Ce este CSP?
Ambalajul CSP (ambalaj cu cip) se referă la o tehnologie de ambalare în care volumul pachetului în sine nu depășește 20% din dimensiunea cipului în sine (tehnologia de generație următoare este ambalajul la nivel de substrat, iar dimensiunea ambalajului este la fel ca cea a cipului). Pentru a atinge acest obiectiv, producătorii de LED-uri reduc pe cât posibil structurile inutile, cum ar fi utilizarea LED-urilor standard de mare putere, îndepărtarea substraturilor ceramice de disipare a căldurii și conectarea firelor, metalizarea stâlpilor P și N și acoperirea stratului fluorescent direct deasupra LED-ului .
Conform statisticilor Yole Développement, ambalajele CSP vor reprezenta 34% din piața LED-urilor de mare putere în 2020.
De ce pachetele CSP se confruntă cu provocări de disipare a căldurii?
Pachetul CSP este conceput pentru a fi lipit direct pe o placă cu circuite imprimate (PCB) prin poli metalici P și N. Într-o anumită privință, este într-adevăr un lucru bun. Acest design reduce rezistența termică dintre substratul LED și PCB.
Cu toate acestea, deoarece pachetul CSP îndepărtează substratul ceramic ca radiator, acest lucru face transferul de căldură direct de pe substratul LED către placa PCB și astfel devine o sursă de căldură puternică. În acest moment, provocarea de disipare a căldurii pentru CSP s-a schimbat de la" nivelul unu (nivel substrat LED)" la" nivelul doi (întregul nivel al modulului)" ;.
Ca răspuns la această situație, proiectanții de module au început să folosească plăci de circuite imprimate acoperite cu metal (MCPCB) pentru a face față ambalajelor CSP.
Figura 1. Model de radiație termică cu LED CSP de 1x1 mm pe substrat ceramic AlN de 0,635 mm (170 W / mK)
Din figurile 1 și 2 se poate observa că cercetătorii au efectuat o serie de teste de simulare a radiațiilor de căldură pe ceramica MCPCB și nitrură de aluminiu (AlN). Datorită structurii pachetului CSP, fluxul de căldură este transferat numai prin îmbinările mici de lipit. , Cea mai mare parte a căldurii este concentrată în partea centrală, ceea ce va duce la reducerea duratei de viață, la calitatea luminii redusă și chiar la defectarea LED-urilor.
Model ideal de disipare a căldurii pentru MCPCB
De obicei, structura majorității MCPCB-urilor: suprafața metalică este placată cu un strat de cupru pe suprafața de aproximativ 30 microni. În același timp, suprafața metalică este acoperită de un strat mediu de rășină care conține particule ceramice conductoare termic. Cu toate acestea, prea multe particule ceramice conductoare termic vor afecta performanța și fiabilitatea întregului MCPCB.
În același timp, pentru stratul mediu conductiv termic, există întotdeauna un compromis între performanță și fiabilitate.
Conform analizei cercetătorului &, pentru a realiza o mai bună disipare a căldurii, MCPCB trebuie să reducă grosimea stratului dielectric. Deoarece rezistența termică (R) este egală cu grosimea (L) împărțită la conductivitatea termică (k) (R=L / (kA)), iar conductivitatea termică este determinată numai de proprietățile mediului, grosimea este singura variabilă.
Cu toate acestea, grosimea stratului dielectric nu poate fi redusă la nesfârșit din cauza limitărilor procesului de producție și a considerentelor privind durata de viață, astfel încât cercetătorii au nevoie de un material nou pentru a rezolva această problemă.
Cum poate nanoceramica să devină cea mai bună soluție pentru MCPCB?
Cercetătorii au descoperit că un proces de oxidare electrochimică (ECO) poate produce un strat de alumină ceramică (Al2O3) de zeci de microni pe suprafața aluminiului. În același timp, această ceramică de alumină are o rezistență bună și o conductivitate termică relativ scăzută (aproximativ 7,3 W / mK). Cu toate acestea, deoarece filmul de oxid se leagă automat cu atomii de aluminiu în timpul procesului de oxidare electrochimică, rezistența termică dintre cele două materiale este redusă și are, de asemenea, o anumită rezistență structurală.
În același timp, cercetătorii au combinat nano-ceramică cu placat cu cupru, astfel încât grosimea totală a acestei structuri compozite să aibă o conductivitate termică totală ridicată (aproximativ 115W / mK) la un nivel foarte scăzut. Prin urmare, acest material este foarte potrivit pentru nevoile de ambalare CSP.
In concluzie
Când proiectanții continuă să exploreze și să găsească materiale de ambalare CSP adecvate, deseori constată că nevoile lor au depășit tehnologia existentă. Problema disipării căldurii a dus la nașterea tehnologiei nano-ceramice. Acest strat dielectric nanomaterial poate umple golul dintre ceramica tradițională MCPCB și AlN. Pentru a promova designerii să introducă surse de lumină mai compacte, mai curate și mai eficiente.
