CSP とは何ですか?
CSP(チップスケールパッケージ)パッケージは、パッケージ自体の体積がチップ自体のサイズの20%を超えない包装技術を指します(次世代技術は基板レベルのパッケージングであり、パッケージサイズはチップのサイズと同じです)。この目標を達成するために、LEDメーカーは、標準の高出力LEDの使用、セラミック放散基板の除去、ワイヤの接続、PおよびN極の金属化、LEDの真上の蛍光層のカバーなど、不要な構造を可能な限り削減します。
Yole Développementの統計によると、CSPパッケージングは2020年の高出力LED市場の34%を占める。
CSP パッケージが熱放散の課題に直面するのはなぜですか?
CSP パッケージは、金属化された P および N 極を通してプリント基板 (PCB) に直接はんだ付けされるように設計されています。ある点では、それは確かに良いことです。この設計により、LED基板とPCB間の熱抵抗が低減されます。
しかし、CSPパッケージはセラミック基板をヒートシンクとして取り除くので、LED基板からPCB基板への直接の熱伝達を行い、強点熱源となります。このとき、CSPの放熱課題は「レベル1(LED基板レベル)」から「レベル2(モジュールレベル全体)」に変更されました。
この状況に対応して、モジュール設計者はCSPパッケージングに対応するために金属で覆われたプリント基板(MCPCB)を使用し始めました。
図 1.0.635 mm AlN セラミック基板(170 W/mK)上の 1x1 mm CSP LED の熱放射モデル
図1と図2から、MCPCBと窒化アルミニウム(AlN)セラミックスに対して一連の熱放射シミュレーション試験を実施したことがわかります。CSPパッケージの構造により、熱流束は小さいはんだジョイントを通してのみ転送されます。熱のほとんどは中央部に集中し、耐寿命の低下、光品質の低下、さらにはLED障害につながります。
MCPCBのための理想的な放熱モデル
通常、ほとんどのMCPCBの構造:金属表面は約30ミクロンの表面に銅の層でめっきされる。同時に、金属表面は熱伝導性セラミック粒子を含む樹脂媒体層で覆われている。しかし、熱伝導性セラミック粒子が多すぎると、MCPCB全体の性能と信頼性に影響を与えます。
同時に、熱伝導性媒体層については、性能と信頼性の間に常にトレードオフがある。
研究者の分析によると、より良い放熱を達成するために、MCPCBは誘電体層の厚さを減らす必要があります。熱抵抗(R)は熱伝導率(k)で割った厚さ(L)に等しく、熱伝導率は媒体の特性によってのみ決定されるため、厚さだけが変数となります。
しかし、誘電体層の厚さは、製造工程の制約や耐用年数の考慮により無期限に低減できないため、研究者はこの問題を解決するための新しい材料を必要とします。
ナノセラミックスはMCPCBにとって最良のソリューションになるにはどうすればよいでしょうか?
研究者は、電気化学酸化プロセス(ECO)がアルミニウムの表面に数十ミクロンのアルミナセラミック(Al2O3)の層を生成できることを発見しました。同時に、このアルミナセラミックは、良好な強度と比較的低い熱伝導率(約7.3 W /mK)を有しています。しかし、電気化学的酸化過程で酸化膜がアルミニウム原子と自動的に結合するため、2つの材料間の熱抵抗が低下し、また一定の構造強度を有する。
同時に、ナノセラミックスと銅製のクラッドを組み合わせることで、この複合構造の全体的な厚みは非常に低いレベルで高い総熱伝導率(約115W/mK)を持っています。したがって、この材料は、CSP包装のニーズに非常に適しています。
結論として
設計者が適切なCSP包装材料を探求し、見つけ続けるとき、彼らはしばしば彼らのニーズが既存の技術を超えていることがわかります。熱放散問題は、ナノセラミック技術の誕生につながっています。このナノ材料誘電体層は、従来のMCPCBとAlNセラミックスの間のギャップを埋めることができます。よりコンパクトでクリーンで効率的な光源を導入するデザイナーを促進するように。
