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TWI234257B - Heat sink structure and chip package structure thereof - Google Patents

Heat sink structure and chip package structure thereof Download PDF

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TWI234257B TW092117783A TW92117783A TWI234257B TW I234257 B TWI234257 B TW I234257B TW 092117783 A TW092117783 A TW 092117783A TW 92117783 A TW92117783 A TW 92117783A TW I234257 B TWI234257 B TW I234257B
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Description

Ϊ234257
之技術 且特別是有關於一種 ^發明是有關於一種散熱結構 泮片接觸式散熱結構。 I 各，，^ 年來， 部線路 散熱效 理器、 移除此 能，使 知技術 表面， 扇（f an 電子元 氣環境 片之内 糸統的 中央處 夠迅速 生的熱 作，習 元件之 散熱風 地吸收 界的大 ^ 著積體電路（Integrated Ciauit，1(：)曰 处2集度（integration)不斷地攀升，曰曰 :也相對要求提高。一般而言，個人$ ”之 北橋晶片及繪圖晶片等電子元件中， ，電子元件之I C晶片於高速運作時，其^ 得I c晶片於高速運作時仍能長期維持^ 乃是利用散熱器（Heat Sink)直接接觸電子 以提供較大的散熱面積，並配合系統内部之 )所提供的冷卻氣流，使得散熱器能夠迅速 件所產生的熱能，並快速地將熱能散逸至外 =1圖繪不習知一種晶片封裝結構之散熱結構的示意 =。明參考第1圖，晶片封裝結構1 〇〇例如為一 1列（BGA)式晶片封裝結構，其中晶片1〇2係以覆^上格 ip-chlp bonding)的方式配置於封裝基板1〇4之頂面 上，並且晶片1 〇 2係與封裝基板丨〇 4電性連接。此外，散熱 板1 1 0配置於晶片封裝結構丨〇 〇之上，且散熱板丨丨〇之底面 1 2對應接觸晶片1 〇 2之背面，用以迅速地吸收晶片J 〇 2所 產生之熱此’且政熱板110之頂面114例如垂直配置多個散 熱縛片（fin)140。另外，導熱膠（thermal paste)12〇黏著
1234257 __案號92117783_年月曰 修正_ 五、發明說明（2) 於散熱板1 1 〇之底面1 1 2與晶片1 0 2之背面之間，其中導熱 膠1 2 0例如為熱固性之矽膠材料、因此必須經過嚴密的控 制程序來加熱、固化導熱膠1 2 0，並維持在特定的溫度控 制下，以確保導熱膠1 2 0之接合性良好。然而，導熱膠1 2 0 仍會降低熱傳導之效率，尤其當導熱膠120的厚度愈厚 時，其熱傳導的效率相對愈差。 另一方面，導熱膠1 2 0之成本高、且必須經過加熱、 固化等繁瑣之過程，因而使得組裝的過程無法簡化、方 便。此外，一旦導熱膠1 2 0黏著固化後，就無法再將散熱 板1 1 0與晶片封裝結構1 0 0分開，對於組裝之重工性 (rework)均會造成不方便。 發明内容 因此，本發明的目的就是在提供一種散熱結構，其中 散熱板透過彈片接觸的方式，緊密組裝於晶片封裝結構之 上，以簡化組裝的過程，且彈片之熱傳導性高，不會降低 熱傳導的效率。 為達本發明之上述目的，本發明提出一種散熱結構， 適用於一晶片封裝結構上，此散熱結構主要係由一散熱板 以及至少一拱形彈片所構成。散熱板具有一頂面以及對應 之一底面，散熱板之底面係覆蓋於晶片封裝結構之上。此 外，拱形彈片配置於散熱板之底面，而拱形彈片之端部對 應連接於底面之兩側，且拱形彈片之中間區域相對遠離底 面，且適於接觸晶片封裝結構之晶片背面。 依照本發明的較佳實施例所述，上述之散熱板之材質
11180twfl.ptc 第7頁 1234257 __案號92117783_年月日 修正_ 五、發明說明（3) 例如選自鋁、銅及該等之合金，而拱形彈片之兩端例如銲 接於散熱板之底面上’或以干涉欲合方式、鉚接方式或鎖 固的方式將拱形彈片之端部固定於散熱板之底面上。 本發明因採用彈片接觸式散熱結構，因此在組裝上不 需經過加熱、固化等過程，因而簡化組裝之過程並提高生 產效能。此外，拱形彈片與晶片封裝結構的接觸良好，且 其熱傳導的效率高，因此相對提高熱傳導之效率。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 實施方式 請參考第2圖，其繪示本發明一較佳實施例之一種晶 片封裝結構之散熱結構的示意圖。散熱結構2 1 0主要係由 熱傳導性佳之金屬材質（例如純銅、銅合金或鋁合金等）所 製成，至少包括一散熱板220以及一拱形彈片230。其中， 本實施例藉由拱形彈片2 3 0用以取代習知之導熱膠，而拱 形彈片2 3 0不需經過加熱、固化等過程，因而簡化組裝之 過程並提高生產效能。此外，晶片封裝結構2 0 0例如為一 典型之球格陣列（BGA )式晶片封裝結構，其中晶片2 0 2係以 覆晶接合的方式配置於封裝基板2 04之頂面（即第一面） 上，並且晶片2 0 2例如藉由凸塊（未繪示）與封裝基板2 0 4電 性連接。當然，本發明之散熱結構亦可適用於其他類型之 覆晶封裝結構中。 如第2圖所示，在組裝方面，散熱板220之底面222例
11180twfl.ptc 第8頁 Q2117783 1234257 _案號一 五、發明說明（4) 如具有一組十鉤224、226，固定於底面222之側緣，且卡 鉤2 2 4、2 2 6甸下，伸並扣合於晶片封裝結構2 〇 〇之封裝基 板2 0 4的底面（即第二面）上。此外，拱形彈片2 3 〇配置於散 熱板2 2 0之底面2 2 2 ’而拱形彈片2 30例如與散熱板22〇 一體 成型。在較隹情況下，可先將一金屬彈片之兩端彎曲成拱 形彈片2 3 0的形狀之後，再以銲接（we iding)的方式固定於 散熱板220之底面2 2 2，或是以干涉嵌合的方式，在散熱板 2 2 0的邊緣配置卡合溝槽（未繪示），使拱形彈片2 3 〇之兩端 2 3 4扣合或卡合於散熱板2 2 0之底面2 2 2上，或是以鉚·接或 螺鎖的方式使供形彈片2 3 0之兩端234鎖固於散埶板22〇之 底面2 2 2上。如此，拱形彈片2 3 0之端部2 34可固定連接於 散$板2 2 0之底面2 2 2上，且拱形彈片23〇之中間區域2 3 2相 對^離散熱板2 2 0之底面2 2 2，但相對靠近並接觸晶片2〇2 之背面，用以迅速地吸收晶片2 0 2所產生之埶能。因此， 當拱形彈片2 3 0之中間區域2 3 2接觸到晶片2〇2之背面時， 在容許之彈性變形範圍内，將使拱形彈片2 3 〇之表面與晶 片2 0 2之背面緊密接觸，並形成良好的接觸狀態，以使晶 片2 0 2所產生之熱能，能快速地經由拱形彈片2 3 〇傳導至散 熱板2 2 0，再由散熱板2 2 〇之表面散逸到外界空氣中。此 外，為了增加散熱板之散熱面積，散熱板22〇之頂面還可 設計成波浪狀，或垂直配置多個散熱鰭片（f in)24〇。 請參考第3圖，其繪示本發明另一較佳實施例之一種 散熱結構的俯視示意圖。拱形彈片3 3 〇排成一「十」字狀 之結構，其中間之交叉區域3 3 2相對遠離散熱板32〇之底面
11180twfl.ptc 第9頁 1234257 _案號92117783_年月日 修正_ 五、發明說明（5) 3 2 2，且對應接觸晶片封裝結構（未繪示）之晶片表面，而 拱形彈片330之四個端部334分別固定連接於底面322之四 個側邊區域上（或四個角落區域上），其連接的方式同上所 述。同樣，當拱形彈片3 3 0之中間區域3 3 2接觸到晶片之背 面時，在容許之彈性變形範圍内，將使拱形彈片2 3 0之表 面與晶片之背面緊密接觸，並形成良好的接觸狀態，以使 晶片所產生之熱能，能更快速地經由拱形彈片3 3 0傳導至 散熱板3 2 0，再由散熱板3 2 0之表面散逸到外界空氣中。當 然，拱形彈片2 3 0之端部亦可設計成3個、5個或6個含以 上，並且呈放射狀分佈且固定連接於底板之周圍表面，以 增加拱形彈片與散熱板之接觸面積，並增加熱傳導之效 能。 由上述說明可知，散熱結構係以至少一拱形彈片對應 接觸晶片封裝結構的表面，而散熱板不需再藉由導熱膠之 黏著，即可輕易地組裝於晶片封裝結構之上，因而簡化組 裝之過程並提高生產之效能。此外，拱形彈片之材質例如 為金屬，其熱傳導性優於習知之導熱膠，尤其在高壓以及 高溼度的伺服器之工作環境下，習知之導熱膠的導熱效果 將下降，而拱形彈片卻仍能保持良好的導熱效果。另外， 習知導熱膠會隨著使用時間而逐漸老化，而拱形彈片相對 於導熱膠不易產生質變，且具有較長的使用壽命，並且散 熱結構與晶片封裝結構還可重新分開，有利於組裝上之重 工性。 綜上所述，本發明之散熱結構具有下列優點：
11180twfl.ptc 第10頁 1234257 _案號92117783_年月日 修正_ 五、發明說明（6) (1)在組裝上，不需利用黏著導熱膠的方式固定散熱 板，因此不需經過加熱、固化等繁瑣之過程，因而使得組 裝的過程簡化、方便。 (2 )利用拱形彈片接觸的方式，可將散熱板緊密組裝 於晶片封裝結構之上，且拱形彈片之熱傳導性良好，故可 提高熱傳導的效率。 (3 )散熱結構與晶片封裝結構藉由卡固結構（例如卡 鉤）相扣合，且兩者還可重新分開，有利於組裝上之重工 性。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，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。
11180twfl.ptc 第11頁 1234257 __案號92117783_年月日 修正_ 圖式簡單說明 第1圖繪示習知一種晶片封裝結構之散熱結構的示意 圖。 第2圖繪示本發明一較佳實施例之一種晶片封裝結構 之散熱結構的示意圖。 第3圖繪示本發明另一較佳實施例之一種散熱結構的 俯視示意圖。 【圖式標示說明】 1 0 0、2 0 0 :晶片封裝結構 1 0 2 、2 0 2 :晶片 1 0 4、2 0 4 :封裝基板 1 1 0、2 2 0、3 2 0 :散熱板 112 、 222 、 322 :底面 1 1 4、2 2 4 :頂面 120 :導熱膠 1 4 0、2 4 0 :散熱鰭片 2 1 0 :散熱結構 226 、228 :卡鉤 2 3 0、3 3 0 :拱形彈片 2 3 2 、3 3 2 ·•中間區域 234、334 :端部
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Claims (1)

1234257 __案號92117783_年月日 修正_ 六、申請專利範圍 1 . 一種散熱結構，適用於一晶片封裝結構，至少包 括： 一散熱板，具有一頂面以及一底面，該底面適於覆蓋 在該晶片封裝結構之上；以及 至少一拱形彈片，配置於該底面上，該拱形彈片之端 部對應連接該底面，且該拱形彈片之中間區域相對遠離該 底面，並對應接觸該晶片封裝結構之表面。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，更包括複 數個卡鉤，其一端固定於該底面之周緣上，而另一端延伸 至該晶片封裝結構，並扣合該晶片封裝結構。 3 .如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該散 熱板之材質係包括鋁合金、純銅以及銅合金其中之一。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該拱 形彈片係與該散熱板一體成型。 5.如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該拱 形彈片之端部係銲接於該底面上。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該拱 形彈片之端部係鉚接於該底面上。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該拱 形彈片之端部係鎖固於該底面上。 8.如申請專利範圍第1項所述之散熱結構，其中該散 熱板周緣具、有複數個卡合溝槽，適於使該拱形彈片之端部 嵌入該些卡合溝槽。 9 · 一種散熱結構，適用於一晶片封裝結構，至少包
11180twfl.ptc 第13頁 1234257 _案號92117783_年月日 修正_ 六、申請專利範圍 括： 一散熱板，具有一頂面以及一底面，該底面適於覆蓋 在該晶片封裝結構之上； 複數個散熱鰭片，配置於該頂面上；以及 至少一拱形彈片，配置於該底面上，該拱形彈片之端 部對應連接該底面，且該些拱形彈片之中間區域相對遠離 該底面，並對應接觸該晶片封裝結構之表面。 1 0 .如申請專利範圍第9項所述之散熱結構，更包括複 數個卡鉤，其一端固定於該底面之周緣上，而另一端延伸 至該晶片封裝結構，並扣合該晶片封裝結構。 1 1 .如申請專利範圍第9項所述之散熱結構，其中該散 熱板周緣具有複數個卡合溝槽，適於使該拱形彈片之端部 欲入該些卡合溝槽。 1 2. —種晶片封裝結構，至少包括： 一封裝基板，具有一第一面以及一第二面； 一晶片，配置於該基板之該第一面上並與該基板電性 連接；以及 一散熱結構，覆蓋於該晶片上，具有一散熱板以及至 少一拱形彈片，該散熱板具有一頂面以及一底面，而該拱 形彈片配置於該底面上，且該拱形彈片之端部對應連接該 底面之周緣，並且該拱形彈片之中間區域相對遠離該底 面，並對應接觸該晶片之表面，該散熱板還具有複數個卡 鉤，其一端固定於該底面之周緣上，而另一端延伸至該基 板之該第二面，並扣合於該第二面之表面上。
11180twfl.ptc 第14頁 1234257 __案號 92117783_年月日__ 六、申請專利範圍 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該晶片係以覆晶方式與該封裝基板電性連接，且該拱形 彈片係與該晶片之背面接觸。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該散熱板之材質係包括鋁合金、純銅以及銅合金其中之 ——* 〇 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該拱形彈片係與該散熱板一體成型。 1 6.如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該拱形彈片之端部係銲接於該底面上。 1 7.如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該拱形彈片之端部係鉚接於該底面上。 1 8.如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該拱形彈片之端部係鎖固於該底面上。 1 9.如申請專利範圍第1 2項所述之晶片封裝結構，其 中該散熱板周緣具有複數個卡合溝槽，適於使該拱形彈片 之端部嵌入該些卡合溝槽。
11180twfl.ptc 第15頁
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