초록 ▼

□ 핵심기술
LED 패키지용 저온 소결형 고열전도 Ag 접착제는 LED 칩에서 발생하는 열을 빠르게 외부로 발산시켜 LED 패키지의 광 효율 및 제품의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심소재 개발 기술임

□ 최종목표
저온 소결이 가능한 고열전도 나노 금속 입자 및 organo-metal 화합물을 이용하고, 열전도도 및 고온에서의 접착력이 우수한 에폭시 수지와 복합화하여 고출력 LED 패키지의 성능 향상 및 내구성 확보를 위한 고열전도 은 나노 하이브리드 접착제로 200℃경화용 120W/mK, 170℃경화

□ 핵심기술
LED 패키지용 저온 소결형 고열전도 Ag 접착제는 LED 칩에서 발생하는 열을 빠르게 외부로 발산시켜 LED 패키지의 광 효율 및 제품의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심소재 개발 기술임

□ 최종목표
저온 소결이 가능한 고열전도 나노 금속 입자 및 organo-metal 화합물을 이용하고, 열전도도 및 고온에서의 접착력이 우수한 에폭시 수지와 복합화하여 고출력 LED 패키지의 성능 향상 및 내구성 확보를 위한 고열전도 은 나노 하이브리드 접착제로 200℃경화용 120W/mK, 170℃경화용 30W/mK의 고열전도도를 갖는 제품 개발

□ 개발내용 및 결과
- 개발하고자 하는 최종 제품인 LED Package용 고열전도 Ag 접착제 제품 (정량적 목표: 200℃경화용 120W/mK, 170℃경화용 30W/mK)의 제품화를 위한 목표 이상 (200℃ 경화에서 142W/mK,170℃ 경화에서 36.8W/mK)을 달성하였고 수요 업체인 (주)옵티맥의 제품 신뢰성 평가에 만족하는 결과를 획득하여 제품으로 사용에 문제없음을 확인하였음
- 본 과제를 통해 개발한 신규 LED Package용 고열전도 Ag 접착제 제품을 LED Package에 실제로 적용하여 신뢰성 시험 및 평가는 진행되었으며, 각각의 평가시험 항목의 기준 목표치를 통과하였음
- 개발한 신규 LED Package용 고열전도 Ag 접착제 제품이 LED Package 시편 제작 시 작업성 및 공정성이 좋은 제품임을 확인할 수 있었음.
- 최종 목표 물성을 만족하는 금속 Ag 나노 입자의 저온 소결효과를 극대화할 수 있는 Ag/에폭시/경화제/첨가제 조합을 도출하였음
- 최종 목표 물성을 만족하는 다양한 크기 및 형태의 마이크로 Ag 입자와 Ag nano 입자의 조성비를 도출하였음
- 경화제등 첨가제와 용매의 조절을 통한 Ag 접착제의 최종 정량 목표의 하나인 저장 안정성을 확보하였음
- silver acetate로부터 ammonium hydroxide 와의 화학반응을 통하여 수용성 diammino silver 화합물을 합성하였으며, 음이온의 교환반응을 통하여 저온 소결 및 환원이 가능한 유기용매용 diammino silver 화합물을 성공적으로 합성하였음
- 에폭시 수지의 열전도도를 향상시키기 위하여 biphenyl 타입의 결정성 에폭시 수지를 도입하고자 신규 에폭시 수지들의 분자구조를 설계하고 합성하였으며, 고열전도성 접착제에 에폭시 수지의 열전도도가 미치는 영향을 파악하였음
- 열전도성 접착제의 특성을 확인하기 위하여 LED 패키지에서 나타나는 열특성 모델을 확립하고 시뮬레이션을 통해 LED의 열특성 개선 효과를 분석하였으며, 본 과제를 통해 개발한 신규 LED Package용 고열전도 Ag 접착제 제품의 열저항 측정 및 결과의 분석을 통해 고열전도 접착 소재와 공정 특성을 확인하였음

□ 기술개발 배경
- LED 패키지 단계에서 열적 특성이 우수하려면 열전도도가 우수한 패키지용 소재를 사용하여야 함. 즉, 열전도도가 우수한 패키지 Body 및 고 열전도 칩 접착제 (Diebonding epoxy)가 필수적으로 요구됨. 특히 열경로 상에서 LED 칩 바로 아래에 존재하게 되는 Diebonding epoxy의 특성은 매우 젓요하여 이를 개선하면 전체 LED 패키지의 열특성 향상에 매우 큰 효과가 있게 됨으로 이에 대한 개선이 시급한 실정임
- 최근 LED 패키지에 Au-Sn Eutectic Solder를 적용하는 경우가 많아지고 있으나 녹는점이 280℃로서 공정온도는 300℃이상의 고온이므로 사용할 수 있는 패키지 종류가 제한적이며, Au 소재 사용에 따른 가격이 매우 고가임 따라서 이를 대체할 수 있는 높은 열전도도, 낮은 공정 온도, 낮은 가격의 세 가지 장점을 가지는 새로운 형태의 Diebonding 접착 소재 개발은 고출력 파워 LED 의 성능 향상을 위해 필수적인 핵심 소재 기술임
- 현재 수요기업에서 적용하고 있는 저온 공정용 Ag 접착제는 대부분 해외 선진사 제품을 사용하고 있으며, 경화 온도 170℃에서 60분 간경화했을 때 열전도도는 15W/mK 수준의 값을 보임 이는 열전도도 100W/mK이 넘는 매우 우수한 고열전도도 Ag 접착제가 개발된다 할지라도 현재의 기술 수준은 접착제의 열전도도와 공정 온도가 상보적인 관계에 있어 응용 측면에서 제한적이라는 것을 의미함 실제로 170℃ 경화 공정에 적용할 수 있는 30W/mK급 고열전도 접착제가 200℃ 경화 온도 이상에서 적용할 수 있는 120W/mK급 고열전도 접착제 보다 현재의 LED 패키지 공정에 적합하고, 따라서 경제적 파급 효과는 매우 클 것으로 기대됨

□ 핵심개발 기술의 의의
- 저온 소결이 가능한 고열전도 나노 금속 입자와 마이크로 금속 입자의 하이브리드 조성을 이용하고, 공정성 및 신뢰성이 우수한 에폭시 수지와 복합화하여 고출력 LED 패키지의 성능 향상 및 내구성 확보를 위한 고열전도 silver 접착제를 개발하였음
- 특히 LED 패키지용 20w/mK이상의 고열전도 Ag 접착제는 Henkel 등 전량 해외업체에 의존하고 있으며, 이에 대한 연구 개발은 전무한 실정이라 국산화 대체 기술을 확보하여 원가 절감 뿐만 아니라 수출증대 및 수입 대체 효과를 달성할 수 있을 것으로 기대됨
- 개발된 142W/mK 제품은 매우 고가인 Au-Sn Eutectic Solder의 대체 가능성이 높음
- 개발된 36.8W/mK 제품은 기존 수입되는 20W/mK의 제품 대비 약 25% 원가 절감 효과가 기대됨

□ 적용 분야
- LED 및 반도체 package 제조 공정 젓 die bonding 공정

( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
• 목차 ... 14
• 제 1 장 서론 ... 15
• 제 1 절 과제의 개요 ... 15
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 22
• 제 1 절 최종 목표 ... 22
• 제 2 절 최종 정량적 목표 및 평가 방법 ... 23
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 25
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 29
• 제 5 절 유형적 발생품 (연구시설, 연구 장비 등) 구입 및 관리현황 ... 29
• 제 3 장 결과 ... 30
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 30
• 1. 최종 년도 개발 목표 대비 달성도 ... 30
• 2. 연구개발 추진 일정 ... 31
• 3. 연구개발 추진 실적 ... 32
• 4. 기술개발 결과의 유형 및 무형의 성과 ... 132
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 133
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 133
• 제3절 고용 창출 효과 ... 135
• 제4절 자체보안관리진단표 ... 136
• 제 4 장 사업화 계획 ... 139
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 139
• 제 2 절 사업화 계획 ... 140
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획 (개발기술 응용 등) ... 141
• 끝페이지 ... 142