Apa itu CSP?
Pembungkusan CSP (paket skala cip) merujuk kepada teknologi pembungkusan di mana jumlah pakej itu sendiri tidak melebihi 20% dari ukuran cip itu sendiri (teknologi generasi seterusnya adalah pembungkusan tahap substrat, dan ukuran paket adalah sama seperti cip). Untuk mencapai tujuan ini, pengeluar LED mengurangkan struktur yang tidak perlu sebanyak mungkin, seperti menggunakan LED kuasa tinggi standard, mengeluarkan substrat pelesapan haba seramik dan wayar penyambung, mengetatkan tiang P dan N, dan menutup lapisan pendarfluor tepat di atas LED .
Menurut statistik Yole Développement, pembungkusan CSP akan menyumbang 34% dari pasaran LED berkuasa tinggi pada tahun 2020.
Mengapa pakej CSP menghadapi cabaran penyebaran haba?
Pakej CSP direka untuk disolder secara langsung pada papan litar bercetak (PCB) melalui tiang P dan N yang diperbuat daripada logam. Dari satu segi, ia memang sesuatu yang baik. Reka bentuk ini mengurangkan ketahanan terma antara substrat LED dan PCB.
Walau bagaimanapun, kerana paket CSP mengeluarkan substrat seramik sebagai pendingin, ini menjadikan pemindahan haba secara langsung dari substrat LED ke papan PCB dan dengan itu menjadi sumber haba titik kuat. Pada masa ini, cabaran pelesapan haba untuk CSP telah berubah dari" level one (LED substrate level)" ke" tahap dua (keseluruhan tahap modul)" ;.
Sebagai tindak balas kepada keadaan ini, pereka modul mula menggunakan papan litar bercetak yang ditutup dengan logam (MCPCB) untuk mengatasi kemasan CSP.
Gambar 1. Model sinaran termal LED CSP 1x1 mm pada substrat seramik AlN 0.635 mm (170 W / mK)
Dari Gambar 1 dan 2 dapat dilihat bahawa para penyelidik telah melakukan serangkaian ujian simulasi sinaran panas pada seramik MCPCB dan aluminium nitrida (AlN). Oleh kerana struktur pakej CSP, fluks haba hanya dipindahkan melalui sendi pateri kecil. , Sebilangan besar haba tertumpu di bahagian tengah, yang akan menyebabkan hayat perkhidmatan berkurang, kualiti cahaya berkurang, dan juga kegagalan LED.
Model pelesapan haba yang sesuai untuk MCPCB
Biasanya struktur kebanyakan MCPCB: permukaan logam disalut dengan lapisan tembaga di permukaan sekitar 30 mikron. Pada masa yang sama, permukaan logam ditutup oleh lapisan medium resin yang mengandungi zarah seramik yang konduktif terma. Walau bagaimanapun, terlalu banyak zarah seramik yang konduktif terma akan mempengaruhi prestasi dan kebolehpercayaan keseluruhan MCPCB.
Pada masa yang sama, untuk lapisan medium konduktif terma, selalu ada pertukaran antara prestasi dan kebolehpercayaan.
Menurut analisis penyelidik&# 39, untuk mencapai pelesapan haba yang lebih baik, MCPCB perlu mengurangkan ketebalan lapisan dielektrik. Oleh kerana rintangan haba (R) sama dengan ketebalan (L) dibahagi dengan kekonduksian terma (k) (R=L / (kA)), dan kekonduksian terma hanya ditentukan oleh sifat medium, ketebalannya adalah satu-satunya pemboleh ubah.
Walau bagaimanapun, ketebalan lapisan dielektrik tidak dapat dikurangkan selama-lamanya kerana keterbatasan proses pengeluaran dan pertimbangan hayat perkhidmatan, jadi penyelidik memerlukan bahan baru untuk menyelesaikan masalah ini.
Bagaimana nano-seramik boleh menjadi penyelesaian terbaik untuk MCPCB?
Para penyelidik telah mendapati bahawa proses pengoksidaan elektrokimia (ECO) dapat menghasilkan lapisan alumina seramik (Al2O3) berpuluh-puluh mikron di permukaan aluminium. Pada masa yang sama, seramik alumina ini mempunyai kekuatan yang baik dan kekonduksian terma yang agak rendah (kira-kira 7.3 W / mK). Walau bagaimanapun, kerana filem oksida secara automatik terikat dengan atom aluminium semasa proses pengoksidaan elektrokimia, rintangan haba antara kedua bahan tersebut berkurang, dan ia juga mempunyai kekuatan struktur tertentu.
Pada masa yang sama, para penyelidik menggabungkan nano-seramik dengan tembaga yang dilekatkan sehingga keseluruhan ketebalan struktur komposit ini mempunyai kekonduksian terma total yang tinggi (kira-kira 115W / mK) pada tahap yang sangat rendah. Oleh itu, bahan ini sangat sesuai untuk keperluan pembungkusan CSP.
Kesimpulannya
Apabila pereka terus meneroka dan mencari bahan pembungkusan CSP yang sesuai, mereka sering mendapati bahawa keperluan mereka melebihi teknologi yang ada. Masalah pelesapan haba menyebabkan lahirnya teknologi nano-seramik. Lapisan dielektrik bahan nano ini dapat mengisi jurang antara seramik MCPCB tradisional dan AlN. Untuk mempromosikan pereka untuk memperkenalkan sumber cahaya yang lebih padat, bersih dan cekap.
