고출력 LED 조명용 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 패키지 개발- 기존 에폭시 PCB 패키지 대비 방열효과 2.7배 향상 -□ 한국세라믹기술원(원장 강석중, www.kicet.re.kr) 김효태 박사와 ㈜신우테크(대표 송기석, 연구소장 김흥순) 공동연구팀은 최근 산·연 협력 기술개발사업의 성공적인 수행을 통해 고출력 LED 조명용 고방열 세라믹-메탈 하이브리드* LED 어레이 패키지**를 개발하는데 성공했다고 밝힘 * 세라믹-메탈 하이브리드 : LED 소자를 회로에 배치하기 위한 절연성 막으로서 열전도도가 높은 세라믹과 금속을 혼합한 혼성소재 ** LED 어레이 패키지 : 대표적인 반도체 조명소자인 LED(light emitting diode)를 여러개 조합하여 높은 광출력(밝기)을 얻기 위한 패키지 □ 연구팀이 개발한 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 LED 어레이 패키지는 기존의 에폭시계 인쇄회로 기판(epoxy-base PCB)을 적용한 LED 패키지 대비 방열특성이 2.7배 이상 개선되어 LED 수명은 향상되고 고장율은 저하LED에서 전기가 빛으로 변환이 되는 것은 15% 정도이고 나머지 85%는 열로 방출되는데, LED의 내부온도가 상승하면 수명과 효율이 저하됨 ○ 일반적인 에폭시 기반의 LED용 패키지는 에폭시수지의 낮은 열전도도와 패키지 제조 시 별도의 층간접착방열소재(TIM)***를 사용하는 관계로 방열 성능이 비교적 낮고 패키지 구조가 복잡한 단점이 있음 *** TIM(thermal interface material) : 열원이 되는 소자와 방열부의 여러 부품을 상호 접합해주는 소재로서, 방열 컴파운드, 방열 패드/필름 등이 있음 ○ 연구팀은 알루미늄 방열판(heat-sink) 위에 기존의 에폭시 수지 절연층 대신 질화알루미늄(AlN) 세라믹과 경량 고열전도인 알루미늄(Al) 분말을 혼합한 하이브리드 절연막을 형성한 고출력 고방열 LED 어레이 조명 패키지 제조에 성공○ 개발된 패키지는 가로등과 같은 100와트(watt)급* 이상의 고출력 LED제품에 활용이 가능하고 금속과 세라믹의 무기질(inorganic) 소재로 되어있어 내열 및 내후성**이 우수하여 방폭용*** LED 조명기구(explosion-proof LED lamps) 제품에도 적용이 가능할 것으로 보임 * 가정용 LED는 40W, 가로등은 150W 수준 ** 내후성 : 각종 기후(빛, 풍우, 습기, 공기 중의 기체 등)에 견디는 성질 *** 방폭용 : 위험물의 폭발을 예방하거나 폭발에 의한 피해를 방지하는 것 (ex. 해양플랫폼에서 석유시추 시 가스나 기름 등의 위험물질로부터 안전하게 보호)□ 현재, 세계적으로 고분자 수지와 세라믹 또는 금속 필러(filler)를 복합화한 방열 절연층은 많으나, 세라믹-금속 복합체를 방열 절연층으로 적용한 사례는 드물며, 향후 고출력 LED와 전력반도체 패키지 등으로 확대 적용을 기대○ 고방열 소재(TIM)의 세계 시장은 2017년 약 1조 2천억원(Fuji Keizaico. Ltd., 2014), LED 산업용 조명시장은 2016년 약 3조원, 2020년 약 5조원으로 예측되며(LEDinside, 2016), 최근에는 반도체와 LED 외에도 스마트폰, 대형TV 및 전기자동차 부품 등으로의 적용 확대가 예상됨□ 이번 연구개발 결과는 국외특허를 출원하였고, ㈜신우테크는 태양광 가로등용 고출력 LED 조명기구에 적용을 계획하고 있음

2016-12-28
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