고출력 LED가 조기에 고장 나는 이유와 예방 방법

Source: Dev.to

LED 수명 뒤에 숨은 진짜 이유는?

LED 제조업체는 종종 50,000시간 이상의 수명을 제시하지만, 이러한 수치는 이상적인 조건—안정된 온도, 완벽한 열 방출, 결함 없는 전원 공급—을 전제로 합니다. 실제 적용 환경에서는 주변 온도, 방열, 그리고 드라이버 품질이 실제 수명을 좌우합니다.

열 관리: LED 수명을 단축시키는 조용한 살인자

LED는 전기를 빛으로 변환하지만, 입력 전력의 큰 부분이 열로 전환됩니다. 충분하지 않은 열 제거는 접합부 온도를 상승시켜 반도체 열화, 광량 감소, 색상 변 shift, 그리고 최종적인 고장을 가속화합니다.

예방 방법

• 적절한 방열판 – 크고 효율적인 방열판을 사용하세요; 구리는 알루미늄보다 성능이 좋지만 비용이 더 많이 듭니다.
• 열 패드 / TIM – 고품질 열 인터페이스 재료를 사용해 LED와 방열판 사이에 좋은 접촉을 확보합니다.
• 액티브 냉각 – 20 W 이상 LED의 경우, 팬이나 액체 냉각을 도입해 온도를 낮게 유지하는 것을 고려하세요.

드라이버 품질이 숨은 고장 원인

드라이버는 LED에 흐르는 전류를 조절합니다. 사양을 충족하는 드라이버라도 전류 리플을 발생시켜 접합부의 열 사이클링을 일으킬 수 있습니다. 이는 솔더 조인트 피로, 미세 균열, 조기 고장을 초래합니다. 고주파 PWM 디밍도 적절히 관리되지 않으면 열 불안정을 만들 수 있습니다.

예방 방법

• 고품질 드라이버 사용 – 리플이 낮고 전류 조절이 정확한 드라이버를 선택해 안정적인 전류를 공급합니다.
• 과도한 PWM 디밍 피하기 – 가능하면 DC 디밍을 선호하거나, 열 변동을 최소화하는 고주파 PWM을 지원하는 드라이버를 선택합니다.

습도 및 환경 요인의 영향

습기와 부식성 환경이 LED 하우징에 침투하면 접점이 부식되고 렌즈가 손상됩니다. 증상으로는 색상 변 shift, 밝기 감소, 조기 고장이 있습니다.

예방 방법

• 밀폐형 인클로저 – LED를 방수·방진 인클로저에 넣어 보호합니다.
• IP 등급 – 실외 또는 산업용으로 최소 IP65 등급 이상의 부품을 선택합니다.
• 컨포멀 코팅 – PCB와 부품 위에 얇은 보호 코팅을 적용해 습기를 차단합니다.

솔더링 및 PCB 설계: 작은 문제, 큰 영향

부실한 PCB 설계는 핫스팟, 고르지 않은 전류 분포, 솔더 조인트에 스트레스를 유발합니다. 전원 온·오프 또는 PWM 디밍에 의한 반복적인 열 사이클링은 솔더 조인트를 피로하게 만들어 전기적 고장을 초래합니다.

예방 방법

• 최적화된 PCB – 열 방출이 효율적인 보드 설계와 열 사이클을 견딜 수 있는 고품질 소재를 사용합니다.
• 두꺼운 솔더 패드 – 솔더 조인트가 열 스트레스를 견디고 균열되지 않도록 충분히 두껍게 설계합니다.

UV 열화 및 렌즈 황변

UV 빛에 노출되면 렌즈 소재가 분해되어 황변, 색상 변 shift, 출력 감소가 발생합니다.

예방 방법

• UV 저항 코팅 – UV 저항 렌즈를 갖춘 LED를 선택하거나 보호 UV 코팅을 적용합니다.
• 우수한 소재 – 고품질·UV 안정성이 검증된 렌즈 소재를 사용하는 신뢰할 수 있는 제조사의 제품을 선택합니다.