सीएसपी क्या है?
सीएसपी (चिप स्केल पैकेज) पैकेजिंग एक पैकेजिंग तकनीक को संदर्भित करता है जिसमें पैकेज की मात्रा स्वयं चिप के आकार के 20% से अधिक नहीं होती है (अगली पीढ़ी की तकनीक सब्सट्रेट-स्तर की पैकेजिंग है, और पैकेज का आकार चिप के समान है)। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, एलईडी निर्माता अनावश्यक संरचनाओं को यथासंभव कम करते हैं, जैसे मानक उच्च शक्ति एलईडी का उपयोग करना, सिरेमिक गर्मी अपव्यय को हटाना और तारों को जोड़ना, पी और एन ध्रुवों को जोड़ना, और एलईडी के ऊपर सीधे फ्लोरोसेंट परत को कवर करना।
योले डेवेलोपमेंट आंकड़ों के अनुसार, सीएसपी पैकेजिंग 2020 में उच्च शक्ति वाले एलईडी बाजार का 34% होगा।
सीएसपी संकुल गर्मी अपव्यय चुनौतियों का सामना क्यों करते हैं?
सीएसपी पैकेज को धातुीकृत पी और एन ध्रुवों के माध्यम से सीधे मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) पर टांका लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक लिहाज से यह वास्तव में अच्छी बात है । यह डिजाइन एलईडी सब्सट्रेट और पीसीबी के बीच थर्मल रेजिस्टेंस को कम करता है।
हालांकि, क्योंकि सीएसपी पैकेज एक गर्मी सिंक के रूप में सिरेमिक सब्सट्रेट को हटा देता है, यह गर्मी को सीधे एलईडी सब्सट्रेट से पीसीबी बोर्ड में स्थानांतरित करता है और इस प्रकार एक मजबूत बिंदु गर्मी स्रोत बन जाता है। इस समय, सीएसपी के लिए गर्मी अपव्यय चुनौती "स्तर एक (एलईडी सब्सट्रेट स्तर) " से "स्तर दो (पूरे मॉड्यूल स्तर) तक बदल गई है।
इस स्थिति के जवाब में मॉड्यूल डिजाइनर्स ने सीएसपी पैकेजिंग से निबटने के लिए मेटल से ढके प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (एमसीपीसीबी) का इस्तेमाल करना शुरू किया।
चित्रा 1. 0.635 मिमी अलएन सिरेमिक सब्सट्रेट (170 डब्ल्यू/एमके) पर 1x1 मिमी सीएसपी एलईडी का थर्मल विकिरण मॉडल
यह आंकड़े 1 और 2 से देखा जा सकता है कि शोधकर्ताओं ने एमसीपीसीबी और एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN) सिरेमिक पर गर्मी विकिरण सिमुलेशन परीक्षणों की एक श्रृंखला का आयोजन किया । सीएसपी पैकेज की संरचना के कारण, गर्मी प्रवाह केवल छोटे मिलाप जोड़ों के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है। , अधिकांश गर्मी मध्य भाग में केंद्रित है, जिससे सेवा जीवन कम हो जाएगा, प्रकाश की गुणवत्ता कम हो जाएगी, और यहां तक कि एलईडी विफलता भी होगी।
एमसीपीसीबी के लिए आदर्श गर्मी अपव्यय मॉडल
आमतौर पर अधिकांश एमसीपीसीबी की संरचना: धातु की सतह को लगभग 30 माइक्रोन की सतह पर तांबे की परत के साथ चढ़ाया जाता है। इसके साथ ही, धातु की सतह एक राल मध्यम परत से ढकी होती है जिसमें थर्मल प्रवाहकीय सिरेमिक कण होते हैं। हालांकि, बहुत सारे थर्मल प्रवाहकीय सिरेमिक कण पूरे एमसीपीसीबी के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को प्रभावित करेंगे।
साथ ही, थर्मल प्रवाहकीय मध्यम परत के लिए, प्रदर्शन और विश्वसनीयता के बीच हमेशा व्यापार बंद होता है।
शोधकर्ता के विश्लेषण के अनुसार, बेहतर गर्मी अपव्यय प्राप्त करने के लिए, एमसीपीसीबी को डाइइलेक्ट्रिक परत की मोटाई को कम करने की जरूरत है। चूंकि थर्मल प्रतिरोध (आर) थर्मल चालकता (के) (आर = एल/(केए) द्वारा विभाजित मोटाई (एल) के बराबर है, और थर्मल चालकता केवल माध्यम के गुणों द्वारा निर्धारित की जाती है, मोटाई ही चर है।
हालांकि, उत्पादन प्रक्रिया सीमाओं और सेवा जीवन के विचारों के कारण डाइइलेक्ट्रिक परत की मोटाई को अनिश्चित काल तक कम नहीं किया जा सकता है, इसलिए शोधकर्ताओं को इस समस्या को हल करने के लिए एक नई सामग्री की आवश्यकता है।
नैनो-सिरेमिक एमसीपीसीबी के लिए सबसे अच्छा समाधान कैसे बन सकते हैं?
शोधकर्ताओं ने पाया है कि एक इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण प्रक्रिया (ईको) एल्यूमीनियम की सतह पर दसियों माइक्रोन के एल्यूमिना सिरेमिक (Al2O3) की एक परत का उत्पादन कर सकते हैं । साथ ही, इस एल्यूमिना सिरेमिक में अच्छी ताकत और अपेक्षाकृत कम थर्मल चालकता (लगभग 7.3 डब्ल्यू/एमके) है। हालांकि, चूंकि ऑक्साइड फिल्म इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान एल्यूमीनियम परमाणुओं के साथ स्वचालित रूप से बांड करती है, इसलिए दोनों सामग्रियों के बीच थर्मल प्रतिरोध कम हो जाता है, और इसमें एक निश्चित संरचनात्मक शक्ति भी होती है।
इसके साथ ही, शोधकर्ताओं ने नैनो-सिरेमिक को तांबे के पहने हुए के साथ संयुक्त किया ताकि इस समग्र संरचना की समग्र मोटाई में बहुत कम स्तर पर एक उच्च कुल थर्मल चालकता (लगभग 115W/mK) हो । इसलिए, यह सामग्री सीएसपी पैकेजिंग की जरूरतों के लिए बहुत उपयुक्त है।
निष्कर्ष में
जब डिजाइनर उपयुक्त सीएसपी पैकेजिंग सामग्री का पता लगाने और ढूंढना जारी रखते हैं, तो वे अक्सर पाते हैं कि उनकी आवश्यकताएं मौजूदा तकनीक से अधिक हो गई हैं। गर्मी के अपव्यय की समस्या के कारण नैनो सिरेमिक तकनीक का जन्म हुआ है । यह नैनो-मैटेरियल डाइइलेक्ट्रिक लेयर पारंपरिक एमसीपीसीबी और एएलएन सिरेमिक के बीच के अंतर को भर सकती है। ताकि अधिक कॉम्पैक्ट, स्वच्छ और कुशल प्रकाश स्रोतों को पेश करने के लिए डिजाइनरों को बढ़ावा दिया जा सके।
