โซลูชันการทำความเย็นแพ็คเกจขนาดชิป

     บรรจุภัณฑ์ CSP (บรรจุภัณฑ์ขนาดชิป) หมายถึงเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่ขนาดของบรรจุภัณฑ์ไม่เกิน 20 เปอร์เซ็นต์ของขนาดของชิป เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ผู้ผลิต LED จะลดโครงสร้างที่ไม่จำเป็นให้มากที่สุด เช่น การใช้ LED กำลังสูงแบบมาตรฐาน การถอดพื้นผิวเซรามิกกระจายความร้อนและการเชื่อมต่อสายไฟ การชุบขั้ว P และ N ให้เป็นโลหะ และการปิดชั้นเรืองแสงเหนือ LED โดยตรง

ความท้าทายด้านความร้อน:    

แพ็คเกจ CSP ได้รับการออกแบบให้เชื่อมโดยตรงกับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ผ่านขั้ว P และ N ที่เคลือบด้วยโลหะ ในทางหนึ่งย่อมเป็นสิ่งที่ดี การออกแบบนี้ช่วยลดความต้านทานความร้อนระหว่างพื้นผิว LED และ PCB

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแพ็คเกจ CSP ได้เอาพื้นผิวเซรามิกเป็นฮีตซิงก์ ความร้อนจึงถูกถ่ายโอนโดยตรงจากพื้นผิว LED ไปยัง PCB ซึ่งกลายเป็นแหล่งความร้อนที่มีจุดแข็ง ในขณะนี้ ความท้าทายด้านการกระจายความร้อนสำหรับ CSP ได้เปลี่ยนจาก "ระดับ I (ระดับพื้นผิว LED)" เป็น "ระดับ II (ระดับโมดูลทั้งหมด)"

จากการทดลองจำลองการแผ่รังสีความร้อนในรูปที่ 1 และ 2 จะเห็นได้ว่าเนื่องจากโครงสร้างของบรรจุภัณฑ์ CSP ฟลักซ์ความร้อนจะถูกส่งผ่านรอยต่อประสานที่มีพื้นที่ขนาดเล็กเท่านั้น และความร้อนส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ตรงกลาง ซึ่งจะลดอายุการใช้งาน ลดคุณภาพของแสง และแม้กระทั่งทำให้ LED ล้มเหลว

รูปแบบการระบายความร้อนในอุดมคติของ MCPCB:

โครงสร้างของ MCPCB ส่วนใหญ่: ผิวโลหะชุบด้วยชั้นเคลือบทองแดงประมาณ 30 ไมครอน ในขณะเดียวกัน พื้นผิวโลหะยังถูกปกคลุมด้วยชั้นกลางเรซินที่มีอนุภาคเซรามิกที่นำความร้อน อย่างไรก็ตาม อนุภาคเซรามิกที่นำความร้อนมากเกินไปจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของ MCPCB ทั้งหมด

    นักวิจัยพบว่ากระบวนการออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้า (ECO) สามารถสร้างชั้นของอลูมินาเซรามิก (Al2O3) ที่มีความหนาหลายสิบไมครอนบนพื้นผิวอะลูมิเนียมได้ ในขณะเดียวกัน อะลูมินาเซรามิกนี้มีความแข็งแรงดีและค่าการนำความร้อนค่อนข้างต่ำ (ประมาณ 7.3 w / MK) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฟิล์มออกไซด์ถูกสร้างพันธะโดยอัตโนมัติกับอะตอมของอะลูมิเนียมในกระบวนการออกซิเดชั่นทางเคมีไฟฟ้า ความต้านทานความร้อนระหว่างวัสดุทั้งสองจึงลดลง และยังมีความแข็งแรงของโครงสร้างในระดับหนึ่งด้วย

ในขณะเดียวกัน นักวิจัยได้รวมนาโนเซรามิกเข้ากับการเคลือบทองแดงเพื่อทำให้ความหนาโดยรวมของโครงสร้างคอมโพสิตมีค่าการนำความร้อนโดยรวมสูง (ประมาณ 115W / MK) ในระดับที่ต่ำมาก ดังนั้นวัสดุนี้จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับบรรจุภัณฑ์ CSP

ปัญหาด้านความร้อนของบรรจุภัณฑ์ CSP นำไปสู่การกำเนิดของเทคโนโลยีนาโนเซรามิก ชั้นอิเล็กทริกของวัสดุนาโนนี้สามารถเติมเต็มช่องว่างระหว่าง MCPCB แบบดั้งเดิมและเซรามิก AlN เพื่อเป็นการส่งเสริมนักออกแบบให้เปิดตัวแหล่งกำเนิดแสงขนาดเล็กที่สะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น