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TWI850991B - 電子封裝模組 - Google Patents

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TWI850991B
TWI850991B TW112102982A TW112102982A TWI850991B TW I850991 B TWI850991 B TW I850991B TW 112102982 A TW112102982 A TW 112102982A TW 112102982 A TW112102982 A TW 112102982A TW I850991 B TWI850991 B TW I850991B
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王友史
劉志鈞
凌正南
戴文杰
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宏碁股份有限公司
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Abstract

一種電子封裝模組，包括晶片、散熱組件、承載件以及液態金屬。承載件夾持在晶片與散熱組件之間。承載件具有多孔結構。液態金屬填充於多孔結構中以熱接觸該晶片與該散熱組件。液態金屬被該承載件侷限在該晶片與該散熱組件之間而不會溢流出晶片與散熱組件之外。

Description

電子封裝模組
本發明是有關於一種電子封裝模組。
目前常見之各式電子元件均朝向微型化方向研發設計，惟各式電子元件因縮小化及效能大幅提升等諸多因素，亦伴隨著容易於實際運作過程中產生高熱，影響整體運作效能。因此，必需利用習知微均溫板進行散熱。習用電子裝置的散熱結構由散熱片設置於電子元件上，再利用風扇單元導引氣流至機殼外部。但由於機殼內部之各元件排列緊密，發熱源散發的熱量無法有效地往外排出，造成機殼內部產生溫升效應，加上熱量不斷累積的惡性循環下，若機殼內部的溫度無法保持在正常範圍，會影響整個電子裝置運作的可靠度及使用壽命，且會造成漏電的問題與超頻時溫度過高的問題。
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模組，其通過承載件的多孔結構而有效地將液態金屬侷限在散熱組件與晶片之間，以維持所需的散熱效能且避免因液態金屬溢流而導致短路損壞。
本發明的電子封裝模組，包括晶片、散熱組件、承載件以及液態金屬。承載件夾持在晶片與散熱組件之間。承載件具有多孔結構。液態金屬填充於多孔結構中以熱接觸該晶片與該散熱組件。液態金屬被該承載件侷限在該晶片與該散熱組件之間而不會溢流出晶片與散熱組件之外。
基於上述，在本發明的上述實施例中，電子封裝模組通過承載件的多孔結構而有效地將液態金屬侷限在散熱組件與晶片之間，以維持所需的散熱效能且避免液態金屬溢流於散熱組件與晶片之外而可能導致的短路損壞。進一步地說，承載件的多孔結 構會對液態金屬產生如毛細般吸附的效果，因而能順利地將液態金屬保留在散熱組件與晶片之間的空間而不外溢。如此一來，液態金屬能穩定且持續地將晶片所產生熱量傳送至散熱組件而散逸出電子封裝模組，以利於液態金屬能維持應有的散熱效果。
100:電子封裝模組
110:電路組件
111:晶片
111a:凹槽
112:電路板
113:背板
120:散熱組件
121:本體
122:鎖附件
122a:鎖附單元
122b:彈性單元
130:承載件
131:外框
132:可壓縮彈性體
133:金屬網
133a:多邊形空心結構單元
140:液態金屬
N1:平面
N2:頂面
N3:底面
P1:通孔
P2:鎖附凸部
t1、t2、t3:厚度
圖1是依據本發明一實施例的電子封裝模組的爆炸圖。
圖2是圖1的電子封裝模組於組裝後的剖視圖。
圖3是圖1的電子封裝模組的局部放大圖。
圖1是依據本發明一實施例的電子封裝模組的爆炸圖。圖2是圖1的電子封裝模組於組裝後的剖視圖。圖3是圖1的電子封裝模組的局部放大圖。請同時參考圖1至圖3，在本實施例中，電子封裝模組100包括電路組件110、散熱組件120、承載件130以及液態金屬140。電路組件110包括電路板112與配置其上的晶片111，晶片111例如是電腦系統的中央處理器(CPU)或繪圖晶片(GPU)。承載件130被夾持在晶片111與散熱組件120之間。承載件130具有多孔結構。液態金屬140填充於多孔結構中以熱接觸晶片111與散熱組件120。液態金屬140被承載件130侷限在晶片111與散熱組件120之間而不會溢流出晶片111與散熱 120件之外。再者，散熱組件120背對承載件130或晶片111的相對側還可進一步地設置散熱鰭片(未繪示)，以利晶片111所產生的熱量能依序經由承載件130、散熱組件120與前述散熱鰭片而散逸出電子封裝模組100。
如圖1與圖2所示，電路組件110還包括背板113，配置在電路板112背對晶片111的相對側，且電路板112具有通孔P1，背板113具有鎖附凸部P2，其中鎖附凸部P2具有內螺紋。對應地，散熱組件120包括本體121與多個鎖附件122，其中液態金屬140與本體121接觸，且承載件130實質上是被夾在本體121與晶片111之間。活動地設置於本體121的鎖附件122包括鎖附單元122a與彈性單元122b，鎖附單元122a穿過本體121與電路板112而鎖附至背板113，相當於鎖附單元122a穿過通孔P1後鎖入鎖附凸部P2且能據以調整鎖入深度，彈性單元122b套設於鎖附單元122a且抵接在鎖附單元122a與本體121之間。如此一來，隨著鎖附單元122a鎖入鎖附凸部P2的深度增加，相當於提高鎖附單元122a與本體121加於彈性單元122b的施力，亦即增加彈性單元122b的變形量，而據以讓彈性單元122b的彈力成為抵壓承載件130的施力，而使晶片111與電路板112被穩固地夾持在散熱組件120的本體121與背板113之間。
在本實施例中，承載件130包括金屬網133與可壓縮彈性體132，其中金屬網133具有多孔結構，可壓縮彈性體132環設於金屬網133的周緣，同時被抵接與壓縮在散熱組件120與晶片 111之間。再者，承載件130還包括外框131，環設在可壓縮彈性體132的周緣，且使可壓縮彈性體132位於金屬網133與外框131之間。在此，外框131是壓克力或聚酯薄膜(mylar film)，而可壓縮彈性體132例如是矽膠，其是藉由液態矽膠(LSR，Liquid Silicone Rubber)通過模內射出成型而將外框131與金屬網133結合在一起。對於外框131與可壓縮彈性體132而言，外框131相較於可壓縮彈性體132具有較高的硬度，而可壓縮彈性體132相較於外框131則具有較高的彈性。同時，可壓縮彈性體132的厚度t2大於金屬網133的厚度t3，且可壓縮彈性體132的厚度t2大於外框131的厚度t1，因此受到散熱組件120的本體121與電路組件110的背板113如上述手段夾持時，壓縮彈性體132於結構上是直接受本體121與晶片111的夾持與擠壓，進而在散熱組件120與晶片111之間形成密閉空間，據以容置液態金屬140且不使其外溢。還需提及的是，金屬網133也因具備彈性而可被壓縮在晶片111與散熱組件120的本體121之間。
再者，如圖1所示，外框131的外輪廓與晶片111的外輪廓一致。換句話說，正因外框131的硬度高於可壓縮彈性體132的硬度，因此容易被使用者握持以利於將承載件130定位、貼附在晶片111上表面。如圖2所示，晶片111的周緣環設有凹槽111a，而外框131可於其一側提供背膠或黏著層，以利於將外框131貼附於晶片111表面，且同時讓可壓縮彈性體132能準確地落入凹槽111a並對齊凹槽111a的內側緣。從晶片111上表面外溢的液態 金屬140需先流入凹槽111a，同時還會受到可壓縮彈性體132的阻擋，而存在防止液態金屬140外溢的雙重保障效果。在進行電路組件110、承載件130與散熱組件120的組裝施作時，使用者如前述握持承載件130的外框131而完成承載件130對位且貼附於晶片111上後，即能接續地將散熱組件120以其鎖附件122鎖入電路組件110的背板113，而順利地將承載件130夾持其中，且讓承載件130的可壓縮彈性體132結構上直接受本體121與晶片111的抵接與壓縮，而共同形成用以容置液態金屬140的密閉空間。據此，承載件130能有效地提高前述施作工藝的便利性。
接著，請再參考圖2與圖3，在本實施例中，金屬網133的材質與散熱組件120的本體121的材質彼此相同，且例如是銅，以利於將晶片111所產生熱量順利地傳遞至散熱件120而不致降低其導熱效能。再者，如圖3所示，金屬網133的多孔結構是由多個多邊形空心結構單元133a沿平面N1相互結合而組成，且相鄰的任意兩個多邊形空心結構單元133a沿平面N1相互連通。於製作上，即先行完成金屬網133後，再將外框131與金屬網133同置於模具中，而藉由液態矽膠予以射出成型以將外框131與金屬網133結合在一起。同時，對於金屬網133的這些多邊形空心結構單元133a來說，其頂面N2與底面N3分別共平面，以利於頂面N2與本體121貼附，或利於底面N3與晶片111貼附。
此外，請再參考圖2，對於液態金屬140而言，承載件130的可壓縮彈性體132與本體121、晶片111形成密閉空間後， 即能有效止擋液態金屬140外溢並將其侷限在密閉空間中。換句話說，液態金屬140即能自由地流動在所述多個多邊形空心結構單元133a中，這些多邊形空心結構單元133a能有效地對液態金屬140產生消波效果而降低液態金屬140的流動性，同時也是讓液態金屬140能均勻地分佈在這些多邊形空心結構單元133a中，據以讓液態金屬140能穩定地保持且熱接觸於散熱件120的本體121與晶片111之間，在本實施例中，多邊形空心結構單元133a各自外徑小於或等於0.15mm，因此這些多邊形空心結構單元133a也相當於通過毛細現象而對液態金屬140造成侷限效果，以達到穩定導熱效果。
綜上所述，在本發明的上述實施例中，電子封裝模組通過承載件的多孔結構而有效地將液態金屬侷限在散熱組件與晶片之間，以維持所需的散熱效能且避免液態金屬溢流於散熱組件與晶片之外而可能導致的短路損壞。進一步地說，承載件的多孔結構材質與散熱件相同，以使其不致降低導熱效能，更重要的是，承載件的多孔結構會對液態金屬產生如毛細般吸附的效果，因而能順利地將液態金屬保留在散熱組件與晶片之間的空間而不外溢，同時降低液態金屬在所述空間的流動性，且使液態金屬在所述空間的分佈密度得以均勻化。如此一來，液態金屬能穩定且持續地將晶片所產生熱量傳送至散熱組件而散逸出電子封裝模組，以利於液態金屬能維持應有的散熱效果。
100:電子封裝模組 110:電路組件 111:晶片 111a:凹槽 112:電路板 113:背板 120:散熱組件 121:本體 122:鎖附件 130:承載件 131:外框 132:可壓縮彈性體 133:金屬網 140:液態金屬 P1:通孔 P2:鎖附凸部

Claims (13)

  1. 一種電子封裝模組，包括：晶片；散熱組件；承載件，夾持在該晶片與該散熱組件之間，該承載件具有多孔結構；以及液態金屬，填充於該多孔結構中以熱接觸該晶片與該散熱組件，且該液態金屬被該承載件侷限在該晶片與該散熱組件之間而不會溢流出該晶片與該散熱組件之外，其中該承載件包括金屬網與可壓縮彈性體，該金屬網具有該多孔結構，該可壓縮彈性體環設於該金屬網的周緣，且被壓縮在該散熱組件與該晶片之間。
  2. 如請求項1所述的電子封裝模組，還包括外框，環設在該可壓縮彈性體的周緣。
  3. 如請求項2所述的電子封裝模組，其中該外框是壓克力或聚酯薄膜(mylar film)。
  4. 如請求項2所述的電子封裝模組，其中該可壓縮彈性體是藉由液態矽膠通過模內射出成型而將該外框與該金屬網結合在一起。
  5. 如請求項2所述的電子封裝模組，其中該可壓縮彈性體的厚度大於該金屬網的厚度，且該可壓縮彈性體的厚度大於該外框的厚度。
  6. 如請求項2所述的電子封裝模組，其中該外框的外輪廓與該晶片的外輪廓一致。
  7. 如請求項1所述的電子封裝模組，其中該金屬網的材質與該散熱組件的材質分別是銅。
  8. 如請求項1所述的電子封裝模組，其中該晶片的周緣環設有凹槽，該可壓縮彈性體位於該凹槽內且受該散熱組件抵壓。
  9. 如請求項1所述的電子封裝模組，其中該多孔結構是由多個多邊形空心結構單元沿平面相互結合而組成，且相鄰的任意兩個該多邊形空心結構單元沿該平面相互連通。
  10. 如請求項9所述的電子封裝模組，其中結合後的該些多邊形空心結構單元的頂面共平面，且結合後的該些多邊形空心結構單元的底面共平面。
  11. 如請求項1所述的電子封裝模組，還包括電路板與背板，該晶片配置在該電路板上，該電路板位在該晶片與該背板之間。
  12. 如請求項11所述的電子封裝模組，其中該散熱組件包括本體與多個鎖附件，該些鎖附件活動地設置於本體且通過該本體與該電路板而鎖附至該背板，以將該晶片、該承載件與該電路板夾持在該散熱組件的該本體與該背板之間。
  13. 如請求項12所述的電子封裝模組，其中該鎖附件包括鎖附單元與彈性單元，該鎖附單元穿過該本體與該電路板而 鎖附至該背板，該彈性單元套設於該鎖附單元且抵接在該鎖附單元與該本體之間。
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