rozwiązania w zakresie chłodzenia pakietów w skali wiórów

     Pakowanie CSP (ang. chip scale package) odnosi się do technologii pakowania, w której rozmiar samego opakowania nie przekracza 20 procent wielkości samego chipa. Aby osiągnąć ten cel, producenci diod LED w jak największym stopniu ograniczają niepotrzebne konstrukcje, takie jak stosowanie standardowych diod LED dużej mocy, usuwanie ceramicznych podłoży rozpraszających ciepło i przewodów łączących, metalizacja biegunów P i N oraz bezpośrednie pokrywanie warstw fluorescencyjnych nad diodami LED.

Wyzwanie termiczne:    

Pakiet CSP jest przeznaczony do bezpośredniego przyspawania do płytki drukowanej (PCB) za pomocą metalizowanych biegunów P i N. W pewnym sensie jest to rzeczywiście dobra rzecz. Ta konstrukcja zmniejsza opór cieplny między podłożem LED a płytką drukowaną.

Ponieważ jednak pakiet CSP usuwa podłoże ceramiczne jako radiator, ciepło jest przekazywane bezpośrednio z podłoża LED na płytkę drukowaną, która staje się mocnym punktowym źródłem ciepła. W tym czasie wyzwanie rozpraszania ciepła dla CSP zmieniło się z „poziomu I (poziom podłoża LED)” na „poziom II (poziom całego modułu)”.

Z eksperymentów symulacji promieniowania cieplnego na rysunkach 1 i 2 widać, że ze względu na strukturę opakowania CSP strumień ciepła jest przenoszony tylko przez złącze lutowane o małej powierzchni, a większość ciepła jest skoncentrowana w środku , co zmniejszy żywotność, obniży jakość światła, a nawet doprowadzi do awarii diody.

Idealny model chłodzenia MCPCB:

Struktura większości MCPCB: metalowa powierzchnia jest pokryta warstwą miedzianej powłoki o grubości około 30 mikronów. Jednocześnie powierzchnia metalu pokryta jest warstwą żywicy zawierającej przewodzące ciepło cząstki ceramiczne. Jednak zbyt wiele cząstek ceramicznych przewodzących ciepło wpłynie na wydajność i niezawodność całego MCPCB.

    Naukowcy odkryli, że proces utleniania elektrochemicznego (ECO) może wytworzyć na powierzchni aluminium warstwę ceramiki z tlenku glinu (Al2O3) o grubości dziesiątek mikronów. Jednocześnie ta ceramika z tlenku glinu ma dobrą wytrzymałość i stosunkowo niską przewodność cieplną (około 7,3 w / MK). Ponieważ jednak warstwa tlenku jest automatycznie wiązana z atomami aluminium w procesie utleniania elektrochemicznego, zmniejsza się opór cieplny między dwoma materiałami, a także ma ona pewną wytrzymałość strukturalną.

Jednocześnie badacze połączyli nanoceramikę z powłoką miedzianą, aby ogólna grubość struktury kompozytowej charakteryzowała się wysoką całkowitą przewodnością cieplną (ok. 115W/MK) na bardzo niskim poziomie. Dlatego ten materiał jest bardzo odpowiedni do pakowania CSP.

Problem termiczny opakowań CSP prowadzi do narodzin technologii nanoceramicznej. Ta dielektryczna warstwa nanomateriału może wypełnić lukę między tradycyjnymi ceramikami MCPCB i AlN. Aby zachęcić projektantów do wprowadzania na rynek bardziej zminiaturyzowanych, czystych i wydajnych źródeł światła.