CN112885794A - 一种pcb、pop封装散热结构及其制造方法 - Google Patents

一种pcb、pop封装散热结构及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种POP封装散热结构，包括上层基板、与上层基板正对分布的下层基板、设置于上层基板表面的存储芯片、设置于下层基板表面的处理芯片、连接于上层基板与下层基板之间并环绕处理芯片分布的连接焊球，以及填充于上层基板与下层基板之间的间隙中且与处理芯片相连、用于将处理芯片的热量传递至上层基板的导热填充件。如此，将导热填充件填充在上层基板与下层基板之间的缝隙中，消除了上层基板与下层基板之间的空隙，使得处理芯片与上层基板始终保持良好接触，从而能够将处理芯片的热量高效地传递至上层基板，并且降低POP封装的内部结壳热阻，提高散热效率。本发明还公开一种POP封装散热结构的制造方法和一种PCB，其有益效果如上。

Description

一种PCB、POP封装散热结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及PCB技术领域，特别涉及一种POP封装散热结构。本发明还涉及一种POP封装散热结构的制造方法和一种PCB。
背景技术
随着中国电子技术的发展，越来越多的电子设备已得到广泛使用。
服务器是电子设备中的重要组成部分，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。根据服务器提供的服务类型不同，分为文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器、WEB服务器等。
在大数据时代，大量的IT设备会集中放置在数据中心。这些数据中心包含各类型的服务器、存储、交换机及大量的机柜及其它基础设施。每种IT设备都是有各种硬件板卡组成，如计算模块、内存模块、存储模块、机箱等。目前的数据中心一般指服务器机柜，而服务器通常集成安装在服务器机柜中。
在PCB设计中，服务器板卡中大量使用了BGA(Ball Grid Array，球栅阵列)封装的芯片，而POP(Package on Package，叠层)封装是一种高集成封装，通常采用两个或以上BGA封装堆叠而成。POP封装虽然能够节省基板面积，但由于堆叠结构的弊端，导致内部结壳热阻比较大。这是因为POP封装的散热方式，主要是在上层基板的表面加装散热片，通过增大换热面积的方式进行散热。POP封装的主要热量来源是下层的处理芯片，处理芯片的大部分热量必须先传递到上层基板后，才能进入到散热片中进行快速发散。
然而，现有技术的POP封装，其上层基板与下层基板由于连接锡球的存在，导致上层基板与下层基板之间的缝隙较大，使得处理芯片的表面实际上并没有与上层基板直接接触，而是在上层基板与下层基板之间存在一层空气层。该层空气层虽然比较薄，但由于空气是热的不良导体，在室温条件下，空气的导热系数仅为0.026W/mK，因此导致处理芯片的热量难以通过空气层传递到上层基板上，进而难以通过散热片进行发散，导致散热效果不理想。
因此，如何高效地将处理芯片的热量传递至上层基板，降低POP封装的内部结壳热阻，提高散热效率，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种POP封装散热结构，能够高效地将处理芯片的热量传递至上层基板，降低POP封装的内部接壳热阻，提高散热效率。本发明的另一目的是提供一种POP封装散热结构的制造方法和一种PCB。
为解决上述技术问题，本发明提供一种POP封装散热结构，包括上层基板、与所述上层基板正对分布的下层基板、设置于所述上层基板表面的存储芯片、设置于所述下层基板表面的处理芯片、连接于所述上层基板与所述下层基板之间并环绕所述处理芯片分布的连接焊球，以及填充于所述上层基板与所述下层基板之间的间隙中且与所述处理芯片相连、用于将所述处理芯片的热量传递至所述上层基板的导热填充件。
优选地，所述导热填充件的底面覆盖于所述处理芯片的表面，且所述导热填充件的表面覆盖于所述上层基板的底面。
优选地，所述导热填充件具有粘性，且所述导热填充件粘连在所述上层基板的底面与所述处理芯片的表面之间。
优选地，所述导热填充件具有弹性，且所述导热填充件的厚度大于所述上层基板的底面与所述处理芯片的表面之间的缝隙距离。
优选地，所述导热填充件为导热胶块。
优选地，所述导热填充件为金属导热板，且所述金属导热板的各个周向侧壁均设置有绝缘层。
本发明还提供一种PCB，包括PCB基板和设置于所述PCB基板表面的POP封装散热结构，其中，所述POP封装散热结构具体为上述任一项所述的POP封装散热结构。
优选地，所述PCB基板的表面开设有若干个用于容纳外部焊球的球形槽。
本发明还提供一种POP封装散热结构的制造方法，包括：
将POP封装焊接至PCB基板表面；
在所述PCB基板表面围绕所述POP封装建立环向围挡，且所述环向围挡的高度大于或等于所述POP封装的高度；
在所述环向围挡内注入导热胶至浸没所述POP封装；
静置所述导热胶预设时间至其凝固。
本发明还提供一种POP封装散热结构的制造方法，包括：
在下层基板的表面贴装处理芯片；
在所述处理芯片的表面涂覆导热胶；
将上层基板的底面贴装至所述处理芯片的表面；
静置所述导热胶预设时间至其凝固。
本发明所提供的POP封装散热结构，主要包括上层基板、下层基板、存储芯片、处理芯片、连接焊球和导热填充件。其中，上层基板与下层基板互相正对分布，为本结构的主体部件，两者之间保持一定间隙。存储芯片设置在上层基板的表面上，主要用于存储数据，同时产生小部分热量。处理芯片设置在下层基板的表面上，主要用于处理数据和发出控制指令，同时产生大部分热量。连接焊球连接在上层基板与下层基板之间，并且环绕分布在处理芯片的周向外围，主要用于实现上层基板与下层基板之间的物理连接和信号连接。导热填充件填充在上层基板与下层基板之间的间隙中，并且与处理芯片相连，主要用于通过与处理芯片的接触，吸收处理芯片产生的热量，并利用自身的良好导热性，将吸收的热量传递至上层基板，进而能够利用上层基板表面加装的散热片进行快速散热。如此，本发明所提供的POP封装散热结构，将导热填充件填充在上层基板与下层基板之间的缝隙中，并使导热填充件与处理芯片保持接触，从而能够利用导热填充件将处理芯片的热量高效地传递至上层基板，相比于现有技术，导热填充件的存在消除了上层基板与下层基板之间的空隙，使得处理芯片与上层基板始终保持良好接触，因此能够降低POP封装的内部结壳热阻，提高散热效率。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
其中，图1中：
上层基板—1，下层基板—2，存储芯片—3，处理芯片—4，连接焊球—5，导热填充件—6，外部焊球—7，PCB基板—8；
球形槽—81。
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。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，POP封装散热结构主要包括上层基板1、下层基板2、存储芯片3、处理芯片4、连接焊球5和导热填充件6。
其中，上层基板1与下层基板2互相正对分布，为本结构的主体部件，两者之间保持一定间隙。在正常安装环境下，上层基板1位于相对靠上位置，距离PCB基板8较远，而下层基板2位于相对靠下位置，距离PCB基板8较近。
存储芯片3设置在上层基板1的表面上，主要用于存储数据，同时产生小部分热量。处理芯片4设置在下层基板2的表面上，主要用于处理数据和发出控制指令，同时产生大部分热量。
连接焊球5连接在上层基板1与下层基板2之间，并且环绕分布在处理芯片4的周向外围，主要用于实现上层基板1与下层基板2之间的物理连接和信号连接。
导热填充件6填充在上层基板1与下层基板2之间的间隙中，并且与处理芯片4相连，主要用于通过与处理芯片4的接触，吸收处理芯片4产生的热量，并利用自身的良好导热性，将吸收的热量传递至上层基板1，进而能够利用上层基板1表面加装的散热片进行快速散热。
如此，本实施例所提供的POP封装散热结构，将导热填充件6填充在上层基板1与下层基板2之间的缝隙中，并使导热填充件6与处理芯片4接触，从而能够利用导热填充件6将处理芯片4的热量高效地传递至上层基板1。
相比于现有技术，导热填充件6的存在消除了上层基板1与下层基板2之间的空隙，使得处理芯片4与上层基板1始终保持良好接触，因此能够降低POP封装的内部结壳热阻，提高散热效率。
在关于导热填充件6的一种优选实施例中，为提高导热填充件6与处理芯片4之间的接触面积，进而提高导热填充件6对处理芯片4的热量吸收效率，在本实施例中，该导热填充件6的底面覆盖在处理芯片4的表面上。同时，导热填充件6的表面覆盖在上层基板1的底面上。如此设置，由于导热填充件6的底面覆盖处理芯片4的表面，因此导热填充件6与处理芯片4形成全面接触，使得处理芯片4产生的热量能够迅速通过其表面与导热填充件6底面的接触传递至导热填充件6上，再由导热填充件6传递至上层基板1处。
当然，导热填充件6不仅可以全覆盖处理芯片4的表面，还可以比处理芯片4的表面积更大，比如导热填充件6还可向处理芯片4的表面周向延伸，并一直覆盖到下层基板2的表面，与分布在边缘位置的连接焊球5接触。
进一步的，为便于导热填充件6在上层基板1与处理芯片4之间的填充连接，在本实施例中，该导热填充件6具有粘性，具体的说，是至少导热填充件6的表面与底面均具有粘性。如此设置，导热填充件6的表面即可粘连在上层基板1的底面，同时导热填充件6的底面即可粘连在下层基板2表面。
不仅如此，为提高导热填充件6在上层基板1与下层基板2之间的填充紧密性和连接稳定性，在本实施例中，该导热填充件6还具有弹性，即导热填充件6可在受压或受拉时产生一定程度的弹性形变。并且，导热填充件6一般呈矩形薄板状，与上层基板1与下层基板2之间的缝隙形状相同，而导热填充件6的厚度(或高度)略大于上层基板1与下层基板2之间的缝隙距离，比如大5％等。如此设置，在将导热填充件6填充到上层基板1与下层基板2之间时，即可通过导热填充件6的弹性形变进行一定程度地收缩，并压装进上层基板1与下层基板2之间，利用导热填充件6的弹性反力同时对上层基板1和下层基板2形成压紧力，保证导热填充件6能够始终紧密地压紧在处理芯片4的表面上。
一般的，导热填充件6具体可为导热胶块，不仅具有弹性和粘性，而且导热系数较高，可达1～2W/mK，同时还是绝缘体，填充在上层基板1与下层基板2之间时，不会造成上层基板1与下层基板2之间的短路等情况。
当然，导热填充件6并不仅限于导热胶块，其余比如金属导热板等同样可以采用。并且在采用金属导热板时，由于上层基板1与下层基板2之间通过连接焊球5进行信号连接，因此需要在金属导热板的各个周向侧壁上均设置绝缘层，以防止出现短路情况。
本实施例还提供一种PCB，主要包括PCB基板8和设置于PCB基板8表面的POP封装散热结构，其中，该POP封装散热结构的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。
考虑到POP封装散热结构需要利用下层基板2底面设置的外部焊球7(如锡球等)与PCB基板8进行焊接连接，为提高焊接稳定性，防止出现漏锡等情况，本实施例还在PCB基板8的表面上开设有若干个球形槽8111，以通过各个球形槽8111容纳各个外部焊球7。
本实施例还提供一种POP封装散热结构的制造方法，主要包括四个步骤。
其中，在第一步中，首先将成型的POP封装(包括上层基板1、下层基板2、存储芯片3、处理芯片4、连接焊球5、外部焊球7、散热片等部件)焊接至PCB基板8表面。
在第二步中，在PCB基板8的表面上围绕POP封装的环形区域内架设环向围挡，该环向围挡具有一定高度，并且高度大于或等于POP封装的高度。同时，在架设环向围挡时，需注意使环向围挡的内壁与POP封装的周向外壁保持2～3mm的间隙。一般的，该环向围挡的形状可与POP封装的形状相同，比如呈矩形等。
在第三步中，在环向围挡内注入热熔后呈流体状的导热胶，并使得导热胶整体浸没POP封装，从而确保导热胶能够逐渐流入到POP封装内的上层基板1与下层基板2之间的缝隙中，将该缝隙填充密封。
在第四步中，将导热胶静置一段时间，确保导热胶凝固成导热胶块，并沾粘在上层基板1与下层基板2之间，作为填充两者之间的缝隙的导热填充件6。之后还可继续清理掉POP封装外部粘连的多余导热胶。
本实施例还提供一种POP封装散热结构的制造方法，主要包括四个步骤。
其中，在第一步中，首先在下层基板2的表面上贴装上处理芯片4。
然后在第二步中，对处理芯片4的表面涂覆一层导热胶，导热胶的具体厚度可根据需要进行调节。
在第三步中，将安装好连接焊球5的上层基板1垂直贴装到处理芯片4的表面上，使得上层基板1与下层基板2通过处理芯片4上的导热胶进行粘连固定。
在四步中，将导热胶静置一段时间，确保导热胶凝固成导热胶块，并沾粘在上层基板1与处理芯片4之间，作为填充两者之间的缝隙的导热填充件6。
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这些实施例，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POP封装散热结构，其特征在于，包括上层基板(1)、与所述上层基板(1)正对分布的下层基板(2)、设置于所述上层基板(1)表面的存储芯片(3)、设置于所述下层基板(2)表面的处理芯片(4)、连接于所述上层基板(1)与所述下层基板(2)之间并环绕所述处理芯片(4)分布的连接焊球(5)，以及填充于所述上层基板(1)与所述下层基板(2)之间的间隙中且与所述处理芯片(4)相连、用于将所述处理芯片(4)的热量传递至所述上层基板(1)的导热填充件(6)。
2.根据权利要求1所述的POP封装散热结构，其特征在于，所述导热填充件(6)的底面覆盖于所述处理芯片(4)的表面，且所述导热填充件(6)的表面覆盖于所述上层基板(1)的底面。
3.根据权利要求2所述的POP封装散热结构，其特征在于，所述导热填充件(6)具有粘性，且所述导热填充件(6)粘连在所述上层基板(1)的底面与所述处理芯片(4)的表面之间。
4.根据权利要求3所述的POP封装散热结构，其特征在于，所述导热填充件(6)具有弹性，且所述导热填充件(6)的厚度大于所述上层基板(1)的底面与所述处理芯片(4)的表面之间的缝隙距离。
5.根据权利要求1所述的POP封装散热结构，其特征在于，所述导热填充件(6)为导热胶块。
6.根据权利要求1所述的POP封装散热结构，其特征在于，所述导热填充件(6)为金属导热板，且所述金属导热板的各个周向侧壁均设置有绝缘层。
7.一种PCB，包括PCB基板(8)和设置于所述PCB基板(8)表面的POP封装散热结构，其特征在于，所述POP封装散热结构具体为权利要求1-6任一项所述的POP封装散热结构。
8.根据权利要求7所述的PCB，其特征在于，所述PCB基板(8)的表面开设有若干个用于容纳所述POP封装散热结构的外部焊球(7)的球形槽(81)。
9.一种POP封装散热结构的制造方法，其特征在于，包括：
将POP封装焊接至PCB基板表面；
在所述PCB基板表面围绕所述POP封装建立环向围挡，且所述环向围挡的高度大于或等于所述POP封装的高度；
在所述环向围挡内注入导热胶至浸没所述POP封装；
静置所述导热胶预设时间至其凝固。
10.一种POP封装散热结构的制造方法，其特征在于，包括：
在下层基板的表面贴装处理芯片；
在所述处理芯片的表面涂覆导热胶；
将上层基板的底面贴装至所述处理芯片的表面；
静置所述导热胶预设时间至其凝固。
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