多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其中，多個芯片／裸芯片被封裝于基板(100)上，并包括第一芯片／裸芯片(200)和第二芯片／裸芯片(300)，所述第二芯片／裸芯片(300)的耐熱特性低于所述第一芯片／裸芯片(200)的耐熱特性，所述第二芯片／裸芯片(300)集成有獨立的散熱裝置。本實用新型中，通過對多芯片板封裝模組中耐熱特性較低的芯片／裸芯片提供獨立的散熱裝置，能夠有效實現(xiàn)熱敏芯片／裸芯片的熱量散發(fā)，同時不影響熱穩(wěn)定芯片／裸芯片的工作性能，進(jìn)而保證了整個封裝模組的穩(wěn)定運行。本實用新型構(gòu)思簡單、易于實施、應(yīng)用廣泛，具有很好的成本效益。
【專利說明】多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電氣元件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在例如LED芯片或其它IC芯片等多芯片板封裝模組中，一些熱敏感芯片通常在高溫運行條件下呈現(xiàn)較低的效率和可靠性。舉例來說，LED芯片板封裝模組中的各個芯片往往具有不同的熱穩(wěn)定性，一些芯片例如紅色LED芯片對熱量非常敏感，而藍(lán)色LED芯片則具有較高的熱穩(wěn)定性并能在高溫條件下工作。圖1示出了 615nm發(fā)光強度的紅色LED芯片隨溫度變化的曲線，圖2示出了 450nm發(fā)光強度的藍(lán)色LED芯片隨溫度變化的曲線。如圖1和圖2所示的，紅色LED芯片的發(fā)光效率隨著溫度的增加呈現(xiàn)非?？焖俚闹本€下降，在從室溫到80°C時，發(fā)光效率降低了 40%，相比之下，藍(lán)色LED芯片僅下降了 3%。因此，當(dāng)多芯片板封裝模組中需要同時封裝例如藍(lán)色和紅色LED芯片時，為了獲得較高的系統(tǒng)發(fā)光效率，有必要保證紅色LED芯片在低于60°C的條件下工作，而藍(lán)色LED芯片能夠在超出100°C的條件下工作。對于高密集封裝的多芯片模組來說，各個芯片之間的熱量影響尤為突出，如何有效實現(xiàn)各個芯片的熱量管理成為亟待解決的問題。已有一些方案被提出來解決上述散熱問題，但大多采用與封裝模組一體或分開連接的較大的散熱器，或者增加額外的散熱器件，在效益成本和應(yīng)用范圍方面不盡如人意。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種散熱結(jié)構(gòu)，將其用于多芯片板封裝模組中能夠?qū)哂胁煌瑹崦舾谐潭鹊男酒鸬接行У纳嶙饔茫瑥亩鴮崿F(xiàn)對多個芯片的性能和封裝模組
的熱量的高效管理。
[0004]為此，根據(jù)本實用新型的一種實施方式，提供一種多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其中多個芯片/裸芯片被封裝于基板上，并包括第一芯片/裸芯片和第二芯片/裸芯片，所述第二芯片/裸芯片的耐熱特性低于所述第一芯片/裸芯片的耐熱特性，所述第二芯片/裸芯片集成有獨立的散熱裝置。
[0005]根據(jù)一種實施方式，所述第一芯片/裸芯片為LED芯片/裸芯片，所述第二芯片/裸芯片由熱敏芯片/裸芯片集成所述散熱裝置封裝而成，所述熱敏芯片/裸芯片為LED芯片/裸芯片或其它IC芯片/裸芯片。
[0006]根據(jù)一種實施方式，本實用新型基于熱電制冷器(TEC)原理來實現(xiàn)上述目的，采用熱電制冷裝置作為所述散熱裝置，包括多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)，用于將所述第二芯片/裸芯片的熱敏芯片/裸芯片的熱量傳遞到所述基板。這樣，借助于通常由導(dǎo)熱材料制成的基板，能夠?qū)崃坑行У厣l(fā)。
[0007]根據(jù)一種實施方式，所述基板為第一基板，所述熱電制冷裝置包括與所述熱敏芯片/裸芯片連接的第二基板以及設(shè)置于所述第一基板和所述第二基板之間的多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)。
[0008]根據(jù)一種實施方式，所述熱電制冷裝置包括圍繞所述熱敏芯片/裸芯片連接的多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)，所述熱敏芯片/裸芯片和所述多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)共同連接在所述基板上。
[0009]根據(jù)一種實施方式，所述第一芯片/裸芯片為藍(lán)色LED芯片/裸芯片，所述第二芯片/裸芯片為紅色LED芯片/裸芯片。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，其他需要封裝在一起的熱穩(wěn)定芯片/裸芯片和熱敏芯片/裸芯片也是可能的。
[0010]本實用新型中，通過對多芯片板封裝模組中耐熱特性較低的芯片/裸芯片提供獨立的散熱裝置，能夠有效實現(xiàn)熱敏芯片/裸芯片的熱量散發(fā)，同時不影響熱穩(wěn)定芯片/裸芯片的工作性能，進(jìn)而保證了整個封裝模組的穩(wěn)定運行。本實用新型構(gòu)思簡單、易于實施、應(yīng)用廣泛，具有很好的成本效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]本實用新型的其它特征以及優(yōu)點將通過以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述的優(yōu)選實施方式更好地理解，附圖中，相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識相同或相似的部件，其中:
[0012]圖1為示出紅色LED芯片的發(fā)光效率隨溫度變化而變化的曲線示意圖；
[0013]圖2為示出藍(lán)色LED芯片的發(fā)光效率隨溫度變化而變化的曲線示意圖；
[0014]圖3為根據(jù)本實用新型一種實施方式的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0015]圖4為圖3中A部分的放大示意圖；
[0016]圖5為根據(jù)本實用新型另一種實施方式的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0017]圖6為圖5的部分頂部視圖；
[0018]圖7為示出采用根據(jù)本實用新型的散熱結(jié)構(gòu)后封裝模組散熱性能的測試結(jié)果的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下將結(jié)合具體實施例和附圖來描述本實用新型。在描述時各個部件的結(jié)構(gòu)位置例如上、下、頂部、底部等方向的表述不是絕對的，而是相對的。當(dāng)各個部件如圖中所示布置時，這些方向表述是恰當(dāng)?shù)?，但圖中各個部件的位置改變時，這些方向表述也相應(yīng)改變。
[0020]在下文中，主要針對多個LED芯片板封裝模組來描述，其中多個LED芯片包括但不限于紅色LED芯片/裸芯片以及藍(lán)色LED芯片/裸芯片。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，將本實用新型應(yīng)用于其他板封裝模組中的IC芯片/裸芯片也是可行的，下文的描述并不用于限定本實用新型。
[0021]圖3和圖4示出了根據(jù)本實用新型的一種實施方式，其中圖4示出了圖3中A部分的放大視圖。在該實施方式中，高功率藍(lán)色LED芯片/裸芯片200和紅色LED芯片/裸芯片300被封裝在同一基板100上，紅色LED芯片/裸芯片300被布置在基板100的中間以獲得良好的光學(xué)效果，即，使封裝后的光學(xué)模組呈現(xiàn)出穩(wěn)定的白光。已知的是，基板100的中心為熱量集中點，并且紅色LED芯片/裸芯片300對熱量非常敏感。為了獲得高效同時穩(wěn)定的紅色光輸出，有利地在紅色LED芯片/裸芯片300中集成封裝獨立的散熱裝置來對其熱敏芯片/裸芯片301進(jìn)行有效的散熱。參見圖4，在該實施方式中，在熱敏芯片/裸芯片301和基板100之間設(shè)置熱電制冷裝置，其為一種使用PN結(jié)半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的用作小型熱泵的電子元件，通過在熱電制冷裝置的兩端加載較低的直流電壓，可將熱量從元件的一端傳遞到另一端，以此實現(xiàn)對元件一端的散熱作用。具體來說，將多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)303、304設(shè)置于基板100和熱敏芯片/裸芯片301之間，其中P型材料303和N型材料304在電流通路上呈串聯(lián)連接，在熱流通路上呈并聯(lián)連接，以使得熱敏芯片/裸芯片301，即紅色LED芯片/裸芯片的溫度被冷卻，甚至能夠低于藍(lán)色LED芯片/裸芯片200的溫度。此夕卜，在熱敏芯片/裸芯片301和多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)303、304之間設(shè)置另一基板302是有利的，基板302可為高熱傳導(dǎo)材料制成，能夠更為快速有效地將其上方的熱敏芯片/裸芯片301的熱量傳遞到下方的半導(dǎo)體致冷PN結(jié)。由于熱電制冷裝置的工作原理及其使用方式為本領(lǐng)域已知技術(shù)，在此不再贅述。
[0022]為了進(jìn)一步優(yōu)化集成有獨立散熱裝置的LED芯片/裸芯片的構(gòu)造和封裝模組的整體尺寸，本實用新型還提供了如圖5和圖6所示的實施方式。在該實施方式中，多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)303、304圍繞熱敏芯片/裸芯片301布置，熱敏芯片/裸芯片301和多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)303、304共同連接在基板100上。以這種方式，熱敏芯片/裸芯片301的熱量可同時通過基板100和多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)303、304來共同散發(fā)，同時集成有獨立散熱裝置的LED芯片/裸芯片不會過于突出封裝模組的頂部尺寸，能夠使封裝模組的外觀更為合理化。
[0023]以上示例性地描述了本實用新型的兩種實施方式，當(dāng)然本實用新型的實施并不僅限于上述方式。此外，多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)303、304與第一基板100或第二基板302之間的連接，以及熱敏芯片/裸芯片301與第一基板100或第二基板302之間的連接可通過任意合適的方式來實現(xiàn)，例如但不限于粘接劑、焊接或螺釘連接。
[0024]圖7示出了采用根據(jù)本實用新型的散熱結(jié)構(gòu)后封裝模組散熱性能的測試結(jié)果的曲線示意圖，其中以TEC功率和溫度之間的相互關(guān)系顯示了對封裝模組中紅色LED芯片/裸芯片的溫度控制。在沒有設(shè)置TEC(TEC關(guān)閉)的情況下，紅色LED芯片/裸芯片的溫度超出100°C，而藍(lán)色LED芯片/裸芯片的溫度約為85°C。當(dāng)TEC開啟時，紅色LED芯片/裸芯片的溫度隨著TEC輸入功率的增加而具有相當(dāng)大的溫度降低。在TEC功率從Ow增加到
0.5w時，溫度下降顯著，在輸入功率超出1.5w時，溫度下降變得緩慢。在整個TEC的功率范圍內(nèi)，藍(lán)色LED芯片/裸芯片的溫度僅增加幾度。并且圖中還可以看出，在TEC輸入功率為Iw時，紅色LED芯片/裸芯片的溫度約為65°C，而此時的發(fā)光效率可為其在100°C運行時的幾乎兩倍。該測試結(jié)果證實應(yīng)用TEC輔助熱管理不僅控制了芯片/裸芯片溫度，還能夠增加系統(tǒng)功率效率。
[0025]以上已揭示本實用新型的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點，然而可以理解，在本實用新型的創(chuàng)作思想下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對上述公開的結(jié)構(gòu)作各種變化和改進(jìn)，但都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。上述實施方式的描述是例示性的而不是限制性的，本實用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求所確定。
【權(quán)利要求】
1.一種多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，多個芯片/裸芯片被封裝于基板(100)上，并包括第一芯片/裸芯片(200)和第二芯片/裸芯片(300)，其中所述第二芯片/裸芯片(300)的耐熱特性低于所述第一芯片/裸芯片(200)的耐熱特性，所述第二芯片/裸芯片(300)集成有獨立的散熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一芯片/裸芯片(200)為LED芯片/裸芯片，所述第二芯片/裸芯片(300)由熱敏芯片/裸芯片(301)集成所述散熱裝置封裝而成，所述熱敏芯片/裸芯片(301)為LED芯片/裸芯片或其它IC芯片/裸芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述散熱裝置為熱電制冷裝置，包括多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)(303、304)，用于將所述第二芯片/裸芯片(300)的熱敏芯片/裸芯片(301)的熱量傳遞到所述基板(100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基板(100)為第一基板，所述熱電制冷裝置包括與所述熱敏芯片/裸芯片(301)連接的第二基板(302)以及設(shè)置于所述第一基板和所述第二基板(302)之間的多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)(303、304)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述熱電制冷裝置包括圍繞所述熱敏芯片/裸芯片(301)連接的多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)(303、304)，所述熱敏芯片/裸芯片(301)和所述多組半導(dǎo)體致冷PN結(jié)(303、304)共同連接在所述基板(100)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多芯片板封裝模組的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一芯片/裸芯片(200)為藍(lán)色LED芯片/裸芯片，所述第二芯片/裸芯片(300)為紅色LED芯片/裸芯片。
【文檔編號】H01L33/48GK203503710SQ201320522884
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】林立華, 徐庶, 王珊 申請人:皇家飛利浦有限公司