KR101417948B1 - 엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 이에 의해 제조된 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 연구와 같이 그 응용분야에서 요구되어 지는 낮은 소결온도와 구조설계 변화에 따른 특성 변화를 하려는 노력에서 벗어나 가공비용의 감소와 백색광원에 의한 문제를 해결하고자 CaMgSi2O6 유리에 결정질 Al2O3를 소량 첨가하여 낮은 소결온도를 유지하면서 열전도도의 향상을 유도하고, 더 나아가 유리 세라믹 분말에 대하여 대량 생산이 가능한 성형 방법 중 닥터블레이드법을 선택하여, 유리 세라믹 분말에 대한 열적 특성 향상을 위한 적절한 분산제의 종류과 함량, 결합제와 가소제의 함량과 비율 그리고 이에 따른 적절한 용매의 선택을 함으로써 우수한 열적 특성을 나타내는 엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위해 상기한 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물은, CaMgSi2O6 유리에 결정질 Al2O3를 포함하는 유리 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 50 ~ 80 중량부의 유기용매, 0.5 ~ 2 중량부의 분산제, 결합제와 가소제 함량의 합이 8 ~ 16 중량부, 결합제와 가소제의 비율이 80~50 : 20~50을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 이에 의해 제조된 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법{GLASS CERAMIC SLURRY COMPOSITION, GREEN SHEET, AND SINTERED SHEET FOR LED PACKAGE, AND METHODS THEREOF}
본 발명은 액정표시장치 등의 백라이트 유닛 및 조명용으로 사용가능한 유리 세라믹 LED 패키지의 성형 방법 중 테이프 캐스팅 제조 방법에 있어서 사용되는 엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법에 관한 것으로서, 소결된 시트의 열적 특성 향상을 위한 슬러리내 유기물의 적절한 종류와 함량에 따른 제조 방법에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 수명이 길고 소비전력이 적다는 이점이 있어 전기전자재료 및 광고 등의 분야에 많이 사용되고 있으며 적용범위가 확대됨에 따라 소형이면서도 열방출이 용이한 LED 패키지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그런데 LED를 액정표시장치의 백라이트 유닛이나 조명으로 사용하기 위해서는 높은 파워가 요구되는데 LED의 성능은 온도 상승에 따라 지수함수적으로 급격히 감소하므로 LED 패키지의 방열은 매우 중요하게 다루어진다.
LED 패키지로는 금속 패키지와 세라믹 패키지 그리고 플라스틱 패키지가 있는데, 금속 패키지의 경우에는 플라스틱과 세라믹 패키지에 비하여 우수한 방열특성을 갖고 있으나 패키지와 리드프레임(lead frame) 사이에 절연 실링(sealing) 공정이 필요함에 따라 가공비용에 따른 가격이 높아지는 단점이 있으며, 플라스틱 패키지의 경우에는 낮은 열전도도 때문에 효율적인 방열효과를 나타내지 못할 뿐만 아니라, 백색광원의 하나인 UV LED에는 플라스틱이 분해되고 높은 열팽창률차에 의한 숄더 크랙 (solder crack)이 발생 등의 LED 패키지 재료로서의 문제를 갖고 있다. 반면, 세라믹 패키지의 경우에는 위와 같은 금속 패키지와 플라스틱 패키지의 단점을 보완 시킬수 있다. 하지만, 높은 열전도도를 갖는 세라믹스 (AlN, SiC, BN etc.)의 경우 소재가 고가이며 1600oC 이상의 높은 소결온도에 의해 전극 선택의 한계점뿐만 아니라 가공비용이 증가하게 된다. 따라서 최근 고출력 LED 패키징 재료로서 900oC 이하에서 소결 가능한 공정에 따른 유리 세라믹에 관한 연구 및 개발이 이루어지고 있으며 부품의 소형화, 경량화 및 복합 다기능화 경향으로 인해 적층화와 복합화에 대한 요구가 증대되고 있다.
즉, 상기한 바와 같은 적층 유리 세라믹을 제조하는 데에 있어서는 이 재료를 적층화 및 복합화 시키기 위해서 얇은 판상의 형태로 제작하여 그 위에 각종 패턴을 형성시키고 전극 물질들을 도포하여 이를 적층, 즉 일체화 하여 소결하는 과정을 거친다. 이 때 사용되는 얇은 판상의 기판을 통상적으로 그린 시트 또는 그린 테이프라 한다.
이 그린 시트는 유리-세라믹 파우더 및 결합제, 유기 용매와 같은 유기물질로 구성되는데, 이는 유리-세라믹 파우더, 결합제, 유기 용매, 가소제, 분산제 등으로 구성되는 슬러리로부터 제조된다.
상기 슬러리로부터 얇은 판상의 그린 시트를 제조하기 위해서 일반적으로 사용되어지는 방법이 닥터블레이드법(doctor blade)이다. 닥터블레이드법에 의한 성형 공정은 미세한 분말을 수계 또는 비수계 용매와 결합제, 가소제, 분산제, 소포제, 계면활성제 등을 적정비로 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조한 후, 움직이는 칼날 또는 움직이는 운반 필름위에 일정한 두께로 목적하는 바에 따라 성형하는 방법으로 다양한 세라믹스 제조 분야에서 널리 응용되어지고 있는 방법 중의 하나이다.
이러한 닥터블레이드법 등으로 그린 시트를 제조함에 있어서 결합제는 사용된 용매가 증발 된 후 그린 시트의 높은 강도를 유지하며 그린 시트의 균열, 휨 등의 결함을 방지할 수 있도록 선택되어야 하며, 또한 결합제에는 그린 시트의 유연성과 작업성을 높이기 위하여 가소제를 첨가하여 사용한다. 분산제는 세라믹스 분말 입자를 슬러리에 분산시켜 줌으로서 점도를 낮추고 혼합도를 증가시키며, 운반 필름과 그린시트간의 이형(releasing) 특성을 향상시키기 위하여 사용되어지며 파우더의 종류와 특성에 따라서 적절한 분산제의 선택이 필요하다.
또한, 닥터블레이드 법으로 얇은 판상의 그린 시트를 제조함에 있어서는 슬러리의 점도 특성 또한 매우 중요한데, 점도가 너무 낮으면 두꺼운 두께의 그린 시트를 제작하는 것이 매우 어렵고, 점도가 너무 높으면 균질한 특성을 갖는 그린 시트를 제조하는 것이 어려울 뿐만 아니라 건조가 쉽게 되어 제조된 그린 시트의 표면이 매우 거칠어진다.
이와 같이 슬러리 내의 유기물(유기용매, 분산제, 결합제, 가소제)의 선택과 함량은 공정상의 문제뿐만 아니라, 그린 시트의 특성이 최종 제품의 특성에도 직결되므로 적절한 유기물의 선택과 함량이 요구되어진다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 기존의 연구와 같이 그 응용분야에서 요구되어 지는 낮은 소결온도와 구조설계 변화에 따른 특성 변화를 하려는 노력에서 벗어나 가공비용의 감소와 백색광원에 의한 문제를 해결하고자 CaMgSi2O6 유리에 결정질 Al2O3를 소량 첨가하여 낮은 소결온도를 유지하면서 열전도도의 향상을 유도하고, 더 나아가 유리 세라믹 분말에 대하여 대량 생산이 가능한 성형 방법 중 닥터블레이드법을 선택하여, 유리 세라믹 분말에 대한 열적 특성 향상을 위한 적절한 분산제의 종류과 함량, 결합제와 가소제의 함량과 비율 그리고 이에 따른 적절한 용매의 선택을 함으로써 우수한 열적 특성을 나타내는 엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 이에 의해 제조된 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 방열효과가 우수하도록 열적 특성이 우수한 유리 세라믹 제조 공정에서 열적 특성을 향상시키기 위한 그린 쉬트 제조 중의 유리 세라믹 파우더의 조성을 극대화 할 수 있는 엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 이에 의해 제조된 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물은, CaMgSi2O6 유리에 결정질 Al2O3를 포함하는 유리 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 50 ~ 80 중량부의 유기용매, 0.5 ~ 2 중량부의 분산제, 결합제와 가소제 함량의 합이 8 ~ 16 중량부, 결합제와 가소제의 비율이 80~50 : 20~50을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유리 세라믹 분말의 평균 입자 직경이 1~3㎛ 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기용매는 메틸에틸케톤, 에탄올, 톨루엔 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 용매인 것이 바람직하다.
또한, 상기 결정질 Al2O3은 전체 중량에 대해 3∼5 중량% 첨가됨이 바람직하다.
또한, 상기 분산제는 비이온성 계면활성제인 소르비탄 모노올리에이트(sorbitan monooleate span 80) 계열을 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 결합제는 결합제 전체 함량의 70~76 중량%의 폴리비닐부티랄(PVB), 22~24 중량% 폴리비닐알콜(PVA), 4~6 중량%의 폴리비닐아세테이트(PVAc)에 해당되는 혼합 폴리비닐부티랄(PVB) 계열을 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 가소제로는 부틸벤질프탈레이트(BBP butylbenzyl phthalate)인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제조된 유리 세라믹 분말, 분산제, 유기용매를 선 혼합 후, 상기 결합제 및 가소제를 투입하고 혼합하는 2단계 밀링 단계를 포함하여 제조되는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물의 제조 방법을 제공한다.
상술한 바와 같이 제조된 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리에 대하여 진공 펌프를 이용하여 -0.08∼-0.12Mpa 압력으로 탈포한 후, 닥터블레이드법에 의해 캐스팅하여 완성되는 평판형상의 LED 패키지용 유리 세라믹 그린 시트를 제공한다.
여기서, 상기 그린 시트는 80 ~ 100㎛ 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제조된 LED 패키지용 유리 세라믹 그린 시트를 850 ~ 950oC로 소결하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 소결 시트 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제조된 소결 시트의 열전도도는 1~4W/mK인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 엘이디 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물, 그린 시트 및 소결 시트, 및 그들의 제조 방법에 의하면, 기존의 연구와 같이 그 응용분야에서 요구되어 지는 낮은 소결온도와 구조설계 변화에 따른 특성 변화를 하려는 노력에서 벗어나 가공비용의 감소와 백색광원에 의한 문제를 해결하고자 CaMgSi2O6 유리에 결정질 Al2O3를 소량 첨가하여 낮은 소결온도를 유지하면서 열전도도의 향상을 유도하고, 더 나아가 유리 세라믹 분말에 대하여 대량 생산이 가능한 성형 방법 중 닥터블레이드법을 선택하여, 유리 세라믹 분말에 대한 열적 특성 향상을 위한 적절한 분산제의 종류과 함량, 결합제와 가소제의 함량과 비율 그리고 이에 따른 적절한 용매의 선택을 함으로써 우수한 열적 특성을 나타내는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 결합제와 가소제의 적절한 함량을 결정하기 위하여 인장강도를 평가하여 나타낸 그래프도이다.
도 2는 본 발명에 따라 결정된 바인딩시스템 함량 내의 결합제와 가소제의 최적의 비율을 선택하기 위하여 상대 점도를 평가하여 나타낸 그래프도이다.
도 3은 본 발명에 따라 용매로는 메틸에틸케톤/에탄올, 1.25중량부의 분산제, 11.2중량부의 결합제, 4.8중량부의 가소제로 제조한 그린 시트에 대하여 850~950oC 소결후 열전도도를 측정한 데이터를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리는 CaMgSi2O6 (diopside) 유리에 결정질 Al2O3를 포함하는 유리 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 50 ~ 80 중량부의 유기용매, 0.5 ~ 2 중량부의 분산제, 결합제와 가소제 함량의 합이 8 ~ 16 중량부, 결합제와 가소제의 비율이 80~50 : 20~50을 포함하여 구성된다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 유리 세라믹 분말 제조에 있어서는,출발물질로 고순도의 CaCO3, MgCO3, SiO2 분말을 사용하며, 분말의 합성은 일반적인 산화물 합성법을 이용함이 바람직하다.
여기서, CaMgSi2O6 를 몰 비에 따라 상기 출발물질을 칭량한다.
이어서, 에탄올을 용매로 하고, 지르코니아 볼을 사용하여 20∼30시간 (바람직하게는 24 시간)동안 습식혼합한다.
계속해서, 1400∼1600℃ (바람직하게는 1500℃)에서 2∼6시간(바람직하게는 5시간) 동안 용융(melting) 한다.
이어서, 증류수에 급냉 한 후 얻어진 유리를 분쇄한 후, 고순도 결정질 Al2O3를 전체 중량에 대해 대략 3∼5 중량%(바람직하게는 4 중량%) 첨가하여 22∼26시간(바람직하게는 24시간)동안 습식 혼합한 후, 최종 건조하여 유리 세라믹 분말을 완성한다.
이와 같이 제조된 유리 세라믹 분말의 평균 입자 직경이 1~3㎛ 됨이 바람직하다.
이어서, 상술한 바와 같이 제조된 유리 세라믹 분말을 기본으로 하여 유기용매, 분산제, 결합제, 가소제를 HDPE(High Density Polyethylene)타입의 나일젠 병과 지르코니아 볼을 이용하여 본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리를 혼합하여 완성한다.
즉, 본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리의 제조방법에서는 유기물의 선택적 흡착을 방지하기 위하여 슬러리를 2단계 혼합 공정을 진행한다. 1단계로 유리 세라믹 분말, 분산제, 및 유기 용매에 대하여 2∼6시간(바람직하게는 4시간동안) 지르코니아 볼을 이용하여 대략 90rpm으로 밀링 한 후, 2단계로 유기용매에 녹여놨던 결합제와 가소제를 투입하여 대략 22∼26시간(바람직하게는 24시간)동안 40rpm으로 저속 밀링하여 기포 발생을 줄이고 분산 효율을 향상시키도록 한다.
여기서, 사용된 유기물의 종류로서는, 용매는 메틸에틸케톤, 에탄올, 톨루엔 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 용매이고, 분산제는 비이온성 계면활성제인 소르비탄 모노올리에이트(sorbitan monooleate span 80) 계열을 포함하고, 결합제는 결합제 전체 함량의 70~76 중량%의 폴리비닐부티랄(PVB), 22~24 중량% 폴리비닐알콜(PVA), 4~6 중량%의 폴리비닐아세테이트(PVAc)에 해당되는 혼합 폴리비닐부티랄(PVB) 계열을 포함함이 바람직하다. 또한, 가소제로서는 BBP (Butyl benzyl phthalate)가 바람직하다.
본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리를 이용한 그린 시트(green sheet)의 제조공정에서는, 상술한 바와 같이 제조된 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리에 대하여 공지된 진공 펌프를 이용하여 -0.08∼-0.12Mpa 압력(바람직하게는 -0.1Mpa 압력)으로 탈포한 후(여기서, 대략 점도 1500~2000mPa.s), 닥터블레이드법에 의해 캐스팅하여 완성된다. 이 때, 완성된 평판형상의 그린 시트의 두께는 대략 80∼100㎛(바람직하게는 90㎛)이다.
본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리를 이용한 소결 시트의 제조공정에서는, 상술한 바와 같이 제조된 복수개의 그린 시트를 일정 두께로 적층한 후 WIP(warm isostatic press)를 이용하여 65∼75oC(바람직하게는 70oC)에서 20∼30MPa(바람직하게는 25MPa)의 압력으로 대략 8∼12분(바람직하게는 10분)간 성형한다.
이어서, 500∼600oC(바람직하게는 550oC)에서 대략 0.8∼1.2시간(바람직하게는 1시간) 탈바인딩 하고, 740∼750oC/2.5h∼3.5h(바람직하게는 745oC/3h) 및 850~950oC/2.5h∼3.5h(바람직하게는 900oC/3h)의 2단계로 소결한 후, 결정화도를 향상시키기도록 핵생성온도와 핵성장온도 부근을 유지하기 위해 로냉한다.
이하, 하기의 실시예와 시험예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이 예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
유리 세라믹의 분말 제조
본 발명에서는 출발물질로 고순도의 CaCO3, MgCO3, SiO2 분말을 사용하였으며, 분말합성은 일반적인 산화물 합성법을 이용하였다. CaMgSi2O6 를 몰 비에 따라 배치하여 출발물질을 칭량하였으며, 에탄올을 용매로 하고, 지르코니아 볼을 사용하여 24 시간동안 습식혼합한 후 1500℃에서 5시간 melting 하였고, 증류수에 급냉한 후 얻어진 유리를 분쇄 한 후 고순도 결정질 Al2O3를 4vol.% 첨가하여 24 시간동안 습식 혼합한 후 건조하였다.
유리 세라믹 슬러리 조성물의 제조 및 특성 측정방법
실시예 1에서 유리 세라믹 분말을 기본으로 하여 유기용매, 분산제, 결합제, 가소제를 HDPE(High Density Polyethylene)타입의 나일젠 병과 지르코니아 볼을 이용하여 혼합하였다. 유기물의 선택적 흡착을 방지하기위하여 슬러리를 2단계 혼합 공정을 하였다. 제 1단계로 유리 세라믹 분말, 분산제, 유기 용매에 대하여 4시간동안 90rpm으로 밀링 한 후, 제 2단계로 유기용매에 녹여놨던 결합제와 가소제를 투입하여 24시간동안 40rpm으로 저속 밀링하여 기포 발생을 줄이고 분산 효율을 향상시켰다. 이렇게 제조된 슬러리에 대하여 슬러리 조성물의 점도 특성 측정에는 Brookfield DV-Ⅲ 점도계를 사용하였고, 측정 조건은 전단속도 1~80s-1에서 25oC 상온에서 측정하였다.
그린 시트의 제조 및 측정방법
실시예 3에서 제조된 유리 세라믹 슬러리에 대하여 진공 펌프를 이용하여 -0.1Mpa 압력으로 탈포한 후(점도 1500~2000mPa.s), 공지된 닥터블레이드법에 의해 캐스팅하였다.
이 때, 그린 시트의 두께는 약 90㎛이며, 그린시트의 물리적 특성을 측정하기 위하여 인장강도를 측정하였다.
소결 시트 제조 및 측정방법
실시예 3에서 제조된 그린 시트를 적당한 두께로 적층한 후 WIP(warm isostatic press)를 이용하여 70oC에서 25MPa의 압력으로 10분간 성형하였다. 550oC에서 1시간 탈바인딩 하였고, 745oC/3h 및 850~950oC/3h의 2단계로 소결한 후 로냉하였다(결정화도를 향상시키기 위해 핵생성온도와 핵성장온도 부근을 유지함). 소결 시트에 대하여 열전도도는 LFA (Laser Flash Apparatus 457, NETZSCH, Germany)로 측정하였다. 열전도도 결과에 대한 원인을 분석하기 위해 crytallite size를 X-선 회절 피크를 통하여 계산하였다.
한편, 본 발명의 주된 목적인 대량생산을 위한 적층화 공정에 속하는 닥터블레이드성형법에 대하여 열전도도 향상을 목적으로 본 발명에 따른 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물 및 그린 시트 제조 공정을 최적화 하였다. 슬러리와 그린시트의 특성은 최종 제품의 특성에 영향을 미치므로 슬러리 내의 유기물(용매, 분산제, 결합제, 가소제)의 최적 조건의 선택과 그린 시트의 인장강도 평가를 통한 적절한 시트 선택을 다음과 같은 순서로 결정하였다.
먼저, 상기한 유리 세라믹 분말과 결합제에 적절한 용매를 선택하기 위해 하기의 표 1에 나타난 조건대로 배치후 점도를 측정하였다. 톨루엔/에탄올과 메틸에틸케톤/에탄올의 조성은 공비혼합조성을 따랐다. 유기물의 함량이 같은 조건에서 메틸에틸케톤/에탄올의 혼합 용매에서 가장 낮은 슬러리 점도를 나타내었다. 이는 메틸에틸케톤/에탄올의 용매 내에서 슬러리의 분산 능력이 가장 우수한 것을 알 수 있다.
용매의 타입 유리 세라믹 분말
(중량부)
용매
(중량부)
분산제
(중량부)
결합제
(중량부)
가소제
(중량부)
슬러리 점도
(mPa.s)
톨루엔/에탄올 100 78-82 1.20-1.30 11.0-11.4 4.6-5.0 717(at 50s-1)
674(at 80s-1)
메틸에틸케톤/에탄올 100 78-82 1.20-1.30 11.0-11.4 4.6-5.0 455(at 50s-1)
425(at 80s-1)
에탄올 100 78-82 1.20-1.30 11.0-11.4 4.6-5.0 458(at 50s-1)
435(at 80s-1)
용매는 공비혼합조성의 메틸에틸케톤/에탄올로 결정되었으며, 다음으로는 분산제의 적절한 함량을 결정하기 위하여 분산제의 함량 변화에 따른 점도를 평가하여 하기의 표 2에 나타내었다. 분산제로는 가격이 저렴하고 유리분말에 적합한 비이온성 계면활성제 계열의 분산제를 사용하였다.(용매 70중량부, 분말, 결합제, 가소제는 표1과 동일한 조성비) 1.25중량부일 때 가장 낮은 점도값을 나타내었으므로 분산제의 적정 함량은 1.25중량부이다.
분산제(중량부) 0.5 1 1.25 1.5 1.75 2
at 50s-1 865 708 668 758 751 730
at 80s-1 791 669 628 710 705 686
다음은 결합제와 가소제의 적절한 함량을 결정하기 위하여 인장강도(Tensile Stress)를 평가하여 도 1에 나타내었다. 바인딩시스템(바인더와 가소제의 합을 칭함)의 함량 결정의 경우 함량이 증가하면 점도도 증가되므로 슬러리의 점도 특성만으로는 최적의 조건을 결정하기 힘들다. 따라서 상기 결정된 용매 종류와 분산제 함량을 고정시키고 결합제와 가소제의 비율을 70:30으로 고정 시킨후 바인딩시스템의 함량 변화에 따른 그린 시트를 제조하여 인장 강도 및 변형률을 측정하였다. 각 그린 시트당 8번의 측정결과 오차범위가 가장 적고 비교적 인장강도가 우수한 16중량부 일 때 바인딩시스템의 함량으로 적절하다고 볼 수 있다. 오차범위가 적다는 것은 그만큼 시트의 안정성이 우수하다고 볼 수 있기 때문이다.
이어서, 결정된 바인딩시스템 함량 내의 결합제와 가소제의 최적의 비율을 선택하기위하여 상대 점도(Relative Viscosity)를 평가하여 도 2에 나타내었다.
여기서, 상대점도란 분말을 제외한 나머지 유기물의 점도대비 전체 슬러리의 점도를 나타내는 것으로써, 서로 다른 유기물 시스템(결합제 가소제비가 다른 시스템) 내에서 분말이 얼마나 더 잘 분산되느냐에 대한 정도를 나타낸다. 상대점도가 가장 낮은 결합제와 가소제의 비가 70:30 일 때 분산이 가장 잘 일어났고 최적의 비로 볼 수 있다.
결합제와 가소제의 비에 따른 그린 시트와 소결 시트에 대한 벌크 밀도를 하기의 표 3에 나타내었다. 상대 점도로 최적의 조건으로 평가되었던 70:30일 때, 그린 시트와 소결 시트의 벌크 밀도가 비교적 높은 것을 확인할 수 있었다.

결합제:가소제 비율(중량부) 그린 시트
소결 시트
850oC 900oC 950oC

벌크 밀도
(g/cm3)
50:50 1.756 2.969 2.972 2.976
60:40 1.767 2.961 2.969 2.977
70:30 1.807 2.973 2.976 2.981
80:20 1.800 2.960 2.980 2.980
또한, 용매로는 메틸에틸케톤/에탄올, 1.25중량부의 분산제, 11.2중량부의 결합제, 4.8중량부의 가소제로 제조한 그린 시트에 대하여 850~950oC 소결후 열전도도를 측정한 데이터를 도 3에 나타내었다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상온 25oC에서 측정한 열전도도는 3.1 ~ 3.5 W/mK를 나타내었고, LED 기판의 최대 온도인 80oC 환경에서 열전도도는 3.0 ~ 3.3 W/mK를 나타내었다. 소결온도가 증가할수록 열전도도는 증가되는 경향성을 나타내는데, 이는 X-선 회절 분석을 통한 Crystallite size의 증가 때문으로 확인되었다.
따라서, 본 발명에 따른 슬러리 조성물로부터 제조되는 그린 시트는 비교적 높은 밀도와 분말 성분을 포함하며, 종래에 비해 한층 우수한 열적 특성을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.
이상 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 당업자에 있어서는 본 발명의 요지 및 스코프를 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이며 이 또한 본 발명의 영역 내이다.

Claims (12)

  1. CaMgSi2O6 유리에 결정질 Al2O3를 포함하는 유리 세라믹 분말 100 중량부에 대하여, 50 ~ 80 중량부의 유기용매, 0.5 ~ 2 중량부의 분산제, 결합제와 가소제 함량의 합이 8 ~ 16 중량부, 결합제와 가소제의 비율이 80~50 : 20~50을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 세라믹 분말의 평균 입자 직경이 1~3㎛ 되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유기용매는 메틸에틸케톤, 에탄올, 톨루엔 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 용매인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질 Al2O3은 전체 중량에 대해 3∼5 중량% 첨가되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 분산제는 비이온성 계면활성제인 소르비탄 모노올리에이트(sorbitan monooleate span 80) 계열을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결합제는 결합제 전체 함량의 70~76 중량%의 폴리비닐부티랄(PVB), 22~24 중량% 폴리비닐알콜(PVA), 4~6 중량%의 폴리비닐아세테이트(PVAc)에 해당되는 혼합 폴리비닐부티랄(PVB) 계열을 포함 하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가소제로는 부틸벤질프탈레이트(BBP butylbenzyl phthalate)인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의해 선택된 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물에 있어서,
    상기 유리 세라믹 분말, 분산제, 유기용매를 선 혼합 후, 상기 결합제 및 가소제를 투입하고 혼합하는 2단계 밀링 단계를 포함하여 제조되는 LED 패키지용 유리 세라믹 슬러리 조성물의 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의해 선택된 LED 패키지용 유리 세라믹
    슬러리 조성물에 대하여 진공 펌프를 이용하여 -0.08∼-0.12Mpa 압력으로 탈포한 후, 닥터블레이드법에 의해 캐스팅하여 완성되는 평판형상의 LED 패키지용 유리 세라믹 그린 시트.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 그린 시트는 80 ~ 100㎛ 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 그린 시트.
  11. 제 9항에 의해 제조된 LED 패키지용 유리 세라믹 그린 시트를 850 ~ 950oC로 소결하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 소결 시트 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제조된 소결 시트의 열전도도는 1~4W/mK인 것을 특징으로 하는 LED 패키지용 유리 세라믹 소결 시트 제조 방법.





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