CN108091620B - 一种芯片结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种芯片结构及电子设备，该芯片结构包括：芯片本体，所述芯片本体包括半导体层，固定在所述半导体层上的至少一个元器件，与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述多个管脚，其中，所述多个管脚中包括地管脚和至少一个信号管脚；与所述芯片本体固定连接，且与所述地管脚相接触的第一导热元件，从而通过设置与所述芯片本地的地管脚直接相接触的第一导热元件，直接对所述芯片本体中封装外壳内部的结构进行散热，相较于现有技术中通过对封装外壳进行散热来实现对芯片本体的散热，对所述芯片本体的散热效果较好。

Description

一种芯片结构及电子设备

技术领域

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种芯片结构及包括该芯片结构的电子设备。

背景技术

随着科学技术的发展，越来越多的功能集成到芯片上，从而使得芯片散热成为制约芯片性能的一项重要参数。目前的芯片散热通常是利用风扇对芯片的封装外壳进行散热或在芯片的封装外壳上增加散热材料进行散热，效率有待提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种芯片结构，以提高芯片的散热效率。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种芯片结构，包括：

芯片本体，所述芯片本体包括半导体层，固定在所述半导体层上的至少一个元器件，与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述多个管脚，其中，所述多个管脚中包括地管脚和至少一个信号管脚；

与所述芯片本体固定连接，且与所述地管脚相接触的第一导热元件。

可选的，所述第一导热元件为金属导热元件。

可选的，所述第一导热元件在所述芯片本体上的投影至少覆盖所述至少一个信号管脚中的一个信号管脚；

所述第一导热元件的预设区域具有至少一个贯穿所述第一导热元件的通孔，所述通孔与所述第一导热元件覆盖的信号管脚一一对应，且所述通孔在所述芯片本体上的投影完全覆盖其所对应的所述信号管脚。

可选的，还包括：

位于所述通孔内的电连接结构以及位于所述电连接结构和所述第一导热元件之间的绝缘结构，其中，所述电连接结构与所述第一导热元件相互绝缘，且与所述信号管脚电连接。

可选的，所述绝缘结构背离所述芯片本体一侧的面积大于所述绝缘结构朝向所述芯片本体一侧的面积。

可选的，所述通孔背离所述芯片本体一侧的直径大于所述通孔朝向所述芯片本体一侧的直径。

可选的，沿所述芯片本体至所述导热层方向上，所述通孔的直径逐渐增大。

可选的，还包括：对所述第一导热元件散热的散热元件。

一种电子设备，包括：电路板以及与所述电路板固定连接的芯片结构，其中，所述芯片结构为上述任一项所述的芯片结构。

可选的，所述芯片结构中的第一导热元件宽度和所述芯片本体的宽度相同，长度大于所述芯片本体的长度，且所述第一导热元件未被所述芯片本体覆盖区域与所述电子设备的后壳之间具有第二导热元件，其中，所述第二导热元件的热导率大于空气的热导率。

一种电路板结构，包括电路板以及与所述电路板固定连接的芯片结构，其中，所述芯片结构为上述任一项所述的芯片结构。

一种芯片结构的制作方法，包括：将第一导热元件和芯片本体的地管脚固定连接；其中，所述芯片本体包括半导体层，固定在所述半导体层上的至少一个元器件，与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述多个管脚，其中，所述多个管脚中包括地管脚和至少一个信号管脚；所述第一导热元件与所述地管脚相接触。

可选的，当所述第一导热元件还覆盖所述芯片本体的多个管脚中的至少一个信号管脚时，该方法在将所述第一导热元件和芯片本体固定连接前还包括：在所述第一导热元件中形成通孔，所述通孔一端的面积大于另一端的面积；在所述通孔侧壁上形成绝缘结构；在所述绝缘结构围成的空间内形成电连接结构；且将第一导热元件和芯片本体的地管脚固定连接后，所述通孔背离所述芯片本体一侧的面积大于所述通孔朝向所述芯片本体一侧的面积。

可选的，将所述第一导热元件与所述芯片本体的地管脚固定连接包括：通过植球将所述第一导热元件与所述芯片本体的地管脚固定连接。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的芯片结构，包括：芯片本体和第一导热元件，其中，所述芯片本体包括半导体层，固定在所述半导体层上的至少一个元器件，与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述多个管脚，其中，所述多个管脚中包括地管脚和至少一个信号管脚，所述第一导热元件与所述地管脚相接触，从而通过设置与所述芯片本地的地管脚直接相接触的第一导热元件，直接对所述芯片本体中封装外壳内部的结构进行散热，相较于现有技术中通过对封装外壳进行散热来实现对芯片本体的散热，对所述芯片本体的散热效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例所提供的芯片结构的结构示意图；

图2为本发明一个实施例所提供的电路板结构的结构示意图；

图3为本发明一个实施例所提供的电路板结构的局部结构示意图；

图4为本发明一个实施例所提供的电子设备的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前的芯片散热通常是利用风扇对芯片的封装外壳进行散热或在芯片的封装外壳上增加散热材料进行散热，效率散热效率有待提高。

发明人研究发现，同一散热体的不同区域对热源的散热效果不同，如一个热水杯，不同区域的温度是不同的，即便是导热性能较好的金属杯，当其盛有热水时，杯把的温度最低，杯子边缘部分温度次高，盛水的杯体部分温度最高。由此可见，即便采用导热效率较好的材料制作的散热体在对热源进行散热时，其不同区域的温度差异也是非常大的。而且，即便散热区域很大(如杯把)，但是如果没有和热源良好接触(如杯把与热源只有两个接触点)，也不能实现良好的散热效果。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种芯片结构，如图1所示，该芯片结构包括：

芯片本体10，所述芯片本体10包括半导体层、固定在所述半导体层上的至少一个元器件、与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述管脚，其中，所述多个管脚包括地管脚11和至少一个信号管脚12；

与所述芯片本体10固定连接，且与所述地管脚11相接触的第一导热元件20。

由于各芯片本体10都有地管脚11，且不论所述芯片本体10中哪个元器件工作，地管脚11都处于工作状态，因此，在所述芯片本体10中，地管脚11是芯片本体10上多个管脚中发热量最多和导热量最好的管脚，因此，本发明实施例所提供的芯片结构，利用所述第一导热元件20直接与所述芯片本体10的地管脚11相接触，从而直接对所述芯片本体10中封装外壳内部的结构进行散热，相较于现有技术中通过对封装外壳进行散热来实现对芯片本体10的散热，对所述芯片本体10的散热效果较好。

需要说明的是，图1为本发明实施例所提供的芯片结构的示意图，虽然图1中仅示出了一个地管脚11和两个信号管脚12，但其对本发明所提供的芯片结构并不构成限定，在本发明的其他实施例中，所述芯片结构还可以包括至少两个地管脚，同理，也可以包括一个信号管脚或至少三个信号管脚，具体视情况而定。

具体的，在本发明的一个实施例中，所述芯片本体10为中央处理器CPU，所述元器件为所述CPU内各个核，如性能控制核和/或功耗控制核。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一导热元件20为金属导热元件，以提高所述第一导热元件20的导热效果，从而提高所述芯片结构的散热效果。但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

具体的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述金属导热元件为铜片，可选的，所述铜片的厚度为0.3m-0.5mm，包括端点值。如在本发明的一个具体实施例中，所述芯片本体10的厚度取值范围为0.6mm-0.8mm，所述铜片的厚度为0.3mm，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一导热元件20在所述芯片本体10上的投影只覆盖所述地管脚11，以保证所述第一导热元件20与所述信号管脚12不接触，避免所述信号管脚12通过所述第一导热元件20与所述地管脚11短路；在本发明的另一个实施例中，为了增大所述第一导热元件20的面积，提高所述第一导热元件20的散热效果，所述第一导热元件20在所述芯片本体10上的投影至少覆盖所述至少一个信号管脚12中的一个信号管脚12。在本实施例中，为了保证被所述第一导热元件20覆盖的管脚中，信号管脚12与地管脚11电绝缘，所述第一导热元件20的预设区域具有至少一个贯穿所述第一导热元件20的通孔，所述通孔与所述第一导热元件20覆盖的信号管脚12一一对应，且所述通孔在所述芯片本体10上的投影完全覆盖其所对应的所述信号管脚12，从而使得所述第一导热元件20覆盖的信号管脚12与所述第一导热元件20不接触，进而实现所述第一导热元件20覆盖的信号管脚12与所述地管脚11电绝缘。

需要说明的是，当所述第一导热元件20覆盖多个信号管脚12时，所述第一导热元件20覆盖的多个信号管脚12与所述第一导热元件20均不接触，从而保证所述第一导热元件20覆盖的多个信号管脚12中任意两个管脚之间通过所述通孔电绝缘以及所述多个信号管脚12中任一信号管脚12均与所述地管脚11电绝缘。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述芯片结构还包括：位于所述通孔内的电连接结构22以及位于所述电连接结构22和所述第一导热元件20之间的绝缘结构21，其中，所述电连接结构22与所述第一导热元件20相互绝缘，且与所述信号管脚12电连接，从而在保证信号管脚12与所述的第一导热元件20电绝缘的接触上，便于所述信号管脚12通过所述电连接结构22与位于所述第一导热元件20背离所述芯片本体10一侧的其他结构电连接。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述绝缘结构21背离所述芯片本体10一侧的面积大于所述绝缘结构21朝向所述芯片本体10一侧的面积，以使得位于所述绝缘结构21表面的电连接结构22背离所述芯片本体10一侧的面积大于所述电连接结构22朝向所述芯片本体10一侧的面积，以利用所述绝缘结构21的侧壁给所述电连接结构22一个支撑力，避免所述电连接结构22从所述通孔内脱落。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述通孔背离所述芯片本体10一侧的面积大于所述通孔朝向所述芯片本体10一侧的面积，以利用所述通孔的侧壁给所述绝缘结构21一侧支撑力，避免所述绝缘结构21从所述通孔内脱落。

具体的，在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，沿所述芯片本体10至所述第一导热元件20方向上，所述通孔的直径逐渐增大，即所述通孔的剖面图为倒梯形，以均衡所述通孔侧壁上受到的所述绝缘结构21和/或所述电连接结构22的压力，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

此外，沿所述芯片本体10至所述第一导热元件20方向上，所述通孔的直径逐渐增大，使得沿所述第一导热元件20至所述芯片本体10方向上，所述绝缘结构21围成的空间尺寸逐渐减小，以利于所述电连接结构22形成过程中完全填满所述绝缘结构21围成的空间，提高所述电连接结构22的电连接效果。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述电连接结构22与所述信号管脚12通过植球电连接。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述芯片结构还包括：对所述第一导热元件20散热的散热元件(图中未示出)，以提高所述第一导热元件20的散热效果。

相应的，本发明实施例还提供了一种电路板结构，如图2所示，该电路板结构包括电路板30以及与所述电路板30固定连接的芯片结构，其中，所述芯片结构为上述任一实施例所提供的芯片结构。具体的，在本发明实施例中，所述电路板30位于所述第一导热元件20背离所述芯片本体10的一侧。

可选的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图3所示，所述第一导热元件20与所述电路板30通过植球41电连接，但本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述电路板结构，即包括电路板以及与所述电路板固定连接的芯片结构。下面以所述电子设备中所述芯片本体10放置在所述电路板30的背面，即所述芯片本体10位于所述电路板朝向所述电子设备的后壳40一侧，如图4所示，对所述芯片本体10内各元器件的温度进行仿真。具体的，在下表中，所述电子设备的芯片本体包括四个性能控制核和四个功耗控制核。但本发明的其他实施例中，所述芯片本体也可以包括其他数量的元器件。

如表1所示，表1示出了所述芯片本体10工作过程中，所述芯片本体10内各元器件的功耗、增加所述第一导热元件20前的温度(下表中简称为原始温度)、以及增加所述第一导热元件20后的温度(下表中简称为当前温度)。以所述第一导热元件20为铜片为例，其中，增加所述第一导热元件20后的温度包括增加0.3mm厚铜片后的温度(记为当前温度1)以及增加0.5mm厚铜片的温度(记为当前温度2)。其中，在当前温度1中，所述铜片的长、宽与所述芯片本体10保持一致；在当前温度2中，所述铜片的长、宽也与所述芯片本体10保持一致。

表1：

从表1中可以看出，当所述第一导热元件20为0.3mm厚的铜片时，可以将所述芯片本体10内各元器件的温度降低2℃-3℃；当所述第一导热元件20为0.5mm厚的铜片时，可以将所述芯片本体10内各元器件的温度降低2℃-4℃。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述芯片结构中的第一导热元件20宽度和所述芯片本体10的宽度相同，长度大于所述芯片本体10的长度，且所述第一导热元件20未被所述芯片本体10覆盖区域与所述电子设备的后壳40之间具有第二导热元件50，其中，所述第二导热元件50的热导率大于空气的热导率，从而加快所述第一导热元件20中的热量传递到电子设备后壳40的速度，以加快所述芯片本体10的散热速度，有效降低所述芯片本体10的温度。

可选的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第二导热元件50为弹性导热元件，且所述第二导热元件50的厚度大于所述第一导热元件20与所述电子设备的后壳40之间的距离，以使得所述第二导热元件50完全填充所述第一导热元件20与所述电子设备后壳之间的空气层，最大限度降低所述芯片本体10的温度，避免所述芯片本体10温度过高影响所述电子设备的性能。

具体的，在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第二导热元件50为导热垫、导热泥或导热硅脂等，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。

如表2所示，表2示出了所述芯片本体10工作过程中，所述芯片本体10内各元器件的功耗、所述芯片本体10内各元器件以及所述电子设备前后表面增加所述第一导热元件20前的温度(下表中简称为原始温度)、以及增加所述第一导热元件20后的温度(下表中简称为当前温度)。以所述第一导热元件20为铜片为例，其中，增加所述第一导热元件20后的温度包括增加0.3mm厚铜片后的温度以及同时增加第一导热元件20和第二导热元件50后的温度，即在增加0.3mm厚铜片后并在铜片和后壳的空气层填充导热界面材料(即第二导热元件50)后的温度(记为当前温度4)。其中，所述铜片的宽度与所述芯片本体10的宽度一致，长度大于所述芯片本体10的长度；所述第二导热元件50位于所述铜片延伸区域距离所述芯片本体10一定距离处，且所述第二导热元件50的长宽不超过所述铜片延伸区域的大小，厚度不小于所述铜片与所述电子设备后壳40之间的距离。

表2：

由表2可以看出，在所述电路板30和所述芯片本体10之间增加第一导热元件20后，在所述电子设备后壳40与所述第一导热元件20之间增加第二导热元件50前，芯片本体10的温度可降低3-5℃，而在所述电路板30和所述芯片本体10之间增加第一导热元件20且在所述电子设备后壳40与所述第一导热元件20之间增加第二导热元件50后，芯片本体10的温度可降低13-15℃，可有效降低所述芯片本体10的温度。

综上所述，本发明实施例所提供的芯片结构、包括该芯片结构的电路板结构，以及包括该电路板结构的电子设备，通过设置与所述芯片本地的地管脚11直接相连的第一导热元件20，直接对所述芯片本体10中封装外壳内部的结构进行散热，相较于现有技术中通过对封装外壳进行散热来实现对芯片本体10的散热，对所述芯片本体10的散热效果较好。

此外，本发明实施例还提供了一种芯片结构的制作方法，应用于上述任一实施例所提供的芯片结构，该方法包括：

将第一导热元件和芯片本体的地管脚固定连接；其中，所述芯片本体包括半导体层，固定在所述半导体层上的至少一个元器件，与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述多个管脚，其中，所述多个管脚中包括地管脚和至少一个信号管脚；所述第一导热元件与所述地管脚相接触。

在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，当所述第一导热元件还覆盖所述芯片本体的多个管脚中的至少一个信号管脚时，该方法在将所述第一导热元件和芯片本体固定连接前还包括：在所述第一导热元件中形成通孔，所述通孔一端的面积大于另一端的面积；在所述通孔侧壁上形成绝缘结构；在所述绝缘结构围成的空间内形成电连接结构；且将第一导热元件和芯片本体的地管脚固定连接后，所述通孔背离所述芯片本体一侧的面积大于所述通孔朝向所述芯片本体一侧的面积。

在上述任一实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，将所述第一导热元件与所述芯片本体的地管脚固定连接包括：通过植球将所述第一导热元件与所述芯片本体的地管脚固定连接。

本发明实施例所提供的制作方法，通过设置与所述芯片本地的地管脚直接相接触的第一导热元件，直接对所述芯片本体中封装外壳内部的结构进行散热，相较于现有技术中通过对封装外壳进行散热来实现对芯片本体的散热，对所述芯片本体的散热效果较好。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种芯片结构，其特征在于，包括：

芯片本体，所述芯片本体包括半导体层，固定在所述半导体层上的至少一个元器件，与所述元器件电连接的多个管脚以及封装所述半导体层和所述元器件的封装外壳，所述封装外壳曝露所述多个管脚，其中，所述多个管脚中包括地管脚和至少一个信号管脚；

与所述芯片本体固定连接，且与所述地管脚相接触的第一导热元件；

其中，所述第一导热元件与所述地管脚的接触面积完全覆盖所述地管脚。

2.根据权利要求1所述的芯片结构，其特征在于，所述第一导热元件为金属导热元件。

3.根据权利要求2所述的芯片结构，其特征在于，所述第一导热元件在所述芯片本体上的投影至少覆盖所述至少一个信号管脚中的一个信号管脚；

所述第一导热元件的预设区域具有至少一个贯穿所述第一导热元件的通孔，所述通孔与所述第一导热元件覆盖的信号管脚一一对应，且所述通孔在所述芯片本体上的投影完全覆盖其所对应的所述信号管脚。

4.根据权利要求3所述的芯片结构，其特征在于，还包括：

位于所述通孔内的电连接结构以及位于所述电连接结构和所述第一导热元件之间的绝缘结构，其中，所述电连接结构与所述第一导热元件相互绝缘，且与所述信号管脚电连接。

5.根据权利要求4所述的芯片结构，其特征在于，所述绝缘结构背离所述芯片本体一侧的面积大于所述绝缘结构朝向所述芯片本体一侧的面积。

6.根据权利要求5所述的芯片结构，其特征在于，所述通孔背离所述芯片本体一侧的直径大于所述通孔朝向所述芯片本体一侧的直径。

7.根据权利要求6所述的芯片结构，其特征在于，沿所述芯片本体至所述第一导热元件方向上，所述通孔的直径逐渐增大。

8.根据权利要求1-7任一项所述的芯片结构，其特征在于，还包括：对所述第一导热元件散热的散热元件。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：电路板以及与所述电路板固定连接的芯片结构，其中，所述芯片结构为权利要求1-8任一项所述的芯片结构。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述芯片结构中的第一导热元件宽度和所述芯片本体的宽度相同，长度大于所述芯片本体的长度，且所述第一导热元件未被所述芯片本体覆盖区域与所述电子设备的后壳之间具有第二导热元件，其中，所述第二导热元件的热导率大于空气的热导率。

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