세라믹-금속 기반 LED 어레이 패키지의 저온동시소성시 휨발생 억제 연구

Low Temperature Co-firing of Camber-free Ceramic-metal Based LED Array Package

고출력 LED 조명용 패키지를 제조함에 있어서 발열은 LED의 광출력과 수명에 매우 중요한 영향을 주는 인자로 알려져 있다. 본 연구에서는 가로등용 고출력 LED 패키지를 개발함에 있어서 효과적인 방열을 하기 위하여 방열효과가 상대적으로 우수한 구조인 chip-on-a-heat sink 구조를 가지는 세라믹-메탈 기반의 패키지를 제조하였다. 열확산 기능을 하는 heat sink 기판소재는 알루미늄 합금을, LED 어레이 회로를 형성하는 절연막으로는 저온동시소성용 glass-ceramics을 사용하였다. 특히 열처리 시 가장 이슈가 되는 세라믹-금속 하이브리드 패키지 기판의 휨을 억제하기 위한 수단으로서, glass-ceramic 절연막을 부분 코팅함으로써 휨현상을 용이하게 줄일 수 있게 되었다. 또한, LED 패키지의 방열특성의 향상 즉 열저항도 기존의 MCPCB 패키지나 전면 코팅형 절연막 패키지에 비해 훨씬 낮아지는 효과를 얻었을 뿐 아니라, 세라믹 코팅소재의 절감효과도 볼 수 있게 되었다.

Ceramic-metal based high power LED array package was developed via thick film LTCC technology using a glass-ceramic insulation layer and a silver conductor patterns directly printed on the aluminum heat sink substrate. The thermal resistance measurement using thermal transient tester revealed that ceramic-metal base LED package exhibited a superior heat dissipation property to compare with the previously known packaging method such as FR-4 based MCPCB. A prototype LED package sub-module with 50 watts power rating was fabricated using a ceramic-metal base chip-on-a board technology with minimized camber deformation during heat treatment by using partially covered glass-ceramic insulation layer design onto the aluminum heat spread substrate. This modified circuit design resulted in a camber-free packaging substrate and an enhanced heat transfer property compared with conventional MCPCB package. In addition, the partially covered design provided a material cost reduction compared with the fully covered one.