Journal of the Microelectronics and Packaging Society

가로등 및 방폭등용 고출력 LED 조명 시스템의 광원으로서, 다수의 LED 칩이 실장된 50와트급 LED 어레이 모듈을 chip-on-board형 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 기판을 사용하여 제작하였다. 고방열 세라믹-메탈 하이브리드 기판은 고열전도 알루미늄 금속 열확산 기판에 저온소결용 글라스-세라믹 절연 페이스트와 은 전극 페이스트를 후막 스크린 공정에 의해 도포한 다음, 건조 후 515°C 에서 동시소성하여 LED 칩을 실장할 세라믹 절연층과 은전극 회로층을 형성하여 제조하였다. 이 하이브리드 기판의 방열특성 평가를 위한 비교 샘플로서 기존의 에폭시 기반 FR-4 복합수지로 만든 써멀비아형 PCB 기판에도 동일한 디자인의 LED 어레이 모듈을 제작한 다음, 다중채널 온도측정장치와 열저항 측정기로 방열특성을 비교 분석하였다. 그 결과, 4 × 9 type LED 어레이 모듈에서 세라믹-메탈 하이브리드 기판의 열저항은 써멀비아형 FR-4 기판에 비하여 약 1/3로 나타났으며, 이것은 곧 방열성능이 적어도 3배 이상 높은 것으로 볼 수 있다.
This paper describes the fabrication and heat transfer property of 50 watts rated LED array module where multiple chips are mounted on chip-on-board type ceramic-metal hybrid substrate with high heat dissipation property for high power street and anti-explosive lighting system. The high heat transfer ceramic-metal hybrid substrate was fabricated by conformal coating of thick film glass-ceramic and silver pastes to form insulation and conductor layers, using thick film screen printing method on top of the high thermal conductivity aluminum alloy heat-spreading panel, then co-fired at 515°C. A comparative LED array module with the same configuration using epoxy resin based FR-4 PCB with thermalvia type was also fabricated, then the thermal properties were measured with multichannel temperature sensors and thermal resistance measuring system. As a result, the thermal resistance of the ceramic-metal hybrid substrate in the 4 × 9 type LEDs array module exhibited about one third to the value as that of FR-4 substrate, implying that at least triple performance of heat transfer property as that of FR-4 substrate was realized.

Keywords Heat transfer, LED module, ceramic-metal, hybrid substrate, thermal resistance.