CN212113696U - 芯片封装结构及中央处理器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种芯片封装结构及中央处理器，涉及集成电路芯片封装技术领域，本实用新型提供的芯片封装结构包括散热盖和导热片，导热片用于将芯片焊接于散热盖；导热片包括第一连接部和第二连接部，第一连接部对应芯片的边缘，第二连接部对应芯片的中部，第一连接部的厚度大于第二连接部的厚度。本实用新型提供的芯片封装结构能够令芯片中部的散热效果比芯片边缘的散热效果更佳，并降低边缘结构在温度变化时所受应力，有效减少边缘的疲劳断裂现象，延长芯片使用寿命，芯片封装结构整体散热效果稳定。

Description

芯片封装结构及中央处理器

技术领域

本实用新型涉及集成电路芯片封装技术领域，尤其是涉及一种芯片封装结构及中央处理器。

背景技术

电子元器件在使用时会产生大量的热量，而元器件长时间处在高温条件下会导致元器件无法正常工作，其各项性能变差，缩短其使用寿命。

因此芯片特别是大尺寸芯片在使用时，其产生的热量会通过界面导热材料传到散热盖。界面导热材料的导热能力决定了中央处理器产生的热量是否可以有效的散热。对于高端中央处理器，常用的界面散热材料是以纯铟为基础的焊接材料－铟片，纯铟的导热系数是在86W/mk左右，是焊接材料里最高的，其他散热材料也有所应用，如，铟基合金、锡和锡基合金等。

如图1所示，图1为现有技术中一种芯片封装结构示意图。

传统的芯片封装结构在工作时由于芯片3(材料为硅)和导热盖(材料为铜，或铝)的热涨冷缩的系数不同，连接的导热片呈受较大的切应力，并且，芯片越大，应力也越大，可以造成边缘在使用时的疲劳断裂(低可靠性)，甚至制作时的拉断(低良率)，图1所示，令边缘的表面产生裂纹，影响散热效果，从而引响芯片正常工作。

因此，如何提供一种有效散热，并提高大芯片封装良率和可靠性的芯片封装结构及中央处理器是本领域技术人员需解决的技术问题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有效散热，并提高大芯片封装良率和可靠性的芯片封装结构及中央处理器。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种芯片封装结构，包括散热盖和导热片，所述导热片用于将芯片焊接于所述散热盖；

所述导热片包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部对应所述芯片的边缘，所述第二连接部对应所述芯片的中部，所述第一连接部的厚度大于所述第二连接部的厚度。

进一步地，所述芯片具有热点区，所述热点区的热密度高于所述芯片的其他区域，所述第二连接部焊接于所述热点区。

进一步地，沿着远离所述第二连接部的方向，所述第一连接部的厚度逐渐增加，且在远离所述第二连接部的各个方向上，各个方向上的所述第一连接部的厚度同步变化或非同步变化。

进一步地，所述第一连接部面向所述散热盖的表面为倾斜设置的平面，所述平面与所述芯片所处平面之间的夹角为5°－45°。

进一步地，所述平面与所述芯片所处平面之间的夹角为15°－30°。

进一步地，所述第一连接部面向所述散热盖的表面为弧形面。

进一步地，所述第二连接部的截面呈矩形或圆形。

进一步地，所述第一连接部的厚度大于所述第二连接部的厚度0.05mm－0.5mm。

进一步地，所述散热盖包括盖体以及与所述盖体连接的凸出部，所述凸出部通过所述第一连接部和所述第二连接部与所述芯片焊接。

进一步地，所述导热片的材料为铟、铟基合金、锡或锡基合金。

第二方面，本实用新型还提供一种中央处理器，包括芯片以及上述方案所述的芯片封装结构，所述芯片通过所述导热片与所述散热盖连接。

本实用新型提供的芯片封装结构及中央处理器能产生如下有益效果：

在上述芯片封装结构工作时，由于第一连接部的厚度大于第二连接部的厚度，因此导热片对应芯片中部的部分厚度薄一些，能够更快速的将芯片中部的热量传输至散热盖，经散热盖进行散热。同时由于第一连接部的厚度比较厚，可降低边缘区域由热涨系数不同导致的切应力，从而减少边缘区域断裂的可能性。

相对于现有技术来说，本实用新型第一方面提供的芯片封装结构中，导热片对应芯片中部的第二连接部的厚度小于导热片对应芯片边缘的第一连接部的厚度，令芯片中部的散热快于芯片边缘的散热，同时厚的第一连接部可降低边缘区域由热涨系数不同导致的切应力，从而有效减少芯片开裂现象，延长芯片使用寿命，芯片封装结构整体散热效果稳定。

本实用新型第二方面提供的中央处理器有本实用新型第一方面提供的芯片封装结构，从而具有本实用新型第一方面提供的芯片封装结构所具有的一切有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种芯片封装结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的芯片封装结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的芯片封装结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的芯片封装结构的结构示意图。

图标：1－散热盖；11－盖体；12－凸出部；121－底面；122－侧面；2－导热片；21－第一连接部；22－第二连接部；3－芯片。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1为现有技术中一种芯片封装结构示意图；图2为本实用新型实施例一提供的芯片封装结构的结构示意图；图3为本实用新型实施例二提供的芯片封装结构的结构示意图；图4为本实用新型实施例三提供的芯片封装结构的结构示意图。

本实用新型第一方面的实施例在于提供一种芯片封装结构，如图2至图4所示，包括散热盖1和导热片2，导热片2用于将芯片3焊接于散热盖1；

导热片2包括第一连接部21和第二连接部22，第一连接部21对应芯片3的边缘，第二连接部22对应芯片3的中部，第一连接部21的厚度大于第二连接部22的厚度。

上述导热片2又称作Thermal Interface Materials I，简称为TIM1。

芯片3的边缘具有较多的输入/输出点，热量不如中部集中，在上述芯片封装结构工作时，由于第一连接部21的厚度大于第二连接部22的厚度，因此导热片2对应芯片3中部的部分厚度薄一些，能够更快速的将芯片3中部的热量传输至散热盖1，经散热盖1进行散热。

相对于现有技术来说，本实用新型第一方面的实施例提供的芯片封装结构中，导热片2对应芯片3中部的第二连接部22的厚度小于导热片2对应芯片3边缘的第一连接部21的厚度，令芯片3中部的散热快于芯片3边缘的散热，减小芯片3因中部过热而产生的弯曲变形，有效减少芯片3开裂现象，延长芯片3使用寿命，芯片封装结构整体散热效果稳定。

在一些实施例中，芯片3具有热点区，热点区的热密度高于芯片3的其他区域，第二连接部22焊接于热点区。由于热点区的热密度较高，上述设置能够更具有针对性的对芯片3进行散热。

需要说明的是，上述“芯片3的其他区域”指代的是芯片3上热密度低于热点区热密度的区域。另外，可以根据实际情况设定一个热密度值，凡是热密度高于此值的区域均为热点区，也就是说，芯片3上可以不仅仅具有一个热点区，还可以具有多个热点区。

根据导热片2的结构类型，具体可以分为以下三个实施例：

实施例一：

在本实施例一中，如图2所示，沿着远离第二连接部22的方向，第一连接部21的厚度逐渐增加，在远离第二连接部22的各个方向上，各个方向上的第一连接部21的厚度可以同步变化，也可以非同步变化，即各个方向上的第一连接部21的厚度可以根据芯片3的发热量来进行调整，其厚度变化的幅度不需要一致。

自大芯片3(尺寸40mmx40mm的大芯片)的热点区在芯片中心，第二连接部22的厚度可以在50微米－200微米之间，第一连接部21的厚度可以在300微米－500微米。这样的设计可以同时使芯片达到最加的散热效果，也可以避面封装边缘的断裂。

在本实施例一中，第一连接部21面向散热盖1的表面为倾斜设置的平面，即沿着远离第二连接部22的方向，第一连接部21的厚度均匀增加，平面与芯片3所处平面之间的夹角为5°－45°。

如果平面与芯片3之间的夹角较小，那么会使得上述芯片封装结构的效果不明显，芯片3仍有可能产生较大的弯曲变形，如果平面与芯片3之间的夹角较大，那么可能会影响芯片3边缘的散热。采用15°－30°的夹角能够令芯片3边缘具有较佳的散热效果的同时，避免芯片局部过热。

具体地，平面与芯片3所处平面之间的夹角可以为5°、15°、20°、30°、35°、40°、45°。

实施例二：

在本实施例二中，如图3所示，沿着远离第二连接部22的方向，第一连接部21的厚度逐渐增加，在远离第二连接部22的各个方向上，各个方向上的第一连接部21的厚度可以同步变化，也可以非同步变化，即各个方向上的第一连接部21的厚度可以根据芯片3的发热量来进行调整，其厚度变化的幅度不需要一致。

自大芯片3(尺寸40mmx40mm的大芯片)的“热点”在芯片中心，第二连接部22和芯片连接的导热片可以在50微米－200微米之间，第一连接部21和芯片连接的导热片可以在300微米－500微米。这样的设计可以同时使芯片达到最加的散热效果，也可以避面封装边缘的断裂。

在本实施例二中，如图3所示，第一连接部21面向散热盖1的表面为弧形面。

自芯片3的内边缘到芯片3的外边缘，芯片3散发的热量可能并不是均匀减小的，上述设置能够令导热片2的导热效果更好，有效避免芯片3边缘变形。

面向图3的方向，上述弧形面可以为下凹弧形面，也可以为上凸弧形面。

其弧形面可以为圆弧面，也可以为椭圆弧面或者其他弧面。

实施例三：

在本实施例三中，第二连接部22的截面均呈矩形或圆形，第一连接部21的截面均呈矩形或其他不规则形状。

当然，第二连接部22的截面也可以呈其他形状，在此不再一一举例说明。

在本实施例三中，如图4所示，第一连接部21以及第二连接部22的截面均呈矩形，第一连接部21的厚度大于第二连接部22的厚度0.05mm－0.5mm。

如果第一连接部21与第二连接部22的厚度相差较小，芯片3仍有可能产生较大的变形，如果第一连接部21与第二连接部22的厚度相差较大，那么可能会影响芯片3边缘的散热。

具体地，第一连接部21的厚度大于第二连接部22的厚度0.05mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm。

优选地，第一连接部21的厚度大于第二连接部22的厚度0.3mm。

在一些实施例中，如图2至图3所示，散热盖1包括盖体11以及与盖体11连接的凸出部12，凸出部12通过第一连接部21和第二连接部22与芯片3焊接。

在使用时，导热片2的热量通过凸出部12传递至盖体11，通过盖体11将热量传递至外界。在连接时，可以直接将熔融的导热片2材料包覆在凸出部12上，直接形成第一连接部21和第二连接部22，便于上述芯片封装结构的安装。

具体地，如图2至图3所示，凸出部12包括底面121以及侧面122，侧面122分别于盖体11和底面121连接，侧面122通过第一连接部21与芯片3连接，底面121通过第二连接部22与芯片3连接。

如图2所示，当第一连接部21面向散热盖1的表面为倾斜设置的平面时，凸出部12的侧面122也为与上述倾斜平面相配合的斜面。

如图3所示，当第一连接部21面向散热盖1的表面为弧面时，凸出部12的侧面122也为与上述弧面相配合的弧面。

如图4所示，当第一连接部21的厚度处处相等时，凸出部12的侧面122垂直于底面121，第一连接部21的顶端直接与盖体11相接触。

在一些实施例中，导热片2的材料为铟、铟基合金、锡或锡基合金。

上述材料均属于低温焊接材料，能够快速有效的将芯片3上的热量传递至散热盖1。当然，导热片2的材料并不限于以上几种，导热片2的材料也可以为其他的低温焊接材料。

在制作时，需在散热盖1上加一定的外力使第一连接部21和第二连接部22同时与芯片3和散热盖1连接，使芯片3得到充分的散热。

本实用新型第二方面的实施例在于提供一种中央处理器，本实用新型第二方面的实施例提供的中央处理器包括上述芯片封装结构。

本实用新型第二方面的实施例提供的中央处理器有本实用新型第一方面的实施例提供的芯片封装结构，从而具有本实用新型第一方面的实施例提供的芯片封装结构所具有的一切有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种芯片封装结构，其特征在于，包括散热盖(1)和导热片(2)，所述导热片(2)用于将芯片(3)焊接于所述散热盖(1)；

所述导热片(2)包括第一连接部(21)和第二连接部(22)，所述第一连接部(21)对应所述芯片(3)的边缘，所述第二连接部(22)对应所述芯片(3)的中部，所述第一连接部(21)的厚度大于所述第二连接部(22)的厚度。

2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片(3)具有热点区，所述热点区的热密度高于所述芯片(3)的其他区域，所述第二连接部(22)焊接于所述热点区。

3.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，沿着远离所述第二连接部(22)的方向，所述第一连接部(21)的厚度逐渐增加，且在远离所述第二连接部(22)的各个方向上，各个方向上的所述第一连接部(21)的厚度同步变化或非同步变化。

4.根据权利要求3所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第一连接部(21)面向所述散热盖(1)的表面为倾斜设置的平面，所述平面与所述芯片(3)所处平面之间的夹角为5°－45°。

5.根据权利要求4所述的芯片封装结构，其特征在于，所述平面与所述芯片(3)所处平面之间的夹角为15°－30°。

6.根据权利要求4所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第一连接部(21)面向所述散热盖(1)的表面为弧形面。

7.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第二连接部(22)的截面呈矩形或圆形。

8.根据权利要求7所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第一连接部(21)的厚度大于所述第二连接部(22)的厚度0.05mm－0.5mm。

9.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述散热盖(1)包括盖体(11)以及与所述盖体(11)连接的凸出部(12)，所述凸出部(12)通过所述第一连接部(21)和所述第二连接部(22)与所述芯片(3)焊接。

10.根据权利要求1－9任一项所述的芯片封装结构，其特征在于，所述导热片(2)的材料为铟、铟基合金、锡或锡基合金。

11.一种中央处理器，其特征在于，包括芯片(3)以及如权利要求1－10任一项所述的芯片封装结构，所述芯片(3)通过所述导热片(2)与所述散热盖(1)连接。

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