Τι είναι το CSP;
Η συσκευασία CSP (chip scale pack) αναφέρεται σε μια τεχνολογία συσκευασίας στην οποία ο όγκος του ίδιου του πακέτου δεν υπερβαίνει το 20% του μεγέθους του ίδιου του τσιπ (η τεχνολογία επόμενης γενιάς είναι συσκευασία σε επίπεδο υποστρώματος και το μέγεθος της συσκευασίας είναι ίδιο με αυτό του τσιπ). Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, οι κατασκευαστές LED μειώνουν τις περιττές δομές όσο το δυνατόν περισσότερο, όπως η χρήση τυποποιημένων LED υψηλής ισχύος, η αφαίρεση κεραμικών υποστρωμάτων διάχυσης θερμότητας και η σύνδεση καλωδίων, η μεταλλοποίηση πόλων P και N και η κάλυψη του στρώματος φθορισμού ακριβώς πάνω από το LED Το
Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία της Yole Développement, οι συσκευασίες CSP θα αντιπροσωπεύουν το 34% της αγοράς LED υψηλής ισχύος το 2020.
Γιατί τα πακέτα CSP αντιμετωπίζουν προκλήσεις διάχυσης θερμότητας;
Το πακέτο CSP έχει σχεδιαστεί για άμεση συγκόλληση σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) μέσω μεταλλικών πόλων Ρ και Ν. Από μία άποψη, είναι πράγματι καλό πράγμα. Αυτός ο σχεδιασμός μειώνει τη θερμική αντίσταση μεταξύ του υποστρώματος LED και του PCB.
Ωστόσο, επειδή το πακέτο CSP αφαιρεί το κεραμικό υπόστρωμα ως ψύκτρα, αυτό κάνει τη μεταφορά θερμότητας απευθείας από το υπόστρωμα LED στην πλακέτα PCB και έτσι γίνεται πηγή θερμότητας ισχυρού σημείου. Προς το παρόν, η πρόκληση διάχυσης θερμότητας για το CSP άλλαξε από" επίπεδο ένα (επίπεδο υποστρώματος LED)" στο" επίπεδο δύο (ολόκληρο το επίπεδο ενότητας)" ;.
Σε απάντηση αυτής της κατάστασης, οι σχεδιαστές μονάδων άρχισαν να χρησιμοποιούν πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (MCPCB) για να αντιμετωπίσουν τις συσκευασίες CSP.
Εικόνα 1. Μοντέλο θερμικής ακτινοβολίας 1x1 mm CSP LED σε κεραμικό υπόστρωμα 0,635 mm AlN (170 W/mK)
Από τα σχήματα 1 και 2 φαίνεται ότι οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια σειρά δοκιμών προσομοίωσης θερμικής ακτινοβολίας σε κεραμικά MCPCB και νιτρίδιο αργιλίου (AlN). Λόγω της δομής του πακέτου CSP, η ροή θερμότητας μεταφέρεται μόνο μέσω των μικρών αρμών συγκόλλησης. , Το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητας συγκεντρώνεται στο κεντρικό τμήμα, γεγονός που θα οδηγήσει σε μειωμένη διάρκεια ζωής, μειωμένη ποιότητα φωτός, ακόμη και αστοχία LED.
Ιδανικό μοντέλο διάχυσης θερμότητας για MCPCB
Συνήθως η δομή των περισσότερων MCPCB: η μεταλλική επιφάνεια είναι καλυμμένη με ένα στρώμα χαλκού στην επιφάνεια περίπου 30 μικρών. Ταυτόχρονα, η μεταλλική επιφάνεια καλύπτεται από ένα στρώμα μέσου ρητίνης που περιέχει θερμικά αγώγιμα κεραμικά σωματίδια. Ωστόσο, πάρα πολλά θερμικά αγώγιμα κεραμικά σωματίδια θα επηρεάσουν την απόδοση και την αξιοπιστία ολόκληρου του MCPCB.
Ταυτόχρονα, για το θερμικά αγώγιμο μέσο στρώμα, υπάρχει πάντα μια αντιστάθμιση μεταξύ απόδοσης και αξιοπιστίας.
Σύμφωνα με την ανάλυση του ερευνητή', για να επιτευχθεί καλύτερη διάχυση θερμότητας, το MCPCB πρέπει να μειώσει το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος. Δεδομένου ότι η θερμική αντίσταση (R) είναι ίση με το πάχος (L) διαιρούμενη με τη θερμική αγωγιμότητα (k) (R=L/(kA)) και η θερμική αγωγιμότητα καθορίζεται μόνο από τις ιδιότητες του μέσου, το πάχος είναι η μόνη μεταβλητή.
Ωστόσο, το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος δεν μπορεί να μειωθεί επ 'αόριστον λόγω των περιορισμών της διαδικασίας παραγωγής και των εκτιμήσεων για τη διάρκεια ζωής, οπότε οι ερευνητές χρειάζονται ένα νέο υλικό για να λύσουν αυτό το πρόβλημα.
Πώς μπορούν τα νανοκεραμικά να γίνουν η καλύτερη λύση για το MCPCB;
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια διαδικασία ηλεκτροχημικής οξείδωσης (ECO) μπορεί να παράγει ένα στρώμα κεραμικής αλουμίνας (Al2O3) δεκάδων μικρών στην επιφάνεια του αλουμινίου. Ταυτόχρονα, αυτό το κεραμικό αλουμίνας έχει καλή αντοχή και σχετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (περίπου 7,3 W/mK). Ωστόσο, δεδομένου ότι το φιλμ οξειδίου συνδέεται αυτόματα με άτομα αλουμινίου κατά τη διαδικασία ηλεκτροχημικής οξείδωσης, η θερμική αντίσταση μεταξύ των δύο υλικών μειώνεται και έχει επίσης μια ορισμένη δομική αντοχή.
Ταυτόχρονα, οι ερευνητές συνδύασαν νανοκεραμικά με επένδυση χαλκού έτσι ώστε το συνολικό πάχος αυτής της σύνθετης δομής να έχει υψηλή συνολική θερμική αγωγιμότητα (περίπου 115W/mK) σε πολύ χαμηλό επίπεδο. Επομένως, αυτό το υλικό είναι πολύ κατάλληλο για τις ανάγκες της συσκευασίας CSP.
Συμπερασματικά
Όταν οι σχεδιαστές συνεχίζουν να εξερευνούν και να βρίσκουν κατάλληλα υλικά συσκευασίας CSP, συχνά διαπιστώνουν ότι οι ανάγκες τους έχουν ξεπεράσει την υπάρχουσα τεχνολογία. Το πρόβλημα της διάχυσης της θερμότητας οδήγησε στη δημιουργία της νανοκεραμικής τεχνολογίας. Αυτό το διηλεκτρικό στρώμα νανο-υλικού μπορεί να καλύψει το κενό μεταξύ των παραδοσιακών κεραμικών MCPCB και AlN. Για να προωθήσουμε τους σχεδιαστές να εισάγουν πιο συμπαγείς, καθαρές και αποδοτικές πηγές φωτός.
