[发明专利]具有内建散热座及增层电路的散热增益型线路板

说明书

技术领域

本发明是关于一种线路板，尤指一种具有内建散热座、加强层、及用于半导体组体的增层电路的散热增益型线路板。

背景技术

半导体元件具有高电压、高频率、及高性能应用，其需要高功率以执行所述特定功能。由于功率增加，半导体元件产生更多热能。对于可携式电子设备，其高封装密度及小外观尺寸是缩减其散热的表面积，可能会使热量累积更加严重。

半导体元件在高操作温度下容易发生性能衰减、短使用寿命与立即性错误。热能不仅会使芯片劣化，同时会因热膨胀不匹配而将热压力施加于芯片与周围元件。因此，芯片必须组装至散热板，使产生的热能可以快速及有效地从芯片扩散至散热板再到周围环境，以确保有效及可靠的操作情形。

作为一种良好有效的散热板设计，一般需要导热并散热至比芯片更大的表面积、或散热至设置的散热座。此外，散热板需要提供半导体元件的电性路由及机械性支撑。由此，散热板通常包含：用于移除热能的散热件或散热座；以及用于信号路由的内连接基板，内连接基板包含用于电性连接至半导体元件的连接垫、及用于电性连接至下一层级组体的端子。

传统的塑料球门阵列封装(PBGA)具有层叠基板、及包含于塑料外壳中的芯片，并利用锡球附着至印刷电路板(PCB)。该层叠基板包含介电层，该介电层通常包含纤维玻璃。来自芯片的热能流动通过塑料及介电层至锡球，然后再传递至印刷电路板(PCB)。然而，由于一般塑料及介电层的导热性低，塑料球门阵列封装(PBGA)提供的散热性弱。

方形扁平无引脚封装(QFN)中的芯片是设置于焊接至印刷电路板的铜芯片垫。来自芯片的热能流动通过芯片垫至印刷电路板(PCB)，然而，由于导线架型中介层限制了路由能力，方形扁平无引脚封装(QFN)无法容纳高输入/输出(I/O)芯片或被动元件。

Juskey等人的美国专利案号6，507，102揭露一种组体板，其中具有纤维玻璃和热固化树脂的复合物基板，该基板包含一中央开口；一相似于该中央开口的方形或矩形散热座是于该中央开口的侧壁附着至基板；顶部和底部导电层是附着至该基板的顶部和底部，并通过贯穿基板的被覆穿孔而互相电性连接；芯片是设置于散热座上，并经由打线连结至顶部导电层；封装层是设置在芯片上；且在底部导电层上设置锡球。此结构是通过散热座使热能从芯片流动至周围环境。然而，由于散热座仅从侧壁附着至外围基板，因支撑不足而易碎，并可能在热循环时破裂，使电路板在实际使用上非常不可靠。

Ding等人的美国专利案号6,528,882揭露一种散热增益型球门阵列封装(BGA)，其基板是包含一金属芯层。芯片是设置于金属芯层顶面的芯片垫区，绝缘层是形成于金属芯层底面，盲孔是延伸穿过绝缘层至金属芯层，散热球是填充于盲孔内，且锡球是设置于基板上，并对齐散热球。芯片的热能是流动通过金属芯层至散热球再达印刷电路板(PCB)。然而，由于金属芯层会导电且设置于图案化线路层之间，其限制了顶部和底部图案化线路层间的路由可行性。

Lee等人的美国专利案号6,670,219揭露一种凹穴向下的球门阵列封装(CDBGA)，其中在散热件上设置一具有中央开口的接地板，以形成一散热基板。利用黏着剂将一具有中央开口的基板设置在具有中央开口的接地板上；将芯片设置在位于凹穴中的散热件上，该凹穴是由接地板的中央开口所定义的；以及将锡球设置在基板上。然而，由于锡球是延伸在基板上方，散热件无法接触到印刷电路板(PCB)。因此，散热件通过热转换而非热传导以释放热能，其大幅限制了散热性。

Woodall等人的美国专利案号7,038,311揭露一种散热增益型球门阵列封装(BGA)，其中一具有倒放T型的散热座是设置于基板的开口上，以提供有效的散热性：热能从芯片通过基座至延伸基底再传至印刷电路板(PCB)。然而，较相似于其他内插外露式(drop-in)散热座类型，电路板易碎、不平衡，且在组装时可能会弯曲；此点在可靠性上有较多疑虑并造成低产率。

据此，传统的散热板具有主要的缺点。举例而言，具有低导热性的介电层限制了散热性，例如环氧树脂；然而插设的散热座可能因热而在制造过程中造成翘曲、或发生早期剥离、或在操作过程中发生错误。导线架型基板可能会限制路由可行性，或具有厚介电层的多层电路可能会降低散热性。散热件可能会失效、反应慢、或难以热性连接至下一层级组体。其制造过程可能不适用于低成本及大量制造。

发明内容