具散热装置的芯片模块及其制作方法与流程

1.本发明关于一种具散热装置的芯片模块。本发明还涉及此芯片模块的制作方法。


背景技术：

2.导热膏(thermal grease)在中文语系地区也称为散热膏，是一种导热性良好(但多半不导电)的膏状物质，一般会用在散热器和热源(例如因发热导致运作不佳或寿命减少的电子零件)的接口上。导热膏的主要作用是取代接口部位的空气或是间隙(空气导热性不佳)，以让热传导量可以增到最大。导热膏是一种热界面材料。
3.导热膏和导热胶不同，导热膏本身虽然具有些许黏性，但仍无法将散热器和热源一同固定不位移，因此需要有其他机械式的固定机构(例如螺丝)以固定散热片和热源，并且在界面部分施加压力，让导热膏充分分布在热源无法直接接触散热器的部位。为便于个人计算机(pc)用户涂抹使用，导热膏常以填充在注射器的形式贩卖。
4.导热膏会包括聚合物的液态基质，以及大量不导电但是导热的填料(filler)。典型的基质材料有硅氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯聚合物、热熔胶及压感类的粘着剂。填料多半会是氧化铝、氮化硼及氧化锌，氮化铝也越来越多用在填料上。填料的比例可能会多到导热膏重量的70
–
80wt％，可以提升热导率。含银的导热膏其热导率可以到3to 8w/(m
·
k)或是更高。不过含金属的导热膏会导电，而且有电容性，若流到电路上，可能会导致电路误动作甚至短路损毁。
5.热阻(thermal resistance)是一个和热有关的性质，是指在有温度差的情形下，物体抵抗传热的能力。热导率越好的物体，热阻通常会比较低。许多电子元件在工作时都会产生热量，若温度过高，元件可能会失效，因此需要加以冷却，因此需考虑散热装置的绝对热阻，让元件有适当的散热，避免温度过高而失效的情形出现。


技术实现要素：

6.本发明于一实施例中提供了一种散热装置，包含有芯片模块、散热体及多个金属连接件。散热体设置于芯片模块上。该多个金属连接件设置于芯片模块与散热体之间，使芯片模块与散热体相互连接。
7.本发明的另一实施例中提供了一种具散热装置的芯片模块的制作方法，其包含下列步骤：提供具有多个第一子金属连接件的芯片模块；形成多个第二子金属连接件于散热体上；以及通过接合程序分别连接该多个第一子金属连接件及该多个第二子金属连接件以形成多个金属连接件。
8.热压超声波黏晶(thermosonic die bonding)，是一种低温、洁净及干燥的封装黏晶技术，是利用超声波震动提供能量使二种金属结合，常使用的金属以金对金接合最多。传统热压黏晶需要使用大于270℃以上的温度，如此的高温容易造成基板或一些敏感芯片损坏，热压超声波大幅降低黏囗温度至小于150℃，且不需要使用助焊剂及焊接后清洗程序。
9.若晶粒焊垫(pad)的表面材质为金，一般金对镍金结合会使用热压超声波
(thermosonic)制程，目的为降低作业温度，避免作业高温使金属表面生成氧化物造成共金不良。
10.本发明利用金属垫、金属突块并配合热压超声波黏晶，改善了传统以散热膏或其它黏着剂来连接芯片模块及散热片，如此可以避免散热膏高热阻问题，进而增进电子元件的电性连接合格率，并且延长电子元件的寿命。
附图说明
11.图1为本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的剖面图。
12.图2为本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的制作方法的第一示意图。
13.图3为本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的制作方法的第二示意图。
14.图4为本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的制作方法的第三示意图。
15.图5为本发明另一实施例的具散热装置的芯片模块的剖面图。
16.附图标记说明：1-具散热装置的芯片模块；10-芯片模块；11-基板；12-芯片封装体；13-散热体；14-金属连接件；2-具散热装置的芯片模块；21-基板；22-芯片封装体；23-散热体；24-金属连接件；t-锡球；p1-第一金属垫；p2-第二金属垫；m1-第一金属突块；m2-第二金属突块；s1-第一子金属连接件；s2-第二子金属连接件；g-沟槽。
具体实施方式
17.以下将参照相关图式，说明依本发明的具散热装置的芯片模块及其制作方法的实施例，为了清楚与方便图式说明之故，图式中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现。在以下描述及/或申请专利范围中，当提及元件「连接」或「耦合」至另一元件时，其可直接连接或耦合至该另一元件或可存在介入元件；而当提及元件「直接连接」或「直接耦合」至另一元件时，不存在介入元件，用于描述元件或层之间的关系的其他字词应以相同方式解释。为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。
18.请参阅图1，其为本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的剖面图。如图所示，本实施例的具散热装置的芯片模块1包含有芯片模块10、散热体13及多个金属连接件14。
19.芯片模块10，例如可以是芯片封装体12设置于基板11上，并通过多个锡球t与基板11连接。在一实施例中，基板11可为pcb板或其它类似的元件。芯片封装体12可以是现有芯片封装型式中任一种，将芯片封装体12设置于基板上而成为一芯片模块10，设置方式可以是以黏着、焊接或者插入的方式将芯片封装体固定于基板，但不以此为限。
20.散热体13设置于芯片模块10上。在一实施例中，散热体13可以是散热片、散热鳍片、散热块，并不限定其型式。
21.该多个金属连接件14预先设置于芯片模块10与散热体13之间，使芯片模块10与散热体13相互连接。各个金属连接件14包含第一金属垫p1、第一金属突块m1、第二金属垫p2及第二金属突块m2。该多个第一金属垫p1及该多个金属突块m2设置于芯片模块10上，该多个第二金属垫p2及该多个第二金属突块m2设置于散热体13上。第一金属突块m1与第二金属突块m2相互连接，并设置在第一金属垫p1及第二金属垫p2之间。在本实施例中，该多个第一金属突块m1及该多个第二金属突块m2的材质可为但不限于为金(au)，而该多个第一金属垫p1
及该多个第二金属垫p2的材质可为但不限于镍(ni)。在另一实施例中，该多个第一金属垫p1、该多个第二金属垫p2、该多个第一金属突块m1及该多个第二金属突块m2的材质可依实际需求变化，本发明不以此为限。
22.该多个第一金属突块m1与该多个第二金属突块m2通过接合程序相互连接以形成多个金属连接件14，使芯片模块10与散热体13可通过该多个金属连接件14相互连接。在本实施例中，接合程序可为热压超声波黏晶程序技术。
23.本实施例中，该多个第一金属垫p1及该多个第一金属突块m1会预先配置于芯片模块10，而该多个第二金属垫p2及该多个第二金属突块m2会预先配置于散热体13上，该多个第一金属突块m1与该多个第二金属突块m2可通过热压超声波接合程序相互连接以形成多个金属连接件e，故不需要加溶剂、黏接剂或其它辅助化学品。
24.详而言之，本实施例利用不使用散热膏或黏着剂的方式来连接该芯片模块10以及散热片13，如此可以降低原本散热膏的高热阻所带来的困扰。
25.此外，这种方式除了可以避免散热膏高热阻问题，更可以增进电子元件的电性连接合格率，并且延长电子元件的寿命。
26.在另一实施例中，该多个金属连接件14也可使用多个焊球，并以回流焊接程序(reflow)做为接合程序形成。
27.本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的制作方法包含下列步骤：提供具有多个第一子金属连接件的一芯片模块；形成多个第二子金属连接件于一散热体上；以及通过一接合程序分别连接该多个第一子金属连接件及该多个第二子金属连接件以形成多个金属连接件。
28.请参阅图2～4，其为本发明的一实施例的具散热装置的芯片模块的制作方法的第一示意图～第三示意图。如图2所示，将该多个第一金属垫p1形成于芯片模块10上，并分别形成该多个第一金属突块m1于该多个第一金属垫p1上，以形成该多个第一子金属连接件s1。同样的，将该多个第二金属垫p2形成于热散体13上，并分别形成该多个第二金属突块m2于该多个第二金属垫p2上，以形成该多个第二子金属连接件s2。该多个金属连接件14会预先地设置于该芯片模块10或/及该散热体13上。
29.如图3所示，然后，使该多个第一子金属连接件s1与该多个第二子金属连接件s2接触，并执行热压超声波接合程序。
30.如图4所示，最后，该多个第一子金属连接件s1与该多个第二子金属连接件s2相互连接形成该多个金属连接件14。
31.于本发明另一实施例中，该多个金属连接件14不包含第二金属突块m2，于超声波接合程序中，利用第一金属突块的熔融而连接芯片模块10与散热体13。详而言之，并不限定该多个金属连接件的组合方式，或不限定设于芯片模块10或散热体13，重点在于该多个金属连接件预先设置于芯片模块10或/及散热体13上，以便快速地进行后续的热压超声波接合程序。
32.当然，上述仅为举例，本实施例的具散热装置的芯片模块1的各元件及其协同关系可依实际需求变化，本发明并不以此为限。
33.请参阅图5，其为本发明的另一实施例的具散热装置的芯片模块的剖面图。如图所示，本实施例的具散热装置的芯片模块2包含有芯片模块20、散热体23及多个金属连接件
24。
34.上述各元件与前一个实施例相似，故不在此多加赘述。与前一个实施例不同的是，该散热体23更包含有至少一沟槽g，并且沟槽g位于该多个第二金属垫p2之间。如此，利用该至少一沟槽g，可以减少因为芯片模块20与散热体23因膨胀系数不同所造成的位移。更详细地说明，当使用者使用包含有本发明的电子产品时会因为操作过程中受到高温环境的影响，因为芯片模块20和散热体23的材质不同，其热膨胀系数也不同。通过沟槽g的设置，可以于接合程序中使得芯片模块20和散热体23所受到的应力得以缓和并减少形变，以避免该多个金属连接件24断裂，如此可以降低电子元件电性不合格率并且可以延长电子元件的寿命。
35.芯片模块20的第二金属垫p2呈矩阵排列，而形成有x行与y列的该多个第二金属垫p2，其中x为偶数，沟槽g呈一字型，并且位于第x/2行该多个第二金属垫p2及第x/2+1行该多个第二金属垫p2之间。例如，该多个第二金属垫p2具有6行及8列，沟槽g设置于第3行和第4行之间，或者设置于第4列和第5列之间。换言之，第二金属垫p2为多行及多列的排列方式设置于芯片模块20的第二表面上，而沟槽g将第二金属垫p2分成两个部分，并且是镜相对分的，如此可以平均地分散并改善上述提及的因热膨胀系不同所造成的不良影响，以避免该多个金属连接件24断裂。
36.而于另一实施例中，其中该多个第二金属垫p2呈矩阵排列，而形成有x行与y列的该多个第二金属垫p2，其中x及y为偶数，该沟槽g呈口字型，并将该多个第二金属垫p2区隔开来而定义为第一导热区及第二导热区。例如，金属垫具有6行及8列，沟槽g设置于第2行和第3行之间、第4行和第5行之间以及第2列和第3列之间、第6列及第7列之间并互相连接而形成一口字型，此种方式是以芯片模块20中心处及外围作为区隔的方式，将沟槽g形成于中心的第二金属垫p2及边缘处的第二金属垫p2之间，而将该多个第二金属垫p2分为第一导热区及第二导热区，可平均分散地缓和接合程序时的应力，改善上述提及的因热膨胀系不同所造成的不良影响。
37.综上所述，根据本发明的实施例，具散热装置的芯片模块可通过接合程序形成多个金属连接件，使芯片模块与散热体可通过该多个金属连接件相互连接，故不需要使用散热膏，故可以大幅地提升散热效果。
38.另外，根据本发明的实施例，具散热装置的芯片模块可通过接合程序形成多个金属连接件，使芯片模块与散热体可通过该多个金属连接件相互连接，故不需要使用散热膏，故可以增进电子元件的电性连接合格率，并且延长电子元件的寿命。
39.再者，根据本发明的实施例，具散热装置的芯片模块的散热体2包含有至少一沟槽，并且沟槽位于该多个第二金属垫之间，如此可避免因芯片模块及散热体的热膨胀系数不同而导致该多个金属连接件断裂的情况产生。
40.以上所述仅为举例性，而非为限制性者。其它任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应该包含于后附的申请专利范围中。