TWI851051B - 晶片與集成散熱器的封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種晶片與集成散熱器的封裝結構，包括基板、晶片、熱傳介質以及散熱器。晶片配置於基板上，熱傳介質配置於晶片上。散熱器呈蓋體，配置於基板上以覆蓋晶片與熱傳介質，其中熱傳介質抵接在晶片與散熱器之間。散熱器是以石墨板與至少一銅層製成，其中銅層完全披覆於石墨板的外表面。

Description

晶片與集成散熱器的封裝結構

本發明是有關於一種晶片與集成散熱器的封裝結構。

諸如半導體、積體電路封裝、電晶體等之電子元件通常具有其最佳操作之溫度。但電子元件之操作產生熱若未經移除，則電子元件將面臨在在顯著高溫的環境下操作，而不利於電子元件的操作特性及相關聯裝置之操作。

尤其是，隨著半導體技術的增進，往往也伴隨著具有更高密度之電子元件及集成電路，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能。

因此，如何針對具有更高密度之電子元件及集成電路提供對應的散熱手段，實為相關技術人員所需思考並解決的課題。

本發明提供一種晶片與集成散熱器的封裝結構，其藉由由石墨板與熱傳介質的搭配，而能提供具有較佳熱傳效率的散熱路徑。

本發明的晶片與集成散熱器的封裝結構，包括基板、晶片、熱傳介質以及散熱器。晶片配置於基板上，熱傳介質配置於晶片上。散熱器呈蓋體，配置於基板上以覆蓋晶片與熱傳介質，其中熱傳介質抵接在晶片與散熱器之間。散熱器是以石墨板與至少一銅層製成，其中銅層完全披覆於石墨板的外表面。

基於上述，本實施例的散熱器是以石墨板為基礎，並在其外表面完全披覆銅層，而形成所需的集成散熱器，據以有效地將晶片所產生的熱量能迅速的經由熱傳介質而被傳送至散熱器，並據以從散熱器散逸出去。

圖1是依據本發明一實施例的封裝結構的簡單側視圖。請參考圖1，在本實施例中，封裝結構100，也就是晶片與集成散熱器的封裝結構，例如是中央處理器，其包括基板120、晶片110、熱傳介質130以及散熱器140。晶片110，例如是裸晶（die），其配置於基板120（例如是電路板）上，熱傳介質130配置於晶片110上。散熱器140呈蓋體，通過接著材150而配置於基板120上，以覆蓋晶片110與熱傳介質130，其中熱傳介質130抵接在晶片110與散熱器140之間。在此，封裝結構100用以對製作後的裸晶（晶片110）提供保護與散熱功能。

再者，圖1所示的封裝結構100還包括：基板120具有背離晶片110延伸的連接接腳121；散熱鰭片170通過另一熱傳介質160而配置在散熱器140上且背對於散熱器140，據以讓晶片110所產生的熱傳送至散熱器140後，還能進一步地通過另一熱傳介質160與散熱鰭片170散熱出封裝結構100。

圖2是圖1的散熱器的構件組成示意圖。請同時參考圖1與圖2，在本實施例中，散熱器140是以石墨板142與至少一銅層141所製成，其中銅層141完全披覆於石墨板142的外表面。如圖2所示，所述至少一銅層141包括部件A1、A2，其相互結合後形成足以容置石墨板142的空間。在此，通過石墨板142與銅層141所形成的複合式薄層導熱結構，其除了利用石墨板142的高導熱特性（熱傳導係數K=1500W/m ·K）之外，還能藉由披覆在其外表面的銅層141提供保護效果，同時藉由銅層141的延展特性，而讓散熱器140具有能輕易接受後加工與組裝的製程，並避免石墨板142容易受外力而損毀的情形。在此，石墨板142的厚度是0.7mm至3mm。

請再參考圖1，有鑑於散熱器140的銅層141容易受環境溫濕度以及周邊構件影響而產生腐蝕，因此在本實施例的散熱器140中，還包括鎳層143，鍍製在銅層141的外表面且位在背對石墨板142的一側，也就是銅層141其中一側能藉由鎳層143而與所述另一熱傳介質160抵接，而另一側則藉由鎳層143與熱傳介質130抵接。在此，位於其中一側的銅層141與鎳層143的厚度和是0.05mm至2mm。

請再參考圖1，在本實施例中，所述用以抵接在晶片110與散熱器140之間的熱傳介質130例如是液態金屬，其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（熱傳係數30～40W/m ·K）及導電性。正因常溫下是呈液體，因此具備操作上的便利性，亦即在散熱器140與晶片110的至少其一塗佈熱傳介質130後，即能順利地覆蓋並擠壓熱傳介質130，而使其順利地擴散於散熱器140與晶片110之間的空間。在此，熱傳介質130的厚度是0.1mm至0.2mm。需說明的是，作為晶片110與散熱器140之間的熱傳媒介，熱傳介質130的主要目的在於填補晶片110與散熱器140之間的縫隙，所述縫隙是因晶片110與散熱器140的製作工藝或材料等，而造成粗糙度、平整度等表面特性的差異，因此實際操作時，是先以厚度是0.1mm至0.2mm的熱傳介質130配置於晶片110與散熱器140之間，而後當三者疊置後對熱傳介質130進行擠壓，以讓熱傳介質130的厚度因擠壓而縮小，確保能在晶片110與散熱器140之間佈滿熱傳介質130。

圖3是本發明另一實施例的封裝結構的局部剖視圖。請參考圖3，需先說明的是，圖3相當於從圖1的局部AP的放大圖，其代表其餘部分仍能與圖1所示構件相同，在此便不再贅述。與前述不同的是，本實施例是以熱傳介質230取代前述的熱傳介質130，在此，熱傳介質230是以銦為主的銲接材，特別是金基銦銲料，包括銦層231以及相對兩側的金層232，其具有高拉伸強度與優異的導熱導電功能（熱傳係數81.8W/m ·K），而以釺銲製程結合在散熱器140與晶片110之間。再者，為了增加結合程度與結合強度，晶片110與銲接材（也就是熱傳介質230）接觸的表面，以及散熱器140與銲接材（也就是熱傳介質230）接觸的表面，便是通過在銦層231的相對兩表面鍍製金層232，以作為膨脹係數差異過大時的結構緩衝（利用金層232的可延展性）。

另需提及的是，前述另一熱傳介質160也可採以圖1所示的液態金屬或圖3所示的銲接材。

綜上所述，在本發明的上述實施例中，本實施例的散熱器是以石墨板為基礎，並在其外表面完全披覆銅層，而形成所需的集成散熱器，據以有效地將晶片所產生的熱量能迅速的經由熱傳介質而被傳送至散熱器，並據以從散熱器散逸出去。

更進一步地說，為了使散熱器與周邊疊置構件存在較佳的配置效果，因此於銅層的外表面鍍製鎳層，以對銅層提供保護效果而不致被腐蝕。此外，用以填充在晶片與散熱器之間的熱傳介質可從液態金屬與包含銦的銲接材之間選用，其中在使用所述銲接材時，與其接觸的散熱器與晶片尚須鍍製金層，以避免膨脹係數差異過大而導致破裂情形，亦即藉由金層的可延展性而緩衝前述膨脹係數差異過大的情形。

100:封裝結構 110:晶片 120:基板 121:連接接腳 130、160、230:熱傳介質 140:散熱器 141:銅層 142:石墨板 143:鎳層 150:接著材 170:散熱鰭片 231:銦層 232:金層 A1、A2:部件 AP:局部

圖1是依據本發明一實施例的封裝結構的簡單剖視圖。 圖2是圖1的散熱器的構件組成示意圖。 圖3是本發明另一實施例的封裝結構的局部剖視圖。

100:封裝結構

110:晶片

120:基板

121:連接接腳

130、160:熱傳介質

140:散熱器

141:銅層

142:石墨板

143:鎳層

150:接著材

170:散熱鰭片

AP:局部

Claims (9)

1. 一種晶片與集成散熱器的封裝結構，包括：一基板；一晶片，配置於該基板上；一熱傳介質，配置於該晶片上；以及一散熱器，呈一蓋體，配置於該基板上以覆蓋該晶片與該熱傳介質，其中該熱傳介質抵接在該晶片與該散熱器之間，該散熱器是以一石墨板與至少一銅層製成，其中該銅層完全披覆於該石墨板的外表面，其中該銅層的外表面鍍有一鎳層。
2. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，位於該石墨板的其中一表面的該銅層與該鎳層的厚度和是0.05mm至2mm。
3. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該熱傳介質是液態金屬，具有熱傳係數30~40W/m．K。
4. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該熱傳介質是包含銦的銲接材，具有熱傳係數81.8W/m．K，以釺銲製程結合在該散熱器與該晶片之間。
5. 如請求項4所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該散熱器與該銲接材接觸的表面以及該晶片與該銲接材接觸的表面分別鍍有金層。
6. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該石墨板的厚度是0.7mm至3mm。
7. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該熱傳介質的厚度是0.1mm至0.2mm。
8. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該晶片是裸晶(die)。
9. 如請求項1所述晶片與集成散熱器的封裝結構，其中該散熱器還包括一散熱鰭片，配置於該散熱器上且背離該晶片與該熱傳介質。

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