방열 코팅 기술 소개서

㈜카보랩 대표이사 김우석

2015년 9월 1일

wskim@carbolab.co.kr

1. 제품 특성

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Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

제품명 : 카보쿨 (CarboCool)

카보쿨(CarboCool)은 유기 바인더에 탄소(Carbon) 소재가 균일하게 분산되어 있는 형태로

우수한 방열 특성을 가지는 코팅 Paste임.

전자부품 및 고효율 LED 램프의 heat sink에 적용하여 방열 성능을 향상시킴

열 방사율 (Emissivity)이 높은 탄소 소재를 사용하여 열방출 및 열전달 특성이 우수함

물, 염수, 산, 알카리 등에 대한 내식성 우수함

산업소재 연구 개발 전문 기업

1. 제품 특성

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Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

구분 기존 상용화 제품 당사 개발 제품

제품 이미지

LED 기판 온도 60 ~ 65℃ 55 ~ 58℃

온도 감소율 - 8 ~10%

Heat-Sink 무게 270 g (60℃기준) 240 g (60℃기준)

무게 감소율 - 11% ~

제품의 특성 및 우수성 제품의 용도

우수한 방열 특성(10~15% 온도 감소 효과)

다양한 금속 소재와의 접착력 우수

우수한 내부식성

다양한 형상의 부품에 적용 용이

Heat Sink의 소형화, 경량화 가능

가정용 LED 램프 및 실내등 Heat Sink

전자제품용 Heat Sink

산업용 고효율 LED 램프(가로등, 보안등외) Heat

Sink 및 컨버터 cover

LED 집어등 Heat Sink (고방열, 내부식용)

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황 2. 제품 규격

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항 목 물 성 규 격

열 방사율 0.8 ~0.9 Emissivity

방열 특성

55 ~ 65℃ 5 ~ 7%

LED 기판 온도 감소율(%) 65 ~ 80℃ 7 ~ 10%

80℃ ~ 10% ~

고온 코팅 안정성 100% (5B), 코팅 이상 없음 85℃ 250HR

코팅 부착력 100% (5B) ASTM D 3359

총 수명 TEST 온도 감소율 10% 이상 1000HR 연속 시험

RoHS 검출 되지 않음

내식성 100% (5B), 코팅 이상 없음 염수분무시험 150HR, 염수 5% 침지 500HR

내산성 100% (5B), 코팅 이상 없음 H2SO4 5% 침지 168HR

내알카리성 100% (5B), 코팅 이상 없음 NaOH 5% 침지 168HR

내수성, 내열성 100% (5B), 코팅 이상 없음 95℃ 물 침지 200HR

제품 물성

Type 색상 및 광택 경화조건

2액형 (주제와 경화제 혼합) 검정색, 유광 상온 건조 후, 150℃ 30min 경화

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황 2. 제품 규격

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RoHS 시험 성적서

6대 유해 물질 검출되지 않음

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황 3. 방열 코팅의 필요성

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열방사율이 우수하고,

가격이 저렴한 탄소재료 (열

방사율 0.9이상)를 이용하여,

페이스트 제조 후 전자제품

및 모듈에 직접 코팅하는

방식

기존 Heat-Sink (히트싱

크)의 단점인 부피 · 무게

증 가 에 의 한 무 게 및

단가의 문제 개선 가능

기존의 Heat-Sink (히트싱

크)를 이용한 방식에서 LED

소자의 효율 저하, 수명 감소,

오동작 , 열화 등의 신뢰성

저하 문제 개선 가능

• 효율저하 • Life time 감소 • 오동작, 열화

• 부피ㆍ무게 증가 • 전력 소모 증가 • 소음 발생 • 단가 상승

LED 발열 문제 기존 방열 방법

• 성능, 수명 향상 • 부피ㆍ무게 감소 • 신뢰성 향상

방열 코팅 히트싱크

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

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4. 방열 성능 시험 방법

(1) T/C(열전대) tip을 온도 측정할 위치에 고정시킴

(2) 시험 장소의 환경 조건을 기록함(온도, 습도)

(3) LED 램프 전원 ON 후, Data logger 데이터 기록을 시작함

(4) 일정 온도로 유지되면서 안정화가 되면 (30분, 60분, 120분) 후 전원 OFF 후, 상온

냉각 시킴

(5) Heat-Sink 교체 후 동일한 방법으로 측정함 (동일한 위치의 온도를 측정해야 하고,

환경 조건의 변화가 없어야 신뢰성 있는 data를 얻을 수 있음)

<LED 다운 라이트 제품> < 온도 측정 부위 확대 사진> < Data logger (온도 기록)>

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

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5. 방열 성능

0 10 20 30 40 50 60 70 8020

25

30

35

40

45

50

55

coating non-coating

Tem

pera

ture

(o C)

Time (min)

카보쿨 코팅 Heat-Sink

알루미늄 Heat-Sink

6인치 16W 다운라이트

<코팅 전, 후 방열판>

코팅 알루미늄

▶ 코팅 후 LED 기판의 온도 낮아짐 <온도 비교 그래프>

- 코팅 후,

54℃ ->49 ℃

(9% 온도 감소 효과)

산업소재 연구 개발 전문 기업

<코팅 전, 후 표면 열화상>

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

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5. 방열 성능

가정용 LED 조명

<Heat Sink 분리 → 코팅 적용>

<상용 LED 조명>

<코팅 후> <코팅 전>

(a) Sample A (코팅 전)

(87~89℃) (72~73℃)

(b) Sample B (코팅 후)

▶ 10℃ 이상 저하

(17% 온도 감소

효과)

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

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5. 방열 성능 – 신뢰성 평가

연속 수명 시험 (1000HR)

(a) Sample A (코팅 전) (b) Sample B (코팅 후)

(Avg. 97.8℃) (Avg. 96.4℃) (Avg. 75.4℃) (Avg. 82.9℃)

연속 작동 시간 코팅 전 코팅 후 온도 차 온도 감소

효율

100hr 97.8 ℃ 75.4 ℃ 22.4 ℃ 22 %

1000hr 96.4 ℃ 82.9 ℃ 13.5 ℃ 14 %

▶ 연속 수명시험 1000hr

후, 14% 온도 감소 효과

유지함

<온도 측정 위치>

산업소재 연구 개발 전문 기업

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

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6. 제품 적용 사례

산업소재 연구 개발 전문 기업

제품명 Plate Type Heat-Sink

LED 가로등 Heat-Sink

LED 실내평판등 Heat-Sink

고휘도 display BLU panel

LED 터널등 Heat-Sink

제품

사진

방열 성능 10%이상 온도저하 5 ~ 7% 온도저하 5 ~ 7% 온도저하 5 ~ 10℃ 온도저하 7 ~8 % 온도저하

적용 시기 2014. 8. ~ 2015. 4. ~ 2014. 11. ~ 2014. 12. ~ 2015. 6. ~

구분 양산 제품 개발 제품 (TEST) 양산 제품 개발 제품 (TEST) 개발 제품 (TEST)

용도

홈 네트워크 구축, 가정용 Display 스크린의 CPU

방열판

LED 가로등 방열판

LED 실내 평판등, 다운라이트 방열판

고휘도 Display Back Light Unit Panel 방열용

20W LED 터널등 방열판

적용 업체 LG 전자 플루오르테크 송촌 조명 D&AL KREMS

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황

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6. 적용 사례

고휘도 Display BLU panel 방열 TEST 사례

산업소재 연구 개발 전문 기업

▶ 코팅 후 panel 온도 분포가 낮아짐

Chapter Ⅱ_ 주요 기술현황 7. 지적 재산권 현황

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보유특허 및 성능인증

보유 특허

1. 방열코팅 조성물, 이를 코팅시킨 방열판 및 그 제조방법 : 10-1392880 (2014. 4. 30)

2. 부식방지 코팅제 조성물 및 이를 이용한 내부식성 코팅기판 제조방법

: 10-1401609 (2014. 5. 23)

3. 다층 구조 방열 필름 및 이의 제조 방법

: 10-1527376 [2015. 6. 3)

보유특허 기술이전 : ㈜송촌조명 / 기술이전료(1천만원), 경상기술료(제품매출액의 3%)

조달 우수제품 인증 : ㈜송촌조명 / 실내 평판등, 다운라이트

산업소재 연구 개발 전문 기업

별첨 자료

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<LED lamp 온도 변화에 따른 수명 예측>

• LED의 온도 변화에 따른 수명 예측을 정량적으로 나타내는 그래프

• LED junction 온도 10℃ 감소할 경우, 600hr에서 1800hr으로 수명이

증가할 수 있음을 보여 주고 있음

• 따라서 LED 온도 제어가 수명에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있음

온도와 수명의 관계

Ref) 재료마당 제24권 제3호, 2011년 6월, LED소자의 방열을 위한 다기능성 복합재료의 개발현황 및 기술동향

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부착력 시험 기준

→ 코팅 박리 없고 격자선도 깨끗한 형태를 나타냄.

→ ASTM D3359 기준 5B 등급 해당됨.

육안 검사 X 150

상온

시험

고온(90℃)

시험

◈ 코팅 부착력 시험을 통한 내구성 평가

500um

500um

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고온 안정성 시험

<접착력 시험 – 5B 등급>

◈ 신뢰성 평가

(1) 고온 연속 시험 – HAST TEST (250hr)

◆ 시험 조건 : 85℃, 250hr 유지

⇒ 육안 검사 결과, 코팅 벗겨짐이나 들뜸 현상 및 균열 발생 없이 양호함.

⇒ 접착력 시험 결과, 코팅 박리 없고 격자선 깨끗한 상태로 5B 등급 확인함.

<고온 연속 시험 전, 후 샘플 표면 상태>

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시험 성적서

1. 열 방사율 시험 성적서 (한국 세라믹 기술원)

2. 고온 연속 시험 (HAST Test) 성적서(구미 전자 정보 기술원)

3. 연속 수명 시험 (1000hr) (광 기술원 LED 조명실증센터)

4. 부착력 시험 (한국 화학융합시험연구원)

5. 내산성, 염수분무시험, 내알카리성 시험(한국 화학융합시험연구원)