최근, 조명기술 분야의 패러다임은 친환경, 저소비, 전기적 효율이 뛰어난 고휘도 LED(Light-Emitting Diode) 조명이 각광을 받고 있다. LED 조명기구의 구조는, 크게 LED 칩, 패키지(Package), PCB, 계면물질(TIM), 히터싱크(Heat-sink)로 구성된다. LED 칩은 LED 시스템을 구성하기 위한 기본 단위 소자로 사용되어 PCB상에 SMT로 실장된다. LED가 실장된 PCB는 ...
최근, 조명기술 분야의 패러다임은 친환경, 저소비, 전기적 효율이 뛰어난 고휘도 LED(Light-Emitting Diode) 조명이 각광을 받고 있다. LED 조명기구의 구조는, 크게 LED 칩, 패키지(Package), PCB, 계면물질(TIM), 히터싱크(Heat-sink)로 구성된다. LED 칩은 LED 시스템을 구성하기 위한 기본 단위 소자로 사용되어 PCB상에 SMT로 실장된다. LED가 실장된 PCB는 열전달 테이프나 열전달 그리스와 같은 열전달 물질(혹은 열전달 접착제) 통해 라디에이터 구조의 대형 알루미늄 방열판에 부착된다. 이러한 방열방식은, LED 칩에서 고열이 발생할 경우 PCB와 대형 알루미늄 방열판을 부착시키는 열전달 접착제가 점차 경화(굳어짐)되어 PCB의 동 박막을 분리시킨다. 분리된 동 박막은 접합부분의 열저항을 크게 증가시키므로, 결국 LED 패키지 전체의 방열을 방해하여 LED의 수명을 단축시키는 원인이 되고 있다. 또한, LED와 같은 작은 소자에 공급되는 전력은 광으로 30%를 소비하는 반면에 열로 70%를 소비하기 때문에 LED 조명관련 분야의 학회 및 업계에서는 열저항을 줄이기 위한 다각적인 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이에 따라, 본 논문은 LED 조명기구의 방열개선에 관한 연구로, LED 패키지를 비롯한 모든 방열장치의 설계ㆍ제작에 따른 어떤 물리적인 파라미터와 그 동작특성을 연구하기 위해 제1장 서론, 제2장 LED 패키지 방열설계 이론, 제3장 실험 및 고찰, 제4장 결론 순으로 작성ㆍ정리하였다. 또한, 본 논문에서는 LED 칩의 수명을 좌우하는 LED 패키지의 정션(Junction)에 대한 각종 열저항과 열온도 관계를 열전달 및 전기저항 이론으로 해석하고 실험 및 분석하였다. 즉, LED 조명기구의 설계ㆍ제작에 절대적 영향을 미치는 열저항 및 열온도에 대한 주요 파라미터와 그 동작 특성을 수학적 알고리즘을 통해 해석ㆍ정리하고 첨단 디지털 장비로 측정하여 정성적으로 분석하였다. 이를 위해서는, 첫째, FR-4 PCB에 실장된 LED 칩의 히트 슬러그와 라디에이터 구조의 대형 알루미늄 방열판을 연결하기 위한 멀티 핀(Multi-pin)을 갖는 열전도체를 고안(제작)하였다. 둘째, 고안된 열전도체가 LED 칩에서 발생된 고열을 다중 분산시켜 대기권에서 자연대류에 의해 효과적으로 방열시키는 동작 특성을 실험하고 분석하였다. 셋째, Diamond Powder, Metal, Polymers, Silver를 혼합한 조성 물질과 이들의 단일 물질을 갖는 새로운 열전도체를 제작하여, 히터 싱크와 접촉되는 LED 패키지 후면부의 정션에 대한 열저항과 열온도 관계를 첨단 디지털 장비로 측정하여 방열특성을 정밀 분석하였다. 그리고, 다수개의 LED 칩 배치에 따른 FR-4 PCB의 중심에 집중되는 고열을 냉각부하를 갖는 가장자리(모서리 부분)로 신속하고 효율적으로 전도ㆍ확산시키기 위한 Graphene Nano-Wall의 적용 가능성을 정밀 측정하고 분석하였다. 정성분석 결과, LED 패키지에 대한 열저항 값은 지금까지 알려진 36~46[K/W]보다 현저히 낮은 6.78~10.21[K/W]로 확인되었으며, LED 패키지에서의 온도 상승을 크게 억제시키는 것으로 분석되었다. 또한, FR-4 PCB상에 실장된 LED 칩 중심에서 발생되는 고열은 상대적인 냉각부하를 갖는 LED PKG의 모서리 부분으로 신속하게 전도ㆍ확산되는 우수한 방열특성을 확인할 수 있었다. 향후, 이를 응용하여 건축물 경관용 조명등, 옥외 광고용 조명등, 가로등 및 보안등과 같은 대형 LED 조명기구를 설계ㆍ제작하는데 있어 적용 가능함은 물론, 스마트 폰 등과 같은 배터리를 사용하는 모든 전기ㆍ전자기기의 방열장치 개선에도 적용 가능할 것으로 예측되어 관련 산업체로 정보 제공될 경우 그 활용도가 높을 것으로 전망된다.
최근, 조명기술 분야의 패러다임은 친환경, 저소비, 전기적 효율이 뛰어난 고휘도 LED(Light-Emitting Diode) 조명이 각광을 받고 있다. LED 조명기구의 구조는, 크게 LED 칩, 패키지(Package), PCB, 계면물질(TIM), 히터싱크(Heat-sink)로 구성된다. LED 칩은 LED 시스템을 구성하기 위한 기본 단위 소자로 사용되어 PCB상에 SMT로 실장된다. LED가 실장된 PCB는 열전달 테이프나 열전달 그리스와 같은 열전달 물질(혹은 열전달 접착제) 통해 라디에이터 구조의 대형 알루미늄 방열판에 부착된다. 이러한 방열방식은, LED 칩에서 고열이 발생할 경우 PCB와 대형 알루미늄 방열판을 부착시키는 열전달 접착제가 점차 경화(굳어짐)되어 PCB의 동 박막을 분리시킨다. 분리된 동 박막은 접합부분의 열저항을 크게 증가시키므로, 결국 LED 패키지 전체의 방열을 방해하여 LED의 수명을 단축시키는 원인이 되고 있다. 또한, LED와 같은 작은 소자에 공급되는 전력은 광으로 30%를 소비하는 반면에 열로 70%를 소비하기 때문에 LED 조명관련 분야의 학회 및 업계에서는 열저항을 줄이기 위한 다각적인 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이에 따라, 본 논문은 LED 조명기구의 방열개선에 관한 연구로, LED 패키지를 비롯한 모든 방열장치의 설계ㆍ제작에 따른 어떤 물리적인 파라미터와 그 동작특성을 연구하기 위해 제1장 서론, 제2장 LED 패키지 방열설계 이론, 제3장 실험 및 고찰, 제4장 결론 순으로 작성ㆍ정리하였다. 또한, 본 논문에서는 LED 칩의 수명을 좌우하는 LED 패키지의 정션(Junction)에 대한 각종 열저항과 열온도 관계를 열전달 및 전기저항 이론으로 해석하고 실험 및 분석하였다. 즉, LED 조명기구의 설계ㆍ제작에 절대적 영향을 미치는 열저항 및 열온도에 대한 주요 파라미터와 그 동작 특성을 수학적 알고리즘을 통해 해석ㆍ정리하고 첨단 디지털 장비로 측정하여 정성적으로 분석하였다. 이를 위해서는, 첫째, FR-4 PCB에 실장된 LED 칩의 히트 슬러그와 라디에이터 구조의 대형 알루미늄 방열판을 연결하기 위한 멀티 핀(Multi-pin)을 갖는 열전도체를 고안(제작)하였다. 둘째, 고안된 열전도체가 LED 칩에서 발생된 고열을 다중 분산시켜 대기권에서 자연대류에 의해 효과적으로 방열시키는 동작 특성을 실험하고 분석하였다. 셋째, Diamond Powder, Metal, Polymers, Silver를 혼합한 조성 물질과 이들의 단일 물질을 갖는 새로운 열전도체를 제작하여, 히터 싱크와 접촉되는 LED 패키지 후면부의 정션에 대한 열저항과 열온도 관계를 첨단 디지털 장비로 측정하여 방열특성을 정밀 분석하였다. 그리고, 다수개의 LED 칩 배치에 따른 FR-4 PCB의 중심에 집중되는 고열을 냉각부하를 갖는 가장자리(모서리 부분)로 신속하고 효율적으로 전도ㆍ확산시키기 위한 Graphene Nano-Wall의 적용 가능성을 정밀 측정하고 분석하였다. 정성분석 결과, LED 패키지에 대한 열저항 값은 지금까지 알려진 36~46[K/W]보다 현저히 낮은 6.78~10.21[K/W]로 확인되었으며, LED 패키지에서의 온도 상승을 크게 억제시키는 것으로 분석되었다. 또한, FR-4 PCB상에 실장된 LED 칩 중심에서 발생되는 고열은 상대적인 냉각부하를 갖는 LED PKG의 모서리 부분으로 신속하게 전도ㆍ확산되는 우수한 방열특성을 확인할 수 있었다. 향후, 이를 응용하여 건축물 경관용 조명등, 옥외 광고용 조명등, 가로등 및 보안등과 같은 대형 LED 조명기구를 설계ㆍ제작하는데 있어 적용 가능함은 물론, 스마트 폰 등과 같은 배터리를 사용하는 모든 전기ㆍ전자기기의 방열장치 개선에도 적용 가능할 것으로 예측되어 관련 산업체로 정보 제공될 경우 그 활용도가 높을 것으로 전망된다.
Recently, the high brightness LED(Light-Emittimg Diode) which is eco-friendly, Low power consumption, and highly electrical efficiency has been in spotlight in the paradigm of the lighting technology field. The structure of LED package, Largely consists of LED Chip, Package, PCB(Printed Circuit ...
Recently, the high brightness LED(Light-Emittimg Diode) which is eco-friendly, Low power consumption, and highly electrical efficiency has been in spotlight in the paradigm of the lighting technology field. The structure of LED package, Largely consists of LED Chip, Package, PCB(Printed Circuit Board), TIM,(Thermal Interface Material), and Heat-sink. LED Chip is used as a basic unit to construct LED Package and it is mounted on PCB by SMT(Surface Mount Technology). PCB on which LED is mounted is attached to large aluminum heat-sink of radiator structure via heat transfer materials(or heat transfer adhesive) such as Heat Transfer Tape or Heat Transfer Greece. In case that high temperature arises in the LED Chip, this radiation method separates Copper thin film of PCB as heat transfer adhesive which attaches PCB and large aluminum radiation panel(Heat-sink) has become gradually hardened. separated copper thin film significantly increases thermal resistance of the Junction unit, and finally becomes the cause of a shorter life of LED by interrupting the radiation of the whole LED package. In addition, since the power which is provided to the small unit like LED is more consumed as Heat(70%) than as Light (30%), many-sided studies have been actively conducted in order to Heat resistance in the field(Illuminating Engineering Society) of LED ligting and concerned industries. Accordingly, this paper relates to 'A study on the improvement of heat radiation in LED package', this paper was prepared to study a physical parameter and its operational characteristic resulting from the designing and manufacturing of all Heat-sinks along with LED package, and presented in the order of (1)the basic theory of LED package radiation, (2)the major radiation technology and thermal characteristic of LED package, (3)the radiation measurement theory and interpretation of LED package. (4) experiment and consideration, and (5)conclusion. Also, this paper is aimed to interpret, test, and analyze the relationships between various thermal resistances and thermal temperatures of the LED Package Junction which dominates the durability of LED Chip with the theories of heat transfer and electrical resistance. that is, I interpreted and arranged the major parameter and its operational characteristics of thermal resistance and thermal temperature which has absolute influence on the designing and manufacturing of LED Package with the mathematic algorism, and qualitatively analyzed them by measuring with the advanced digital device. The first to do this, Manufactured the thermal conductor having a multi-pin connection for the Heat Slug of LED Chip mounted on FR-4 PCB and an large aluminum heat-sink of the Radiator structure. Second, Tested and analyzed the manufactured thermal conductor for high temperature generated in the LED chip, a multi-distribution in the atmosphere by natural convection and radiation effectively operating characteristics. Third, Manufactured a new thermal conductor which has composite materials mixed with Diamond Powder, Metal, Polymers and Silver as well as a single material, and closely analyzed the Heat dissipation characteristics by measuring the relationships between thermal resistance and thermal temperature for the Heat-sink in contact with Junction in the back part of the LED Package using the Advanced Digital Device. And, I made a close measurement and analysis of the application possibility of Graphene Nano-Wall for the rapid and efficient conduction and proliferation of High temperature which is focused on the center of FR-4 PCB to the corner part which has Cooling load. Results of the qualitative analysis, The temperature resistance value of LED Package was confirmed as a significantly lower 6.78~10.21[K/W] than known so far 36~46[K/W], and this was analyzed shown to significantly suppress the temperature rise of the LED package. In addition, Was confirmed that excellent radiation characteristics to spread quickly to the edges of the conduction and proliferation of high temperature which is generated on the center of LED Chip mounted on FR-4 PCB to the edges part which has Cooling load. In the next study, I want to make this technology applicable to the designing and manufacturing of large LED lighting apparatus such as lighting for scenic beauty of the buildings, outdoor advertisements, street-lights, and security. I also expect that it would be applied to the radiation apparatus of all electric and electronic devices which use batteries such as smart-phones, and the utilization will be expected to be much higher when the information is offered to the industries which are involved.
Recently, the high brightness LED(Light-Emittimg Diode) which is eco-friendly, Low power consumption, and highly electrical efficiency has been in spotlight in the paradigm of the lighting technology field. The structure of LED package, Largely consists of LED Chip, Package, PCB(Printed Circuit Board), TIM,(Thermal Interface Material), and Heat-sink. LED Chip is used as a basic unit to construct LED Package and it is mounted on PCB by SMT(Surface Mount Technology). PCB on which LED is mounted is attached to large aluminum heat-sink of radiator structure via heat transfer materials(or heat transfer adhesive) such as Heat Transfer Tape or Heat Transfer Greece. In case that high temperature arises in the LED Chip, this radiation method separates Copper thin film of PCB as heat transfer adhesive which attaches PCB and large aluminum radiation panel(Heat-sink) has become gradually hardened. separated copper thin film significantly increases thermal resistance of the Junction unit, and finally becomes the cause of a shorter life of LED by interrupting the radiation of the whole LED package. In addition, since the power which is provided to the small unit like LED is more consumed as Heat(70%) than as Light (30%), many-sided studies have been actively conducted in order to Heat resistance in the field(Illuminating Engineering Society) of LED ligting and concerned industries. Accordingly, this paper relates to 'A study on the improvement of heat radiation in LED package', this paper was prepared to study a physical parameter and its operational characteristic resulting from the designing and manufacturing of all Heat-sinks along with LED package, and presented in the order of (1)the basic theory of LED package radiation, (2)the major radiation technology and thermal characteristic of LED package, (3)the radiation measurement theory and interpretation of LED package. (4) experiment and consideration, and (5)conclusion. Also, this paper is aimed to interpret, test, and analyze the relationships between various thermal resistances and thermal temperatures of the LED Package Junction which dominates the durability of LED Chip with the theories of heat transfer and electrical resistance. that is, I interpreted and arranged the major parameter and its operational characteristics of thermal resistance and thermal temperature which has absolute influence on the designing and manufacturing of LED Package with the mathematic algorism, and qualitatively analyzed them by measuring with the advanced digital device. The first to do this, Manufactured the thermal conductor having a multi-pin connection for the Heat Slug of LED Chip mounted on FR-4 PCB and an large aluminum heat-sink of the Radiator structure. Second, Tested and analyzed the manufactured thermal conductor for high temperature generated in the LED chip, a multi-distribution in the atmosphere by natural convection and radiation effectively operating characteristics. Third, Manufactured a new thermal conductor which has composite materials mixed with Diamond Powder, Metal, Polymers and Silver as well as a single material, and closely analyzed the Heat dissipation characteristics by measuring the relationships between thermal resistance and thermal temperature for the Heat-sink in contact with Junction in the back part of the LED Package using the Advanced Digital Device. And, I made a close measurement and analysis of the application possibility of Graphene Nano-Wall for the rapid and efficient conduction and proliferation of High temperature which is focused on the center of FR-4 PCB to the corner part which has Cooling load. Results of the qualitative analysis, The temperature resistance value of LED Package was confirmed as a significantly lower 6.78~10.21[K/W] than known so far 36~46[K/W], and this was analyzed shown to significantly suppress the temperature rise of the LED package. In addition, Was confirmed that excellent radiation characteristics to spread quickly to the edges of the conduction and proliferation of high temperature which is generated on the center of LED Chip mounted on FR-4 PCB to the edges part which has Cooling load. In the next study, I want to make this technology applicable to the designing and manufacturing of large LED lighting apparatus such as lighting for scenic beauty of the buildings, outdoor advertisements, street-lights, and security. I also expect that it would be applied to the radiation apparatus of all electric and electronic devices which use batteries such as smart-phones, and the utilization will be expected to be much higher when the information is offered to the industries which are involved.
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