▲ 세라믹-메탈하이브리드 절연막 적용 고방열 LED 패키지.

한국세라믹기술원(원장 강석중)이 방열특성이 대폭 향상된 LED 조명용 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 패키지를 개발해 LED 수명연장 및 신뢰성 증진에 기여할 전망이다.

세라믹기술원 김효태 박사와 ㈜신우테크(대표 송기석, 연구소장 김흥순) 공동연구팀은 최근 산·연 협력 기술개발사업의 성공적인 수행을 통해 고출력 LED 조명용 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 LED 어레이 패키지를 개발하는데 성공했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 일반적인 기존 에폭시 기반의 LED용 패키지와 달리 층간접착방열소재(TIM)를 사용하지 않고 구조를 단순화한 기술을 개발했다. 알루미늄 방열판(heat-sink) 위에 기존의 에폭시 수지 절연층 대신 질화알루미늄(AlN) 세라믹과 경량 고열전도인 알루미늄(Al) 분말을 혼합한 하이브리드 절연막을 형성한 고출력 고방열 LED 어레이 조명 패키지를 제조했다.

연구팀이 개발한 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 LED 어레이 패키지는 기존의 에폭시계 인쇄회로 기판(PCB)을 적용한 LED 패키지 대비 방열특성이 2.7배 이상 개선된 것으로 나타났다. 이에 LED 내부온도 상승에 따른 조명 수명과 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

개발된 패키지는 가로등과 같은 100와트(watt)급 이상의 고출력 LED제품에 활용이 가능하고 금속과 세라믹의 무기질 소재로 되어있어 내열 및 내후성이 우수해 방폭용 LED 조명기구 제품에도 적용이 가능하다.

이번 연구개발 결과는 국외특허를 출원했고, ㈜신우테크는 태양광 가로등용 고출력 LED 조명기구에 적용을 계획하고 있다.

김효태 박사는 “세계적으로 고분자 수지와 세라믹 또는 금속 필러(filler)를 복합화한 방열 절연층은 많으나, 세라믹-금속 복합체를 방열 절연층으로 적용한 사례는 드물다”며 “향후 고출력 LED와 전력반도체 패키지 등으로 확대 적용을 기대한다”고 밝혔다.

한편 고방열 소재(TIM)의 세계 시장은 2017년 약 1조2천억원으로 LED 산업용 조명시장은 2016년 약 3조원, 2020년 약 5조원으로 예측되고 있다. 최근에는 반도체와 LED 외에도 스마트폰, 대형TV 및 전기자동차 부품 등으로의 적용 확대가 예상되고 있다.