Mis on CSP?
CSP (chip scale package) pakend viitab pakendamistehnoloogiale, mille puhul pakendi maht ei ületa 20% kiibi enda suurusest (järgmise põlvkonna tehnoloogia on substraaditasemel pakend ja pakendi suurus on sama mis kiibil). Selle eesmärgi saavutamiseks vähendavad LED-i tootjad tarbetuid struktuure nii palju kui võimalik, näiteks kasutavad tavalisi suure võimsusega LED-e, eemaldavad keraamilised soojust hajutavad substraadid ja ühendusjuhtmed, metalliseerivad P- ja N-poolused ning katavad fluorestseeruva kihi otse LED-i kohal. .
Yole Développementi statistika kohaselt moodustab CSP pakend 2020. aastal 34% suure võimsusega LED-turust.
Miks seisavad CSP -paketid silmitsi soojuse hajumise probleemidega?
CSP pakett on mõeldud jootmiseks otse trükkplaadile (PCB) metalliseeritud P- ja N -pooluste kaudu. Ühes mõttes on see tõesti hea asi. See disain vähendab LED -substraadi ja trükkplaadi vahelist soojustakistust.
Kuna aga CSP -pakett eemaldab keraamilise substraadi jahutusradiaatorina, muudab see soojusülekande otse LED -substraadilt PCB -plaadile ja muutub seega tugevaks soojusallikaks. Praegu on CSP soojuse hajumise väljakutse muutunud&"tasemelt 1 (LED -substraadi tase) &"; kuni&"; teine tase (kogu mooduli tase) &".
Sellele olukorrale reageerides hakkasid moodulite disainerid CSP pakenditega toimetulemiseks kasutama metallkattega trükkplaate (MCPCB).
Joonis 1. 1x1 mm CSP LED -i soojuskiirguse mudel 0,635 mm AlN keraamilisel aluspinnal (170 W/mK)
Joonistelt 1 ja 2 on näha, et teadlased viisid läbi soojuskiirguse simulatsioonikatseid MCPCB ja alumiiniumnitriid (AlN) keraamikaga. CSP paketi struktuuri tõttu kantakse soojusvoog üle ainult väikeste jootekohtade kaudu. , Suurem osa soojusest on koondatud keskosasse, mis vähendab kasutusiga, vähendab valguse kvaliteeti ja isegi LED -rikkeid.
Ideaalne soojuseralduse mudel MCPCB jaoks
Tavaliselt enamiku MCPCB -de struktuur: metallpind on kaetud umbes 30 -mikronilise pinnaga vasekihiga. Samal ajal on metallpind kaetud vaigukeskkihiga, mis sisaldab soojusjuhtivaid keraamilisi osakesi. Liiga palju soojusjuhtivaid keraamilisi osakesi mõjutab aga kogu MCPCB jõudlust ja töökindlust.
Samal ajal on soojusjuhtiva keskkihi puhul alati kompromiss jõudluse ja töökindluse vahel.
Uurija' analüüsi kohaselt peab parema soojuseralduse saavutamiseks MCPCB vähendama dielektrilise kihi paksust. Kuna soojustakistus (R) on võrdne paksusega (L) jagatud soojusjuhtivusega (k) (R=L/(kA)) ja soojusjuhtivuse määravad ainult keskkonna omadused, on paksus ainus muutuja.
Dielektrilise kihi paksust ei saa aga lõputult vähendada tootmisprotsessi piirangute ja kasutusiga arvestades, seega vajavad teadlased selle probleemi lahendamiseks uut materjali.
Kuidas saab nanokeraamikast saada parim lahendus MCPCB jaoks?
Teadlased on leidnud, et elektrokeemilise oksüdeerimisprotsessi (ECO) abil saab alumiiniumipinnale tekitada kümnete mikronite suuruse alumiiniumoksiidi keraamilise kihi (Al2O3). Samal ajal on sellel alumiiniumoksiidi keraamikal hea tugevus ja suhteliselt madal soojusjuhtivus (ligikaudu 7,3 W/mK). Kuna aga oksiidkile seondub elektrokeemilise oksüdeerimisprotsessi käigus automaatselt alumiiniumiaatomitega, väheneb kahe materjali vaheline soojustakistus ja sellel on ka teatav konstruktsioonitugevus.
Samal ajal ühendasid teadlased nano-keraamika vaskplaadiga, nii et selle komposiitstruktuuri üldpaksusel on kõrge soojusjuhtivus (ligikaudu 115 W/mK) väga madalal tasemel. Seetõttu sobib see materjal väga hästi CSP pakendi vajadustele.
Kokkuvõtteks
Kui disainerid jätkavad sobivate CSP pakkematerjalide uurimist ja leidmist, leiavad nad sageli, et nende vajadused on ületanud olemasoleva tehnoloogia. Soojuse hajumise probleem on kaasa toonud nanokeraamika tehnoloogia. See nanomaterjalist dielektriline kiht võib täita tühimiku traditsioonilise MCPCB ja AlN keraamika vahel. Et reklaamida disainereid kompaktsemate, puhtamate ja tõhusamate valgusallikate kasutuselevõtmisel.
