조명용 LED의 발열 및 수명

소개

조명용 LED의 발열 및 수명에 대한 내용으로 LED의 효율,발열 및 방열,수명에 대한 간단한 소개

목차

1. LED의 효율

2. LED의 발열 및 방열
1) 발열을 방치하면 수명이 짧아진다.
2) 정션온도 산출
3) 금속제 기판이 방열에 효과적이다.

3. LED 패키지
1) 종류가 많다
2) 수명을 단축시키는 요소가 많이 포함된다

4. 잘 고장나지 않는 LED
1) 파라미터 고장
2) 돌발 고장
3) 고장률의 정의와 통계적인 사고방식
(1) 고장률 산출에 사용되는 MTTF

본문내용

2. LED의 발열 및 방열

1) 발열을 방치하면 수명이 짧아진다.

고출력 LED는 사용조건(입력전력, 실장밀도, 실장형태 등)에 따라 다량의
열이 발생한다. LED 소자의 퍼포먼스를 충분히 이끌어내기 위해서는 LED
의 방열 설계를 최적화 할 필요가 있다. 방열 설계가 충분하지 않은 경우
LED의 수명이나 광속 저하를 초래할 우려가 있으므로 주의해야 한다.
LED 소자의 구동은 정션온도라고 불리는 반도체의 PN 접합부 온도에
따라 한계가 결정된다. 결정된 정션온도의 최고온도를 넘어 구동하면
LED 소자의 수명이 현저히 짧아진다.

2) 정션온도 산출

정션온도(T)는 다음과 같은 기본 열 방정식으로 산출할 수 있다.
열 계산을 결정하는 기본 식을 다음과 같이 정의한다.

R= ---------(1)

여기서 R는 LED의 PN 접합부에서 기준점(공기나 히트싱크 등)
까지의 열 저항(℃/W), △T는 정션온도 상승분(℃),
△T=T-T T는 정션온도(℃),
T는 기준점 온도(℃), P는 원래 빛에너지 변환분을 제외한
발열량 이지만, 편의에 따라 소비전력 사용 P=I×V로
볼 수있고 I는 LED 순방향 전류(A), V는 LED 순방향
전압(V)이다.
온도 T의 기준점이 있다고 하고 식 (1)을 다시 정리하면 식 (2)와
같이 된다.

T=T+RP --------(2)

P는 LED에 인가한 전압과 전류로 계산할 수 있다. T를
측정하여 R를 정의할 수 있다면 정션온도 T를 계산할 수 있
다.
LED 접합부에서 땜납 상태 검사부까지의 방열 특성 파라미터 R
는 열저항의 합계이다. 열 과도 테스터를 사용하여 T를 구하고
온도계를 사용하여 T를 측정하여 LED의 소비전력 합계를 구함으
로써 방열 특성 파라미터 R도 산출할 수 있다.

3) 금속제 기판이 방열에 효과적이다.

고출력 LED 패키지의 최적 동작을 구하려면 히트싱크까지의 열저항 경로
를 최적화할 필요가 있다. 때문에 MCPCB(메탈 코어 프린트 회로 기판)에
실장하는 경우도 있다.
일반적으로 사용되는 FR4 등의 수지 기판과 비교했을 때 MCPCB는 압도
적으로 방열 특성이 우수하다. 그러나 고가이다. 기판의 금속 재료로는 방
열을 고려하여 일반적으로 히트싱크가 포함된 알루미늄이나 동이 많이 사
용된다. 동은 고가이므로 대부분의 경우 알루미늄이 사용된다.
그러나 고출력 LED 패키지에는 세라믹스가 사용되며 세라믹스와 선팽창
계수의 상승을 고려하여 MCPCB 기판 재료로 철도 사용되고 있다. 비용
면에서도 알루미늄보다 유리한 경우가 있다.

참고자료

· 없음