KR101324846B1 - 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, SiO2, CaO, MgO 및 Al2O3를 포함하는 LED 패키지용 결정화 유리이고, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부를 포함하되 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)가 1~2.5이고, 디옵사이드(diopside)상 및 코디어라이트(cordierite)상의 혼성 결정상을 갖는 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법을 제공하여, LED 패키지에 적용 가능한 방열 특성을 구비하고 나아가, 적합한 기계적 강도를 구비한 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 패키지에 적용 가능한 열전도도를 갖는 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 않다.
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 패키지에 적용 가능한 방열 특성을 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) SiO2, CaO, MgO 및 Al2O3를 포함하는 LED 패키지용 결정화 유리이고, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부를 포함하되 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)가 1~2.5이고, 디옵사이드(diopside)상 및 코디어라이트(cordierite)상의 혼성 결정상을 갖는 LED 패키지용 결정화 유리를 제공한다.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 결정화 유리는, 850~955℃에서 소결된 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리를 제공한다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 2W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리를 제공한다.
상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은,
(4) (a) SiO2, CaO, MgO 및 Al2O3를 포함하되, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부를 포함하는 분말을 균일하게 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합된 분말을 1400~1500℃에서 용융하는 단계; (c) 물을 이용하여 급냉시켜 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제작하는 단계; (d) 상기 균질의 기초유리를 입경 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 제작된 유리 프릿(glass frit)을 압축성형하여 펠렛을 제작하는 단계; 및 (e) 상기 펠렛을 소결온도 850~955℃에서 1~3시간 결정화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
(5) 상기 (4)에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)가 1.3~2.5의 범위에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
(6) 상기 (4)에 있어서, 상기 결정화 유리는, 디옵사이드(diopside)상 및 코디어라이트(cordierite)상의 혼성 결정상을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
(7) 상기 (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 2W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리 및 그 제조방법에 따르면, LED 패키지에 적용 가능한 방열 특성을 구비하고 나아가, 적합한 기계적 강도를 구비한 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 균질의 기초유리에 대한 DTA 분석 결과를 나타낸 그래프
도 3 내지 6는 소결 온도에 따라 제조된 결정화 유리에 대한 XRD 패턴 분석 결과를 나타낸 그래프,
도 7은 900℃에서 소결된 결정화 유리의 ΔT(유리전이점 및 결정화온도의 온도차) 및 열전도도의 관계를 나타낸 그래프,
도 8은 결정화 온도에서 소결된 결정화 유리의 CaO/MgO 몰비에 따른 열전도도 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-Al2O3-SiO2의 4성분계 조성을 포함하는 결정화 유리로서, 주상으로 디옵사이드(diopside; CaMgSi2O6) 결정상을, 부상으로 코디어라이트(cordierite; Mg2Al4Si5O18) 결정상을 갖는 혼성 결정상으로 이루어져 있다. 상기 디옵사이드 결정상 및 코디어라이트 결정상의 혼성 결정상으로 이루어진 결정화 유리의 경우 디옵사이드 결정상 또는 코디어라이트 결정상 단독으로 이루어진 결정화 유리의 경우보다 더 우수한 기계적 물성 및 열적 특성을 가지게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리의 조성은, SiO2, CaO, MgO 및 Al2O3를 포함하되, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부를 포함한다. 이러한 조성을 벗어난 조성으로 유리 제조시에는 상기 디옵사이드 결정상 및 코디어라이트 결정상이 동시에 생성되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는 상기 조성에서, 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)가 1~2.5인 것이 특징이다. 상기 몰비가 증가할수록 상기 조성 범위를 갖는 결정화 유리의 유리전이점(Tg) 및 결정화 온도(Tp)가 증가하는데, 상기 몰비가 1 미만일 경우 열전도도(thermal conductivity) 및 곡강도(bending strength)가 미흡할 수 있고, 2.5를 초과할 경우 과도한 결정화 온도로 인해 오히려 결정화도가 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는 상기 조성을 갖는 분말을 혼합, 용융 및 결정화시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다. 여기서 상기 결정화 단계에서의 소결을 통해 상기 디옵사이드 결정상 및 코디어라이트 결정상을 동시에 갖는 혼성 결정상을 생성하게 된다. 이때, 상기 소결시 온도는 850~955℃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 955℃를 초과할 경우는 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에 따른 LED 패키지용 결정화 유리는 상기 조성에 더하여 소결조제로서 B2O3를 상기 SiO2 2몰부 기준으로 0.01~0.1몰부 더 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 B2O3를 사용하여 결정화 유리를 제조하는데 있어 핵형성제로서의 작용과 함께 소결 후 제조된 결정화 유리의 전반적인 물성 향상을 위하여 상기와 같은 적절한 범위 내에서 첨가할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 결정화 유리는 2W/m·K 이상의 열전도도를 갖을 수 있어 LED 패키지용 소재로서 적합한 열전도도를 구비할 수 있게 된다. 또한, 140MPa 이상의 곡강도를 구비할 수 있어 기계적 물성 또한 LED 패키지용 소재로서 적합한 결정상 유리를 제공할 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.
먼저, MgO-CaO-Al2O3-SiO2의 4성분계 조성을 포함하는 혼성 결정상 유리를 제조하기 위해 분말 형태의 상기 MgO, CaO, Al2O3 및 SiO2를 균일하게 혼합한다(S1). 이때, 혼성 결정상이 생성되도록 하기 위해 상기 4 성분의 조성은, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부 포함되도록 한다. 또한, 결정핵 생성 보조제로서 B2O3를 상기 조성비에 0.01~0.1몰부 더 포함할 수 있다. 상기 균일한 혼합을 위해 12~36시간 정도 볼밀을 실시할 수 있다. 또한, 앞서 언급된 바와 같이 LED 패키지에 적합한 열전도도(thermal conductivity) 및 곡강도(bending strength)를 갖도록 하기 위해, 상기 조성에서 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)는 1~2.5인 것이 바람직하다.
이후, 상기 균일하게 혼합된 분말을 알루미나 도가니 등을 이용하여 1400~1500℃에서 10~100분간 용융하고(S2), 물 등을 이용하여 급냉시켜 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제작한다(S3).
이후, 상기 균질의 기초유리를 입경 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 유리 프릿(glass frit)을 제작하고, 이를 압축성형하여 펠렛을 제작한다(S4). 상기 분쇄된 유리 프릿의 입자 크기가 45㎛보다 클 경우 결정성장 속도가 느려 하기 소결온도에서 결정화가 만족스럽지 않을 수 있다.
이후, 상기 펠렛을 소결 온도 850~955℃에서 1~3시간 결정화시켜 LED 패키지용 결정화 유리를 제조하게 된다(S5). 상기 소결 온도가 850℃ 미만일 경우 결정화 유리가 비정질 상태로 존재하여 디옵사이드 및 코디어라이트의 혼성 결정상을 생성시킬 수 없으며, 본 발명에 따른 상기 조성에서의 최적 저온 소결 온도를 설정하기 위해 955℃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 디옵사이드 및 코디어라이트의 혼성 결정상을 갖도록 할 수 있게 된다. 또한, 2W/m·K 이상의 열전도도를 갖을 수 있어 LED 패키지용 소재로서 적합한 열전도도를 구비할 수 있게 되고, 140MPa 이상의 곡강도를 구비할 수 있어 기계적 물성 또한 LED 패키지용 소재로서 적합한 결정상 유리를 제조할 수 있게 된다.
제조예 1
분말 형태의 SiO2(High Purity Chemicals, 99.9%) 2몰부, CaO(High Purity Chemicals, 99.9%) 0.6몰부, MgO(High Purity Chemicals, 99.9%) 1.4몰부, Al2O3(Samchun Chemicals, 99.%) 0.3몰부 및 B2O3(High Purity Chemicals, 99.9%) 0.07몰부를 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.
제조예 2
제조예 1에서 CaO 0.8몰부, MgO 1.2몰부인 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 균질의 기초유리를 제조하였다.
제조예 3
제조예 1에서 CaO 1몰부, MgO 1몰부인 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 균질의 기초유리를 제조하였다.
제조예 4
제조예 1에서 CaO 1.2몰부, MgO 0.8몰부인 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 균질의 기초유리를 제조하였다.
제조예 5
제조예 1에서 CaO 1.4몰부, MgO 0.6몰부인 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 균질의 기초유리를 제조하였다.
이상의 제조예 1 내지 5의 조성(몰부) 및 CaO/MgO의 몰비를 정리하면 하기 표 1과 같다.
구분 SiO2 CaO MgO Al2O3 B2O3 CaO/MgO 몰비
제조예 1 2 0.6 1.4 0.3 0.07 0.42
제조예 2 2 0.8 1.2 0.3 0.07 0.67
제조예 3 2 1 1 0.3 0.07 1
제조예 4 2 1.2 0.8 0.3 0.07 1.5
제조예 5 2 1.4 0.6 0.3 0.07 2.33
상기 제조예 1 내지 5에 따라 제조된 기초유리를 10℃/min의 승온속도로 시차열분석(differential thermal analysis; DTA)을 실시하였고 그 결과를 유리전이점(▼로 표시) 및 결정화 온도(★로 표시)와 함께 도 2에 나타내었고 하기 표 2에 그 수치를 정리하였다. 여기서, ΔT는 유리전이점 및 결정화 온도의 온도차를 나타낸다.
구분 Tg(℃) Tp1(℃) Tp2(℃) ΔT
제조예 1 750 950 - 200
제조예 2 743 936 - 193
제조예 3 740 948 - 208
제조예 4 742 951 1040 209
제조예 5 750 955 1020 205
결정화 유리 제조
상기 제조예 1 내지 5에 따라 제조된 기초유리를 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 유리 프릿(glass frit)을 제작하고, 일축 가압성형 및 등압성형(cold isostatic pressing)을 통하여 펠렛을 제작하였다. 제작된 펠렛을 소결 온도 800℃, 850℃, 900℃ 및 각 제조예에 따른 결정화 온도에서 2시간 동안 결정화하여 결정화 유리를 제조하였다. 여기서, 소결 온도를 각 결정화 온도로 제한하고 있는데, LED 패키지에 결정화 유리를 적용하기 위해서는 1000℃ 미만으로 소결 온도가 제한되어야 하기 때문에 실용적인 사용을 위해 이와 같이 제한한 것이다.
비교예 1
상기 제조예 1에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 800℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 2
상기 제조예 2에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 800℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 3
상기 제조예 3에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 800℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 4
상기 제조예 4에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 800℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 5
상기 제조예 5에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 800℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
이상의 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 결정화 유리에 대한 XRD(X-ray diffraction) 패턴을 분석하여 도 3에 나타내었다.
비교예 6
상기 제조예 1에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 850℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 7
상기 제조예 2에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 850℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 1
상기 제조예 3에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 850℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 2
상기 제조예 4에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 850℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 3
상기 제조예 5에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 850℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
이상의 비교예 6 및 7과 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 결정화 유리에 대한 XRD 패턴을 분석하여 도 4에 나타내었다.
비교예 8
상기 제조예 1에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 900℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 9
상기 제조예 2에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 900℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 4
상기 제조예 3에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 900℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 5
상기 제조예 4에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 900℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 6
상기 제조예 5에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 900℃의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
이상의 비교예 8 및 9와 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 결정화 유리에 대한 XRD 패턴을 분석하여 도 5에 나타내었다.
비교예 10
상기 제조예 1에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 950℃(결정화 온도)의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
비교예 11
상기 제조예 2에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 936℃(결정화 온도)의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 7
상기 제조예 3에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 948℃(결정화 온도)의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 8
상기 제조예 4에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 951℃(결정화 온도)의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
실시예 9
상기 제조예 5에 따라 제조된 기초유리를 이용하여 955℃(결정화 온도)의 소결 온도로 결정화 유리를 제조하였다.
이상의 비교예 10 및 11과 실시예 7 내지 9에 따라 제조된 결정화 유리에 대한 XRD 패턴을 분석하여 도 6에 나타내었다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 각 온도에서 소결하여 제조된 결정화 유리의 결정상 분석(XRD 패턴) 결과를 살펴보면, 800℃에서 소결된 결정화 유리의 경우(비교예 1 내지 5) 비정질 상태로 존재함을 알 수 있고, 850℃ 이상에서 소결된 결정화 유리의 경우 주상으로 디옵사이드 결정상이 생성되었고 부상으로 코디어라이트 결정상이 생성되었음을 알 수 있다. 또한, 소결 온도의 증가에 따라 결정화 유리 내 결정상 피크 강도가 증가함을 알 수 있고, CaO/MgO 몰비가 증가할수록 침상의 결정상이 많이 생성되었다.
한편, 900℃에서 소결된 결정화 유리(비교예 8 및 9, 실시예 4 내지 6)의 열전도도(thermal conductivity), 열확산율(thermal diffusivity), 열팽창계수(coefficient of thermal expansion), 열용량(specific heat capacity) 및 곡강도(bending strength)를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
구분 단위 비교예 8 비교예 9 실시예 4 실시예 5 실시예 6
열전도도 W/m·K 1.8 1.6 1.9 2.6 1.7
열확산율 ㎜2/s 0.74 0.71 0.86 0.93 0.85
열팽창계수 10-6/K 16.85 18.06 15.21 8.52 16.24
열용량 J/g·K 0.82 0.79 0.79 0.77 0.72
곡강도 MPa 132 134 145 148 138
여기서, 상기 900℃에서 소결된 결정화 유리의 경우 도 6에 나타낸 바와 같이, 유리전이점 및 결정화온도의 온도차(ΔT; Tp1-Tg)가 클수록 열전도도가 증가하는 경향을 보인다.
상기 표 3 및 도 6을 참조하면, ΔT가 가장 큰 CaO/MgO 몰비가 1.5인 경우(실시예 5)에 모든 물성 면에서 가장 우수한 결과를 보이고 있음을 알 수 있다.
또한, 각 결정화 온도에서 소결된 결정화 유리(비교예 11, 실시예 7 내지 9)의 열전도도(thermal conductivity), 열확산율(thermal diffusivity), 열용량(specific heat capacity) 및 곡강도(bending strength)를 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
구분 단위 비교예 11 실시예 7 실시예 8 실시예 9
열전도도 W/m·K 1.8 2.2 2.3 2.6
열확산율 ㎜2/s 0.84 1.04 1.06 1.17
열용량 J/g·K 0.7 0.7 0.7 0.7
곡강도 MPa 122 141 149 152
여기서, CaO/MgO 몰비에 따른 열전도도 관계는 도 8에 나타낸 바와 같다.
상기 표 4 및 도 8을 참조하면, 각 결정화 온도에서 소결한 경우 CaO/MgO 몰비가 증가할수록 열전도도가 증가하는 경향을 보이고 있으며, 이는 상대적으로 고온의 소결 온도에서는 CaO의 양이 증가함에 따라 열전도도가 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 또한, CaO/MgO 몰비가 증가할수록 전체적으로 물성이 향상되는 경향을 보임을 알 수 있고, CaO/MgO 몰비가 2.33인 경우(실시예 9)에 모든 물성 면에서 가장 우수한 결과를 보이고 있음을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. SiO2, CaO, MgO 및 Al2O3를 포함하는 LED 패키지용 결정화 유리이고, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부를 포함하되 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)가 1~2.5이고, 디옵사이드(diopside)상 및 코디어라이트(cordierite)상의 혼성 결정상을 갖는 LED 패키지용 결정화 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 850~955℃에서 소결된 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 2W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리.
  4. (a) SiO2, CaO, MgO 및 Al2O3를 포함하되, 상기 SiO2 2몰부 기준으로 상기 CaO 0.6~1.4몰부, 상기 MgO 0.6~1.4몰부 및 상기 Al2O3 0.1~0.5몰부를 포함하는 분말을 균일하게 혼합하는 단계;
    (b) 상기 혼합된 분말을 1400~1500℃에서 용융하는 단계;
    (c) 물을 이용하여 급냉시켜 균질의 기초유리(homogeneous parent glass)를 제작하는 단계;
    (d) 상기 균질의 기초유리를 입경 45㎛ 이하의 크기로 분쇄하여 제작된 유리 프릿(glass frit)을 압축성형하여 펠렛을 제작하는 단계; 및
    (e) 상기 펠렛을 소결온도 850~955℃에서 1~3시간 결정화시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 CaO 및 MgO의 몰비(CaO/MgO)가 1.3~2.5의 범위에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 디옵사이드(diopside)상 및 코디어라이트(cordierite)상의 혼성 결정상을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정화 유리는, 열전도도(thermal conductivity)가 2W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 결정화 유리 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05270853A (ja) * 1992-03-19 1993-10-19 Ohara Inc 高分散性光学ガラス
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