Hva er CSP?
CSP (chip scale package) emballasje refererer til en emballasjeteknologi der volumet på selve pakken ikke overstiger 20% av størrelsen på selve brikken (neste generasjons teknologi er emballasje på substratnivå, og pakningsstørrelsen er det samme som brikken). For å nå dette målet reduserer LED-produsenter unødvendige strukturer så mye som mulig, for eksempel bruk av standard kraftige LED-er, fjerning av keramiske varmeavledende underlag og tilkobling av ledninger, metallisering av P- og N-poler og dekning av det fluorescerende laget rett over LED-en .
I følge Yole Développement-statistikk vil CSP-emballasje utgjøre 34% av det kraftige LED-markedet i 2020.
Hvorfor møter CSP -pakker utfordringer med varmespredning?
CSP -pakken er designet for å loddes direkte på et kretskort (PCB) gjennom metalliserte P- og N -poler. På en måte er det virkelig en god ting. Denne designen reduserer den termiske motstanden mellom LED -underlaget og kretskortet.
Fordi CSP -pakken fjerner det keramiske underlaget som en kjøleribbe, gjør dette varmeoverføringen direkte fra LED -substratet til PCB -kortet og blir dermed en varmekilde for et sterkt punkt. På dette tidspunktet har utfordringen med varmespredning for CSP endret seg fra" nivå ett (LED -substratnivå)" til" nivå to (hele modulnivået)" ;.
Som svar på denne situasjonen begynte moduldesignere å bruke metalldekkede kretskort (MCPCB) for å takle CSP-emballasje.
Figur 1. Termisk strålingsmodell av 1x1 mm CSP LED på 0,635 mm AlN keramisk underlag (170 W/mK)
Det kan ses fra figur 1 og 2 at forskerne gjennomførte en serie varmestrålesimuleringstester på MCPCB og aluminiumnitrid (AlN) -keramikk. På grunn av strukturen i CSP -pakken overføres varmefluksen bare gjennom de små loddeskjøtene. , Mesteparten av varmen er konsentrert i den sentrale delen, noe som vil føre til redusert levetid, redusert lyskvalitet og til og med LED -feil.
Ideell varmeavledningsmodell for MCPCB
Vanligvis strukturen til de fleste MCPCB: metalloverflaten er belagt med et lag kobber på overflaten på omtrent 30 mikron. Samtidig er metalloverflaten dekket av et harpiksmediumlag som inneholder termisk ledende keramiske partikler. Imidlertid vil for mange termisk ledende keramiske partikler påvirke ytelsen og påliteligheten til hele MCPCB.
På samme tid, for det termisk ledende mediumlaget, er det alltid en avveining mellom ytelse og pålitelighet.
I følge forskerens&analyse, for å oppnå bedre varmespredning, må MCPCB redusere tykkelsen på det dielektriske laget. Siden termisk motstand (R) er lik tykkelsen (L) dividert med varmeledningsevnen (k) (R=L/(kA)), og varmeledningsevnen bare bestemmes av egenskapene til mediet, er tykkelsen den eneste variabelen.
Tykkelsen på det dielektriske laget kan imidlertid ikke reduseres på ubestemt tid på grunn av produksjonsprosessbegrensninger og levetidsbetraktninger, så forskere trenger et nytt materiale for å løse dette problemet.
Hvordan kan nano-keramikk bli den beste løsningen for MCPCB?
Forskere har funnet ut at en elektrokjemisk oksidasjonsprosess (ECO) kan produsere et lag med aluminiumoksydkeramikk (Al2O3) på titalls mikron på overflaten av aluminium. Samtidig har denne aluminiumoksydkeramikken god styrke og relativt lav varmeledningsevne (ca. 7,3 W/mK). Siden oksydfilmen imidlertid automatisk binder seg til aluminiumatomer under den elektrokjemiske oksidasjonsprosessen, reduseres den termiske motstanden mellom de to materialene, og den har også en viss strukturell styrke.
Samtidig kombinerte forskerne nanokeramikk med kobberkledd slik at den totale tykkelsen på denne sammensatte strukturen har en høy total varmeledningsevne (ca. 115W/mK) på et veldig lavt nivå. Derfor er dette materialet veldig egnet for behovene til CSP -emballasje.
For å konkludere
Når designere fortsetter å utforske og finne passende CSP -emballasjematerialer, finner de ofte at deres behov har overgått eksisterende teknologi. Varmeavledningsproblemet har ført til at nano-keramisk teknologi ble født. Dette dielektriske laget av nanomateriale kan fylle gapet mellom tradisjonell MCPCB og AlN-keramikk. For å fremme designere til å introdusere mer kompakte, rene og effektive lyskilder.
