CN110707081A - 用于系统级封装的散热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于系统级封装的散热结构，包括：封装基板；模封材侧壁，所述模封材侧壁围绕所述封装基板顶面的边缘设置；散热装置，所述散热装置覆盖设置在所述模封材侧壁顶面；倒装芯片，所述倒装芯片粘接安装在所述所述散热装置的底面，所述倒装芯片的底部通过焊料球倒装焊在所述封装基板的表面与所述封装基板进行电连接；引线键合芯片，所述引线键合芯片粘接安装在所述封装基板的表面，所述引线键合芯片与封装基板间连接有引线键合线，所述引线键合芯片通过所述引线键合线与所述封装基板进行电连接；本发明结构简单，能够将不同封装形式的芯片整合到同一封装体中，并且散热效率高，能够优化芯片工作温度环境，提高芯片使用寿命。

Description

用于系统级封装的散热结构
技术领域
本发明涉及封装技术领域，特别涉及一种用于系统级封装的散热结构。
背景技术
微电子芯片正在向高速度、高密度、高性能发展，热管理成为微系统封装中的一个非常重要的问题，散热将会直接影响到芯片的设计性能。为适应微电子封装技术的多功能、小型化、便携式、高速度、低功耗和高可靠性发展趋势，SiP技术作为新兴异质集成技术，成为越来越多芯片的封装形式，其通过二维平铺或三维堆叠的形式将芯片在很小尺寸的空间内封装，因此其散热问题便对SiP封装的可靠性产生了重大挑战。
芯片的散热方法主要有被动散热与主动散热两种，被动散热包括散热器、导热孔等，主动散热包括气冷、液冷散热、热电散热、热管散热等。现有SiP封装的芯片以焊球与封装基板连接封装，并利用芯片模封材(塑封料)将芯片覆盖，封装基板通过焊锡连接于电路板。在芯片与封装基板之间通常会加入填充材料，例如环氧树脂类的材料。在芯片工作产热时，所产生热能的热流传导路径向上则要经过模封材(塑封料)，再向外传导至散热器或直接对流散热；向下许多组件则多会阻碍芯片产生热能的传导。因此通过模封材(塑封料)的热流传输成为解决SiP封装芯片散热的重要途径，塑封料除了保护芯片不受外接灰尘、潮气、粒子辐射、机械冲击外，其还具有机械支撑和散热的功能。然而，模封材(塑封料)属于高分子材料，其热导率非常低，严重阻碍了芯片热量的传导，造成较高的结温而影响芯片性能。
发明内容
本发明提供了一种用于系统级封装的散热结构，其目的是为了解决模封材热导率低阻碍芯片热量传导，造成较高的结温而影响芯片性能的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种用于系统级封装的散热结构，包括：
封装基板；
模封材侧壁，所述模封材侧壁围绕所述封装基板顶面的边缘设置；
散热装置，所述散热装置覆盖设置在所述模封材侧壁顶面；
倒装芯片，所述倒装芯片粘接安装在所述所述散热装置的底面，所述倒装芯片的底部通过焊料球倒装焊在所述封装基板的表面与所述封装基板进行电连接；
引线键合芯片，所述引线键合芯片粘接安装在所述封装基板的表面，所述引线键合芯片与封装基板间连接有引线键合线，所述引线键合芯片通过所述引线键合线与所述封装基板进行电连接；
低封装高度芯片，所述低封装高度芯片安装在所述封装基板表面。
其中，所述散热装置的底部设置有一层TIM材料，所述倒装芯片通过所述TIM材料粘接安装在所述散热装置的底部。
其中，所述引线键合芯片底部设置有一层TIM材料，所述引线键合芯片通过所述TIM材料粘接安装在所述封装基板表面。
其中，设置有导热体，所述导热体设置在所述引线键合芯片和所述低封装高度芯片顶部，所述导热体的顶面通过设置在所述散热装置底部的TIM材料粘接安装在所述散热装置的底面。
其中，所述封装基板、模封材侧壁和散热装置之间构成的空腔内填充有环氧树脂。
其中，所述倒装芯片和引线键合芯片之间通过所述焊料球、封装基板和引线键合线电连接；所述倒装芯片和低封装高度芯片之间通过焊料球和封装基板以及引线键合线或焊料球电连接；所述引线键合芯片和低封装高度芯片之间通过引线键合线和封装基板以及焊料球或引线键合线电连接。
其中，所述散热装置为散热肋片或散热板或导热管。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明的上述实施例所述的用于系统级封装的散热结构，通过将原有的封装盖板替换成散热装置，可以极大地降低散热热阻，有助于提高芯片的封装可靠性；通过将TIM材料设置在散热装置底面以及引线键合芯片底面；设置有导热体，能够极大地促进芯片热量的传导至散热装置，从而降低芯片结温；空腔内填充的环氧树脂能够包覆芯片模组形成保护；本发明结构简单，能够将不同封装形式的芯片整合到同一封装体中，并且散热效率高，能够优化芯片工作温度环境，提高芯片使用寿命。
附图说明
图1为本发明的用于系统级封装的散热结构的结构示意图。
【附图标记说明】
1-封装基板；2-模封材侧壁；3-散热装置；4-倒装芯片；5-焊料球；6-引线键合芯片；7-引线键合线；8-低封装高度芯片；9-TIM材料；10-导热体；11-环氧树脂。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的模封材热导率低阻碍芯片热量传导，造成较高的结温而影响芯片性能问题，提供了一种用于系统级封装的散热结构。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种用于系统级封装的散热结构，包括：封装基板1；模封材侧壁2，所述模封材侧壁2围绕所述封装基板1顶面的边缘设置；散热装置3，所述散热装置3覆盖设置在所述模封材侧壁2顶面；倒装芯片4，所述倒装芯片4粘接安装在所述所述散热装置3的底面，所述倒装芯片4的底部通过焊料球5倒装焊在所述封装基板1的表面与所述封装基板1进行电连接；引线键合芯片6，所述引线键合芯片6粘接安装在所述封装基板1的表面，所述引线键合芯片6与封装基板间1连接有引线键合线7，所述引线键合芯片6通过所述引线键合线7与所述封装基板1进行电连接；低封装高度芯片8，所述低封装高度芯片8安装在所述封装基板1表面。
本发明的上述实施例所述的用于系统级封装的散热结构，将传统SiP芯片封装体的模封材顶部通过减薄机减薄或磨掉，或在进行塑封过程中可将塑封外壳直接做成矩形框状，仅留下所述模封材侧壁2，所述模封材侧壁2通过减薄机减薄，表面粗糙度减低，从而提升热传导性能；通过设置所述散热装置3一方面能够取代原有的模封材顶部起到隔绝外部的作用，另一方面所述散热装置3的导热率大于原有顶盖结构因此能够加速散热；所述倒装芯片4粘接安装在所述散热装置3的底面，因此当所述倒装芯片4产生热量时能够以极快的速度将热量从散热装置3散去；所述低封装高度芯片8依照其芯片种类选用不同的安装方式，所述低封装高度芯片8可以采用倒装焊、引线键合或直接键合的方式安装在所述封装基板1上。
其中，所述散热装置3的底部设置有一层TIM材料9，所述倒装芯片4通过所述TIM材料9粘接安装在所述散热装置3的底部。
其中，所述引线键合芯片6底部设置有一层TIM材料9，所述引线键合芯片6通过所述TIM材料9粘接安装在所述封装基板表面。
本发明的上述实施例所述的用于系统级封装的散热结构，所述模封材侧壁2高度与所述倒装芯片4高度齐平，因此所述倒装芯片4的顶面通过所述TIM材料9与所述散热装置3的底面紧密贴合，所述所述TIM材料9能够更好的令所述倒装芯片4的热量经由所述TIM材料9更快地散发到所述散热装置3上，同时所述引线键合芯片6的热量经由所述TIM材料9更快地散发到封装基板1上，从而提高封装结构整体的散热效率。
其中，设置有导热体10，所述导热体10设置在所述引线键合芯片6和所述低封装高度芯片6顶部，所述导热体10的顶面通过设置在所述散热装置3底部的TIM材料9粘接安装在所述散热装置的底面。
本发明的上述实施例所述的用于系统级封装的散热结构，针对封装结构中所述引线键合芯片6和所述低封装高度芯片8的封装高度不同，可以选择将导热体10通过所述TIM材料9粘接到所述引线键合芯片6和所述低封装高度芯片8上表面，同时并在所述导热体10上方涂覆TIM材料9，从而将所述引线键合芯片6和所述低封装高度芯片8的热传导通路通过易传热的导热体10传递给散热装置3，开设出一条除开所述封装基板1以外的散热通路，提高散热效率。
其中，所述封装基板1、模封材侧壁2和散热装置3之间构成的空腔内填充有环氧树脂11。
其中，所述倒装芯片4和引线键合芯片6之间通过所述焊料球5、封装基板1和引线键合线7电连接；所述倒装芯片4和低封装高度芯片8之间通过焊料球5和封装基板1以及引线键合线7或焊料球5电连接；所述引线键合芯片6和低封装高度芯片8之间通过引线键合线7和封装基板1以及焊料球5或引线键合线7电连接。
本发明的上述实施例所述的用于系统级封装的散热结构，封装结构中的所述倒装芯片4、引线键合芯片6和低封装高度芯片8能够相互电连接，所述封装基板1、模封材侧壁2和散热装置3之间构成的空腔内填充有环氧树脂11能够防止芯片间出现不必要的干扰，同时能够包覆芯片模组形成保护。
其中，所述散热装置3为散热肋片或散热板或导热管。
本发明的上述实施例所述的用于系统级封装的散热结构，将不同封装形式的芯片整合到同一封装体中，通过去除原有封装顶盖替换为散热装置3，可以极大地减低散热热阻，有助于提高芯片的封装可靠性，同时所述散热装3置可以依据不同情况采用散热肋片、散热板或者导热管结构；通过将TIM材料9设置在散热装置3的底面以及引线键合芯片6的底面；设置有导热体10，能够极大地促进芯片热量的传导至散热装置3，从而降低芯片结温；空腔内填充的环氧树脂11能够包覆芯片模组形成保护；本发明结构简单，能够将不同封装形式的芯片整合到同一封装体中，并且散热效率高，能够优化芯片工作温度环境，提高芯片使用寿命。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于系统级封装的散热结构，其特征在于，包括：
封装基板；
模封材侧壁，所述模封材侧壁围绕所述封装基板顶面的边缘设置；
散热装置，所述散热装置覆盖设置在所述模封材侧壁顶面；
倒装芯片，所述倒装芯片粘接安装在所述所述散热装置的底面，所述倒装芯片的底部通过焊料球倒装焊在所述封装基板的表面与所述封装基板进行电连接；
引线键合芯片，所述引线键合芯片粘接安装在所述封装基板的表面，所述引线键合芯片与封装基板间连接有引线键合线，所述引线键合芯片通过所述引线键合线与所述封装基板进行电连接；
低封装高度芯片，所述低封装高度芯片安装在所述封装基板表面。
2.根据权利要求1所述的用于系统级封装的散热结构，其特征在于，所述散热装置的底部设置有一层TIM材料，所述倒装芯片通过所述TIM材料粘接安装在所述散热装置的底部。
3.根据权利要求1所述的用于系统级封装的散热结构，其特征在于，所述引线键合芯片底部设置有一层TIM材料，所述引线键合芯片通过所述TIM材料粘接安装在所述封装基板表面。
4.根据权利要求1所述的用于系统级封装的散热结构，其特征在于，设置有导热体，所述导热体设置在所述引线键合芯片和所述低封装高度芯片顶部，所述导热体的顶面通过设置在所述散热装置底部的TIM材料粘接安装在所述散热装置的底面。
5.根据权利要求1所述的用于系统级封装的散热结构，其特征在于，所述封装基板、模封材侧壁和散热装置之间构成的空腔内填充有环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的用于系统级封装的散热结构，其特征在于，所述倒装芯片、引线键合芯片之间通过所述焊料球、封装基板和引线键合线电连接；所述倒装芯片和低封装高度芯片之间通过焊料球和封装基板以及引线键合线或焊料球电连接；所述引线键合芯片和低封装高度芯片之间通过引线键合线和封装基板以及焊料球或引线键合线电连接。
7.根据权利要求1所述的用于系统级封装的散热结构，其特征在于，所述散热装置为散热肋片或散热板或导热管。
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