Решения по охлаждению пакетов в масштабе чипа
Упаковка CSP (chip scale package) относится к технологии упаковки, при которой размер самой упаковки не превышает 20 процентов от размера самой микросхемы. Для достижения этой цели производители светодиодов максимально сокращают количество ненужных структур, таких как использование стандартных мощных светодиодов, удаление керамических теплоотводящих подложек и соединительных проводов, металлизация полюсов P и N и непосредственное покрытие флуоресцентных слоев над светодиодами.
Тепловая задача:
Корпус CSP предназначен для непосредственного приваривания к печатной плате (PCB) через металлизированные полюса P и N. С одной стороны, это действительно хорошо. Такая конструкция снижает тепловое сопротивление между подложкой светодиода и печатной платой.
Однако, поскольку корпус CSP удаляет керамическую подложку в качестве радиатора, тепло передается непосредственно от светодиодной подложки к печатной плате, которая становится сильным точечным источником тепла. В настоящее время задача рассеивания тепла для CSP изменилась с «уровня I (уровень подложки светодиода)» на «уровень II (уровень всего модуля)».
Из экспериментов по моделированию теплового излучения на рисунках 1 и 2 видно, что из-за конструкции упаковки CSP тепловой поток передается только через паяное соединение с небольшой площадью, и большая часть тепла концентрируется в центре. , что сократит срок службы, снизит качество света и даже приведет к выходу из строя светодиода.
Идеальная модель охлаждения MCPCB:
Структура большинства МКП: поверхность металла покрыта слоем медного покрытия толщиной около 30 мкм. В то же время металлическая поверхность также покрыта слоем смоляной среды, содержащей теплопроводные керамические частицы. Однако слишком большое количество теплопроводных керамических частиц повлияет на производительность и надежность всей печатной платы.
Исследователи обнаружили, что процесс электрохимического окисления (ECO) может производить слой алюмооксидной керамики (Al2O3) толщиной в десятки микрон на поверхности алюминия. В то же время эта глиноземная керамика обладает хорошей прочностью и относительно низкой теплопроводностью (около 7,3 Вт/мК). Однако, поскольку оксидная пленка автоматически связывается с атомами алюминия в процессе электрохимического окисления, термическое сопротивление между двумя материалами снижается, а также имеет определенную структурную прочность.
В то же время исследователи объединили нанокерамику с медным покрытием, чтобы общая толщина композитной конструкции обладала высокой общей теплопроводностью (около 115 Вт/МК) на очень низком уровне. Поэтому этот материал очень подходит для упаковки CSP.
Тепловая проблема упаковки CSP приводит к рождению технологии нанокерамики. Этот диэлектрический слой из наноматериала может заполнить пробел между традиционными MCPCB и керамикой AlN. Чтобы побудить дизайнеров к выпуску более миниатюрных, чистых и эффективных источников света.
