具有加強蓋板的堆疊矽封裝組件的製作方法

2023-12-02 09:08:46

本申請公開的實施例大體涉及晶片封裝，更具體地，涉及包括由蓋板(lid)覆蓋的至少一個集成電路(IC)裸片的晶片封裝，該蓋板具有用於增強對封裝組件的溫度控制的結構。

背景技術：

電子設備，例如平板電腦、計算機、複印機、數位相機、智慧型手機、控制系統和自動取款機等，常常使用可以利用晶片封裝的電子元件來獲得增加的功能和較高的元件密度。傳統的晶片封裝方案常常使用封裝基底，且經常與矽通孔(TSV)轉接板(interposer)協同使用，從而使得多個集成電路(IC)裸片能夠被安裝在單個基底上。IC裸片可以包括存儲器、邏輯器件或者其它IC器件。

在許多情況下，蓋板被用於大體覆蓋一個或多個裸片。蓋板是IC結構的封裝的一部分。蓋板可以由塑料、金屬或者其它合適的材料加工而成，並且可以使用粘合劑(例如熱傳導焊膏或者其它合適的粘結材料)將蓋板安裝於裸片和轉接板或者封裝基底。蓋板具有防止裸片被破壞的功能，例如防止來自另一物體的衝擊或者防止會損壞裸片的紫外線。

因為經常使用粘合劑將蓋板固定在裸片上，而蓋板與裸片之間的剛性連接常常導致較差的溫度控制。例如，在具有兩個或多個裸片的封裝中，加工誤差問題以及裸片高度的差異常常會使得封裝內某一裸片向蓋板傳遞熱量的速率與另一裸片的速率相比差異較大。這種熱傳導的差異使得一個裸片的運行與另一裸片相比差異較大。此外，蓋板與晶片封裝之間的剛性連接也會不期望地增大在晶片封裝上引發的應力。

因此，需要一種改良的晶片封裝，具體而言，需要一種具有蓋板的晶片封裝，這種蓋板具有改善溫度控制的結構。

技術實現要素：

提供了能夠改善IC(晶片)封裝的蓋板和IC裸片之間的熱傳導的方法和裝置。在一個實施例中，提供的晶片封裝包括第一IC裸片、封裝基底、蓋板和加強件。所述第一IC裸片被耦接至所述封裝基底。所述加強件被耦接至所述封裝基底，並且包圍所述第一IC裸片。所述蓋板具有第一表面和第二表面。所述第二表面背對所述第一表面並且朝向所述第一IC裸片。所述蓋板的第二表面被可導電地耦接至所述第一IC裸片，而所述蓋板與所述加強件機械地分離。

在另一實施例中，提供了用於晶片封裝的蓋板。所述蓋板包括與底部外殼密封耦接的頂部外殼；以及空腔，其被限定在所述頂部和底部外殼之間。所述空腔還包括中心區域，所述中心區域連接入口和出口區域。所述入口區域具有以遠離入口方向擴大的體積。所述出口區域具有以朝向出口方向減小的體積。所述空腔還包括多個熱傳導翅片，所述多個熱傳導翅片延伸進入所述空腔的中心區域。

在另一實施例中，提供了一種形成晶片封裝的方法。所述方法按順序地包括：在基底上印刷表面安裝焊膏；將表面元件安裝於所述表面安裝焊膏；執行第一回流焊處理，從而回流焊所述表面安裝焊膏內的焊料，並且將所述表面元件電連接至所述基底；在所述基底的鑄造面上形成封裝凸塊；將加強件附接至所述基底；將IC裸片安裝至所述基底，其中所述基底具有附接在其上的所述加強件；執行第二回流焊處理，從而回流焊所述封裝凸塊內的焊料，以將所述IC裸片電連接至所述基底；提供底部填充劑與所述基底接觸，將焊球附接至所述基底的與所述IC裸片相對的一側；以及執行第三回流焊處理，從而回流焊所述焊球內的焊料，以將所述基底電連接至印刷電路板(PCB)。

在另一實施例中，提供了形成晶片封裝的方法。所述方法按順序地包括：在基底上印刷表面安裝焊膏；將表面元件安裝於所述表面安裝焊膏；執行第一回流焊處理，從而回流焊所述表面安裝焊膏內的焊料，並且將所述表面元件電連接至所述基底；在所述基底的鑄造面上形成封裝凸塊；將IC裸片安裝至所述基底；執行第二回流焊處理，從而回流焊所述封裝凸塊內的焊料，以將所述IC裸片電連接至所述基底；提供底部填充劑與所述基底接觸；將加強件附接至所述基底；將焊球附接至所述基底的與所述IC裸片相對的一側；以及執行第三回流焊處理，從而回流焊所述焊球內的焊料，以將所述基底電連接至印刷電路板(PCB)。

附圖說明

為了更加詳細地理解本實用新型的上述特徵，已經在上面簡要概括的本實用新型的更為具體的描述可以參考實施例，一些實施例由附圖進行示出。然而應當注意，附圖僅僅示出了本實用新型的典型的實施例，因此不應當被認為限制了本實用新型的範圍，本實用新型允許其它等效的實施例。

圖1是集成晶片封裝的截面視圖，其中該集成晶片封裝包括一個或多個由蓋板覆蓋的IC裸片；

圖1A是圖1的集成晶片封裝的側視圖，在該側視圖中，散熱片被安裝於印刷電路板；

圖2-3是製造具有蓋板的集成晶片封裝的各種方法的流程圖；

圖4是可以被用在圖1的集成晶片封裝中的蓋板的替換實施例的剖視圖；

圖5是具有蓋板的集成晶片封裝的俯視圖，其中蓋板只覆蓋了集成晶片封裝的一些裸片；

圖6是集成晶片封裝沿著圖5的剖面線6-6的剖視圖；

圖7是集成晶片封裝的蓋板的局部分解、局部剖視圖，其中集成晶片封裝具有用於增強熱傳導的外部彈簧形式(spring form)；

圖8是蓋板的局部剖視圖，其中蓋板具有與其耦接的另一外部彈簧形式；

圖9A是一彈簧形式的一個實施例的剖視圖，其中該彈簧形式用於增強與集成晶片封裝的蓋板之間的熱傳導；

圖9B是圖9A的彈簧形式的俯視圖；

圖10A是集成晶片封裝的截面視圖，其中集成晶片封裝包括由蓋板覆蓋的一個或多個IC裸片，蓋板具有一個或多個可選的內部彈簧形式，其用於增強蓋板與一個或多個IC裸片之間的熱傳導；

圖10B是另一集成晶片封裝的截面視圖，其中集成晶片封裝包括由蓋板覆蓋的一個或多個IC裸片，蓋板具有一個或多個外部彈簧形式，其用於增強蓋板與一個或多個IC裸片之間的熱傳導；

圖10C是集成晶片封裝、散熱片和印刷電路板組裝之前的分解側視圖；

圖10D是圖10C的集成晶片封裝、散熱片和印刷電路板組裝之後的側視圖；

圖11是蓋板的一個實施例的圖解透視圖，其中蓋板可以增強與集成晶片封裝之間的熱傳導；

圖12是蓋板沿著圖11的剖面線12-12的局部剖視圖；

圖13是圖11的蓋板的俯視圖；

圖14是蓋板沿著圖13中所示的剖面線14-14的剖視圖；

圖15是蓋板沿著圖13中所示的剖面線15-15的剖視圖；

圖16是蓋板沿著圖13中所示的剖面線16-16的剖視圖；

圖17是蓋板沿著圖13中所示的剖面線17-17的剖視圖。

為了便於理解，在可能的地方使用了相同的參考數字來指代附圖中共有的相同要素。可以想到，一個實施例的要素可以被有益地併入其它的實施例。

具體實施方式

本申請公開的實施例大體提供了一種晶片封裝，該晶片封裝具有一個或多個由蓋板覆蓋的集成電路(IC)裸片。蓋板包括增強對IC裸片和蓋板之間的熱傳導進行控制的結構。有利地，IC裸片和蓋板之間熱傳導控制的增強能夠減少由於應力引起的晶片封裝的剝離和彎曲。此外，一些具體實施方式被設置為調整晶片封裝中IC裸片之間的熱傳導。例如，蓋板包括一些結構，這些結構可以補償IC裸片之間高度差異或加工誤差的差異，不補償的話會導致不均勻的熱傳導和/或導致裸片之間的性能存在差異。在另一個示例中，蓋板包括的結構可以補償IC裸片之間熱預算的差異，不補償的話可能會損壞一個或多個IC裸片和/或使一個或多個IC裸片損失性能。因此，IC裸片和蓋板之間的增強熱傳導控制，在較寬範圍的操作條件下促進了更好的器件性能，其費用和製造複雜性較低，同時還針對晶片封裝性能提供了更均勻的晶片封裝。

現參考圖1，圖1圖示地示出了示例性的集成晶片封裝100。晶片封裝100包括至少一個或多個IC裸片114，這些IC裸片114可選地通過矽通孔(TSV)轉接板112與封裝基底122連接。雖然圖1中示出了兩個IC裸片114，但是IC裸片的數量範圍可以是一個到晶片封裝100中能放得下的數量。

轉接板112包括一電路，該電路能夠將IC裸片114電連接至封裝基底122的電路。轉接板112的電路可以選擇性地包括電晶體。封裝凸塊120，也被稱作「C4凸塊」，被用於提供轉接板112的電路和封裝基底122的電路之間的電連接。可以使用焊球134、引線鍵合或者其它合適的技術將封裝基底122安裝並連接至印刷電路板(PCB)136。底部模製件(undermoulding)144被用於填充在PCB 136和轉接板112之間沒有被封裝凸塊120填充的空間，從而給晶片封裝100提供結構剛性。

IC裸片114被安裝於轉接板112的一個或多個表面，或者在不使用轉接板的替換實施例中被安裝於封裝基底122。IC裸片114可以是可編程邏輯器件，例如現場可編程門陣列(FPGA)、存儲器件、光學器件、處理器或者其它IC邏輯結構。光學器件包括光檢測器、雷射器、光源等等。在圖1所示的實施例中，IC裸片114通過多個微型凸塊118安裝於轉接板112的頂面。微型凸塊118將每個IC裸片114的電路電連接至轉接板112的電路。轉接板112的電路將微型凸塊118連接至所選的封裝凸塊120，從而將每個IC裸片114的所選電路連接至封裝基底122，以使得當晶片封裝100被安裝在電子器件(未顯示)中之後，IC裸片114能夠與PCB 136通信。當沒有可選的轉接板112時，微型凸塊118將每個IC裸片114的所選電路連接至封裝基底122，以使得IC裸片114能夠與PCB 136通信。底部模製件142可以被用於填充在IC裸片114和轉接板112之間沒有被微型凸塊118填充的空間，從而給晶片封裝100提供結構剛性。

晶片封裝100還包括加強件154。加強件154被耦接至封裝基底122，並且圍住IC裸片114。加強件154可以延伸至封裝基底122的外邊緣，以提供機械支撐，從而協助防止晶片封裝100的彎折和彎曲。加強件154可以是單層結構或者是多層結構。加強件154可以由陶瓷、金屬或者其它各種無機材料製成，例如氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(SiN)、矽(Si)、銅(Cu)、鋁(Al)以及不鏽鋼等等。加強件154也可以由有機材料製成，例如覆銅箔層壓板。

蓋板150可以被設置在IC裸片114之上。在一些實施例中，蓋板150可以由塑性材料或者其它合適的材料製成。在其它實施例中，特別是需要利用蓋板150來接收來自IC裸片114的熱量的實施例中，蓋板150可以由導熱材料製成，合適的材料例如銅、鍍鎳的銅或鋁等等。蓋板150厚度在大約0.5mm至大約3.0mm之間，但是可以使用其它厚度。

蓋板150具有頂面160和底面162。頂面160形成晶片封裝100的外部頂面，而底面162面對IC裸片114。可以在蓋板150的頂面160上選擇性地安裝散熱片(未顯示)。

通常而言，蓋板150至少被設置在IC裸片114之上。可以使用熱界面材料(TIM)140將蓋板150導熱地和/或機械地耦接至IC裸片114。TIM 140可以被選擇為在蓋板150與IC裸片114之間提供導熱路徑，以使得由IC裸片114產生的熱量能通過蓋板150消散。

TIM 140通常是傳導率至少是大約0.3W/m·K的導熱材料。供TIM 140使用的合適的材料包括：散熱膏、導熱的環氧樹脂、相變材料、傳導膠帶、矽塗層織物等等。TIM 140可以是柔軟的或柔性的粘合劑，從而能夠補償晶片封裝100內相鄰IC裸片114之間不匹配的高度。在一個示例中，TIM 140可以是導熱凝膠或者導熱環氧樹脂，例如從位於新澤西普林斯頓章克申市的AI Technology,Inc.購買的封裝組件接合粘合劑。在另一個示例中，TIM 140可以是應用相變的材料，例如Laird PCM 780。

蓋板150也可以被設置在加強件154之上。在一些具體實施方式中，可以通過例如環氧樹脂的粘合劑(未示出)將蓋板150粘結至加強件154。

在其它具體實施方式中，可以通過銷170來確定蓋板150相對於加強件154的位置。銷170可以只被附接於蓋板150和加強件154中的一個，以使得蓋板150和加強件154能夠機械地分離。這種機械的分離使得蓋板150可以相對於加強件154自由地移動(即「浮動」)。以這種方式，蓋板150和加強件154之間的應力被機械地解除了，從而減少晶片封裝100的各個層和元件的彎曲和分層。

在圖1描述的實施例中，銷170被附接至蓋板150。例如，銷170可以被粘結、擰進、壓入配合或者以其它方式附接至蓋板150。銷170從蓋板150的底面162延伸出來，並且進入在加強件154的頂部形成的穿孔172內，從而使得蓋板150能夠相對加強件154移動。在一些具體實施方式中，銷170是蓋板150的組成部分。例如，可以通過對蓋板150進行衝壓以使銷170從蓋板150的底面162突出的方式形成銷170。在另一個示例中，銷170可以是在3D列印蓋板150的過程中形成的凸起。

蓋板150與加強件154分離的一個優點在於，封裝裝配工人或者甚至終端用戶也可以加上蓋板150。這使得晶片封裝製造商可以製造和儲備單個元件，封裝裝配工人、其它製造商或者用戶則可以在隨後的製造階段或者甚至在使用期間把蓋板150加到該單個組件上。

蓋板150的底面162可以可選地包括設計結構(engineered feature)180，設計結構180改善了蓋板150和TIM 140之間的界面。在一個示例中，設計結構180可以增強蓋板150 和TIM 140之間的粘結。蓋板150和TIM 140之間增強的粘結能夠幫助將蓋板150穩固地附接至晶片封裝100。作為增加蓋板150和TIM 140之間的粘結的替代或者補充，設計結構180可以加快蓋板150和TIM 140之間熱傳導的速率。蓋板150和TIM 140之間增強的熱傳導能夠幫助維持IC裸片114的溫度，從而也改善了器件性能並且幫助維持了不同晶片封裝之間的性能一致性。

設計結構180通常是在蓋板150的底面162內或底面162上形成的預先設定的結構。例如，預先設定的結構可以被加工成預先設定的幾何結構，例如橫截面積、高度(或深度)、寬度或者結構之間的間距。設計結構180可以被加工成預先設定的圖案，例如，結構的圖案由有規律的、重複的間隔隔開。

因為只有蓋板150在IC裸片114上方的區域102才需要與TIM 140接觸，所以設計結構180可以只被設置在IC裸片114上方的區域102中。因此，蓋板150的區域104(其通常被設置在IC裸片114的外側)可以不具有設計結構180，從而降低了製造成本。可供選擇地，設計結構180可以完全或者幾乎完全地穿過蓋板150的整個底面162。

設計結構180具有增加蓋板150與TIM 140所接觸的表面積的功能。增加的表面積改善了蓋板150和TIM 140之間的粘結，因此降低了蓋板150從晶片封裝100脫離的可能性。此外，增加的表面積提高了蓋板150和TIM 140之間的熱傳導，因此提高了IC裸片114的性能。

在一個實施例中，如圖1的放大部分所示，設計結構180的形式是形成在蓋板150的底面162的凹陷164。每個凹陷164均可以是盲孔、淺凹、凹槽，或者可以具有另一合適的幾何形狀。凹陷164可以具有圓形、矩形、六邊形或者其它的截面輪廓。在圖1所示的實施例中，顯示的凹陷164的側壁與蓋板150的底面162垂直。凹陷164的形式可以是交叉凹槽、網格陣列、螺旋陣列、密集陣列或者其它排布。可供選擇地，凹陷164的側壁可以被設置成相對於蓋板150的底面162呈一個小於或大於90度的角度。例如，凹陷164的側壁(虛線所示的152)可以在凹陷164的底部向內逐漸傾斜，從而使得在蓋板150的底面162上，凹陷164的底部寬於凹陷164的開口處。在另一個示例中，凹陷164的側壁可以包括咬邊或者凹槽。凹陷164的側壁內的逐漸減少、咬邊和/或凹槽通過提供機械式互鎖而改善了TIM 140與蓋板150的粘結。可供選擇地，設計結構180可以是凸起。

可以通過機械加工、雷射加工、圖案轉移(pattern transfer)或者疊加製造(additive manufacturing)工藝(例如3D列印)等等來形成凹陷164。圖案轉移製造技術可以使用掩模來定義開口，開口暴露了蓋板150的底面162的預先確定的部分，然後可以通過蝕刻、噴珠處理、噴砂處理等等選擇性地移除這些部分，以形成凹陷164。疊加製造過程可以連續地堆疊材料以形成蓋板150，一旦完成疊加過程，堆疊材料內遺留下來的間隙就會形成蓋板150的底面162內的凹陷164。

當使用的TIM 140形式是相變材料時，TIM 140會在設計結構180之間並繞著設計結構180流動。該特性使得TIM 140在其相變溫度上能夠被軟化(例如Laird 780Sp的相變溫度為約70攝氏度)，並且填充設計結構180和IC裸片114之間所有潛在的間隙，並且在設計結構180的尖端和IC裸片114之間形成非常薄的TIM層，這會使得熱量能夠非常有效地從裸片114上的局部熱點傳導出來。

類似地，蓋板150的頂面160可以選擇性地包括設計結構180，設計結構180可以改善蓋板150與設置在蓋板150和散熱片(圖1中未顯示)之間的熱界面材料(也未顯示)之間的界面。在一個示例中，設計結構180可以增強蓋板150與設置在蓋板150上的散熱片之間的熱傳導的速率。蓋板150和散熱片之間增強的熱傳導能夠幫助維持IC裸片114的溫度，從而也提高了器件性能並且幫助維持了不同晶片封裝之間的性能一致性。以下還進一步描述了包括熱界面材料和散熱片的其它實施例。

在一個實施例中，例如圖1的放大部分所示，設計結構180的形式是形成在蓋板150頂面160內的凹陷148。形成的凹陷148與形成在蓋板150底面162內的凹陷164相似。

圖1A是圖1的集成晶片封裝的側視圖，在該側視圖中，散熱片600被安裝於印刷電路板136。散熱片600被耦接至印刷電路板136的方式能夠將蓋板150固定在加強件154上。在一些具體實施方式中，緊固件622可以與散熱片600螺紋地接合，從而使得散熱片600以裸片114的方向在蓋板150上施加力，如箭頭630所示。可選地，可以在緊固件622和印刷電路板136之間設置彈簧624或者其它彈性物件，以提供散熱片600在蓋板150上施加的力。有利地，由散熱片600提供的力使得蓋板150能夠與裸片114維持良好的熱接觸，同時保持在加強件154上浮動。

圖2-3是用於製造具有蓋板150的集成晶片封裝100的各種方法的流程圖。先參考圖2，提供了一種用於製造具有蓋板150的集成晶片封裝100的方法200。方法200開始於框202，在框202，在基底(例如，封裝基底122)上的焊盤位置印刷表面安裝焊膏，其中表面元件將被放置在焊盤位置上。可以使用絲網印刷、噴墨印刷或者其它合適的工藝來印刷表面安裝焊膏。

在框204，例如二極體、電容、電阻等等的表面元件被安裝至表面安裝焊膏。在框206，執行第一回流焊處理來回流焊焊料，從而將表面元件的元件引線電連接至封裝基底122上的焊盤。可以在鏈條式平爐中完成第一回流焊處理，或者使用其它合適的技術完成。在框208，鑄造出形成在封裝基底122上的焊接凸塊。然後在鑄造的表面上形成封裝凸塊120。

在框210，加強件154被附接至封裝基底122。如上討論的那樣，可以使用環氧樹脂或者其它合適的粘合劑將加強件154附接至封裝基底122。

在框212，IC晶片(例如，IC裸片114)被附接至封裝基底122。IC裸片114可以直接被附接至封裝基底122，或者其上已經安裝有IC裸片114的轉接板112可以被附接至封裝基底122。在框214，執行第二回流焊處理來回流焊封裝凸塊120內的焊料，從而將IC裸片114電連接至封裝基底122。可以在鏈條式平爐中完成第二回流焊處理，或者使用其它合適的技術完成。

在框216，底部填充劑(underfill，例如底部模製件144)被提供在封裝基底122和轉接板112之間。如果IC裸片114被直接安裝至封裝基底122，那麼底部填充劑可以直接被設置在IC裸片114和封裝基底122之間。

在框218，焊球134被附接至封裝基底122的與IC裸片114相反的一側。在框220，執行第三回流焊處理來回流焊焊球134內的焊料，從而將封裝基底122電連接至PCB 136。可以在鏈條式平爐中完成第三回流焊處理，或者使用其它合適的技術完成。

方法200的一個優點在於，框210中加強件的附接發生在框212中晶片的附接之前，這與進行傳統製造過程時所使用的順序相反。在附接晶片之前附接加強件可以降低在隨後焊料的回流焊過程中誘發的彎曲。因此，方法200得到了較平的晶片封裝100，其相比於傳統製造的晶片封裝具有減小的應力，並且因此協助防止焊點缺陷的發生。

圖3示出了另一方法300的流程圖，方法300用於製造具有蓋板150的集成晶片封裝100。方法300開始於框302，在框302中，在基底(例如，封裝基底122)上的焊盤位置印刷表面安裝焊膏，其中表面元件將被放置在焊盤位置上。可以使用絲網印刷、噴墨印刷或者其它合適的過程印刷表面安裝焊膏。

在框304，表面元件被安裝至表面安裝焊膏。在框306，執行第一回流焊處理來回流焊焊料，從而將表面元件的元件引線電連接至位於封裝基底122上的焊盤。可以在鏈條式平爐中完成第一回流焊處理，或者使用其它合適的技術完成。在框308，鑄造出形成在封裝基底122上的焊接凸塊。然後在鑄造的表面上形成封裝凸塊120。

在框310，IC晶片(例如，IC裸片114)被附接至封裝基底122。IC裸片114可以直接被附接至封裝基底122，或者其上已經安裝有IC裸片114的轉接板112可以被附接至封裝基底122。在框312，執行第二回流焊處理來回流焊封裝凸塊120內的焊料，從而將IC裸片114電連接至封裝基底122。可以在鏈條式平爐中完成第二回流焊處理，或者使用其它合適的技術完成。

在框314，底部填充劑(例如，底部模製件144)被提供在封裝基底122和轉接板112之間。如果IC裸片114被直接安裝至封裝基底122，那麼底部填充劑可以被直接設置在IC裸片114和封裝基底122之間。

在框316，加強件154被附接至封裝基底122。如上討論的那樣，可以使用環氧樹脂或者其它合適的粘合劑將加強件154附接至封裝基底122。

在框318，焊球134被附接至封裝基底122的與IC裸片114相反的一側。在框320，執行第三回流焊處理來回流焊焊球134內的焊料，從而將封裝基底122電連接至PCB 136。可以在鏈條式平爐中完成第三回流焊處理，或者使用其它合適的技術完成。

方法300的一個優點在於在附接加強件之前附接晶片。在附接晶片之後附接加強件為底部填充劑的點膠針的操作提供更多的空隙，因此使得底部填充劑的提供更為簡單。因此，方法300為製造晶片封裝100提供了更為高效的裝配流程。

圖4是蓋板400的替換實施例的剖視圖，蓋板400可以用於圖1的集成晶片封裝100。蓋板400包括銷170，如上面參考圖1的討論，銷170被用於將蓋板400安裝於加強件154。蓋板400還包括內部空腔418，內部空腔418充滿了被捕獲的(captured)熱傳導材料，熱傳導材料提供了被動的熱傳導。熱傳導材料(例如，液體、氣體、凝膠或者多相熱傳導材料)可以被設置在內部空腔418中，以用於提高蓋板400的熱傳導特性。當晶片封裝100在運行時，設置在內部空腔418中的熱傳導材料(例如，液體)可以被選擇用於在內部空腔418內提供被動的二相循環導熱流(2-phase circulating heat transfer flow)。例如，熱傳導材料在高壓下可能會沸騰，而當熱傳導材料在空腔418內循環時又會冷凝變回成液體，從而大幅加快蓋板400的頂面160和底面162之間的熱傳導率，從而在晶片封裝100內帶來更好的溫度控制。

蓋板400包括頂板402和底板404。頂板402包括內表面412，內表面412背對著頂板402的外表面，頂板402的外表面限定蓋板400的頂面160。底板404包括內表面416，內表面416背對著底板404的外表面，底板404的外表面限定蓋板400的底面162。如上所述，蓋板400的外部的頂面160和底面162可以選擇性地包括一些設計結構(例如，設計結構180)從而改善來自IC裸片114的熱傳導。

板402、404被耦接在一起，從而限定了它們之間的空腔418。在一個具體實施方式中，可以通過硬釺焊、軟釺焊、粘合劑、焊接或者能在板402、404之間得到基本無洩漏連接的其它技術將板402、404耦接在一起。

側壁406將板402、404彼此分隔開來，以形成它們之間的空腔418。側壁406可以是蓋板400的單獨部件，或者是板402、404的一部分。在圖4所示的實施例中，側壁406是底板404的一部分，並且從內表面416向遠端408突出，遠端408被密封耦接至頂板402的安裝表面410。

通道420被加工成穿過板402、404中的一個或者側壁406，並且與空腔418流體地耦接。通道420允許熱傳導材料被引入空腔418中。可以使用塞422對通道420進行密封，以防止熱傳導材料通過通道420從空腔418洩露出來。一旦密封好，空腔418會變成蒸汽室，蒸汽室結合了熱傳導和相變的原理，從而高效地管理兩個固體界面(即限定空腔418的兩個相對側的板402、404)之間的熱量傳遞。在空腔418的熱界面(即面對IC裸片114的底板404)，與導熱固體界面接觸的處於液相的熱傳導材料可以通過吸收來自底板404的熱量而變成蒸汽。然後，蒸汽從空腔418的熱底板的一側移動到冷界面(即頂板402)，並且冷凝變回成液體——釋放潛熱。然後液體通過毛細管作用和/或重力回到熱界面，並且重複該循環。由於沸騰和冷凝的非常高的熱傳導係數，蓋板400具有熱導管的功能，從而非常有效並高效地在頂板402和底板404之間傳導熱量。當前本領域中的傳統蓋板通常使用焊料將蓋板耦接至散熱片(heat spreader)，因此不能在沒有彎曲、液體損耗或者其它損害的前提下承受通過使用浮動蓋板400而產生的高溫差。因此，被配置成蒸汽室的浮動蓋板400顯著提高了本領域的現有水平，因為與傳統設計相比，熱傳導顯著變好。

限定空腔418的蓋板400的內表面412、416中的至少一個或兩個可以包括一個或多個增強熱傳導的表面結構414。雖然圖4中顯示的增強熱傳導的表面結構414從頂板402的內表面412延伸入空腔418，但是作為附加或者替代，增強熱傳導的表面結構414可以從底板404的內表面416延伸入空腔418。增強熱傳導的表面結構414可以是設計結構(例如上面描述的設計結構180)或者其它表面紋理。可供選擇地，表面結構414可以是滾花圖案、噴珠處理過的表面或者其它粗糙化的表面紋理。

有利地，蓋板400使得熱傳導材料能夠有效地被封在蓋板400內，這極大地增強了來自IC裸片114的熱傳導。由表面結構414提供的額外表面面積還有助於增加從裸片114至蓋板400的熱傳導，從而改善器件性能。

圖5是具有蓋板502(虛線所示)的集成晶片封裝500的俯視圖，蓋板502隻覆蓋了集成晶片封裝500的一些裸片。例如，多個IC裸片被設置在封裝基底122上，IC裸片可以被分為第一組IC裸片114和第二組IC裸片504。第一組IC裸片114共有一些物理特性，這些物理特性與第二組IC裸片504的物理特性不同。例如，這些物理特性可以是機械強度或熱預算中的一個。在圖5所示的實施例中，第一組IC裸片114的熱預算與第二組IC裸片504不同，例如，比第二組IC裸片504更高。因此，蓋板502可以被用於只接觸第一組IC裸片114和第二組IC裸片504中的一組，以使得來自IC裸片114、504的熱傳導以不同的速率傳遞出來，從而使得較密集的裸片間距仍能夠具有降低的裸片間熱串擾。

圖6是集成晶片封裝500沿著圖5的剖面線6-6的剖視圖。如圖6所示，第一組IC裸片114通過TIM 140(例如，散熱膏或者其它熱界面材料)與蓋板502接觸。蓋板502與散熱片600接觸。雖然沒有顯示，但是熱界面材料可以被設置在蓋板502和散熱片600之間，以增強它們之間的熱傳導。

因為第二組IC裸片504的熱預算比第一組IC裸片114的低，所以第二組IC裸片504可以與蓋板502熱隔離。第二組IC裸片504也可以與散熱片600熱隔離。例如，隔熱層602(其例如是一種導熱較差的材料)可以被設置在第二組IC裸片504和散熱片600之間。在一個實施例中，隔熱層602是絕熱泡沫材料。

因此，蓋板502和IC裸片114、504的設置使得來自IC裸片114、504的熱傳導能夠被分別調整。當第一組IC裸片114是例如處理器的邏輯器件而第二組IC裸片504是存儲器件時，對熱傳導率進行分別的控制以調節IC裸片114、504的溫度特別有用。作為補充或者替代，蓋板502和IC裸片114、504的設置使得IC裸片114、504之間的載荷力(loading force)被分別調整。當第一組IC裸片114是例如邏輯器件(如處理器)的高強度裸片而第二組IC裸片504是例如存儲器件的低強度器件時，對施加在IC裸片114、504中的每一個上的載荷力進行分別的控制特別有用，因為邏輯器件在沒有被損壞的情況下相對於存儲器件通常能夠承受更大的載荷。更高的載荷通常也會提高熱傳導率。

圖7是集成晶片封裝700的蓋板150的局部分解、局部剖視圖，其中集成晶片封裝700具有用於增強晶片封裝700和散熱片600之間熱傳導的外部彈簧形式(spring form)702。蓋板150可以與圖1和5中所示的晶片封裝100、500或者其它合適的晶片封裝協同使用。

彈簧形式702包括第一接觸面710和第二接觸面720。彈簧形式702被配置成使得當散熱片600被安裝至晶片封裝時，第一接觸面710維持與蓋板150的頂面160接觸，同時第二接觸面720維持與散熱片600的底面接觸，從而壓縮彈簧形式702。雖然顯示的第一接觸面710位於第二接觸面720的外部，但是也可以根據需要選擇接觸面710、720之間的相對設置。

彈簧形式702可以包括一個或多個開口730。當在蓋板150和散熱片600之間壓縮彈簧形式702時，開口730提供了熱界面材料(TIM)704可以穿過的空間。TIM 704大體與上面描述的TIM 140相似。

當TIM 704在蓋板150和散熱片600之間擠壓時，TIM 704不僅覆蓋了蓋板150和散熱片600相對的表面，還包覆了彈簧形式702。被包覆的彈簧形式702與TIM 740之間能夠具有良好的熱傳導。因此，通過提供蓋板150和散熱片600之間的傳導路徑的組合，增強了蓋板150和散熱片600之間的熱傳導，其中傳導路徑包括直接穿過彈簧形式702的路徑、直接穿過TIM 704的路徑以及通過彈簧形式702和TIM 704引導的路徑。相應地，晶片封裝700與傳統晶片封裝相比，提高了熱傳導特性，並且因此帶來了更好的性能和可靠性。

圖8是蓋板150的局部剖視圖，蓋板150具有被耦接在它上面的另一外部彈簧形式802。彈簧形式802與上述彈簧形式702類似，或者也可以具有另一結構。

彈簧形式802包括穿過其而形成的安裝開口804。安裝開口804的直徑通常被選擇用來提供用於緊固件810的穿透孔。緊固件810延伸穿過安裝開口804，並且與形成在蓋板150內的安裝開口808接合。緊固件810可以是機用螺釘、鉚釘、彈簧銷或者其它合適的緊固件。在緊固件810是螺紋緊固件的實施例中，形成在蓋板150內的安裝開口808是螺紋狀的。在安裝散熱片600之前，緊固件810防止彈簧形式802與蓋板150分離。

圖9A-9B是彈簧形式900的一個實施例的剖視圖和俯視圖，彈簧形式900用於增強與集成晶片封裝的蓋板150之間的熱傳導。如下文參考圖10A-10B所進行的詳細討論，彈簧形式900可以被用於增強蓋板150與IC裸片114或散熱片600中的至少一個或兩個之間的熱傳導。

彈簧形式900包括第一接觸面902和第二接觸面904。接觸面902、904由一個或多個彎曲部分910連接。彈簧形式900被配置成使得當散熱片600被安裝至晶片封裝時，第一接觸面902保持與蓋板150的頂面160接觸，同時第二接觸面904保持與散熱片600的底面接觸，從而壓縮彈簧形式900。雖然顯示的第一接觸面902位於第二接觸面904的外部，但是可以根據需要選擇接觸面902、904之間的相關排列。

彈簧形式900包括限定在彎曲部分910之間的多個開口912。當在蓋板150和散熱片600和/或IC裸片114之間壓縮彈簧形式900時，開口912提供了熱界面材料(例如上述的TIM 704)可以穿過的空間。當彈簧形式900被壓縮時，開口912使得TIM在覆蓋接觸表面902、904的同時包覆彎曲部分910，從而如上所述增強與蓋板的熱傳導。

彈簧形式900也可以包括被限定成穿過第二接觸面904的安裝開口914。安裝開口914被用於將彈簧形式900固定至蓋板150，如參考圖8的討論。

圖10A-10B是集成晶片封裝1000的不同實施例的剖視圖，集成晶片封裝1000包括由蓋板150覆蓋的一個或多個IC裸片114，蓋板150具有用於增強蓋板150與一個或多個IC裸片114之間的熱傳導的一個或多個可選的內部彈簧形式1002，以及用於增強蓋板150與散熱片600之間的熱傳導的一個或多個外部彈簧形式802。圖10A-10B中沒有顯示熱界面材料(TIM)，但是TIM可以與彈簧形式802、1002協同使用，以通過上文所述的方式增強熱傳導。彈簧形式802大體參考上述圖8的描述，然而也可以使用用於增強蓋板150和散熱片600之間的熱傳導的其它彈簧形式。

製造的內部彈簧形式1002與彈簧形式702、802、900相似，雖然也可以使用用於增強蓋板150和一個或多個IC裸片114之間的熱傳導的其它彈簧形式。例如，可以通過使用緊固件810將內部彈簧形式1002耦接至蓋板150的底面162。

可以基於IC裸片114的構造和熱傳導需求來選擇由內部彈簧形式1002向IC裸片114施加的力。在圖10A中，所示的IC裸片114是存儲裸片1050和邏輯裸片1060。例如，當被壓縮時，接觸存儲裸片1050的內部彈簧形式1002所產生的力比由接觸邏輯裸片1060的內部彈簧形式1002所產生的力小。因此，在單個晶片封裝中，由與不同IC裸片114接觸的內部彈簧形式1002所產生的力可以不同。例如，在同一晶片封裝中的不同內部彈簧形式1002可以具有不同的彈簧常數和/或不同的壓縮長度。也可以想到，蓋板150的底面162可以包括設置在所選IC裸片上的焊盤(未顯示)，其中這些IC裸片從蓋板150的底面162突出不同的距離，從而使得相同的內部彈簧形式1002會具有不同的壓縮長度，並且因此在使用相同的彈簧形式的情況下產生不同的力。對由不同的內部彈簧形式1002形成的壓縮力的調整，可以帶來更大的設計靈活性。

在另一具體實施方式中，由於IC裸片114之間的加工誤差差異和/或高度差異，在相同晶片封裝中的內部彈簧形式1002在安裝之後可以具有不同的壓縮長度。提供在IC裸片114和蓋板150之間的具有不同堆疊高度的接觸的能力，在具有更低製造成本且不犧牲熱傳導性能的前提下，確保了良好的熱傳導。

在圖10A描述的實施例中，IC裸片114中的一個裸片具有高度1010，該高度1010高於第二個IC裸片114的高度1020。可以通過使用不同的彈簧形式1002，或者通過使用允許大範圍壓縮而且不會產生超過能夠被施加在任一IC裸片114上的力的彈簧1002，來適應這種高度差異。

在圖10B描述的實施例中，IC裸片114中的一個裸片具有的熱預算大於第二個IC裸片114具有的熱預算。為了優先冷卻具有更高熱預算的IC裸片(如所示的IC裸片1070)，彈簧形式1002被用於與高熱預算的IC裸片1070接觸，而具有較低熱預算的IC裸片(如所示的IC裸片1080)可以具有例如絕緣泡沫的較低熱傳導率的材料1090，其被設置在較低熱預算裸片1080和蓋板150之間。這種使得不同IC裸片114具有顯著不同的與蓋板150之間熱傳導率的能力，在沒有犧牲器件性能的前提下提供了更好的設計靈活性。

圖10C是集成晶片封裝100、散熱片600和印刷電路板134在組裝之前的分解側視圖。彈簧形式900位於蓋板150和散熱片600之間，以用於在組裝之後控制散熱片600施加在蓋板150上的力。彈簧形式900可以是如上所述的任何合適的彈簧形式。此外，TIM(未顯示)可以被設置在蓋板150和散熱片600之間，以提高它們之間的熱傳導。如上所述，彈簧形式900可以被配置成使得TIM能夠包覆和/或覆蓋一些或全部的彈簧形式900。雖然圖10C的實施例所示的是設置在裸片114和蓋板150之間的彈簧1002，但是在裸片114和蓋板150之間可以替代地使用低熱傳導率的材料1090和/或TIM。

組裝好之後，緊固件1008將彈簧形式900固定至散熱片600，而同時緊固件622將散熱片固定至印刷電路板136。如圖10D中力的箭頭630所示，彈簧形式900和彈簧624的加載使得散熱片600被壓向蓋板150。

在通過單個散熱片600將多個晶片封裝100固定至單個印刷電路板136的實施例中，設置在散熱片600和每個蓋板150之間單獨的彈簧形式900使得在裸片114上的載荷能夠使每個晶片封裝100被設置有不同的力。此外，彈簧形式900使得能夠通過共同的散熱片600來固定具有不同高度的晶片封裝100。

圖11是蓋板1100的一個實施例的圖解透視圖，蓋板1100用於增強與集成晶片封裝(例如，集成晶片封裝100等)的熱傳導。圖12是蓋板1100沿著圖11的剖面線12-12的局部剖面圖。蓋板1100可以與散熱片協同使用，或者不與散熱片協同使用。

參考圖11-12，蓋板1100包括底部外殼1102和頂部外殼1104，底部外殼1102和頂部外殼1104一起共同密封地確定空腔1150。熱傳導材料(下面會進一步描述)可以流過空腔1150，從而提供主動熱傳導機制以用於將熱量傳導出蓋板1100。

外殼1102、1104通常由導熱材料(例如金屬)製成。可以使用粘合劑、釺焊、焊接或者其它合適的技術來耦接外殼1102、1104。外殼1102、1104具有相互間隔一定距離1132的內部相對的表面1136、1134。內部相對的表面1136、1134限定空腔1150的上邊界和下邊界。

可以通過任何合適的技術將蓋板1100安裝至晶片封裝。在一個具體實施方式中，可以通過夾具1120來將蓋板1100夾在基底或者晶片封裝的其它部分。夾具1120具有頂部邊緣1122，頂部邊緣1122延伸超過蓋板1100的底面162，直至底部邊緣1124。底部邊緣1124包括內轉鉤1126，以用於將夾具1120連接並固定至晶片封裝。可以使用任何合適的技術將夾具1120耦接至蓋板1100，例如粘合、緊固件、焊接、機械互鎖等等。在圖11描述的實施例中，通過點焊1128將夾具1120耦接至蓋板1100。夾具1120使得能夠在任何方便的時間和地點將蓋板1100耦接至晶片封裝，並且當環境條件或加工條件要求更好的散熱能力時，也能夠將蓋板1100耦接至已經在使用的晶片封裝。夾具1120也適合於已經具有蓋板的晶片封裝，而不需要移除既有的蓋板。夾具1120也可以被用於將在此描述的其它蓋板固定至封裝基底122、或者圖1中展示的印刷電路板136或者其它印刷電路板的表面安裝鉤或其它安裝結構。

蓋板1100包括入口1112和出口1116，以用於使得熱傳導材料(例如液體、氣體或多相材料)循環穿過空腔1150。在圖11描述的實施例中，所示的開口1112、1116穿過頂部外殼1104而形成。然而，開口1112、1116可以穿過蓋板1100的其它部分而形成。

入口1112可以形成在從頂部外殼1104延伸出來的凸臺1110內，而出口1112則可以形成在從頂部外殼1104延伸出來的凸臺1114內。凸臺1110、1114可以包括便於空腔1150與熱傳導材料源耦接的結構，例如螺紋。外殼1102的底部可以選擇性地包括從其處延伸出去的銷170，以協助將蓋板1100定位至晶片封裝的一個部件，例如圖1所示的加強件154。

多個熱傳導翅片1140從頂部外殼1104的底部內表面1134延伸進入空腔1150。熱傳導翅片1140具有間距1144。相似地，多個熱傳導翅片1142從底部外殼1102的頂部內表面1136延伸至空腔1150。熱傳導翅片1142具有間距1146，其與間距1144大致相同。熱傳導翅片1140、1142相互交錯，從而使得翅片1140、1142重疊一段距離，例如重疊至少5μm。翅片1140、1142的寬度，以及間距1144、1146，限定了由翅片1140、1142形成的通道1152的寬度1148。在一個示例中，寬度1148至少可以是大約1μm。翅片1140、1142的交錯使得通道1152相比於單一材料元件內形成的通道而言具有非常高的深寬比(aspect ratio)(重疊距離1130相比寬度1148)。在一個示例中，高深寬比可以大約大於1。相比於傳統的蓋板，高深寬比提供了大的表面積，從而可以獲得更高的熱傳導率。由蓋板1100提供的更高的熱傳導率允許對IC裸片114進行更好的溫度控制，更好的溫度控制從而可以為晶片封裝提供更好的性能和可靠性。

現參考圖13的蓋板1100的俯視圖，虛線顯示的空腔1150被分成三個區域1350、1352、1354。入口區域1354與出口區域1350被中心區域1352分隔開。中心區域1352通常具有長度1320，該長度1320大體等於翅片1140、1142的長度。入口區域1354從中心區域1352的端部延伸一段距離1330至空腔1150的邊緣。出口區域1350從中心區域1352的相反的端部延伸一段距離1310至空腔1150的相反邊緣。

圖14-17是蓋板1100沿著圖13中所示的剖面線的剖視圖，從而提供區域1350、1352、1354中每個區域內的空腔1150結構的細節。先參考圖14，圖14是蓋板1100沿著圖13的剖面線14-14的剖面圖，其展示了入口區域1354內的空腔1150的結構。入口1112與入口區域1354內的空腔1150直接連接。入口區域1354內的空腔1150由頂部外殼1104的底部內表面1134和底部外殼1102的傾斜底部表面1420為界限。傾斜底部表面1420與頂部外殼1104的底部內表面1134在最靠近入口1112的入口區域1354的端部大約相隔距離1404，而與頂部外殼1104的底部內表面1134在最遠離入口1112的入口區域1354的端部大約相隔距離1406。因此，傾斜底面1420使得區域1354的體積以遠離入口1112的方向擴大。入口區域1354擴大的體積使得進入入口1112的熱傳導材料會以更均勻的方式被分配進入在翅片1140、1142之間限定的通道1152。也就是說，熱傳導材料流入更接近入口1112的中心區域1352的通道1152內的量，與流入最遠離入口1112的通道1152的量大體相等。

圖15是蓋板1100沿著圖13的剖面線15-15的剖面圖，展示了中心區域1352內的空腔1150的結構。流過通道1152的熱傳導材料與翅片1140、1142充分接觸，從而提升了底部外殼1102和頂部外殼1104之間的每一次轉移，以調節IC裸片114的溫度。

圖16是蓋板1100沿著圖13的剖面線16-16的以遠離中心區域1352方向上的剖面圖，展示了出口區域1350內的空腔1150的結構。圖17是蓋板1100沿著圖13的剖面線17-17的以朝向中心區域1352方向上的剖面圖，展示了出口區域1350內的空腔1150的結構。參考圖16-17，出口1116與出口區域1350內的空腔1150直接連接。出口區域1350內的空腔1150由頂部外殼1104的底部內表面1134和底部外殼1102的傾斜底部表面1620為界限。傾斜底部表面1620與頂部外殼1104的底部內表面1134在最靠近出口1116的出口區域1350的端部大約相隔距離1604，而與頂部外殼1104的底部內表面1134在最遠離出口1116的出口區域1350的端部大約相隔距離1606。因此，傾斜底面1620使得出口區域1350的體積以朝向出口1112的方向按比例減小。由於靠近出口1116的增大壓力，出口區域1350減小的體積使得熱傳導材料會以更均勻的方式從在翅片1140、1142之間限定的通道1152進入出口1116。因此，入口區域1554的擴大的體積以及出口區域1350的減小的體積使得熱傳導材料能夠更為均勻地流過中心區域1352的通道1152。流動的均勻性使得穿過蓋板1100的熱傳導率的曲線更為平坦，從而使得晶片封裝具有更好的性能和可靠性。

上面描述的晶片封裝在蓋板和裸片之間提供了更好的熱傳導。在蓋板和裸片之間更好的熱傳導降低了蓋板從晶片封裝剝離的可能性，器件性能更好，並且提高了可靠性。

雖然前面針對的是本申請所公開的實施例，但是在不偏離本申請的基本範圍的前提下可以設計出其它和進一步的實施例。並且本申請的範圍由所附的權利要求確定。