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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 원광대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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이 논문의 연구 히스토리 (3)
2013
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기존 SMD(Surface Mount Device)패키지는 제작시 복잡한 공정으로 인한 비용 상승과 열저항 증가로 최근에는 COB(Chip On Board) 패키징 기술이 주로 사용되어 지고 있다. 특히 고출력 LED모듈은 COB형태의 패키지가 주종을 이루고 있으며 열전달 면에서 단순한 구조로 열 특성을 20%이상 개선 가능하며 응용 분야에 따라 다양하게 적용되고 있다. COB패키지는 작은 면적에 수백개의 칩이 직접화되어 기존의 방열판을 사용할 경우 중앙에 열이 응집되는 문제점이 발생하며 이러한 열적 문제는 수명 및 광 효율이 감소되는 원인이 되고 있다.
본 연구에서는 30W급 COB LED광원의 효율 개선을 위한 방열구조를 검토하고 COB광원에 적합한 방열판을 얻고자 한다. 방열설계 요소는 공기 유동을 고려한 방열핀의 형상 및 열 확산판을 설계하여 전도율과 대류전달계수를 향상시켜 최적화를 하고자 한다. 또한 자연대류형 방열판의 무게감소를 위해 난류유동을 사용한 강제대류형 방열판을 검토하여 가장 효율적인 방열방식을 도출하고자 한다.
실험을 통해 얻어진 결과는 다음과 같다.
1. 자연대류형 방열판의 열 해석 시뮬레이션을 통한 최적화 결과 가로 120mm, 세로 120mm의 8각형의 형상으로 방열핀의 두께 2.8mm, 핀 개수 19개에서 접합온도 58.6[℃]로 가장 낮은 온도 특성을 확인 하였다.
2. 최적화된 방열판의 열 응집 현상 개선하기 위하여 가로 70mm, 세로 70mm, 두께 1mm의 구리재질의 열 확산판을 적용하였다. 열 해석 결과 접합온도 53.7[℃]로 열 확산판을 적용함에 따라 4.9[℃]가 개선됨을 확인 하였다.
3. 높은 방열성능을 유지하면서 무게를 줄이기 위하여 Synjet을 사용하여 설계된 강제대류형 방열판을 해석 하였다. 그 결과 Synjet이 적용되지 않은 경우의 접합온도 57.5[℃], Synjet이 적용된 경우의 접합온도 49.9[℃]로 Synjet을 적용함에 따라 7.5℃ 개선됨을 확인하였다.
4. 열 해석을 통해 최적화된 자연대류형 방열판과 강제대류형 방열판을 제작하여 COB모듈의 열적 광학적 특성을 평가하였다. 그 결과 자연대류형 방열판에 열 확산판을 부착한 방열구조의 COB모듈에서 접합온도 50.9[℃], 무게 1340[g]을 확인하였으며 열 확산판을 부착함으로써 약 5[℃] 개선됨을 확인하였다. 강제대류형 방열판에 Synjet을 적용한 방열구조의 COB모듈에서는 접합온도 50.7[℃], 질량 610[g]을 확인하였으며 Synjet을 적용함으로써 약 7.9[℃] 개선됨을 확인하였다.
5. COB모듈의 광속의 온도의존성 평가 결과 최적화된 자연대류 방열판이 적용된 모듈의 경우 2540[lm], 강제대류형 방열판이 적용된 모듈은 2685[lm]을 확인하여 접합온도가 감소함에 따라 143[lm]의 광속이 개선되었다.
본 연구를 통해 얻어진 결과는 강제대류형 방열판을 사용할 경우 열 확산판을 부착한 자연대류형 방열판에 비해 730[g]의 무게를 줄일 수 있었으며 방열성능도 우수하였다. 또한 접합온도 감소에 따라 광 효율이 약 5.4% 개선 되었으며, 열 해석 값과 접합온도 측정값이 약 2[℃]의 온도차로 시뮬레이션을 사용한 열 설계의 타당성을 입증하였다.
본 연구에서는 30W급 COB LED광원의 효율 개선을 위한 방열구조를 검토하고 COB광원에 적합한 방열판을 얻고자 한다. 방열설계 요소는 공기 유동을 고려한 방열핀의 형상 및 열 확산판을 설계하여 전도율과 대류전달계수를 향상시켜 최적화를 하고자 한다. 또한 자연대류형 방열판의 무게감소를 위해 난류유동을 사용한 강제대류형 방열판을 검토하여 가장 효율적인 방열방식을 도출하고자 한다.
실험을 통해 얻어진 결과는 다음과 같다.
1. 자연대류형 방열판의 열 해석 시뮬레이션을 통한 최적화 결과 가로 120mm, 세로 120mm의 8각형의 형상으로 방열핀의 두께 2.8mm, 핀 개수 19개에서 접합온도 58.6[℃]로 가장 낮은 온도 특성을 확인 하였다.
2. 최적화된 방열판의 열 응집 현상 개선하기 위하여 가로 70mm, 세로 70mm, 두께 1mm의 구리재질의 열 확산판을 적용하였다. 열 해석 결과 접합온도 53.7[℃]로 열 확산판을 적용함에 따라 4.9[℃]가 개선됨을 확인 하였다.
3. 높은 방열성능을 유지하면서 무게를 줄이기 위하여 Synjet을 사용하여 설계된 강제대류형 방열판을 해석 하였다. 그 결과 Synjet이 적용되지 않은 경우의 접합온도 57.5[℃], Synjet이 적용된 경우의 접합온도 49.9[℃]로 Synjet을 적용함에 따라 7.5℃ 개선됨을 확인하였다.
4. 열 해석을 통해 최적화된 자연대류형 방열판과 강제대류형 방열판을 제작하여 COB모듈의 열적 광학적 특성을 평가하였다. 그 결과 자연대류형 방열판에 열 확산판을 부착한 방열구조의 COB모듈에서 접합온도 50.9[℃], 무게 1340[g]을 확인하였으며 열 확산판을 부착함으로써 약 5[℃] 개선됨을 확인하였다. 강제대류형 방열판에 Synjet을 적용한 방열구조의 COB모듈에서는 접합온도 50.7[℃], 질량 610[g]을 확인하였으며 Synjet을 적용함으로써 약 7.9[℃] 개선됨을 확인하였다.
5. COB모듈의 광속의 온도의존성 평가 결과 최적화된 자연대류 방열판이 적용된 모듈의 경우 2540[lm], 강제대류형 방열판이 적용된 모듈은 2685[lm]을 확인하여 접합온도가 감소함에 따라 143[lm]의 광속이 개선되었다.
본 연구를 통해 얻어진 결과는 강제대류형 방열판을 사용할 경우 열 확산판을 부착한 자연대류형 방열판에 비해 730[g]의 무게를 줄일 수 있었으며 방열성능도 우수하였다. 또한 접합온도 감소에 따라 광 효율이 약 5.4% 개선 되었으며, 열 해석 값과 접합온도 측정값이 약 2[℃]의 온도차로 시뮬레이션을 사용한 열 설계의 타당성을 입증하였다.
목차
제 1 장 서 론 1제 1 절 연구 배경 및 목적 1제 2 절 선행 연구 3제 2 장 방열설계 이론 6제 1 절 열전달 6제 2 절 열저항 9제 3 절 방열설계 기술 12제 3 장 실험방법 및 시뮬레이션 17제 1 절 COB 패키지 구조 분석 17제 2 절 COB 패키지 특성 분석 19제 3 절 모델링 및 열 해석 방법 22제 4 절 모듈 평가 시스템 30제 4 장 결과 및 고찰 31제 1 절 COB 패키지 구조 분석 31제 2 절 COB 패키지 특성 분석 351. 열저항 측정 352. 광특성 측정 43제 3 절 열 해석 시뮬레이션 461. 자연대류형 방열판 열 해석 462. 강제대류형 방열판 열 해석 51제 4 절 모듈의 성능 분석 561. 자연대류형 방열판 특성 평가 562. 강제대류형 방열판 특성 평가 62제 5 장 결 론 67[ 참고문헌 ] 69
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