CSP 封装（什么是CSPCSP封装还面临哪些挑战）

CSP是什么？CSP(芯片级封装)是指封装本身尺寸不超过芯片本身尺寸20%的封装技术(下一代技术是基板级封装，其封装尺寸与芯片尺寸相同)。为了达到这个目标，LED厂商尽量减少不必要的结构，比如采用标准的大功率LED，去掉陶瓷散热基板和连接线，金属化P和N极，在LED正上方覆盖荧光层。

根据Yole ddevelopment的统计，2020年CSP封装将占大功率le D市场的34%。

为什么CSP封装面临散热挑战？CSP封装设计用于通过金属化P极和N极直接焊接在印刷电路板(PCB)上。一方面，这确实是一件好事。这种设计降低了LED基板和PCB之间的热阻。

然而，由于CSP封装去除了陶瓷基板作为散热器件，热量直接从LED基板传递到PCB，从而成为强点热源。此时，CSP的散热挑战已经从“第一级(LED基板级)”变为“第二级(整个模块级)”。

鉴于这种情况，模块设计者开始使用金属覆面印刷电路板(MCPCB)来处理CSP封装。

图一。0.635毫米AlN陶瓷基板上1x1毫米CSP LED的热辐射模型(170 W/mK)

从图1和图2可以看出，研究人员对MCPCB和氮化铝(AlN)陶瓷进行了一系列的热辐射模拟实验。由于CSP封装的结构，热流只通过面积很小的焊点传递，大部分热量集中在中央部分，会导致使用寿命降低，光质量下降，甚至导致LED失效。

MCPCB理想的散热模式通常是大多数MCPCB的结构：金属表面镀一层30微米左右的覆铜层。同时，金属表面覆盖有包含导热陶瓷颗粒的树脂介电层。然而，过多的导热陶瓷颗粒会影响整个MCPCB的性能和可靠性。

同时，对于导热电介质层，在性能和可靠性之间总是有一个折衷。

据研究人员分析，为了达到更好的散热效果，MCPCB需要减少介电层的厚度。由于热阻(R)等于厚度(L)除以导热系数(K) (R=L/(Ka))，而导热系数仅由介质本身的性质决定，因此厚度是唯一的变量。

但是，由于生产工艺的限制和使用寿命的考虑，介质层的厚度不可能无限减小，因此研究人员需要一种新的材料来解决这一问题。

纳米陶瓷如何成为MCPCB的最佳方案？研究人员发现，电化学氧化过程(ECO)可以在铝表面产生一层几十微米厚的氧化铝陶瓷(Al2O3)。同时，这种氧化铝陶瓷具有良好的强度和相对较低的热导率(约7.3 W/MK)。但由于氧化膜在电化学氧化过程中自动与铝原子结合，降低了两种材料之间的热阻，也具有一定的结构强度。

同时，研究人员将纳米陶瓷与覆铜相结合，使得这种复合结构的整体厚度即使在非常低的水平下也具有很高的总热导率(约115 W/MK)。因此，这种材料非常适合CSP封装。

结论当设计者不断探索寻找合适的CSP封装材料时，往往会发现他们的要求已经超过了现有的技术。散热问题导致了纳米陶瓷技术的诞生，它可以填补传统MCPCB和AlN陶瓷之间的空白。从而促使设计者推出更小型化、清洁高效的光源。