CN104900611B - 基于柔性基板的三维封装散热结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于柔性基板的三维封装散热结构及其制备方法，该三维封装散热结构具有一石墨烯散热片，该石墨烯散热片直接接触于封装体内各芯片的表面，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道。本发明是在基于柔性基板的三维封装过程中，在封装体内埋入超薄且柔韧性较好的石墨烯散热片，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道，利用石墨烯面内超高导热性能，使热量能迅速沿着石墨烯散热片进行面传递，进而使封装体内部芯片产生的热量能够迅速传递出去，提高了封装体内部芯片的散热效率，大大优化了散热效果，增加了器件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装技术领域，尤其是一种基于柔性基板的三维封装散热结构及其制备方法。
背景技术
基于柔性基板的三维封装技术处于起步阶段，主要是利用了基板的易弯折性，采用将表面贴装有芯片的基板两端向上弯折，形成不同的叠层结构，如两层、三层或多层结构。这些结构只是实现了多芯片的三维封装，并没有考虑到这种封装体的散热性能。
目前针对三维封装的散热主要是采用刚柔结合板加散热器的方式进行，芯片在堆叠之后，芯片周围被基板包裹，导致热量难以散出，特别是对于封装体内部最上层的芯片，热量更是难以散出。
封装体内部的底层芯片，其产生的热量可以通过底部填充胶和倒置芯片上的微凸点，穿过柔性基板，流经BGA球，经PCB散出。对于次底层芯片，其热量则要流经贴片胶、底层芯片，并沿底层芯片的传热路径进行散出，其散出效果要差于底层芯片的散热效果。而对于此底层芯片以上的堆叠芯片，其热量难以散出，主要是因为这些芯片上下均受到一层甚至多层弯折基板以及贴片胶，甚至底部填充胶的裹覆，而这些材料的导热系数均不高，从而大大影响了相应芯片的散热效果，最终导致芯片的结温升高，影响了器件的使用寿命。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于柔性基板的三维封装散热结构及其制备方法，以提高封装体内部芯片的散热效率，增加器件的使用寿命。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种基于柔性基板的三维封装散热结构，该三维封装散热结构具有一石墨烯散热片，该石墨烯散热片直接接触于封装体内各芯片的表面，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道。
上述方案中，所述石墨烯散热片是在基于柔性基板的三维封装过程中埋入封装体内的。
上述方案中，所述石墨烯散热片包括金属载体及形成于金属载体之上的石墨烯薄膜。
为达到上述目的，本发明还提供了一种制备所述的基于柔性基板的三维封装散热结构的方法，包括：
步骤1：将待封装的第一芯片U1、第二芯片U2及第三芯片U3通过微凸点或键合金线方式表贴在柔性基板上；
步骤2：在待封装芯片中最底层的第三芯片U3上方滴涂导热胶；
步骤3：利用真空吸盘拿持石墨烯散热片，将石墨烯散热片一端压合在第三芯片U3上滴涂的导热胶之上；
步骤4：在石墨烯散热片已贴装位置之上滴涂贴片胶；
步骤5：对柔性基板一端进行弯折，使第一芯片U1表面通过贴片胶结合于石墨烯散热片之上，实现第一芯片U1的堆叠；
步骤6：在堆叠后的第一芯片U1所贴装的基板正上方外表面滴涂导热胶；
步骤7：然后利用机械手将石墨烯散热片弯折，弯折半径R1根据第一芯片U1和柔性基板的高度而定；
步骤8：沿弯折半径R1将石墨烯散热片通过导热胶结合于柔性基板上；
步骤9：对已装配的石墨烯散热片之上滴涂贴片胶；
步骤10：对柔性基板另一端进行弯折，使第二芯片U2表面通过贴片胶结合于石墨烯散热片之上，实现第二芯片U2的堆叠；
步骤11：在堆叠后的第二芯片U2所贴装的基板正上方外表面滴涂导热胶；
步骤12：对石墨烯散热片未贴装的部分进行弯折，弯折半径R2根据第二芯片U2和柔性基板的高度而定；
步骤13：沿弯折半径R2将石墨烯散热片的剩余部分贴装在柔性基板上，且露出石墨烯散热片具有金属载体的一面，以利于散热器的装配；
步骤14：对封装体内部封闭区域空闲区注入灌封胶。
(三)有益效果
本发明提出了一种适用于柔性基板三维叠层结构的散热方法，是在基于柔性基板的三维封装过程中，在封装体内埋入超薄且柔韧性较好的石墨烯散热片，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道，利用石墨烯面内超高导热性能，使热量能迅速沿着石墨烯散热片进行面传递，进而使封装体内部芯片产生的热量能够迅速传递出去，提高了封装体内部芯片的散热效率，大大优化了散热效果，增加了器件的使用寿命。
附图说明
图1是本发明提供的基于柔性基板的三维封装散热结构的示意图。
图2至图5是依照本发明实施例的制备基于柔性基板的三维封装散热结构的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的基于柔性基板的三维封装散热结构的示意图，该三维封装散热结构具有一石墨烯散热片，该石墨烯散热片直接接触于封装体内各芯片U1、U2和U3的表面，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道，利用石墨烯面内超高导热性能，使热量能迅速沿着石墨烯散热片进行面传递，进而使封装体内部芯片产生的热量能够迅速传递出去，提高了封装体内部芯片的散热效率，大大优化了散热效果，增加了器件的使用寿命。
其中，石墨烯散热片是在基于柔性基板的三维封装过程中埋入封装体内的。石墨烯散热片包括金属载体及形成于金属载体之上的石墨烯薄膜，金属载体一般选用为铜箔或铝箔，为了实现石墨烯散热片可弯折性，金属载体的厚度介于0至20μm之间；石墨烯薄膜通过化学气相沉积法形成于金属载体之上，石墨烯薄膜为单个原子厚的石墨烯薄膜。
石墨烯散热片与芯片及柔性基板之间采用导热胶进行连接。石墨烯散热片的贴装采用真空吸盘进行对准、放置，并施加一定的压力使界面接触良好。石墨烯散热片的弯折利用机械手完成。石墨烯散热片的长宽尺寸依据封装芯片尺寸和数量而定。石墨烯散热片经过多次弯折后贴装在最上方基板外表面，且露出石墨烯散热片具有金属载体的一面，以在金属载体表面装配散热器，散热器可以采用铝散热器、铜散热器或石墨烯散热器。另外，该三维封装散热结构还通过外加扇叶，提高空气的流动速度。
基于图1所示的基于柔性基板的三维封装散热结构的示意图，本发明实施例还提供了一种制备基于柔性基板的三维封装散热结构的工艺流程图，如图2至图5所示，该包括以下步骤：
步骤1：将待封装的第一芯片U1、第二芯片U2及第三芯片U3通过微凸点或键合金线方式表贴在柔性基板上，如图2所示；
步骤2：在待封装芯片中最底层的第三芯片U3上方滴涂导热胶；
步骤3：利用真空吸盘拿持石墨烯散热片，将石墨烯散热片一端压合在第三芯片U3上滴涂的导热胶之上；为了使石墨烯散热片金属载体外置，有利于散热器的装配，如果待封装芯片为奇数个，则将石墨烯散热片具有石墨烯的一面与最底层芯片U3上滴涂的导热胶结合；如果待封装芯片为偶数个，则将石墨烯散热片具有金属载体的一面与最底层芯片U3上滴涂的导热胶结合；在本实施例中，待封装芯片为3个，则将石墨烯散热片具有石墨烯的一面与最底层芯片U3上滴涂的导热胶结合。
步骤4：在石墨烯散热片已贴装位置之上滴涂贴片胶；
步骤5：对柔性基板一端进行弯折，使第一芯片U1表面通过贴片胶结合于石墨烯散热片之上，实现第一芯片U1的堆叠；
步骤6：在堆叠后的第一芯片U1所贴装的基板正上方外表面滴涂导热胶；
步骤7：然后利用机械手将石墨烯散热片弯折，弯折半径R1根据第一芯片U1和柔性基板的高度而定；
步骤8：沿弯折半径R1将石墨烯散热片通过导热胶结合于柔性基板上，如图3所示；
步骤9：对已装配的石墨烯散热片之上滴涂贴片胶；
步骤10：对柔性基板另一端进行弯折，使第二芯片U2表面通过贴片胶结合于石墨烯散热片之上，实现第二芯片U2的堆叠，如图4所示；图4中，柔性基板下方是BGA球，柔性基板通过BGA球与PCB板结合，PCB板未示出。
步骤11：在堆叠后的第二芯片U2所贴装的基板正上方外表面滴涂导热胶；
步骤12：对石墨烯散热片未贴装的部分进行弯折，弯折半径R2根据第二芯片U2和柔性基板的高度而定；
步骤13：沿弯折半径R2将石墨烯散热片的剩余部分贴装在柔性基板上，且露出石墨烯散热片具有金属载体的一面，以利于散热器的装配，如图4所示；
步骤14：为了保护石墨烯散热片，且提高封装体的机械可靠性，对封装体内部封闭区域空闲区注入灌封胶。
步骤15：为了进一步提高散热能力，在封装体上部的石墨烯散热片金属载体之上焊接或粘接散热片，如图5所示。
在图2至图5所示的实施例中，待封装芯片为3个，即第一芯片U1、第二芯片U2及第三芯片U3。在实际应用中，待封装芯片的数量不限于3个，无论待封装芯片的数量是多少个，只要是在基于柔性基板的三维封装过程中于封装体内埋入一石墨烯散热片，使得石墨烯散热片直接接触于封装体内各芯片的表面，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道，利用石墨烯面内超高导热性能，使热量能迅速沿着石墨烯散热片进行面传递，使封装体内部芯片产生的热量能够迅速传递出去，进而提高封装体内部芯片的散热效率，此类技术方案与本发明采用的技术思路是一致的，这里就不再赘述。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，该三维封装散热结构具有一石墨烯散热片，该石墨烯散热片直接接触于封装体内各芯片的表面，从而在封装体内增加了一条直接通向外部的散热通道；
其中，所述石墨烯散热片包括金属载体及形成于金属载体之上的石墨烯薄膜；所述石墨烯散热片经过多次弯折贴装于各芯片的表面；所述石墨烯散热片末端最后贴装在最上方基板外表面，且露出石墨烯散热片具有金属载体的一面，以在金属载体表面装配散热器。
2.根据权利要求1所述的基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，所述石墨烯散热片是在基于柔性基板的三维封装过程中埋入封装体内的。
3.根据权利要求1所述的基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，所述金属载体为铜箔或铝箔，所述石墨烯薄膜通过化学气相沉积法形成于金属载体之上。
4.根据权利要求1所述的基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，所述石墨烯薄膜为单个原子厚的石墨烯薄膜。
5.根据权利要求1所述的基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，所述金属载体的厚度介于0至20μm之间。
6.根据权利要求1所述的基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，所述散热器采用铝散热器、铜散热器或石墨烯散热器。
7.根据权利要求1所述的基于柔性基板的三维封装散热结构，其特征在于，该三维封装散热结构还通过外加扇叶，提高空气的流动速度。
8.一种制备权利要求1至7中任一项所述的基于柔性基板的三维封装散热结构的方法，其特征在于，包括：
步骤1：将待封装的第一芯片U1、第二芯片U2及第三芯片U3通过微凸点或键合金线方式表贴在柔性基板上；
步骤2：在待封装芯片中最底层的第三芯片U3上方滴涂导热胶；
步骤3：利用真空吸盘拿持石墨烯散热片，将石墨烯散热片一端压合在第三芯片U3上滴涂的导热胶之上；
步骤4：在石墨烯散热片已贴装位置之上滴涂贴片胶；
步骤5：对柔性基板一端进行弯折，使第一芯片U1表面通过贴片胶结合于石墨烯散热片之上，实现第一芯片U1的堆叠；
步骤6：在堆叠后的第一芯片U1所贴装的基板正上方外表面滴涂导热胶；
步骤7：然后利用机械手将石墨烯散热片弯折，弯折半径R1根据第一芯片U1和柔性基板的高度而定；
步骤8：沿弯折半径R1将石墨烯散热片通过导热胶结合于柔性基板上；
步骤9：对已装配的石墨烯散热片之上滴涂贴片胶；
步骤10：对柔性基板另一端进行弯折，使第二芯片U2表面通过贴片胶结合于石墨烯散热片之上，实现第二芯片U2的堆叠；
步骤11：在堆叠后的第二芯片U2所贴装的基板正上方外表面滴涂导热胶；
步骤12：对石墨烯散热片未贴装的部分进行弯折，弯折半径R2根据第二芯片U2和柔性基板的高度而定；
步骤13：沿弯折半径R2将石墨烯散热片的剩余部分贴装在柔性基板上，且露出石墨烯散热片具有金属载体的一面，以利于散热器的装配；
步骤14：对封装体内部封闭区域空闲区注入灌封胶。
9.根据权利要求8所述的制备基于柔性基板的三维封装散热结构的方法，其特征在于，步骤3中将石墨烯散热片一端压合在最底层芯片上滴涂的导热胶之上，为了使石墨烯散热片金属载体外置，有利于散热器的装配，如果石墨烯散热片弯折次数为偶数个，则将石墨烯散热片具有石墨烯的一面与最底层芯片U3上滴涂的导热胶结合；如果石墨烯散热片弯折次数为奇数个，则将石墨烯散热片具有金属载体的一面与最底层芯片U3上滴涂的导热胶结合。
10.根据权利要求8所述的制备基于柔性基板的三维封装散热结构的方法，其特征在于，该方法在步骤14之后，为了进一步提高散热能力，在封装体上部的石墨烯散热片金属载体之上焊接或粘接散热片。
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