TWI833522B - 封裝結構 - Google Patents

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TWI833522B TW111149660A TW111149660A TWI833522B TW I833522 B TWI833522 B TW I833522B TW 111149660 A TW111149660 A TW 111149660A TW 111149660 A TW111149660 A TW 111149660A TW I833522 B TWI833522 B TW I833522B
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Abstract

一種封裝結構，其包括基板、電子元件、至少一熱導體、模封體以及散熱結構。基板具有承載面。電子元件設置於承載面上。電子元件具有第一高度。至少一熱導體設置於承載面上。至少一熱導體具有第二高度。模封體設置於承載面上且側面包覆電子元件及至少一熱導體。模封體具有第三高度，第三高度大於或等於第一高度及第二高度。散熱結構設置於模封體上。基板與電子元件接觸的周圍區域為發熱區域，至少一熱導體設置於發熱區域內。

Description

封裝結構
本發明是有關於一種結構，且特別是有關於一種封裝結構。
隨著現今電子產品的功率輸出不斷提高，電子元件於封裝結構中所發出的熱也隨之增加，導致電子元件及電路基板可能因溫度過高而使產品的效能下降，因此如何有效提升封裝結構的散熱效能是目前需解決的問題。
本發明提供一種封裝結構，具有優異的散熱效能。
本發明的封裝結構包括基板、電子元件、至少一熱導體、模封體以及散熱結構。基板具有承載面。電子元件設置於承載面上。電子元件具有第一高度。至少一熱導體設置於承載面上。至少一熱導體具有第二高度。模封體設置於承載面上且側面包覆電子元件及至少一熱導體。模封體具有第三高度，第三高度大於或等於第一高度及第二高度。散熱結構設置於模封體上。基板與電 子元件接觸的周圍區域為發熱區域，至少一熱導體設置於發熱區域內。
在本發明的一實施例中，上述第二高度與第三高度的比值不小於0.6且不大於1。
在本發明的一實施例中，上述第三高度與第一高度的差值小於0.3毫米。
在本發明的一實施例中，上述模封體的頂面與至少一熱導體的頂面基本上切齊。
在本發明的一實施例中，上述封裝結構還包括熱界面材料，設置於散熱結構與模封體之間。
在本發明的一實施例中，上述基板包括印刷電路板或低溫共燒陶瓷電路板。
在本發明的一實施例中，上述基板包括空腔，空腔於基板的正投影與電子元件於基板的正投影重疊。
在本發明的一實施例中，上述至少一熱導體的材質包括金屬材料或陶瓷材料。
在本發明的一實施例中，上述金屬材料包括銅或鋁，陶瓷材料包括氮化鋁、氮化硼、氮化銦或砷化硼。
在本發明的一實施例中，在發熱區域中，上述至少一熱導體於基板的正投影面積的總和與電子元件於基板的正投影面積的總和的比值在0.4以上。
在本發明的一實施例中，上述電子元件為多個，至少一 熱導體設置於相鄰的電子元件之間。
在本發明的一實施例中，上述至少一熱導體為多個，多個熱導體環繞電子元件設置。
在本發明的一實施例中，上述至少一熱導體與散熱結構為一體成形。
基於上述，本發明的封裝結構包括熱導體及電子元件設置於基板上，且熱導體位於發熱區域內，可有效傳導電子元件所發出的熱，使電子元件的溫度下降，進而減少蓄積於基板承載面的溫度，使得封裝結構的整體散熱效果提升，進而提升其可靠度。
10,20,30:封裝結構
100:基板
100a:承載面
102:基板接墊
104:空腔
110:電子元件
110a:第一電子元件
110b:第二電子元件
112:外接墊
120,120’:熱導體
122:連接件
130:模封體
140:散熱結構
150:熱界面材料
A-A’,B-B’:剖線
d1,d2,d3:距離
H1:第一高度
H2:第二高度
H3:第三高度
HR1,HR2:發熱區域
圖1是依照本發明的一實施例的一種封裝結構的局部上視示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種封裝結構的局部剖視示意圖。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種封裝結構的局部剖視示意圖。
圖4是依照本發明的另一實施例的一種封裝結構的局部上視示意圖。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種封裝結構的局部剖視示意圖。
圖6是熱導體高度對電子元件的接面溫度的關係圖。
圖7是熱導體的面積總和與電子元件的面積總和的比值對電子元件的接面溫度的關係圖。
圖1是依照本發明的一實施例的一種封裝結構的局部上視示意圖。圖2是依照本發明的一實施例的一種封裝結構的局部剖視示意圖。圖2可以是沿圖1的剖線A-A’的一種實施例的剖視示意圖。為了清楚示意，在圖1中僅繪示基板、電子元件以及熱導體，其餘省略的部分可參照圖2加以理解。
請參照圖1及圖2，封裝結構10包括基板100、電子元件110、至少一熱導體120、模封體130以及散熱結構140。基板100具有承載面100a。電子元件110設置於承載面100a上，其中電子元件110具有第一高度H1。至少一熱導體120設置於承載面100a上，其中至少一熱導體120具有第二高度H2。模封體130設置於承載面100a上且側面包覆電子元件110及至少一熱導體120，其中模封體130具有第三高度H3。第三高度H3大於或等於第一高度H1及第二高度H2。散熱結構140設置於模封體130上。基板100與電子元件110接觸的周圍區域為發熱區域HR1，至少一熱導體120設置於發熱區域HR1內。在本文中，第一高度H1指電子元件110的頂面(即電子元件110遠離基板100的表面)至承 載面100a的距離；第二高度H2指熱導體120的頂面(即熱導體120遠離基板100的表面)至承載面100a的距離；第三高度H3指模封體130的頂面(即模封體130遠離基板100的表面)至承載面100a的距離。
基板100可以是電路基板，例如印刷電路板、低溫共燒陶瓷電路板或其他合適的基板，本發明不以此為限。基板100可包括多個基板接墊102設置於承載面100a上，以與電子元件110或熱導體120連接。圖2中省略繪示基板100的內部結構，然應理解基板100中可包括導電線路、絕緣層、導通孔等結構，其佈線設計可依據實際需求調整，本發明不以此為限。
在一些實施例中，基板100可以包括空腔(air gap)104，以使基板100在佈線設計上有較多的彈性。空腔104可對應於電子元件110設置，舉例來說，空腔104於基板100的正投影可與電子元件110於基板100的正投影重疊。
電子元件110例如是主動元件(如積體電路(IC)晶片)、功率放大器或其他會發出熱量的電子元件。舉例來說，在圖1中，電子元件110為多個，其包括第一電子元件110a及多個第二電子元件110b。多個第二電子元件110b以第一電子元件110a為中心，設置於第一電子元件110a的對角延伸線上，以使多個電子元件110交錯排列。在一些實施例中，第一電子元件110a可以是IC晶片，第二電子元件110b可以是功率放大器，但本發明不以此為限。電子元件110的類型、數量與排列方式可以視實際情況而定，也就 是說，電子元件110可以是一個或多個相同類型或不同類型的電子元件，呈交錯排列、陣列排列或其他排列方式，其可依實際需求調整。
電子元件110可包括多個外接墊112，以與對應的基板接墊102連接。電子元件110與基板100接觸的周圍區域為發熱區域HR1，發熱區域HR1可定義為基板100在電子元件110工作狀態下的溫度相較於基板100在電子元件110未工作狀態下的溫度高50攝氏度以上的區域，或在電子元件110周圍的基板100的溫度與電子元件110在工作狀態下的溫度相差20攝氏度內的區域(舉例來說，電子元件110在工作狀態下的溫度為180攝氏度，則其發熱區域HR1指基板100在電子元件110周邊的溫度在160攝氏度以上的區域)。上述發熱區域HR1所定義的是在基板100上沒有熱導體120的情況。
熱導體120可以將電子元件110所發出的熱及基板100的承載面100a所蓄積的熱能傳導出去，進而降低封裝結構10的整體溫度。熱導體120可以包括金屬材料或陶瓷材料，其導熱係數可以在30W/m˙K以上。在本實施例中，熱導體120為陶瓷材料，例如包括氮化鋁、氮化硼、氮化銦、砷化硼或其他合適的陶瓷材料。當熱導體120為陶瓷材料時，其可在熱導體120的一側植球以形成連接件122，並透過表面貼焊技術(Surface Mount Technology)，將熱導體120與基板接墊102連接，使其固定於基板100上。在其他實施例中，熱導體120可以為銅、鋁等金屬導 熱材料，本發明不以此為限。圖式中示意的繪示出多個熱導體120，但本發明不限於此，熱導體120的數量與排列方式可以視實際情況調整。
在一些實施例中，熱導體120在基板100的正投影與電子元件110在基板100的正投影不重疊，也就是說，熱導體120可以與電子元件110並排於基板100上。在一些實施例中，相鄰電子元件110之間可設置至少一熱導體120，以將電子元件110熱能傳導出去。本發明並不加以限定熱導體120與電子元件110的距離，惟該距離應盡可能小以使熱導體120位於發熱區域HR1中，以有效將電子元件110發出的熱傳導至熱導體120。
在一些實施例中，在發熱區域HR1中，熱導體120於基板100的正投影面積的總和與電子元件110於基板100的正投影面積的總和的比值在0.4以上。如此一來，可以提升散熱面積，有利於電子元件110的散熱，進而減少熱能蓄積於基板100上。
在一些實施例中，第二高度H2與第三高度H3的比值(即H2/H3)不小於0.6且不大於1。本發明對第二高度H2與第三高度H3的尺寸並不加以限定，其可依實際需求調整，只要第二高度H2與第三高度H3的比值在上述範圍即可。如此一來，可以有利於電子元件110的散熱，進而減少熱能蓄積於基板100上。當第二高度H2與第三高度H3的比值小於0.6時，電子元件110傳導至熱導體120的熱量有限，熱導體120對電子元件110的散熱效果不顯著，當第二高度H2與第三高度H3的比值大於1時，電子 元件110傳導至熱導體120的熱量達臨界，使熱導體120對電子元件110的散熱效果提升程度有限，反而使成本增加。
在一些實施例中，熱導體120在基板100的正投影的形狀可以為矩形、圓形、多邊形等，本發明不以此為限。
模封體130可包括環氧樹脂(epoxy resin)、模塑化合物(molding compound)或其他合適的絕緣模封材料。在本實施例中，模封體130覆蓋熱導體120及電子元件110的頂面，也就是說，第三高度H3大於第一高度H1與第二高度H2，但本發明不以此為限。在其他實施例中，模封體130的頂面可與熱導體120的頂面及/或電子元件110的頂面基本上切齊，即第三高度H3可基本上等於第二高度H2及/或第一高度H1。換句話說，熱導體120的頂面及/或電子元件110可以不被模封體130覆蓋。
在一些實施例中，模封體130的頂面與電子元件110的頂面的距離d2(即第三高度H3與第一高度H1的差值)小於0.3毫米(mm)。
散熱結構140例如可以是散熱鰭片或其他合適的散熱器裝置。散熱結構140的材質可以為銅、鋁或其他合適材料，本發明不以此為限。在一些實施例中，可對散熱結構140通過空氣流，以將其熱能帶走，而使散熱效果提升。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種封裝結構的局部剖視示意圖。圖3的上視示意圖可與圖1相似，可參照圖1加以理解。在此必須說明的是，圖3的實施例沿用圖2的實施例的元 件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。
請參照圖3，封裝結構20與封裝結構10的主要差異在於：封裝結構20還包括熱界面材料150，其設置於散熱結構140與模封體130之間。在一些實施例中，熱導體120及/或電子元件110可透過熱界面材料150連接至散熱結構140，以減少熱導體120及/或電子元件110與散熱結構140的熱阻。熱界面材料150例如可以是導熱膏、散熱墊片(thermal pad)、金屬片或其他合適的熱界面材料。在圖3中，熱導體120的頂面與模封體130的頂面基本上切齊，並且與熱界面材料150直接接觸。然而本發明不限於此，在其他實施例中，電子元件110也可以與模封體130的頂面基本上切齊，而與熱界面材料150直接接觸。
圖4是依照本發明的一實施例的一種封裝結構的局部上視示意圖。圖5是依照本發明的一實施例的一種封裝結構的局部剖視示意圖。圖5可以是沿圖4的剖線B-B’的一種實施例的剖視示意圖。為了清楚示意，在圖4中僅繪示基板、電子元件以及熱導體，其餘省略的部分可參照圖5加以理解。在此必須說明的是，圖4與圖5的實施例沿用圖1與圖2的實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同或近似的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，在此不贅述。
請參照圖4及圖5，封裝結構30與封裝結構10的主要差異在於：封裝結構30的多個熱導體120’環繞多個電子元件110設置。舉例來說，多個電子元件110可以包括第一電子元件110a及以第一電子元件110a為中心，環繞第一電子元件110a設置的多個第二電子元件110b。在一些實施例中，第一電子元件110a可以是IC晶片，第二電子元件110b可以是功率放大器，但本發明不以此為限，第一電子元件110a與第二電子元件110b可以是相同類型或不同類型的電子元件。此外，多個熱導體120’環繞多個第二電子元件110b設置。基板100與電子元件110接觸的周圍區域為發熱區域HR2，至少一熱導體120’設置於發熱區域HR2內。在一些實施例中，多個熱導體120’可以沿著發熱區域HR2的邊緣設置。
在本實施例中，熱導體120’為金屬材料，例如可以是銅塊，其可透過焊接的方式與基板接墊連接。由於熱導體120’與基板接墊材質相同，熱導體120’與基板接墊可能不易區分，故在圖5中並未繪示與熱導體120’連接的基板接墊。在其他實施例中，熱導體120’也可以是陶瓷材料，以類似於圖2的實施例與基板接墊連接。
在圖5中，熱導體120’的第二高度H2與模封體130的第三高度H3基本上相同。也就是說，熱導體120’的頂面與模封體130的頂面基本上共面，且熱導體120’的頂面可與散熱結構140直接接觸。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，模封體130可以覆蓋熱導體120’的頂面。此外，模封體130可以覆蓋電子元 件110的頂面，或者與電子元件110的頂面切齊而與散熱結構140直接接觸，本發明不限與此。
在一些實施例中，熱導體120’與散熱結構140可以為一體成形，此時熱導體120’的材質與散熱結構140的材質相同，例如為銅或其他合適的金屬材料。其裝配方式例如可以在電子元件110設置於基板100上之後，將一體成形的熱導體120’與散熱結構140，以熱導體120’面向基板100的方式設置於基板100上，然後形成模封體130於基板100與散熱結構140之間的空隙，以側向包覆熱導體120’與電子元件110，而形成封裝結構30。在其他實施例中，熱導體120’與散熱結構140可以是兩個分開的構件，然後透過熱界面材料或是直接與散熱結構140連接，本發明不以此為限。
在一些實施例中，熱導體120’在基板100的正投影的形狀可以為矩形、圓形、多邊形等，本發明不以此為限。
以下列舉模擬實驗來驗證本發明的功效，但本發明並不侷限於以下的內容。
實驗例1至實驗例3與比較例1至比較例3
實驗例1以類似於圖1及圖2所示的封裝結構，進行其在工作模式下的熱分佈模擬。實驗例1的基板100為印刷電路板(printed circuit board,PCB)，電子元件110設置於基板100上，電子元件110包括第一電子元件110a與多個第二電子元件110b，其中第一電子元件110a為波束成形(beamforming)積體電路 (integrated circuits,IC)晶片，多個第二電子元件110b為功率放大器。多個熱導體120設置於基板100上且位於相鄰第二電子元件110b之間，其材質為氮化鋁塊，且分別具有相同的體積。熱導體120的第二高度H2與電子元件110的第一高度H1相同。模封體130包覆第一電子元件110a、第二電子元件110b及熱導體120的側面及頂面。散熱結構140設置於模封體130上，並通過流速2公尺每秒(m/s)的室溫空氣流。
實驗例2與實驗例1相似，惟實驗例2的基板為低溫共燒陶瓷電路板(LTCC)，其不具有空腔。
實驗例3與實驗例2相似，惟實驗例3的低溫共燒陶瓷電路板具有空腔。
比較例1至比較例3分別與實驗例1至3相似，惟比較例1至3的封裝結構不包括熱導體。
實驗例1至實驗例3與比較例1至比較例3在相同模擬條件下，對封裝結構在工作模式下進行數值模擬，得到各電子元件的接面溫度(junction temperature)如下表1所示。(表1中BF IC指第一電子元件110a，PA1、PA2、PA3及PA4指自圖1中第一電子元件110a的右上角以順時針方向依序排列的多個第二電子元件110b。)
Figure 111149660-A0305-02-0014-1
Figure 111149660-A0305-02-0015-3
實驗例4至實驗例6與比較例4至比較例6
實驗例4以類似於圖4及圖5所示的封裝結構，進行其在工作模式下的熱分佈模擬。封裝結構的基板100為印刷電路板(PCB)。電子元件110設置於基板100上，電子元件110包括第一電子元件110a與多個第二電子元件110b，其中第一電子元件110a為波束成形(beamforming)IC晶片，多個第二電子元件110b為功率放大器。多個熱導體120’環繞多個第二電子元件110b設置，其材質為銅塊，且分別具有相同的體積。熱導體120’的第二高度H2與電子元件110的第一高度H1相同。模封體130包覆第一電子元件110a、第二電子元件110b及熱導體120’的側面及頂面。散熱結構140設置於模封體130上，並通過流速2m/s的室溫空氣流。
實驗例5與實驗例4相似，惟實驗例5的基板為低溫共燒陶瓷電路板(LTCC)，其不具有空腔。
實驗例6與實驗例5相似，惟實驗例6的低溫共燒陶瓷電路板具有空腔。
比較例4至比較例6分別與實驗例4至6相似，惟比較例4至6的封裝結構不包括熱導體。
實驗例4至實驗例6與比較例4至比較例6在相同模擬條件下，對封裝結構在工作模式下進行數值模擬，得到各電子元件的接面溫度如下表2所示。(表2中BF IC指第一電子元件110a，PA1至PA8指自圖4中第一電子元件110a的右上角以順時針方向依序排列的多個第二電子元件110b。)
Figure 111149660-A0305-02-0016-4
Figure 111149660-A0305-02-0017-6
由表1及表2可知，封裝結構中設置有以氮化鋁塊為熱導體的實驗例1至3及以銅塊為熱導體的實驗例4至6，相較於沒有設置熱導體的比較例1至6，可明顯降低第一電子元件及第二電子元件的溫度，顯示熱導體可有助於電子元件的散熱。此外，由實驗例3及實驗6可看出，即使低溫共燒陶瓷電路板具有空腔，仍可獲得與低溫共燒陶瓷電路板不具空腔(即實驗例2、5)時相似且良好的散熱效果。
實驗例7
實驗例7是針對封裝結構在工作模式下，模擬熱導體具有不同第二高度時，對電子元件的接面溫度的影響。實驗例7是以類似於圖1及圖2所示的封裝結構，在相同模擬條件下，固定模封體130的第三高度H3(在此設定為1毫米)與電子元件110的第一高度H1(在此設定為0.8毫米)，並改變熱導體120的第二高度H2，對電子元件110的接面溫度進行模擬。實驗例7的基板100為印刷電路板(printed circuit board,PCB)；電子元件110設置於基板100上，電子元件110包括第一電子元件110a與多個第二電子元件110b，其中第一電子元件110a為波束成形(beamforming)積體電路(integrated circuits,IC)晶片，多個第二電子元件110b為功率放大器；多個熱導體120設置於基板100上且位於相鄰第二電子元件110b之間，其材質為氮化鋁塊，且分別具有相同的體積；模 封體130包覆第一電子元件110a、第二電子元件110b及熱導體120的側面及頂面；散熱結構140設置於模封體130上，並通過流速2公尺每秒(m/s)的室溫空氣流。
圖6是熱導體的高度(即第二高度)對電子元件的接面溫度的關係圖。圖6中的接面溫度分別以第一電子元件110a與第二電子元件110b的最高接面溫度表示。
實驗例7的模擬結果如圖6所示，由圖6可知，當第二高度H2在小於0.6毫米(即第三高度H3的0.6倍)時，第一電子元件110a與第二電子元件110b的接面溫度的降幅隨著第二高度H2的提升有些許下降，但不顯著。當第二高度H2在大於或等於0.6毫米且小於等於1毫米時，第一電子元件110a與第二電子元件110b的接面溫度有顯著的下降，且隨著第二高度H2的提升，接面溫度的降幅也隨之提升，有利於電子元件110的散熱。而當第二高度H2在大於1毫米(即第三高度H3)時，第一電子元件110a與第二電子元件110b的接面溫度幾乎持平，可見熱導體120的第二高度H2在大於模封體130的第三高度H3對於電子元件110的降溫沒有更進一步的提升。
實驗例8
實驗例8是針對封裝結構在工作模式下，模擬熱導體具有不同面積時，對電子元件的接面溫度的影響。實驗例8是以類似於圖1及圖2所示的封裝結構，在相同模擬條件下，固定熱導體120的第二高度H2(在此設定為0.8毫米)及電子元件110的面 積與第一高度H1(在此設定為0.8毫米)，並改變熱導體120的面積，對電子元件110的接面溫度進行模擬。實驗例8的基板100為印刷電路板(printed circuit board,PCB)；電子元件110設置於基板100上，電子元件110包括第一電子元件110a與多個第二電子元件110b，其中第一電子元件110a為波束成形(beamforming)積體電路(integrated circuits,IC)晶片，多個第二電子元件110b為功率放大器；多個熱導體120設置於基板100上且位於相鄰第二電子元件110b之間，其材質為氮化鋁塊，且分別具有相同的體積；模封體130包覆第一電子元件110a、第二電子元件110b及熱導體120的側面及頂面；散熱結構140設置於模封體130上，並通過流速2公尺每秒(m/s)的室溫空氣流。
圖7是熱導體的面積總和與電子元件的面積總和的比值對電子元件的接面溫度的關係圖。圖7中的接面溫度分別以第一電子元件110a與第二電子元件110b的最高接面溫度表示。
實驗例8的模擬結果如圖7所示，由圖7可知，熱導體120的面積總和與電子元件110的面積總和的比值大於0.4時，第一電子元件110a與第二電子元件110b的接面溫度有顯著的下降，且隨著熱導體120的面積的提升(即熱導體120的面積總和與電子元件110的面積總和的比值的提升)，接面溫度的降幅也隨之提升，有助於電子元件110的散熱。綜上所述，本發明的封裝結構包括熱導體及電子元件設置於基板上，且熱導體位於發熱區域內，可有效傳導電子元件所發出的熱，使電子元件的溫度下降， 進而減少蓄積於基板承載面的溫度，使得封裝結構的整體散熱效果提升，進而提升其可靠度。
10:封裝結構
100:基板
110:電子元件
110a:第一電子元件
110b:第二電子元件
120:熱導體
A-A’,B-B’:剖線
HR1:發熱區域

Claims (12)

  1. 一種封裝結構，包括：一基板，具有承載面；一電子元件，設置於該承載面上，其中該電子元件具有一第一高度；至少一熱導體，設置於該承載面上，其中該至少一熱導體具有一第二高度；一模封體，設置於該承載面上且側面包覆該電子元件及該至少一熱導體，其中該模封體具有一第三高度，該第三高度大於或等於該第一高度及該第二高度；以及一散熱結構，設置於該模封體上，其中該基板與該電子元件接觸的周圍區域定義有一發熱區域，該至少一熱導體設置於該發熱區域內，其中該基板包括一空腔，該空腔於該基板的一正投影與該電子元件於該基板的一正投影重疊。
  2. 如請求項1所述的封裝結構，其中該第二高度與該第三高度的比值不小於0.6且不大於1。
  3. 如請求項1所述的封裝結構，其中該第三高度與該第一高度的差值小於0.3毫米。
  4. 如請求項1所述的封裝結構，其中該模封體的頂面與該至少一熱導體的頂面基本上切齊。
  5. 如請求項1所述的封裝結構，更包括： 一熱界面材料，設置於該散熱結構與該模封體之間。
  6. 如請求項1所述的封裝結構，其中該基板包括印刷電路板或低溫共燒陶瓷電路板。
  7. 如請求項1所述的封裝結構，其中該至少一熱導體包括金屬材料或陶瓷材料。
  8. 如請求項7所述的封裝結構，其中所述金屬材料包括銅或鋁，所述陶瓷材料包括氮化鋁、氮化硼、氮化銦或砷化硼。
  9. 如請求項1所述的封裝結構，其中在該發熱區域中，該至少一熱導體於該基板的一正投影面積的總和與該電子元件於該基板的一正投影面積的總和的比值在0.4以上。
  10. 如請求項1所述的封裝結構，其中該電子元件為多個，該至少一熱導體設置於相鄰的該電子元件之間。
  11. 如請求項1所述的封裝結構，其中該至少一熱導體為多個，該多個熱導體環繞該電子元件設置。
  12. 如請求項1所述的封裝結構，其中該至少一熱導體與該散熱結構為一體成形。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200910548A (en) * 2007-08-17 2009-03-01 Advanced Semiconductor Eng Semiconductor package
TWI555147B (zh) * 2015-03-20 2016-10-21 矽品精密工業股份有限公司 散熱型封裝結構及其散熱件
TWI713174B (zh) * 2016-06-02 2020-12-11 南韓商愛思開海力士有限公司 包含散熱器的半導體封裝及其製造方法
TWI773500B (zh) * 2021-03-18 2022-08-01 台灣積體電路製造股份有限公司 封裝結構及其製作方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200411871A (en) * 2002-12-30 2004-07-01 Advanced Semiconductor Eng Thermal-enhance package and manufacturing method thereof
US9820373B2 (en) * 2014-06-26 2017-11-14 Apple Inc. Thermal solutions for system-in-package assemblies in portable electronic devices
WO2020162614A1 (ja) * 2019-02-08 2020-08-13 株式会社村田製作所 モジュール

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200910548A (en) * 2007-08-17 2009-03-01 Advanced Semiconductor Eng Semiconductor package
TWI555147B (zh) * 2015-03-20 2016-10-21 矽品精密工業股份有限公司 散熱型封裝結構及其散熱件
TWI713174B (zh) * 2016-06-02 2020-12-11 南韓商愛思開海力士有限公司 包含散熱器的半導體封裝及其製造方法
TWI773500B (zh) * 2021-03-18 2022-08-01 台灣積體電路製造股份有限公司 封裝結構及其製作方法

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