CN214226906U - 芯片散热结构、封装芯片和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯片散热结构，包括：弹性导热元件，所述弹性导热元件设置在芯片本体一侧并与所述芯片本体导热连接；和刚性导热元件，所述刚性导热元件设置在所述弹性导热元件一侧并与所述弹性导热元件导热连接；其中，所述刚性导热元件部分嵌入芯片封装壳体中，所述刚性导热元件的外端面与芯片封装壳体的外端面平齐。同时还提供一种封装芯片以及一种电子设备。本实用新型在芯片本体、弹性导热元件和刚性导热元件之间形成一条热传递路径，热传递路径的热阻远小于现有技术中芯片本体、空气、封装壳体和散热片之间的热阻，热量可以及时快速地向外散出，具有更好的散热效率。

Description

芯片散热结构、封装芯片和电子设备

技术领域

本实用新型属于电子设备技术领域，尤其涉及一种芯片散热结构，一种封装芯片以及一种电子设备。

背景技术

任何芯片要工作，必须满足一个温度范围，这个温度范围通常是指硅片上的温度，也称为结温。常见消费类电子设备中的芯片正常工作的结温范围大致在0-85摄氏度，某些要求更高的芯片正常工作的结温范围在-40～100摄氏度内。因此，为满足芯片正常使用的需要，电路设计必须保证芯片的结温在可承受的范围内。

现有技术中通常采用散热片为芯片以及芯片外围易发热的电子元件散热。这些散热片一般由铝合金、黄铜或者青铜做成板状、片状或者多片状。对于传统的电子元件来说，例如开关电源等，散热片在使用中需要在待散热的元件与散热片之间涂上导热硅脂，使元器件产生的热量更有效地传导至散热片上，再经散热片传导至周围的空气中去。然而，对于封装芯片来说，散热片通常都是设置在封装壳体外侧，由于封装壳体与芯片之间形成有一定的空隙，散热片的散热效果会明显下降，芯片出现过热的概率升高。

发明内容

为解决现有技术中封装芯片的散热片设置在封装壳体外侧，由于封装壳体与芯片之间形成有空隙导致散热片散热效果明显下降，芯片出现过热的概率升高的问题，设计并提供一种芯片散热结构。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

本实用新型的一个方面提供一种芯片散热结构，芯片散热结构包括弹性导热元件，所述弹性导热元件设置在芯片本体一侧并与所述芯片本体导热连接；和刚性导热元件，所述刚性导热元件设置在所述弹性导热元件一侧并与所述弹性导热元件导热连接；其中，所述刚性导热元件至少部分嵌入芯片封装壳体中，所述刚性导热元件的外端面与芯片封装壳体的外端面平齐。

进一步的，所述弹性导热元件固定设置在所述芯片本体的上方并与所述芯片本体的上表面导热连接，所述芯片本体的下表面固定连接基座；所述刚性导热元件固定设置在所述弹性导热元件的上方并与所述弹性导热元件的上表面导热连接。

进一步的，所述封装壳体罩设在所述基座外侧，所述封装壳体的上部开设有通孔，所述刚性导热元件的上端部伸入至所述通孔中，所述上端部的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

优选的，所述刚性导热元件由铜或铝制成，所述弹性导热元件由导热泡棉制成。

本实用新型的第二个方面提供一种封装芯片，包括芯片本体，还包括：基座，所述芯片本体设置在基座中；封装壳体，所述封装壳体罩设在所述基座外侧；弹性导热元件，所述弹性导热元件设置在所述芯片本体一侧并与所述芯片本体导热连接；和刚性导热元件，所述刚性导热元件设置在所述弹性导热元件一侧并与弹性导热元件导热连接；所述刚性导热元件至少部分嵌入所述封装壳体中，所述刚性导热元件的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

进一步的，所述弹性导热元件固定设置在所述芯片本体的上方并与所述芯片本体的上表面导热连接，所述芯片本体的下表面固定连接所述基座，所述芯片本体的下表面与所述基座之间设置有环氧树脂导电银浆；所述刚性导热元件固定设置在所述弹性导热元件的上方并与所述弹性导热元件的上表面导热连接。

进一步的，所述封装壳体罩设在所述基座外侧，所述封装壳体与所述基座固定连接，所述封装壳体与所述基座连接的连接面上设置有环氧树脂；所述封装壳体的上部开设有通孔，所述刚性导热元件的上端部伸入至所述通孔中，所述上端部的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

进一步的，还包括：印刷电路板，所述基座设置在所述印刷电路板上。

优选的，所述刚性导热元件由铜或铝制成；和/或所述弹性导热元件由导热泡棉制成。

本实用新型的第三个方面提供一种电子设备，电子设备包括封装芯片；所述封装芯片包括芯片本体；所述封装芯片还包括：基座，所述芯片本体设置在基座中；封装壳体，所述封装壳体罩设在所述基座外侧；弹性导热元件，所述弹性导热元件设置在所述芯片本体一侧并与所述芯片本体导热连接；和刚性导热元件，所述刚性导热元件设置在所述弹性导热元件一侧并与弹性导热元件导热连接；所述刚性导热元件至少部分嵌入所述封装壳体中，所述刚性导热元件的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型在芯片本体、弹性导热元件和刚性导热元件之间形成一条热传递路径，热传递路径的热阻远小于现有技术中芯片本体、空气、封装壳体和散热片之间的热阻，热量可以及时快速地向外散出，具有更好的散热效率。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为采用本实用新型所提供的芯片散热结构的封装芯片的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为解决现有技术中封装芯片的散热片设置在封装壳体外侧，由于封装壳体与芯片之间形成有空隙导致散热片散热效果明显下降，芯片出现过热概率过高的问题，本实施例设计并提供一种芯片散热结构。如图1所示为一种采用此种芯片散热结构的封装芯片的结构示意图。如图1所示，芯片散热结构主要由弹性导热元件11和刚性导热元件12组成。其中弹性导热元件11设置在芯片本体10一侧并与芯片本体10导热连接。与之对应的，刚性导热元件12设置在弹性导热元件11一侧并与弹性导热元件11导热连接。设置在芯片封装壳体13中的刚性导热元件12自内向外延伸，直至刚性导热元件12的至少一部分嵌入至芯片封装壳体13中，伸入至芯片封装壳体13中的刚性导热元件12的外端面与芯片封装壳体13的外端面平齐。在芯片工作的过程中，芯片本体10产生的热量主要传给弹性导热元件11，弹性导热元件11进一步将热量传递给刚性导热元件12，再由嵌入至芯片封装壳体13中的刚性导热元件12传递并散布至外部环境中。由芯片本体10、弹性导热元件11和刚性导热元件12所构成的传热路径具有较小的热阻，热量可以及时快速地向外散出，芯片本体10和散热元件之间不再存在缝隙，具有更好的散热效率。弹性导热元件11可以采用预压的方式直接与芯片本体10连接，由于弹性导热元件11相对柔软，同时也可以对芯片本体10形成一定的结构保护。需要说明的是，芯片本体10和弹性导热元件11之间的导热连接可以是芯片本体10和弹性导热元件11直接贴合导热连接，即弹性导热元件11直接贴合在芯片本体10上进行热传递，也可以是通过导热介质或者导热垫等间接贴合，即芯片本体10和弹性导热元件11之间设置导热介质或者导热垫，弹性导热元件11通过导热介质或者导热垫间接贴合在芯片本体10上进行热传递。类似的，弹性导热元件11和刚性导热元件12之间的导热连接也可以是弹性导热元件11和刚性导热元件12直接贴合导热连接，即刚性导热元件12直接贴合在弹性导热元件11上进行热传递，也可以是通过导热介质或者导热垫等间接贴合，即刚性导热元件12和弹性导热元件11之间设置导热介质或者导热垫等，刚性导热元件12通过导热介质或者导热垫间接贴合在弹性导热元件11上进行热传递。弹性导热元件11的面积优选设计地与芯片的表面面积大致相同，这样有利于传热。

在一种优选的实施方式中，刚性导热元件12、弹性导热元件11和芯片本体10采用自上向下的设计方式，这是考虑到印刷电路板15的设计，便于片上系统的流水线组装。具体来说，弹性导热元件11固定设置在芯片本体10的上方并与芯片本体10的上表面导热连接，芯片本体10的下表面固定连接基座14。刚性导热元件12则固定设置在弹性导热元件11的上方并与弹性导热元件11的上表面导热连接。封装壳体13整体地罩设在基座14的外侧。封装壳体13的上部开设有通孔，刚性导热元件12保持竖直设置。刚性导热元件12的上端部伸入至通孔中，上端部的外端面与封装壳体13的外端面，具体地说与上表面平齐。自上向下的设计便于封装操作。

在本实施例中，刚性导热元件12优选由铜或铝制成。刚性导热元件12可选择地设计为板状、片状、多片状或者其它与封装壳体13匹配的形状。弹性导热元件11则优选由导热泡棉制成，例如细钢丝泡棉。刚性导热元件12同时可以满足芯片封装时的塑封工艺需要，而弹性导热元件11可以与芯片本体10保持良好的接触，在受热状态下，略微膨胀的弹性导热元件11可以减小应力，防止芯片本体10损坏。

本实用新型的另一个方面提供一种封装芯片。封装芯片中设置有芯片本体10。芯片本体10整体设置在由基座14和封装壳体13围成的空间中，更具体地说，芯片本体10设置在基座14中，封装壳体13罩设在基座14外侧以共同围成用于存放芯片本体10的空间。为实现优化的散热效果，在封装壳体13和基座14共同围成的空间中还设置有弹性导热元件11和刚性导热元件12。其中，弹性导热元件11设置在芯片本体10一侧并与芯片本体10导热连接，刚性导热元件12设置在弹性导热元件11一侧并与弹性导热元件11导热连接。刚性导热元件12至少部分嵌入在封装壳体13中，刚性导热元件12的外端面与封装壳体13的外端面平齐。在芯片工作的过程中，芯片产生的热量主要传给弹性导热元件11，弹性导热元件11进一步将热量传递给刚性导热元件12，再由嵌入至芯片封装壳体13中的刚性导热元件12传递并散布至外部环境中。由芯片本体10、弹性导热元件11和刚性导热元件12所构成的传热路径的热阻明显小于现有技术中由芯片本体、空气、塑料封装壳体和散热片的热阻，因此，本实施例所提供的封装芯片具有更好地散热效率。弹性导热元件11可以采用预压的方式直接与芯片本体10连接，由于弹性导热元件11相对柔软，同时也可以对芯片本体10形成一定的结构保护。需要说明的是，芯片本体10和弹性导热元件11之间的导热连接可以是芯片本体10和弹性导热元件11直接贴合导热连接，即弹性导热元件11直接贴合在芯片本体10上进行热传递，也可以是通过导热介质或者导热垫等间接贴合，即芯片本体10和弹性导热元件11之间设置导热介质或者导热垫，弹性导热元件11通过导热介质或者导热垫间接贴合在芯片本体10上进行热传递。类似的，弹性导热元件11和刚性导热元件12之间的导热连接也可以是弹性导热元件11和刚性导热元件12直接贴合导热连接，即刚性导热元件12直接贴合在弹性导热元件11上进行热传递，也可以是通过导热介质或者导热垫等间接贴合，即刚性导热元件12和弹性导热元件11之间设置导热介质或者导热垫等，刚性导热元件12通过导热介质或者导热垫间接贴合在弹性导热元件11上进行热传递。弹性导热元件11的面积优选设计地与芯片的表面面积大致相同，这样有利于传热。

在本实施例中，刚性导热元件12优选由铜或铝制成。刚性导热元件12可选择地设计为板状、片状、多片状或者其它与封装壳体13匹配的形状。弹性导热元件11则优选由导热泡棉制成，例如细钢丝泡棉。刚性导热元件12同时可以满足芯片封装时的塑封工艺需要，而弹性导热元件11可以与芯片本体10保持良好的接触，在受热状态下，略微膨胀的弹性导热元件11可以减小应力，防止芯片本体10损坏。

为满足流水线封装工艺，尤其是塑封工艺的要求，刚性导热元件12、弹性导热元件11和芯片本体10优选采用自上向下的设计方式，具体来说，弹性导热元件11固定设置在芯片本体10的上方并与芯片本体10的上表面导热连接，芯片本体10的下表面固定连接基座14，芯片本体10的下表面与基座14之间设置有环氧树脂导电银浆16。刚性导热元件12则固定设置在弹性导热元件11的上方并与弹性导热元件11的上表面导热连接。封装壳体13罩设在基座14外侧，封装壳体13与基座14固定连接，封装壳体13与基座14连接的连接面上设置有环氧树脂19，封装壳体13的上部开设有通孔。保持相对竖直的刚性导热元件12的上端部伸入至通孔中，上端部的外端面与封装壳体13的外端面，更具体地说，与上表面平齐。在基座14的下方设置有印刷电路板15。基座14镶嵌在印刷电路板15上并通过走线17实现芯片本体10的电气连接。芯片本体10还可以通过金线18焊接连接到引线框并表贴在印刷电路板15上。

本实用新型的第三个方面提供一种电子设备。电子设备中设置有封装芯片，封装芯片的具体结构参见上述实施例和说明书附图的详细描述，在此不再赘述。设置有封装芯片的电子设备可以实现同样的技术效果。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种芯片散热结构，其特征在于，包括：

弹性导热元件，所述弹性导热元件设置在芯片本体一侧并与所述芯片本体导热连接；和

刚性导热元件，所述刚性导热元件设置在所述弹性导热元件一侧并与所述弹性导热元件导热连接；

其中，所述刚性导热元件至少部分嵌入芯片封装壳体中，所述刚性导热元件的外端面与芯片封装壳体的外端面平齐。

2.根据权利要求1所述的芯片散热结构，其特征在于，

所述弹性导热元件固定设置在所述芯片本体的上方并与所述芯片本体的上表面导热连接，所述芯片本体的下表面固定连接基座；

所述刚性导热元件固定设置在所述弹性导热元件的上方并与所述弹性导热元件的上表面导热连接。

3.根据权利要求2所述的芯片散热结构，其特征在于，

所述封装壳体罩设在所述基座外侧，所述封装壳体的上部开设有通孔，所述刚性导热元件的上端部伸入至所述通孔中，所述上端部的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

4.根据权利要求1至3任一项所述的芯片散热结构，其特征在于，

所述刚性导热元件由铜或铝制成；和/或

所述弹性导热元件由导热泡棉制成。

5.一种封装芯片，包括芯片本体，其特征在于，还包括：

基座，所述芯片本体设置在基座中；

封装壳体，所述封装壳体罩设在所述基座外侧；

弹性导热元件，所述弹性导热元件设置在所述芯片本体一侧并与所述芯片本体导热连接；和

刚性导热元件，所述刚性导热元件设置在所述弹性导热元件一侧并与弹性导热元件导热连接；所述刚性导热元件至少部分嵌入所述封装壳体中，所述刚性导热元件的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

6.根据权利要求5所述的封装芯片，其特征在于，

所述弹性导热元件固定设置在所述芯片本体的上方并与所述芯片本体的上表面导热连接，所述芯片本体的下表面固定连接所述基座，所述芯片本体的下表面与所述基座之间设置有环氧树脂导电银浆；

所述刚性导热元件固定设置在所述弹性导热元件的上方并与所述弹性导热元件的上表面导热连接。

7.根据权利要求6所述的封装芯片，其特征在于，

所述封装壳体罩设在所述基座外侧，所述封装壳体与所述基座固定连接，所述封装壳体与所述基座连接的连接面上设置有环氧树脂；所述封装壳体的上部开设有通孔，所述刚性导热元件的上端部伸入至所述通孔中，所述上端部的外端面与所述封装壳体的外端面平齐。

8.根据权利要求5所述的封装芯片，其特征在于，还包括：

印刷电路板，所述基座设置在所述印刷电路板上。

9.根据权利要求5至8任一项所述的封装芯片，其特征在于，

所述刚性导热元件由铜或铝制成；和/或

所述弹性导热元件由导热泡棉制成。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求5至9任一项所述的封装芯片。

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