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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 강용태
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
초록· 키워드
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급속한 발달로 인하여 에너지 자원 고갈 및 환경오염이 심화되면서 에너지환경 문제가 사회적 이슈로 대두되고 있다. 이러한 추세는 조명산업에도 적용되어 기존의 광원을 대체할 새로운 광원의 모색이 필요한 상태이다. LED(Light Emitting Diode)는 차세대 광원으로 각광받고 있으며, 실제로 조명시장에서의 점유율이 상승하고 있다.
하지만 LED의 온도상승은 수명 및 효율을 감소시키며 광 출력의 불안정성을 초래하는 요인으로 이를 방지하기 위하여 LED의 방열성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 방열성능을 향상시키기 위한 방법 중 하나로 접촉면에 계면물질(Thermal Interface Materials)을 도포하여 열 접촉 저항을 감소시키고, 열전달을 촉진시키는 방법이 있다. 하지만 현재의 상용되어 있는 계면물질의 열전도도는 0.2~0.9 W/mK로 매우 낮다. 계면물질의 낮은 열전도도는 고출력화 되어가는 LED의 방열을 해결하기 어렵다.
따라서 본 연구에서는 계면물질의 열 특성을 향상시키기 위하여 탄소계열 나노입자를 실리콘 그리스에 첨가하여 나노그리스를 제조하고 이를 실제 LED에 적용하여 나노그리스가 방열성능에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하였다. 나노그리스는 실리콘 그리스를 모유체로 하여 탄소계 나노입자인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)와 그래핀 등을 첨가하여 제조하였으며, 열 특성을 평가하기 위하여 열전도도 및 점도를 측정하였다. 또한 실제 LED에 적용하여 칩의 온도를 통하여 LED의 방열성능을 평가하였다.
CNT그리스와 그래핀그리스의 열전도도는 나노입자의 농도가 증가함에 따라 상승하였고 0.75 wt%에서 순수 써멀그리스의 열전도도와 비교하여 각각 16%, 6%의 향상을 보였다. 나노그리스의 점도는 나노입자의 의 농도가 증가함에 따라 상승하였고 0.75 wt%에서 순수 써멀그리스의 점도와 비교하여 각각 99%와 34%의 상승을 보였다. 점도의 상승은 계면물질의 변형을 억제하여 방열성능 촉진을 방해하는 요소로 작용할 것으로 판단된다. 또한 LED 패키지에 나노그리스를 적용한 경우 LED 칩의 온도가 감소함을 확인할 수 있었다. 이는 나노그리스의 열 특성 향상으로 인해 LED 패키지의 방열성능이 향상된 결과로 판단된다.
하지만 LED의 온도상승은 수명 및 효율을 감소시키며 광 출력의 불안정성을 초래하는 요인으로 이를 방지하기 위하여 LED의 방열성능을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 방열성능을 향상시키기 위한 방법 중 하나로 접촉면에 계면물질(Thermal Interface Materials)을 도포하여 열 접촉 저항을 감소시키고, 열전달을 촉진시키는 방법이 있다. 하지만 현재의 상용되어 있는 계면물질의 열전도도는 0.2~0.9 W/mK로 매우 낮다. 계면물질의 낮은 열전도도는 고출력화 되어가는 LED의 방열을 해결하기 어렵다.
따라서 본 연구에서는 계면물질의 열 특성을 향상시키기 위하여 탄소계열 나노입자를 실리콘 그리스에 첨가하여 나노그리스를 제조하고 이를 실제 LED에 적용하여 나노그리스가 방열성능에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하였다. 나노그리스는 실리콘 그리스를 모유체로 하여 탄소계 나노입자인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)와 그래핀 등을 첨가하여 제조하였으며, 열 특성을 평가하기 위하여 열전도도 및 점도를 측정하였다. 또한 실제 LED에 적용하여 칩의 온도를 통하여 LED의 방열성능을 평가하였다.
CNT그리스와 그래핀그리스의 열전도도는 나노입자의 농도가 증가함에 따라 상승하였고 0.75 wt%에서 순수 써멀그리스의 열전도도와 비교하여 각각 16%, 6%의 향상을 보였다. 나노그리스의 점도는 나노입자의 의 농도가 증가함에 따라 상승하였고 0.75 wt%에서 순수 써멀그리스의 점도와 비교하여 각각 99%와 34%의 상승을 보였다. 점도의 상승은 계면물질의 변형을 억제하여 방열성능 촉진을 방해하는 요소로 작용할 것으로 판단된다. 또한 LED 패키지에 나노그리스를 적용한 경우 LED 칩의 온도가 감소함을 확인할 수 있었다. 이는 나노그리스의 열 특성 향상으로 인해 LED 패키지의 방열성능이 향상된 결과로 판단된다.
목차
- 제 1 장 서 론 11.1 연구배경 및 동향 11.2 연구목적 3제 2 장 이론적 배경 42.1 LED의 개요 42.2 LED 조명의 원리 및 특성 62.3 LED 조명의 특성 112.3.1 LED 조명의 전기적 특성 112.3.2 LED 조명의 열적 특성 132.4 LED의 발열 문제 162.5 LED의 방열기술 개요 202.5.1 LED칩 본딩 방열 기술 232.5.2 패키지 방열 기술 232.5.3 멀티칩 방열 기술 252.5.4 LED 시스템 방열 설계 25제 3 장 실 험 273.1 나노그리스 제조 273.2 열전도도측정 303.2.1 열전도도 측정법 313.2.2 열전도도 측정 장치 333.2.3 실험데이터 처리 323.2.4 열전도 측정 장치의 불확실성 353.3 점도 측정 373.4 LED 방열성능 평가 37제 4 장 실험결과 404.1 나노그리스의 열 특성 404.2 LED 패키지의 방열성능 444.2.1 열전대에 의한 LED 패키지의 방열성능 평가 444.2.2 Applied Pressure에 따른 TIM층의 열 접촉 저항 464.2.3 열화상카메라에 의한 LED칩 온도의 가시화 48제 5 장 결 론 54참고문헌 56Abstract 60
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