散热结构以及高热传元件

技术领域

本发明涉及一种散热结构，特别是通过高热传元件增加平均散热效果的一种散热结构。

背景技术

芯片的工作温度需控制于一可接受范围内，在现有技术中常见的散热处理技术，例如提高封装材料(Molding compound)的材料热传系数，需混合一些高热传材料，例如石墨烯等。这些混合的配方，需符合避免产生不必要困扰的要求，例如熔流动性大幅降低、混合材料产生化学反应、损害模具、出现腐蚀性、热膨胀系数过大、封装固化过程中收缩率过高，物性不稳定、原料供应不稳定等。这些混合材料的生产具有相当的技术难度，造成混合材料的成本高昂。

图1A、图1B显示美国专利US 9147648所提供的技术，其中图1B显示图1A中剖切线AA的剖断面。此专利提供桥接元件Br1、Br2，设置于芯片Ch1、Ch2表面，其目的为通过接触桥接元件Br1、Br2的表面，将芯片Ch1、Ch2内产生的热量，传递至一电路板(PCB)上，通过电路板将热传送至外面。此技术的桥接元件Br1、Br2需分别精确地配合芯片Ch1、Ch2，即桥接元件Br1、Br2的尺寸需十分准确，如此才能将热传送出电路板。

图2显示美国专利US 10438877所提供的技术，其中空白区BL，为导线架上晶粒焊垫(Die paddle)间提供结构补强的效果。空白区BL可依导电或不导电的需要，而有不同的设计。但是，空白区BL的设置与导热效果无关，即空白区BL的设置非考虑邻近晶粒焊垫是否为高温或低温(或相对高温或相对低温)而决定，此空白区BL无法提稳定的传热功能。

针对芯片散热的需求，以及现有技术的缺点，本发明提供一种散热结构的设计，在使用一般的封装材料与导线架的条件下，可具有较佳的散热效果。

发明内容

就其中一个观点言，本发明提供了一种散热结构，包含：一导线架，包含一高温部以及一低温部，高温部与低温部为导线架中不相连的两部分，其中高温部上可设置一高发热元件；以及一高热传元件，具有两侧端，分别直接连接于高温部与低温部，用以将高发热元件中的热能分散至低温部。

一实施例中，高热传元件为单材结构体、或复合结构体。

一实施例中，高热传元件的两侧端，具有一相连热接触面；或者两侧端分别具有多个不相连的热接触点、或两个独立的热接触条。

一实施例中，导线架包含两低温部，高热传元件热接触两低温部。一实施例中，低温部以及另一低温部为导线架中相连的两部分，当散热结构进行封装包覆后，切割相连部分以分离两低温部。

一实施例中，高温部可包含导线架中一晶粒焊垫(Die paddle)。

一实施例中，高发热元件产生的热量，通过高热传元件，散热至封装包覆散热结构的封装材料内或导线架的边缘侧。

本发明的散热结构，可用于方型扁平无引脚封装(Quad Flat No Lead，QFN)、方型扁平式封装技术(Quad Flat Package，QFP)、双列直插封装(Dual In-Line Package，DIP)、小型封装(Small Outline Package，SOP)、小型晶体管封装(Small Outline Transistor，SOT)、以及系统整合芯片封装(System on Integrated Chip，SOIC)。

根据本发明，高热传元件不直接连接于高发热元件。

一实施例中，高热传元件下方处的导线架中高温部与低温部间具有一间隙，高热传元件具有一元件长度，元件长度短于间隙的宽度的五倍。又一实施例中，元件长度长于间隙的宽度的三倍。

一实施例中，当散热结构以封装材料进行灌模工艺，封装材料填满此间隙。

一实施例中，高温部上设置多个高发热元件，且多个高发热元件彼此不重叠排列或至少两高热元件彼此至少部分堆叠排列。

一实施例中，高发热元件直接或间接桥接于高热传元件。

另一观点中，本发明提供一种高热传元件，包含：一热传材料本体；以及两侧端，分别位于热传材料本体上相对侧，两侧端分别连接于一导线架中一高温部与一低温部，用以将高温部中的热能分散至低温部。

一实施例中，两侧端具有一相连热接触面；或者两侧端分别具有多个不相连的热接触点、或不相连的两个热接触条。

以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。

图中符号说明

10，20：散热结构

11：导线架

111：高温部

112：低温部

12：高热传元件

121：热传材料本体

122：侧端

AA：剖切线

BL：空白区

Br1，Br2：桥接元件

Ch1，Ch2：芯片

Eh：高发热元件

El：元件

L：元件长度

W：间隙宽度

附图说明

图1A、图1B、图2显示现有技术中导线架上相关设置的示意图。

图3、图4、图12A、图12B显示根据本发明四实施例中散热结构的示意图。

图5A至图5B显示根据本发明一实施例中比较图5A无高热传元件与图5B具有高热传元件的散热结构的分析结果示意图。

图6、图7、图8、图9显示根据本发明多个实施例的高热传元件示意图。

图10A、图10B、图11A、图11B显示本发明两实施例中散热结构的封装过程示意图。

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路组成部分间的相互关系，至于形状与尺寸则并未依照比例绘制。

参照图3、图4，其用以说明本发明提供的一种散热结构10、20，包含：一导线架11以及一高热传元件12。导线架11包含一高温部111以及低温部112(图3显示两个低温部112，图4显示一个低温部112，本发明可依需要而决定低温部数量)，高温部111与低温部112为导线架11中不相连的两部分，其中高温部111上可设置一高发热元件Eh，高发热元件Eh于工作时会产生高热(例如高运算量芯片、或高电量处理芯片)。低温部112上可选择性设置另一元件El，此高发热元件Eh工作时所产生的热量高于另一元件El所产生的热量。高热传元件12，具有两侧端122，分别直接连接于高温部111与低温部112，用以将高发热元件Eh中的热能分散至低温部112。其中，来自高温部111的热通过高热传元件12传至低温部112，以扩大散热范围，然后再传热至导线架11的边缘、或封装包覆散热结构10、20的封装材料内。如此，本发明通过较少空间的高热传元件12以产生平均散热效果，又可降低封装材料的散热效能需求，不必局限于高热传系数封装材料。因此，根据本发明，封装材料的选择较多，可有效控制封装成本，又能维持一定的散热能力。

根据本发明，低温部112上设置的元件El，为一选择性的设计，若需要低温部112上也可不设置任何元件。

发明人根据前述实施例的设计，进行散热分析。根据分析结果，当无高热传元件12的散热，高温部111原本的最高温度可高达91.8℃(图5A)。加入高热传元件12后，高温部111原本的最高温度可下降约20℃，到达71.5℃(图5B)。根据分析结果，本发明提供的技术，具有相当的降温效果。

需说明的是，所谓的“高温”并非指高于特定的温度，“低温”并非指低于特定的温度。而是在散热结构中，高温部与低温部相对的温度差，也就是说，当高发热元件Eh操作时，高温部的温度高于低温部。而所谓“高发热”、“高热”也并非指高于特定的热量，而是指高发热元件Eh工作时所产生的热量高于元件El所产生的热量。

一实施例中，高温部111以及低温部112的材料高度，可位于同一平面，或者高温部111以及低温部112分别与高热传元件12的接触处为同一平面。如此，高热传元件12的接触面为同一平面，其制造难度远低于现有技术中需配合芯片以及导线架的不同高度。此外，本发明提供可针对特定高发热元件Eh，设置对应的高热传元件12，实现快速分散热的效果。如此，本发明不需针对特定高发热元件Eh使用高成本的封装材料，也避免高发热元件Eh的高温过度集中，影响其他元件的操作。

此外，前述的实施例中，附图虽仅显示一高热传元件Eh，而根据本发明设置的高热传元件可不限于此数量。例如，导线架可包含至少二高温部(或者，至少二高发热元件)，根据本发明的技术，可设置至少二高热传元件，分别连接对应的低温部。

一实施例中，如图12A所示，导线架10包含二高温部111，其中每一高温部111上设置例如二高发热元件Eh，且两高热元件Eh彼此部分堆叠排列。

一实施例中，如图12B所示，导线架10包含二高温部111，其中每一高温部111上设置例如二高发热元件Eh，且二高发热元件Eh彼此不重叠排列。

一实施例中，如图12A所示，一高发热元件Eh直接桥接于高热传元件12；而另一高发热元件Eh间接桥接于高热传元件12。

一实施例中，高热传元件12为单材结构体(例如图6)、或复合结构体(例如图7、图8、图9)。单材结构体可为单层结构的高热传材料，复合结构体可包含相同或不同的高热传材料所形成的复合结构。一实施例中，高热传元件的材料，可包含：金属材料、硅基材料或导热绝缘胶。又一实施例中，高热传元件的材料热传特性，可具有温度与热传量间的线性关系、或非线性关系。又或者，高热传元件的材料可包含一相变化热传材料。如此，使用者可依需要而决定高热传元件12的结构与材料选择。

一些实施例中，高热传元件12的两侧端122有多种不同的设计，以分别直接连接于高温部111与低温部112。例如，参照图6、图7，其中高热传元件12具有一相连热接触面(两侧端122为相连热接触面的两侧)。或者，参照图8，高热传元件12两侧端122分别具有多个不相连的热接触点(各侧分别包含多个不相连的热接触点)。或者，参照图9，高热传元件12两侧端122分别具有不相连的两个热接触条(各侧分别包含一热接触条)。或者，高热传元件12两侧端122可以有不同的热接触组合，例如两侧端122分别具有多个不相连的热接触点、以及一热接触条。其中，当高温部111与低温部112之间需不导电，则不适用于导电材质的相连热接触面，可使用不导电的相连热接触面、不相连的热接触点、或两个独立的热接触条。或者，当高温部111与低温部112之间需导电，则适用于导电材质的相连热接触面。其中，导电的需求可基于共同接地、提高电能容受面积、或其他原因，其端视需要而定。

图3显示一实施例中导线架11包含两低温部112，高热传元件12热接触两低温部112，以增加散热范围，加速热传效果。其中，两低温部112的设计，可依需要而定。例如，图3中两低温部112为导线架11中不相连的两部分，当进行封装(图10A)后，从底面可见封装后两低温部112为彼此不相连(图10B)。又例如，图11A显示另一实施例中，两低温部112为导线架11中彼此相连的两部分，当进行封装后，从底面可见两低温部112为彼此相连(图11B)。切割其中相连部分以分离两低温部112。其中，切割的方式可使用机械、雷射或其他方式。机械方式例如使用锯片(Blade saw)进行切割。切割后的两低温部112，请参照图10B，两低温部112为彼此不相连。

一实施例中，高温部111可包含导线架中一晶粒焊垫(Die paddle)。低温部112可包含另一打线接合区(Bond area)、另一晶粒焊垫、另一导线引脚(Lead finger)、或围框等。一实施例中，低温部112上也设置件El，当高发热元件Eh暂时未操作而高温部111温度降低时，高低温部111、112间的传热方向可反向，即高温部111与低温部112互换，从原低温部112散热至原高温部111。换言之，高热传元件12的作用可为双向导热，而不受限于单向导热，而高温部111与低温部112的位置也可依需要而互换。

一实施例中，高发热元件Eh产生的热量，通过高热传元件12，散热至封装材料或导线架11的边缘侧。根据高热传元件Eh的种类与位置。例如高温部111为靠近整体封装结构的中央部位时，基本上先经由低温部112散热至封装材料。又例如高温部111为靠近整体封装结构的边缘部位时，基本上先经由低温部112散热至导线架11的边缘侧。

本发明的散热结构，可用于方型扁平无引脚封装(Quad Flat No Lead，QFN)、方型扁平式封装技术(Quad Flat Package，QFP)、双列直插封装(Dual In-Line Package，DIP)、小型封装(Small Outline Package，SOP)、小型晶体管封装(Small Outline Transistor，SOT)、以及系统整合芯片封装(System on Integrated Chip，SOIC)。

根据本发明，高热传元件12不直接连接于高发热元件Eh。如此，高温部111的热量可先散热至低温部112，再散热至封装材料或导线架11的边缘侧。

根据本发明，封装材料对于散热结构的封装方式，不限于前述图10B或11B的实施例。一实施例中，封装材料在包覆散热结构时，也可包覆高热传元件下方处的间隙，即包覆高热传元件下方以及高温部与低温部之间的间隙。例如，参照图3，散热结构10中高热传元件12具有一元件长度L，导线架11中高温部111与低温部112之间具有一间隙宽度W。其中，元件长度L的延伸方向不平行于间隙宽度W的延伸方向，例如元件长度L方向垂直于间隙方向W。高温部111与低温部112之间的间隙有一部分位于高热传元件12下方，当封装材料进行灌模工艺以包覆高热传元件12下方处的间隙，且元件长度L过长时，封装材料可能无法完全填满高热传元件12下方处的间隙。因此，一较佳实施例中，高热传元件12的元件长度L短于间隙宽度W的五倍。然而，当元件长度L过短时，高热传元件12的热传效果可能不足，又一较佳实施例中，元件长度L长于间隙宽度W的三倍，使高热传元件12有足够的元件长度L进行散热。

另一观点中，参照图3、图4、图6、图7、图8、图9，本发明提供一种高热传元件12，包含：一热传材料本体121；以及两侧端122，分别位于热传材料本体121上相对侧，两侧端122(虚线表示其范围)分别连接于一导线架11中一高温部111与一低温部112，用以将高温部111中的热能分散至低温部112。

一实施例中，热传材料本体121所包含高热传材料，可包含：金属材料、硅基材料或导热绝缘胶。又一实施例中，热传材料本体121的材料热传特性，可具有温度与热传量间的线性关系、或非线性关系。又或者，热传材料本体121的材料可包含一相变化热传材料。

一实施例中，高热传元件12与所设置的导线架11，彼此间可有一搭配的尺寸要求，以提供适当的空间供封装材料包覆高热传元件下方处的间隙，即包覆高热传元件12下方以及高温部111与低温部112之间的间隙。例如，一实施例中，高热传元件12的元件长度L短于间隙宽度W的五倍。又一实施例中，元件长度L长于间隙宽度W的三倍，使高热传元件12有足够的元件长度L进行散热。

以上已针对实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化。例如，导线架有不同的设置、或元件的形状不同于附图等，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。