Что такое CSP?
Упаковка CSP (чип в масштабе) относится к технологии упаковки, при которой объем самой упаковки не превышает 20% от размера самого чипа (технология следующего поколения - это упаковка на уровне подложки, а размер упаковки - это такой же, как у микросхемы). Для достижения этой цели производители светодиодов максимально сокращают количество ненужных структур, например, используют стандартные мощные светодиоды, удаляют керамические теплоотводящие подложки и соединительные провода, металлизируют полюса P и N и закрывают флуоресцентный слой непосредственно над светодиодом. .
Согласно статистике Yole Développement, в 2020 году на упаковку CSP будет приходиться 34% рынка мощных светодиодов.
Почему у корпусов CSP возникают проблемы с отводом тепла?
Корпус CSP предназначен для непосредственной пайки на печатной плате (PCB) через металлизированные полюса P и N. В одном отношении это действительно хорошо. Такая конструкция снижает тепловое сопротивление между подложкой светодиода и печатной платой.
Однако, поскольку корпус CSP удаляет керамическую подложку в качестве теплоотвода, это обеспечивает передачу тепла непосредственно от подложки светодиода к плате печатной платы и, таким образом, становится сильным точечным источником тепла. В настоящее время проблема рассеивания тепла для CSP изменилась с" первого уровня (уровень светодиодной подложки)" на" уровень два (весь уровень модуля)" ;.
В ответ на эту ситуацию разработчики модулей начали использовать печатные платы с металлическим покрытием (MCPCB), чтобы справиться с упаковкой CSP.
Рисунок 1. Модель теплового излучения CSP-светодиода 1x1 мм на керамической подложке из AlN 0,635 мм (170 Вт / мК)
Из рисунков 1 и 2 видно, что исследователи провели серию испытаний моделирования теплового излучения на керамике MCPCB и нитрида алюминия (AlN). Из-за конструкции корпуса CSP тепловой поток передается только через небольшие паяные соединения. , Большая часть тепла сосредоточена в центральной части, что приведет к сокращению срока службы, ухудшению качества освещения и даже отказу светодиода.
Идеальная модель отвода тепла для MCPCB
Обычно структура большинства MCPCB: металлическая поверхность покрыта слоем меди на поверхности около 30 микрон. В то же время поверхность металла покрыта слоем полимерной среды, содержащей теплопроводящие керамические частицы. Однако слишком много теплопроводных керамических частиц повлияет на производительность и надежность всего MCPCB.
В то же время для слоя теплопроводящей среды всегда существует компромисс между производительностью и надежностью.
Согласно анализу исследователя&# 39, для достижения лучшего рассеивания тепла MCPCB необходимо уменьшить толщину диэлектрического слоя. Поскольку тепловое сопротивление (R) равно толщине (L), деленной на теплопроводность (k) (R=L / (kA)), а теплопроводность определяется только свойствами среды, толщина равна единственная переменная.
Однако толщину диэлектрического слоя нельзя уменьшать бесконечно из-за ограничений производственного процесса и соображений срока службы, поэтому исследователям нужен новый материал для решения этой проблемы.
Как нанокерамика может стать лучшим решением для MCPCB?
Исследователи обнаружили, что процесс электрохимического окисления (ECO) может привести к образованию слоя глиноземной керамики (Al2O3) в десятки микрон на поверхности алюминия. В то же время эта глиноземная керамика имеет хорошую прочность и относительно низкую теплопроводность (примерно 7,3 Вт / м · К). Однако, поскольку оксидная пленка автоматически связывается с атомами алюминия в процессе электрохимического окисления, термическое сопротивление между двумя материалами снижается, а также она имеет определенную структурную прочность.
В то же время исследователи объединили нанокерамику с медным покрытием, так что общая толщина этой композитной структуры имеет высокую общую теплопроводность (примерно 115 Вт / мК) на очень низком уровне. Следовательно, этот материал очень подходит для нужд упаковки CSP.
В заключение
Когда дизайнеры продолжают исследовать и находить подходящие упаковочные материалы CSP, они часто обнаруживают, что их потребности превышают существующие технологии. Проблема рассеивания тепла привела к рождению нанокерамической технологии. Этот диэлектрический слой наноматериала может заполнить пробел между традиционной керамикой MCPCB и AlN. Чтобы побудить дизайнеров вводить более компактные, чистые и эффективные источники света.
