如何解决CSP封装的散热难题?

时间:2022-01-05 00:52

本文摘要:什么是CSP?CSP(chipscalepackage)PCB是指一种PCB自身的体积大小不多达芯片自身大小的20%的PCB技术(下一代技术为衬底级别PCB,其PCB大小与芯片完全相同)。为了达成协议这一目的,LED制造商尽量的增加不必要的结构,比如使用标准高功率LED、除去陶瓷风扇基板和连接线、金属化P和N近于和必要在LED上方覆盖面积荧光层。根据YoleDéveloppement统计资料,CSPPCB将在2020年占高功率LED市场的34%。

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什么是CSP?CSP(chipscalepackage)PCB是指一种PCB自身的体积大小不多达芯片自身大小的20%的PCB技术(下一代技术为衬底级别PCB,其PCB大小与芯片完全相同)。为了达成协议这一目的,LED制造商尽量的增加不必要的结构,比如使用标准高功率LED、除去陶瓷风扇基板和连接线、金属化P和N近于和必要在LED上方覆盖面积荧光层。根据YoleDéveloppement统计资料,CSPPCB将在2020年占高功率LED市场的34%。为什么CSPPCB面对风扇挑战?CSPPCB被设计成通过金属化的P和N近于必要焊在印刷电路板(PCB)上。

在某一方面来看的确是一件好事,这种设计增加了LED基底和PCB之间的热阻。但是,由于CSPPCB后移除了作为散热器件的陶瓷基板,这使得热量必要从LED基底传送到PCB板从而变为了反感的点热源。

这时,对于CSP的风扇挑战从“一级(LED基底层面)”转变成了“二级(整个模块层面)”。针对于这种情况,模块的设计者开始用于金属覆盖面积印刷电路板(MCPCB)来应付CSPPCB。图1、1x1mmCSPLED在0.635mmAlN陶瓷基板(170W/mK)上的热辐射模型从图1、2中可以显现出,研究人员针对MCPCB和氮化铝(AlN)陶瓷展开了一系列的热辐射仿真试验,由于CSPPCB的结构,热通量意味着通过面积较小的焊点传送,大部分热量皆集中于在中心部位,这不会造成使用寿命增加,光质量减少,甚至LED过热。

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MCPCB的理想风扇模型一般来说大多数的MCPCB的结构:金属表面镀上一层约30微米的表面覆铜。同时,这个金属表面还有一层所含导电陶瓷颗粒的树脂介质层覆盖面积。

但是过多的导电陶瓷颗粒不会影响整个MCPCB的性能和可靠性。同时,对于导电介质层,总是不存在性能与可靠性之间的权衡。根据研究人员的分析,为了更佳的风扇效果,MCPCB必须减少介质层的厚度。

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由于热阻(R)相等厚度(L)除以热传导亲率(k)(R=L/(kA)),而热传导亲率只由介质的本身属性要求,因此厚度是唯一的变量。但是由于介质层因为生产工艺的容许和使用寿命的考虑到无法无限制的增加厚度,因此研究人员必须一种新的材料来解决问题这个问题。纳米陶瓷如何变为MCPCB的最佳方案?研究人员找到一种电化学水解过程(ECO)可以在铝表面上分解一层几十微米的氧化铝陶瓷(Al2O3),同时这种氧化铝陶瓷享有较好的强度和比较较低的热传导亲率(约7.3W/mK)。

但是由于水解膜在电化学水解过程中自动与铝原子键合,从而减少了两种材料之间的热阻,而且还享有一定的结构强度。同时,研究人员将纳米陶瓷与覆铜融合,让这种填充结构的整体厚度在非常低的情况下还享有较高的总热传导亲率(约115W/mK)。

因此,这种材料很合适CSPPCB的市场需求。结论当设计者之后探寻找寻适合CSPPCB的材料时,往往找到他们的市场需求早已多达了现有技术。

风扇问题造成纳米陶瓷技术的促成,这种纳米材料介质层需要空缺传统MCPCB与AlN陶瓷的空隙。从而推展设计者发售更为小型化,洗手高效的光源。


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