고출력 LED 패키지의 광학특성 및 열적 특성 향상을 위한 TiO2 나노입자 복합 봉지재 연구 :Light efficiency enhancement of flip chip LED package with TiO2-nanoparticle-encapsulant

강민수

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강민수 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 김목순

발행연도: 2017

저작권: 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2017

고출력 LED 패키지의 광학특성 및 열적 특성 향상을 위한 TiO2 나노입자 복합 봉지재 연구

강민수 일반 2017.01 학위논문

2016

고출력 LED의 광효율 특성 향상을 위한 TiO₂ 나노복합 봉지재 연구

강민수 , 김목순 , 유세훈 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 2016.04 학술대회자료

2015

TiO₂ 나노 입자 혼합 봉지재를 이용한 고출력 LED의 광효율 특성 연구

강민수 , 이태영 , 김목순 외 1명 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 2015.11 학술대회자료

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LED가 가지는 긴 기대수명, 높은 전력효율, 친환경 물질이라는 장점은 최근 세계의 환경 규제와 맞물려 큰 이점으로 작용하고 있다. 또한 LED는 단일 LED chip으로도 산업의 성능요구를 만족시킬 수 있어, 제품의 설계 측면에서도 다양성을 확보하고 있다. 이러한 LED의 성능을 향상시키기 위해서는 LED chip 내부에서 발생하는 빛을 패키지 밖으로 추출하는 것이 중요하게 여겨지고 있다. LED 패키지 내에 chip과 봉지재 계면에서 각 물질의 굴절률 차이에 의해 발생하는 빛의 산란은 빛의 추출량을 저감시킬 뿐 아니라, 열로 전환되어 제품의 신뢰성을 떨어뜨리는 요인이 된다. 굴절률 차이를 줄이기 위해 광효율을 평가하였다. TiO2 나노입자는 수열합성법으로 분산 합성하였으며 합성조건에 따라 입자의 크기, 분산도, 결정형상을 확인하였다. LED 패키지를 제조하기 위해 TiO2 나노입자 복합 봉지재와 형광체가 분산된 형광봉지재를 사용하였다. 두 종류의 봉지재를 도포하는 구조에 따라 광효율의 변화를 확인하였고, TiO2 나노입자복합봉지재의 경우 TiO2 나노입자의 양이 증가함에 따라 광효율이 증가하는 경향을 보였다. 이어서 COB 형태의 패키지에서 중요한 전단강도를 측정하였다. 전단강도는 ENIG, immersion Sn, OSP, Cu의 다른 표면처리 별 기판을 제작하여 진행하였다. 각각의 표면처리 별 기판에 SAC 305 솔더페이스트를 통한 접합과 Au-20 wt%Sn 솔더를 사용하여 진공리플로우법으로 최대 온도 260℃와 320℃의 조건으로 각각 진행하였다. 솔더페이스트를 사용한 경우에는 immersion Sn의 경우에 46MPa의 값을 나타내었으며, Au-20 wt%Sn 솔더의 경우에는 ENIG 기판에서 42MPa의 값을 나타내었다. 전체적인 전단강도의 경향으로는 솔더페이스트를 사용한 경우에서 높게 나타났다.

목 차
국 문 초 록 iv
영 문 초 록 v
목 차 vi
그림 차례 vii
표 차례 ix
1. 서 론 1
2. 이론적 배경 3
2.1 LED 패키지 구조와 기능 3
2.2 LED 봉지재 굴절률과 광효율의 관계 7
2.3 금속간 화합물 9
2.3.1 Au-Sn 시스템 9
2.3.2 Cu-Sn 시스템 12
2.4 PCB 표면처리 14
2.4.1 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 표면처리 14
2.4.2 OSP(Organic solderability preservative) 표면처리 15
3. 실험방법 17
3.1 TiO2 나노입자 혼합 봉지재 제조 17
3.2 LED 패키지 제조 공정 22
3.2.1 LED chip과 기판 설계 22
3.2.2 LED 패키지 제작 접합 방법 25
3.3 LED 패키지 특성 평가 28
3.3.1 광학적 특성 평가 28
3.3.2 기계적 특성 평가 28
4. 결과 및 고찰 31
4.1 TiO2 나노입자 합성 31
4.1.1 수열합성시간에 따른 TiO2 입자의 거동 비교 31
4.1.2 Silane 첨가에 따른 TiO2 나노입자의 거동 비교 34
4.1.3 DI water의 부피 분율에 따른 TiO2 나노입자의 거동 비교 40
4.1.4 합성반응물질 양 증가에 따른 TiO2 입자 거동 비교 44
4.1.5 고온수열합성에 따른 TiO2 입자 거동 비교 49
4.1.6 아민기 화합물의 비율 증가에 따른 입자 거동 변화 52
4.2 TiO2 나노입자 합성수율 확인 56
4.3 TiO2 나노입자 첨가 봉지재 적용 LED 광효율 평가 61
4.4 실리콘 봉지재 디스펜싱 공정조건에 따른 특성평가 63
4.5 PCB기판 표면처리에 따른 LED chip 접합강도 특성 평가 67
4.5.1 SAC305 솔더페이스트를 이용한 LED chip 접합 강도 특성 평가 67
4.5.2 AuSn을 이용한 LED chip 접합 강도 특성 평가 70
5. 결론 73
6. 참고문헌 74

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