כיצד לפתור בעיה תרמית של CSP
אריזת CSP (chip scale package) מתייחסת לטכנולוגיית אריזה שבה גודל האריזה עצמה אינו עולה על 20% מגודל השבב עצמו. על מנת להשיג מטרה זו, יצרני LED מפחיתים ככל האפשר מבנים מיותרים, כגון שימוש בנורות LED סטנדרטיות בעלות הספק גבוה, הסרת מצעי פיזור חום קרמיים וחוטי חיבור, מתכת עמודי P ו-N וכיסוי ישיר של שכבות פלורסנט מעל נוריות.
אתגר תרמי:
חבילת CSP נועדה להיות מרותכת ישירות ללוח מעגלים מודפסים (PCB) דרך עמודי P ו-N מתכתיים. במובן אחד, זה אכן דבר טוב. עיצוב זה מקטין את ההתנגדות התרמית בין מצע ה-LED לבין ה-PCB.
עם זאת, מכיוון שחבילת ה-CSP מסירה את המצע הקרמי כגוף קירור, החום מועבר ישירות ממצע ה-LED אל ה-PCB, שהופך למקור חום נקודתי חזק. בשלב זה, אתגר פיזור החום עבור CSP השתנה מ-& quot;רמה I (רמת מצע LED)" ל-& quot;רמה II (רמת המודול כולו)".
מניסויי הדמיית קרינה תרמית באיורים 1 ו-2, ניתן לראות שבשל המבנה של אריזת CSP, שטף החום מועבר רק דרך מפרק ההלחמה עם שטח קטן, ורוב החום מרוכז במרכז , אשר יקטין את חיי השירות, יפחית את איכות האור, ואף יוביל לכשל LED.
דגם פיזור חום אידיאלי של MCPCB:
המבנה של רוב MCPCB: משטח המתכת מצופה בשכבת ציפוי נחושת של כ-30 מיקרון. במקביל, משטח המתכת מכוסה גם בשכבת שרף בינונית המכילה חלקיקים קרמיים מוליכים חום. עם זאת, יותר מדי חלקיקי קרמיקה מוליכים תרמיים ישפיעו על הביצועים והאמינות של ה-MCPCB כולו.
חוקרים מצאו שתהליך חמצון אלקטרוכימי (ECO) יכול לייצר שכבה של קרמיקה אלומינה (Al2O3) עם עשרות מיקרונים על פני האלומיניום. יחד עם זאת, קרמיקת אלומינה זו בעלת חוזק טוב ומוליכות תרמית נמוכה יחסית (כ-7.3 w/MK). עם זאת, מכיוון שסרט התחמוצת נקשר אוטומטית עם אטומי אלומיניום בתהליך של חמצון אלקטרוכימי, ההתנגדות התרמית בין שני החומרים מצטמצמת, ויש לו גם חוזק מבני מסוים.
במקביל, החוקרים שילבו ננו קרמיקה עם ציפוי נחושת כדי להפוך את העובי הכולל של המבנה המרוכב לבעל מוליכות תרמית כוללת גבוהה (כ-115W/MK) ברמה נמוכה מאוד. לכן, חומר זה מתאים מאוד לאריזת CSP.
בעיית פיזור החום של אריזות CSP מובילה ללידתה של טכנולוגיית ננו קרמיקה. השכבה הדיאלקטרית הזו של חומר ננו יכולה למלא את הפער בין MCPCB המסורתי ל-AlN Ceramics. כדי לקדם מעצבים להשיק מקורות אור ממוזערים, נקיים ויעילים יותר.
