CN1783461A - 覆晶球形矩阵封装组件及具散热功能的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种覆晶球形矩阵封装组件及具散热功能的电子装置，所述覆晶球形矩阵封装组件，包括一基板、一晶片、多个覆晶球、一热扩散板、一散热座以及多个球形矩阵电极。该晶片是设置于该基板之上。该等覆晶球是连接于该晶片与该基板之间。该热扩散板是设置于该晶片之上，并且具有一第一表面以及一第二表面。该第一表面是相对于该第二表面，该第一表面是连接于该晶片，以及该第二表面具有至少一突出部。该散热座是连接于该热扩散板，并且具有至少一凹入部。该凹入部的形状是与该热扩散板的该突出部的形状互补，以及该突出部是位于该凹入部之中。该等球形矩阵电极是设置于该基板之下。本发明可提升热扩散板与散热座之间的热传导效率。

Description

覆晶球形矩阵封装组件及具散热功能的电子装置
技术领域
本发明是有关于一种覆晶球形矩阵封装组件，特别是有关于一种热传导效率可更为提升的覆晶球形矩阵封装组件。
背景技术
请参阅图1，一现有的覆晶塑性球形矩阵封装(flip chipplastic ball grid array package)1主要包括有多个塑性球形矩阵电极(ball grid array electrode)11、一基板(substrate)12、一晶片或集成电路(chip or integrated circuit)13、多个覆晶球(flipchip ball)14、二个加强元件15以及一热扩散板(heatspreader)16。
如图1所示，晶片13是通过多个覆晶球14而设置于基板12之上，并且在晶片13、覆晶球14与基板12之间还覆盖有一底胶17，此底胶17可用来保护覆晶球14以及将晶片13与覆晶球14固定于基板12之上。此外，在晶片13的底部还成形有一电路18，电子信号可经由覆晶球14在晶片13(电路18)与基板12之间传送，故覆晶球14在覆晶塑性球形矩阵封装1中可视为传送信号的内连接部(interconnection portion)。热扩散板16则是设置于晶片13之上，晶片13运作时所产生的热量可传导至热扩散板16上，然后再传导至外界环境中。更详细的来说，在热扩散板16与晶片13之间还涂覆有一热界面材料(thermal interfacematerial)19，晶片13运作时所产生的热量实际上是经由热界面材料19而传导至热扩散板16上。二个加强元件15则是设置于基板12的两侧上，并且是位于热扩散板16与基板12之间，而可用来加强覆晶塑性球形矩阵封装1的整体机械强度。
此外，覆晶塑性球形矩阵封装1可通过塑性球形矩阵电极11而设置于一印刷电路板(printed circuit board，PCB)2之上，因此，电子信号可经由覆晶球14及塑性球形矩阵电极11而在晶片13(电路18)、基板12与印刷电路板2之间双向传送。
此外，当晶片13的运作功率较高时，其通常会伴随着更高的热量产生，此时即需在热扩散板16上额外设置一散热座(heatsink)3来辅助散热，如图2所示。更详细的来说，在热扩散板16与散热座3之间还涂覆有另一热界面材料31，此热界面材料31可以是环氧类粘着剂(epoxy adhesive)等。热扩散板16上的热量实际上是经由热界面材料31而传导至散热座3上，然后热量会再被传递至外界环境中。
如上所述，由于热扩散板16上的热量是经由热传导(thermalconduction)的方式传递至散热座3上，故热扩散板16与散热座3之间的接合界面平坦度要求就变得非常重要。换句话说，热扩散板16的顶部表面与散热座3的底部表面必须非常的平坦，如此才不至于使得热扩散板16与散热座3之间的热阻抗过高，进而不至于使得热扩散板16与散热座3间的热传导效率变差。
上述热扩散板16与散热座3之间的热传导效率可概略地透过以下的热传学公式来分析：
ΔT＝P×Rint
Rint＝l/K×A
其中，ΔT代表晶片13所增加的温度，P代表晶片13的运作功率，Rint代表热界面材料31(或接合界面)的热阻抗，l代表热界面材料31(或接合界面)的厚度，K代表热界面材料31的热传导系数，以及A代表热扩散板16与散热座3的接合界面面积。
由以上的热传学公式可知，当Rint愈小时，晶片13所增加的温度就愈小，或晶片13所产生的热量可愈轻易地经由热扩散板16传导至散热座3上。因此，在A(接合界面面积)固定的情形下，为了降低Rint，只有从减少l(热界面材料31或接合界面的厚度)或增加K来进行才可降低Rint。
首先，在l减少的情形下，倘若热扩散板16的顶部表面与散热座3的底部表面不够平坦时，空气间隙即会很容易存在于热界面材料31与热扩散板16之间以及热界面材料31与散热座3之间，而空气的热传导系数(K)又非常的小，故会使得Rint大幅升高。因此，为了解决空气存在于热界面材料31与热扩散板16之间以及热界面材料31与散热座3之间而导致Rint大幅升高的问题，只有从提升热扩散板16的顶部表面与散热座3的底部表面的平坦度来进行，然而，热扩散板16的顶部表面与散热座3的底部表面的平坦化制程会导致相当高的制造成本。
在另一方面，为了降低Rint，亦可选用具有较高热传导系数(K)的热界面材料31，然而，具有高热传导系数(K)的热界面材料31通常是相当昂贵的，因而亦会导致相当高的制造成本。
此外，由于晶片13的运作经常是间歇性的，故在晶片13的间歇运作下，热扩散板16与散热座3即会因为不断的热胀冷缩效应而弯曲变形，而此将会导致热扩散板16与散热座3之间的接合界面损坏(亦即热界面材料31会脱离热扩散板16或散热座3)，进而使热扩散板16与散热座3间的热传导效率变差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是要提供一种覆晶球形矩阵封装组件，其热扩散板与散热座之间可具有较大的接合界面面积，以提升热扩散板与散热座之间的热传导效率。
本发明的一目的是要提供一种覆晶球形矩阵封装组件，其包括一基板；一晶片，设置于该基板之上；多个覆晶球，是连接于该晶片与该基板之间；一热扩散板，设置于该晶片之上，并且具有一第一表面以及一第二表面，其中，该第一表面是相对于该第二表面，该第一表面是连接于该晶片，以及该第二表面具有至少一突出部；一散热座，是连接于该热扩散板，并且具有至少一凹入部，其中，该凹入部的形状是与该热扩散板的该突出部的形状互补，以及该突出部是位于该凹入部之中；以及多个球形矩阵电极，设置于该基板之下。
本发明所述的覆晶球形矩阵封装组件，其更包括至少一加强元件，是设置于该基板与该热扩散板之间，用以加强该覆晶球形矩阵封装组件的机械强度。
本发明所述的覆晶球形矩阵封装组件，该散热座更包括有多个鳍片，该等鳍片是相对于该凹入部。
本发明所述的覆晶球形矩阵封装组件，该晶片是为一集成电路。
本发明所述的覆晶球形矩阵封装组件，该晶片是为一微处理器。
本发明所述的覆晶球形矩阵封装组件，其更包括一热界面材料层，是成形于该热扩散板与该散热座之间。
本发明的另一目的是要提供一种具散热功能的电子装置，其包括一电子元件；一热扩散板，设置于该电子元件之上，并且具有一第一表面以及一第二表面，其中，该第一表面是相对于该第二表面，该第一表面是连接于该电子元件，以及该第二表面具有至少一突出部；以及一散热座，是连接于该热扩散板，并且具有至少一凹入部，其中，该凹入部的形状是与该热扩散板的该突出部的形状互补，该突出部是位于该凹入部之中，以及该电子元件所产生的热量是经由该热扩散板与该散热座而传导至外界。
本发明所述的具散热功能的电子装置，其更包括一基板，是设置于该电子元件之下，用以承载该电子元件。
本发明所述的具散热功能的电子装置，其更包括至少一加强元件，是设置于该基板与该热扩散板之间，用以加强该电子装置的机械强度。
又根据上述目的，该散热座更包括有多个鳍片，该等鳍片是相对于该凹入部。
本发明所述的具散热功能的电子装置，该电子元件是为一集成电路。
本发明所述的具散热功能的电子装置，该电子元件是为一微处理器。
本发明所述的具散热功能的电子装置，其更包括一热界面材料层，是成形于该热扩散板与该散热座之间。
本发明所述覆晶球形矩阵封装组件及具散热功能的电子装置，可提升热扩散板与散热座之间的热传导效率。
附图说明
图1是显示一现有的覆晶塑性球形矩阵封装的侧视示意图；
图2是显示一现有的覆晶塑性球形矩阵封装与一散热座结合后的侧视示意图；
图3是显示本发明的第一个实施例的覆晶球形矩阵封装组件的侧视示意图；
图4是显示本发明的第二个实施例的覆晶球形矩阵封装组件的侧视示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合所附图式做详细说明。
第一实施例：
请参阅图3，本实施例的覆晶球形矩阵封装组件(flip chip ballgrid array package assembly)100主要包括有一基板110、一晶片(电子元件)120、多个覆晶球130、一热扩散板140、一散热座150、多个球形矩阵电极160以及二个加强元件170。
晶片(电子元件)120是通过多个覆晶球130而设置于基板110之上，并且在晶片120、覆晶球130与基板110之间还覆盖有一底胶180，此底胶180可用来保护覆晶球130以及将晶片120与覆晶球130固定于基板110之上。此外，在晶片120的底部还可成形有一电路121，电子信号可经由覆晶球130在晶片120(电路121)与基板110之间传送。此外，晶片120可以是一集成电路、一微处理器或其它的电子元件。
热扩散板140是设置于晶片120之上，并且热扩散板140具有一第一表面141以及一第二表面142。第一表面141乃是相对于第二表面142，并且第一表面141可以通过一热界面材料190而连接于晶片120。晶片120运作时所产生的热量实际上是经由热界面材料190而传导至热扩散板140上。特别的是，热扩散板140的第二表面142上还成形有多个突出部143。
散热座150是连接于热扩散板140，并且散热座150具有多个凹入部151。特别的是，每一个凹入部151的形状皆是与热扩散板140的每一个突出部143的形状互补，因此，当散热座150是连接于热扩散板140时，每一个突出部143皆是位于每一个凹入部151之中。此外，在热扩散板140与散热座150之间还成形有一热界面材料层195，此热界面材料层195可以是由环氧类粘着剂(epoxy adhesive)等所组成。热扩散板140上的热量实际上是经由热界面材料层195而传导至散热座150上，然后热量会再被传递至外界环境中。再者，散热座150还具有多个鳍片152，这些鳍片152乃是相对于凹入部151，而可用来辅助散热。
二个加强元件170则是设置于基板110的两侧上，并且是位于热扩散板140与基板110之间，而可用来加强覆晶球形矩阵封装组件100的整体机械强度。
多个球形矩阵电极160则是设置于基板110之下，同时，覆晶球形矩阵封装组件100可通过球形矩阵电极160而与一印刷电路板200产生电性连接。
如上所述，由于热扩散板140上的热量是以热传导的方式传递至散热座150上，故根据热传学公式：
ΔT＝P×Rint以及
Rint＝l/K×A，
热扩散板140与散热座150之间的热传导效率可被分析如下：
首先，由于本实施例的热扩散板140与散热座150之间是以多个突出部143以及多个凹入部151相互连接，故热扩散板140与散热座150之间的接合界面面积(A)相较于现有覆晶塑性球形矩阵封装1的热扩散板16与散热座3之间的接合界面面积大许多。在热界面材料层195(或接合界面)的厚度(l)以及热界面材料层195的材质不变的条件下，热扩散板140与散热座150之间的热阻抗(Rint)即会变得小很多，因此，热扩散板140与散热座150之间的热传导效率即可大幅提升，进而可使热量或温度不易累积于晶片120上。
再者，即使热扩散板140的顶部表面(第二表面142)与散热座150的底部表面不够平坦，使得些许空气间隙存在于热界面材料层195与热扩散板140之间以及热界面材料层195与散热座150之间，此时，虽然接合界面(或热界面材料层195)的热传导系数(K)变小，但热扩散板140与散热座150之间所大幅增加的接合界面面积(A)却可弥补降低的热传导系数(K)，因此，热扩散板140与散热座150之间的热传导效率并不会降低。由此可知，热扩散板140的顶部表面(第二表面142)与散热座150的底部表面的平坦度要求并不需太高，如此一来，即可降低覆晶球形矩阵封装组件100的制造成本。
同样地，由于热扩散板140与散热座150之间的接合界面面积(A)已大幅增加，故在热界面材料层195的选用上可以采用热传导系数(K)较低的材料，如此一来，覆晶球形矩阵封装组件100的制造成本亦可降低。
此外，由于热扩散板140与散热座150是通过多个突出部143与多个凹入部151相互卡合的方式而连接在一起，故热扩散板140与散热座150之间的连接强度可更为提升。
如上所述，由于热扩散板140与散热座150是通过多个突出部143与多个凹入部151相互卡合的方式而连接在一起，故热扩散板140与散热座150之间的连接会较具有弹性，因此，在晶片120的间歇运作下，热扩散板140与散热座150较不会受到热胀冷缩效应影响而弯曲变形，进而不会使热扩散板140与散热座150之间的接合界面发生损坏(亦即热界面材料层195不会脱离热扩散板140或散热座150)。
此外，热扩散板140的多个突出部143与散热座150的多个凹入部151亦可以互换，换句话说，多个突出部可以成形于散热座150上，而多个凹入部则可以成形于热扩散板140上，其同样可达成相同的热传导效果。
第二实施例：
在本实施例中，与第一实施例相同的元件均标示以相同的符号。
请参阅图4，在本实施例的覆晶球形矩阵封装组件100’与第一实施例的覆晶球形矩阵封装组件100之间，其最大的差别是在于热扩散板140’具有多个锯齿状突出部143’，而散热座150’则具有多个锯齿状凹入部151’。同样地，每一个锯齿状凹入部151’的形状皆是与每一个锯齿状突出部143’的形状互补。当散热座150’是连接于热扩散板140’时，每一个锯齿状突出部143’皆是位于每一个锯齿状凹入部151’之中。因此，热扩散板140’与散热座150’之间的接合界面面积(A)相较于现有覆晶塑性球形矩阵封装1的热扩散板16与散热座3之间的接合界面面积亦是大许多，而同样可使热扩散板140’与散热座150’之间的热传导效率大为提升。
至于本实施例的其它组件构造、特征及优点均与第一实施例相同，故为了使本案的说明书内容能更清晰易懂起见，在此省略其重复的说明。
综上所述，本发明的热扩散板及散热座并不局限于以上两个实施例所介绍的形状，例如，热扩散板与散热座之间的接合界面形状可利用有限元素分析法来详加设计，以使得热扩散板与散热座之间的接合界面面积更为加大，进而更加提升其两者之间的热传导效率。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
1：覆晶塑性球形矩阵封装
2、200：印刷电路板
3、150、150’：散热座
11：塑性球形矩阵电极
12、110：基板
13：晶片或集成电路
14、130：覆晶球
15、170：加强元件
16、140、140’：热扩散板
17、180：底胶
18、121：电路
19、31、190：热界面材料
100、100’：覆晶球形矩阵封装组件
120：晶片(电子元件)
141：第一表面
142：第二表面
143、143’：突出部
151、151’：凹入部
152：鳍片
160：球形矩阵电极
195：热界面材料层

Claims (10)

1、一种覆晶球形矩阵封装组件，所述覆晶球形矩阵封装组件包括：
一基板；
一晶片，设置于该基板之上；
多个覆晶球，是连接于该晶片与该基板之间；
一热扩散板，设置于该晶片之上，并且具有一第一表面以及一第二表面，其中，该第一表面是相对于该第二表面，该第一表面是连接于该晶片，以及该第二表面具有至少一突出部；
一散热座，是连接于该热扩散板，并且具有至少一凹入部，其中，该凹入部的形状是与该热扩散板的该突出部的形状互补，以及该突出部是位于该凹入部之中；以及
多个球形矩阵电极，设置于该基板之下。
2、根据权利要求1所述的覆晶球形矩阵封装组件，其特征在于：更包括至少一加强元件，是设置于该基板与该热扩散板之间，用以加强该覆晶球形矩阵封装组件的机械强度。
3、根据权利要求1所述的覆晶球形矩阵封装组件，其特征在于：该散热座更包括有多个鳍片，该鳍片是相对于该凹入部。
4、根据权利要求1所述的覆晶球形矩阵封装组件，其特征在于：该晶片是为一集成电路或一微处理器。
5、根据权利要求1所述的覆晶球形矩阵封装组件，其特征在于：更包括一热界面材料层，是成形于该热扩散板与该散热座之间。
6、一种具散热功能的电子装置，所述具散热功能的电子装置包括：
一电子元件；
一热扩散板，设置于该电子元件之上，并且具有一第一表面以及一第二表面，其中，该第一表面是相对于该第二表面，该第一表面是连接于该电子元件，以及该第二表面具有至少一突出部；以及
一散热座，是连接于该热扩散板，并且具有至少一凹入部，其中，该凹入部的形状是与该热扩散板的该突出部的形状互补，该突出部是位于该凹入部之中，以及该电子元件所产生的热量是经由该热扩散板与该散热座而传导至外界。
7、根据权利要求6所述的具散热功能的电子装置，其特征在于：更包括一基板，是设置于该电子元件之下，用以承载该电子元件。
8、根据权利要求7所述的具散热功能的电子装置，其特征在于：更包括至少一加强元件，是设置于该基板与该热扩散板之间，用以加强该电子装置的机械强度。
9、根据权利要求6所述的具散热功能的电子装置，其特征在于：该电子元件是为一集成电路或一微处理器。
10、根据权利要求6所述的具散热功能的电子装置，其特征在于：更包括一热界面材料层，是成形于该热扩散板与该散热座之间。
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