專利名稱：一種晶片散熱結構及其結構制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種晶片散熱結構及其結構制造方法，特別是關于一種導熱材料包含一金屬及一架狀結構的碳元素的制造方法。
背景技術：
近來隨著高科技產業(yè)的快速發(fā)展，電子元件朝體積小與高密集度的發(fā)展，其所需的效能越來越高，相對也伴隨許多廢熱的產生。若廢熱無法適時排除時，將會降低電子元件的效能，甚至造成損壞。鑒于此，各式各樣的導熱材料便應運而生，以期望能達到提升散熱效率的目的。
從現(xiàn)有技藝中來看，應用于散熱結構的材料通常以銅質或鋁合金為當前散熱技術的主流。另外，在封裝技術方面，所發(fā)展出的以覆晶針腳格柵陣列(FlipChip Pin Grid Array，F(xiàn)C-PGA)及覆晶球腳格柵陣列(Flip Chip Ball GridArray，F(xiàn)C-BGA)。前者是用于具可更換的元件如中央處理器一類，而后者是用于具不可更換的元件如顯示晶片、北橋晶片及南橋晶片一類。覆晶是指將晶片的基板裸露出來以助于把積體電路所產生的熱直接散逸出來。在前面敘述的封裝技術中，通?？稍龠M一步加上一整合式散熱片(Integrated Heat Spreader，IHS)，以有效保護核心晶片免受散熱器的擠壓損壞和增強散熱效果。
經(jīng)由圖1以詳細說明包含一整合式散熱片的覆晶針腳格柵陣列封裝技術，圖中為一覆晶針腳格柵陣列及一整合式散熱片的封裝技術結構的剖面圖。其結構是依據(jù)現(xiàn)有技藝中的一實施例所包含的覆晶針腳格柵陣列(Flip Chip PinGrid Array，F(xiàn)C-PGA)，再加上整合式散熱片(Integrated Heat Spreader，IHS)的封裝技術。此封裝技術結構是包含有多個針腳11、一底板12、一晶粒13、一熱接觸層14、及一封蓋15。該底板12可從現(xiàn)有技術得知是為一具電路結構的有機材質的板面，現(xiàn)有技藝一般稱該底板為印刷電路板(Procedure ControlBlock，PCB)。該底板是用于引出晶粒13的積體電路與其他控制單元進一步連結，同時底板12的上表面121的邊緣1211為與封蓋15貼合的處。另，該晶粒13在覆晶的封裝技術下，其晶粒13的底面132是為積體電路的平面與底板12的上表面121可以直接進行電性連結。該晶粒13的頂面131是為基板的平面相對應于晶粒13的底面132積體電路的平面，同時該晶粒13的頂面131可裸露在外。而晶粒13的頂面131基板的平面則可透過一熱接觸層14的連結和一封蓋15的下平面152進行接合。此封蓋15通?？梢允卿X合金或銅質材料所制成，是用以保護核心晶片，免受散熱器擠壓損壞和增強散熱效果。
但是，現(xiàn)今科技產品效能不斷地提升，除了封裝技術的改良外，此類銅質或鋁合金的散熱材料已無法充分滿足對于排除廢熱上的要求，因而急欲找尋其他散熱材料以滿足科技發(fā)展上的需求。
再者，為大眾所周知的鉆石，因為具有世界上材料中硬度最大、散熱最快、透光范圍廣和耐腐蝕等特性，長久以來一直是工程上重要的材料的一。其導熱系數(shù)在常溫下是銅的五倍，且高溫時鉆石的紅外線輻射也加強，其散熱佳且熱膨脹系數(shù)小。因此，它的散熱效能在高溫時更能顯現(xiàn)。而鉆石因為散熱佳的特性，所以廣為一般民眾利用于判斷鉆石的真?zhèn)?。但是，天然單晶鉆石的成本仍然相當昂貴，為了能提供產業(yè)上的應用遂發(fā)展出各種人造鉆石的技術以降低制造成本。因而，人造鉆石的技術在現(xiàn)有技藝中，已發(fā)展出許多不同的技術與制程，其中利用碳氫化合物直接分解的方法最為常見，如微波電漿輔助化學氣相沉積法(Microwave Plasma enhance Chemical Vapor Deposition，MPCVD)、熱燈絲輔助化學氣相沉積法(Hot Filament CVD，HFCVD)，可以鍍制出多晶鉆石膜，此多晶鉆石膜的物理特性仍然保有和天然單晶鉆石相同的物理特性。因此，提高了將鉆石廣泛應用到各種產業(yè)的價值。

發(fā)明內容
有鑒于現(xiàn)有所述對于電子元件的廢熱排除上效率的問題為因應小體積、高集密度、高效能的發(fā)展亟欲有進一步的改善，本發(fā)明的目的是提供一種導熱材料以應用于封蓋進一步改善晶片的散熱效率。此外，本發(fā)明所提供的導熱材料并不僅只限定使用于晶片散熱的用，且可包含應用于其他有關導熱或散熱器件的上。
為達上述目的，本發(fā)明所提供應用于封蓋的一種導熱材料，包含一金屬及一架狀結構的碳元素，且該金屬可為銅質或鋁合金或其他高導熱系數(shù)的金屬。另外，該架狀結構的碳元素可為鉆石。此外，該架狀結構的碳元素亦可以僅只用于包覆于金屬表面或直接摻雜于金屬材料中或是上述兩者同時包含。此一導熱材料制造方法則可包含以化學氣相沉積、物理氣相沉積、熔融、電鍍、或其他材料制備方法。
為進一步說明本發(fā)明的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。


圖1是為現(xiàn)有技藝中所包含的覆晶針腳格柵陣列及整合式散熱片的封裝技術結構的剖面圖；圖2是為現(xiàn)有技藝中圖1的封裝技術結構的封蓋示意圖；圖3是本發(fā)明一實施例的封蓋沖模方式示意圖；圖4是為現(xiàn)有技藝中圖1的封裝技術結構的晶粒示意圖；圖5是為現(xiàn)有技藝中圖1的封裝技術結構的底板與針腳示意圖；圖6是本發(fā)明一實施例的微波電漿輔助化學氣相沉積示意圖；以及圖7是本發(fā)明一實施例的離子束濺鍍示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖2所示，為第一圖所描述的封裝技術結構的封蓋15。圖中，詳細說明該封蓋15的構造，其中虛線是用以區(qū)分下平面152與各個側邊1521、1522、1523、1524的范圍。此封蓋15可知為具有一上平面151，同時相對于上平面151在圖中可以看見有相對應的一下平面152。再進一步了解，封蓋15的下平面152的四邊緣各向下延伸出一側面1521、1522、1523、1524，并且由下平面152與各個側面1521、1522、1523、1524形成一空間153，容置圖1所指的晶粒13。而各個側面1521、1522、1523、1524所延伸出一底邊15211、15221、15231、15241是貼合于圖1所指底板12的上表面121的邊緣1211。此外，依據(jù)本發(fā)明一實施例的一種晶片散熱結構，其中本發(fā)明的結合一金屬及一架狀結構的碳元素的導熱材料是應用于該封蓋15，而且熱接觸層14可以進一步形成于該封蓋15的下平面152的上。此熱接觸層14可為一熱介面材料，如散熱膏或散熱接片或其他熱傳導系數(shù)高的電性絕緣材質。
同時，該封蓋15是利用一如圖3所示的沖模方式形成一封蓋15，此種方式是包含有一模料供給器件31、一模料注射器件32及一模具組33。遂將模料經(jīng)由模料注射器件32注射進入由模具組33形成的封蓋15形狀的模腔34成型。使模料形成圖2所述的封蓋15，且該封蓋15具有一上平面151及對應的一下平面152，且該平面的四邊緣各向下垂直延伸一側面1521、1522、1523、1524。該模料可以是一金屬或包含一金屬及一架狀結構的碳元素的熔融材料。該金屬為銅或鋁或銀或其他熱傳導系數(shù)高的金屬或其結合材質。且該架狀結構的碳元素的熔點是高于前述的任一金屬的熔點，故可結合于其中形成一種模料。
請參閱圖4，圖中為圖1所描述的封裝技術結構的晶粒13。圖中詳細說明該晶粒13的一頂面131及一底面132的區(qū)別，在覆晶封裝技術下，該頂面131是為晶粒13的基板一般在電子元件多為硅質基板；該底面132是為晶粒13的積體電路成長面。同時，該熱接觸層14也可以直接形成于該晶粒13的頂面131基板的平面貼合于圖2封蓋15的下平面152。此熱接觸層14可為一熱介面材料，如散熱膏或散熱接片或其他熱傳導是數(shù)高的電性絕緣材質。
再者，圖5為圖1所描述的封裝技術結構的底板12及針腳11。圖中進一步闡述，底板12的上表面121為與圖4晶粒13的底面132的積體電路具有一電性連接。且，其上表面121的虛線與該上表面121最外緣形成一范圍，該范圍為圖1中所指底板12與圖2封蓋15貼合的邊緣1211。
另外，該導熱材料所包含的一架狀結構的碳元素是可利用化學氣相沉積或物理氣相沈積形成于一金屬表面。故請參閱圖6，微波電漿輔助化學氣相沉積示意圖，其是依據(jù)本發(fā)明的一實施例的散熱結構制造方法。在此實施例中，其反應程序為將欲反應的混合氣體由氣體輸入口61使的進入至氣體反應室66。同時，微波產生系統(tǒng)62產生微波使混合氣體產生活性的反應性離子進行反應，并逐漸吸附于支撐架64上的金屬材料65的表面形成鉆石膜。該金屬材料65可以是經(jīng)由圖3所述方法成型的封蓋，該封蓋可為銅或鋁或銀或其他熱傳導系數(shù)高的金屬或其結合材質，而剩余氣體則經(jīng)由廢氣排出口63排放的，以此反應程序進而獲得表面覆蓋鉆石的導熱材料。
同時，本發(fā)明的另一實施例的散熱結構制造方法，請參閱圖7離子束濺鍍示意圖。在此實施例中，其制備程序是先以鉆石材料壓制一靶材72，其置放角度與第一離子槍71的離子束出射方向夾角約四十五度左右，使由第一離子槍71擊射而飛濺的鉆石微粒飛行至第二離子槍73前方，再經(jīng)由第二離子槍73給予鉆石微粒足夠的動能以濺鍍至金屬材料74表面上形成均勻的鉆石膜。該金屬材料74可以是經(jīng)由圖3所述方法成型的封蓋，該封蓋可為銅或鋁或銀或其他熱傳導系數(shù)高的金屬或其結合材質，而剩余的鉆石微粒則經(jīng)由廢氣排出口75排放的。因此，透過上述的制備程序獲得表面覆蓋鉆石的封蓋或導熱材料。
另外，除上述實施例的化學氣相沉積及物理氣相沉積的制備方法外，尚可以其他材料制備方法如電鍍、熔融等，獲得包含一金屬及一架狀結構的碳元素的導熱材料。
雖然本發(fā)明已參照當前的具體實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種晶片散熱結構，適用于一晶粒散熱的用途，該散熱結構包含一底板具有一上表面，該上表面提供該晶粒的一底面設置的用，且該底面與該上表面間具有一電性連接關是；以及一封蓋具有一上平面及對應的一下平面且該平面的四邊緣各向下垂直延伸一側面，使該下平面及該側面間形成一空間是容置該晶粒并使該側面所延伸的一底邊恰好對應貼合于該底板的該上表面的一邊緣；其中，該晶粒的該底面對應的一頂面與該封蓋的該下平面間更夾一熱接觸層，且該封蓋是結合一金屬及一架狀結構的碳元素形成一導熱材料。
2.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該底板為一具電路結構的供支撐該晶粒的一材質，該材質為有機材質。
3.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該晶粒為一中央處理單元。
4.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該熱接觸層為一熱介面材料。
5.如權利要求4所述的晶片散熱結構，其特征在于該熱介面材料為一散熱膏。
6.如權利要求4所述的晶片散熱結構，其特征在于該熱介面材料為一散熱接片。
7.如權利要求4所述的晶片散熱結構，其特征在于該熱介面材料為一熱傳導系數(shù)高的電性絕緣材質。
8.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該金屬為一銅材質。
9.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該金屬為一鋁材質。
10.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該金屬為一銀材質。
11.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該金屬為一熱傳導系數(shù)高的金屬材質。
12.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該架狀結構的碳元素為鉆石。
13.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該導熱材料為一化學氣相沉積而形成。
14.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該導熱材料為一物理氣相沉積而形成。
15.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該導熱材料為一熔融方式而形成。
16.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該導熱材料為一電鍍方式而形成。
17.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該熱接觸層是形成于該晶粒的該頂畫上的一凸出部貼合于該封蓋的該下平面。
18.如權利要求1所述的晶片散熱結構，其特征在于該熱接觸層是形成于該封蓋的該下平面貼合于該晶粒的該頂面。
19.一種晶片散熱結構制造方法，包含提供一底板；提供一晶粒，該晶粒具有一頂面及一底面；設置該晶粒的該底面于該底板的一上表面；利用一制程方式產生具有一金屬及一架狀結構的碳元素的一導熱材料；以及利用一沖模方式使該導熱材料形成一封蓋且該封蓋具有一上平面及對應的一下平面且該平面的四邊緣各向下垂直延伸一側面，使該下平面及該側面間形成一空間是容置該晶粒并使該平面的該四邊緣恰好貼合于該底板的該上表面的四邊緣。
20.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含提供一熱接觸層夾于該晶粒的該頂面及該封蓋的該下平面的間。
21.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含使該晶粒的一底面及該底板的該上表面具有一電性連結關系。
22.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含提供一電路結構以供支撐該晶粒的一材質作為該底板的一材料，該材質為有機材質。
23.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含提供鉆石材質作為該一架狀結構的碳元素的材料。
24.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含利用一化學氣相沉積而形成該導熱材料的該制程方式。
25.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含利用一物理氣相沉積而形成該導熱材料的該制程方式。
26.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含利用一熔融方式而形成該導熱材料的該制程方式。
27.如權利要求19所述的晶片散熱結構制造方法，其特征在于還包含利用一電鍍方式而形成該導熱材料的該制程方式。
全文摘要
本發(fā)明是揭露一種晶片散熱結構及其結構制造方法，該散熱結構是用于傳導晶片所產生的熱，其中包含一具電路結構的底板、一中央處理單元的晶粒及一封蓋。該封蓋為一導熱材料且包含一金屬及一架狀結構的碳元素；此架狀結構的碳元素具高導熱系數(shù)的特性以提高導熱材料的導熱效果。該導熱材料制造方法則可以化學氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍、或其他材料制備方法來完成且該架狀結構的碳元素可以是包覆于金屬表面或直接摻雜于金屬材料之中。
文檔編號G06F1/20GK1845319SQ20051006516
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權日2005年4月8日
發(fā)明者黃明漢, 鄭裕強, 陳兆逸, 郭欣隴, 李秉蔚, 蕭惟中, 李秉峰 申請人:神基科技股份有限公司