專利名稱：具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種電子裝置，特別是有關(guān)于一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)以及多重封裝模塊(multi-package module，MPM)的電子裝置。
背景技術(shù)：
可攜式電子產(chǎn)品，例如手機(jī)(cell phone)、移動計算機(jī)(mobile computing)及其它消費(fèi)性產(chǎn)品需要在厚度薄、重量輕及低成本的限制因素下呈現(xiàn)高性能(performance)及功能(functionality)，因而驅(qū)使制造業(yè)者必須增加半導(dǎo)體芯片的集積度。亦即，制造業(yè)者開始轉(zhuǎn)向三維(3D)封裝，借由引線鍵合(wirebonding)法或倒裝(flip chip)法等組裝技術(shù)而將多重芯片迭置于一封裝中。
因此，多重封裝模塊(multi-package module，MPM)近來越來越受到矚目，其可在一封裝基板上整合不同功能的芯片，例如微處理器或內(nèi)存、邏輯及光學(xué)集成電路等，取代了將個別的芯片放置于較大尺寸的印刷電路板(printed circuit board，PCB)上的方式。然而，相較于個別的單晶封裝而言，多重封裝模塊具有較高的功率密度，而使得熱管理(thermal management)變的更為重要且成為其成功發(fā)展的關(guān)鍵因素。
圖1示出傳統(tǒng)的具有多重封裝模塊的電子裝置100剖面示意圖。此電子裝置100包括一多重封裝模塊20，其組裝于一印刷電路板(PCB)101上，且其包括一封裝基板12。封裝基板12的上表面及下表面各組裝有不同功能的芯片16及14而構(gòu)成多重封裝模塊20。舉例而言，芯片16借由一封裝基板12’的凸塊(或錫球)10’而組裝于封裝基板12的上表面。芯片14則借由倒裝法組裝于封裝基板12的下表面。封裝基板12下表面具有多凸塊10，其對應(yīng)連接至印刷電路板101上的焊墊(bonding pad)(未示出)，使芯片16及14與印刷電路板101作電性連接。在多重封裝模塊20中，芯片16所產(chǎn)生的熱可借由輻射(radiation)和對流(convection)兩種方式將其排出。然而，由于芯片14與印刷電路板101之間的間隙狹小的關(guān)系，使得芯片14所產(chǎn)生的熱難以借由輻射(radiation)和對流(convection)兩種方式將其排出。因此，芯片14只能借由傳導(dǎo)(conduction)方式進(jìn)行散熱。一般而言，印刷電路板101上對應(yīng)芯片14的位置會形成一金屬層102，并借由散熱膏(heatconductive paste)22而與芯片14連接。因此，芯片14可借由散熱膏22、金屬層102及印刷電路板101所構(gòu)成的熱傳導(dǎo)路徑來進(jìn)行散熱。
然而，對于會產(chǎn)生高熱的高功率芯片而言，上述被動式散熱(passivecooling)是無法提供優(yōu)選的散熱效果以及較高的散熱速率。亦即，將芯片所產(chǎn)生的熱經(jīng)由散熱膏及金屬層傳導(dǎo)至印刷電路板并無法有效且及時地進(jìn)行散熱。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板及電子裝置，其利用電路板的內(nèi)層金屬層作為一虛擬熱通道(virtual thermalchannel)，使得封裝基板底側(cè)芯片可借由虛擬熱通道將熱引導(dǎo)至封裝基板外側(cè)的電路板上，有利于主動式(active)及被動式散熱的進(jìn)行。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的一實施例提供一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，適用于一多重封裝模塊的封裝基板，其包括一基板、第一及第二頂層金屬層、內(nèi)層金屬層及多第一及第二導(dǎo)熱插塞。第一頂層金屬層設(shè)置于基板上，且對應(yīng)于封裝基板。第二頂層金屬層設(shè)置于基板上，且位于封裝基板外側(cè)。內(nèi)層金屬層設(shè)置于基板中。第一導(dǎo)熱插塞設(shè)置于基底中，以熱連接第一頂層金屬層與內(nèi)層金屬層。第二導(dǎo)熱插塞設(shè)置于基底中，以熱連接第二頂層金屬層與內(nèi)層金屬層。
又根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的一實施例提供一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其包括一封裝基板及一電路板。封裝基板，包括具有一芯片區(qū)的基板以及依陣列排置于基板上的多凸塊，且其圍繞芯片區(qū)。電路板，位于封裝基板下方，其包括一內(nèi)層金屬層以及對應(yīng)連接至凸塊的多焊墊。導(dǎo)熱層設(shè)置于封裝基板的芯片區(qū)與電路板之間，且與內(nèi)層金屬層作熱接觸。散熱片設(shè)置于封裝基板外側(cè)的電路板上且與內(nèi)層金屬層作熱接觸。
又根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的另一實施例提供一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其包括一封裝基板及一印刷電路板。封裝基板，包括具有一芯片區(qū)的基板以及依陣列排置于基板上的多凸塊，且其圍繞芯片區(qū)。印刷電路板，位于封裝基板下方，其包括多焊墊，對應(yīng)連接至凸塊。一第一頂層金屬層，對應(yīng)于封裝基板的芯片區(qū)。一第二頂層金屬層，位于封裝基板外側(cè)。一內(nèi)層金屬層，分別與第一頂層金屬層及第二頂層金屬層作熱接觸。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1示出傳統(tǒng)的具有多重封裝模塊的電子裝置剖面示意圖。
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置的平面示意圖。
圖2B示出沿圖2A中2B-2B線的剖面示意圖。
圖2C示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有交替排列的鰭部的散熱片平面示意圖。
圖2D示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有三角形鰭部的散熱片平面示意圖。
圖2E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有矩形鰭部的散熱片平面示意圖。
圖3A示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置的平面示意圖。
圖3B示出沿圖3A中3B-3B線的剖面示意圖。
圖3C示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有交替排列的鰭部的頂層金屬層平面示意圖。
圖3D示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有三角形鰭部的頂層金屬層平面示意圖。
圖3E示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有矩形鰭部的頂層金屬層平面示意圖。
符號說明傳統(tǒng)技術(shù)10、10’～凸塊；12、12’～封裝基板；14、16～芯片；20～多層封裝模塊；22～散熱膏；100～電子裝置；101～印刷電路板；102～金屬層。
本發(fā)明30～凸塊；32a～芯片區(qū)；32～封裝基板；34、36～芯片；40～多層封裝模塊；42～散熱膏；200～電路板；201～基板；202～焊墊；204～導(dǎo)熱層；205～散熱部件；206～散熱片；206a、212a～鰭部；207～風(fēng)扇；208～散熱模塊；209～第二頂層金屬層；210～第一頂層金屬層；212～第二頂層金屬層的第一部；214～第二頂層金屬層的第二部；221～內(nèi)層金屬層；223～第一導(dǎo)熱插塞；225～第二導(dǎo)熱插塞。
具體實施例方式以下配合圖2A及圖2B說明本發(fā)明實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其中圖2A示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置的平面示意圖，而圖2B示出沿圖2A中2B-2B線的剖面示意圖。電子裝置包括一多重封裝模塊40、一電路板200、導(dǎo)熱層204及一散熱片(heat sink)206。
多重封裝模塊40包括一封裝基板32。封裝基板32的下表面具有一芯片區(qū)32a而其上表面則同樣具有一芯片區(qū)(未示出)。此處，「下表面」指面向電路板(如，印刷電路板)的表面，而「上表面」指背向于下表面的表面。在本實施例中，封裝基板32可為塑料基板、陶瓷基板、無機(jī)基板或是有機(jī)基板。典型的芯片區(qū)32a大體位于封裝基板32中心部。具有不同功能的芯片34及36可借由相同或不同的封裝方法而分別組裝于封裝基板32下表面的芯片區(qū)32a中以及上表面的芯片區(qū)中。舉例而言，芯片34及36可借由倒裝法或打線法組裝于封裝基板32上。多凸塊(bump)30，例如金屬凸塊、錫球、或信號球等，依陣列排置于封裝基板32上并且圍繞芯片區(qū)32a，用以將來自芯片34及36的信號傳輸至外部電路。
電路板200，例如一印刷電路板，位于多重封裝模塊40，其包括一基板201、位于基板201中的一內(nèi)層金屬層(inner metal layer)221及位于基板201上的多焊墊(bonding pad)202。多焊墊(bonding pad)202對應(yīng)連接至多重封裝模塊40的凸塊30，以電性連接電路板200與芯片34及36。典型的電路板包括至少一或多個金屬層以及至少一或多個絕緣層，其中金屬層可作為信號層、電源層、及/或接地層。此處，為簡化圖示，僅示出一平整基板201以及位于其中的一內(nèi)層金屬層221。
導(dǎo)熱層204設(shè)置于電路板200上，且介于電路板200與封裝基板32的間。在本實施例中，導(dǎo)熱層204對應(yīng)于封裝基板32的芯片區(qū)32a，其借由散熱膏42與芯片34作熱接觸并借由設(shè)置于基板201中的多第一導(dǎo)熱插塞223與內(nèi)層金屬層221作熱接觸。此處，第一導(dǎo)熱插塞223可為金屬插塞。
散熱片206設(shè)置于封裝基板32外側(cè)的電路板200上并且借由設(shè)置于基板201中的第二導(dǎo)熱插塞225與內(nèi)層金屬層221作熱接觸。此處，第二導(dǎo)熱插塞225可為金屬插塞。在本實施例中，散熱片206具有至少一鰭部206a。舉例而言，位于封裝基板32外側(cè)的電路板200上的散熱片206具有多圓形(round)鰭部206a，且其對稱排列于散熱片206的兩相對側(cè)。再者，鰭部206a朝電路板200表面大體平行地延伸。而在其它的實施例中，這些鰭部206a可交替地排列于散熱片206的兩相對側(cè)，如圖2C所示。另外，在其它實施例中，鰭部206a可為三角形(如圖2D所示)、矩形(如圖2E所示)或其它多邊形。業(yè)內(nèi)人士可輕易了解三角形或矩形的鰭部206a可交替地排列于散熱片206的兩相對側(cè)而不局限于第2D及2E圖的形態(tài)。在本實施例中，導(dǎo)熱層204或散熱片206可由金、銀或銅金屬所構(gòu)成。再者，導(dǎo)熱層204可與芯片34局部或完全重迭。此處，為了簡化圖示，僅以完全重迭的情形作為范例說明。
散熱模塊208設(shè)置于封裝基板32外側(cè)的散熱片206的末端上方，以提供主動式散熱。在本實施例中，散熱模塊208可包括一風(fēng)扇207及設(shè)置于其下方的散熱部件(heat dissipating component)205，例如金屬熱板(heat plate)或是熱管(heat pipe)。
根據(jù)本實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，由于內(nèi)層金屬層221及第一及第二導(dǎo)熱插塞223及225構(gòu)成一虛擬熱通道，使得位于封裝基板32底側(cè)的芯片34所產(chǎn)生的熱可借由虛擬熱通道及位于封裝基板32外側(cè)的散熱片206的鰭部206a進(jìn)行輻射及對流等被動式散熱。同時，可借由散熱部件205以輻射、對流及傳導(dǎo)等方式將熱有效地且及時地排出至外在環(huán)境中，如圖3B中箭號所示。另外，若芯片34為高功率芯片，亦可借由風(fēng)扇207進(jìn)行主動式散熱將熱迅速排出。相較于傳統(tǒng)將熱傳導(dǎo)至電路板，本實施例的具有多重封裝模塊40的電子裝置具有優(yōu)選的散熱效果及較高的散熱效率。
以下配合圖3A及圖3B說明本發(fā)明另一實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其中圖3A示出根據(jù)本發(fā)明實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置的平面示意圖，而圖3B示出沿圖3A中3B-3B線的剖面示意圖，其中相同于圖2A及圖2B的部件使用相同的標(biāo)號并省略相關(guān)的說明。不同于圖2A及圖2B的實施例，本實施例借由電路板200中的第一及第二頂層金屬層210及209及內(nèi)層金屬層221而形成熱傳導(dǎo)路徑。此處，電路板200，例如一印刷電路板，包括一基板201、第一及第二頂層金屬層210及209及一內(nèi)層金屬層221。第二頂層金屬層209設(shè)置于基板201上方且包括一第一部212及一第二部214。
第一頂層金屬層210設(shè)置于基板201上方且對應(yīng)于芯片區(qū)32b下方。再者，第一頂層金屬層210借由散熱膏42與芯片34作熱接觸并以多第一導(dǎo)熱插塞223，例如金屬插塞，熱連接至內(nèi)層金屬層221。
第二頂層金屬層209的第一部212位于封裝基板32外側(cè)的電路板200上并以多第二導(dǎo)熱插塞225，例如金屬插塞，熱連接至內(nèi)層金屬層221。其中，第二頂層金屬層209的第一部212具有至少一鰭部212a。第二頂層金屬層209的第二部214則與第一部212的末端相鄰。舉例而言，第二頂層金屬層209的第一部212具有多圓形(round)鰭部212a，且其對稱排列于第一部212的兩相對側(cè)。再者，鰭部212a朝基板201表面大體平行地延伸。而在其它的實施例中，這些鰭部212a可交替地排列于第一部212的兩相對側(cè)，如圖3C所示。另外，在其它實施例中，鰭部212a可為三角形(如圖3D所示)、矩形(如圖3E所示)或其它多邊形。業(yè)內(nèi)人士可輕易了解三角形或矩形的鰭部212a可交替地排列于第二部212的兩相對側(cè)而不局限于圖3D及圖3E的形態(tài)。在本實施例中，第一頂層金屬層210或第二頂層金屬層209可由金、銀或銅金屬所構(gòu)成。此處，第二頂層金屬層209的第一部212作為一散熱片。芯片34所產(chǎn)生的熱可借由散熱膏42、第一頂層金屬層210、多第一及第二導(dǎo)熱插塞223及225、內(nèi)層金屬層221及散熱片傳導(dǎo)至封裝基板32外側(cè)，以進(jìn)行被動式散熱。再者，第二頂層金屬層209的第二部214作為散熱部件，以利用設(shè)置于其上方的風(fēng)扇207進(jìn)行主動式散熱，將熱排出至外在環(huán)境中，如圖3B中箭號所示。
同樣地，根據(jù)本實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，內(nèi)層金屬層221及導(dǎo)熱插塞223及225構(gòu)成一虛擬熱通道，使得位于封裝基板32底側(cè)的芯片34所產(chǎn)生的熱可借由虛擬熱通道及位于封裝基板32外側(cè)的散熱片有效地且及時地以輻射、對流及傳導(dǎo)等方式排出至外在環(huán)境中。相較于傳統(tǒng)將熱傳導(dǎo)至電路板，本實施例的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置具有優(yōu)選的散熱效果及較高的散熱效率。再者，由于第一及第二頂層金屬層210及209由電路板200本身所提供，故無需額外提供散熱片及散熱部件而降低制造成本。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何業(yè)內(nèi)人士，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，包括一封裝基板，其包括一基板，具有一芯片區(qū)；以及多凸塊，依陣列排置于該基板上且圍繞該芯片區(qū)；一電路板，位于該封裝基板下方，其包括多焊墊，對應(yīng)連接至所述凸塊；以及內(nèi)層金屬層；一導(dǎo)熱層，設(shè)置于該封裝基板的芯片區(qū)與該電路板之間，且與該內(nèi)層金屬層作熱接觸；以及一散熱片，設(shè)置于該封裝基板外側(cè)的該電路板上且與該內(nèi)層金屬層作熱接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該散熱片具有至少一鰭部，其朝該電路板表面大體平行地延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該鰭部為圓形、三角形、矩形或多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該散熱片具有多鰭部對稱或交替地排列于其兩相對側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，更包括一散熱模塊，設(shè)置于該散熱片上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該散熱模塊包括一熱板或一熱管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該散熱片或該導(dǎo)熱層由金、銀或銅金屬所構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該電路板更包括多導(dǎo)熱插塞，熱連接該內(nèi)層金屬層、該導(dǎo)熱層及該散熱片。
9.一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，包括一封裝基板，其包括一基板，具有一芯片區(qū)；以及多凸塊，依陣列排置于該基板上且圍繞該芯片區(qū)；一印刷電路板，位于該封裝基板下方，其包括多焊墊，對應(yīng)連接至所述凸塊；一第一頂層金屬層，對應(yīng)于該封裝基板的芯片區(qū)；一第二頂層金屬層，位于該封裝基板外側(cè)；以及一內(nèi)層金屬層，分別與該第一頂層金屬層及該第二頂層金屬層作熱接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中第二頂層金屬層具有至少一鰭部，其朝該印刷電路板表面大體平行地延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該鰭部為圓形、三角形、矩形或多邊形。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該第二頂層金屬層具有多鰭部對稱或交替地排列于其兩相對側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，更包括一散熱模塊，設(shè)置于該第二頂層金屬層上方。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該散熱模塊包括一熱板或一熱管。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置，其特征在于，其中該印刷電路板更包括多導(dǎo)熱插塞，熱連接該內(nèi)層金屬層、該第一頂層金屬層及該第二頂層金屬層。
16.一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，適用于一多重封裝模塊的封裝基板，包括一基板；一第一頂層金屬層，設(shè)置于該基板上，且對應(yīng)于該封裝基板；一第二頂層金屬層，設(shè)置于該基板上，且位于該封裝基板外側(cè)；一內(nèi)層金屬層，設(shè)置于該基板中；多第一導(dǎo)熱插塞，設(shè)置于該基底中，以熱連接該第一頂層金屬層與該內(nèi)層金屬層；以及多第二導(dǎo)熱插塞，設(shè)置于該基底中，以熱連接該第二頂層金屬層與該內(nèi)層金屬層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，其特征在于，其中第二頂層金屬層具有至少一鰭部，其朝該印刷電路板表面大體平行地延伸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，其特征在于，其中該鰭部為圓形、三角形、矩形或多邊形。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，其特征在于，其中該第二頂層金屬層具有多鰭部對稱或交替地排列于其兩相對側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，其特征在于，其中該第一或第二頂層金屬層由金、銀或銅金屬所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的印刷電路板，適用于一多重封裝模塊的封裝基板。一第一頂層金屬層設(shè)置于一基板上，且對應(yīng)于封裝基板。一第二頂層金屬層設(shè)置于基板上，且位于封裝基板外側(cè)。一內(nèi)層金屬層設(shè)置于基板中。多第一及第二導(dǎo)熱插塞設(shè)置于基底中，使內(nèi)層金屬層分別熱連接至第一頂層金屬層及第二頂層金屬層。本發(fā)明亦公開一種具有改善散熱結(jié)構(gòu)的電子裝置。
文檔編號H05K7/20GK1731917SQ20051009905
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者林志雄, 張乃舜 申請人:威盛電子股份有限公司