CSP란 무엇입니까?
CSP(칩 스케일 패키지) 패키징은 포장 물의 부피가 칩 자체의 크기20%를 초과하지 않는 포장 기술을 말합니다(차세대 기술은 기판 수준의 패키징이며, 패키지 크기는 칩의 크기와 동일합니다). 이러한 목표를 달성하기 위해 LED 제조업체는 표준 고전력 LED 사용, 세라믹 열 방출 기판 제거 및 전선 연결, P 및 N 극 금속화, LED 바로 위의 형광층을 덮는 등 불필요한 구조를 최대한 줄입니다.
Yole Développement 통계에 따르면 CSP 포장은 2020 년 고전력 LED 시장의 34 %를 차지할 것입니다.
CSP 패키지가 열 소멸 문제에 직면한 이유는 무엇입니까?
CSP 패키지는 금속화된 P 및 N 극을 통해 인쇄 회로 기판(PCB)에서 직접 납땜되도록 설계되었습니다. 한 가지 면에서, 그것은 참으로 좋은 일입니다. 이 설계는 LED 기판과 PCB 사이의 열 저항을 줄입니다.
그러나 CSP 패키지는 방열판으로 세라믹 기판을 제거하기 때문에 LED 기판에서 PCB 보드로 직접 열 전달을 하여 강력한 포인트 열원이 됩니다. 이때 CSP의 열 방출 과제는 "레벨 1(LED 기판 수준)"에서 "레벨 2(전체 모듈 수준)"로 변경되었습니다.
이러한 상황에 대응하기 위해 모듈 설계자는 CSP 포장에 대처하기 위해 금속 으로 덮인 인쇄 회로 기판(MCPCB)을 사용하기 시작했습니다.
그림 1. 0.635mm AlN 세라믹 기판(170W/mK)의 1x1 mm CSP LED의 열 방사선 모델
수치가 1과 2에서 볼 수 있으며, 연구원들은 MCPCB 및 알루미늄 질화물(AlN) 세라믹에 대한 일련의 열 복사 시뮬레이션 테스트를 수행했다. CSP 패키지의 구조로 인해 열 플럭스는 작은 솔더 조인트를 통해서만 전달됩니다. , 열의 대부분은 중앙 부분에 집중되어 서비스 수명이 감소하고, 빛의 질을 감소시키고, 심지어 LED 고장까지 이어질 것입니다.
MCPCB에 이상적인 열 방출 모델
일반적으로 대부분의 MCPCB의 구조 : 금속 표면은 약 30 미크론의 표면에 구리 층으로 도금된다. 동시에, 금속 표면은 열전도성 세라믹 입자를 포함하는 수지 매체 층으로 덮여 있다. 그러나 열전도성 세라믹 입자가 너무 많아 전체 MCPCB의 성능과 신뢰성에 영향을 미칩니다.
동시에 열전도성 중간 층의 경우 성능과 신뢰성 사이에 항상 절충이 있습니다.
연구원의 분석에 따르면, 더 나은 열 방출을 달성하기 위해, MCPCB는 유전체 층의 두께를 줄일 필요가있다. 열저항(R)은 열전도도(k)(R=L/(kA)로 나눈 두께(L)와 같기 때문에, 열전도도는 매체의 특성에 의해서만 결정되며, 두께는 유일한 변수이다.
그러나, 유전체 층의 두께는 생산 공정 제한 및 서비스 수명 고려 사항으로 인해 무기한 감소될 수 없으므로 연구자들은 이 문제를 해결하기 위해 새로운 재료가 필요합니다.
나노 세라믹은 어떻게 MCPCB에 가장 적합한 솔루션이 될 수 있습니까?
연구진은 전기 화학 산화 공정 (ECO)이 알루미늄 표면에 수십 개의 미크론의 알루미나 세라믹 (Al2O3)의 층을 생성 할 수 있음을 발견했다. 동시에, 이 알루미나 세라믹은 강도가 좋고 열 전도도율이 상대적으로 낮습니다(약 7.3W/mK). 그러나, 산화필름이 전기화학적 산화 공정 중에 알루미늄 원자와 자동으로 결합되기 때문에 두 재료 간의 열저항이 감소되고, 또한 일정한 구조적 강도를 갖는다.
동시에, 연구원은 이 복합 구조물의 전반적인 두께가 매우 낮은 수준에서 높은 총 열 전도도(약 115W/mK)를 가지고 있도록 나노 세라믹을 구리 입은 것과 결합시켰습니다. 따라서 이 물질은 CSP 포장의 요구에 매우 적합합니다.
결론적으로
설계자가 적합한 CSP 포장 재를 계속 탐구하고 찾을 때, 그들의 요구가 기존 기술을 초과했다는 것을 종종 알게 됩니다. 열 방출 문제는 나노 세라믹 기술의 탄생으로 이어졌습니다. 이 나노 재료 유전체 층은 전통적인 MCPCB와 AlN 세라믹 사이의 간격을 채울 수 있습니다. 그래서 더 컴팩트하고 깨끗하고 효율적인 광원을 소개하는 디자이너를 홍보할 수 있습니다.
