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다나까귀금속, 저온 접합재료 ‘AuRoFUSE’를 이용한 고출력 LED 모듈 개발
냉동창고용 등 가혹한 환경 하의 LED조명이나 차재 조명 등 다양한 제품에 활용 기대
한국건축신문 기사입력  2016/05/26 [08:54]

다나까 귀금속공업 주식회사(본사 도쿄도 치요다구, 대표이사 사장 : 타나에 아키라)와 주식회사 S.E.I(본사 시마네현 하마다시, 대표이사 : 사이토 마사히토)가 서브마이크론 크기(1만분의 1밀리)의 금 입자를 사용한 저온 접합재료 ‘AuRoFUSE(TM)’(오로퓨즈)를 사용해 기존 제품보다도 높은 출력에 대응 가능한 LED(발광다이오드) 모듈을 개발했다고 발표했다.

 

이 LED모듈은 접합재에 ‘AuRoFUSE(TM)’를 사용함으로써 현재 주류인 와이어본딩이 아닌, 페이스다운본딩에 의한 접합을 가능하게 했다. 이로 인해 높은 방열성을 확보하면서도 전기특성이 향상되며 더욱이 모듈 크기의 소형화를 실현했다.

 

또한 지금까지의 페이스다운 구조에서는 기판에 고가인 알루미나이트라이드를 사용할 필요가 있었지만 ‘AuRoFUSE(TM)’를 채용하므로써 메탈기판에 직접 접합할 수 있기 때문에 이전보다도 저비용으로 보다 소형이면서 고성능의 모듈 제조가 가능하게 된다.

 

향후에는 본 모듈을 하이파워인 투광기 제품 등의 제조에 도입·조합함으로써 냉동창고용 등의 가혹한 환경 하의 LED 조명이나 차재 조명 등의 다양한 제품 개발의 발전이 기대된다.

 

LED모듈이 안고 있는 과제

 

LED조명은 점등 시의 발열에 따른 온도 상승이 원인으로 점차 출력이 저하되므로 기존보다 고출력인 LED 모듈 개발에 있어서는 방열성 향상이 과제가 된다.

 

하지만 현재 주류인 와이어본딩에 의한 접합에서는 LED의 발광면이 상부에 존재하므로 열이 밖으로 방출되기 어려워 방열성에 한계가 있었다. 따라서 기판에 직접 LED 칩을 접합하는 페이스다운본딩이 주목 받고 있다.

 

페이스다운 구조에서는 열원이 되는 발광면이 기판 측에 가까우므로 열을 밖으로 방출하기 쉬워진다. 더욱이 와이어에 의한 배선공간이 불필요하기 때문에 소형화가 가능하고 또 배선 자체가 없어지기 때문에 전기특성이 향상되는 등의 이점도 있다.


하지만 현재의 기술로는 기판에 고가인 알루미나이트라이드를 사용할 필요가 있기 때문에 비용면에서 페이스다운 구조로 바꾸기 어려운 배경이 있다.

 

이 LED모듈의 이점

 

이 LED모듈은 ‘AuRoFUSE(TM)’을 접합재에 사용한 페이스다운 구조를 채용해 메탈기판으로의 직접 접합을 실현했다.

 

LED 칩과 메탈기판에서는 열팽창 계수의 차이가 커서 통상적인 접합 시에는 파손이 발생한다. 하지만 ‘AuRoFUSE(TM)’에 포함된 Au입자가 열팽창 시의 변형을 완화하는 기능을 하여, 기판에 직접 접합하는 것에 성공했다.

 

이 LED모듈은 과도한 온도의 상하 변동에 대응할 수 있으므로 앞으로 수요가 기대되는 수출입 시의 냉동창고용 조명에 사용할 수가 있다. 또 소형 모듈 크기를 활용하여 차재용 조명으로 이용함으로써 자동차의 디자인성이 높아지는 등 이제까지 개발에 비용이 들거나 혹은 곤란했던 다양한 제품 제조의 폭이 넓어진다.

 

다나까 귀금속공업, S.E.I의 역할과 향후의 전개

 

이번 개발에서 다나까 귀금속공업이 접합재인 ‘AuRoFUSE(TM)’를 제조·제공하고, 주식회사 S.E.I가 이 모듈의 제조를 담당했다. 이 개발에 따라 다나까 귀금속공업은 고객에게 보다 최종 제품에 가까운 관점으로부터 재료를 제안할 수 있게 된다.

 

한편, 다나까 귀금속공업 주식회사는 TANAKA홀딩스 주식회사를 지주회사로 하는 다나까 귀금속 그룹에서 제조사업을 전개하는 그룹의 핵심기업이다.

 

AuRoFUSE(TM)(오로퓨즈)는 서브마이크론 크기의 입경으로 제어한 금 입자에 유기용제를 섞은 페이스트 상태의 접합재료이다. 일반적으로 미세한 입자는 융점 이하의 온도로 가열되면 입자끼리 결합하는 ‘소결’이라는 특성을 가지고 있다.

 

AuRoFUSE(TM) 는 일단 200℃까지 가열되면 용제가 증발해 하중을 가하지 않아도 금 입자가 소결 접합하여 300℃의 온도 하에서도 약 30메가파스칼(MPa)이라는 충분한 접합 강도를 유지할 수 있다. 접합 시에 구성 부자재에 압압하는 식의 부담을 가하는 일 없이 고온에서의 접합 강도를 달성할 수 있다.

 

또한 와이어본딩은 와이어를 이용해 칩을 리드프레임과 기판에 전기적으로 접합하는 방법이다. 기존의 LED 실장 기술을 그대로 사용할 수 있어서 현재의 주류로 여겨지고 있다.

 

페이스다운본딩은 돌기된 형태의 단자(범프)에 의해 칩을 리드프레임과 기판에 전기적으로 접합하는 방법이다. 전극이 있는 칩 상면을 반전시켜 기판에 직접 접합한다. 페이스다운 구조란 페이스다운본딩된 기판의 구조를 말하는 것이다.
/이민우 기자

기사입력: 2016/05/26 [08:54]  최종편집: ⓒ architecturenews.kr
 
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