Mi az a CSP?
A CSP (chip scale package) csomagolás olyan csomagolási technológiára utal, amelyben maga a csomag térfogata nem haladja meg a chip méretének 20% -át (a következő generációs technológia szubsztrát szintű csomagolás, a csomag mérete pedig a ugyanaz, mint a chipnél). E cél elérése érdekében a LED-gyártók a lehető legnagyobb mértékben csökkentik a szükségtelen szerkezeteket, például szabványos nagy teljesítményű LED-eket használnak, eltávolítják a kerámia hőelvezető aljzatokat és összekötő vezetékeket, P és N pólusokat fémeznek, és közvetlenül a LED fölött lefedik a fluoreszkáló réteget. .
A Yole Développement statisztikái szerint a CSP csomagolás a nagy teljesítményű LED-piac 34% -át teszi ki 2020-ban.
Miért néznek szembe a CSP csomagok a hőelvezetési kihívásokkal?
A CSP csomagot úgy tervezték, hogy közvetlenül forrasztható legyen nyomtatott áramköri kártyán (PCB), fémezett P és N pólusokon keresztül. Egy szempontból valóban jó dolog. Ez a kialakítás csökkenti a LED -aljzat és a NYÁK közötti hőellenállást.
Mivel azonban a CSP csomag eltávolítja a kerámia aljzatot hűtőbordaként, ezáltal a hőátadás közvetlenül a LED hordozóról a NYÁK lapra történik, és így erős hőforrássá válik. Jelenleg a CSP hőelvezetési kihívása megváltozott&"első szintről (LED szubsztrát szint) &";&"; második szint (a teljes modul szintje) &";
Erre a helyzetre reagálva a modultervezők fémbevonatú nyomtatott áramköri lapokat (MCPCB) kezdtek használni a CSP csomagolás kezeléséhez.
1. ábra 1x1 mm -es CSP LED hősugárzási modellje 0,635 mm -es AlN kerámia aljzaton (170 W/mK)
Az 1. és 2. ábrán látható, hogy a kutatók hősugárzást szimuláló tesztsorozatot végeztek MCPCB és alumínium -nitrid (AlN) kerámiákon. A CSP csomag felépítése miatt a hőáram csak a kis forrasztási kötéseken keresztül kerül át. , A hő nagy része a központi részre koncentrálódik, ami az élettartam csökkenéséhez, a fényminőség romlásához és a LED -ek meghibásodásához vezet.
Ideális hőelvezetési modell az MCPCB számára
Általában a legtöbb MCPCB szerkezete: a fémfelületet körülbelül 30 mikron felületű rézréteggel borítják. Ugyanakkor a fémfelületet hővezető kerámia részecskéket tartalmazó gyanta közegréteg borítja. Azonban túl sok hővezető kerámia részecske befolyásolja a teljes MCPCB teljesítményét és megbízhatóságát.
Ugyanakkor a hővezető közegréteg esetében mindig van kompromisszum a teljesítmény és a megbízhatóság között.
A kutató' elemzése szerint a jobb hőelvezetés érdekében az MCPCB -nek csökkentenie kell a dielektromos réteg vastagságát. Mivel a hőellenállás (R) egyenlő a vastagsággal (L) osztva a hővezető képességgel (k) (R=L/(kA)), és a hővezető képességet csak a közeg tulajdonságai határozzák meg, a vastagság az egyetlen változó.
A dielektromos réteg vastagságát azonban nem lehet a végtelenségig csökkenteni a gyártási folyamat korlátai és az élettartam megfontolása miatt, ezért a kutatóknak új anyagra van szükségük a probléma megoldásához.
Hogyan lehet a nano-kerámia a legjobb megoldás az MCPCB számára?
A kutatók azt találták, hogy egy elektrokémiai oxidációs eljárás (ECO) több tíz mikronos alumínium -oxid kerámia (Al2O3) réteget hozhat létre az alumínium felületén. Ugyanakkor ez az alumínium -oxid kerámia jó szilárdságú és viszonylag alacsony hővezető képességű (kb. 7,3 W/mK). Mivel azonban az oxidfilm az elektrokémiai oxidációs folyamat során automatikusan kötődik alumínium atomokhoz, a két anyag közötti hőállóság csökken, és bizonyos szerkezeti szilárdsággal is rendelkezik.
Ugyanakkor a kutatók a nano-kerámiát rézbevonattal kombinálták, így ennek az összetett szerkezetnek a teljes vastagsága magas teljes hővezető képességgel (kb. 115 W/mK) és nagyon alacsony szinten rendelkezik. Ezért ez az anyag nagyon alkalmas a CSP csomagolás igényeihez.
Következtetésképpen
Amikor a tervezők tovább kutatják és megtalálják a megfelelő CSP csomagolóanyagokat, gyakran azt tapasztalják, hogy igényeik meghaladták a meglévő technológiát. A hőelvezetési probléma a nano-kerámia technológia megszületéséhez vezetett. Ez a nanoanyagú dielektromos réteg kitölti a szakadékot a hagyományos MCPCB és AlN kerámiák között. Annak érdekében, hogy a tervezőket kompaktabb, tisztább és hatékonyabb fényforrások bevezetésére ösztönözzék.
