CN2590169Y - 匀热式多晶片电子元件封装组件 - Google Patents

Abstract

一种匀热式多晶片电子元件封装组件。为提供一种促使晶片间热传加速、提高电子元件整体匀热及散热效率的半导体封装组件，提出本实用新型，它包括基板、至少两个分离设置于基板上的晶片、用于将晶片包封于基板上的封装材料及至少一包含于封装材料中的高导热性的导热桥体；导热桥体系跨骑在至少两个晶片上。

Description

匀热式多晶片电子元件封装组件

技术领域

本实用新型属于半导体封装组件，特别是一种匀热式多晶片电子元件封装组件。

背景技术

在多晶片模组或称多晶片(Multi-chip module，MCM)的电子元件运用中，通常是以球格阵列(Ball grid array，BGA)的型式封装。

如图1、图2所示，其单一封装结构包括基板(Substrate)10’、分离配置设置于基板10’上的多数个晶片(Chips)、将多数晶片包封于基板上的封装材料(Encapsultant)20’及设置于基板10’下的锡球11’。多数个晶片包括第一晶片30’及第二晶片31’。封装材料20’通常为环氧树脂(Epoxy moldingcompound)。

习知的多晶片电子元件中，散热问题一直是晶片封装设计上的一大隐忧。如图1、图2所示，电子元件中的产热元件主要系为第一晶片30’及第二晶片31’，其热传递途径有两条：一条途径为藉由封装材料20’将产生的热量向电子元件周边的空气传递；另一条途径为藉由基板10’及锡球(Thermal balls)11’将产生的热量向基板10’下方及两端的空气传递。一般而言，封装材料20’的导热性极差，故电子元件主要(约90％)热量通常系通过基板10’及锡球11’向外传递。而值得注意的是第一晶片30’与第二晶片31’虽同处于封装材料20’下，惟其将产热向外传递的路径基本上是独立的。

在前述封装结构中，封装材料20’虽具有较大的体积，然其在电子元件的散热性能上，却是无足轻重。咎其散热性能不佳的根本原因乃在于其所使用的材料导热系数极低，无法将晶片产生的热量作快速地向外传递，亦即，其匀热效果(Heat-spreading)不佳。如此，如图1、图2所示的电子元件主要系藉由基板10’及锡球11’散热。惟电子元件于印刷电路板上栽植后，其基板10’下所能供空气流通的空间有限，且印刷电路板本身的导热性亦不佳，故于基板10’下因设置关系而形成热阻障，显然对于第一、二晶片30’、31’向下散热与操作的性能会有负面影响。

为解决前述问题，公开了如图3所示的增强热效应的BGA结构(Drop-inheat spreader BGA，HSBGA)结构，其封装材料20’中包含内镶散热片(Heatspreader)40，用以增加封装材料20’于水平方向的匀热性。而由实际经验可知，藉由此一结构改良系可将内镶散热片40封装材料20’的整体热负担比例提高25-30％，亦即，将藉由基板10’及锡球11’所传导至电路板方向上的热量比例降低至70-75％。

惟在HSBGA结构封模时，其内镶散热片40需要求非常精确的制造公差，以避免造成溢胶(B1eeding)、毛边(Flash)、短路(Short)或线移(Wire sweep)等失效现象；再者，因内镶散热片40的顶缘须外露于大气中，故极易招引水气，引发电子元件的可靠度不良及封装体变形等问题；另内镶散热片40因末与第一、二晶片30’、31’直接接触，故在即时热传效应上，仍需经过封装材料20’中介，而值得注意的是虽其结构可改善电子元件整体散热效果，然其对于各晶片产生热量散热的独立性却是无所改变。

在习知技艺中，多晶片电子元件的各晶片通常系分别具有其独立的电能消耗模式，而为能减低晶片产生的热量对整体电子元件的散热影响，在较佳的设计模式中，系将其个别晶片产热时机，亦即动作时机采错位的配置，以避免各晶片同时产热造成电子元件温度的高温尖峰状态。如图1、图2所示的电子元件较佳的设计系在第一晶片30’动作并释放热能时，第二晶片31’并无动作，故不产生热能，反之亦然。

于是，就多晶片电子元件的热传设计而言，藉由各晶片的产热散热独立性及各晶片产热时机的错位配置，其整体封装体的热传问题即须以高产热的晶片，往往为最具效能的晶片为散热设计考虑。惟在此考虑下的封装设计，明显地对于同一封装体内的其他晶片会有虽为保守、却有过当的顾虑，对于具有多晶片的电子元件而言，显然不是理想的设计。

就一电子元件的结构材料而言，具有较佳匀热性及散热速率系为矽晶片，其导热性较构成封装材料的环氧树脂或是基板材料高出数十倍至数百倍。惟如图1所示的习知多晶片封装结构，其第一、二晶片30’、31’间的相互导热是需要经过一定距离的封装材料20’或基板10材料始能达成，故就藉由基板10及锡球11达成的即时散热而言，个别晶片是无法利用其他未散热或低散热晶片作为其分担散热及产热快速远距传递的功效。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种促使晶片间热传加速、提高电子元件整体匀热及散热效率的匀热式多晶片电子元件封装组件。

本实用新型包括基板、至少两个分离设置于基板上的晶片、用于将晶片包封于基板上的封装材料及至少一包含于封装材料中的高导热性的导热桥体；导热桥体系跨骑在至少两个晶片上。

其中：

导热桥体上开设有至少一镂孔。

封装材料具有上缘面；至少一导热桥体具有上桥面；封装材料上缘面与导热桥体上桥面间仍存有部分封装材料。

存于封装材料上缘面与导热桥体上桥面间的部分封装材料上设有至少一连接封装材料上缘面及导热桥体上桥面的通孔。

封装材料具有上缘面；至少一导热桥体具有上桥面；导热桥体上桥面系暴露于封装材料上缘面外。

导热桥体形成中空气室。

中空气室注有蒸发性流体以形成热管结构。

封装材料具有侧缘面；至少一导热桥体具有侧桥面；封装材料的侧缘面与导热桥体侧桥面间仍存有部分封装材料。

封装材料具有侧缘面；至少一导热桥体具有侧桥面；导热桥体侧桥面系暴露于封装材料侧缘面外。

导热桥体设有至少两个分别用以热连接至相对应晶片的导热桥架。

由于本实用新型包括基板、至少两个分离设置于基板上的晶片、用于将晶片包封于基板上的封装材料及至少一包含于封装材料中的高导热性的导热桥体；导热桥体系跨骑在至少两个晶片上。使用时，藉由导热桥体的快速高导热性，可直接快速地进行至少两晶片间的热传导，达成至少两晶片间产热共同分担与散热的效果，使两晶片间的热连接不是单纯依靠导热性相对低的封装材料及基板中介，藉此，可有效将即时高发热晶片产生的热源快速分散至未发热或低发热的晶片，再藉由基板及各晶片所属的锡球传导至电路板并扩散至周围环境空气中，以可将电子元件中的即时产热快速及较远距传递，有效解决多晶片电子元件的匀热性不佳及散热速率慢的问题。不仅促使晶片间热传加速，而且提高电子元件整体匀热及散热效率，从而达到本实用新型的目的。

附图说明

图1、为习知的多晶片电子元件封装组件结构示意立体图。

图2、为图1中A-A剖视图。

图3、为习知的内镶散热片多晶片电子元件封装组件结构示意立体图。

图4、为本实用新型分别结构示意立体图。

图5、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体上桥面系埋藏在封装材料中)。

图6、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体的上桥面系暴露于封装材料的上缘面外)。

图7、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体形成中空气室)。

图8、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体设有通孔)。

图9、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体侧桥面系埋藏在封装材料中)。

图10、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体的侧桥面系暴露于封装材料的侧缘面外)。

图11、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体侧桥面系埋藏在封装材料中，并形成密闭的中空气室)。

图12、为本实用新型部分结构示意截面图(导热桥体的侧桥面系暴露于封装材料的侧缘面外，并形成密闭的中空气室)。

图13、为本实用新型导热桥体结构示意立体图(导热桥体为块体)。

图14、为本实用新型导热桥体结构示意立体图(导热桥体为板体)。

图15、为本实用新型导热桥体结构示意立体图(导热桥体为拱体)。

图16、为本实用新型导热桥体结构示意立体图(导热桥体为多件拱体)。

图17、为本实用新型导热桥体结构示意立体图(导热桥体下桥面具有多数个突出的导热桥架)。

图18、为本实用新型结构示意仰视图(以两导热桥体热连接三晶片)。

图19、为本实用新型结构示意剖视图(以拱形导热桥体热连接两晶片)。

具体实施方式

如图4所示，本实用新型包括基板10、至少两个分离设置于基板10上的晶片30、31、用于将至少两晶片30、31包封于基板10上的封装材料20及至少一包含于封装材料20中高导热性的导热桥体50。

导热桥体50系跨骑在至少两个晶片30、31上，藉由导热桥体50的快速导热性，达成至少两晶片30、31间产热共同分担与散热的效果。

本实用新型藉由导热桥体50的高导热性，可直接快速地进行多数晶片30、31间的热传导，使两晶片30、31间的热连接不是单纯依靠导热性相对低的封装材料20及基板10中介，藉此，可有效将即时高发热晶片30(或31)产生的热源快速分散至未发热或低发热的晶片31(或30)，再藉由基板10及各晶片30、31所属的锡球11传导至电路板并扩散至周围环境空气中。本实用新型藉由导热桥体50的高导热性，乃可将电子元件中的即时产热快速及较远距传递，有效解决多晶片电子元件的匀热性不佳及散热速率慢的问题。

如图4所示，导热桥体50上开设有至少一镂孔504，藉以节约材料及便利配合封装材料20于基板10上包封成型作业的材料流路设计。

本实用新型封装材料20具有上缘面201及侧缘面202。

至少一导热桥体50具有上桥面505及侧桥面506。

如图5所示，封装材料20的上缘面201系位于导热桥体50上桥面505上方，亦即封装材料20上缘面201与导热桥体50上桥面505间仍存有部分封装材料20。

如图6所示，导热桥体50的上桥面505系暴露于封装材料20的上缘面201外，藉此，导热桥体5 0的上桥面505可直接与环境空气接触，直接将晶片产热逸散至环境空气中。

如图8所示，封装材料20上缘面201与导热桥体50上桥面505间仍存有部分封装材料20，并于中介的封装材料20上设有至少一连接封装材料20上缘面201及导热桥体50上桥面505的通孔203。通孔203除具有散功用外，亦可作为外接散热结构的架设点。

如图7所示，导热桥体50形成中空气室501，并于中空气室501中加注一定量的蒸发性流体，藉此形成导热性更佳的热管结构；当然，此热管型态的导热桥体50可运用于图5、图6所示的导热桥体50中。对于热管结构的组成及运用原理为习此技术。

如图9所示，封装材料20的侧缘面202与导热桥体50侧桥面506间仍存有部分封装材料20，亦即导热桥体50侧桥面506系埋藏在封装材料20中。

如图10所示，导热桥体50的侧桥面506系暴露于封装材料20的侧缘面202外，亦即，导热桥体50的侧桥面506可直接与环境空气接触。

如图11所示，导热桥体50侧桥面506系埋藏在封装材料20中，且形成密闭的中空气室501，并于中空气室501中加注一定量的蒸发性流体，藉此形成导热性更佳的热管结构。

如图12所示，导热桥体50的侧桥面506系暴露于封装材料20的侧缘面202外，且形成密闭的中空气室501，并于中空气室501中加注一定量的蒸发性流体，藉此形成导热性更佳的热管结构。

如图13所示，导热桥体50a可为一块体；如图14所示，导热桥体50b可为一板体；如图15所示，导热桥体50c可为一拱体；导热桥体50亦或其他可用的几何形状。

如图15所示，为拱体的导热桥体50c系以其两侧成的桥脚502与相对应的晶片接触，而此种以近乎自上方垂直向下接触至晶片的模式特别适用在金线结构(Gold wire)的焊线式电子元件封装(Wire bone IC package)组件上。

本实用新型中导热桥体50亦为一件式，当然亦可为如图16所示的为多件式。

如图17所示，本实用新型导热桥体50d为设有三个镂孔504的板体，其下桥面500设有至少两个，如三个外形及长度与基板上晶片相对应的导热桥架503a、503b、503c，而每一导热桥架503a(503b、503c)以热连接至相对应的晶片上。

如图17所示，导热桥体50d下桥面500导热桥架503a、503b、503c热连接三晶片的单一块体。

如图18所示，亦可以第一、二导热桥体50、50’下桥面分别连接三晶片30、31、32。即以第一导热桥体50热连接第一、二晶片30、31，并以第二导热桥体50’热连接第三晶片32及第一导热桥体50中段部分，藉此，将第一、二、三晶片30、31、32统合为一热连接系统。

本实用新型中，导热桥体50与晶片间的组合运用方式繁多。如图17所示，系藉由同一导热桥体50d热连接各晶片。如图18所示，系藉由第一导热桥体50热连接第一、二晶片30、31，并以第二导热桥体50’与部分第一导热桥体50热连接至第二晶片31或第一晶片30上。

当然，在其他实施中，任何个别两晶片，如第一晶片30与第二晶片31间、第一晶片30与第三晶片32间或第二晶片31与第三晶片32间亦可以个别导热桥体作为晶片间的热连接。

如图19所示，第一晶片30与第二晶片31间系以拱体式导热桥体50c形成热连接，而导热桥体50c的侧桥面506系暴露于封装材料20的侧缘面202外，同时导热桥体50c的上桥面505亦高于封装材料20的上缘面201。

本实用新型中导热桥体的材料系可以金、铜、铝、矽或其他导热性较佳的材料制成，而其与晶片间的热连接系可采直接重力接触、极薄黏着剂连结或以其他固定方式接合。

本实用新型藉由导热桥体于晶片间所形成的加速热传关系，可有效提高本实用新型整体匀热性及散热效率。

Claims (10)

1、一种匀热式多晶片电子元件封装组件，它包括基板、至少两个分离设置于基板上的晶片及用于将晶片包封于基板上的封装材料；其特征在于所述的封装材料中至少包含一高导热性的导热桥体；导热桥体系跨骑在至少两个晶片上。

2、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的导热桥体上开设有至少一镂孔。

3、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的封装材料具有上缘面；至少一导热桥体具有上桥面；封装材料上缘面与导热桥体上桥面间仍存有部分封装材料。

4、根据权利要求3所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的存于封装材料上缘面与导热桥体上桥面间的部分封装材料上设有至少一连接封装材料上缘面及导热桥体上桥面的通孔。

5、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的封装材料具有上缘面；至少一导热桥体具有上桥面；导热桥体上桥面系暴露于封装材料上缘面外。

6、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的导热桥体形成中空气室。

7、根据权利要求6所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的中空气室注有蒸发性流体以形成热管结构。

8、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的封装材料具有侧缘面；至少一导热桥体具有侧桥面；封装材料的侧缘面与导热桥体侧桥面间仍存有部分封装材料。

9、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的封装材料具有侧缘面；至少一导热桥体具有侧桥面；导热桥体侧桥面系暴露于封装材料侧缘面外。

10、根据权利要求1所述的匀热式多晶片电子元件封装组件，其特征在于所述的导热桥体设有至少两个分别用以热连接至相对应晶片的导热桥架。

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