[发明专利]一种倒装芯片球栅阵列封装结构及芯片散热性能优化方法

说明书

本申请涉及半导体技术领域，公开了一种倒装芯片球栅阵列封装结构及芯片散热性能优化方法，其中该封装结构直接在封装外壳上集成散热结构，省去了散热器与封装外壳连接的维护，且省去了额外散热器基板厚度带来的热阻，进一步提高了散热性能，用于低功耗芯片时，依靠自身的散热结构即可实现散热；该方法用于实现带翅片散热结构的倒装芯片球栅阵列封装结构的散热性能优化，其以散热翅片数量、散热翅片间距和散热翅片高度作为优化参数，建立相应的传热模型，通过不同优化参数取值所对应的传热模型的散热效果来确定参数优化值，实现了该倒装芯片球栅阵列封装结构参数的优化设计，能够在满足封装结构尺寸要求的情况下实现这种散热结构散热性能优化。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种倒装芯片球栅阵列封装结构及芯片散热性能优化方法。

背景技术

倒装芯片球栅阵列(FCBGA)是一种半导体封装，其具有设置在基板一侧端的晶元和设置在基板另一侧端的球形栅阵列，该球形栅阵列可将FCBGA安装在印刷电路板上。晶元在工作器件会发热，需要将热量从晶元耗散到诸如空气的流体介质，以保障FCBGA正常工作。

目前通常在倒装芯片球栅阵列(FCBGA)的封装外壳上连接散热器以对晶元进行散热，该散热器与封装外壳之间的间隙填充硅胶作为散热传导剂。这种散热方式下，散热器与封装外壳通过硅胶连接，二者结合并不紧密，需要定期重新填涂硅胶，维护麻烦，且散热器本身基板存在一定的厚度，额外增加了传热热阻。

申请内容

为此，本申请实施例的目的在于，提供一种倒装芯片球栅阵列封装结构及芯片散热性能优化方法，能够解决现有倒装芯片球栅阵列封装结构中散热器与封装外壳间的连接维护麻烦且传热热阻大的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种倒装芯片球栅阵列封装结构，所述封装结构包括基板、晶元和封装外壳，所述封装外壳设置于所述基板上而与所述基板形成一腔体，所述晶元位于所述腔体内且一侧端与所述基板连接；所述封装外壳包括设置为散热结构的主体部分，所述主体部分通过热界面材料层与所述晶元的另一侧端连接。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述主体部分包括：

第一连接部分，所述第一连接部分的底面与所述热界面材料层连接；

散热翅片组，其包括从所述第一连接部分的顶面竖向延伸且沿横向间隔设置的多个散热翅片。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述主体部分包括第二连接部分，所述第二连接部分的底面与所述热界面材料层连接，所述第二连接部分内设有冷却液通道。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述封装外壳还包括沿着所述主体部分外围延伸的支撑部分，所述支撑部分的底部与所述基板连接。

根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述热界面材料层为硅脂、硅胶、相变化材料、导热胶或者散热垫片。

本发明第二方面提高了一种芯片散热性能优化方法，所述方法用于优化一种倒装芯片球栅阵列封装结构的散热性能，该一种倒装芯片球栅阵列封装结构包括基板、晶元和封装外壳，所述封装外壳设置于所述基板上而与所述基板形成一腔体，所述晶元位于所述腔体内且一侧端与所述基板连接；所述封装外壳包括设置为散热结构的主体部分，所述主体部分通过热界面材料层与所述晶元的另一侧端连接，所述主体部分包括第一连接部分和散热翅片组，所述第一连接部分的底面与所述热界面材料层连接，所述散热翅片组包括从所述第一连接部分的顶面竖向延伸且沿横向间隔设置的多个散热翅片；所述方法包括：

将影响所述倒装芯片球栅阵列封装结构的散热性能的因素划分为待优化参数和其余因素，所述待优化参数包括散热翅片数量、散热翅片间距和散热翅片高度；