芯片封装结构的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种芯片封装结构。

背景技术：

随着微电子、通信技术的飞速发展，电子设备与人们的工作和生活的关系日益密切。近年来，智能手机等便携式设备也得到了迅猛发展。随着智能手机应用性能的迅速提升，手机中的射频芯片、基带芯片、图形处理芯片等工作时释放的大量热能如果不及时散发出去，会导致芯片温度过高，影响电子设备的稳定性，严重时还可能导致芯片烧毁。

如图1所示，传统的芯片封装结构中芯片1通常被由塑封材料形成的封装体2包覆而与外界隔离。而封装体自身的材料，例如环氧树脂等的导热系数仅为0.2瓦每米每开(单位：w/(m.k))，其中，k表示开氏温度，封装体自身的导热性能较差。

而传统的芯片降温方式主要采用被动式散热方式，即在电子设备中设置对芯片的封装体表面进行散热的制冷装置或系统，制冷装置或系统可以根据芯片的封装表面的大小、芯片发热量大小以及电子设备内可以利用的安装空间进行设计、选型。然而，该种被动式散热方式不仅结构复杂、成本高，而且由于其是安装于封装体外侧，所以芯片自身仍旧是内热外冷，散热效率难以提高，已无法满足智能手机等轻薄型电子设备的散热需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种芯片封装结构以克服现有技术中被动式散 热效率不佳的问题，从而进一步提高芯片的散热效率及工作性能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种芯片封装结构，包含：芯片、热电制冷模组和封装体；所述热电制冷模组与所述芯片均位于所述封装体内，且所述热电制冷模组具有相对的吸热表面和散热表面，所述吸热表面贴合于所述芯片的一面，所述散热表面暴露于所述封装体表面。

本发明实施方式相对于现有技术而言，直接将热电制冷模组与芯片均设置于封装体内，并使得热电制冷模组的吸热表面贴合于芯片的发热面且热电制冷模组的散热表面暴露于封装体表面，从而实现利用热电制冷模组的灵活制冷性能直接对芯片的发热面进行散热。本发明实施方式消除了传统制冷方案中环氧树脂等的塑封材料导热效率低下造成的芯片内热外冷、散热效果不佳的现象，使得芯片直面冷源，从而更有效地对芯片进行降温，提高芯片长时间工作的稳定性，并有利于降低芯片功耗。

优选地，所述芯片与所述吸热表面贴合的一面设有信号接点，所述信号接点通过导线电性连接于所述封装体，从而可以在芯片的一面引出信号的同时对芯片进行散热，提高该芯片封装结构适用的灵活性。

优选地，所述芯片倒装于所述封装体，且所述芯片具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面贴合于所述吸热表面，所述第二表面电性连接于所述封装体。通过将芯片倒装于封装体从而可以增加热电制冷模组的吸热表面与芯片的结合面积，进一步提高散热效率。

优选地，所述芯片封装结构还包含导热件，所述热电制冷模组的吸热表面通过所述导热件固定于所述芯片。

优选地，所述导热件为导热胶，从而既可以方便地将热电制冷模组固定于芯片，而且可以进一步提高芯片与热电制冷模组之间的导热效率。

优选地，所述吸热表面的中心位置对应于所述芯片的中心位置，从而使得芯片释放的热能可以均匀地散发出去。

附图说明

图1是现有技术的芯片封装结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式芯片封装结构的结构示意图；

图3是根据本发明第二实施方式芯片封装结构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

现有的芯片封装结构中芯片都是通过塑封材料的导热与外部空气热交换而进行散热。而本发明实施方式在封装体中增加热电制冷模组，并使之与芯片结合从而实现主动散热，即使得芯片产生的热量直接物理传导至与芯片连接的热电制冷模组的冷源，从而实现更为有效的散热效果。本发明的芯片封装结构可直接代替传统的芯片封装结构外加被动式散热装置的方案。因此本发明具有更多的优势，比如外加被动式散热装置(如散热片+风扇)成本较高、且会消耗额外的功耗；同时其所需空间也比较大；另外，传统封装的散热方式造成内热外冷，芯片散热的效率低，而本发明实施方式的散热方式使得内冷外热，芯片不易升温，从而具有更佳的散热效率，散热效果更好。因此对于当今高度集成化的产品应用中(如手机等体积要求较高的产品)，本发明实施方式的芯片封装结构具有更好的应用性能。

本发明的第一实施方式涉及一种芯片封装结构，其可广泛适用于各种芯 片的封装，包括但不限于：基带芯片、音视频处理芯片、影像传感芯片等。如图2所示，该芯片封装结构包含：芯片1、封装体2和热电制冷模组3。热电制冷模组3连接于芯片1的供电电路(图未示)，并从芯片1的供电电路中获取适当的直流电流，根据热电制冷原理，热电制冷模组中通入的直流电流的大小决定热电制冷模组的制冷能力，因此，可以通过优化热电制冷模组的阻抗等以使热电制冷模组具有合适的供冷能力，并释放较少的焦耳热。热电制冷模组3与芯片1均位于封装体2内。热电制冷模组3具有相对的吸热表面和散热表面，吸热表面贴合于芯片1的一面，散热表面暴露于封装体2表面。即将热电制冷模组堆叠于芯片上，通过封装体2将热电制冷模组3和芯片1包封住。本实施方式中的封装体可以由传统的塑封材料制作形成，比如环氧树脂等。封装体对于热电制冷模组起到一定的支撑作用，对芯片具有一定的保护作用。较佳地，本实施方式的芯片封装结构还包含导热件4，热电制冷模组2的吸热表面通过导热件4固定于芯片1，作为优选，导热件可以采用导热胶，导热胶不仅可以将热电制冷模组固着于芯片，而且可以增强芯片与热电制冷模组吸热表面之间的物理导热能力，提高散热效率。

本实施方式的芯片封装结构适用于多种芯片封装工艺。现以采用打线(wire-bonding)工艺制作的芯片为例对本实施方式的芯片封装结构进行举例说明。具体而言，本实施方式中芯片1与吸热表面贴合的一面设有信号接点，信号接点通过导线电性连接于封装体。在实际应用中，芯片的信号接点通常设置于芯片表面的边缘，可以将热电制冷模组先固定于芯片的表面，并使得热电制冷模组避让开信号接点，并使得热电制冷模组与芯片之间预留出导线的位置，再通过导线将信号接点分别连接至封装体，封装体具有可与外部电路连接的信号接脚。换句话说，热电制冷模组以其吸热表面贴合于芯片1的方式嵌入于封装体，且在芯片1与吸热表面贴合的一面预留信号接点及导线的位置。

作为优选，本实施方式中热电制冷模组吸热表面的中心位置对应于芯片 的中心位置，从而使得芯片释放的热能可以均匀地散发出去。

本实施方式中的热电制冷模组3包含：热端基板30、冷端基板31、上导流片32、下导流片33、散热片34以及至少一温差电偶对35。上导流片32、下导流片33设置于温差电偶对35的两端，且上导流片32、下导流片33位于冷端基板31和热端基板30之间，散热片34设置于热端基板30。其中，散热片34作为热电制冷模组3的散热表面，暴露于封装体2，而冷端基板31作为热电制冷模组3的吸热表面，贴合于芯片1。在实际应用中，热端基板30、冷端基板31优选采用陶瓷基板，陶瓷基板具有较佳的绝缘性能和导热性能。上导流片32、下导流片33可以采用铜、铝、金等金属制成薄片，连接于热电制冷模组的供电电路。值得一提的是，本实施方式的热电制冷模组包含多个温差电偶对，多个温差电偶对均并联于热端基板与冷端基板之间。温差电偶对的数量可以根据芯片的发热量进行设定。当热电制冷模组包含多个温差电偶对时，热电制冷模组中各温差电偶对中的电流为串联方式，热量传导为并联方式，从而可以提供较强的供能能力，满足不同芯片的散热需求。

当芯片工作时，由于芯片的供电电路会向热电制冷模组提供合适的直流电流，而热电制冷模组得电后，会使冷端基板吸热，热端基板发热，从而可以直接吸收芯片产生的大量热能，并通过散热片散发到封装体外部。

因此本实施方式的芯片封装结构，由于芯片上封装有热电制冷模组，从而使得芯片工作时，热电制冷模组自动进行热能传导，直接将芯片释放的大量热能传导至封装体表面，使得整个芯片封装结构内冷外热，芯片不易升温，散热效率更佳。本实施方式与现有技术相比，既能够对芯片进行主动式散热，提高散热效率，而且由于芯片的工作温度降低，从而可以进一步降低芯片整体的功耗。

本发明的第二实施方式涉及一种芯片封装结构。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，芯片封装结构中 芯片采用打线工艺进行信号传输，且在芯片与吸热表面贴合的一面需要预留信号接点的位置。而在本发明第二实施方式中，芯片倒装于封装体，从而可以尽可能提高芯片与热电制冷模组的结合面积，进一步提高散热效率。

如图3所示，本实施方式中的芯片1倒装于封装体2。芯片1具有相对的第一表面10和第二表面11，第一表面10贴合于热电制冷模组的吸热表面，第二表面11电性连接于封装体2。即芯片的信号接点的引出位置背对芯片与热电制冷模组的结合面。需要说明的是本实施方式芯片封装结构中芯片的信号接点可以通过导线连接至焊垫或者通过凸块结构直接连接至焊垫。

由于本实施方式的芯片封装结构中，芯片的信号接点位于芯片的第一表面且热电制冷模组贴合于芯片的第二表面，从而使得信号接点的设置不会占用到热电制冷模组的吸热表面与芯片之间的导热面积，进而使得热电制冷模组的吸热表面与芯片的第一表面的面积相当，使得热电制冷模组与芯片之间的导热面积得到提高，进一步提高散热效率。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。