TWI844243B - 電子封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種電子封裝結構，包括第一封裝模組與第二封裝模組。第一封裝模組包括基板與配置其上的第一電子元件、至少一第二電子元件與絕緣膜。第一電子元件與第二電子元件彼此相鄰。絕緣膜包括基材與泡棉膠體，泡棉膠體具黏性與可壓縮性。第二封裝模組包括散熱板與配置其上的液態金屬與絕緣凸部。第一封裝模組與第二封裝模組彼此結合，液態金屬受散熱板與第一電子元件的擠壓，絕緣凸部覆蓋且抵壓絕緣膜而通過基材擠壓泡棉膠體，以變形泡棉膠體並使泡棉膠體覆蓋第二電子元件。

Description

電子封裝結構

本發明是有關於一種電子封裝結構。

隨著電子產品在功能及處理速度之需求的提升，作為電子產品之核心組件的半導體晶片（die）需具有更高密度之電子元件及電子電路，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能。再者，由於傳統包覆該半導體晶片之封裝膠體係為一種導熱係數僅0.8Wm-1k-1之不良傳熱材質(即熱量之逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散半導體晶片所產生之熱量，將會造成半導體晶片之損害與產品信賴性問題。因此，為了迅速將熱能散逸至外部，業界通常在半導體封裝件中配置散熱板，該散熱板通常藉由散熱膠結合至晶片背面，以藉散熱膠與散熱片逸散出半導體晶片所產生之熱量，再者，通常令散熱片之頂面外露出封裝膠體或直接外露於大氣中，以取得較佳之散熱效果。

液態金屬是一種常溫下呈液體狀的低熔點合金，或呈現固體片狀，於加溫至熔點而呈現液態狀的合金，成分例如是鎵銦錫合金、銦鉍錫合金，或銦鉍鋅合金等，其性質穩定且具有優異的導熱及導電性，其導熱能力及比熱容（specific heat capacity）遠高於傳統的矽脂導熱膏，故現時可作為發熱源與散熱鰭片之間的導熱劑使用，以取代上述的散熱膠。

但於實際應用上，常溫下的液態金屬具高流動性（低黏度），因此在以其作為半導體晶片與散熱板之間的導熱介質時，往往在工藝上需面臨液態金屬的溢流問題，也就是隨著液態金屬受散熱板擠壓而可能溢流至半導體晶片的周邊時，其往往會因液態金屬接觸到周邊的電子元件或基板（的電路），而容易造成短路損壞。

本發明提供一種電子封裝結構，其提供穩定的散熱機制（heat dissipation mechanism）以保護電子元件與電路

本發明的一種電子封裝結構，包括第一封裝模組與第二封裝模組。第一封裝模組包括基板與配置其上的第一電子元件、至少一第二電子元件與絕緣膜。第一電子元件與第二電子元件彼此相鄰。絕緣膜包括基材與泡棉膠體，泡棉膠體具黏性與可壓縮性。第二封裝模組包括散熱板與配置其上的液態金屬與絕緣凸部。第一封裝模組與第二封裝模組彼此結合，液態金屬受散熱板與第一電子元件的擠壓，絕緣凸部覆蓋且抵接絕緣膜而通過基材擠壓泡棉膠體，以變形泡棉膠體並使泡棉膠體覆蓋第二電子元件。

基於上述，電子封裝結構是由第一封裝模組與第二封裝模組予以結合而成，其中第一封裝模組是由基板、第一電子元件、至少一第二電子元件與絕緣膜所構成，第二封裝模組是由散熱板、液態金屬與絕緣凸部所構成，使用者分別完成第一、第二封裝模組後，即能將二者予以對接而完成電子封裝結構的製作，其製作工藝因上述而得以簡化。

再者，絕緣膜進一步地包括基材與泡棉膠體，其中泡棉膠體具黏性與可壓縮性，因此結合後的第一、第二封裝模組，利用結合時彼此對接時的施力，除了使液態金屬受散熱板與第一電子元件的擠壓外，第二封裝模組的絕緣凸部也會因此覆蓋且抵接絕緣膜，並通過基材擠壓泡棉膠體，以變形泡棉膠體並使泡棉膠體覆蓋第二電子元件。如此一來，位在第一電子元件周邊的第二電子元件便能有效地受泡棉膠體的覆蓋保護。對於受擠壓而可能產生溢流的液態金屬而言，絕緣凸部與絕緣膜能起到隔絕與保護的效果，以保護第二電子元件或基板上的電路避免接觸液態金屬而產生短路的情形，以兼具散熱及保護的功效。

圖1是依照本發明一實施例的電子封裝結構的剖視圖。圖2與圖3分別是圖1的電子封裝置結構的局部示意圖。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，電子封裝結構100包括第一封裝模組M1與第二封裝模組M2。第一封裝模組M1包括基板110與配置其上的第一電子元件A1、至少一第二電子元件A2與絕緣膜120。第一電子元件A1與第二電子元件A2彼此相鄰，其中第一電子元件A1是半導體晶片（die），例如用以形成中央處理器（CPU）或繪圖處理器（GPU）。第二電子元件A2是隨第一電子元件A1配置的附屬電子部件，例如是電容。基板110例如是承載上述電子元件的主機板，其上設置有多個電路（未繪示）。絕緣膜120包括基材121與泡棉膠體122，其中基材121例如是聚醯亞胺薄膜（polyimide film，PI薄膜），而泡棉膠體122具黏性與可壓縮性，其密度是804～807kg/m ³，且邵氏硬度（Shore 00）62~64。

再者，第二封裝模組M2包括散熱板160與配置其上的液態金屬130與絕緣凸部，而所述絕緣凸部在本實施例中是以絕緣膠G1作為例示。同時，第二封裝模組M2還包括絕緣膠G2，其中絕緣膠G1、G2例如是不導電（絕緣）高分子凝膠，散熱板160例如是銅質散熱板，其相對於液態金屬130的另一側可增設散熱裝置（heat sink，例如散熱鰭片、風扇或相關散熱器，未繪示），以利於將熱量傳送出電子封裝結構100。同時，為了避免銅質散熱板與液態金屬質130因直接接觸而受腐蝕，因此銅質散熱板的表面還設置有抗腐蝕金屬層，以作為銅質散熱板的隔離層。。

由上可知，通過分別完成第一封裝模組M1與第二封裝模組M2之後，便能通過第一封裝模組M1與第二封裝模組M2的對接而達到彼此結合以形成電子封裝結構100的目的，其中值得注意的是，上述二者對接過程中所提供的施力，能對部分構件產生擠壓夾持效果，進而達到所需的目的，其中包括液態金屬130是受散熱板160與第一電子元件A1的擠壓，散熱板160上的絕緣凸部絕緣凸部（絕緣膠G1）會覆蓋且抵接絕緣膜120而通過基材121擠壓泡棉膠體122，以變形泡棉膠體122並使泡棉膠體122覆蓋第二電子元件A2，後續將有詳細說明。

請再參考圖1與圖2，在此先行說明第二封裝模組M2的構件組成。除上述之外，本實施例的第二封裝模組M2還包括泡棉140與載體層170，分別配置於散熱板160上，且載體層170位於散熱板160與泡棉140之間。在此，載體層170例如是聚酯薄膜mylar（PET薄膜），其具備相當硬度以利於使用者較佳的操作手感。簡單地說，本實施例的泡棉140需視情形實際配置環境與條件而予以裁切，一旦裁切後的尺寸較小時，便不利於使用者將其順利地配置（貼附）至散熱板160上。

舉例來說，如圖2所示，泡棉140的的局部是位在第二電子元件A2與第一電子元件A1之間，且所述局部的寬度W1小於泡棉140的其餘部分的寬度W2，圖2所示凹陷RC正是存在於絕緣凸部（絕緣膠G1）與泡棉140之間，以利於讓第二封裝模組M2與第一封裝模組M2結合後，所示凹陷RC會形成用以容置第二電子元件A2的所需的空間。故而泡棉140在所示局部僅能維持其寬度W1。據此，為了增益使用者組裝時的便利性，本實施例的泡棉140實質上需先行配置在載體層170上，而後在藉助載體層170而將泡棉140貼附於散熱板160。反過來說，在另一未繪示的實施例中，若無前述尺寸過小而不易組裝操作的前提下，泡棉140便毋須藉助載體層170，而能改為直接組裝至散熱板160。

接著，請同時參考圖1與圖3，在此對第一封裝模組M1予以說明。在本實施例中，第一封裝模組M1還包括擋牆150，配置於基板110且環繞第一電子元件A1與第二電子元件A2，絕緣膜120的內側緣E1覆蓋第二電子元件A2且環繞第一電子元件A1，絕緣膜120的外側緣E2覆蓋擋牆150。再者，第一封裝模組M1還包括固定膠G3，配置於基板110上且位於第一電子元件A1的周緣，以固定第一電子元件A1於基板110上，其中第二電子元件A2與固定膠G3之間存在間隙GP。在此，固定膠G3例如是環氧樹脂（epoxy）材質，其適於在將第一電子元件A1封裝至基板110上時即接續完成。

屆此，第一封裝模組M1與第二封裝模組M2的構件組成已如前述，以下說明第一封裝模組M1與第二封裝模組M2相互對接後所產生的特徵。

請再參考圖1，當第一封裝模組M1結合第二封裝模組M2後，絕緣凸部（絕緣膠G1）的局部還會填充於前述的間隙GP且因此覆蓋第二電子元件A2的局部側面。在其他未繪示的實施例中，絕緣膠G1也會因此與固定膠G3的局部，但無論絕緣膠G1、固定膠G3彼此重疊與否，均不影響各自於前述之效果。另外，在本實施例中，絕緣膠G1、G2可採不固化的導熱凝膠（H-Putty），且其厚度需控制在1.2mm以下，確保其可壓縮性以能與周邊結構接觸並受擠壓。

另需說明的是，上述藉由絕緣膜120與絕緣膠G1的對應配置，還能有效地降低第一封裝模組M1與第二封裝模組M2對接結合時工藝的困難度。在本實施例中，固定膠G3與電容（第二電子元件A2）之間存在僅2.3mm的間隙，因此對於絕緣膠G1而言並不容易能精準控制其施作範圍與用量。現有技術能做到的僅是將絕緣膠G1塗佈覆蓋於所有的第二電子元件A2，而此舉明顯存在絕緣膠G1的用量過多、施作時間較長…等缺點。據此，為了有效地降低絕緣膠G1的用量，因此本實施例改以絕緣膜120搭配絕緣膠G1，其中絕緣膜120用以貼附覆蓋至少大部分的第二電子元件A2，而能節省施作時間，而剩餘的部分才填充以絕緣膠G1。

再者，當第一封裝模組M1結合第二封裝模組M2後，泡棉140環繞於第一電子元件A1與第二電子元件A2之外，且泡棉140抵接在絕緣膜120的基材121上，以使泡棉140、絕緣膜120的基材121與泡棉膠層122被夾持在散熱板160與基板110之間。正因絕緣膠G1因對接時的施力而得以抵壓在基材121上，故而能進一步地施壓於泡棉膠體122並造成其變形，使泡棉膠體122除了接觸於第二電子元件A2的頂面之外，還能因變形而延伸至第二電子元件A2的側面，並造就第二電子元件A2實質上是陷於泡棉膠體122內的包覆效果。反過來說，為了順利地利用第一封裝模組M1與第二封裝模組M2對接施力來使泡棉膠體122產生變形，因此如圖1所示，絕緣膠G1與散熱板160之間是屬於無縫接觸（配置）。

類似地，對於泡棉140而言也是如此，由於泡棉140所在的局部尚有泡棉膠體122，因此也需通過無縫接觸來確保構件之間的抵接關係，以利於前述對接施力能對可壓縮的泡棉140以至泡棉膠體122產生變形。

此外，當第一封裝模組M1與第二封裝模組M2結合後，絕緣膠G2、絕緣膜120的外側緣E1與擋牆150會被夾持在散熱板160與基板110之間，且也如前述使構件之間產生無縫接觸而利於產生所需的隔絕效果。

如圖1所示，當第一封裝模組M1與第二封裝模組M2結合後，絕緣膠G1、泡棉140（及載體層170）與絕緣膜120的一部分、擋牆150、絕緣膜120的另一部分（外側緣E2）與絕緣膠G2在基板110與散熱板160之間形成逐層環設的多個空間P1、P2、P3，其中第一電子元件A1與液態金屬130位於最內層的空間P1，且這些空間P1、P2、P3是作為液態金屬130溢流時的防備緩衝。

詳細而言，正如前述液態金屬130會因第一封裝模組M1與第二封裝模組M2對接結合而受力被擠壓，因此在施作時會面臨液態金屬130的溢流問題。本實施例通過上述構件所形成的空間P1、P2、P3，而提供不同程度的防堵效果。換句話說，這些空間P1、P2、P3即是用以供液態金屬130溢流之用，且因絕緣膠G1與絕緣膜G2已對第二電子元件A2或基板110的上表面提供防護，因此能避免電性短路情形發生。

此外還需提及的是，本實施例的泡棉140是密度為57±5kg/m ³的SM-55多孔性泡棉，除了因可壓縮性而能承受散熱板160與基板110對接時的施力外，其多孔結構也能對溢流至空間P2或空間P3的液態金屬130提供吸附的效果，避免液態金屬130溢流至電子封裝結構100之外。

圖4是本發明另一實施例的電子封裝置結構的剖視圖。請參考圖4，本實施例與前述圖1所示實施例不同的是，本實施例的電子封裝結構200中，第二封裝模組M2A的絕緣凸部是以絕緣泡棉作為例示，且特別以泡棉140作為例示。對於第一封裝模組M1而言，則與前述實施例相同，因此以相同符號繪示且不再贅述。換句話說，本實施例是以泡棉140同時作為取代前述絕緣膠G1的使用。

如此一來，如圖4所示，也就是在第二封裝模組M2A與第一封裝模組M1相互結合時，第二封裝模組M2A是以泡棉140抵壓在絕緣膜120上。此時。絕緣膜120的局部（內側）覆蓋第二電子元件A2，同時受絕緣凸部（泡棉140）擠壓變形以讓泡棉膠體122貼附至基板110。絕緣膜120的另一局部（中央處）受泡棉140的抵壓而直接抵接（且貼附）於基板110，而絕緣凸部（泡棉140）的又一局部（外側）覆蓋擋牆150，且散熱板160同樣以絕緣膠G2覆於絕緣膜120上，以使所述又一局部被夾於絕緣膠G2與擋牆150之間。對於第二電子元件A2而言，其同樣能受到被擠壓的泡棉膠體122的完全包覆。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，電子封裝結構是由第一封裝模組與第二封裝模組予以結合而成，其中第一封裝模組是由基板、第一電子元件、至少一第二電子元件與絕緣膜所構成，第二封裝模組是由散熱板、液態金屬與絕緣膠所構成，使用者分別完成第一、第二封裝模組後，即能將二者予以對接而完成電子封裝結構的製作，其製作工藝因上述而得以簡化。

再者，絕緣膜進一步地包括基材與泡棉膠體，其中泡棉膠體具黏性與可壓縮性，因此結合後的第一、第二封裝模組，利用結合時彼此對接時的施力，除了使液態金屬受散熱板與第一電子元件的擠壓外，第二封裝模組的絕緣膠也會因此覆蓋且抵接絕緣膜，並通過基材擠壓泡棉膠體，以變形泡棉膠體並使泡棉膠體覆蓋第二電子元件。

如此一來，位在第一電子元件周邊的第二電子元件便能有效地受泡棉膠體的覆蓋保護。對於受擠壓而可能產生溢流的液態金屬而言，絕緣膠與絕緣膜能起到隔絕與保護的效果，以保護第二電子元件或基板上的電路避免接觸液態金屬而產生短路的情形，以兼具散熱及保護的功效。

此外，上述構件會在基板與散熱板之間形成彼此逐層環設的多個空間，其中第一電子元件是在最內層的空間，其餘空間皆相對於所述最內層空間呈逐層環繞式設置。據此，這些空間便成為可供液態金屬溢流之用，除了第二電子元件與基板的上表面能受絕緣膠、絕緣膜的保護而與溢流的液態金屬隔絕之外，作為其中一阻隔結構的的泡棉，其多孔結構也能作為吸附液態金屬之用，避免液態金屬溢流至電子封裝結構之外。

100、200:電子封裝結構

110:基板

120:絕緣膜

121:基材

122:泡棉膠體

130:液態金屬

140:泡棉

150:擋牆

160:散熱板

170:載體層

A1:第一電子元件

A2:第二電子元件

E1:內側緣

E2:外側緣

G1、G2:絕緣膠

G3:固定膠

GP:間隙

M1:第一封裝模組

M2、M2A:第二封裝模組

P1、P2、P3:空間

RC:凹陷

W1、W2:寬度

圖1是依照本發明一實施例的電子封裝結構的剖視圖。 圖2與圖3分別是圖1的電子封裝置結構的局部示意圖。 圖4是本發明另一實施例的電子封裝置結構的剖視圖。

100:電子封裝結構

110:基板

120:絕緣膜

121:基材

122:泡棉膠體

130:液態金屬

140:泡棉

150:擋牆

160:散熱板

170:載體層

A1:第一電子元件

A2:第二電子元件

G1、G2:絕緣膠

G3:固定膠

GP:間隙

M1:第一封裝模組

M2:第二封裝模組

P1、P2、P3:空間

Claims (17)

1. 一種電子封裝結構，包括：一第一封裝模組，包括一基板、一第一電子元件、至少一第二電子元件以及一絕緣膜，該第一電子元件與該至少一第二電子元件配置在該基板上且彼此相鄰，該絕緣膜配置在該基板上，該絕緣膜覆蓋該第二電子元件且環繞該第一電子元件，該絕緣膜包括一基材與一泡棉膠體，該泡棉膠體具黏性與可壓縮性；一第二封裝模組，包括一散熱板、一液態金屬與一絕緣凸部，該液態金屬與該絕緣凸部配置於該散熱板上，該絕緣凸部環繞該液態金屬，該第一封裝模組與該第二封裝模組彼此對接，其中該液態金屬對接該第一電子元件且受該散熱板與該第一電子元件的擠壓，該絕緣凸部對接該絕緣膜，以覆蓋且抵壓該絕緣膜而通過該基材擠壓該泡棉膠體，以變形該泡棉膠體並使該泡棉膠體覆蓋該第二電子元件。
2. 如請求項1所述的電子封裝結構，其中該絕緣凸部是絕緣膠，與該液態金屬分別塗佈在該散熱板上。
3. 如請求項2所述的電子封裝結構，其中該第二封裝模組還包括一泡棉，配置於該散熱板上，當該第一封裝模組結合該第二封裝模組後，該泡棉環繞於該第一電子元件與該第二電子元件之外，且該泡棉抵接在該絕緣膜的該基材上，以使該泡棉、該絕緣膜的該基材與該泡棉膠層被夾持在該散熱板與該基板之間。
4. 如請求項3所述的電子封裝結構，其中該第二封裝模組還包括一載體層，配置在該散熱板上，該泡棉配置在該載體層上，以使該載體層位於該散熱板與該泡棉之間。
5. 如請求項3所述的電子封裝結構，其中該泡棉的局部位在該第二電子元件與該第一電子元件之間，且所述局部的寬度小於該泡棉的其餘部分的寬度。
6. 如請求項3所述的電子封裝結構，其中該泡棉是密度為57±5kg/m³的SM-55泡棉。
7. 如請求項3所述的電子封裝結構，其中該第一封裝模組還包括一擋牆，配置於該基板且環繞該第一電子元件與該第二電子元件，該絕緣膜的內側緣覆蓋該第二電子元件且環繞該第一電子元件，該絕緣膜的外側緣覆蓋該擋牆。
8. 如請求項7所述的電子封裝結構，其中該第二封裝模組還包括另一絕緣膠，配置於該散熱板，當該第一封裝模組與該第二封裝模組結合後，該另一絕緣膠、該絕緣膜的該外側緣與該擋牆被夾持在該散熱板與該基板之間。
9. 如請求項8所述的電子封裝結構，其中當該第一封裝模組與該第二封裝模組結合後，該絕緣膠、該泡棉與該絕緣膜的一部分、該擋牆、該絕緣膜的另一部分與該另一絕緣膠在該基板與該散熱板之間形成逐層環設的多個空間，該第一電子元件與該液態金屬位於最內層的該空間，該些空間作為該液態金屬溢流時的防備緩衝。
10. 如請求項2所述的電子封裝結構，其中該第一封裝模組還包括固定膠，配置於該基板上且位於該第一電子元件的周緣，以固定該第一電子元件於該基板上，該至少一第二電子元件與該固定膠之間存在間隙，該絕緣膠的局部填充於該間隙。
11. 如請求項10所述的電子封裝結構，其中該絕緣膠覆蓋該固定膠的局部。
12. 如請求項1所述的電子封裝結構，其中該絕緣凸部是絕緣泡棉，當該第一封裝模組結合該第二封裝模組後，該絕緣泡棉環繞於該第一電子元件之外且覆蓋該第二電子元件。
13. 如請求項12所述的電子封裝結構，其中該絕緣膜的局部覆蓋該第二電子元件，且該絕緣膜的該局部受該絕緣泡棉的抵壓，該絕緣膜的另一局部受該絕緣泡棉的抵壓而抵接於該基板。
14. 如請求項13所述的電子封裝結構，其中該第一封裝模組還包括一擋牆，配置於該基板且環繞該第一電子元件與該第二電子元件，該絕緣膜的又一局部覆蓋該擋牆，該絕緣膜的該另一局部位於該又一局部與該局部之間。
15. 如請求項14所述的電子封裝結構，其中該第二封裝模組還包括一絕緣膠，配置於該散熱板，當該第一封裝模組與該第二封裝模組結合後，該絕緣膠、該絕緣膜的該又一局部與該擋牆被夾持在該散熱板與該基板之間。
16. 如請求項12所述的電子封裝結構，其中該第一封裝模組還包括固定膠，配置於該基板上且位於該第一電子元件的周緣，以固定該第一電子元件於該基板上。
17. 如請求項1所述的電子封裝結構，其中該泡棉膠體被擠壓而貼附於該基板，以完全包覆該第二電子元件。