一种扇出型芯片封装结构

摘要

本发明涉及半导体制造技术领域，公开了一种扇出型芯片封装结构，包括塑封基板、散热板、进气通道、出气通道和切换组件，塑封基板表面开设有芯片封装槽；散热板设于芯片封装槽内，散热板与芯片封装槽的槽壁间隔设置，形成空气流道；进气通道设于塑封基板内且连接空气流道与外界；出气通道设于塑封基板内且连接空气流道与外界；切换组件包括弹性件、连接件和封堵块，弹性件连接在散热板的第二面上，连接件的一端与弹性件连接，连接件的另一端伸出空气流道与封堵块连接；弹性件在第一状态下，封堵块封堵进气通道和出气通道的通气口，在第二状态下，封堵块释放进气通道和出气通道的通气口。本发明可切换芯片的散热方式，强化芯片散热，降低散热能耗。

权利要求

1.一种扇出型芯片封装结构，其特征在于，包括：

塑封基板（1），表面开设有至少一个芯片封装槽（11）；

散热板（2），设于所述芯片封装槽（11）内，所述散热板（2）的第一面（21）用于包覆在芯片（6）的非工作面，所述散热板（2）的第二面（22）与所述芯片封装槽（11）的槽壁间隔设置，所述散热板（2）与所述芯片封装槽（11）的槽壁之间的空间形成空气流道（111）；

进气通道（3），设于所述塑封基板（1）内，所述进气通道（3）连接所述空气流道（111）与外界；

出气通道（4），设于所述塑封基板（1）内，所述出气通道（4）连接所述空气流道（111）与外界；

切换组件（5），所述进气通道（3）与所述空气流道（111）的连接处、所述出气通道（4）与所述空气流道（111）的连接处各设一个所述切换组件（5）；所述切换组件（5）包括弹性件（51）、连接件（52）和封堵块（53），所述弹性件（51）连接在所述散热板（2）的第二面（22）上，所述连接件（52）的一端与所述弹性件（51）连接，所述连接件（52）的另一端伸出所述空气流道（111）与所述封堵块（53）连接；

所述弹性件（51）具有第一状态和第二状态，所述弹性件（51）在所述第一状态下，所述封堵块（53）封堵所述进气通道（3）的通气口（31）和所述出气通道（4）的通气口（31），所述弹性件（51）在所述第二状态下，所述封堵块（53）释放所述进气通道（3）的通气口（31）和所述出气通道（4）的通气口（31），使所述进气通道（3）和所述出气通道（4）与所述空气流道（111）连通。

2.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述弹性件（51）为形状记忆合金弹簧，所述散热板（2）的温度达到第一设定温度时，所述弹性件（51）由第一状态切换为第二状态；所述散热板（2）的温度达到第二设定温度时，所述弹性件（51）由第二状态切换为第一状态。

3.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述扇出型芯片封装结构还包括温度传感器、形状记忆合金丝和控制器，所述温度传感器设于所述散热板（2）的第二面（22），所述温度传感器与所述控制器连接；所述形状记忆合金丝贴附在所述弹性件（51）上，所述形状记忆合金丝设有与电源连接的接头。

4.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述切换组件（5）还包括引风机（32），所述引风机（32）设于所述进气通道（3）与外界连通的进气口处。

5.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述扇出型芯片封装结构还包括导热柱（12），嵌在所述塑封基板（1）内，所述导热柱（12）的一端伸入所述空气流道（111），所述导热柱（12）的另一端延伸至所述塑封基板（1）的边沿。

6.根据权利要求5所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述导热柱（12）的一端与所述芯片封装槽（11）的槽壁平齐。

7.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述进气通道（3）连接在所述空气流道（111）的一端，所述出气通道（4）连接在所述空气流道（111）的另一端。

8.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述扇出型芯片封装结构还包括连接通道（8），所述连接通道（8）的一端与所述空气流道（111）连通，所述连接通道（8）的另一端封闭，所述连接件（52）与所述封堵块（53）设于所述连接通道（8）内，所述进气通道（3）和所述出气通道（4）连接在所述连接通道（8）的中部。

9.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述扇出型芯片封装结构还包括绝缘片（7），所述绝缘片（7）设于所述芯片封装槽（11）内，所述绝缘片（7）设于所述芯片（6）的非工作面与所述散热板（2）的第一面（21）之间，且所述绝缘片（7）延伸至与所述芯片封装槽（11）的槽壁抵接。

10.根据权利要求1所述的扇出型芯片封装结构，其特征在于，所述扇出型芯片封装结构还包括重布线层（9），设于所述塑封基板（1）的表面及所述芯片（6）的工作面，且所述重布线层（9）和所述塑封基板（1）的表面之间设有介电材料层（92），所述重布线层（9）与所述芯片（6）电连接。

说明书

一种扇出型芯片封装结构

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种扇出型芯片封装结构。

背景技术

[0002] 扇出型封装技术是一种在集成电路设计中常用的封装方式，将多个芯片按照一定的布局规则连接在一起，形成一个功能完整的电路模块，不仅可以提高电路的集成度和性能，还可以减低成本和功耗，满足不同应用场景的需求。随着芯片的性能不断提升，施加在芯片上的功率不断增加，导致芯片的产生的热量增加。若芯片产生的热量不能及时散出，热量在芯片内部积聚，将使得芯片温度上升，影响芯片性能，甚至导致芯片失效。因此，芯片的封装结构需具有良好的散热性能，以便于及时散出芯片产生的热量。

[0003] 目前，现有的扇出型芯片封装结构，通常在封装结构内部或外部布置散热片进行传导散热，但传导散热速度较慢。而通过在封装结构外部设置风扇可以进行对流散热，对流散热虽然能够适当加快散热速度，但是，风扇需一直处于工作状态，增加能耗。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种扇出型芯片封装结构，以增强芯片散热效果，且降低散热能耗。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 本发明所述扇出型芯片封装结构，包括：

[0007] 塑封基板，表面开设有至少一个芯片封装槽；

[0008] 散热板，设于所述芯片封装槽内，所述散热板的第一面用于包覆在芯片的非工作面，所述散热板的第二面与所述芯片封装槽的槽壁间隔设置，所述散热板与所述芯片封装槽的槽壁之间的空间形成空气流道；

[0009] 进气通道，设于所述塑封基板内，所述进气通道连接所述空气流道与外界；

[0010] 出气通道，设于所述塑封基板内，所述出气通道连接所述空气流道与外界；

[0011] 切换组件，所述进气通道与所述空气流道的连接处、所述出气通道与所述空气流道的连接处各设一个所述切换组件；所述切换组件包括弹性件、连接件和封堵块，所述弹性件连接在所述散热板的第二面上，所述连接件的一端与所述弹性件连接，所述连接件的另一端伸出所述空气流道与所述封堵块连接；

[0012] 所述弹性件具有第一状态和第二状态，所述弹性件在所述第一状态下，所述封堵块封堵所述进气通道的通气口和所述出气通道的通气口，所述弹性件在所述第二状态下，所述封堵块释放所述进气通道的通气口和所述出气通道的通气口，使所述进气通道和所述出气通道与所述空气流道连通。

[0013] 优选地，所述弹性件为形状记忆合金弹簧，所述散热板的温度达到第一设定温度时，所述弹性件由第一状态切换为第二状态；所述散热板的温度达到第二设定温度时，所述弹性件由第二状态切换为第一状态。

[0014] 优选地，所述扇出型芯片封装结构还包括温度传感器、形状记忆合金丝和控制器，所述温度传感器设于所述散热板的第二面，所述温度传感器与所述控制器连接；所述形状记忆合金丝贴附在所述弹性件上，所述形状记忆合金丝设有与电源连接的接头。

[0015] 优选地，所述切换组件还包括引风机，所述引风机设于所述进气通道与外界连通的进气口处。

[0016] 优选地，所述扇出型芯片封装结构还包括导热柱，嵌在所述塑封基板内，所述导热柱的一端伸入所述空气流道，所述导热柱的另一端延伸至所述塑封基板的边沿。

[0017] 优选地，所述导热柱的一端与所述芯片封装槽的槽壁平齐。

[0018] 优选地，所述进气通道连接在所述空气流道的一端，所述出气通道连接在所述空气流道的另一端。

[0019] 优选地，所述扇出型芯片封装结构还包括连接通道，所述连接通道的一端与所述空气流道连通，所述连接通道的另一端封闭，所述连接件与所述封堵块设于所述连接通道内，所述进气通道和所述出气通道连接在所述连接通道的中部。

[0020] 优选地，所述扇出型芯片封装结构还包括绝缘片，所述绝缘片设于所述芯片封装槽内，所述绝缘片设于所述芯片的非工作面与所述散热板的第一面之间，且所述绝缘片延伸至与所述芯片封装槽的槽壁抵接。

[0021] 优选地，所述扇出型芯片封装结构还包括重布线层，设于所述塑封基板的表面及所述芯片的工作面，且所述重布线层和所述塑封基板的表面之间设有介电材料层，所述重布线层与所述芯片电连接。

[0022] 本发明实施例一种扇出型芯片封装结构与现有技术相比，其有益效果在于：

[0023] 本发明实施例的扇出型芯片封装结构，在塑封基板上开设芯片封装槽，在芯片封装槽内设置散热板，使用散热板包覆芯片的非工作面，在散热板与芯片封装槽的槽壁之间预留空气流道，在塑封基板内还设置进气通道和出气通道，在进气通道、出气通道与空气流道的连接处各设一个切换组件。切换组件包括弹性件、连接件和封堵块，弹性件具有第一状态和第二状态，弹性件在第一状态下，封堵块封堵进气通道和出气通道，切断进气通道、出气通道与空气流道之间的连通；弹性件在第二状态下，封堵块释放进气通道和出气通道，使进气通道和出气通道与空气流道连通。在芯片温度较低时，芯片散发热量较少，此时，使弹性件处于第一状态，封堵块封堵进气通道和出气通道，使得进气通道、出气通道与空气流道不连通，仅利用散热板散热。在芯片温度较高时，芯片散发热量较多，热量在散热板内积聚，使得散热板的温度升高，此时，使弹性件处于第二状态，封堵块释放进气通道和出气通道，使进气通道和出气通道与空气流道连通，空气在进气通道、空气流道、出气通道内流通，形成对散热板的对流散热，加快散热板的散热，使芯片在散热板传导散热和空气对流散热的综合作用下快速将热量散出，避免热量在芯片或散热板内堆积，强化散热效果。并且，本发明在芯片温度较低时，仅利用散热板散热即可满足芯片散热需求，在芯片温度较高时，才综合利用散热板散热和空气对流散热的散热方式，降低散热能耗。

附图说明

[0024] 图1是本发明实施例所述扇出型芯片封装结构的结构示意图；

[0025] 图2是图1中A部分的局部放大示意图；

[0026] 图3是本发明实施例中进气通道、出气通道和空气流道连通状态示意图；

[0027] 图4是图3中B部分的局部放大示意图。

[0028] 图中标号：

[0029] 1、塑封基板；11、芯片封装槽；111、空气流道；12、导热柱；2、散热板；21、第一面；22、第二面；3、进气通道；31、通气口；32、引风机；4、出气通道；5、切换组件；51、弹性件；52、连接件；53、封堵块；6、芯片；7、绝缘片；8、连接通道；9、重布线层；91、焊球；92、介电材料层。

具体实施方式

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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发明和简化描述，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发明的限制。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。

[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。

[0032] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0033] 参阅图1‑图4，本发明实施例提供一种扇出型芯片封装结构，包括塑封基板1、散热板2、进气通道3、出气通道4和切换组件5。塑封基板1的表面开设有至少一个芯片封装槽11，芯片封装槽11用于容置芯片6及芯片6散热结构。散热板2设于芯片封装槽11内，散热板2的第一面21用于包覆在芯片6的非工作面，芯片6的非工作面完全位于芯片封装槽11内，如图1中芯片6的侧面和底面均为非工作面；芯片6的工作面为芯片6的有源面，用于与其他电器件进行电连接，如图1中芯片6的顶面为工作面，工作面暴露于塑封基板1上。散热板2的第二面22与芯片封装槽11的槽壁间隔设置，散热板2与芯片封装槽11的槽壁之间的空间形成空气流道111，空气流道111的两端封闭，避免空气流道111的设置切断塑封基板1的表面而导致无法设置重布线层9。进气通道3设于塑封基板1内，进气通道3连接空气流道111与外界。出气通道4设于塑封基板1内，出气通道4连接空气流道111与外界。

[0034] 进气通道3与空气流道111的连接处、出气通道4与空气流道111的连接处各设一个切换组件5。切换组件5包括弹性件51、连接件52和封堵块53，弹性件51连接在散热板2的第二面22上，连接件52的一端与弹性件51连接，连接件52的另一端伸出空气流道111与封堵块53连接；弹性件51具有第一状态和第二状态，弹性件51在第一状态下，封堵块53封堵进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，弹性件51在第二状态下，封堵块53释放进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，使进气通道3和出气通道4与空气流道111连通。

[0035] 在芯片6温度较低时，芯片6散发热量较少，此时，使弹性件51处于第一状态，封堵块53封堵进气通道3和出气通道4，使得进气通道3、出气通道4与空气流道111不连通，仅利用散热板2散热。在芯片6温度较高时，芯片6散发热量较多，热量在散热板2内积聚，使得散热板2的温度升高，此时，使弹性件51处于第二状态，封堵块53释放进气通道3和出气通道4，使进气通道3和出气通道4与空气流道111连通，空气在进气通道3、空气流道111、出气通道4内流通，形成对散热板2的对流散热，加快散热板2的散热，使芯片6在散热板2传导散热和空气对流散热的综合作用下快速将热量散出，避免热量在芯片6或散热板2内堆积，强化散热效果。并且，本发明在芯片6温度较低时，仅利用散热板2散热即可满足芯片6散热需求，在芯片6温度较高时，才综合利用散热板2散热和空气对流散热的散热方式，降低散热能耗。

[0036] 参阅图1和图2，在一些实施方式中，弹性件51为形状记忆合金弹簧。散热板2的温度达到第一设定温度时，与散热板2直接接触的弹性件51的温度同步升高达到相变温度，使得弹性件51发生变形而伸长，弹性件51伸长过程中，推动封堵块53同步运动，使得封堵块53释放对应的进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，从而将进气通道3、出气通道4与空气流道111连通，完成弹性件51由第一状态至第二状态的切换，使芯片6在散热板2导热和空气对流换热的综合作用下快速散热。经空气对流换热作用后，散热板2的温度逐渐下降，散热板2的温度达到第二设定温度（第二设定温度小于第一设定温度）时，弹性件51同步冷却达到相变温度，弹性件51发生变形而回缩复位（参阅图3和图4），在弹性件51回缩复位的过程中，拉动封堵块53复位至封堵进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，切断进气通道3、出气通道4与空气流道111的连通，完成弹性件51由第二状态至第一状态的切换。通过形状记忆合金弹簧的双程形状记忆效应，使得弹性件51具有第一状态和第二状态，且随散热板2的温度变化，在第一状态和第二状态之间切换，避免热量在散热板2内堆积，从而避免热量在芯片6内堆积。

[0037] 在一些实施方式中，所述扇出型芯片封装结构还包括温度传感器、形状记忆合金丝和控制器。温度传感器设于散热板2的第二面22，温度传感器与控制器连接，温度传感器用于检测散热板2的温度，并将温度检测信号反馈至控制器。形状记忆合金丝贴附在弹性件51上，形状记忆合金丝设有与电源连接的接头。温度传感器检测到散热板2的温度达到第一设定温度时，控制器控制形状记忆合金丝与电源连通，使形状记忆合金丝通电加热，形状记忆合金丝受热发生变形而伸长，带动弹性件51整体变形伸长，弹性件51推动封堵块53同步运动，使得封堵块53释放对应的进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，从而将进气通道3、出气通道4与空气流道111连通，完成弹性件51由第一状态至第二状态的切换。温度传感器检测到散热板2的温度达到第二设定温度时，控制器控制形状记忆合金丝与电源断开，形状记忆合金丝断电后，不再保持伸长状态，在弹性件51的弹性作用下，形状记忆合金丝与弹性件51同步复位，弹性件51拉动封堵块53复位，完成弹性件51由第二状态至第一状态的切换。

[0038] 参阅图1和图3，在一些实施方式中，切换组件5还包括引风机32，引风机32设于进气通道3与外界连通的进气口处，通过引风机32增强进气通道3、出气通道4与空气流道111内的空气流通，强化对流散热。

[0039] 参阅图1和图3，在一些实施方式中，所述扇出型芯片封装结构还包括导热柱12，嵌在塑封基板1内，导热柱12的一端伸入空气流道111，导热柱12的另一端延伸至塑封基板1的边沿。导热柱12可将空气流道111内的热量传导至外界，强化散热。导热柱12采用导热材质制作。导热柱12的一端与芯片封装槽11的槽壁平齐，以避免导热柱12挡止空气流道111内的空气流通。导热柱12可设置多个，多个导热柱12增强散热，减少引风机32的使用频率。

[0040] 参阅图1和图3，在一些实施方式中，进气通道3连接在空气流道111的一端，出气通道4连接在空气流道111的另一端。进气通道3和出气通道4分别连接至空气流道111的两端，在进气通道3流入的空气需要流经整个空气流道111进入出气通道4内，增大了空气与散热板2的接触面积，强化对散热板2的对流散热，增强散热效果。

[0041] 参阅图1和图3，在一些实施方式中，所述扇出型芯片封装结构还包括连接通道8，连接通道8的一端与空气流道111连通，连接通道8的另一端封闭，连接件52与封堵块53设于连接通道8内，进气通道3和出气通道4连接在连接通道8的中部。空气流道111与进气通道3、出气通道4之间各连接一个连接通道8，连接通道8既起到衔接作用，还起到对封堵块53、连接件52的容置作用。将进气通道3和出气通道4连接在连接通道8的中部，使得封堵块53具有一定的活动空间，方便封堵块53封堵和释放通气口31。封堵块53释放通气口31时，封堵块53可与连接通道8的封闭端抵接。连接通道8与空气流道111垂直设置，弹性件51沿连接通道8的长度方向伸缩变形，弹性件51在第一状态下时，弹性件51可完全置于空气流道111内，弹性件51在第二状态下时，弹性件51伸长至连接通道8内。连接件52呈柱状，连接件52与连接通道8同轴设置，封堵块53释放通气口31时，连接件52与通气口31存在间隔，使得连接件52难以封堵通气口31，空气自连接件52与连接通道8的间隙进入空气流道111内。

[0042] 参阅图1和图3，在一些实施方式中，所述扇出型芯片封装结构还包括绝缘片7，绝缘片7设于芯片封装槽11内，绝缘片7设于芯片6的非工作面与散热板2的第一面21之间，且绝缘片7延伸至与芯片封装槽11的槽壁抵接。绝缘片7封堵空气流道111的两端。绝缘片7可采用氧化硅，绝缘片7实现芯片6之间的电性隔离。

[0043] 参阅图1和图3，在一些实施方式中，所述扇出型芯片封装结构还包括重布线层9，重布线层9设于塑封基板1的表面及芯片6的工作面，且重布线层9和塑封基板1的表面之间还设有介电材料层92，重布线层9与芯片6电连接。重布线层9与芯片6的工作面未被塑封基板1覆盖的部分之间设有介电材料层92。重布线层9上布设有焊球91，焊球91通过重布线层9与芯片6的工作面连接。

[0044] 本发明的工作过程为：

[0045] 芯片6置于芯片封装槽11内，芯片6的工作面显露于塑封基板1的表面，绝缘片7包覆在芯片6的非工作面。参阅图1和图2，芯片6工作产生的热量较少时，热量经非工作面传导至散热板2，经散热板2散出。此时，封堵块53封堵进气通道3、出气通道4，切换组件5的引风机32不工作，降低能耗。参阅图3和图4，芯片6工作产生的热量较多时，散热板2的散热难以满足芯片6散热需求，热量在散热板2内积聚，导致散热板2的温度升高。散热板2的温度达到第一设定温度时，与散热板2直接接触的弹性件51的温度同步升高，使得弹性件51发生变形而伸长，弹性件51伸长过程中，推动封堵块53同步运动，使得封堵块53释放对应的进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，从而将进气通道3、出气通道4与空气流道111连通，空气在空气流道111内流动，带走散热板2的热量。散热板2的温度下降至第二设定温度时，弹性件51发生变形而回缩复位，在弹性件51回缩复位的过程中，拉动封堵块53复位至封堵进气通道3的通气口31和出气通道4的通气口31，切断进气通道3、出气通道4与空气流道111的连通，继续由散热板2对芯片6散热。

[0046] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。