KR101215120B1 - Ｌｅｄ 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로, MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰%을 포함하는 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리이고, 상기 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리 100중량부에 대하여 알루미나(Al2O3)를 1~3중량부 함유하고, 디옵사이드(diopside)상 및 알루미나상을 결정상으로 갖는 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법을 제공하여, MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리에 알루미나 함량을 조절하여 LED 패키지의 방열 성능 개선을 위한 열전도 특성 및 열확산계수를 갖는 LED 패키지용 결정화 유리 및 상기 LED 패키지용 결정화 유리를 제조할 수 있는 최적 단계 및 조건을 구비한 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법{GLASS-CERAMICS FOR LED PACKAGE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 패키지의 방열 성능 개선을 위한 열전도 특성을 갖는 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 환경 친화적이며 일반 조명기구에 비해 에너지 절약 효과가 우수하고 장시간 사용이 가능한 장점을 가지고 있다. LED 패키지(package)는 이러한 LED 칩을 내부에 실장하고 있으며 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)에 부착 가능하도록 제조된 LED 소자를 의미한다.
수십~수백W 급의 일반조명을 LED로 대체하기 위해서 개별 LED 소자의 출력을 높이는 것을 필수적이다. 이때 발생하는 가장 큰 문제는 바로 열이다. 발생열에 의한 LED 칩의 온도 상승은 광효율 저하와 칩의 수명을 감소시키며, 일반적으로 10℃의 온도 상승시 수명이 1/2로 감소되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 기존 플라스틱류를 소재로 한 LED 패키지의 경우 그 열전도도가 대략 0.3W/m?K 정도로 LED 방열 소재로서는 적합하지 않아 LED 패키지의 발열을 막지 못하게 되어, LED를 패키징하여 제품화할 경우 발열에 의해 발생하는 여러 요인에 의해 기대수명의 반 조차 활용되지 못하게 되는 것이다.
이러한 LED의 치명적인 단점이라 할 수 있는 발열 문제를 해결하기 위해 근래 LED 패키지 소재로 결정화 유리(glass-ceramics)가 사용되고 있다. 결정화 유리는 저온 소결 세라믹(low temperature co-fired ceramics; LTCC) 소재의 하나로서, 높은 신뢰성, 빠른 시그널 전파속도, 저렴한 가격, 우수한 화학적 안정성, 낮은 열팽창계수 등의 특징을 갖고 있어, 현재 다양한 전자제품의 패키징에 적용되고 있다.
한편, 이러한 저온 소결이 가능한 결정화 유리를 이용하여 LED 패키지의 저융점 전극재료인 구리(융점 약 1083℃) 또는 은(융점 약 961℃)의 융점보다 낮은 온도에서 구리 또는 은과 동시 소결이 가능할 것으로 예측되고 있다. 그러나, 결정화 유리를 이용하여 LED 패키지에 적용한 예는 찾아보기 어려우며, LED의 단점인 방열 특성을 고려한 LED 패키지용 결정화 유리는 개시되지 않고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, LED 패키지의 방열 성능 개선을 위한 열전도 특성 구비한 LED 패키지용 결정화 유리를 제공하고자 한다.
또한, 상기 LED 패키지용 결정화 유리를 제조할 수 있는 최적 단계 및 조건을 구비한 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
(1) MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰%을 포함하는 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리이고, 상기 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리 100중량부에 대하여 알루미나(Al2O3)를 1~3중량부 함유하고, 디옵사이드(diopside)상 및 알루미나상을 결정상으로 갖는 LED 패키지용 결정화 유리를 제공한다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 결정화 유리는, 850~950℃에서 소결된 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리를 제공하나.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 4W/m?K 이상이고, 열확산계수(thermal diffusivity)가 1.5㎟/s 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리를 제공한다.
상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은,
(4) (a) MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰%로 이루어진 분말을 균일하게 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합된 분말을 1400~1500℃에서 용융하는 단계; (c) 물을 이용하여 급냉시켜 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제작한 후 입경 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 유리 프릿(glass frit)을 제작하는 단계; (d) 상기 유리 프릿 100중량부에 대하여 알루미나(Al2O3) 1~3중량부를 첨가하여 혼합하는 단계; (e) 상기 (d) 단계의 혼합물을 압축성형하여 펠렛을 제작하는 단계; 및 (f) 상기 펠렛을 소결온도 850~950℃에서 1~3시간 결정화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
(5) 상기 (4)에 있어서,상기 결정화 유리는, 디옵사이드(diopside)상 및 알루미나상을 결정상으로 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
(6) 상기 (4) 또는 (5)에 있어서, 상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 4W/m?K 이상이고, 열확산계수(thermal diffusivity)가 1.5㎟/s 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법에 따르면, MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리에 알루미나 함량을 조절하여 LED 패키지의 방열 성능 개선을 위한 열전도 특성 및 열확산계수를 갖는 LED 패키지용 결정화 유리 및 상기 LED 패키지용 결정화 유리를 제조할 수 있는 최적 단계 및 조건을 구비한 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 설명하는 순서도,
도 2는 본 발명의 제조예에 따라 제조된 기초유리의 DTA 분석 결과를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 XRD 패턴을 나타낸 그래프,
도 4는 도 3의 XRD 패턴의 주 회절피크 강도를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 주사전자현미경(FESEM) 사진,
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 열전도도 및 열확산계수를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 밀도 및 비열 관계를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는, MgO-CaO-SiO2의 3성분계 조성을 포함하는 결정화 유리로서, 주상으로 디옵사이드(diopside; CaMgSi2O6) 결정상을 갖고 있다.
본 발명에서는 결정화 유리에 있어 유리 프릿(glass frit)을 상기 MgO-CaO-SiO2계로 제작함으로써 유리의 용융이 용이하고 상기 디옵사이드 결정상이 쉽게 생성되도록 한다. 상기 디옵사이드 결정상의 기본적 물성을 살펴보면, 단사정 격자(monoclinic lattice) 구조를 가지며, 밀도는 약 3.27g/㎤, 경도(hardness)가 약 5~6Mohs 및 융점이 약 1391℃이다. 이러한 상기 디옵사이드 결정상을 갖는 결정화 유리는 저온 소결이 가능할 뿐 아니라 산화물 첨가에 따라 균열의 전파를 늦추거나 멈추게 하여 표면결함으로부터 발생되는 파괴를 줄일 수 있으며, 동시에 유전율, 열팽창계수, 영률 등의 물리적 특성을 조절할 수 있는 장점이 있다.
여기서, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리의 조성은, MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰%를 포함한다. 이러한 조성을 벗어난 조성으로 유리 제조시에는 상기 디옵사이드 결정상이 생성되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는 상기 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리 100중량부에 대하여 알루미나(Al2O3) 1~3중량부를 함유한다. 상기 알루미나는 세라믹 재료 중 하나로서 소결 도중의 치밀화 및 미세구조 제어에 관여하는 소결조제로, 저융점의 상기 MgO-CaO-SiO2계에 사용하여 소결 도중 액상을 형성하고, 입자의 재배열 및 액상을 통한 빠른 물질 이동으로 쉽게 치밀화가 이루어지도록 할 수 있다. 이때, 상기 알루미나 함량이 1중량부 미만일 경우 소결시 결정성 증가율이 미흡할 수 있고, 3중량부를 초과할 경우 입자간 간격이 과도하게 넓어져 치밀하지 못하고 입자크기 또한 불균일하여 결정화를 방해할 수 있다. 이러한 알루미나 의 가장 바람직한 함량은 그 함량에 따른 결정화 특성 및 소결 특성을 연구한 결과상기 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리 100중량부에 대하여 1.8~2.2중량부인 것을 알아냈다. 한편, 상기 알루미나 첨가에 따라 본 발명에 따른 결정화 유리는 주상인 디옵사이드상에 더하여 부상으로 알루미나상이 생성되게 된다.
본 발명에서는 상기 알루미나의 특성을 LED 패키지용 LTCC로 적용하기 위해, 디옵사이드가 주상인 결정화 유리 복합체의 열적 특성 및 결정화 경향 및 미세구조 변화를 관찰하고, 이로부터 최적 조성을 갖는 결정화 유리를 발견하게 된 것이다.
본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는 상기 조성을 갖는 분말을 혼합, 용융, 알루미나 첨가 및 결정화시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 여기서 상기 결정화 단계에서의 소결을 통해 상기 디옵사이드상 및 알루미나상을 생성하게 된다. 이때, 상기 소결시 온도는 850~950℃인 것이 바람직하다. 상기 소결 온도가 850℃ 미만일 경우 결정화 유리가 비정질 상태로 존재하여 상기 본 발명에 따른 혼성 결정상을 생성시킬 수 없으며, 본 발명에 따른 상기 조성에서의 최적 저온 소결 온도를 설정하기 위해 950℃를 초과할 경우는 바람직하지 않다.
이와 같은 본 발명에 따른 결정화 유리는 4W/m?K 이상의 열전도도 및 1.5㎟/s 이상의 열확산계수(thermal diffusivity)를 갖을 수 있어, LED 패키지용 소재로서 요구되는 방열 성능을 충분히 만족시킬 수 있는 열적 특성을 구비할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 MgO-CaO-SiO2의 3성분계 조성을 포함하는 결정상 유리를 제조하기 위해 분말 형태의 상기 MgO, CaO, 및 SiO2를 정량적으로 배치(batch)(S1)한 후 균일하게 혼합한다(S2). 이때, 결정상이 생성되도록 하기 위해 상기 4 성분의 조성은, MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰% 포함되도록 한다. 상기 균일한 혼합을 위해 12~36시간 정도 볼밀을 실시할 수 있다.
이후, 상기 균일하게 혼합된 분말을 알루미나 도가니 등을 이용하여 1400~1500℃에서 10~100분간 용융하고(S3), 물 등을 이용하여 급냉(S4)시켜 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제작한다(S5).
이후, 상기 균질의 기초유리를 입경 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 유리 프릿(glass frit)을 제작(S6)하고, 상기 유리 프릿에 알루미나(alumina)를 첨가하여 혼합(S7)한다. 이때, 소결시 결정화 유리의 열적 특성 향상을 위해 상기 알루미나는 상기 유리 프릿 100중량부에 대하여 1~3중량부를 첨가하게 된다. 또한, 상기 알루미나와의 균일한 혼합을 위해 알루미나 유발에서 10~30분간 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분쇄된 유리 프릿의 입자 크기가 45㎛보다 클 경우 결정성장 속도가 느려 하기 소결온도에서 결정화가 만족스럽지 않을 수 있다.
이후, 상기 유리 프릿 및 알루미나의 혼합물을 압축성형하여 펠렛을 제작(S8)하고 80~120℃에서 12~36시간 정도 건조(S9)시킨다.
이후, 상기 건조된 펠렛을 소결 온도 850~950℃에서 1~3시간 결정화(S10)시킨 후 검사(S11)를 거쳐 LED 패키지용 결정화 유리를 제조하게 된다. 이때, 상기 소결 온도가 850℃ 미만일 경우 결정화 유리가 비정질 상태로 존재하여 디옵사이드상 및 알루미나상의 결정상을 생성시킬 수 없으며, 본 발명에 따른 상기 조성에서의 최적 저온 소결 온도를 설정하기 위해 950℃를 초과할 경우는 바람직하지 않다. 또한, 상기 결정화 시간이 1시간 미만일 경우 충분한 양의 결정핵이 생성되지 못하여 충분한 강도를 기대하기 어려울 수 있고, 3시간을 초과할 경우 더 이상의 결정핵 생성이 이루어지기 어려워 효율적이지 않을 수 있다.
이와 같은 단계를 거쳐 제조된 결정상 유리는 디옵사이드상 및 알루미나상의 결정상을 갖도록 할 수 있게 된다. 또한, 4W/m?K 이상의 열전도도 및 1.5㎟/s 이상의 열확산계수(thermal diffusivity)를 갖을 수 있어, LED 패키지용 소재로서 요구되는 방열 성능을 충분히 만족시킬 수 있는 열적 특성이 구비된 결정화 유리를 제조할 수 있게 된다.
제조예
분말 형태의 MgO(High Purity Chemicals, 99.9%) 1몰%, CaO(High Purity Chemicals, 99.9%) 1몰% 및 SiO2(High Purity Chemicals, 99.9%) 2몰%를 정량적으로 배치(batch)한 후 지르코니아 볼(zirconia ball)과 함께 볼 밀(ball mill)을 이용하여 균일하게 혼합하였다. 균일한 상태의 혼합 분말을 알루미나 도가니(alumina crucible)를 이용하여 1450℃에서 30분간 용융하고, 물을 이용한 급냉을 실시하여 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제조하였다.
상기 MgO-CaO-SiO2계 조성에 대해 저온 소결 가능성을 알아보기 위해 상기 기초유리를 10℃/min의 승온속도로 DTA(differential thermal analysis)를 실시하여 그 결과를 도 2에 나타내었으며, 도 2를 참조하면, 744℃에서 유리전이점(Tg)이 발생하였고, 888℃에서 결정화에 관련된 발열피크(Tp)가 발생한 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 조성의 경우 저온 소결이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 1
상기 제조예에 따라 제조된 기초유리를 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 유리 프릿(glass frit)을 제작하고 알루미나 필러(Samchun Chemicals, 99.%) 를 상기 유리 프릿 100중량부에 대하여 2중량부 첨가하여 20분간 알루미나 유발에서 균일하게 혼합하였다. 상기 혼합물을 일축 가압성형 및 등압성형(cold isostatic pressing)을 통하여 지름 8㎜ 및 높이 3㎜의 펠렛을 제작하였다. 제작된 펠렛을 10℃/min의 승온속도로 상기 제조예에 따른 유리 프릿의 결정화 온도인 888℃에서 2시간 소결한 후 로냉하여 냉각하여 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 알루미나 필러를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 알루미나 필러를 4중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서 알루미나 필러를 6중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 4
실시예 1에서 알루미나 필러를 8중량부 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 결정화 유리를 제조하였다.
이상의 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 결정화 유리에 대하여 하기와 같이 결정상 특성, 결정화 특성 및 열적 특성을 분석하였다.
결정상 특성
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 결정상 특성을 분석하기 위해 CuKα선을 이용하여 분석된 XRD(X-ray diffraction analysis)를 이용하여 결정화 유리의 결정상 분석을 실시하여 XRD 패턴을 도 3에, 주 회절피크의 강도(intensity)를 도 4에 나타내었다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리는 디옵사이드가 주상을 이루고 있으며, 알루미나가 첨가된 실시예 1 및 비교예 2 내지 4의 경우 알루미나상이 생성된 것을 알 수 있다. 또한, MgO-CaO-SiO2 3성분계에 알루미나를 첨가할 경우의 알루미나의 첨가량에 따른 주 회절피크의 강도는, 알루미나 함량이 2중량부일 때까지는 증가하는 경향을 보이나 알루미나 함량 2중량부를 기점으로 다시 감소하는 경향을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 MgO-CaO-SiO2 3성분계에 소량의 알루미나가 첨가됨으로써 결정상들이 더욱 치밀화되어 강도가 증가되는 효과를 가져오게 되나, 일정 함량을 초과하는 알루미나가 첨가될 경우에는 액상선 근처의 온도에서 점도를 증가시킴으로써 유리의 결정화를 억제시켜 유리의 소결 특성이 저하되어 주 회절피크의 강도가 감소하는 경향을 보이게 되는 것이다.
결정화 특성
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 결정화 특성을 분석하기 위해 결정화 유리를 미러(mirror) 연마한 후 2vol%의 플루오르화수소(HF)에서 30초간 에칭(etching) 및 초음파(ultrasonic)를 이용한 세척 후 24시간 동안 건조하여 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope(FESEM), JSM-6500F, JEOL, 일본)으로 분석하여 그 결과를 도 5에 나타내었다. (a) 내지 (e)는 각각 비교예 1, 실시예 1, 비교예 2 내지 4에 따라 제조된 결정화 유리에 대한 결과이다.
도 5를 참조하면, 알루미나를 첨가하지 않은 결정화 유리(비교예 1)의 경우 기공이 많지 않으며 입자 사이가 치밀한 것을 확인할 수 있고, 알루미나가 2중량부 첨가된 결정화 유리(실시예1)의 경우는 기공이 더 많이 생성된 것을 알 수 있으며 입자 크기가 증가한 것을 확인할 수 있다. 이러한 경향은 알루미나 첨가량이 증가할수록 더욱 뚜렷하게 나타남을 알 수 있다. 그러나, 알루미나가 2중량부를 초과하여 첨가된 결정화 유리(비교예 2 내지 4)의 경우는 입자간 간격이 넓어 치밀하지 못하며, 거대기공이 많이 분포하고 입자 크기 또한 불균일하여 조대한 미세구조를 보이고 있다. 따라서, MgO-CaO-SiO2 3성분계에 알루미나 첨가는 2중량부까지는 소결 특성 및 결정성이 증가하여 입자 성장을 촉진시키나, 4~8중량부의 첨가 범위에서는 유리의 결정화를 방해하고 소결 특성이 저하되어 기공이 과도하게 생성되는 결과를 나타내어 바람직하지 않음을 알 수 있다.
열적 특성
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 결정화 유리의 열전도도, 열확산계수, 비열 등 열적 특성을 분석하기 위해 LFA(laser flash apparatus, NETZSCH, 독일)를 이용하여 분석하고 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 도 6은 열전도도 및 열확산계수를 나타낸 분석 결과이고, 도 7은 밀도 및 비열 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 알루미나를 첨가하지 않은 결정화 유리(비교예 1)의 경우 열전도도가 2.372W/m?K이고, 열확산계수가 1.04㎟/s로서, 일반적인 디옵사이드의 결정화 온도 900℃에서의 열전도도인 3.1W/m?K 및 열확산계수 1.38㎟/s와 비교했을 때 크게 못 미치는 결과를 나타내고 있다. 이는 상기 비교예 1의 경우 결정화 온도가 상대적으로 낮아 활성화 에너지를 충분히 공급하지 못한 것으로 판단된다.
그러나, 알루미가나 2중량부 첨가된 결정화 유리(실시예 1)의 경우 열전도도 및 열확산계수가 각각 4.243W/m?K 및 1.788㎟/s으로 알루미나를 첨가하지 않은 결정화 유리(비교예 1)에 비해 열전도도 및 열확산계수가 각각 79% 및 73% 증가하여 가장 높은 열전도도 및 열확산계수를 나타내고 있음을 알 수 있다.
반면, 알루미나 첨가량이 4중량부 이상으로 증가될 경우(비교예 2 내지 4) 알루미나가 2중량부 첨가된 결정화 유리(실시예 1)에 비해 열전도도는 평균 33% 정도 감소하였으며, 열확산계수 또한 열전도도와 비례하여 감소하는 경향을 보였다. 이는 알루미나가 2중량부로 소량 첨가되었을 경우에는 내화도를 높이지 않아 유리가 결정화하는데 큰 영향을 미치지 않게 되나, 알루미나 첨가량이 4중량부 이상으로 증가할 경우 유리의 액상선 근처에서 점도를 증가시킴으로써, 입자의 이동을 방해하여 소결 특성이 저하되고 결정화를 억제하기 때문이다.
따라서, 알루미나를 2중량부 첨가하였을 때 결정성이 가장 바람직하여 열전도도 및 열확산계수가 가장 높게 나타났으며, 알루미나가 4중량부 이상으로 첨가될 경우는 첨가량이 증가할수록 결정화가 억제되어 열전도도 및 열확산계수는 감소하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 밀도(density)는 알루미나를 첨가하지 않은 결정화 유리(비교예 1)의 경우 가장 낮고 알루미나 첨가량이 증가함에 따라 전체적으로 증가하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 또한, 비열(specific heat capacity)은 알루미나를 첨가하지 않은 결정화 유리(비교예 1)의 경우 가장 높고 알루미나 첨가량이 증가함에 따라 낮아지다 8중량부 첨가된 결정화 유리(비교예 4)의 경우에 다시 높아짐을 알 수 있다. 이와 같은 알루미나 함량에 따른 결정화 유리의 밀도 및 비열 측정결과를 참고하면 밀도의 최고값 및 최저값의 차이가 0.14g/㎠ 정도로 큰 차이를 보이지 않은 것으로 미루어 볼 때, 밀도 및 비열이 서로 큰 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있으며, 도 6에 나타낸 열전도도 및 열확산계수에도 큰 영향을 미치지는 않다는 것을 알 수 있다.
이상의 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리에 소량의 알루미나를 첨가하여 우수한 열전도도 및 열확산계수를 갖는 결정화 유리를 저온으로 제조함으로써, LED 패키지 재료로 사용할 경우 기존 재료에 비해 방열 특성을 높여 고휘도화 실현 및 수명 연장에 기여할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰%을 포함하는 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리이고, 상기 MgO-CaO-SiO2계 결정화 유리 100중량부에 대하여 알루미나(Al2O3)를 1~3중량부 함유하고, 디옵사이드(diopside)상 및 알루미나상을 결정상으로 갖는 LED 패키지용 결정화 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 850~950℃에서 소결된 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 4W/m?K 이상이고, 열확산계수(thermal diffusivity)가 1.5㎟/s 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리.
  4. (a) MgO 10~40몰%, CaO 10~40몰% 및 SiO2 30~70몰%로 이루어진 분말을 균일하게 혼합하는 단계;
    (b) 상기 혼합된 분말을 1400~1500℃에서 용융하는 단계;
    (c) 물을 이용하여 급냉시켜 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제작한 후 입경 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 유리 프릿(glass frit)을 제작하는 단계;
    (d) 상기 유리 프릿 100중량부에 대하여 알루미나(Al2O3) 1~3중량부를 첨가하여 혼합하는 단계;
    (e) 상기 (d) 단계의 혼합물을 압축성형하여 펠렛을 제작하는 단계; 및
    (f) 상기 펠렛을 소결온도 850~950℃에서 1~3시간 결정화시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 디옵사이드(diopside)상 및 알루미나상을 결정상으로 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 4W/m?K 이상이고, 열확산계수(thermal diffusivity)가 1.5㎟/s 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
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