wie man das thermische CSP-Problem löst
CSP-Verpackung (Chip Scale Package) bezieht sich auf eine Verpackungstechnologie, bei der die Größe des Gehäuses selbst 20 % der Größe des Chips selbst nicht überschreitet. Um dieses Ziel zu erreichen, reduzieren LED-Hersteller so weit wie möglich unnötige Strukturen, wie beispielsweise den Einsatz von Standard-Hochleistungs-LEDs, das Entfernen von keramischen Wärmeableitungssubstraten und Anschlussdrähten, das Metallisieren von P- und N-Polen und das direkte Abdecken von Leuchtstoffschichten über LEDs.
Thermische Herausforderung:
Das CSP-Gehäuse ist so konzipiert, dass es über metallisierte P- und N-Pole direkt an die Leiterplatte (PCB) geschweißt wird. In gewisser Weise ist es in der Tat eine gute Sache. Dieses Design reduziert den thermischen Widerstand zwischen dem LED-Substrat und der Leiterplatte.
Da das CSP-Gehäuse jedoch das Keramiksubstrat als Kühlkörper entfernt, wird die Wärme direkt vom LED-Substrat auf die PCB übertragen, die zu einer starken Wärmequelle wird. Zu diesem Zeitpunkt hat sich die Herausforderung der Wärmeableitung für CSP von"Ebene I (LED-Substratebene)" bis"Stufe II (ganze Modulstufe)".
Aus den Wärmestrahlungssimulationsexperimenten in den Bildern 1 und 2 ist ersichtlich, dass aufgrund der Struktur des CSP-Packaging der Wärmestrom nur mit einer kleinen Fläche durch die Lötstelle geleitet wird und sich die meiste Wärme im Zentrum konzentriert , die die Lebensdauer verkürzen, die Lichtqualität verringern und sogar zum Ausfall der LED führen.
Ideales Wärmeableitungsmodell von MCPCB:
Die Struktur der meisten MCPCB: Die Metalloberfläche ist mit einer Kupferschicht von etwa 30 Mikrometer überzogen. Gleichzeitig wird die Metalloberfläche auch mit einer Harzmediumschicht bedeckt, die wärmeleitende Keramikpartikel enthält. Zu viele wärmeleitende Keramikpartikel beeinträchtigen jedoch die Leistung und Zuverlässigkeit der gesamten MCPCB.
Forscher fanden heraus, dass ein elektrochemischer Oxidationsprozess (ECO) eine Schicht aus Aluminiumoxidkeramik (Al2O3) mit mehreren Dutzend Mikrometern auf der Aluminiumoberfläche erzeugen kann. Gleichzeitig hat diese Aluminiumoxid-Keramik eine gute Festigkeit und eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit (ca. 7,3 W/MK). Da der Oxidfilm jedoch beim elektrochemischen Oxidationsprozess automatisch mit Aluminiumatomen verbunden wird, wird der Wärmewiderstand zwischen den beiden Materialien verringert und er weist auch eine gewisse strukturelle Festigkeit auf.
Gleichzeitig kombinierten die Forscher Nanokeramik mit einer Kupferbeschichtung, um die Gesamtdicke der Verbundstruktur mit einer hohen Gesamtwärmeleitfähigkeit (ca. 115 W / MK) auf sehr niedrigem Niveau zu erreichen. Daher eignet sich dieses Material sehr gut für CSP-Verpackungen.
Das Problem der Wärmeableitung beim CSP-Packaging führt zur Geburtsstunde der Nanokeramiktechnologie. Diese dielektrische Schicht aus Nanomaterial kann die Lücke zwischen herkömmlicher MCPCB- und AlN-Keramik schließen. Um Designer zu ermutigen, miniaturisiertere, sauberere und effizientere Lichtquellen auf den Markt zu bringen.
