CN220798625U - 一种散热结构、集成电路芯片组件及电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种散热结构、集成电路芯片组件及电路板，散热结构包括第一散热焊盘、散热通孔、散热器，第一散热焊盘设置在PCB板第一表面上的第一散热区域内，第一散热区域与安装于PCB板第一表面上的集成电路芯片底部散热焊盘对应，散热通孔至少设有一个且具有金属化孔壁，金属化孔壁与第一散热焊盘连接，散热通孔在第一散热焊盘对应的区域至少贯穿PCB板的第二表面；散热器安装在PCB板的第二表面并且其朝向PCB板的表面对应区域通过绝缘隔热材料覆盖散热通孔，散热器该面上包围散热通孔的区域外周缘与PCB板的第二表面之间设有绝缘隔离部。本实用新型能保证集成电路芯片的散热焊盘与散热器之间具有良好电气隔离特性。

Description

一种散热结构、集成电路芯片组件及电路板

技术领域

本实用新型涉及集成电路芯片散热技术领域，特别涉及一种散热结构、集成电路芯片组件及电路板。

背景技术

随着电子设计与制造技术的发展，电子及相关产业追求小型化、集成化、高频率和高运算速度，电子元器件和设备的单位面积或体积功率密度愈来愈高。例如在集成电路芯片领域，半导体晶体管的密度和性能飞速提高，几乎每隔18个月就翻一倍，同时新材料的广泛应用和微电子芯片技术、电子组装技术的进步，集成电路芯片向高集成度、高频率、超多端子数、高发热量方向发展，这些都将导致单位容积集成电路芯片的发热量大增，单位体积的热流密度急剧提升，如果不能将集成电路芯片产生的大量积聚的热量顺利有效地散发出去，将会严重影响集成电路芯片的寿命、工作可靠性。

PCB(电路板)作为集成电路芯片的最终应用载体，利用PCB处理好芯片的底部散热至关重要。PCB一般是一个复杂多层的结构，通常由绝缘体和铜经过加热和加压制作而成。铜一般以多种形式存在，分布往往非常复杂。在多层板中，除电源层和地层的含铜量达到80％-100％，顶层、底层和内层的铜以铜线的形式存在，含量一般为10％-20％，剩下的由绝缘介质填充，而且每一层中铜的样式、含量和位置都是变化的。为了加强板厚度方向的导电和热传导性能，各层间还设置了以铜形式存在的盲孔、埋孔和散热通孔，其大小、位置和含量也是变化的。此外，顶层和底层还有各种样式、各种大小的焊盘。因此，从整体上看，PCB的热传导性是各相异性的。

目前通常是在集成电路芯片底部的散热焊盘对应的PCB区域开设散热通孔，散热通孔再通过导热材料接触PCB背面的导热金属制作的散热器上，从而提供一个从集成电路芯片底部到散热器的散热路径。但是，集成电路芯片底部的散热焊盘通常跟散热器不属于同一电性网络。当散热焊盘与散热器的表面电性连通时，通常会导致短路而导致集成电路芯片损坏。即使使用绝缘性热界面材料隔离散热焊盘与散热器，例如绝缘导热胶，但是由于绝缘性热界面材料通常是胶状液体或者是半固体，不能确保在组装中两者之间始终保持有效电气隔离。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的是提供一种散热结构、集成电路芯片组件及电路板，既可以通过散热器对集成电路芯片进行有效散热，又可以保证集成电路芯片的散热焊盘与散热器之间具有良好的电气隔离特性。

一方面，本实用新型提供了一种散热结构，用于对焊接在PCB板上的集成电路芯片进行有效散热，该散热结构包括第一散热焊盘、散热通孔、散热器，第一散热焊盘设置在PCB板第一表面上的第一散热区域内，其中，第一散热区域与安装于PCB板第一表面上的集成电路芯片底部散热焊盘对应；散热通孔至少设有一个且具有金属化孔壁，金属化孔壁与第一散热焊盘连接，散热通孔在第一散热焊盘对应的区域至少贯穿PCB板的第二表面；散热器安装在PCB板的第二表面，并且散热器朝向PCB板的表面对应区域通过绝缘隔热材料覆盖散热通孔，散热器朝向PCB板的表面上包围散热通孔的区域外周缘与PCB板的第二表面之间设有绝缘隔离部。

上述散热结构，通过设置第一散热焊盘以及设置散热通孔，可以将焊接在第一散热焊盘上的集成电路芯片产生的热量导流至PCB板第二表面上安装的散热器，并最终通过散热器以对流和辐射的形式散发出去，保证集成电路芯片始终处于允许的工作条件范围内。此外，通过设置绝缘隔离部，可以在散热器上表面和散热通孔之间建立安全间距，在组装的过程中能够防止散热器表面直接接触散热通孔，也可以防止散热器表面与PCB板导电区域和PCB板上的其他部件接触而发生电气短路。

另外，根据本实用新型上述的散热结构，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，PCB的第二表面设置有与集成电路芯片底部散热焊盘对应的第二散热区域，第二散热区域内设有至少一块第二散热焊盘，且金属化孔壁与第二散热焊盘连接，散热器的第一表面与第二散热焊盘之间采用绝缘性热界面材料进行填充。

进一步地，第一散热区域被分割成多个覆铜区域，各覆铜区域均设有第一散热焊盘。

进一步地，绝缘隔离部为设置在散热器第一表面上的凸起，凸起抵靠在PCB板第二表面的绝缘区域。

进一步地，绝缘隔离部为抵靠在散热器第一表面上的焊锡球，焊锡球焊接在PCB板第二表面上的无网络焊盘上。

进一步地，绝缘性热界面材料包括导热凝胶、导热硅脂、导热硅胶垫、导热泥、相变材料中的至少一种或多种。

进一步地，PCB板内部包括至少一层与金属化孔壁连接的金属散热层。

进一步地，散热通孔内填充有导热材料。

另一方面，本实用新型提供了一种集成电路芯片组件，包括集成电路芯片和贴设在集成电路芯片上的前述散热结构。

另一方面，本实用新型提供了一种电路板，包括前述集成电路芯片组件。

附图说明

图1为本实用新型的第一种实施例的爆炸图；

图2为本实用新型的第二种实施例的爆炸图；

图3为本实用新型的第三种实施例的爆炸图；

图4为本实用新型的第四种实施例的剖视图；

图5为本实用新型的第五种实施例的爆炸图；

图6为本实用新型的第六种实施例的爆炸图；

图7为本实用新型的第七种实施例的剖视图；

图8为本实用新型中的一种第一散热焊盘的结构示意图；

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了便于理解本实用新型，下面将给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

参阅图1，为本实用新型实施例的一种散热结构，用于对焊接在PCB板100上的集成电路芯片110进行有效散热，包括第一散热焊盘200、散热通孔300、散热器400。第一散热焊盘200设置在PCB板100上表面的第一散热区域内，第一散热区域与安装于PCB板100上表面的集成电路芯片110底部的散热焊盘对应，可以理解的是，对于有些类型封装的集成电路芯片110，例如QFP封装，由于其四周都设置有引脚，因此第一散热区域的尺寸不会超过集成电路芯片110本身的尺寸，对应的第一散热焊盘200的尺寸也不会超过集成电路芯片110本身的尺寸。

但是，对于另外一些类型封装的集成电路芯片110，例如SOP封装、SOIC封装，由于它们只在其中一相对的两侧设有引脚，因此第一散热区域的尺寸可以超过集成电路芯片110本身的尺寸，也可以不超过集成电路芯片110本身的尺寸，当然位于集成电路芯片110底部上的散热焊盘尺寸是不超过集成电路芯片110本身的尺寸，对应的第一散热焊盘200的尺寸可以超过集成电路芯片110本身的尺寸。如图8所示，在某些高功率应用中，第一散热焊盘200可以设置为“狗骨”的形状，以提高散热性能。

可选地，散热通孔300设置有多个且均设置有金属化孔壁，散热通孔300阵列设置在第一散热焊盘200上，散热通孔300贯穿第一散热焊盘200所在区域的PCB板100，散热器400安装在PCB板100的下表面，并且散热器400上表面上对应第一散热焊盘200的区域与PCB板100之间可以采用绝缘性热界面材料进行绝缘隔离。由于散热通孔300设置有金属化孔壁，因此第一散热焊盘200与散热通孔300是电性连通的。

可选地，散热通孔300设置有多个且均设置有金属化孔壁，散热通孔300的下端贯穿第一散热焊盘200所在区域的PCB板100的下表面，但是散热通孔300的上端贯穿第一散热焊盘200所在区域的PCB板100的上表面后，不贯穿第一散热焊盘200，而是通过金属化孔壁连接第一散热焊盘200，散热器400安装在PCB板100的下表面，并且散热器400上表面上对应第一散热焊盘200的区域与PCB板100之间可以采用热界面材料进行绝缘隔离。由于散热通孔300设置有金属化孔壁，因此第一散热焊盘200与散热通孔300是电性连通的。

参阅图6，为本实用新型实施例的另一种散热结构，第一散热区域内被分割成多块覆铜区域，在每个覆铜区域内均设有第一散热焊盘200。

可选地，每个第一散热焊盘200上阵列设置有多个散热通孔300，并且散热通孔300设置有金属化孔壁。

可选地，每个第一散热焊盘200上阵列设置有多个散热通孔300，并且第一散热区域上相邻第一散热焊盘200之间的隔离区域也阵列设置有多个散热通孔300，散热通孔300设置有金属化孔壁。

可选地，散热通孔300设置有多个且均设置有金属化孔壁，散热通孔300的下端贯穿各第一散热焊盘200所在区域的PCB板100的下表面，但是散热通孔300的上端贯穿第一散热焊盘200所在区域的PCB板100的上表面后，不贯穿第一散热焊盘200，而是通过金属化孔壁连接第一散热焊盘200。

在上述实施例中，由于散热器400的上表面上对应第一散热焊盘200的区域与PCB板100之间通常采用绝缘性热界面材料进行绝缘隔离，集成电路芯片110底部的散热焊盘通常采用焊锡焊接在第一散热焊盘200上，但是绝缘性热界面材料通常是粘稠的胶状液体或者是半固体，例如绝缘导热胶，不能确保在组装中散热器400与集成电路芯片110底部的散热焊盘、第一散热焊盘200、散热通孔300始终保持有效电气隔离。因此，为了在组装PCB板100上的集成电路芯片110和散热器400的过程中，避免散热器400发生电气短路，在散热器400上表面上包围散热通孔300的区域外的周缘设有绝缘隔离部500，绝缘隔离部500可以在散热器400上表面与PCB板下表面之间建立安全间距。

此外，需要说明的是，在上述实施例中，散热通孔300的数量是特定的，需要根据实际情况进行确定，因为单位面积内的散热通孔300数量过多，一方面会导致PCB表面的热传导作用减弱，使其热阻增大，另一方面会影响PCB布线，尤其在高频布线中，会影响布线的优化，导致信号传输速率下降和发生信号完整性问题。

在一些实施例中，为了提高散热性能，在PCB板100的的下表面设置有与集成电路芯片110底部散热焊盘对应的第二散热区域。可选地，如图2、图4、图5和图7所示，第二散热区域内设有一块第二散热焊盘600，散热器400上表面上对应第一散热焊盘200的区域与第二散热焊盘600之间可以采用绝缘性热界面材料进行绝缘隔离，需要说明的是，绝缘性热界面材料的尺寸至少能完整覆盖第二散热焊盘600和所有散热通孔300。

散热通孔300的金属化孔壁连接第一散热焊盘200和第二散热焊盘600，散热通孔300的上下端可以同时贯穿第一散热焊盘200和第二散热焊盘600，也可以同时不贯穿第一散热焊盘200和第二散热焊盘600，亦或者贯穿第一散热焊盘200和第二散热焊盘600其中的一个。为了进一步提高散热性能，优选地，如图1、图2、图4以及图7所示，散热通孔300的上下端同时贯穿第一散热焊盘200和第二散热焊盘600。此外，为了在组装PCB板100上的集成电路芯片110和散热器400的过程中，避免散热器400发生电气短路，在散热器400上表面上包围散热通孔300的区域外的周缘设有绝缘隔离部500，绝缘隔离部500可以在散热器400上表面与PCB板下表面之间建立安全间距。

在一些实施例中，如图4所示，绝缘隔离部500为设置在散热器400上表面上的凸起，凸起抵靠在PCB板下表面的绝缘区域。根据实际情况将凸起加工成合适的高度，以在散热器400上表面与PCB板下表面之间建立安全间距，从而确保了集成电路芯片110底部的散热焊盘和散热器400之间不会发生电气短路。

可选地，如图1所示，凸起连续设置后围成一圈。

可选地，如图3所示，凸起间隔设置后围成一圈。

可以理解的是，凸起围成的形状并不限制为图示中的形状。

在一些实施例中，如图7所示，优选地，绝缘隔离部500为抵靠在散热器400上表面上的焊锡球，焊锡球焊接在PCB板100下表面上的无网络焊盘120上。具体制造焊锡球时，在PCB板100上对应位置增加与焊锡球数量对应的无网络焊盘120，然后通过自动化钢网在无网络焊盘120印刷上锡膏，最后进行回流焊就会形成一个一定高度的焊锡球。本实施例中，由于焊锡球的存在，在PCB板100的下表面和散热器400上表面之间建立了一个安全间距，或者在第二散热焊盘600和散热器400上表面之间建立了一个安全间距，之后在两者之间的间隙中填充绝缘性热界面材料。

可选地，如图5所示，焊锡球围成一圈。可以理解的是，焊锡球围成的形状并不限制为图示中的形状。

相比在散热器400的上表面上的设立凸起的方式，本实施例中采用回流焊在无网络焊盘120上形成焊锡球的方式，不仅安全间距易调节，而且在不增加任何机械成本的前提下，就可以确保集成电路芯片110底部的散热焊盘和散热器400之间不会发生电气短路。

在一些实施例中，绝缘性热界面材料包括导热凝胶、导热硅脂、导热硅胶垫、导热泥、相变材料中的至少一种或多种。其中，相变材料是一种特殊的界面材料，在到达一定温度后，其性状会由固态变成熔融态，从而实现填充界面的功效。需要说明的是，绝缘性热界面材料的选择范围广，而选用这些材料的优点有导热系数高、厚度可控制空间大、操作简单、无需高温炉固化及时间等待，可以降低接触热阻，提升导热性能。

在一些实施例中，如图4和图7所示，为了进一步提高散热性功能，利用散热通孔300连接到PCB板100内嵌入式的金属散热层130，金属散热层130的数量可以根据实际情况进行选择，散热通孔300的金属化孔壁与金属散热层130连接，通过此方式，可以将集成电路芯片110产生的热量均匀传导扩散至PCB板100的各处，使得集成电路芯片110区域温度降低。

在一些实施例中，散热通孔300内填充有导热材料，例如Rogers 4350、焊锡等填充材料，会使导热性能有大幅提升。可以理解的是，填充材料需良好地填满散热通孔300的内孔。

本申请还提供了一种集成电路芯片组件，包括集成电路芯片110和贴设在集成电路芯片110上的前述散热结构。

本申请还提供了一种电路板，包括前述集成电路芯片组件。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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

Claims (10)

1.一种散热结构，应用于PCB板，其特征在于，所述散热结构包括：

第一散热焊盘，设置在所述PCB板第一表面上的第一散热区域内，其中，所述第一散热区域与安装于所述PCB板第一表面上的集成电路芯片底部散热焊盘对应；

散热通孔，所述散热通孔至少设有一个且具有金属化孔壁，所述金属化孔壁与所述第一散热焊盘连接，所述散热通孔在所述第一散热焊盘对应的区域至少贯穿所述PCB板的第二表面；

散热器，所述散热器位于所述PCB板的第二表面上，所述散热器朝向所述PCB板的表面对应区域通过绝缘性热界面材料覆盖所述散热通孔，所述散热器朝向所述PCB板的表面上包围所述散热通孔的区域外周缘与所述PCB板的第二表面之间设有绝缘隔离部。

2.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述PCB板的第二表面设置有与集成电路芯片底部散热焊盘对应的第二散热区域，所述第二散热区域内设有至少一块第二散热焊盘，且所述金属化孔壁与所述第二散热焊盘连接，所述散热器的第一表面与所述第二散热焊盘之间采用绝缘性热界面材料进行填充。

3.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述第一散热区域被分割成多个覆铜区域，各所述覆铜区域均设有所述第一散热焊盘。

4.根据权利要求1-3任一项所述的散热结构，其特征在于，所述绝缘隔离部为设置在所述散热器第一表面上的凸起，所述凸起抵靠在所述PCB板第二表面的绝缘区域。

5.根据权利要求1-3任一项所述的散热结构，其特征在于，所述绝缘隔离部为抵靠在所述散热器第一表面上的焊锡球，所述焊锡球焊接在所述PCB板第二表面上的无网络焊盘上。

6.根据权利要求1-3任一项所述的散热结构，其特征在于，所述绝缘性热界面材料包括导热凝胶、导热硅脂、导热硅胶垫、导热泥、相变材料中的至少一种或多种。

7.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于，所述PCB板内部包括至少一层与所述金属化孔壁连接的金属散热层。

8.根据权利要求1-3、7任一项所述的散热结构，其特征在于，所述散热通孔内填充有导热材料。

9.一种集成电路芯片组件，其特征在于，包括集成电路芯片和贴设在所述集成电路芯片上的如权利要求1-8任一项所述的散热结构。

10.一种电路板，其特征在于，包括如权利要求9所述的集成电路芯片组件。