TWI587460B - 具有防溢膠結構之散熱片裝置 - Google Patents

具有防溢膠結構之散熱片裝置 Download PDF

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楊肇煌
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Description

具有防溢膠結構之散熱片裝置
本發明是有關於一種散熱片裝置，特別是指一種具有防溢膠結構之散熱片裝置。
電子產品已經和我們的專業工作、日常生活，以及休閒娛樂緊密的結合在一起，加上日新月異的半導體科技，使得電子產品的功能越來越強大。但是強大的運算功能導致該晶片運行時所產生的熱量較多，如何避免續集太多熱量而將晶片燒毀，通常會於該晶片上方裝設散熱片將熱量導出，以維持該晶片正常的運作。
參閱圖1、2，為一種用於晶片封裝之散熱片1，包含一散熱體11，及一自該散熱體11周緣向外且向下延伸的支撐體12，該支撐體12可與一基板13的表面相連接，而使該散熱體11與該基板13表面形成一容置一晶片14及電連接該晶片14與該基板13之金線15的空間，該支撐體12具有複數灌膠孔121。
當上述之散熱片1使用一黏著劑16進行散熱片封裝製程時，該黏著劑16會經由該灌膠孔121進入該空間中將該晶片14與該複數金線15密封起來，且該黏著劑16還凝固於該支撐體12外側將該散熱片1鉗壓於該基板13上，以使該晶片14運行時所產生的熱量可以藉由該散熱體11傳導至外界。
但是在半導體灌膠製程中容易因為膠量控制不準確或是膠型模具位置有誤差，導致該黏著劑16溢出於該散熱體11之上表面上，造成該散熱體11之上表面出現殘膠17，該殘膠17會對該散熱片1造成以下缺點：
一、不符產品規範
溢出在該散熱體11上表面的黏著劑16會凝固成固體，形成沾黏於IC晶片上的髒東西，不僅有礙觀瞻還會不符合產品規範而將其電子產品丟棄。
二、影響後續製程
當IC封裝完成時，廠商會於該散熱體11之表面進行雷射列印的製程，以提供客戶其電子產品的資訊，當該散熱體11上表面沾黏了雜物時，將會影響雷射列印等多道後續半導體製程。
三、影響散熱效果
該散熱片1之功效就是將該晶片14運行時所產生的熱量傳導出去，該散熱體11上表面與空氣的接觸面積越大，散熱的效果越好，當半導體封裝製程發生問體而導致該散熱體11表面上沾黏了殘膠，將會影響電子產品的散熱效果。
由於傳統用於晶片封裝之散熱片容易於散熱片之表面發生殘膠，而導致半導體產品不符合產品規範予以丟棄，如何在半導體封裝製程作業時避免該散熱片之表面發生殘膠，以提升半導體產品的良率，便成為相關業者亟需努力之目標。
有鑑於此，本發明之目的是提供一種具有防溢膠結構之散熱片裝置，適用於黏貼在一基板上，並包含一主體單元、一擋膠單元，及一盛膠單元。
該主體單元包括一間隔的設置於該基板上並具有一第一上表面與一第一下表面之第一主體、一框圍於該第一主體周緣並具有一第二上表面與一第二下表面之第二主體，及一自該第二主體之外緣向該基板方向延伸並 與該基板接觸的支撐體，該第一上表面與該基板的距離大於該第二上表面與該基板的距離。
該擋膠單元包括一自該第一上表面之外緣向相反於該基板方向凸伸的擋膠凸垣。盛膠單元包括一自該第二上表面之內緣向該基板方向凹陷的溢料井。
本發明的又一技術手段，是在於上述之第一主體更具有一於該第一下表面之周緣向相反於該基板方向凹陷的凹槽。
本發明的另一技術手段，是在於上述之第二主體更具有一於該第二下表面之內緣向該基板方向凸伸的凸垣。
本發明之再一技術手段，是在於上述之第一上、下表面的距離、該擋膠凸垣之表面與該凹槽之底面的距離、該溢料井之底面與該凸垣之表面的距離，及該第二上、下表面的距離相同。
本發明的又一技術手段，是在於上述之主體單元更包括一藉於該第二主體與該支撐體中並具有一第三上表面與一第三下表面之第三主體，該第二上表面與該基板的距離大於該第三上表面與該基板的距離，該第二上、下表面的距離與該第三上、下表面的距離相同。
本發明的另一技術手段，是在於上述之第三主體之外周緣概呈方形，該支撐體具有複數自該第三主體周緣之角落向該基板方向延伸的支撐部，及複數分別連接於該支撐部並抵觸該基板的支撐座。
本發明的再一技術手段，是在於上述之第一主體之周緣概成圓型，該第二主體之周緣概成圓型。
本發明的又一技術手段，是在於上述之具有防溢膠結構之散熱片裝置更包含一導膠單元，包括複數設置於該第三主體中並貫穿該第三上表面與該第三下表面的第一灌注孔，及複數貫穿該第三主體之角落、該支撐部， 及該支撐座的第二灌注孔。
本發明的另一技術手段，是在於上述之導膠單元更包括複數自該第三主體之側邊向該第一主體方向凹陷的側邊凹槽。
本發明的再一技術手段，是在於上述之擋膠凸垣之外周緣與內周緣的距離大於0.7mm，且該溢料井之底面與該第二上表面的距離大於0.01mm。
本發明之有益功效在於半導體封裝製程中使用一封裝膠料將該散熱片裝置黏貼於該基板上，該封裝膠料不僅可經由該第一、二灌注孔進入該主體單元與該基板中的空間中並將晶片與導線(金線或銅線)封裝起來，該封裝膠料還會在該第二、三主體的外側凝固並將該散熱片裝置黏貼於該基板上。此外，當該封裝膠料灌注到該第二主體上方時，該溢料井可以提供該封裝膠料更多的盛裝空間來緩衝灌膠時的力道，以輔助該擋膠凸垣更確實的阻擋該封裝膠料，避免該封裝膠料進入該第一主體之第一上表面。
21‧‧‧封裝膠料
22‧‧‧基板
23‧‧‧晶片
24‧‧‧導線
3‧‧‧主體單元
31‧‧‧第一主體
311‧‧‧第一上表面
312‧‧‧第一下表面
313‧‧‧凹槽
32‧‧‧第二主體
321‧‧‧第二上表面
322‧‧‧第二下表面
323‧‧‧凸垣
33‧‧‧支撐體
331‧‧‧支撐部
332‧‧‧支撐座
34‧‧‧第三主體
341‧‧‧第三上表面
342‧‧‧第三下表面
4‧‧‧擋膠單元
41‧‧‧擋膠凸垣
5‧‧‧盛膠單元
51‧‧‧溢料井
6‧‧‧導膠單元
61‧‧‧第一灌注孔
62‧‧‧第二灌注孔
63‧‧‧側邊凹槽
圖1是一裝置立體示意圖，說明現有散熱片之立體態樣；圖2是一側視示意圖，說明現有散熱片使用一黏著劑黏貼於一基板的態樣；圖3是一裝置示意圖，說明本發明具有防溢膠結構之散熱片裝置的一較佳實施例；及圖4是一局部剖視圖，說明該較佳實施例使用一封裝膠料黏貼於該基板的上方。
有關於本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中， 將可清楚的呈現。
參閱圖3、4，為本發明具有防溢膠結構之散熱片裝置的較佳實施例，通常使用在塑膠球狀陣列封裝(Plastic Ball Grid Array Package,PBGA)、球柵陣列封裝(Ball Grid Array,BGA)，及晶片尺寸封裝(Chip Scale Package,CSP)等半導體封裝技術中，並適用於使用一封裝膠料21黏貼在一基板22上方。該散熱片裝置包含一主體單元3、一擋膠單元4、一盛膠單元5，及一導膠單元6。
該主體單元3包括一間隔的設置於該基板22上並具有一第一上表面311與一第一下表面312之第一主體31、一框圍於該第一主體31周緣並具有一第二上表面321與一第二下表面322之第二主體32、一自該第二主體32之外緣向該基板22方向延伸並與該基板22之上表面接觸的支撐體33，及一藉於該第二主體32與該支撐體33中並具有一第三上表面341與一第三下表面342之第三主體34，該第一上表面311與該基板22的距離大於該第二上表面321與該基板22的距離，該第二上表面321與該基板22的距離大於該第三上表面341與該基板22的距離，該第一下表面312與該基板22的距離大於該第二下表面322與該基板22的距離。
該擋膠單元4包括一自該第一上表面311之外緣向相反於該基板22方向凸伸的擋膠凸垣41。該盛膠單元5包括一自該第二上表面321之內緣向該基板22方向凹陷的溢料井51。其中，該擋膠凸垣41之頂面與該溢料井51之底部之間的距離，是大於該第一上表面311與該溢料井51之底部之間的距離。
由於本發明之散熱片裝置是適用於以該封裝膠料21覆蓋於該基板22上層表面及該部分主體單元3之上表面外緣的半導體封裝製程，以使該主體單元3與該基板22相互黏貼在一起。當進行半導體散熱片灌膠作業 時，會使用一模具(圖中未式出)設置於該主體單元3之外側並將該封裝膠料21注入該模具中，該封裝膠料21是注入該第二主體32、該第三主體34、該支撐體33，及該基板22的上方空間，靜置一段時間等待該封裝膠料21凝固後再將該模具移開，該封裝膠料21即可將該主體單元3穩固地壓制於該基板22，使該主體單元3與該基板22黏貼在一起。
值得一提的是，該主體單元3主要的功能是將該基板22上之晶片23運行時產生的熱量傳導出去來達到散熱的功效，而該第一主體31之第一上表面311是為散熱面，必須與空氣大面積的接觸以獲取最大的散熱面積。此外，當完成散熱片黏貼製程後，通常會於該第一上表面311上進行雷射印刷，將該半導體元件的資訊對外顯示，因此，該第一上表面311灌膠作業時必須保持潔淨的平整面不可殘留多於雜質。
早期為了避免該第一上表面311於灌膠製程時殘留著該封裝膠料21，會將該模具與該第一上表面311之周緣相互牴觸，以阻擋該封裝膠料21進入該第一上表面311。但是電子產品量產時灌膠機台的作業量較大，常導致灌膠作業時該封裝膠料21會經由該模具與該主體單元3中的接觸縫隙中溢出，並殘留於該第一上表面311上。
有鑑於此，本發明於該第一上表面311之周緣設置了凸伸於該第一主體31的擋膠凸垣41，可加強與該模具抵固的力道以更有效的擋住該封裝膠料21，使該封裝膠料21不會經由該模具與該主體單元3的縫隙溢出而進入該第一上表面311，此外，本發明還於該擋膠凸垣41周緣外側之該第二上表面321內緣設置了自該基板22方向凹陷的溢料井51，用以於該封裝膠料21注入該模具時提供更多的盛裝空間來緩衝灌膠時的力道，來輔助該擋膠凸垣41更確實的阻擋該封裝膠料21進入該第一上表面311。
較佳地，該擋膠凸垣41之外周緣與內周緣的距離大於0.7mm，用以加大與該模具抵固的面積，能更有效的阻擋該封裝膠料21，該溢料井51之底面與該第二上表面321的距離大於0.01mm，用以盛裝該封裝膠料21來緩衝灌膠時的力道，實際實施時，該擋膠凸垣41及該溢料井51可以依據該封裝膠料21之材質與半導體封裝製程之條件來加以設定，不應以此為限。
在該較佳實施例中，該第一主體31之周緣概成圓型，該第二主體32之周緣概成圓型，該第三主體34之外周緣概呈方形，該支撐體33具有複數自該第三主體32周緣之角落向該基板方向延伸的支撐部331，及複數分別連接於該支撐部331並抵觸該基板22的支撐座332。
由於目前的散熱片厚度通常設計較薄，相較於習知的散熱片結構，本發明於該第一主體31與該第三主體34中間增加了較寬的第二主體32，使該散熱片裝置的整體結構強度更加穩固，可以預防灌膠作業中該散熱片裝置發生彎曲，進而防止該主體單元3與模具間產生縫隙，有效的阻擋該封裝膠料21不會進入該第一上表面311。
該導膠單元6包括複數設置於該第三主體34中並貫穿該第三上表面341與該第三下表面342的第一灌注孔61、複數貫穿該第三主體34之角落、該支撐部331與該支撐座332的第二灌注孔62，及複數自該第三主體34之側邊向該第一主體31方向凹陷的側邊凹槽63。
在進行半導體灌膠作業時，該封裝膠料21會經由該複數第一灌注孔61、該複數第二灌注孔62，及該第三主體34周緣與該基板22間的縫隙進入該主體單元3與該基板22之空間中，並將該基板22上方的晶片23及複數導線24(金線或銅線)包覆起來以達到封裝保護的功效，較佳地，灌注於該空間中的封裝膠料21是使用高導熱膠組合物，以將該晶片23所產生的熱量傳導至該主體單元3 上。該側邊凹槽63可提供灌膠時該主體單元3與該基板22定位的功效，使該散熱片裝置準確的對準該基板22的相對位置並黏貼在一起，以符合半導體產品的規格範疇。
目前半導體封裝中打線的技術已經進入微米的階段，並且一顆IC中通常具有多層晶片23的封裝設計，每層晶片23都有多條導線24與該基板22連接，導致該導線24的數量可能高達上萬條，且每一條導線24非常細小，在如何避免灌膠時發生導線24偏移的狀況，通常會使用較高流動性的膠(環氧樹脂組成物)做為該封裝膠料21的材料，由於此非本案重點所在，故於此不再多加贅述。
在此，發明人要敘明的是，該第一主體31更具有一相對於該擋膠凸垣41並於該第一下表面312之周緣向相反於該基板22方向凹陷的凹槽313，該第二主體32更具有一相對於該溢料井51並於該第二下表面322之內緣向該基板22方向凸伸的凸垣323，且該第一上、下表面311、312的距離、該擋膠凸垣41之表面與該凹槽313之底面的距離、該溢料井51之底面與該凸垣323之表面的距離、該第二上、下表面321、322的距離，及該第三上、下表面341、342的距離相同。
本發明具有防溢膠結構之散熱片裝置是以沖壓成型的技術來製造，在製造散熱片時使用模具沖壓不僅可在該散熱片裝置的上表面形成該第一上表面311、該擋膠凸垣41、該溢料井51、該第二上表面521，及該第三上表面341的結構，還於該散熱片裝置之下表面的相對於位置上，形成該第一下表面312、該凹槽313、該凸垣323、該第二下表面322，及該第三下表面342的結構，可以減少沖壓成型時的壓力設定，減少機台的耗電量，此外，在半導體封裝製程時，還可以增加與該封裝膠料21的黏貼面積以增加彼此間的黏貼力，使該散熱片裝置能緊緊的黏貼在該基板22與該晶片23的上方。
較佳地，該較佳實施例之散熱片裝置為表面鍍鉻的金屬材質所製成，該鍍鉻的金屬材質可以提升該散熱片裝置的強度及較佳的耐熱性，並具有較佳的抗氧化效果，可以預防該散熱片裝置的表面發生鏽蝕，以延長該散熱片裝置的使用壽命，實際實施時，也可以選擇其它材質來做為該散熱片裝置的材料，不應以此為限。
由上述說明可知，本發明具有防溢膠結構之散熱片裝置確實包含以下優點：
一、避免殘膠
本發明之擋膠凸垣41可以有效的阻擋該封裝膠料21，使該封裝膠料21不會溢出該模具進入該第一上表面311，且該溢料井51可於注入該封裝膠料21時提供更多的盛裝空間來緩衝灌膠時的力道，以輔助該擋膠凸垣41更確實的阻擋該封裝膠料21，避免該第一上表面311發生殘膠。
二、提高產品合格率
承上所述，當本發明之擋膠凸垣41及溢料井51能確實阻擋該封裝膠料21，不僅可以美化半導體產品的外觀，還能在後續之製程中於該第一上表面311上進行雷射印刷，避免產品不合乎規格而將其淘汰。
三、結構更加穩固
與習知之散熱片相比較，本發明於該第一主體31與該第三主體34中增設了較寬的第二主體32，使該散熱片裝置的整體結構強度更加穩固，可以避免灌膠作業中該主體單元3發生彎曲變形，進而防止該模具與該主體單元3間產生縫隙。
四、增加黏貼力
本發明之散熱片裝置下表面上還形成有該第一下表面312、該凹槽313、該凸垣323、該第二下表面322，及該第三下表面342的結構，可以增加與該封裝膠料21的黏貼面積以增加彼此間的黏貼力，使該散熱片裝置能緊緊的黏貼在該基板22與該晶片23的上方。
綜上所述，本發明之具有防溢膠結構之散熱片裝置於散熱片封裝製程時，該封裝膠料21不僅可經由該導膠單元6進入該主體單元3與該基板22的空間中將晶片23與導線24封裝起來，該封裝膠料21還會灌注於該第二、三主體32、34的外側與該基板22上的空間以將該主體單元3與該基板22黏貼在一起。當該封裝膠料21灌注於該第二主體32上方時，該溢料井51可提供該封裝膠料21更多盛裝的空間來緩衝灌膠時的力道，以輔助該擋膠凸垣41更確實的阻擋該封裝膠料21，來避免該封裝膠料21進入該第一上表面311，使黏貼有該散熱片裝置的半導體元件能夠符合產品的規範，故確實能夠達到本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
3‧‧‧主體單元
31‧‧‧第一主體
32‧‧‧第二主體
33‧‧‧支撐體
331‧‧‧支撐部
332‧‧‧支撐座
34‧‧‧第三主體
4‧‧‧擋膠單元
41‧‧‧擋膠凸垣
5‧‧‧盛膠單元
51‧‧‧溢料井
6‧‧‧導膠單元
61‧‧‧第一灌注孔
62‧‧‧第二灌注孔
63‧‧‧側邊凹槽

Claims (8)

  1. 一種具有防溢膠結構之散熱片裝置，黏貼在一基板上，並包含：一主體單元，包括：一第一主體，間隔的設置於該基板上，並具有一第一上表面與一第一下表面；一第二主體，框圍於該第一主體周緣，並具有一第二上表面與一第二下表面；一支撐體，自該第二主體之外緣向該基板方向延伸並與該基板接觸；及一第三主體，設置於該第二主體與該支撐體中間，並具有一第三上表面與一第三下表面；該第一上表面與該基板的距離大於該第二上表面與該基板的距離，該第二上表面與該基板的距離大於該第三上表面與該基板的距離，該第一下表面與該基板的距離大於該第二下表面與該基板的距離；一擋膠單元，包括一自該第一上表面之外緣向相反於該基板方向凸伸的擋膠凸垣；及一盛膠單元，包括一自該第二上表面之內緣向該基板方向凹陷的溢料井，該擋膠凸垣之頂面與該溢料井之底部之間的距離，是大於該第一上表面與該溢料井之底部之間的距離，以緩衝灌膠的力道； 其中，該第一上、下表面的距離、該擋膠凸垣之表面與該凹槽之底面的距離、該溢料井之底面與該凸垣之表面的距離、該第二上、下表面的距離，以及該第三上、下表面的距離相同。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，其中，該第一主體更具有一於該第一下表面之周緣向相反於該基板方向凹陷的凹槽。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，其中，該第二主體更具有一於該第二下表面之內緣向該基板方向凸伸的凸垣。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，其中，該第三主體之外周緣概呈方形，該支撐體具有複數自該第三主體周緣之角落向該基板方向延伸的支撐部，及複數分別連接於該支撐部並抵觸該基板的支撐座。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，其中，該第一主體之周緣概成圓型，該第二主體之周緣概成圓型。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，更包含一導膠單元，包括複數設置於該第三主體中並貫穿該第三上表面與該第三下表面的第一灌注孔，及複數貫穿該第三主體之角落、該支撐部，及該支撐座的第二灌注孔。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，其中，該導膠單元更包括複數自該第三主體之側邊向該第一主體方向凹陷的側邊凹槽。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述具有防溢膠結構之散熱片裝置，其中，該擋膠凸垣之外周緣與內周緣的距離大於0.7mm，且該溢料井之底面與該第二上表面的距離大於0.01mm。
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