CSP چیست؟
بسته بندی CSP (بسته بندی مقیاس تراشه) به فناوری بسته بندی اطلاق می شود که در آن حجم بسته از 20 درصد اندازه خود تراشه تجاوز نمی کند (فناوری نسل بعدی بسته بندی در سطح بستر است و اندازه بسته بندی مشابه تراشه). به منظور دستیابی به این هدف ، تولیدکنندگان LED تا حد امکان ساختارهای غیر ضروری را کاهش می دهند ، مانند استفاده از LED های استاندارد با قدرت بالا ، حذف لایه های سرامیکی اتلاف گرما و اتصال سیم ها ، فلز کردن قطب های P و N و پوشاندن لایه فلورسنت مستقیماً بالای LED به
بر اساس آمار Yole Développement ، بسته بندی CSP 34 درصد از بازار LED های پرقدرت در سال 2020 را شامل می شود.
چرا بسته های CSP با چالش های اتلاف گرما روبرو هستند؟
بسته CSP طوری طراحی شده است که مستقیماً روی یک برد مدار چاپی (PCB) از طریق قطب های فلزی P و N لحیم می شود. از یک نظر ، واقعاً چیز خوبی است. این طراحی باعث کاهش مقاومت حرارتی بین لایه LED و PCB می شود.
با این حال ، از آنجا که بسته CSP بستر سرامیکی را به عنوان یک سینک حرارتی حذف می کند ، این باعث می شود که گرما مستقیماً از بستر LED به صفحه PCB منتقل شود و در نتیجه به یک منبع حرارتی قوی تبدیل شود. در این زمان ، چالش اتلاف گرما برای CSP از" ؛ سطح یک (سطح زیرلایه LED)" تغییر کرده است ؛ تا" ؛ سطح دو (کل سطح ماژول)" ؛.
در پاسخ به این وضعیت ، طراحان ماژول برای مقابله با بسته بندی CSP از تابلوهای مدار چاپی با روکش فلزی (MCPCB) استفاده کردند.
شکل 1. مدل تابش حرارتی 1x1 میلی متر CSP LED روی 0.635 میلی متر لایه سرامیکی AlN (170 W/mK)
از شکل های 1 و 2 مشخص است که محققان یک سری آزمایش های شبیه سازی تابش گرما را روی سرامیک های MCPCB و آلومینیوم نیترید (AlN) انجام داده اند. با توجه به ساختار بسته CSP ، شار حرارتی فقط از طریق اتصالات لحیم کاری کوچک منتقل می شود. ، بیشتر گرما در قسمت مرکزی متمرکز شده است که منجر به کاهش عمر مفید ، کاهش کیفیت نور و حتی خرابی LED می شود.
مدل اتلاف ایده آل حرارت برای MCPCB
معمولاً ساختار اکثر MCPCB ها: سطح فلز با لایه ای از مس در سطح حدود 30 میکرون آبکاری شده است. در همان زمان ، سطح فلز توسط یک لایه متوسط رزینی که حاوی ذرات سرامیکی رسانای حرارتی است ، پوشانده شده است. با این حال ، تعداد زیادی ذرات سرامیکی رسانای حرارتی بر عملکرد و قابلیت اطمینان کل MCPCB تأثیر می گذارد.
در عین حال ، برای لایه متوسط رسانای حرارتی ، همیشه بین عملکرد و قابلیت اطمینان جابجایی وجود دارد.
طبق تجزیه و تحلیل محقق' ، برای دستیابی به اتلاف گرما بهتر ، MCPCB باید ضخامت لایه دی الکتریک را کاهش دهد. از آنجا که مقاومت حرارتی (R) برابر ضخامت (L) تقسیم بر هدایت حرارتی (k) (R=L/(kA)) است و هدایت حرارتی فقط با خواص محیط تعیین می شود ، ضخامت تنها متغیر
با این حال ، ضخامت لایه دی الکتریک به دلیل محدودیت های فرایند تولید و ملاحظات عمر مفید نمی تواند به طور نامحدود کاهش یابد ، بنابراین محققان برای حل این مشکل به مواد جدیدی نیاز دارند.
چگونه نانو سرامیک می تواند بهترین راه حل برای MCPCB شود؟
محققان دریافتند که یک فرایند اکسیداسیون الکتروشیمیایی (ECO) می تواند لایه ای از سرامیک آلومینا (Al2O3) ده ها میکرون بر روی سطح آلومینیوم تولید کند. در عین حال ، این سرامیک آلومینا دارای استحکام خوب و هدایت حرارتی نسبتاً کم (تقریبا 7.3 W/mK) است. با این حال ، از آنجا که فیلم اکسید به طور خودکار در طول فرآیند اکسیداسیون الکتروشیمیایی با اتم های آلومینیوم متصل می شود ، مقاومت حرارتی بین این دو ماده کاهش می یابد و همچنین دارای مقاومت ساختاری خاصی است.
در همان زمان ، محققان نانو سرامیک را با روکش مس ترکیب کردند تا ضخامت کلی این ساختار کامپوزیت دارای هدایت حرارتی کلی بالا (تقریباً 115W/mK) در سطح بسیار پایین باشد. بنابراین ، این ماده برای نیازهای بسته بندی CSP بسیار مناسب است.
در نتیجه
وقتی طراحان به کاوش و یافتن مواد بسته بندی مناسب CSP ادامه می دهند ، اغلب متوجه می شوند که نیازهای آنها از فناوری موجود فراتر رفته است. مشکل اتلاف گرما منجر به پیدایش فناوری نانو سرامیک شده است. این لایه دی الکتریک نانو مواد می تواند فاصله بین سرامیک های سنتی MCPCB و AlN را پر کند. بنابراین به منظور تشویق طراحان به منظور معرفی منابع نوری جمع و جورتر ، تمیز و کارآمد.
