Kas yra CSP?
CSP (angl. Chip scale package) pakuotė-tai pakavimo technologija, kai pačios pakuotės tūris neviršija 20% paties lusto dydžio (naujos kartos technologija yra substrato lygio pakuotė, o pakuotės dydis- tas pats kaip ir mikroschemoje). Siekdami šio tikslo, šviesos diodų gamintojai kiek įmanoma sumažina nereikalingas struktūras, pavyzdžiui, naudoja standartinius didelės galios šviesos diodus, pašalina keraminius šilumos išsklaidymo pagrindus ir jungiamuosius laidus, metalizuoja P ir N polius ir dengia fluorescencinį sluoksnį tiesiai virš šviesos diodo. .
Remiantis Yole Développement statistika, 2020 m. CSP pakuotės užims 34% didelės galios LED rinkos.
Kodėl CSP paketai susiduria su šilumos išsklaidymo iššūkiais?
CSP paketas skirtas tiesiogiai lituoti ant spausdintinės plokštės (PCB) per metalizuotus P ir N polius. Viena vertus, tai tikrai geras dalykas. Ši konstrukcija sumažina šiluminę varžą tarp LED pagrindo ir PCB.
Tačiau kadangi CSP paketas pašalina keraminį pagrindą kaip šilumos kriauklę, šiluma perduodama tiesiai iš LED pagrindo į PCB plokštę ir taip tampa stipriausiu šilumos šaltiniu. Šiuo metu CSP šilumos išsklaidymo uždavinys pasikeitė nuo&"pirmojo lygio (LED substrato lygis) &"; iki&"; antras lygis (visas modulio lygis) &";
Reaguodami į šią situaciją, modulių dizaineriai, norėdami susidoroti su CSP pakuotėmis, pradėjo naudoti metalu dengtas spausdintines plokštes (MCPCB).
1 pav. Šilumos spinduliuotės modelis 1x1 mm CSP LED ant 0,635 mm AlN keraminio pagrindo (170 W/mK)
Iš 1 ir 2 paveikslų matyti, kad tyrėjai atliko keletą šilumos spinduliuotės modeliavimo bandymų su MCPCB ir aliuminio nitrido (AlN) keramika. Dėl CSP paketo struktūros šilumos srautas perduodamas tik per mažas lydmetalio jungtis. , Didžioji dalis šilumos yra sutelkta centrinėje dalyje, todėl sutrumpės tarnavimo laikas, sumažės šviesos kokybė ir netgi sugenda šviesos diodai.
Idealus šilumos išsklaidymo modelis MCPCB
Paprastai daugumos MCPCB struktūra: metalinis paviršius yra padengtas vario sluoksniu, kurio paviršius yra apie 30 mikronų. Tuo pačiu metu metalinis paviršius yra padengtas dervos terpės sluoksniu, kuriame yra šilumą laidžios keramikos dalelės. Tačiau per daug šilumą laidžių keramikos dalelių turės įtakos viso MCPCB veikimui ir patikimumui.
Tuo pačiu metu šilumos laidumo terpės sluoksnis visada yra kompromisas tarp našumo ir patikimumo.
Anot tyrėjo' analizės, siekiant geresnio šilumos išsklaidymo, MCPCB turi sumažinti dielektrinio sluoksnio storį. Kadangi šiluminė varža (R) yra lygi storiui (L), padalytam iš šilumos laidumo (k) (R=L/(kA)), o šilumos laidumą lemia tik terpės savybės, storis vienintelis kintamasis.
Tačiau dielektrinio sluoksnio storis negali būti neribotą laiką mažinamas dėl gamybos proceso apribojimų ir tarnavimo laiko, todėl tyrėjams reikia naujos medžiagos, kad būtų galima išspręsti šią problemą.
Kaip nanokeramika gali tapti geriausiu MCPCB sprendimu?
Mokslininkai nustatė, kad dėl elektrocheminio oksidacijos proceso (ECO) ant aliuminio paviršiaus gali susidaryti dešimtys mikronų aliuminio oksido keramikos (Al2O3) sluoksnis. Tuo pačiu metu ši aliuminio oksido keramika turi gerą stiprumą ir santykinai mažą šilumos laidumą (maždaug 7,3 W/mK). Tačiau, kadangi elektrocheminio oksidacijos proceso metu oksido plėvelė automatiškai jungiasi su aliuminio atomais, sumažėja šiluminė varža tarp dviejų medžiagų ir turi tam tikrą struktūrinį stiprumą.
Tuo pačiu metu mokslininkai sujungė nano keramiką su variu, plakiruotu taip, kad bendras šios kompozicinės konstrukcijos storis turėtų aukštą bendrą šilumos laidumą (maždaug 115 W/mK) ir labai žemą lygį. Todėl ši medžiaga labai tinka CSP pakuotės poreikiams.
Apibendrinant
Kai dizaineriai toliau tiria ir randa tinkamas CSP pakavimo medžiagas, jie dažnai pastebi, kad jų poreikiai viršijo esamą technologiją. Dėl šilumos išsklaidymo problemos atsirado nanokeraminė technologija. Šis dielektrinis nano medžiagos sluoksnis gali užpildyti spragą tarp tradicinės MCPCB ir AlN keramikos. Siekdami paskatinti dizainerius pristatyti kompaktiškesnius, švaresnius ir efektyvesnius šviesos šaltinius.
