CN217588912U - 一种芯片封装壳体及芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种芯片封装壳体及芯片，该芯片封装壳体包括壳体和吸液芯；其中，壳体用于盖设在芯片晶圆外侧，所述壳体内与所述芯片晶圆对应的位置设有空腔，所述空腔内设有相变工质；吸液芯内设有蒸发腔，所述吸液芯设于所述空腔内，且其外壁贴设在所述空腔的内壁上。能够解决现有技术中芯片内产生的热量需要经过第一导热材料TIM1、芯片封装壳体IHS和第二导热材料TIM2几个环节，IHS和TIM2散热路径上的热阻占总热阻比重越来越大，散热效率大打折扣的问题。

Description

一种芯片封装壳体及芯片

技术领域

本实用新型涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种芯片封装壳体及芯片。

背景技术

芯片作为计算设备的核心，对5G、人工智能、物联网、数据中心、智慧城市等构建具有重要的推动作用。随着芯片集成化和微型化方向的快速发展，封装密度和功耗不断增加，使芯片热流密度也迅速提升。芯片封装壳体(Integrated Heat Spreader，IHS)作为晶圆与其它器件的连接媒介，不仅能够保护晶圆，减少外界环境对芯片的影响，而且能够提供良好的机械支撑、电气连接及散热路径，对于提高芯片的性能、加工工艺及使用寿命起到决定性作用。

现有散热解决方案是在芯片封装壳体IHS外表面叠加蒸汽腔散热器(VaporChambers，VC)，两者之间通过第一导热材料(Thermal Interface Material，TIM)连接，芯片晶圆die的热量通过第一导热材料TIM1传递到IHS，IHS再通过第二导热材料TIM2传递到VC，最后VC将热量传递到更大规模的散热系统(Heat Sink)，系统实现芯片晶圆的均温和散热。现有的芯片容量每2-3年增加2-3倍，封装技术也在不断发展，2.5D、3D技术也在发展，芯片功耗快速增长，而芯片尺寸却没有增长甚至逐渐变小，导致芯片的热流密度不断上升。如果芯片晶圆无法充分散热，会造成芯片晶圆的温度分布不均，热量过于集中，芯片内部将产生热应力和热应变，会导致芯片有损坏的可能性，甚至造成安全隐患。

现有散热解决方案的缺点是芯片内产生的热量需要经过IHS和TIM2这一环节，IHS和TIM2散热路径上的热阻占总热阻比重越来越大，效率大打折扣。由于芯片封装壳体IHS扩散热阻的存在，芯片热流密度大时，IHS中心区域温度明显高于IHS四周边缘的温度，IHS四周边缘处的利用效率下降，均热性较差。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种芯片封装壳体及芯片，能够解决现有技术中芯片内产生的热量需要经过IHS和TIM2两个环节，IHS和TIM2散热路径上的热阻占总热阻比重越来越大，效率大打折扣的问题。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

一方面，本实用新型提供一种芯片封装壳体，包括：

本发明提供一种芯片封装壳体，包括：

壳体，其用于盖设在芯片晶圆外侧，所述壳体内与所述芯片晶圆对应的位置设有空腔，所述空腔内设有相变工质；

吸液芯，其内设有蒸发腔，所述吸液芯设于所述空腔内，且其外壁贴设在所述空腔的内壁上。

在一些可选的方案中，所述壳体的空腔内设有多根支撑柱。

在一些可选的方案中，多根所述支撑柱均匀间隔设置。

在一些可选的方案中，所述吸液芯靠近所述芯片晶圆的一侧和远离所述芯片晶圆的一侧为烧结铜网或者烧结铜粉。

在一些可选的方案中，所述烧结铜粉上设有多个间隔设置的蒸发凸起，所述蒸发凸起朝远离所述芯片晶圆方向延伸。

在一些可选的方案中，所述空腔的外缘大于所述芯片晶圆的外缘。

另一方面，本实用新型还提供一种芯片，包括：

基板；

芯片晶圆，其设于所述基板上；

壳体，其盖设在芯片晶圆外侧，并与所述基板连接，所述壳体内与所述芯片晶圆对应的位置设有空腔，所述空腔内设有相变工质；

吸液芯，其内设有蒸发腔，所述吸液芯设于所述空腔内，且其外壁贴设在所述空腔的内壁上。

在一些可选的方案中，所述芯片晶圆与壳体之间设有导热材料。

在一些可选的方案中，所述芯片晶圆与所述基板之间设有凸点。

在一些可选的方案中，所述基板与壳体通过粘合剂连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于壳体内与芯片晶圆对应的位置设有空腔，空腔内设有相变工质和吸液芯，并且吸液芯内设有蒸发腔，且其外壁贴设在空腔的内壁上。该芯片封装壳体在进行散热工作时，芯片晶圆将热量传导至蒸发区，即壳体内与芯片晶圆对应位置设置的空腔区域，腔体里面的相变工质会便会在空腔开始产生液相气化的现象，带走大量热量。相变工质吸收热能并且体积迅速膨胀，气相的工质会很快充满整个空腔，当气相的相变工质接触到一个比较冷的区域时，即气相的相变工质接触到远离芯片晶圆一侧的腔体内壁时，便会产生凝结的现象，藉由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热，凝结后的液相工质会藉由吸液芯的毛细现象再回到蒸发热源处，完成一个热传循环。将芯片封装壳体直接设计为内部有空腔的结构，将相变工质和吸液芯设置得芯片封装壳体内，可以减小整个芯片的体积，并且省去了一层导热材料，可以节省成本，并且降低了阻热系数。实现了散热和封装外壳一体化集成，可以提升芯片的散热能力，进而提升芯片的综合性能和可靠性，延长芯片的生命周期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本实用新型实施例中芯片的结构示意图。

图中：1、壳体；2、芯片晶圆；3、吸液芯；31、蒸发凸起；32、蒸发腔；4、支撑柱；5、导热材料；6、凸点；7、粘合剂；8、基板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种芯片封装壳体，包括：壳体1和吸液芯3；其中，壳体1用于盖设在芯片晶圆2外侧，壳体1内与芯片晶圆2对应的位置设有空腔，空腔内设有相变工质；吸液芯3内设有蒸发腔32，吸液芯3设于空腔内，且其外壁贴设在空腔的内壁上。

在使用该芯片封装壳体对芯片进行封装时，先将芯片晶圆2安装在基板8上；将壳体1盖设在芯片晶圆2外侧，并与基板8连接。由于壳体1内与芯片晶圆2对应的位置设有空腔，空腔内设有相变工质和吸液芯3，并且吸液芯3内设有蒸发腔32，且其外壁贴设在空腔的内壁上。该芯片封装壳体在进行散热工作时，芯片晶圆2将热量传导至蒸发区，即壳体1内与芯片晶圆2对应位置设置的空腔区域，腔体里面的相变工质会便会在空腔开始产生液相气化的现象，带走大量热量。相变工质吸收热能并且体积迅速膨胀，气相的工质会很快充满整个空腔，当气相的相变工质接触到一个比较冷的区域时，即气相的相变工质接触到远离芯片晶圆2一侧的腔体内壁时，便会产生凝结的现象，藉由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热，凝结后的液相工质会藉由吸液芯3的毛细现象再回到蒸发热源处，完成一个热传循环。

将芯片封装壳体直接设计为内部有空腔的结构，将相变工质和吸液芯3设置得芯片封装壳体内，可以减小整个芯片的体积，并且省去了一层导热材料，可以节省成本，并且降低了阻热系数。实现了散热和封装外壳一体化集成，可以提升芯片的散热能力，进而提升芯片的综合性能和可靠性，延长芯片的生命周期。

本例中，为了使相变工质有一个更好的相变环境，通常会将空腔设置为一个低真空度的环境。相变工质采用去离子水。

在一些可选的实施例中，壳体1的空腔内设有多根支撑柱4。

本例中，多根支撑柱4间隔设置在壳体1的空腔内，并且穿过吸液芯3的上下壁面，可以对吸液芯3起到一定的限位作用。支撑柱4还可以对壳体1的空腔起到一定的支撑作用，避免将空腔设置为一个低真空度的环境时，压坏腔体。

在一些可选的实施例中，多根支撑柱4均匀间隔设置。本例中，多根支撑柱4采用间隔设置的方式设置在壳体1的空腔内，可更好的支撑壳体1，保证壳体1的强度。

另外，在制作该芯片封装壳体时，通过烧结、原子扩散焊接、还原、抽真空和注液等一系列工序完成该芯片封装壳体的制作。

在一些可选的实施例中，吸液芯3靠近芯片晶圆2的一侧和远离所述芯片晶圆2的一侧为烧结铜网或者烧结铜粉。

在本实施例中，吸液芯3采用烧结铜粉或者烧结铜网整体制件，可便于相变工质在吸液芯3靠近芯片晶圆2的一侧，受到芯片晶圆2散发的热量后蒸发吸收热量，并便于气相状态的相变工质遇到远离芯片晶圆2的一侧吸液芯3时冷凝成液态水。并且本例中，吸液芯3在壳体1内空腔的边缘处依然连接，气相状态的相变工质遇到烧结铜网或者烧结铜粉冷凝成液态水后，会由于烧结铜网和烧结铜粉的毛细现象回流至吸液芯3靠近芯片晶圆2的一侧，即吸液芯3的底部，继续下一次的循环。

在其他实施例中，吸液芯3靠近芯片晶圆2的一侧采用烧结铜网或者烧结铜粉材料制件，在远离所述芯片晶圆2的一侧采用另一种材料制件。当壳体1内的空腔为长方体或者立方体时，靠近芯片晶圆2一侧和远离芯片晶圆2一侧的吸液芯3通过烧结铜网或者烧结铜粉材料连接；当壳体1内空腔的上半部分与下半部分的截面为弧形时，靠近芯片晶圆2一侧和远离芯片晶圆2一侧的吸液芯3直接连接。

在一些可选的实施例中，烧结铜粉上设有多个间隔设置的蒸发凸起31，蒸发凸起31朝远离芯片晶圆2方向延伸。

在本实施中，多个蒸发凸起31均匀间隔地设置在烧结铜粉上，这样的设计有利于相变工质在芯片晶圆2处蒸发，提高蒸发效率，即提高散热效率。

在一些可选的实施例中，空腔的外缘大于芯片晶圆2的外缘。

在本实施例中，空腔的截面积大于芯片晶圆2截面积，并且腔的外缘大于芯片晶圆2的外缘，可以使空腔有更大的蒸发空间，以使整个芯片封装壳体有更好的散热效率。本例中，芯片晶圆2位于空腔的中间，可使散热更加均匀。

本实用新型还提高一种芯片，包括：基板8、芯片晶圆2、壳体1和吸液芯3。其中，芯片晶圆2设于基板8上；壳体1盖设在芯片晶圆2外侧，并与基板8连接，壳体1内与芯片晶圆2对应的位置设有空腔，空腔内设有相变工质；吸液芯3内设有蒸发腔32，吸液芯3设于空腔内，且其外壁贴设在空腔的内壁上。

在使用该芯片封装壳体对芯片进行封装时，先将芯片晶圆2安装在基板8上；将壳体1盖设在芯片晶圆2外侧，并与基板8连接。由于壳体1内与芯片晶圆2对应的位置设有空腔，空腔内设有相变工质和吸液芯3，并且吸液芯3内设有蒸发腔32，且其外壁贴设在空腔的内壁上。该芯片封装壳体在进行散热工作时，芯片晶圆2将热量传导至蒸发区，即壳体1内与芯片晶圆2对应位置设置的空腔区域，腔体里面的相变工质会便会在空腔开始产生液相气化的现象，带走大量热量。相变工质吸收热能并且体积迅速膨胀，气相的工质会很快充满整个空腔，当气相的相变工质接触到一个比较冷的区域时，即气相的相变工质接触到远离芯片晶圆2一侧的腔体内壁时，便会产生凝结的现象，藉由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热，凝结后的液相工质会藉由吸液芯3的毛细现象再回到蒸发热源处，完成一个热传循环。

在一些可选的实施中，芯片晶圆2与壳体1之间设有导热材料5。

在本实施例中，在芯片晶圆2与壳体1之间设置导热材料5可以更好的将芯片晶圆2产生的热量传递给壳体1，有利于提高散热效率。

在一些可选的实施中，芯片晶圆2与基板8之间设有凸点6。

在本实施例中，芯片晶圆2与基板8之间设置凸点6，可防止封装中的金属及污染离子向芯片晶圆2表面金属层扩散造成腐蚀或形成硬脆的金属间化合物(IntermetallicCompound，IMC)，降低互连系统的可靠性，可在芯片晶圆2金属层与芯片凸点之间添加凸点下金属化层(Under Bump Metallurgy，UBM)结构作为过渡层。

在一些可选的实施中，基板8与壳体1通过粘合剂连接。

在本实施例中，基板8与壳体1通过粘合剂7连接，可提高制作芯片的效率。本例中，壳体1可以为方形或者圆形，具体的形状可根据具体需求设定，壳体1的截面积大于芯片晶圆2的截面积，整个罩设在芯片晶圆2外侧，且壳体1中部向远离芯片晶圆2一侧突出，形成凹槽，用于放置芯片晶圆2。

综上所述，将芯片封装壳体直接设计为内部有空腔的结构，将相变工质和吸液芯3设置得芯片封装壳体内，可以减小整个芯片的体积，并且省去了一层导热材料，可以节省成本，并且降低了阻热系数，并且有较好的均匀性。实现了散热和封装外壳一体化集成，可以提升芯片的散热能力，进而提升芯片的综合性能和可靠性，延长芯片的生命周期。由于减小整个芯片的体积，可优化高热流密度领域的集成电路的封装散热技术。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种芯片封装壳体，其特征在于，包括：

壳体(1)，其用于盖设在芯片晶圆(2)外侧，所述壳体(1)内与所述芯片晶圆(2)对应的位置设有空腔，所述空腔内设有相变工质；

吸液芯(3)，其内设有蒸发腔(32)，所述吸液芯(3)设于所述空腔内，且其外壁贴设在所述空腔的内壁上。

2.如权利要求1所述的芯片封装壳体，其特征在于：所述壳体(1)的空腔内设有多根支撑柱(4)。

3.如权利要求2所述的芯片封装壳体，其特征在于：多根所述支撑柱(4)均匀间隔设置。

4.如权利要求3所述的芯片封装壳体，其特征在于：所述吸液芯(3)靠近所述芯片晶圆(2)的一侧和远离所述芯片晶圆(2)的一侧为烧结铜网或者烧结铜粉。

5.如权利要求4所述的芯片封装壳体，其特征在于：所述烧结铜粉上设有多个间隔设置的蒸发凸起(31)，所述蒸发凸起(31)朝远离所述芯片晶圆(2)方向延伸。

6.如权利要求1所述的芯片封装壳体，其特征在于：所述空腔的外缘大于所述芯片晶圆(2)的外缘。

7.一种芯片，其特征在于，包括：

基板(8)；

芯片晶圆(2)，其设于所述基板(8)上；

壳体(1)，其盖设在芯片晶圆(2)外侧，并与所述基板(8)连接，所述壳体(1)内与所述芯片晶圆(2)对应的位置设有空腔，所述空腔内设有相变工质；

吸液芯(3)，其内设有蒸发腔(32)，所述吸液芯(3)设于所述空腔内，且其外壁贴设在所述空腔的内壁上。

8.如权利要求7所述的芯片，其特征在于：所述芯片晶圆(2)与壳体(1)之间设有导热材料(5)。

9.如权利要求7所述的芯片，其特征在于：所述芯片晶圆(2)与所述基板(8)之间设有凸点(6)。

10.如权利要求7所述的芯片，其特征在于：所述基板(8)与壳体(1)通过粘合剂(7)连接。

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