CN117766482A - 一种芯片封装结构、封装模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种芯片封装结构、封装模组和电子设备，包括：封装基板；位于封装基板一侧的封装盖壳和裸片，封装盖壳与封装基板围成一容纳空间；裸片位于容纳空间内且与封装基板电连接；位于封装盖壳与裸片之间的散热片，散热片包括相连的第一散热部和第二散热部，第二散热部至少部分环绕第一散热部，并且，第一散热部在封装基板上的正投影与裸片在封装基板上的正投影重叠，第二散热部在封装基板上的正投影与裸片在封装基板上的正投影不重叠。基于此，可以通过第二散热部填补封装盖壳与裸片之间缺失的第一散热部，保证裸片各个区域的热量都能够通过散热片传递出去，进而可以相对提高散热片的散热效果，相对提高芯片封装结构的可靠性。

Description

一种芯片封装结构、封装模组和电子设备

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种芯片封装结构、封装模组和电子设备。

背景技术

随着芯片封装结构的尺寸越来越大，芯片封装结构的功耗也越来越高，对散热的要求也越来越高。目前的芯片封装结构都是通过金属的封装盖壳对裸片进行散热的，并且，封装盖壳与裸片之间具有传递热量的散热片，但是，目前的大尺寸的芯片封装结构的散热片的散热效果较差，导致芯片封装结构的可靠性较差。

发明内容

本申请公开一种芯片封装结构、封装模组和电子设备，以提高芯片封装结构的散热效果。

第一方面，本申请公开了一种芯片封装结构，包括：封装基板；位于所述封装基板一侧的封装盖壳，所述封装盖壳与所述封装基板围成一容纳空间；位于所述封装基板一侧的裸片，所述裸片位于所述容纳空间内，且所述裸片与所述封装基板电连接；位于所述封装盖壳与所述裸片之间的散热片，所述散热片包括相连的第一散热部和第二散热部，所述第二散热部至少部分环绕所述第一散热部，并且，所述第一散热部在所述封装基板上的正投影与所述裸片在所述封装基板上的正投影重叠，所述第二散热部在所述封装基板上的正投影与所述裸片在所述封装基板上的正投影不重叠。

基于此，在受热熔融的第一散热部向裸片的凹陷部位流动时，受热熔融的第二散热部也会向第一散热部的流动方向流动，填补封装盖壳与裸片之间缺失第一散热部的部分，保证裸片各个区域的热量都能通过散热片传递出去，进而可以相对提高散热片的散热效果，相对提高芯片封装结构的可靠性。

在一些可选示例中，所述第二散热部环绕在所述第一散热部的四周。基于此，可以通过第二散热部填补裸片四周各个区域缺失的第一散热部。

在一些可选示例中，所述第二散热部的宽度的范围为0.1cm～1cm。基于此，既不会出现受热后的散热片到处流动影响芯片导电和外观特性的问题，也不会出现散热片的成本过高超出可接受范围的问题。

在一些可选示例中，多个所述第二散热部分别环绕所述第一散热部的多个角。基于此，可以采用最少的材料实现散热片的最佳散热效果。

在一些可选示例中，所述第二散热部为圆弧形结构，所述圆弧形结构的圆心与对应的所述角的顶点重叠；所述圆弧形结构的直径的范围为0.1cm～0.5cm。基于此，可以使得圆弧形结构上各个区域的第二散热部的材料都会均匀地向该角处流动，进而最大程度地填补四个角处缺失的第一散热部。

在一些可选示例中，所述散热片还包括第三散热部，所述第三散热部与所述第二散热部相连，所述第三散热部至少部分环绕所述第二散热部，所述第三散热部在所述封装基板上的正投影与所述裸片在所述封装基板上的正投影不重叠。基于此，可以最大程度地填补第一散热部缺失的部分。

在一些可选示例中，所述第二散热部环绕在所述第一散热部的四周，多个所述第三散热部分别环绕所述第二散热部的多个角。

在一些可选示例中，所述散热片的厚度的范围为350μm～450μm。基于此，不仅可以解决散热片分层的问题，而且不会使得散热片的成本超出可接受的范围。

第二方面，本申请公开了一种封装模组，包括如上任一项所述的芯片封装结构。

第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括如上任一项所述的封装模组。

附图说明

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

图1为本申请公开的一种芯片封装结构的剖面结构示意图。

图2为本申请实施例公开的一种芯片封装结构的俯视结构示意图。

图3为图2所示的芯片封装结构沿切割线AA′的剖面结构示意图。

图4为本发明实施例公开的一种散热片的俯视结构示意图。

图5为本发明实施例公开的另一种散热片的俯视结构示意图。

图6为本申请实施例公开的另一种芯片封装结构的剖面结构示意图。

图7为本发明实施例公开的另一种散热片的俯视结构示意图。

图8为本申请实施例公开的另一种芯片封装结构的剖面结构示意图。

图9为本申请实施例公开的一种封装模组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

目前的芯片封装结构大多为倒装芯片(Flip Chip)结构，该倒装芯片结构是一种短引脚结构，如图1所示，图1为本申请公开的一种芯片封装结构的剖面结构示意图，裸片10的输入/输出焊盘连接有焊球11，该焊球11包括无铅锡球，通过对裸片10进行加热，可以使得裸片10通过熔融的焊球11与封装基板12电连接。由于封装基板12底部也具有与PCB(Printed Circuit Board，印刷线路板)板等电连接的多个焊球13，且多个焊球13排列成一个类似于格子的图案，因此，该封装结构也称为BGA(Ball Grid Array，球状引脚栅格阵列)封装结构。

如图1所示，该芯片封装结构大多包括封装盖壳14，该封装盖壳14与封装基板12围成一容纳空间，该容纳空间用于容纳裸片10，以向裸片10提供一定的机械保护。其中，封装盖壳14为金属盖壳，以对裸片10进行散热。并且，封装盖壳14与裸片10之间具有散热片15，散热片15用于将裸片10产生的热量传递至封装盖壳14，并通过封装盖壳14传递至外界进行散热。但是，目前大尺寸的芯片封装结构的散热片15的散热效果较差。

发明人研究发现，考虑到成本问题和散热片15的高温下流动问题，目前的散热片15的尺寸和裸片10的尺寸是完全相同的，即散热片15在封装基板12上的正投影与裸片10在封装基板12上的正投影完全重叠，但是，随着芯片封装结构的尺寸越来越大，裸片10的尺寸越来越大，因封装基板12与裸片10的膨胀系数不同而导致的裸片10的翘曲也越来越大，导致因焊球熔融工艺等而受热熔融的散热片15会向裸片10的凹陷部位流动，导致封装盖壳14与裸片10之间的部分区域缺失散热片15，导致散热片15的散热效果较差，导致芯片封装结构的可靠性较差。

基于此，本申请公开了一种芯片封装结构，通过增大封装盖壳与裸片之间的散热片的至少部分区域的尺寸，来提高散热片在裸片10上的覆盖率，提高散热片的散热效果。

作为本申请公开内容的一种可选实现，本申请实施例公开了一种芯片封装结构，如图2和图3所示，图2为本申请实施例公开的一种芯片封装结构的俯视结构示意图，图3为图2所示的芯片封装结构沿切割线AA′的剖面结构示意图，该芯片封装结构包括裸片10、封装基板12、封装盖壳14和散热片15。当然，如图3所示，该芯片封装结构还包括裸片10的焊球11、封装基板12的焊球13以及封装基板12与封装盖壳14之间的粘接层16等，在此不再赘述。

如图3所示，封装盖壳14和裸片10位于封装基板12的一侧，封装盖壳14与封装基板12围成一容纳空间，裸片10位于容纳空间内，且裸片10与封装基板12电连接。散热片15位于封装盖壳14与裸片10之间，该散热片15用于焊接封装盖壳14与裸片10，并将裸片10产生的热量传递至封装盖壳14，并通过封装盖壳14将热量传递至芯片封装结构的外界例如传递至外界的空气中进行散热。

并且，如图3和图4所示，图4为本发明实施例公开的一种散热片的俯视结构示意图，散热片15包括相连的第一散热部150和第二散热部151，第二散热部151至少部分环绕第一散热部150，并且，第一散热部150在封装基板12上的正投影与裸片10在封装基板12上的正投影完全重叠，第二散热部151在封装基板12上的正投影与裸片10在封装基板12上的正投影完全不重叠。

基于此，在受热熔融的第一散热部150向裸片10的凹陷部位流动时，受热熔融的第二散热部151在自身材料自聚集性的影响下，也会向第一散热部150的流动方向流动，填补封装盖壳14与裸片10之间缺失第一散热部150的部分，保证裸片10各个区域的热量都能通过散热片15传递出去，进而可以相对提高散热片15的散热效果，相对提高芯片封装结构的可靠性。

可以理解的是，裸片10的翘曲越大，散热片15对裸片10的覆盖率越小，散热片15对裸片10的热阻越大。而本申请中通过在第一散热部150的至少部分周边设置第二散热部151，可以在第一散热部150对裸片10的覆盖率减小时，通过第二散热部151填补缺失的第一散热部150，来保证第一散热部150对裸片10的覆盖率，进而可以保证散热片15的散热效果，相对提高芯片封装结构的可靠性。

本发明一些实施例中，第二散热部151环绕在第一散热部150的四周，以通过第二散热部151填补裸片10四周各个区域缺失的第一散热部150。以裸片10为方形结构为例进行说明，如图4所示，第一散热部150为方形结构，第二散热部151为环形结构，环形结构的第二散热部151环绕在方形结构的第一散热部150的四周。当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，裸片10和第一散热部150还可以为圆形结构等，在此不再赘述。

需要说明的是，第一散热部150在封装基板12上的正投影与裸片10在封装基板12上的正投影完全重叠，即第一散热部150与裸片10的形状和尺寸完全相同。

并且，在一些实施例中，如图4所示，第二散热部151的宽度d的范围为0.1cm～1cm。可以理解的是，考虑到成本问题和散热片15的受热流动问题，通常不会使得散热片15的尺寸大于裸片10的尺寸，但是，发明人研究发现，只要超出的尺寸即第二散热部151超出裸片10的部分的尺寸在0.1cm～1cm的范围内，包括端点值，就不会出现受热后的散热片15到处流动影响芯片导电和外观特性，也不会出现散热片15的成本过高超出可接受范围的问题。

当然，本发明中的散热片15并不仅限于图4所示的结构，在其他实施例中，也可以根据裸片10的实际翘曲情况，设定第二散热部151和第一散热部150的结构和位置关系。在一些实施例中，翘曲后的裸片10的四个角处会缺失第一散热部150的材料，则可以使得多个第二散热部151分别环绕第一散热部150的多个角。

在一些实施例中，以裸片10为方形结构为例进行说明，如图5所示，图5为本发明实施例公开的另一种散热片的俯视结构示意图，第一散热部150为方形结构，第二散热部151为圆弧形结构，四个圆弧形的第二散热部151分别与方形的第一散热部150的四个角相连，并且，每个第二散热部151的圆弧形结构都会环绕第一散热部150的方形结构的一个角。

基于此，在翘曲后的裸片10的四个角处缺失第一散热部150的材料时，四个第二散热部151会分别填补四个角处缺失的第一散热部150，保证散热片15的散热效果，相对提高芯片封装结构的散热效果。并且，与图4所示的结构相比，图5所示的结构可以相对减少散热片15的材料用量，相对降低散热片15的成本，相对提高散热片15的性价比。

在一些实施例中，如图5所示，第二散热部151为圆弧形结构，该圆弧形结构的圆心O与对应的第一散热部150的一个角的顶点重叠，以使得圆弧形结构上各个区域的第二散热部151的材料都会均匀地向该角处流动，进而最大程度地填补四个角处缺失的第一散热部150。当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，圆弧形结构的圆心也可以与角的顶点不重叠，在此不再赘述。在另一些实施例中，第二散热部151的形状也可以为菱形或三角形等。

在一些实施例中，圆弧形结构即第二散热部151的圆弧角大小为270°。在一些实施例中，圆弧形结构即第二散热部151的直径的范围为0.1cm～0.5cm，以在避免散热片15的材料到处流动影响芯片导电和外观特性的同时，保证散热片15的成本未超出可接受范围。

本发明一些实施例中，如图6所示，图6为本申请实施例公开的另一种芯片封装结构的剖面结构示意图，散热片还包括第三散热部152，第三散热部152与第二散热部151相连，第三散热部152至少部分环绕第二散热部151，第三散热部152在封装基板12上的正投影与裸片10在封装基板12上的正投影完全不重叠。在一些实施例中，第三散热部152在封装基板12上的正投影与第二散热部151在封装基板12上的正投影的形状不同。基于此，可以最大程度地填补第一散热部150缺失的部分。

在一些实施例中，第二散热部151环绕在第一散热部150的四周，多个第三散热部152分别环绕第二散热部151的多个角。在一些实施例中，如图7所示，图7为本发明实施例公开的另一种散热片的俯视结构示意图，第一散热部150为方形结构，第二散热部151为环形结构，第三散热部152为圆弧形结构，环形结构的第二散热部151环绕在方形结构的第一散热部150的四周，多个圆弧形结构的第三散热部152分别环绕环形结构的第二散热部151的多个角。

本发明一些实施例中，散热片15的厚度的范围为350μm～450μm。可选地，散热片15的厚度为350μm、400μm和450μm等。需要说明的是，在对芯片封装结构进行可靠性实验后，散热片15容易出现分层的问题，其中分层会使得在垂直于裸片10的方向上的散热片15断裂，导致散热片15热传递路径断裂，影响散热片15的散热效果。而通过增加散热片15的厚度，使其厚度范围在350μm～450μm，不仅可以解决散热片15分层的问题，而且不会使得散热片15的成本超出可接受的范围。

本申请一些实施例中，封装盖壳14包括金属盖壳，金属盖壳的材料包括铜或铜合金等，基于此，不仅可以保证封装盖壳14的散热效果，而且可以通过重量较大的金属盖壳抑制裸片10的翘曲。其中，金属盖壳的表面可以镀镍或者镀金，以实现散热片15的材料如铟的良好浸润，达到可靠的焊接效果。当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，封装盖壳14的材料还可以是其他导热性较好的非金属材料，在此不再赘述。

本发明一些实施例中，散热片15的材料包括导热系数较大的金属材料，该金属材料包括铟。其中，铟的导热系数约为83.7W/(m·K)。可以理解的是，材料的导热系数越大，散热片15的热阻越小，散热片15的散热效果越好。其中，铟的熔点为156.6℃。可以理解的是，在高于其熔点的高温下散热片15为熔融状态，但是，在低于其熔点的常温下散热片15为固态，所以，常温下的散热片15不具有流动性，不会影响散热和导电等。

本申请一些实施例中，如图8所示，图8为本申请实施例公开的另一种芯片封装结构的剖面结构示意图，芯片封装结构还包括无源器件17，该无源器件17设置于封装盖壳14与封装基板12的容纳空间内，且该无源器件17与封装基板12电连接。其中，无源器件17可以为电阻、电容、电感和滤波器等。在一些实施例中，无源器件17为与裸片10的电源引脚连接的去耦电容，该去耦电容用于减少电路中其他器件对裸片10的噪声影响。

作为本申请公开内容的另一种可选实现，本申请实施例公开了一种封装模组，如图9所示，图9为本申请实施例公开的一种封装模组的结构示意图，该封装模组包括如上任一实施例公开的芯片封装结构和印刷电路板18等。基于此，可以通过提高散热片的散热效果，提高芯片封装结构的散热效果，提高封装模组的可靠性。

作为本申请公开内容的另一种可选实现，本申请实施例公开了一种电子设备，该电子设备包括如上任一实施例公开的封装模组。该电子设备可以是智能手机、平板电脑、数码相机以及服务器等。基于此，可以通过提高散热片的散热效果，提高芯片封装结构的散热效果，提高封装模组和电子设备的可靠性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本说明书的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本说明书的保护范围。因此，本说明书专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种芯片封装结构，其特征在于，包括：

封装基板；

位于所述封装基板一侧的封装盖壳，所述封装盖壳与所述封装基板围成一容纳空间；

位于所述封装基板一侧的裸片，所述裸片位于所述容纳空间内，且所述裸片与所述封装基板电连接；

位于所述封装盖壳与所述裸片之间的散热片，所述散热片包括相连的第一散热部和第二散热部，所述第二散热部至少部分环绕所述第一散热部，并且，所述第一散热部在所述封装基板上的正投影与所述裸片在所述封装基板上的正投影重叠，所述第二散热部在所述封装基板上的正投影与所述裸片在所述封装基板上的正投影不重叠。

2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第二散热部环绕在所述第一散热部的四周。

3.根据权利要求2所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第二散热部的宽度的范围为0.1cm～1cm。

4.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，多个所述第二散热部分别环绕所述第一散热部的多个角。

5.根据权利要求4所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第二散热部为圆弧形结构，所述圆弧形结构的圆心与对应的所述角的顶点重叠；

所述圆弧形结构的直径的范围为0.1cm～0.5cm。

6.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述散热片还包括第三散热部，所述第三散热部与所述第二散热部相连，所述第三散热部至少部分环绕所述第二散热部，所述第三散热部在所述封装基板上的正投影与所述裸片在所述封装基板上的正投影不重叠。

7.根据权利要求6所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第二散热部环绕在所述第一散热部的四周，多个所述第三散热部分别环绕所述第二散热部的多个角。

8.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述散热片的厚度的范围为350μm～450μm。

9.一种封装模组，其特征在于，包括权利要求1～8任一项所述的芯片封装结构。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的封装模组。