专利名称：具有散热装置的球格式阵列构装的制作方法
技术领域：
本发明有关于提供一种在集成电路中用以散热的散热装置，更特别地是具有散热装置的球格式阵列构装可以降低热阻以及提升散热效率。
背景技术：
在电子以及电脑工业中，利用各种不同型式的电子封装元件以及集成电路晶片，例如，PENTIUM中央处理器(CPU；central processing unit)由Intel制造，以及随机存取存储器(RAM；random access memory)。这些集成电路晶片具有引脚栅格阵列构装(PGA；Pin Grid Array Package)且通常安装在插座(socket)上，该针脚栅格阵列构装利用焊接的方式焊接在电脑的电路板上。这些集成电路元件，特别是中央处理器晶片在运作的过程中会产生大量的热量，因此必须移除这些热量以防止不利于PENTIUM微处理器的操作，由于PENTIUM微处理器包含数百万个电晶体，对于过热操作会具有高敏感度，当过热的时候会破坏微处理器元件本身，或是其它靠近微处理器附近的元件。
除了上述所讨论的微处理器之外，还有许多种半导体元件封装的型式，这些通常是用在电脑设备上。例如电阻器(resistor)以及电热调节器(thermistor)在一般操作时会产生大量的热量，而且没有适时的移除热量以降低操作温度时，这些热量造成元件的故障或是毁损。
同样地，固定元件一般是安装在电路板内，或是依序安装在主机板上或是其他主要的电路板上。举例而言，微处理器如由Intel公司所制造的PENTIUM II以及Celeron处理器称为处理卡(processor card)，这些微处理器安装在电脑系统中的主机板上，类似于内装式数据机(或是称为调制调解器)(Modem)安装在主机板上。在已知的处理卡系为典型的半导体处理元件对于介面卡的操作而言是必备的元件之一，如快取晶片(cache chip)或是其它有相似功能的晶片。而处理器封装可以经由引脚栅格阵列构装(PGA)、球格式阵列构装(BGA)以及基板栅格阵列(Land grid array)以及位于插座(socket)上的晶片(ZIF；Zero Insertion Force)或是球栅插座(ball grid socket)。
另外，对于上述所讨论传统的半导体元件，许多不同型态的电子元件无法承受过热而产生问题。例如，电子元件封装具有过热的现象。然而，许多电子元件须要冷却用以降低温度以免产生过多的热量而产生过热现象。然而，这些电子元件的尺寸太小以致于无法提供以及容纳传统的金属散热装置。这些传统的金属散热装置一般是利用导热胶带直接黏着在电子元件上，或是利用机械结构例如弹簧夹(spring clip)将散热装置对准并安装在电子元件封装上。更进一步而言，间隙垫(gap pad)通常是须要用在电子元件封装与散热机构之间的介面表面外侧以得到合适的导热效应。参照先前与这些电子元件中所产生的问题，提供一散热鳍片位于散热机构上方，或是其它可以增佳散热面积之组件，其制程困难且制程成本会提高。
在前面的叙述中传统的散热装置承受由许多元件以及许多元件结合在一起高成本的缺点。这些具有散热机构的元件包含较昂贵的机械或是像铝一样可以压出成型的导热金属。就其它部份而言，对于制程而言，例如弹簧或是附加的具有弹性夹钳需要分开机械步骤以及/或者压膜。因此，这些组件以及方法对于大部份的电子元件而言，并非完全的适当。
参照图1及图2，表示传统具有散热片的球格式阵列构装100的侧面图以及侧视图，其具有散热片的球格式阵列构装包含一球格式阵列构装基板102、一晶片104位于球格式阵列构装基板102的上方、一改良型内嵌式散热片106位于晶片104以及球格式阵列构装基板102的上方。然后灌入压模化合物(moldingcompound)108以完成一球格式阵列构装制程。由侧视图(图1B)可以知道，在传统的球格式阵列构装100中，其晶片104包覆在铸模化合物(molding compound)108之下，其散热途径受限于化合物108的低导热系数而无法散逸较大的发热功率。一般解决此问题的方法乃是在晶片上方加一内嵌式散热片(embedded heat slug)，此技术的缺点在于因应更大散热需求时，会面临到无法将晶片所产生大量的热量适时移除至四周环境，而造成过热，而使得晶片无法操作
发明内容
本发明的主要目的在于提供一铸造式一体成型的具有散热装置中的散热机构主体，其中该散热机构主体是以铸造的方式形成用以增加散热效率。
本发明的另一目的在于提供一导热凸块位于散热机构本体的背面并与具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装上的凹槽连接以提升热传导作用。
本发明的再一目的在于提供至少两个导热支柱位于散热机构主体的两侧用以连接位于下固定片两侧的开口。
本发明的次一目的在于提供一下固定片以连接具有至少两个导热支柱的第一散热组件以接触印刷电路板的背侧用以引导由晶片所产生的热量，使得热量可以由印刷电路板的背侧经由下固定片至第一散热组件两侧的导体支柱，将热传导至位于第一散热组件上方的散热鳍片以移除热量。
根据以上种种的目的，本发明提供一种可以用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装上以增加散热效率的散热装置。其散热装置包含一第一散热组件以及第二散热组件，其中第一散热组件包含位于散热机构主体上方的一散热鳍片以及至少两个导热支柱位于散热机构主体下方的两侧用以增加散热机构主体的散热面积；一导热凸块位于散热机构主体的背面，该导热凸块是用以连接具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装上的U型的散热片中的凹槽以增加导热的效果。此外，第二散热组件为一下固定片，其中间具有一突起的部份以及位于两侧的开口，其中间突起的部份用以接触印刷电路板的背侧，以移除由晶片所产生的热量以增加散热效果，且与散热机构主体的至少两个导热支柱连接以固定第一、第二散热组件以及位于第一及第二散热组件之间具有球格式阵列构装的印刷电路板。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
图1是根据传统所揭示的技术，表示具有内嵌式散热片的覆晶构装的侧视图；图2是根据传统所揭示的技术，表示具有内嵌式散热片的覆晶构装的截面示意图；
图3是根据本发明所揭示的技术，表示具有位于散热机构本上上方的散热鳍片、位于散热机构主体下方的至少两个导热支柱以及位于散热机构本体背面的导热凸块的结构示意图；图4是根据本发明所揭示的技术，表示导热胶带涂布在散热机构主体的背面以增加散热效率的截面示意图；图5是根据本发明所揭示的技术，表示位于印刷电路板上的球格式阵列构装结构的截面示意图；图6是根据本发明所揭示的技术，在散热装置中的第二散热组件的简单示意图；图7是根据本发明所揭示的技术，说明散热机构主体中的导热支柱穿透过印刷电路板所预留至少两个孔洞至印刷电路板的板背以达到固定的目的的简单示意图；以及图8是根据本发明所揭示的技术，由印刷电路板将热量传送至下固定片至散热机构主体的简单示意图。
具体实施例方式
本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。
本发明是对于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装提供一种散热装置用以降低热阻以及增加散热效率。图3至7是说明散热装置的各个结构、功能以及其相互连接关系以及图8是说明根据本发明所揭示的散热装置其散热途径。图3说明散热装置中的第一散热组件1A其包含具有第二散热元件4，例如散热鳍片位于第一散热元件2的上方，其中第一散热元件2为第一散热组件1A的散热机构主体，其第二散热元件4是为了增加第一散热元件2的散热面积并同时提升散热效率。此外，位于第一散热元件2的下方有至少两个导热支柱6用以连接位于具有具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的印刷电路板(如图5)以及连接第二散热组件(如图4)。
本发明所揭示技术的特征在于第一散热元件1A是由导体材料所制成且以铸造(casting)的方式成型，其目的是为了提升散热效率。另外，本发明的另一特征是位于第一散热元件2下方的导热支柱6取代传统的仅做为支撑作用的塑胶支柱以提升导热能力和增加整个散热装置的散热效率并具固定的功能。
更进一步，同样参照图3，在本发明的较佳实施例中，第一散热元件2还包含一导热凸块8位于第一散热元件2的背面。当集成电路在操作时会产生大量的热量的时候，导热凸块8用来接触位于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装上方的散热片的凹槽12(如图5所示)增加散热效率。
在本发明的另一较佳实施例中，如图4所示，是将导热胶带(thermalconductive adhesive tape)10涂布在第一散热元件2的背面，且导热胶带10是涂布在整个第一散热元件2的背面但是除了导热凸块8的部份。此一特征是由于印刷电路板上无提供导热支柱通过的孔洞，须藉由导热胶带10做为与具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装压模化合物表面接合之用，而导热凸块8则是嵌入具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装上的散热片的凹槽12中，并且顶部接合；亦可以加入导热物质(未在图中表示)做为两者之间的接着物。另外，本发明的特征之一在于位于第一散热元件2背面的导热凸块8可以与第一散热元件2同时经由铸造一体成型或是于成型之后外加至第一散热元件2的背面。
参照图5，表示位于印刷电路板上的具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的结构，其结构包含一基板20、一嵌入式散热片22位于基板20的上方，其中嵌入式散热片22具有一凹槽24，此凹槽24可以减少压模化合物压模之后的厚度，且在嵌入式散热片22内有压模化合物26，另外有多数个锡球28位于基板20的下方用以连接印刷电路板12。其中球格式阵列构装中的散热片为内嵌式散热片22且具有一凹槽24位于晶片(未在图中表示)上方用以接合导热凸块8，且可以降低压模化合物26的厚度以增加散热能力。
此外，在印刷电路板12上具有至少两个孔洞14用以提供导热支柱穿过；在另一实施例中，当第一散热元件2不具有导热支柱6时，则在印刷电路板12上可以不须要孔洞14的存在即可将第一散热元件2上的导热凸块8与凹槽24接合，且也可以透过导热物质将两者接合。
参照图6是说明散热装置中的第二散热元件组1B，其第二散热元件1B为一下固定片。下固定片1B的两侧具有至少两个开口34，用以将第一散热组件1A中的导热支柱6结构，利用开口34上方的卡栓36与导热支柱6的构槽7结合而固定。另外，下固定片1B中间凸起部份32可以与印刷电路板12的板背接触，以方便将印刷电路板外散的热量由下固定片1B传送至导热支柱6，再藉由导热支柱6将热以传导方式传送至第二散热元件4而移除掉。此方法的优点在于对印刷电路板12的板背散热不良(特别是对于印刷电路板12下方空间不足散热不佳)特别地有效。因此对于产生的热量不论是向上传递或者是向下传递都可以有效地将热量移除。另外，对于传统的球格式阵列构装或者是热促进式球格式阵列构装而言，只需移除导热凸块8即可使用该散热装置。
参考图7，是说明第一散热元件2中的导热支柱6穿透过印刷电路板12所预留至少两个孔洞14至印刷电路板12的板背以达到固定的目的。由于机械设计的角度，导热支柱6与孔洞14的孔壁(未在图中表示)须保留公差而不会接触。但是根据本发明所揭示的技术的目的，乃是为了改善散热的特性，因此将孔洞14与印刷电路板12的接地层(ground plane)12A导通，当导热支柱6穿透过印刷电路板12的孔洞14之后，将导热物质42填充至孔壁与导热支柱6之间的空隙，因此可以藉由印刷电路板12的接地层12A、导热支柱6以及第一散热元件2将热量传导至空气而将热量移除；或者是将热由球格式阵列构装、散热片22、第二散热组件1B、导热支柱6以及印刷电路板接地层12A将热量移除至空气中排除掉。而此种散热装置结构在不具有下固定片1B而只有导热支柱6与弹簧40的结构下仍然适用。
而本发明的特征之一在于具有中间突起部份32以及开口34的下固定片1B是由导热材料制成，可以增加整个散热装置的散热效率。此外，第二散热组件1B还包含至少两个弹簧40套在穿透过印刷电路板12上的孔洞14的导热支柱6，用以拉紧第一散热元件2以及下固定片1B，使得导热支柱6与下固定片1B构成传导机制。
接着，图8是说明具有散热装置1的球格式阵列构装结构截面示意图。当电脑在操作时，其热量会由晶片产生，因此所产生的热量须移除以降低操作温度以维持电脑操作的稳定性。其热量可以由路径1移除，其路径1是将热向上传导至球格式阵列构装上的散热片22，并且传导至导热凸块8、第一散热元件2至第二散热元件4而将热移除。另一方面，散热路径2系将传导至印刷电路板12的板背的热量经由导热支柱6同样向上传送至第一散热组件1A，或者是将热向下传导经由印刷电路板孔洞(填充导热填充物质)传导至下固定片1B，然后再将热传导至印刷电路板接地层12A，又或者是其热量可以由印刷电路板12的板背传导至下固定片1B中间突起的部份32，然后再将热传导至印刷电路板接地层12A将热量向外散失。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化和修改，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置包含第一散热组件，该第一散热组件包含第一散热元件以及第二散热元件位于该第一散热元件上方；具有一球格式阵列构装之一印刷电路板；以及第二散热组件，该第二散热组件具有一中间突起部份以及至少两个开口，其中该第一散热组件位于具有该球格式阵列构装的该印刷电路板的上方且该第二散热组件位于具有该球格式阵列构装的该印刷电路板的下方。
2.如权利要求1所述的用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，其特征在于，一导热凸块位于该第一散热元件的背面。
3.如权利要求1所述的用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，其特征在于，一导热胶带位于该第一散热元件的背面。
4.如权利要求1所述的用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，其特征在于，还包含一导热物质位于该第一散热元件与该球格式阵列构装之间用以接着该第一散热元件及该球格式阵列构装。
5.一种用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装之散热装置，用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，包含一散热组件，该散热组件包含具有一导热胶带的第一散热元件，其中该导热胶带位于该第一散热元件的背侧以及第二散热元件位于该第一散热元件上方；具有一球格式阵列构装的一印刷电路板，其中该球格式阵列构装包含凹槽的一内嵌式散热片；以及一导热凸块该导热凸块内嵌于该球格式阵列构装的该凹槽内，其中该第一散热组件位于具有该球格式阵列构装的该印刷电路板的上方，且位于该球格式阵列构装的该槽内的该导热凸块与该第一散热元件的背面接合。
6.如权利要求5所述的用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，其特征在于，还包含一导热物质位于该第一散热元件与该球格式阵列构装之间。
7.如权利要求5所述的用于具改良型内嵌式散热片的球格式阵列构装的散热装置，其特征在于，还包含第二散热组件位于具有该球格式阵列构装的该印刷电路板的下方。
8.一种球格式阵列构装的散热装置，该散热装置包含第一散热组件，该第一散热组件包含一体成型的具有一导热凸块的第一散热元件、第二散热元件位于该第一散热元件上方、至少两个导热支柱位于该第一散热元件下方；具有一球格式阵列构装的印刷电路板，其中该印刷电路板具有至少两个孔洞；以及第二散热组件，该第二散热组件具有一中间突起部份以及位于两侧的开口，其中该第一散热组件利用至少该两个导热支柱穿过该印刷电路板的至少该两个孔洞与位于第二散热组件两侧的该开口接合。
9.如权利要求8所述的球格式阵列的散热装置，其特征于，还包含一导热物质填充于该孔洞内使至少该两个孔洞与至少该两个导热支柱接合。
10.如权利要求8所述的球格式阵列的散热装置，其特征在于，还包含至少两个弹簧位于至少该两个导热支柱内。
全文摘要
本发明提供一散热机构用以改善球格式阵列构装的散热效率。散热装置包含第一散热组件，其中包含位于散热机构主体上方的散热鳍片、位于散热机构主体的背侧具有至少两个导热支柱用以固定散热装置并传导热量、一导热凸块位于散热机构主体的背面用以接触球格式阵列构装以增加散热效率。此外，散热装置的第二散热组件，其包含一下固定片用与接触印刷电路板的背面用以增加散热效果并移除由印刷电路板上方的晶片所产生的热量，且下固定片与散热机构主体的导热支柱连接，使得第一和第二散热组件可紧密的固定。
文档编号H01L23/34GK1627507SQ200310122560
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者吴忠儒, 林蔚峰 申请人:矽统科技股份有限公司