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초록
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고출력 LED 패키지의 방열 특성 향상을 위하여, 다이 접합부에 실리콘 접착제와 금속 패턴의 병렬 접합 구조를 적용하여 열 유동 해석을 수행하였다. 그 결과, LED 칩에서 발생한 열은 주로 금속 패턴 구조물을 통해 기판으로 효과적으로 전달되고 있으나, 패턴 구조물의 크기에 따라 효율의 차이가 있음을 확인하였고, 그 효과를 정량화하기 위해 정규화 길이를 도입하여 칩과 금속 패턴 구조물의 면적에 따른 열 저항을 비교하였다. 정규화 길이가 길어지면 금속 패턴 구조물에 의한 열 우회 경로가 칩에 고르게 분포하여 열 저항이 감소하였으며, 그 값은 단순 병렬 열 저항 이론 값보다 다소 큰 수치로 수렴하지만, 충분한 열 저항 개선 효과를 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We present the thermal analysis result of die bonding for a high power LED package using a metal hybrid silicone adhesive structure. The simulation structure consists of an LED chip, silicone die adhesive, package substrate, silicone-phosphor encapsulation, Al PCB and a heat-sink. As a result, we de...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 금속 접합 방법과 에폭시 토출 방법의 혼합을 통해 기존의 패키지 방열 성능을 향상시키기 위하여, 본 논문에서는 다이 접합부에 금속 패턴과 실리콘 접착제의 혼합 구조를 적용하여 열·유동 전산모사를 수행하였으며, 그 결과 다이 접합부의 방열 특성이 향상된 것을 확인하였다.
  • 앞서 설명한 바와 같이, 분할 수 N이 커져 열 우회 경로가 고르게 분포할수록 열 저항이 감소하며, 모든 경우에 그 값은 단순 병렬 열 저항 이론에 의한 수치보다는 다소 큰 수치로 수렴하고 있다. 이는 상당히 큰 정규화 길이 #의 경우에도 금속 패턴 주변의 열 전도 벡터가 이론에서의 근사 조건을 만족하지 못하기 때문이지만, 실제적인 경우에 있어서는 충분한 열 저항 개선 효과를 주는 영역을 확인하고 활용하고자 한다. 면적 비 rarea에 대하여, 금속을 통한 열 전달 효과가 칩 전체에 고르게 분포하도록 하는 적절한 분할치 N을 선택함으로써 금속 패턴의 최적 크기를 도출할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
청색 LED는 무엇을 기반으로 개발되었는가? 질화갈륨(GaN) 기반의 청색 LED(Light Emitting Diode)가 개발된 이후로 LED는 그 응용분야가 급격하게 확산되고 있다. 특히, 청색 빛과 형광물질(Phosphor)을 이용한 백색 LED는 광 출력이 향상 됨에 따라 일반 조명 분야에서도 사용되기 시작했다.
에폭시 계열을 이용한 접합 방식의 단점은? 이러한 에폭시 계열을 이용한 접합 방식은 열팽창 계수가 LED나 기판 물질과 비슷하며, 기포(Air void) 발생 비율이 작아 접착 신뢰성이 뛰어나다. 하지만, 공정과정에서 접착제가 균일하게 퍼지지 않는 경우, 접착력이 떨어지고 발광 효율에 영향을 미치며, 재료 자체의 낮은 열전도도로 인하여 열 방출이 어렵고, 고온에서 열화 현상이 발생하는 단점이 있다. 특히 낮은 열전도도로 인하여 LED 칩 내에 갇혀있는 열은 패키지의 수명과 효율에 큰 영향을 미친다.
LED 칩을 패키지 기판에 부착하는 다이 본딩 방법은 어떻게 나뉠 수 있는가? LED 칩을 패키지 기판에 부착하는 다이 본딩 방법은 크게 두 종류로, 패키지 기판에 고분자계 접착제를 토출(Dispensing)하여 LED를 부착하는 방법과 솔더링(Soldering)을 포함하여 합금으로 용접을 하는 공융 접합(Eutectic bonding) 방법이 있으며, 그 장단점을 정리하면 다음과 같다.[6-8]
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참고문헌 (8)

  1. Z.-T. Li, Q.-H. Wang, Y. Tang, C. Li, X.-R. Ding, and Z.-H. He, "Light extraction improvement for LED COB devices by introducing a patterned leadframe substrate configuration," IEEE Electron. Dev. Lett. 60, 1397-1403 (2013). 

  2. R.-H. Horng, K.-C. Shen, Y.-W. Kuo, and D.-S. Wuu, "GaN light emitting diodes with wing-type imbedded contacts," Opt. Express 21, A1-A6 (2013). 

  3. C. Tsou and Y.-S. Huang, "Silicon-based packaging platform for light-emitting diode," IEEE Transactions on Advanced Packaging 29, 607-614 (2006). 

  4. L. Yin, L. Yang, W. Yang, Y. Guo, K. Mac, S. Li, and J. Zhang, "Thermal design and analysis of multi-chip LED module with ceramic substrate," Solid-State Electronics 54, 1520-1524 (2010). 

  5. T. Kunimune, M. Kuramoto, S. Ogawa, M. Nogi, and K. Suganuma, "Low-temperature pressure-less silver direct bonding," IEEE Trans. Compon. Packag. Manuf. Technol. 3, 363-369 (2013). 

  6. H.-H. Kim, S.-H. Choi, S.-H. Shin, Y.-K. Lee, S.-M. Choi, and S. Yi, "Thermal transient characteristics of die attach in high power LED PKG," Microelectronics Reliability 48, 445-454 (2008). 

  7. B. Yan, J. Pyng You, N. T. Tran, Y. He, and F. G. Shi, "Influence of die attach layer on thermal performance of high power light emitting diodes," IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies 33, 722-727 (2010). 

  8. T.-y. Chung, J.-H. Jhang, J.-S. Chen, Y.-C. Lo, G.-H. Ho, M.-L. Wu, and C.-C. Sun, "A study of large area die bonding materials and their corresponding mechanical and thermal properties," Microelectronics Reliability 52, 872-877 (2012). 

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