CN203503710U - 多芯片板封装模组的散热结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种多芯片板封装模组的散热结构，其中，多个芯片／裸芯片被封装于基板(100)上，并包括第一芯片／裸芯片(200)和第二芯片／裸芯片(300)，所述第二芯片／裸芯片(300)的耐热特性低于所述第一芯片／裸芯片(200)的耐热特性，所述第二芯片／裸芯片(300)集成有独立的散热装置。本实用新型中，通过对多芯片板封装模组中耐热特性较低的芯片／裸芯片提供独立的散热装置，能够有效实现热敏芯片／裸芯片的热量散发，同时不影响热稳定芯片／裸芯片的工作性能，进而保证了整个封装模组的稳定运行。本实用新型构思简单、易于实施、应用广泛，具有很好的成本效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气元件技术领域，尤其涉及一种用于多芯片板封装模组的散热结构。
背景技术
在例如LED芯片或其它IC芯片等多芯片板封装模组中，一些热敏感芯片通常在高温运行条件下呈现较低的效率和可靠性。举例来说，LED芯片板封装模组中的各个芯片往往具有不同的热稳定性，一些芯片例如红色LED芯片对热量非常敏感，而蓝色LED芯片则具有较高的热稳定性并能在高温条件下工作。图1示出了615nm发光强度的红色LED芯片随温度变化的曲线，图2示出了450nm发光强度的蓝色LED芯片随温度变化的曲线。如图1和图2所示的，红色LED芯片的发光效率随着温度的增加呈现非常快速的直线下降，在从室温到80℃时，发光效率降低了40％，相比之下，蓝色LED芯片仅下降了3％。因此，当多芯片板封装模组中需要同时封装例如蓝色和红色LED芯片时，为了获得较高的系统发光效率，有必要保证红色LED芯片在低于60℃的条件下工作，而蓝色LED芯片能够在超出100℃的条件下工作。对于高密集封装的多芯片模组来说，各个芯片之间的热量影响尤为突出，如何有效实现各个芯片的热量管理成为亟待解决的问题。已有一些方案被提出来解决上述散热问题，但大多采用与封装模组一体或分开连接的较大的散热器，或者增加额外的散热器件，在效益成本和应用范围方面不尽如人意。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种散热结构，将其用于多芯片板封装模组中能够对具有不同热敏感程度的芯片起到有效的散热作用，从而实现对多个芯片的性能和封装模组的热量的高效管理。
为此，根据本实用新型的一种实施方式，提供一种多芯片板封装模组的散热结构，其中多个芯片／裸芯片被封装于基板上，并包括第一芯片／裸芯片和第二芯片／裸芯片，所述第二芯片／裸芯片的耐热特性低于所述第一芯片／裸芯片的耐热特性，所述第二芯片／裸芯片集成有独立的散热装置。
根据一种实施方式，所述第一芯片／裸芯片为LED芯片／裸芯片，所述第二芯片／裸芯片由热敏芯片／裸芯片集成所述散热装置封装而成，所述热敏芯片／裸芯片为LED芯片／裸芯片或其它IC芯片／裸芯片。
根据一种实施方式，本实用新型基于热电制冷器(TEC)原理来实现上述目的，采用热电制冷装置作为所述散热装置，包括多组半导体致冷PN结，用于将所述第二芯片／裸芯片的热敏芯片／裸芯片的热量传递到所述基板。这样，借助于通常由导热材料制成的基板，能够将热量有效地散发。
根据一种实施方式，所述基板为第一基板，所述热电制冷装置包括与所述热敏芯片／裸芯片连接的第二基板以及设置于所述第一基板和所述第二基板之间的多组半导体致冷PN结。
根据一种实施方式，所述热电制冷装置包括围绕所述热敏芯片／裸芯片连接的多组半导体致冷PN结，所述热敏芯片／裸芯片和所述多组半导体致冷PN结共同连接在所述基板上。
根据一种实施方式，所述第一芯片／裸芯片为蓝色LED芯片／裸芯片，所述第二芯片／裸芯片为红色LED芯片／裸芯片。本领域技术人员可以理解的是，其他需要封装在一起的热稳定芯片／裸芯片和热敏芯片／裸芯片也是可能的。
本实用新型中，通过对多芯片板封装模组中耐热特性较低的芯片／裸芯片提供独立的散热装置，能够有效实现热敏芯片／裸芯片的热量散发，同时不影响热稳定芯片／裸芯片的工作性能，进而保证了整个封装模组的稳定运行。本实用新型构思简单、易于实施、应用广泛，具有很好的成本效益。
附图说明
本实用新型的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，附图中，相同的附图标记标识相同或相似的部件，其中：
图1为示出红色LED芯片的发光效率随温度变化而变化的曲线示意图；
图2为示出蓝色LED芯片的发光效率随温度变化而变化的曲线示意图；
图3为根据本实用新型一种实施方式的多芯片板封装模组的散热结构的示意图；
图4为图3中A部分的放大示意图；
图5为根据本实用新型另一种实施方式的多芯片板封装模组的散热结构的示意图；
图6为图5的部分顶部视图；
图7为示出采用根据本实用新型的散热结构后封装模组散热性能的测试结果的曲线示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图来描述本实用新型。在描述时各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。
在下文中，主要针对多个LED芯片板封装模组来描述，其中多个LED芯片包括但不限于红色LED芯片／裸芯片以及蓝色LED芯片／裸芯片。本领域技术人员应当意识到，将本实用新型应用于其他板封装模组中的IC芯片／裸芯片也是可行的，下文的描述并不用于限定本实用新型。
图3和图4示出了根据本实用新型的一种实施方式，其中图4示出了图3中A部分的放大视图。在该实施方式中，高功率蓝色LED芯片／裸芯片200和红色LED芯片／裸芯片300被封装在同一基板100上，红色LED芯片／裸芯片300被布置在基板100的中间以获得良好的光学效果，即，使封装后的光学模组呈现出稳定的白光。已知的是，基板100的中心为热量集中点，并且红色LED芯片／裸芯片300对热量非常敏感。为了获得高效同时稳定的红色光输出，有利地在红色LED芯片／裸芯片300中集成封装独立的散热装置来对其热敏芯片／裸芯片301进行有效的散热。参见图4，在该实施方式中，在热敏芯片／裸芯片301和基板100之间设置热电制冷装置，其为一种使用PN结半导体材料为基础的用作小型热泵的电子元件，通过在热电制冷装置的两端加载较低的直流电压，可将热量从元件的一端传递到另一端，以此实现对元件一端的散热作用。具体来说，将多组半导体致冷PN结303、304设置于基板100和热敏芯片／裸芯片301之间，其中P型材料303和N型材料304在电流通路上呈串联连接，在热流通路上呈并联连接，以使得热敏芯片／裸芯片301，即红色LED芯片／裸芯片的温度被冷却，甚至能够低于蓝色LED芯片／裸芯片200的温度。此外，在热敏芯片／裸芯片301和多组半导体致冷PN结303、304之间设置另一基板302是有利的，基板302可为高热传导材料制成，能够更为快速有效地将其上方的热敏芯片／裸芯片301的热量传递到下方的半导体致冷PN结。由于热电制冷装置的工作原理及其使用方式为本领域已知技术，在此不再赘述。
为了进一步优化集成有独立散热装置的LED芯片／裸芯片的构造和封装模组的整体尺寸，本实用新型还提供了如图5和图6所示的实施方式。在该实施方式中，多组半导体致冷PN结303、304围绕热敏芯片／裸芯片301布置，热敏芯片／裸芯片301和多组半导体致冷PN结303、304共同连接在基板100上。以这种方式，热敏芯片／裸芯片301的热量可同时通过基板100和多组半导体致冷PN结303、304来共同散发，同时集成有独立散热装置的LED芯片／裸芯片不会过于突出封装模组的顶部尺寸，能够使封装模组的外观更为合理化。
以上示例性地描述了本实用新型的两种实施方式，当然本实用新型的实施并不仅限于上述方式。此外，多组半导体致冷PN结303、304与第一基板100或第二基板302之间的连接，以及热敏芯片／裸芯片301与第一基板100或第二基板302之间的连接可通过任意合适的方式来实现，例如但不限于粘接剂、焊接或螺钉连接。
图7示出了采用根据本实用新型的散热结构后封装模组散热性能的测试结果的曲线示意图，其中以TEC功率和温度之间的相互关系显示了对封装模组中红色LED芯片／裸芯片的温度控制。在没有设置TEC(TEC关闭)的情况下，红色LED芯片／裸芯片的温度超出100℃，而蓝色LED芯片／裸芯片的温度约为85℃。当TEC开启时，红色LED芯片／裸芯片的温度随着TEC输入功率的增加而具有相当大的温度降低。在TEC功率从0w增加到0.5w时，温度下降显著，在输入功率超出1.5w时，温度下降变得缓慢。在整个TEC的功率范围内，蓝色LED芯片／裸芯片的温度仅增加几度。并且图中还可以看出，在TEC输入功率为1w时，红色LED芯片／裸芯片的温度约为65℃，而此时的发光效率可为其在100℃运行时的几乎两倍。该测试结果证实应用TEC辅助热管理不仅控制了芯片／裸芯片温度，还能够增加系统功率效率。
以上已揭示本实用新型的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的结构作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。上述实施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本实用新型的保护范围由权利要求所确定。
Claims (6)
1.一种多芯片板封装模组的散热结构，其特征在于，多个芯片／裸芯片被封装于基板(100)上，并包括第一芯片／裸芯片(200)和第二芯片／裸芯片(300)，其中所述第二芯片／裸芯片(300)的耐热特性低于所述第一芯片／裸芯片(200)的耐热特性，所述第二芯片／裸芯片(300)集成有独立的散热装置。
2.根据权利要求1所述的多芯片板封装模组的散热结构，其特征在于，所述第一芯片／裸芯片(200)为LED芯片／裸芯片，所述第二芯片／裸芯片(300)由热敏芯片／裸芯片(301)集成所述散热装置封装而成，所述热敏芯片／裸芯片(301)为LED芯片／裸芯片或其它IC芯片／裸芯片。
3.根据权利要求2所述的多芯片板封装模组的散热结构，其特征在于，所述散热装置为热电制冷装置，包括多组半导体致冷PN结(303、304)，用于将所述第二芯片／裸芯片(300)的热敏芯片／裸芯片(301)的热量传递到所述基板(100)。
4.根据权利要求3所述的多芯片板封装模组的散热结构，其特征在于，所述基板(100)为第一基板，所述热电制冷装置包括与所述热敏芯片／裸芯片(301)连接的第二基板(302)以及设置于所述第一基板和所述第二基板(302)之间的多组半导体致冷PN结(303、304)。
5.根据权利要求3所述的多芯片板封装模组的散热结构，其特征在于，所述热电制冷装置包括围绕所述热敏芯片／裸芯片(301)连接的多组半导体致冷PN结(303、304)，所述热敏芯片／裸芯片(301)和所述多组半导体致冷PN结(303、304)共同连接在所述基板(100)上。
6.根据权利要求4或5所述的多芯片板封装模组的散热结构，其特征在于，所述第一芯片／裸芯片(200)为蓝色LED芯片／裸芯片，所述第二芯片／裸芯片(300)为红色LED芯片／裸芯片。
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