koeloplossingen op chipschaal
CSP-verpakking (chip scale package) verwijst naar een verpakkingstechnologie waarbij de grootte van de verpakking zelf niet groter is dan 20 procent van de grootte van de chip zelf. Om dit doel te bereiken, verminderen LED-fabrikanten onnodige structuren zoveel mogelijk, zoals het gebruik van standaard high-power LED's, het verwijderen van keramische warmteafvoersubstraten en verbindingsdraden, het metalliseren van P- en N-polen en het direct bedekken van fluorescerende lagen boven LED's.
Thermische uitdaging:
CSP-pakket is ontworpen om rechtstreeks op printplaat (PCB) te worden gelast via gemetalliseerde P- en N-polen. In zekere zin is het inderdaad een goede zaak. Dit ontwerp vermindert de thermische weerstand tussen het LED-substraat en de printplaat.
Omdat het CSP-pakket echter het keramische substraat als koellichaam verwijdert, wordt de warmte rechtstreeks van het LED-substraat naar de printplaat overgebracht, wat een sterke warmtebron wordt. Op dit moment is de warmtedissipatie-uitdaging voor CSP veranderd van "niveau I (LED-substraatniveau)" naar "niveau II (hele moduleniveau)".
Uit de simulatie-experimenten met thermische straling in de figuren 1 en 2 blijkt dat vanwege de structuur van de CSP-verpakking de warmteflux alleen met een klein gebied door de soldeerverbinding wordt overgedragen en dat de meeste warmte in het midden wordt geconcentreerd. , wat de levensduur verkort, de lichtkwaliteit vermindert en zelfs leidt tot led-uitval.
Ideaal koelmodel van MCPCB:
De structuur van de meeste MCPCB's: het metalen oppervlak is geplateerd met een laag kopercoating van ongeveer 30 micron. Tegelijkertijd is het metalen oppervlak ook bedekt met een medium harslaag die warmtegeleidende keramische deeltjes bevat. Te veel thermisch geleidende keramische deeltjes zullen echter de prestaties en betrouwbaarheid van de hele MCPCB beïnvloeden.
Onderzoekers ontdekten dat een elektrochemisch oxidatieproces (ECO) een laag aluminiumoxide-keramiek (Al2O3) met tientallen microns op het aluminiumoppervlak kan produceren. Tegelijkertijd heeft dit aluminiumoxide-keramiek een goede sterkte en een relatief lage thermische geleidbaarheid (ongeveer 7,3 w / MK). Omdat de oxidefilm echter automatisch wordt gebonden met aluminiumatomen tijdens het proces van elektrochemische oxidatie, wordt de thermische weerstand tussen de twee materialen verminderd en heeft deze ook een bepaalde structurele sterkte.
Tegelijkertijd combineerden de onderzoekers nanokeramiek met koperen coating om de totale dikte van de composietstructuur een hoge totale thermische geleidbaarheid (ongeveer 115W / MK) op een zeer laag niveau te geven. Hierdoor is dit materiaal zeer geschikt voor CSP-verpakkingen.
Het thermische probleem van CSP-verpakkingen leidt tot de geboorte van nanokeramische technologie. Deze diëlektrische laag van nanomateriaal kan de kloof tussen traditionele MCPCB en AlN-keramiek opvullen. Om ontwerpers te stimuleren om meer geminiaturiseerde, schone en efficiënte lichtbronnen te lanceren.
