Entegre ESD koruma fonksiyonlu alt tabaka
Uzun bir süre için, baskılı devre kartlarının oynadığı rol, yalnızca taşıyıcı malzemeler ve bileşen dağıtım katmanları kadar basit değil, aynı zamanda giderek daha fazla işlev doğrudan devre kartına yerleştirilmiştir. Şu anda TDK Group, özellikle LED'ler için ultra ince seramik alt tabakaları ve CeraPad kullanarak entegre ESD koruma işlevlerini başarıyla geliştirdi.
LED, bina içi ve dışı aydınlatma sistemlerinde en gelişmiş bileşendir. Ayrıca LED'ler, flaşlı ve kamera flaşlı akıllı telefonlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Çeşitli araçların farları ve diğer aydınlatma sistemleri de bu aydınlatma teknolojisini kullanır. Yüksek performanslarına ve uzun ömürlerine rağmen, LED'lerin hala ciddi bir dezavantajı vardır: tüm yarı iletkenler gibi, elektrostatik boşalmaya (ESD) karşı son derece hassastırlar. Bu nedenle, mevcut çözümlerin her LED'in serisine ve paralel bağlantısına göre ilgili bağımsız koruma bileşenlerini sağlaması gerekir. EPCOS CeraDiode® serisinin TVS diyotları bu gereksinimi karşılayabilir veya daha kompakt bir yapıya ve cazip bir fiyata sahip çok katmanlı bir varistör seçebilirsiniz. Bu yüzeye montaj bileşenlerinin performansı, sıcaklık ve değer kaybından etkilenmez ve PCB üzerinde karmaşık tel bağlanmasına gerek kalmadan lehimleme işlemiyle kurulabilir. Şekil 1, LED'leri ESD'den korumak için geleneksel bir çözümü göstermektedir.
Şekil 1:
Geleneksel LED ışıklarda, ESD koruma elemanı (bu resimde TVS diyotu) alt tabaka LED'inin yanında bulunur.
Ancak, bu bağımsız çözümün ölümcül bir kusuru vardır, yani baskılı devre kartının yüzeyindeki gerçek ışık kaynaklarının kullanım verimliliği düşüktür. Ek olarak koruma elemanı, LED ışık kaynağının en iyi radyasyon durumuna ulaşmasını engeller, böylece LED'in kullanım verimliliğini azaltır.
Bu sorunu çözmek için TDK Group, şirketin minyatür çok katmanlı ESD koruma bileşenleri ve LTCC alt tabakalarında uzun vadeli birikmiş deneyimini birleştiren yepyeni bir CeraPad çözümünü benimsedi. CeraPad, entegre ESD koruma işlevine sahip ultra ince bir seramik alt tabakadır. Bu yenilikçi alt tabaka, aşırı minyatürleştirme ihtiyaçlarını karşılayabilir ve aynı zamanda en iyi ESD koruma işlevine sahiptir, böylece hassas uygulamalarda en yüksek ESD entegrasyon seviyesine ulaşabilir. Bu nedenle, diğer bağımsız ESD bileşenlerine olan ihtiyacı tamamen ortadan kaldırır ve alt tabaka yüzeyini etkin bir şekilde kullanabilen ve çok fazla maliyet tasarrufu sağlayan LED'lerin montaj yoğunluğunu önemli ölçüde artırır. Son olarak, TVS diyotlarının, bağlantı tellerinin ve ilgili maliyetli bileşenlerin yerleştirme ve işlem aşamalarını azaltarak, güvenilirlik önemli ölçüde artırılmıştır. Şekil 2, yeni taşıyıcı malzemenin bir enine kesitini göstermektedir.
şekil 2:
İki açık delik arasında, gömülü aşırı gerilim koruma bileşenlerinin çok katmanlı bir yapısı gözlemlenebilir.
CeraPad, silikon bazlı Zener diyotlardan çok daha üstündür
İşlevsel seramik alt tabaka ideal bir LED alt tabakadır ve ESD koruma gücü 30 kV'a kadar ulaşabilir. Şu anda, en gelişmiş Zener diyotunun standart koruma kapasitesi sadece 8 kV'dir ve CeraPad seramik alt tabakanın ESD koruma kapasitesi, geleneksel ürünlerden 3 kat daha iyidir. CeraPad, CSP0707 ve CSP1515 arasında oldukça yüksek paketleme yoğunluğuna sahip standart LED bileşeni özel yonga spesifikasyon paketini (CSP) yapar.
Ek olarak, CeraPad ayrıca silikon bazlı LED'lerle neredeyse aynı olan çok düşük bir termal genleşme katsayısına (6 ppm / K) sahiptir. Bu nedenle, sıcaklık değiştiğinde, alt tabaka ile LED arasında neredeyse hiç mekanik gerilim yoktur. Ek olarak, seramik substrat en az 22W / mK'lik yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir ve gümüş termal delik ile daha da geliştirilebilir. Diğer bir avantaj, bu alt tabakanın kalınlığının sadece 300m ila 400m olması, ancak bükülme mukavemetinin 250 MPa kadar yüksek olmasıdır.
Müşteri ihtiyaçlarına göre, CeraPad kontak pedleri standart SAC (Sn / Ag / Cu, 260 ° C) reflow lehimleme veya ötektik lehimleme (AuSn, 320 ° C) işlemine uygulanabilir. Şekil 3, CeraPad kullanılarak uygulanan LED ünite tasarımını göstermektedir.
resim 3:
CeraPad kullanılarak, ESD koruma işlevi doğrudan LED'in altındaki alt tabakaya yerleştirilebilir. Mevcut çözümlerle karşılaştırıldığında, yonga ölçekli paketleme, paketleme yoğunluğunu önemli ölçüde artırabilir.
LED matrix dizisini kullanan adaptif araba farı
CeraPad yalnızca entegre ESD korumalı LED çip yüzeyleri için uygun değildir, aynı zamanda geleneksel baskılı devre kartları gibi, bu teknoloji bir dağıtım katmanı olarak da kullanılabilir. Bu şekilde, termal performans üzerinde herhangi bir etki olmaksızın on adede kadar bu tür dağıtım katmanları elde edilebilir. Bunun tersine: geleneksel izole edilmiş metal substratlar (IMS) kullanılarak, beş adede kadar makul dağıtım katmanı gerçekleştirilebilir ve ne kadar fazla katman olursa, termal iletkenlik o kadar düşük olur. Bununla birlikte, CeraPad substratı, müşteri gereksinimlerine göre ayrı ayrı kontrol edilebilen 1000 adede kadar sıkıca paketlenmiş LED yerleştirebilir (Şekil 4).
Uygulama tasarımcıları, akıllı telefonlardaki çoklu LED fenerleri veya arabalar için uyarlanabilir farlar gibi en küçük alanlarda son derece yenilikçi, yüksek çözünürlüklü aydınlatma efektleri oluşturmak için bu teknolojiyi kullanabilecekler.
CeraPad, yenilikçi gofret teknolojisi, güçlü seramik ESD koruma bileşenleri ve modüler çözümler kullanan TDK'nın CeraDiode serisinin genişletilmiş bir ürünüdür. CeraPad seramik alt tabakaları sayesinde TDK Group şu anda müşterilere çekici özel paketleme çözümleri sunabiliyor, böylece gelecekte artan IC duyarlılığının zorluklarıyla daha iyi yüzleşebiliyor ve müşterilerin yeni bir üründen yararlanmasını sağlıyor. Aydınlatma tasarımını gerçekleştirmenin yolu ve LED modüllerinin minyatürleştirilmesi üzerinde çalışmaya devam edin. Müşteriler için bu, lamba tasarımını optimize etmek ve LED çıkışını daha da artırmak için çekici olanaklar sağlayacaktır.
Şekil 4:
Bu CeraPad tasarım çözümü, her LED'in ayrı ayrı kontrol edilebildiği CSP0707 LED'lerden oluşan 16 x 16 LED dizisi gerçekleştirebilir. Örneğin bu temelde adaptif araba farları müşteri ihtiyaçlarına göre özel olarak tasarlanabilmekte ve LED sayısı 1.000'e kadar çıkabilmektedir.
