KR20060087117A

KR20060087117A - Led cooling system

Info

Publication number: KR20060087117A
Application number: KR1020050007963A
Authority: KR
Inventors: 권성훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2006-08-02

Abstract

본 발명은 LED 냉각 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 LED 칩이 부착된 열전도성을 갖는 금속 PCB 기판에 열전소자를 접착시키는 단계와, 상기 금속 PCB상 접착부 이외의 대기와의 접촉면을 단열시키는 단계를 포함하여 이루어지는 LED 냉각 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 부피가 작고 열펌핑 기능이 있는 열전소자를 사용하여 컴팩트한 LED 칩에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시키는 효과가 있다.The present invention relates to an LED cooling apparatus and method. The present invention provides a method of cooling an LED comprising a step of adhering a thermoelectric element to a metal PCB substrate having a thermal conductivity with an LED chip attached thereto, and insulating the contact surface with the atmosphere other than the adhesive portion on the metal PCB. Therefore, according to the present invention, there is an effect of efficiently cooling heat generated in a compact LED chip using a thermoelectric element having a small volume and a heat pumping function.

펠티어 소자, LED, 히트 싱크, 금속 PCBPeltier Devices, LEDs, Heat Sinks, Metal PCBs

Description

LED cooling system and method {LED cooling system}

도 1은 종래 기술에 따른 히트 싱크와 냉각 팬으로 구성된 냉각 장치를 나타낸 도면1 is a view showing a cooling device composed of a heat sink and a cooling fan according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 히트 파이프를 이용한 냉각 장치를 나타낸 도면2 is a view showing a cooling apparatus using a heat pipe according to the prior art.

도 3은 본 발명에 따른 냉각 소자를 나타낸 도면3 shows a cooling element according to the invention;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 냉각 시스템의 구성을 나타낸 도면4 is a view showing the configuration of an LED cooling system according to an embodiment of the present invention.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

10 : 펠티어(Peltier) 소자 20 : 금속 PCB10: Peltier device 20: metal PCB

30 : 히트 싱크30: heat sink

본 발명은 LED 냉각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 칩에서 발생하는 열집중 현상을 제거하기 위한 LED 냉각 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an LED cooling method, and more particularly, to an LED cooling device and method for removing the heat concentration phenomenon occurring in the LED chip.

최근 전자 기술의 눈부신 발전으로 인해 가전 제품이 소형화, 집적화 되어짐에 따라 회로에서 발생하는 열을 제거하는 일이 큰 이슈(issue)로 대두되고 있다. 특히, 칩(chip)을 이용한 광 기구와 같은 제품들의 파손 원인 중 50% 이상이 열에 의한 것으로 알려져 있다.Recently, due to the remarkable development of electronic technology, as home appliances are miniaturized and integrated, removing heat generated from circuits is a big issue. In particular, more than 50% of the causes of breakage of products such as optical devices using chips are known to be caused by heat.

현재 전자 장비의 냉각 시스템은 크게 팬(fan)과 히트 싱크(Heat sink)를 이용한 공냉 방식과 물을 이용한 수냉 방식으로 나눌 수 있다. 이를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Currently, the cooling system of electronic equipment can be divided into air cooling method using fan and heat sink and water cooling method using water. This will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 2는 종래 기술에 따른 냉각 장치를 나타낸 도면으로, 도 1은 히트 싱크(Heat sink)와 냉각 팬으로 구성된 냉각 장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 히트 파이프(Heat pipe)를 이용한 냉각 장치를 나타낸 도면이다.1 to 2 is a view showing a cooling device according to the prior art, Figure 1 is a view showing a cooling device composed of a heat sink (cooling sink) and a cooling fan, Figure 2 is a cooling using a heat pipe (Heat pipe) The device is shown.

먼저, 도 1과 같은 히트 싱크와 냉각 팬을 이용한 냉각 장치는 공냉식으로 소형 기기에 적용 가능하지만, 열을 상온 수준 이하로 냉각 시킬 수는 없었다.First, the cooling device using the heat sink and the cooling fan as shown in FIG. 1 can be applied to a small device by air cooling, but it is not possible to cool the heat below the room temperature level.

또한, 도 2와 같은 히트 파이프를 이용한 냉각 장치는 물, 아세톤, 나트륨, 수은 등의 물질을 채운 파이프를 이용하여 열을 냉각 시키는 장치이다. 이 장치는 파이프 한쪽 끝에 열을 가하여 상기 파이프 내의 유체가 증발하여 열에너지를 가지고 다른 끝으로 이동시키도록 하고, 이때의 증기가 대량의 열을 방출함으로써 냉각시키는 장치이다. In addition, the cooling device using a heat pipe as shown in Figure 2 is a device for cooling the heat using a pipe filled with a substance such as water, acetone, sodium, mercury. The device is a device that applies heat to one end of a pipe so that the fluid in the pipe evaporates and moves to the other end with thermal energy, and the steam is cooled by releasing a large amount of heat.

이러한, 히트 파이프를 이용한 냉각 장치는 필요한 장비의 부피가 커 소형화되는 장비에 적용하기 힘든 수준이다.Such a cooling device using a heat pipe is difficult to apply to a device that is large in size and bulky.

즉, 상기 팬과 히트 싱크를 이용한 냉각 방식은 상온 수준 이상의 온도로 유지할 수 밖에 없으며, 수냉 방식은 부가적으로 필요한 장비의 부피가 크게되어 소형의 전자 장비에는 아직 적용하기 힘든 것이다.In other words, the cooling method using the fan and the heat sink is inevitably maintained at a temperature higher than the normal temperature level, and the water cooling method is additionally difficult to apply to small electronic equipment due to the large volume of necessary equipment.

따라서, 부피가 작고 설치하기가 용이하며 충분한 냉각 효과를 낼 수 있는 냉각 장치가 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a cooling device that is small in volume, easy to install and capable of producing a sufficient cooling effect.

또한, 광기구의 경우 밝기를 늘이기 위해서 상온(25도) 이하의 온도 유지가 필요한 경우가 있다. 실제 실험 결과에 따르면, 상온 수준의 온도에서 보다 상온 이하의 온도에서 약 15%의 광량 증가가 있게 된다.In addition, in the case of the light fixture, in order to increase the brightness, it may be necessary to maintain a temperature below room temperature (25 degrees). According to the actual test results, there is an increase in light amount of about 15% at temperatures below room temperature than at room temperature.

한편, 최근 반도체의 눈부신 발전에 따라 일상 생활에서의 반도체 적용이 폭 넓게 이루어지고 있다. 특히, 상기 반도체 중의 하나인 LED(Light Emitting Diode)는 그 밝기가 점점 증가함에 따라 종래 사용되고 있는 램프의 역할을 대신하게 될 전망이다.On the other hand, with the recent remarkable development of semiconductors, the application of semiconductors in daily life has been widely made. In particular, the LED (Light Emitting Diode) is one of the semiconductor is expected to take over the role of the conventional lamp as the brightness is increased.

하지만, 작은 소자에서 엄청난 밝기의 빛을 발하기 위해서는 소자에서 발생하는 국부적인 높은 열을 충분히 제거해 낼 수 있어야 한다. 따라서, 좁은 부분에서 발생하는 높은 열을 최대한 빨리 넓게 퍼뜨리고 그 열을 제거하는 것은 매우 중요한 문제이다.However, in order to emit enormous brightness in a small device, it must be able to remove enough of the local high heat generated from the device. Therefore, it is very important to spread and remove the high heat generated in the narrow part as quickly as possible.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED 칩에서 발생되는 집중적인 열 현상을 제거하기 위한 냉각 방법 및 장치를 제안하는데 있다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to propose a cooling method and apparatus for removing the intensive heat phenomenon generated in the LED chip.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, LED 칩이 부착된 열전도성을 갖는 금속 PCB 기판에 열전소자를 접착시키는 단계와, 상기 금속 PCB상 접착부 이외의 대기와의 접촉면을 단열시키는 단계를 포함하여 이루어지는 LED 냉각 방법을 제공 한다.In order to achieve the above object, the present invention includes the step of bonding a thermoelectric element to a metal PCB substrate having a thermal conductivity with an LED chip attached, and insulating the contact surface with the atmosphere other than the adhesive portion on the metal PCB It provides LED cooling method.

상기 접착된 열전소자의 반대면에 열을 냉각시키는 히트 싱크를 설치하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.And installing a heat sink to cool the heat on the opposite side of the bonded thermoelectric element.

상기 열전소자와 금속 PCB의 접촉면 및 상기 금속 PCB와 히트 싱크의 접촉면은 써멀 그리스(thermal grease)로 코팅하는 것을 특징으로 한다.The contact surface of the thermoelectric element and the metal PCB and the contact surface of the metal PCB and the heat sink are coated with thermal grease.

상기 열전소자는 전류 제어를 통해 온도가 조절되는 펠티어(Peltier) 소자인 것을 특징으로 한다.The thermoelectric device may be a Peltier device in which temperature is controlled through current control.

본 발명은, LED 칩이 부착되는 열전도성을 갖는 금속 PCB와, 상기 금속 PCB 기판의 일측면에 부착된 열전소자를 포함하여 구성되는 LED 냉각 장치를 제공한다.The present invention provides a LED cooling device comprising a metal PCB having a thermal conductivity to which the LED chip is attached, and a thermoelectric element attached to one side of the metal PCB substrate.

상기 열전소자의 다른 측면에 부착된 히트 싱크를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.It is characterized in that it further comprises a heat sink attached to the other side of the thermoelectric element.

따라서, 본 발명에 의하면, 부피가 작고 열펌핑 기능이 있는 열전소자를 사용하여 컴팩트한 LED 칩에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시키는 효과가 있다.Therefore, according to the present invention, there is an effect of efficiently cooling heat generated in a compact LED chip using a thermoelectric element having a small volume and a heat pumping function.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 새로운 기술의 출현에 따라 본 발명에서 출원인이 가장 적합하다고 판단한 용어도 임의로 사용하였으며, 이에 대해서는 해당 설명부에서 용어의 의미를 명확히 설명하기로 한다. 따라서, 본 발명을 이해함에 있어 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 됨을 밝혀 두고자 한다. In addition, the term used in the present invention was selected a general term that is widely used at present, but according to the emergence of a new technology, the term that the applicant deemed most appropriate in the present invention was arbitrarily used, and the meaning of the term in the corresponding description. It will be explained clearly. Therefore, in the understanding of the present invention, it is intended that the present invention should be understood as the meaning of terms rather than simple names of terms.

도 3은 본 발명에 따른 냉각 소자를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a cooling element according to the present invention.

도 3의 (a)와 같이, LED 시스템에 발생되는 열을 줄여주기 위한 열전소자로써 펠티어(Peltier) 소자를 사용한다. 상기 소자는 전류 제어를 통해 온도를 조절할 수 있는 소자로써, 상기 소자를 이용하면 상온 이하의 온도로 유지시키는 것이 가능해진다.As shown in FIG. 3A, a Peltier device is used as a thermoelectric device for reducing heat generated in an LED system. The device is a device capable of adjusting temperature through current control, and when the device is used, the device can be maintained at a temperature below room temperature.

한편, 컴팩트(compact)한 전자 칩에서의 열원은 핫 스팟(hot spot)을 발생시킨다. LED 역시 1mm * 1mm 정도 크기의 칩으로 이루어져 있기 때문에 부분적으로 높은 열을 발산하게 된다. 즉, 방열판 전체의 온도가 상승한다기 보다는 국부적인 열 집중 현상이 발생하게 되는 것이다.On the other hand, heat sources in compact electronic chips generate hot spots. The LEDs are also made of chips measuring 1mm x 1mm, which partially dissipates heat. In other words, rather than increasing the temperature of the entire heat sink, a localized heat concentration phenomenon occurs.

이러한 현상은 작은 칩을 파손 시키기에 충분하다. 따라서, 빨리 열을 확산시킨 후 냉각 장치를 이용해 온도를 떨어뜨리는 것이 중요한다. 이를 위해, 본 발명에 따르면, 열 전도도가 높은 열 확산 물질을 부착하거나 열전도율이 좋은 금속 PCB 상부에 바로 상기 칩을 가공하여 접합점의 온도를 떨어뜨리게 된다.This is enough to break small chips. Therefore, it is important to rapidly spread the heat and then lower the temperature by using a cooling device. To this end, according to the present invention, the heat diffusion material having high thermal conductivity is attached or the chip is directly processed on the metal PCB having a high thermal conductivity, thereby lowering the temperature of the junction point.

첨부한 도 3의 (b) 내지 (d)는 금속 PCB를 나타낸 도면으로, 도 3의 (b)는 금속 PCB의 윗면을, 도 3의 (c)는 금속 PCB의 아랫면을, 도 3의 (d)는 금속 PCB의 입체도를 나타내었다.(B) to (d) of FIG. 3 show a metal PCB, (b) of FIG. 3 shows a top surface of the metal PCB, and (c) of FIG. 3 shows a bottom surface of the metal PCB. d) shows a stereoscopic view of the metal PCB.

도 3의 (b) 내지 (d)와 같이, 금속 PCB의 중심부를 LED 칩이 놓일 수 있도록 가공하고, 단열 조건을 만족시키면서 전자 회로선을 설치할 수 있도록 단열이 잘되는 플라스틱 PCB를 윗면에 붙인다. As shown in (b) to (d) of FIG. 3, the center of the metal PCB is processed so that the LED chip can be placed, and the plastic PCB is well insulated so that the electronic circuit lines can be installed while satisfying the insulation conditions.

이때, 상기 단열 조건이란 펠티어 소자의 효과를 극대화하기 위해, 냉각하고 자 하는 부분 이외의 곳을 단열 시켜주는 것을 말한다. 즉, 냉각하려는 금속 PCB는 펠티어와 접촉하는 부분 이외의 곳이 대기와 접촉하게 되므로, 상기 대기와의 접촉부를 단열 시킴으로써 상온 이하의 온도 유지를 원할히 하게 되는 것이다. In this case, the thermal insulation condition means to insulate the place other than the portion to be cooled in order to maximize the effect of the Peltier element. That is, the metal PCB to be cooled is in contact with the atmosphere other than the portion in contact with the Peltier, it is to maintain the temperature below room temperature by insulating the contact with the atmosphere.

상기 금속 PCB는 열전도율이 좋은 금속, 일예로써 알루미늄 등을 사용하여 구성한다.The metal PCB is composed of a metal having good thermal conductivity, for example, aluminum.

한편, 상기와 같이, 플라스틱 PCB를 윗면에 접착시킴으로써 단열시킨 PCB와, 펠티어 소자와 같은 열전소자와의 접촉면은 보다 넓은 접촉면을 가질 수 있도록, 상기 펠티어 소자 크기의 접촉부 홈을 형성하고, 써멀 그리스(thermal grease)와 같은 물질로 코팅한다.Meanwhile, as described above, the contact surface between the PCB insulated by bonding the plastic PCB to the upper surface and the thermoelectric element such as the Peltier element forms a contact groove of the Peltier element size so as to have a wider contact surface, and the thermal grease ( coating with a material such as thermal grease.

이후, 상기 펠티어 소자의 열 발생면을 냉각시키기 위한 적절한 히트 싱크(Heat sink)를 설치하며, 상기 PCB와 히트 싱크 사이도 써멀 그리스로 코팅해줌으로써 LED 냉각 시스템을 구성한다.Then, an appropriate heat sink is installed to cool the heat generating surface of the Peltier element, and the LED cooling system is configured by coating the thermal grease between the PCB and the heat sink.

이와 같은 방법으로 구성한 상기 LED 냉각 시스템은 첨부한 도 4에 도시하였다.The LED cooling system constructed in this manner is shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 냉각 시스템의 구성을 나타낸 도면으로, 도 4와 같이, 펠티어 소자(10)와, 금속 PCB(20)와, 히트 싱크(Heat sink)(30)를 포함하여 구성된다.4 is a view illustrating a configuration of an LED cooling system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, a Peltier element 10, a metal PCB 20, and a heat sink 30 are illustrated. It is configured to include.

따라서, 상기 금속 PCB(20)상 설치된 LED(미도시)에 의해 발생된 열은 상기 금속 PCB(20)를 통해 확산되고, 상기 금속 PCB(20)와 접합된 펠티어 소자(10)에 의해 그 열이 냉각됨으로써 LED에서 발생되는 열을 상온 이하의 온도로 낮출 수 있게 된다.Therefore, heat generated by the LED (not shown) installed on the metal PCB 20 is diffused through the metal PCB 20, and the heat generated by the Peltier element 10 bonded to the metal PCB 20. This cooling allows the heat generated from the LED to be lowered to a temperature below room temperature.

이때, 상기 펠티어 소자(10)의 경우 전류를 흘려주면 한쪽면이 냉각됨과 동시에 다른쪽면에 열이 발생되므로, 상기 열을 식혀주기 위해 히트 싱크(30)를 설치해준다.In this case, in the case of the Peltier element 10, since one side is cooled and heat is generated at the other side when a current flows, the heat sink 30 is installed to cool the heat.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and as can be seen in the appended claims, modifications can be made by those skilled in the art to which the invention pertains, and such modifications are within the scope of the present invention.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 냉각 장치 및 방법은 부피가 작고 열펌핑 기능이 있는 열전소자를 사용하여 컴팩트한 LED 칩에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시키는 효과가 있다.The cooling apparatus and method according to the present invention described above has an effect of efficiently cooling heat generated in a compact LED chip using a thermoelectric element having a small volume and a heat pumping function.

Claims

Bonding a thermoelectric element to a metal PCB substrate having a thermal conductivity to which an LED chip is attached;

LED cooling method comprising the step of insulating the contact surface with the atmosphere other than the adhesive portion on the metal PCB.

The method of claim 1,

And installing a heat sink for cooling heat on the opposite side of the bonded thermoelectric element.

The method of claim 2,

The contact surface of the thermoelectric element and the metal PCB and the contact surface of the metal PCB and the heat sink is coated with thermal grease (thermal grease).

The method of claim 1,

The thermoelectric device is a LED cooling method, characterized in that the Peltier (Peltier) device that the temperature is controlled through the current control.

A metal PCB having a thermal conductivity to which an LED chip is attached,

LED cooling device comprising a thermoelectric element attached to one side of the metal PCB substrate.

The method of claim 5, wherein

LED cooling device further comprises a heat sink attached to the other side of the thermoelectric element.

The method of claim 5, wherein

The thermoelectric device is an LED cooling device, characterized in that the Peltier device is a temperature controlled through the current control.

The method of claim 5, wherein

LED cooling device, characterized in that the heat insulating material is formed on the contact surface with the atmosphere other than the contact surface with the thermoelectric element on the metal PCB.