열방출 실리카겔 시트, 열전도 그리스를 활용한 고출력 LED 에너지 절약형 구조 및 원리 분석
LED 조명기기의 핵심 부품은 PN 접합으로, 서로 다른 도핑 공정을 사용하여 P형 반도체와 N형 반도체를 동일한 반도체 기판 위에 확산 방식으로 제작합니다. 이 두 반도체의 경계면에는 공간 전하 영역이 형성되며, 이를 PN이라고 부릅니다. PN 접합 내부의 흡수 시트와 에폭시/실리카 겔에 의해 빛 에너지가 열에너지로 변환됩니다. 이 열은 램프에 막대한 부작용을 일으켜, LED 램프의 내부 온도를 점점 더 높이고 밝기는 점점 낮아지며 수명은 단축됩니다. 따라서 열 방출이 우수할수록 LED 램프가 지속적으로 밝고 오래가는 것이 보장됩니다.
다음으로, 고출력 LED 패키지 구조를 소개합니다:
LED 광원에 대한 모든 사람의 요구가 점점 높아지고 있기 때문에, LED의 광추출률과 빛 색상에 대한 다양한 요구사항 외에도, 발광 강도 등에 대한 서로 다른 요구사항들도 존재합니다. 고객의 니즈를 충족시키고 포장 공정을 개선하기 위해 각 칩 제조사는 포장 공장에 더욱 높은 기준을 제시했으며, 이를 통해 고객의 요구를 보다 잘 충족시킬 수 있는 패키지 구조를 설계하여, 결과적으로 LED의 외부 광 활용 효율을 향상시켰습니다.
다양한 응용 분야는 LED 광원에 대해 더욱 높은 요구사항을 제시합니다. LED의 발광 효율과 빛 색상에 대한 서로 다른 요구사항 외에도, 발광 각도와 광강도 분포에 대해서도 각기 다른 기준이 필요합니다. 이는 상류의 칩 공장이 새로운 반도체 소재를 개발하고, 칩 제조 공정을 개선하며, 요구 사항을 충족하는 칩을 설계해야 할 뿐만 아니라, 하류의 패키징 공장에도 더욱 높은 기준을 요구하며, 특정 광강도 분포를 만족하는 패키지 구조를 설계하고, LED 외부의 빛 활용률을 향상시켜야 함을 의미합니다.
기존의 방열 기술은 다음과 같은 부품으로 구성되어 있습니다: 방열용 알루미늄 프로파일, 열 패드 또는 열 그리스, 열 전도성 세라믹 시트, 절연 이리듐 필름 LED 램프 부품, 전극, LED 베이스, LED PN 접합부
열전사 실리카 겔의 열 방출 과정은 다음과 같다: LED의 PN 접합부에서 발생한 열원이 LED 기판을 통해 솔더 페이스트 솔더층으로 전달된 후, 구리 층으로 이동하고, 절연층을 거쳐 열방출 알루미늄 판으로 전달되어 열전도 패드 또는 열전도 그리스로 전달된 뒤, 최종적으로 열방출 알루미늄 판으로 열이 전달되며, 이를 통해 전체적인 열 방출 연결이 완성된다.
일반적으로 LED 램프의 기저부 열전도율은 약 80W/m·K이며, 구리 층의 열전도율은 400W/m·K, 알루미늄 판은 약 1W/m·K입니다. 또한, LED 램프의 열전도성 실리콘 가스켓이나 열 그리스의 열전도율은 일반적으로 0.8~5.0W/m·K로, LED의 PN 접합부에 가까울수록 열류 밀도가 더욱 높아집니다. 따라서, 열전도성 실리카 겔/열 그리스는 알루미늄 판과 동등한 측면 열전도성을 가지며, 절연층의 열류 밀도가 높습니다. 특히 열 그리스의 경우, 가장 열 방출이 어려운 부분이 바로 알루미늄 판의 절연 부위라는 점을 고려해야 합니다.
가장 어려운 방열은 알루미늄 판의 절연층이기 때문에, 구리층과 절연층을 뚫고 제거하여 알루미늄 기판이 노출되도록 합니다. 이어 벌거벗은 알루미늄 판에 아연을 증착하고, 아연 표면에 니켈 도금을 합니다. 그런 다음 니켈 위에 구리를 도금한 후, 구리 위에 주석이나 금을 분사합니다. 이렇게 하여 코팅이 강한 접착력과 우수한 열전도성을 가지게 되며, 도금 과정을 거친 후 LED를 알루미늄 판에 납땜합니다. 용접이 완료된 후, LED의 PN 접합부에서 발생하는 열은 LED베이스를 통해 솔더 페이스트 납땜 블록으로 전달되고, 다시 알루미늄 판으로 이동한 뒤, LED 램프의 열전도 실리콘 가스켓 또는 열전도 그리스를 통해 열이 방열용 알루미늄 프로파일로 전달되어 공기 중으로 방출됩니다. 매우 낮은 열전도율을 가진 절연층이 추가됨으로써 방열 효과가 크게 향상되고, 결과적으로 LED베이스의 온도가 낮아져 LED 램프의 수명과 안정성이 연장됩니다.
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과거에는 열전도 소재 기술이 지금처럼 성숙하지 않았습니다. 2004년 대만에서는 이 제품을 열전도 필름으로 소개했으며, 국내의 많은 이름으로는 열 패드, 열 실리콘 패드, 서멀 패드 등이 있습니다. 이는 특히 틈새의 열 전달 방식을 활용하도록 특별히 설계된 제품입니다.
열방출 실리카겔 시트, 열전도 그리스를 활용한 고출력 LED 에너지 절약형 구조 및 원리 분석
LED 조명기기의 핵심 부품은 PN 접합이며, 이는 서로 다른 도핑 공정을 사용하여 P형 반도체와 N형 반도체를 동일한 반도체 기판 위에 확산 방식으로 제작하고, 이들 경계면에 공간 전하 영역이 형성되는데, 이를 PN이라고 합니다.
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