Šta je CSP?
CSP (chip scale package) pakovanje odnosi se na tehnologiju pakovanja u kojoj zapremina samog pakovanja ne prelazi 20% veličine samog čipa (tehnologija nove generacije je pakovanje na nivou supstrata, a veličina pakovanja je isto kao i kod čipa). Kako bi postigli ovaj cilj, proizvođači LED-a maksimalno smanjuju nepotrebne strukture, poput korištenja standardnih LED dioda velike snage, uklanjanja keramičkih podloga za odvođenje topline i povezivanja žica, metaliziranja P i N polova i prekrivanja fluorescentnog sloja neposredno iznad LED-a .
Prema statistici Yole Développementa, CSP ambalaža činit će 34% tržišta LED dioda velike snage u 2020.
Zašto se CSP paketi suočavaju s izazovima rasipanja topline?
CSP paket je dizajniran za direktno lemljenje na štampanoj ploči (PCB) kroz metalizirane P i N polove. U jednom pogledu, to je zaista dobra stvar. Ovaj dizajn smanjuje toplinski otpor između LED podloge i PCB -a.
Međutim, budući da CSP paket uklanja keramičku podlogu kao hladnjak, to dovodi do prijenosa topline izravno s LED podloge na PCB ploču i tako postaje snažan izvor topline. U ovom trenutku izazov za odvođenje topline za CSP promijenjen je sa&"nivoa jedan" (nivo LED podloge)&" do&nivoa 2 (ceo nivo modula)&„.
Kao odgovor na ovu situaciju, dizajneri modula počeli su koristiti tiskane ploče prekrivene metalom (MCPCB) kako bi se nosili s CSP ambalažom.
Slika 1. Model toplinskog zračenja 1x1 mm CSP LED na 0,635 mm AlN keramičkoj podlozi (170 W/mK)
Iz slika 1 i 2 može se vidjeti da su istraživači proveli niz simulacijskih testova zračenja topline na MCPCB i keramiki aluminij -nitrida (AlN). Zbog strukture CSP paketa, toplinski tok se prenosi samo kroz male lemne spojeve. , Većina topline koncentrirana je u središnjem dijelu, što će dovesti do smanjenja vijeka trajanja, smanjene kvalitete svjetla, pa čak i kvara LED -a.
Idealan model rasipanja topline za MCPCB
Obično struktura većine MCPCB -a: metalna površina je prekrivena slojem bakra na površini od oko 30 mikrona. U isto vrijeme, metalna površina prekrivena je slojem smole koja sadrži toplinski provodljive keramičke čestice. Međutim, previše toplinski provodljivih keramičkih čestica utjecat će na performanse i pouzdanost cijele MCPCB.
U isto vrijeme, za toplinski vodljivi medijski sloj uvijek postoji kompromis između performansi i pouzdanosti.
Prema analizi istraživača' kako bi se postiglo bolje odvođenje topline, MCPCB mora smanjiti debljinu dielektričnog sloja. Budući da je toplinski otpor (R) jednak debljini (L) podijeljenoj s toplinskom vodljivošću (k) (R=L/(kA)), a toplinska vodljivost određena je samo svojstvima medija, debljina je jedina varijabla.
Međutim, debljina sloja dielektrika ne može se neograničeno smanjivati zbog ograničenja proizvodnih procesa i razmatranja vijeka trajanja, pa je istraživačima potreban novi materijal za rješavanje ovog problema.
Kako nano-keramika može postati najbolje rješenje za MCPCB?
Istraživači su otkrili da elektrokemijskim oksidacijskim procesom (ECO) može nastati sloj aluminijske glinice (Al2O3) od nekoliko desetaka mikrona na površini aluminija. Istovremeno, ova keramika od glinice ima dobru čvrstoću i relativno nisku toplinsku vodljivost (približno 7,3 W/mK). Međutim, budući da se oksidni film automatski veže s atomima aluminija tijekom procesa elektrokemijske oksidacije, toplinski otpor između dva materijala je smanjen, a ima i određenu strukturnu čvrstoću.
U isto vrijeme, istraživači su kombinirali nano-keramiku s bakrenom oblogom, tako da ukupna debljina ove kompozitne strukture ima visoku ukupnu toplinsku vodljivost (približno 115W/mK) na vrlo niskom nivou. Stoga je ovaj materijal vrlo pogodan za potrebe CSP ambalaže.
U zakljucku
Kada dizajneri nastave s istraživanjem i pronalaženjem odgovarajućih CSP ambalažnih materijala, često otkriju da su njihove potrebe premašile postojeću tehnologiju. Problem rasipanja topline doveo je do rođenja nano-keramičke tehnologije. Ovaj dielektrični sloj od nano materijala može popuniti jaz između tradicionalne MCPCB i AlN keramike. Kako bi se dizajneri potaknuli na uvođenje kompaktnijih, čistih i učinkovitijih izvora svjetlosti.
