LED 증기 챔버의 방열 효과
고출력 LED의 가장 큰 문제점은 '열'이다
Cree XLamp XR-E의 테스트 보고서에 따르면 LED 온도가 낮을수록 수명과 광속이 늘어날 수 있습니다.
40mil(1mm²) LED 칩의 데이터
1W 칩: 100W/CM²에 가까운 열유속
3W 칩: 300W/CM²에 가까운 열유속
위의 테스트 보고서와 데이터를 통해 LED 열의 문제는 전체 열유속보다는 주로 높은 열밀도(핫스팟) 과열이라는 것을 알 수 있습니다.
핫스팟에 초점이 과열되면 LED의 수명과 광속에 영향을 미칩니다.
핫스팟의 열 집중 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까? 우리는 고효율 열 분산기가 열을 빠르게 확산시켜 열이 핫스팟에 집중되는 것을 방지할 수 있다는 것을 발견했습니다. 그리고 증기 챔버는 열을 매우 빠르게 제거할 수 있는 일종의 열 확산기입니다. 작동 원리는 히트 파이프와 유사합니다.
증기 챔버의 작동 원리
그만큼증기실일반적으로 구리로 만들어진 내부 기둥 구조의 진공 챔버입니다.
열원에서 증발 영역으로 열이 전달되면 챔버 내의 냉각액이 저진공 환경에서 가열된 후 증발하기 시작합니다. 이때, 열에너지를 흡수하여 급속히 팽창하며, 가스 중의 냉각이 챔버 전체를 빠르게 채운다. 가스 작업이 상대적으로 추운 지역과 접촉하면 응축됩니다. 증발 중에 축적된 열은 응축 현상에 의해 방출되고, 응축된 냉각액은 미세 구조의 모세관 채널을 통해 증발 열원으로 돌아가며 이러한 작업이 챔버 내에서 반복됩니다.
증기실의 작동 원리에 따르면 우리는 다음을 알고 있습니다.
1. 증기 챔버는 2차원 열전도 제품으로 이론적으로 2차원 평판에서 많은 양의 열을 전도할 수 있습니다.
2. 증기 챔버는 조명 모듈에 사용될 수 있습니다.
A: 단순한 기하학적 구조 - 기하학적 모양은 일반적으로 정사각형과 원형입니다.
B: 표면이 쉽게 변형되지 않습니다. 증기 챔버의 공차는 최대 0.2 mm입니다.
C: 방열판이 충분하면 온도 차이가 줄어듭니다. 방열판이 열을 방출할 때 온도 변화는 매우 작습니다.
D: 증기 챔버는 열 전달 속도가 매우 빠르기 때문에 열 전달 문제만 해결할 수 있지만 열 방출을 달성하려면 여전히 알루미늄 방열판을 추가해야 합니다.
대비 실험
실험 1-알루미늄 방열판 위에 LED를 놓고 10분간 불을 붙인 후 DC 팬으로 5분간 불어줍니다.
(알루미늄 방열판)
실험 2-LED를 증기 챔버와 알루미늄 방열판 위에 놓고 10분간 불을 붙인 다음 DC 팬으로 5분간 불어줍니다.
(알루미늄 방열판의 증기 챔버)
12W LED
적외선 실험 1 결과(알루미늄 방열판만 사용)
1-1 : 58도 ,1-2 : 29도 ,1-3 : 28.2도
적외선 실험 2 결과(증기실 + 알루미늄 방열판)
2-1 : 55.2도 ,2-2 : 31.2도 ,2-3 : 29.2도
실험 요약:
실험 2의 표면 온도는 실험 1보다 3도 낮습니다.
증기 챔버는 LED의 열 전달 효과를 향상시킵니다.
10W 내열성
적외선 실험 1 결과(알루미늄 방열판만 사용)
1-1 : 80.4도 1-2 : 57.6도 1-3 : 55.5도
적외선 실험 2 결과(증기실 + 알루미늄 방열판)
2-1 : 67.1도 2-2 : 57.6도 2-3 : 56.2도
실험 요약:
실험 2의 칩 표면 온도는 실험 1 13.3도보다 낮았다. 증기 챔버는 칩의 열 전도를 향상시키고 열 저항을 줄였습니다.
10W 순간 열 저항
적외선 실험 1 결과(알루미늄 방열판만 사용)
{{0}}: 29.5도 1-2 :30.0도 1-3 : 30.1도
적외선 실험 2 결과(증기실 + 알루미늄 방열판)
2-1 : 31.5도 2-2 :32.2도 2-3 : 32.2도
실험 요약:
Vapor Chamber를 사용한 실험 2는 칩 온도 측면에서 실험 1보다 훨씬 우수하며 1-10분 동안 작업할 때 온도 변화를 13-15oC로 유지합니다. 이는 증기 챔버를 사용하면 칩과 방열판 사이의 열 저항을 줄일 수 있고 동일한 전원 켜기 조건에서 접합 온도를 낮출 수 있음을 의미합니다.
실험적 결론: 증기 챔버는 칩의 열 전도를 향상시키고 열 저항을 감소시킵니다.
고출력 LED에 증기 챔버를 적용하는 방법은 무엇입니까?
솔루션 A: 여러 LED 칩을 증기 챔버에 직접 밀봉하고 장착합니다.
고출력 LED(증기 챔버에 직접 납땜된 50W 멀티 칩)와 (구리 기판에 직접 납땜된 50W 멀티 칩)의 비교 실험
(50W 멀티 칩이 증기 챔버에 직접 납땜됨)
(동판에 직접 납땜된 50W 멀티 칩)
실험 데이터
(채널 0~3: 칩 온도 채널 4~5: 방열판 온도)
증기 챔버의 칩 온도는 구리 보드보다 30도 낮습니다.
증기 챔버는 LED의 온도를 낮출 수 있습니다. 동일한 방열판을 사용하여 열을 방출하면 약 30도 정도의 온도 차이가 발생합니다.
증기 챔버는 보드에 있는 각 칩의 온도가 동일하도록 보장할 수 있습니다. 방열을 위해 구리판을 사용하면 중앙 칩의 온도가 주변 온도보다 훨씬 높아 칩의 수명에 영향을 미칩니다.
증기 챔버에 LED 칩을 직접 납땜할 때의 장점:
1. 칩의 접합 온도를 낮추고 칩의 수명을 연장합니다.
2. 램프의 전반적인 디자인에 더 나은 칩을 더 집중적으로 만들 수 있습니다.
3. 고전력 멀티칩 패키징 가능
해결 방법 B: 증기 챔버에 PCB를 인쇄하고 SMT(Surface Mount Technology)를 통해 증기 챔버에 LED를 설치합니다.
증기 챔버에 적용된 Cree XRE 칩 시리즈 프로토타입
SMT를 이용하여 증기 챔버와 알루미늄 판 사이의 방열 테스트 데이터
증기 챔버는 더 균일한 열 방출과 더 빠른 전도를 제공합니다.
두 가지 테스트를 수행하면 다음과 같은 사실을 알 수 있습니다.
증기 챔버는 170도를 견딜 수 있습니다.
증기 챔버는 모양에 제한이 없습니다.
증기 챔버의 열 방출은 모세관 구멍을 통해 이루어집니다.
증기 챔버의 두께는 최소 3MM입니다.
증기 챔버 MBTF가 86,400시간을 초과합니다.
증기 챔버는 -40도에서 110도까지 200회 이상의 열충격을 견딜 수 있습니다.
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