jak rozwiązać problem termiczny CSP

Opakowanie CSP (chip scale package) odnosi się do technologii pakowania, w której wielkość samego opakowania nie przekracza 20% wielkości samego chipa. Aby osiągnąć ten cel, producenci LED maksymalnie ograniczają niepotrzebne konstrukcje, takie jak stosowanie standardowych diod LED dużej mocy, usuwanie ceramicznych podłoży odprowadzających ciepło i przewodów połączeniowych, metalizowanie 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) poprzez metalizowane bieguny P i N. W pewnym sensie to rzeczywiście dobra rzecz. Taka konstrukcja zmniejsza opór cieplny między podłożem LED a płytką drukowaną.

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

Z eksperymentów symulacji promieniowania cieplnego przedstawionych na rysunkach 1 i 2 widać, że ze względu na konstrukcję opakowania CSP strumień ciepła jest przekazywany tylko przez złącze lutowane o niewielkiej powierzchni, a większość ciepła jest skoncentrowana w środku , co skróci żywotność, obniży jakość światła, a nawet doprowadzi do awarii diod LED.

Idealny model rozpraszania ciepła MCPCB:

Struktura większości MCPCB: metalowa powierzchnia jest pokryta warstwą miedzi o grubości około 30 mikronów. Jednocześnie powierzchnia metalu jest również pokryta 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 warstwę ceramiki z tlenku glinu (Al2O3) o grubości kilkudziesięciu mikronów na powierzchni aluminium. Jednocześnie ta ceramika z tlenku glinu ma dobrą wytrzymałość i stosunkowo niską przewodność cieplną (około 7,3 w/MK). Jednakże, ponieważ film tlenkowy jest automatycznie wiązany z atomami aluminium w procesie elektrochemicznego utleniania, odporność termiczna między dwoma materiałami jest zmniejszona, a także ma pewną wytrzymałość strukturalną.

Jednocześnie naukowcy połączyli nanoceramikę z powłoką miedzianą, aby całkowita grubość struktury kompozytowej miała wysoką całkowitą przewodność cieplną (około 115 W/MK) na bardzo niskim poziomie. Dlatego ten materiał jest bardzo odpowiedni do pakowania CSP.

Problem rozpraszania ciepła w opakowaniach CSP prowadzi do narodzin technologii nanoceramicznej. Ta nanomateriałowa warstwa dielektryczna może wypełnić lukę między tradycyjną ceramiką MCPCB i AlN Ceramics. Aby zachęcić projektantów do wprowadzenia na rynek bardziej zminiaturyzowanych, czystych i wydajnych źródeł światła.