CN106462204B - 用于便携式电子设备中的系统级封装组件的热解决方案 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了被封装到系统级封装组件中的紧凑型便携式电子设备和用于该设备的热解决方案。该紧凑型便携式电子设备可被组装到单个封装中，以减小尺寸并改善形状因数。包括多个裸片、无源部件、机械或光学部件的几十或几百个部件可被封装到印刷电路板上的单个系统中。该部件中的一个或多个部件可消耗大量电力，从而导致生成过量的热。为了去除过量的热，该设备可包括一个或多个热解决方案，诸如内部热插头、散热器、内部嵌入式散热片和/或外部散热片。在一些示例中，该热解决方案可将热经由传导而被消散到基板的底部或者经由对流而被消散到系统的顶部或者两者的组合。

Description

用于便携式电子设备中的系统级封装组件的热解决方案
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求于2014年6月26日提交的美国临时专利申请62/017,630和于2014年9月30日提交的美国专利申请14/503,067的优先权，上述专利申请中的每个专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本专利申请总体涉及散热，并且更具体地涉及紧凑型便携式电子设备中的系统级封装组件中的部件的有效热解决方案。
背景技术
紧凑型便携式电子设备变得日益普及。该紧凑型便携式电子设备的示例包括膝上型计算机、平板计算设备、蜂窝电话、媒体播放器、游戏设备、手持设备、微型设备(诸如吊坠和腕表设备)、以及其他设备。通常期望的是减小紧凑型便携式电子设备的尺寸以及改善形状因数。减小尺寸和改善形状因数的一种方式是将电路结合到系统级封装组件中。在系统级封装组件中，包括多个裸片、无源部件、机械或光学部件的几百个电子部件可被封装在印刷电路板上的单个系统中。
系统级封装组件中的部件中的一个或多个部件可消耗大量电力。这种电力消耗可导致生成热。随着计算速度和复杂度的改进，这一问题可进一步复杂化。在没有有效热解决方案的情况下，过量的热可导致性能降级以及部件长期可靠性降低。
发明内容
本专利申请涉及紧凑型便携式电子设备以及用于被封装到系统级封装组件中的设备的热解决方案。该紧凑型便携式电子设备可被组装到单个封装中，以减小尺寸并改善形状因数。包括多个裸片、无源部件、机械或光学部件的几十或几百个部件可被封装到印刷电路板上的单个系统中。该部件中的一个或多个部件可消耗大量电力，从而导致生成过量的热。为了去除过量的热，该设备可包括一个或多个热解决方案，诸如内部热插头、散热器、内部嵌入式散热片和/或外部散热片。
附图说明
图1A-图1D示出了可在其中实施本公开的示例的系统。
图2A示出了示例性便携式电子设备的透视图。
图2B示出了示例性便携式电子设备的框图。
图2C示出了包括被安装在一个或多个印刷电路板上的部件的示例性便携式电子设备的透视图。
图3A示出了根据本公开的示例的被组装到SiP组件中的示例性便携式电子设备的示例性框图。
图3B示出了根据本公开的示例的具有集成到SiP组件中的部件和电路的示例性便携式电子设备的透视图。
图4A示出了被组装到SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。
图4B示出了形成被组装到SiP组件中的示例性便携式设备的过程。
图5示出了被组装到使用引脚或焊球来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。
图6A-图6C示出了根据本公开的示例的被组装到使用一个或多个热插头来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。
图6D示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用一个或多个热插头来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的过程。
图7A-图7D示出了根据本公开的示例的被组装到使用一个或多个热插头和散热器来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。
图7E示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用一个或多个热插头和散热器来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的过程。
图8A-图8D示出了根据本公开的示例的被组装到使用一个或多个散热片和散热器来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。
图8E示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用一个或多个散热片和散热器来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的过程。
图9A-图9E示出了根据本公开的示例的被组装到使用外部散热片来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。
图9F示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用外部散热片来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的过程。
具体实施方式
在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可作出结构性变更。
本专利申请涉及使用系统级(SiP)封装技术组装的便携式电子设备中的电气、机械和光学部件和子系统的热解决方案。该热解决方案可包括但不限于热插头、散热器、内部嵌入式散热片和外部散热片。该热解决方案可允许由“热”部件内部生成的热被传导或消散出去。热部件可包括收发器、存储器电路和由一个或多个分立部件诸如晶体管、放大器、电感器、电容器、电阻器、开关等形成的其他电路。热解决方案可将热经由传导而被消散到基板的底部或者经由对流而被消散到系统的顶部或者两者的组合。
近些年，便携式电子设备诸如膝上型电脑、平板计算设备、蜂窝电话、媒体播放器、游戏设备、手持设备、微型设备等已变得小而轻并且强大。有助于尺寸的这种减小的一个因素可能得益于制造商以越来越小的尺寸来制造这些设备中的各种部件的能力，同时在一些情况中，提高这些部件的能力和/或运行速度。有助于尺寸减小的另一因素在于用户从视觉观点通常发现便携式电子设备的紧凑和光滑设计更具美学吸引，并且因此要求紧凑和光滑设计。对于更小、更轻、更紧凑而强大的设备的趋势呈现出在便携式电子设备及其相关部件设计上的不断挑战。
可实现小型而紧凑的设备的一个领域是内部封装。特定设备可具有期望的形状因数和功能。期望的形状因数可确定外壳的尺寸，其中提供期望功能的部件被封装在外壳中。内部封装设计可涉及使在某些方式下对设备的功能没有贡献的任何未使用的无效区域最小化，同时仍然适配位于由形状因数决定的分配空间中的所需的部件。
电气、机械和光学部件可被包括在一个或多个子系统中并且使用系统级封装(SiP)技术进行封装。SiP为被组装成单个封装的功能系统。包括多个裸片、无源部件、机械或光学部件的几十或几百个部件可被封装在印刷电路板(PCB)上的单个系统中。PCB可由刚性PCB材料诸如玻璃纤维填充的环氧树脂(例如，FR4)、柔性印刷电路(例如，由柔性聚合物片材诸如聚酰亚胺形成的印刷电路)和刚性弯曲电路(例如，包含刚性部分和柔性尾部两者的印刷电路)形成。其上安装部件诸如集成电路部件和分立部件的PCB有时可被称为主逻辑板(MLB)。部件可使用焊料或其他合适的安装布置而被安装在PCB上。例如，部件可为直接被安装到PCB上的表面贴安装技术(SMT)部件。SiP可导致更高的容积效率、优异的可靠性、更高的性能和更小的形状因数。
图1A-图1D示出了可在其中实施本公开的示例的系统。图1A示出了包括被封装在外壳150中的触摸屏124的示例性移动电话136。图1B示出了包括被封装在外壳160中的触摸屏126的示例性数字媒体播放器140。图1C示出了包括被封装在外壳170中的触摸屏128的示例性个人计算机144。图1D示出了包括被封装在外壳180中的触摸屏130的示例性平板计算设备148。根据本公开的一个或多个热解决方案可在系统中的一个或多个系统中实现。
图2A示出了示例性便携式电子设备的透视图。设备200可包括具有开口208的外壳210。由边框围绕的显示器204可被定位在开口208中。用于显示器204的显示电路可被定位在外壳210中，诸如显示器204正下方。显示电路的定位可影响外壳210中得可用的内部空间。
触摸屏可与显示器204相关联。与触摸屏相关联的电路诸如触摸屏控制器可被定位在外壳210中。外壳210可由任何材料诸如金属、塑料、纤维合成材料、碳纤维材料、玻璃、陶瓷或这些材料的组合形成。外壳210可由单件机加工金属(例如，使用单体型构造)形成或者由可附接在一起的多个结构形成，诸如内部外壳框、表圈或带结构、外壳侧壁、平面外壳壁构件等。显示器204可经由盖玻璃或盖材料206而被密封。一个或多个输入按钮诸如输入按钮214可被定位在盖玻璃206的开口中。与输入按钮214相关联的检测电路可被定位在外壳210中。在一些示例中，输入按钮214可用于使设备200返回到特定状态诸如home状态。
多个输入/输出机构可围绕外壳210的边缘定位。例如，数据/电力连接器218和音频插孔216可被定位在外壳210的底部边缘上，并且电源开关220可被定位在外壳210的顶部边缘上。外壳210还可包括用于扬声器和/或麦克风的开口。支持这些部件的电路可被内部封装在外壳210中。电路可在被设置在外壳210内的各种电路板或单个电路板诸如在SiP组件上实施。
图2B中示出了设备200的示例性框图。上述部件可由MLB 255上的处理器控制。可提供允许数据在MLB 255和各种部件之间移动的各种内部连接件。内部数据连接件的布线可取决于各种部件的封装方式，包括MLB 255被定位在外壳210的哪个位置以及在定位各种内部设备部件之后产生的可用内部路径。
关于数据连接件，MLB 255可被耦接到显示控制器260，该显示控制器可被耦接到显示器204(图2A中所示)。进而，MLB 255可被耦接到音频部件诸如扬声器、音频插孔216和麦克风或者包括音频编解码的相关联的音频电路264。进而，MLB 255可被耦接到各种输入设备诸如耦接到触摸屏控制器262的触摸屏222、输入按钮电路和电源开关电路。此外，MLB255可被耦接到各种数据接口，诸如无线控制器256、天线266和允许接收和发送外部数据的数据/电源连接器218。
除了数据连接件之外，许多内部设备部件可从内部电源诸如电池230接收电力。例如，电池230可被耦接到MLB 255、显示器204、显示控制器260、触摸屏222、触摸屏控制器262和数据/电源连接器218。如同数据连接件，电源连接件的布线可取决于各种内部设备部件的定位，诸如电池230和外壳210中的可用内部路径。
图2C示出了包括被安装在一个或多个PCB上的部件的示例性便携式电子设备的透视图。设备200可包括外壳210和多个部件，诸如被安装在外壳210内的一个或多个电路板诸如PCB 224上的无线控制器256、天线266、音频电路264、显示控制器260和触摸控制器262。部件可包括集成电路(诸如通用处理单元)、专用集成电路、射频部件(诸如无线收发器)、时钟生成和分发电路、或其他部件(诸如分立部件)。PCB 224可以是MLB或其他类型的逻辑板。
部件可基于其功能而被分组并布置到子系统中。示例性子系统可包括但不限于无线子系统240、音频子系统242、触摸子系统244和显示子系统246。子系统中的一个或多个子系统可产生电磁干扰(EMI)和/或易受电磁干扰的影响。屏蔽结构可在一个或多个子系统之间和/或周围使用，以有助于减少EMI到达一个或多个部件。
为了减小封装尺寸和这些紧凑型便携式电子设备的尺寸，可将部件和电路集成到SiP组件中。图3A示出了根据本公开的示例的被组装到SiP组件中的示例性便携式电子设备的框图。设备300可包括可被封装到单个封装或SiP组件中的各种电路。包括多个裸片、无源部件、机械或光学部件的几十或几百电子部件可被封装在PCB上的单个系统中。天线366、音频插孔316、音量开关312、数据/电源连接器318、无线控制器356、音频电路364、输入按钮314、显示控制器360、触摸屏控制器362和电源开关320可被包括在MLB 355上。MLB 355可被耦接到显示器304、触摸屏322和电池330。
图3B示出了根据本公开的示例的具有被集成到SiP组件中的部件和电路的示例性便携式电子设备的透视图。设备300可包括外壳310。部件和电路可被安装和集成在PCB 324上。部件可包括无线子系统340中的无线控制器356和天线366、I/O子系统350中的输入按钮314、音频子系统342中的音频插孔316、音频电路364和音量开关312、显示子系统346中的显示控制器360、触摸子系统344中的触摸屏控制器362、电源子系统348中的电源开关320以及子系统352中的部件382-392。通过将部件和电路集成到SiP组件中，设备的尺寸可减小和/或部件的数量可增大。
在一些示例中，部件中的一个或多个部件可消散大量电力。这种电力消散可导致生成热，该热可能需要被传导掉以用于更好的设备性能和部件的长期可靠性。图4A示出了被组装到SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。部件482、484和486可使用任何安装技术被安装或设置在PCB 424上。为了避免内部和/或外部干扰，可在一个或多个部件之间设置屏蔽结构。屏蔽结构可包括绝缘层476和屏蔽层478。
绝缘层476可用于防止PCB 424上的屏蔽层478和任何导电材料(例如，部件482、484和486的导电部分)之间的电气短路。绝缘层476可由以下各项形成：环氧树脂、包覆模塑材料、底填充材料、热收缩套、丙烯酸材料、电介质材料、热固性材料、热塑性塑料、橡胶、塑料或提供电绝缘的其他期望材料。
屏蔽层478可被形成在绝缘层476上和/或沟槽430中，以为底部部件屏蔽EMI。屏蔽层478可包括导电材料，诸如银颜料、铂颜料、焊料、金属(诸如铜或铝)、金属合金(诸如镍铁合金)、导电粘合剂或适用于电磁屏蔽的其他材料。屏蔽层478可由各种配置形成，包括壁、栏、片材或层，这些配置的组合或其他期望配置。
PCB 424可包括金属迹线442和接地层446。屏蔽层478可被耦接到金属迹线442和接地层446，以形成包围每个子系统并可有助于保护部件482、484和486免受EMI(例如，来自外部源或不同子系统的部件之间内部的干扰)的屏蔽结构。在一些示例中，金属迹线442可由有助于保护PCB 424免受切割工具切割的导电材料形成。例如，金属迹线442可反射由用于形成沟槽430的激光切割工具发射的激光。
图4B示出了形成被组装到SiP组件中的示例性便携式设备的过程。过程流450可包括提供基板或PCB 424(步骤452)。部件482、484和486可被安装在PCB 424的表面上(步骤454)。绝缘层476可使用注入过程或沉积过程来形成(步骤456)。对于注入过程，可使用模塑工具来模塑绝缘材料，以形成绝缘层476并且可把模塑的绝缘层476转印到PCB 424。模塑工具可包括注塑工具、烧结工具、基质模塑工具、压缩模塑工具、转印成型工具、挤出成型工具，以及适于将绝缘材料模塑成期望构型的其他工具。模塑工具可用于形成限定子系统的形状和位置的结构。对于沉积过程，沉积工具可用于将绝缘层476沉积在PCB 424上的期望位置处。沉积工具可包括用于将绝缘材料(例如，环氧树脂)注入到注塑工具中饭以形成屏蔽结构的工具。沉积工具还可包括薄膜沉积工具(例如，化学气相沉积工具或物理气相沉积工具)或期望用于形成屏蔽结构的其他工具。
在步骤458中，可形成和限定子系统。每个子系统可包围其相应部件并且可在如上所述的注入过程期间或者通过使用切割源对沟槽430进行划线或蚀刻来形成。当使用注入过程时，模塑结构(未示出)可具有孔，可通过该孔将绝缘材料注入到模塑结构内部的空间中。在注入过程之后(例如，在绝缘材料被注入并且足够冷却之后)，可去除模塑结构。可使用加热工具在注入之前和/或期间加热绝缘材料。加热工具可包括油基加热工具、基于气体的加热工具、基于电的加热工具或适于加热绝缘材料的任何其他加热工具。如果需要，加热工具可用于在形成期间向绝缘层476施加压力。在一些示例中，绝缘层476可被预成形并且随后被放置在部件482、484和486上的PCB 424上。当使用切割源来限定每个子系统时，可通过使用切割工具切割穿过绝缘层476来形成沟槽430，从而隔离子系统。切割工具可包括锯切工具、激光切割工具、研磨工具、钻孔工具、放电机加工工具、或适用于切割穿过绝缘层476的其他加工工具或切割工具。
在一些示例中，可使沟槽430的宽度最小化。最小化沟槽宽度可等于针对彼此电隔离的邻近部件所需的间距，同时大体上填充或占据板空间，从而减小所需的板空间或所占面积。例如，沟槽430的宽度可为约10μm-100μm。小沟槽宽度不但可产生减小的所需板空间量，而且还可产生改善的美学吸引力和改进的光学均匀性。
在步骤460中，可沉积屏蔽层478。屏蔽层478可为使用任何多种技术诸如化学气相沉积、物理气相沉积、镀覆、印刷或喷雾过程沉积的镀覆膜或薄膜金属。
图5示出了被组装到使用引脚或焊球来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。设备500可包括被安装在PCB 524上的部件582、584和586。绝缘层576可使用上述的沉积技术中的任一沉积技术而被形成在部件582、584和586上和/或周围。一个或多个沟槽530可被形成在子系统之间，并且沟槽530可填充或涂覆有屏蔽层578。部件582和584可为产生大量电力并且作为结果生成多余热的“热”部件。部件582和584可坐置在引脚(或焊球)阵列540上。引脚阵列540例如可为球栅阵列(BGA)。BGA可为包括分立引线的一种类型的表面贴装封装。分立引线可接触PCB 524并且可提供热路径来将由部件582和584生成的任何热转移到PCB 524。
尽管引脚阵列540可提供将内部热从部件582和584消散的方式，但是热可转移到PCB 524。由于部件582、584和586被组装到单个封装中(例如，被安装在相同基板或PCB 524上)，因此从一个部件生成的热可经由共享的PCB 524消散并影响邻近部件。例如，从部件584生成的热可经由引脚阵列540而被转移到PCB 524。然而，PCB 524可与部件586接触。作为结果，从部件584生成的热可被转移到部件586，使得部件586变热。
图6A-图6C示出了根据本公开的示例的被组装到使用一个或多个热插头来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图。设备600可包括基板或PCB 624，如图6A所示。部件682、684和686可使用任何安装技术以及任何适合安装材料诸如焊料而被安装或设置在PCB 624上。在一些示例中，一个或多个部件诸如部件684可被安装在散热片诸如BGA640上。如图6B所示，一个或多个热插头诸如热插头632和634可被形成在一个或多个部件诸如部件682和684上。热插头632和634可为由金属诸如铜或钢制成的可预先构造成与相应部件相同的尺寸的块，。在一些示例中，热插头632和634可具有不同于对应部件的尺寸。热插头632和634可为任何形状或尺寸，包括但不限于圆形或矩形。热插头632和634可使用任何合适的热粘合剂材料诸如铟而被安装或附接到部件682和684。
如图6C所示，绝缘层676可被形成在部件682、684和686以及热插头632和634上和/或周围。绝缘层676可为环氧树脂、包覆模塑材料、底填充材料、热收缩套、丙烯酸材料、电介质材料、热固性材料、热塑性塑料、橡胶、塑料或提供电绝缘的其他期望材料。在一些示例中，绝缘层676可使用电绝缘和导热的绝缘材料来形成。例如，绝缘材料可包括导热塑料、环氧树脂或其他导热材料。导热的绝缘材料可用于将热从部件682、684和686汲取掉。在一些示例中，绝缘层676可导热并且可包括电绝缘填料颗粒。
图6D示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用一个或多个热插头来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的过程。过程650可包括提供PCB 624(步骤652)。在步骤654中，可在PCB 624上安装部件682、684和686。步骤654可包括将BGA 640附接到部件684。在一些示例中，BGA 640可在将部件684被安装到PCB 624之前被附接到部件684。在一些示例中，BGA 640可被附接到PCB 624，随后将部件684附接到BGA 640。在步骤656中，一个或多个热插头诸如热插头632和634可被安装到或附接在一个或多个部件诸如部件682和684。在一些示例中，热插头632和634可在将部件682和684安装到PCB 624之前被附接到部件682和684。
在步骤658中，可形成绝缘层676。在一些示例中，绝缘层676可使用沉积工具进行沉积。在一些示例中，绝缘材料可被注入模塑结构内部的空间中。在一些示例中，绝缘层676可使用胶带辅助转移模塑工艺来形成。胶带辅助转移模式工艺可为在注入绝缘材料时遮蔽某些区域的工艺。一旦注入完成，遮蔽区域的顶表面可与绝缘层676的顶表面齐平。例如，如图6B所示，热插头634的顶表面可在胶带辅助转移模塑工艺期间被遮蔽。绝缘材料可被注入并且可被形成在热插头632和部件686上(如图6C所示)。然而，由于热插头634已被遮蔽，因此绝缘层676可能未被形成在热插头634的顶表面上，从而导致热插头634的顶表面与绝缘层676的顶表面齐平。
图7A-图7D示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用一个或多个热插头和散热器来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图，并且图7E示出了该过程。过程750可包括为设备700提供基板或PCB 724(步骤752)，如图7A所示。部件782、784和786可使用任何安装技术(步骤754)以及任何合适的安装材料诸如焊料而被安装或设置在PCB724上。在一些示例中，一个或多个部件诸如部件784可被安装在引脚阵列诸如BGA 740上。
如图7B所示，一个或多个热插头诸如热插头732和734可被附接到一个或多个部件诸如部件782和784(步骤756)上。热插头732和734可为一个或多个预先构造的金属块诸如铜或钢。热插头732和734可为任何形状或尺寸，包括但不限于圆形或矩形。在一些示例中，热插头732和734可为与部件782和784相同的尺寸。在一些示例中，热插头732和734可具有不同于部件782和784的尺寸。热插头732和734可使用任何合适的热粘合剂材料诸如铟而被安装或附接到部件782和784。
如图7C所示，绝缘层776可被形成在部件782、784和786以及热插头732和734上和/或周围(步骤758)。绝缘层776可为环氧树脂、包覆模塑材料、底填充材料、热收缩套、丙烯酸材料、电介质材料、热固性材料、热塑性塑料、橡胶、塑料或提供电绝缘的其他期望材料。在一些示例中，绝缘层776可使用电绝缘和导热的绝缘材料诸如导热塑料、环氧树脂或其他导热材料形成。绝缘层776可使用胶带辅助转移模塑工艺形成。
SiP组装过程可进一步包括在绝缘层776中在部件或子系统之间切割或形成沟槽730(步骤760)，如图7D所示。沟槽730可被形成以隔离和限定子系统并且可被填充，或者壁部可使用屏蔽层778来涂覆(步骤762)。屏蔽层778可由任何屏蔽材料诸如镀覆膜或金属贴片制成。用于屏蔽层778的示例性材料可包括但不限于铜、镍和铝。屏蔽层778可使用化学气相沉积、物理气相沉积、化学镀覆或电化学镀覆技术来形成。
屏蔽层778可为多功能的并且还可作为散热器。在一些示例中，屏蔽层778可为具有被配置为屏蔽EMI的至少一个层和被配置为散热的至少一层的多层叠层。屏蔽层778可通过金属迹线744而被耦接到接地部诸如接地层746。屏蔽层778可消散和扩散由热插头732和734向PCB 724转移的热。例如，由部件784生成的热可通过被附接到部件784的热插头734而被消散。热插头734可被耦接到屏蔽层778。屏蔽层778可充当散热器，并且热可进一步消散通过屏蔽层778。屏蔽层778可通过金属迹线744而被耦接到接地层746。来自屏蔽层778的热可被转移到接地层746，并且接地层746可穿过PCB 724扩散或分散热。在一些示例中，接地层746可被耦接到外壳(诸如图2A的外壳210)。
在一些示例中，屏蔽层778可与一个或多个热插头触碰或电接触，以改善散热功能的效应。绝缘层776的顶表面可与一个或多个热插头诸如热插头734齐平。为了实现齐平的顶表面，绝缘层776可经历研磨、抛光或干蚀刻，以去除任何多余的材料。在一些示例中，齐平的顶表面可使用胶带辅助转移模塑工艺来实现。在一些示例中，屏蔽层778可与一个或多个热插头电绝缘。例如，屏蔽层778和热插头732可由气隙或绝缘层776分隔开。
图8A-图8D示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用一个或多个散热片和散热器来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图，并且图8E示出了该过程。设备800可包括在过程850的步骤852中提供的PCB 824。PCB 824可包括接地层846和金属迹线844。如图8A所示，部件882、884和886可使用任何合适的安装材料诸如焊料而被安装在PCB 824上(步骤854)。
如图8B所示，一个或多个热插头诸如热插头832可被附接到一个或多个部件诸如部件882(步骤856)。在步骤858中，一个或多个散热片诸如散热片848可被附接到一个或多个部件诸如部件884。散热片848可为内部嵌入的散热片，并且可触摸部件884或者使用合适的热界面材料而被附接到部件884。在一些示例中，散热片848可被附接到PCB 824，以产生到基板或PCB 824的附加导热路径。散热片848可电耦接或者触摸金属迹线844。在一些示例中，散热片848可粘结到PCB 824。在一些示例中，步骤856和步骤858可为单一步骤，并且热插头832和散热片848可同时附接。
如图8C所示，绝缘层878可被设置在部件882、884和886、热插头832和散热片848上和/或周围，以防止PCB 824上的随后形成的屏蔽层876与任何导电材料(例如，部件882、884和886的导电部分)之间的电气短路(步骤860)。具有足够绝缘属性的任何材料可用于绝缘层876，并且任何数量的沉积或模塑过程可用于形成绝缘层876。在一些示例中，绝缘层876的顶表面与热插头832和/或散热片848的顶表面可齐平。
在步骤862中，一个或多个沟槽830例如可使用激光切割源来形成(如图8D所示)。沟槽830可隔离部件并限定子系统。可沉积屏蔽层878和/或散热器，以填充或涂覆沟槽830的壁并且共形地覆盖绝缘层876(步骤864)。屏蔽层876可为具有高密度、高导电性和/或良好耐腐蚀性的任何材料。屏蔽层876可使用任何沉积工具诸如物理气相沉积、化学气相沉积、印刷或镀覆来形成。在一些示例中，屏蔽层876可电接触或接触一个或多个热插头和/或一个或多个散热片。
在一些示例中，散热片848可被附接到高部件(例如，具有大于预先确定的值的高度的部件)，并且热插头832可被附接到低部件(例如，具有小于预先确定的值的高度的部件)。例如，部件884可为高部件或者比部件882高，并且散热片848可被附接到部件884，同时热插头832可被附接到部件882。在一些示例中，散热片848可被附接到低部件，并且热插头832可被附接到高部件。在一些示例中，散热片848可被附接到具有某些特性的部件，并且热插头832可被附接到表现出其他特性的部件。例如，为了防止热点或非均匀热扩散，散热片848可分散其中，并且而热插头832可分散在散热片之间(例如，散热片和热插头可以交替模式布置)。
图9A-图9E示出了根据本公开的示例的形成被组装到使用外部散热片来散热的SiP组件中的示例性便携式电子设备的横截面视图，并且图9F示出了该过程。如图9A所示，设备900可包括PCB 924(过程950中的步骤952)。PCB 924可包括接地层946和金属迹线944。部件982、984和986可使用任何安装技术以及任何合适的安装材料诸如焊料而被安装或设置在PCB 924上(步骤954)。一个或多个部件诸如部件984可被附接到BGA 940。如图9B所示，一个或多个热插头和/或散热片诸如散热片948可被附接到一个或多个部件诸如部件984(步骤956)。
在步骤958中，绝缘层976可被设置在部件982、984和986和散热片948上和/或周围(如图9C所示)。在一些示例中，一个或多个部件诸如部件982可具有与绝缘层976的顶表面齐平的顶表面。在步骤960中，可在绝缘层976中形成沟槽930。
如图9D所示，屏蔽层978可被设置在绝缘层976上并且可填充和/或覆盖沟槽930的壁(步骤962)。在步骤964中，屏蔽层978中的一个或多个区域可被蚀刻掉，以暴露一个或多个部件诸如部件982的顶表面。在一些示例中，可在屏蔽层978的沉积期间通过掩蔽该区域来暴露部件982的顶表面。在步骤966中，外部散热片990可被附接到部件982的暴露的顶表面(如图9E所示)。在一些示例中，外部散热片990可被电耦接到屏蔽层978。来自部件982的热可通过外部散热片990(例如，通过顶部的对流)或者经由屏蔽层978通过PCB 924(例如，通过底部的传导)或者两者来消散。
在一些示例中，公开了一种电子设备。该电子设备可包括：基板；以及系统级封装组件，该系统级封装组件包括：多个部件，该多个部件包括第二表面和被安装到基板的第一表面；以及被安装到至少一个部件的第二表面的一个或多个热导体，其中该至少一个热导体为热插头。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该设备进一步包括：另一个热导体，其中该另一个热导体为内部散热片和外部散热片中的至少一者。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，热插头由铜和钢中的至少一者制成。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，热导体中的至少一个热导体电耦接至接地部或接地层。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该设备进一步包括：被安装在多个部件中的至少一个部件的第一表面和基板之间的散热片。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该设备进一步包括：屏蔽结构，该屏蔽结构包括绝缘体和屏蔽件。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该屏蔽件是多功能的并且被配置作为散热器。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该屏蔽件与至少一个热导体电耦接。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该屏蔽件电耦接至接地部或接地层。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该设备进一步包括：形成在绝缘体中的多个沟槽，其中该多个沟槽的宽度介于10微米-100微米之间。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，从多个部件中的一个或多个部件部件生成的热通过传导和对流而消散。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，一个或多个热导体包括多个热插头和多个散热片。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，多个热插头和多个散热片以交替模式布置。
在一些示例中，公开了一种用于形成电子设备的方法。该方法可包括：形成基板；以及形成系统级封装组件，包括：将多个部件的第一表面安装到基板；以及将一个或多个热导体安装到多个部件中的至少一个部件的第二表面，其中该一个或多个热导体中的至少一个热导体为热插头。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，一个或多个热导体包括另一个热导体，该另一个热导体为内部散热片和外部散热片中的至少一者。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该方法进一步包括：将散热片安装在多个部件中的至少一个部件的第一表面和基板之间。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，该方法进一步包括：形成屏蔽结构，其中形成屏蔽结构包括形成绝缘体以及形成屏蔽件。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，使用以下各项中的至少一者来形成绝缘体：胶带辅助转移模塑工艺、研磨、抛光、和蚀刻。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，一个或多个热导体包括多个热插头和多个散热片。另选地或者作为以上公开的一个或多个示例的替代，在其他示例中，一个或多个热导体包括第一组热导体和第二组热导体，并且安装一个或多个热导体包括：将多个热插头安装到第一组热导体，该第一组热导体包括具有低于预先确定的值的高度的一个或多个热导体；以及将多个散热片安装到所述第二组热导体，该第二组热导体包括具有高于预先确定的值的高度的一个或多个热导体。
尽管上文已描述了各种示例，但应当理解，它们仅是通过举例的方式而非限制的方式来呈现的。尽管已参考附图完整描述了示例，但各个图示可针对本公开来描绘示例性架构或其他配置，这样做是为了辅助理解可被包括在本公开中的特征和功能。本公开不限于例示的示例性架构或配置，但可使用多种另选的架构和配置来实施。此外，尽管上文结合各种示例和具体实施描述了本公开，但应当理解，在一个或多个示例中描述的各种特征和功能不限于对利用其进行描述的特定示例的适用性。相反，无论此类示例是否被描述，无论此类特征是否作为所述示例的一部分而被呈现，可将它们单独或以某种组合应用于本公开的其他示例中的一个或多个示例。因此，本公开的广度和范围不应受到上述任何示例的限制。

Claims (17)

1.一种电子设备，包括：
基板，包括电连接到接地层的金属迹线；和
系统级封装组件，所述系统级封装组件包括：
多个部件，所述多个部件包括第一部件和第二部件，所述第一部件包括第二表面和被安装到所述基板的第一表面；和
一个或多个热插头，所述一个或多个热插头包括被安装到所述第一部件的所述第二表面的第一热插头，其中所述第一热插头的第一表面附接到所述第一部件的第二表面；
绝缘层，所述绝缘层在所述基板上并且围绕所述多个部件和第一热插头；
沟槽，所述沟槽形成为在第一部件和第二部件之间穿过绝缘层并暴露所述基板的金属迹线；
屏蔽层，所述屏蔽层在所述沟槽内在所述绝缘层上跨越并接触第一热插头的第二表面，其中，在所述沟槽内的所述屏蔽层接触所述基板的所述金属迹线以将热从所述第一热插头消散和扩散到所述基板，并且将所述屏蔽层和第一热插头电连接至所述接地层。
2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
散热片，其中所述散热片的第一表面直接接触所述第二部件，并且所述散热片的第二表面直接接触所述屏蔽层。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述一个或多个热插头中的多个热插头电耦接至所述接地层。
4.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
散热片，其中所述散热片的第二表面直接接触所述屏蔽层；以及
位于所述第二部件与所述散热片之间的热界面材料。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述绝缘层涂覆所述一个或多个热插头和所述多个部件的侧面。
6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
一个或多个散热片，被安装到所述多个部件中的具有高于预先确定的值的高度的一个或多个部件，
其中所述一个或多个热插头被安装到所述多个部件中的具有低于所述预先确定的值的高度的一个或多个部件。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述屏蔽层包括多个层。
8.根据权利要求5所述的电子设备，
其中，所述沟槽的宽度介于10微米-100微米之间。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中第一热插头的第一表面和第二热插头的第二表面具有相同尺寸。
10.根据权利要求2所述的电子设备，还包括：
包含于所述多个部件中的第三部件；以及
第二散热片，直接接触所述第三部件并且被配置为消散第一位置处的热。
11.根据权利要求1所述的设备，还包括：
一个或多个散热片，其中所述一个或多个热插头和所述一个或多个散热片以交替模式布置，所述交替模式包括位于所述一个或多个散热片中的至少两个散热片之间的所述一个或多个热插头。
12.一种用于形成电子设备的方法，包括：
形成系统级封装组件，包括：
将多个部件的第一表面安装到基板，所述基板包括电连接到接地层的金属迹线，所述多个部件包括第一部件和第二部件，以及
安装一个或多个热插头，包括将第一热插头安装到所述第一部件的第二表面，其中：
所述第一热插头的第一表面附接到所述第一部件的第二表面，和
第一热插头的第一表面和第一部件的与第一表面相对的第二表面具有相同尺寸；
在所述基板上并围绕所述多个部件和第一热插头形成绝缘层；
形成沟槽，所述沟槽穿过所述绝缘层并且暴露所述基板来使所述多个部件分隔成第一子系统和第二子系统，第一子系统包括第一部件和第一热插头，第二子系统包括第二部件，所述沟槽将第一子系统和第二子系统分开；
形成屏蔽层，所述屏蔽层基本上填充所述沟槽并且接触所述基板的所述金属迹线中的一条或多条，所述屏蔽层在所述绝缘层上方跨越并且与第一热插头的第二表面直接接触，所述屏蔽层被配置为将热从所述第一热插头消散和扩散到所述基板并将所述屏蔽层和第一热插头电连接到所述接地层。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
安装散热片，其中所述散热片的第一表面直接接触所述第二部件，并且所述散热片的第二表面直接接触所述屏蔽层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个部件包括第三部件，所述方法还包括：
安装第二散热片，所述第二散热片直接接触所述第三部件并且被配置为消散第一位置处的热，其中所述屏蔽层位于与第一位置不同的第二位置处。
15.根据权利要求12所述的方法，其中使用以下各项中的至少一者来形成所述绝缘层：胶带辅助转移模塑工艺、研磨、抛光、和蚀刻。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：
安装一个或多个散热片；以及
以交替模式布置所述一个或多个热插头和所述一个或多个散热片，所述交替模式包括位于所述一个或多个散热片中的至少两个散热片之间的所述一个或多个热插头。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
将所述一个或多个热插头安装到所述多个部件中的具有低于预先确定的值的高度的一个或多个部件；以及
将一个或多个散热片安装到所述多个部件中的具有高于所述预先确定的值的高度的一个或多个部件。
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