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CVD 다이아몬드 박막 기판의 방열 특성
Heat Spreading Characteristics of CVD Diamond Film Substrate 원문보기

한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집, 2015 Nov. 26, 2015년, pp.305 - 305  

임종환 (한국산업기술대학교 신소재공학과) ,  강찬형 (한국산업기술대학교 신소재공학과)

초록
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알루미늄 방열판 위에 MPCVD(Microwave Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 DC 바이어스 전압을 기판에 인가하면서 $Ar+CH_4$ 가스 분위기에서 증착한 나노결정질 다이아몬드(Nanocrystalline Diamond; NCD) 박막의 방열 특성을 평가하였다. XRD와 Raman spectroscopy를 이용하여 증착된 박막이 NCD인지를 확인하였으며 FE-SEM 및 FIB로 박막의 표면 및 단면의 형상을 관찰하였다. 다이아몬드가 증착된 방열판에 LED를 부착하여 발열시키고 열유동측정기의 하나인 T3-ster를 사용하여 방열 특성을 분석하였다. 기존 알루미늄(Al) 기판(5.55 K/W)보다 다이아몬드 증착(Dia-Al) 기판(3.88 K/W)의 열저항 값이 현저히 작았다, 또한 LED 접합온도는 Dia-Al 기판이 Al 기판보다 약 $3.5^{\circ}C$만큼 낮았다. 적외선 열화상 카메라로 발열 중인 시편의 전면과 후면을 촬영한 결과, LED가 부착된 전면부에서는 최고 발열 부위(hot spot)의 면적이 Al 기판의 경우가 Dia-Al 기판보다 높았고, 후면부에서는 그 반대의 경향을 보였다. 이들 데이터로부터 다이아몬드 증착 방열판이 기존의 방열판보다 방열특성이 우수한 것으로 해석할 수 있으며, 다이아몬드 박막을 방열판으로 사용하면 LED의 사용 수명과 효율이 높아질 것으로 기대된다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 시편 표면을 FE-SEM으로 관찰하였을 때 10 h 이후부터 박막이 형성되는 것을 확인하였으며, 다이아몬드 박막의 두께는 231 ~ 307 nm였다. Al/Diamond 기판과 기존의 Al 기판에 LED 모듈을 부착시키고, T3-Ster로 구조체의 열저항과 LED 접합온도를 측정하였다. 열저항은 기존 Al 기판(5.
  • 본 문제를 해결하기 위하여 직류 바이어스 전압을 기판에 가하면서 다이아몬드를 증착하는 Bias Enhanced Nucleation(BEN) 기법을 사용하여 다이아몬드를 증착할 수 있었다. LED 모듈을 준비한 방열 기판에 실장하고 방열 특성을 평가하였다. 열유동 측정 장치인 T3-ster를 사용하여 열저항과 LED 접합온도를 시편 별로 비교 평가하였으며 열화상 카메라를 사용하여 시편의 전면과 후면의 발열 분포를 측정하였다.
  • LED 모듈을 준비한 방열 기판에 실장하고 방열 특성을 평가하였다. 열유동 측정 장치인 T3-ster를 사용하여 열저항과 LED 접합온도를 시편 별로 비교 평가하였으며 열화상 카메라를 사용하여 시편의 전면과 후면의 발열 분포를 측정하였다.
  • 현재 업체에서 사용되는 직경 3.5 mm 두께 1.2 mm의 Al 기판을 폴리싱을 통하여 표면 조도를 낮추어 균일하게 만들고 Al 기판을 나노 다이아몬드 분말이 분산된 에탄올에 1 시간 scratch 처리를 하여 다이아몬드가 형성될 수 있는 자리를 만들어 주고 MPCVD 방법으로 아르곤/메탄(Ar/CH4 : 200/2 sccm) 가스를 사용하여 DC 바이어스 조건에서 2 ~ 10 h로 증착시간을 변화시켜 Al/Diamond 방열기판을 제작하였다. 시편 표면을 FE-SEM으로 관찰하였을 때 10 h 이후부터 박막이 형성되는 것을 확인하였으며, 다이아몬드 박막의 두께는 231 ~ 307 nm였다.

대상 데이터

  • 다이아몬드는 재료 중에서 가장 높은 열전도도를 갖고 있고 전기적으로 부도체이기 때문에 방열기판으로 기대가 되어왔다. 본 연구에서는 LED 모듈에 많이 사용되고 있는 알루미늄 방열기판을 모재로 선택하여 다이아몬드 박막을 준비하였다. 알루미늄 모재 위에서는 일반적으로 다이아몬드의 핵생성이 어려워 증착이 불가능한 것으로 알려져 왔다.

이론/모형

  • 알루미늄 모재 위에서는 일반적으로 다이아몬드의 핵생성이 어려워 증착이 불가능한 것으로 알려져 왔다. 본 문제를 해결하기 위하여 직류 바이어스 전압을 기판에 가하면서 다이아몬드를 증착하는 Bias Enhanced Nucleation(BEN) 기법을 사용하여 다이아몬드를 증착할 수 있었다. LED 모듈을 준비한 방열 기판에 실장하고 방열 특성을 평가하였다.
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