CN113629028A - 一种散热盖板及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种散热盖板及芯片，属于集成电路封装技术领域，其芯片包括芯片本体、PCB板以及设置于PCB板上的散热盖板，散热盖板包括盖板本体，盖板本体上设置有凹槽，凹槽与PCB板形成容置槽；芯片本体置于容置槽内且与盖板本体接触；盖板本体与PCB板接触且形成第二散热面，第二散热面用于将芯片本体产生的热量传递至PCB板上。本发明的芯片，其改变了芯片的散热路径，提高了散热效果，降低了芯片的最大结温。

Description

一种散热盖板及芯片

技术领域

本发明属于集成电路封装技术领域，主要涉及增强芯片散热的封装技术，具体为一种散热盖板及芯片。

背景技术

芯片封装是将芯片放在一块起承载作用的基板上，把管脚引出来，然后再通过封装工艺固定、包装成为一个整体。封装结构不只作为芯片内部与外部沟通的桥梁，同时封装结构还起着对芯片进行保护、和导热散热的作用。

3DIC封装技术由于其具有细间距、高密度的优势已经成为先进封装的核心技术，但是由于封装密度的增加，芯片的逻辑功能也相应增加，导致了芯片自身功耗增加，引起芯片温升高，当温升高时会引起基板发生翘曲、内部线路断裂或短路、漏电流增加以及信号完整性差的问题。因此，3DIC封装技术中的散热问题成为了需要重点解决的问题。

现有技术中记载有在芯片的顶部与散热盖之间设置导热介质，通过导热介质将芯片的热量传递给散热盖的顶部，再通过散热盖的顶部与空气对流进行散热。这种设置导热介质的散热方式，不仅延长了散热路径，还增加了芯片封装结构的高度，会影响芯片封装结构的安装和使用效果。

发明内容

针对上述现有技术中3DIC封装结构的散热通道路径长，导致散热效果差的问题，本发明提出了一种散热盖板及芯片。

本发明将盖板本体与PCB板接触且形成第二散热面，第二散热面用于将芯片本体产生的热量传递至PCB板上；本发明的散热盖板不仅缩短了散热通道，还增加了新的散热通道，提高了芯片的散热效果；其具体技术方案如下：

一种芯片，包括芯片本体、PCB板以及设置于PCB板上的散热盖板，所述散热盖板包括盖板本体，所述盖板本体上设置有凹槽，所述凹槽与PCB板形成容置槽；

所述芯片本体置于容置槽内且与盖板本体接触；

所述盖板本体与PCB板接触且形成第二散热面，所述第二散热面用于将芯片本体产生的热量传递至PCB板上。

进一步限定，所述凹槽的底壁与芯片本体的背面接触且形成第三散热面。

进一步限定，所述芯片还包括基板，所述基板置于容置槽内，且连接于芯片本体的正面与PCB板之间；

所述凹槽的侧壁上沿盖板本体的轴向设置有凸起部，所述凸起部的底部端面与基板的闲置面连接且形成第一散热面。

进一步限定，所述芯片还包括散热胶层和多个金属凸块，所述芯片本体的背面通过散热胶层与凹槽底壁连接；多个金属凸块并列设置在芯片本体和基板之间。

进一步限定，所述芯片还包括底部填充胶层，多个金属凸块分布在底部填充胶层内，所述芯片本体通过底部填充胶层和金属凸块与基板连接。

进一步限定，所述芯片还包括粘片胶层，所述凸起部的底部端面通过粘片胶层与基板连接。

进一步限定，所述基板通过焊球与PCB板焊接；所述盖板本体的底部端面与PCB板焊接。

一种散热盖板，包括盖板本体，所述盖板本体的底部设置有凹槽，所述凹槽的侧壁上沿盖板本体的轴向设置有凸起部。

进一步限定，所述凸起部设置在凹槽相对的两个侧壁上，且两个侧壁上凸起部的底部端面在同一水平面上，所述凸起部的高度小于盖板本体的高度。

进一步限定，所述凹槽是沿盖板本体的轴向设置的通槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的芯片，其芯片本体置于容置槽内且与盖板本体接触；盖板本体与PCB板接触且形成第二散热面；即在芯片本体-第二散热面-PCB板之间形成了一个散热通道，与现有的芯片相比，本发明通过散热盖板结构的优化设计，增加了芯片的散热通道，同时缩短了芯片到PCB板之间的散热路径，可以将芯片的散热效果增强10％-20％，使芯片的最大结温大大降低；同时本发明没有增加散热盖板的体积以及芯片封装后整个封装结构的体积，不会影响芯片封装后封装结构的安装和后续使用效果。

2、本发明将凹槽的底壁与芯片本体的背面接触且形成第三散热面，即在芯片本体-第三散热面-PCB板之间形成了一个散热通道，使得芯片本体的热量通过第三散热面传递到盖板本体的顶部并通过与空气对流的方式散发。

3、基板连接在芯片本体的正面与PCB板之间，在凹槽的侧壁上沿盖板本体的轴向设置有凸起部，凸起部的底部端面与基板的闲置面连接且形成第一散热面，即在芯片本体-第一散热面-基板-PCB板之间形成了一个散热通道，同时芯片本体-基板-PCB板形也成了一个散热通道，增加了散热通道的数量和散热通道的散热面积，进一步增强了散热效果。

4、芯片本体的背面通过散热胶层与第三散热面连接，散热胶层不仅起到了芯片本体与第三散热面连接、固定的作用，还起到了将芯片的热量快速传导至第三散热面上，增强了芯片本体-第三散热面-PCB板散热通道的散热效果。

5、本发明的散热盖板，其包括盖板本体，在盖板本体的底部设置有凹槽，在凹槽的侧壁上沿盖板本体的轴向设置有凸起部；本发明通过对散热盖板结构的优化设计，达到了在不增加散热盖板体积的情况下，增加了散热盖板的散热面积，增强了散热盖板的散热效果。

6、凹槽是沿盖板本体的轴向设置的通槽，其还可以通过通槽两端部的开口处与空气对流进行散热，进一步增强了散热盖板的散热效果。

7、本发明的芯片的封装方法，其整个封装工艺方法简单，与现有技术相比，仅仅增加了第一散热面与PCB板的焊接过程，没有增加其他特别复杂的工序，实用性好，能够适用各种芯片的封装，适用范围广。

8、散热胶的涂覆厚度小于等于0.1㎜，控制散热胶的涂覆厚度既保证了散热效果又保证了盖板本体与芯片的稳定连接。

9、在基板没有与PCB板焊接前，焊球的底部低于第二散热面所在平面50-100μm；控制焊球底部位置与第二散热面所在平面之间的相对高度差能够保证所有的焊球在塌陷后均能够与PCB板充分接触连接，保证了基板与PCB板的稳定连接。

附图说明

图1为3DIC封装结构的示意图；

图2为本发明散热盖板的结构示意图；

图3为实施例2中芯片的封装结构；

图4为实施例3中芯片的封装结构；

图5为实施例5中步骤1.1)对应的封装示意图；

图6为实施例5中步骤1.2)对应的封装示意图；

图7为实施例5中步骤2)对应的封装示意图；

图8为实施例5中步骤3)对应的封装示意图；

图9为实施例5中步骤4.1)对应的封装示意图；

图10为实施例5中步骤4.2)对应的封装示意图；

其中，1-盖板本体，101-第一散热面，102-第二散热面，103-第三散热面，2-金属凸块，3-芯片本体，4-散热胶层，5-底部填充胶层，6-基板，7-焊球，8-粘片胶层，9-PCB板，10-焊料层。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。

参见图1，是现有技术中的一种3DIC封装结构的示意图，具体为：在芯片表面贴装散热盖，裸露的散热盖直接构成了整个封装结构的顶部，通过封装结构的顶部进行空气对流形成散热通道1；散热通道2是将芯片的热量通过基板传递到PCB板上；散热通道3是将芯片的热量通过散热盖传递到基板上，再通过基板传递到PCB板上。该结构虽然能够实现封装芯片的散热，但是其存在：1)散热通道3依次通过散热盖和基板后才能将热量传递到PCB板上，散热路径长，导致散热效果差；2)芯片与散热盖的接触面积比较小，导致散热效果差。

本发明一种芯片，如图3所示，包括芯片本体3、PCB板9以及设置于PCB板9上的散热盖板，散热盖板包括盖板本体1，盖板本体1上设置有凹槽，凹槽与PCB板9形成容置槽；芯片本体3置于容置槽内且与盖板本体1接触；盖板本体1与PCB板9接触且形成第二散热面102，第二散热面102用于将芯片本体3产生的热量传递至PCB板9上。凹槽的底壁与芯片本体3的背面接触且形成第三散热面103。芯片还包括基板6，基板6置于容置槽内，且连接于芯片本体3的正面与PCB板9之间；凹槽的侧壁上沿盖板本体1的轴向设置有凸起部，凸起部的底部端面与基板6的闲置面连接且形成第一散热面101。芯片还包括散热胶层4，芯片本体3的背面通过散热胶层4与凹槽底壁连接。芯片还包括并列设置在芯片本体3和基板6之间的多个金属凸块2。芯片还包括底部填充胶层5，多个金属凸块2分布在底部填充胶层5内，芯片本体3通过底部填充胶层5和金属凸块2与基板6连接。芯片还包括粘片胶层8，凸起部的底部端面通过粘片胶层8与基板6连接。基板6通过焊球7与PCB板9焊接。盖板本体1的底部端面与PCB板9焊接。

本发明一种散热盖板，包括盖板本体1，盖板本体1的底部设置有凹槽，凹槽的侧壁上沿盖板本体1的轴向设置有凸起部。凸起部设置在凹槽相对的两个侧壁上，且两个侧壁上凸起部的底部端面在同一水平面上，凸起部的高度小于盖板本体1的高度。凹槽是沿盖板本体1的轴向设置的通槽。

实施例1

参见图3，本实施例一种芯片，其包括芯片本体3、PCB板9和散热盖板，芯片本体3置于PCB板9的上端面，散热盖板包括盖板本体1，在散热本体1的底部设置有凹槽，凹槽与PCB板9之间形成容置槽；芯片本体3设置在容置槽内，且芯片本体3的与盖板本体1接触；盖板本体1的底部端面与PCB板9的上端面接触且形成第二散热面102，第二散热面102用于将芯片本体3产生的热量传递至PCB板9上，即在芯片本体3-第二散热面102-PCB板9之间形成了一个散热通道；其中，第二散热面102的宽度为8㎜。

特别要说明的是：盖板本体1与芯片本体3的顶壁接触，或盖板本体1与芯片本体3的侧壁接触，或盖板本体1同时与芯片本体3的顶壁和侧壁接触。

特别要说明的是：优选的，盖板本体1与芯片本体3的顶壁接触。

特别要说明的是：优选的，凹槽的底壁与芯片本体3的背面接触且形成第三散热面，即在芯片本体3-第三散热面103-PCB板之间形成了散热通道，第三散热面103与芯片本体3的背面之间的接触面积与芯片本体3的背面面积相同。

特别要说明的是：优选的，芯片还包括基板6，基板6置于容置槽内，且基板6连接在芯片本体3的正面与PCB板9的上端面之间；在凹槽的侧壁上沿盖板本体1的轴向设置有凸起部，凸起部的底部端面与基板6的闲置面连接且形成第一散热面101，即在芯片本体3-基板6-第一散热面101-盖板本体1-PCB板9之间形成了一个散热通道，同时在芯片本体3-基板6-PCB板9之间形成了一个散热通道；即本实施例共形成了4个散热通道。

特别要说明的是：本实施例中第一散热面101的宽度为6㎜，其中，基板6的闲置面指的是在基板6的上端面与芯片本体3正面连接部分之外的其余部分；盖板本体1的轴向指的是沿着盖板本体1的一端部向后延伸的方向。

特别要说明的是：优选的，本实施例在芯片本体3的背面涂覆有厚度为0.08㎜的散热胶层4，芯片本体3的背面通过散热胶层4与第三散热面103粘结。

特别要说明的是：优选的，本实施例还包括均布在芯片基板3的正面与基板6之间的50个金属凸块2，50个金属凸块2之间并列设置。

特别要说明的是：优选的，本实施例还包括底部填充胶层5，50个金属凸块2在底部填充胶层5内均布，芯片基板3的正面通过50个金属凸块2与基板6电性连接；通过底部填充胶层5将芯片基板3的正面、50个金属凸块2以及基板6的上端面固定粘结。

特别要说明的是：优选的，本实施例还包括粘片胶层8，粘片胶层8涂覆在基板6的上端面两侧，第一散热面101通过基板6上端面两侧的粘片胶层8与基板6固定粘结。

特别要说明的是：优选的，本实施例在基板6的下端面植有焊球7，基板6的下端面通过焊球7与PCB板9焊接。

特别要说明的是：优选的，本实施例PCB板9的上端面两侧均与第二散热面102焊接，在PCB板9的上端面两侧与第二散热面102之间形成焊料层10。

本实施例的一种芯片的封装方法，其包括以下步骤：

1)组装倒装芯片：

1.1)参见图5，取预烘干过的基板6，在基板6的上端面均布50个金属凸块2，在基板6的上端面倒装芯片本体3，将芯片本体3的正面通过50个金属凸块2与基板6的上端面进行电性互联；

1.2)参见图6，在芯片本体3的正面与金属凸块2之间、金属凸块2与金属凸块2之间以及金属凸块2与基板6的上端面之间填充底部填充胶，通过底部填充胶将50个金属凸块2与基板6的上端面和芯片本体3的正面之间进行粘结；

2)在倒装芯片上涂胶：

参见图7，在芯片本体3的背面涂覆散热胶，在基板6的闲置面上涂覆粘片胶；

3)将散热盖板固定在倒装芯片上：

参见图8，将芯片本体3的背面通过散热胶与实施例1或实施例2中的盖板本体1上的第三散热面103粘结，将基板6的闲置面通过粘片胶与盖板本体1上凹槽两侧壁上凸起部下端面的第一散热面101粘结；

4)将带有散热盖板的倒装芯片与PCB板9连接：其具体过程为：

4.1)参见图9，在基板6的底端面植焊球7，其中，焊球7的底部低于盖板本体1上第二散热面102所在平面80μm；

4.2)参见图10，将基板6的下端面通过焊球7与PCB板9的上端面焊接；将盖板本体1上的第二散热面102与PCB板9的上端面两侧通过锡焊的方式焊接。

特别要说明的是：优选的，本实施例散热胶的涂覆厚度可以是0.1㎜、0.09㎜、0.08㎜、0.07㎜、0.06㎜以及0.05㎜等；焊球7的底部低于第二散热面102所在平面的位置可以是50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm以及100μm；第二散热面102与PCB板9之间的连接方式除了锡焊之外还可以是其他常规的封装结构与PCB板9连接方式，不限于上述锡焊的方式。

实施例2

参见图4，本实施例一种芯片，与实施例1不同的是，本实施例第一散热面101的宽度为4㎜；第二散热面102的面宽度为10㎜；第三散热面103与芯片本体3的背面之间的接触面积与芯片本体3的背面面积相同。

芯片本体3的背面涂覆的散热胶层4的厚度为0.1㎜。

在芯片基板3的正面与基板6之间的80个金属凸块2，80个金属凸块2之间并列设置。

80个金属凸块2在底部填充胶层5内均布，芯片基板3的正面通过50个金属凸块2与基板6电性连接；通过底部填充胶层5将芯片基板3的正面、50个金属凸块2以及基板6的上端面固定粘结。

其余均与实施例1相同。

实施例3

参见图2，本实施例一种散热盖板，其包括盖板本体1，盖板本体1的上端面为长方形，盖板本体1的底部为平面，在盖板本体1的底壁设置有凹槽，凹槽的底壁为平面结构，凹槽的底壁为平面结构，在凹槽内的侧壁上沿盖板本体1的轴向一体化固定连接有凸起部，凸起部为台阶状结构，凸起部的下端面为平面；盖板本体1的轴向指的是沿着盖板本体1的一端部向后延伸的方向。

特别要说明的是：优选的，本实施例可以是在凹槽相对的两个侧壁上均一体化设置凸起部，两个侧壁上的凸起部正对设置，且两个侧壁上的凸起部的底部端面位于同一水平面上，凸起部的横截面为梯形结构；其中凹槽的两个侧壁均为坡度相同的斜面，两个斜面呈“八”字状结构，凹槽的侧壁顶部与凹槽的顶壁连接，凹槽的侧壁底部与槽口连接，凸起部的高度小于盖板本体1的高度，且凸起部的底部端面与盖板本体1的底部端面之间的高度差与基板6的厚度和焊球7塌陷后的厚度之和相同。

特别要说明的是：优选的，本实施例的凹槽可以是沿盖板本体1的轴向开设的通槽，这样在封装芯片结构中，可以通过通槽的两端部与空气进行对流散热。

本实施例中盖板本体1与凸起部均为金属材质。

实施例4

与实施例3不同的是，本实施例一种散热盖板，其中，凹槽的两个侧壁均为竖直的平面结构，两个侧面构成的平面平行，凸起部的横截面为矩形结构，凸起部与盖板本体1之间通过胶结的方式连接；其余均与实施例3相同。

本发明中所描述的轴向只是针对说明附图的方位，并不代表实际安装过程中的方位，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芯片，其特征在于：包括芯片本体(3)、PCB板(9)以及设置于PCB板(9)上的散热盖板，所述散热盖板包括盖板本体(1)，所述盖板本体(1)上设置有凹槽，所述凹槽与PCB板(9)形成容置槽；

所述芯片本体(3)置于容置槽内且与盖板本体(1)接触；

所述盖板本体(1)与PCB板(9)接触且形成第二散热面(102)，所述第二散热面(102)用于将芯片本体(3)产生的热量传递至PCB板(9)上。

2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述凹槽的底壁与芯片本体(3)的背面接触且形成第三散热面(103)。

3.如权利要求2所述的芯片，其特征在于：所述芯片还包括基板(6)，所述基板(6)置于容置槽内，且连接于芯片本体(3)的正面与PCB板(9)之间；

所述凹槽的侧壁上沿盖板本体(1)的轴向设置有凸起部，所述凸起部的底部端面与基板(6)的闲置面连接且形成第一散热面(101)。

4.如权利要求3所述的芯片，其特征在于：所述芯片还包括散热胶层(4)和多个金属凸块(2)，所述芯片本体(3)的背面通过散热胶层(4)与凹槽底壁连接；多个金属凸块(2)并列设置在芯片本体(3)和基板(6)之间。

5.如权利要求4所述的芯片，其特征在于：所述芯片还包括底部填充胶层(5)，多个金属凸块(2)分布在底部填充胶层(5)内，所述芯片本体(3)通过底部填充胶层(5)和金属凸块(2)与基板(6)连接。

6.如权利要求5所述的芯片，其特征在于：所述芯片还包括粘片胶层(8)，所述凸起部的底部端面通过粘片胶层(8)与基板(6)连接。

7.如权利要求6所述的芯片，其特征在于：所述基板(6)通过焊球(7)与PCB板(9)焊接；所述盖板本体(1)的底部端面与PCB板(9)焊接。

8.一种散热盖板，其特征在于：包括盖板本体(1)，所述盖板本体(1)的底部设置有凹槽，所述凹槽的侧壁上沿盖板本体(1)的轴向设置有凸起部。

9.如权利要求8所述的散热盖板，其特征在于：所述凸起部设置在凹槽相对的两个侧壁上，且两个侧壁上凸起部的底部端面在同一水平面上，所述凸起部的高度小于盖板本体(1)的高度。

10.如权利要求8或9所述的散热盖板，其特征在于：所述凹槽是沿盖板本体(1)的轴向设置的通槽。

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