CN109786336A - 封装结构及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种封装结构，包括：基板、裸片、散热盖，所述裸片安装至所述基板的表面，所述散热盖连接至所述基板且遮罩在所述裸片的外围，所述散热盖包括固定部和导热部，所述固定部与所述基板固定连接，所述导热部正对所述裸片背离所述基板的表面，所述裸片和所述导热部之间设有导热胶，所述导热部和固定部之间设有开槽，以减小所述散热盖的刚性。本发明实施例子还公开一种电子装置。本发明能够减少导热胶分层风险，增强封装结构的可靠性。

Description

封装结构及电子装置

技术领域

本发明涉及封装技术，特别涉及一种包含散热盖的封装结构用使用该封装结构的电子装置。

背景技术

随着芯片集成通道速率的提升，系统应用要求集成度进一步提高，芯片高速信号通道数量大幅增加，导致芯片功耗持续攀升；为保证链路驱动能力、信号隔离度及系统互连的实现，封装尺寸也逐步加大。然而，随之而来的封装热问题与应力问题相比小尺寸低功耗芯片封装也更为严峻；此外，2.5D/3D封装的逐步普及也对封装尺寸与封装散热提出更高的要求。目前普遍的封装形式采用裸片背面通过导热胶与散热盖相连的结构，由于裸片正面通过凸点相连的基板的导热率较低，裸片在工作时产生的绝大多数热量会经散热盖扩散，最终在外置散热器的帮助下被带离裸片。导热胶在结构中起到两个作用：建立裸片与散热盖之间的传热通道，减小裸片与散热盖的接触热阻。然而，由于各封装材料之间存在热膨胀率(CTE)失配，裸片工作中的热应力会导致封装产生翘曲变形，导致裸片与散热盖之间出现相对位移，继而造成导热胶分层。导热胶分层会使散热通道中断，热量无法从裸片扩散出去，导致裸片工作温度超标，裸片电性能恶化，加速裸片老化，甚至引起裸片损坏。其次，散热盖较高的刚度虽然限制了封装的翘曲变形，但同时也加大了板级焊球断裂的风险。因此采取必要的措施减小导热胶分层，增强板级可靠度成为一个不得不关注的问题。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种封装结构，能够降低封装导热胶分层风险，增强板级可靠性。

第一方面，本发明实施例提供一种封装结构，包括：基板、裸片、散热盖，所述裸片安装至所述基板的表面，所述散热盖连接至所述基板且遮罩在所述裸片的外围，所述散热盖包括固定部、导热部和连接在所述固定部和所述导热部之间的连接部，所述固定部与所述基板固定连接，所述导热部正对所述裸片背离所述基板的表面，导热胶设于所述裸片和所述导热部之间，所述连接部设有开槽，通过去除材料的方式形成所述开槽，以减小所述散热盖的刚性，当裸片发热，由于热膨胀率失配导致裸片与散热盖之间产生相对位移，由于散热盖的刚性减小了，散热盖的导热部可以与导热胶一同产生变形，这样，即使在受热的情况下，导热胶和散热盖之间依然能保持良好的贴合关系，不会产生导热胶分层现象。

本发明实施例提供一种降低封装导热胶分层风险，增强板级可靠性(即封装结构与电路板连接的焊球可靠性)的封装结构，同时能够保持封装结构良好散热性能。采用本发明实施提供的封装结构，通过对散热盖的结构进行改进，即，在封装结构的散热盖上通过机械加工的手段做出包围裸片的开槽，开槽的设置能够减小散热盖的刚性。当封装材料之间存在的热膨胀率(CTE)失配导致翘曲变形时，散热盖的固定部与基板相连接，用于限制封装结构翘曲变形，具体而言，固定部可以通过粘合胶与基板固定连接。由于开槽导致的散热盖刚度下降，进而，使得散热盖可以随封装结构的翘曲变形产生同步的形变，有助于减小散热盖的导热部与裸片之间的相对位移，能够保持散热盖和导热胶之间的贴合关系，从而降低导热胶的剥离应力。此外，由于，散热盖刚性的降低减小了封装结构整体刚性，封装结构通过焊球安装至电路板上时，使得一部分作用在焊球上的应力通过封装结构的形变释放，有助于板级可靠性的提高。

一种实施方式中，所述开槽包围所述导热部，即开槽设置在导热部的外围，使得导热部外围的刚性得到全面的降低，以使裸片发热时，导热部产生变形量，从而降低导热胶的分层或剥离，从而能够保证导热效果。

一种实施方式中，所述连接部包括与所述固定部连接的外缘和与所述导热部连接的内缘，所述开槽与所述内缘的距离小于所述开槽与所述外缘之间的距离。也就是说，开槽在连接部上的位置更靠近导热部，这样可以更好地吸收导热部的热膨胀。

一种实施方式中，所述连接部包括与所述固定部连接的外缘和与所述导热部连接的内缘，所述开槽与所述内缘的距离大于所述开槽与所述外缘之间的距离。本实施方式中，将开槽设置在靠近固定部的一侧，因为连接部的外缘是包围内缘的，因此，外缘比内缘的尺寸大，将开槽设置在靠近外缘的位置处，可以增大开槽的面积，这样更利于减少散热盖的刚性。

一种实施方式中，所述开槽呈一段式连续延伸的未封闭的环状结构，所述开槽的首端和末端之间为所述连接部主体。

一种实施方式中，所述开槽呈两段式结构，所述开槽包括第一子槽和第二子槽，所述第一子槽和所述第二子槽分别从所述导热部相对的两侧包围所述导热部的部分区域。第一子槽和第二子槽可以呈U形或C形。

一种实施方式中，所述开槽包括四段条形子槽，所述导热部呈方形，所述四段条形子槽分别对应设置在所述导热部的四条边的外围。

一种实施方式中，所述开槽包括四段L形子槽，四段L槽子槽分别对应设置于导热部的四个角落位置的外围，且共同包围所述导热部。

一种实施方式中，所述开槽多段子槽，所述多段子槽彼此间隔分布在所述导热部的外围，形成断点式包围结构。具体而言，形成断点式包围结构的多段子槽等距离间隔排布且包围导热部。

一种实施方式中，所述开槽贯穿所述散热盖的内表面和外表面，即开槽为通孔的形式，通过开槽，散热盖的内部包围空间和外部空间相通。封装结构的裸片工作过程中，产生热熊，位于散热盖内部的空气、导热胶或其它连接结构遇热会产生水气，水气可以通过开槽排出至散热盖外部，这样，可以提升裸片的寿命。因此，开槽贯穿所述散热盖的设计有利于提升封闭结构使用寿命。

一种实施方式中，所述开槽内设有填充介质，所述填充介质为刚性小于所述散热盖的刚性的材质。本实施方式通过在开槽内填充介质来保持散热盖的密封性能，填充介质具有弹性形变的能力。

一种实施方式中，所述散热盖为具有电磁屏蔽功能，所述填充介质包括电磁屏蔽材料。当开槽尺寸较大时，将填充介质内设置电磁屏蔽材料防止电磁波泄露。其它实施方式中，开槽的尺寸设计在预设范围内，可以保证电磁波无法穿过，则无需要设置具有电磁屏蔽材料的填充介质。

一种实施方式中，所述开槽设于所述散热盖的内表面，所述开槽未贯穿所述散热盖的内表面和外表面。本实施方式中，制作开槽时是在散热盖的内表面制作，开槽呈盲孔状，散热盖的外表面仍为完整的表面。

一种实施方式中，所述开槽设于所述散热盖的外表面，所述开槽未贯穿所述散热盖的内表面和外表面。本实施方式中，制作开槽时是在散热盖的外表面制作，开槽呈盲孔状。

一种实施方式中，所述开槽内填充导热介质，所述导热介质具有弹性伸缩性能。

在垂直于散热盖的平面上，且从导热部向固定部延伸的方向切割散热的横截面上，开槽的形状可以为梯形或矩形。开槽横截面形状为梯形的设计，更有利于凹槽的制作。

一种实施方式中，所述散热盖包括环部和散热板，所述环部的一个端面连接至所述基板，所述散热板连接至所述环部的另一个端面，所述环部及所述散热板与所述环部连接部分为所述固定部，所述开槽正对所述环部和所述裸片之间的区域。其它实施方式中，散热盖也可以为一体式结构，可以通过冲压成型或锻造成型的方式制成。

散热盖为金属材质或其它具导热性能的材质

第二方面，本发明实施例还提供一种电子装置，包括电路板及如前述任意一种实施方式所述的封装结构，所述封装结构通过焊球固定于所述电路板的表面。由于，散热盖刚性的降低减小了封装结构整体刚性，封装结构通过焊球安装至电路板上时，使得一部分作用在焊球上的应力通过封装结构的形变释放，有助于板级可靠性的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1是本发明第一种实施方式提供的封装结构安装在电路板上的示意图；

图2是本发明第二种实施方式提供的封装结构安装在电路板上的示意图；

图3是本发明第三种实施方式提供的封装结构安装在电路板上的示意图；

图4是本发明实施例提供的封装结构之开槽分布的第一种实施方式的示意图；

图5是本发明实施例提供的封装结构之开槽分布的第二种实施方式的示意图；

图6是本发明实施例提供的封装结构之开槽分布的第三种实施方式的示意图；

图7是本发明实施例提供的封装结构之开槽分布的第四种实施方式的示意图；

图8是本发明实施例提供的封装结构之开槽分布的第五种实施方式的示意图；

图9是本发明一种实施方式提供的开槽设置在散热盖内表面的示意图；

图10是本发明一种实施方式提供的开槽设置在散热盖外表面的示意图；

图11是本发明一种实施方式提供的开槽的横截面为梯形的示意图；

图12是本发明一种实施方式提供的封装结构中的裸片发热时，散热盖产生变形与导热胶保持贴合的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。

本发明实施例提供一种封装结构，应用于电子装置中，固定于电路装置中的电路板上。一种实施方式中，封装结构可以应用于发热量较高的电子元件。

图1所示的封装结构包括基板10、裸片20、以及散热盖30，所述裸片20安装至所述基板10的表面，所述散热盖30连接至所述基板10且遮罩在所述裸片20的外围。基板10可以为金属基板、陶瓷基板或PCB板，基板10的上表面安装裸片20及其它电子元件，基板10的下表面用于与电子装置上的电路板100通过焊球102电连接。

所述散热盖30的横截面通常被设计为拱形或者桥形，其整体成盖状扣在所述裸片20的表面。所述散热盖30包括处于边缘的固定部31、处于中部的导热部32，和连接在所述固定部31和所述导热部32之间的连接部33，所述固定部31与所述基板10固定连接，一种实施方式中，固定部31与基板10之间通过粘接胶101固定连接，所述导热部32正对所述裸片20背离所述基板10的表面，裸片20在散热盖30上的正投影与导热部32重合，固定部31的范围被限定为：散热盖30与基板10之间形成固定连接面，固定连接面的区域为粘接胶101所涵盖的区域，在基板10上的正投影与粘接胶101重合的散热盖30的部分称为固定部。连接部33在基板10上的正投影位于粘接胶101与基板10的接触区域和裸片20在基板10上的正投影之间。如图1所示，连接部33包括连接在固定部31和导热部33之间的一段斜面延伸的部分和一段与导热部33共面的部分。如图2所示，连接部33为导热部33和固定部31之间的横梁，图2中，连接在固定部31的内表面与裸片20之间的散热盖30的部分称为连接部33。

所述裸片20和所述导热部32之间设有导热胶40，所述连接部33设有开槽332，开槽332的设置用于减小所述散热盖30的刚性。裸片20在工作时会散发热量，由于散热盖30的导热率远高于基板10，因此裸片20发热的主要散热通道为通过散热盖30进入外界环境中，即，裸片20工作过程中发出的热量较多的部分通过裸片20的顶部散热。当裸片20发热，导热胶40受热变形时，由于散热盖30的刚性减小了，散热盖30的导热部32可以与导热胶40一同产生变形，这样，即使在受热的情况下，导热胶40和散热盖30之间依然能保持良好的贴合关系，不会产生导热胶40分层现象。

散热盖30可以为一体式结构(如图1和图2所示)或两件式结构(如图3所示)。

图1所示的实施例中的散热盖30为金属材质，且是通过冲压成型的方式制作而成的，此实施方式中，固定部31、连接部33和导热部32的厚度相同，导热部32和固定部31均平行于基板10，连接部33包括与导热部32连接的平行段(位于导热部32的外围且平行于基板10的部分)和连接在平行段和固定部31之间倾斜段，开槽332可以设置在倾斜段，也可以设置在平行段。

图2所示的实施例中的散热盖30为金属材质，且是通过锻造的方式制成的，此实施方式中，导热部32和连接部33共面，固定部31形成在连接部33的外边缘，在垂直于基板10的截面上，固定部31与连接部33连接形成L状结构。

图3所示的实施例中的散热盖30包括环部311和散热板301，所述环部311的一个端面连接至所述基板10，所述散热板301连接至所述环部311的另一个端面，即，环部311呈套筒状，且支撑在散热板301和基板10之间。所述环部311及所述散热板301之连接于环部311的连接部分312共同构成所述固定部31，导热部32、连接部33及连接部分312共同构成散热板301。所述开槽332正对所述环部311和所述裸片20之间的区域。环部311的一个端面通过粘接胶101连接至基板10，环部311的另一个端面通过粘接胶313连接至散热板301之连接于环部311的连接部分312。

本发明实施例提供一种降低封装导热胶40分层风险，增强板级可靠性(即封装结构与电路板100连接的焊球102可靠性)的封装结构，同时能够保持封装结构良好散热性能。

具体而言，如图1至图3所示，裸片20通过多个连接件21与基板10相连，连接件21可以为阵列分布的焊球，裸片20和基板10之间填充绝缘胶22，绝缘胶22用于保证连接件21的连接强度，加强基板10和裸片20之间的连接的稳固性。裸片20的热膨胀率小于基板10的热膨胀率，绝缘胶22的设置加强了裸片20与基板10之间的热膨胀率失配传递，导致封装结构产生翘曲变形。本发明实施例通过在散热盖30的导热部32与裸片20之间建立导热路径，封装结构的翘曲变形会导致散热盖30和裸片20之间的相对位移，使得导热胶40与裸片20的连接界面及导热胶40与散热盖30之间的连接界面处产生拉应力，造成导热胶40在这两个界面处的脱层。

采用本发明实施提供的封装结构，通过对散热盖30的结构进行改进，即，在封装结构的散热盖30上设置开槽332，可以通过机械加工的手段做出环绕裸片20的开槽332，开槽332的设置能够减小散热盖30的刚性。请参阅图12，当封装材料之间存在的热膨胀率(CTE)失配导致翘曲变形时，散热盖30的固定部31与基板10相连接，用于限制封装结构翘曲变形。具体而言，固定部31可以通过粘合胶与基板10固定连接。由于开槽332导致的散热盖30刚度下降，使得散热盖30可以随封装结构的翘曲变形产生同步的形变(如图12所示，散热盖30的导热部32和连接部33虽然产生了变形，但导热部32和导热胶40仍然保持接触状态)，有助于减小散热盖30的导热部32与裸片20之间的相对位移，从而降低导热胶40的剥离应力。此外，由于散热盖30刚性的降低减小了封装结构整体刚性，封装结构通过焊球102安装至电路板100上时，使得一部分作用在焊球102上的应力通过封装结构的形变得到释放，有助于板级可靠性的提高。

一种实施方式中，所述开槽332包围所述导热部32，即开槽332设置在导热部32的外围，使得导热部32外围的刚性得到全面的降低，以使裸片20发热时，导热部32产生变形，从而降低导热胶40的分层或剥离，从而能够保证导热效果。

请参阅图4至图8，所示为散热盖30俯视图，其中散热盖30中间的方形区域为导热部32，最外围用阴影线表示的区域为固定部31，固定部31和导热部32之间的连接区域为连接部33。所述连接部33包括与所述固定部31连接的外缘336和与所述导热部32连接的内缘335。

一种实施方式中，所述开槽332与所述内缘335的距离小于所述开槽332与所述外缘336之间的距离。也就是说，开槽332在连接部33上的位置更靠近导热部32，这样可以更好地吸收导热部32的热膨胀。

一种实施方式中，所述开槽332与所述内缘335的距离大于所述开槽332与所述外缘336之间的距离(即图4所示的实施例)。本实施方式中，将开槽332设置在靠近固定部31的一侧，因为连接部33的外缘336是包围内缘335的，因此，外缘336比内缘335的尺寸大，将开槽332设置在靠近外缘336的位置处，可以增大开槽332的面积，这样更利于减少散热盖30的刚性。

开槽332在连接部32上设置的具体的形状及分布，以如图4至图8所示的几中分布方式为代表做阐述。然而，同一个实施例中，可以包括不同形状及分布的开槽332，只要能降低散热盖30的刚度，就能实现本发明实施例要解决的技术问题。

一种实施方式中，如图4所示，所述开槽332呈一段式连续延伸的未封闭的环状结构，所述开槽332的首端和末端之间为所述连接部33主体337。

一种实施方式中，如图5所示，所述开槽332呈两段式结构，所述开槽332包括第一子槽3321和第二子槽3322，第一子槽3321和第二子槽3322均呈半包围状，第一子槽3321和第二子槽3322分别从所述导热部32相对的两侧包围所述导热部32的部分区域。第一子槽3321和第二子槽3322对接处为连接部33的主体337。第一子槽3321和第二子槽3322可以呈U形或C形。

一种实施方式中，如图6所示，所述开槽332包括四段条形子槽3323，所述导热部32呈方形，所述四段条形子槽3323分别对应设置在所述导热部32的四条边的外围。

一种实施方式中，如图7所示，所述开槽包括四段L形子槽3324，四段L槽子槽3324分别对应设置于导热部32的四个角落位置的外围，且共同包围所述导热部32。

一种实施方式中，如图8所示，所述开槽332多段子槽3325，所述多段子槽3325彼此间隔分布在所述导热部32的外围，形成断点式包围结构。具体而言，形成断点式包围结构的多段子槽3325等距离间隔排布且包围导热部32。

开槽332的具体的形状及分布不限于上述几种实施方式，也可以将上述实施方式结合使用。

图1至图3所示的实施方式中，所述开槽332贯穿所述散热盖30的内表面和外表面，即开槽332为通孔的形式，通过开槽332，散热盖30的内部包围空间和外部空间相通。封装结构的裸片20工作过程中，产生热熊能，位于散热盖30内部的空气、导热胶40或其它连接结构遇热会产生水气，水气可以通过开槽332排出至散热盖30外部，这样，可以提升裸片20的寿命。因此，开槽332贯穿所述散热盖30的设计有利于提升封闭结构使用寿命。

一种实施方式中，所述开槽332内设有填充介质，所述填充介质为刚性小于所述散热盖30的刚性的材质。本实施方式通过在开槽332内填充介质来保持散热盖30的密封性能，填充介质具有弹性形变的能力。

一种实施方式中，所述散热盖30为具有电磁屏蔽功能，所述填充介质包括电磁屏蔽材料。当开槽332尺寸较大时，将填充介质内设置电磁屏蔽材料防止电磁波泄露。其它实施方式中，开槽332的尺寸设计在预设范围内，可以保证电磁波无法穿过，则无需要设置具有电磁屏蔽材料的填充介质。

请参阅图9，一种实施方式中，所述开槽332设于所述散热盖30的内表面，所述开槽332未贯穿所述散热盖30的内表面和外表面，即开槽332的开口朝向基板10。本实施方式中，制作开槽332时是在散热盖30的内表面制作，开槽332呈盲孔状，散热盖30的外表面仍为完整的表面。

请参阅图10，一种实施方式中，所述开槽332设于所述散热盖30的外表面，所述开槽332未贯穿所述散热盖30的内表面和外表面，即开槽332的开口背离基板10。本实施方式中，制作开槽332时是在散热盖30的外表面制作，开槽332呈盲孔状。

一种实施方式中，所述开槽332内填充导热介质，所述导热介质具有弹性伸缩性能。

在垂直于散热盖30的平面上，且从导热部32向固定部31延伸的方向切割散热的横截面上，开槽332的形状可以为梯形或矩形。请参阅图11，开槽332横截面形状为梯形的设计，更有利于开槽332的制作。

散热盖30为金属材质或其它具导热性能的材质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种封装结构，其特征在于，包括：基板、裸片、散热盖，所述裸片安装至所述基板的表面，所述散热盖连接至所述基板且遮罩在所述裸片的外围，所述散热盖包括固定部和导热部，所述固定部与所述基板固定连接，所述导热部正对所述裸片背离所述基板的表面，所述裸片和所述导热部之间设有导热胶，所述导热部和固定部之间设有开槽。

2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽包围所述导热部。

3.如权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述散热盖包括连接在所述固定部和所述导热部之间的连接部，所述连接部包括与所述固定部连接的外缘和与所述导热部连接的内缘，所述开槽与所述内缘的距离小于所述开槽与所述外缘之间的距离。

4.如权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述散热盖包括连接在所述固定部和所述导热部之间的连接部，所述连接部包括与所述固定部连接的外缘和与所述导热部连接的内缘，所述开槽与所述内缘的距离大于所述开槽与所述外缘之间的距离。

5.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述散热盖包括连接在所述固定部和所述导热部之间的连接部，所述开槽呈一段式连续延伸的未封闭的环状结构，所述开槽的首端和末端之间为所述连接部主体。

6.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽呈两段式结构，所述开槽包括第一子槽和第二子槽，所述第一子槽和所述第二子槽分别从所述导热部相对的两侧包围所述导热部的部分区域。

7.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽包括四段条形子槽，所述导热部呈方形，所述四段条形子槽分别对应设置在所述导热部的四条边的外围。

8.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽包括四段L形子槽，所述四段L形子槽分别设置在所述导热部的四个角落位置的外围，且共同包围所述导热部。

9.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽多段子槽，所述多段子槽彼此间隔分布在所述导热部的外围，形成断点式包围结构。

10.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽贯穿所述散热盖的内表面和外表面。

11.如权利要求10所述的封装结构，其特征在于，所述开槽内设有填充介质，所述填充介质为刚性小于所述散热盖的刚性的材质。

12.如权利要求11所述的封装结构，其特征在于，所述散热盖具有电磁屏蔽功能，所述填充介质包括电磁屏蔽材料。

13.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽设于所述散热盖的内表面，所述开槽未贯穿所述散热盖的内表面和外表面。

14.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽设于所述散热盖的外表面，所述开槽未贯穿所述散热盖的内表面和外表面。

15.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述开槽内填充导热介质，所述导热介质具有弹性伸缩性能。

16.如权利要求1-15任意一项所述的封装结构，其特征在于，所述散热盖包括环部和散热板，所述环部的一个端面连接至所述基板，所述散热板连接至所述环部的另一个端面，所述环部及所述散热板与所述环部连接部分为所述固定部，所述开槽正对所述环部和所述裸片之间的区域。

17.一种电子装置，其特征在于，包括电路板及如权利要求1-16任意一项所述的封装结构，所述封装结构通过焊球固定于所述电路板的表面。