TWI644612B - 具有主動式散熱之電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有主動式散熱之電子裝置包含一配線板、一半導體封裝單元、一圍繞單元、一風扇裝置及一管線。半導體封裝單元透過立體接點焊接至配線板之一面。圍繞單元連接半導體封裝單元與配線板，且圍繞這些立體接點，並與配線板及半導體封裝單元之間共同定義出一熱交換空間。圍繞單元包含接通熱交換空間之二開口。風扇裝置位於熱交換空間之外。管線連接風扇裝置與其中一開口。

Description

具有主動式散熱之電子裝置

本發明有關於一種電子裝置，尤指一種具有主動式散熱之電子裝置。

隨著半導體製程的持續進步，半導體封裝單元的效能越來越佳，在運算過程中所伴隨產生的熱能也越來越高，如此，更顯得半導體封裝單元之散熱的重要性。

一般而言，業界通常將散熱鰭片放置並接觸半導體封裝單元之頂面，並使冷空氣吹向散熱鰭片，以將半導體封裝單元的熱能傳導出去，作為紓解半導體封裝單元發熱量過多的問題。

然而，除了上述之散熱方式，半導體封裝單元需要更多的散熱方式，以確保半導體封裝單元能持續且穩定地運作。

本發明之一實施例提供了一種具有主動式散熱之電子裝置。此種具有主動式散熱之電子裝置包含一配線板、一半導體封裝單元、一圍繞單元、一風扇裝置及一管線。半導體封裝單元包含多個立體接點。半導體封裝單元透過這些立體接點焊接至配線板之一面。圍繞單元連接半導體封裝單元與配線板，且圍繞這些立體接點，並與配線板及半導體封裝單元之間共同定義出一熱交換空間。圍繞單元包含一第一開口與一第二開口。第一開口與第二開口接通熱交換空間。風扇裝置位於熱交換空間之外。管線連接風扇裝置與第一開口。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，風扇裝置包含一氣室與一風扇單元。氣室具有一緩衝空間、一開孔與一風扇接口。緩衝空間接通開孔與風扇接口，且開孔連接管線。風扇單元連接風扇接口，透過氣室與管線產生流動氣流於熱交換空間內。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，風扇裝置之氣室位於配線板之所述面，且風扇單元位於氣室背對配線板之一面。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，管線包含一硬管與一軟管。硬管位於軟管內，且分別連接第一開口與開孔。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，圍繞單元位於半導體封裝單元與配線板之間。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，圍繞單元位於配線板之所述面、圍繞且接觸半導體封裝單元。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，圍繞單元為一彈性膠條環，緊密地包圍半導體封裝單元與配線板之間的所有立體接點，並且氣密地連接半導體封裝單元與配線板。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，第一開口與第二開口分別位於圍繞單元之二相對側或二相鄰側。

依據本發明一或複數個實施例，在上述各實施例之電子裝置中，風扇裝置透過管線對熱交換空間抽取或灌入空氣。

依據本發明一或複數個實施例，上述各實施例之電子裝置更包含一過濾元件。過濾元件覆蓋第二開口，用以過濾進出熱交換空間之空氣。

如此，藉由以上實施例所述架構，不僅能夠對半導體封裝單元之錫球有效降溫，進而減少配線板產生翹曲的機會、降低配線板及其上元件的老化速度與故障率，以及降低配線板之線路電阻及提升線路品質。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施例及相關圖式中詳細介紹。

10、11、12‧‧‧電子裝置

100‧‧‧配線板

101‧‧‧正面

102‧‧‧反面

103‧‧‧焊墊

200‧‧‧半導體封裝單元

201‧‧‧側面

210‧‧‧立體接點

220‧‧‧裸晶

230‧‧‧基板

231‧‧‧頂面

232‧‧‧底面

300、301‧‧‧圍繞單元

310‧‧‧側邊部

311‧‧‧環內空間

320‧‧‧第一開口

330‧‧‧第二開口

340‧‧‧熱交換空間

351‧‧‧蓋體

352‧‧‧內側

353‧‧‧外側

354‧‧‧凸緣

355‧‧‧內部空間

400‧‧‧風扇裝置

410‧‧‧氣室

411‧‧‧緩衝空間

412‧‧‧開孔

413‧‧‧風扇接口

420‧‧‧風扇單元

500‧‧‧管線

510‧‧‧硬管

520‧‧‧軟管

600‧‧‧過濾元件

AA‧‧‧線段

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示本發明之一實施例之電子裝置的上視示意圖；第2圖繪示第1圖沿線段AA所製成之剖視圖；第3圖繪示第1圖的局部分解圖；第4A圖與第4B圖分別繪示第1圖之半導體封裝單元的相對側的側視圖；第5圖繪示本發明之一實施例之電子裝置的側視圖；以及第6圖繪示本發明之一實施例之電子裝置的側視圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

有鑒於傳統半導體封裝單元需要更多的散熱方式，以確保能持續且穩定地運作。對此，因為半導體封裝單元的裸晶透過錫球焊設於配線板上，發明人經實驗發現，傳統半導體封裝單元的裸晶(bare die)在運算期間所產生之大部份高熱(例如98.5%)會藉由所有錫球透過熱傳導的方式傳遞至配線板上，並且傳統半導體封裝單元的所有錫球裸露於空氣之面 積將遠遠大於裸晶裸露於空氣之面積(例如4.84：1)，故，本發明提議對半導體封裝單元的裸晶(bare die)所傳遞至錫球的熱能進行散熱，以提供另種之散熱方式，從而更減少配線板產生翹曲的機會、降低配線板及其上元件的老化速度與故障率，以及降低配線板之線路電阻及提升線路品質。

第1圖繪示本發明之一實施例之電子裝置10的上視示意圖。第2圖繪示第1圖沿線段AA所製成之剖視圖。第3圖繪示第1圖的局部分解圖。如第1圖與第2圖所示，在本實施例中，此電子裝置10包含一配線板100、一半導體封裝單元200、一圍繞單元300、一或多個風扇裝置400(例如三個)及一或多個管線500(例如9個)。配線板100包含相對之正面101與反面102。配線板100之正面101具有多個焊墊103。半導體封裝單元200焊接至配線板100之正面101。半導體封裝單元200包含一封裝體(圖中未示)、至少一裸晶220、一基板230與多個立體接點210(例如錫球或焊點)。基板230位於裸晶220與這些立體接點210之間，意即，裸晶220固定於基板230之頂面231、這些立體接點210彼此間隔地排列，且位於基板230之底面232。透過這些立體接點210分別一一接觸焊墊103，半導體封裝單元200焊接至配線板100之正面101。封裝體包覆裸晶220與基板230之頂面231。在本實施例中，如第2圖與第3圖所示，圍繞單元300呈圓形環狀或方形環狀，圍繞出一環內空間311。圍繞單元300位於半導體封裝單元200與配線板100之間，圍繞所有立體接點210，使得一熱交換空間340被定義於圍繞單元300、基板230之底面232、配線板100之正面101及 所有立體接點210之間。

此外，第4A圖與第4B圖分別繪示第1圖之半導體封裝單元200的二相對側的側視圖。如第2圖、第4A圖與第4B圖所示，圍繞單元300包含一或多個第一開口320與一或多個第二開口330。第一開口320間隔地單列排列，且第二開口330間隔地單列排列。第一開口320與第二開口330分別接通熱交換空間340。每個管線500連接其中一風扇裝置400與其中一第一開口320。風扇裝置400位於熱交換空間340之外，用以透過管線500產生流動氣流於熱交換空間340內，進而對熱交換空間340內的所有立體接點210上的熱能進行散熱。

舉例來說，如第2圖所示，當風扇裝置400運轉時，風扇裝置400是透過管線500對熱交換空間340抽取空氣，使得第二開口330成為進氣口、第一開口320成為出氣口。然而，本發明不限於此，其他實施例中，風扇裝置400也可以透過管線500對熱交換空間340灌入空氣，使得第一開口320成為進氣口、第二開口330成為出氣口。

具體來說，在本實施例中，風扇裝置400包含一氣室410與一風扇單元420。氣室410具有一緩衝空間411、一或多個開孔412(例3個)與一風扇接口413。緩衝空間411位於氣室410內，開孔412與風扇接口413開設於氣室410上，且緩衝空間411接通開孔412與風扇接口413。每個管線500連接每個開孔412。風扇單元420連接風扇接口413，且透過氣室410與管線500產生流動氣流於熱交換空間340內。如此，當風扇單元420運轉時，熱交換空間340內的熱空氣可以透過管線500 與氣室410被風扇單元420排出，藉此對半導體封裝單元200之立體接點210進行降溫。

舉例來說，風扇裝置400之氣室410位於配線板100之正面101，且風扇單元420位於氣室410背對配線板100之一面。如此，熱交換空間340內的熱空氣不致被吹向配線板100上之其他元件而提高因高溫而故障的機會。然而，本發明不限氣室410為必要元件，也不限風扇單元420之配置位置以及風扇單元420之排風方向。

再者，每個管線500包含一硬管510與一軟管520。每個硬管510之一端連接每個第一開口320，另端連接每個開孔412。故，風扇裝置400得以透過硬管510接通熱交換空間340。硬管510之硬度大於軟管520之硬度，硬管510穿過軟管520之內部，且硬管510位於軟管520內，且受到軟管520的保護。然而，只要能接通風扇裝置400與熱交換空間340，且能維持風扇裝置400所提供之特定負壓，本發明不限管線500的種類與呈現方式。

此外，在本實施例中，如第3圖所示，圍繞單元300例如為一由橡膠或矽膠所製成的彈性膠條環。彈性膠條環得以氣密地連接半導體封裝單元200與配線板100，且緊密地包圍半導體封裝單元200與配線板100之間的所有立體接點210，並且彈性膠條環與立體接點210電絕緣。故，在半導體封裝單元200焊接至配線板100之後，使用者可以快速且方便地將彈性膠條環套設於半導體封裝單元200與配線板100之間，進而簡化製造流程、縮短製造時間與成本。

須了解到，只要能將強制外部空氣從第二開口330進入熱交換空間340，圍繞單元不限是否實體接觸立體接點210。

在本實施例中，半導體封裝單元200與圍繞單元300皆呈矩形狀，意即，圍繞單元300具有四個側邊部310、半導體封裝單元200具有四個側面201，圍繞單元300之每個側邊部310分別對應半導體封裝單元200之其中一側面201，且這些第一開口320與這些第二開口330分別位於圍繞單元300上相對配置之其中二側邊部310，以便外部空氣得以從圍繞單元300之其一側邊部310至其相對之側邊部310的方向通過熱交換空間340。

然而，本發明不限於此，基於空氣流向或散熱目標的考量，本發明所屬領域具有通常知識者得以依需求或限制改將這些第一開口320與這些第二開口330分別位於圍繞單元300上相鄰配置之其中二側邊部310。

第5圖繪示本發明之一實施例之電子裝置11的側視圖。第5圖之電子裝置11與第1圖之電子裝置10大致雷同，相同的部件沿用相同的符號，第5圖之電子裝置11與第1圖之電子裝置10差別在於：圍繞單元301並非位於半導體封裝單元200與配線板100之間，而是位於配線板100之正面101，完全圍繞且接觸半導體封裝單元200之外側。

舉例來說，圍繞單元301包含一蓋體351、一凸緣354與一內部空間355。內部空間355形成於蓋體351上，意即，蓋體之內側圍繞355出內部空間。凸緣354凸設於蓋體351之外 側且圍繞內部空間355。故，當蓋體351罩蓋半導體封裝單元200且放置於配線板100之正面101時，半導體封裝單元200伸入內部空間355，且凸緣354接觸配線板100之正面101，故，圍繞單元301可以作為半導體封裝單元200之電磁波遮蔽體。

須了解到，儘管蓋體351罩蓋半導體封裝單元200，本發明仍不限在蓋體351頂部開孔以對裸晶220散熱，或/及在裸晶220上加設鰭片等任何散熱措施。

第6圖繪示本發明之一實施例之電子裝置12的側視圖。第6圖之電子裝置12與第1圖之電子裝置10大致雷同，相同的部件沿用相同的符號，第6圖之電子裝置12與第1圖之電子裝置10差別在於：電子裝置12更包含一過濾元件600。過濾元件600覆蓋第二開口330，用以過濾進出熱交換空間340之空氣，避免粉塵被吸入熱交換空間340內，導致立體接點210之短路發生。過濾元件600例如為濾網或碳纖維束。

最後，上述所揭露之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，皆可被保護於本發明中。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種具有主動式散熱之電子裝置，包含：一配線板；一半導體封裝單元，具有複數個立體接點，該半導體封裝單元透過該些立體接點焊接至該配線板之一面；一圍繞單元，連接該半導體封裝單元與該配線板，圍繞該些立體接點，並與該配線板與該半導體封裝單元之間共同定義出一熱交換空間，該圍繞單元包含至少一第一開口與至少一第二開口，該第一開口與該第二開口分別接通該熱交換空間，該圍繞單元為一彈性膠條環，緊密地包圍該半導體封裝單元與該配線板之間的所有該些立體接點，且氣密地連接該半導體封裝單元與該配線板；以及至少一風扇裝置，位於該熱交換空間之外；以及至少一管線，連接該第一開口與該風扇裝置，以供該風扇裝置對該些立體接點降溫。
2. 如請求項1所述之具有主動式散熱之電子裝置，其中該風扇裝置包含：一氣室，具有一緩衝空間、一開孔與一風扇接口，該緩衝空間接通該開孔與該風扇接口，且該開孔連接該管線；以及一風扇單元，連接該風扇接口，透過該氣室與該管線產生流動氣流於該熱交換空間內。
3. 如請求項2所述之具有主動式散熱之電子 裝置，其中該風扇裝置之該氣室位於該配線板之該面，且該風扇單元位於該氣室背對該配線板之一面。
4. 如請求項2所述之具有主動式散熱之電子裝置，其中該管線包含一硬管與一軟管，該硬管位於該軟管內，且分別連接該第一開口與該開孔。
5. 如請求項1所述之具有主動式散熱之電子裝置，其中該圍繞單元位於該半導體封裝單元與該配線板之間。
6. 如請求項1所述之具有主動式散熱之電子裝置，其中該圍繞單元位於該配線板之該面，且圍繞且接觸該半導體封裝單元。
7. 如請求項1所述之具有主動式散熱之電子裝置，其中該第一開口與該第二開口分別位於該圍繞單元之二相對側或二相鄰側。
8. 如請求項1所述之具有主動式散熱之電子裝置，其中該風扇裝置透過該管線對該熱交換空間抽取或灌入空氣。
9. 如請求項1所述之具有主動式散熱之電子裝置，更包含一過濾元件，該過濾元件覆蓋該第二開口， 用以過濾進出該熱交換空間之空氣。