CN100417312C

CN100417312C - 具有改善散热结构的印刷电路板及电子装置

Info

Publication number: CN100417312C
Application number: CNB2005100990549A
Authority: CN
Inventors: 林志雄; 张乃舜
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: CN1731917A

Abstract

本发明公开一种具有改善散热结构的印刷电路板，适用于一多重封装模块的封装基板。一第一顶层金属层设置于一基板上，且对应于封装基板。一第二顶层金属层设置于基板上，且位于封装基板外侧。一内层金属层设置于基板中。多第一及第二导热插塞设置于基板中，使内层金属层分别热连接至第一顶层金属层及第二顶层金属层。本发明亦公开一种具有改善散热结构的电子装置。

Description

具有改善散热结构的印刷电路板及电子装置

技术领域：

本发明有关于一种电子装置，特别是有关于一种具有改善散热结构以及多重封装模块(multi-package module，MPM)的电子装置。

背景技术：

可携式电子产品，例如手机(cell phone)、移动计算机(mobile computing)及其它消费性产品需要在厚度薄、重量轻及低成本的限制因素下呈现高性能(performance)及功能(functionality)，因而驱使制造业者必须增加半导体芯片的集积度。亦即，制造业者开始转向三维(3D)封装，借由引线键合(wirebonding)法或倒装(flip chip)法等组装技术而将多重芯片迭置于一封装中。

因此，多重封装模块(multi-package module，MPM)近来越来越受到瞩目，其可在一封装基板上整合不同功能的芯片，例如微处理器或内存、逻辑及光学集成电路等，取代了将个别的芯片放置于较大尺寸的印刷电路板(printed circuit board，PCB)上的方式。然而，相较于个别的单晶封装而言，多重封装模块具有较高的功率密度，而使得热管理(thermal management)变的更为重要且成为其成功发展的关键因素。

图1示出传统的具有多重封装模块的电子装置100剖面示意图。此电子装置100包括一多重封装模块20，其组装于一印刷电路板(PCB)101上，且其包括一封装基板12。封装基板12的上表面及下表面各组装有不同功能的芯片16及14而构成多重封装模块20。举例而言，芯片16借由一封装基板12’的凸块(或锡球)10’而组装于封装基板12的上表面。芯片14则借由倒装法组装于封装基板12的下表面。封装基板12下表面具有多凸块10，其对应连接至印刷电路板101上的焊垫(bonding pad)(未示出)，使芯片16及14与印刷电路板101作电性连接。在多重封装模块20中，芯片16所产生的热可借由辐射(radiation)和对流(convection)两种方式将其排出。然而，由于芯片14与印刷电路板101之间的间隙狭小的关系，使得芯片14所产生的热难以借由辐射(radiation)和对流(convection)两种方式将其排出。因此，芯片14只能借由传导(conduction)方式进行散热。一般而言，印刷电路板101上对应芯片14的位置会形成一金属层102，并借由散热膏(heatconductive paste)22而与芯片14连接。因此，芯片14可借由散热膏22、金属层102及印刷电路板101所构成的热传导路径来进行散热。

然而，对于会产生高热的高功率芯片而言，上述被动式散热(passivecooling)是无法提供优选的散热效果以及较高的散热速率。亦即，将芯片所产生的热经由散热膏及金属层传导至印刷电路板并无法有效且及时地进行散热。

发明内容：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有改善散热结构的印刷电路板及电子装置，其利用电路板的内层金属层作为一虚拟热通道(virtual thermalchannel)，使得封装基板底侧芯片可借由虚拟热通道将热引导至封装基板外侧的电路板上，有利于主动式(active)及被动式散热的进行。

根据上述的目的，本发明的一实施例提供一种具有改善散热结构的印刷电路板，适用于一多重封装模块的封装基板，其包括一基板、第一及第二顶层金属层、内层金属层及多第一及第二导热插塞。第一顶层金属层设置于基板上，且对应于封装基板。第二顶层金属层设置于基板上，且位于封装基板外侧，具有至少一鳍部，其朝该印刷电路板表面大体平行地延伸。内层金属层设置于基板中。第一导热插塞设置于基板中，以热连接第一顶层金属层与内层金属层。第二导热插塞设置于基板中，以热连接第二顶层金属层与内层金属层。

又根据上述的目的，本发明的一实施例提供一种具有改善散热结构的电子装置，其包括：一封装基板及一电路板。封装基板，包括：具有一芯片区的基板以及依阵列排置于基板上的多凸块，且其围绕芯片区。电路板，位于封装基板下方，其包括：一内层金属层以及对应连接至凸块的多焊垫。导热层设置于封装基板的芯片区与电路板之间，且与内层金属层作热接触。散热片设置于封装基板外侧的电路板上且与内层金属层作热接触，该散热片具有至少一鳍部，其朝该电路板表面大体平行地延伸。

又根据上述的目的，本发明的另一实施例提供一种具有改善散热结构的电子装置，其包括：一封装基板及一印刷电路板。封装基板，包括：具有一芯片区的基板以及依阵列排置于基板上的多凸块，且其围绕芯片区。印刷电路板，位于封装基板下方，其包括：多焊垫，对应连接至凸块。一第一顶层金属层，对应于封装基板的芯片区。一第二顶层金属层，位于封装基板外侧，具有至少一鳍部，其朝该印刷电路板表面大体平行地延伸。一内层金属层，分别与第一顶层金属层及第二顶层金属层作热接触。

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明：

图1示出传统的具有多重封装模块的电子装置剖面示意图。

图2A示出根据本发明实施例的具有改善散热结构的电子装置的平面示意图。

图2B示出沿图2A中2B-2B线的剖面示意图。

图2C示出根据本发明实施例的具有交替排列的鳍部的散热片平面示意图。

图2D示出根据本发明实施例的具有三角形鳍部的散热片平面示意图。

图2E示出根据本发明实施例的具有矩形鳍部的散热片平面示意图。

图3A示出根据本发明实施例的具有改善散热结构的电子装置的平面示意图。

图3B示出沿图3A中3B-3B线的剖面示意图。

图3C示出根据本发明实施例的具有交替排列的鳍部的顶层金属层平面示意图。

图3D示出根据本发明实施例的具有三角形鳍部的顶层金属层平面示意图。

图3E示出根据本发明实施例的具有矩形鳍部的顶层金属层平面示意图。

符号说明：

传统技术

10、10’～凸块；12、12’～封装基板；14、16～芯片；20～多层封装模块；22～散热膏；100～电子装置；101～印刷电路板；102～金属层。

本发明

30～凸块；32a～芯片区；32～封装基板；34、36～芯片；40～多层封装模块；42～散热膏；200～电路板；201～基板；202～焊垫；204～导热层；205～散热部件；206～散热片；206a、212a～鳍部；207～风扇；208～散热模块；209～第二顶层金属层；210～第一顶层金属层；212～第二顶层金属层的第一部；214～第二顶层金属层的第二部；221～内层金属层；223～第一导热插塞；225～第二导热插塞。

具体实施方式：

以下配合图2A及图2B说明本发明实施例的具有改善散热结构的电子装置，其中图2A示出根据本发明实施例的具有改善散热结构的电子装置的平面示意图，而图2B示出沿图2A中2B-2B线的剖面示意图。电子装置包括：一多重封装模块40、一电路板200、导热层204及一散热片(heat sink)206。

多重封装模块40包括一封装基板32。封装基板32的下表面具有一芯片区32a而其上表面则同样具有一芯片区(未示出)。此处，「下表面」指面向电路板(如，印刷电路板)的表面，而「上表面」指背向于下表面的表面。在本实施例中，封装基板32可为塑料基板、陶瓷基板、无机基板或是有机基板。典型的芯片区32a大体位于封装基板32中心部。具有不同功能的芯片34及36可借由相同或不同的封装方法而分别组装于封装基板32下表面的芯片区32a中以及上表面的芯片区中。举例而言，芯片34及36可借由倒装法或打线法组装于封装基板32上。多凸块(bump)30，例如金属凸块、锡球、或信号球等，依阵列排置于封装基板32上并且围绕芯片区32a，用以将来自芯片34及36的信号传输至外部电路。

电路板200，例如一印刷电路板，位于多重封装模块40，其包括一基板201、位于基板201中的一内层金属层(inner metal layer)221及位于基板201上的多焊垫(bonding pad)202。多焊垫(bonding pad)202对应连接至多重封装模块40的凸块30，以电性连接电路板200与芯片34及36。典型的电路板包括至少一或多个金属层以及至少一或多个绝缘层，其中金属层可作为信号层、电源层、及/或接地层。此处，为简化图示，仅示出一平整基板201以及位于其中的一内层金属层221。

导热层204设置于电路板200上，且介于电路板200与封装基板32之间。在本实施例中，导热层204对应于封装基板32的芯片区32a，其借由散热膏42与芯片34作热接触并借由设置于基板201中的多第一导热插塞223与内层金属层221作热接触。此处，第一导热插塞223可为金属插塞。

散热片206设置于封装基板32外侧的电路板200上并且借由设置于基板201中的第二导热插塞225与内层金属层221作热接触。此处，第二导热插塞225可为金属插塞。在本实施例中，散热片206具有至少一鳍部206a。举例而言，位于封装基板32外侧的电路板200上的散热片206具有多圆形(round)鳍部206a，且其对称排列于散热片206的两相对侧。再者，鳍部206a朝电路板200表面大体平行地延伸。而在其它的实施例中，这些鳍部206a可交替地排列于散热片206的两相对侧，如图2C所示。另外，在其它实施例中，鳍部206a可为三角形(如图2D所示)、矩形(如图2E所示)或其它多边形。业内人士可轻易了解三角形或矩形的鳍部206a可交替地排列于散热片206的两相对侧而不局限于第2D及2E图的形态。在本实施例中，导热层204或散热片206可由金、银或铜金属所构成。再者，导热层204可与芯片34局部或完全重迭。此处，为了简化图示，仅以完全重迭的情形作为范例说明。

散热模块208设置于封装基板32外侧的散热片206的末端上方，以提供主动式散热。在本实施例中，散热模块208可包括一风扇207及设置于其下方的散热部件(heat dissipating component)205，例如金属热板(heat plate)或是热管(heat pipe)。

根据本实施例的具有改善散热结构的电子装置，由于内层金属层221及第一及第二导热插塞223及225构成一虚拟热通道，使得位于封装基板32底侧的芯片34所产生的热可借由虚拟热通道及位于封装基板32外侧的散热片206的鳍部206a进行辐射及对流等被动式散热。同时，可借由散热部件205以辐射、对流及传导等方式将热有效地且及时地排出至外在环境中，如图3B中箭号所示。另外，若芯片34为高功率芯片，亦可借由风扇207进行主动式散热将热迅速排出。相较于传统将热传导至电路板，本实施例的具有多重封装模块40的电子装置具有优选的散热效果及较高的散热效率。

以下配合图3A及图3B说明本发明另一实施例的具有改善散热结构的电子装置，其中图3A示出根据本发明实施例的具有改善散热结构的电子装置的平面示意图，而图3B示出沿图3A中3B-3B线的剖面示意图，其中相同于图2A及图2B的部件使用相同的标号并省略相关的说明。不同于图2A及图2B的实施例，本实施例借由电路板200中的第一及第二顶层金属层210及209及内层金属层221而形成热传导路径。此处，电路板200，例如一印刷电路板，包括一基板201、第一及第二顶层金属层210及209及一内层金属层221。第二顶层金属层209设置于基板201上方且包括一第一部212及一第二部214。

第一顶层金属层210设置于基板201上方且对应于芯片区32b下方。再者，第一顶层金属层210借由散热膏42与芯片34作热接触并以多第一导热插塞223，例如金属插塞，热连接至内层金属层221。

第二顶层金属层209的第一部212位于封装基板32外侧的电路板200上并以多第二导热插塞225，例如金属插塞，热连接至内层金属层221。其中，第二顶层金属层209的第一部212具有至少一鳍部212a。第二顶层金属层209的第二部214则与第一部212的末端相邻。举例而言，第二顶层金属层209的第一部212具有多圆形(round)鳍部212a，且其对称排列于第一部212的两相对侧。再者，鳍部212a朝基板201表面大体平行地延伸。而在其它的实施例中，这些鳍部212a可交替地排列于第一部212的两相对侧，如图3C所示。另外，在其它实施例中，鳍部212a可为三角形(如图3D所示)、矩形(如图3E所示)或其它多边形。业内人士可轻易了解三角形或矩形的鳍部212a可交替地排列于第二部212的两相对侧而不局限于图3D及图3E的形态。在本实施例中，第一顶层金属层210或第二顶层金属层209可由金、银或铜金属所构成。此处，第二顶层金属层209的第一部212作为一散热片。芯片34所产生的热可借由散热膏42、第一顶层金属层210、多第一及第二导热插塞223及225、内层金属层221及散热片传导至封装基板32外侧，以进行被动式散热。再者，第二顶层金属层209的第二部214作为散热部件，以利用设置于其上方的风扇207进行主动式散热，将热排出至外在环境中，如图3B中箭号所示。

同样地，根据本实施例的具有改善散热结构的电子装置，内层金属层221及导热插塞223及225构成一虚拟热通道，使得位于封装基板32底侧的芯片34所产生的热可借由虚拟热通道及位于封装基板32外侧的散热片有效地且及时地以辐射、对流及传导等方式排出至外在环境中。相较于传统将热传导至电路板，本实施例的具有改善散热结构的电子装置具有优选的散热效果及较高的散热效率。再者，由于第一及第二顶层金属层210及209由电路板200本身所提供，故无需额外提供散热片及散热部件而降低制造成本。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1. 一种具有改善散热结构的电子装置，包括：

一封装基板，其包括：

一基板，具有一芯片区；以及

多凸块，依阵列排置于该基板上且围绕该芯片区；

一电路板，位于该封装基板下方，其包括：

多焊垫，对应连接至所述凸块；以及

内层金属层；

一导热层，设置于该封装基板的芯片区与该电路板之间，且与该内层金属层作热接触；以及

一散热片，设置于该封装基板外侧的该电路板上且与该内层金属层作热接触，其中该散热片具有至少一鳍部，其朝该电路板表面大体平行地延伸。

2. 根据权利要求1所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该鳍部为圆形或多边形。

3. 根据权利要求1所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该散热片具有多鳍部对称或交替地排列于其两相对侧。

4. 根据权利要求1所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，更包括一散热模块，设置于该散热片上方。

5. 根据权利要求4所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该散热模块包括一热板或一热管。

6. 根据权利要求1所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该散热片或该导热层由金、银或铜金属所构成。

7. 根据权利要求1所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该电路板更包括多导热插塞，热连接该内层金属层、该导热层及该散热片。

8. 一种具有改善散热结构的电子装置，包括：

一封装基板，其包括：

一基板，具有一芯片区；以及

多凸块，依阵列排置于该基板上且围绕该芯片区；

一印刷电路板，位于该封装基板下方，其包括：

多焊垫，对应连接至所述凸块；

一第一顶层金属层，对应于该封装基板的芯片区；

一第二顶层金属层，位于该封装基板外侧，具有至少一鳍部，其朝该印刷电路板表面大体平行地延伸；以及

一内层金属层，分别与该第一顶层金属层及该第二顶层金属层作热接触。

9. 根据权利要求8所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该鳍部为圆形或多边形。

10. 根据权利要求8所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该第二顶层金属层具有多鳍部对称或交替地排列于其两相对侧。

11. 根据权利要求8所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，更包括一散热模块，设置于该第二顶层金属层上方。

12. 根据权利要求11所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该散热模块包括一热板或一热管。

13. 根据权利要求8所述的具有改善散热结构的电子装置，其特征在于，其中该印刷电路板更包括多导热插塞，热连接该内层金属层、该第一顶层金属层及该第二顶层金属层。

14. 一种具有改善散热结构的印刷电路板，适用于一多重封装模块的封装基板，包括：

一基板；

一第一顶层金属层，设置于该基板上，且对应于该封装基板；

一第二顶层金属层，设置于该基板上，且位于该封装基板外侧，具有至少一鳍部，其朝该印刷电路板表面大体平行地延伸；

一内层金属层，设置于该基板中；

多第一导热插塞，设置于该基板中，以热连接该第一顶层金属层与该内层金属层；以及

多第二导热插塞，设置于该基板中，以热连接该第二顶层金属层与该内层金属层。

15. 根据权利要求14所述的具有改善散热结构的印刷电路板，其特征在于，其中该鳍部为圆形或多边形。

16. 根据权利要求14所述的具有改善散热结构的印刷电路板，其特征在于，其中该第二顶层金属层具有多鳍部对称或交替地排列于其两相对侧。

17. 根据权利要求14所述的具有改善散热结构的印刷电路板，其特征在于，其中该第一或第二顶层金属层由金、银或铜金属所构成。