않았지만 하우징에는 방열판으로 유도된 열을 외부로 방출하기 위한 홀 등이 형성될 수 있다. 참고로 도면에서는 전원 연결을 위한 도선에 관련된 구성은 생략하였다. 도 1의 (나)는 엘이디 라이트에 적용되는 회로기판과 엘이디 칩을 도시한 것인데, 회로기판(110)에는 복수개의 엘이디 칩(120)이 실장되어 있다. 회로기판의 형태는 엘이디 라이트의 형태에 따라 다양하게 변형될 수 있고, 엘이디 칩의 개수도 엘이디 칩 개개의 휘도, 엘이디 라이트의 용도 등에 따라 달라질 수 있고, 배열 형상도 다양하게 변형될 수 있다.
도 2는 엘이디 라이트에 적용되는 엘이디 칩, 회로기판 및 방열판의 연결구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 회로기판(110) 위에 복수개의 엘이디 칩(120)이 실장되고, 회로기판(110)의 엘이디 칩(120) 실장 영역에는 관통홀이 형성되어 있으며, 관통홀에 삽입 결합된 방열핀(130) 하부에 방열판(130)이 부착되어 있다. 회로기판은 연성회로기판 또는 경성회로기판일 수 있고, 고분자 수지, 세라믹, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 회로기판의 상부 또는 하부에는 도선 패턴을 가지는 금속층이 형성되어 있을 수 있으나 도면에서는 도시하지 않았다. 관통홀은 엘이디 칩의 크기에 따라 다양한 직경을 가질 수 있다. 방열판은 방열핀을 통하여 엘이디 칩과 연결되고, 엘이디 칩에서 발생한 열이 방열판으로 전달되면서 엘이디 칩의 온도를 낮출 수 있다. 방열판은 복수개의 방열핀과 결합된 일체로 구성될 수도 있고, 경우에 따라서는 분할된 형태일 수도 있으며, 별도의 냉각을 위한 수냉각 시스템이 연결될 수도 있다.
본 발명의 명세서 상세한 설명에서는 발명의 내용을 상세하게 설명하기 위하여 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기라는 용어를 구분하여 사용하고 있다. 그러나, 본 발명의 청구범위에서는 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기는 방열핀의 양쪽에 각각 형성된 돌기를 의미할 뿐이고 발명의 상세한 설명에서 구분되어 사용된 용어에 의하여 권리범위가 제한되어서는 안된다.
즉, 발명의 상세한 설명 및 도면에서는 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기라는 용어가 엘이디 칩 또는 방열판이 결합되는 부위로 구분하여 사용되고 있는데, 구체적으로 방열핀 제1돌기는 방열핀의 구성 중 엘이디 칩이 결합되는 부위로, 방열핀 제2돌기라는 방열판에 결합되는 부위로 구분되어 사용되고 있다. 또한, 청구범위에서는 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기가 각각의 성형 순서에 따라 구분되어 사용되고 있으며, 권리범위의 해석 시에는 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기의 구분이 각각에 결합되는 엘이디 칩 또는 방열판의 구분에 의하여 제한되어서는 안된다.
도 3은 본 발명의 방열핀의 구조와 방열핀이 회로기판에 결합된 구조를 나타낸 것이다. 도 3의 (가)는 본 발명의 방열핀이 회로기판에 결합된 구조를 나타낸 것인데, 회로기판(110)에 형성된 관통홀에 방열핀(200)이 삽입결합되어 있고, 방열핀은 상부와 하부에 형성된 돌기에 의하여 회로기판에 견고하게 고정된다. 엘이디 칩 주변 영역에 한 쌍의 전극 단자(112)가 형성되어 있고, 도면에는 나타내지 않았지만 방열핀(200) 위에는 엘이디 칩이 부착된다. 회로기판(110)의 상부와 하부에는 각각 상부 동박(113)과 하부 동박(114)이 부착되어 있다. 도 3의 (나)는 본 발명의 방열핀의 구조를 나타낸 것인데, 방열핀(200)은 회로기판의 관통홀에 삽입되는 부위인 삽입부(200b)를 몸체로 가지고, 상부에 방열핀 제1돌기(200a), 하부에 방열핀 제2돌기(200c)가 각각 형성되어 있다. 방열핀 제1돌기(200a)와 방열핀 제2돌기(200c)는 삽입부의 지름 방향으로 돌출된다. 방열핀의 삽입부(200b)는 회로기판의 관통홀 내부에 삽입될 수 있도록 관통홀 내부보다 작거나 동일한 직경을 가지고, 관통홀의 깊이와 실질적으로 동일한 길이를 가진다. 방열핀의 직경과 길이는 방열핀의 견고한 고정과 관련된다. 방열핀 제2돌기가 성형되기 전 단계에서 가공되는 삽입핀은 관통홀보다 작은 직경의 삽입부를 가지게 되고, 방열핀 제2돌기가 형성되는 프레스 성형과정에서 삽입부가 성형되면서 관통홀 내부에 완전히 접촉하도록 삽입부 직경이 관통홀 직경과 전체적으로 동일하게 또는 부분적으로 동일하게 변화될 수 있다. 앞에서의 설명은 관통홀과 방열핀의 수평단면이 원형인 것을 가정하였지만, 관통홀과 방열핀의 수평단면은 다각형일 수 있고, 이 경우에도 관통홀 및 방열핀의 단면 크기에 관한 설명은 동일한 원리로 적용된다. 방열핀의 삽입부 길이는 관통홀 깊이와 실질적으로 동일한데, 이는 방열핀 제2돌기를 형성하는 프레스 과정에서 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기가 회로기판의 상하부면과 접촉하도록 성형이 이루어지기 때문이다. 이를 위하여 방열핀 제2돌기를 성형하는 과정에서는 방열핀 제1돌기 상부에 압력이 가해지면서 프레스 성형이 이루어진다. 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기가 회로기판의 상하부면과 접촉하도록 성형이 이루어지면 방열핀이 상하부 돌기에 의하여 회로기판의 관통홀에 견고하게 결합된다. 방열핀 제1돌기는 엘이디 칩이 결합되는 상부면을 제공하는데, 제1돌기는 방열핀이 관통홀에 고정될 수 있도록 관통홀의 직경보다 큰 직경으로 연장된다. 방열핀 제2돌기는 방열판이 접촉 또는 결합되는 하부면을 제공하는데, 방열핀이 관통홀에 고정될 수 있도록 관통홀의 직경보다 큰 직경으로 연장된다. 또한 방열핀 제2돌기는 방열판과의 접촉면적을 증가시키기 위하여 넓은 하부면적을 유지하는 것이 유리하다. 방열핀 제2돌기는 금속 와이어를 프레스 가공하여 형성되는데, 넓은 면적을 유지하기 위해서는 두께가 얇은 것이 유리하며, 방열핀 제2돌기의 두께는 0.01mm 내지 0.5mm이 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05mm 내지 0.2mm인 것이 좋다. 방열핀 제2돌기의 두께가 지나치게 얇으면 프레스 가공과정에서 두께 균일도가 낮아지고 측면 방향으로는 열전달도 제한되며, 방열핀 제2돌기의 두께가 지나치게 두꺼워지면 방열핀과 방열판의 접촉부위 면적이 줄어들어 방열효과가 지나치게 낮아진다.
본 발명에 따르면 방열핀의 제2돌기는 방열핀의 성형 전단계인 삽입핀을 회로기판에 삽입한 상태에서 성형될 수도 있고, 삽입핀을 성형과는 과정에서 형성될 수도 있다. 전자의 경우는 도 4를, 후자의 경우는 도 5를 이용하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 방열핀을 회로기판에 고정하는 과정을 순차적으로 설명하기 위한 도면인데, 상기 구현예는 방열핀 제2돌기를 회로기판에 삽입핀이 결합된 상태에서 프레스 가공으로 형성하는 경우이다. 도 4의 (가)와 (나)를 참조하면, 먼저 엘이디 칩이 실장되는 회로기판(110)의 소정의 영역에 관통홀(111)을 형성한다. 관통홀의 형성은 기계적 드릴링 또는 레이저 가공에 의하여 수행될 수 있다. 이어서 도 4의 (다)를 참조하면, 관통홀에 방열핀 제1돌기(200a)를 가지는 삽입핀(210)을 삽입결합한다. 이때, 방열핀 제1돌기(200a)에 의하여 삽입핀(210)이 아래쪽으로 빠지지 않고 임시고정될 수 있고, 삽입핀(210)의 하부는 소정의 길이로 관통홀 하부로 돌출된다. 이어서 도 4의 (라)를 참조하면, 관통홀 하부로 돌출된 삽입핀 하부를 프레스 가공하여 삽입핀을 방열핀(200)으로 성형하면서 방열핀(200)이 관통홀 내부에 고정된다. 방열핀 제1돌기(200a)와 방열핀 제2돌기(200c)는 각각 회로기판의 상부면과 하부면과 접촉하도록 성형이 이루어진다. 방열핀 제2돌기의 성형에는 프레스 가공이 이용된다. 프레스 가공 시에 방열핀 제1돌기에 상부에도 압력이 가해지며, 이 과정에서 방열핀의 삽입부 직경이 관통홀 내부와 동일하도록 변화될 수 있다. 프레스 공정에는 상부금형과 하부금형이 각각 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기에 소정의 압력을 가하도록 제어된 프레스 금형이 이용될 수 있고, 소정의 간격으로 이격된 한 쌍의 프레스 롤 사이로 회로기판이 통과하면서 프레스 공정이 수행될 수도 있다. 프레스 공정에서는 방열판 제2돌기의 두께가 소정의 범위에서 균일하게 유지되도록 하는 것이 중요하다. 방열판 제2돌기의 두께는 삽입핀의 삽입부 길이, 프레스 공정에서의 프레스 압력이 중요한 요소인데, 방열판 제2돌기의 두께가 지나치게 얇으면 두께를 균일하게 제어하는 것이 어려워지고, 방열판 제2돌기의 두께가 지나치게 두꺼우면 방열판 제2돌기의 하부면적이 작아서 방열판과의 접촉면적도 작아지게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따라 방열핀을 회로기판에 고정하는 과정을 순차적으로 설명하기 위한 도면인데, 상기 구현예는 방열핀 제2돌기를 삽입핀의 제조과정에서 형성하고 삽입핀을 회로기판의 관통홀에 삽입한 상태에서 방열핀 제1돌기를 형성하는 구현예이다. 상기 구현예에서는 방열핀 제2돌기의 성형과정이 회로기판과 분리되므로 방열핀 제2돌기 형성을 위한 프레스 공정의 압력이 제한되지 않는다는 장점을 가진다. 도 5의 (가)와 (나)를 참조하면, 먼저 회로기판(110)에 관통홀을 형성하고, 상기 관통홀에 삽입핀(210)을 삽입한다. 삽입핀(210)의 한쪽 끝에는 방열핀 제2돌기(200c)가 형성되어 있고, 방열핀 제2돌기(200c) 방향의 회로기판 면은 방열판이 결합되는 면이 된다. 이어서 도 5의 (다)를 참조하면, 삽입핀(210)이 결합된 회로기판(110)을 뒤집는다. 회로기판을 뒤집는 이유는 프레스 장치의 경우 상부에서 프레스 몰딩이 내려오면서 프레스 가공을 하는 것이 일반적이므로 삽입핀(210)의 상부를 프레스 가공하여 방열핀 제1돌기를 형성하기 위함이다. 이때, 삽입핀(210)이 관통홀에 강제 끼움방식으로 결합되지 않는 경우에는 회로기판을 뒤집는 과정에서 삽입핀(210)이 관통홀에서 빠지는 것을 방지하기 위하여 고정판(800)이 삽입핀의 하부에 설치된다. 이어서, 도 5의 (라)를 참조하면, 삽입핀의 상부를 프레스 가공하여 방열핀 제1돌기(200a)를 형성한다. 방열핀 제1돌기(200a)는 방열핀이 관통홀에 고정될 정도의 직경을 가지면 되므로, 방열핀 제2돌기의 형성과정보다 낮은 압력의 프레스 가공이 이루어져도 무방하다. 이와 같이 방열핀 제1돌기의 형성과정에서 상대적으로 낮은 프레스 가공 압력이 이용되는 것은 회로기판의 파손을 방지하는데 중요한 기능을 한다. 도 5에 도시된 구현예에서는 회로기판의 관통홀에 삽입된 상태에서는 방열핀 제1돌기만을 형성하고, 방열핀 제2돌기의 가공은 회로기판과 분리된 상태의 별도의 삽입핀 제조공정에서 이루어지므로 방열핀 제2돌기의 형성 공정에서 보다 높은 프레스 가공 압력이 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 방열핀을 제조하기 위한 전 단계에서 제조되는 삽입핀의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 삽입핀 제조방법은 본 발명의 삽입핀을 제조하는 일 예로서 삽입핀은 다양한 방법에 의하여 가공될 수 있다. 먼저 도 6의 (가)를 참조하면, 금속 와이어(201)가 이송롤러(300)에 의하여 와이어 고정부(400)로 공급된다. 금속 와이어(201)는 은, 구리 등과 같은 높은 열 전도도를 가지는 금속재질로 이루어질 수 있다. 이송롤러(300)는 금속 와이어의 측면과 접촉하면서 금속 와이어를 일 방향으로 이송시키는데, 금속 와이어의 표면에 가해지는 압력에 의하여 변형이 일어나지 않도록 고무재질의 닙 롤러가 이용될 수 있다. 와이어 고정부(400)는 이송된 금속 와이어를 일정한 길이로 돌출시켜 방열핀 제1돌기 형성을 위한 성형이 이루어지도록 위치를 고정하는 기능을 한다. 이어서 도 6의 (나)를 참조하면, 금속 와이어(201)의 한쪽 끝이 와이어 고정부(400)의 끝에서 소정의 길이로 돌출되면 금속 와이어의 이송을 중단한다. 돌출된 금속 와이어의 길이는 성형되는 방열핀 제1돌기의 형상에 따라 달라질 수 있다. 이어서 도 6의 (다)를 참조하면, 돌출된 금속 와이어(201)의 한쪽 끝을 프레스 가공하여 방열판 제1돌기(200a)로 성형한다. 도면에서는 방열판 제1돌기를 성형하기 위한 프레스 금형을 생략하였다. 이어서 도 6의 (라)를 참조하면, 방열판 제1돌기가 형성된 금속 와이어를 소정의 길이로 이송시키고 이송을 멈춘다. 금속 와이어가 돌출되는 길이는 방열핀의 삽입부 길이, 방열판 제2돌기의 형상에 따라 변화될 수 있다. 이어서 도 6의 (마)를 참조하면, 소정의 영역에서 금속 와이어를 절단하여 삽입핀(210)을 제조한다. 상기 (가) ~ (마)의 과정은 반복적으로 이루어지면서 연속적으로 삽입핀이 제조될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 방열핀 제2돌기의 하부면에 요철부가 형성될 수 있다. 방열핀 제2돌기의 하부면에 형성된 요철부는 2가지 기능을 한다. 첫 번째는 방열핀 하부에 결합되는 방열판과의 접촉 면적을 증가시켜서 결합력을 증대시키는 것이다. 방열핀과 방열판의 실버페이스트와 같은 전도성 접착제에 의하여 결합될 수 있는데, 접촉면적이 증가하고 접촉 부위에 요철이 형성되면 결합력이 높아진다. 방열핀과 방열판의 결합력이 증가하면 진동, 충격 등에 의하여 결합부위가 파손되는 것이 방지될 수 있고, 결합 부위의 미세한 크랙에 의하여 열전도가 방해되는 것을 방지할 수 있다. 두 번째 기능은 방열핀과 방열판을 결합시키는 접착제의 두께를 얇게 제어할 수 있는 것이다. 접착제층에서는 방열핀 및 방열판의 내부보다 열전달이 상대적으로 저하되므로 접착층의 두께가 두꺼워질수록 접착 부위에서의 열전달이 방해를 받게 된다. 그러나 방열핀 또는 방열판의 접촉 부위에 도포되는 접착제층이 지나치게 얇아지면 접착제층이 형성되지 않거나 부분적으로 형성된 방열핀이 발생할 수 있고 또한 접착력도 저하될 수 있다. 방열판은 복수개의 방열핀에 함께 부착되므로 개개의 방열핀에서의 접착층 두께가 달라지면 서로 다른 방열핀의 결합력이 달라질 수 있고, 결과적으로 열전도 특성 및 방열판 결합의 견고함이 상이해질 수 있다. 따라서 접착제층은 서로 다른 방열핀 사이에서 소정의 두께로 균일한 두께를 유지하는 것이 중요하다. 방열핀 하부에 형성된 요철부는, 접착을 위한 압력이 가해지는 동안에 상대적으로 접착층이 두껍게 도포된 방열핀 하부의 접착제를 요철부로 이동시키면서 전체적으로 접착층의 두께를 균일하게 유지하는 기능을 한다. 방열핀 제2돌기의 하부면에 요철부를 형성하는 과정은 방열핀 제2돌기의 형성을 위한 프레스 가공 중에 이루어질 수도 있고, 방열판 제2돌기 형성을 위한 프레스 가공이 끝난 후에 이루어질 수도 있다. 전자의 경우가 보다 간단한 공정이지만, 설명의 편의를 위하여 후자를 대상으로 도 8에서 설명하였다. 또한 도 7에 도시된 구현예에서도 방열핀 제2돌기를 형성하는 상부 프레스에 요철부를 형성하여 방열핀 제2돌기에 요철부를 형성할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따라 삽입핀의 제조과정에서 방열핀 제2돌기를 형성하는 장점을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 (가)를 참조하면, 삽입핀을 제조하기 위한 하부 프레스(910)에는 소정의 길이로 절단된 단위 금속 와이어(205a)를 삽입하기 위한 삽입홀이 형성되어 있고, 상기 삽입홀에 단위 금속 와이어(205a)가 삽입되어 있다. 단위 금속 와이어는 삽입홀에 삽입된 상태에서 상부의 일부 영역이 하부 프레스 상부면 위로 돌출되어 있다. 이어서 상부 프레스(920)가 단위 금속 와이어의 상부에 압력을 가하면서 내려오면 방열핀 제2돌기(200c)가 형성된 삽입핀(210)이 제조된다. 이때, 하부 프레스(910)는 복수개의 삽입홀이 형성될 수 있고, 사부 프레스(920)에는 별도의 성형공간이 형성되어 있을 수 있다. 도 5의 (나)는 삽입핀(210)이 회로기판(110)에 삽입된 상태에서 프레스 공정에 의하여 방열핀 제2돌기(200c)가 가공되는 구현예를 도시한 것인데, 방열핀 제2돌기(200c)의 형성을 위한 프레스 공정에서 회로기판(110)에도 함께 힘이 가해지므로 회로기판의 파손 우려가 있고, 따라서 방열핀 제2돌기의 두께를 0.01mm 내지 0.5mm(보다 바람직하게는 0.05mm 내지 0.2mm)와 같이 얇게 가공하는데 제한이 따른다.
도 8은 본 발명의 방열핀 하부에 요철부를 형성하고 방열판을 부착하는 과정을 순차적으로 나타낸 것이다. 먼저 도 8의 (가)를 참조하면, 방열핀(200)이 결합된 회로기판(100)의 하부에 요철부 형성을 위한 요철 프레스(600)를 설치한다. 요철 프레스(600)에는 방열핀 제2돌기(200c)에 대응하는 위치에 프레스 요철부(601)가 형성되어 있다. 이어서 도 8의 (나)를 참조하면, 요철 프레스(600)가 상승하면서 방열판 제2돌기(200c) 하부에 요철부를 성형한다. 이때, 방열핀 제1돌기(200a)의 상부에는 압력을 가하기 위한 프레스 금형이 설치될 수 있다. 이어서 도 8의 (다)를 참조하면, 요철 프레스(600)가 하강하면 방열핀 제2돌기(200c)의 하부면에 요철부(200d)가 형성된다. 이어서 도 8의 (라)를 참조하면, 요철부가 형성된 방열핀 제2돌기(200c)의 하부에 접착제를 도포하여 접착층(700)을 형성한다. 이어서 도 8의 (마)를 참조하면, 접착층(700)에 방열판(130)을 부착한다. 도 7의 (가)에서 설명한 구현예에서는 상부 프레스에 요철부를 형성하여 방열핀 제2돌기에 요철부를 형성할 수 있다.
도 9은 본 발명의 다른 구현예에 따라 방열핀 하부에 방열판을 부착하는 과정을 순차적으로 나타낸 것인데, 회로기판과 방열판을 볼트체결에 의하여 결합하는 방식을 도시하고 있다. 도 9의 (가)를 참조하면, 회로기판에 나사 관통홀(920)이 형성되어 있고, 나사 관통홀(920) 하부의 방열판(130)에는 나사 체결홀(950)이 형성되어 있다. 도 9의 (나)를 참조하면, 체결나사(930)가 나사 체결홀에 삽입결합되면 방열판(130)이 회로기판(110) 하부에 견고하게 결합된다. 이때 방열판(130)의 상부면과 방열핀(200)의 하부면이 접촉하게 된다. 이와 같은 구현예에 따라 방열판이 고정되면, 별도의 접착층 없이도 방열핀과 방열판의 접촉을 유지할 수 있다. 방열핀과 방열판 사이의 접착층은 열 전도를 방해하는 역할을 할 수도 있는데, 이와 같이 접착층 없이 직접 방열핀과 방열판이 접촉하면 열전달 효율이 더욱 향상되는 효과를 가질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 엘이디 라이트 110 : 회로기판
111 : 관통홀 112 : 전극 단자
113 : 상부 동박 114 : 하부 동박
120 : 엘이디 칩 130 : 방열판
140 : 하우징 150 : 투과커버
160 : 집광부 200 : 방열핀
200a : 방열핀 제1돌기 200b : 삽입부
200c : 방열핀 제2돌기 200d : 요철부
201 : 금속 와이어 210 : 삽입핀
300 : 이송롤러 400 : 와이어 고정부
500 : 절단부 600 : 요철 프레스
601 : 프레스 요철부 700 : 접착층
800 : 고정판 910 : 하부 프레스
920 : 상부 프레스 930 : 체결나사
940 : 나사 관통홀 950 : 나사 체결홀

Claims (6)

  1. 엘이디 칩이 실장된 회로기판에서 엘이디 칩의 열을 방열판으로 전도시키기 위한 방열핀을 설치하는 방법에 있어서,
    금속 와이어를 프레스 가공 및 절단하여 한쪽 끝에 방열핀 제1돌기가 형성된 삽입핀을 제조하는 단계;
    회로기판의 엘이디 칩이 실장될 위치에 관통홀을 형성하는 단계;
    상기 관통홀에 상기 삽입핀을 삽입하는 단계; 및
    상기 삽입핀의 다른 쪽 끝을 프레스 가공하여 방열핀 제2돌기를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기는 상기 관통홀의 지름 바깥쪽으로 돌출된 것을 특징으로 하는 방열핀 설치방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입핀의 다른 쪽 끝을 프레스 가공하여 방열핀 제2돌기를 형성하는 단계에서, 상기 방열핀 제1돌기 및 방열핀 제2돌기가 회로기판의 표면에 접촉하도록 가공되어 상기 방열핀이 관통홀에 고정되는 것을 특징으로 하는 방열핀 설치방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 방열핀은 회로기판에 고정된 후에 관통홀에 삽입된 영역인 삽입부와, 회로기판의 한쪽 면으로 돌출된 방열핀 제1돌기와, 회로기판의 다른쪽 면으로 돌출된 방열핀 제2돌기로 이루어지고, 상기 삽입부의 길이는 관통홀의 깊이와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 방열핀 설치방법.
  4. 회로기판의 관통홀에 삽입되어 엘이디 칩으로부터 방열판 쪽으로 열을 전도시키기 위한 방열핀에 있어서,
    상기 회로기판의 관통홀에 삽입되는 삽입부;
    상기 삽입부의 한 쪽 끝에서 상기 관통홀보다 직경이 크게 연장되어 돌출되고 상기 엘이디 칩이 결합되는 면을 제공하는 방열핀 제1돌기; 및
    상기 삽입부의 다른 쪽 끝에서 상기 관통홀보다 직경이 크게 연장되어 돌출되고 상기 방열판과 접촉하는 면을 제공하는 방열핀 제2돌기;를 포함하는 엘이디 칩 고정용 방열핀.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방열핀 제1돌기와 방열핀 제2돌기는 상기 회로기판의 표면에 접촉하여 방열핀의 위치를 고정하는 것을 특징으로 하는 엘이디 칩 고정용 방열핀.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 방열핀 제2돌기는 0.01mm 내지 0.5mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 엘이디 칩 고정용 방열핀.
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