专利名称：加强散热的封装结构的制作方法
技术领域：
本发明关于一种加强散热的封装结构，特别是关于一种包含多个纳米碳球及非鳍片式散热层的封装结构。
背景技术：
当今半导体元件制造趋势为减小元件尺寸及增快资料处理速度，高密度元件电路布局因应而生，单位面积产生的热能因此大幅提高。近年来携带型电子消费产品诸如手机、平板型电脑的进步日新月异，手持式电子产品中的元件散热更考量到散热封装结构的尺寸大小。一种不占空间又有效率的散热结构必须跟上元件制造趋势，而且能及时提供需要的散热能力。一般常见的封装结构有两种不同形貌:图1显示一现有散热的封装结构10，该散热结构10配置于半导体芯片封装之上，该散热结构10包含:一芯片载体11 ;一高功率芯片14，设置于该芯片载体11上；一封装胶材13，包覆该高功率芯片14 ;以及一鳍片式散热装置15，设置于该封装胶材13之上；另包含多个锡球17置于该芯片载体11相对于该高功率芯片14的另一表面。图2显示一现有散热的封装结构20，该散热结构20包含:一芯片载体21 ;—高功率芯片24，设置于该芯片载体21上；一封装胶材23，包覆该高功率芯片24 ；以及一平板式散热装置25，设置于该封装胶材23之上。另包含多个锡球27置于该芯片载体21相对于该高功率芯片24的另一表面。比较图1及图2两种结构，其皆具有较厚的厚度且较大的面积，应用于手持式电子产品皆不甚理想。一般现有的散热封装结构如图1及2，其散热能力与和空气接触表面积成正相关。如传统鳍片式散热层，鳍片数目愈多散热效率愈高，然而售价较高以及结构厚度较厚；传统平板式散热层售价较低以及结构厚度较薄，但散热效率不如传统鳍片式散热层。为了进一步提高散热效率，传统散热结构需要增加强制对流，也就是附加安装对流风扇装置，以达到日益严苛的散热需求。因此，发明一种不占空间又有效率的散热结构有其必要。
发明内容
本发明的一实施例提供一种加强散热的封装结构，包含:一芯片载体；一高功率芯片，设置于该芯片载体上；一封装胶材，包覆该高功率芯片；一散热层，设置于该封装胶材上，其中该散热层包含多个纳米碳球；以及一非鳍片式散热装置，设置于该散热层之上或该封装胶材与该散热层之间。本发明的一实施例提供另一种加强散热的封装结构，包含:一芯片载体；一高功率芯片，设置于该芯片载体上；一封装胶材，包覆该高功率芯片，该封装胶材包含多个纳米碳球；以及一非鳍片式散热装置，设置于该封装胶材上。上文已相当广泛地概述本发明的技术特征及优点，俾使下文的本发明详细描述得以获得较佳了解。构成本发明的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本发明相同的目的。本发明所属技术领域中具有通常知识者亦应了解，这类等效建构无法脱离后附的权利要求所界定的本发明的精神和范围。
图1显示一现有散热的封装结构；图2显示一现有散热的封装结构；图3为本发明一实施例的加强散热的封装结构；图4为本发明另一实施例的加强散热的封装结构；以及图5为本发明一实施例的加强散热的封装结构。
具体实施例方式纳米碳球(Carbon nanocapsules, CNCs)为一种碳结晶结构,其尺寸介于1_100纳米之间，一般而言，最常见的CNCs为30纳米。CNCs具有一特殊的物理性质，即有效地吸收高温下半导体元件产生的热能并以红外线的形式释放。一般硅基板具有1.1eV的能带间隙，CNCs释放的红外线能量小于1.leV，故不为硅基板所吸收，因此，将CNCs整合入封装结构中能有效率地提高其散热效果。除此之外，因为CNCs的加入，使得现有封装结构的形貌得以变得更轻薄，本发明将揭露此一含有CNCs的加强散热封装结构于以下实施例中。图3为本发明一实施例的加强散热的封装结构30,包含:一芯片载体31 ;—高功率芯片34,设置于该芯片载体31上；一多个锡球32,设置于该芯片载体31的一下表面312 ；一封装胶材33，包覆该高功率芯片34而设置于载体31的上表面311 散热层38，设置于该封装胶材33上，其中该散热层38混合有多个纳米碳球(CNCs) 37 ;以及一非鳍片式散热装置35，设置于该散热层38与该封装胶材33之间。该芯片载体31可为一弹性基板、一刚性基板、或一半导体基板(如硅基板)。该高功率芯片34置于该芯片载体31的一上表面311，一般而言，该高功率芯片34含有0.5瓦以上的输出功率，且其与载体41电性连接的方式可以是透过凸块或是焊线连接(附图省略)，现今高瓦数的发光元件或中央处理器皆适用此封装。此实施例中使用的封装胶材可为环氧树脂、或加强散热效果的填充环氧树脂。该散热层38的形式包含薄膜、膏状物、及粉末涂料，上述材料中皆含有多个纳米碳球(CNCs) 37。由于CNCs具有良好的散热能力，因此在散热层38材料中占有1%重量百分比的CNCs即能发挥效果。其中散热层38的形成方法包含:涂布、丝网印刷、模版印刷、旋涂、喷刷、套印、溅射、蒸镀、浸溃、电镀、以及电浆辅助沈积。此外，纳米碳球(CNCs)表面也可经官能基化(functionalized)而使含有CNCs的散热层38胶材能藉由上述形成方法结合于该散热装置35的上表面，不需额外的粘附材料或工艺。该散热层38与该散热装置35形成的单元亦可以直接藉由传统封装工艺与各式半导体封装结合。该散热装置35为一非鳍片式散热板,例如一平板状散热板。该散热板可为一金属薄膜，其成分选自由铜及铝所组成的群组。现有的鳍片式散热板价格高并具有较厚的尺寸，不符合一般讲求轻薄的携带型电子产品的要求，因此CNCs的加入可有效减薄散热板的厚度及增加散热的效率。
图4为本发明一实施例的加强散热的封装结构40,包含:一芯片载体41;一高功率芯片34,设置于该芯片载体41上；一多个锡球42,设置于该芯片载体41的一下表面412 ；一封装胶材43，包覆该高功率芯片34 散热层48，设置于该封装胶材43上表面，其中该散热层48内混合了多个纳米碳球(CNCs)45 ;以及一非鳍片式散热装置49，设置于该散热层48之上。该芯片载体41可为一弹性基板、一刚性基板、或一半导体基板。该高功率芯片34置于该芯片载体41的一上表面411, 一般而言,该高功率芯片34含有0.5瓦以上的输出功率，其与载体41电性连接的方式可以是透过凸块或是焊线连接(附图省略)，现今高瓦数的发光元件或中央处理器皆适用此封装型态。此实施例中封装胶材可为环氧树脂、或加强散热效果的填充环氧树脂。该散热层48的形式包含薄膜、膏状物、及粉末涂料，上述材料中皆含有多个纳米碳球(CNCs) 45。由于CNCs具有良好的散热能力，因此在散热层48材料中占有1%重量百分比的CNCs即能发挥效果。其中散热层48的形成方法包含:涂布、丝网印刷、模版印刷、旋涂、喷刷、套印、溅射、蒸镀、浸溃、电镀、以及电浆辅助沈积。此外，纳米碳球(CNCs)表面也可经官能基化(functionalized)而使含有CNCs的散热层48胶材能藉由上述形成方法结合于该散热装置49的下表面与该封装胶材43的上表面，不需额外的粘附材料或工艺。该散热层48与该散热装置49形成的单元亦可以直接藉由传统封装工艺与各式半导体封装结
入
口 ο该散热装置49为一非鳍片式散热板,例如一平板状散热板。该散热板可为一金属薄膜，其成分选自由铜及铝所组成的群组。现有的鳍片式散热板价格高并具有较厚的尺寸，不符合一般讲求轻薄的携带型电子产品的要求，因此CNCs的加入可有效减薄散热板的厚度。图5为本发明另一实施例的加强散热的封装结构50,包含:一芯片载体51 ;—高功率芯片34,设置于该芯片载体51上；一多个锡球52,设置于该芯片载体51的一下表面512 ;一封装胶材53，包覆该高功率芯片34 ;—非鳍片式散热装置57，设置于该封装胶材53上，其中该封装胶材53内混合有多个纳米碳球(CNCs)55。于本实施例中，该芯片载体51可为一弹性基板、一刚性基板、或一半导体基板。该高功率芯片34置于该芯片载体51的一上表面511，一般而言，该高功率芯片34含有0.5瓦以上的输出功率，现今高瓦数的发光元件或中央处理器皆适用此封装。此实施例中使用一般的封装胶材，例如环氧树脂、或加强散热效果的填充环氧树脂。该封装胶材53的材料包含环氧树脂、或加强散热效果的填充环氧树脂，上述材料中皆含有多个纳米碳球(CNCs) 45。由于CNCs具有良好的散热能力，因此在封装胶材53中占有1%重量百分比的CNCs即能发挥效果。此外，纳米碳球(CNCs)表面也可经官能基化(functionalized)而使含有CNCs的封装胶材53能藉由上述形成方法结合于该芯片载体51上表面511与该非鳍片式散热装置57的下表面571，不需额外的粘附材料或工艺。由于混合于封装胶材53内为非导电性(non conductive)的纳米碳球(CNCs),因此不会破坏封装胶材53的绝缘特性。该封装胶材53与该非鳍片式散热装置57形成的单元亦可以直接藉由传统封装工艺与各式半导体封装结合。该散热装置57为一非鳍片式散热板,例如一平板状散热板。该散热板可为一金属薄膜，其成分选自由铜及铝所组成的群组。现有的鳍片式散热板价格高并具有较厚的尺寸，不符合一般讲求轻薄的携带型电子产品的要求，因此CNCs的加入可有效减薄散热板的厚度。含有纳米碳球(CNCs)的散热层或封装胶材可与许多现有的封装结构直接整合，诸如接脚式(lead frame based)封装、晶圆层级芯片(wafer-level chip scale)封装、基板式(substrate based)封装、陶瓷式(ceramic based)封装、多芯片式(multi chip)封装、3D集成电路(3D IC)封装、系统(system-1n-package)封装、次系统封装(sub-system)、模组(module)封装等，对现今产业需要的加强散热的小体积封装结构有立即的帮助。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，在不背离后附权利要求所界定的本发明精神和范围内，本发明的教示及揭示可作种种的替换及修饰。例如，上文揭示的许多工艺可以不同的方法实施或以其它工艺予以取代，或者采用上述二种方式的组合。此外，本案的权利范围并不局限于上文揭示的特定实施例的工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。本发明所属技术领域中具有通常知识者应了解，基于本发明教示及揭示工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤，无论现在已存在或日后开发者，其与本案实施例揭示者以实质相同的方式执行实质相同的功能，而达到实质相同的结果，亦可使用于本发明。因此，以下的权利要求用以涵盖用以此类工艺、机台、制造、物质的成份、装置、方法或步骤。
权利要求
1.一种加强散热的封装结构，包含: 一芯片载体； 一高功率芯片，设置于该芯片载体上； 一封装胶材，包覆该高功率芯片； 一散热层，设置于该封装胶材上，其中该散热层包含多个纳米碳球；以及 一非鳍片式散热装置，设置于该散热层之上或该封装胶材与该散热层之间。
2.根据权利要求1所述的加强散热的封装结构，其特征在于，该散热层的形式包含薄膜、膏状物、及粉末涂料。
3.根据权利要求1所述的加强散热的封装结构，其特征在于，另包含多个锡球，设置于该芯片载体相对于该高功率芯片的一表面。
4.根据权利要求1所述的加强散热的封装结构，其特征在于，该高功率芯片含有0.5瓦以上的输出功率。
5.根据权利要求1所述的加强散热的封装结构，其特征在于，该非鳍片式散热装置包含一平板式散热装置。
6.根据权利要求5所述的加强散热的封装结构，其特征在于，该平板式散热装置为一金属薄膜，该金属薄膜选自由铜及铝所组成的群组。
7.一种加强散热的封装结构，包含: 一芯片载体； 一高功率芯片，设置于该芯片载体上； 一封装胶材，包覆该高功率芯片，该封装胶材包含多个纳米碳球；以及 一非鳍片式散热装置，设置于该封装胶材上。
8.根据权利要求7所述的加强散热的封装结构，其特征在于，另包含多个锡球，设置于该芯片载体相对于该高功率芯片的一表面。
9.根据权利要求7所述的加强散热的封装结构，其特征在于，该高功率芯片含有0.5瓦以上的输出功率。
10.根据权利要求7所述的加强散热的封装结构，其特征在于，该非鳍片式散热装置包含一平板式散热装置，该平板式散热装置为一金属薄膜，该金属薄膜选自由铜及铝所组成的群组。
全文摘要
一种加强散热的封装结构，包含一芯片载体；一高功率芯片，设置于该芯片载体上；一封装胶材，包覆该高功率芯片；一散热层，设置于该封装胶材上，其中该散热层包含多个纳米碳球；以及一非鳍片式散热装置，设置于该散热层之上或该封装胶材与该散热层之间。该封装胶材亦可包含多个纳米碳球。
文档编号H01L23/367GK103107148SQ201210256829
公开日2013年5月15日 申请日期2012年7月24日 优先权日2011年11月11日
发明者刘安鸿, 黄士芬, 李宜璋, 黄祥铭 申请人:南茂科技股份有限公司