為什么CSP封裝面臨散熱挑戰(zhàn)？

    CSP封裝被設(shè)計成通過金屬化的P和N極直接焊接在印刷電路板（PCB）上。在某一方面來看的確是一件好事，這種設(shè)計減少了3030LED燈珠基底和PCB之間的熱阻。

    但是，由于CSP3030封裝移除了作為散熱器件的陶瓷基板，這使得熱量直接從LED基底傳遞到PCB板從而變成了強(qiáng)烈的點(diǎn)熱源。這時，對于CSP的散熱挑戰(zhàn)從“一級（LED基底層面）”轉(zhuǎn)變成了“二級（整個模塊層面）”。

針對于這種情況，模塊的設(shè)計者開始使用金屬覆蓋印刷電路板（MCPCB）來應(yīng)對CSP封裝。

研究人員針對MCPCB和氮化鋁（AlN）陶瓷進(jìn)行了一系列的熱輻射模擬試驗，由于CSP封裝的結(jié)構(gòu)，熱通量僅僅通過面積很小的焊點(diǎn)傳遞，大部分熱量均集中在中心部位，這會導(dǎo)致使用壽命減少，光質(zhì)量降低，甚至LED3030燈珠失效。

MCPCB的理想散熱模型

    通常大多數(shù)的MCPCB的結(jié)構(gòu)：金屬表面鍍上一層大約30微米的表面覆銅。同時，這個金屬表面還有一層含有導(dǎo)熱陶瓷顆粒的樹脂介質(zhì)層覆蓋。但是過多的導(dǎo)熱陶瓷顆粒會影響整個MCPCB的性能和可靠性。

    同時，對于導(dǎo)熱介質(zhì)層，總是存在性能與可靠性之間的權(quán)衡。

     根據(jù)研究人員的分析，為了3030燈珠更好的散熱效果，MCPCB需要降低介質(zhì)層的厚度。由于熱阻（R）等于厚度（L）除以熱傳導(dǎo)率(k)（R= L/(kA)），而熱傳導(dǎo)率只由介質(zhì)的本身屬性決定，因此厚度是唯一的變量。

但是由于介質(zhì)層因為生產(chǎn)工藝的限制和使用壽命的考慮無法無限制的減少厚度，因此研究人員需要一種新的材料來解決這個問題。

納米陶瓷如何變成MCPCB的最佳方案？

    研究人員發(fā)現(xiàn)一種電化學(xué)氧化過程（ECO）可以在鋁表面上生成一層幾十微米的氧化鋁陶瓷（Al2O3）,同時這種氧化鋁陶瓷擁有良好的強(qiáng)度和相對較低的熱傳導(dǎo)率（大約7.3 W/mK）。但是由于氧化膜在電化學(xué)氧化過程中自動與鋁原子鍵合，從而降低了兩種材料之間的熱阻，而且還擁有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

    同時，研究人員將納米陶瓷與覆銅結(jié)合，讓這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體厚度在非常低的情況下還擁有較高的總熱傳導(dǎo)率（大約115W/mK）。因此，這種材料很適合CSP3030封裝的需求。