Hvad er CSP?
CSP-emballage (chipskalapakke) henviser til en emballageteknologi, hvor mængden af selve pakken ikke overstiger 20% af selve chippens størrelse (næste generations teknologi er emballage på substratniveau, og pakkestørrelsen er den samme som chippens). For at nå dette mål reducerer LED-producenter unødvendige strukturer så meget som muligt, såsom brug af standard high-power LED'er, fjernelse af keramiske varmeafledningssubstrater og forbindelsesledninger, metaldannelse af P- og N-poler og dækning af det fluorescerende lag direkte over LED'en.
Ifølge Yole Développement-statistikker vil CSP-emballage tegne sig for 34% af det højeffekt-LED-marked i 2020.
Hvorfor står CSP-pakker over for varmeafledningsudfordringer?
CSP-pakken er designet til at blive direkte loddet på et printkort (PCB) gennem metaliserede P- og N-poler. På en måde er det virkelig en god ting. Dette design reducerer den termiske modstand mellem LED-substratet og PRINT.
Men fordi CSP-pakken fjerner det keramiske substrat som en køleplade, gør dette varmeoverførslen direkte fra LED-underlaget til PRINT-brættet og bliver dermed en stærk punktvarmekilde. På nuværende tidspunkt har varmeafledningsudfordringen for CSP ændret sig fra "niveau et (LED-substratniveau)" til "niveau to (hele modulniveauet)".
Som reaktion på denne situation begyndte moduldesignere at bruge metaldækkede printkort (MCPCB) til at håndtere CSP-emballage.
Figur 1. Termisk strålingsmodel på 1x1 mm CSP LED på 0,635 mm AlN keramisk substrat (170 W/mK)
Det fremgår af figur 1 og 2, at forskerne gennemførte en række varmestrålingssimuleringstest på MCPCB og aluminiumnitrid (AlN) keramik. På grund af CSP-pakkens struktur overføres varmefluxen kun gennem de små loddefuger. , Er det meste af varmen koncentreret i den centrale del, hvilket vil føre til nedsat levetid, reduceret lyskvalitet og endda LED-svigt.
Ideel model til varmeafledning til MCPCB
Normalt strukturen af de fleste MCPCBs: metaloverfladen er belagt med et lag kobber på overfladen af omkring 30 mikron. Samtidig er metaloverfladen dækket af et harpiksmedlag, der indeholder termisk ledende keramiske partikler. Men alt for mange termisk ledende keramiske partikler vil påvirke ydeevnen og pålideligheden af hele MCPCB.
Samtidig er der for det termisk ledende mediumlag altid en afvej fra mellem ydeevne og pålidelighed.
Ifølge forskerens analyse, for at opnå bedre varmeafledning, MCPCB nødt til at reducere tykkelsen af det dielektriske lag. Da den termiske modstand (R) er lig med tykkelsen (L) divideret med den termiske ledningsevne (k) (R=L/(kA)), og den termiske ledningsevne kun bestemmes af mediets egenskaber, er tykkelsen den eneste variabel.
Imidlertid kan tykkelsen af det dielektriske lag ikke reduceres på ubestemt tid på grund af produktionsprocesbegrænsninger og levetidsovervejelser, så forskere har brug for et nyt materiale for at løse dette problem.
Hvordan kan nanokeramik blive den bedste løsning for MCPCB?
Forskere har konstateret, at en elektrokemisk oxidationsproces (ECO) kan producere et lag aluminiumoxid keramik (Al2O3) af snesevis af mikron på overfladen af aluminium. Samtidig har denne aluminiumoxidkeramik god styrke og relativt lav termisk ledningsevne (ca. 7,3 W/mK). Men da oxidfilmen automatisk binder sig til aluminiumatomer under den elektrokemiske oxidationsproces, reduceres den termiske modstand mellem de to materialer, og den har også en vis strukturel styrke.
Samtidig kombinerede forskerne nanokeramik med kobberbeklædt, så den samlede tykkelse af denne kompositstruktur har en høj samlet termisk ledningsevne (ca. 115W/mK) på et meget lavt niveau. Derfor er dette materiale meget velegnet til CSP-emballagens behov.
Afslutningsvis vil jeg gerne
Når designere fortsætter med at udforske og finde egnede CSP-emballagematerialer, oplever de ofte, at deres behov har overskredet den eksisterende teknologi. Problemet med varmeafledning har ført til fødslen af nanokeramisk teknologi. Dette nano-materiale dielektriske lag kan udfylde hullet mellem traditionel MCPCB og AlN keramik. Så for at fremme designere til at indføre mere kompakte, rene og effektive lyskilder.
