국내 연구진이 고출력 LED 구동 시 발생하는 열을 효과적으로 방출, 발광효율과 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 ‘초고방열 접착기술’을 세계 처음으로 개발했다.
김재필 한국광기술원 광원소재연구센터 연구팀은 “은나노 입자로 구성된 LED 접착제층에 레이저로 집중적인 열을 가해 은나노 입자를 소결함으로써 LED칩을 기판에 접착하는 기술 개발에 성공했다”고 15일 밝혔다.
플라스틱 LED패키지 소재에 열 손상을 주지 않는 공정조건에서 유기물 사용 없이 열전도가 높은 순수금속을 이용, 기존 LED접착제와 동등한 수준의 접착력을 구현하는 초고방열 접착기술 개발은 이번이 세계 최초라 업계의 관심이 집중될 것으로 보인다.
이번 기술은 세계적인 반도체 패키지 전문 학술지 ‘IEEE 트랜젝션 온 컴포넌트’ 7월호에도 게재됐다.
고출력 LED 핵심기술인 LED칩 접착제는 LED칩을 기판에 부착하고 칩에서 발생한 열을 방출하는 역할을 한다. 그동안 글로벌 LED제조업체들은 에폭시나 실리콘 등 고분자 재료에 무기물 분말을 혼합하는 방식을 주로 사용해 왔으나 고분자의 낮은 열전도로 방열 성능이 제한되는 문제를 풀지 못했다.
독일, 일본 등 LED 기술 선진국에서도 은나노 입자를 이용한 접착기술을 꾸준히 도전해 왔지만 만족할 만한 접착력과 열전도성을 구현하지 못한 상황이다. 이는 300도 이상의 열처리 시 플라스틱 재질의 LED패키지 소재가 변형되는 기술적 한계를 보여왔기 때문이다.
김 박사팀의 초고방열 기술은 레이저를 이용해 LED칩을 부착할 기판 부분에만 한정해 짧은 시간 가열, 은나노 소결을 통해 접착하는 방식이다. 열 손상에 의한 기판 변형을 막을 수 있고 열전도도를 극대화함으로써 기존 접착기술의 문제점을 해결할 수 있다.
또 정격전류 2배 이상의 과전류 구동환경에서 LED칩 표면 온도증가가 거의 없어 발광효율이 유지되고, 수명역시 기존 접착 기술대비 2.5배 이상 향상된 고출력 LED를 구현할 수 있다. 이번 기술은 지난 2011년 산업통상자원부의 산업원천기술개발 사업을 통해 진행됐다.
김재필 한국광기술원 박사는 “LED에서 발생한 열을 효과적으로 배출시키는 방열 설계 및 소재개발은 고출력 LED의 핵심기술이지만 그동안 기술적 한계에 부딪쳐 왔다”며 “이번 나노 금속을 이용한 접착기술은 이 같은 문제점을 완벽하게 해결할 수 있게 돼 국내 고출력 LED의 글로벌화에 촉매 역할을 하게 될 것”이라고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com